JP5853835B2 - 無線機器 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信を実施可能な無線機器に関する。

近年、この種の無線機器では、構成物品を機械的に固定するためのネジ部材をアンテナとして機能させるべく、このネジ部材にアンテナへと至る給電ラインを物理的に接続する技術が種々提案されている（特許文献１，２参照）。

特開２００３−２９８３２８号 特開２００５−３２８１１２号

しかし、上述した技術では、ネジ部材と給電ラインとを物理的に接続させているため、無線機器の使用環境によっては、振動によるネジ部材の緩みや湿度による腐食などで接触抵抗が変化し、アンテナとしての特性（例えば、共振周波数、利得など）が変化してしまうという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ネジ部材をアンテナとして機能させる無線機器において、使用環境によるアンテナ特性の変化を抑制するための技術を提供することである。

上記課題を解決するため第１の構成は、アンテナとして信号を送受信可能な材質からなり、構成物品を筐体に固定するためのネジ部材と、前記構成物品を固定した状態にある前記ネジ部材の外周面に近接する位置関係で配置されており、アンテナとしての前記ネジ部材と該ネジ部材に至る給電ラインとを静電結合により電気的に接続する静電結合部と、を備えている。

このように構成された無線機器であれば、ネジ部材と給電ラインとを物理的に接触させることなく、コンデンサを介在させた状態として電気的に接続することができ、これにより、振動によるネジ部材の緩みや湿度による腐食などの使用環境に応じた接触抵抗の変化が起こることがなくなるため、このことを原因とした特性（例えば、共振周波数、利得など）変化を抑制できる。

この構成において、静電結合部は、構成物品を固定した状態にあるネジ部材につき、その外周面に近接する位置に配置されていればよく、その具体的な位置関係は特に限定されない。

ただ、アンテナとしての機能を発揮させる観点で位置関係を規定することが望ましく、このための位置関係としては、例えば、上記構成を以下に示す第２の構成のようにすることが考えられる。

第２の構成において、前記静電結合部は、前記構成物品を固定した状態にある前記ネジ部材の長さ方向における一端から、アンテナとして送受信すべき信号の波長に対応する距離にある位置において、該ネジ部材の外周面に近接して配置されている。

この構成であれば、ネジ部材の長さ方向における一端から静電結合部の配置された位置までの領域により、このネジ部材を、所望する信号に対応するアンテナとして適切に機能させることができる。

なお、この構成における「アンテナとして送受信すべき信号の波長に対応する距離」とは、例えば、アンテナにおいて送受信することが想定されている信号の波長に対し、その半分、１／４といった距離のことである。

また、この構成においては、アンテナとしてのインピーダンスを、その接続先となる回路側のインピーダンスと整合させられるようにしておくことが望ましく、このためには、例えば、上記各構成を以下に示す第３の構成のようにすることが考えられる。

第３の構成において、前記ネジ部材は、前記構成物品を固定した状態で前記静電結合部の配置される位置から、長さ方向における他端までの距離が、アンテナとしてのインピーダンスが当該ネジ部材の接続先となる回路側のインピーダンスと整合するように定められた距離となっている。

この構成であれば、アンテナにおける他端側をオープンスタブとして機能させることにより、アンテナとしてのネジ部材のインピーダンスを、接続先となる回路側のインピーダンスと整合させることができる。

ところで、上記各構成において、ネジ部材により筐体へ構成物品を固定するための具体的な構成は特に限定されないが、例えば、以下に示す第４の構成のようにすることが考えられる。

第４の構成において、前記ネジ部材は、筐体との間に前記構成物品である回路基板を挟んだ状態から、該回路基板を表裏方向に貫通する貫通孔に先端側を通したうえで、該先端側を筐体側に固定することにより、前記回路基板と筐体とを固定して、前記静電結合部は、前記回路基板における貫通孔の内周面に配置されている。

この構成であれば、アンテナとしてのネジ部材に至る給電ラインを独立した経路として用意しなくても、回路基板に一体のものとして形成することができる。また、ネジ部材が通過する貫通孔の内周面に静電結合部が配置されている構成上、ネジ部材により回路基板を固定することにより、このネジ部材と給電ラインとの電気的な接続をも実現することができる。

また、上記各構成においては、以下の第５の構成のようにしてもよい。
第５の構成において、前記ネジ部材は、その長さ方向における一端側または他端側に、それ以外の領域よりも外形の大きな頭部が形成されている。

この構成であれば、頭部を設けない構成と比べ、その頭部の外径、および、送受信することが想定されている信号の波長に応じた分だけ、アンテナとしての長さを短くすることができる。

また、上記各構成において、ネジ部材の外周面と静電結合部との間には、何らの部材を設けなくてよい（つまり空気が存在していればよい）が、第６の構成のように、誘電体からなる誘電部材が挿入されていてもよい。

この構成であれば、ネジ部材の外周面と静電結合部との間に挿入された誘電部材により、コンデンサとしての性能を確保しつつ、この両者の間隔が外乱により変動してしまうようなことを防止することができる。

また、上記各構成においては、第７の構成のように、車両に搭載される装置の一部として用いられるもののように、振動の多い環境下で使用されるケースにおいて特に有効である。

無線機器の構成を示す要部断面図 別の実施形態における無線機器の構成を示す要部断面図（１／２） 別の実施形態における無線機器の構成を示す要部断面図（２／２）

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）基本構成
無線機器１は、車両に搭載される装置の一部として用いられるものであり、図１に示すように、無線機器１の構成物品としての回路基板１０を筐体２０に固定するためのネジ部材３０と、構成物品を固定した状態にあるネジ部材３０の外周面に近接する位置関係で配置された静電結合部４０と、を備えている。

本実施形態では、筐体２０を構成する下部筐体２１と上部筐体２３との間に回路基板１０を挟み、回路基板１０において筐体２０に挟まれた箇所に位置する貫通孔１１へとネジ部材３０の先端側を通したうえで、この先端側を下部筐体２１側にねじ込むことにより、筐体２０への回路基板１０の固定が実現される。

ネジ部材３０は、その長さ方向の一端（図１における上端）側に、それ以外の領域よりも外径の大きな頭部３１が形成されている。また、このネジ部材３０は、アンテナとして信号を送受信可能な材質（具体的には金属など導電性の材料）からなり、回路基板１０に形成された給電ライン１３と電気的な接続状態を確立することにより、アンテナとして機能する。

また、ネジ部材３０は、構成物品を固定した状態で静電結合部４０の配置される位置（回路基板１０底面に形成されたグランド１５が基準）から、長さ方向における他端（図１における下端）までの下端部３３を、下端部３３をオープンスタブとして機能させることにより、アンテナとしてのインピーダンスが、ネジ部材３０の接続先となる回路側のインピーダンスと整合するように構成されている。本実施形態では、下端部３３の長さおよび信号の波長で規定されるインピーダンスが、接続先となる回路側のインピーダンスと整合するように、下端部３３の長さが調整されている。

静電結合部４０は、給電ライン１３をネジ部材３０に接続するための電極端子であり、構成物品を固定した状態にあるネジ部材３０の外周面に近接し、この位置関係においてネジ部材３０と給電ライン１３とを静電結合により電気的に接続する。

ここで、静電結合部４０は、ネジ部材３０の長さ方向における一端から、アンテナとして送受信すべき信号の波長に対応する距離にある位置に配置（回路基板１０底面に形成されたグランド１５が基準）されている。つまり、ネジ部材３０の上端部３５は、信号の波長に対応する長さとなっている。

本実施形態においては、回路基板１０の貫通孔１１のある位置が「送信すべき信号の波長に対応する長さ」となるように位置関係が調整されているため、この貫通孔１１の内周面においてネジ部材３０を取り囲むように静電結合部４０を配置することで、該当する位置関係での配置が実現されている。

また、上述した「アンテナとして送受信すべき信号の波長に対応する長さ」とは、例えば、無線機器１において送受信することが想定されている信号の波長に対し、その半分、１／４といった距離のことである。

このとき、ネジ部材３０における頭部３１の外径を大きくするほど、その分だけ「アンテナとして送受信すべき信号の波長に対応する距離」を短くできるが、本実施形態では、ネジ部材３０全体の長さおよび信号の波長との関係で、その影響が顕在化しない程度の外径で頭部３１が形成されており、その結果、「アンテナとして送受信すべき信号の波長に対応する長さ」は、波長の半分または波長の１／４といった距離となっている。

また、構成物品を固定した状態にあるネジ部材３０の外周面と静電結合部４０との間は、誘電体からなる誘電部材５０が挿入されている。
このような構成の無線機器１では、ネジ部材３０と静電結合部４０とがコンデンサを介して接続された状態となる。例えば、ネジ部材３０における上端部３５が波長の１／４、回路基板１０の厚みが３ｍｍ、回路基板１０の貫通孔１１が直径２ｍｍ、の場合を例示すると、１ｐＦ程度の静電容量を有するコンデンサを介して接続された状態となる。
（２）作用効果
以上のような実施形態に係る無線機器１であれば、ネジ部材３０と給電ライン１３とを物理的に接触させることなく、コンデンサを介在させた状態として電気的に接続することができ、これにより、振動によるネジ部材３０の緩みや湿度による腐食などの使用環境に応じた接触抵抗の変化が起こることがなくなるため、このことを原因とした特性（例えば、共振周波数、利得など）変化を抑制できる。

このことは、本実施形態のように、車両に搭載される装置の一部として用いられるもののように、振動の多い環境下で使用されるケースにおいて特に有効である。
また、上記実施形態では、静電結合部４０が、ネジ部材３０の長さ方向における一端から、アンテナとして送受信すべき信号の波長に対応する距離にある位置に配置されている。そのため、ネジ部材３０の長さ方向における一端から静電結合部４０の配置された位置までの領域（上端部３５）により、このネジ部材３０を所望する信号に対応するアンテナとして適切に機能させることができる。

また、上記実施形態では、アンテナとしてのネジ部材３０の下端部３３をオープンスタブとして機能させることにより、アンテナとしてのネジ部材３０のインピーダンスを、接続先となる回路１７側のインピーダンスと整合させることができる。

また、上記実施形態であれば、アンテナとしてのネジ部材３０に至る給電ライン１３を独立した経路として用意しなくても、回路基板に一体のものとして形成することができる。また、ネジ部材３０が通過する貫通孔１１の内周面に静電結合部４０が配置されている構成上、ネジ部材３０により回路基板１０を固定することにより、このネジ部材３０と給電ライン１３との電気的な接続をも実現することができる。

また、上記実施形態では、ネジ部材３０の外周面と静電結合部４０との間に、誘電体からなる誘電部材５０が挿入されているため、この誘電部材５０により、コンデンサとしての性能を確保しつつ、この両者の間隔が外乱により変動してしまうようなことを防止することができる。
（３）変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、ネジ部材３０の頭部３１が、信号の送受信への影響が顕在化しない程度の外径となっているものを例示したが、この頭部３１は、信号の送受信への影響が顕在化する程度の外径としてもよい。この場合、そのような外形の頭部３１を設けない場合と比べ、その頭部３１の外径、および、送受信することが想定されている信号の波長に応じた分だけ、アンテナとしての長さを短くすることができる。

また、上記実施形態では、ネジ部材３０の頭部３１が上端側に設けられているものを例示したが、図２に示すように、ネジ部材３０を下部筐体２１側から上部筐体２３側へ向けて回路基板１０の貫通孔１１を通過させるようにしたうえで、その下端側に頭部３１を設けた構成としてもよい。

また、上記実施形態では、ネジ部材３０におけるネジ山部分が、静電結合部４０と近接する領域と重なっている構成を例示した（図１参照）。しかし、ネジ部材３０において静電結合部４０と近接する領域が、図３（ａ）に示すように、ネジ山以外の部分と重なる程度まで長く構成したり、同図（ｂ）に示すように、ネジ部材３０において静電結合部４０と近接する領域にネジ山を形成しない構成にすると、コンデンサとしての特性（静電容量など）を精度よく規定するためには好適である。

また、上記実施形態においては、 ネジ部材３０の外周面と静電結合部４０との間に誘電部材５０を挿入した構成を例示した。しかし、この両者の間には、誘電部材５０を挿入せず、空気だけが存在した状態となるようにしてもよい。この場合には、誘電部材５０を挿入する場合とコンデンサとして同じ特性を発揮させるために、誘電率の関係上、ネジ部材３０の外周面と静電結合部４０との間隔を狭くすることができる。

１…無線機器、１０…回路基板、１１…貫通孔、１３…給電ライン、１５…グランド、１７…回路、２０…筐体、２１…下部筐体、２３…上部筐体、３０…ネジ部材、３１…頭部、３３…下端部、３５…上端部、４０…静電結合部、５０…誘電部材。

Claims (7)

1. アンテナとして信号を送受信可能な材質からなり、構成物品を筐体に固定するためのネジ部材と、
   前記構成物品を固定した状態にある前記ネジ部材の外周面に近接する位置関係で配置されており、アンテナとしての前記ネジ部材と該ネジ部材に至る給電ラインとを静電結合により電気的に接続する静電結合部と、を備えており、
   前記静電結合部は、前記ネジ部材におけるネジ山部分以外の領域に近接する位置関係で配置されている
   ことを特徴とする無線機器。
2. 前記静電結合部は、前記構成物品を固定した状態にある前記ネジ部材の長さ方向における一端から、アンテナとして送受信すべき信号の波長に対応する距離にある位置において、該ネジ部材の外周面に近接して配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線機器。
3. 前記ネジ部材は、前記構成物品を固定した状態で前記静電結合部の配置される位置から、長さ方向における他端までの距離が、アンテナとしてのインピーダンスが当該ネジ部材の接続先となる回路側のインピーダンスと整合するように定められた距離となっている
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線機器。
4. 前記ネジ部材は、筐体との間に前記構成物品である回路基板を挟んだ位置関係で、該回路基板を表裏方向に貫通する貫通孔に通された当該ネジ部材の先端側が筐体側に固定されており、
   前記静電結合部は、前記回路基板における貫通孔の内周面に配置されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無線機器。
5. 前記ネジ部材は、その長さ方向における一端側または他端側に、それ以外の領域よりも外形の大きな頭部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の無線機器。
6. 前記構成物品を固定した状態にある前記ネジ部材の外周面と前記静電結合部との間は、誘電体からなる誘電部材が挿入されている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の無線機器。
7. 車両に搭載される装置の一部として用いられる
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の無線機器。