WO2018180120A1 - アンテナ及び窓ガラス - Google Patents
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- H01Q13/10—Resonant slot antennas
Definitions
- the present invention relates to a glass antenna disposed on the surface of a glass plate, and more particularly to a broadband and high sensitivity antenna.
- the frequency used for wireless communication has become higher due to the tightness of frequency resources.
- the antenna is small in a high frequency band, for example, 4 GHz to 6 GHz, it is easily affected by peripheral objects. For this reason, it is difficult to secure high-bandwidth and high-sensitivity characteristics with a high-frequency antenna.
- Patent Documents 1 and 2 describe glass antennas for vehicles that are configured by linear elements and that can obtain high reception sensitivity with respect to vertical polarization from the front and rear. Has been.
- the influence of glass increases as the transmission / reception frequency increases.
- the thickness of the glass on which the antenna pattern is provided is about one-tenth of the effective wavelength considering the shortening rate of the glass, compared to the case where the glass is thin
- the gain is reduced by about 8 dB.
- the present invention aims to provide a wide band and high sensitivity antenna in the high frequency band.
- the present invention is an antenna provided on a window glass of a vehicle, wherein a planar conductor provided on the glass, a slot formed as a rectangular region obtained by removing the conductor from the planar conductor, A power supply section provided on a first side; and an element extending from a core wire side terminal of the power supply section to a second side facing the first side in the slot, wherein the slot has the surface
- the antenna is arranged at a position shifted from the center of the conductor in the direction of the first side.
- the present invention is an antenna characterized in that an adjustment section is provided to dent the first side of the slot and enlarge the slot in a convex shape.
- the power supply unit includes a coaxial connector to which a power supply line is connected and a conductive pedestal on which the coaxial connector is installed, and the pedestal includes the first connector in the adjustment unit. It is arranged to connect two sides intersecting with a side, the core wire side terminal of the coaxial connector is connected to the element, and the ground side terminal of the coaxial connector is connected to the pedestal. Antenna.
- the present invention is the antenna, wherein the planar conductor is provided close to the body flange such that a side close to the slot is capacitively coupled to the body flange.
- the present invention is the antenna, wherein the planar conductor is provided with an auxiliary slot which is formed as a rectangular region from which the conductor is removed and is arranged in parallel with the second side of the slot.
- the present invention is also the antenna characterized in that the width of the auxiliary slot is smaller than the width of the slot.
- the present invention is the antenna characterized in that a plurality of the auxiliary slots are provided, and the auxiliary slots are formed as a larger area in the order closer to the slot.
- the present invention is a window glass provided with any one of the antennas described above.
- the present invention it is possible to reduce the influence of glass in a high frequency band and obtain high sensitivity in a wide band. Therefore, it receives highly sensitive radio waves in the arbitrary frequency band in the 4 GHz to 6 GHz band studied as 5 GHz communication radio waves, or 5.9 GHz band radio waves studied as inter-vehicle communication radio waves. can do.
- FIG. 1 is a plan view of a glass antenna according to an embodiment of the present invention as viewed from the inside of a vehicle.
- the glass antenna according to the embodiment of the present invention is constituted by a planar conductor 1 in which a slot 2 is provided.
- the planar conductor 1 is disposed on the glass so that one side thereof is close to and parallel to the body flange 10 and is capacitively coupled to the body flange 10.
- a slot 2 which is a region without a conductor. That is, the slot 2 is constituted by a hole formed in the planar conductor 1 by partially removing the planar conductor 1.
- the slot 2 is arranged so as to be shifted from the center of the planar conductor 1 in the direction of the side close to the body flange 10.
- the size and position of the slot 2 may be adjusted by a structure such as a vehicle body on which the antenna is installed.
- the connector 5 can be provided in the colored region provided in the peripheral portion of the glass, and the connector 5 is inconspicuous to the driver. it can.
- the electric field is directed toward the larger area of the planar conductor 1 on the extension line of the element 3, the directivity of the antenna is inclined from the perpendicular to the planar conductor 1. For this reason, when an antenna is installed on the windshield of an automobile, the directivity is easily oriented in the horizontal direction.
- the slot 2 is preferably provided at the center of the planar conductor 1 in the left-right direction.
- the slot 2 may be shifted from the center to the right or left.
- the antenna directivity is directed in the direction in which the area of the planar conductor 1 is large as viewed from the slot 2.
- the directivity of the antenna can be adjusted in the left-right direction depending on the position.
- the size of the slot 2 can be adjusted in consideration of wavelength shortening due to glass so that the horizontal direction is ⁇ of the center frequency of the used frequency band and the vertical direction is ⁇ / 2 of the center frequency of the used frequency band. preferable.
- the horizontal direction is adjusted to be ⁇ of the center frequency of the used frequency band
- the vertical direction is adjusted to be ⁇ / 2 of the center frequency of the used frequency band. Is preferred. Since the bandwidth varies depending on the size of the slot 2, the bandwidth can be adjusted depending on the size of the slot 2.
- a connector 5 is attached to the planar conductor 1 at the position forming the upper side of the slot 2.
- a power supply line (for example, a coaxial cable) connected to the wireless device is connected to the connector 5.
- the feeding position to which the connector 5 is attached is allowed to be shifted by about 20% of the width from the center in the lateral direction of the slot 2.
- the directivity of the antenna can be adjusted by the position of the slot 2 and the feeding position (position of the connector 5) in the slot 2.
- the slot 2 may be provided with a convex adjustment portion 4 (a depression of the planar conductor 1) for attaching the connector 5. Since the impedance of the antenna varies depending on the size of the adjustment unit 4, the impedance of the antenna can be adjusted depending on the size of the adjustment unit 4.
- the core wire side terminal of the connector 5 is connected to the element 3.
- the element 3 is connected to the planar conductor 1 constituting the opposite side of the slot 2, and power is supplied to the opposite side of the slot 2 by the element 3.
- the ground side terminal of the connector 5 is connected to the planar conductor 1.
- the planar conductor 1 and the element 3 are formed by applying a conductive ceramic paste in a glass plane, drying, and baking in a heating furnace.
- the planar conductor 1 and the element 3 may be made of a metal plate.
- FIG. 2 and FIG. 3 are perspective views (in-vehicle view) showing the glass antenna of the present embodiment, and particularly show the configuration of the power feeding unit.
- the pedestal 6 is formed in a convex shape by a metal plate, and the leg portions of the pedestal 6 are connected to the planar conductor 1 near the left and right sides of the adjustment unit 4. That is, the pedestal 6 is disposed so as to connect two side sides orthogonal to the side on which the adjustment unit 4 is provided.
- the central part of the base 6 is formed one step higher, and the connector 5 is attached.
- the ground side terminal of the connector 5 is connected to the base 6, and the core wire side terminal is connected to the element 3.
- the element 3 is formed of a metal plate
- the end of the element 3 is connected to the core wire side terminal of the connector 5.
- the element 3 and the connector 5 may be connected by a conductor such as a metal plate.
- the connector 5 is attached to the base 6, so that the size of the adjustment unit 4 can be changed regardless of the attachment position of the connector 5. For this reason, when the adjustment part 4 is small, since the distance between the core wire side terminal of the connector 5 and the flat plate is short, the impedance of the antenna can be lowered.
- the power feeding unit of another form has the connector 5 disposed on the planar conductor 1 without providing the pedestal 6.
- the ground side terminal of the connector 5 is connected to the planar conductor 1, and the core wire side terminal is connected to the element 3.
- FIG. 4 is a diagram showing a modification of the antenna pattern of the present embodiment.
- auxiliary slots 71 to 74 are provided in parallel with the slot 2.
- the auxiliary slots 71 to 74 are constituted by holes formed in the planar conductor 1 by removing a part of the planar conductor 1.
- auxiliary slots 71 is provided in the vicinity of the slot 2
- auxiliary slot 72 is provided in the vicinity of the auxiliary slot 71
- auxiliary slot 73 is provided in the vicinity of the auxiliary slot 72
- the auxiliary slot is further provided.
- An auxiliary slot 74 is provided in the vicinity of 73.
- the size of the auxiliary slot should be made smaller in order of distance from the slot 2. That is, the auxiliary slot is formed as a larger area in the order closer to the slot 2.
- the auxiliary slot 71 is smaller than the slot 2
- the auxiliary slot 72 is smaller than the auxiliary slot 71
- the auxiliary slot 73 is smaller than the auxiliary slot 72
- the auxiliary slot 74 is the auxiliary slot.
- the width is smaller than 73.
- FIG. 5 is a diagram showing the directivity of the antenna of this embodiment.
- 180 ° is the direction of the body flange 10 in the plane where the planar conductor 1 is disposed.
- directivity occurs in the direction of 0 ° (the direction in which the area of the planar conductor 1 is wide as viewed from the slot 2), and when installed on the upper part of the front window glass of the vehicle, It can be seen that a large gain can be obtained.
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- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
車両の窓ガラスに設けられるアンテナであって、前記ガラス上に設けられる面状導体と、前記面状導体から導体を除去した矩形領域として形成されるスロットと、前記スロットの第1の辺に設けられる給電部と、前記給電部の芯線側端子から、前記スロットにおいて前記第1の辺と対向する第2の辺まで延伸するエレメントとを有し、前記スロットは、前記面状導体の中心から前記第1の辺の方向にずれた位置に配置される。
Description
本発明は、ガラス板の表面に配置されるガラスアンテナ関し、特に、広帯域で高感度のアンテナに関する。
従来、車両用のガラスアンテナとして、ラジオ放送やテレビ放送用を受信するためのアンテナがある。また、近年は、車車間通信や路車間通信のためのアンテナを車両に設ける必要が生じている。
また、周波数資源の逼迫に伴い、無線通信に使用する周波数が高くなっている。高周波、例えば4GHz~6GHzの帯域ではアンテナが小型になるものの、周辺物の影響を受けやすくなる。このため、高周波のアンテナで広帯域で高感度な特性の確保は難しい。
車両用の車車間通信用のアンテナとして、特許文献1、2には、線状のエレメントによって構成され、前方及び後方からの垂直偏波に対して高い受信感度を得られる車両用ガラスアンテナが記載されている。
しかし、線状のエレメントで構成されるガラスアンテナでは、送受信周波数が高くなるとガラスの影響が大きくなる。例えば、ガラス板の表面に形成されたダイポールアンテナでは、アンテナパターンが設けられるガラスの厚みが、ガラスの短縮率を考慮した実効波長の10分の1程度になると、ガラスが薄い場合と比較してゲインが約8dB低下する。
このため、高周波帯において高感度のアンテナの提供が必要である。
本発明は、高周波帯において広帯域で高感度のアンテナの提供を目的とする。
すなわち、本発明は、車両の窓ガラスに設けられるアンテナであって、前記ガラス上に設けられる面状導体と、前記面状導体から導体を除去した矩形領域として形成されるスロットと、前記スロットの第1の辺に設けられる給電部と、前記給電部の芯線側端子から、前記スロットにおいて前記第1の辺と対向する第2の辺まで延伸するエレメントとを有し、前記スロットは、前記面状導体の中心から前記第1の辺の方向にずれた位置に配置されることを特徴とするアンテナである。
また、本発明は、前記スロットの第1の辺を凹ませて、スロットを凸形状で拡大する調整部を設けたことを特徴とするアンテナである。
また、本発明は、前記給電部は、給電線が接続される同軸コネクタと、前記同軸コネクタが設置される導電性の台座とを有し、前記台座は、前記調整部において、前記第1の辺と交差する二つの側辺を接続するように配置され、前記同軸コネクタの芯線側端子は、前記エレメントに接続され、前記同軸コネクタのアース側端子は、前記台座に接続されることを特徴とするアンテナである。
また、本発明は、前記面状導体は、前記スロットに近接する辺がボディフランジと容量結合するように、ボディフランジと近接して設けられることを特徴とするアンテナである。
また、本発明は、前記面状導体には、導体を除去した矩形領域として形成され、前記スロットの第2の辺と平行に配置される補助スロットが設けられることを特徴とするアンテナである。
また、本発明は、前記補助スロットの幅は、前記スロットの幅より小さいことを特徴とするアンテナである。
また、本発明は、前記補助スロットは複数設けられており、前記補助スロットは、前記スロットに近い順に大きい領域として形成されることを特徴とするアンテナである。
また、本発明は、前記いずれかのアンテナが設けられた窓ガラスである。
本発明によれば、高周波帯においてガラスの影響を低減して、広帯域で高感度を得ることができる。そのため、5G通信のための電波として検討されている4GHz~6GHz帯での任意の周波数帯の電波、または、車車間通信の電波として検討されている、5.9GHz帯の電波を高感度で受信することができる。
図1は、本発明の実施形態のガラスアンテナを車内側から見た平面図である。
図1に示すように、本発明の実施形態のガラスアンテナは、内部にスロット2が設けられた面状導体1によって構成される。
面状導体1は、その一辺がボディフランジ10と近接して平行にガラス上に配置され、ボディフランジ10と容量結合する。面状導体1の大きさは、横方向が使用周波数帯域の中心周波数の4λ、縦方向が使用周波数帯域の中心周波数の3λとなるように、ガラスによる波長短縮を考慮して調整されることが好ましい。ガラスの波長短縮率をα(α=0.7)とすると、横方向が使用周波数帯域の中心周波数の4αλ、縦方向が使用周波数帯域の中心周波数の3αλとなるように調整されることが好ましい。なお、面状導体1が大きいと、アンテナの特性が安定して望ましい。
面状導体1の内部には導体がない領域であるスロット2が設けられている。すなわち、スロット2は、面状導体1を部分的に除去することによって、面状導体1に形成される穴によって構成される。
スロット2は面状導体1の中心からボディフランジ10に近接する辺の方向にずらして配置される。スロット2の位置は、アンテナが設置される車体などの構造体によって、大きさや位置を調整するとよい。スロット2を面状導体1の中心からボディフランジ10の側にずらして配置することによって、ガラスの周辺部に設けられた着色領域にコネクタ5を設けることができ、運転者にコネクタ5を目立たなくできる。また、エレメント3の延長線上で面状導体1の面積が大きい方に電界が向かうので、アンテナの指向性が面状導体1に垂直から傾いた方向となる。このため、自動車のフロントガラスにアンテナを設置した際に、指向性が水平方向に向きやすくなる。
また、スロット2は、面状導体1の左右方向の中心に設けるとよい。スロット2は、中心より右又は左にずらして配置してもよい。面状導体1の左右方向の中心より右又は左にずらしてスロット2を配置することによって、スロット2から見て面状導体1の面積が大きい方向にアンテナの指向性が向くことから、スロット2の位置によってアンテナの指向性を左右方向に調整できる。
スロット2の大きさは、横方向が使用周波数帯域の中心周波数のλ、縦方向が使用周波数帯域の中心周波数のλ/2となるように、ガラスによる波長短縮を考慮して調整されることが好ましい。ガラスの波長短縮率をα(α=0.7)とすると、横方向が使用周波数帯域の中心周波数のαλ、縦方向が使用周波数帯域の中心周波数のαλ/2となるように調整されることが好ましい。なお、スロット2の大きさによって帯域幅が変化するので、スロット2の大きさによって帯域幅を調整できる。
スロット2の上辺を形成する位置の面状導体1にはコネクタ5が取り付けられる。コネクタ5には、無線機に接続される給電線(例えば、同軸ケーブル)が接続される。コネクタ5が取り付けられる給電位置はスロット2の横方向において、中心から幅の約20%程度のズレが許容される。コネクタ5の取付位置(すなわち、給電位置)を左右に変化させることによって、アンテナの指向性を左右に調整できる。さらに、コネクタ5の取付位置の左右の変化によって、アンテナのインピーダンスを調整できる。
すなわち、本実施形態のアンテナでは、スロット2の位置と、スロット2内の給電位置(コネクタ5の位置)によって、アンテナの指向性を調整できる。
スロット2にはコネクタ5を取り付けるための凸状の調整部4(面状導体1の凹み)を設けるとよい。調整部4の大きさによって、アンテナのインピーダンスが変化するので、調整部4の大きさによってアンテナのインピーダンスを調整できる。
コネクタ5の芯線側端子はエレメント3に接続されている。エレメント3はスロット2の反対側の辺を構成する面状導体1に接続され、エレメント3によってスロット2の反対側に給電される。コネクタ5のグランド側端子は面状導体1に接続される。
面状導体1及びエレメント3は、ガラス面状に導電性のセラミックペーストを塗布し、乾燥後、加熱炉によって焼き付けて形成される。面状導体1及びエレメント3を、金属板で構成してもよい。
図2、図3は、本実施形態のガラスアンテナを示す斜視図(車内視)であり、特に給電部の構成を示す。
図2に示す給電部は、コネクタ5を台座6の上に設ける。台座6は、金属板によって凸状に形成され、台座6の脚部は、調整部4の左右側辺付近の面状導体1に接続される。すなわち、台座6は、調整部4が設けられる辺と直交する二つの側辺を接続するように配置される。台座6の中央部は、一段高く形成されており、コネクタ5が取り付けられる。
コネクタ5のグランド側端子は台座6に接続され、芯線側端子はエレメント3に接続される。エレメント3が金属板で構成される場合、エレメント3の端部をコネクタ5の芯線側端子に接続する。また、エレメント3が導電性ペーストを焼き付けて形成される場合、エレメント3とコネクタ5との間を金属板などの導電体で接続するとよい。
なお、図2に示す形態では、コネクタ5は台座6に取り付けられるので、コネクタ5の取付位置にかかわらず、調整部4の大きさを変更できる。このため、調整部4が小さい場合、コネクタ5の芯線側端子と平板の距離が近くなるので、アンテナのインピーダンスを低くできる。
図3に示す別の形態の給電部は、台座6を設けずに、コネクタ5を面状導体1上に配置する。コネクタ5のグランド側端子は面状導体1に接続され、芯線側端子はエレメント3に接続される。
図4は、本実施形態のアンテナのパターンの変形例を示す図である。
本変形例では、スロット2と並行に補助スロット71~74を設ける。補助スロット71~74は、面状導体1の一部を除去して、面状導体1に形成される穴によって構成される。
補助スロットは、図4に示すように、複数個設けても、一つだけ設けてもよい。例えば、図4に示す形態ではスロット2に近接して補助スロット71を設け、補助スロット71に近接して補助スロット72を設け、補助スロット72に近接して補助スロット73を設け、さらに、補助スロット73に近接して補助スロット74を設ける。
補助スロットの大きさは、スロット2から離れる順にその幅を小さくするとよい。すなわち、補助スロットは、スロット2に近い順に大きい領域として形成される。例えば、図4に示すように、補助スロット71はスロット2より幅が小さく、補助スロット72は補助スロット71より幅が小さく、補助スロット73は補助スロット72より幅が小さく、補助スロット74は補助スロット73より幅が小さくなっている。このように、補助スロットを順に小さく構成することによって、補助スロットが導波器のように機能し、補助スロットを設けた方向にアンテナの指向性が向くことになる。また、この形態の他に、外周長がλの補助スロットを複数個(例えば、1~5個)備えるアンテナとしてもよい。
図5は、本実施形態のアンテナの指向性を示す図である。
図5では、面状導体1が配置される面内において、180°がボディフランジ10の方向である。図5に示すように、0°の方向(スロット2から見て面状導体1の面積が広い方向)に指向性が生じており、車両の前面窓ガラスの上部に設置した場合、車両の前方に大きな利得が得られることが分かる。
以上、本発明を添付の図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこのような具体的構成に限定されるものではなく、添付した請求の範囲の趣旨内における様々な変更及び同等の構成を含むものである。
本願は2017年3月29日に日本国特許庁に出願された特願2017-66338に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (8)
- 車両の窓ガラスに設けられるアンテナであって、
前記ガラス上に設けられる面状導体と、
前記面状導体から導体を除去した矩形領域として形成されるスロットと、
前記スロットの第1の辺に設けられる給電部と、
前記給電部の芯線側端子から、前記スロットにおいて前記第1の辺と対向する第2の辺まで延伸するエレメントとを有し、
前記スロットは、前記面状導体の中心から前記第1の辺の方向にずれた位置に配置されることを特徴とするアンテナ。 - 前記第1の辺において、前記面状導体を凹ませて、凸形状で前記スロットを拡大する調整部を設けたことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
- 前記給電部は、給電線が接続される同軸コネクタと、前記同軸コネクタが設置される導電性の台座とを有し、
前記台座は、前記調整部において、前記第1の辺と交差する二つの側辺を接続するように配置され、
前記同軸コネクタの芯線側端子は、前記エレメントに接続され、
前記同軸コネクタのアース側端子は、前記台座に接続されることを特徴とする請求項2に記載のアンテナ。 - 前記面状導体は、前記スロットに近接する辺がボディフランジと容量結合するように、ボディフランジと近接して設けられることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のアンテナ。
- 前記面状導体には、導体を除去した矩形領域として形成され、前記スロットの第2の辺と平行に配置される補助スロットが設けられることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のアンテナ。
- 前記補助スロットの幅は、前記スロットの幅より小さいことを特徴とする請求項5に記載のアンテナ。
- 前記補助スロットは複数設けられており、
前記補助スロットは、前記スロットに近い順に大きい領域として形成されることを特徴とする請求項5又は6に記載のアンテナ。 - 請求項1から7のいずれか一つに記載のガラスアンテナが設けられた窓ガラス。
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