JP4780352B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、無線ＬＡＮ（Local Area Network）の周波数帯で使用されるアンテナ装置に関する。

この技術分野において周知のように、無線ＬＡＮとは、電波や赤外線など、有線ケーブル以外の伝送路を利用したＬＡＮをいう。

無線ＬＡＮの標準化については、米ＩＥＥＥ（米国電気電子技術者協会）の８０２．１１委員会で策定されている。すなわち、このＩＥＥＥ８０２．１１委員会では、無線ＬＡＮの標準の規格、仕様を策定している。

例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａは、ＩＥＥＥ ８０２．１１委員会が策定した５ＧＨｚ帯高速無線ＬＡＮ・無線アクセスの規格である。通信速度（転送速度）は２０Ｍ〜５０Ｍビット／秒程度である。ＭＡＣ（媒体アクセス制御）としてはＣＳＭＡ／ＣＤ（carrier sense multiple access with collision detection）が採用されている。物理層の変調方式はＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）である。

一方、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂは、ＩＥＥＥ ８０２．１１委員会が１９９９年９月に標準化した無線ＬＡＮの仕様である。ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂでは、２．４ＧＨｚ帯の周波数を使い、変調方式には直接拡散（ＤＳ）を使う。伝送速度（転送速度）は１１Ｍビット／秒と５．５Ｍビット／秒とがある。

更に、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｇは、ＩＥＥＥ ８０２．１１委員会が２００３年６月に策定した、無線ＬＡＮの標準規格の一つで、２．４ＧＨｚ帯で約５４Ｍビット／秒の通信を行う仕様である。変調方式にはＯＦＤＭが採用されている。したがって、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｇは、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂと同じ２．４ＧＨｚ帯の周波数を利用し、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂの約５倍にあたる５４Ｍビット／秒の転送速度をサポートする。同じく５４Ｍビット／秒の転送速度をサポートするＩＥＥＥ ８０２．１１ａと異なり、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｇはＩＥＥＥ ８０２．１１ｂとの互換性もある。なお、５４Ｍビット／秒という最高転送速度はＩＥＥＥ ８０２．１１ａとまったく同じになっているが、２．４ＧＨｚ帯は無線ＬＡＮ以外の機器でも多数使用されている「混雑した」周波数帯となっているため、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｇでは実際の転送速度はＩＥＥＥ ８０２．１１ａよりも遅くなるといわれている。

前述したように、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ ８０２．１１ｇとでは使用周波数帯が同じ（２．４ＧＨｚ帯）なので、ここでは、両方を合わせて、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ／ｇと総称することにする。

このような無線ＬＡＮの周波数帯で使用されるアンテナ装置は、従来から種々知られている。

例えば、特許文献１は、２．４５６ＧＨｚの共振周波数を持つアンテナ装置を開示している。特許文献１は、その図８において、基板の主面（表面、第１の面）上にアンテナパターン（導体パターン）を形成したアンテナ装置を開示している。詳述すると、特許文献１に開示されたアンテナ装置は、基板の主面上に形成されたアンテナパターン（導体パターン）として、第１のＬ字形配線パターンと、第２のＬ字形配線パターンと、Ｌ字形接地パターンと、Ｌ字形信号パターンとを有し、全体としてコ字形をしている。第１のＬ字形配線パターンの先端と第２のＬ字形配線パターンの先端とは互いに離間して対向している。第２のＬ字形配線パターンは、第１のＬ字形配線パターンと実質的に対称に形成されている。Ｌ字形接地パターンの一端は、第１のＬ字形配線パターンの先端と電気的に接続されている。Ｌ字形接地パターンは、第２のＬ字形配線パターンの内側で間隔を空けて第２のＬ字形配線パターンに沿って形成されている。Ｌ字形信号パターンの一端は、第１のＬ字形配線パターンの先端と電気的に接続されている。Ｌ字形信号パターンは、Ｌ字形接地パターンの内側で間隔を空けてＬ字形接地パターンに沿って形成されている。尚、アンテナ装置は、中心導体と外部導体とを持つ同軸ケーブルを更に備えている。同軸ケーブルの先端部で、中心導体はＬ字形信号パターンの他端に接続され、外部導体はＬ字形接地パターンの他端に接続されている。

とにかく、特許文献１は、主面を持つ基板と、この主面上に形成されて所定の周波数帯の無線信号（電波）を送受信するアンテナパターン（送受信パターン）と、同軸ケーブルと、を備えたアンテナ装置を開示している。

一方、特許文献２は、金属筐体または金属部が近傍にあっても、アンテナの入力インピーダンスが良好で、アンテナとして効率的な動作を可能とする、平板状のアンテナを開示している。特許文献２では、２．４ＧＨｚの周波数帯域で良好なインピーダンス整合が行われる、平板状のアンテナを開示している。詳述すると、特許文献２に開示された平板状のアンテナは、誘電体からなるプリント基板と、ダイポールアンテナの一方の放射素子となる第１のアンテナ放射素子と、ダイポールアンテナの他方の放射素子となる第２のアンテナ放射素子と、導体パターンにより形成される無給電素子と、電波の給電線祖となるマイクロストリップ線路と、給電線路の接地側を形成するグランド導体とを備える。第１のアンテナ放射素子、無給電素子及びマイクロストリップ線路は、プリント基板の一方の面（表面、第１の面）に導体パターンにより形成されている。第２のアンテナ放射素子及びグランド導体は、プリント基板の他方の面（裏面、第２の面）に導体パターンにより形成されている。マイクロストリップ線路の端部より高周波信号尾を給電することによりダイポールアンテナを構成している。第１のアンテナ素子とマイクロストリップ線路は、ほぼ中央部で接続されている。尚、無給電素子は省略されても良い。同軸ケーブルの中心導体は、プリント基板に形成された給電部に接続され、プリント基板に形成されたグランド導体に半田付けされた金具に同軸ケーブルの外部導体が固定されている。

とにかく、特許文献２は、互いに対向する第１及び第２の面（表面と裏面）を持つプリント基板と、第１及び第２の面上に形成されて所定の周波数帯の無線信号（電波）を送受信する導体パターン（送受信パターン）と、同軸ケーブルと、を備えた平板状のアンテナ（アンテナ装置）を開示している。

また、特許文献３は、両面又は片面プリント基板にアンテナ及びバランのパターンを形成した、プリント基板アンテナを開示している。特許文献３では、ダイポールアンテナのパターンとバランの同軸管固定用パターンとがプリント基板の第１の面（表面）上に形成され、分岐導体用パターンがプリント基板の第２の面（裏面）又は第１の面上に形成されている。同軸管の中心線は、ダイポールアンテナの給電点にハンダ付けされ、同軸管の外部導体は、ダイポールアンテナの給電点及び分岐導体用パターンにハンダ付けされている。特許文献３に開示されたアンテナ及びバランは、携帯形無線機の筐体内に組み込まれるものであって、周波数帯を４２１ＭＨｚから４４０ＭＨｚとして用いるものである。

とにかく、特許文献３は、互いに対向する第１及び第２の面（表面と裏面）を持つプリント基板と、第１及び第２の面（又は第１の面）上に形成されて所定の周波数帯の無線信号（電波）を送受信するアンテナパターン部（送受信パターン）と、同軸管（同軸ケーブル）と、を備えたプリント基板アンテナを開示している。

更に、特許文献４は、小型化及び実装が容易な平面偏波アンテナを開示している。特許文献４に開示された平面偏波アンテナは、平板絶縁基板と、この平板絶縁基板上に設けられる導電体部とを備える。導電体部は、給電点を有する逆Ｆアンテナ部と、グランド面部とを備える。同軸ケーブルの芯線（中心導体）は、逆Ｆアンテナ部の給電点に接続され、同軸ケーブルのアース線（外部導体）は、グランド面部に接続されている。

上述した特許文献１乃至４に開示されたアンテナ装置は、いずれも、基板上にアンテナパターンが形成されているので、「基板アンテナ」と呼ばれる。

一方、特許文献５は、広帯域および高利得のアンテナを開示している。特許文献５に開示されたアンテナは、少なくとも１つの折れ曲がり部を設けたアンテナエレメントと、このアンテナエレメントの一端が接続されるグランド部と、折れ曲がり部からこの折れ曲がり部の内角を分割する方向に形成した給電部と、この給電部に接続される給電線路とを有する。給電部には、給電線路である同軸ケーブルの内導体が接続されている。同軸ケーブルの外導体は、グランド部に接続されている。アンテナを製造する場合、例えばりん青銅等の平板を用いてプレス加工を行い、アンテナエレメントとグランド部およびアンテナエレメントの折れ曲がり部に給電部を設けた導体平板を形成する。このような導体平板を用いたアンテナは、「板金アンテナ」と呼ばれる。

特開２００６−５０５１７号公報（図８） 特開２００５−７９８６７号公報 特開平６−１８８６１０号公報 特開２００８−１８７６３１号公報 特開２００７−１５９０６４号公報

上述したように、特許文献１乃至４に開示されたアンテナ装置（基板アンテナ）はいずれも、基板（プリント基板）上にパターンを形成している。プリント基板はコストが高いので、アンテナ装置もコストが高くなってしまう。

一方、特許文献５では、同軸ケーブルの外導体は、グランド部と接続するとのみ記載しており、同軸ケーブルの外導体をどのように接続（固定）するのかについては何ら開示していない。この技術分野において周知のように、同軸ケーブルの外導体は、網状の導線から構成されている。同軸ケーブルの外導体（網状の導線）を半田付けのみによりグランド部と接続した場合、半田付けするのが難しいという問題がある。また、半田付けのみの電気的接続では、組み立てが困難で、同軸ケーブルの取付け強度が弱いという問題もある。さらに、半田付け固定はコストが高くなるという問題もある。

したがって、本発明の課題は、容易に組み立てることが可能なアンテナ装置（板金アンテナ）を提供することにある。

本発明の他の課題は、同軸ケーブルの取付け強度を改善できる、アンテナ装置（板金アンテナ）を提供することにある。

本発明のもっと他の課題は、安価なアンテナ装置（板金アンテナ）を提供することにある。

本発明によれば、所定の周波数帯の電波を送受信可能なアンテナ装置（１０Ａ）であって、中心導体（２２）と外部導体（２１）と該外部導体を覆うシース（２４）とを持つ同軸ケーブル（２０）と、アンテナ素子（３０Ａ）とを有するアンテナ装置（１０Ａ）に於いて、前記アンテナ素子（３０Ａ）は、アンテナパターン部（３２Ａ）と、該アンテナパターン部に一体形成されたグランド部（３４Ａ）とを有する金属板から構成されており、前記同軸ケーブル（２０）が前記グランド部（３４Ａ）にカシメ固定されており、前記アンテナ素子（３０Ａ）は、前記グランド部（３４Ａ）から延出したカシメ部（３４２Ａ）と、該カシメ部から延出した付加カシメ部（３４４Ａ）と有し、前記外部導体（２１）が、前記カシメ部（３４２Ａ）でカシメ固定されており、前記シース（２４）が、前記付加カシメ部（３４４Ａ）でカシメ固定されている、アンテナ装置（１０Ａ）が得られる。

上記アンテナ装置において、前記所定の周波数帯は、例えば、２．４ＧＨｚ帯の周波数であってよい。前記金属板は、りん青銅から構成されることが好ましい。前記アンテナパターン部は、例えば、逆Ｆアンテナから構成されてよい。この場合、該逆Ｆアンテナの給電部に、前記同軸ケーブルの前記中心導体が接続される。

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。

本発明に係るアンテナ装置では、同軸ケーブルをアンテナ素子のグランド部にカシメ固定しているので、容易に組み立てることが可能で、同軸ケーブルの取付け強度を改善でき、安価なアンテナ装置（板金アンテナ）を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置（板金アンテナ）の平面図である。 図１の破線円で囲んだアンテナ装置（板金アンテナ）の一部分（主要部）を、拡大して示した要部拡大平面図（ａ）および要部拡大側面図（ｂ）である。 （Ａ）および（Ｂ）は同軸ケーブルの外部導体を切り起し部によってグランド部にカシメ固定する状態を示す図であって、（Ａ）はカシメ前の状態を示す断面図であり、（Ｂ）はカシメ後の状態を示す断面図であり、（Ｃ）および（Ｄ）は同軸ケーブルのシースを付加切り起し部によってグランド部にカシメ固定する状態を示す図であって、（Ｃ）はカシメ前の状態を示す断面図であり、（Ｄ）はカシメ後の状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の平面図である。 図４の破線円で囲んだアンテナ装置（板金アンテナ）の一部分（主要部）を、拡大して示した要部拡大平面図（ａ）および要部拡大側面図（ｂ）である。

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、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置（板金アンテナ）１０について説明する。図１はアンテナ装置（板金アンテナ）１０の平面図である。図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図１の破線円で囲んだアンテナ装置（板金アンテナ）１０の一部分（主要部）を、拡大して示した要部拡大平面図および要部拡大側面図である。

図１および図２では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を採用している。図１および図２に図示した状態では、Ｘ軸は前後方向（奥行き方向）であり、Ｙ軸は左右方向（幅方向、横方向）であり、Ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。

図示のアンテナ装置（板金アンテナ）１０は、所定の周波数帯の電波を送受信するためのものである。図示の例では、所定の周波数帯は、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ／ｇで使用される２．４ＧＨｚ帯の周波数である。

図示のアンテナ装置（板金アンテナ）１０は、同軸ケーブル２０とアンテナ素子３０とを有する。

図２に示されるように、同軸ケーブル２０は、円筒状の外部導体２１と、その中央にある中心導体２２とからなる同軸形状の電気信号伝送媒体である。外部導体２１と中心導体２２との間は円筒状の絶縁体２３で絶縁されている。また、外部導体２１はシース（外皮）で覆われている。外部導体２１は、アース線や外導体とも呼ばれ、図２に示されるように、網状の導線から成る。中心導体２２は、芯線や内導体とも呼ばれる。

図１に示されるように、同軸ケーブル２０は、前後方向（Ｘ軸方向）に延在している。同軸ケーブル２０の先端部は、図２に示されるようにカットされ、中心導体２２、絶縁体２３、および外部導体２１が露出している。

アンテナ素子３０は、主面（表面、上面）３０ｕを持つ平板状の金属板をプレス加工することによって形成される。プレス加工する前の金属板は、長さ（縦）Ｂ、幅（横）Ｗ、厚さ（高さ）Ｔを持つ略直方体（矩形板）の形状をしている。図示の例では、長さ（縦）Ｂが２４ｍｍ、幅（横）Ｗが２２ｍｍ、厚さ（高さ）Ｔが０．１５ｍｍである。又、図示の例では、金属板は、メッキ処理が施されていない、りん青銅から成る。

アンテナ素子３０は、アンテナパターン部３２と、このアンテナパターン部３２に一体形成されたグランド部３４とを有する。図示の例では、アンテナパターン部３２は逆Ｆアンテナから構成されている。逆Ｆアンテナ３２は、Ｌ字形状のＬ型部３２２と、このＬ型部３２２から突出する給電部３２４とを有する。Ｌ型部３２２は、横方向（Ｙ軸方向）に延びる長辺と、前後方向（Ｘ軸方向）に延びる短辺とを有する。グランド部３４は、実質的に矩形形状をしている。

同軸ケーブル２０の中心導体２２は、アンテナパターン部（逆Ｆアンテナ）３２の給電部３２４に半田５０付けにより電気的に接続されている。

同軸ケーブル２０は、後述するように、グランド部３４にカシメ固定されている。

詳述すると、グランド部３４には、切り起し部３４２と、付加切り起し部３４４とが形成されている。同軸ケーブル２０の外部導体２１は、切り起し部３４２によってグランド部３４にカシメ固定されている。同軸ケーブル２０のシース２４は、付加切り起し部３４４によってグランド部３４にカシメ固定されている。

図３（Ａ）および（Ｂ）は同軸ケーブル２０の外部導体２１を切り起し部３４２によってグランド部３４にカシメ固定する状態を示す図である。図３（Ａ）はカシメ前の状態を示す断面図であり、図３（Ｂ）はカシメ後の状態を示す断面図である。

図３（Ｃ）および（Ｄ）は同軸ケーブル２０のシース２４を付加切り起し部３４４によってグランド部３４にカシメ固定する状態を示す図である。図３（Ｃ）はカシメ前の状態を示す断面図であり、図３（Ｄ）はカシメ後の状態を示す断面図である。

このように、同軸ケーブル２０をグランド部３４にカシメ固定しているので、同軸ケーブル２０の取付け強度を向上させることができる。また、カシメ固定であるので、半田付け固定に比較して、組み立てが容易で、コストも安価になる。

同軸ケーブル２０の外部導体２１は、グランド部３４に半田付けされても良い。

図示の例では、グランド部３４に付加切り起し部３４４を形成し、この付加切り起し部３４４によって同軸ケーブル２０のシース２４をグランド部３４にカシメ固定しているが、この付加切り起し部３４４は必須ではなく、無くても良い。

図示のグランド部３４には、当該アンテナ装置１０を筐体（図示せず）に取り付けるための一対の取付け用穴３４６が穿設されている。

図４および図５を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置（板金アンテナ）１０Ａについて説明する。図４はアンテナ装置（板金アンテナ）１０Ａの平面図である。図５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図４の破線円で囲んだアンテナ装置（板金アンテナ）１０Ａの一部分（主要部）を、拡大して示した要部拡大平面図および要部拡大側面図である。

図４および図５では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を採用している。図４および図５に図示した状態では、Ｘ軸は前後方向（奥行き方向）であり、Ｙ軸は左右方向（幅方向、横方向）であり、Ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。

図示のアンテナ装置（板金アンテナ）１０Ａは、アンテナ素子の構成が、図１および図２に示したものと相違する点を除いて、図１および図２に示したアンテナ装置（板金アンテナ）１０と同様の構成を有する。従って、アンテナ素子に３０Ａの参照符号を付してある。図１および図２に示された構成要素と同様の機能の有するものには同一の参照符号を付し、以下では、説明を簡略化するために相違点についてのみ詳細に説明する。

図示のアンテナ装置（板金アンテナ）１０Ａは、所定の周波数帯の電波を送受信するためのものである。図示の例では、所定の周波数帯は、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ／ｇで使用される２．４ＧＨｚ帯の周波数である。

アンテナ素子３０Ａは、上記アンテナ素子３０と同様に、主面（表面、上面）３０ｕを持つ平板状の金属板をプレス加工することによって形成される。プレス加工する前の金属板は、長さ（縦）Ｂ、幅（横）Ｗ、厚さ（高さ）Ｔを持つ略直方体（矩形板）の形状をしている。図示の例では、長さ（縦）Ｂが２４ｍｍ、幅（横）Ｗが２２ｍｍ、厚さ（高さ）Ｔが０．１５ｍｍである。又、図示の例では、金属板は、メッキ処理が施されていない、りん青銅から成る。

アンテナ素子３０Ａは、アンテナパターン部３２Ａと、このアンテナパターン部３２Ａに一体形成されたグランド部３４Ａとを有する。図示の例では、アンテナパターン部３２Ａは逆Ｆアンテナから構成されている。逆Ｆアンテナ３２Ａは、Ｌ字形状のＬ型部３２２Ａと、このＬ型部３２２Ａから突出する給電部３２４とを有する。Ｌ型部３２２Ａは、横方向（Ｙ軸方向）に延びる長辺と、前後方向（Ｘ軸方向）に延びる短辺とを有する。Ｌ型部３２２Ａの先端部は、グランド部３４Ａに近づく方向に直角に折り曲げられている。グランド部３４Ａは、実質的に矩形形状をしているが、矩形開口３４Ａａを持つ。

同軸ケーブル２０の中心導体２２は、アンテナパターン部（逆Ｆアンテナ）３２Ａの給電部３２４に半田５０付けにより電気的に接続されている。

同軸ケーブル２０は、後述するように、グランド部３４Ａにカシメ固定されている。

詳述すると、アンテナ素子３０Ａは、矩形開口３４Ａａで、グランド部３４Ａから延出したカシメ部３４２Ａと、このカシメ部３４２Ａから延出した付加カシメ部３４４Ａとを有する。同軸ケーブル２０の外部導体２１は、カシメ部３４２Ａでカシメ固定されている。同軸ケーブル２０のシース２４は、付加カシメ部３４４Ａでカシメ固定されている。

このように、同軸ケーブル２０をグランド部３４Ａにカシメ固定しているので、同軸ケーブル２０の取付け強度を向上させることができる。また、カシメ固定であるので、半田付け固定と比較して、組み立てが容易で、コストも安価になる。

同軸ケーブル２０の外部導体２１は、グランド部３４Ａに半田付けされても良い。

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、アンテナパターン部は、上述した実施の形態の逆Ｆアンテナに限定されず、種々の形状のアンテナパターン部を採用してもよいのは勿論である。また、上述した実施の形態では、金属板の材料としてりん青銅を使用しているが、金属板の材料はこれに限定されない。

１０、１０Ａ アンテナ装置（板金アンテナ）
２０ 同軸ケーブル（給電線）
２１ 外部導体
２２ 中心導体
２３ 絶縁体
２４ シース（外皮）
３０、３０Ａ アンテナ素子
３０ｕ 主面（上面、表面）
３２、３２Ａ アンテナパターン部
３２２、３２２Ａ Ｌ型部
３２４ 給電部
３４、３４Ａ グランド部
３４２ 切り起し部
３４２Ａ カシメ部
３４４ 付加切り起し部
３４４Ａ 付加カシメ部

Claims (4)

1. 所定の周波数帯の電波を送受信可能なアンテナ装置であって、中心導体と外部導体と該外部導体を覆うシースとを持つ同軸ケーブルと、アンテナ素子とを有するアンテナ装置に於いて、
   前記アンテナ素子は、アンテナパターン部と、該アンテナパターン部に一体形成されたグランド部とを有する金属板から構成されており、
   前記同軸ケーブルが前記グランド部にカシメ固定されており、
   前記アンテナ素子は、前記グランド部から延出したカシメ部と、該カシメ部から延出した付加カシメ部とを有し、
   前記外部導体が、前記カシメ部でカシメ固定されており、
   前記シースが、前記付加カシメ部でカシメ固定されている、アンテナ装置。
2. 前記所定の周波数帯が、２．４ＧＨｚ帯の周波数である、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記金属板がりん青銅から成る、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナパターン部は、逆Ｆアンテナからなり、
   該逆Ｆアンテナの給電部に、前記同軸ケーブルの前記中心導体が接続されている、
   請求項１乃至３のいずれか１つに記載のアンテナ装置。

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