JP4196945B2 - スピーカ一体型アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナおよびスピーカを一筐体内に収納したスピーカ一体型アンテナに関する。

この種のスピーカ一体型アンテナの一例が特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されている構造は、次に示す構造である。すなわち、アンテナ基板とメイン基板とを備えており、アンテナ基板は、その表面に全面べた銅箔面が形成され、裏面の信号部品面にスピーカユニットが実装されている。メイン基板は、アンテナ基板と所定距離離間して平行に配置されており、全面にべたＧＮＤ面が形成されている。そして、アンテナ基板の全面べた銅箔面とメイン基板の全面べたＧＮＤ面を電気的に接続している。これらの全面べた銅箔面とがアンテナのエレメントを構成している。このように構成することにより、スピーカおよびアンテナの機能を双方が必要とする容積を確保しつつ、両者の性能を維持したまま、機器のサイズを小さくすることができる。
特開２００４−１７２７６４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている構成ではスピーカユニットがアンテナ基板の裏面の信号部品面に実装されているため、スピーカユニットを別部材で構成する必要がある。より小さな筐体内にスピーカおよびアンテナを一体に設ける構成が待望されている。

例えば、車両（例えば、自動車）内に設置する場合には、取付場所に制約を生じてしまう。例えば、自動車のフロントガラスに取り付ける場合には運転者の視界をさえぎってしまう虞もあり、車両内の美観を損なう虞もある。このため、アンテナおよびスピーカをより小さな筐体に一体にして車両内に設置することが望まれている。尚、車両内に限らず、その他一般的な場所においても小さな筐体で構成することは要望されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、アンテナ機能およびスピーカ機能をより小さな筐体に対して一体に設けることができるスピーカ一体型アンテナを提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、平板状の第１および第２のアンテナエレメントが所定距離離間して配設されており、それぞれ接地板、アンテナとして機能する。請求項２記載の発明によれば、平板状の第１および第２のアンテナエレメントが所定距離離間して配設されており、それぞれアンテナ、接地板として機能する。接続線がこれらの第１および第２のアンテナエレメント間を電気的に接続している。第１のアンテナエレメントには圧電材料が貼付されている。したがって、圧電材料に音声信号が印加されることにより平板状の第１のアンテナエレメントが振動するため、音を外部に出力することができ、アンテナとスピーカの機能の双方を併せ持つ構成を実現することができ、小さな筐体に一体に設けることができるようになる。

請求項３記載の発明のように、第１および第２のアンテナエレメントの平板面が略平行に配設されていることが望ましい。
請求項４記載の発明によれば、平板状のアンテナエレメントを、その平板の両面に圧電材料を貼付し、両面に貼付された圧電材料に互いに逆位相の音声信号を与えるようにすることが望ましい。この場合、例えばアンテナエレメントの一方および他方の面に貼付される圧電材料に音声信号が互いに逆位相で印加されるため、一方の面が平板面に沿って伸張するときには他方の面が平板面に沿って収縮し、逆に一方の面が平板面に沿って収縮するときには他方の面が平板面に沿って伸張する。したがって、アンテナエレメントが平板面の法線方向に振動するようになり、音を外部に出力することができる。

請求項５記載の発明に示すように、アンテナエレメントに貼付された圧電材料を、回路部品を実装するための基板として適用することが望ましい。この場合、圧電材料を振動発生媒体としながら、回路部品実装基板として共用することができるようになり、より小型化が可能となる。

請求項６記載の発明のように、アンテナエレメントに貼付された圧電材料の周縁部に回路部品を実装することが望ましい。アンテナエレメントをスピーカとしての機能を持たせることができるが、圧電材料に回路部品を実装すると圧電材料の音響振動により回路部品や当該回路部品と圧電材料との接続部の耐久性に悪影響が引き起こされる可能性がある。この発明によれば、圧電材料の周縁部に回路部品を実装することにより圧電材料の中心付近に実装する場合よりも振動を小さくでき、回路部品に対する悪影響を抑制できるようになる。

請求項７記載の発明によれば、圧電材料には、アンテナエレメントを通じて電波信号を送受信可能にしていると共に圧電材料に音声信号を与える回路が搭載されているため、圧電材料にアンテナおよびスピーカの機能に必要とされる回路を全て搭載することができ、さらに小型化することができる。

アンテナエレメントによる電波の主伝播方向と、アンテナエレメントが振動することにより発生する音の主伝達方向とは、請求項８記載の発明のように、逆方向に設定しても、請求項９記載の発明のように、同一方向に設定しても良い。

（第１の実施形態）
以下、本発明のスピーカ一体型アンテナを、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）車載器用途に適したＥＴＣ車載器用アンテナに適用した第１の実施形態について、図１を参照しながら説明する。

ＥＴＣシステムは、車両（例えば自動車やバイク等）内に設置されるＥＴＣ車載器Ａと有料道路の料金所などに設置されたＥＴＣ路側機（図示せず）との間で通信を行い、利用者が車両を停車させることなく有料道路の料金支払いなどを行うことができるシステムである。
ＥＴＣ車載器Ａは、その本体１に利用者のＩＤカードが差し込まれＩＤカードに記録されたＩＤ情報に基づいて課金されるようになっている。ＥＴＣシステムでは、ＥＴＣ車載器ＡとＥＴＣ路側機との間で通信を行うときに、例えば５．８ＧＨｚ帯の電波信号を使用する。この周波数帯の電波信号は直進性が強いため、送受信特性を良化するためにＥＴＣ車載器Ａを運転席の前部に設置すると良い。しかし、ＥＴＣ車載器Ａ本体が大きく、例えば車両内のダッシュボード上に載置して使用すると運転者の視界が遮られたり見栄えが悪くなるため、ＥＴＣ車載器本体１とＥＴＣ車載器用アンテナ２とを別体に設けているものが発売されている。

図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本実施形態におけるＥＴＣ車載器Ａを模式的に示している。ＥＴＣ車載器Ａは、図１（ｂ）に示すように、ＥＴＣ車載器本体１とＥＴＣ車載器用アンテナ２とが同軸ケーブル３により電気的に接続されることにより構成されている。図１に示すスピーカ一体型アンテナとしてのＥＴＣ車載器用アンテナ２は、自動車（車両）ＣのフロントガラスＦに対する貼付用途で作成されている。
自動車ＣのフロントガラスＦに貼付する場合には運転者の視界が遮られる虞もあり、自動車Ｃ内の美観を損なう虞もある。そこで、図１（ｂ）に示すように、通常、自動車ＣのフロントガラスＦの中央上部にＥＴＣ車載器用アンテナ２を設置することが行われている。

このとき、運転者等に対してＥＴＣシステム等に関する情報を報知するため、ＥＴＣ車載器用アンテナ２にスピーカを内蔵したものが検討されている。ＥＴＣ車載器用アンテナ１に例えば一般的なダイナミックスピーカを内蔵すれば、当該スピーカと運転者との距離が短くなり、利用者が情報を聞き易くなるためである。しかし、ダイナミックスピーカを使用してスピーカ一体型アンテナを構成すると、当該スピーカの背面側に必要とされる空間部を、音響特性上においてアンテナ収納スペースよりかなり大きく形成する必要があり、スピーカの音響特性に合わせて筐体を大きくする必要が生じる。したがって、運転者の視界も悪化しやすくさらに見栄えも悪くなる。背景技術ではスピーカユニットを採用しているが、これを適用したとしても筐体を大きくする要因となる。

そこで、本実施形態では、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す構成を採用することにより当該不具合を改善している。以下、この構成を図１（ａ）に示す断面図を用いて説明する。このＥＴＣ車載器用アンテナ２は、樹脂製の筐体４に構成されている。ＥＴＣ車載器用アンテナ２は、金属により薄板状（平板状）に形成されたアンテナエレメント５および６と、これらのアンテナエレメント５および６を電気的に導通接続する接続導線（接続線）７とを備えている。本実施形態ではアンテナエレメント５が第１のアンテナエレメントに相当し、アンテナエレメント６が第２のアンテナエレメントに相当する。アンテナエレメント６は、図１（ｄ）にその平面構造を示すように、例えばパッチアンテナにより構成され、通常のＥＴＣ車載器用のアンテナとして機能し、アンテナエレメント５とは所定距離離間してそれらのアンテナエレメント５および６の平板面が略平行に配設されている。

アンテナエレメント５は、アンテナの接地板（地板）として機能し、その端部５ａが筐体４に保持されている。このアンテナエレメント５の平板の両面には、圧電セラミック部材８が貼付されている。圧電セラミック部材８は、例えば低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ（Low Temperature Co fired Ceramic) ）材により圧電材料として形成されており、この部材は電気信号が与えられることにより平板面に沿って伸張／収縮する。

このとき、この圧電セラミック部材８を、回路部品としてのチップ部品１０を実装するための基板として適用しても良い。この場合、圧電セラミック部材８には、例えば銅による導体パターン９が印刷されている。また、図１（ｃ）に示すように、この導体パターン９は、圧電セラミック部材８の周縁部８ａに印刷されていることが望ましい。

導体パターン９上には、そのランドにチップ部品１０が搭載されるが、後述するように、アンテナエレメント５は圧電セラミック部材８と共にその平板面の法線方向に振動する。そこで上述したように導体パターン９を圧電セラミック部材８の周縁部８ａに印刷し、チップ部品１０を、圧電セラミック部材８の周縁部８ａに配設するように構成することにより、チップ部品１０が振動による悪影響を極力受けないようにすることができる。

図１（ｃ）は、チップ部品１０の電気的な接続関係を示している。この図を用いて電気的接続を概略的に説明する。ＥＴＣ車載器本体１に接続された同軸ケーブル３を通じてＥＴＣ用車載器アンテナ２に電気信号（ＥＴＣ通信用の５．８ＧＨｚ帯の信号、音声信号、ＤＣ信号）が与えられる。
これらの電気信号のうち、ＥＴＣ車載器本体１から給電される５．８ＧＨｚ帯の信号は、給電点Ｋを通じてアンテナエレメント５に与えられると共に、接続導線７を通じてアンテナエレメント６に与えられるようになっている。逆に、ＥＴＣ路側機（図示せず）からアンテナエレメント５および６に対して５．８ＧＨｚ帯の信号が与えられると、この信号を同軸ケーブル３を通じてＥＴＣ車載器１本体に伝達される。

同軸ケーブル３の芯線の先端部３ａは導体パターン９に接続されており、インダクタＬ（図１（ｃ）中の符号「１０（Ｌ）」）の一端に対して電気的に接続されている。同軸ケーブル３のシールド線３ｂは、アンテナエレメント５に対して電気的に導通接続されている。このインダクタＬは、５．８ＧＨｚ帯の信号を遮断し音声信号やＤＣ信号を通過するようにその値が調整されている。

インダクタＬの他端は、抵抗Ｒ（図１（ｃ）中の符号「１０（Ｒ）」）およびコンデンサＣ（図１（ｃ）中の符号「１０（Ｃ）」）の一端に導体パターン９を通じて電気的に導通接続されている。音声信号は、コンデンサＣを通じて信号供給ランドＲから圧電セラミック部材８に供給されるようになっている。ＤＣ信号は、抵抗Ｒを通じてチップＬＥＤ（図１（ｃ）中の符号「１０（ＬＥＤ）」）に供給されるようになっている。
チップＬＥＤは、筐体４に設けられた窓部４ａ（図１（ｂ）参照）に対向するように配設されており、当該チップＬＥＤにＤＣ信号が給電されると窓部４ａを通じて光を出射し、通電状態であることを外部に報知するようになっている。
信号供給ランドＲから音声信号が圧電セラミック部材８に供給されると、圧電セラミック部材８は平板面に沿った方向に伸縮する。すると、圧電セラミック部材（圧電セラミック板）８が貼付されたアンテナエレメント５は、この力を受けてその平板面の法線方向に振動する。これにより、音声信号に応じた音を発生させることができる。

尚、図１（ａ）に示すように、圧電セラミック部材８がアンテナエレメント５の両面に貼付され、両圧電セラミック部材８に対して互いに逆極性の電気信号を印加するようにすることが望ましい。
このとき、ある一方の面（例えば表面）に貼付された圧電セラミック部材８が平板面に対して伸張した場合には、他方の面（例えば裏面）に貼付された圧電セラミック部材８は平板面に対して収縮する。したがって、アンテナエレメント５の両面に貼付された圧電セラミック部材８に対して逆位相で音声信号が与えられると、その間に挟まれたアンテナエレメント５は、力を受けてその平板面の法線方向に振動する。これにより、音声信号に応じた音を発生させることができる。

筐体４には孔部４ｂが設けられている。この孔部４ｂは、ＥＴＣ車載器用アンテナ２の筐体４の貼付面４ｃとは逆側（反対側）に設けられており、アンテナエレメント５が振動することにより発生した音は、この孔部４ｂを通じて自動車Ｃ内に報知される。すなわち、筐体４の貼付面４ｃがフロントガラスＦに貼付された状態では、自動車Ｃ内に音が報知されるようになる。

この場合、例えばパッチアンテナとして機能するアンテナエレメント６がフロントガラスＦ側に配設されており、アンテナの接地板として機能するアンテナエレメント５が自動車Ｃ内側に配設されているため、音の主伝達方向は、図１（ａ）に示すように、電波の主伝搬方向（主輻射方向）とは逆方向となる。

このような第１の実施形態によれば、平板状のアンテナエレメント５に圧電セラミック部材８が貼付されており、この圧電セラミック部材８に同軸ケーブル３を通じてＥＴＣ車載器本体１から音声信号が印加されることにより当該アンテナエレメント５がその平板面に対して法線方向に振動するため、アンテナとスピーカの機能を一体化して構成することができ、小型化することができる。これにより、従来に比較して小さな筐体４に対して両機能を一体化して設けることができる。

また、アンテナエレメント５および６が所定距離離間して配設されると共にアンテナエレメント６がフロントガラスＦ側に配設され、自動車Ｃ内側に配設されたアンテナエレメント５に対して貼付された圧電セラミック部材８に音声信号が印加されることによりアンテナエレメント５が振動するように構成されているため、音の主伝達方向を自動車Ｃ内にし、電波の主伝播方向をフロントガラスＦから自動車Ｃ外方に向けることができるため、電波の伝搬方向や音の伝達方向をＥＴＣシステムに適した方向に向けることができる。

圧電セラミック部材８には、チップ部品１０を搭載することができるため、圧電セラミック部材８を振動発生媒体としながら回路部品実装用基板として共用することができるようになり、より小型化が可能となる。このとき、圧電セラミック部材８の周縁部８ａにチップ部品１０を実装しているため、チップ部品１０に対する悪影響を抑制しチップ部品１０の耐久性を保つことができる。

尚、付け加えれば、５．８GHz帯の周波数領域において通信処理を行うＥＴＣシステムにおいては、アンテナの大きさに比較してスピーカの大きさが無視できない程度に大きくなってしまい筐体が大きくなってしまう。そこでスピーカの小型化が特に要求されている。本実施形態によれば、スピーカおよびアンテナの両機能を兼ね備えて小型化して構成することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の説明を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、ＥＴＣ車載器用アンテナを自動車Ｃ内のダッシュボードＢの載置用途に適したＥＴＣ車載器用アンテナ１１に適用しているところにある。第１の実施形態と同一部分について同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明を行う。
第１の実施形態においては、電波の主伝播方向とは逆側に配設されたアンテナエレメント５を振動させて音を報知する実施形態を示したが、第２の実施形態では、これに代えて、電波の主伝播方向と同一方向側に配設されたアンテナエレメント６を振動させる実施形態を示す。本実施形態ではアンテナエレメント６が第１のアンテナエレメントに相当し、アンテナエレメント５が第２のアンテナエレメントに相当する。

すなわち、同軸ケーブル３の芯線３ａは、アンテナエレメント６に対してその設定された給電位置に導通接続されていると共に、アンテナエレメント６の両面に貼付された圧電セラミック部材８に対して電気的に導通接続されている。同軸ケーブル３のシールド線３ｂは、アンテナエレメント５に対して電気的に導通接続されている。

また、アンテナエレメント５の平板面の中央部と、アンテナエレメント６の平板面の中央部とは、接続導線７により電気的に導通接続されている。このとき、同軸ケーブル３を通じて５．８ＧＨｚ帯の信号がＥＴＣ車載器本体１から与えられると、アンテナエレメント５および６の作用により電波を放射する（図２（ａ）参照）。

また、筐体４のダッシュボードＢに対する載置面４ｄとは逆側に孔部４ｂが設けられている。この孔部４ｂは、音を外部に出力するために設けられており、アンテナエレメント６に対して音声信号が与えられると、前述実施形態と同様にアンテナエレメント６が振動し、音を外部に報知する。このとき、図２（ａ）に示すように、音の主伝達方向は、電波の主伝播方向に略一致する。これにより、音の主伝達方向を自動車Ｃ内にすると共に、電波の主伝播方向をフロントガラスＦから自動車Ｃの外方に向けることができるため、電波の伝播方向や音の伝達方向をＥＴＣシステムに適した方向とすることができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形もしくは拡張が可能である。
前述実施形態においては、アンテナエレメント５の両面に圧電セラミック部材８が貼付され、これらの両面の圧電セラミック部材８に電気信号（音声信号）が印加される実施形態を示したが、圧電セラミック部材８をアンテナエレメント５の片面のみに貼付し、当該圧電セラミック部材８に電気信号を印加するようにしても良い。

本発明の第１の実施形態を示す構成図（（ａ）は要部の断面図、（ｂ）は車両内におけるＥＴＣ車載器の配置図、（ｃ）および（ｄ）は要部の平面図） 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図（図２（ａ）は図１（ａ）相当図、図２（ｂ）は図１（ｂ）相当図）

符号の説明

図面中、１はＥＴＣ車載器本体、２および１１はＥＴＣ車載器用アンテナ（スピーカ一体型アンテナ）、３は同軸ケーブル、４は筐体、５および６はアンテナエレメント、７は接続導線（接続線）、８は圧電セラミック部材（圧電材料）、９は導線パターン、１０はチップ部品（回路部品）を示す。

Claims (9)

1. 圧電材料が貼付されてなる平板状の第１のアンテナエレメントと、
   この第１のアンテナエレメントと所定距離離間して配設されアンテナとして機能する平板状の第２のアンテナエレメントと、
   前記第１および第２のアンテナエレメント間を電気的に接続する接続線とを備え、
   前記第１のアンテナエレメントは、前記第２のアンテナエレメントの接地板として機能すると共に前記圧電材料に音声信号が印加されることにより振動するように構成されていることを特徴とするスピーカ一体型アンテナ。
2. 圧電材料が貼付されてなる平板状の第１のアンテナエレメントと、
   この第１のアンテナエレメントと所定距離離間して配設された平板状の第２のアンテナエレメントと、
   前記第１および第２のアンテナエレメント間を電気的に接続する接続線とを備え、
   前記第１のアンテナエレメントはアンテナとして機能すると共に前記圧電材料に音声信号が印加されることにより振動するように構成され、
   前記第２のアンテナエレメントは、前記第１のアンテナエレメントの接地板として機能することを特徴とするスピーカ一体型アンテナ。
3. 前記第１および第２のアンテナエレメントの平板面は略平行に配設されていることを特徴とする請求項１または２記載のスピーカ一体型アンテナ。
4. 前記平板状のアンテナエレメントは、その平板の両面に圧電材料が貼付されてなり、両面に貼付された圧電材料に互いに逆位相の音声信号が与えられるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のスピーカ一体型アンテナ。
5. 前記アンテナエレメントに貼付された圧電材料を、回路部品を実装するための基板として適用することを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のスピーカ一体型アンテナ。
6. 前記アンテナエレメントに貼付された圧電材料の周縁部に回路部品が実装されていることを特徴とする請求項５記載のスピーカ一体型アンテナ。
7. 前記圧電材料には、前記アンテナエレメントを通じて電波信号を送受信可能にすると共に前記圧電材料に音声信号を与える回路が搭載されていることを特徴とする請求項５または６記載のスピーカ一体型アンテナ。
8. 前記アンテナエレメントによる電波の主伝播方向と前記アンテナエレメントが振動することにより発生する音の主伝達方向とは逆方向に設定されていることを特徴とする請求項１、３ないし７の何れかに記載のスピーカ一体型アンテナ。
9. 前記アンテナエレメントによる電波の主伝播方向と前記アンテナエレメントが振動することにより発生する音の主伝達方向とは同一方向に設定されていることを特徴とする請求項２ないし７の何れかに記載のスピーカ一体型アンテナ。

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