(57)【要約】【課題】アンテナエレメントをボディエッジに近接して配置しても高いアンテナ性能を得る。【解決手段】車体１１の開口を塞ぐようにして、車体１１に設けられている窓ガラス１３に、取り付けられる車両用ガラスアンテナ２０であって、給電部２０ｃから、開口内に、且つボディエッジ２４に沿って延ばされる直線状の第１のアンテナエレメント２１と、この第１のアンテナエレメントの先端から略１８０度折り返して第１のアンテナエレメントに対向して延ばされる第２のアンテナエレメント２２と、この第２のアンテナエレメントの先端から略１８０度折り返して第２のアンテナエレメントに対向して延ばされる第３のアンテナエレメント２０ｂと、により構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の開口を塞ぐようにして、前記車体に設けられている窓ガラスに、取り付けられる車両用ガラスアンテナであって、
少なくとも２回の折り返しパターンを有するアンテナエレメントを備えたことを特徴とする車両用ガラスアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナエレメントは、
給電部から、前記開口内に、且つ前記開口の縁に沿って延ばされる直線状の第１のアンテナエレメントと、
この第１のアンテナエレメントの先端から略１８０度折り返して前記第１のアンテナエレメントに対向して延ばされる第２のアンテナエレメントと、
この第２のアンテナエレメントの先端から略１８０度折り返して前記第２のアンテナエレメントに対向して延ばされる第３のアンテナエレメントと、
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。
【請求項３】
前記第３のアンテナエレメントは、
前記開口の縁から、所定の周波数の１波長の１／１６に相当する距離以内に配置されてい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。
【請求項４】
前記第３のアンテナエレメントの長さは、
所定の周波数の１波長の１／２に、短縮率を乗じて得た値に設定されていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の車両用ガラスアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の窓ガラスに設けられるアンテナ、特に、デシタルテレビ帯域の受信に好適な車両用ガラスアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のＤＴＶ（Digital Television）用アンテナは、実装スペースや美観上の理由から、車両の窓ガラスにフィルム実装する形態が主として採用される。  車両の窓ガラスにフィルム実装する形態の自動車用高周波ガラスアンテナが知られている（例えば、特許文献１（図１参照。）。
【０００３】
特許文献１の技術を図１５に基づいて説明する。
図１５に示されるようにアンテナ導体１００は、フロントガラス１１０に形成される。アンテナ導体１００は、第１のアンテナエレメント１０１と、第２のアンテナエレメント１０２と、第１の接続導体１０３と、ループ形成エレメント１０４とからなる。第１のアンテナエレメント１０１と、第２のアンテナエレメント１０２と、第１の接続導体１０３とによりＵ字状の導体パターンが形成されている。
【０００４】
また、第１のアンテナエレメント１０１と給電部１０５とが、第２の接続導体１０６を介して接続されており、第１のアンテナエレメント１０１と、第１の接続導体１０３と、ループ形成エレメント１０４とによりループ部が形成されている。
【０００５】
このように、アンテナ導体１００は、ループ部を有するため、共振周波数を複数持つことができ、美観を損なうこと無く、広帯域の放送周波数であっても平坦で高いアンテナ利得と高ＦＢ比（Front/Backの電力比）を得ることができる。
【０００６】
ところで、第２のアンテナエレメント１０２と、金属で構成されるボディエッジとの距離が１／４波長以下になると、放射インピーダンスが小さくなってアンテナとしての放射効率が低下し、帯域幅、及び指向特性に制約が生じる。
そのため、特許文献１の技術によれば、主アンテナとなる第２のアンテナエレメント１０２は、車両ルーフのボティーエッジから１００ｍｍ程度離す必要がある。
【０００７】
ボティーエッジから１００ｍｍ程度離すと、第２のアンテナエレメント１０２が、運転者の視界に入る虞があり、改善が求められる。
そこで、第２のアンテナエレメント１０２を、よりボティーエッジへ近づけることができる技術が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２５３８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、アンテナエレメントをボディエッジに近接して配置しても高いアンテナ性能を得ることができる、車両用ガラスアンテナを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明では、車体の開口を塞ぐようにして、前記車体に設けられている窓ガラスに、取り付けられる車両用ガラスアンテナであって、少なくとも２回の折り返しパターンを有するアンテナエレメントを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明では、請求項１記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記アンテナエレメントは、給電部から、前記開口内に、且つ前記開口の縁に沿って延ばされる直線状の第１のアンテナエレメントと、この第１のアンテナエレメントの先端から略１８０度折り返して前記第１のアンテナエレメントに対向して延ばされる第２のアンテナエレメントと、この第２のアンテナエレメントの先端から略１８０度折り返して前記第２のアンテナエレメントに対向して延ばされる第３のアンテナエレメントと、からなることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明では、請求項２記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記第３のアンテナエレメントは、請求項１記載の車両用ガラスアンテナにおいて。前記開口の縁から、所定の周波数の１波長の１／１６に相当する距離以内に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明では、請求項１又は請求項２記載の車両用ガラスアンテナにおいて、前記第３のアンテナエレメントの長さは、所定の周波数の１波長の１／２に、短縮率を乗じて得た値に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明では、車両用ガラスアンテナを、車体の開口の縁に沿って延ばされた少なくとも２回の折り返しパターンとすることで、車両のボディエッジに近接配置することによるインピーダンスの低下を抑制しつつ、受信感度を改善することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明では、アンテナパターンを、第１、第２、第３のアンテナエレメントで構成し、第１のアンテナエレメントは、給電部から、開口内に、且つ開口の縁に沿って延ばされる直線状とし、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先端から略１８０度折り返して第１のアンテナエレメントに対向して延ばされ、第３のアンテナエレメントは、第２のアンテナエレメントの先端から１８０度折り返して第２のアンテナエレメントに対向して延ばされる。このように、第１、第２、第３のアンテナエレメントで２回の折り返しパターンを形成でき、したがって、車両のボディエッジに近接配置することによるインピーダンスの低下を抑制しつつ、受信感度を改善することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明では、ガラスアンテナの最下部に位置する第３のアンテナエレメントが、所定の周波数の１波長の１／１６以内に相当する短い距離だけ開口の縁から離して配置されるため、運転時に視野の妨げになることはない。
【００１７】
請求項４に係る発明では、第３のアンテナエレメントの長さが、所定の周波数の１波長の１／２に短縮率を乗じて得た値に設定されるため、アンテナパターンの設計が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例に係る車両用ガラスアンテナを備える車両の平面図である。
【図２】本発明の実施例に係る車両用ガラスアンテナの基本構造及び各部の寸法を示す図である。
【図３】測定に供した車両用ガラスアンテナの代表的なパターンを示す図である。
【図４】車両用ガラスアンテナの折り返し寸法と感度の相関を示すグラフである。
【図５】折り返し寸法（０、２５、５０ｍｍ）毎のＶＳＷＲの変化を示すグラフである。
【図６】折り返し寸法（７５、８０、９０ｍｍ）毎のＶＳＷＲの変化を示すグラフである。
【図７】折り返し寸法（９５、１００、１０５ｍｍ）毎のＶＳＷＲの変化を示すグラフである。
【図８】折り返し寸法（１１０、１１５、１２０ｍｍ）毎のＶＳＷＲの変化を示すグラフである。
【図９】折り返し寸法（１２５、１３０、１４０ｍｍ）毎のＶＳＷＲの変化を示すグラフである。
【図１０】折り返し寸法（１５０ｍｍ）毎のＶＳＷＲの変化を示すグラフである。
【図１１】測定に供する主アンテナ素子とボディエッジとの距離を示すパターンの図である。
【図１２】主アンテナ素子とボディエッジとの距離と、感度変化との相関を示すグラフである。
【図１３】測定に供する主アンテナ素子の素子長を示すパターンの図である。
【図１４】主アンテナ素子の素子長と感度の相関を示すグラフである。
【図１５】従来の車両用ガラスアンテナの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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】
【００２０】
本発明に係る車両用ガラスアンテナは、車両の窓ガラスに取付けることができる。すなわち、図１に示すように、車両１０は、車体１１の左右の前ピラー１２Ｌ、１２Ｒ（Ｌは左、Ｒは右を示す添え字である。以下同じ）間に嵌められるフロントガラス１３と、後ピラー１４Ｌ、１４Ｒ間に嵌められているリヤガラス１５と、前ドア１６Ｌ、１６Ｒに昇降可能に取付けられている前ドアガラス１７Ｌ、１７Ｒと、後ドア１８Ｌ、１８Ｒに昇降可能に取付けられている後ドアガラス１９Ｌ、１９Ｒからなる、窓ガラスを備えている。
【００２１】
車両用ガラスアンテナ２０は上述の窓ガラスの何れにも取付け可能であるが、本実施例では、フロントガラス１３の略中央上部に設けられている。車両用ガラスアンテナ２０は、主に車載ＴＶ用に地上波のＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯を使用する地上デジタル放送の電波を受信するために設計されたＤＴＶ用アンテナである。
【００２２】
車両用ガラスアンテナ２０の詳細を、図２で説明する。
図２（ａ）に示すように、車両用ガラスアンテナ２０は、車体１１の開口を塞ぐように、車体１１に設けられている窓ガラス１３に取り付けられている。  車両用ガラスアンテナ２０は、アンテナ本体となる、インピーダンス調整素子２０ａ、及び主アンテナ素子２０ｂと、給電点２０ｃとを含み、これらは、車体１１の開口の縁（以下、ボデイエッジ２４という）に近接して取り付けられている。なお、符号２５は、車体１１内部に実装される窓ガラス１３のガラスエッジを示す。
【００２３】
インピーダンス調整素子２０ａを、さらに詳しく説明する。
図２（ｂ）に示すように、インピーダンス調整素子２０ａは、線状の導電体で構成され、第１のアンテナエレメント２１と、第２のアンテナエレメント２２と、を含む。
【００２４】
第１のアンテナエレメント２１は、給電部２０ｃから、ボディエッジ２４に沿って延ばされ形成される線状の導電体である。また、第２のアンテナエレメント２２は、第１のアンテナエレメント２１の先端位置から１８０度折り返して第１のアンテナエレメント２１に対向して延ばされ形成される線状の導電体である。ここでは、略平行に対向して延ばされることとする。
なお、第３のアンテナエレメントとして示される主アンテナ素子２０ｂは、インピーダンス調整素子２０ａを構成する第２のアンテナエレメント２２の先端から１８０度折り返して第２のアンテナエレメント２２に対向して延ばされ形成される線状の導電体である。ここでは、略平行に対向して延ばされることとする。
【００２５】
次に、上述した各線状の導体の寸法の最適例について説明する。
インピーダンス調整素子２０ａを構成する第１、第２のアンテナパターン２１、２２の折り返し寸法ａは、１００ｍｍ、主アンテナ素子２０ｂの素子長ｄは、１５０ｍｍ、第１と第２のアンテナパターン、及び、インピーダンス調整素子２０ａ（第２のアンテナパターン２２）と主アンテナ素子２０ｂ間の導体間隔ｃは、いずれも５ｍｍが最適である。ここで、導体間隔をｃを、５ｍｍとした理由は、アンテナの高性能化とサイズ（実装スペースの削減）とは設計上トレードオフの関係にあることから、導体間隔として最適範囲にある３ｍｍ〜２０ｍｍの中から、サイズを優先したためである。
【００２６】
また、主アンテナ素子２０ｂと車体１１のボディエッジ２４との間の距離ｂは、３０ｍｍ以内が最適である。その根拠については後述する。また、給電点２０ｃと、インピーダンス調整素子２０ａの折り返し点との間隔ｅは、５ｍｍが最適である。なお、ここで適用される給電点（端子２０ｂ）の寸法は、２０ｍｍ×１２ｍｍとし、アンテナ線幅は、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍを使用するものとする。
【００２７】
インピーダンス調整素子２０ａは、２回の折り返しパターンにより、電気的にはインダクタンスを付加したことと等価になる。加えて、従来は１００ｍｍ程度であった、車体１１のボティエッジ２４との距離ｂが３０ｍｍに短縮された。
結果、車載用ガラスアンテナ２０を運転視野の妨げにならないようにボディエッジ２４に近接して配置したことによるインピーダンスの低下を抑制することができ、結果的に受信感度の改善が図られる。
【００２８】
次に、インピーダンス調整素子２０ａの折り返し寸法ａ、主アンテナ素子２０ｂとボディエッジ２４との間の距離ｂ、主アンテナ素子２０ｂの素子長ｄ、のそれぞれの最適寸法の根拠について説明する。
【００２９】
（インピーダンス調整素子２０ａの折り返し寸法ａ）
本発明者らは、図２（ｂ）に示すインピーダンス調整素子２０ａの折り返し寸法ａを、０〜１５０ｍｍまで変更し、且つ周波数を４００ＭＨｚ〜８００ＭＨｚまで変更しながら、アンテナ感度を測定した。
【００３０】
理解を促すために、インピーダンス調整素子２０ａの代表例を、図３（ａ）〜（ｄ）に示す。すなわち、アンテナ長ｄを一定にして、折り返し寸法ａを変えると、例えば、（ａ）〜（ｄ）のように、インピーダンス調整素子２０ａの形状が変わる。
【００３１】
インピーダンス調整素子２０ａの折り返し寸法ａを、０〜１５０ｍｍまで変更したときに、それぞれに対応する感度をグラフ化したものが、図４である。横軸はＤＴＶ帯域（４７３ＭＨｚ〜７１３ＭＨｚ）を中心とする周波数［ＭＨｚ］、縦軸は相対感度［ｄＢｄ］である。
ここでは、折り返し寸法ａを０（折り返しなし）、２５ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍ、９５ｍｍ、１００ｍｍ、１０５ｍｍ、１１０ｍｍ、１１５ｍｍ、１２０ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍに変更したときの、それぞれの感度曲線を、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８、ａ９、ａ１０、ａ１１、ａ１２、ａ１３、ａ１４で示している。
【００３２】
太線ａ８で示した曲線は、細線ａ１〜ａ７、ａ９〜ａ１４のそれぞれに比較して、特に、ＤＴＶ帯域において安定した感度が得られた。
曲線ａ８は、折り返し寸法ａ＝１００ｍｍの場合の感度であり、他の折り返し寸法、例えば、図３に示したａ＝２５ｍｍ、７５ｍｍ、ａ＝１５０ｍｍの場合に比べて感度の点で優れていることが確認できた。
【００３３】
ところで、給電点２０ｃに生じる定在波の電圧最大値と電圧最小値の比をＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）で示し、給電線の特性インピーダンスと負荷インピーダンスとの整合の度合いを表すことが知られている。完全に整合している場合は、ＶＳＷＲ＝１となる。
【００３４】
折り返し寸法を変えるとＶＳＷＲも変化する。そこで、発明者らは、折り返し寸法とＶＳＷＲとの相関を調べた。その結果を図５〜図１０に示す。
【００３５】
図５〜図１０は、いずれも、横軸に周波数｛ＭＨｚ｝、縦軸にＶＳＷＲを目盛り、４００ＭＨｚを測定開始点、８００ＭＨｚを測定停止点として、４７３ＭＨｚ、５７５ＭＨｚ、５８６ＭＨｚ、７１３ＭＨｚの各ポイントでのＶＳＷＲを示している。
【００３６】
その結果、図６（ｃ）と図７（ａ）に示す折り返し寸法９０ｍｍ，９５ｍｍがＤＴＶ帯域内のＶＳＷＲが全体的に低くなっていることがわかった。但し、図６（ｃ）の９０ｍｍでは、４７３ＭＨｚが急峻な変化カーブの途中にあり、このため、９５ｍｍの方が安定している。
以上に説明したようにＶＳＷＲからは、折り返し寸法は９５ｍｍが望ましい値であることが確認できた。
【００３７】
次に、測定で得た９５ｍｍが、望ましい値であることを、理論的に説明することを試みる。
理論的な説明に用いる周波数は、図４に示される４７３ＭＨｚを使用する。
この４７３ＭＨｚは、ＤＴＶ帯域（４７３〜７１３ＭＨｚ）中、インピーダンスが最も悪い。悪条件の４７３ＭＨｚで説明がつけば、より好条件の他の周波数は説明を要しないからである。
【００３８】
折り返し寸法は、［所定の周波数（設計周波数）の１波長］×（１／４）×短縮率で求めることができる。［所定の周波数（設計周波数）の１波長］は、３００／４７３で求まる。すると、折り返し寸法ａは、（３００／４７０）×（１／４）×０．６の計算により、９５ｍｍとなる。但し、折り返しが９５ｍｍのものは、図４にａ６で示すようにデジタルＴＶ帯域の４７３ＭＨｚ近傍で急激な感度下降があるため、本実施例では、最適な折り返し寸法として１００ｍｍが望ましい値である。
【００３９】
上述したように、本発明の実施例に係る車両用ガラスアンテナ２０では、インピーダンス調整素子２０ａを、車体１１の開口の縁に沿って延ばされた少なくとも２回の折り返しパターンとすることで、車両のボディエッジ２４に近接配置することによるインピーダンスの低下を抑制しつつ受信感度を改善することができる。なお、このときの折り返し寸法は、所定の周波数の１波長の１／４に、短縮率を乗じて得た値が最適である。
【００４０】
（主アンテナ素子２０ｂとボディエッジ２４との距離ｂ）
図１１に、主アンテナ素子２０ｂとボティエッジ２４との間の距離による感度測定パターンが、図１２に、その感度変化を示すグラフが示されている。
【００４１】
具体的に、図１１に示す距離ｂ'を、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、３０ｍｍ（１００ｍｍで折り返し）、に変更したときの感度変化の様子が、図１２に、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５、ｂ６、ｂ７としてそれぞれ示されている。
【００４２】
図１２から明らかなように、主アンテナ素子２０ｂがボディエッジ２４に近づいて配置される（１００ｍｍ→２０ｍｍ）につれ、いずれの周波数においても感度が落ち、性能が悪化していることが理解できる。但し、ＤＴＶ帯域内において、インピーダンス調整素子２０ａの折り返し寸法ａが１００ｍで、主アンテナ素子２０ｂとボディエッジ２４との間の距離ｂ'が３０ｍｍ（１００ｍｍで折り返し）を有する太線ｂ７で示した曲線が、ＤＴＶ帯域全域にわたり他のグラフｂ１〜ｂ６に比較して高い感度を維持していることがわかる。
【００４３】
インピーダンス調整素子２０ａは、インピーダンスミスマッチにより感度が不足している周波数にマッチする寸法の折り返しを設けるが、この折り返しはマッチングが目的であるため、アンテナ受信部とならないよう、ホディエッジ２４に近接させる必要がある。本実施例では、周波数の１波長×１／１６以内が望ましい。例えば、設計周波数を４７０ＭＨｚとした場合、ｂ'＝３００／４７０／１６＝４０ｍｍになる。
【００４４】
上述した本発明の実施例に係る車両用ガラスアンテナ２０では、折り返しパターンの最下部に位置する第３のアンテナエレメントとしての主アンテナ素子２０ｂは、スンピーダンス調整素子２０ａでインピーダンス調整が行われるため、ボディエッジ２４の近傍に配置することができ、運転時に視野の妨げになることはない。
【００４５】
（主アンテナ素子２０ｂの素子長ｄ）
図１３に、主アンテナ素子２０ｂの素子長を変更したことによる感度測定パターンとその寸法が、図１４に、その素子長と感度との関係を示すグラフが示されている。
【００４６】
具体的には、図１３に示す主アンテナ素子２０ｂの長さ（素子長）ｄ'を、１３０ｍｍ〜１７０ｍｍまで５ｍｍ間隔で変更したときの感度変化の様子が、図１４に、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９として、それぞれ示されている。
【００４７】
図１４から明らかなように、主アンテナ素子２０ｂの素子長が１５０ｍｍの場合に、ＤＴＶの全帯域に渡って平均的に高い感度を得ていることが理解できる。
【００４８】
上述した本発明の実施例に係る車両用ガラスアンテナ２０では、主アンテナ素子２０ｂの素子長が、所定の周波数の１波長の１／２に短縮率を乗じて得た値に設定されるため、アンテナパターンの設計が容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、国内におけるＤＴＶ帯域への適用は勿論のこと、海外のデジタルテレビ帯域への適用も可能であり、運転時の良好視野を得るために車両用ガラスアンテナをボディエッジに近接して実装した場合に共振インピーダンスを最適化し、受信感度改善のための手段として好適である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…車両、１３…フロントガラス、２０…車両用ガラスアンテナ、２０ａ…インピーダンス調整素子、２０ｂ…主アンテナ素子（第３のアンテナエレメント）、２０ｃ…給電点、２１…第１のアンテナエレメント、２２…第２のアンテナエレメント、２４…ボディエッジ、２５…ガラスエッジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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