JP2008160282A - 車両用ガラスアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】車両に取り付けた際に水平方向に対して感度が高い、簡易な車両用ガラスアンテナを提供する。
【解決手段】車両用ガラスアンテナ３は、車両用窓ガラスの表面上に形成される。車両用ガラスアンテナ３は、導電体よりなるパッチ部８と、前記パッチ部８と同一の表面上でかつ前記パッチ部８を取り囲むように形成された導電体よりなる接地導体７と、前記接地導体７と前記パッチ部８とを接続する導電体よりなる短絡線５ａ及び５ｂと、前記パッチ部８、前記接地導体７及び前記短絡線５ａ及び５ｂで囲むことにより形成されたスロット１０ａ及び１０ｂとを備え、前記パッチ部８の水平方向の最大の長さをＡ、前記車両用窓ガラスに沿って前記水平方向に対し直交する方向の最大の長さをＢとしたとき、アスペクト比Ａ／Ｂが０．５〜２．０である。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用窓ガラスの表面上に形成されたアンテナに関し、特に、車両に対し所定の角度にて傾斜して取り付けられる車両用窓ガラスの車室側表面上に形成されたアンテナに関する。

従来、自動車用の後部窓ガラスとして、窓ガラスの結露をヒータ線の加熱により除去するための防曇装置と、その余白部に設けられたＡＭ、ＦＭ、ＴＶなどの電波を受信するためのアンテナが形成された後部窓ガラスが知られている。

例えば、車両用後部窓ガラスの表面に形成された防曇装置（デフォッガ）と防曇装置の上部に、TV放送波受信用アンテナを形成させたガラスアンテナが開示されている（例えば、特許文献１参照）。このガラスアンテナは、線状の導電体を窓ガラスの表面に形成することにより放送波を受信するタイプのアンテナである。

自動車用の後部窓ガラスに線状ではないアンテナを形成したタイプとして、スロットアンテナを形成したものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。このガラスアンテナは、ガラスアンテナを形成した車両用窓ガラスが所定の傾斜を有する場合においても、アンテナに対して水平方向に指向特性を持たせるように、車室内側に反射板を取り付けている。

また、車体の窓ガラス上に貼り付けた導電性フィルム、車体、及び、導電性フィルムと車体とを導通させる導通部により、スロットを形成させたスロットアンテナが開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−１９７１８４ 特開２００５−０２６７８３ 特開２００２−２９０１４５

特許文献１に開示されたガラスアンテナは、線状の導電体によるガラスアンテナを車両用窓ガラスの表面に形成して、TV放送波に代表される高周波を受信するためのアンテナとするものである。この場合、自動車の車体、防曇装置及びＡＭアンテナなどの他の導電体の近傍に形成すると、アンテナの指向特性が水平面より変化してしまうため、アンテナの形成位置が極めて制限されるという問題点がある。即ち、水平方向により近い面で傾斜された車両用窓ガラスへの利用には不向きである。

また、特許文献２に開示されたスロットアンテナは、スロットアンテナの面に対して垂直方向に存在する強い感度を車両の水平方向に向けるため、反射板とともに、車両用窓ガラスの表面に形成させて、TV放送波に代表される高周波を受信するアンテナを構成させるものである。この場合、反射板などを設けることにより、部品点数の増加によるコストアップの要因になるという問題がある。

また、特許文献３に開示されたスロットアンテナは、導電性フィルム及び車体を受信面としてスロットを構成するアンテナであり、該スロットアンテナの形状は、車体の開口の形状に依存してしまうため、アンテナ設計の自由度が制限されるという問題がある。

そこで、本発明は、車両に取り付けた際に水平方向に対して感度が高い、簡易な車両用ガラスアンテナを提供することを目的とする。

本発明による車両用ガラスアンテナは、車両用窓ガラスの表面に形成される車両用ガラスアンテナであって、導電体よりなるパッチ部と、前記パッチ部と同一の表面上でかつ前記パッチ部を取り囲むように形成された導電体よりなる接地導体と、前記接地導体と前記パッチ部とを接続する導電体よりなる短絡線と、前記パッチ部、前記接地導体及び前記短絡線で囲むことにより形成されたスロットとを備え、前記パッチ部の水平方向の最大の長さをＡ、前記車両用窓ガラスに沿って前記水平方向に対し直交する方向の最大の長さをＢとしたとき、アスペクト比Ａ／Ｂが０．５〜２．0であることを特徴としている。

更に、前記パッチ部は、前記長さＡの辺と前記長さＢの辺を有する矩形形状の導電体であることを特徴としている。

更に、前記アンテナにより受信する電波の波長をλ、前記車両用窓ガラスに依存する波長の短縮率をｇとしたとき、Ａ＋Ｂが、０．５〜０．５５λｇであることを特徴としている。

更に、前記短絡線は、パッチ部の略中心を通る、前記直交する方向に延びる線上の２箇所に形成されていることを特徴としている。

更に、前記スロットは、前記水平方向に延びる非導電体部、及び、前記直交方向に延びる非導電体部からなるコの字状に構成されており、前記水平方向に延びる非導電体部の幅をＣとしたとき、前記幅Ｃが、Ｃ＝０．０２λｇ〜０．０３λｇで規定され、前記直交方向に延びる非導電体部の幅をＤとしたとき、前記幅Ｄが、Ｄ＝０．０４λｇ〜０．０５λｇで規定され、前記接地導体の幅をＥとしたとき、前記幅Ｅが、Ｅ＝０．０５λｇ〜０．０６λｇで規定されていることを特徴としている。

本発明の車両用ガラスアンテナによれば、車両用ガラスアンテナの面に対して低角度となる方向の感度が高いスロットアンテナとすることができる。即ち、本発明によるガラスアンテナを車両に取り付けた際に、水平方向の感度が好適な車両とすることができる。

以下、各図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。尚、各図面において、同様な構成要素には、同一の参照番号を付して説明する。

まず、本発明による実施例の車両用ガラスアンテナを説明する。

(実施例)
図１は、本発明による実施例の車両用ガラスアンテナを、車両用窓ガラス２の内側表面に形成させた一例を示している。実施例の車両用ガラスアンテナ３は、図１に示すように、車両１の窓ガラスのうち、例えば車両用窓ガラス２の周縁部２ａに位置する車室内側表面２Ａに配置されている。そして、この車両用ガラスアンテナ３は、例えばＴＶ電波放送に係る基地局等から送信される電波、特に、デジタルTV用放送波など、水平方向から到来する水平偏波を受信するアンテナとして形成されている。尚、図1に示す車両用窓ガラス２は、水平方向のＸ軸及びＹ軸と鉛直方向のＺ軸からなる空間領域において所定の角度で傾斜している。この車両用ガラスアンテナ３は、図示される車両以外にも様々な形態の車両があることから、様々な角度を有する車両用窓ガラスに形成されることに注意する。

図２に、本発明による一実施例の車両用ガラスアンテナの構成を示す。車両用ガラスアンテナ３は、外側に設けられる接地導体７と、中央に設けられるパッチ部８と、接地導体７及びパッチ部８を短絡する短絡線５ａ及び５bと、接地導体７及びパッチ部８を給電するための給電部４とを備えている。接地導体７、パッチ部８、及び、短絡線５ａ及び５bは、例えば銀ペースト等の導電性金属を含有するペーストを、車両用窓ガラス２の周縁部２ａに位置する車室内側表面２Ａにプリントし、焼き付けて形成させる。尚、その他の方法で車両用ガラスアンテナ３を形成させることもできる。例えば、銅などの導電性物質からなる薄膜を車室内側表面又は外側に形成させることもでき、従って、車両用ガラスアンテナ３の材料及び形成方法は、上述に限定するものではない。

短絡線５ａ及び５bは、パッチ部８の略中心を通る、車両用窓ガラス２に沿って、水平方向（本実施例においてはY軸方向）に対し直交する方向に延びる線Ｓ−Ｓ’上の２箇所に形成される。接地導体７、パッチ部８、及び、短絡線５ａ及び５bを形成させて、それらの間にコの字状のスロット部１０ａ及び１０ｂを構成させることにより、車両用ガラスアンテナ３をスロットアンテナとして機能させる。従って、スロット部１０ａ及び１０ｂは、水平方向に延びる非導電体部、及び、車両用窓ガラス２に沿って水平方向に対し直交する方向に延びる非導電体部から構成される。車両用ガラスアンテナ３は、後述する理由に基づいて、パッチ部の横寸法Ａ及び縦寸法Ｂにより、特定のスロット形状となるように規定されている。尚、寸法Ａは、パッチ部の水平方向端部の長さであり、寸法Bは、車両用窓ガラス２に沿って、垂直方向端部の長さである。

具体的には、車両用ガラスアンテナ３は、以下のように規定される。
Ａ／Ｂ（アスペクト比）＝０．５〜２．０；
Ａ＋Ｂ＝０．５λｇ〜０．５５λｇ；
ここで、λｇは、車両用窓ガラスの短縮率ｇと共振させる周波数帯域４００〜７００ＭＨｚで定めることができ、例えば、車両用窓ガラスに起因する短縮率０．７及び共振周波数４７０MHｚ（波長λ＝６３８ｍｍ）とすれば、λｇ＝４４７ｍｍである。また、短縮率は、誘電効果を考慮した電気的な波長に対して自由空間上の波長で除算した値で定められる。

その他の寸法として、スロットの幅Ｃ及びＤ、接地導体７の幅Ｅ、短絡線５ａから給電点４までの距離Ｆ、及び、パッチ部８の端部から線Ｓ−Ｓ’までの距離Ｇは、以下のように規定される。
スロットの幅Ｃ＝０．０２λｇ〜０．０３λｇ；
スロットの幅Ｄ＝０．０４λｇ〜０．０５λｇ；
接地導体７の幅Ｅ＝０．０５λｇ〜０．０６λｇ；
短絡線５ａから給電点４までの距離Ｆ＝０．１λｇ；
パッチ部８の垂直側端部から線Ｓ−Ｓ’までの距離Ｇ＝０．４×Ａ〜０．６×Ａ；
ここで、距離Ｇは、線Ｓ−Ｓ’と略平行なパッチ部８の両側にある垂直側端部のうち、いずれかからの距離とできる。

尚、アスペクト比Ａ／Ｂを規定するための基準となる寸法Ｃ〜Ｅを、予め規定しておくことで、任意の周波数帯に対して、又は、任意の角度に対して、好適な車両用ガラスアンテナを構成させることができるようになる。尚、Fの寸法は、インピーダンス整合を取る上で可変とできるが、アンテナパターン設計を容易とするために、好適に、Ｆ＝０．１λｇと規定しているにすぎない。また、距離Ｇは、後述するように、アンテナの面に対して水平な方向に強い感度特性を得るために、好適に、Ｇ＝０．４×Ａ〜０．６×Ａと規定している。

本発明によるガラスアンテナは、アスペクト比Ａ／Ｂを規定することにより、車両に要求される水平方向から到来する電波に対して、所望の周波数帯域で好適な感度を有する車両用ガラスアンテナを提供できるようになる。

一実現例として、各寸法Ａ〜Ｇの寸法例を表１に示す（単位：ｍｍ）。尚、本発明によれば、後述する理由により、Ａ／Ｂ（アスペクト比）＝０．５〜２．０として規定され、それ以外のＡ／Ｂ（アスペクト比）の値は、比較のために示すものであることに注意する。

次に、図２に示した車両用ガラスアンテナ３を、図１に示すような車両１に適用させた場合に、水平方向から到来する電波に対して感度が高い理由について説明する。

図３に、車両用ガラスアンテナ３が、空間的に所定の角度に傾斜した車両用窓ガラス２の車室内側面２Ａに形成される様子を示す。図３において、車両用ガラスアンテナ３は、給電部４が車両１に対して上側になるように、且つ、線S−S’（図２）が、Y軸上の値が一定となる平面（X軸とZ軸からなる面と平行な面）に形成されている。また、車両用窓ガラス２は、水平面Ｈ（X軸とY軸からなる面と平行な面）に対して、角度θを有している。車両用ガラスアンテナは、水平方向から到来する電波に対して好適な感度を有することが望まれる。即ち、図３においては、水平面Hの方向より到来する電波に対する感度が望まれる。換言すれば、車両用ガラスアンテナの面に対する角度φが０度〜θの角度の範囲において良好な感度を有することが望まれる。

図４は、車両用ガラスアンテナ３の面と到来する電波との間の角度φ、及び、車両用ガラスアンテナ３の空間的な方向を示す、Ｕ軸、Ｖ軸、及びＷ軸を規定した様子を示す図である。Ｕ軸及びＶ軸は、車両用ガラスアンテナ３の面（即ち車両用窓ガラス２の面）を表し、Ｗ軸は、車両用ガラスアンテナ３の面に対して垂直な方向を表している。従って、図４に示すように、角度φは、Ｕ軸、Ｖ軸、及びＷ軸を基準にして、例えば角度φ＝０度、３０度、６０度、及び９０度のように表される。

図５〜図８は、それぞれ、周波数４００ＭＨｚ、５００ＭＨｚ、６００ＭＨｚ、７００ＭＨｚにおける感度特性であり、それぞれアスペクト比（Ａ／Ｂ）に応じた、角度φに対する車両用ガラスアンテナ３の平均感度特性を示している。ここで、図５〜図８に示す平均感度は、それぞれの角度における全周囲方向の感度の平均値である。

図５〜図８の特性結果から分かるように、角度φ＝０〜３０度付近に着目すると、周波数４００ＭＨｚ（図５）、周波数５００ＭＨｚ（図６）では、アスペクト比（Ａ／Ｂ）が０．５以上であることが好ましいことが分かる。また、周波数６００ＭＨｚ及び７００ＭＨｚ（図７、図８）では、アスペクト比（Ａ／Ｂ）が２．０以下で、アスペクト比（Ａ／Ｂ）の影響度が少ないことが分かる。

従って、アスペクト比（Ａ／Ｂ）を０．５〜２．０になるように規定することで、角度φ＝０〜３０度において良好な感度とすることができ、例えば、図１に示すようなセダン車（窓ガラスの取り付け角度θは２０〜３０度程度）の後部窓ガラスの上部に、車両用ガラスアンテナ３が設けられた場合に、好適な感度が得られることが分かる。より好適には、アスペクト比（Ａ／Ｂ）によって規定することができるように、Ａ＋Ｂ＝０．５λｇ〜０．５５λｇを規定する。

図９は、４００〜８００MHｚまでの周波数帯に対して５０MHｚ間隔で測定した値を平均した平均感度特性であり、それぞれアスペクト比に応じた、角度φに対する車両用ガラスアンテナ３の平均感度特性を示す。表２は、図９の数値データである。

図９及び表２から、アスペクト比が０．５以上２．０以下であれば、角度φ＝０〜９０度において、好適な感度が得られることが分かる。このように、アスペクト比は、Ａ／Ｂ＝０．５〜２．０として規定される。それ以外のＡ／Ｂ（アスペクト比）の値（例えば、Ａ／Ｂ＝０、０．１７、０．３１、２．４など）は、比較のために示される。

次に、前述した実施例の効果をより明確にするために、特にアスペクト比＝０と等価な、車両用ガラスアンテナの比較例を説明する。尚、同様の構成要素には、同一の参照番号を付して説明する。

（比較例）
図１０Ａは、比較例として、従来の代表的なスロットアンテナの外形を示す図である。ここで、図１０Aに示す従来の代表的なスロットアンテナは、アスペクト比が０（Ａ／Ｂ＝０）のガラスアンテナと等価である。図１０Ｂは、比較例として、従来の代表的なスロットアンテナの測定条件を示す図である。比較例のスロットアンテナは、導電部材１７が、直線状スロット２０を形成させており、導電性材料１７の一部に給電部１４が設けられる。図１０Aに示すように、一般的な寸法として、スロットの長さ及び幅は、それぞれ０．５λｇ及び０．０４２λｇとして与えられている。また、導電部材１７の長さは、それぞれ０．６０５λｇ及び０．１５２λｇとして与えられている。導電部材１７は、上述した本発明の実施例と同様な材料及び手法で、車両用窓ガラスに形成させることができるものである。

図１１は、４５０MHｚにおける角度φ＝０度方向の全周囲方向の感度について、比較例（アスペクト比＝０）と実施例（アスペクト比＝１．５８）を比較した図である。本発明による実施例の車両用ガラスアンテナ３は、従来の比較例に示すようなスロットアンテナに対し、角度φ＝０度のアンテナ性能が改善していることが分かる。

図１２は、比較例と本発明による実施例の車両用ガラスアンテナ３（アスペクト比１．５８）との間で、角度φ＝０度方向の周波数−平均感度特性を示す。本発明による実施例の車両用ガラスアンテナ３であれば、比較例のスロットアンテナ１３に対して、周波数４００〜８００ＭＨｚに渡って、著しい感度低下の無いフラットなアンテナ性能を有することが分かる。

このようにフラットなアンテナ性能を有する車両用ガラスアンテナを提供できることは、アスペクト比のみに着目すればよく、極めてアンテナ設計を容易にさせるという効果もある。

上述した実施例で明らかなように、車両用ガラスアンテナ３は、長さがほぼ同一のスロットが２本存在している。それぞれのスロットには、ほぼ同一の周波数帯域の磁流が励起される。２つのスロットに励起する磁流は、スロットが互いに近接している場合（即ちアスペクト比が小さい場合）、アンテナの面に対して垂直な方向に対して強い感度を有することになる。これは、アスペクト比が０の場合、即ちスロットが１つのみの場合に、アンテナの面に対し垂直な方向に強い感度特性を示すことからも明らかである。

２つのスロットの間が離れた場合（即ちアスペクト比がある程度大きい場合）は、互いの干渉作用により、給電されていない側のスロットにも磁流が励起されるようになる。給電されていない側のスロットの磁流は、給電されているスロットの磁流とは位相が異なるため、２つの磁流の位相合成により、垂直方向には円偏波を発生し、水平方向には水平偏波を発生するようになる。

従って、スロットが１つの場合には、アンテナの面に対して垂直方向が、強い感度を有する方向であったが、スロットが２つの場合には、垂直方向だけでなく水平方向にも、ある程度強い感度を有するようになる。更に、２つのスロットの間隔が離れると、干渉自体が弱くなるため、それぞれが独立した１つのスロットとしての働きとなってしまい、感度特性が垂直方向により強くなることが予想される。

このような現象、即ち干渉は、２つのスロットに励起する磁流の周波数帯域がほぼ同一である場合に発生する。つまり、２つのスロットの長さが、ほぼ同一である場合に発生することになる。このような効果を得るには、距離Gの範囲が、０．４×A〜０．６×Aであることが好ましく、０．４５×A〜０．５５×Aが更に好ましく、０．５A、即ち同じ長さのスロットとすることが最も好ましい。

上述した実施例では、車両用ガラスアンテナ３に１つの給電部４を構成させるように説明したが、必要であれば、インピーダンス整合を取るように複数の給電部を設けることもできる。

また、上述した実施例では、車両後部窓ガラス２に１つの車両用ガラスアンテナ３を構成させるように説明したが、車両後部窓ガラスのみならず、車両前部窓ガラス又は側部窓ガラスに複数の車両用ガラスアンテナ３を設け、各々のアンテナからの受信信号をダイバーシティ合成するように用いることもできる。

また、上述した実施例では、車両用ガラスアンテナ３の形状を長方形として説明したが、
前述したアスペクト比又は他の寸法を規定した効果が表れる限りは、菱形としてもよく、或いは、アンテナ端部の形状に丸みを加えても良い。

上述した実施例において、代表的な例として本発明を説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換することができることは当業者に明らかである。例えば、前述した実施例において、特定周波数帯域、又は、特定車両に適合させるように、アスペクト比を設定してもよく、この場合、更にアンテナ設計を容易にさせるという効果もある。また、車両用ガラスアンテナを、車両用窓ガラスの上部に設けた構成として説明したが、その配置構成は、給電部の配置を含め、適宜、変形させることが可能である。従って、本発明は、上述の実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲によってのみ制限される。

本発明によれば、あらゆる車両形態の車両用窓ガラスに対しても、極めて良好な感度の車両用ガラスアンテナを構成させることができ、そのような車両用ガラスアンテナを備える車両において有用である。

本発明による実施例の車両用ガラスアンテナを、車両用窓ガラス２の内側表面に形成させた一例を示す図である。 本発明による一実施例の車両用ガラスアンテナの構成図である。 車両用ガラスアンテナが、空間的に所定の角度に傾斜した車両用窓ガラスの車室内側面に形成される様子を示す概略図である。 車両用ガラスアンテナが電波を受信する角度φと、車両用ガラスアンテナの空間的な方向を示す、Ｕ軸、Ｖ軸、及びＷ軸を規定した様子を示す図である。 周波数４００ＭＨｚにおける、アスペクト比（Ａ／Ｂ）に応じた、角度φに対する車両用ガラスアンテナの平均感度特性を示す図である。 周波数５００ＭＨｚにおける、アスペクト比（Ａ／Ｂ）に応じた、角度φに対する車両用ガラスアンテナの平均感度特性を示す図である。 周波数６００ＭＨｚにおける、アスペクト比（Ａ／Ｂ）に応じた、角度φに対する車両用ガラスアンテナの平均感度特性を示す図である。 周波数７００ＭＨｚにおける、アスペクト比（Ａ／Ｂ）に応じた、角度φに対する車両用ガラスアンテナの平均感度特性を示す図である。 ４００〜８００MHｚまでの周波数帯に対して５０MHｚ間隔で測定した値を平均した平均感度特性である。 比較例として、従来の代表的なスロットアンテナの外形を示す図である。 比較例として、従来の代表的なスロットアンテナの測定条件を示す図である。 ４５０MHｚにおける角度φ＝０度方向の全周囲方向の感度について、比較例（アスペクト比＝０）と実施例（アスペクト比＝１．５８）を比較した図である。 比較例（アスペクト比＝０）と本発明による実施例の車両用ガラスアンテナ３（アスペクト比１．５８）との間で、角度φ＝０度方向の周波数−平均感度特性を示す図である。

符号の説明

１ 車両
２ 車両用後部窓ガラス
３ 車両用ガラスアンテナ
４ 給電部
５ａ、５ｂ 短絡線
７ パッチ部
８ 接地導体
１０ａ、１０ｂ スロット

Claims (5)

1. 車両用窓ガラスの表面に形成される車両用ガラスアンテナであって、
   導電体よりなるパッチ部と、
   前記パッチ部と同一の表面上でかつ前記パッチ部を取り囲むように形成された導電体よりなる接地導体と、
   前記接地導体と前記パッチ部とを接続する導電体よりなる短絡線と、
   前記パッチ部、前記接地導体及び前記短絡線で囲むことにより形成されたスロットとを備え、
   前記パッチ部の水平方向の最大の長さをＡ、前記車両用窓ガラスに沿って前記水平方向に対し直交する方向の最大の長さをＢとしたとき、アスペクト比Ａ／Ｂが０．５〜２．０であることを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
2. 前記パッチ部は、前記長さＡの辺と前記長さＢの辺を有する矩形形状の導電体であることを特徴とする請求項１に記載の車両用ガラスアンテナ。
3. 前記アンテナにより受信する電波の波長をλ、前記車両用窓ガラスに依存する波長の短縮率をｇとしたとき、Ａ＋Ｂが、０．５〜０．５５λｇであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用ガラスアンテナ。
4. 前記短絡線は、パッチ部の略中心を通る、前記直交する方向に延びる線上の２箇所に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用ガラスアンテナ。
5. 前記スロットは、前記水平方向に延びる非導電体部、及び、前記直交方向に延びる非導電体部からなるコの字状に構成されており、
   前記水平方向に延びる非導電体部の幅をＣとしたとき、前記幅Ｃが、Ｃ＝０．０２λｇ〜０．０３λｇで規定され、
   前記直交方向に延びる非導電体部の幅をＤとしたとき、前記幅Ｄが、Ｄ＝０．０４λｇ〜０．０５λｇで規定され、
   前記接地導体の幅をＥとしたとき、前記幅Ｅが、Ｅ＝０．０５λｇ〜０．０６λｇで規定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用ガラスアンテナ。

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