JP2006033814A - アンテナ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は移動体無線装置などに用いるアンテナに関し、アンテナ素子を低背化して小型のアンテナ及びその製造方法を得ることを目的とする。
【解決手段】導体地板１の上面の第１保持体１５ａに第１アンテナ素子１３、第２保持体１５ｂに第２アンテナ素子２３、及び支持体１６に無給電アンテナ素子３３を、それぞれ対向配置すると共に、第１、第２アンテナ素子１３，２３と無給電アンテナ素子３３の各中間部１３ｂ，２３ｂ，３３ｂを、略コの字状に複数回折返しして形成してアンテナ３を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用などの移動体無線装置に用いられるアンテナ及びその製造方法に関するものである。

近年、車載用などの移動体無線装置のアンテナとして、線状のモノポールアンテナや折返しモノポールアンテナが一般的に用いられている。

このような従来のアンテナについて、図６を用いて説明する。

図６（ａ）は従来の線状のモノポールアンテナの側面図であり、同図において、９１は銅などからなる平板状の導体地板、９２は導体地板９１の中央に位置し給電点を有する信号源、９３は線状又は棒状の銅製のアンテナ素子である。

そして、アンテナ素子９３は、導体地板９１に対して略垂直方向にｈの高さを有しており、一端が信号源９２の給電点に接続され、他端が開放されてアンテナ９０が構成されている。

また、図６（ｂ）は従来の折返しモノポールアンテナの側面図であり、同図において、１０３は線状又は棒状のアンテナ素子で、アンテナ素子１０３は、導体地板９１に対して略垂直方向にｈの高さを有し、かつ高さｈの箇所でコの字状に折返された形状であり、一端は信号源９２の給電点に接続され、他端は導体地板９１に接続されてアンテナ１００が構成されている。

以上の構成において、アンテナ９０又は１００のアンテナ素子９３又は１０３に信号源９２の給電点を介して動作周波数の高周波電流が給電されると、アンテナ素子９３又は１０３が励振されて送信動作すると共に、受信の場合には動作周波数の高周波電磁界によりアンテナ素子９３又は１０３が励振されて受信動作が行われる。

ここで、線状のモノポールアンテナ９０において、アンテナ素子９３は、一端が信号源９２の給電点に接続され、かつ導体地板９１に垂直方向の高さｈの位置で他端を開放しているため、ａ−ｂ間の電流ｉ１と、ａ−ｂ間に相当する同相のイメージ電流ｉ１が導体地板９１に流れ、これらの電流により励振されて電波が空中に放射される。

一方、折返しモノポールアンテナ１００は、アンテナ素子１０３がコの字状に折返されて形成されているため、ａ−ｂ間の電流ｉ１とｃ−ｄ間の電流ｉ３に加え、ａ−ｂ間とｃ−ｄ間に相当する同相のイメージ電流ｉ１，ｉ３が導体地板９１に流れ、アンテナのインピーダンスが高くなり帯域を広くすることができる。

しかしながら、線状のモノポールアンテナ９０及び折返しモノポールアンテナ１００は、いずれのアンテナも１／４波長モードで動作させることから、その機械的高さｈは動作周波数の略１／４波長の高さが必要であり、例えば、自動車電話等の０．９ＧＨｚ帯の場合、約８３ｍｍの高さが必要となるものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭６２−１２２４０１号公報

しかしながら、上記従来のアンテナにおいては、アンテナを小型化するためにアンテナ素子の機械的高さｈを動作周波数の１／４波長より単に短くして低背化すると、アンテナのインピーダンスが小さくなってインピーダンス整合が得難くなる。

また、上記従来のアンテナを車両内外のリアトレイやダッシュボードに設置する場合、アンテナの電波放射の効率を良好にするには、アンテナ素子９３又は１０３を上方に向けて設置するのが望ましいが、アンテナを上方に向けて設置するとアンテナ素子９３又は１０３が高さ方向に空間を大きく占有するため、車両内外での装着箇所や車体のデザインに制約が生ずるという課題もあった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、アンテナ素子を低背化して小型のアンテナ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のアンテナ及びその製造方法は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、導体地板の上面に略直立し所定の間隙を設けて対向配置された複数の保持体の表裏面のいずれかに第１、第２アンテナ素子をそれぞれ設けると共に、第１アンテナ素子は、一端が給電点に接続され、前記導体地板の上方に延伸した中間部が複数回折返しされ、第２アンテナ素子は、第１アンテナ素子の他端に一端が接続され、他端が前記導体地板に接続されると共に、前記導体地板の上方に延伸した中間部を複数回折返しされてアンテナを構成したものであり、第１、第２アンテナ素子の中間部を複数回折返しして、各アンテナ素子の全長（以後、線路長と記載する）を略５／４波長に形成することによって、各アンテナ素子を、１／４波長モードで動作させることができるため、各アンテナ素子の機械的高さを低背化できて、小型のアンテナを得ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、中間部が第１、第２アンテナ素子と同形状の無給電アンテナ素子を有するものであり、この無給電アンテナ素子が第１、第２アンテナ素子と同相に励振されることによって励振が強化されるため、アンテナの帯域を広くできるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、保持体及び支持体を、銅張配線板としたものであり、この銅張配線板の基体によって保持体及び支持体を形成できると共に、各アンテナ素子を銅張配線板の銅箔でパターン形成できるため、安価に、しかも高精度にでき、かつ、必要なアンテナ特性に合わせた形状のアンテナを容易に形成できるという作用を有する。

請求項４に記載の発明は、請求項２記載の発明において、保持体及び支持体をシート状の誘電体基板、各アンテナ素子を導体により別途形成し前記誘電体基板と一体化するとしたものであり、保持体及び支持体を銅張配線板とした場合に必要な第１アンテナ素子と第２アンテナ素子を接続する部材が不要にできるという作用を有する。

請求項５に記載の発明は、請求項３記載のアンテナの製造方法であって、各アンテナ素子を銅張配線板の銅箔を同じパターンに形成して製作するとしたものであり、第１、第２及び無給電アンテナ素子を１種類で製造できるという作用を有する。

請求項６に記載の発明は、請求項４記載のアンテナの製造方法であって、各アンテナ素子を導体により別途形成すると共に、各アンテナ素子をシート状の誘電体基板に一体化して製作するとしたものであり、各アンテナ素子を一組のフープ状に連続に製造できるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、アンテナ素子を低背化して小型のアンテナ及びその製造方法を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜３及び５記載の発明について説明する。

図１は本発明の一実施の形態によるアンテナの斜視図、図２は同側面図、図３は同特性図であり、同図において、１は縦横がそれぞれ動作周波数の１波長以上の寸法の銅材などからなる平板状の導体地板、２は導体地板１の略中央に位置し高周波信号を給電する給電点である。

また、導体地板１の上面には、略直立し所定の間隙ｄ１，ｄ２を設けてエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの銅張配線板からなる第１、第２保持体１５ａ，１５ｂと、支持体１６がそれぞれ対向配置されている。

そして、第１保持体１５ａの表側の銅箔がエッチング方法でパターンニングされ、その右端部の一端１３ａが給電点２に接続されると共に、上方に延伸した中間部１３ｂが、略コの字状に複数回折返しして形成されて第１アンテナ素子１３が設けられている。

また、第１保持体１５ａの手前側に配置された第２保持体１５ｂの表側の銅箔が同様にパターンニングされ、その上方の一端２３ｃが中継導体４を介して第１アンテナ素子１３の他端１３ｃに接続されると共に、中間部２３ｂが第１アンテナ素子１３の中間部１３ｂと同様に略コの字状に複数回折返しして形成され、右端部の他端２３ａが導体地板１に電気的に接続されて第２アンテナ素子２３が設けられている。

さらに、第１保持体１５ａの後側に配置された支持体１６の銅箔が同様にパターンニングされ、その右端部の一端３３ａが導体地板１に接続されると共に、上方に延伸した中間部３３ｂが、略コの字状に複数回折返しして形成され、他端３３ｃが開放された無給電アンテナ素子３３を設けている。

つまり、導体地板１上に、第１保持体１５ａ、第２保持体１５ｂ、及び支持体１６が略垂直に、かつ互いに略平行に形成され、その結果、第１アンテナ素子１３、第２アンテナ素子２３、及び無給電アンテナ素子３３が、それぞれ対向配置されてアンテナ３が構成されている。

なお、図１では、無給電アンテナ素子３３が第１アンテナ素子１３に対向する形態としたが、無給電アンテナ素子３３が第２アンテナ素子２３と対向しても良いし、無給電アンテナ素子を２つ設けて、それぞれ第１アンテナ素子１３及び第２アンテナ素子２３と対向させても良い。

以上の構成において、アンテナ３の送信動作は、導体地板１の中央の給電点２から高周波信号が第１アンテナ素子１３と第２アンテナ素子２３に給電されると、第１アンテナ素子１３と第２アンテナ素子２３に流れる高周波電流は同相に励振されると共に、無給電アンテナ素子３３も第１、第２アンテナ素子１３，２３と同相に励振されて、電波が空中に放射され、受信の場合は、上記とは逆の順序で受信動作が行われる。

以上のアンテナ３を、例えば、自動車電話などの０．９ＧＨｚ帯に用いる場合の具体的な製作方法及び評価方法について説明する。

まず、厚さ３５μｍの銅箔を有する銅張配線板を、通常のエッチング方法でパターンニングして、その中間部をコの字状に複数回折返しした同一形状で同じ３枚のアンテナ素子を製作する。

ここで、銅張配線板からなる３枚のアンテナ素子を図２に示すが、図２では第１アンテナ素子１３のみが図示されており、他の２枚のアンテナ素子も同様な構成である。

上記アンテナ素子１３は、右端の第一端部１３ａが導体地板１を貫通した給電点２にはんだ付けで電気的に接続されると共に、上方に形成された中間部１３ｂは、コの字状に複数回折返して形成され、第二端部１３ｃまでの線路長が１／４波長モードで動作する略５／４波長の長さになるように、高さｈ、横幅ｗ及び折返し数が設定されている。

本実施の形態では、一例として、中間部の折返し回数１１回〜１４回、銅箔の幅０．４ｍｍ、銅箔間の間隔０．４ｍｍとし、その線路長を０．９ＧＨｚ帯の略５／４波長とし、その結果高さｈ＝２３ｍｍとなるアンテナ素子を３枚作製した。

上記構成の３枚のアンテナ素子を、図１に示すように、手前から第２アンテナ素子２３、第１アンテナ素子１３、及び無給電アンテナ素子３３となるように、導体地板１の上面にそれぞれ対向配置する。

このように形成された各アンテナ素子１３，２３及び３３の励振に寄与する高周波電流を給電するが、図２に示す例は、第２アンテナ素子２３と無給電アンテナ素子３３の間に配置した第１アンテナ素子１３に給電した場合である。

図２に示すように、中間部１３ｂのコの字状に複数回折返しされた部分では、左右間の水平方向に流れる電流は互いに逆方向であるため打消し合い、上方向に形成された直線部の電流ｉ１３，ｉ１３のみが励振に寄与すると共に、導体地板１にこの電流ｉ１３，ｉ１３に相当するイメージ電流が同相に流れる。

図３は、上記のように製作したアンテナの評価結果を示すアンテナの帯域特性図であり、同図に示すように、０．９ＧＨｚ帯の周波数帯域において、各保持体や支持体の間に空隙を設けることで、各アンテナ素子間の平均誘電率及び平均誘電損失を小さくすることができて、各アンテナ素子間が空気層だけの場合と略同等の利得であり、動作に必要なアンテナ利得として−３ｄＢｉ以上が確保できる。

なお、図３において、合成帯域Ａ０は第１、第２アンテナ素子１３，２３による帯域Ａ１と無給電アンテナ素子３３による帯域Ａ２が合成されたものであり、ここで、図１の寸法ｄ１、つまり第１アンテナ素子１３と第２アンテナ素子２３の間隔を変えることで帯域Ａ１の周波数帯を変えることができる。

また、寸法ｄ２、つまり第１アンテナ素子１３と無給電アンテナ素子３３の間隔を変えることで帯域Ａ２の周波数帯を変えることができるため、結果、合成帯域Ａ０の特性を調整することが可能である。

さらに、従来の線状のモノポールアンテナ及び折返しモノポールアンテナは、その高さが８３ｍｍ必要であるのに対して２３ｍｍと、略１／４の高さに低背化できるため、その結果、アンテナ３を車両内外のリアトレイやダッシュボードなどの何れの場所にも設置することができる。

このように本実施の形態によれば、アンテナ素子の中間部をコの字状に複数回折返しして形成することによって、アンテナ素子の機械的高さを低背化できて小型のアンテナを得ることができるものである。

また、無給電アンテナ素子を設けることによって、無給電アンテナ素子も第１、第２アンテナ素子と同相に励振されることにより、励振を強化できるためアンテナの帯域を広くできる。

更に、保持体及び支持体を銅張配線板とすることによって、各アンテナ素子を１種類にできるため、安価に、しかも高精度にできる。

なお、本実施の形態において、各保持体や支持体は、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの銅張配線板として説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば銅箔とＡＥＳやＡＳＡ，ＰＰ，ＰＳ、及びＡＢＳ樹脂などとを一体成型して、この銅箔をパターンニングするなどして各アンテナ素子を形成しても良い。

また、エポキシ樹脂などに各アンテナ素子の形状に接着剤を描画し、その上に粉状の銅や銀、またはアルミなどの粉体を散布し、所定の温度で接着固化した後に溶剤で不要な部分の粉体を除去してアンテナ素子を形成する方法でも良い。

（実施の形態２）
実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項４，６記載の発明について説明する。

なお、実施の形態１の構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

図４は本発明の実施の形態２によるアンテナの斜視図、図５は製造工程図であり、同図において、５は積層体で、積層体５はシート状の誘電体基板５５に第１アンテナ素子１３と中継導体４及び第２アンテナ素子２３の連続体がラミネート形成され、中継導体４の箇所でコの字状に折曲げされ第１アンテナ素子１３と第２アンテナ素子２３の間に空隙を設けている。

また、図示しないが、同様に形成された別の積層体５を、中継導体４の中央部で分断し第１アンテナ素子１３又は第２アンテナ素子２３のいずれかを無給電アンテナ素子として配置してアンテナ３が構成されている。

以上の構成において、第１アンテナ素子１３と第２アンテナ素子２３は、誘電体基板５５の同一面に配置された状態でコの字状に折曲げされているため、第１アンテナ素子１３は図４の手前側に位置し、第２アンテナ素子２３は後方側に位置するが、このアンテナ３の動作は上記実施の形態１と同じである。

なお、実際には、後方のアンテナ素子２３は前方からは見えないが、図４では、アンテナ素子２３の形状を説明するため実線を用いて記載している。

図５に示す積層体５の製造方法は、まず、板状の銅などの金属平板をプレス法やエッチング法などにより加工して、第１アンテナ素子１３、第２アンテナ素子２３及び中継導体４を、それぞれ連結部５１ａによりフープ枠５１に連結して連続に形成する。

次に、このフープ枠５１全体の片面あるいは両面を樹脂製でシート状の誘電体基板５５でラミネートした後、誘電体基板５５でラミネートされた連結部５１ａをプレスなどで切断して、誘電体基板５５と第１、第２アンテナ素子１３，２３及び中継導体４とを一体にして積層体５を形成する。

そして、この積層体５を中継導体４の箇所でコの字状に折曲げ加工して、図４に示す導体地板１上に配置することにより、アンテナ３が容易に製作できる。

なお、誘電体基板５５の樹脂の種類によっては、積層体５の曲げ加工に際して、樹脂の軟化点付近の温度に加熱してプレスすることが好ましい。

また、誘電体基板５５は自己保持性を有することが好ましい。すなわち、適当な厚さ又は幅を有し、図４に示すように、積層体５を加工して垂直に保持したときに、その形状を保持できる性質（自己保持性）を持つことが必要だからである。

上記誘電体基板５５に用いることが出来る樹脂としては、ＰＥＴやポリイミド、ＰＥＮ，ＰＥＩ，ＰＶＤＣなどが挙げられ、さらに、ＰＭＭＡやＰＣなどを用いても良い。

また、自己保持性を維持するための誘電体基板５５の厚さや幅は樹脂によって異なるが、例えば、ＰＭＭＡ樹脂であれば、厚さ１ｍｍのシートで十分な自己保持性を有する。

このように本実施の形態２によれば、保持体及び支持体をシート状の誘電体基板、各アンテナ素子を導体により別途形成し前記誘電体基板と一体化することによって、誘電体基板５５と第１、第２アンテナ素子１３，２３及び中継導体４を一体にした積層体５を連続して形成することができるものである。

また、実施の形態１の保持体及び支持体を銅張配線板とした場合に必要な第１アンテナ素子と第２アンテナ素子を接続する中継導体４の別部材が不要にできる。

以上の説明では、誘電体基板５５上に第１、第２アンテナ素子を設けるものとして説明したがこれに限定されることはなく、例えば、この第１、第２アンテナ素子を一組とし、この一組と無給電アンテナ素子を交互に連続して形成しても良い。

なお、実施の形態において、第１、第２アンテナ素子１３，２３と無給電アンテナ素子３３の各中間部をコの字状に折返しするものとして説明したが、「折返し」の形態はコの字状に限ることはなく、Ｖ字状、Ｕ字状等に形成しても良い。

これらの形状により、第１、第２アンテナ素子及び無給電アンテナ素子に流れる高周波電流が同相に励振される構成のものであれば、実施の形態１で説明したコの字状の折返しと同様の効果が得られるものである。

さらに、第１、第２アンテナ素子１３，２３と無給電アンテナ素子３３の中間部の折返し形状は、同一形状に限るものではなく、例えば、一方のアンテナ素子の中間部をコの字状とし、他方のアンテナ素子の中間部を略Ｖ字状に形成しても、同様の効果が得られる。

本発明によるアンテナは、アンテナ素子の低背化が図れるため、小型のアンテナを得ることができて、車載用などの移動体無線装置等に用いられるアンテナとして特に有用である。

本発明の実施の形態１によるアンテナの斜視図 同側面図 同特性図 本発明の実施の形態２によるアンテナの斜視図 同製造工程図 従来のアンテナの側面図

符号の説明

１ 導体地板
２ 給電点
３ アンテナ
４ 中継導体
１３ 第１アンテナ素子
１５ａ，１５ｂ 保持体
１６ 支持体
２３ 第２アンテナ素子
３３ 無給電アンテナ素子

Claims (6)

1. 導体地板と、この導体地板の上面に略直立し所定の間隙を設けて対向配置された複数の保持体と、この複数の保持体の表裏面のいずれかにそれぞれ配置されたアンテナ素子からなり、
   このアンテナ素子が、一端が給電点に接続され、前記導体地板の上方に延伸した中間部が複数回折返しされた第１アンテナ素子と、この第１アンテナ素子の他端に一端が接続され、前記導体地板の上方に延伸した中間部が複数回折返しされ他端が前記導体地板に接続された第２アンテナ素子とから構成されたアンテナ。
2. 保持体に所定の間隙を設けて対向配置された支持体の表裏面のいずれかに、一端が導体地板に接続され、中間部が第１、第２アンテナ素子と同形状で、他端が開放された無給電アンテナ素子を設けた請求項１記載のアンテナ。
3. 保持体及び支持体が銅張配線板であり、各アンテナ素子が前記銅張配線板の銅箔でパターン形成された請求項２記載のアンテナ。
4. 保持体及び支持体がシート状の誘電体基板であり、各アンテナ素子が導体により別途形成され前記誘電体基板と一体化された請求項２記載のアンテナ。
5. 保持体及び支持体が銅張配線板であり、この銅張配線板の銅箔をパターンニングして各アンテナ素子が形成され、前記保持体及び支持体が導体地板の上面に略直立し所定の間隙を設けて製作される請求項３記載のアンテナの製造方法。
6. 保持体及び支持体がシート状の誘電体基板であり、各アンテナ素子が導体により別途形成されると共に、前記各アンテナ素子をシート状の誘電体基板に一体化して、前記保持体及び支持体が導体地板の上面に略直立し所定の間隙を設けて製作される請求項４記載のアンテナの製造方法。

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