JP5514568B2 - ガラスアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、ガラス面に、アンテナパターンと、ガラス面の側辺コーナ部に実装されてアンテナパターンに電力を供給する給電点とが形成された、ガラスアンテナに関する。

車両のリアウインドウにアンテナパターンが形成されるガラスアンテナは、従来のロッドアンテナに比べて意匠面で出っ張りがないために外観上優れ、破損の心配がなく、風切り音が発生しない等の理由により、広く使用されるようになった。

又、ＡＭ（Amplitude Modulation）／ＦＭ（Frequency Modulation）兼用のアンテナパターンが実装されたガラスアンテナも普及し、従来、防曇用通電加熱ヒータ（以下、デフォッガという）を構成するブスバーとアース間にＲＦＣ（高周波チョークコイル）を挿入することで、このデフォッガをアンテナとしても使用することのできるガラスアンテナが知られている（例えば、特許文献１（図８）参照。）。

特開昭５７−１８８１０２号公報（「図８」）

特許文献１を次図に基づいて説明する。図５に示されるように、車両に用いられるガラスアンテナ１００Ａは、ＡＭアンテナ素子１０１とデフォッガ１０２との間に実装されたＦＭメインアンテナ素子１０３と、デフォッガ１０２の下部に実装されたＦＭサブアンテナ素子１０４とからＦＭダイバーシティアンテナが構築されている。そして、デフォッガ１０２の各ブスバーと不図示のアースとの間には、例えば、１．０μＨのＲＦＣ１０５が接続されている。又、ＡＭアンテナ素子１０１に給電点１０６ａが、ＦＭメインアンテナ素子１０３に給電点１０６ｂが、ＦＭサブアンテナ素子１０４に給電点１０６ｃが備えられ、それぞれに電力が供給されるようになっている。

ところで、上述したＦＭメインアンテナ素子１０３とＦＭサブアンテナ素子１０４により構成されるダイバーシティアンテナの受信性能は、以下に列挙する（１）〜（４）の指標を用いて評価されてきた。
（１）水平偏波（以下、Ｈ偏波という）、垂直偏波（以下、Ｖ偏波という）のそれぞれで、ＦＭメインアンテナ素子１０３、ＦＭサブアンテナ素子１０４の各周波数の指向性を全方位にわたり平均した感度（以下、指向性平均感度という）
（２）指向性平均感度をさらにＦＭ周波数帯域で平均した感度（以下、周波数平均感度という）と、その最小値
（３）Ｈ偏波、Ｖ偏波のそれぞれで、ＦＭメインアンテナ素子１０３、ＦＭサブアンテナ素子１０４の各周波数の指向性をダイバーシティ合成（０°〜３６０°の各測定ポイントで、感度の大きい方を選択する）した後の指向性の平均感度と最小値
（４）ＦＭメインアンテナ素子１０３とＦＭサブアンテナ素子１０４の周波数平均感度の差

しかしながら、これらの指標と、実際に北米のＦＭ放送地域を走行した際の聴感とは、必ずしも相関がとれていない。そこで、より相関がとれる指標として、ＦＭメインアンテナ素子１０３において、Ｈ偏波、Ｖ偏波の各周波数の指向性を全方位にわたり足し合わせ（以下、Ｈ／Ｖ合成という）、その指向性の最小値で評価する方法を採用することとした。

このＨ／Ｖ合成を指標とする理由は、実際にフィールドで測定したときの指向性と、電波暗室で測定したＨ／Ｖ合成後の指向性との間に相関が認められたためである。北米では、円偏波でのＦＭ放送が多く、Ｈ偏波、Ｖ偏波それぞれでの指標より、Ｈ／Ｖ合成の指標で評価した方がより実際の電波環境に即しているためと考えられる。

ところで、Ｈ／Ｖ合成後の指向性最小値の目標値としては、弱電界中でステレオ／モノラル切り替わりによる音揺れを防ぐため、６０ｄＢｕＶ／ｍ電界中で４５ｄＢｕＶ（但し、アンプゲイン差し引き後であって、最適には４７ｄＢｕＶ／ｍ以上）の出力が求められる。また、ＦＭ放送波がマルチパスにより到来する環境でも良好な受信性能を得られるダイバーシティアンテナとなるように、ＦＭメインアンテナ素子１０３とＦＭサブアンテナ素子１０４間の相互干渉を少なくするように配慮する必要もある。

上述したＨ／Ｖ合成後の指向性最小値が目標値以上となるためには、Ｈ偏波、Ｖ偏波のそれぞれの指向性が感度の低い部分をカバーし合う形になっている必要がある。そのような指向性を持つガラスアンテナを形成するためには、例えば、図６のガラスアンテナ１００Ｂに示すように、ＦＭメインアンテナ素子１０３の給電点１０６ｂを、ガラス面の上辺略中央部に形成する「上辺給電」とすれば良いことがわかった。

しかしながら、「上辺給電」する場合は、図５のガラスアンテナ１００Ａに示したように、ガラス面の側辺コーナ部から給電する「側辺給電」の場合に比べてコストが高いアンテナアンプを使用する必要がある。理由は、車両生産工場での部品の組み付け作業順によるものである。具体的に、リアガラス周辺部は、アンテナアンプ、ルーフ内装材、リアガラスの順に組みつけが行われる。このとき、ガラス上辺部に差込みタイプのアンテナ端子を実装すると、ルーフ内装材に隠れてしまうため、作業者は差込み作業を行うことができない。

そのため、ガラス上辺部には差込み作業を行う必要のない、比較的高価な接触タイプのアンテナ端子を実装する必要がある。接触タイプのアンテナアンプは、差込みタイプのものに比べてコスト高となるため、廉価モデルの車両には採用されていないのが現状である。

しかしながら、差込みタイプのアンテナアンプを使用した場合、上述した部品組み付け順の問題から、図５に示す「側辺給電」によるガラスアンテナ１００Ａにする必要があり、そのようなアンテナパターンを実装した場合、Ｈ／Ｖ合成後の指向性に落ち込みが生じてしまう。この理由を、図７、図８を参照しながら説明すると以下のようになる。

図６に示した「上辺給電」によるガラスアンテナ１００Ｂの構成を電気的に表現すると、図７に示す模式図で示される。又、図８は、ＦＭメインアンテナ素子１０３のＨ／Ｖ合成後における指向性と利得を、「上辺給電」の場合と「側辺給電」の場合で、図８（ａ）、図８（ｂ）としてそれぞれ示した図である。図８（ａ）、図８（ｂ）共に、Ｈ偏波の指向性は点線表記され、Ｖ偏波の指向性は実線表記され、ＨＶ合成後の指向性は太線表記されている。

図７の模式図に示されるように、「上辺給電」によるガラスアンテナ１００Ｂは、ＦＭメインアンテナ素子１０３とＡＭアンテナ素子１０１との間、ＡＭアンテナ素子１０１とデフォッガ１０２との間を、それぞれ容量結合１５１、１５２することによって、ＡＭアンテナ素子１０１とデフォッガ１０２の各縦線を利用したλ／４モノポールアンテナ１５０として機能する。このガラスアンテナ１００Ｂは、車両前後方向からはＶ偏波のモノポールアンテナとみなすことができ、車両横方向からは、ガラス面が水平に近いことからＨ偏波のモノポールアンテナと見なすことができる。従って、その指向性は、図８（ａ）に示すように、Ｈ偏波、Ｖ偏波それぞれの指向性が感度の低い部分をカバーし合う形となる。

しかしながら、図５に示した側辺給電によるガラスアンテナ１００Ａでは、ＦＭメインアンテナ素子１０３は、図７に示すような理想的なモノポール形状にならないため、その指向性は、図８（ｂ）に示す形になり、Ｈ／Ｖ合成後の指向性に落ち込み（図中のハッチング部分）が生じてしまう。

本発明は、Ｈ／Ｖ合成後の指向特性に落ち込みを生じさせることなく、全方位にわたり受信性能の向上を図った、ガラスアンテナを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明では、ガラス面に、アンテナパターンと、前記ガラス面の辺に実装されて前記アンテナパターンに電力を供給する給電点とが形成された、ガラスアンテナであって、１本の縦向き導体に直交させた複数の水平導体からなる第１のアンテナパターンを有する第１のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子の上部に実装され、前記第１のアンテナパターンの最上部に位置する前記水平導体と容量結合された、前記第１のアンテナ素子とは受信帯域が異なる第２のアンテナパターンを有する第２のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子の下部に実装され、前記第１のアンテナパターンの最下部に位置する前記水平導体と容量結合された１本の縦向き導体に直交させた複数の水平導体からなる防曇用通電加熱ヒータと、を備え、前記ガラス面の辺は、側辺であることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、請求項１記載のガラスアンテナにおいて、前記防曇用通電加熱ヒータの下部に実装され、前記第２のアンテナ素子と協働してダイバーシティ受信を行う第３のアンテナ素子と、を備えたことを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項１記載のガラスアンテナにおいて、前記防曇用通電加熱ヒータを、前記第２のアンテナ素子と協働してダイバーシティ受信を行う第３のアンテナ素子としても使用することを特徴とする。

請求項１に係る発明では、ガラスアンテナを、１本の縦向き導体に直交させた複数の水平導体からなる第１のアンテナ素子と、第１のアンテナ素子の上部に実装され、第１のアンテナパターンの最上部に位置する水平導体と容量結合された第２のアンテナ素子と、第１のアンテナ素子の下部に実装され、第１のアンテナパターンの最下部に位置する水平導体と容量結合された１本の縦向きブスバーに直交させた複数の水平ブスバーからなる防曇用通電加熱ヒータと、により構成し、かつ、ガラス面の辺は、側辺とした。

発明者らの評価では、第２のアンテナ素子を第１のアンテナ素子の上部に実装することで、「側辺給電」でありながら「上辺給電」の場合と同様の指向性が得られることがわかった。従って、接触タイプのアンテナアンプを必要とせず、部品の組み付けも容易になり、アンテナアンプのコスト抑制が可能になる。又、第２のアンテナ素子を第１のアンテナ素子の最上部に位置する水平導体と容量結合させることで、第２のアンテナ素子長を特定の周波数帯域受信用に調整し、且つ第２のアンテナ素子の一部として機能する第１のアンテナ素子の縦向き導体、及び防曇用通電加熱ヒータの縦向きブスバーをガラス面の略中央に実装することができる。これらにより、Ｈ／Ｖ合成後の指向特性に落ち込みを生じさせることなく、全方位にわたり受信性能の向上を図った、ガラスアンテナを提供することができる。また、ガラス面の辺を側辺としたため、「側辺給電」でありながら「上辺給電」の場合と同様の指向性が得られる。

請求項２に係る発明では、第２のアンテナ素子と協働してダイバーシティ受信を行う第３のアンテナ素子を、防曇用通電加熱ヒータの下部に実装した。このため、第３のアンテナ素子を第２のアンテナ実装位置から極力離して実装することができ、このため、第２のアンテナ素子と第３のアンテナ素子との間の相互干渉の度合いを少なくし、従って、マルチパス環境下でも良好な受信性能を得ることができるダイバーシティアンテナを構築することができる。

請求項３に係る発明では、防曇用通電加熱ヒータを、第２のアンテナ素子と協働してダイバーシティ受信を行う第３のアンテナ素子とし使用する。このため、部品点数が減り、一層のコスト抑制を図りながら良好な受信性能が得られるダイバーシティアンテナを構築することができる。

本発明の実施例に係るガラスアンテナのアンテナパターンの一例を示す図である。 図２に示したガラスアンテナの指向性特性について、従来例と対比して示した図である。 図２に示したガラスアンテナの受信感度をグラフで示した図である。 図１のアンテナパターンの変形例を示す図である。 従来のガラスアンテナのアンテナパターンの一例を示す図である。 従来のガラスアンテナのアンテナパターンの他の例を示す図である。 図６のアンテナパターンを電気的に見た場合の模式図である。 従来のアンテナパターンの指向性特性を示した図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

（実施例の構成）
先ず、本発明の実施例の構成を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、実施例に係るガラスアンテナ１０は、リアガラス１０のガラス面に、ＡＭアンテナ素子２０と、ＦＭメインアンテナ素子３０と、デフォッガ４０と、ＦＭサブアンテナ素子６０とが実装されている。そして、ＡＭアンテナ素子２０には給電点７１，ＦＭメインアンテナ素子３０には給電点７２，ＦＭサブアンテナ素子６０には給電点７３を介して電力が供給される。これら給電点７１〜７３は、リアガラス１０の向かって左側辺コーナ部に形成されている（側辺給電）。

ＡＭアンテナ素子２０は、１本の縦向き導体２１に直交させた複数の水平導体２２（２２ａ〜２２ｅ）からなる第１のアンテナパターンを有する第１のアンテナ素子である。ＦＭメインアンテナ素子３０は、ＡＭアンテナ素子２０の上部に実装され、ＡＭアンテナ素子２０を構成するアンテナパターンの最上部に位置する水平導体２２ａとは５０ｐＦ以下で容量結合される。

デフォッガ４０は、ＡＭアンテナ素子２０の下部に実装され、ＡＭアンテナ素子２０のアンテナパターンの最下部に位置する水平導体２２ｅと容量結合された１本の縦向き導体４１に直交させた複数の水平導体４２からなる。なお、デフォッガ４０を構成する各ブスバー４１、４２と、アース間には１．０μＨのＲＦＣ５０が挿入されており、このデフオッガ４０をＦＭメインアンテナ素子３０の一部として使用している。

ＦＭサブアンテナ素子６０は、デフォッガ４０の下部に実装され、ＦＭメインアンテナ３０と協働してダイバーシティ受信を行う。

（実施例の作用）
実施例に係るガラスアンテナ１は、特徴的には、第１に、給電点７２により電力が「側辺給電」されるＦＭメインアンテナ素子３０をＡＭアンテナ素子２０の上側に実装したことにある。そして、ＦＭメインアンテナ素子３０を、ＡＭアンテナ素子２０の最上部に位置する水平導体２２ａと５０ｐＦ以下の容量で容量結合した。第２に、ＦＭサブアンテナ素子６０をデフォッガ５０の下部に実装し、ＦＭメインアンテナ素子３０の実装位置と極力離したことにある。

上述したように、ＦＭメインアンテナ素子３０をＡＭアンテナ素子２０の上部に実装することにより、「側辺給電」でありながら「上辺給電」の場合と同様の指向性が得られる。又、ＡＭアンテナ素子２０のアンテナパターン（水平導体２２）のうち、最上部に位置する水平導体２２ａとＦＭメインアンテナ素子３０とを容量結合させることで、ＦＭメインアンテナ素子３０の素子長を、受信するＦＭ周波数帯域に調整し、且つＦＭメインアンテナ素子３０の一部として機能するＡＭアンテナ素子２０の縦向き導体２１と、デフォッガ４０の縦向き導体４１とをリアガラス１０の略中央に実装することができる。

また、ＦＭサブアンテナ素子６０をＦＭメインアンテナ素子３０からなるべく離して実装することにより、両アンテナ間の相互干渉の度合いを少なくしている。このため、ＦＭ放送波がマルチパスにより到来する環境下でも良好なダイバーシティ受信が可能になる。

以下にこれらの根拠について、図２（ａ）（ｂ）に示すＦＭ帯域毎の指向性特性図、及び図３に示すＦＭ帯域の受信感度特性図に基づいて説明する。

図２は、ＦＭメインアンテナ素子３０のＨＶ合成後における指向性と利得を、ＦＭ受信周期数（８８ＭＨｚ、９８ＭＨｚ、１０８ＭＨｚ）毎に、合成前のＨ偏波、Ｖ偏波と共に測定して示した図であり、図１に示すアンテナパターンを有する実施例１のガラスアンテナ１（図２（ａ））と、図５に示すアンテナパターンを有する従来のガラスアンテナ１００Ａ（図２（ｂ））とを対して示してある。いずれも、Ｈ偏波の指向特性は点線表記され、Ｖ偏波の指向特性は実線表記され、ＨＶ合成後の指向特性は太線表記されている。

図２（ａ）から明らかなように、従来は、各周波数帯（８８ＭＨｚ、９８ＭＨｚ、１０８ＭＨｚ）のいずれにおいてもＨ／Ｖ合成後の指向性に落ち込みが目立つのに対し、図２（ｂ）から明らかなように、実施例１によれば、ＨＶ合成後の指向性は、各周波数帯のいずれにおいても、Ｈ偏波、Ｖ偏波それぞれの指向性が感度の低い部分をカバーし合う形になっている。このように、Ｈ／Ｖ合成後の指向特性に落ち込みを生じさせることなく、全方位にわたって指向特性が改善されていることが理解できる。

図３は、縦軸に６０ｄＢｕＶ／ｍ電界中でのアンテナ出力を目盛り、横軸に周波数を目盛った場合の、ＦＭメインアンテナ素子３０によるＨＶ合成後の指向性最低利得を測定した図である。図３において、実線は目標値、点線は従来例、太実線は実施例１を示す。

図３から明らかなように、その最低利得は、全てのＦＭ受信周波数帯域で目標値である４５ｄＢｕＶ以上となっており、そのほとんどの周波数帯域で推奨値の４７ｄＢｕＶ以上になっており、受信性能が向上していることが理解できる。

（実施例の効果）
本発明の実施例に係るガラスアンテナ１によれば、側辺給電でありながら上辺給電の場合と同様の指向性が得られる。従って、接触タイプのアンテナアンプを必要とせず、部品の組み付けも容易になるため、アンテナアンプのコスト抑制、工数削減が可能になる。又、ＦＭメインアンテナ素子３０をＡＭアンテナ素子２０の最上部に位置する水平導体２２ａと容量結合させることで、ＦＭメインアンテナ素子３０の長さをＦＭ周波数帯域受信用に調整し、且つＦＭメインアンテナ素子３０の一部として機能するＡＭアンテナ素子２０の縦向き導体２２ａとデフォッガ４０の縦向き導体４１とをリアガラス１０のガラス面の略中央に実装することができる。

又、ＦＭメインアンテナ素子３０と協働してダイバーシティ受信を行うＦＭサブアンテナ素子６０を、デフォッガ４０の下部に実装し、ＦＭサブアンテナ素子６０をＦＭメインアンテナ素子３０の実装位置から極力離すことで、アンテナ間の相互干渉の度合いを少なくし、従って、マルチパス環境下でも良好な受信性能を得ることができるダイバーシティアンテナを構築できる。

（変形例）
尚、上述したアンテナパターンの代わりに、ＦＭサブアンテナ素子６０をデフォッガ４０と共用する、変形例として図４に示す構成を用いても上記と同様の効果が得られる。この場合、部品点数が減るため、一層のコスト抑制を図りながら良好な受信性能が得られるダイバーシティアンテナを構築することができる。

本発明のガラスアンテナ１は、車両の窓ガラス、特に、リアガラス１０に適用して顕著な効果が得られる。車両部品のコスト削減傾向は日増しに強くなり、アンテナについても一層のコス削減が要求されている中で本発明により得られる効果は大きい。

１…ガラスアンテナ、１０…リアガラス、２０…ＡＭアンテナ素子、２１…縦向き導体、２１（２２ａ〜２２ｅ）…水平導体、３０…ＦＭメインアンテナ素子、４０…デフォッガ（防曇用通電加熱ヒータ）、４１…縦向き導体、４２…水平導体、５０…ＲＦＣ、６０…ＦＭサブアンテナ素子、７１、７２、７３…給電点。

Claims (3)

1. ガラス面に、アンテナパターンと、前記ガラス面の辺に実装されて前記アンテナパターンに電力を供給する給電点とが形成された、ガラスアンテナであって、
   １本の縦向き導体に直交させた複数の水平導体からなる第１のアンテナパターンを有する第１のアンテナ素子と、
   前記第１のアンテナ素子の上部に実装され、前記第１のアンテナパターンの最上部に位置する前記水平導体と容量結合された、前記第１のアンテナ素子とは受信帯域が異なる第２のアンテナパターンを有する第２のアンテナ素子と、 前記第１のアンテナ素子の下部に実装され、前記第１のアンテナパターンの最下部に位置する前記水平導体と容量結合された１本の縦向き導体に直交させた複数の水平導体からなる防曇用通電加熱ヒータと、を備え、
   前記ガラス面の辺は、側辺であることを特徴とするガラスアンテナ。
2. 前記防曇用通電加熱ヒータの下部に実装され、前記第２のアンテナ素子と協働してダイバーシティ受信を行う第３のアンテナ素子と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のガラスアンテナ。
3. 前記防曇用通電加熱ヒータを、前記第２のアンテナ素子と協働してダイバーシティ受信を行う第３のアンテナ素子としても使用することを特徴とする請求項１記載のガラスアンテナ。

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