(57)【要約】【課題】受信の改善を図ったガラスアンテナ装置、そのコネクタおよび製造方法を提供する。【解決手段】ガラスアンテナ装置は、ガラス基板と、この基板の主面に沿って配置され、所与の周波数帯域にわたって変動するインピーダンスを与えるアンテナ素子と、ガラス基板に固着され、アンテナ素子の一部に電気的に結合されるような位置で固着されたインピーダンス整合ネットワークと、ネットワークを電磁エネルギ送信／受信部のフィードラインに電気的に相互接続する手段とを含む。インピーダンス整合ネットワークは、アンテナ素子のインピーダンスを所望のインピーダンスに変換するために用いられ、コネクタの一部としてプリント回路基板の第１主面に沿って形成される。インピーダンス整合ネットワークは、受動型または能動型のいずれでもよい。ガラスアンテナは、積層状フロントガラス内に組み込むことができる。【選択図】図１
2004048780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　ガラス基板と、
　前記ガラス基板の主表面に沿って配置された少なくとも１つの導電性アンテナ素子であって、任意の周波数帯域において変動するインピーダンスを有する前記導電性アンテナ素子と、
　インピーダンス整合ネットワークおよび前記インピーダンス整合ネットワークを電磁エネルギ送受信部のフィード線に電気的に相互接続する手段を含むコネクタであって、前記インピーダンス整合ネットワークは、前記導電性アンテナ素子のインピーダンスを所望のインピーダンスに変換する前記コネクタと、
　前記インピーダンス整合ネットワークが前記アンテナ素子に電気的に接続される位置で前記コネクタを前記ガラス基板に固定する手段と、
を含むガラス・アンテナ装置であって、
　前記インピーダンス整合ネットワークは、受動インピーダンス整合ネットワーク又は能動インピーダンス整合ネットワークを含むことを特徴とする前記ガラス・アンテナ装置。
【請求項２】
　請求項１記載のガラス・アンテナ装置であって、前記受動インピーダンス整合ネットワークは、直列に接続されたインダクタとコンデンサの第１、第２および第３の組並びに並列に接続されたインダクタとコンデンサの第４および第５の組を含み、前記第１、第２および第３の組は、相互に直列にこの順序で接続され、前記第４の組は、前記第１および第２の組の接続点に対して並列に接続され、前記第５の組は、前記第２および第３の組の接続点に対して並列に接続され、前記第１の組の一端は、前記アンテナ素子に接続され、前記第３の組の他端は、前記電磁エネルギ送受信部に接続され、ＦＭ信号のための二重ＰＩネットワークを形成し、さらに、並列に接続されたインダクタとコンデンサの第７の組を含み、前記第７の組は、一端が前記アンテナ素子に接続され、他端が前記電磁エネルギ送受信部に接続されＡＭ信号を搬送するガラス・アンテナ装置。
【請求項３】
　請求項１記載のガラス・アンテナ装置であって、前記能動インピーダンス整合ネットワークは、高周波トランジスタを含み、エミッタ増幅器を構成し、前記トランジスタのベースは、第１のコンデンサを経て前記アンテナ素子に接続され、前記トランジスタのベース・エミッタ間は、前記アンテナ素子を形成する導電性コーティングへの直流漏れによる影響を防ぐために第１および第２のベース抵抗並びに第３のエミッタ抵抗によってバイアスされ、前記第３のエミッタ抵抗は、第２のコンデンサと第４の抵抗の直列接続と並列に接続され、前記第４の抵抗は、周波数応答および利得を決定し、ＦＭ周波数において前記ネットワークの利得を増大するために、その値を小さくし、ＦＭ周波数において前記ネットワークの利得を減少させるために、その値を大きくし、ＦＭ利得を更に増大するために、前記第４の抵抗に所定の値を有する第３のコンデンサが並列に接続され、ＡＭ周波数において利得を増大するために、前記第２のコンデンサは、その値を大きくし、前記トランジスタのコレクタは、第４のコンデンサを介して前記電磁エネルギ送受信部に接続され、前記ネットワークは、第５の抵抗およびツエナーダイオードを介して電力が供給され、前記ツェナ・ダイオードは、ノイズを除去するため並列に接続された第４のコンデンサを有し、前記第４のコンデンサは、高周波数における分離を行う第６の抵抗および第４のコンデンサを有し、前記トランジスタは、コレクタに接続された負荷抵抗を有し、前記負荷抵抗は、利得を更に大きくするため直列に接続されたインダクタを有することを特徴とするガラス・アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、アンテナ装置に関し、特に、コネクタを有する車両のフロント・ガラス用ガラス・アンテナ装置に関し、一体化したインピーダンス整合ネットワークによってガラス・アンテナの性能の最適化を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
　これまで、電磁信号の受信および送信を行う従来の自動車両アンテナは、マスト状または鞭状アンテナであった。近年では、アンテナを車両構造に組み込む傾向となっている。例えば、DeAngelis et al.の米国特許第３,９８７,４４９号は、車両のフロント・ガラス内に積層したワイヤ・アンテナについて開示している。Nagyの米国特許第４,７０７,７００号は、車両の屋根構造内にアンテナを配置している。Nishikawa et al.の米国特許第５,４１６,４９１号は、導電性セラミック塗料を用いて、窓上にアンテナ素子を形成する。Inaba et al.の米国特許第４,７６８,０３７号および第４,８４９,７６６号、ならびにWalton et al. の米国特許第５,３５５,１４４号は、２枚のガラス層間に積層された透明な導電性コーティングを用いてアンテナを形成する。
【０００３】
　アンテナ装置を設計する際、装置の構成要素のインピーダンス整合、特に、無線機、アンテナおよびこれら２構成要素間のフィード・ラインのインピーダンス整合に注意が払われる。インピーダンスの不整合が生じると多大な信号損失を招くため、ＦＭ受信における性能にとってこれは重大な問題である。更にアンテナ装置の設計を複雑化するのは、装置のアンテナ部品のインピーダンスが、ＦＭ周波数帯域において大きく変動し得ることである。これは、単一のコンデンサのような単純なインピーダンス整合では、周波数帯域全体にわたるＦＭ受信の全体的な性能に関する問題には対処できないことを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　ガラス・アンテナでは、アンテナのインピーダンスは、典型的に無線機やフィードラインにうまく整合できない。アンテナ設計者がこの問題に対処した方法の１つに、例えば、Nagy et al. の米国特許第５,０８３,１３５号および第５,５２８,３１４号に開示されているように、所望のインピーダンスを有するようにアンテナを設計するというものがある。アンテナを所定のインピーダンスに設計することによってアンテナの性能は改善されるが、先に論じたようにインピーダンスは、通常、周波数に基づいてＦＭ帯域にわたって変動するので、ＦＭ周波数帯域全体で考えると、このアンテナの設計は最適ではない場合もある。加えて、所定のインピーダンスを有するようにアンテナを設計すると、特定のアンテナ装置における特定の無線機およびフィード・ラインならびにフロント・ガラスが実装される車両に特定して各アンテナを設計しなければならない。
【０００５】
　したがって、車両および／または装置内で使用される構成要素の種類に基づいてアンテナ装置を再設計しなくてもよく、特にＦＭ周波数に対して性能の改善を図った車両用ガラスアンテナ装置を提供することができれば有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　本発明は、受信の改善を図ったガラスアンテナ装置を提供する。このガラス・アンテナ装置は、ガラス基板と、ガラス基板の主面に沿って配置された少なくとも１つの導電性アンテナ素子であって、所与の周波数帯域において変動するインピーダンスを有するアンテナ素子と、ガラス基板に固着されたインピーダンス整合ネットワークであって、アンテナ素子の一部に電気的に結合されるような位置で固着されたインピーダンス整合ネットワークと、ネットワークを電磁エネルギ送受信部のフィード・ラインに電気的に相互接続する手段とを含む。インピーダンス整合ネットワークは、アンテナ素子のインピーダンスを所望のインピーダンスに変換するために用いられる。本発明の一特定実施例では、インピーダンス整合ネットワークは、コネクタの一部であり、プリント回路基板の第１の主表面に沿って形成される。ネットワークは、導電性コーティングを含む基板の対向する主表面に電気的に接続される。コネクタは、インピーダンス整合ネットワークをアンテナ素子に電気的に結合するような位置においてガラス基板に固定される。インピーダンス整合ネットワークは、受動または能動インピーダンス整合ネットワークのいずれでもよい。ガラスアンテナは、積層状フロントガラス内に組み込むことができる。この場合、ガラス基板が、第１のガラス層であり、更に、この第１のガラス層に固定された第２のガラスを含み、アンテナ素子をこれらの層の間に配置する。
【０００７】
　また、本発明は、アンテナを電磁エネルギ送受信部のフィード・ラインに接続するコネクタを提供する。このコネクタは、インピーダンス整合ネットワークと、コネクタを電磁エネルギ送受信部の前記フィード・ラインに接続する手段とを含む。本発明の一特定実施例では、インピーダンス整合ネットワークは、プリント回路基板の第１の主表面に沿って形成される。基板の対向する主表面は、導電性コーティングを含み、ネットワークは、コーティングを施した側に電気的に接続される。更に、コネクタは、コネクタを電磁エネルギ送受信部のフィードラインに接続する手段を含む。
【０００８】
　また、本発明は透明アンテナ装置の製造方法も提供する。この製造方法は、少なくとも１つの導電性アンテナ素子を剛性透明基板の主面に沿って配置するステップと、インピーダンス整合ネットワークを前記基板上においてインピーダンス整合ネットワークをアンテナ素子の一部に電気的に結合するような位置で固定するステップと、ネットワークを電磁エネルギ送受信部のフィードラインに電気的に相互接続するステップとから成る。アンテナ素子は、任意の周波数帯域にわたって変動するインピーダンスを与え、インピーダンス整合ネットワークは、アンテナ素子のインピーダンスを所望のインピーダンスに変換する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　本発明は、受信を改善したガラスアンテナ装置および、このアンテナ装置の製造方法を提供するものであり、自動車のフロント・ガラスに組み込まれるアンテナ装置と組み合わせて開示する。しかしながら、本発明は、例えば、セルラ電話機またはテレビジョンのアンテナ装置のように、システムの構成要素のインピーダンスを整合し、広い周波数帯域にわたる性能の最適化を図ることが重要な他の送受信アンテナ装置にも使用可能であることは認められる。
【００１０】
　図１は、外側ガラス層１４および内側ガラス層１６によって形成された積層状の車両のフロント・ガラス１２を含むアンテナ装置１０を示す。ガラス層１４，１６は、好ましくは、ボリビニル・ブチラールのような、熱可塑性中間層１８によって一体接合されている。層１４，１６は、例えば、アクリル、ポリカーボネートのような他の透明な剛性物質でもよく、またフロント・ガラス１２は、異なる透明な剛性物質の組み合わせを含んでもよい。更に、フロントガラス１２は、少なくとも１つのアンテナ素子２０を含む。図１に示す特定のアンテナ構成では、アンテナ素子２０は、当技術では公知のいずれかの方法でガラス層１４の表面２２に被着された透明な導電性コーティングであり、通常フロント・ガラス１２の中央部分を占める。コーティングは、例えば、Gillery et al.の米国特許第３,６５５,５４５号、Gillery の米国特許第３,９６２,４８８号およびFinleyの米国特許第４,８９８,７８９号に開示されているような、単一層または多層の金属含有コーティングとすればよい。アンテナ素子２０は、図１に示すものとは異なる構成を有してもよいことは認められる。例えば、アンテナ素子２０は、米国特許第５,０８３,１３５号に開示されているような、Ｔ字状としてもよく、あるいは米国特許第５,５２８,５１４号に開示されているような種々の形状を有する多数の素子を含んでもよい。更に、フロント・ガラス１２は、装飾用の縁取り（図示せず）を含み、フロント・ガラス１２の外枠の縁部に接着してもよい。この縁取りは、典型的にはセラミック塗装で形成され、内側層１６の表面２４に被着される。
【００１１】
　先に論じたアンテナ素子２０は、透明コーティングであるが、アンテナ素子がフロント・ガラス１２の主要視覚領域には位置付けられなかったり、あるいはフロント・ガラスの主要視覚領域を妨害しないのであれば、アンテナ素子２０は、例えば、銀含有セラミック塗料、ワイヤ、金属泊等のように、不透明な導電性物質でもよい。加えて、アンテナ素子２０は、コーティング、ワイヤおよび／またはセラミック・アンテナ素子の組み合わせを含む。
【００１２】
　アンテナ素子は、透明な剛性層の主表面に固着しなくてもよいことは認められる。即ち、アンテナ素子は、可撓性層に組み込んでもよい。例えば、アンテナ・ワイヤまたは導電性コーティングを中間層１８上または中間層１８内に配置してもよい。しかしながら、これは本発明を限定するものではない。また、Hood et al の米国特許第５,３０６,５４７号に開示されているように、アンテナ素子をポリエステル膜（ＰＥＴ）のような可撓性基板に被着し、更に、この可撓性基板を中間層１８に組み込むことも考えられる。
【００１３】
　引き続き図１を参照する。この特定形状では、アンテナ２０の形状は、基本的に四角形であり、フロント・ガラス１２の周辺縁からは離間していることが好ましい。アンテナ素子２０およびあらゆる追加のアンテナ素子の正確な形状および位置は、フロント・ガラス１２が実装される車両の設計、フロント・ガラスの実装角度、コーティングの抵抗率、送信および受信対象の信号の種類ならびに所望のアンテナ性能によって部分的に決定される。これら透明ガラス・アンテナに対する設計における種々の検討対象は、米国特許第４,７６８,０３７号、第４,８４９,７６６号および第５,０８３,１３５号において論じられている。
【００１４】
　図２および図３を参照すると、アンテナ・フィード構成２６が、例えば同軸ケーブル３０のようなフィード・ラインを介して、アンテナ２０および電磁エネルギ送受信部２８（図１にのみ示す）間の接続を行う。フィード・ラインは、アンテナ装置１０にインピーダンス整合ネットワークを組み込むものである。これについては、以下で更に詳細に述べることにする。本発明の好適実施例では、アンテナ・フィード構成２６は、フロント・ガラス１２に固着されたコネクタ３２を含む。コネクタ３２についても、以下で更に詳細に述べる。電磁エネルギ送受信部２８は、無線機、セルラ電話機、テレビジョン、全地球測位システム、またはアンテナ素子２０を用いて信号の送受信を行う他のいずれかのタイプのシステムとすることができる。必ずしも必要ではないが、図１に示す特定のアンテナ構成では、コネクタ３２は、フロント・ガラス１２の上縁３４に沿って配置されている。フィード構成２６のコネクタ３２およびアンテナ素子２０間の接続構成は、コネクタ３２が層１４，１６間に積層されないように行う。このようにして、フロント・ガラス１２内にコネクタが積層された場合に発生する閉じ込め空気の問題を解消する。即ち、図１ないし図３に示すように、フロント・ガラス１２の上縁３４に沿って、内側層１６の外側に切り欠き領域３６を切除する。コネクタ構成の一特定実施例では、中間層１８の対応する部分は、切り欠き領域３６から除去される。コネクタ３２は、切り欠き領域３６内に達するアンテナ素子２０の一部分に接着されると共に電気的に結合される。切り欠き領域３６には、封止材３８が充填され、コネクタ３２適所に一層強力に固着されると共に切り欠き領域３６を封止する。これについては、以下で更に詳細に説明する。アンテナおよび切り欠き領域の構成が、アンテナ素子２０の一部が切り欠き領域３６を通過するようになっている場合、コネクタ３２を直接アンテナ素子２０に固着する。また、代替案として、アンテナ・フィード装置２６は、アンテナ素子２０を切り欠き領域３６まで延長させる延長部４０を含んでもよい。これにより、延長部４０を介して、コネクタ３２をアンテナ素子２０に電気的に結合する構成も得られる。アンテナの設計によっては、延長部４０をアンテナ素子としてもしなくてもよい。尚、本明細書において、コネクタまたはインピーダンス整合ネットワークを電気的にアンテナ素子２０に結合すると述べる場合、結合は、直接アンテナ素子２０に、あるいは先に論じたように延長部４０を介してアンテナ素子２０に行ってもよいことは認められよう。必ずしも必要ではないが、延長部４０は、アンテナ素子２０と同じ物質で作るとよい。アンテナ素子２０または延長部４０は、切り欠き領域３６におけるフロントガラス１２の縁３４まで達するべきでなく、縁３４から少なくとも１ｍｍのところで終端し、導電性のアンテナ素子が封止材３８によって切り欠き領域３６内で完全に封止され、縁３４に沿ったアンテナ素子２０の劣化防止を保証することが好ましい。
【００１５】
　既に述べたように、アンテナ装置のアンテナ部品のインピーダンスは、他のシステム構成要素のインピーダンスと整合し、アンテナ装置の性能の最適化を図ることが重要である。本発明では、この最適化を達成するに当たり、インピーダンス整合ネットワークをアンテナ装置に組み込み、特に、このネットワークをプリント回路基板の形状で備え、これをフィード構成２６のコネクタ３２に組み込むと共に直接フロントガラス１２に固着するようにした。インピーダンス整合ネットワークは、アンテナが発生する無線周波数エネルギの全てを結合し、それを無線機が使用可能とするように作用する。加えて、フロントガラス１２のアンテナ素子２０に固着されているコネクタ３２にインピーダンス整合ネットワークを組み込むことによって、アンテナからインピーダンス整合ネットワークに転送される信号の損失は、無視し得る程度となる。
【００１６】
　インピーダンス整合ネットワークを使用することにより、付加的な利点も得られる。アンテナの出力インピーダンスを整合ネットワークによって操作するので、システム全体のアンテナ素子の設計における柔軟性が向上する。即ち、所望のインピーダンス、例えば、無線機２８および同軸ケーブル３０のインピーダンスに密接に整合する値を有するようにアンテナを設計することは、もはや不要である。何故なら、インピーダンス整合ネットワークが同じ機能を果たすからである。更に、インピーダンス整合ネットワークは、ＦＭ周波数帯域全体にわたって、インピーダンス整合を改善するので、アンテナ素子２０から無線機２８への電力転送は一層効率的となる。
【００１７】
　本発明では、インピーダンス整合ネットワークは、受動インピーダンス整合ネットワークでも、能動インピーダンス整合ネットワークでもよい。受動インピーダンス整合ネットワークとは、例えば、コンデンサやインダクタのような電気部品の組み合わせを用いて、ＦＭ信号をいくつかの波長帯域に分割し、各帯域のインピーダンスを無線機２８および同軸ケーブル３０のインピーダンスに近づけるように変化させる回路のことである。図４は、代表的な受動インピーダンス整合ネットワーク４２を示すが、これは本発明を限定するものではない。この受動インピーダンス整合ネットワーク４２は、インダクタＬ１ＰないしＬ５ＰおよびコンデンサＣ１ＰないしＣ５Ｐを用いて、ＦＭ信号のための標準的な二重ＰＩネットワークを形成する。各脚部は、インダクタンスおよび／またはキャパシタンスを有することができる。追加のインダクタＬ６ＰおよびコンデンサＣ６Ｐを用いて、ＡＭ信号をネットワーク４２周囲に搬送する。アンテナのインピーダンスは、異なる周波数では変化するので、受動インピーダンス整合ネットワークは、かかるインピーダンス整合ネットワークがないアンテナ装置より格段に改善された性能をもたらすものではあるが、１つの妥協案を示し得るに過ぎないことは認められよう。加えて、受動インピーダンス整合ネットワーク４２の構成要素の電気的特性は、同様に設計されたアンテナが実装される車両によっては変動する可能性がある。何故なら、アンテナ装置１０のインピーダンスは、部分的に車体の設計を基準とするからである。更に、車両およびアンテナの設計によっては、図４に示す構成の受動インピーダンス整合ネットワーク４２の電気部品の内、あるものが不要の場合もある。受動インピーダンス整合ネットワークを用いることの利点は、回路を動作させるために追加の電力を必要としないことである。表１は、図４に示す構成の受動インピーダンス整合ネットワーク４２の一例を示すものである。電気部品の値は、選択した周波数において測定したアンテナ・インピーダンスを取り込み、これら部品の値を変化させながら所望の整合を得る双方向プロセスを用いるコンピュータ・プログラムを使用することによってモデル化したものである。
【表１】
2004048780.tif 000003
　ＬＡＰに選択した値は、この部品がネットワークの本特定実施例には含まれないことを表していることは、当業者には認められる。
【００１８】
　能動インピーダンス整合ネットワークとは、比較的高い入力インピーダンスを有し、出力インピーダンスが制御される増幅器を内蔵した回路のことである。出力インピーダンスは、所望値、例えば、無線機２８のインピーダンスに整合され、無線機２８への信号転送を最適化する。受動インピーダンス整合ネットワークおよび能動インピーダンス整合ネットワーク間の大きな相違の１つは、後者は要求された出力インピーダンスを生成するためには追加電力を必要とすることである。能動整合ネットワークに必要とされる電力は、１２ボルトの自動車用電力から約２ｍＡ程度であると考えられる。加えて、受動インピーダンス整合ネットワークに関して先に述べたようにＦＭ周波数帯域をいくつかの狭い周波数帯域に分割するのではなく、能動インピーダンス整合ネットワークは、無線周波数には無関係にアンテナ部品のインピーダンスを所望値に変換する。図５は、代表的な能動インピーダンス整合ネットワーク４４を示すが、これは本発明を限定するものではない。能動整合ネットワーク４４の基本的な回路は、低ノイズで低コストのＲＦトランジスタＱ１Ａを用いた、標準的な一般のエミッタ増幅器である。アンテナ素子２０からの信号は、コンデンサＣ３Ａに結合され、トランジスタのバイアスが、アンテナ素子２０を形成する導電性コーティングへのＤＣ漏れによる影響を全く受けないことを保証する。トランジスタバイアスは、ベース抵抗Ｒ４Ａ，Ｒ５Ａおよびエミッタ抵抗Ｒ６Ａによって発生される。周波数応答および利得は、主にコンデンサＣ４Ａおよび抵抗Ｒ７Ａによって決定される。ＦＭ周波数においてネットワークの利得を増大するためには、Ｒ７Ａの値を小さくし、逆にＦＭ周波数においてネットワークの利得を減少させるには、Ｒ７Ａの値を大きくする。ＦＭ利得を更に増大するためには、この能動ネットワークの特定実施例に組み込むコンデンサＣ６Ａの値を１０ないし２２０ピコファラッドの範囲とすればよい。ＡＭ周波数において利得を増大するためには、Ｃ４Ａの値を大きくする。ネットワークの出力は、コンデンサＣ５Ａを介して無線機２８に容量的に結合されているので、無線機２８が容量的に結合されないと、出力を短絡することになる。また、これは、能動インピーダンス整合ネットワーク４４に必要とされる電力をケーブル３０を通じて供給可能とする。整合ネットワーク４４への電力は、抵抗Ｒ１ＡおよびツエナーダイオードＤ１Ａを介して供給され、車両の電装品からの高い漏れ電圧に対する保護を行う。コンデンサＣ１Ａは、ノイズ除去のために設けられている。抵抗Ｒ２ＡおよびコンデンサＣ２Ａは、無線周波数における分離を行い、トランジスタＲ３Ａは、トランジスタ負荷である。インダクタＬ１を用いて利得を更に大きくしてもよい。能動インピーダンス整合ネットワークを用いる利点の１つに、異なるフロント・ガラス・アンテナおよび／または車両の設計に対して、部品の変更を必要としないことがあげられる。何故なら、出力インピーダンスのアンテナや車両の設計に対する感度が低いからである。能動インピーダンス整合ネットワークは、アンテナ部品のインピーダンスの広い変動範囲にわたり、所定の出力インピーダンスを与える。したがって、アンテナ装置全体の設計に対する柔軟性が高くなる。加えて、能動整合ネットワークは、その信号増幅のために、ＡＭ性能を高めるためにも用いることができ、更にインピーダンス変動範囲が広いアンテナについては特に、受動整合ネットワークよりも全体的な性能向上が得られる。表２は、図５に示す構成の能動インピーダンス整合ネットワーク４４の一例を示す。
【表２】
2004048780.tif 000004
【００１９】
　インピーダンス整合ネットワーク４２，４４は、使用可能な代表的ネットワークであり、異なるタイプおよび異なる数の部品を有する受動および能動インピーダンス整合ネットワークも、既に述べたように、アンテナ素子２０のインピーダンスを整合即ち変換するために使用可能であることは認められる。
【００２０】
　いずれのタイプの整合ネットワークでも、プリント回路基板上において約０．５平方インチ（３．２３平方センチメートル）の面積で形成することができ、アンテナへの接続、同軸ケーブル３０への接続および典型的に車両のシャーシである接地への接続を必要とすることが考えられる。能動インピーダンス整合ネットワークは、更に、電力接続を必要とするが、これは別個の電力接続から得ることも同軸ケーブル３０から得ることも可能である。
【００２１】
　本発明では、インピーダンス整合ネットワークは、フロント・ガラス１２のためのコネクタ３２に組み込まれる。このために、本発明の一特定実施例では、整合ネットワーク回路を回路基板４６上に形成する。回路基板４６は、更に、同軸ケーブル３０に接続する出力リード４８および車体に接地される接地リード５０を含む。能動インピーダンス整合ネットワークは、更に、ネットワークを電源５４に接続するリード５２を含む。電源５４は、車両のバッテリであることが好ましい。接地リード５０は、電源に対する接地として動作する。本発明を限定する訳ではないが、リード４８，５０，５２は、例えば、２０ゲージ絶縁銅線のようなワイヤとすればよく、ワイヤの端部は、回路基板４６を適正な入力装置または出力装置に接続する追加のコネクタを含んでもよい。各ワイヤは、図３に示すようなJASOピン５６または他の公知のタイプの端部コネクタのいずれかを含むことができるが、これは本発明を限定するものではない。代替として、リードの端部を配線ハーネス（図示せず）に組み込み、コネクタ３２のアンテナ装置１０に対する単一接続を設けてもよい。コネクタ３２をアンテナ素子２０または延長部４０に電気的に結合するためには、回路基板４６は、少なくとも基板４６の一部がアンテナ素子２０または延長部４０の一部を覆うように配置することが好ましい。本発明の一特定実施例では、回路基板４６は、両面基板であり、第１表面５８には少なくとも表面５８の一部に金属コーティングが施されており、その反対側の表面６０上にはプリント回路がある。本発明を限定するのではないが、表面５８上の金属コーティングは、はんだ、例えば、錫および鉛のはんだとすることが好ましい。基板４６上の整合ネットワークの電気部品は、図２に示すように領域６２内に位置付けられる。基板４６は、表面５８に沿って塗布される接着剤６４によって切り欠き３６内に固着される。接着剤６４は、コネクタ３２およびアンテナ素子２０または延長部４０間を直接電気接続する導電性のものとすればよく、あるいは電気接続を容量的に行う非導電性のものでもよい。接着剤６４は、いずれかの好都合な方法で表面５８に被着すればよい。例えば、吹きかけたり、両面テープとして被着してもよい。本発明の一特定実施例では、接着剤６４は、Wisconsin 州RacineのSpecialty Tapes から入手可能な厚さ０．００２インチ（０．０５ｍｍ）のCD9082という導電性両面テープとした。コネクタ３２およびアンテナ素子２０または延長部４０間に直接電気的な接続を行う場合は、回路基板４６の表面積を十分に大きく取り、導電性接着剤６４が電気的に障害を発生した場合にも、コネクタ３２がアンテナ素子２０または延長部４０と容量性接続を維持することにより、アンテナ装置の継続動作を可能とすることが望ましい場合もある。容量性接続に必要なコネクタ３２の回路基板４６の表面積は、表面５８およびアンテナ素子２０間の間隔、即ち、接着剤６４の厚さならびに接着剤に用いられる材料のタイプを一部基準とする。基板４６の対向面５８，６０間の電気的接続は、いずれかの好都合な方法で行えばよく、例えば、基板４６を貫通する開口６６を設け、対向する表面を電気的に相互接続する。必要であれば、フロントガラス１２の外面を通じて見た場合に、コネクタ３２を隠すように着色剤を接着剤６４に添加してもよい。
【００２２】
　図２に示した本発明の特定実施例では、インピーダンス整合ネットワークが延長部４０を覆い、かつ、これに固着することによって、アンテナ素子２０に電気的に接続するように、コネクタ３２を配置したが、コネクタ３２の配置は、コネクタ３２の一部がガラス層１４の表面２２を直接覆い、および／またはこれに固着するようにしてもよいことが考えられる。更に、コネクタ３２は、層１４の表面２２上に、その全体を配置し、追加のリード素子（図示せず）がインピーダンス整合ネットワークをアンテナ素子２０または延長部４０に電気的に結合してもよいことも考えられる。
【００２３】
　既に述べたように、コネクタ３２は、フロント・ガラス１２の縁３４に沿った切り欠き３６内に配置される。切り欠き３６は、コネクタ３２を収容できる大きさであると共に、コネクタ３２の縁６８およびフロント・ガラス１２の縁３４間に十分な空間を設け、封止剤３８がコネクタ３２を完全に覆い、かつ切り欠き領域３６内に封止し、フロント・ガラスの縁３４および切り欠きの縁７０に沿って連続的な水分に対するバリアを設けることを保証しなければならない。コネクタの縁６８およびフロント・ガラスの縁３４間には、少なくとも１ミリメートルの空間を取るべきであり、少なくとも３ミリメートルあると好ましい。
【００２４】
　基板４６の厚さおよび回路部品のサイズは、最小に抑えることが好ましい。これは、先に述べたように、コネクタ３２をフロント・ガラス１２の切り欠き領域３６内に配置する場合には特に重要である。即ち、コネクタ３２の全体としての厚さは、切り欠き領域３６の深さである約０．１２インチ（３．０５ｍｍ）未満とするようにする。本発明の一実施例では、基板４６の厚さは、約０．０３７インチ（０．７５ｍｍ）であり、厚さ約０．００２インチ（０．０５１ｍｍ）の接着剤６４を含み、更にネットワーク部品の最大高さは、コネクタ全体の厚みが約０．０９６インチ（２．４４ｍｍ）であるのに対して、約０．０６３インチ（１．６ｍｍ）であることが考えられる。
【００２５】
　切り欠き領域３６には、非導電性封止剤３８を充填しコネクタ３２を保護すると共にこれを適所に固着し切り欠き領域３６内のアンテナ素子２０の部分を封止し、更に水分バリアを形成することによって切り欠き領域３６の露出する縁７０を封止する。加えて、内側ガラス層１６の表面２４に沿って封止剤３８の表面７２が、フロント・ガラス１２の内側層１６の表面２４に沿って滑らかで堅い連続面を形成することにより、フロント・ガラス接着剤塗布および装着システムを妨害しないようにすることが好ましい。本発明を限定する訳ではないが、封止剤３８は、室温で硬化可能な物質であることが好ましく、切り欠き３６に注入し硬化したときに、好ましくは、ショアーＡ硬度が少なくとも約８５である硬質面を得るようにする。更に、封止剤は、コネクタ３２をアンテナから電気的に分離するようにアンテナ素子２０または延長部４０を形成する物質に悪影響を与えたり、コネクタ３２のインピーダンス整合ネットワークの回路に悪影響を与えてはならない。必要であれば、設置の前にネットワークを保護物質に密封してもよい。
【００２６】
　本発明の特定実施例では、切り欠き領域３６には、Minnesota 州St. Paulの3M Companyから入手可能な、Scotch-Weld DP-110エポキシを充填するとよい。これは、非導電性の室温で硬化可能な二液型エポキシである。この特定の封止剤は、シラン、例えば、Michigan州Midland のDow Corning から入手可能なDow Corning （登録商標）Z-6040シランをエポキシ樹脂成分に添加し、この際樹脂の約０．２ないし０．８ｗｔ％、好ましくは０．５ないし２ｗｔ％に等しい量とすることにより、封止剤のガラスに対する接合性を高めることによって改質をおこなってもよい。加えて、カーボンブラック、例えば、Texas 州BorgerのJ.M. Huber Corporationから入手可能なArospere（商標）11V カーボン・ブラックを添加し、自動車両のフロントガラス１２の外枠の縁部分周囲に典型的に被着する黒いセラミックの縁取り（図示せず）と一致する黒い外観を与えることによって、充填した切り欠きを「隠す」ようにしてもよい。また、カーボンブラックは、エポキシの硬化促進剤に、この硬化促進剤の約１ないし１．５ｗｔ％に等しい量で添加してもよい。こうすることにより、封止剤は、約１５分後には固化するので、その扱いは一層容易となる。適用の前および／または後に、この特定のエポキシ封止剤を加熱することにより、その硬化時間を短縮することも認められよう。完全に硬化した場合、エポキシのショアーＡ硬度は、約８８となることが予測される。上述の封止剤の代わりとして、Ohio州Akron のBF Goodrich, Adhesive Systems Divisionから入手可能な二液型可撓性エポキシである、Plastilok （登録商標）421 エポキシ、Wisconsin 州GermantownのAdvanced Polymer Concepts から入手可能な二液構造型接着剤(two-part structural adhesive)であるW041696 T1 Blackを用いて切り欠き３６を封止してもよい。
【００２７】
　先に述べた本発明の特定実施例では、インピーダンス整合ネットワークを回路基板上に実装したが、ネットワーク部品は、プラスチック基板のような、他のタイプの基板上に実装してもよい。尚、他のタイプの基板はプラスチック基板に限定されるのではない。加えて、インピーダンス整合ネットワークは、フロントガラス１２に配置し固着した集積回路に組み込むことによって、回路基板に関して先に述べたように、アンテナ素子２０に電気的に結合するようにしてもよい。更に、基板を用いずにインピーダンス整合ネットワークの部品を直接ガラス表面２２および／またはアンテナ素子２０や延長部４０に装着してもよいことも考えられる。このような形態のインピーダンス整合ネットワークは、切り欠き領域３６内に配置し、先に述べたように封止することができる。
【００２８】
　先に述べたように、接着剤６４を用いずにコネクタ３２をインピーダンス整合ネットワークと共にフロント・ガラス１２に固着してもよいことが考えられる。即ち、外側層１４のガラス表面２２、あるいはアンテナ素子２０または延長部４０に直接コネクタをはんだ付けしてもよい。更に、インピーダンス整合ネットワークを、当技術では公知のタイプの金属帯状体または接続クリップに装着し、電気的に相互接続し、例えば、はんだまたは接着テープのようないずれかの好都合な方法で帯状体またはクリップを層１４、アンテナ素子２０または延長部４０に固着することによって、インピーダンス整合ネットワークをフロント・ガラス１２に固着してもよいことも考えられる。
【００２９】
　上述のフロント・ガラスを製造する際、所望のアンテナ・パターンを与えるマスクを用いて、当技術では公知のいずれかの方法で、透明な導電性コーティングをガラス層１４の表面２２に被着する。代替案として、ガラス層１４の表面２２全体にコーティングを施し、その後コーティングの選択部分を除去することによって、所望のアンテナ・パターンを得るようにしてもよい。先に述べたように、コーティングの縁をガラス層１４の縁から離間することによって、コーティングが確実にフロント・ガラス１２内に封止されるようにすることが好ましい。更に、コーティングをガラス層１４の縁から十分な距離だけ離間することによって、アンテナ装置の性能に悪影響を与え得るアンテナ・コーティングと車両の金属フレームとの間のあらゆる容量性結合を回避するようにすることも望ましい。本発明を限定する訳ではないが、一実施例では、コーティングは、最低でも約１３ｍｍガラス層１４の縁から離間した。コーティングの後、ガラス層１４を切り欠き領域３６に対応する切除領域を含むガラス層１６と組み合わせ、当技術では公知の技法、例えば、重力垂下曲げ加工を用いて、双方のガラス層を同時に整形する。必要であれば、アンテナ素子２０を取り付ける前に、および／または個別にガラス層１４，１６を整形してもよい。整形の後、中間層１８をガラス層１４，１６間に挿入する。その際、中間層１８の切除領域を切り欠き領域３６に対応させる。次に、当技術では公知の技法を用いて、この構造体全体のガス抜きおよび積層を行い、一元構造を形成する。積層の後、切り欠き領域３６をきれいに拭い、切り欠き領域３６内の接着剤６４によってコネクタ３２を延長部４０に固着する。本発明を限定する訳ではないが、一実施例では、ガラス層１４の縁３４からコネクタ３２を約１５ｍｍ離間した。リード４８，５０（能動整合ネットワークの場合は５２も含む）の端部を切り欠き３６から除去し、次いで、非導電性封止剤３８によって切り欠き３６を充填する。
【００３０】
　上述の本発明は、アンテナ素子２０には１つの電気接続を含むのみであったが、ここに開示するタイプのアンテナ素子２０には、ここに開示したのと同様の方法でフロントガラス１２の１つまたはいくつかの縁に沿って、多数の接続を形成してもよいことは認められる。
【００３１】
　図６を参照すると、ここに開示するインピーダンス整合ネットワークは、積層体の中にあるアンテナ素子２０に容量性接続を形成するためにも使用可能であることが考えられる。積層体の外側主表面にコネクタを固定する、例えば、フロントガラス１２の内側層１６の表面２４にコネクタ３２を固定する。このタイプの構成において容量性接続を用いる場合の問題は、コネクタに必要なサイズである。容量性結合の有効性は、コネクタのサイズおよび信号の周波数に依存する。ＦＭ無線信号のように比較的高い周波数は、ＡＭ無線信号のような、それよりも低い周波数よりも必要な面積は少なくて済む。厚さ０．０９０インチ（２．２３ｍｍ）のガラス層１６、厚さ０．０３０インチ（０．７６ｍｍ）のポリビニル・ブチラール中間層１８および平方当たり約３ないし４オームの導電性コーティング２０の電気的特性を基準として周波数が低い方のＡＭ信号では、層１６の表面２４に沿って配置されるコネクタは、アンテナ・コーティング２０の約２０平方インチ（１２９平方センチメートル）にわたって覆い被さり、直接電気接続と等価な接続を得なければならないことが考えられる。コネクタ３２のサイズは、約１ないし５平方インチ（６．５４ないし３２．２６平方センチメートル）まで小型化が可能であり、コネクタ３２に組み込まれる整合ネットワークを用いてインピーダンスの整合およびＡＭ信号のブーストが可能であると確信する。
【００３２】
　ここに開示するようなコネクタは、アンテナ素子を透明板に積層しないアンテナ装置と組み合わせて用いることも可能である。即ち、図７を参照すると、システム１１０の透明板１１２は、当該透明板の表面１２４に固着されたアンテナ素子１２０を含む。透明板１１２は、車両の後部および両側の窓とすることができるガラスまたはプラスチック層である。素子１２０は、当技術では公知のように、コーティング、ワイヤおよび／または導電性セラミック塗料とすることができる。コネクタ１３２は、先に述べたコネクタ３２と構造が類似しており、素子１２０の一部を覆うように表面１２４に固着することができる。アンテナ素子１２０およびコネクタ１３２間の接続は、使用する接着剤のタイプによって、直接接続または容量性接続とすればよい。コネクタ１３２は、コネクタのプリント回路基板に沿ったネットワーク部品を保護するために、保護用コーティングを必要とする場合もあることが考えられる。また、透明板１１２は、当技術では公知のタイプの加熱システム（図示せず）を更に含む場合、この加熱システムの電力は、コネクタ１３２を通じて供給され、インピーダンス整合ネットワーク回路は、加熱システムに電力を供給するＤＣ電流からアンテナからのＡＣ信号を分離するために追加の部品を必要とすることを考えるべきである。
【００３３】
　この開示に基づいて、アンテナ素子を可撓性層内に組み込みコネクタを可撓性層に固着することにより、そのインピーダンス整合ネットワークをアンテナ素子に電気的に結合するように、透明なアンテナ装置を製造可能であることが考えられる。必要であれば、この可撓性アンテナ装置は、他の層と組み合わせてもよい。例えば、可撓性アンテナは、ガラスまたはプラスチックのような１枚以上の剛性層に固着して積層体を形成することができ、あるいは建築物の窓ガラス・ユニットの２枚の離間したガラス・シート間に配置することもできる。
【００３４】
　これまでに説明し図示した本発明は、その例示的な好適実施例の一記載を代表するものである。特許請求の範囲に規定した本発明の主旨から逸脱することなく、種々の変更が可能であることは理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】積層体の縁に沿った切り欠きに配置された、本発明の特徴を組み込んだコネクタを有する積層ガラスアンテナの平面図。
【図２】コネクタがインピーダンス整合ネットワークを有する図１に示したアンテナの接続領域の拡大平面図。
【図３】図２の線３−３に沿った図。
【図４】代表的な受動インピーダンス整合ネットワークの電気回路図。
【図５】代表的な能動インピーダンス整合ネットワークの電気回路図。
【図６】本発明の他の実施例を示す図３と同様の図。
【図７】本発明の他の実施例を示す図１と同様の図。
【符号の説明】
【００３６】
　１２　フロント・ガラス
　１４　外側ガラス層
　１６　内側ガラス層
　１８　熱可塑性中間層
　２０　アンテナ素子
　２６　アンテナ・フィード構成
　２８　電磁エネルギ送受信部
　３０　同軸ケーブル
　３２　コネクタ
　３４　上縁
　３６　切り欠き領域
　３８　封止材
　４０　延長部
　４２　受動インピーダンス整合ネットワーク
　４４　能動インピーダンス整合ネットワーク
　４６　回路基板
　４８　出力リード
　５０　接地リード
　５２　リード
　５４　電源
　５６　JASOピン
　６４　接着剤
　１１０　システム
　１１２　透明板
　１２０　アンテナ素子
　１３２　コネクタ
　Ｌ１Ｐ〜Ｌ６Ｐ　インダクタ
　Ｃ１Ｐ〜Ｃ６Ｐ　コンデンサ
　Ｑ１Ａ　ＲＦトランジスタ
　Ｒ１Ａ〜Ｒ７Ａ　抵抗
　Ｃ１Ａ〜Ｃ６Ａ　コンデンサ
　Ｄ１Ａ　ダイオード
【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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