JP2006093842A

JP2006093842A - アンテナ装置の共振周波数調整方法

Info

Publication number: JP2006093842A
Application number: JP2004273598A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yomo; 勝四方
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】板金パッチアンテナを採用したアンテナ装置の共振周波数を簡便に調整できる共振周波数調整方法を提供すること。
【解決手段】片面のほぼ全面に接地パターン４が設けられ他面に配線パターンおよび半田ランド７が設けられた回路基板１と、回路基板１の前記他面に実装された電子部品６を覆って接地パターン４に半田付けされたシールドケース３と、接地パターン４に対向して配置された放射導体板５と、放射導体板５の対角線の両端から延出する部分を折り返して形成され半田ランド７に半田付けされた取付脚８とを備えたアンテナ装置に対して、取付脚８の折り返し部８ａの近傍で放射導体板５を切除することによって共振周波数の調整を行う。例えば、切欠き部を挟んで対向する突出片５ｂの先端を切除すれば共振周波数が上がり、切欠き部の隅部に切れ込みを形成すれば共振周波数が下がる。
【選択図】図２

Description

本発明は、低雑音増幅回路等を備えた回路基板とパッチアンテナ構造のアンテナ素子とがユニット化されている小型アンテナ装置の共振周波数を微調整するための方法に係り、特に、板金製のアンテナ素子を用いて低コスト化を図ったアンテナ装置の共振周波数調整方法に関する。

車両等の移動体に搭載されるＥＴＣ（自動料金収受システム）用アンテナやＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナなどにあっては、レドームの内部にアンテナ素子や低雑音増幅回路等を収納してユニット化したコンパクトなアンテナ装置が好適である。

従来より、この種のアンテナ装置として、図９に示すような構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。同図に示すアンテナ装置は、下面に各種の電子部品２１が実装されている回路基板２０と、この回路基板２０上に搭載された誘電体アンテナ２２と、電子部品２１をシールドするために回路基板２０に取り付けられた金属板製のシールドケース２３と、これら本体部分を収納する図示せぬレドームとによって主に構成されている。回路基板２０の上面にはほぼ全面に接地パターン２４が設けられている。また、回路基板２０の下面には図示せぬ配線パターンが設けられており、この配線パターンに電子部品２１を接続することによって低雑音増幅回路が構成されている。

誘電体アンテナ２２はパッチアンテナと称されるもので、誘電体基板２５の上面に放射導体であるパッチ電極２６が設けられており、このパッチ電極２６の給電点に誘電体基板２５を貫通する給電ピン２７の上端部が半田付けされている。給電ピン２７の下端部は回路基板２０の前記配線パターンに半田付けされているので、パッチ電極２６は前記低雑音増幅回路と電気的に接続されている。この誘電体アンテナ２２の下面は両面接着テープ２８によって回路基板２０の接地パターン２４に固定されており、また、シールドケース２３には外周部の複数箇所に係止片２３ａが突設されている。これらの係止片２３ａは、回路基板２０の透孔に挿通されて先端部が折曲加工された後、接地パターン２４に半田付けされている。なお、図示していないが、前記配線パターンには同軸ケーブル等の信号ケ−ブルが接続されており、この信号ケ−ブルを介して外部の受信回路へ信号が送られるようになっている。

上述の如く構成されたアンテナ装置は、所定の高周波信号が前記低雑音増幅回路を介してパッチ電極２６に供給されると、パッチ電極２６から円偏波あるいは直線偏波の電波が放射されるようになっている。そして、信号電波がパッチ電極２６によって受信されると、その電気的信号が前記低雑音増幅回路や前記信号ケ−ブルを経て外部の受信回路へ出力されるようになっている。また、このアンテナ装置のように低雑音増幅回路の電子部品２１がシールドケース２３で覆われていると、低雑音増幅回路から放射される不所望な電波によってアンテナ特性が劣化したり、外部からの妨害波が低雑音増幅回路に悪影響を及ぼす可能性が大幅に低減するので、高信頼性が確保しやすくなる。

また、図９に示すような構造のアンテナ装置を製造する際には、最終段階で共振周波数が適正であるか否かが確認され、共振周波数が所望の周波数からずれている場合には、その調整を行うことによって製造歩留まりを高めている。こうした共振周波数の調整を行うにあたって、従来は、研磨機等によってパッチ電極２６の一部を剥離したり誘電体基板２５の一部を切削するという手法が採用されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−８８４４４号公報（第２−３頁、図５）特開平５−２２０２１号公報（第２−３頁、図１）

しかしながら、上述した従来例のように回路基板２０上に誘電体アンテナ２２を搭載して構成されるアンテナ装置では、比較的高価な誘電体基板２５を使用するため、部品コストが低減しにくいという問題があった。また、このアンテナ装置の共振周波数を調整する際には、パッチ電極（放射導体）２６の剥離量と誘電体基板２５の切削量を微妙に選定しなければならないため、調整作業が煩雑で加工コストが嵩むという問題もあった。

そこで、誘電体アンテナの代わりにパッチアンテナ構造の板金アンテナ（いわゆる板金パッチアンテナ）を採用することが考えられる。すなわち、放射導体板等が金属板からなる板金製のアンテナ素子を使用することによって、高価な誘電体基板が省略できるため部品コストが大幅に低減できる。また、誘電体基板の切削作業が不要となるため加工コストの低減も見込めるが、その場合、板金パッチアンテナの共振周波数を簡便に調整できる方法について吟味検討し、具現化しておく必要がある。

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、板金パッチアンテナを採用したアンテナ装置の共振周波数を簡便に調整できる共振周波数調整方法を提供することにある。

前記目的を達成するための解決手段として、本発明によるアンテナ装置の共振周波数調整方法では、片面のほぼ全面に接地パターンが設けられ他面に配線パターンおよび複数の半田ランドが設けられた回路基板と、この回路基板の前記他面に実装されて前記配線パターンに接続された電子部品と、前記回路基板の前記片面に対向して配置された金属板からなる放射導体板と、この放射導体板の対角線の両端から延出する部分を前記回路基板側へ折り返して形成された取付脚とを備え、前記取付脚が前記半田ランドに半田付けされると共に、前記放射導体板の給電部が前記配線パターンに接続されたアンテナ装置に対して、前記取付脚の基端部に相当する前記折り返し部の近傍で前記放射導体板を切除することによって共振周波数の調整を行うこととした。

このように金属板からなる放射導体板を所定厚の空気層を介在させて接地パターンと対向させることにより、給電時に放射導体板の対角線に沿って電界が生成される板金パッチアンテナとして動作させることができるため、誘電体アンテナに比べて部品コストが大幅に低減できると共に、取付脚の基端部（折り返し部）の近傍で放射導体板を切除することにより共振長を比較的容易に増減させることができるため、共振周波数の調整が簡便に行える。また、この板金パッチアンテナの場合、取付脚が半田付けされた半田ランドを回路基板を介して接地パターンと対向させることができるため、これら半田ランドと接地パターンとの間に付加容量が形成されて共振長が長くなり、それゆえ小型化が図りやすい板金パッチアンテナが得られる。

かかる共振周波数調整方法の具体例としては、前記放射導体板の対角線の両端部に、前記折り返し部を略底辺とする凹状に切り欠かれた形状の切欠き部が形成されていると共に、前記放射導体板のうち前記切欠き部を挟んで対向する領域が外方へ突出する突出片となっているアンテナ装置に対して、前記突出片の先端を切除することによって共振周波数を上げることができる。

また、かかる共振周波数調整方法の他の具体例としては、前記放射導体板の対角線の両端部に、前記折り返し部を略底辺とする凹状に切り欠かれた形状の切欠き部が形成されていると共に、前記放射導体板のうち前記切欠き部の開口端に隣接する外縁部に該切欠き部よりも浅い溝部が形成されているアンテナ装置に対して、前記溝部を深さ方向に切除することによって共振周波数を下げることができる。

また、かかる共振周波数調整方法のさらに他の具体例としては、前記放射導体板の対角線の両端部に前記折り返し部を略底辺とする凹状に切り欠かれた形状の切欠き部が形成されているアンテナ装置に対して、前記切欠き部の隅部で前記折り返し部の両端に隣接する部分を溝状に切除することによって共振周波数を下げることができる。

また、前記目的を達成するための他の解決手段として、本発明によるアンテナ装置の共振周波数調整方法では、片面のほぼ全面に接地パターンが設けられ他面に配線パターンおよび複数の半田ランドが設けられた回路基板と、この回路基板の前記他面に実装されて前記配線パターンに接続された電子部品と、前記回路基板の前記片面に対向して配置された金属板からなる放射導体板と、この放射導体板の対角線の両端から延出する部分を前記回路基板側へ折り返して形成されて前記半田ランドに半田付けされた取付脚と、前記電子部品を覆って前記接地パターンに接続された金属板からなるシールドケースとを備え、前記放射導体板の給電部が前記配線パターンに接続されていると共に、前記シールドケースの前記半田ランドと対向する位置に形成された透孔を介して前記取付脚の半田接続状態が目視可能なアンテナ装置に対して、前記シールドケースの前記透孔の周縁部を切除することによって共振周波数を上げることとした。

このように電子部品を電磁的にシールドするために取り付けられるシールドケースには、取付脚の半田接続状態が目視で容易に確認できるように予め透孔を開設しておくことが好ましいが、その場合、該透孔の周縁部と取付脚の先端部との間にも付加容量が形成されるので、該周縁部を切除して容量値を小さくすることによって共振周波数を上げることができる。

本発明によるアンテナ装置の共振周波数調整方法は、板金パッチアンテナを採用したアンテナ装置に対して、放射導体板の対角線の両端に形成されている折り返し部の近傍の適宜箇所で該放射導体板を切除したり、電子部品を電磁的にシールドするシールドケースの透孔の周縁部を切除するというものなので、共振周波数の調整が簡便に行える。したがって、部品コストを抑えたアンテナ装置の加工コストが低減できると共に、製造歩留まりが高めやすくなって、製品のコストダウンに寄与するところ極めて大である。

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は本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の分解斜視図、図２は該アンテナ装置の断面図、図３は該アンテナ装置に備えられる放射導体板の平面図、図４は共振周波数を上げる調整を行った該放射導体板の要部平面図、図５は共振周波数を下げる調整を行った該放射導体板の要部平面図である。

図１および図２に示すアンテナ装置は、図示せぬレドームの内部空間に本体部分を収納して構成され、この本体部分が図示せぬ同軸ケーブルを介して外部回路（受信回路等）と電気的に接続されるようになっている。かかるアンテナ装置の本体部分は、低雑音増幅回路等の電子回路部を備えた回路基板１と、板金パッチアンテナであるアンテナ素子２と、金属板からなるシールドケース３とからなり、回路基板１の上面のほぼ全面に設けられている接地パターン４とアンテナ素子２の放射導体板５とが所定の間隔を存して対向している。また、回路基板１の下面には図示せぬ配線パターンが設けられていると共に、この配線パターンに接続された各種の電子部品６が実装されており、これら電子部品６と配線パターンとによって前記電子回路部が構成されている。

回路基板１の下面に設けられた前記配線パターンには前記同軸ケーブルの中心導体が接続されており、また、この配線パターンとは電気的に独立した半田ランド７（図２参照）が回路基板１の下面の４箇所に設けられている。この回路基板１には、各半田ランド７と対応する箇所を含む複数箇所に貫通孔１ａが穿設されていると共に、外周部の複数箇所に凹状の切欠き１ｂが形成されている。

アンテナ素子２は、接地パターン４と所定厚の空気層を介して対向する平面視方形状の放射導体板５と、放射導体板５の対角線の両端から延出する部分を回路基板１側へ折り返して形成された４本の取付脚８と、放射導体板５の中央部寄りの２箇所を回路基板１側へ折り返して形成された２本の給電片９とを備えている。放射導体板５には、取付脚８の基端部である折り返し部８ａを略底辺とする凹状に切り欠かれた形状の切欠き部５ａが形成されており、この放射導体板５のうち切欠き部５ａを挟んで対向する領域は外方へ突出する先窄まりな突出片５ｂとなっている。４本の取付脚８と２本の給電片９はそれぞれ対応する貫通孔１ａに挿通されて回路基板１の下面側で半田付けされており、各取付脚８は半田ランド７に接続され、各給電片９は前記配線パターン接続されている。また、取付脚８の先端部には弾性フック部８ｂが形成されており、この弾性フック部８ｂを貫通孔１ａに圧入することによって、取付脚８が回路基板１に係着されるようになっている。したがって、各取付脚８を対応する貫通孔１ａに圧入することにより、アンテナ素子２を回路基板１に対して簡単かつ正確に仮固定することができ、こうして自立させたアンテナ素子２をリフロー炉へ供給して半田付けすることにより、アンテナ素子２は回路基板１に本固定される。

シールドケース３は低雑音増幅回路の電子部品６を覆っており、これにより、低雑音増幅回路から放射される不所望な電波によってアンテナ特性が劣化したり、外部からの妨害波が低雑音増幅回路に悪影響を及ぼす可能性が大幅に低減されている。このシールドケース３には、取付脚８や給電片９を半田付けしている回路基板１の下面側の半田付け部位（半田ランド７等）と対向する複数箇所に透孔３ａが形成されている。これらの透孔３ａは、取付脚８や給電片９の半田接続状態を目視で容易に確認できるように開設されたものである。また、シールドケース３の外周部の複数箇所には弾性係止片３ｂが上向きに突出形成されており、これらの弾性係止片３ｂは回路基板１の対応する切欠き１ｂにスナップ嵌合された後、回路基板１の上面側の接地パターン４に半田付けされる。この場合も、各弾性係止片３ｂをそれぞれ切欠き１ｂにスナップ嵌合させることによって、シールドケース３を回路基板１に対して簡単かつ正確に仮固定することができるため、こうして自立させたシールドケース３をリフロー炉へ供給して半田付けすることにより、シールドケース３は回路基板１に本固定される。なお、シールドケース３の外周部の所定位置には下向きに切り起こされた略Ｕ字形のケ−ブル保持部３ｃが形成されており、このケ−ブル保持部３ｃが前記同軸ケーブルの先端部を位置決めして保持するようになっている。

このように構成されたアンテナ装置のアンテナ素子２は、金属板からなる放射導体板５が所定厚の空気層を介して接地パターン４と対向しており、回路基板１の配線パターンに接続されている２本の給電片９を介して放射導体板５に２点給電を行うことにより、円偏波用の板金パッチアンテナとして動作させることができる。すなわち、所定の高周波信号を前記低雑音増幅回路を介して放射導体板５に給電することにより、この放射導体板５の対角線に沿って電界が生成されて円偏波の電波が放射され、信号電波が放射導体板５によって受信されると、その電気的信号が前記低雑音増幅回路や前記同軸ケーブルを経て外部の受信回路へ出力されるようになっている。

また、かかるアンテナ装置は、製造工程の最終段階で、共振周波数が適正であるか否かの確認検査が行われ、共振周波数が所望の周波数からずれている場合には、その調整を行うことによって製造歩留まりを高めている。本実施形態例におけるこうした共振周波数の調整方法について説明すると、確認検査時に共振周波数が所望の値よりも低い場合には、図４に示すように、放射導体板５の突出片５ｂの先端をルータ等の調整用ツールで切除（切削）して共振長を短くすることにより、共振周波数を上げることができる。逆に、確認検査時に共振周波数が所望の値よりも高い場合には、図５に示すように、切欠き部５ａの隅部で折り返し部８ａの両端に隣接する部分を溝状に切除して切れ込み５ｃを形成し、この切れ込み５ｃで電流を迂回させて共振長を長くすることにより、共振周波数を下げることができる。したがって、いずれの場合も共振周波数の調整を簡便に行うことができて、加工コストが大幅に低減すると共に製造歩留まりが高めやすくなる。

また、本実施形態例に係るアンテナ装置は、放射導体板５の取付脚８が半田付けされた半田ランド７が、回路基板１を介して接地パターン４と対向しているため、これら半田ランド７と接地パターン４との間に付加容量が形成されて共振周波数が低くなっており、それゆえアンテナ素子２の小型化が図りやすくなっている。しかも、このアンテナ装置はアンテナ素子２が板金パッチアンテナなので、誘電体アンテナに比べて部品コストが大幅に低減できる。

図６は本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置に備えられる放射導体板の要部平面図であって、図４および図５と対応する部分には同一符号が付してある。図６に示す放射導体板５では、切欠き部５ａを挟んで相対向する突出片５ｂの先端部が一定幅の帯状に形成されているため、突出片５ｂの該帯状部分の先端を調整用ツールで切除（切削）しながら共振周波数を上げる調整を行う際に、該帯状部分の切削量に応じた共振周波数の変化量が予測しやすくなる。したがって、共振周波数の調整作業をより簡便に行うことが可能となる。

図７は本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置に備えられる放射導体板の要部平面図であって、図４および図５と対応する部分には同一符号が付してある。図７に示す放射導体板５では、切欠き部５ａの開口端に隣接する外縁部に該切欠き部５ａよりも浅い溝部５ｄが形成されており、この溝部５ｄを深さ方向に切除（切削）することによって共振周波数を下げることができる。すなわち、確認検査時に共振周波数が所望の値よりも高い場合に、調整用ツールで溝部５ｄを深さ方向に切除すると該溝部５ｄを迂回する電流の経路長が増えて共振長が長くなるため、共振周波数を下げる調整を簡便に行うことができる。

図８は本発明の第４実施形態例に係るアンテナ装置に備えられるシールドケースの要部平面図あって、図１および図２と対応する部分には同一符号が付してある。図８に示すシールドケース３では、共振周波数を上げるために透孔３ａの周縁部が調整用ツールで切除（切削）してある。すなわち、このアンテナ装置は、半田ランド７と接地パターン４との間だけでなく、シールドケース３の透孔３ａの周縁部と取付脚８の先端部（弾性フック部８ｂ）との間にも付加容量が形成されているので、該周縁部を切除して容量値を小さくすることによって共振周波数を上げることができる。したがって、確認検査時に共振周波数が所望の値よりも低い場合に、アンテナ装置の底面側に配置されて目立たないシールドケース３に対する切削加工によって調整が行えることとなり、放射導体板５の外観が重視される際に好適である。

なお、上述した各実施形態例では、円偏波用の板金パッチアンテナに対する共振周波数調整方法について説明したが、本発明は、直線偏波用の板金パッチアンテナの共振周波数を調整する際にも適用可能である。

本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の分解斜視図である。該アンテナ装置の断面図である。該アンテナ装置に備えられる放射導体板の平面図である。共振周波数を上げる調整を行った該放射導体板の要部平面図である。共振周波数を下げる調整を行った該放射導体板の要部平面図である。本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置に備えられる放射導体板の要部平面図である。本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置に備えられる放射導体板の要部平面図である。本発明の第４実施形態例に係るアンテナ装置に備えられるシールドケースの要部平面図である。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回路基板
２アンテナ素子
３シールドケース
３ａ透孔
４接地パターン
５放射導体板
５ａ切欠き部
５ｂ突出片
５ｃ切れ込み
５ｄ溝部
６電子部品
７半田ランド
８取付脚
８ａ折り返し部
９給電片

Claims

片面のほぼ全面に接地パターンが設けられ他面に配線パターンおよび複数の半田ランドが設けられた回路基板と、この回路基板の前記他面に実装されて前記配線パターンに接続された電子部品と、前記回路基板の前記片面に対向して配置された金属板からなる放射導体板と、この放射導体板の対角線の両端から延出する部分を前記回路基板側へ折り返して形成された取付脚とを備え、前記取付脚が前記半田ランドに半田付けされると共に、前記放射導体板の給電部が前記配線パターンに接続されたアンテナ装置に対して、前記取付脚の基端部に相当する前記折り返し部の近傍で前記放射導体板を切除することによって共振周波数の調整を行うことを特徴とするアンテナ装置の共振周波数調整方法。
請求項１の記載において、前記放射導体板の対角線の両端部に、前記折り返し部を略底辺とする凹状に切り欠かれた形状の切欠き部が形成されていると共に、前記放射導体板のうち前記切欠き部を挟んで対向する領域が外方へ突出する突出片となっており、前記突出片の先端を切除することによって共振周波数を上げることを特徴とするアンテナ装置の共振周波数調整方法。
請求項１の記載において、前記放射導体板の対角線の両端部に、前記折り返し部を略底辺とする凹状に切り欠かれた形状の切欠き部が形成されていると共に、前記放射導体板のうち前記切欠き部の開口端に隣接する外縁部に該切欠き部よりも浅い溝部が形成されており、前記溝部を深さ方向に切除することによって共振周波数を下げることを特徴とするアンテナ装置の共振周波数調整方法。
請求項１の記載において、前記放射導体板の対角線の両端部に前記折り返し部を略底辺とする凹状に切り欠かれた形状の切欠き部が形成されており、前記切欠き部の隅部で前記折り返し部の両端に隣接する部分を溝状に切除することによって共振周波数を下げることを特徴とするアンテナ装置の共振周波数調整方法。
片面のほぼ全面に接地パターンが設けられ他面に配線パターンおよび複数の半田ランドが設けられた回路基板と、この回路基板の前記他面に実装されて前記配線パターンに接続された電子部品と、前記回路基板の前記片面に対向して配置された金属板からなる放射導体板と、この放射導体板の対角線の両端から延出する部分を前記回路基板側へ折り返して形成されて前記半田ランドに半田付けされた取付脚と、前記電子部品を覆って前記接地パターンに接続された金属板からなるシールドケースとを備え、前記放射導体板の給電部が前記配線パターンに接続されていると共に、前記シールドケースの前記半田ランドと対向する位置に形成された透孔を介して前記取付脚の半田接続状態が目視可能なアンテナ装置に対して、前記シールドケースの前記透孔の周縁部を切除することによって共振周波数を上げることを特徴とするアンテナ装置の共振周波数調整方法。