【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路とパッチアンテナとを一体化して受信器および／または送信器として用いられる小型のアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のアンテナ装置では、誘電体基板の天面にパッチ電極を設けてなるアンテナ素子と、増幅回路等を含む高周波回路を搭載した回路基板とがコンパクトに一体化されており、パッチ電極と高周波回路とが給電ピン等により電気的に接続されている。高周波回路には同軸ケーブル等の給電線が接続されており、所定の高周波信号が高周波回路を介してパッチ電極に給電されると、このパッチ電極から電波が放射されるようになっている。また、パッチ電極が受信した信号は高周波回路へ送られて、増幅されたり不所望帯域が取り除かれたうえで受信回路へ出力されるようになっている。
【０００３】
アンテナ素子が単体のパッチアンテナである場合、誘電体基板の底面にグラウンド電極が設けられているが、パッチアンテナの利得はグラウンドの面積を大きくすることによって高まるので、パッチアンテナの高利得化を図ったアンテナ装置では、図３に示すように、アンテナ素子１が載置される回路基板２の天面に設けた接地導体３をパッチアンテナ用グラウンドとして利用している。
【０００４】
すなわち、図３に示す従来のアンテナ装置において、回路基板２の底面には高周波回路４が搭載されており、この高周波回路４の複数箇所が図示せぬスルーホールを介して接地導体３と電気的に接続されている。アンテナ素子１は誘電体基板５の天面にパッチ電極６を設けると共に底面にグラウンド電極１５を設けてなり、給電ピン７の上端がパッチ電極６の給電点に半田付けされている。このアンテナ素子１は両面接着テープ等によって回路基板２上に載置固定され、誘電体基板５の底面の周囲に接地導体３が張り出している。給電ピン７は誘電体基板５と回路基板２を貫通しており、その下端が高周波回路４に半田付けされている。なお、回路基板２には高周波回路４を覆う金属板製のシールドケース８が取り付けられている。また、図示せぬ同軸ケーブルの内部導体と外部導体がそれぞれ、高周波回路４と接地導体３に半田付けされている。
【０００５】
このように概略構成された従来のアンテナ装置は、同軸ケーブルから高周波回路４に供給された所定の高周波信号が給電ピン７を介してパッチ電極６に給電されると、このパッチ電極６の各部とグラウンド電極１５およびグラウンドである接地導体３との間に電位差を生じて特有の分布の電界が形成されるので、この電界の変化に基づく電波がパッチ電極６から放射されるようになっている。また、シールドケース８が高周波回路４を覆っているので、増幅回路等を含む高周波回路４からの不要な輻射が抑制されると共に、外部からの妨害波が高周波回路４に悪影響を及ぼしにくくなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のアンテナ装置は、回路基板２に設けた面積の広い接地導体３をパッチアンテナ用グラウンドとして利用しているため、パッチアンテナの利得を高めることができるが、この接地導体３は高周波回路４の各構成部位のグラウンドとしても機能させなければならないので、接地導体３と高周波回路４の各構成部位とを電気的に接続する多数のスルーホールが必要である。しかしながら、これら多数のスルーホールは、パッチ電極６と接地導体３間の電界の分布を乱して放射パターンに悪影響を及ぼす要因となるため、アンテナ特性が劣化しやすく、その改善が望まれていた。
【０００７】
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、高利得でアンテナ特性も良好な小型のアンテナ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明のアンテナ装置は、誘電体基板の天面にパッチ電極が設けられたアンテナ素子と、前記パッチ電極と電気的に接続された高周波回路が搭載されている回路基板と、この回路基板を収納し天板部が前記誘電体基板の底面の周囲に張り出しているシールドケースとを備え、前記高周波回路に高周波信号を給電することにより、前記シールドケースをグラウンドとして前記パッチ電極から電波が放射されるように構成した。
【０００９】
このように構成されたアンテナ装置では、高周波回路を収納するシールドケースをパッチアンテナ用のグラウンドとして利用しており、アンテナ素子の大きさに比して該グラウンドの面積を広く設定することが容易となるため、パッチアンテナの利得が向上させやすくなり、かつ、回路基板に多数のスルーホールが形成されていてもパッチアンテナの放射パターンに悪影響を及ぼす心配がなくなるので、アンテナ特性も良好となる。
【００１０】
上述したアンテナ装置において、前記回路基板の前記高周波回路が搭載された面とは逆側の面に接地導体を設け、この接地導体と前記シールドケースとを電気的に接続しておけば、シールドケースが接地されてグラウンドとしての機能が高まるので一層好ましい。
【００１１】
また、上述したいずれかのアンテナ装置において、前記シールドケースが上ケースと下ケースとを組み合わせてなり、このシールドケースが前記回路基板全体を覆っていれば、高周波回路に対するシールド効果が高まるので一層好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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は本発明の実施形態例に係るアンテナ装置の断面図、図２は該アンテナ装置の分解斜視図であり、図３に対応する部分には同一符号を付してある。
【００１３】
本実施形態例に係るアンテナ装置は、回路基板２を収納したシールドケース９をパッチアンテナ用のグラウンドとして利用した点が、前述した従来例と大きく相違している。すなわち、図１，２に示すアンテナ装置は、誘電体基板５の天面にパッチ電極６を設けると共に底面にグラウンド電極１５を設けたアンテナ素子１と、天面に接地導体３を設けて底面に高周波回路４を設けた回路基板２と、誘電体基板５および回路基板２を貫通して両端がパッチ電極６と高周波回路４に半田付けされた給電ピン７と、回路基板２を収納して天板部９ａ上にアンテナ素子１を配置したシールドケース９とによって概略構成され、全体が図示せぬレドームによって覆われている。
【００１４】
アンテナ素子１の誘電体基板５とシールドケース９の天板部９ａとの間には両面接着テープ１２が介設してあり、この両面接着テープ１２によってアンテナ素子１は天板部９ａ上に載置固定されている。天板部９ａの中央部には給電ピン７が挿通される小孔９ｂが穿設されており、この天板部９ａが誘電体基板５の底面の周囲に張り出している。回路基板２には接地導体３と高周波回路４の各構成部位とを電気的に接続するための図示せぬスルーホールが複数箇所に設けられている。この回路基板２の接地導体３とシールドケース９の天板部９ａとの間には両面接着テープ１３が介設してあり、回路基板２はこの両面接着テープ１３によって天板部９ａに固定された状態でシールドケース９内に収納されている。シールドケース９は有底箱形の上ケース１０および下ケース１１を組み合わせてなる金属板製の筐体で、同軸ケーブル１４を挿入するためのケ−ブル取付孔９ｃを有している。シールドケース９の内部において、同軸ケーブル１４の内部導体１４ａは高周波回路４に半田付けされ、外部導体１４ｂは接地導体３に半田付けされている。また、外部導体１４ｂは上ケース１０の側壁部にも半田付けされているので、接地導体３とシールドケース９は外部導体１４ｂを介して電気的に接続されている。
【００１５】
このようにシールドケース９の天板部９ａ上にアンテナ素子１を配置させたアンテナ装置は、高周波回路４に高周波信号を給電すると、グラウンド電極１５およびシールドケース９をグラウンドとしてパッチ電極６から電波が放射される。そして、天板部９ａが誘電体基板５の底面の周囲に大きく張り出していることから、このアンテナ装置では、アンテナ素子１の大きさに比して広い面積のパッチアンテナ用グラウンドが確保されており、よって高利得なパッチアンテナとして動作させることができる。また、このアンテナ装置では、アンテナ素子１と回路基板２との間にシールドケース９が介在しているため、回路基板２に多数のスルーホールが形成されていても、パッチアンテナの放射パターンに悪影響を及ぼす心配がなく、よって良好なアンテナ特性が期待できる。しかも、このアンテナ装置のシールドケース９は回路基板２の全体を覆っているので、高周波回路４に対するシールド効果が高い。それゆえ、高周波回路４からの不要な輻射や外部からの妨害波の侵入に起因するノイズ等の不具合が発生しにくく、信頼性が高まっている。
【００１６】
なお、上述した実施形態例では、同軸ケーブル１４の外部導体１４ｂを接地導体３とシールドケース９とに半田付けしているが、予め接地導体３とシールドケース９を電気的かつ機械的に接続しておけば、いずれか一方に外部導体１４ｂを半田付けするだけでよく、両面接着テープ１３も省略できる。また、このようにシールドケース９が接地されていればグラウンドとしての機能が高まるので好ましいが、シールドケース９は接地されていなくてもパッチアンテナ用グラウンドとして機能させることは可能である。
【００１７】
また、上述した実施形態例では、回路基板２の全体を覆う略密閉形状のシールドケース９を用いているが、小孔９ｂの代わりに大きな開口を設けたシールドケースであっても、その上板部が誘電体基板５の底面の周囲に張り出していれば、高周波回路４に対するシールド効果は若干低減するが、パッチアンテナ用グラウンドとして利用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１９】
回路基板に設けられた高周波回路を覆うシールドケースをパッチアンテナ用のグラウンドとして利用するアンテナ装置なので、アンテナ素子の大きさに比して該グラウンドの面積を広く設定することが容易となり、パッチアンテナの高利得化が図りやすい。また、回路基板に多数のスルーホールが形成されていてもパッチアンテナの放射パターンに悪影響を及ぼす心配がなくなるので、アンテナ特性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係るアンテナ装置の断面図である。
【図２】図１に示すアンテナ装置の分解斜視図である。
【図３】従来例に係るアンテナ装置の断面図である。
【符号の説明】
１ アンテナ素子
２ 回路基板
３ 接地導体
４ 高周波回路
５ 誘電体基板
６ パッチ電極
７ 給電ピン
９ シールドケース
９ａ 天板部
１０ 上ケース
１１ 下ケース
１４ 同軸ケ−ブル
１４ａ 内部導体
１４ｂ 外部導体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a compact antenna device used as a receiver and / or a transmitter by integrating a high-frequency circuit and a patch antenna.
[0002]
[Prior art]
In this type of antenna device, an antenna element having a patch electrode provided on a top surface of a dielectric substrate and a circuit board on which a high-frequency circuit including an amplifier circuit and the like are mounted are compactly integrated. The circuit is electrically connected to a power supply pin or the like. A power supply line such as a coaxial cable is connected to the high-frequency circuit. When a predetermined high-frequency signal is supplied to the patch electrode via the high-frequency circuit, a radio wave is emitted from the patch electrode. The signal received by the patch electrode is sent to a high-frequency circuit, and is output to a receiving circuit after being amplified or an undesired band is removed.
[0003]
When the antenna element is a single patch antenna, a ground electrode is provided on the bottom surface of the dielectric substrate, but the gain of the patch antenna is increased by increasing the area of the ground. In this antenna device, as shown in FIG. 3, the ground conductor 3 provided on the top surface of the circuit board 2 on which the antenna element 1 is mounted is used as a patch antenna ground.
[0004]
That is, in the conventional antenna device shown in FIG. 3, a high-frequency circuit 4 is mounted on the bottom surface of the circuit board 2, and a plurality of portions of the high-frequency circuit 4 are electrically connected to the ground conductor 3 through through holes (not shown). It is connected to the. The antenna element 1 has a patch electrode 6 provided on the top surface of the dielectric substrate 5 and a ground electrode 15 provided on the bottom surface. The upper end of the feed pin 7 is soldered to the feed point of the patch electrode 6. The antenna element 1 is mounted and fixed on a circuit board 2 with a double-sided adhesive tape or the like, and a ground conductor 3 extends around a bottom surface of the dielectric substrate 5. The power supply pin 7 penetrates through the dielectric substrate 5 and the circuit board 2, and the lower end thereof is soldered to the high-frequency circuit 4. A shield case 8 made of a metal plate that covers the high-frequency circuit 4 is attached to the circuit board 2. Further, an inner conductor and an outer conductor of a coaxial cable (not shown) are soldered to the high-frequency circuit 4 and the ground conductor 3, respectively.
[0005]
When a predetermined high-frequency signal supplied from the coaxial cable to the high-frequency circuit 4 is supplied to the patch electrode 6 through the power supply pin 7, the conventional antenna device having the above-described configuration is configured to be connected to each part of the patch electrode 6. Since a potential difference is generated between the ground electrode 15 and the ground conductor 3 as the ground, an electric field having a specific distribution is formed, and a radio wave based on the change in the electric field is radiated from the patch electrode 6. In addition, since the shield case 8 covers the high-frequency circuit 4, unnecessary radiation from the high-frequency circuit 4 including the amplifier circuit and the like is suppressed, and external interference waves are less likely to adversely affect the high-frequency circuit 4. I have.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional antenna device, since the ground conductor 3 having a large area provided on the circuit board 2 is used as the ground for the patch antenna, the gain of the patch antenna can be increased. 4 must also function as the ground of each component, so that a large number of through holes are required to electrically connect the ground conductor 3 and each component of the high-frequency circuit 4. However, since these many through holes disturb the distribution of the electric field between the patch electrode 6 and the ground conductor 3 and adversely affect the radiation pattern, the antenna characteristics are likely to deteriorate, and improvement thereof has been desired. .
[0007]
The present invention has been made in view of such a situation of the related art, and an object of the present invention is to provide a small antenna device having high gain and good antenna characteristics.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an antenna device according to the present invention provides a circuit in which an antenna element having a patch electrode provided on a top surface of a dielectric substrate, and a high-frequency circuit electrically connected to the patch electrode are mounted. A board and a shield case in which the circuit board is housed and a top plate part projects around the bottom surface of the dielectric board, and a high-frequency signal is supplied to the high-frequency circuit, so that the shield case is grounded. Radio waves were radiated from the patch electrodes.
[0009]
In the antenna device configured as described above, the shield case that houses the high-frequency circuit is used as the ground for the patch antenna, and it is easy to set the area of the ground wider than the size of the antenna element. Therefore, the gain of the patch antenna can be easily improved, and even if a large number of through holes are formed in the circuit board, there is no fear that the radiation pattern of the patch antenna will be adversely affected.
[0010]
In the above-described antenna device, if a ground conductor is provided on the surface of the circuit board opposite to the surface on which the high-frequency circuit is mounted, and the ground conductor and the shield case are electrically connected, a shield case is provided. Is more preferable because the function as a ground is enhanced by being grounded.
[0011]
Further, in any of the above-described antenna devices, it is more preferable that the shield case is a combination of an upper case and a lower case, and if this shield case covers the entire circuit board, a shielding effect on a high-frequency circuit is enhanced. .
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view of an antenna device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the antenna device, and a portion corresponding to FIG. Are given the same reference numerals.
[0013]
The antenna device according to the present embodiment is significantly different from the above-described conventional example in that the shield case 9 housing the circuit board 2 is used as a ground for a patch antenna. That is, the antenna device shown in FIGS. 1 and 2 has an antenna element 1 in which a patch electrode 6 is provided on the top surface of a dielectric substrate 5 and a ground electrode 15 is provided on the bottom surface, and a ground conductor 3 is provided on the top surface and the bottom surface is provided. The circuit board 2 on which the high-frequency circuit 4 is provided, the feeder pins 7 penetrating the dielectric substrate 5 and the circuit board 2 and both ends of which are soldered to the patch electrode 6 and the high-frequency circuit 4, and the circuit board 2 A shield case 9 in which the antenna element 1 is arranged on a plate portion 9a is schematically constituted, and the whole is covered by a radome (not shown).
[0014]
A double-sided adhesive tape 12 is provided between the dielectric substrate 5 of the antenna element 1 and the top plate 9a of the shield case 9, and the antenna element 1 is mounted on the top plate 9a by the double-sided adhesive tape 12. Fixed. A small hole 9b into which the power supply pin 7 is inserted is formed in the center of the top plate 9a, and the top plate 9a projects around the bottom surface of the dielectric substrate 5. The circuit board 2 is provided with a plurality of through holes (not shown) for electrically connecting the ground conductor 3 and each component of the high-frequency circuit 4. A double-sided adhesive tape 13 is provided between the ground conductor 3 of the circuit board 2 and the top plate 9a of the shield case 9, and the circuit board 2 is fixed to the top plate 9a by the double-sided adhesive tape 13. It is housed in the shield case 9 in a state where it is set. The shield case 9 is a metal plate-shaped housing formed by combining a bottomed box-shaped upper case 10 and a lower case 11, and has a cable mounting hole 9c for inserting a coaxial cable 14. Inside the shield case 9, the inner conductor 14a of the coaxial cable 14 is soldered to the high-frequency circuit 4, and the outer conductor 14b is soldered to the ground conductor 3. Since the outer conductor 14b is also soldered to the side wall of the upper case 10, the ground conductor 3 and the shield case 9 are electrically connected via the outer conductor 14b.
[0015]
When the antenna device 1 in which the antenna element 1 is arranged on the top plate portion 9a of the shield case 9 supplies a high-frequency signal to the high-frequency circuit 4, a radio wave is transmitted from the patch electrode 6 using the ground electrode 15 and the shield case 9 as grounds. Radiated. Since the top plate portion 9a protrudes greatly around the bottom surface of the dielectric substrate 5, the patch antenna ground of this antenna device has a larger area than the size of the antenna element 1. Therefore, it can be operated as a high-gain patch antenna. Further, in this antenna device, since the shield case 9 is interposed between the antenna element 1 and the circuit board 2, even if a large number of through holes are formed in the circuit board 2, the radiation pattern of the patch antenna is adversely affected. And good antenna characteristics can be expected. Moreover, since the shield case 9 of the antenna device covers the entire circuit board 2, the shield effect for the high-frequency circuit 4 is high. Therefore, troubles such as noise caused by unnecessary radiation from the high-frequency circuit 4 and intrusion of external interference waves are less likely to occur, and reliability is increased.
[0016]
In the above embodiment, the outer conductor 14b of the coaxial cable 14 is soldered to the ground conductor 3 and the shield case 9, but the ground conductor 3 and the shield case 9 are electrically and mechanically connected in advance. If so, it is only necessary to solder the external conductor 14b to one of them, and the double-sided adhesive tape 13 can be omitted. In addition, it is preferable that the shield case 9 is grounded, since the function as a ground is enhanced. However, even if the shield case 9 is not grounded, it is possible to function as a patch antenna ground.
[0017]
In the above-described embodiment, the shield case 9 having a substantially sealed shape that covers the entire circuit board 2 is used. However, even if the shield case has a large opening in place of the small hole 9b, the upper plate thereof may be used. If the portion extends around the bottom surface of the dielectric substrate 5, the shielding effect on the high-frequency circuit 4 is slightly reduced, but the portion can be used as a patch antenna ground.
[0018]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form described above, and has the following effects.
[0019]
Since the antenna device uses the shield case covering the high-frequency circuit provided on the circuit board as the ground for the patch antenna, it is easy to set the area of the ground wider than the size of the antenna element. It is easy to achieve high gain. Further, even if a large number of through holes are formed in the circuit board, there is no fear of adversely affecting the radiation pattern of the patch antenna, so that the antenna characteristics are improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an antenna device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the antenna device shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an antenna device according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna element 2 Circuit board 3 Ground conductor 4 High frequency circuit 5 Dielectric board 6 Patch electrode 7 Feeding pin 9 Shield case 9a Top plate section 10 Upper case 11 Lower case 14 Coaxial cable 14a Inner conductor 14b Outer conductor
