JP6363346B2 - 車両用ガラスアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、車体の前方の開口に設けられた窓ガラスに取り付けて好適な、車両用ガラスアンテナに関する。

例えば、特許文献１に、狭い領域でも設置可能であり、ＡＭ／ＦＭ帯で十分なアンテナ利得が得られる自動車用ガラスアンテナが提案されている。

特許文献１に開示された技術によれば、給電端子は、窓ガラス側方の周縁部に設けられ、アンテナ導体は、給電端子から窓ガラス側方の周縁部に沿って下方に延伸する垂直エレメントと、この垂直エレメントから窓ガラスの下方の周縁部に沿って水平方向に延伸する水平エレメントとを有し、かつ窓ガラスを車両に固定するためのフランジに沿って形成される。なお、フランジの端部と垂直エレメントとの距離は２ｍｍ以上、８ｍｍ以下の領域に収まっている。

上記した特許文献１に開示された技術によれば、ポールアンテナ、または一般的な他のガラスアンテナ等と比較すれば受信性能が劣り、特に、ＡＭ放送波の受信性能が低下する。例えば、同文献の図５の特性図に示されるように、フランジ端部近傍（フランジの端部と垂直エレメントとの距離が小さい）では金属ボディの影響によりＡＭ放送波が減衰するため、良好な受信性能を得ることができない。その結果、アンテナ端子の誘起電圧は、一般的な他のアンテナと比べて６ｄＢ以上低く実用的でない。

特開２０１０−１３６０７９号公報

このため、特許文献１に開示されたアンテナ配置で特にＡＭ放送波の受信性能を改善するためにボティフランジからの距離を確保しようとした場合、運転者の視界に入る領域へのアンテナエレメントの配置が必要になり、運転者の視野を妨げる要因になる。

本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、車両に搭載される一般的なポールアンテナ等と同等の受信性能を持つ車両用ガラスアンテナを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、車体の前方開口に設けられた窓ガラスに取り付けられる車両用ガラスアンテナであって、アンテナエレメントと、前記車体の前記開口の上辺部近傍に配置された給電端子と、を備え、前記アンテナエレメントは、前記給電端子を基点に、前記開口の上辺部に沿って延びる長方形状のアンテナパターンで形成された第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の一部に接続され、前記開口の周縁部に沿って延びる線状のアンテナパターンで形成された第２のアンテナエレメントと、により形成され、前記第１のアンテナエレメントは、前記開口の上辺部から、前記長方形状のアンテナパターンのうち前記上辺部に遠い位置に配置される長辺までの距離を、３０［ｍｍ］〜５０［ｍｍ］とすることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントとにより、異なる２つの周波数帯の電波を受信することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記第２のアンテナエレメントは、前記第１のアンテナエレメントの一部を先端に前記開口の上辺部に沿って側辺部に向かって延びる第１のアンテナ導体と、前記第１のアンテナ導体の末端に接続され、前記側辺部に沿って延びる第２のアンテナ導体とからなることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１または２記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記第１のアンテナエレメントは、前記長方形状のアンテナパターンを形成する、前記給電端子から遠い位置に配置された短辺が開放された形状を有することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１または２記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記第１のアンテナエレメントは、前記開口の上辺部に沿って延びる第１のアンテナ導体と、前記第１のアンテナ導体の先端から折り返して前記第１のアンテナ導体に対向して逆方向に延びる第２のアンテナ導体と、を含むことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記第１のアンテナエレメントは、２００［ｍｍ］〜６００［ｍｍ］のアンテナエレメント長を有することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記第２のアンテナエレメントの一部は、前記側辺部から垂直方向に、少なくとも６［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］離れた位置に配置されることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記給電端子から前記第２のアンテナエレメントの末端までの経路長を、１／６・λｋ〜１／３．５・λｋ（但し、ｋは窓ガラス面の波長短縮率）とすることを特徴とする。

本発明によれば、車両に搭載される一般的なポールアンテナ等と同等の受信性能を持つ車両用ガラスアンテナを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る車両用ガラスアンテの導体配置図である。 本発明の実施の形態に係る車両用ガラスアンテナの受信特性を示す図である。 性能評価に使用した比較例の車両用ガラスアンテナの導体配置図である。 本発明の実施の形態に係る車両用ガラスアンテの変形例を示す図である。

本発明の実施の形態（以下、本実施例という）を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に本実施形態に係る車両用ガラスアンテナ１の導体配置が示されている。本実施形態に係る車両用ガラスアンテナ１は、車体前方の開口１０に設けられた窓ガラス面（フロントウインドウ）上に配置される。給電端子１１は、車体の開口１０の上辺部（ボディフランジ２０）近傍に配置される。

アンテナ導体は、開口１０の上辺部に沿って互いに間隔を維持して略平行に延びる、長辺１２ａ，１２ｂと、を有し、短辺１２ｃによって長辺１２ａ，１２ｂのそれぞれの一端が接続された略長方形状の第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）を有する。なお、短辺１２ｄは、長辺１２ｂの他端とは接続されるが、長辺１２ａの他端とは接続されずに開放された形状になっている。アンテン導体は更に、第１のアンテナエレメント１２の短辺１２ｄの末端ｏに接続され、ボディフランジ２０に沿って側辺部に向かって延びる第１の導体（Ｂ’部）と、Ｂ’部の末端に接続され、側辺部（セラミックライン２１）に沿って垂直方向に延びる線状の第２の導体（Ｂ部）とからなる第２のアンテナエレメント１３と、を有する。本実施形態に係る車両用ガラスアンテナ１は、２つの異なる周波数帯の電波を受信し、第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）は特にＡＭ受信に寄与し、第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）と第２のアンテナエレメント１３（Ｂ＋Ｂ’部）は、特にＦＭ受信に寄与する。

第１のアンテナエレメント１２は、開口１０の上辺部から垂直方向に３０［ｍｍ］〜５０［ｍｍ］離れた位置に配置され、ここでは、長方形状の第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）を形成するボディフランジ２０から遠い側に位置する長辺１２ｄまで４５［ｍｍ］程度の距離を保って配置される。また、第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）は、２００［ｍｍ］〜６００［ｍｍ］のアンテナエレメント長（横幅）を有する。また、第２のアンテナエレメント１３を構成する第２のアンテナ導体（Ｂ部）は、側辺部から垂直方向に最低でも６［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］程度離れて配置されている。なお、給電端子１１から第２のアンテナエレメント１３（Ｂ部）の末端までの経路長は、１／６・λｋ〜１／３．５・λｋ（但し、ｋは窓ガラス面の波長短縮率）になっている。

ＡＭの受信性能を良くするためには第１のアンテナエレメント１２をボディフランジ２０から離して配置することが有効であることがわかっている。本実施形態に係る車両用ガラスアンテナ１によれば、「ＡＭの受信において、運転者の水平視野を妨げない領域に配置する」という良好なＡＭ受信性能を得るのにトレードオフとなる要求を満足させながら第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）を上辺に配置し、また、ＦＭの受信において、第２のアンテナエレメント１３（Ｂ’部＋Ｂ部）を第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）を含み最良の受信性能が得られる素子長に配置することで、運転者の視野を確保しつつ車両用ポールアンテナと同等の受信性能を確保することのできる車両用ガラスアンテ１を提供することができる。以下にその評価を行う。

図２に、本実施形態に係る車両用ガラスアンテナ１の受信特性を示す。図２（ａ）は、給電端子１１から第２のアンテナエレメント１３の末端までの長さとその受信性能を示し、図２（ｂ）は、第１のアンテナエレメント１２（Ａ部の長辺１２ｂ）の水平長とＡＭ受信性能との関係を示し、図２（ｃ）は、ボディフランジ２１から第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）の長辺１２ｂまでの平均距離と受信性能との関係を示す。

図２（ａ）において、横線ｘは、一般的な車両用窓ガラスアンテナが有する受信感度の下限値を示す。この結果から、給電端子１１から第２のアンテナエレメント１３の端部までの長さは１／６λ・ｋが適当であることがわかる。また、図２（ｂ）から、第１のアンテナエレメント（Ａ部）の水平長が２００［ｍｍ］以上で良好なＡＭ受信性能が得られることがわかる。したがって、ＦＭ、ＡＭの両方を受信するアンテナとして、第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）の水平長は６００［ｍｍ］を上限とすることが好ましい。

また、図２（ｃ）によれば、ＡＭ受信性能は約３０ｍｍまで右肩上がり傾向に上昇した後一定になっている。この結果から、ボディフランジ２１から第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）の長辺１２ｂまでの最大距離が３０ｍｍ以上とることが好ましいことがわかる。また、アンテナパターンのデザイン性の面からは、窓ガラス面の周縁部への配置が好ましいため、アンテナパターンとしては、３０［ｍｍ］〜５０［ｍｍ］程度とするのが好ましい。

発明者らは本実施形態に係る車両用窓ガラスアンテナ１について評価した。評価環境として、ＡＭ受信性能は、ＡＭ放送周波数５００［ｋＨｚ］〜１７００［ＫＨｚ］の６０［ｄＢｕＶ／ｍ］電界中でのアンテナ端子の誘起電圧を測定し平均した値を使用した。また、ＦＭ受信性能は、ターンテーブルの中央に測定すべき車両用窓ガラスアンテナが取り付けられた車両を配置し、車両の各方位角毎の受信値を平均した値を使用した。

図３（ａ）に実施例１の車両用ガラスアンテナ１の設計例を示す。図３（ａ）によれば、第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）の水平長は２５０［ｍｍ］、第２のアンテナエレメント１３のアンテナ長は３１０［ｍｍ］（Ｂ部＋Ｂ’部）、給電端子１１から第２のアンテナエレメント１３の端部までの経路長は５６０［ｍｍ］になっている。また、第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）を形成する長方形状のうち長辺１２ｄは、上辺部（ボディフリンジ２０）から垂直方向に４５［ｍｍ］離れた位置に配置され、第２のアンテナエレメント１３を形成するＢ部は、側辺部（セラミックライン２１）から垂直方向に１０［ｍｍ］離れた位置に配置されている。

比較例１として、図３（ｂ）に、実施例１における第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）の効果確認のために、Ａ部を取り除き、給電端子１１から第２のアンテナエレメント１３の端部までの経路長を実施例１と同じ長さとしたアンテナエレメントが、比較例２として、図３（ｃ）に、特許文献１に開示された技術に基づき設計されたアンテナエレメントがそれぞれ示されている。

上記した実施例１と比較例１，２のそれぞれについて、ＡＭ受信性能とＦＭ受信性能についてシミュレーションを行った。ここでは、ＡＭ受信性能として、給電端子１１にＦＥＴプローブを用いて測定したアンテナ給電端子誘起電圧を用い、ＦＭ受信性能として、給電端子１１の受信値を電波暗室内で測定した値のダイポールを基準アンテナとした場合の比較値（ダイポール比）を示す。なお、偏波面は、大地に水平な偏波の値を記載している。

ＡＭ受信性能においては上記した表に示すように、実施例１の誘起電圧は２５．１［ｄＢｕＶ］，比較例１の誘起電圧が１９．０［ｄＢｕＶ］，比較例２の誘起電圧は１８．７［ｄＢｕＶ］になった。なお、一般的な車両用ポールアンテナの誘起電圧は２４〜２６［ｄＢｕＶ］である。このように、実施例１のＡＭ受信性能は、一般的な車両用ポールアンテナと比較して同等の程度の受信性能が確保できている。特に、ＡＭ受信性能ではＡ部を持たない比較例１と比較すれば約６［ｄＢ］受信性能が改善していることがわかる。

ＦＭ受信性能においては上記した表に示すように、実施例１のダイポール比は−１６．２［ｄＢｄ］，比較例１のダイポール比は−１８．５［ｄＢｕＶ］，比較例２のダイポール比は−１９．８［ｄＢｄ］になった。なお、一般的な車両用ポールアンテナの誘起電圧は−１８〜−１５［ｄＢｄ］である。このように、ＦＭ受信性能においてもポールアンテナ相当の受信性能が得られた。これはＡＭ受信性能と同様に、窓ガラス面周縁部のボディフランジ２０近傍の領域はボディ板金の影響により電界強度が低下しており、ボディフランジ２０から第２のアンテナエレメント１３が一部離れたことの効果によるものである。

実施例１の車両用ガラスアンテナ１において、受信する放送波７６ＭＨｚ〜９０ＭＨｚの中央値である８３ＭＨｚの波長λを３６０ｍｍ、窓ガラス面の波長短縮率を０．７５とすれば、給電端子１１から第２のアンテナエレメント１３（Ｂ部＋Ｂ’部）の端部までの長さ５６０［ｍｍ］は約１／３．５・λκに相当し、この範囲内で良好な車両用窓ガラスアンテナ１が設計されている。

以下に変形例１，２，３について図４を参照しながら説明する。図４（ａ）に示す変形例１の車両用窓ガラスアンテナ１は、実施例１の第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）の長方形状のアンテナパターンの一方の短辺が開放（短辺１２ｄが無い）され、長辺１２ａが第２のアンテナ素子１３（Ｂ部）に直結して開口１０の周縁部に沿って延びている。なお、長方形状を形成するＡ部の長辺１２ｂの水平長は２３０［ｍｍ］、給電端子１１から第２のアンテナ素子１３の末端までの経路長は５００［ｍｍ］である。

また、図４（ｂ）に示す変形例２の車両用窓ガラスアンテナ１は、長方形状の第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）が１本の折り返しのある導体で構成されている。すなわち、第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）は、給電端子１１を起点に開口１０の上辺部に沿って延びる第１のアンテナ導体１２ａと、第１のアンテナ導体の末端から折り返して第１のアンテナ導体１２ａに対向して逆方向に延びる第２のアンテナ導体１２ｃ，１２ｂと、第２のアンテナ導体１２ｂの末端から垂直方向に延び、第１のアンテナ導体１２ａと交差する直前まで延びた第３の導体１２ｄとを含む。この変形例２によれば、第２のアンテナエレメント１３（Ｂ’部）は、第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）を形成する第３のアンテナ導体１２ｄの末端を起点に第１のアンテナ導体１２ａと一定の間隔を空けて側辺部に向かって延びる導体１２ｅで形成される。なお、長方形状を形成するＡ部の長辺１２ｂの水平長は２３０［ｍｍ］、給電端子１１から第２のアンテナ素子１３（Ｂ部）の末端までの経路長は５５０［ｍｍ］である。

また、図４（ｃ）に示す変形例３の車両用窓ガラスアンテナ１も、長方形状の第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）が１本の折り返しのある導体で構成されている。すなわち、第１のアンテナエレメント１２（Ａ部）は、給電端子１１を起点に開口１０の上辺部に沿って延びる第１のアンテナ導体１２ａと、第１のアンテナ導体の末端から折り返して第１のアンテナ導体１２ａに対向して逆方向に延びる第２のアンテナ導体１２ｃ，１２ｂとから形成され、第２のアンテナ導体１２ｂは、第３のアンテナ導体１３（Ｂ部）に直結されている。なお、長方形状を形成するＡ部の長辺１２ｂの水平長は２３０［ｍｍ］、給電端子１１から第２のアンテナ素子１３（Ｂ部）の末端までの経路長は５５０［ｍｍ］である。

上記したように、変形例１，２，３のいずれにおいても、第１のアンテナエレメント１２の長方形状のＡ部を形成する長辺の水平長は２３０［ｍｍ］、ボディフランジ２０から離れている側の長辺までの距離が４５［ｍｍ］、給電端子１１を起点に第１のアンテナ素子の先端から第２のアンテナエレメント１３の端部までの経路長が、１／６λ・ｋ〜１／３．５λ・ｋの範囲内で設計されている。なお、図４（ａ）において、符号３０は、窓ガラス面のガラスエッジを示し、他の符号は図１と同様である。

変形例１，２，３のＡＭ受信性能は以下に示す表の通りである。

上記した表によれば、変形例１の誘起電圧は２５．５［ｄＢｕＶ］，変形例２の誘起電圧は２５．２［ｄＢｕＶ］，変形例３の誘起電圧は２４．８［ｄＢｕＶ］であった。なお、一般的な車両用ポールアンテナの誘起電圧は２４〜２６［ｄＢｕＶ］である。上記表によれば、実施例１同様、変形例１，２，３のいずれにおいても一般的な車両用ポールアンテナと比較して同等程度のＡＭ受信性能が確保できている。

変形例１，２，３のＦＭ受信性能は以下に示す表の通りである。

上記した表によれば、変形例１のダイポール比は−１８．５［ｄＢｄ］，変形例２のダイポール比は−１６．７［ｄＢｄ］，変形例３のダイポール比は−１５．５［ｄＢｄ］であった。なお、一般的な車両用ポールアンテナのダイポール比は−１８〜−１５［ｄＢｄ］である。上記表によれば、実施例１同様、変形例１，２，３のいずれにおいても一般的な車両用ポールアンテナと比較して同等程度のＦＭ受信性能が確保できている。

以上説明のように本実施形態によれば、給電端子を開口１０の上辺部に配置し、運転者の視野に入りにくい上辺部にＡＭ受信に寄与するアンテナパターンを配置し、運転者の視野に入りにくい側辺部にＡＭのアンテナパターンを含んでＦＭ受信に寄与するアンテナパターンを配置することで、受信性能とデザイン性とを兼ね備えた車両用ガラスアンテナ１を提供することができる。特に、受信性能においてはガラスアンテナでありながら車両用ポールアンテナと同等の受信性能が得られる。

１…車両用ガラスアンテナ、１０…開口、１１…給電端子、１２…第１のアンテナエレメント（Ａ部：１２ａ…第１のアンテナ導体、１２ｂ…第２のアンテナ導体）、１３…第２のアンテナエレメント（Ｂ’部…第１のアンテナ導体、Ｂ部…第２のアンテナ導体）、２０…ボディフランジ、２１…セラミックライン、３０…ガラスエッジ

Claims (8)

1. 車体の前方開口に設けられた窓ガラスに取り付けられる車両用ガラスアンテナであって、
   アンテナエレメントと、
   前記車体の前記開口の上辺部近傍に配置された給電端子と、
   を備え、
   前記アンテナエレメントは、
   前記給電端子を基点に、前記開口の上辺部に沿って延びる長方形状のアンテナパターンで形成された第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の一部に接続され、前記開口の周縁部に沿って延びる線状のアンテナパターンで形成された第２のアンテナエレメントと、により形成され、
   前記第１のアンテナエレメントは、
   前記開口の上辺部から、前記長方形状のアンテナパターンのうち前記上辺部に遠い位置に配置される長辺までの距離を、３０［ｍｍ］〜５０［ｍｍ］とし、
   前記第１のアンテナエレメントにより、ＡＭ周波数帯の電波を受信することを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
2. 前記第２のアンテナエレメントは、
   前記第１のアンテナエレメントの一部を先端に前記開口の上辺部に沿って側辺部に向かって延びる第１のアンテナ導体と、
   前記第１のアンテナ導体の末端に接続され、前記側辺部に沿って延びる第２のアンテナ導体とからなることを特徴とする請求項１記載の車両用ガラスアンテナ。
3. 前記第２のアンテナエレメントの一部は、
   前記側辺部から垂直方向に、少なくとも６［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］離れた位置に配置されることを特徴とする請求項２記載の車両用ガラスアンテナ。
4. 前記第１のアンテナエレメントは、
   前記長方形状のアンテナパターンを形成する、前記給電端子から遠い位置に配置された短辺が開放された形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナ。
5. 前記第１のアンテナエレメントは、
   前記開口の上辺部に沿って延びる第１のアンテナ導体と、前記第１のアンテナ導体の先端から折り返して前記第１のアンテナ導体に対向して逆方向に延びる第２のアンテナ導体と、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナ。
6. 前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントとにより、前記ＡＭ周波数帯とは異なる第２の周波数帯の電波を受信することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナ。
7. 前記給電端子から前記第２のアンテナエレメントの末端までの経路長を、１／６・λｋ〜１／３．５・λｋ（但し、ｋは窓ガラス面の波長短縮率、λは、前記第２の周波数帯の中央値の波長）とすることを特徴とする請求項６項記載の車両用ガラスアンテナ。
8. 前記第１のアンテナエレメントは、
   ２００［ｍｍ］〜６００［ｍｍ］のアンテナエレメント長を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の車両用ガラスアンテナ。

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