アンテナチューニング方法、ダイバーシティガラスアンテナ及び車両用窓ガラス
【課題】本発明は、アンテナ導体の設置数を抑えたままアンテナ全体としての受信特性の向上を実現することができる、ダイバーシティガラスアンテナのチューニング方法の提供を目的とする。
【解決手段】複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナのアンテナチューニング方法であって、水平面内の各方向のアンテナ利得を前記複数のアンテナ導体それぞれについて測定する利得測定ステップ(S10)と、前記複数のアンテナ導体それぞれのアンテナ利得の測定値のうち前記各方向で最大の測定値を変量とする分散を算出する分散算出ステップ(S20)と、前記分散が小さくなるように前記複数のアンテナ導体の少なくとも一つの形態の修正をする修正ステップ(S30,S40)とを含む、アンテナチューニング方法。
【解決手段】複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナのアンテナチューニング方法であって、水平面内の各方向のアンテナ利得を前記複数のアンテナ導体それぞれについて測定する利得測定ステップ(S10)と、前記複数のアンテナ導体それぞれのアンテナ利得の測定値のうち前記各方向で最大の測定値を変量とする分散を算出する分散算出ステップ(S20)と、前記分散が小さくなるように前記複数のアンテナ導体の少なくとも一つの形態の修正をする修正ステップ(S30,S40)とを含む、アンテナチューニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナに関する。また、そのガラスアンテナのチューニング方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば車両の前方向に指向性が最大となるアンテナと、後方向に指向性が最大となるアンテナとを合成するダイバーシティガラスアンテナが知られている。また、水平面内で360°の指向性が得られるように、この前後方向のダイバーシティガラスアンテナと、車両の両側面方向のダイバーシティガラスアンテナとで相互に補完し合うアンテナ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2002−135025号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述の従来技術では、特定方向でアンテナ利得の高いダイバーシティガラスアンテナを利用するという考えから、相互に補完するとしてもその特定の方向以外の方向での受信性能は決して高くないという問題がある。特許文献1においては、特定方向にアンテナ利得が高いダイバーシティガラスアンテナで相互に補完することで、全体としてアンテナ利得が高いダイバーシティガラスアンテナを構成している。しかし、前後方向及び両側面方向では高い受信性能を示すが、その間の角度では受信性能が高くない場合がある。よって、実際の路上での受信率としては、受信性能がよいとは限らない。また、その他の角度もカバーするためにアンテナ導体の設置数を増やすことが考えられるが、設置場所が確保できなかったり、アンテナ装置が複雑になったり、コストが高くなるという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、アンテナ導体の設置数を抑えたままアンテナ全体としての受信性能の向上を実現することができる、ダイバーシティガラスアンテナ及びそのアンテナチューニング方法、並びに車両用窓ガラスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明に係るアンテナチューニング方法は、複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナのアンテナチューニング方法であって、前記複数のアンテナ導体それぞれのアンテナ利得の合成値を算出する利得合成ステップと、前記各方向での前記合成値を変量とする分散を算出する分散算出ステップと、前記分散が基準値以下かどうかによって前記ダイバーシティガラスアンテナの良否を判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする。
【0007】
また、上記目的を達成するため、本発明に係るダイバーシティガラスアンテナは、複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナであって、前記複数のアンテナ導体それぞれの水平面内の各方向で測定したアンテナ利得の該各方向での合成値を変量とする分散が1.35以下であることを特徴とする。
【0008】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る車両用窓ガラスは、上記ダイバーシティガラスアンテナを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
アンテナ導体の設置数を抑えたままアンテナ全体としての受信性能の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明に係るアンテナチューニング方法の概略フローである。
【図2】複数のアンテナ導体が設置された車両用窓ガラスが取り付けられた車両を示した図である。
【図3】車両用窓ガラスに設置されたアンテナ導体AとBについて、電波の到来方向毎に測定されたアンテナ利得と当該方向毎の合成値との関係を示した表である。
【図4】3つのアンテナ導体同士の組み合わせを示した図である。
【図5】アンテナ導体100(400)のパターン図である。
【図6】アンテナ導体200のパターン図である。
【図7】アンテナ導体300のパターン図である。
【図8】6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。
【図9】6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの受信率について走行試験をしたときの実測結果を示した表である。
【図10】27chを世田谷で受信した場合の分散と受信率との関係図である。
【図11】27chを府中で受信した場合の分散と受信率との関係図である。
【図12】27chを富津岬で受信した場合の分散と受信率との関係図である。
【図13】受信波形記録装置の測定装置の構成を示したブロック図である。
【図14】受信波形記録装置の再生装置の構成を示したブロック図である。
【図15】アンテナ導体500のパターン図である。
【図16】6形態のダイバーシティガラスアンテナの合成後利得と合成後の分散Vとの関係を示した表である。
【図17A】フロントガラス12bの右上側及び左上側にアンテナ導体が配置された2種類のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。
【図17B】フロントガラス12bの右上側及びリアガラス12aの左上側にアンテナ導体が配置された2種類のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。
【図17C】リアガラス12aの右上側及び左上側にアンテナ導体が配置された2種類のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。
【図18】6つの形態のダイバーシティガラスアンテナ平均受信電力を互いに等しく調整したときの、各ダイバーシティガラスアンテナの受信率を示した表である。
【図19】図18に示したデータをまとめたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【0012】
図2は、複数のアンテナ導体が設置された車両用窓ガラスが取り付けられた車両を示した図である。一点鎖線の矢印を車両前方方向として、以下に述べる方向は車両前方に向かっての方向とする。図2(a)は、アンテナ導体E1がフロントガラス(ウインドシールド)12bの左側上部に設置され、アンテナ導体E2がリアガラス12aの右側上部に設置されている例を示す。図2(b)は、アンテナ導体E3とE4がリアガラス12aのそれぞれ左側上部と右側上部に設置されている例を示す。アンテナ導体E2,E3,E4は、リアガラス12aのデフォッガ上部の空白領域に設置されている。これらのアンテナ導体により得られる受信信号がアンテナ導体に設けられた給電部から取り出し可能になっており、その受信信号が受信機(不図示)に伝達される。ダイバーシティアンテナの場合、受信機では、アンテナ導体それぞれの受信電力を合成させる最大比合成と、受信状態の良いほうのアンテナ導体からの受信信号を優先的に選択するスイッチング合成という2つの信号処理方法がある。本発明においては、どちらの合成方法によって信号処理をしても適用できる。
【0013】
また、A1は、前方にアンテナ利得が高いアンテナ導体E1の指向性範囲を示し、A2は、後方にアンテナ利得が高いアンテナ導体E2の指向性範囲を示し、A3は、全周でアンテナ利得が略均一のアンテナ導体E3の指向性範囲を示し、A4は、全周でアンテナ利得が略均一のアンテナ導体E4の指向性範囲を示す。このように、各アンテナ導体の指向性と設置場所によって、アンテナ全体としての指向性の範囲は変化するため、アンテナ全体として要求される受信性能を高めるためには、どのような指向性を有するアンテナ導体をどの位置に配置するかが重要となる。
【0014】
図1は、本発明に係るアンテナチューニング方法の概略フローである。本発明に係るアンテナチューニング方法は、複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナのアンテナチューニング方法である。
【0015】
ステップ10では、車両用窓ガラスに設けられた複数のアンテナ導体それぞれのアンテナ利得が測定される。アンテナ利得の測定は、電波暗室の中で行われる。各アンテナ導体のアンテナ利得の測定値は、各アンテナ導体に接続されたアンテナ利得測定装置によって得られる。アンテナ利得の測定は、車両用窓ガラスが水平方向に対して所定角度(例えば、56°)傾斜させて取り付けられた車両に対して電波を放射した状態で行われる。そして、車両が360°回転するまで所定の回転角度(例えば、1°)毎に、アンテナ利得が測定される。これにより、各アンテナ導体の電波の到来方向毎のアンテナ利得を測定することができる。図2の場合であれば、アンテナ導体E1及びアンテナ導体E2の全周にわたるアンテナ利得が測定される。アンテナ導体E3,E4についても同様である。
【0016】
ステップ10においてアンテナ導体に照射される電波は、水平偏波又は垂直偏波である。電波の周波数は、ダイバーシティガラスアンテナに要求される放送周波数帯の範囲内の周波数である。これにより、電波の到来方向毎のアンテナ利得を周波数毎に測定できる。例えば、地上波デジタルテレビ放送帯(470〜770MHz)の場合、ステップ10においてアンテナ導体に照射される電波は水平偏波である。電波の発信位置とアンテナ導体との仰角は水平方向(地面と平行な面を仰角=0°、天頂方向を仰角=90°とする場合、仰角=0°の方向)に設定される。これにより、水平面内の各方向のアンテナ利得を測定することができる。
【0017】
ステップ20では、複数のアンテナ導体それぞれの電波の到来方向毎に測定したアンテナ利得の合成値が算出される。前述したように本発明におけるダイバーシティアンテナは、最大比合成またはスイッチング合成のどちらにも適用できる。
【0018】
図3は、車両用窓ガラスに設置されたアンテナ導体AとBについて、電波の到来方向毎に測定されたアンテナ利得と当該方向毎の最大比合成による合成値と、スイッチング合成による合成値との関係を示した表である。最大比合成による合成値の場合、例えば、電波の到来方向が1°の方向のときのアンテナ導体Aのアンテナ利得がgA1と測定され、電波の到来方向が1°の方向のときのアンテナ導体Bのアンテナ利得がgB1と測定された場合、ここで便宜上アンテナ利得を受信電力とすると、1°の方向におけるアンテナ利得の合成値は、受信電力gA1+gB1である。他の方向についても同様である。また、アンテナ導体が3つ以上ある場合についても同様である。
【0019】
一方スイッチング合成の場合、例えば、電波の到来方向が1°の方向のときのアンテナ導体Aのアンテナ利得がgA1と測定され、電波の到来方向が1°の方向のときのアンテナ導体Bのアンテナ利得がgB1と測定された場合、gA1がgB1より大きいと仮定すれば、1°の方向におけるアンテナ利得の最大の測定値はgA1である。また、例えば、電波の到来方向が359°の方向のときのアンテナ導体Aのアンテナ利得がgA359と測定され、電波の到来方向が359°の方向のときのアンテナ導体Bのアンテナ利得がgB359と測定された場合、gB359がgA359より大きいと仮定すれば、359°の方向におけるアンテナ利得の最大の測定値はgB359である。他の方向についても同様である。また、アンテナ導体が3つ以上ある場合についても同様である。
【0020】
ステップ30では、複数のアンテナ導体それぞれの電波の到来方向毎に測定したアンテナ利得の合成値を変量とする分散が算出される。分散の算出は、アンテナ利得測定装置の測定結果に基づいて、ステップ20の合成値の算出とともにコンピュータ等の演算装置によって行われる。
【0021】
電波の到来方向(すなわち、アンテナ利得の測定方向)をθ、アンテナ利得の測定方向の区分数をN、アンテナ利得の測定開始角度をθ1、アンテナ利得の測定終了角度をθN、測定方向θ毎のアンテナ利得の合成値をG(θ)、合成値G(θ)の平均値をGAVE(θ)で表す場合、合成値G(θ)の分散Vは、
【0022】
【数1】
で表される。
【0023】
このように算出された分散Vは、複数のアンテナ導体が組み合わされたダイバーシティガラスアンテナ全体としての指向性を表す指標である。例えば、図2(a)の構成のダイバーシティガラスアンテナの分散Vは、図2(b)の構成のダイバーシティガラスアンテナの分散Vに比べ、大きく算出される。
【0024】
そして、ステップ30で算出された分散Vが所定の基準値以下になるまで、複数のアンテナ導体の少なくとも一つの形態(例えば、配置形態や配線形態)の修正が繰り返される(ステップ40,50)。すなわち、ステップ30では、分散Vが所定の基準値以下となるか否かによってダイバーシティガラスアンテナの良否を判定する。作業者は、例えば、各アンテナ導体の配置位置や複数のアンテナ導体の組み合わせ形態等の配置形態の修正を行ったり、各アンテナ導体自体の配線形態(形状)の修正を行ったりすることによって、分散Vが小さくなるようにチューニングを行う。分散Vを小さくすることによって、アンテナ全体としてはアンテナ利得が向上しなくても、電波を受信するのに必要な性能を全方位に対して多く有するアンテナとすることができる。このようなダイバーシティガラスアンテナにチューニングすることで、結果的に受信性能を向上させることができる。特に、その基準値が1.35以下であることが好ましく、更には1.0以下であることが好ましい。
【0025】
また、アンテナ利得の合成値を算出する際に、複数のアンテナ導体同士の複数の組み合わせで合成値を算出し、この複数の組み合わせの分散Vを算出して、複数のアンテナ導体同士の組み合わせの中から分散Vが所定の基準値以下(例えば、1.35以下)の組み合わせをダイバーシティガラスアンテナのアンテナ導体の組み合わせ候補として選別し、分散Vがその基準値より大きい組み合わせをその組み合わせ候補から除外することによって、ダイバーシティガラスアンテナの構成要素として最終的に車両用窓ガラスに実装すべきアンテナ導体を効率的に選定することができる。この組み合わせ候補の選別は、図1のステップ10を実施する前に予め行ってもよいし、図1のステップ30を実施した後に行ってもよい。
【0026】
図4は、3つのアンテナ導体同士の組み合わせを示した図である。アンテナ導体E5がフロントガラス12bの左側領域WS(L)に設けられ、アンテナ導体E6がリアガラス12aの左側領域BL(L)に設けられ、アンテナ導体E7がリアガラス12aの右側領域BL(R)に設けられている。アンテナ導体E5とE6とE7から得られる組み合わせは、「E5−E6」「E6−E7」「E5−E7」「E5−E6−E7」の4つの組み合わせである。例えば、組み合わせ「E5−E6」の分散Vが所定の基準値以下に算出されれば、組み合わせ「E5−E6」をダイバーシティガラスアンテナのアンテナ導体の組み合わせ候補として選別する。また、例えば、組み合わせ「E5−E7」の分散Vが所定の基準値より大きく算出されれば、組み合わせ「E5−E7」をダイバーシティガラスアンテナのアンテナ導体の組み合わせ候補から除外する。もちろん、ダイバーシティガラスアンテナのアンテナ導体の組み合わせ候補を選別後に、各アンテナ導体の配置位置や配線形状の微調整を行うことによって分散Vを小さくすることにより、更なる受信率の向上を図ることができる。
【0027】
なお、本発明は上記の組み合わせに限らず、同一の窓ガラスに設けられたアンテナ導体同士の組み合わせ、または一つのアンテナ導体が任意の窓ガラスに設けられ、もう一つのアンテナ導体がこの任意の窓ガラスと車体を介して反対側の窓ガラスに設けられる組み合わせのうち少なくとも一つであればよい。つまり、例えばサイド用窓ガラスに設けられたアンテナ導体であってもよい。
【0028】
また、アンテナ導体は2つの組み合わせであることが好ましいが、アンテナ導体4つの組み合わせでもよく、複数のアンテナ導体であれば本発明のチューニング方法を適用できる。
【実施例】
【0029】
上述の実施形態のチューニング方法を用いてチューニングしたダイバーシティガラスアンテナの地上波デジタルテレビ放送の受信率を実測した例を以下に示す。ダイバーシティガラスアンテナを配置した車両用窓ガラスが取り付けられた車両を実際に走行させながら、分散Vが異なる複数のダイバーシティガラスアンテナについて、デジタルテレビ放送の受信率を実測する走行試験を行った。
【0030】
走行試験は、デジタルテレビ放送波を発信する東京タワーからの距離などによって放送波の受信環境は異なるため、東京タワーから西11kmmの地点(世田谷)、東京タワーから西21kmの地点(府中)、東京タワーから南に38kmの地点(富津岬)の3つの観測地点で行った。各観測地点では、東京タワーを起点に到来するデジタルテレビ放送波を略正方形の周回コースを周回走行しながら受信することによって、ダイバーシティガラスアンテナが受信するデジタルテレビ放送波の到来方向を刻々と変化させた。デジタルテレビ放送の受信率とは、デジタルテレビ放送の受信可否をサンプルする周回コース上の総サンプリング地点に対して、デジタルテレビ放送波をエラー無く受信できたサンプリング地点の数の割合である。
【0031】
図5〜図7は、受信率の実測の際に使用したアンテナ導体をリアガラス12aに配置した場合のパターン図である。なお、リアガラス12aには、複数のヒータ線(図上、2本のヒータ線18a,18bのみ図示)と該複数のヒータ線に給電するバスバ9aとを備えるデフォッガが実装されている。図5〜7は、車内視でリアガラスの右側上方にアンテナ導体が設置された図を示し、リアガラスの左側上方にアンテナ導体が設置される場合は、リアガラスの左右方向中心に線対称に設置される。フロントガラスの左側上方に設置される場合は、デフォッガは実装されない。また、実測にはSUV系の車両を使用し、アンテナ導体が設置されたリアガラスのガラス面は地面に対して約57°傾斜し、アンテナ導体が設置されたフロントガラスのガラス面は地面に対して約23°傾斜している。
【0032】
図5のアンテナ導体100は、2つの給電部4a,4bと、給電部4aを起点に左向きに直線的に延伸するアンテナエレメント8と、給電部4bを起点に右向きに直線的に延伸するアンテナエレメント9とを備えたガラスアンテナである。
【0033】
アンテナ導体100の各部の基本寸法は、
H11 :20mm
W11 :77mm
W12 :20mm
W13 :5mm
W14 :77mm
d11 :34mm
d12 :25mm
d13 :20mm
d14 :37mm
d15 :34mm
とする。d11は、車体開口部の上縁部15aとアンテナエレメント8との最短距離である。d12は、車体開口部の上縁部15aとアンテナエレメント9との最短距離である。d13は、車体開口部の右縁部15bとアンテナエレメント9の先端部との最短距離である。d14は、アンテナエレメント9とデフォッガの最高位のヒータ線8aとの最短距離である。d15は、アンテナエレメント8とヒータ線8aとの最短距離である。なお、アンテナ導体100の各アンテナエレメントの導体幅は0.8mmである。
【0034】
図6のアンテナ導体200は、長方形状のループ状導体の一部に複数の迂回路からなる迂回部2を有している。迂回部2は、上辺1fに設けられ、コ字形状の迂回路を3個有するメアンダ形状である。また、給電部4aと給電部4bとの間に途切れ部4cが設けられている。途切れ部4cは、上辺4fが切除されることによって形成されている。上辺4fには幅広導体部3が形成され、下辺1eには補助導体7が形成されている。
【0035】
図6のアンテナ導体200の各部の基本寸法は、
H1 :40mm
H2 :22.5mm
H3 :5mm
H4 :20mm
H5 :5mm
W1 :150mm
W2 :5mm
W3 :20mm
W4 :75mm
W5 :5mm
W6 :10mm
d1 :16mm
d2 :15mm
d3 :30mm
d4 :15mm
である。なお、アンテナ導体200の各アンテナエレメントの導体幅は、0.8mmである(幅広導体部3を除く)。
【0036】
図7のアンテナ導体300は、長方形状のループ状導体の一部に複数の迂回路からなる迂回部2a,2bを有している。迂回部2aは、上辺1fに設けられ、コ字形状の迂回路を3個有するメアンダ形状である。迂回部2bは、下辺1eに設けられ、コ字形状の迂回路を3個有するメアンダ形状である。また、給電部4aと給電部4bとの間に途切れ部4cが設けられている。途切れ部4cは、長方形状のループ状導体の右辺が切除されることによって形成されている。上辺4fには幅広導体部3が形成されている。
【0037】
アンテナ導体300の各部の基本寸法は、
H21 :40mm
H22 :22.5mm
H23 :22.5mm
H24 :45mm
H25 :10mm
H26 :22.5mm
H27 :17.5mm
H29 :5mm
W21 :70mm
W22 :20mm
W23 :40mm
W24 :40mm
W25,W26,W27,W28 :5mm
である。なお、アンテナ導体300の各アンテナエレメントの導体幅は、0.8mmである(幅広導体部3を除く)。
【0038】
図9は、6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの受信率について走行試験をしたときの実測結果を示した表である。図9は、分散Vと27ch(557MHz)のデジタルテレビ放送波の受信率との関係を示している。本走行試験では、同種類の2つのアンテナ導体を車両用窓ガラスに設けることによって、ダイバーシティガラスアンテナを構成した。「BL−BL」とは、一方のアンテナ導体がリアガラス12aに設けられ、もう一方のアンテナ導体もリアガラス12aに設けられていることを示す(図4参照)。「WS−BL」とは、一方のアンテナ導体がフロントガラス12bに設けられ、もう一方のアンテナ導体はリアガラス12aに設けられていることを示す。「L−R」とは、一方のアンテナ導体が窓ガラスの左側領域に設けられ、もう一方のアンテナ導体は窓ガラスの右側領域に設けられていることを示す(図4参照)。
【0039】
また、各形態のダイバーシティガラスアンテナは、最大比合成により合成値を算出した。各ダイバーシティガラスアンテナの合成後のアンテナ利得が互いに異なると、分散Vの違いによる受信率を比較検討することができないため、これら6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの合成後のアンテナ利得をアッテネータによって略一致させている(図9の合成後利得の欄参照)。
【0040】
また、図8は、6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。図8は、水平面内の各方向のアンテナ利得の合成値G(θ)を結ぶことによって得られる。図8に示されるように、アンテナ導体100は特定の方向に利得が高い指向性を有する。図9に示される「合成後分散」の数値(すなわち、分散V)も、他の形態の数値に比べ大きい。
【0041】
図10〜12は、図9に示した分散Vと受信率との関係をグラフにまとめたものである。図10〜12に示されるように、分散Vを1.35以下にチューニングしたダイバーシティガラスアンテナ(アンテナ導体200とアンテナ導体300を使用した場合)の受信率は、分散Vが1.35より大きいダイバーシティガラスアンテナの場合(アンテナ導体100を使用した場合)に比べて高い。また、分散Vを1.00以下にチューニングしたダイバーシティガラスアンテナ(アンテナ導体300を使用した場合)の受信率は、更に高い。
【0042】
したがって、上述の実施形態によれば、合成後のアンテナ利得は同等、もしくは劣っていても分散Vを基準にチューニングすれば、アンテナ全体としてのデジタルテレビ放送波の受信率を向上させることができることがわかる。
【0043】
さらに、分散Vがデジタルテレビ放送波の受信率に与える効果について詳細な解析を行うため、非特許文献1(竹本淳 他「地上ディジタルテレビジョン放送の移動体受信特性評価用トータルレコーディングシステム」、信学技報 AP2005-180 p.49-54 2006年3月)、及び非特許文献2(神田明彦 他「地上デジタル放送の移動体受信における電波信号処理型最大比合成ダイバーシチ」、電子情報通信学会論文誌C Vol.J90-C No.12 pp.933-941 2007年12月)に記載された受信波形記録装置を利用して実験を行った。
【0044】
受信波形記録装置は、実際のフィールド環境を走行しながら受信した地上デジタル放送波の受信波形データを中間周波数にダウンコンバートした状態でそのまま記録することによって、実際のフィールド環境で得られた受信波形データの解析を記録データの再生によりオフラインで可能にするものである。したがって、このシステムによれば、実際の伝播環境をオフラインで再現することができるので、一度受信した信号のフェージング状況を変化させずに、アンテナ利得の変化を想定した評価が可能である。
【0045】
アンテナ利得が変化した場合における、分散Vがデジタルテレビ放送波の受信率に与える効果を確認するため、最初に、図5に示される形態のアンテナ導体400を図4に示される窓ガラス上の4つ領域WS(L),WS(R),BL(L),BL(R)全てに配置して、フィールドデータの測定試験を行った。フィールドデータの測定試験は、東京タワーから西11kmに位置する世田谷を観測地点として行った。観測地点では、東京タワーから送信されるデジタルテレビ放送波(27ch(557MHz))を略正方形の周回コースを周回走行しながら受信することによって、4つのアンテナ導体400のそれぞれが受信するデジタルテレビ放送波の到来方向を刻々と変化させた。4つのアンテナ導体400それぞれが受信した波形データは、図13に示される測定装置の周波数変換部によって5MHzの中間周波信号に変換された後、14ビットの4チャネルAD変換部によって20MHzでサンプリングされたデジタルデータとして、パソコンのハードディスクに記録される。このフィールドデータの測定試験を、図15に示される形態のアンテナ導体500についても、同様に実施した。
【0046】
図5及び図15は、アンテナ導体をリアガラス12aに配置した場合のパターン図である。図5及び図15は、車内視でリアガラスの右側上方にアンテナ導体が設置された図を示し、リアガラスの左側上方にアンテナ導体が設置される場合は、リアガラスの左右方向中心に線対称に設置される。フロントガラスの左側上方又は右側上方に設置される場合は、デフォッガは実装されない。また、実測にはセダン系の車両を使用し、アンテナ導体が設置されたリアガラスのガラス面は地面に対して約22°傾斜し、アンテナ導体が設置されたフロントガラスのガラス面は地面に対して約27°傾斜している。
【0047】
図5のアンテナ導体400は、上述のアンテナ導体100と同形態であるが、各部の寸法がアンテナ導体100と異なる。
【0048】
アンテナ導体400の各部の寸法は、
H11 :15mm
W11 :72.5mm
W12 :15mm
W13 :5mm
W14 :72.5mm
d11 :66mm
d12 :65mm
d13 :80mm
d14 :145mm
d15 :146mm
である。なお、アンテナ導体400の各アンテナエレメントの導体幅は0.8mmである。
【0049】
図15のアンテナ導体500は、2つの給電部4a,4bと、給電部4aを起点に左向きに直線的に延伸するアンテナエレメント5と、給電部4bを起点に下向きに直線的に延伸するアンテナエレメント6とを備えている。
【0050】
アンテナ導体500の各部の基本寸法は、
H41 :15mm
W41 :80mm
W42 :80mm
W43 :15mm
W44 :5mm
d41 :70mm
d42 :152mm
d43 :60mm
d45 :141mm
とする。d41は、車体開口部の上縁部15aとアンテナエレメント5との最短距離である。d42は、車体開口部の右縁部15bとアンテナエレメント6との最短距離である。d43は、アンテナエレメント6とデフォッガの最高位のヒータ線8aとの最短距離である。d45は、アンテナエレメント5とヒータ線8aとの最短距離である。なお、アンテナ導体500の各アンテナエレメントの導体幅は0.8mmである。
【0051】
次に、アンテナ導体400と500についてのフィールドデータの測定試験を実施した後に、4つの領域WS(L),WS(R),BL(L),BL(R)の中から2つの領域を選択し、その選択した2つの領域に配置されたアンテナ導体によって構成されるダイバーシティガラスアンテナの受信率を、図14に示される再生装置によって測定した。これにより、選択した領域の違いによって、アンテナ導体の配置位置の組み合わせが互いに異なる複数のダイバーシティガラスアンテナの受信率をオフラインで測定することができる。
【0052】
具体的には、図14に示される再生装置は、パソコンのハードディスクから読み出した受信波形データを図13に示した経路と逆の経路で再生する。すなわち、選択した2つのアンテナ導体の受信波形データは、DA変換部によって中間周波信号に変換された後に、周波数変換部によって元の高周波信号に再生される。そして、再生した受信波形データに基づいて、当該受信波形データを取得したときの周回コース1周の平均受信電力を測定する。この際、アンテナ導体の形状、配置位置の組み合わせの違いによって各ダイバーシティガラスアンテナの平均受信電力が互いに異なると、分散Vの違いによる各ダイバーシティガラスアンテナ間の受信率の違いを比較検討することが難しくなる。そのため、各ダイバーシティガラスアンテナの平均受信電力が互いに等しくなるように出力電力調整部によって周波数変換部の出力電力を調整した上で、受信性能評価装置によって、各ダイバーシティガラスアンテナの受信率を測定した。
【0053】
図16は、図14に示される再生装置で受信率を測定した6形態のダイバーシティガラスアンテナの合成後利得と合成後の分散Vとの関係を示した表である。図16において、「WS−WS」とは、図4に示されるように、一方のアンテナ導体がフロントガラス12bに設けられ、もう一方のアンテナ導体もフロントガラス12bに設けられていることを示す。「WS−BL」とは、一方のアンテナ導体がフロントガラス12bに設けられ、もう一方のアンテナ導体がリアガラス12aに設けられていることを示す。「BL−BL」とは、一方のアンテナ導体がリアガラス12aに設けられ、もう一方のアンテナ導体もリアガラス12aに設けられていることを示す。「L−R」とは、一方のアンテナ導体が窓ガラスの左側領域に設けられ、もう一方のアンテナ導体は窓ガラスの右側領域に設けられていることを示す。つまり、図16に示される「アンテナ導体400,WS−BL,R−L」とは、フロントガラス12bの右上側領域WS(R)に設けられたアンテナ導体400とリアガラス12aの左上側領域BL(L)に設けられたアンテナ導体400によって構成されるダイバーシティガラスアンテナであることを示す。他の5つの形態についても、同様である。
【0054】
また、各形態のダイバーシティガラスアンテナは、最大比合成により合成値を算出した。各ダイバーシティガラスアンテナの合成後のアンテナ利得が互いに異なると、分散Vの違いによる受信率を比較検討することができないため、これら6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの合成後のアンテナ利得をアッテネータによって、図16に示されるように、−7dBiに略一致させている。
【0055】
また、図17A〜17Cは、6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。図17A〜17Cは、水平面内の各方向のアンテナ利得の合成値G(θ)を結ぶことによって得られる。各形態のダイバーシティガラスアンテナの分散V(すなわち、合成値G(θ)の分散V)は、図16に示される通りである。
【0056】
図18は、6つの形態のダイバーシティガラスアンテナ平均受信電力を互いに等しく調整したときの、各ダイバーシティガラスアンテナの受信率を示した表である。図18には、平均受信電力を−62dBmに調整したときの受信率(平均受信電力1の欄を参照)と、平均受信電力を−60dBmに調整したときの受信率(平均受信電力2の欄を参照)と、平均受信電力を−62dBmに調整したときの受信率と平均受信電力を−60dBmに調整したときの受信率との差(受信率差)とが示されている。平均受信電力を増やすことによって受信率を上げることができるが、図18に示されるデータからわかるように、平均受信電力を略同じだけ増加させても(この場合、2Bm増加させても)、受信率の向上度合い(すなわち、受信率差)が、各ダイバーシティガラスアンテナ固有の特性である分散の違いによって異なっている。
【0057】
図19は、図18に示したデータをグラフにまとめたものである。横軸は分散を表し、縦軸は受信率差を表す。図19によれば、ダイバーシティガラスアンテナの分散Vが1.0より小さくなると飛躍的に受信率差が大きくなっていることがわかる。すなわち、受信率に換算すると、分散Vが1.0以下になる場合に受信率が飛躍的に向上することになる。よって、ダイバーシティガラスアンテナの分散Vを1.0以下になるようにチューニングすることによって、受信率を飛躍的に向上させたダイバーシティガラスアンテナを提供することができる。また分散Vを1.0未満、さらに分散Vを0.5以下になるようにチューニングすることが好ましい。
【符号の説明】
【0058】
2,2a,2b 迂回部
3 幅広導体部
4a,4b 給電部
4c 途切れ部
7 補助導体
5,6,8,9 アンテナエレメント
8a,8b ヒータ線
9a バスバ
12a リアガラス
12b フロントガラス
15a,15b 車体開口部の縁部
100,200,300,E1〜E7 アンテナ導体
BL(L) リアガラス12aの左上側領域
BL(R) リアガラス12aの右上側領域
WS(L) フロントガラス12bの左上側領域
WS(R) フロントガラス12bの右上側領域
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナに関する。また、そのガラスアンテナのチューニング方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば車両の前方向に指向性が最大となるアンテナと、後方向に指向性が最大となるアンテナとを合成するダイバーシティガラスアンテナが知られている。また、水平面内で360°の指向性が得られるように、この前後方向のダイバーシティガラスアンテナと、車両の両側面方向のダイバーシティガラスアンテナとで相互に補完し合うアンテナ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2002−135025号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述の従来技術では、特定方向でアンテナ利得の高いダイバーシティガラスアンテナを利用するという考えから、相互に補完するとしてもその特定の方向以外の方向での受信性能は決して高くないという問題がある。特許文献1においては、特定方向にアンテナ利得が高いダイバーシティガラスアンテナで相互に補完することで、全体としてアンテナ利得が高いダイバーシティガラスアンテナを構成している。しかし、前後方向及び両側面方向では高い受信性能を示すが、その間の角度では受信性能が高くない場合がある。よって、実際の路上での受信率としては、受信性能がよいとは限らない。また、その他の角度もカバーするためにアンテナ導体の設置数を増やすことが考えられるが、設置場所が確保できなかったり、アンテナ装置が複雑になったり、コストが高くなるという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、アンテナ導体の設置数を抑えたままアンテナ全体としての受信性能の向上を実現することができる、ダイバーシティガラスアンテナ及びそのアンテナチューニング方法、並びに車両用窓ガラスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明に係るアンテナチューニング方法は、複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナのアンテナチューニング方法であって、前記複数のアンテナ導体それぞれのアンテナ利得の合成値を算出する利得合成ステップと、前記各方向での前記合成値を変量とする分散を算出する分散算出ステップと、前記分散が基準値以下かどうかによって前記ダイバーシティガラスアンテナの良否を判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする。
【0007】
また、上記目的を達成するため、本発明に係るダイバーシティガラスアンテナは、複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナであって、前記複数のアンテナ導体それぞれの水平面内の各方向で測定したアンテナ利得の該各方向での合成値を変量とする分散が1.35以下であることを特徴とする。
【0008】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る車両用窓ガラスは、上記ダイバーシティガラスアンテナを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
アンテナ導体の設置数を抑えたままアンテナ全体としての受信性能の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明に係るアンテナチューニング方法の概略フローである。
【図2】複数のアンテナ導体が設置された車両用窓ガラスが取り付けられた車両を示した図である。
【図3】車両用窓ガラスに設置されたアンテナ導体AとBについて、電波の到来方向毎に測定されたアンテナ利得と当該方向毎の合成値との関係を示した表である。
【図4】3つのアンテナ導体同士の組み合わせを示した図である。
【図5】アンテナ導体100(400)のパターン図である。
【図6】アンテナ導体200のパターン図である。
【図7】アンテナ導体300のパターン図である。
【図8】6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。
【図9】6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの受信率について走行試験をしたときの実測結果を示した表である。
【図10】27chを世田谷で受信した場合の分散と受信率との関係図である。
【図11】27chを府中で受信した場合の分散と受信率との関係図である。
【図12】27chを富津岬で受信した場合の分散と受信率との関係図である。
【図13】受信波形記録装置の測定装置の構成を示したブロック図である。
【図14】受信波形記録装置の再生装置の構成を示したブロック図である。
【図15】アンテナ導体500のパターン図である。
【図16】6形態のダイバーシティガラスアンテナの合成後利得と合成後の分散Vとの関係を示した表である。
【図17A】フロントガラス12bの右上側及び左上側にアンテナ導体が配置された2種類のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。
【図17B】フロントガラス12bの右上側及びリアガラス12aの左上側にアンテナ導体が配置された2種類のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。
【図17C】リアガラス12aの右上側及び左上側にアンテナ導体が配置された2種類のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。
【図18】6つの形態のダイバーシティガラスアンテナ平均受信電力を互いに等しく調整したときの、各ダイバーシティガラスアンテナの受信率を示した表である。
【図19】図18に示したデータをまとめたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【0012】
図2は、複数のアンテナ導体が設置された車両用窓ガラスが取り付けられた車両を示した図である。一点鎖線の矢印を車両前方方向として、以下に述べる方向は車両前方に向かっての方向とする。図2(a)は、アンテナ導体E1がフロントガラス(ウインドシールド)12bの左側上部に設置され、アンテナ導体E2がリアガラス12aの右側上部に設置されている例を示す。図2(b)は、アンテナ導体E3とE4がリアガラス12aのそれぞれ左側上部と右側上部に設置されている例を示す。アンテナ導体E2,E3,E4は、リアガラス12aのデフォッガ上部の空白領域に設置されている。これらのアンテナ導体により得られる受信信号がアンテナ導体に設けられた給電部から取り出し可能になっており、その受信信号が受信機(不図示)に伝達される。ダイバーシティアンテナの場合、受信機では、アンテナ導体それぞれの受信電力を合成させる最大比合成と、受信状態の良いほうのアンテナ導体からの受信信号を優先的に選択するスイッチング合成という2つの信号処理方法がある。本発明においては、どちらの合成方法によって信号処理をしても適用できる。
【0013】
また、A1は、前方にアンテナ利得が高いアンテナ導体E1の指向性範囲を示し、A2は、後方にアンテナ利得が高いアンテナ導体E2の指向性範囲を示し、A3は、全周でアンテナ利得が略均一のアンテナ導体E3の指向性範囲を示し、A4は、全周でアンテナ利得が略均一のアンテナ導体E4の指向性範囲を示す。このように、各アンテナ導体の指向性と設置場所によって、アンテナ全体としての指向性の範囲は変化するため、アンテナ全体として要求される受信性能を高めるためには、どのような指向性を有するアンテナ導体をどの位置に配置するかが重要となる。
【0014】
図1は、本発明に係るアンテナチューニング方法の概略フローである。本発明に係るアンテナチューニング方法は、複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナのアンテナチューニング方法である。
【0015】
ステップ10では、車両用窓ガラスに設けられた複数のアンテナ導体それぞれのアンテナ利得が測定される。アンテナ利得の測定は、電波暗室の中で行われる。各アンテナ導体のアンテナ利得の測定値は、各アンテナ導体に接続されたアンテナ利得測定装置によって得られる。アンテナ利得の測定は、車両用窓ガラスが水平方向に対して所定角度(例えば、56°)傾斜させて取り付けられた車両に対して電波を放射した状態で行われる。そして、車両が360°回転するまで所定の回転角度(例えば、1°)毎に、アンテナ利得が測定される。これにより、各アンテナ導体の電波の到来方向毎のアンテナ利得を測定することができる。図2の場合であれば、アンテナ導体E1及びアンテナ導体E2の全周にわたるアンテナ利得が測定される。アンテナ導体E3,E4についても同様である。
【0016】
ステップ10においてアンテナ導体に照射される電波は、水平偏波又は垂直偏波である。電波の周波数は、ダイバーシティガラスアンテナに要求される放送周波数帯の範囲内の周波数である。これにより、電波の到来方向毎のアンテナ利得を周波数毎に測定できる。例えば、地上波デジタルテレビ放送帯(470〜770MHz)の場合、ステップ10においてアンテナ導体に照射される電波は水平偏波である。電波の発信位置とアンテナ導体との仰角は水平方向(地面と平行な面を仰角=0°、天頂方向を仰角=90°とする場合、仰角=0°の方向)に設定される。これにより、水平面内の各方向のアンテナ利得を測定することができる。
【0017】
ステップ20では、複数のアンテナ導体それぞれの電波の到来方向毎に測定したアンテナ利得の合成値が算出される。前述したように本発明におけるダイバーシティアンテナは、最大比合成またはスイッチング合成のどちらにも適用できる。
【0018】
図3は、車両用窓ガラスに設置されたアンテナ導体AとBについて、電波の到来方向毎に測定されたアンテナ利得と当該方向毎の最大比合成による合成値と、スイッチング合成による合成値との関係を示した表である。最大比合成による合成値の場合、例えば、電波の到来方向が1°の方向のときのアンテナ導体Aのアンテナ利得がgA1と測定され、電波の到来方向が1°の方向のときのアンテナ導体Bのアンテナ利得がgB1と測定された場合、ここで便宜上アンテナ利得を受信電力とすると、1°の方向におけるアンテナ利得の合成値は、受信電力gA1+gB1である。他の方向についても同様である。また、アンテナ導体が3つ以上ある場合についても同様である。
【0019】
一方スイッチング合成の場合、例えば、電波の到来方向が1°の方向のときのアンテナ導体Aのアンテナ利得がgA1と測定され、電波の到来方向が1°の方向のときのアンテナ導体Bのアンテナ利得がgB1と測定された場合、gA1がgB1より大きいと仮定すれば、1°の方向におけるアンテナ利得の最大の測定値はgA1である。また、例えば、電波の到来方向が359°の方向のときのアンテナ導体Aのアンテナ利得がgA359と測定され、電波の到来方向が359°の方向のときのアンテナ導体Bのアンテナ利得がgB359と測定された場合、gB359がgA359より大きいと仮定すれば、359°の方向におけるアンテナ利得の最大の測定値はgB359である。他の方向についても同様である。また、アンテナ導体が3つ以上ある場合についても同様である。
【0020】
ステップ30では、複数のアンテナ導体それぞれの電波の到来方向毎に測定したアンテナ利得の合成値を変量とする分散が算出される。分散の算出は、アンテナ利得測定装置の測定結果に基づいて、ステップ20の合成値の算出とともにコンピュータ等の演算装置によって行われる。
【0021】
電波の到来方向(すなわち、アンテナ利得の測定方向)をθ、アンテナ利得の測定方向の区分数をN、アンテナ利得の測定開始角度をθ1、アンテナ利得の測定終了角度をθN、測定方向θ毎のアンテナ利得の合成値をG(θ)、合成値G(θ)の平均値をGAVE(θ)で表す場合、合成値G(θ)の分散Vは、
【0022】
【数1】
で表される。
【0023】
このように算出された分散Vは、複数のアンテナ導体が組み合わされたダイバーシティガラスアンテナ全体としての指向性を表す指標である。例えば、図2(a)の構成のダイバーシティガラスアンテナの分散Vは、図2(b)の構成のダイバーシティガラスアンテナの分散Vに比べ、大きく算出される。
【0024】
そして、ステップ30で算出された分散Vが所定の基準値以下になるまで、複数のアンテナ導体の少なくとも一つの形態(例えば、配置形態や配線形態)の修正が繰り返される(ステップ40,50)。すなわち、ステップ30では、分散Vが所定の基準値以下となるか否かによってダイバーシティガラスアンテナの良否を判定する。作業者は、例えば、各アンテナ導体の配置位置や複数のアンテナ導体の組み合わせ形態等の配置形態の修正を行ったり、各アンテナ導体自体の配線形態(形状)の修正を行ったりすることによって、分散Vが小さくなるようにチューニングを行う。分散Vを小さくすることによって、アンテナ全体としてはアンテナ利得が向上しなくても、電波を受信するのに必要な性能を全方位に対して多く有するアンテナとすることができる。このようなダイバーシティガラスアンテナにチューニングすることで、結果的に受信性能を向上させることができる。特に、その基準値が1.35以下であることが好ましく、更には1.0以下であることが好ましい。
【0025】
また、アンテナ利得の合成値を算出する際に、複数のアンテナ導体同士の複数の組み合わせで合成値を算出し、この複数の組み合わせの分散Vを算出して、複数のアンテナ導体同士の組み合わせの中から分散Vが所定の基準値以下(例えば、1.35以下)の組み合わせをダイバーシティガラスアンテナのアンテナ導体の組み合わせ候補として選別し、分散Vがその基準値より大きい組み合わせをその組み合わせ候補から除外することによって、ダイバーシティガラスアンテナの構成要素として最終的に車両用窓ガラスに実装すべきアンテナ導体を効率的に選定することができる。この組み合わせ候補の選別は、図1のステップ10を実施する前に予め行ってもよいし、図1のステップ30を実施した後に行ってもよい。
【0026】
図4は、3つのアンテナ導体同士の組み合わせを示した図である。アンテナ導体E5がフロントガラス12bの左側領域WS(L)に設けられ、アンテナ導体E6がリアガラス12aの左側領域BL(L)に設けられ、アンテナ導体E7がリアガラス12aの右側領域BL(R)に設けられている。アンテナ導体E5とE6とE7から得られる組み合わせは、「E5−E6」「E6−E7」「E5−E7」「E5−E6−E7」の4つの組み合わせである。例えば、組み合わせ「E5−E6」の分散Vが所定の基準値以下に算出されれば、組み合わせ「E5−E6」をダイバーシティガラスアンテナのアンテナ導体の組み合わせ候補として選別する。また、例えば、組み合わせ「E5−E7」の分散Vが所定の基準値より大きく算出されれば、組み合わせ「E5−E7」をダイバーシティガラスアンテナのアンテナ導体の組み合わせ候補から除外する。もちろん、ダイバーシティガラスアンテナのアンテナ導体の組み合わせ候補を選別後に、各アンテナ導体の配置位置や配線形状の微調整を行うことによって分散Vを小さくすることにより、更なる受信率の向上を図ることができる。
【0027】
なお、本発明は上記の組み合わせに限らず、同一の窓ガラスに設けられたアンテナ導体同士の組み合わせ、または一つのアンテナ導体が任意の窓ガラスに設けられ、もう一つのアンテナ導体がこの任意の窓ガラスと車体を介して反対側の窓ガラスに設けられる組み合わせのうち少なくとも一つであればよい。つまり、例えばサイド用窓ガラスに設けられたアンテナ導体であってもよい。
【0028】
また、アンテナ導体は2つの組み合わせであることが好ましいが、アンテナ導体4つの組み合わせでもよく、複数のアンテナ導体であれば本発明のチューニング方法を適用できる。
【実施例】
【0029】
上述の実施形態のチューニング方法を用いてチューニングしたダイバーシティガラスアンテナの地上波デジタルテレビ放送の受信率を実測した例を以下に示す。ダイバーシティガラスアンテナを配置した車両用窓ガラスが取り付けられた車両を実際に走行させながら、分散Vが異なる複数のダイバーシティガラスアンテナについて、デジタルテレビ放送の受信率を実測する走行試験を行った。
【0030】
走行試験は、デジタルテレビ放送波を発信する東京タワーからの距離などによって放送波の受信環境は異なるため、東京タワーから西11kmmの地点(世田谷)、東京タワーから西21kmの地点(府中)、東京タワーから南に38kmの地点(富津岬)の3つの観測地点で行った。各観測地点では、東京タワーを起点に到来するデジタルテレビ放送波を略正方形の周回コースを周回走行しながら受信することによって、ダイバーシティガラスアンテナが受信するデジタルテレビ放送波の到来方向を刻々と変化させた。デジタルテレビ放送の受信率とは、デジタルテレビ放送の受信可否をサンプルする周回コース上の総サンプリング地点に対して、デジタルテレビ放送波をエラー無く受信できたサンプリング地点の数の割合である。
【0031】
図5〜図7は、受信率の実測の際に使用したアンテナ導体をリアガラス12aに配置した場合のパターン図である。なお、リアガラス12aには、複数のヒータ線(図上、2本のヒータ線18a,18bのみ図示)と該複数のヒータ線に給電するバスバ9aとを備えるデフォッガが実装されている。図5〜7は、車内視でリアガラスの右側上方にアンテナ導体が設置された図を示し、リアガラスの左側上方にアンテナ導体が設置される場合は、リアガラスの左右方向中心に線対称に設置される。フロントガラスの左側上方に設置される場合は、デフォッガは実装されない。また、実測にはSUV系の車両を使用し、アンテナ導体が設置されたリアガラスのガラス面は地面に対して約57°傾斜し、アンテナ導体が設置されたフロントガラスのガラス面は地面に対して約23°傾斜している。
【0032】
図5のアンテナ導体100は、2つの給電部4a,4bと、給電部4aを起点に左向きに直線的に延伸するアンテナエレメント8と、給電部4bを起点に右向きに直線的に延伸するアンテナエレメント9とを備えたガラスアンテナである。
【0033】
アンテナ導体100の各部の基本寸法は、
H11 :20mm
W11 :77mm
W12 :20mm
W13 :5mm
W14 :77mm
d11 :34mm
d12 :25mm
d13 :20mm
d14 :37mm
d15 :34mm
とする。d11は、車体開口部の上縁部15aとアンテナエレメント8との最短距離である。d12は、車体開口部の上縁部15aとアンテナエレメント9との最短距離である。d13は、車体開口部の右縁部15bとアンテナエレメント9の先端部との最短距離である。d14は、アンテナエレメント9とデフォッガの最高位のヒータ線8aとの最短距離である。d15は、アンテナエレメント8とヒータ線8aとの最短距離である。なお、アンテナ導体100の各アンテナエレメントの導体幅は0.8mmである。
【0034】
図6のアンテナ導体200は、長方形状のループ状導体の一部に複数の迂回路からなる迂回部2を有している。迂回部2は、上辺1fに設けられ、コ字形状の迂回路を3個有するメアンダ形状である。また、給電部4aと給電部4bとの間に途切れ部4cが設けられている。途切れ部4cは、上辺4fが切除されることによって形成されている。上辺4fには幅広導体部3が形成され、下辺1eには補助導体7が形成されている。
【0035】
図6のアンテナ導体200の各部の基本寸法は、
H1 :40mm
H2 :22.5mm
H3 :5mm
H4 :20mm
H5 :5mm
W1 :150mm
W2 :5mm
W3 :20mm
W4 :75mm
W5 :5mm
W6 :10mm
d1 :16mm
d2 :15mm
d3 :30mm
d4 :15mm
である。なお、アンテナ導体200の各アンテナエレメントの導体幅は、0.8mmである(幅広導体部3を除く)。
【0036】
図7のアンテナ導体300は、長方形状のループ状導体の一部に複数の迂回路からなる迂回部2a,2bを有している。迂回部2aは、上辺1fに設けられ、コ字形状の迂回路を3個有するメアンダ形状である。迂回部2bは、下辺1eに設けられ、コ字形状の迂回路を3個有するメアンダ形状である。また、給電部4aと給電部4bとの間に途切れ部4cが設けられている。途切れ部4cは、長方形状のループ状導体の右辺が切除されることによって形成されている。上辺4fには幅広導体部3が形成されている。
【0037】
アンテナ導体300の各部の基本寸法は、
H21 :40mm
H22 :22.5mm
H23 :22.5mm
H24 :45mm
H25 :10mm
H26 :22.5mm
H27 :17.5mm
H29 :5mm
W21 :70mm
W22 :20mm
W23 :40mm
W24 :40mm
W25,W26,W27,W28 :5mm
である。なお、アンテナ導体300の各アンテナエレメントの導体幅は、0.8mmである(幅広導体部3を除く)。
【0038】
図9は、6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの受信率について走行試験をしたときの実測結果を示した表である。図9は、分散Vと27ch(557MHz)のデジタルテレビ放送波の受信率との関係を示している。本走行試験では、同種類の2つのアンテナ導体を車両用窓ガラスに設けることによって、ダイバーシティガラスアンテナを構成した。「BL−BL」とは、一方のアンテナ導体がリアガラス12aに設けられ、もう一方のアンテナ導体もリアガラス12aに設けられていることを示す(図4参照)。「WS−BL」とは、一方のアンテナ導体がフロントガラス12bに設けられ、もう一方のアンテナ導体はリアガラス12aに設けられていることを示す。「L−R」とは、一方のアンテナ導体が窓ガラスの左側領域に設けられ、もう一方のアンテナ導体は窓ガラスの右側領域に設けられていることを示す(図4参照)。
【0039】
また、各形態のダイバーシティガラスアンテナは、最大比合成により合成値を算出した。各ダイバーシティガラスアンテナの合成後のアンテナ利得が互いに異なると、分散Vの違いによる受信率を比較検討することができないため、これら6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの合成後のアンテナ利得をアッテネータによって略一致させている(図9の合成後利得の欄参照)。
【0040】
また、図8は、6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。図8は、水平面内の各方向のアンテナ利得の合成値G(θ)を結ぶことによって得られる。図8に示されるように、アンテナ導体100は特定の方向に利得が高い指向性を有する。図9に示される「合成後分散」の数値(すなわち、分散V)も、他の形態の数値に比べ大きい。
【0041】
図10〜12は、図9に示した分散Vと受信率との関係をグラフにまとめたものである。図10〜12に示されるように、分散Vを1.35以下にチューニングしたダイバーシティガラスアンテナ(アンテナ導体200とアンテナ導体300を使用した場合)の受信率は、分散Vが1.35より大きいダイバーシティガラスアンテナの場合(アンテナ導体100を使用した場合)に比べて高い。また、分散Vを1.00以下にチューニングしたダイバーシティガラスアンテナ(アンテナ導体300を使用した場合)の受信率は、更に高い。
【0042】
したがって、上述の実施形態によれば、合成後のアンテナ利得は同等、もしくは劣っていても分散Vを基準にチューニングすれば、アンテナ全体としてのデジタルテレビ放送波の受信率を向上させることができることがわかる。
【0043】
さらに、分散Vがデジタルテレビ放送波の受信率に与える効果について詳細な解析を行うため、非特許文献1(竹本淳 他「地上ディジタルテレビジョン放送の移動体受信特性評価用トータルレコーディングシステム」、信学技報 AP2005-180 p.49-54 2006年3月)、及び非特許文献2(神田明彦 他「地上デジタル放送の移動体受信における電波信号処理型最大比合成ダイバーシチ」、電子情報通信学会論文誌C Vol.J90-C No.12 pp.933-941 2007年12月)に記載された受信波形記録装置を利用して実験を行った。
【0044】
受信波形記録装置は、実際のフィールド環境を走行しながら受信した地上デジタル放送波の受信波形データを中間周波数にダウンコンバートした状態でそのまま記録することによって、実際のフィールド環境で得られた受信波形データの解析を記録データの再生によりオフラインで可能にするものである。したがって、このシステムによれば、実際の伝播環境をオフラインで再現することができるので、一度受信した信号のフェージング状況を変化させずに、アンテナ利得の変化を想定した評価が可能である。
【0045】
アンテナ利得が変化した場合における、分散Vがデジタルテレビ放送波の受信率に与える効果を確認するため、最初に、図5に示される形態のアンテナ導体400を図4に示される窓ガラス上の4つ領域WS(L),WS(R),BL(L),BL(R)全てに配置して、フィールドデータの測定試験を行った。フィールドデータの測定試験は、東京タワーから西11kmに位置する世田谷を観測地点として行った。観測地点では、東京タワーから送信されるデジタルテレビ放送波(27ch(557MHz))を略正方形の周回コースを周回走行しながら受信することによって、4つのアンテナ導体400のそれぞれが受信するデジタルテレビ放送波の到来方向を刻々と変化させた。4つのアンテナ導体400それぞれが受信した波形データは、図13に示される測定装置の周波数変換部によって5MHzの中間周波信号に変換された後、14ビットの4チャネルAD変換部によって20MHzでサンプリングされたデジタルデータとして、パソコンのハードディスクに記録される。このフィールドデータの測定試験を、図15に示される形態のアンテナ導体500についても、同様に実施した。
【0046】
図5及び図15は、アンテナ導体をリアガラス12aに配置した場合のパターン図である。図5及び図15は、車内視でリアガラスの右側上方にアンテナ導体が設置された図を示し、リアガラスの左側上方にアンテナ導体が設置される場合は、リアガラスの左右方向中心に線対称に設置される。フロントガラスの左側上方又は右側上方に設置される場合は、デフォッガは実装されない。また、実測にはセダン系の車両を使用し、アンテナ導体が設置されたリアガラスのガラス面は地面に対して約22°傾斜し、アンテナ導体が設置されたフロントガラスのガラス面は地面に対して約27°傾斜している。
【0047】
図5のアンテナ導体400は、上述のアンテナ導体100と同形態であるが、各部の寸法がアンテナ導体100と異なる。
【0048】
アンテナ導体400の各部の寸法は、
H11 :15mm
W11 :72.5mm
W12 :15mm
W13 :5mm
W14 :72.5mm
d11 :66mm
d12 :65mm
d13 :80mm
d14 :145mm
d15 :146mm
である。なお、アンテナ導体400の各アンテナエレメントの導体幅は0.8mmである。
【0049】
図15のアンテナ導体500は、2つの給電部4a,4bと、給電部4aを起点に左向きに直線的に延伸するアンテナエレメント5と、給電部4bを起点に下向きに直線的に延伸するアンテナエレメント6とを備えている。
【0050】
アンテナ導体500の各部の基本寸法は、
H41 :15mm
W41 :80mm
W42 :80mm
W43 :15mm
W44 :5mm
d41 :70mm
d42 :152mm
d43 :60mm
d45 :141mm
とする。d41は、車体開口部の上縁部15aとアンテナエレメント5との最短距離である。d42は、車体開口部の右縁部15bとアンテナエレメント6との最短距離である。d43は、アンテナエレメント6とデフォッガの最高位のヒータ線8aとの最短距離である。d45は、アンテナエレメント5とヒータ線8aとの最短距離である。なお、アンテナ導体500の各アンテナエレメントの導体幅は0.8mmである。
【0051】
次に、アンテナ導体400と500についてのフィールドデータの測定試験を実施した後に、4つの領域WS(L),WS(R),BL(L),BL(R)の中から2つの領域を選択し、その選択した2つの領域に配置されたアンテナ導体によって構成されるダイバーシティガラスアンテナの受信率を、図14に示される再生装置によって測定した。これにより、選択した領域の違いによって、アンテナ導体の配置位置の組み合わせが互いに異なる複数のダイバーシティガラスアンテナの受信率をオフラインで測定することができる。
【0052】
具体的には、図14に示される再生装置は、パソコンのハードディスクから読み出した受信波形データを図13に示した経路と逆の経路で再生する。すなわち、選択した2つのアンテナ導体の受信波形データは、DA変換部によって中間周波信号に変換された後に、周波数変換部によって元の高周波信号に再生される。そして、再生した受信波形データに基づいて、当該受信波形データを取得したときの周回コース1周の平均受信電力を測定する。この際、アンテナ導体の形状、配置位置の組み合わせの違いによって各ダイバーシティガラスアンテナの平均受信電力が互いに異なると、分散Vの違いによる各ダイバーシティガラスアンテナ間の受信率の違いを比較検討することが難しくなる。そのため、各ダイバーシティガラスアンテナの平均受信電力が互いに等しくなるように出力電力調整部によって周波数変換部の出力電力を調整した上で、受信性能評価装置によって、各ダイバーシティガラスアンテナの受信率を測定した。
【0053】
図16は、図14に示される再生装置で受信率を測定した6形態のダイバーシティガラスアンテナの合成後利得と合成後の分散Vとの関係を示した表である。図16において、「WS−WS」とは、図4に示されるように、一方のアンテナ導体がフロントガラス12bに設けられ、もう一方のアンテナ導体もフロントガラス12bに設けられていることを示す。「WS−BL」とは、一方のアンテナ導体がフロントガラス12bに設けられ、もう一方のアンテナ導体がリアガラス12aに設けられていることを示す。「BL−BL」とは、一方のアンテナ導体がリアガラス12aに設けられ、もう一方のアンテナ導体もリアガラス12aに設けられていることを示す。「L−R」とは、一方のアンテナ導体が窓ガラスの左側領域に設けられ、もう一方のアンテナ導体は窓ガラスの右側領域に設けられていることを示す。つまり、図16に示される「アンテナ導体400,WS−BL,R−L」とは、フロントガラス12bの右上側領域WS(R)に設けられたアンテナ導体400とリアガラス12aの左上側領域BL(L)に設けられたアンテナ導体400によって構成されるダイバーシティガラスアンテナであることを示す。他の5つの形態についても、同様である。
【0054】
また、各形態のダイバーシティガラスアンテナは、最大比合成により合成値を算出した。各ダイバーシティガラスアンテナの合成後のアンテナ利得が互いに異なると、分散Vの違いによる受信率を比較検討することができないため、これら6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの合成後のアンテナ利得をアッテネータによって、図16に示されるように、−7dBiに略一致させている。
【0055】
また、図17A〜17Cは、6つの形態のダイバーシティガラスアンテナの指向性を示した図である。図17A〜17Cは、水平面内の各方向のアンテナ利得の合成値G(θ)を結ぶことによって得られる。各形態のダイバーシティガラスアンテナの分散V(すなわち、合成値G(θ)の分散V)は、図16に示される通りである。
【0056】
図18は、6つの形態のダイバーシティガラスアンテナ平均受信電力を互いに等しく調整したときの、各ダイバーシティガラスアンテナの受信率を示した表である。図18には、平均受信電力を−62dBmに調整したときの受信率(平均受信電力1の欄を参照)と、平均受信電力を−60dBmに調整したときの受信率(平均受信電力2の欄を参照)と、平均受信電力を−62dBmに調整したときの受信率と平均受信電力を−60dBmに調整したときの受信率との差(受信率差)とが示されている。平均受信電力を増やすことによって受信率を上げることができるが、図18に示されるデータからわかるように、平均受信電力を略同じだけ増加させても(この場合、2Bm増加させても)、受信率の向上度合い(すなわち、受信率差)が、各ダイバーシティガラスアンテナ固有の特性である分散の違いによって異なっている。
【0057】
図19は、図18に示したデータをグラフにまとめたものである。横軸は分散を表し、縦軸は受信率差を表す。図19によれば、ダイバーシティガラスアンテナの分散Vが1.0より小さくなると飛躍的に受信率差が大きくなっていることがわかる。すなわち、受信率に換算すると、分散Vが1.0以下になる場合に受信率が飛躍的に向上することになる。よって、ダイバーシティガラスアンテナの分散Vを1.0以下になるようにチューニングすることによって、受信率を飛躍的に向上させたダイバーシティガラスアンテナを提供することができる。また分散Vを1.0未満、さらに分散Vを0.5以下になるようにチューニングすることが好ましい。
【符号の説明】
【0058】
2,2a,2b 迂回部
3 幅広導体部
4a,4b 給電部
4c 途切れ部
7 補助導体
5,6,8,9 アンテナエレメント
8a,8b ヒータ線
9a バスバ
12a リアガラス
12b フロントガラス
15a,15b 車体開口部の縁部
100,200,300,E1〜E7 アンテナ導体
BL(L) リアガラス12aの左上側領域
BL(R) リアガラス12aの右上側領域
WS(L) フロントガラス12bの左上側領域
WS(R) フロントガラス12bの右上側領域
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナのアンテナチューニング方法であって、
水平面内の各方向のアンテナ利得を前記複数のアンテナ導体それぞれについて測定する利得測定ステップと、
前記複数のアンテナ導体それぞれのアンテナ利得の合成値を算出する利得合成ステップと、
前記各方向での前記合成値を変量とする分散を算出する分散算出ステップと、
前記分散が基準値以下かどうかによって前記ダイバーシティガラスアンテナの良否を判定する判定ステップと、
を含む、アンテナチューニング方法。
【請求項2】
前記利得合成ステップは、前記複数のアンテナ導体同士の複数の組み合わせで合成値を算出し、
前記分散算出ステップは、前記複数の組み合わせの前記分散を算出し、
前記判定ステップは、前記複数の組み合わせの中から前記分散が基準値以下の組み合わせを前記ダイバーシティガラスアンテナのアンテナ導体の組み合わせ候補として選別し、前記分散が前記基準値より大きい組み合わせを前記組み合わせ候補から除外する、請求項1に記載のアンテナチューニング方法。
【請求項3】
前記複数の組み合わせには、同一の窓ガラスに設けられたアンテナ導体同士の組み合わせ、または一つのアンテナ導体が任意の窓ガラスに設けられ、もう一つのアンテナ導体が該任意の窓ガラスと車両を介して反対側の窓ガラスに設けられる組み合わせのうち少なくとも一つが含まれる、請求項2に記載のアンテナチューニング方法。
【請求項4】
前記組み合わせに含まれるアンテナ導体は2つである、請求項2又は3に記載のアンテナチューニング方法。
【請求項5】
前記判定ステップは、前記分散が1.35以下となるかによって良否を判定する、請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナチューニング方法。
【請求項6】
前記判定ステップは、前記分散が1.0以下となるかによって良否を判定する、請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナチューニング方法。
【請求項7】
請求項1から6のいずれか一項に記載されたアンテナチューニング方法によりチューニングされたダイバーシティガラスアンテナ。
【請求項8】
複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナであって、
前記複数のアンテナ導体それぞれの水平面内の各方向で測定したアンテナ利得の該各方向での合成値を変量とする分散が1.35以下である、ダイバーシティガラスアンテナ。
【請求項9】
前記分散が1.0以下である、請求項8に記載のダイバーシティガラスアンテナ。
【請求項10】
前記複数のアンテナ導体は、同一の窓ガラスに設けられた、請求項8又は9に記載のダイバーシティガラスアンテナ。
【請求項11】
請求項7から10のいずれか一項に記載のダイバーシティガラスアンテナを備えた車両用窓ガラス。
【請求項1】
複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナのアンテナチューニング方法であって、
水平面内の各方向のアンテナ利得を前記複数のアンテナ導体それぞれについて測定する利得測定ステップと、
前記複数のアンテナ導体それぞれのアンテナ利得の合成値を算出する利得合成ステップと、
前記各方向での前記合成値を変量とする分散を算出する分散算出ステップと、
前記分散が基準値以下かどうかによって前記ダイバーシティガラスアンテナの良否を判定する判定ステップと、
を含む、アンテナチューニング方法。
【請求項2】
前記利得合成ステップは、前記複数のアンテナ導体同士の複数の組み合わせで合成値を算出し、
前記分散算出ステップは、前記複数の組み合わせの前記分散を算出し、
前記判定ステップは、前記複数の組み合わせの中から前記分散が基準値以下の組み合わせを前記ダイバーシティガラスアンテナのアンテナ導体の組み合わせ候補として選別し、前記分散が前記基準値より大きい組み合わせを前記組み合わせ候補から除外する、請求項1に記載のアンテナチューニング方法。
【請求項3】
前記複数の組み合わせには、同一の窓ガラスに設けられたアンテナ導体同士の組み合わせ、または一つのアンテナ導体が任意の窓ガラスに設けられ、もう一つのアンテナ導体が該任意の窓ガラスと車両を介して反対側の窓ガラスに設けられる組み合わせのうち少なくとも一つが含まれる、請求項2に記載のアンテナチューニング方法。
【請求項4】
前記組み合わせに含まれるアンテナ導体は2つである、請求項2又は3に記載のアンテナチューニング方法。
【請求項5】
前記判定ステップは、前記分散が1.35以下となるかによって良否を判定する、請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナチューニング方法。
【請求項6】
前記判定ステップは、前記分散が1.0以下となるかによって良否を判定する、請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナチューニング方法。
【請求項7】
請求項1から6のいずれか一項に記載されたアンテナチューニング方法によりチューニングされたダイバーシティガラスアンテナ。
【請求項8】
複数のアンテナ導体が車両用窓ガラスに設けられたダイバーシティガラスアンテナであって、
前記複数のアンテナ導体それぞれの水平面内の各方向で測定したアンテナ利得の該各方向での合成値を変量とする分散が1.35以下である、ダイバーシティガラスアンテナ。
【請求項9】
前記分散が1.0以下である、請求項8に記載のダイバーシティガラスアンテナ。
【請求項10】
前記複数のアンテナ導体は、同一の窓ガラスに設けられた、請求項8又は9に記載のダイバーシティガラスアンテナ。
【請求項11】
請求項7から10のいずれか一項に記載のダイバーシティガラスアンテナを備えた車両用窓ガラス。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18】
【図19】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18】
【図19】
【公開番号】特開2010−171967(P2010−171967A)
【公開日】平成22年8月5日(2010.8.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−295980(P2009−295980)
【出願日】平成21年12月25日(2009.12.25)
【出願人】(000000044)旭硝子株式会社 (2,665)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年8月5日(2010.8.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年12月25日(2009.12.25)
【出願人】(000000044)旭硝子株式会社 (2,665)
【Fターム(参考)】
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