JPH07170119A - スロットアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 グランド平面の占める面積が少いスロットア
ンテナを提供する。 【構成】 本発明により提供されるスロットアンテナ１
８は例えば金属をデポジットした幅の狭い導電性ストリ
ップ２３を用いてループをつくり、その中にスロットを
設ける。スロットの長さはアンテナにより受信される信
号周波数の半波長より短い。同軸ケーブル３２の心導体
のような導体がスロットの一方の側で導電性ストリップ
に接続され、同軸ケーブルのアースシールドのような他
方の導体が心導体端子２６からスロットをまたいだ位置
２８で、導電性ストリップに接続される。また、類似の
構造を持つスロットアンテナのループを１個または複数
個第１のスロットに並列に積み重ねて一連の重畳ループ
４３を形成することにより、アンテナの利得と帯域幅を
改善することができる。こうしてループ導体が一続きに
重畳されたグランド平面が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的にアンテナに関す
るものであり、特にスロットアンテナの形をした自動車
用アンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】典型的なモノポールアンテナは構造が簡
単で効率が良いので、現在でも広く自動車に使われてい
るが、それに代わるべく多くのアンテナが開発されてき
た。しかしモノポールアンテナは自動車の外面から突き
出ているので、自動車の運転中に破壊的な衝撃や空気力
学的乱れを受けて、性能が損われたり、雑音を生じたり
することがある。また、このアンテナを引っ込める機構
があるためにその部品代がかかる。また、モノポールア
ンテナを作動可能な露出位置から作動しない引っ込めた
位置に変えると、エンジン部品、シャーシ部分あるいは
ボディパネルなどの導電性部品が近くにあるために、受
信が妨げられる。

【０００３】こうした問題を解決するための従来の方法
のひとつは、アンテナをほかのボディパネルの中に組み
込むことだった。例えば、広い面積の金属シートのよう
な導電性のボディパネルを採用して、導電性材料から成
る広い面積のグランド平面の中にスロットを刻むことに
より、スロットアンテナをつくる。これまで自動車では
金属シートパネル内にスロットアンテナが設けられてい
る。スロットの両側の対抗位置に導電性端子が接続され
ていて、それがアンテナにより受信された電圧信号を伝
達する。グランド平面上で端子の相対的位置を調節する
とアンテナのインピーダンスに影響するが、グランド平
面は一般にスロットの大きさに比べて非常に大きい。ま
た、アンテナの性能を高めるためには、通常グランド平
面の表面積を大きくする。同軸ケーブルのシールド部分
をスロットの一方の側に接続し、同軸ケーブルの心導体
をスロットの他方の側に接続する。スロットの長手方向
に沿って給電点を動かして、スロット自身の大きさを変
えることにより、インピーダンスを調節する。通常スロ
ットの長さは半波長である。例えば、３１５MHz の信号
を受信する場合、グランド平面内のスロットの長さは１
８．７５インチ（４７．６cm）となる。

【０００４】また、アンテナの方向による感度はアンテ
ナの配置により影響されるが、自動車の水平パネルは高
周波信号の受信に最もすぐれているわけではない。高周
波信号として、例えばリモート・キーレス・エントリ・
システムでは３１５MHz の信号が使われ、セルラ電話シ
ステムには８２０−８９５MHz の信号が使われる。例え
ば米国特許第５，１７７，４９４号（発明者Ｄｏｒｒｙ
（ドリー）他）によれば、自動車のいろんな方向に複数
のスロットアンテナを並べて、スロットアンテナシステ
ムを複雑かつ高価なものにしている。また、例えば自動
車のサイドパネルやウィンドの部分に適当な角度でグラ
ンド平面を設置すると、導電性材料でおおわれる面積が
広くなるので、視界がさえぎられて、自動車の運転に支
障をきたすようになる。

【０００５】別のタイプのアンテナも自動車のウィンド
に使うようになっている。例えば、ヒータグリッドをリ
ヤウィンドの大部分にはりめぐらせて、ＡＭ無線信号ア
ンテナとして使うことが知られている。しかしこのアン
テナはＦＭ無線周波数範囲およびそれ以上の高周波範囲
ではうまく働らかない。そのため、ＦＭ無線信号受信用
の別のアンテナをウィンドに搭載している。この場合ヒ
ータグリッドはフィルタ回路と組合わされてＡＭ無線信
号の受信に利用される。例えば、ＦＭアンテナは自動車
のリヤウィンドの長手方向を横切って、ジグサグパター
ンに導体を配置したものを用いる。その結果、これらの
従来のタイプのアンテナを搭載した自動車のリヤウィン
ドに、別のアンテナを更に設置するスペースはほとんど
ない。別のアンテナとは、例えばリモート・キーレス・
エントリ・システムやセルラ電話システム用のより高周
波の無線信号の受信用アンテナである。これらを既存の
技術でつくれば大きな面積が必要になる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はグランド平面の
狭いスロットアンテナを提供することによって、上述の
欠点を克服するものである。一般にグランド平面の狭い
アンテナは、好ましくは長方形の形をした、細い導電性
ストリップから成るループを含み、あらかじめ決められ
た受信波長の数分の１に対応する長さを有する。もっと
詳しく言うと、ループの長さはグランド平面の広いスロ
ットアンテナでは半波長というのに対し、それより短
い。アンテナのインピーダンスを伝送インピーダンスと
整合させるには、従来のスロットアンテナと同様に、例
えば同軸ケーブルの心導体とシールド部分から成る導体
端子の位置を、導電性ストリップループ上で調整する。
また、アンテナの長さは従来のスロットアンテナに比べ
て短く、導電性ストリップも小さいので、従来のアンテ
ナと比べて視界をさえぎることが確かに少い。その結
果、本発明によりつくられたスロットアンテナはヒータ
グリッドやＦＭアンテナのような他のウィンドアンテナ
と一緒に、１個のウィンドパネルの中で使うことができ
るという利点を有する。

【０００７】このように、本発明は従来のスロットアン
テナより確かにすぐれたスロットアンテナを提供するも
のである。本発明はセルラー電話システムやリモート・
キレース・エントリ・システムに使われるアンテナをガ
ラスに実装するのに有利である。また、導電性材料から
成るグランド平面の占める面積は、従来のアンテナより
明らかに少いので、アンテナが大きな面積をおおって視
界をさえぎるということがない。更に、本発明により、
導電性ストリップから成るループを複数積み重ねること
によって、利得の改善されたアンテナ構造が提供され
る。更に、本発明により、１個のウィンドパネル内に複
数のアンテナが含まれる、すぐれたウィンドアンテナ構
造が提供される。

【０００８】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図全体を通して同等の部品には同じ参照番号
を付してある。図１を参照すると、自動車１０のリヤウ
ィンド１２が示してある。代表的な後部窓の構成によれ
ば、ウィンドパネルは通常の方法でつくられたガラスま
たはガラス／プラスチック積層板から成り、後部曇り止
め格子１４のような導電性素子を含む。ウィンドパネル
にヒータグリッド１４をつくるには、既知の方法によれ
ば、例えばパネル上に銀セラミックペイントを所望の形
にシルクスクリーン印刷する。それから約１１００°Ｆ
から１２００°Ｆ（約５９３℃から６４９℃）に熱す
る。銀セラミックペイントは例えば松油のような有機キ
ャリアを含む約９５％の銀と約５％のガラスフリットを
含む。塗布したパネルを熱すると、有機材料が蒸発し
て、銀が焼結し、約８００°Ｆから９００°Ｆ（約４２
６℃から４２８℃）で融けるガラスフリットが溶融す
る。後で詳述するが、このグリッド１４はアンテナとし
て使用することもできる。

【０００９】もち論、他の製造方法や構造によりアンテ
ナ、例えばＦＭアンテナ１６、をウィンドグラスのよう
なコンシーリングパネルやその他の誘電体パネルに埋め
込んだり、装着したりすることもできる。同様に、本発
明により設計、製造されるアンテナ、例えば図１のリモ
ート・キーレス・エントリ・システム１９用のリモート
・キーレス・エントリ・アンテナ１８や、セルラー電話
システム２１用のアンテナ２０、に類似の製法や構造を
用いることもできる。

【００１０】本発明はこれらの特定の実施例に限定され
るものではないが、図１に示すアンテナの組合せが複数
の通信システムを搭載する場合の最適な配置であり、有
利な実装方法である。本発明のアンテナは、ヒータグリ
ッド１４のような他のスクリーン印刷されたものと一緒
に、現代の車の窓枠の内側に収納するのに適している。
従来のスロットアンテナと異なり、視界をさえぎること
がない、すなわち導電体が大きな面積を占めることがな
いので、自動車用通信アンテナとして特に有用な組合せ
を提供するものである。

【００１１】図２に図１に示したアンテナ１８を拡大し
て示す。グランド平面は例えば厚さが約０．００２イン
チ（約５０．８μｍ）の３Ｍ電気テープである粘着剤付
きの銅泊テープを切って１／４インチ（約０．６４cm）
幅のストリップ２３をつくり、角をハンダ付けして、図
２に示すような形にする。この形は従来のスロットアン
テナのグランド平面が幅の広い導電性材料を採用してい
たのと異なる。しかし、前述の曇り止り格子１４に使っ
た銀セラミック材料のような他の導電体材料を用いて、
本発明のアンテナのグランド平面をつくることもでき
る。図示した実施例は、本発明によりつくられたアンテ
ナの有効性を適切に示すものである。

【００１２】グランド平面の面積を少くしたアンテナ１
８の場合、スロット長２２も短くすべきであることがわ
かった。したがって、全体の長さは所望の波長３１５MH
z の１／３、すなわちわずか１３．０６２インチ（３
３．２cm）となり、従来より短くなる。３１５MHz の半
波長の長さは１８．７５インチ（４７．６cm）である。
この結果、スロット長は従来のスロットアンテナで通常
必要とされる半波長の長さよりかなり短いということに
なる。その上、アンテナが占める全面積は従来のスロッ
トアンテナが占める面積よりかなり少くて済む。スロッ
トの幅２４は従来の標準と実務とにより、例えば幅対長
さの比で決まる。好ましい実施例では、上側ストリップ
と下側ストリップ間のすき間を１．１２５インチ（２．
８cm）とすると、現存する曇り止め格子線のすき間と合
う。このすき間は所望の帯域の受信に必要な幅より大き
いが、ＲＫＥ（リモート・キーレス・エントリ・システ
ム）の無線周波数範囲の電波を受信するのに必要な最低
約１／４インチ（０．６cm）より大きいので良い。

【００１３】アンテナのインピーダンスは端子２６と２
８の位置を変えることによって、スロットアンテナとし
て調節する。例えば、端子２６として同軸ケーブル３２
の心の導体を用い、端子２８はスロットの反対側にあっ
て同軸ケーブルの外被のシールド線を用いる。スロット
の端からの距離３０は、信号伝送線の入力インピーダン
スと整合するのに必要なインピーダンスの調節に依存
し、例えば１．２インチ（３cm）である。また、端子２
６と２８とは両者間の相対的位置を調節することなく、
スロットの端から一緒に動かすことができるので、便利
である。

【００１４】前述したように、アンテナ１８は充分な利
得をもって所定の周波数範囲を受信できるようになって
いるので、リモート・キーレス・エントリ・システム１
９に入る前に増幅器を通して高利得の信号増幅をする必
要はない。特に図４と図５において、３１５MHz 帯の周
波数で作動するシステムをダイポールアンテナの０db基
準と比較する。図示したデータは、ターンテーブルの上
で自動車を回転しながら得られたものであって、偏波信
号を発生する無線信号源に、設置したアンテナをさらし
ている。前部と記した座標の位置では、自動車の前側が
信号源に面し、右側９０°の座標位置は自動車の右側が
信号源に面するターンテーブルの位置のことを示してい
る。ターンテーブル上でダイポールアンテナを回転した
ときの０dbレベルをカーブ６０で示す。カーブ６２は１
９９２年型マーキュリセーブル（Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｓａ
ｂｌｅ）のリヤライトに設置したアンテナ１８の、垂直
偏波源信号に応答する性能を示す。同様にカーブ６４は
ダイポールアンテナの応答の０dbレベルを示し、カーブ
６６は水平偏波源信号に応答するアンテナ１８の相対的
性能を示す。

【００１５】試験データを集めてプロットしたものを図
４と図５に示す。図４のエリア平均は−７．９dbであ
り、図５のエリア平均は−１１．９dbであり、図４の最
大最小比は２７．３dbであり、図５の最大最小比は２１
dbである。しかしながら、本発明によるアンテナを使う
場合、アンテナの近くにリモート増幅器を設置してもよ
いし、自動車のどこかに増幅受信機を設置してもよい。

【００１６】自動車のリアウィンドのような非導電性の
パネルに搭載されたアンテナの場合、スロットを高くす
ることにより、性能が上がることがわかった。更に、ア
ンテナ１８に類似の素子を並列に加えることにより、ア
ンテナ２０をつくると、利得の改善の他に帯域帯も改善
される。図３に示すように、アンテナ２０のグランド平
面は一続きの導電性ループにより形成される。グランド
平面は導電性ストリップ４３を含み、８５５MHz の無線
信号、好ましくは８２０−８９５MHz の範囲の無線信号
を受信するアンテナを形成している。１／４インチ
（０．６３５cm）幅の銅テープの導体を用いて、上部の
スロットの幅４０が０．６２５インチ（１．５９cm）、
下部のスロットの幅４２が０．８７５インチ（２．２２
cm）、スロットの長さが５．００インチ（１２．７cm）
となるようにつくる。アンテナ１８に関して前述したよ
うに、ケーブル５２の心導体の端部が端子４６として上
側のテープストリップに接続され、心導体の中間部が端
子４８として真中のテープストリップに接続され、ケー
ブルのアースシールド部が端子５０として導電性テープ
の下側ストリップに接続される。

【００１７】端子４６，４８、５０がこの構造において
スロットの端から１．０インチ（２．５４cm）離れた所
に位置したものは、スロット長５．００インチ（１２．
７cm）のループが下側の方だけしかないアンテナと比べ
て、利得が２db大きいインピーダンス整合特性を示し
た。もち論前述のように、端子の位置を変えれば、その
構造なりのインピーダンスに整合するようになる。重畳
ループにおけるアンテナループの高さを変えることによ
り、利得と帯域幅の改善を図ることができる。また、所
望の性能に従って、別の大きさの素子を積み重ねること
により、更に改善される。例えば、１９９２年型マーキ
ュリセイブル（Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｓａｂｌｅ）に搭載し
たアンテナ２０は前述のように、下側ループの幅が０．
８７５インチ（２．２cm）でヒータグリッドのすき間と
合わせてあったが、上側ループの幅は０．６２５インチ
（１．６cm）と狭くしてあり、アンテナにより受信され
る帯域幅の周波数を上げることができた。このように積
み重ねた構造のアンテナ２０を用いることにより、本発
明により設計された下側ループだけのアンテナに比べ
て、２db改善された。

【００１８】以上本発明について説明したが、当業者な
ら本発明の範囲と技術的思想から逸脱することなく、多
くの修正を容易になし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により、１個のウィンドパネル内に複数
のアンテナを搭載した自動車の斜視図。

【図２】図１に示したアンテナのうちの１個の構造を示
す拡大平面図。

【図３】本発明による図１に示したアンテナのうち別の
アンテナの構造を示す拡大平面図。

【図４】図２に示したアンテナが垂直偏波無線信号を受
信する性能を示すグラフ。

【図５】図２に示したアンテナが水平偏波無線信号を受
信する性能を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ 自動車 １２ リヤウィンド １４ ヒータグリッド １６ ＦＭアンテナ １８ リモート・キーレス・エントリ・システム用アン
テナ １９ リモート・キーレス・エントリ・システム ２０ セルラ電話システム用アンテナ ２１ セルラ電話システム ２３，４３ 導体ストリップ ２６，２８，４６，４８，５０ 端子 ３２，５２ 同軸ケーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁パネル上に導電性ストリップがルー
   プ状に形成されていて、ループの長さはあらかじめ定め
   られた波長の分数に対応しており、該分数はグランド平
   面が広いスロットアンテナの半波長よりも小さいことを
   特徴とする、自動車の絶縁パネルに搭載用のグランド平
   面の狭いスロットアンテナ。