(57)【要約】【課題】リアガラスに設置したデジタルＴＶ用のアンテナで、熱線の影響を受けずに、指向性のコントロールができる車両用ガラスアンテナ装置を提供する。【解決手段】リアガラス１０に、長さ（λ／２、但しλ1 ≦λ≦λ2 ）ｋの２本のアンテナ素子１６Ａ，１６Ｂを（λ／４、但しλ1 ／４≦λ≦λ2 ／４）ｋ離して設ける。各アンテナ素子はアンプ２０Ａ，２０Ｂを介して、位相合成器２２に接続する。位相合成器２２は、アンテナ素子１６Ａの受信した信号が、アンテナ素子１６Ｂが受信した信号よりも、１９０°〜２２０°、好適には２００°位相が遅れた状態で合成する。合成された信号は、ＴＶチューナ２４へ送られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルテレビ用の信号（最大周波数ｆ1 ，対応波長λ1 、最小周波数ｆ2 ，対応波長λ2 ）を受信する車両用ガラスアンテナ装置であって、
車両の窓ガラスに設けられ、上下の位置関係にあって水平方向に延びる２本の上側アンテナ素子および下側アンテナ素子と、
前記２本のアンテナ素子の各給電端子からの受信信号のうち、一方の受信信号の位相を１９０°〜２２０°遅らせ、これら２つの受信信号を合成する位相合成器と、
を備える車両用ガラスアンテナ装置。
【請求項２】
前記受信信号は、２００°位相を遅らせて合成する、請求項１に記載の車両用ガラスアンテナ装置。
【請求項３】
前記上側のアンテナ素子の受信信号の位相を遅らせて合成する、請求項１または２に記載の車両用ガラスアンテナ装置。
【請求項４】
前記上側アンテナ素子および下側アンテナ素子の長さは、それぞれ（λ／２）ｋであり（但し、λは受信信号の波長であってλ1 ≦λ≦λ2 ，ｋは短縮率）、前記上側アンテナ素子と下側アンテナ素子との間隔は、（λ／４）ｋ（但し、λ1 ≦λ≦λ2 ）である、請求項１，２または３に記載の車両用ガラスアンテナ装置。
【請求項５】
前記下側のアンテナ素子の下側に、水平に延びる１本の無給電素子をさらに備える請求項１〜４のいずれかに記載の車両用ガラスアンテナ装置。
【請求項６】
前記各給電端子と前記位相合成器との間には、それぞれアンプが設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載の車両用ガラスアンテナ装置。
【請求項７】
前記各給電端子と対応するアンプとの間は、同軸ケーブルで接続されている、請求項６に記載の車両用ガラスアンテナ装置。
【請求項８】
前記同軸ケーブルのインピーダンスが７５Ωである場合には、インピーダンスを３００Ωに変換する４：１バランを、前記各アンテナと、対応する同軸ケーブルとの間に接続する、請求項７に記載の車両用ガラスアンテナ装置。
【請求項９】
フロントガラスおよびリアガラスに設置された、請求項１〜８のいずれかに記載の車両用ガラスアンテナ装置と、
前記車両用ガラスアンテナ装置からの受信信号を切換える切換え器と、
を備えるダイバーシティ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ガラスアンテナ装置、特に、デジタルＴＶ（テレビ）用の車両用ガラスアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の窓ガラスに設けられるデジタルＴＶ（周波数４７３〜７０１ＭＨｚ）用のガラスアンテナ装置に要求される性能は、希望波方向へ向くように指向性をコントロールし、希望波方向以外の方向からくる不要波の干渉を抑え、テレビの画質を向上させるということである。特に高速走行時には、希望波と不要波の感度差（ＦＢ比；フロント−バック比）が１０ｄＢ以上必要と考えられている（理論値）。
【０００３】
このような要求に答えるアンテナシステムとして、特許文献１に記載の「車載用ＴＶダイバーシティシステム」が知られている。このシステムによれば、２つのＴＶアンテナのうち一方の出力を移相器により位相をシフトさせて他方のＴＶアンテナの出力と合成することにより、アンテナの指向特性を変化させた第３のアンテナを構成し、元のＴＶアンテナと第３のアンテナとの信号の中から、最良の受信信号を選択するダイバーシティを実現している。しかし、アンテナの構造については、なんら開示していない。
【特許文献１】特開平１２−２５２８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
デジタルＴＶ用のアンテナを、熱線の存在するリアガラスに設ける場合、熱線の影響により、希望波方向への指向性のコントロールが困難である。これは、図１に点線で示すように、熱線の影響によりリアガラスのアンテナの指向性が、リアガラス面に垂直な方向に変化し、水平方向の感度が低下するためである。
【０００５】
また、このような熱線の影響により、無給電素子である反射器と導波器を用いても、希望波方向への指向性のコントロールが困難である。
【０００６】
本発明の目的は、リアガラスに設置したデジタルＴＶ用のアンテナで、熱線の影響を受けずに、指向性のコントロールができる車両用ガラスアンテナ装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、このような車両用ガラスアンテナ装置を用いた受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、デジタルテレビ用の信号（最大周波数ｆ1 ，対応周波数λ1 、最小周波数ｆ2 ，対応周波数λ2 ）を受信する車両用ガラスアンテナ装置であって、車両の窓ガラスに設けられ、上下の位置関係にあって水平方向に延びる２本の上側アンテナ素子および下側アンテナ素子と、前記２本のアンテナ素子の各給電端子からの受信信号のうち、一方の受信信号の位相を１９０°〜２２０°、好ましくは２００°遅らせ、これら２つの受信信号を合成する位相合成器とを備えることを特徴とする。
【０００９】
前記上側アンテナ素子および下側アンテナ素子の長さは、それぞれ（λ／２）ｋとし（但し、λは受信信号の波長であってλ1 ≦λ≦λ2 ，ｋは短縮率）、前記上側アンテナ素子と下側アンテナ素子との間隔は、（λ／４）ｋ（但し、λ1 ≦λ≦λ2 ）とするのが好適である。ここに、短縮率とは、誘電体基板（この場合、ガラス板）を伝搬する電波の伝搬速度に関係するもので、アンテナが共振するように、誘電体基板上に形成されるアンテナの寸法が、誘電体基板のない場合に想定されるアンテナ寸法に比べて小さくなる比率をいう。車両用ガラスの場合、ｋは約０．６となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の車両用ガラスアンテナ装置は、特に、リアガラスに設置する場合に、熱線の影響を受けずに、指向性のコントロールができる。また、本発明の車両用ガラスアンテナ装置をフロントガラスおよびリアガラスに設置し、ダイバーシティ受信などにより受信品質の高い受信装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明により、一方のアンテナの受信信号の位相変化量を１９０°〜２２０°とする理由について説明する。アンテナ解析モデルとして、図２に示すモデルを作成した。
【００１２】
ガラス上に、車体のルーフおよび熱線を模擬したアース板８（斜線で示す）と、２本のアンテナ素子１６Ａ，１６Ｂを形成した。また、アンテナ素子の長さは、それぞれ（λ／２）ｋ、アンテナ素子の間隔は（λ／４）ｋ、各アンテナ素子とアース板との間隔は、それぞれ（λ／８）ｋとした。λを帯域の中心周波数６００ＭＨｚとし、ｋ＝０．６として、アンテナ素子の長さを１５ｃｍ、アンテナ素子の間隔を７．５ｃｍとした。
【００１３】
アンテナ素子およびアース板は、同軸ケーブル（図示せず）を介して位相合成器（図示せず）に接続する。その際、アンテナ素子１６Ａ，１６Ｂの給電端子は、同軸ケーブル（図示せず）の中心導体に接続し、アース板８は、同軸ケーブルの外部導体に接続する。
【００１４】
アンテナ素子１６Ａで得られた高周波信号は、同軸ケーブルを伝送し、位相合成器の中で位相を遅らせた後、アンテナ素子１６Ｂで得られた高周波信号と合成される。
【００１５】
このようなアンテナ解析モデルを設置角３０°（水平方向に対する角度）として電波暗室に置いて、４７０〜７００ＭＨｚの電波を照射し、アンテナ素子１６Ａからの受信信号の位相を９０°〜２７０°の範囲で遅らせて、アンテナ素子１６Ｂからの受信信号と位相合成し、Ｆ／Ｂ比を測定した。ここに、Ｆ／Ｂ比とは、ビームの出る方向を正面（Ｆｒｏｎｔ）とした場合の、正面への指向性利得と、背面（Ｂａｃｋ）への指向性利得の差で、アンテナの指向性利得（ビーム強度）の評価となるものである。この数値が小さければ、正面と背面への指向性利得の差の小さい（丸い）指向性になることを示し、逆に大きければ、指向性利得差の大きい（正面方向に強い指向性を持った）アンテナであることを示す。
【００１６】
測定結果を、表１に示す。数値の単位は、ｄＢである。
【００１７】
【表１】
2005354139.tif 000003
【００１８】
この測定結果から、位相変化量が１９０°〜２２０°のときに、良好なＦ／Ｂ比が得られことがわかる。特に、位相変化量２００°で、Ｆ／Ｂ比が最大になっている。
【００１９】
以上のことから、一方のアンテナの位相の変化量は、１９０°〜２２０°とするのが好適であることが理解されるであろう。
【実施例１】
【００２０】
図３は、本発明の車両用ガラスアンテナ装置を、リアガラスに設けた実施例を示す。リアガラス１０の周囲は車体エッジ１２により囲まれている。リアガラス１０には、防曇用の熱線１４が設けられている。
【００２１】
熱線１４と上部車体との間のスペースに、アンテナ素子を設ける。アンテナ素子は、水平方向に延びる２本の平行なアンテナ素子１６Ａ，１６Ｂよりなる。アンテナ素子１６Ａがアンテナ素子１６Ｂの上にあるものとする。
【００２２】
アンテナ素子は、ガラス表面に銀ペーストをプリントして形成したプリント線、あるいは合わせガラスの内部に設けた導線のいずれであってもよい。アンテナ素子の一端は、給電端子１８Ａ，１８Ｂにそれぞれ接続されている。
【００２３】
各アンテナ素子の長さは、それぞれ（λ／２）ｋである。アンテナ素子１６Ａと１６Ｂとの間隔は、（λ／４）ｋである。λを帯域の中心周波数６００ＭＨｚとし、ｋ＝０．６として、アンテナ素子の長さを１５ｃｍ、アンテナ素子の間隔を７．５ｃｍとした。
【００２４】
給電端子１８Ａ，１８Ｂは、同軸ケーブル１９Ａ，１９Ｂによって、それぞれアンプ２０Ａ，２０Ｂに接続される。これらアンプは、アンテナ素子で受信されたデジタルＴＶ信号を増幅する。なお、同軸ケーブルの中心導体はアンプに接続され、外部導体は車体に接続される。
【００２５】
なお、アンテナ素子１６Ａ，１６Ｂで構成されるアンテナは、インピーダンスが高いため、インピーダンスの高いケーブルを用いる必要がある。現実的な同軸ケーブルのインピーダンスは７５Ω程度と低いため、そのままアンテナ素子と同軸ケーブルを接続すると、インピーダンスミスマッチがおこり、特に、低い周波数において性能が低下するおそれがある。
【００２６】
同軸ケーブルの特性インピーダンスとアンテナの受信性能の周波数特性との関係について、図２に示す解析モデルを用いて電磁界シミュレーターでシミュレーションした結果より、３００Ωの同軸ケーブルであれば、４７０〜７００ＭＨｚの周波数帯域において特性をフラットにできるという結果が得られた。
【００２７】
したがって、７５Ω同軸ケーブルを３００Ωに変換する４：１バラン（平衡−不平衡変換回路）を、アンテナ素子とケーブルとの間に接続することにより、給電が可能となる。図４は、図３の構成において、４：１バラン１７Ａ，１７Ｂを設けた例を示す。
【００２８】
アンプ２０Ａ，２０Ｂの出力は、位相合成器２２に接続される。位相合成器２２は、上のアンテナ素子１６Ａの受信した信号を、１９０°〜２２０°、好適には２００°位相を遅らせて、下のアンテナ素子１６Ｂが受信した信号と合成する。合成された信号は、ＴＶチューナ２４へ送られる。
【００２９】
図５に、位相合成器２２の構成の一例を示す。位相合成器２２は、２信号合成タイプの移相器３２と、２つの信号を合成する合成器３４とから構成される。合成器３４からの合成信号は、ＴＶチューナ２４に送られる。
【００３０】
ＴＶチューナ２４では、受信感度が最大になるように、位相制御信号を移相器３２へ送る。移相器３２は、ＴＶチューナ２４からの位相調整信号によって、アンプ２０Ａからの入力信号の位相を遅らせて、アンプ２０Ｂの出力信号との間に、最適な位相差を設定できる。
【００３１】
図６に、移相器３２の構成の一例を示す。アンプ５０と、９０°ハイブリッド５２と、ＴＶチューナからの位相制御信号によりそれぞれ制御できる可変減衰器５４，５６と、結合器５８とで構成される。９０°ハイブリッド５２で位相が９０°異なる２つの信号が形成され、形成された２つの信号は、それぞれ減衰器５４，５６でｃｏｓθ，ｓｉｎθが乗算され、減衰器５４，５６の出力を結合することにより、アンプ５０に入力する信号から位相がθ遅れた信号を形成できる。
【００３２】
ガラスアンテナの場合は、アンテナがガラス面上に固定されること、周りをアースで囲まれていること、ガラスの傾きが約３０°であることより、θは、前述したように１９０°〜２２０°であり、２００°が最適である。
【００３３】
移相器３２からの出力信号およびアンプ２０Ｂからの信号は、合成器３４で合成される。合成された信号は、ＴＶチューナ２４に送られる。
【００３４】
合成器３４は、３ｄＢハイブリッドタイプの分配器、またはフェライト・ビーズを用いた分配器で構成するのが好ましい。これら分配器は、ロスが少なく、かつ、帯域が広いからである。
【００３５】
このように２つのアンテナ素子からの信号を、所定の位相差で合成することによって、指向特性が決定される。指向特性は、熱線１４の影響を軽減し、リア方向に向けることができる。よって、リア方向の感度を増大し、フロント方向の感度を減少させることができるので、Ｆ／Ｂ比（Ｆｒｏｎｔ／Ｂａｃｋ比）を改善することができる。
【００３６】
Ｆ／Ｂ比をより改善するために、無給電素子である反射器素子や導波器素子の無給電素子を追加してもよい。図７に、図３または図４で示したアンテナ素子１６Ａ，１６Ｂに、導波器素子３０を追加した例を示す。導波器素子３０は、アンテナ素子１６Ｂの下に、アンテナ素子１６Ｂと平行に延びている。アンテナ素子１６Ａ，１６Ｂは、図３または図４で説明したと同様に、それぞれアンテナを経て、位相合成器に接続される。
【００３７】
以上のアンテナ素子において、車両の形あるいは他のアンテナ素子の影響により、アンテナ素子のインピーダンスが最適状態とならない場合があるので、インピーダンスマッチングを行う理由でアンテナ素子の形状を変更してもよい。
【実施例２】
【００３８】
図３，図４または図７で説明したガラスアンテナ装置を、フロントガラス側およびリアガラス側に設置し、ダイバーシティ切換を行うようにすれば、車両のあらゆる方向について希望波のみを受信し不要波をカットできるため、高い受信品質を得ることができる。
【００３９】
図８は、この実施例を示す概略図である。車両４０のフロントガラス上部両側には、アンテナ装置４２−１，４２−２のアンテナ素子を設置し、リアガラス上部両側には、アンテナ装置４２−３，４２−４のアンテナ素子を設置する。各アンテナ装置は、ガラス上に設けられたアンテナ素子の外に、２個のアンプ２０Ａ，２０Ｂ、位相合成器２２を備えている。図中、点線で各アンテナ装置の指向特性を示している。
【００４０】
図９にダイバーシティ受信装置を示す。各アンテナ装置４２−１，４２−２，４２−３，４２−４からの受信信号は、切換え器４４で選択され、希望波としてＴＶチューナ４６に送られる。
【実施例３】
【００４１】
以上は、ダイバーシティ受信の例であるが、４つのアンテナ装置からの受信信号を同位相で合成する手段をＴＶチューナの前に追加してもよい。図１０に、この受信装置を示す。合成器４８で４つのガラスアンテナ装置４２−１，４２−２，４２−３，４２−４からの受信信号を合成して、ＴＶチューナ４６に送っている。
【００４２】
この方法により、前後に感度の良い指向性を得ることができる。弱電界など電波の弱い場所で不要波が存在しないと思われる状況では、車両の全方向から受信できるため、受信品質を改善することが可能となる。
【００４３】
なお、以上の実施例では、受信信号としてデジタルＴＶ信号について説明したが、本発明は、デジタルＴＶ以外の既存メディア用のアンテナとしても適用可能である。  
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】熱線の影響によりリアガラスのアンテナの指向性が、リアガラスに面に垂直な方向に変化する様子を示す図である。
【図２】アンテナ解析モデルを示す図である。
【図３】本発明の車両用ガラスアンテナ装置を、リアガラスに設けた実施例を示す図である。
【図４】図３の構成において、４：１バランを設けた実施例を示す図である。
【図５】位相合成器の構成の一例を示す図である。
【図６】移相器の構成の一例を示す図である。
【図７】無給電素子を設けたアンテナ素子を示す図である。
【図８】ダイバーシティ受信を説明するための図である。
【図９】ダイバーシティ受信装置の構成を示す図である。
【図１０】複数のアンテナ装置からの受信信号を同位相で合成する受信装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
８  アース板
１０  リアガラス
１２  車体エッジ
１４  熱線
１６Ａ，１６Ｂ  アンテナ素子
１８Ａ，１８Ｂ  給電端子
１７Ａ，１７Ｂ  ４：１バラン
２０Ａ，２０Ｂ，５０  アンプ
２２  位相合成器
２４，４６  ＴＶチューナ
３０  無給電素子
３２  移相器
３４  合成器
４２  アンテナ装置
４４  切換え器
５２  ９０°ハイブリッド
５４，５６  可変減衰器
５８  結合器
【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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