JP2005286794A - アンテナユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 コストの低減化及び設計・製造の容易化を図りつつ、低仰角側の利得の向上を実現することができるアンテナユニットを提供すること。
【解決手段】 アンテナユニット１０は、表面２４に金属層のアンテナパターン２５が形成された基板２３と、回路パターン１６及びグランドパターン１８を有する回路基板１２と、回路パターン１６をシールドするとともにグランドパターン１８と電気的に導通する金属製のシールドケース１３とを備え、基板２３がシールドケース１３の上面２２に載置され、回路パターン１６がアンテナパターン２５と給電ピン２６によって接続されるとともに、シールドケース１３がアンテナパターン２５に対するグランド電極となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナパターンが基板上に形成されたアンテナのユニットに関する。

従来より、例えばパッチアンテナ等、基板上にアンテナパターンがプリントされて形成されたアンテナが知られている（例えば、特許文献１）。このパッチアンテナはその上方に３次元的に広がりを有する球状の指向特性を有する。図３の上図はこのパッチアンテナの概略構成を示し、下図はその指向特性を断面にして示したものである。ここで、符号１はパッチアンテナ、２は基板、３はアンテナパターン、４は接地板、５は指向特性をそれぞれ示したものである。同図から分かるように、パッチアンテナの指向特性は天頂方向に最も大きな利得を有するため、パッチアンテナは天頂方向からの電波の受信に適し、主に衛星からの受信に利用されている。

ところで、近年、衛星デジタル音声放送システムや衛星移動通信システム等の普及に伴い、衛星波（円偏波）のみならず水平方向に近い方向（低仰角側）から到来する地上波（直線偏波）にも対応可能なアンテナの要請が高まってきている。このようなアンテナとしては、例えばパッチアンテナの中心にモノポールアンテナが配置され、パッチアンテナが上述のように衛星波に対応する一方で、モノポールアンテナが地上波に対応するような複合アンテナが知られている（例えば、特許文献２）。
実開昭６３−７８０９号公報 特開平１１−１２２０３６号公報

しかしながら、従来の複合アンテナのように地上波に対応するためにモノポールアンテナ等を用いたのでは、その分部品点数が多くなりコストの増加を招来することとなる。また、この従来の複合アンテナでは、細棒状のモノポールアンテナがパッチアンテナの中央に鉛直方向に立設されるという構造上、小型化を図るのが困難であるとともに、安定性に欠け振動等少しの外力が加えられただけでもモノポールアンテナが傾倒するおそれがある。

一方、コストの低減化、小型化及び安定性の確保を図るべく、パッチアンテナのみで衛星波と地上波との両方を受信等するようなもの、具体的には、例えば基板の比誘電率を大きくし、また基板を厚くするとともにアンテナパターンを小さくすることによって低仰角側の利得を高めるものが考案されている。

しかしながら、このようなアンテナでは、例えば比誘電率を大きくすることにより波長短縮率が大きくなるため、アンテナパターンを厳密に設計する必要が生じ、またその製造工程においても高い精度が要求され、ひいてはやはりコストの増加を招くこととなる。一方、基板を厚くすると、誘電損失が増大したり、さらには不要モードの影響を受けるおそれもある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、コストの低減化及び設計・製造の容易化を図りつつ、低仰角側の利得の向上を実現することができるアンテナのユニットを提供することを課題としている。

このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、表面に金属層のアンテナパターンが形成された誘電体基板と、回路パターン及びグランドパターンを有する回路基板と、前記回路パターンをシールドするとともに前記グランドパターンと電気的に導通する金属製のシールドケースとを備え、前記誘電体基板が前記シールドケースの上面に載置され、前記回路パターンが前記アンテナパターンと給電ピンによって接続されるとともに、前記シールドケースが前記アンテナパターンに対するグランド電極となることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、表面に金属層のアンテナパターンが形成された誘電体基板と、回路パターン及びグランドパターンが互いに反対の面に形成された回路基板と、前記回路パターンをシールドするとともに前記グランドパターンと電気的に導通する金属製のシールドケースとを備え、前記回路パターンが前記シールドケースの上面に形成された開口から前記シールドケース内を臨むように前記回路基板が前記シールドケースの上面に載置され、前記グランドパターンが形成された面に前記誘電体基板が載置されて、前記回路パターンが前記アンテナパターンと給電ピンによって接続されるとともに、前記シールドケースが前記アンテナパターンに対するグランド電極となることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記回路パターンは増幅回路の回路パターンであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記アンテナパターンはマイクロストリップ型パッチアンテナのアンテナパターンであることを特徴とする。

本発明に係るアンテナユニットでは、アンテナユニットが設置されたとき、誘電体基板、ひいてはアンテナパターンがグランド電極であるシールドケースによってその高さ分設置面から持ち上がることになる。これによって、従来のパッチアンテナに比べて低仰角側においてより高い利得を得ることが可能となり、円偏波である衛星波のみならず直線偏波である地上波にも対応が可能となる。

また、アンテナユニットだけで衛星波及び地上波に対応することができ、従来の複合アンテナのように地上波に対応する専用のモノポールアンテナ等を別途設ける必要がない。したがって、従来の複合アンテナに比べ部品点数を削減することができコストの低減化を図ることができるとともに、小型化を図る際にも有利となる。また、構造上安定性にも優れる。

さらに、低仰角側において高い利得を得るために、所望の指向特性に応じて誘電体基板の持ち上げる高さ、より厳密にはアンテナパターンの高さをシールドケースの高さによって調整するだけでよく、従来のパッチアンテナのように誘電体基板の比誘電率を大きくしたり誘電体基板を厚くしたりする必要がない。したがって、アンテナの設計・製造が容易であり、また、誘電体基板の厚みが増すことによる誘電損失や不要モードの影響も抑制することができる。

また、アンテナパターンを設置面から持ち上げるのにシールドケースを利用することができる上に、アンテナパターンと回路パターンとの間の感度を高く維持することができる。すなわち、アンテナパターンから離れた位置に回路基板を設けた場合、アンテナパターンと回路基板との間で大きな損失が発生するが、アンテナユニットでは、このような損失を極力抑制し高感度を保つことができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本実施例に係るアンテナユニットの概略構成を示す。このアンテナユニット１０は、北米の衛星デジタル音声放送システムに用いられる円偏波の衛星放送波及び直線偏波の地上放送波の両方を受信可能なマイクロストリップ型パッチアンテナのユニットである。

アンテナユニット１０は、アンテナ部１１と、回路基板１２と、シールドケース１３とを備えている。

シールドケース１３は、略直方体形状の金属製のケースであり、回路基板１２を内蔵している。回路基板１２は、裏面１５に回路パターン１６が、またその反対の面である表面１７に金属層のグランドパターン１８が形成され、このグランドパターン１８の形成された表面１７がシールドケース１３の上部内面１９に当接するようにシールドケース１３内に設けられている。このように、シールドケース１３が回路基板１２を内蔵することによって、回路パターン１６がシールドされている。なお、回路パターン１６は、例えば低雑音増幅回路等を含む回路パターンである。また、シールドケース１３はグランドパターン１８と電気的に導通してグランドパターン１８と同様グランド電位となっている。

シールドケース１３は接地板１４の上面２０の略中央に載置されている。この接地板１４は、シールドケース１３よりも一回り大きい平面視略正方形状を呈する金属板であり、シールドケース１３の下面２１と接地板１４とが接触することにより、接地板１４もシールドケース１３と導通して同様にグランド電位となる。

シールドケース１３の上面２２の略中央にはアンテナ部１１が載置されている。アンテナ部１１は、誘電体の基板（誘電体基板）２３と、この基板２３の表面２４の略中央に形成されたアンテナパターン２５とを有する。基板２３は、例えばガラスエポキシ樹脂、テフロン（登録商標）、セラミック等の誘電部材からなり、シールドケース１３よりも一回り小さい平面視略正方形状を呈している。また、その板厚はほぼ均一の板状を呈する。また、アンテナパターン２５は、マイクロストリップ型パッチアンテナのアンテナパターンであり、例えば蒸着、エッチング、メッキ等の従来の手法により基板２３の表面２４の略中央に金属層が形成されてなる。このアンテナパターン２５への給電は、給電点３１で電気的に接続された後述の給電ピン２６を介して行われるようになっている。

このようにアンテナ部１１がシールドケース１３の上面２２に載置された状態で、アンテナ部１１のアンテナパターン２５から回路基板１２の回路パターン１６まで給電ピン２６が貫通しており、アンテナパターン２５と回路パターン１６とを接続している。具体的には、基板２３とシールドケース１３とグランドパターン１８と回路基板１２とにそれぞれ給電ピン２６が貫通する孔２７，２８，２９，３０が形成されている。基板２３の孔２７はアンテナパターン２５の給電点３１につながる一方、回路基板１２の孔３０は回路パターン１６の入力端３２につながっている。また、シールドケース１３の孔２８又はグランドパターン１８の孔２９は、給電ピン２６が挿通されたときに給電ピン２６に接触しないようになっている。これらの孔２７，２８，２９，３０に給電ピン２６が挿通されて給電点３１から入力端３２まで給電ピン２６が貫通することによりアンテナパターン２５と回路パターン１６とが接続される。なお、回路パターン１６の出力端（図示略）にはケーブル（図示略）の一端が接続される一方、このケーブルの他端は受信機（図示略）に接続される。

このアンテナユニット１０は、接地板１４が設置場所に載置されることによって所望の位置に設置される。このとき、接地板１４とアンテナ部１１との間にシールドケース１３が存しており、アンテナ部１１がシールドケース１３の高さ分接地板１４から持ち上げられることとなる。なお、このシールドケース１３の高さは所望の指向特性に合わせて決定される。

この実施例に係るアンテナユニット１０では、アンテナ部１１がシールドケース１３の上面２２に載置され、回路パターン１６がアンテナパターン２５と給電ピン２６によって接続されるとともに、シールドケース１３がアンテナパターン２５に対するグランド電極となっているので、アンテナユニット１０が設置されたとき、アンテナ部１１、ひいてはアンテナパターン２５がグランド電極となっているシールドケース１３によってその高さ分接地板１４から持ち上がることになる。アンテナ部１１、より厳密にはアンテナパターン２５が接地板１４から上に高く持ち上がることによって、電磁界分布を変化させて利得のパターンを変え、低仰角側の利得の向上を図ることができる。これによって、図３に示す従来のパッチアンテナ１に比べて低仰角側においてより高い利得を得ることが可能となり、円偏波である衛星波のみならず直線偏波である地上波にも対応が可能となる。なお、シールドケース１３によって持ち上げる高さ、すなわちシールドケース１３の高さは所望の指向特性に応じて適宜任意の高さとすることができる。

また、アンテナユニット１０だけで衛星波及び地上波に対応することができ、従来の複合アンテナのように地上波に対応する専用のモノポールアンテナ等を別途設ける必要がない。したがって、従来の複合アンテナに比べ部品点数を削減することができコストの低減化を図ることができるとともに、小型化を図る際にも有利となる。また、構造上安定性にも優れる。

さらに、アンテナユニット１０では、低仰角側において高い利得を得るために、所望の指向特性に応じてアンテナ部１１の持ち上げる高さ、より厳密にはアンテナバターン２５の高さをシールドケース１３の高さによって調整するだけでよく、従来のパッチアンテナのように基板の比誘電率を大きくしたり基板を厚くしたりする必要がない。したがって、アンテナの設計・製造が容易であり、また、基板の厚みが増すことによる誘電損失や不要モードの影響も抑制することができる。

また、回路基板１２を内蔵するシールドケース１３の上面２２にアンテナ部１１が載置され、アンテナパターン２５と回路パターン１６とが給電ピン２６によって接続されているので、アンテナパターン２５を接地板１４から持ち上げるのにシールドケース１３を利用することができる上に、アンテナ部１１と回路基板１２との間の感度を高く維持することができる。すなわち、アンテナ部１１から離れた位置（例えば、回路基板１２を受信機側に設けてアンテナ部１１と回路基板１２とをケーブル等で接続する場合等）に回路基板１２を設けた場合、アンテナ部１１と回路基板１２との間で大きな損失が発生するが、アンテナユニット１０では、このような損失を極力抑制し高感度を保つことができる。

さらに、アンテナユニット１０では、基板２３が載置されたシールドケース１３がアンテナパターン２５のグランド電極となっているので、間に誘電体としての機能を有するような空気層が介在することがない。ここで、特許文献１に記載の従来のパッチアンテナのように、この空気層を誘電体として機能させるとすると、空気の低い比誘電率（＝１．０）が基板２３の比誘電率に合成される結果、誘電体全体としての比誘電率がその分低くなってしまう。したがって、アンテナパターン２５を大きくせざるを得ずアンテナユニット１０の小型化の要請に反することとなってしまうが、本実施例に係るアンテナユニット１０では、上述のように空気層に誘電体としての機能を持たせていないためこのような問題も回避することができる。

図２は本実施例に係るアンテナユニットの概略構成を示す。このアンテナユニット４０は、実施例１のアンテナユニット１０と同様の北米の衛星デジタル音声放送システムに用いられるパッチアンテナのユニットであり、実施例１と同一の部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

このアンテナユニット４０のシールドケース１３’は、その上面２２が開口されている。一方、回路基板１２’はシールドケース１３’より一回り大きい平面視略正方形状を呈し、回路基板１２’の裏面１５に形成された回路パターン１６がシールドケース１３’の上面２２の開口４１からシールドケース１３’内を臨むように、回路基板１２’がシールドケース１３’の上面２２に載置される。また、この回路基板１２’の表面１７の略中央にアンテナ部１１が載置される。

そして、給電ピン２６によってアンテナパターン２５と回路パターン１６とが接続される。また、シールドケース１３’とグランドパターン１８と接地板１４とは電気的に導通してグランド電位となっている。

この実施例に係るアンテナユニット４０では、回路パターン１６がシールドケース１３’の上面２２の開口４１からシールドケース１３’内を臨むように、回路基板１２’がシールドケース１３’の上面２２に載置され、回路基板１２’の表面１７にアンテナ部１１が載置されて、回路パターン１６がアンテナパターン２５と給電ピン２６によって接続されるとともに、シールドケース１３’がアンテナパターン２５に対するグランド電極となっているので、アンテナユニット４０においても、低仰角側の利得の向上等、実施例１のアンテナユニット１０と同様の効果が得られる。

なお、本発明は上述した実施例に限られるものではなく、例えばアンテナユニット１０及びアンテナユニット４０は、北米の衛星デジタル音声放送システムに用いられる円偏波の衛星放送波及び直線偏波の地上放送波の両方を受信可能なものとして説明したが、二偏波を少なくとも受信又は送信できるアンテナであればよく、例えば衛星移動通信システムに用いられる衛星波及び地上波の両方を送受信可能なアンテナユニット等であってもよい。

また、アンテナユニット１０及びアンテナユニット４０では、平面視略正方形状の接地板１４を備えるものとしたが、接地板１４は必ずしも略正方形状でなくてもよく、金属と同等の導電体であり、アンテナユニット１０，４０に比べ十分大きな面積を有していればよい。例えば、自動車のルーフ部分等が挙げられる。さらに、接地板１４が大きな面積を有すれば有する程、接地板１４の下面３４側への放射漏れを抑える効果が期待され、より一層低仰角側の利得の向上を図ることができる。

本発明の実施例１に係るアンテナユニットの概略構成を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）Ａ−Ａ’位置における断面図である。 本発明の実施例２に係るアンテナユニットの概略構成を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）Ｂ−Ｂ’位置における断面図である。 従来のパッチアンテナに関し、上図は概略構成の斜視図であり、下図はその指向特性を説明するための図である。

符号の説明

１０、４０ アンテナユニット
１２、１２’ 回路基板
１３、１３’ シールドケース
１６ 回路パターン
１７ （回路基板の）表面（グランドパターンが形成された面）
１８ グランドパターン
２２ （シールドケースの）上面
２３ 基板（誘電体基板）
２４ （基板の）表面
２５ アンテナパターン
２６ 給電ピン
４１ 開口

Claims (4)

1. 表面に金属層のアンテナパターンが形成された誘電体基板と、回路パターン及びグランドパターンを有する回路基板と、前記回路パターンをシールドするとともに前記グランドパターンと電気的に導通する金属製のシールドケースとを備え、
   前記誘電体基板が前記シールドケースの上面に載置され、前記回路パターンが前記アンテナパターンと給電ピンによって接続されるとともに、前記シールドケースが前記アンテナパターンに対するグランド電極となることを特徴とするアンテナユニット。
2. 表面に金属層のアンテナパターンが形成された誘電体基板と、回路パターン及びグランドパターンが互いに反対の面に形成された回路基板と、前記回路パターンをシールドするとともに前記グランドパターンと電気的に導通する金属製のシールドケースとを備え、
   前記回路パターンが前記シールドケースの上面に形成された開口から前記シールドケース内を臨むように前記回路基板が前記シールドケースの上面に載置され、前記グランドパターンが形成された面に前記誘電体基板が載置されて、前記回路パターンが前記アンテナパターンと給電ピンによって接続されるとともに、前記シールドケースが前記アンテナパターンに対するグランド電極となることを特徴とするアンテナユニット。
3. 前記回路パターンは増幅回路の回路パターンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナユニット。
4. 前記アンテナパターンはマイクロストリップ型パッチアンテナのアンテナパターンであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のアンテナユニット。

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