JP2007013857A

JP2007013857A - 平面アンテナ装置

Info

Publication number: JP2007013857A
Application number: JP2005195010A
Authority: JP
Inventors: Yukio Otaki; 幸夫大滝; Masahiko Hikasa; 昌彦日笠
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】安価に製造でき小型化も容易な平面アンテナ装置を提供すること。
【解決手段】放射導体層７の外縁部から略直角に延出するコンデンサ電極部８と、回路基板５の上面に設けられて放射導体層７と所定の間隔を存して対向する接地導体層１０と、放射導体層７を臨出させる上部開口２ａを有して接地導体層１０と電気的に接続された金属ケース２と、この金属ケース２に組み付けられて上部開口２ａを蓋閉する樹脂ケース３とを備え、金属ケース２および樹脂ケース３によって形成される筐体１の内部に放射導体層７や回路基板５を収納保持すると共に、電気的にグラウンドとして動作する金属ケース２の側壁部２ｂをコンデンサ電極部８の外方に配置して対向させ、側壁部２ｂとコンデンサ電極部８とを容量結合させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はパッチアンテナ構造の小型の平面アンテナ装置に係り、特に、車載用として好適な平面アンテナ装置に関する。

近年、ＥＴＣ（自動料金収受システム）用アンテナやＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナ等の車載用小型アンテナ装置の需要が急速に高まっている。この種のアンテナ装置としては、ＥＴＣやＧＰＳで使用される円偏波に対応させることが容易なパッチアンテナ構造の平面アンテナ装置が広く採用されている。

車載用として公知な従来の平面アンテナ装置は、一般的に、上面に放射導体層を設けた誘電体基板と、この誘電体基板が搭載される上面側に接地導体層を設けて下面側に電子回路部を配設した回路基板と、この回路基板に取り付けられて電子回路部を覆う金属板製のシールドケースとを備えており、誘電体基板および回路基板を貫通する給電ピンによって放射導体層と電子回路部とが電気的に接続されている（例えば、特許文献１参照）。かかる従来の平面アンテナ装置は、電子回路部が同軸ケーブル等を介して外部回路と電気的に接続されているので、給電ピンによる給電によって放射導体層を励振することにより、所定周波数帯の円偏波あるいは直線偏波の受信や送信が行えるようになっている。また、電子回路部がシールドケースに覆われて電磁的にシールドされているため、不所望な外来電波によるノイズの影響を受けにくくなっており、この電子回路部に低雑音増幅回路を設ければＧＰＳ等における微弱電波の受信に好適となる。さらに、放射導体層と接地導体層との間に誘電体基板が介在する構成になっていることから、この誘電体基板の波長短縮効果によって小型化が促進しやすくなっている。
特開２００４−８８４４４号公報（第２−３頁、図５）

ところで、前述した従来の平面アンテナ装置では、小型化を図るために放射導体層と接地導体層との間に比較的高価な誘電体基板を介在させているため、部品コストが嵩んで安価に製造することが困難であるという問題があった。また、この種の平面アンテナ装置は車室内に設置して使用されることが多く、小型化が不十分であると、設置場所が限定されて邪魔になったり搭乗者の視界を妨げる虞があるため、一層の小型化が要望されている。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、安価に製造でき小型化も容易な平面アンテナ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による平面アンテナ装置では、平板状の放射導体層と、この放射導体層の外縁部に連続する金属片で該放射導体層に対して略直角に配置されたコンデンサ電極部と、前記放射導体層と所定の間隔を存して対向する接地導体層と、前記放射導体層を臨出させる上部開口を有して前記接地導体層と電気的に接続された金属ケースと、この金属ケースに組み付けられて少なくとも前記上部開口を蓋閉する樹脂ケースとを備え、前記金属ケースおよび前記樹脂ケースによって形成される筐体の内部に前記放射導体層と前記接地導体層を収納保持すると共に、前記金属ケースの側壁部を前記コンデンサ電極部の外方に配置して対向させることにより、該側壁部と該コンデンサ電極部とを容量結合させる構成とした。

このように構成された平面アンテナ装置は、放射導体層の外縁部から略直角にに延出するコンデンサ電極部と、電気的にグラウンドとして動作する金属ケースの側壁部とを容量結合させることによって、放射導体層の共振周波数を下げることができるので、所望の周波数で共振する放射導体層の小型化が容易に促進できる。また、レドームとして機能する樹脂ケースが放射導体層を覆っているため、この樹脂ケースによる波長短縮効果も利用できる。したがって、この平面アンテナ装置は小型化に極めて有利であり、高価な誘電体基板は不要となる。

上記の構成に加えて、片面に接地導体層を設けて他面に電子回路部を設けた回路基板を備えていると、放射導体層の給電点と回路基板の電子回路部とを給電導体で連結するという信頼性の高い給電構造が採用できると共に、電子回路部を金属ケースによって電磁的にシールドすることができるため好ましい。

また、上記のいずれかの構成に加えて、放射導体層が金属平板からなると共に、この金属平板の外縁部から外方へ延出する金属片を略直角に折り曲げてコンデンサ電極部となす板金構造を採用した場合には、部品点数を削減できて製造工程も簡素化されるため、小型の平面アンテナ装置を極めて安価に製造することが可能となる。この場合において、放射導体層用の金属平板の一部を切り起こして形成した折曲片を給電導体（給電ピン）となし、この給電導体を介して放射導体層が給電されるようにしてあると、部品点数が更に削減できて製造工程が一層簡素化されるため、コストダウンが促進できる。

また、上記の如く放射導体層が金属平板からなる板金構造を採用した場合には、この金属平板を絶縁性のスペーサを介して回路基板または樹脂ケースに取り付けることによって、放射導体層と回路基板との間隔や放射導体層と樹脂ケースとの間隔を高精度に規定することができ、これに加えてスペーサの上下両面に接着層が設けてあれば、組立性も良好となる。このほか、かかる板金構造を採用した場合には、金属平板（放射導体層）の略中央に開口部を設けると共に、この開口部の周縁部に該金属平板の一部を切り起こして形成した複数の脚片を設け、これらの脚片を回路基板に固定してもよく、このようにするとスペーサを省略できる。さらに、かかる板金構造を採用しない場合には、放射導体層を樹脂ケースの天井面に印刷形成してもよく、このようにすると装置全体を薄型化することができる。

本発明の平面アンテナ装置は、金属ケースおよび樹脂ケースによって形成される筐体の内部に放射導体層や接地導体層を収納保持し、放射導体層の外縁部から略直角に延出するコンデンサ電極部と金属ケースの側壁部とを容量結合させるというものなので、放射導体層の共振周波数を下げて小型化が容易に促進できると共に、専用の誘電体基板を省略できて部品コストが抑えられる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図、図２は該アンテナ装置を一部破断して示す平面図、図３は該アンテナ装置の分解斜視図である。

これらの図に示す平面アンテナ装置は、例えばＧＰＳ用アンテナとして好適な車載用の円偏波アンテナであって、車室内のダッシュボード上や窓ガラス等に設置して使用される。この平面アンテナ装置は、金属ケース２および樹脂ケース３の組合せ体である筐体１の内部に、板金構造のアンテナ素子４や回路基板５やスペーサ６等を収納保持して概略構成されている。アンテナ素子４は、良導電性の金属平板からなる放射導体層（放射導体板）７と、この放射導体層７の外縁部の４箇所に延設されたコンデンサ電極部８と、放射導体層７の給電点に延設された給電導体（給電ピン）９とを備えている。また、回路基板５の上面には接地導体層１０が設けられており、回路基板５の下面には電子回路部１１が設けられている。スペーサ６は絶縁性材料からなり、その上下両面には接着層６ａ，６ｂが設けられている。そして、これらの接着層６ａ，６ｂをそれぞれ放射導体層７と回路基板５の中央部に接着させることによって、放射導体層７と回路基板５とがスペーサ６を介して接着固定されており、各コンデンサ電極部８は金属ケース２の側壁部２ｂと至近距離で対向している。

図２に示すように、放射導体層７は四隅の２箇所が切り欠かれた略正方形に形成されており、これら一対の切欠き部分を縮退分離素子７ａとなし、互いに直交する対角線方向の電界モードに９０度の位相差を生じさせることにより、１点給電で円偏波が放射できるようになっている。コンデンサ電極部８は放射導体層７と連続する金属片を回路基板５側へ略直角に折り曲げたものであって、放射導体層７の四辺の中央部にそれぞれコンデンサ電極部８が配設されている。つまり、これらコンデンサ電極部８は、放射導体層７を形成している金属平板の外縁部のうち、前記対角線に対して４５度の角度をなす２本の二等分線の両端部分において、外方へ延出する金属片を略直角に折り曲げたものである。また、給電導体９は放射導体層７を形成している金属平板の一部を切り起こして形成した折曲片であって、この給電導体９の先端部は回路基板５を貫通して電子回路部１１に半田付けされている。

接地導体層１０は回路基板５の上面のほぼ全面に銅箔等によって形成されており、この接地導体層１０の中央部と放射導体層７の中央部がスペーサ６に接着固定されているため、接地導体層１０の外周部と放射導体層７の外周部とは所定厚の空気層を介して対向している。この接地導体層１０は放射導体層７よりも若干大径であるが、給電導体９と対応する箇所は逃げ部１０ａとなっているため、接地導体層１０と給電導体９は非接触に保たれている。また、回路基板５の下面に設けられた電子回路部１１は各種の電子部品を搭載した低雑音増幅回路を含んでいるため、ＧＰＳ等の微弱電波の受信に好適である。この電子回路部１１は、図示せぬ同軸ケーブルの内部導体を介して、受信回路等の外部回路に接続されている。

金属ケース２は放射導体層７を臨出させる正方形状の上部開口２ａを有する有底箱形に成形されており、上部開口２ａの四辺に対応する位置にそれぞれ側壁部２ｂが立設されている。側壁部２ｂの内壁面には回路基板５を保持するための係止溝２ｃが形成されており、側壁部２ｂの外壁面には樹脂ケース３を係着させるための係合凸部２ｄが形成されている。この金属ケース２は、アンテナ素子４を搭載した回路基板５の周縁部を係止溝２ｃ内に嵌め入れることによって、図１に示すように、アンテナ素子４とスペーサ６と回路基板５とからなる積層体を側壁部２ｂで保持することができる。こうして該積層体が金属ケース２に保持されると、コンデンサ電極部８は側壁部２ｂと至近距離で対向する位置に配置され、電子回路部１１は金属ケース２に覆われた状態となる。この金属ケース２は接地導体層１０と導通されており、両者２，１０は図示せぬ同軸ケーブルの外部導体を介してグラウンドに接続されている。したがって、放射導体層７の外縁部に延設されているコンデンサ電極部８と金属ケース２の側壁部２ｂとの間には、給電時に付加容量が発生する。また、低雑音増幅回路を含む電子回路部１１が金属ケース２に覆われて電磁的にシールドされた状態になっているため、不所望な外来電波によるノイズの影響を受けにくくなっている。

樹脂ケース３は下部開口３ａを有する有底箱形に成形されており、この樹脂ケース３は金属ケース２に外装されて上部開口２ａを蓋閉しているためレドームとして機能する。この樹脂ケース３の内壁面には金属ケース２の係合凸部２ｄと対応する箇所に係合凹部３ｂが形成されており、樹脂ケース３を金属ケース２に組み付ける際には、係合凹部３ｂ内に係合凸部２ｄを嵌入させることにより両ケース２，３は一体化されて筐体１となる。つまり、アンテナ素子４とスペーサ６と回路基板５とからなる積層体を金属ケース２に組み込んだ後、この金属ケース２に樹脂ケース３を組み付けることによって、該積層体が筐体１の内部に収納保持されて図示の如き平面アンテナ装置が得られる。

このように構成された平面アンテナ装置では、放射導体層７の外縁部から略直角に延出するコンデンサ電極部８と、電気的にグラウンドとして動作する金属ケース２の側壁部２ｂとを容量結合させることによって、放射導体層７の共振周波数を下げることができるので、所望の周波数で共振する放射導体層７の小型化を容易に促進できる。また、レドームとして機能する樹脂ケース３が放射導体層７を覆っているため、この樹脂ケース３による波長短縮効果も利用できる。したがって、この平面アンテナ装置は小型化に極めて有利であり、これを車室内のダッシュボード上や窓ガラス等に設置しても邪魔になったり搭乗者の視界を妨げる虞は少ない。また、この平面アンテナ装置では高価な誘電体基板が省略されているため、部品コストが低減できるという利点がある。しかも、この平面アンテナ装置では、放射導体層７と接地導体層１０との間隔がスペーサ６の板厚によって高精度に規定できるため、組立性や信頼性も良好となる。

また、上記第１実施形態例において、アンテナ素子４は、放射導体層７が金属平板からなると共に、この金属平板の外縁部から延出する金属片を折り曲げてコンデンサ電極部８となし、かつ、金属平板の一部を切り起こして給電導体９となしているため、放射導体層７と各コンデンサ電極部８と給電導体９とをプレス加工等により一括して形成でき、大幅なコストダウンを実現できる。つまり、このように板金構造のアンテナ素子４を採用すると、部品点数を削減できて製造工程も簡素化されるため、極めて安価に平面アンテナ装置を製造することができる。

図４は本発明の第２実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図であり、図１と対応する部分には同一符号を付してあるため重複する説明は省略する。

この第２実施形態例では、放射導体層７がスペーサ６によって樹脂ケース３の天井面３ｃに固定されており、回路基板５を組み込んだ金属ケース２に樹脂ケース３を組み付けることによって、放射導体層７が接地導体層１０と所定の間隔を存して対向するようになっている。つまり、この第２実施形態例は、スペーサ６の組込位置が前記第１実施形態例と異なっている。

図５は本発明の第３実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図であり、図１と対応する部分には同一符号を付してあるため重複する説明は省略する。

この第３実施形態例では、放射導体層７を形成している金属平板の略中央に開口部７ｂを設けると共に、この開口部７ｂの周縁部に該金属平板の一部を切り起こして形成した複数の脚片７ｃを設け、これら脚片７ｃを半田付け等によって回路基板５に固定している。つまり、この第３実施形態例では、放射導体層７が複数の脚片７ｃを介して回路基板５に支持されているため、前述した第１および第２実施形態例に比べると、スペーサが省略されている分だけ部品点数が少なくなっている。

図６は本発明の第４実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図であり、図１と対応する部分には同一符号を付してあるため重複する説明は省略する。

この第４実施形態例は、アンテナ素子４が板金構造でない場合について例示したものであり、放射導体層１２が樹脂ケース３の天井面３ｃに印刷形成されているので、回路基板５を組み込んだ金属ケース２に樹脂ケース３を組み付けることによって、放射導体層１２が接地導体層１０と所定の間隔を存して対向するようになっている。この第４実施形態例では、放射導体層１２と樹脂ケース３の天井面３ｃとの間にクリアランスを確保する必要がないため、前述した第１〜第３実施形態例に比べて装置全体が薄型化されている。

図７は本発明の第５実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図であり、図１と対応する部分には同一符号を付してあるため重複する説明は省略する。

この第５実施形態例は、金属ケース２の下面を樹脂カバー１３で覆い、この樹脂カバー１３と樹脂ケース３とで金属ケース２全体を囲むようにしている。つまり、この第５実施形態例では、樹脂カバー１３によって金属ケース２が外部から見えなくしたものであり、アンテナ素子４の内部構造として第２乃至第４実施形態例のものを採用してもよく、樹脂ケース３と樹脂カバー１３を一体化することも可能である。

なお、上記各実施形態例では、放射導体層７や放射導体層１２に対する給電をピン給電方式で行う場合について説明したが、それ以外の給電方式、例えば、回路基板５に設けたマイクロストリップラインを放射導体層と電磁的に結合させて給電を行うことも可能である。

また、上記各実施形態例では、本発明をＧＰＳ用アンテナに適用した場合について説明したが、それ以外のＥＴＣ用アンテナなどに適用することも可能であり、その場合、低雑音増幅回路を省略して金属ケース２や樹脂ケース３の高さ寸法を低減することができるので、さらなる薄型化を促進できる。さらに、本発明が円偏波アンテナに限らず直線偏波アンテナにも適用可能であることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図である。該アンテナ装置を一部破断して示す平面図である。該アンテナ装置の分解斜視図である。本発明の第２実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図である。本発明の第３実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図である。本発明の第４実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図である。本発明の第５実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図である。

符号の説明

１筐体
２金属ケース
２ａ上部開口
２ｂ側壁部
３樹脂ケース
３ｃ天井面
４アンテナ素子
５回路基板
６スペーサ
６ａ，６ｂ接着層
７，１２放射導体層
８コンデンサ電極部
９給電導体（給電ピン）
１０接地導体層
１１電子回路部
１３樹脂カバー

Claims

平板状の放射導体層と、この放射導体層の外縁部に連続する金属片で該放射導体層に対して略直角に配置されたコンデンサ電極部と、前記放射導体層と所定の間隔を存して対向する接地導体層と、前記放射導体層を臨出させる上部開口を有して前記接地導体層と電気的に接続された金属ケースと、この金属ケースに組み付けられて少なくとも前記上部開口を蓋閉する樹脂ケースとを備え、前記金属ケースおよび前記樹脂ケースによって形成される筐体の内部に前記放射導体層と前記接地導体層を収納保持すると共に、前記金属ケースの側壁部を前記コンデンサ電極部の外方に配置して対向させることにより、該側壁部と該コンデンサ電極部とを容量結合させたことを特徴とする平面アンテナ装置。
請求項１の記載において、片面に前記接地導体層を設けて他面に電子回路部を設けた回路基板を備えていることを特徴とする平面アンテナ装置。
請求項１または２の記載において、前記放射導体層が金属平板からなると共に、この金属平板の外縁部から外方へ延出する金属片を略直角に折り曲げて前記コンデンサ電極部となしたことを特徴とする平面アンテナ装置。
請求項３の記載において、前記金属平板の一部を切り起こして形成した折曲片を給電導体となし、この給電導体を介して前記放射導体層が給電されるようにしたことを特徴とする平面アンテナ装置。
請求項３または４の記載において、前記金属平板を絶縁性のスペーサを介して前記回路基板または前記樹脂ケースに取り付けたことを特徴とする平面アンテナ装置。
請求項５の記載において、前記スペーサの上下両面に接着層が設けてあることを特徴とする平面アンテナ装置。
請求項３または４の記載において、前記金属平板の略中央に開口部を設けると共に、この開口部の周縁部に前記金属平板の一部を切り起こして形成した複数の脚片を設け、これらの脚片を前記回路基板に固定したことを特徴とする平面アンテナ装置。
請求項１または２の記載において、前記放射導体層を前記樹脂ケースの天井面に印刷形成したことを特徴とする平面アンテナ装置。