JP2006140723A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 板金製の放射導体板を有し利得を損なうことなく小型化が図れるパッチアンテナ構造のアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】 外形が略正多角形で中央部に開口１ａを有する金属平板からなる放射導体板１と、放射導体板１の内周縁部を基端として下方へ突出する複数本の取付脚２と、放射導体板１内の所定位置を基端として下方へ突出する給電端子３と、所定の間隔を存して放射導体板１の下方に配置された金属平板からなる接地導体板４とを備えたアンテナ装置において、接地導体板４に開口１ａと対向する領域を略包囲する配置で複数の導体切除部４ａを開設し、隣接する導体切除部４ａどうしの間を狭隘部となし、各取付脚２の先端部を導体切除部４ａおよび狭隘部にて包囲された領域で接地導体板４に半田付けした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射導体板が金属平板からなるパッチアンテナ構造のアンテナ装置に関する。

この種の金属平板からなるアンテナ装置は、誘電体基板に放射導体をパターン形成して構成されるパッチアンテナに比べて安価に製造できるという利点がある。特に、板金パッチアンテナと略称される構成のものは、放射導体板に対して給電を行う給電端子や、放射導体板を支える複数の取付脚が、該放射導体板を含む金属平板の切り起こし片によって形成されているため、製造コストを大幅に低減できると共に所要の機械的強度が確保しやすく、それゆえ車載用の小型アンテナなどとして好適な高い実用性が見込まれている（例えば、特許文献１参照）。

図６はかかる従来の板金パッチアンテナを示す平面図、図７は図６のVII−VII線に沿う断面図である。これらの図に示すアンテナ装置は、外形が円形で中央部に開口１１ａを有する金属平板からなる放射導体板１１と、この放射導体板１１の内周縁部（開口１１ａの周縁部）を基端として下方へ突出する複数の取付脚１２と、放射導体板１１内の所定位置から下方へ突出する給電端子１３と、各取付脚１２および給電端子１３を介して放射導体板１１を保持しているプリント基板１４とを備えており、プリント基板１４の上面のほぼ全面に形成されている銅箔等の接地導体層１５が所定の間隔を存して放射導体板１１と対向している。また、プリント基板１４の下面には、ビアホール１４ａを介して接地導体層１５と導通された複数のランド１６と、接地導体層１５とは導通されていない給電用のランド１７とがパターン形成されている。なお、放射導体板１１と各取付脚１２および給電端子１３は一枚の金属板をプレス加工して一括形成されたものである。

図７に示すように、取付脚１２の先端部（下端部）はプリント基板１４のビアホール１４ａを貫通してランド１６に半田付けされており、このランド１６には図示せぬ同軸ケーブルの外部導体が接続されるので、各取付脚１２は放射導体板１１を機械的に支えるだけでなく短絡端子としても動作する。また、給電端子１３の先端部（下端部）はランド１７に半田付けされており、このランド１７には同軸ケーブルの内部導体（芯線）が接続されるので、給電端子１３を介して放射導体板１１に所定の高周波信号が供給されるようになっている。
特開２００４−４８３６４（第３−４頁、図３）

しかしながら、前述した従来のアンテナ装置（板金パッチアンテナ）のように、放射導体板１１を機械的に支える複数の取付脚１２が短落端子として動作する構成になっていると、放射導体板１１を流れる高周波電流の電気長が短くなって共振周波数が上がってしまうため、所望の周波数に共振させるためには放射導体板１１を大きくしなければならず、それゆえ大型のアンテナ装置になってしまうという問題があった。そこで、小型化を図るために、放射導体板１１に透孔を開設して高周波電流を迂回させることにより電気長を増大させることが考えられるが、こうすると利得が低下してしまうため好ましくない。

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、板金製の放射導体板を有し利得を損なうことなく小型化が図れるパッチアンテナ構造のアンテナ装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明のアンテナ装置では、外形が略正多角形または略円形で中央部に開口を有する金属平板からなる放射導体板と、この放射導体板と所定の間隔を存して対向する接地導体と、前記放射導体板の内周縁部を基端として前記接地導体側へ突出する金属片からなる複数の取付脚とを備え、前記接地導体は前記開口と対向する領域を略包囲する配置で開設された複数の導体切除部を有し、隣接する該導体切除部どうしの間が狭隘部となっていると共に、前記複数の取付脚の先端部が前記導体切除部および前記狭隘部にて包囲された領域で前記接地導体に電気的かつ機械的に接続されており、これらの取付脚を介して前記放射導体板が前記接地導体上に保持されている構成とした。

このように構成されたアンテナ装置において、放射導体板の内周縁部から接地導体側へ突出する複数の取付脚は、半田付け等によって接地導体に電気的かつ機械的に接続されているが、各取付脚の該接続箇所は接地導体の各導体切除部および各狭隘部にて包囲された領域内に位置するため、該狭隘部が給電時にインダクタとして動作することになり、各取付脚は電位がゼロにはならない。したがって、放射導体板の中央部の開口の周囲に電気長を増大させるための透孔を開設しなくても、共振周波数を下げて小型化を促進することが可能となり、利得を犠牲にする必要がなくなる。また、このアンテナ装置は放射導体板や各取付脚が板金製なので、安価に製造できると共に所要の機械的強度が確保しやすい。

上記の構成において、前記放射導体板に対して給電を行う給電端子を備えており、該給電端子と前記複数の取付脚がいずれも、前記放射導体板と連続する金属片を前記接地導体側へ折り返して形成されたものであれば、一枚の金属板をプレス加工して放射導体板と各取付脚および給電端子を一括形成することが可能となるため、製造コストの一層の低減が図れて好ましい。

また、上記の構成において、前記接地導体は絶縁性基板上に形成された金属層であってもよいが、前記接地導体が金属平板からなれば、放射導体板と接地導体がいずれも板金製となって極めて安価に製造可能なアンテナ装置が得られるため好ましい。

本発明のアンテナ装置は、放射導体板の内周縁部から突出する複数の取付脚を接地導体に電気的かつ機械的に接続すると共に、各取付脚の該接続箇所を接地導体の導体切除部および狭隘部にて包囲しているため、該狭隘部が給電時にインダクタとして動作することになり、各取付脚は電位がゼロにはならない。したがって、放射導体板や各取付脚が板金製で安価に製造できると共に、利得を損なわずに共振周波数を下げて小型化が図れる優れたアンテナ装置を提供することができる。

発明の実施の形態を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（板金パッチアンテナ）の平面図、図２は該アンテナ装置の側面図、図３は該アンテナ装置の接地導体板を示す平面図、図４は該アンテナ装置の放射導体板を含む金属平板の折曲加工前の平面図である。

図１および図２に示すアンテナ装置は、例えばＥＴＣ（自動料金収受システム）用の円偏波アンテナとして設計された板金パッチアンテナである。このアンテナ装置は、外形が略正方形で中央部に開口１ａを有する金属平板からなる放射導体板１と、この放射導体板１の内周縁部（開口１ａの周縁部）を基端として下方へ突出する４本の取付脚２と、放射導体板１内の所定位置を基端として下方へ突出する給電端子３と、所定の間隔を存して放射導体板１の下方に配置された金属平板からなる接地導体板４とを備えて概略構成されており、導体切除部４ａや狭隘部４ｂを有する接地導体板４に各取付脚２の先端部（下端部）が半田付けされている。

放射導体板１と各取付脚２および給電端子３は一枚の金属板をプレス加工して一体的に形成されたものである。つまり、図４に示すように、放射導体板１を含む金属平板の一部で開口１ａ内へ延出する４本の金属片５を略直角に折り曲げて４本の取付脚２となし、かつ、該金属平板の一部で開口１ａの外側をプレス抜きして形成された金属片６を略直角に折り曲げて給電端子３となしている。この給電端子３の先端部（下端部）は、接地導体板４を非接触に貫通して同軸ケーブル１０の内部導体（芯線）に接続されるので、給電端子３を介して放射導体板１に所定の高周波信号が供給されるようになっている。また、放射導体板１の２箇所の隅部は、縮退分離素子として機能する切欠き１ｂとなっている。

一方、図３に示すように、接地導体板４には放射導体板１の開口１ａと対向する領域を略包囲する正方形状の配置で４箇所に導体切除部４ａが開設されており、隣接する導体切除部４ａどうしの間は狭隘部４ｂとなっている。また、この接地導体板４には、各導体切除部４ａの内側縁近傍にそれぞれ取付脚２の先端部を挿入するための挿入孔４ｃが穿設されている。そして、対応する挿入孔４ｃに挿入した４本の取付脚２の先端部を接地導体板４の底面側で半田付けすることによって、放射導体板１が接地導体板４上に所定の間隔を存して保持されるようになっている。なお、４個の導体切除部４ａのうち３個は同形のスリット状に開設されているが、残りの１個は給電端子３を非接触に挿通させるためにスリットの一部を拡幅した形状に開設されている。また、接地導体板４の外周部には、同軸ケーブル１０を挟持してその外部導体に圧接される一対の切り起こし片４ｄが下向きに突設されており、これらの切り起こし片４ｄによって同軸ケーブル１０が保持されると共に、接地導体板４がグラウンドとして機能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は、所定の間隔を存して接地導体板４と対向している放射導体板１の給電点に給電端子３を介して所定の高周波信号を供給することにより、円偏波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、放射導体板１の内周縁部から下方へ突出する複数の取付脚２を接地導体板４に半田付けして機械的強度を確保しているが、各取付脚２の半田付け箇所（挿入孔４ｃ付近）は全て接地導体板４の各導体切除部４ａおよび各狭隘部４ｂにて包囲された領域内に位置するため、各狭隘部４ｂが給電時にインダクタとして動作することになり、各取付脚２は電位がゼロにはならない。したがって、放射導体板１の中央部の開口１ａの周囲に電気長を増大させるための透孔を別途開設しなくても、共振周波数を下げて小型化を促進することができ、利得を犠牲にする必要がなくなる。

また、このアンテナ装置は、放射導体板１と各取付脚２および給電端子３が金属板からなるだけでなく、接地導体板４をも金属板からなるというものなので、極めて安価に製造できるという利点がある。ただし、絶縁性基板上に銅箔等の金属層を形成して接地導体となす構成にした場合でも、該接地導体に前記実施形態例と同様の導体切除部４ａや狭隘部４ｂを設けることによって、小型化に好適で利得も良好なアンテナ装置を得ることは可能である。

なお、前記第１実施形態例では、金属平板からなる放射導体板１の外形が略正方形の場合について説明したが、放射導体板１の面内方向での無指向性が確保できれば他の形状であってもよい。したがって、放射導体板１の外形は略正多角形または略円形であればよい。

図５は本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の接地導体板を示す平面図であり、図３と対応する部分には同一符号を付してあるため、重複する説明は省略する。

図５に示すように、本実施形態例では接地導体板４の中央部に放射導体板１の開口１ａと対向する窓孔４ｅが開設してあり、この窓孔４ｅの四隅をそれぞれ狭隘部４ｂに近接させることによって、狭隘部４ｂと挿入孔４ｃとの間に幅狭連結部４ｆを形成している。このようにすると、狭隘部４ｂがインダクタとして十分に機能しない場合でも、幅狭連結部４ｆをインダクタとして機能させることが可能となるため、設計上の自由度を高めることができる。

本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の平面図である。 該アンテナ装置の側面図である。 該アンテナ装置の接地導体板を示す平面図である。 該アンテナ装置の放射導体板を含む金属平板の折曲加工前の平面図である。 本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の接地導体板を示す平面図である。 従来例に係るアンテナ装置の平面図である。 図６のVII−VII線に沿う断面図である。

符号の説明

１ 放射導体板
１ａ 開口
２ 取付脚
３ 給電端子
４ 接地導体板
４ａ 導体切除部
４ｂ 狭隘部
４ｃ 挿入孔
４ｄ 切り起こし片
４ｅ 窓孔
４ｆ 幅狭連結部
１０ 同軸ケーブル

Claims (3)

1. 外形が略正多角形または略円形で中央部に開口を有する金属平板からなる放射導体板と、この放射導体板と所定の間隔を存して対向する接地導体と、前記放射導体板の内周縁部を基端として前記接地導体側へ突出する金属片からなる複数の取付脚とを備え、
   前記接地導体は前記開口と対向する領域を略包囲する配置で開設された複数の導体切除部を有し、隣接する該導体切除部どうしの間が狭隘部となっていると共に、前記複数の取付脚の先端部が前記導体切除部および前記狭隘部にて包囲された領域で前記接地導体に電気的かつ機械的に接続されており、これらの取付脚を介して前記放射導体板が前記接地導体上に保持されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１の記載において、前記放射導体板に対して給電を行う給電端子を備えており、該給電端子と前記複数の取付脚がいずれも、前記放射導体板と連続する金属片を前記接地導体側へ折り返して形成されたものであることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１または２の記載において、前記接地導体が金属平板からなることを特徴とするアンテナ装置。

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