JP4367642B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポール型アンテナ装置に関し、特に、人工衛星からの電波（以下「衛星波」とも呼ぶ。）または地上での電波（以下「地上波」とも呼ぶ。）を受信してデジタルラジオ放送を聴取することが可能なデジタルラジオ受信機用のパーソナルタイプの小型ポール型アンテナ装置に関する。

近時、衛星波または地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、米国において実用化されている。このデジタルラジオ受信機は、一般には、自動車等の移動体に搭載され、周波数が約２．３ＧＨｚ帯の電波を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。すなわち、デジタルラジオ受信機は、モバイル放送を聴取することが可能なラジオ受信機である。受信電波の周波数が約２．３ＧＨｚ帯なので、そのときの受信波長（共振波長）λは約１２８．３ｍｍである。尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。すなわち、衛星波は円偏波であるの対して、地上波は直線偏波である。

このようにデジタルラジオ放送では、約２．３ＧＨｚ帯の周波数の電波が使用されるので、その電波を受信するアンテナ装置は、室外に設置されなければならない。

デジタルラジオ受信機としては、自動車に搭載されるもの、家屋などに設置されるもの、さらに、バッテリを電源として持ち運びができる可搬型のものがある。

可搬型のデジタルラジオ受信機の具体例として、可搬型音響機器等の可搬型電子機器が提供されている。この可搬型電子機器では、デジタルラジオ放送を聴取するためのデジタルチューナに加えて、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）等の光ディスクを再生するための光ディスクドライブや、アンプ、スピーカを一体的に筐体に内蔵している。

一方、約２．３ＧＨｚ帯の周波数の電波を受信するアンテナとしては、種々の構造のものが提案されている。その形状で大別すると、パッチアンテナである平面型（平板型）と、ループアンテナやヘリカルアンテナ等の円筒型とがある。このような平面型アンテナや円筒型アンテナは、前述した可搬型電子機器の筐体とは別体の状態で用意され、筐体に内蔵されたデジタルラジオチューナに対してケーブルおよびコネクタを介して接続され、使用される。

次に、円筒型アンテナの一つであるヘリカルアンテナについて説明する（例えば、特許文献１参照）。ヘリカルアンテナは、円筒または円柱（以下「円筒」と呼ぶ。）状部材の周りに少なくとも１本の導線をヘリックス状（螺旋状）に巻いた構造をしており、上述した円偏波を効率良く受信することができる。したがって、ヘリカルアンテナは、専ら衛星波を受信するために使用される。円筒状部材の材料としてはプラスチックなどの絶縁材料が使用される。また、導線の本数としては、受信感度を向上させるために、例えば、４本等のように複数本が使用されるのが一般的である。一方、円筒状部材に複数本の導線をヘリックス状に巻くのは実際には非常に困難である。その為、可撓性の絶縁フィルム部材の一面上に複数本の導線から成るアンテナパターンを印刷したもの（以下「アンテナパターン付き絶縁フィルム部材」と呼ぶ）を作製し、そのアンテナパターン付き絶縁フィルム部材を上記一面が外周面となるように円筒状に丸めることによって、ヘリカルアンテナを製造することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

尚、円筒状部材の周りに複数本の導線をヘリックス状（螺旋状）に巻いた構造のヘリカルアンテナの場合、そのヘリカルアンテナの複数本のヘリックス導線で受信された複数の衛星波（円偏波）は、移相器によってそれらの位相をシフトすることにより互いに位相を一致させて（調整して）合成された後、低雑音増幅器（ＬＮＡ）によって増幅され、受信機本体へ送られる。ここで、ヘリカルアンテナと移相器とＬＮＡとの組合せは、アンテナ装置と呼ばれる。

また、円筒状部材の外周面にアンテナパターンを形成して成るヘリカルアンテナと、その円筒状部材の外周面にアンテナパターンと連続して（接続して）形成されたフェーズシフタパターンを形成して成る移相器とを含むアンテナ装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

このようなアンテナ装置は、防水のために、有頭の筒状外装ケース（シリンダ）内に収容される。従って、アンテナ装置全体の外観形状は、ポール形状を呈することになる。その為、このような外観を持つアンテナ装置はポール型アンテナ装置と呼ばれる。ポール型アンテナ装置は、例えば、ポケットなどにクリップで挟んだ状態で携帯されるので、人体に近接して配置されることになる。

特開２００１−３３９２２７号公報 特開２００３−３７４３０号公報 特開２００１−３３９２２８号公報

上述したポール型アンテナ装置は、上記低雑音増幅器（ＬＮＡ）などの電子部品を搭載する基板を内蔵している。従来のポール型アンテナ装置は、円筒状部材と基板とは上下に並ぶ形態を取るので、長手方向のサイズが大きくなるという問題がある。また、この低雑音増幅器を円筒状部材に形成された移相器またはヘリカルアンテナに接続する際、従来のポール型アンテナ装置では、針金のような金属製ターミナル等の専用のターミナル部品を用いて行っている。

したがって、本発明の課題は、長手方向のサイズを短縮することができる、ポール型アンテナ装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、低雑音増幅器と接続するための専用のターミナル部品を不要とし、部品点数を削減できる、ポール型アンテナ装置を提供することにある。

本発明によれば、可撓性の絶縁フィルム部材（２０）を筒状に丸めて形成された筒体（１１）と、該筒体に形成された少なくとも一本の導体から成るアンテナパターン（２１〜２４）と、低雑音増幅器（６１）を搭載する基板（３２）と、前記筒体と前記基板とを覆う筒状の外装ケース（４０）とを備え、前記筒体（１１）は前記低雑音増幅器と接続するための出力端子（２５ａ）を持ち、前記基板（３２）は、その両側面から側方へ突出する両側端部（３２１）を持ち、前記筒体は、前記両側端部が挿入される切り欠き（１１ａ）を持ち、これによって、前記基板の一部が前記筒体の内部に挿入されており、前記出力端子（２５ａ）は、湾曲されて、前記基板と接続されていることを特徴とするアンテナ装置が得られる。

上記アンテナ装置において、前記アンテナパターンは複数本の導体（２１〜２４）から成って良い。この場合には、前記筒体には、前記アンテナパターンと電気的に接続されたフェーズシフタパターン（２５）が形成されることが好ましい。この場合、前記出力端子は、前記フェーズシフタパターンの出力端子となる。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、低雑音増幅器を搭載する基板の一部が筒体の内部に挿入されるので、長手方向のサイズを短縮することができる。また、筒体が低雑音増幅器と接続するための出力端子を持つので、従来のアンテナ装置において必要であった、針金のような金属製ターミナル等の専用のターミナル部品が不要となり、部品点数を削減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態に係るポール型アンテナ装置１０について説明する。図示のポール型アンテナ装置１０は、デジタルラジオ受信機用のアンテナ装置であって、可搬型電子機器（図示せず）の筐体に内蔵されたデジタルラジオチューナ（図示せず）に対してケーブル３１およびコネクタ（図示せず）を介して接続され、使用される。

図示のポール型アンテナ装置１０は、図２に示されるような可撓性の絶縁フィルム部材２０を筒状に丸めて形成された筒体１１を有する。図２において、（Ａ）は絶縁フィルム部材２０の第１の面２０−１を示し、（Ｂ）は絶縁フィルム部材２０の第２の面２０−２を示す。絶縁フィルム部材２０は、ヘリカルアンテナ部分２０Ｈとフェーズシフタ部分２０Ｐとから構成される。ヘリカルアンテナ部分２０Ｈは、実質的に平行四辺形の形状をしており、フェーズシフタ部分２０Ｐは、実質的に矩形の形状をしている。

絶縁フィルム部材２０の一対の側辺間を、第１の面２０−１が内周面となるように接続することにより、図１に示されるような、筒体１１が形成される。一対の側辺間の接続は、例えば、両面接着テープや接着剤、半田付けなどによって行われる。

ヘリカルアンテナ部分２０Ｈの第１の面２０−１上には、第１乃至第４の導体２１，２２，２３，２４から成るアンテナパターンが形成されている。図示の第１乃至第４の導体２１〜２４の各々は、ポール型アンテナ装置１０の長手方向で２回反対方向へ屈曲した状態で、側辺と平行に延在して形成されている。従って、上述したように絶縁フィルム部材２０を筒体１１に丸めると、第１乃至第４の導体２１〜２４の各々は、筒体１１の内周面に、ポール型アンテナ装置１０の長手方向で２回反対方向へ屈曲した状態で、ヘリックス状に延在して形成されることになる。第１乃至第４の導体２１〜２４から成るアンテナパターンはヘリカルアンテナとして働く。

このように本実施の形態では、第１乃至第４の導体２１〜２４の各々がポール型アンテナ装置１０の長手方向で屈曲しているので、導体を屈曲しない場合に比較して、ポール型アンテナ装置１０の高さを低くすることができる。

フェーズシフタ部分２０Ｐの第１の面２０−１上には、上記アンテナパターンと電気的に接続されたフェーズシフタパターン２５が形成されている。従って、上述したように絶縁フィルム部材２０を筒体１１に丸めると、筒体１１の内周面にフェーズシフタパターン２５が形成されることになる。このフェーズシフタパターン２５は移相器として働く。

フェーズシフタ部分２０Ｐの第２の面２０−２上には、グランドパターン２７が形成されている。すなわち、グランドパターン２７は、フェーズシフタパターン２５が形成された場所と対向する面に形成されている。従って、上述したように絶縁フィルム部材２０を筒体１１に丸めると、筒体１１の外周面で、且つフェーズシフタパターン２５が形成された場所と対向する面にグランドパターン２７が形成されることになる。このグランドパターン２７は、フェーズシフタパターン２５を覆うように設けられたシールド部材として働く。

ポール型アンテナ装置１０は、筒体１１を覆う有頭で筒状の外装ケース（シリンダ）４０を更に有する。この外装ケース４０の内径は、筒体１１の直径よりも大きい。

上述したように、本実施の形態では、ヘリカルアンテナ部分２０Ｈを構成する第１乃至第４の導体２１〜２４から成るアンテナパターンが、筒体１１の内周面２０−１に形成されているので、アンテナパターンと外装ケース４０の内壁とが直接接触することはない。従って、ポール型アンテナ装置１０のアンテナ特性が外装ケース４０の影響を受けるのを防止することができる。また、シールド部材として働くグランドパターン２７がフェーズシフタパターン２５の外側に配置されるので、ポール型アンテナ装置１０のアンテナ特性が人体の影響を受けるのを防止することができる。その結果、本実施の形態に係るポール型アンテナ装置１０は、使用中においても所望のアンテナ特性を得ることができる。

図示の実施の形態では、ヘリカルアンテナ部分２０Ｈの外周面の先端部に第１の環状クッション材５１が巻かれている。また、この第１の環状クッション材５１の直下に第２の環状クッション材５２がヘリカルアンテナ部分２０Ｈの外周面に巻かれている。第２の環状クッション材５２の厚さは、筒体１１と外装ケース４０との間の隙間より若干厚めである。第１および第２の環状のクッション材５１、５２は、例えば、発砲ウレタンなどの材料から成る。

このように、ヘリカルアンテナ部分２０Ｈの外周面の先端部に第１の環状クッション材５１を巻くことにより、ヘリカルアンテナ部分２０Ｈの先端部の誘電率を変動させることができ、それにより、ポール型アンテナ装置１０のアンテナ周波数特性を調整することが可能となる。従って、第１の環状クッション材５１の厚さ、太さを変更することにより、ポール型アンテナ装置１０のアンテナ周波数特性を変更することが可能となる。とにかく、第１の環状クッション材５１は、ポール型アンテナ装置１０のアンテナ周波数特性を調整する特性調整手段として働く。

一方、第２の環状クッション材５２は、外装ケース４０の内壁とヘリカルアンテナ部分２０Ｈとの間のクッション的な役割を果たし、外装ケース４０の内壁とヘリカルアンテナ部分２０Ｈとの間の隙間を一定に保つことができる。これにより、外装ケース４０に対するヘリカルアンテナ部分２０Ｈの極端な傾きを防ぐことができるので、ポール型アンテナ装置１０の指向性のばらつきを抑制することが可能となる。ここで、上述したように、第２の環状クッション材５２の厚さがヘリカルアンテナ部分２０Ｈと外装ケース４０の内壁との間の隙間より若干厚いので、第２の環状クッション材５２は外装ケース４０に圧入されることになる。この結果、外装ケース４０の内壁とヘリカルアンテナ部分２０Ｈとの間の距離を一定に保つことができる。とにかく、第２の環状クッション材５２は、筒体１１と外装ケース４０の内壁との間の間隔を一定に保持する間隔保持手段として働く。

ポール型アンテナ装置１０は、基板３２を備える。この基板３２上には低雑音増幅器（後述する）などの電子部品が搭載されている。この低雑音増幅器はフェーズシフタパターン２５の出力端子２５ａとケーブル３１の一端とに接続される。

ヘリカルアンテナ部分２０Ｈの４本の導体２１〜２４で受信された複数の衛星波（円偏波）は、フェーズシフタパターン２５によってそれらの位相をシフトすることにより互いに位相を一致させて（調整して）合成された後、低雑音増幅器（ＬＮＡ）によって増幅され、ケーブル３１を介して受信機本体（図示せず）へ送られる。

図１に加えて図３乃至図５をも参照して、ポール型アンテナ装置１０は、ケーブル３１に摺動自在に取り付けられたブーツ３３と、外装ケース４０の下端に後述するように取り付けられるアンダーキャップ（ボトムカバー）３４と、防水用のパッキン３５とを更に備える。ブーツ３３はポリウレタン製である。

アンダーキャップ３４にブーツ３３とパッキン３５とを入れ、そこに基板３２を挿入することにより、ケーブル３１側の防水機能と基板固定機能とを持たせている。

図６はアンダーキャップ３４の断面図である。図６に示されるように、アンダーキャップ３４は、その上端側に、基板３２の両側端部３２１が挿入される切り欠き３４１を持つ。アンダーキャップ３４には、基板３２圧入の際に戻らないよう、爪３４２が付けられている。また、アンダーキャップ３４の下端には、ブーツ３３が貫通される開口３４３が空けられている。

一方、基板３２は、その両側面から側方へ突出した両側端部３２１を有する。この基板３２の両側端部３２１には、図３に示されるように、アンダーキャップ３４の爪３４２に収まるような切り欠き３２１ａが形成されている。

図７はパッキン３５を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。図６及び図７に示されるように、パッキン３５の外径Ｄ２は、アンダーキャップ３４の内径Ｄ１よりも大きい。パッキン３５には、基板３２の下端部３２２が挿入される切り欠き３５１が形成されている。

このように、アンダーキャップ３４にパッキン３５が圧入され、基板３２でその圧入状態が固定されることにより、ケーブル３１側の防水機能を持たせている。その際、基板３２も外装ケース４０内で固定されるので、基板３２の位置決めもできる。

図８を参照すると、外装ケース４０は、シリンダ部４１とトップカバー４２とから構成される。シリンダ部４１の内壁には、基板３１の両側端部３２１が挿入される溝４１１が切られている。

図９はポール型アンテナ装置１０の外観を示す正面図であり、図１０はポール型アンテナ装置１０の断面図を示す。トップカバー４２はシリンダ部４１の上端に超音波溶着によって接合されている。ボトムカバー（アンダーキャップ）３４は、シリンダ部４１の下端に超音波溶着によって接合されている。従って、ポール型アンテナ装置１０はネジを使用しない構造なので、部品点数を削減することができる。

図１１乃至図１４を参照して、基板３２と筒体１１との配置関係について説明する。筒体１１は、基板３２の両側端部３２１が挿入される切り欠き１１ａを有する。

図１３に示されるように、低雑音増幅器（ＬＮＡ）６１を搭載した基板３１の一部は、筒体１１の内部に挿入される。筒体１１に形成された出力端子２５ａは、図１４に示されるように、半田６２により基板３１（低雑音増幅器６１）と接続される。

このように、基板３１の一部を筒体１１の内部に挿入するので、ポール型アンテナ装置１０の長手方向のサイズを短縮することができる。又、筒体１１と基板３１（低雑音増幅器６１）との間の接続を、可撓性の絶縁フィルム部材２０に形成した出力端子２５ａを用いて行うので、従来のポール型アンテナ装置において必要であった特別な（専用の）ターミナル部品が不要となり、部品点数を削減することができる。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上記実施の形態では、アンテナパターンとして筒体の内周面に形成された４本の導体を用いているが、少なくとも１本の導体から成って良い。導体が１本の場合には、移相器（フェーズシフタ部分）は不要である。上記実施の形態では、アンテナパターンとフェーズシフタパターンとが筒体の内周面に形成されているが、アンテナパターンやフェーズシフタパターンは、筒体の外周面に形成されても良い。外装ケースに基板を固定して圧入しても良い。上記実施の形態では、特性調整手段として筐体の外周面の先端部に巻かれた環状クッション材を用いているが、これに限定されないのは勿論である。さらに、上記実施の形態では、間隔保持手段としてアンテナパターンが形成された筐体の外周面の先端近傍に巻かれた環状クッション材を用いているが、フェーズシフタパターンが形成された筐体の外周面の部分に巻かれた環状クッション材を用いても良いし、外装ケース（シリンダ）自体で筒体を固定するようにしても良い。更に、上述した実施の形態では、特性調整手段および間隔保持手段として２種類の環状クッション材を使用しているが、構造上問題がなければ、１種類の環状クッション材で代替しても良い。

また、上記実施の形態において説明したポール型アンテナ装置は、デジタルラジオ受信機用のパーソナルタイプで小型のアンテナ装置に適しているが、これに限定される訳ではなく、ＧＰＳ受信機用のアンテナ装置や、他の衛星波、地上波を受信するための移動体通信用のアンテナ装置としても適用可能である。

本発明の一実施の形態に係るポール型アンテナ装置を示す概略分解正面図である。 図１に示したポール型アンテナ装置に使用されるヘリカルアンテナ部分及びフェーズシフタ部分の展開図で、（Ａ）は第１の面（内周面）を示す平面図、（Ｂ）は第２の面（外周面）を示す平面図である。 図１に示したポール型アンテナ装置を、外装ケースを除いて示す、分解背面図である。 図３に示したポール型アンテナ装置を、筒体を除いて示す、分解背面図である。 図４に示したポール型アンテナ装置の分解側面図である。 図１に示したポール型アンテナ装置に使用されるアンダーキャップの断面図である。 図１に示したポール型アンテナ装置に使用されるパッキンを示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。 図１に示したポール型アンテナ装置の分解正面断面図である。 図１に示したポール型アンテナ装置の外観を示す正面図である。 図１に示したポール型アンテナ装置の正面断面図を示す。 図１に示したポール型アンテナ装置に使用される、基板と筒体との配置関係を説明するための分解側面図である。 図１１に示した基板と筒体との配置関係を説明するための分解背面図である。 図１１に示した基板と筒体とを組み付けた状態を示す背面図である。 図１３の丸で囲んだ部分の拡大図である。

符号の説明

１０ ポール型アンテナ装置
１１ 筒体
２０ 可撓性の絶縁フィルム部材
２０Ｈ ヘリカルアンテナ部分
２０Ｐ フェーズシフタ部分
２０−１ 第１の面（内周面）
２０−２ 第２の面（外周面）
２１〜２４ 導体（アンテナパターン）
２５ フェーズシフタパターン（移相器）
２５ａ 出力端子
２７ グランドパターン（シールド部材）
３１ ケーブル
３２ 基板
３３ ブーツ
３４ アンダーキャップ（ボトムカバー）
３５ パッキン
４０ 外装ケース（シリンダ）
４１ シリンダ部
４２ トップカバー
５１ 第１の環状クッション材（特性調整手段）
５２ 第２の環状クッション材（間隔保持手段）
６１ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）

Claims (2)

1. 可撓性の絶縁フィルム部材を筒状に丸めて形成された筒体と、
   該筒体に形成された少なくとも一本の導体から成るアンテナパターンと、
   低雑音増幅器を搭載する基板と、
   前記筒体と前記基板とを覆う筒状の外装ケースとを備え、
   前記筒体は前記低雑音増幅器と接続するための出力端子を持ち、
   前記基板は、その両側面から側方へ突出する両側端部を持ち、前記筒体は、前記両側端部が挿入される切り欠きを持ち、これによって、前記基板の一部が前記筒体の内部に挿入されており、
   前記出力端子は、湾曲されて、前記基板と接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記アンテナパターンは複数本の導体から成り、
   前記筒体には、前記アンテナパターンと電気的に接続されたフェーズシフタパターンが形成されており、
   前記出力端子は、前記フェーズシフタパターンの出力端子である、請求項１に記載のアンテナ装置。

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