JPWO2018180120A1 - アンテナ及び窓ガラス - Google Patents

Abstract

車両の窓ガラスに設けられるアンテナであって、前記ガラス上に設けられる面状導体と、前記面状導体から導体を除去した矩形領域として形成されるスロットと、前記スロットの第１の辺に設けられる給電部と、前記給電部の芯線側端子から、前記スロットにおいて前記第１の辺と対向する第２の辺まで延伸するエレメントとを有し、前記スロットは、前記面状導体の中心から前記第１の辺の方向にずれた位置に配置される。

Description

本発明は、ガラス板の表面に配置されるガラスアンテナ関し、特に、広帯域で高感度のアンテナに関する。

従来、車両用のガラスアンテナとして、ラジオ放送やテレビ放送用を受信するためのアンテナがある。また、近年は、車車間通信や路車間通信のためのアンテナを車両に設ける必要が生じている。

また、周波数資源の逼迫に伴い、無線通信に使用する周波数が高くなっている。高周波、例えば４ＧＨｚ〜６ＧＨｚの帯域ではアンテナが小型になるものの、周辺物の影響を受けやすくなる。このため、高周波のアンテナで広帯域で高感度な特性の確保は難しい。

車両用の車車間通信用のアンテナとして、特許文献１、２には、線状のエレメントによって構成され、前方及び後方からの垂直偏波に対して高い受信感度を得られる車両用ガラスアンテナが記載されている。

特開２０１６−１１１５０５号公報 特開２０１７−５７１１号公報

しかし、線状のエレメントで構成されるガラスアンテナでは、送受信周波数が高くなるとガラスの影響が大きくなる。例えば、ガラス板の表面に形成されたダイポールアンテナでは、アンテナパターンが設けられるガラスの厚みが、ガラスの短縮率を考慮した実効波長の１０分の１程度になると、ガラスが薄い場合と比較してゲインが約８ｄＢ低下する。

このため、高周波帯において高感度のアンテナの提供が必要である。

本発明は、高周波帯において広帯域で高感度のアンテナの提供を目的とする。

すなわち、本発明は、車両の窓ガラスに設けられるアンテナであって、前記ガラス上に設けられる面状導体と、前記面状導体から導体を除去した矩形領域として形成されるスロットと、前記スロットの第１の辺に設けられる給電部と、前記給電部の芯線側端子から、前記スロットにおいて前記第１の辺と対向する第２の辺まで延伸するエレメントとを有し、前記スロットは、前記面状導体の中心から前記第１の辺の方向にずれた位置に配置されることを特徴とするアンテナである。

また、本発明は、前記スロットの第１の辺を凹ませて、スロットを凸形状で拡大する調整部を設けたことを特徴とするアンテナである。

また、本発明は、前記給電部は、給電線が接続される同軸コネクタと、前記同軸コネクタが設置される導電性の台座とを有し、前記台座は、前記調整部において、前記第１の辺と交差する二つの側辺を接続するように配置され、前記同軸コネクタの芯線側端子は、前記エレメントに接続され、前記同軸コネクタのアース側端子は、前記台座に接続されることを特徴とするアンテナである。

また、本発明は、前記面状導体は、前記スロットに近接する辺がボディフランジと容量結合するように、ボディフランジと近接して設けられることを特徴とするアンテナである。

また、本発明は、前記面状導体には、導体を除去した矩形領域として形成され、前記スロットの第２の辺と平行に配置される補助スロットが設けられることを特徴とするアンテナである。

また、本発明は、前記補助スロットの幅は、前記スロットの幅より小さいことを特徴とするアンテナである。

また、本発明は、前記補助スロットは複数設けられており、前記補助スロットは、前記スロットに近い順に大きい領域として形成されることを特徴とするアンテナである。

また、本発明は、前記いずれかのアンテナが設けられた窓ガラスである。

本発明によれば、高周波帯においてガラスの影響を低減して、広帯域で高感度を得ることができる。そのため、５Ｇ通信のための電波として検討されている４ＧＨｚ〜６ＧＨｚ帯での任意の周波数帯の電波、または、車車間通信の電波として検討されている、５．９ＧＨｚ帯の電波を高感度で受信することができる。

本発明の実施形態のガラスアンテナを車内側から見た平面図である。 本発明の実施形態のガラスアンテナを示す斜視図である。 本発明の実施形態のアンテナの端子部の別な形態を示す斜視図である。 本発明の実施形態の変形例のアンテナパターンを示す図である。 本発明の実施形態のアンテナの特性を示す図である。

図１は、本発明の実施形態のガラスアンテナを車内側から見た平面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態のガラスアンテナは、内部にスロット２が設けられた面状導体１によって構成される。

面状導体１は、その一辺がボディフランジ１０と近接して平行にガラス上に配置され、ボディフランジ１０と容量結合する。面状導体１の大きさは、横方向が使用周波数帯域の中心周波数の４λ、縦方向が使用周波数帯域の中心周波数の３λとなるように、ガラスによる波長短縮を考慮して調整されることが好ましい。ガラスの波長短縮率をα（α＝０．７）とすると、横方向が使用周波数帯域の中心周波数の４αλ、縦方向が使用周波数帯域の中心周波数の３αλとなるように調整されることが好ましい。なお、面状導体１が大きいと、アンテナの特性が安定して望ましい。

面状導体１の内部には導体がない領域であるスロット２が設けられている。すなわち、スロット２は、面状導体１を部分的に除去することによって、面状導体１に形成される穴によって構成される。

スロット２は面状導体１の中心からボディフランジ１０に近接する辺の方向にずらして配置される。スロット２の位置は、アンテナが設置される車体などの構造体によって、大きさや位置を調整するとよい。スロット２を面状導体１の中心からボディフランジ１０の側にずらして配置することによって、ガラスの周辺部に設けられた着色領域にコネクタ５を設けることができ、運転者にコネクタ５を目立たなくできる。また、エレメント３の延長線上で面状導体１の面積が大きい方に電界が向かうので、アンテナの指向性が面状導体１に垂直から傾いた方向となる。このため、自動車のフロントガラスにアンテナを設置した際に、指向性が水平方向に向きやすくなる。

また、スロット２は、面状導体１の左右方向の中心に設けるとよい。スロット２は、中心より右又は左にずらして配置してもよい。面状導体１の左右方向の中心より右又は左にずらしてスロット２を配置することによって、スロット２から見て面状導体１の面積が大きい方向にアンテナの指向性が向くことから、スロット２の位置によってアンテナの指向性を左右方向に調整できる。

スロット２の大きさは、横方向が使用周波数帯域の中心周波数のλ、縦方向が使用周波数帯域の中心周波数のλ／２となるように、ガラスによる波長短縮を考慮して調整されることが好ましい。ガラスの波長短縮率をα（α＝０．７）とすると、横方向が使用周波数帯域の中心周波数のαλ、縦方向が使用周波数帯域の中心周波数のαλ／２となるように調整されることが好ましい。なお、スロット２の大きさによって帯域幅が変化するので、スロット２の大きさによって帯域幅を調整できる。

スロット２の上辺を形成する位置の面状導体１にはコネクタ５が取り付けられる。コネクタ５には、無線機に接続される給電線（例えば、同軸ケーブル）が接続される。コネクタ５が取り付けられる給電位置はスロット２の横方向において、中心から幅の約２０％程度のズレが許容される。コネクタ５の取付位置（すなわち、給電位置）を左右に変化させることによって、アンテナの指向性を左右に調整できる。さらに、コネクタ５の取付位置の左右の変化によって、アンテナのインピーダンスを調整できる。

すなわち、本実施形態のアンテナでは、スロット２の位置と、スロット２内の給電位置（コネクタ５の位置）によって、アンテナの指向性を調整できる。

スロット２にはコネクタ５を取り付けるための凸状の調整部４（面状導体１の凹み）を設けるとよい。調整部４の大きさによって、アンテナのインピーダンスが変化するので、調整部４の大きさによってアンテナのインピーダンスを調整できる。

コネクタ５の芯線側端子はエレメント３に接続されている。エレメント３はスロット２の反対側の辺を構成する面状導体１に接続され、エレメント３によってスロット２の反対側に給電される。コネクタ５のグランド側端子は面状導体１に接続される。

面状導体１及びエレメント３は、ガラス面状に導電性のセラミックペーストを塗布し、乾燥後、加熱炉によって焼き付けて形成される。面状導体１及びエレメント３を、金属板で構成してもよい。

図２、図３は、本実施形態のガラスアンテナを示す斜視図（車内視）であり、特に給電部の構成を示す。

図２に示す給電部は、コネクタ５を台座６の上に設ける。台座６は、金属板によって凸状に形成され、台座６の脚部は、調整部４の左右側辺付近の面状導体１に接続される。すなわち、台座６は、調整部４が設けられる辺と直交する二つの側辺を接続するように配置される。台座６の中央部は、一段高く形成されており、コネクタ５が取り付けられる。

コネクタ５のグランド側端子は台座６に接続され、芯線側端子はエレメント３に接続される。エレメント３が金属板で構成される場合、エレメント３の端部をコネクタ５の芯線側端子に接続する。また、エレメント３が導電性ペーストを焼き付けて形成される場合、エレメント３とコネクタ５との間を金属板などの導電体で接続するとよい。

なお、図２に示す形態では、コネクタ５は台座６に取り付けられるので、コネクタ５の取付位置にかかわらず、調整部４の大きさを変更できる。このため、調整部４が小さい場合、コネクタ５の芯線側端子と平板の距離が近くなるので、アンテナのインピーダンスを低くできる。

図３に示す別の形態の給電部は、台座６を設けずに、コネクタ５を面状導体１上に配置する。コネクタ５のグランド側端子は面状導体１に接続され、芯線側端子はエレメント３に接続される。

図４は、本実施形態のアンテナのパターンの変形例を示す図である。

本変形例では、スロット２と並行に補助スロット７１〜７４を設ける。補助スロット７１〜７４は、面状導体１の一部を除去して、面状導体１に形成される穴によって構成される。

補助スロットは、図４に示すように、複数個設けても、一つだけ設けてもよい。例えば、図４に示す形態ではスロット２に近接して補助スロット７１を設け、補助スロット７１に近接して補助スロット７２を設け、補助スロット７２に近接して補助スロット７３を設け、さらに、補助スロット７３に近接して補助スロット７４を設ける。

補助スロットの大きさは、スロット２から離れる順にその幅を小さくするとよい。すなわち、補助スロットは、スロット２に近い順に大きい領域として形成される。例えば、図４に示すように、補助スロット７１はスロット２より幅が小さく、補助スロット７２は補助スロット７１より幅が小さく、補助スロット７３は補助スロット７２より幅が小さく、補助スロット７４は補助スロット７３より幅が小さくなっている。このように、補助スロットを順に小さく構成することによって、補助スロットが導波器のように機能し、補助スロットを設けた方向にアンテナの指向性が向くことになる。また、この形態の他に、外周長がλの補助スロットを複数個（例えば、１〜５個）備えるアンテナとしてもよい。

図５は、本実施形態のアンテナの指向性を示す図である。

図５では、面状導体１が配置される面内において、１８０°がボディフランジ１０の方向である。図５に示すように、０°の方向（スロット２から見て面状導体１の面積が広い方向）に指向性が生じており、車両の前面窓ガラスの上部に設置した場合、車両の前方に大きな利得が得られることが分かる。

以上、本発明を添付の図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこのような具体的構成に限定されるものではなく、添付した請求の範囲の趣旨内における様々な変更及び同等の構成を含むものである。

本願は２０１７年３月２９日に日本国特許庁に出願された特願２０１７−６６３３８に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (8)

1. 車両の窓ガラスに設けられるアンテナであって、
   前記ガラス上に設けられる面状導体と、
   前記面状導体から導体を除去した矩形領域として形成されるスロットと、
   前記スロットの第１の辺に設けられる給電部と、
   前記給電部の芯線側端子から、前記スロットにおいて前記第１の辺と対向する第２の辺まで延伸するエレメントとを有し、
   前記スロットは、前記面状導体の中心から前記第１の辺の方向にずれた位置に配置されることを特徴とするアンテナ。
2. 前記第１の辺において、前記面状導体を凹ませて、凸形状で前記スロットを拡大する調整部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記給電部は、給電線が接続される同軸コネクタと、前記同軸コネクタが設置される導電性の台座とを有し、
   前記台座は、前記調整部において、前記第１の辺と交差する二つの側辺を接続するように配置され、
   前記同軸コネクタの芯線側端子は、前記エレメントに接続され、
   前記同軸コネクタのアース側端子は、前記台座に接続されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記面状導体は、前記スロットに近接する辺がボディフランジと容量結合するように、ボディフランジと近接して設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のアンテナ。
5. 前記面状導体には、導体を除去した矩形領域として形成され、前記スロットの第２の辺と平行に配置される補助スロットが設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のアンテナ。
6. 前記補助スロットの幅は、前記スロットの幅より小さいことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記補助スロットは複数設けられており、
   前記補助スロットは、前記スロットに近い順に大きい領域として形成されることを特徴とする請求項５又は６に記載のアンテナ。
8. 請求項１から７のいずれか一つ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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