JPH10510113A - 車両の窓用のアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 急激なフェーディングの影響を軽減しながらのUHF帯電波の受信に特に適した自動車窓用のアンテナ装置を開示する。このアンテナは互いに直交またはほぼ直交する少なくも二つのモードを発生するアンテナ素子から構成される。受信に当たっては、いずれかのモードをダイバーシティ・アンテナとして能率良く動作するアンテナになるように選択することができる。代わりに、二つのモードをアンテナの分極および指向特性に合わせて結合してもよい。送信用には、アンテナを利用する特定の車両との相互作用が有利になるようにアンテナ特性を適合させることができる。これらの特性は適切な組合わせ回路を用いて制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 車両の窓用のアンテナ装置 本発明は車両の窓用のアンテナ装置に関するものである。 車両搭載機器については、例えば、携帯電話、衛星航行システム（カーナビ） またはその他の用途のためにUHF帯域で送受信できることがますます不可欠にな ってきている。 一般的に、UHFで受信できるために、車両は受信する信号の波長の４分の１の 倍数の長さのホイップアンテナを備えている。代案として、１本の垂直スタブア ンテナを車両の窓に、通常は後部窓に取り付けることができる。 上述の装置の場合の問題は、アンテナが多重経路受信を起こしやすいことで、 そのために受信信号が高速でフェーディングして、その結果、音響信号の場合に は、受信が全体的に「とぎれとぎれ」になる。多重経路受信は信号が発信源から 直接アンテナによって受信されると同時に、様々な表面から反射して受信される 結果生ずるものである。一般的に、これらの表面に含まれるのは建て込んだ都市 環境内の建物の壁である。 本発明の目的は受信信号の品質に対する高速フェーディングの影響を低減する ことのできるアンテナ装置を提供することである。 したがって、本発明の第１の観点によれば、受信素子とベース素子とから成る アンテナにおいて、ベース素子が接地面またはカウンタポイズ共振素子の役割を 果たし、アンテナが車両の窓に設置されたときに、直交モードで動作できること を特徴とするアンテナが提供される。 当該モードは高周波数でダイバーシティ受信を提供するのに適し、出力信号は 選択的にどのモードからでも出すことができるので、より強力な出力信号が提供 される。この装置は、少なくとも、従来使用されていた装置に固有の上述の高速 フェーディングの問題を緩和することができる。 信号は、動作中に、アンテナ自体の動作に影響することなしにモードを組み合 わせることができるハイブリッド素子によってモードに提供し、またそのモード から受けることができる。ハイブリッド素子は巻き線変圧器または伝導性リング 構造とすることができる。 接地面を窓の縁に採ることができる、または代案として、窓にプリント配線し た伝導性接地体を接地面とすることができる。より好適には、接地面の代わりに 同調させた伝導性素子を備えている（カウンタポイズ共振素子を構成する）。 アンテナは、中心面に対して対称に傾いている２つの素子を有することができ る。その中心面は場合によって接地面または共振素子の中心に対して直角に延長 している。 好適実施態様において、それぞれの素子は伝導性材料のループから成る。それ ぞれのループの第１の端はベース素子に接続され、ループの第２の端は共通点で 相互接続することができる。かかる実施態様において、信号は共通点でアンテナ に供給されおよび／またはアンテナから供給される。 本発明を実施するアンテナの代替動作モードにおいて、ハイブリッド素子を介 して２つのモードが別個に、または組み合わせて動作可能であり、信号は適切な 位相と振幅で２つのモードを組み合わせる働きをする回路を介してアンテナと接 続され、その結果として、最適性能の単一のアンテナが得られる。後述のごとく 、この動作モードは信号発信にアンテナを使用する場合に特に有利である。 場合によっては、２つのモードが２つ以上のかなり異なる周波数において、そ れぞれが共振を示すことができるので、異なる周波数帯での送受信が可能になる 。 本発明を実施するアンテナは切り替え回路と組み合わせて使用できるので、ア ンテナは自動制御することによりリアルタイムに変動する指向性の適応アンテナ システムとして動作可能である。 もっとも有利には、本発明を実施するアンテナはガラス板にプリントされた導 体のパターンとして形成される。 これらの導体はガラス板上にヒータを形成す る過程の一部としてきわめて低コストで形成できる。かかる実施態様において、 パターンの一部がハイブリッド素子を構成し、パターンの別の部分がインピーダ ンス整合素子を構成することができる。本発明を実施するアンテナは別のアンテ ナと組み合わせてアンテナシステムの一部とすることができる。 ダイバーシティアンテナシステムを送信に使用することはできないが、本発明 のアンテナは送信用アンテナとして有利に使用できる。車両からの高周波数信号 の発信に関連する主要な問題はアンテナと伝導性の車体との相互作用から生ずる 。実地上判明したように相互作用の内容は車種ごとに大きな変動があり、これま では広い範囲の車種での使用に最適化された汎用送信アンテナは製造できなかっ た。 第２の観点において本発明は、本発明の第１の観点によるアンテナと、組み合 わせおよび同調回路とから成る送信アンテナであって、組み合わせおよび同調回 路が搭載して使用しようとする車種に応じてアンテナの指向性と帯域特性を調節 できることを特徴とする送信アンテナを提供する。 このように、共通のアンテナが広い範囲の車種に使用できるので、組み合わせ および同調回路だけを車種の特性に合わせることが必要になる。 当業者には理解できるように、２つの別個に動作可能な直交モードを有する送 信アンテナは、適切な組み合わせと同調によって、きわめて多様な範囲の指向性 、分極性、その他の特性を示す。かかる回路は一般的にモードの一方に供給され た信号を他方に対して位相を変化させるか遅延させ、組み合わされた後に、信号 の大きさに相対的相違をもたらす。 次に、本発明の実施態様を、例として、付属の図面を参照しながら詳細に説明 する。図1aと1bは車の窓に適用したアンテナの２つの形状を概略的に示している 。 図２は遠隔ソースからの信号を受信するための図１のアンテナを含む回路を概 略的に示している。 図３は遠隔ソースに信号を発信するための図１のアンテナを含む回路を概略的 に示している。 図４は本発明の代替実施態様としてのアンテナを示している。 図５は本発明を実施するアンテナに使用するのに適した代替ハイブリッド構造 を示している。 次に図１から３において、図１には車両の窓12に適用した本発明を実施するア ンテナ装置11が示されている。図示した窓12は自動車の後部窓であるが、本発明 は任意の適切な車両の任意の適切な窓に適用できる。 窓12は（その用途に応じて）一般的に長方形または台形であるガラス板13から 成る。ガラス板13は平面または曲面であり、ほぼ垂直な、あるいは必要に応じて 、垂直に対して傾いた平面（または平面に対する曲面）に置くことができる。平 面13は車両の金属製車体内の開口内に装着され、ゴムなどの材料から形成された 封止パッキン、または適切な接着剤で周縁または開口に対して水密かつ気密に封 止されている。 ガラス板13は一般的にヒータを内蔵し、その主たる役割はガラス板の防曇、防 霜であるが、無線信号の受信アンテナとしても使用できる。ヒータは直立した母 線バー21,21の間を走る一連の平行な水平導体19から成る。導体と母線はガラス 板の内面上に、例えば、細い、平坦な、プリント伝導性帯を付着させることによ って形成される。母線バー21,22は操作スイッチを介して車両の直流電源に接続 される。車両の電気の慣行において一般的には、一方母線バーは車両のアース( すなわち、車両のバッテリの負極に直結されている車体)に接続され、他方の母 線バーはリード線によって、例えば、車両のダッシュボードに配置された操作ス イッチを介して正の電源に接続されている。 ヒータ導体19は窓ガラス板の表面積の大部分を通って延長しているが、窓ガラ ス板13の上縁14と一番上のヒータ導体19の間にはかかるヒータ導体19が備えられ ていない領域がある。この領域内に、およそ90度の挟角で互いに傾けられた２本 のまっすぐなアンテナ導体23,24がある(図1a参照)。アンテナ導体23,24は45度の 角度で窓13の上縁14に対しても傾いている。アンテナ導体23,24はガラス板に内 蔵されるか、内面に付着させ、もっとも有利にはヒータと同様に形成されている 。アンテナ導体23,24は接着剤によってガラス板の表面に固定された0.4mm線で構 成することができる、または導体は、例えば、幅が１から1.5mmの狭い平坦なプ リント導体帯で構成することもできる。 導体23,24は窓枠の縁よりもかなり短いので比較的短いものである。 この実施態様において、それぞれのアンテナ導体23,24は窓開口部に隣接する 伝導性車体によって構成される接地面に対して共振する。２本のアンテナ導体23 ,24の共振モードはほぼ直交している。 図1bに示されたアンテナ装置の代替形態では、窓の縁14から離れたアンテナ 導体23、24の端がループを形成する第３の導体25によって連結されている。かか るループを提供することによって、本来好適ではなかったアンテナのインピーダ ンス特性と指向性を有利に修正することができることが分かった。 図２に示したごとく、アンテナを受信に使用するとき、そのアンテナ導体23、 24はハイブリッド変圧器装置50を介して無線受信装置に適切に接続し、そのアン テナとして動作することができる。ハイブリッド変圧器50の動作は２つのアンテ ナ導体23、24からの出力を組み合わせて、互いに直交するか、あるいはほぼ直交 する成分を有する52と54で２つの出力を提供するものである。さらにハイブリッ ド変圧器装置の特性として、どちらのモードも他方と相互作用を起こすことはな い。 アンテナ導体23、24のそれぞれからの出力は変圧器装置50によって位相が加算 され、窓の縁14に対して直角にアンテナ内にＲＦ電流ベクトルを発生させるか、 位相から減算されて窓の縁14にほぼ平行なネットＲＦ電流ベクトルになる。分極 のこれら２つの位相が直交ＲＦ場を作り出すので、それらは互いに完全に独立し 、互いに干渉を起こすことができない。 使用の際に、ダイバーシティ受信を効果的に提供するために（例えば、信号強 さ検出器によって制御された高速自動電荷スイッチによって）２つの出力52、54 の強い方を選択することができる。これによって受信信号の多重経路伝播による 高速フェーディングの影響を減らすことができる。 図３は遠隔地に信号を発信するためにアンテナを使用するときに適した１つの 回路装置を示している。この場合、アンテナ導体23、24の直交モードの一方への 入力は他方のモードに対して４分の１波長遅延で供給される(この場合は、図示 されたフィーダー61の長さ)。この装置は円形または楕円形に分極した信号を発 生し、これは遠隔地の広範囲の分極に適合している。すぐに分かるとおりに、２ つのモードに供給される信号の相対的位相と振幅は異なる仕方で変化させること ができるので、アンテナの多様な指向性と分極特性が達成される。 前節に記載のアンテナを車両に適用するとき、回路配置61は車両の伝導性の部 分の影響を考慮して設計することができる。このようにして、発信アンテナとし てのアンテナの性能を調節して最適性能特性を提供することができる。 本発明の代替実施態様は図４に示されている。この実施態様は上述の実施態様 に比較してより広い帯域にわたってもっと適切なインピーダンスを提供すること ができる。 車体は接地面の近似にすぎないことが分かるだろう。場合によっては、真に非 周期的接地状態だけでアンテナに隣接する物体に固有の共振によってアンテナの 動作不全が生ずることがある。これはアンテナの性能に不利なことがあるので、 この実施態様の目的はこの効果を改善することにある。 アンテナは、ほぼ垂直に配置される、長方形の伝導性帯であるベース素子100 を備えている。仮想中心平面Ａはその中点において、ベース素子100と交差し、 ベース素子100に直角に延長するものと定義される。 第１と第２のアンテナ導体110、112はそれぞれ素子に対して45度の角度でベー ス素子100から延長している。アンテナ導体110、112はベース素子100と中心平面 Ａのほぼ交点から拡散している。 それぞれのアンテナ導体110、112は伝導性材料のループから成る。ループの第 １の部分116は114などでベース素子100に電気的に接続され、そこから45度で延 長している。ループの第２の部分118は第１の部分116と平行に、それから離れて 延長し、共通点120でアンテナ導体の他方の第２の部分116と相互接続される。短 い架橋素子122が第１と第２の部分116、118を相互接続してループを完成する。 共通点120は信号がアンテナに供給され、そこから供給される供給点を構成す る。同軸フィーダー線（図示されていない）を使用することが可能で、そのスク リーンはベース素子100の中点に接続される。 ベース素子100はアンテナ導体110、112に対するカウンタポイズ共振素子の役 割を果たす。これによってアンテナ導体110、112は車体の影響から効果的に隔離 される。 次の寸法はある実施態様に使用されたものである。ベース素子：118mm×5mm； アンテナ導体 それぞれ長さ51mm、幅1.5mm、間隔1mm。これらは870から960MHZ の間で信号に使用するのに適用できることが分かった。 図５を参照して、ヒータとアンテナ導体が形成されるのと同一工程でガラスの 上にプリントされた伝導性素子として便利に形成することのできる代替ハイブリ ッド構造が示されている。 ハイブリッド構造はガラス板13上にプリントされた伝導性リング130から成る 。リングの長さは窓パネル13のガラス内を伝播するとき受信される信号の波長の 1.5倍に等しい。 モードの第１のものからの信号は第１の給電線132を通ってリングに供給され 、モードの第２のものからの信号は第２の給電線134を通ってリング内に供給さ れる。第１と第２の給電線132、134は信号の波長の2分の1に等しい距離だけ分離 されたリング130に接続している。第１と第２の出力導体136、138はそれぞれ第 １と第２の給電線132、134の間の途中の点と第１の給電線132に相対する点でリ ング130に接続されている。 モードＡは第１の給電線132を介して供給され、直交モードＢは第２の給電線1 34を介して供給されると仮定したとき、(a)第１の給電線132が第２の給電線134 によって投入された信号の影響を受けず、(b)第１の出力136がＡ＋Ｂに等しい信 号を搬送し、(c)第２の出力138がＡ−Ｂに等しい信号を搬送することが分かる。 これは機能的には図２の回路に等しいことが分かるだろう。 もちろん、本発明は単なる例として記載された上述の実施態様の詳細に限定さ れないものとする。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年２月２６日 【補正内容】 明細書 車両の窓用のアンテナ装置 本発明は車両の窓用のアンテナ装置に関するものである。 車両搭載機器については、例えば、携帯電話、衛星航行システム（カーナビ） またはその他の用途のためにUHF帯域で送受信できることがますます不可欠にな ってきている。 一般的に、UHFで受信できるために、車両は受信する信号の波長の４分の１の 倍数の長さのホイップアンテナを備えている。代案として、１本の垂直スタブア ンテナを車両の窓に、通常は後部窓に取り付けることができる。 上述の装置の場合の問題は、アンテナが多重経路受信を起こしやすいことで、 そのために受信信号が高速でフェーディングして、その結果、音響信号の場合に は、受信が全体的に「とぎれとぎれ」になる。多重経路受信は信号が発信源から 直接アンテナによって受信されると同時に、様々な表面から反射して受信される 結果生ずるものである。一般的に、これらの表面に含まれるのは建て込んだ都市 環境内の建物の壁である。 本発明の目的は受信信号の品質に対する高速フェーディングの影響を低減する ことのできるアンテナ装置を提供することである。 したがって、本発明の第１の観点によれば、受信素子とベース素子とから構成 され、ベース素子が接地面またはカウンタポイズ共振素子の役割を果たし、これ らの各素子が導電性材料により形成されるアンテナであって、受信素子が、相互 におよび接地面に対して角度を成し、導電性ストリップとして形成され、アンテ ナからの信号が受信素子の和と差にそれぞれ対応する２つの出力から派生しても よく、この結果アンテナが窓に設置されたときに、直交モードで動作できること を特徴とするアンテナが提供される。 当該モードは高周波数でダイバーシティ受信を提供するのに適し、出力信号は 選択的にどのモードからでも出すことができるので、より強力な出力信号が提供 される。この装置は、少なくとも、従来使用されていた装置に固有の上述の高速 フェーディングの問題を緩和することができる。 信号は、動作中に、アンテナ自体の動作に影響することなしにモードを組み合 わせることができるハイブリッド素子によってモードに提供し、またそのモード から受けることができる。ハイブリッド素子は巻き線変圧器または伝導性リング 構造とすることができる。 接地面を窓の縁に採ることができる、または代案として、窓にプリント配線し た伝導性接地体を接地面とすることができる。より好適には、接地面の代わりに 同調させた伝導性素子を備えている（カウンタポイズ共振素子を構成する）。 アンテナは、中心面に対して対称に傾いている２つの素子を有することができ る。その中心面は場合によって接地面または共振素子の中心に対して直角に延長 している。 好適実施態様において、それぞれの素子は伝導性材料のループから成る。それ ぞれのループの第１の端はベース素子に接続され、ループの第２の端は共通点で 相互接続することができる。かかる実施態様において、信号は共通点でアンテナ に供給されおよび／またはアンテナから供給される。 請求の範囲 １． 受信素子（23,24；110,112）とベース素子（11；100）とから構成され、 前記ベース素子（10；100）が接地面またはカウンタポイズ共振素子として動作 し、それぞれ素子の（23,24：110,112,11；100）が導電性材料から形成されるア ンテナであって、受信素子（23,24；110,112）が互いに、また接地面に対して角 度を有し、導電性ストリップとして形成され、アンテナからの信号が受信素子（ 23,24；110,112）の出力の和と差にそれぞれ対応する２つの出力(52,54)から派 生してもよく、それによってアンテナが窓に設置されたときに直交モードで動作 できることを特徴とするアンテナ。 ２． 請求項の１に記載のアンテナにおいて、前記ベース素子が前記窓ガラス板 に隣接する材料（11）の伝導性の領域によって構成されることを特徴とするアン テナ。 ３． 請求項１に記載のアンテナにおいて、前記ベース素子が窓板ガラス上の電 導性要素（100）によって構成されることを特徴とするアンテナ。 ４． 前記いずれかの請求項に記載のアンテナにおいて、前記２つの受信素子(2 3,24;110,112)がその中央面に対して対称に傾斜し、前記中央面が、場合によっ て、その中点において接地面または共振要素（11;100）に対し直角に交差してい ることを特徴とするアンテナ。 ５． 請求項１から３のいずれかに記載のアンテナにおいて、それぞれの受信素 子（110,112）が伝導性材料のループから成ることを特徴とするアンテナ。 ６． それぞれのループの第１の端がベース素子（100）に接続され、それぞれ のループの第２の端が共通点（120）で相互接続されていることを特徴とする請 求項５に記載のアンテナ。 ７． 請求項６に記載のアンテナにおいて、信号が共通点（120）でアンテナに 、および／またはそこから供給されることを特徴とするアンテナ。 ８． 前記いずれかの先行請求項に記載のアンテナにおいて、ハイブリッド素子 (50,130)を介して２つのモードが別個に、または組み合わせて動作可能であり、 信号は適切な位相と振幅で２つのモードを組み合わせる働きをする回路を介して アンテナと接続されて、最適性能の実質的に単一のアンテナが得られることを特 徴とするアンテナ。 ９． 請求項１から６のいずれかに記載のアンテナにおいて、より強い信号を発 生するモードから取られる出力信号を準備するために選択手段が備えられている ことを特徴とするアンテナ。 １０． 前記いずれかの先行請求項に記載のアンテナにおいて、２つのモードが ２つ以上の実質的に異なる周波数においてそれぞれを共振することを特徴とする アンテナ。 １１． 組み合わせ回路（50,130）と組み合わされた前記いずれかの先行請求項 に記載のアンテナにおいて、それによって自動制御の下でリアルタイムに変動す る指向性および／または分極特性を有する適応アンテナシステムとして動作可能 であるアンテナ。 １２． 車両の窓（12）を形成するガラス板上にプリントされる導体のパターン として形成されることを特徴とする先行請求項の何れかに記載のアンテナ。 １３． 請求項12に記載のアンテナにおいて、パターンの一部がハイブリッド素 子（130）を構成していることを特徴とするアンテナ。 １４． 請求項11または12に記載のアンテナにおいて、前記パターンの一部(25) がインピーダンス整合素子を構成することを特徴とするアンテナ。 １５． 別のアンテナと組み合わされた前記いずれかの請求項に記載のアンテナ を備えたアンテナシステム。 １６． 送信アンテナにおいて、前記いずれかの先行請求項に記載のアンテナと 、同調回路とから成り、同調回路がそれに使用しようとする車種にアンテナの帯 域特性を同調させることを特徴とする送信アンテナ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 受信素子とベース素子とから構成され、ベース素子が接地面またはカウン タポイズ共振素子として動作し、アンテナが車両の窓に設置されたときに直交モ ードで動作できることを特徴とするアンテナ。 ２． 請求項１に記載のアンテナにおいて、互いに、また接地面に対して角度を 持つ２つの素子を有するアンテナ。 ３． 請求項２に記載のアンテナにおいて、前記２つの要素がその中央面に対し て対称に傾斜し、前記中央面が、場合によって、その中点において接地面または 共振要素に対し直角に交差していることを特徴とするアンテナ。 ４． 請求項1または2に記載のアンテナにおいて、それぞれの素子が伝導性材料 のループから成ることを特徴とするアンテナ。 ５． それぞれのループの第１の端がベース素子に接続され、それぞれのループ の第２の端が共通点で相互接続されていることを特徴とするアンテナ。 ６． 請求項４に記載のアンテナにおいて、信号が共通点でアンテナに、および ／またはそこから供給されることを特徴とするアンテナ。 ７． 前記いずれかの請求項に記載のアンテナにおいて、ハイブリッド素子を介 して２つのモードが別個に、または組み合わせて動作可能であり、信号は適切な 位相と振幅で２つのモードを組み合わせる働きをする回路を介してアンテナと接 続されて、最適性能の実質的に単一のアンテナが得られることを特徴とするアン テナ。 ８． 請求項1から5のいずれかに記載のアンテナにおいて、より強い信号を発生 するモードから取られる出力信号を準備するために選択手段が備えられているこ とを特徴とするアンテナ。 ９． 前記いずれかの請求項に記載のアンテナにおいて、２つのモードが２つ以 上の実質的に異なる周波数においてそれぞれを共振することを特徴とするアンテ ナ。 １０． 組み合わせ回路と組み合わされた前記いずれかの請求項に記載のアンテ ナにおいて、自動制御の下でリアルタイムに変動する指向性および／または分極 特性を有する適応アンテナシステムとして動作可能であるアンテナ。 １１． 添付の図面の図１から３または図1a、1b、および４を参照して本書に記 述されたとおりのアンテナ。 １２． 前記いずれかの請求項に記載のアンテナにおいて、ガラス板にプリント された導体のパターンとして形成されることを特徴とするアンテナ。 １３． 請求項11に記載のアンテナにおいて、パターンの一部がハイブリッド素 子を構成していることを特徴とするアンテナ。 １４． 請求項11または12に記載のアンテナにおいて、前記パターンの一部がイ ンピーダンス整合素子を構成することを特徴とするアンテナ。 １５． 別のアンテナと組み合わされた前記いずれかの請求項に記載のアンテナ を備えたアンテナシステム。 １６． 送信アンテナにおいて、前記いずれかの請求項に記載のアンテナと、同 調回路とから成り、同調回路がそれに使用しようとする車種にアンテナの帯域特 性を同調させることを特徴とする送信アンテナ。