JP5929904B2 - ガラスアンテナ及び窓ガラス - Google Patents

Description

本発明は、車両の窓ガラスに設けられるガラスアンテナ、ガラスアンテナが設けられた窓ガラスに関する。

従来技術として、デジタルオーディオ放送（Digital Audio Broadcasting：ＤＡＢ）を受信可能なガラスアンテナが知られている（例えば、特許文献１〜５参照）。ＤＡＢは、１７４〜２４０ＭＨｚのband III（バンドIII）と１４５２〜１４９２ＭＨｚのL band（Ｌバンド）の２つの異なる周波数帯から構成されている。

日本国特開平１０−３２７００９号公報 日本国特開２０００−３０７３２１号公報 米国特許第６９２４７７１号明細書 欧州特許出願公開第１７３２１６０号明細書 日本国特開２０１０−８１５６７号公報

ＤＡＢのように周波数帯域がデュアルバンドの場合、帯域が離れているため、両方の帯域に対応可能な十分な受信性能を持つガラスアンテナを設計することは難しく、デュアルバンドに対応可能で高い受信感度を有するガラスアンテナが要望されている。デュアルバンドに対応可能で高い受信感度を有するガラスアンテナとして、例えば特許文献５に開示されたガラスアンテナ５０がある（図１参照）。

一方、ＡＭ放送に対応するＡＭガラスアンテナが、良好な受信感度を得るためには、その面積を大きくする必要がある。しかしながら、ＡＭガラスアンテナと上下方向に長いガラスアンテナ５０とを同じ窓ガラスに設ける場合、ガラスアンテナ５０の給電位置によっては、ＡＭガラスアンテナの面積を確保できない場合がある。

例えば図１に示されるように、ガラスアンテナ５０の給電部５６の位置は、車体側の給電位置の制約があるため、窓ガラスのピラー側よりも中央に近いルーフ側になることがあり、窓ガラスの中央寄りの位置にアンテナエレメントを配置しなければならなくなる。その場合、ＡＭガラスアンテナは窓ガラスの中央付近のみに形成されることになり、十分な面積を確保できない。窓ガラスのピラー側の近傍にはアンテナエレメントを配設可能な空白領域５１ができるが、上下方向に長いガラスアンテナ５０が邪魔になって、ＡＭガラスアンテナ２０の面積を空白領域５１まで拡張することができない。

図１の場合、ガラスアンテナ５０のエレメント５２とデフォッガ３０のヒータ線３０ａとの間を通るように、ＡＭガラスアンテナ２０のエレメントを延長し、空白領域５１に新たに配置したアンテナエレメントと接続することで、ＡＭガラスアンテナ２０の面積を拡張する案も考えられる。しかしながら、ＡＭガラスアンテナ２０をデフォッガ３０に近づけすぎると、ＡＭガラスアンテナ２０の受信感度が低下するおそれがある。以上のようなことから、背丈の低い、すなわち上下方向の長さが短いガラスアンテナが求められている。また、背丈の低いガラスアンテナであれば、上記とは別の理由で設置領域が上下方向に狭い場合であっても設置でき汎用性が高いガラスアンテナとなる。

そこで、本発明は、ＤＡＢなどのデュアルバンドに対応可能で高い受信感度を有し、且つ上下方向の長さが短いガラスアンテナの提供を目的とする。また、該ガラスアンテナが設けられた窓ガラスの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るガラスアンテナは、
車両の窓ガラスに設けられるガラスアンテナであって、
アンテナ導体と、給電部とを備え、
前記アンテナ導体は、
前記給電部に接続され、第１の方向に延在するようにループ状に形成された第１のアンテナエレメントと、
前記第１のアンテナエレメントに接続され前記第１の方向に延在する第１の部分エレメントと、前記第１の部分エレメントに接続され前記第１の方向と直交する第２の方向に延在する第２の部分エレメントとによって、Ｌ字状に形成された第２のアンテナエレメントと、
前記第１のアンテナエレメントに接続され、且つ前記第１の部分エレメントに対し前記第２の部分エレメントが延在する側で前記第２の方向に延在する第３のアンテナエレメントと、
前記第１のアンテナエレメントのループを２つのループに分割する第４のアンテナエレメントと、
前記第１のアンテナエレメントに接続され、且つ前記第１の部分エレメントに対し前記第２の部分エレメントが延在する反対側でＬ字状に形成された第６のアンテナエレメントとを含む、ことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る窓ガラスは、該ガラスアンテナが設けられたものである。

本発明によれば、ＤＡＢなどのデュアルバンドに対応可能で高い受信感度を得ることができ、且つ、背丈の低いガラスアンテナを提供することができる。

従来のガラスアンテナ５０の平面図である。 本発明の第１の実施形態であるガラスアンテナ１００の平面図である。 本発明の第２の実施形態であるガラスアンテナ２００の平面図である。 ガラスアンテナ２００が設けられたリヤガラス１２の平面図である。 バンドIIIのアンテナ利得の実測データである。 Ｌバンドのアンテナ利得の実測データである。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。なお、形態を説明するための図面において、方向について特に記載しない場合には図面上での方向をいうものとし、各図面の向きは、記号、数字の方向に対応する。また、平行、直角などの方向は、本発明の効果を損なわない程度のズレを許容するものである。また、それらの図面は、窓ガラスが車両に取り付けられた状態での車内視の図であるが、車外視の図として参照してもよい。例えば、窓ガラスが車両の後部に取り付けられるリヤガラスである場合、図面上での左右方向が車幅方向に相当する。また、本発明に係る窓ガラスは、リヤガラスに限定されず、車両の前部に取り付けられるフロントガラス、車両の側部に取り付けられるサイドガラスであってよい。

図２は、本発明の第１の実施形態である車両用のガラスアンテナ１００の平面図である。ガラスアンテナ１００は、車両用の窓ガラス１２に平面的なパターンとして設けられる給電部１８及びアンテナ導体から、構成される。

給電部１８は、アンプ等の不図示の信号処理回路にアンテナ導体を接続するための部位である。車体開口縁１５ａは、窓ガラス１２が取り付けられる窓開口部を形成している車体フランジの端部である。給電部１８は、窓ガラス１２の縁の近傍又は車体開口縁１５ａの近傍に位置しているとよい。

ガラスアンテナ１００は、アンテナ導体のパターンとして、第１〜第４のアンテナエレメントを備える。

第１のアンテナエレメントは、給電部１８に接続され、第１の方向に延在するようにループ状に形成されたものである。なお、本態様での第１の方向とは、窓ガラス１２が窓開口部に取り付けらえた状態における窓ガラス１２上での上下方向を示している。図２には、第１のアンテナエレメントとして、ループエレメント１６が例示されている。ループエレメント１６の上端部は、給電部１８の下端部ａに直接接続されている。給電部１８の上下左右の任意の端部に接続エレメントを介して接続されてもよい。また、ループエレメント１６は、上下方向を長手方向とする長方形のループから構成される。ループの形状は、長方形に限らず、正方形等の四角形または他の方形状でもよいし、円状でもよい。ループエレメント１６を構成するループは、後述の分割エレメント７によって２つのループ部１，２に分割されている。

第２のアンテナエレメントは、第１のアンテナエレメントの下側に接続され上下方向に延在する第１の部分エレメントと、第１の部分エレメントに接続され第１の方向に直交する第２の方向に延在する第２の部分エレメントとによって、Ｌ字状に形成されたものである。なお、本態様での第２の方向とは、窓ガラス１２が窓開口部に取り付けらえた状態における窓ガラス１２上での左右方向を示している。図２には、第２のアンテナエレメントとして、Ｌ字エレメント５が例示されている。Ｌ字エレメント５は、上下方向に延在する第１の部分エレメントとして、線分エレメント３を備え、左右方向に延在する第２の部分エレメントとして、線分エレメント４を備える。線分エレメント３の上端部は、ループエレメント１６の下辺の一部である下端部ｄに直接接続されている。また、線分エレメント４の右端部は、線分エレメント３の下端部ｅに直接接続されている。線分エレメント４は、下端部ｅを起点として左方に直線的に延伸し、左方への延伸の終点である左端部ｆまで延伸する。

第３のアンテナエレメントは、第１のアンテナエレメントに接続され、且つ第１の部分エレメントに対し第２の部分エレメントが延在する側で左右方向に延在するものである。図２には、第３のアンテナエレメントとして、直線状の水平エレメント６が例示されている。水平エレメント６の右端部は、ループエレメント１６の左辺の一部である左端部ｂに直接接続されている。また、水平エレメント６は、線分エレメント３に対し線分エレメント４が延在する側で左右方向に延在する。水平エレメント６は、左端部ｂを起点として左方に直線的に延伸し、左方への延伸の終点である左端部ｃまで延伸する。

第４のアンテナエレメントは、第１のアンテナエレメントのループを２つのループに分割するものである。図２には、第４のアンテナエレメントとして、左右方向に延在する分割エレメント７が例示されている。分割エレメント７は、ループエレメント１６を構成するループを、２つのループ部１，２に分割する。分割エレメント７は、その左端がループエレメント１６の左辺の一部である左端部ｇに接続され、その右端がループエレメント１６の右辺の一部である右端部ｈに接続される。

このように、図２に例示したような形態のガラスアンテナ１００であれば、給電部１８をアンプ等の信号処理回路に所定の導電性部材を介して電気的に接続することによって、上下方向の長さＨ１が短くても、ＤＡＢなどのデュアルバンドに対応可能な良好な受信特性を得ることができる。具体的には、図１に例示した従来のガラスアンテナ５０の受信感度と同等又はそれ以上の受信感度を、ガラスアンテナ５０の第１の方向の長さよりも短い１１０ｍｍ以下の長さＨ１で得ることができる。

特に、上下方向に延在するループエレメント１６が地平面（特には、水平面）に対して垂直方向の成分を有するように窓ガラス１２に設けられることによって、ＤＡＢなどのデュアルバンドの垂直偏波の電波を一層感度良く受信することができる。車両に対する窓ガラス１２の取り付け角度は、地平面に対し、２０〜９０°、特には、３０〜９０°が好ましい。

上記の導電性部材として、例えば、ＡＶ線や同軸ケーブルなどの給電線が用いられる。同軸ケーブルを用いる場合には、同軸ケーブルの内部導体を給電部１８に電気的に接続し、同軸ケーブルの外部導体を車体にアース接続すればよい。また、給電線と容易に着脱可能なコネクタを、給電部１８に実装する構成を採用してもよい。このようなコネクタによって、ＡＶ線や同軸ケーブルの内部導体を給電部１８に取り付けることが容易になる。さらに、コネクタと一体的にアンプ等の信号処理回路を設けてもよい。また、給電部１８に突起状の導電性部材を設置し、窓ガラス１２が取り付けられる車体のフランジに設けられた信号処理回路に接続される端子などの接続部にその突起状の導電性部材が接触、嵌合するような構成としてもよい。

また、エレメントの「端部」は、エレメントの延伸の始点又は終点であってもよいし、その始点又は終点手前の導体部分である始点近傍又は終点近傍であってもよい。また、エレメント同士の接続部は、曲率を有して接続されていてもよい。

また、アンテナ導体及び給電部１８は、銀ペースト等の、導電性金属を含有するペーストを、例えば窓ガラスの車内側表面にプリントし、焼付けて形成される。しかし、この形成方法に限定されず、銅等の導電性物質からなる、線状体又は箔状体を、窓ガラスの車内側表面又は車外側表面に形成してもよく、窓ガラスに接着剤等により貼付してもよく、窓ガラス自身の内部に設けてもよい。

給電部１８の形状は、上記の導電性部材又はコネクタの実装面の形状に応じて決めるとよい。例えば、正方形、略正方形、長方形、略長方形などの方形状や多角形状が実装上好ましい。なお、円、略円、楕円、略楕円などの円状でもよい。

また、アンテナ導体からなる導体層を合成樹脂製フィルムの内部又はその表面に設け、導体層付き合成樹脂製フィルムを窓ガラス板の車内側表面又は車外側表面に形成してガラスアンテナとしてもよい。さらに、アンテナ導体が形成されたフレキシブル回路基板を窓ガラスの車内側表面又は車外側表面に形成してガラスアンテナとしてもよい。

また、窓ガラス１２の面上に隠蔽膜を形成し、この隠蔽膜の上に給電部及びアンテナ導体の一部分又は全体を設けてもよい。隠蔽膜は黒色セラミックス膜等のセラミックスが挙げられる。この場合、窓ガラスの車外側から見ると、隠蔽膜により隠蔽膜上に設けられているアンテナ導体の部分が車外から見えなくなり、デザインの優れた窓ガラスとなる。図示の構成では、給電部とアンテナ導体の一部を隠蔽膜上に（隠蔽膜の縁と窓ガラス１２の縁との間に）形成させることで、車外視において導体の細い直線部分のみを見ることになり、デザイン上好ましい。

図３は、本発明の第２の実施形態であるガラスアンテナ２００の平面図である。図２のガラスアンテナ１００と同様の構成については、その説明を省略する。図３のガラスアンテナ２００は、図２のガラスアンテナ１００の構成に加えて、給電部に接続され第１の方向に延在する第５のアンテナエレメントとして追加された補助垂直エレメント８と、第６のアンテナエレメントとして追加されたＬ字エレメント１７とをアンテナ導体のパターンとして備えるものである。

したがって、ガラスアンテナ２００も、ガラスアンテナ１００と同じ構成を有しているので、給電部１８をアンプ等の信号処理回路に所定の導電性部材を介して電気的に接続することによって、上下方向の長さＨ１が短くても、ＤＡＢなどのデュアルバンドに対応可能な良好な受信特性を得ることができる。

補助垂直エレメント８は、給電部１８に接続され、上下方向に延在するものである。補助垂直エレメント８が設けられると、デュアルバンドのうち高周波数帯のアンテナ利得向上の点で好適である。例えばＤＡＢの場合、Ｌバンドのアンテナ利得向上の点で好適である。

図３の場合、補助垂直エレメント８の上端部は、給電部１８の下端部ａとは異なる左側の下端部ｉに直接接続されている。補助垂直エレメント８は、ループエレメント１６に対し水平エレメント６が延在する側で上下方向に延在する線分エレメントである。補助垂直エレメント８は、水平エレメント６に接しない範囲内で、下端部ｉを起点に下方に直線的に延伸し、下方への延伸の終点である下端部ｊまで延伸する。

Ｌ字エレメント１７は、ループエレメント１６の側方に接続され、線分エレメント３に対し線分エレメント４が延在する反対側でＬ字状に形成されたものである。Ｌ字エレメント１７が設けられると、デュアルバンドのうち低周波数帯のアンテナ利得向上の点で好適である。例えばＤＡＢの場合、バンドIIIのアンテナ利得向上の点で好適である。

図３の場合、Ｌ字エレメント１７は、左右方向に延在する第３の部分エレメントとして、線分エレメント９を備え、上下方向に延在する第４の部分エレメントとして、線分エレメント１０を備える。線分エレメント９の左端部は、ループエレメント１６の右辺の一部である右端部ｋに直接接続されている。また、線分エレメント１０の上端部は、線分エレメント９の右端部ｌに直接接続されている。線分エレメント１０は、右端部ｌを起点として下方に直線的に延伸し、下方への延伸の終点である下端部ｍまで延伸する。

また、図３に示されるように、水平エレメント６と分割エレメント７とが、連続した線になるように、すなわち、左端部ｂと左端部ｇとを一致させるように配置してもよい。このように構成することで見栄えがよくなる。

また、図３に示されるように、線分エレメント４と水平エレメント６との間に、給電部１８を給電点としない別の独立導体パターンを設けると、デュアルバンドのうち高周波数帯のアンテナ利得向上の点で好適である。例えばＤＡＢの場合、Ｌバンドのアンテナ利得向上の点で好適である。また、その独立導体パターンが、ＡＭガラスアンテナのアンテナエレメントの一部であると、ＡＭガラスアンテナの面積拡大（ＡＭ放送帯のアンテナ利得向上）とＬバンドのアンテナ利得向上の点で好適である。

図３には、このような独立導体パターンとして、線状導体１１が例示されている。線状導体１１は、線分エレメント４と水平エレメント６との間の上下方向の空白領域に線状導体１１の右端部ｎが位置するように、左右方向に延在するエレメントである。線状導体１１は、１本でもよいが、複数あってもよい。

図４に示されるように上述のガラスアンテナ２００の形態を実際の車両のリヤガラスに取り付けて作製された自動車用ガラスアンテナについて、そのアンテナ利得の実測結果について説明する。

アンテナ利得は、ガラスアンテナが形成された自動車用窓ガラスを、ターンテーブル上の自動車の窓枠に水平面に対して約２５°傾けた状態で組みつけて実測した。給電部にはコネクタが取り付けられていて、フィーダ線を介してネットワークアナライザに接続される。水平方向から窓ガラスに対して全方向から電波が照射されるように、ターンテーブルが回転する。

アンテナ利得の測定は、ターンテーブルの中心に、ガラスアンテナのガラスを組みつけた自動車の車両中心をセットして、自動車を３６０°回転させて行われる。アンテナ利得のデータは、回転角度５°毎に、バンドIIIの周波数範囲において３ＭＨｚ毎に測定され、Ｌバンドの周波数範囲において１．７ＭＨｚ毎に測定される。電波の発信位置とアンテナ導体との仰角は略水平方向（地面と平行な面を仰角＝０°、天頂方向を仰角＝９０°とする場合、仰角＝０°の方向）で測定した。アンテナ利得は、半波長ダイポールアンテナを基準とし、半波長ダイポールアンテナのアンテナ利得が０ｄＢとなるように標準化した。

図４に示される窓ガラス（リヤガラス）１２には、デフォッガ３０と、デフォッガ３０の上部に配置されたＡＭガラスアンテナ２１及びガラスアンテナ２００とが設けられている。さらに、ＡＭガラスアンテナ２１の給電部２２が設けられている。

デフォッガ３０は、複数の並走するヒータ線３０ａと該ヒータ線に給電する複数の帯状のバスバ３０ｂ，３０ｃとを有する通電加熱式のパターンである（図４では、上側のみ表示し、下側は省略）。デフォッガ３０は、窓ガラス１２（又は、車体の車幅方向）の中央線４０に対して線対称に配置されている。複数のヒータ線は、窓ガラス１２を車両に取り付けた状態で水平面（地平面）に対して平行な方向に並走するように窓ガラス１２に配置される。

ガラスアンテナ２００の形態によれば、ＤＡＢなどのデュアルバンドの受信感度を確保したまま、上下方向の長さを従来のガラスアンテナよりも短くできる。そのため、ＡＭガラスアンテナ２１がデフォッガ３０に近くてＡＭガラスアンテナ２１の受信感度が低下することなく、ＡＭガラスアンテナ２１のエレメントを、図４に示されるように、ガラスアンテナ２００の最下位のエレメントとデフォッガ３０との間を通るように延長できる。

図５，６は、図４において、ガラスアンテナ２００のアンテナ利得の実測データである。図５の縦軸は、バンドIII（１７０〜２４０ＭＨｚ）において３ＭＨｚ毎に計測された回転角度５°毎のアンテナ利得の帯域での平均値を示している。図６の縦軸は、Ｌバンド（１４５２〜１４９２ＭＨｚ）において１．７ＭＨｚ毎に計測された回転角度５°毎のアンテナ利得の帯域での平均値を示している。

図５，６を実測したときの各ガラスアンテナの各部（図３，４）の寸法は、単位をｍｍとすると、
Ｈ１：１０５
Ｈ２：７０
Ｈ３：１２
Ｈ４：３０
Ｈ５：４５
Ｈ６：５０
Ｈ７：１０
Ｗ１：１５
Ｗ２：１５
Ｗ３：２０
Ｗ４：１００
Ｗ５：１２０
ｈ１：２０
ｈ２：２０
ｈ３：２０
ｈ４：２０
ｈ５：４０
ｈ６：１０
ｗ１：３３０
ｗ２：７０
ｗ３：１７０
ｗ４：２０５
ｗ５：１５５
ｗ６：１１５
ｗ７：２００
ｗ８：１７５
ｗ９：２４５
ｗ１０：１５０
ｗ１１：１２０
である。各エレメントの導体幅は０．８ｍｍである。

図５，６に示した実測結果によれば、図１に例示した従来のガラスアンテナ５０の受信感度と同等又はそれ以上の受信感度を、ガラスアンテナ５０の上下方向の長さよりも短い１０５ｍｍで得ることができた。

本出願を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１１年５月１２日出願の日本特許出願（特願２０１１-１０７６７６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１，２ ループ部
３，４ 線分エレメント
５ Ｌ字エレメント
６ 水平エレメント
７ 分割エレメント
８ 補助垂直エレメント
９，１０ 線分エレメント
１１ 線状導体
１２ 窓ガラス
１６ ループエレメント
１７ Ｌ字エレメント
１８ 給電部
２０，２１ ＡＭガラスアンテナ
２２ 給電部
３０ デフォッガ
３０ｂ，３０ｃ バスバ
４０ 中央線
５０ 従来のガラスアンテナ
５１ 空白領域
５６ 給電部
１００，２００ ガラスアンテナ

Claims (5)

1. 車両の窓ガラスに設けられるガラスアンテナであって、
   アンテナ導体と、給電部とを備え、
   前記アンテナ導体は、
   前記給電部に接続され、第１の方向に延在するようにループ状に形成された第１のアンテナエレメントと、
   前記第１のアンテナエレメントに接続され前記第１の方向に延在する第１の部分エレメントと、前記第１の部分エレメントに接続され前記第１の方向と直交する第２の方向に延在する第２の部分エレメントとによって、Ｌ字状に形成された第２のアンテナエレメントと、
   前記第１のアンテナエレメントに接続され、且つ前記第１の部分エレメントに対し前記第２の部分エレメントが延在する側で前記第２の方向に延在する第３のアンテナエレメントと、
   前記第１のアンテナエレメントのループを２つのループに分割する第４のアンテナエレメントと、
   前記第１のアンテナエレメントに接続され、且つ前記第１の部分エレメントに対し前記第２の部分エレメントが延在する反対側でＬ字状に形成された第６のアンテナエレメントとを含む、ことを特徴とする、ガラスアンテナ。
2. 前記アンテナ導体は、
   前記給電部に接続され、前記第１の方向に延在する第５のアンテナエレメントを含む、請求項１に記載のガラスアンテナ。
3. 前記第２の部分エレメントと前記第３のアンテナエレメントとの間に、前記給電部を給電点としない別の導体が配置される、請求項１又は２に記載のガラスアンテナ。
4. 前記別の導体は、ＡＭアンテナエレメントである、請求項３に記載のガラスアンテナ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のガラスアンテナが設けられた窓ガラス。

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