JP2006237979A - アンテナ装置の取り付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＧＰＳアンテナの指向性歪みや軸比を改善する。
【解決手段】 金属製ブラケット３は、ＧＰＳアンテナ１を挿入するための貫通穴３ｃを有し、パッチアンテナ１１が搭載されたガラスエポキシ基板１０と金属製ブラケット３とが同一平面となるように、ＧＰＳアンテナ１が金属製ブラケット３の貫通穴３ｃに挿入固定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブラケット等の取り付け部材へのアンテナ装置の取り付け構造に関する。

従来、ＧＰＳアンテナなど各種アンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

カーナビゲーション装置等で用いられるＧＰＳアンテナは、金属製ブラケット等の取り付け部材を用いて車両等に取り付けられる。

図５に、ＧＰＳアンテナが金属製ブラケットに取り付けられた状態を示す。（ａ）は、ＧＰＳアンテナを金属製ブラケットの表面（ＧＰＳアンテナの電波受信面）側から見た図、（ｂ）は、ＧＰＳアンテナを金属製ブラケットの裏面側から見た図、（ｃ）は、（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。

図５に示すように、ＧＰＳアンテナ１は、金属製ブラケット３の表面に取り付け付けられている。

ＧＰＳアンテナ１は、ガラスエポキシ基板１０、ＧＰＳ信号を受信するための小型のパッチアンテナ１１、パッチアンテナ１１によって受信された信号を低雑音、高利得で増幅するＬＮＡ（低雑音増幅器）１３等の回路部品および同軸ケーブル２を備えている。

ガラスエポキシ基板１０は、表面（図中Ｚ方向の面）に銅箔パターンによってグランド面１０ａが形成され、このグランド面１０ａ上にパッチアンテナ１１が搭載されている。

パッチアンテナ１１は、セラミック等によって構成される誘電体１１ｂと、この誘電体１１ｂの表面に形成された放射器１１ａを有している。この放射器１１ａの水平方向（図面Ｙ方向）の長さｄ（後述する図６に示す）は、受信電波の半波長（波長の１／２）となるように構成されている。

パッチアンテナ１１とガラスエポキシ基板１０には、パッチアンテナ１１の入力インピーダンスが５０Ωとなる位置に貫通穴（図示せず）が設けられ、この貫通穴を貫通するように給電ピン１２が設けられている。この給電ピンを介してパッチアンテナ１１によって受信された信号がＬＮＡ１３に伝達される。

また、ガラスエポキシ基板１０の裏面には、ＬＮＡ１３等の回路部品が搭載され、これらの回路部品は、ＬＮＡ１３の発振を防止するため金属製のシールドケース１４によって覆われている。なお、このシールドケース１４とガラスエポキシ基板１０の接触部は半田１５によって隙間なくシールドされている。また、ＬＮＡ１３の出力端子（図示せず）には同軸ケーブル２が接続され、ＬＮＡ１３によって増幅された信号は、この同軸ケーブル２を介してＧＰＳ受信機へ出力される。また、この同軸ケーブルを介してＬＮＡ１３に一定電圧（例えば、４．５Ｖ）が供給される。

上記したガラスエポキシ基板１０、パッチアンテナ１１、給電ピン１２、ＬＮＡ１３等の回路部品、シールドケース１４等は、アンテナパッチ１１やＬＮＡ１３を衝撃から保護するため、あるいは、見栄えを保つため、樹脂製の樹脂ケース１６および樹脂ベース１７から成る筐体内に収容されている。

樹脂ベース１７の底面には、ＧＰＳアンテナ１をネジ固定するためのネジ穴１７ａが形成されている。

ＧＰＳアンテナ１は、筐体の底面、すなわち樹脂ベース１７の底面に形成されたネジ穴１７ａを利用して、金属製ブラケット３の裏面側から複数のネジ４を用いて金属製ブラケット３に取り付けられる。

このような取り付け構造では、導電性の金属製ブラケット３の上部にガラスエポキシ基板１０の表面に形成されたグランド面１０ａが位置するため、金属製ブラケット３を１階のグランド面、グランド面１０ａを２階のグランド面としたような２階建て構造となっている。また、ＧＰＳアンテナ１の同軸ケーブル２は、金属製ブラケット３の表面側に位置する構造となっている。
特許第３５０８３５２号公報

図５に示したＧＰＳアンテナ１のように、放射器１１ａの水平方向（図面Ｙ方向）の長さｄ（後述する図６に示す）が受信電波の半波長となるように構成されたパッチアンテナ１１の放射器１１ａは、受信電波を受信すると基本モードで励振する。なお、パッチアンテナとは、有限地板と平行に長さｄが１／２波長の導電体の放射器を備えた誘電体を置き、その放射器を励振することで電波を効率良く放射するものである。

図６に、パッチアンテナ１１の放射器１１ａが基本モードで励振した場合の電界分布の様子を示す。（ａ）は、パッチアンテナ１１の電界分布を上から見た図、（ｂ）は、（ａ）のＢ方向から見たパッチアンテナ１１の電界分布を示す図である。

放射器１１ａが基本モードで励振すると、図６（ａ）、（ｂ）に示すような電界Ｅが発生する。すなわち、放射器１１ａが基本モードで励振すると、図６（ａ）、（ｂ）に示すような電界Ｅが発生し、この電界Ｅの発生により、放射器１１ａの図面左端の電位が最小（負の電位）、放射器１１ａの図面右端の電位が最大（正の電位）となり、図６（ｂ）に示すように、放射器１１ａの図面左端ではガラスエポキシ基板１０から放射器１１ａに向かう電界Ｅが発生し、放射器１１ａの図面右端では放射器１１ａからガラスエポキシ基板１０に向かう電界Ｅが発生する。また、このような電界Ｅはパッチアンテナ１１の端部において、図６（ｂ）に示すように、パッチアンテナ１１の誘電体１１ｂの外側に広がるように発生する。

しかし、図５に示したように金属製ブラケット３とガラスエポキシ基板１０のグランド面１０ａとが２階建て構造となるようにＧＰＳアンテナが金属製ブラケット３に取り付けられると、図７に示すように、ガラスエポキシ基板１０のグランド面１０ａと金属製ブラケット３との間に電界Ｅ１が発生し、この電界Ｅ１によってパッチアンテナ１１から放射される電界Ｅを乱してしまい、ＧＰＳアンテナの指向性歪みや軸比を悪化させてしまう。

また、図５に示したように、金属製ブラケット３の表面側に同軸ケーブル２が位置するようなＧＰＳアンテナの取り付け構造では、図７に示すように、パッチアンテナ１１の誘電体１１ｂの外側に広がるように発生する電界Ｅがガラスエポキシ基板１０の外側に漏れると、漏れた電界Ｅ２が同軸アンテナ２に反射して、パッチアンテナ１１から放射される電界Ｅを乱してしまい、ＧＰＳアンテナの指向性歪みや軸比を悪化させてしまう。

本発明は上記問題に鑑みたもので、アンテナ装置の指向性歪みや軸比を改善することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、導電性ブラケットへのアンテナ装置の取り付け構造であって、アンテナ装置は、アンテナ素子が搭載された基板を有し、導電性ブラケットは、アンテナ装置を挿入するための貫通穴を有し、アンテナ素子が搭載された基板と導電性ブラケットとが同一平面となるように、アンテナ装置がブラケットの貫通穴に挿入固定されていることを特徴としている。

このように、アンテナ素子が搭載された基板と導電性ブラケットとが同一平面となるように、アンテナ装置がブラケットの貫通穴に挿入固定されているので、導電性ブラケットによるアンテナ素子から放射される電界の乱れを低減することができ、アンテナ装置の指向性歪みや軸比を改善することができる。

なお、ここでいう「同一平面」は、厳密に「同一平面」になっている必要はなく、導電性ブラケットによるアンテナ素子から放射される電界の乱れを低減することができる範囲でおよそ「同一平面」となっていればよい。

また、請求項２に記載の発明のように、ケーブルは、同一平面に対してアンテナ素子が搭載された側と反対側に位置するので、ケーブルによってアンテナ素子から放射される電界が乱されることがなく、ＧＰＳアンテナの指向性歪みや軸比を改善することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、筐体の外面のうち基板とアンテナ素子との積層方向に対して垂直な面にネジが螺合されているので、アンテナ装置を導電性ブラケットに取り付けても、ネジの頭部によって全体の積層方向の高さが高くなるといったことがなく、薄型化が可能である。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置としてのＧＰＳアンテナ装置が金属製ブラケットに取り付けられた状態を図１に示す。（ａ）は、ＧＰＳアンテナを金属製ブラケットの表面（ＧＰＳアンテナの電波受信面）側から見た図、（ｂ）は、ＧＰＳアンテナを金属製ブラケットの裏面側から見た図、（ｃ）は、（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。本実施形態に係るＧＰＳアンテナ１については、図５に示した従来技術のＧＰＳアンテナ１と比較して、樹脂ベース１７に形成されたネジ穴１７ａの位置が異なるが、その他の部分は同じであるため、同一符号を付して説明を省略する。なお、本実施形態におけるＧＰＳアンテナ１の樹脂ベース１７は、側面に２つのネジ穴１７ａが形成されている。

金属製ブラケット３には、ＧＰＳアンテナ１を挿入する貫通穴３ｃが形成され、この貫通穴３ｃの一辺にはＧＰＳアンテナ１をネジ固定するための２つネジ穴が形成されたＬ字形状の取り付け部３ａが形成されている。なお、このＬ字形状の取り付け部３ａには、同軸ケーブル２が当接しないように切り欠き部（図示せず）が形成されている。

ＧＰＳアンテナ１は、パッチアンテナ１１が搭載されたガラスエポキシ基板１０と導電性の金属製ブラケット３とが同一平面となるように、金属製ブラケット３に形成された貫通穴３ｃに挿入固定されている。

また、同軸ケーブル２は、金属製ブラケット３の裏面（パッチアンテナ１１の電波受信面と反対側の面）に位置している。すなわち、同軸ケーブル２は、上記同一平面に対してパッチアンテナ１１が搭載された面と反対側に位置している。

また、ＧＰＳアンテナ１は、同軸ケーブル２が金属製ブラケット３の裏面（パッチアンテナ１１の電波受信面と反対側の面）に位置するように取り付けられている。すなわち、ＧＰＳアンテナ１は、金属製ブラケット３のガラスエポキシ基板１０におけるパッチアンテナ１１の搭載面と同一面の反対側に同軸ケーブル２が位置するように取り付けられている。

ＧＰＳアンテナ１を金属製ブラケット３への取り付ける場合、図２に示すように、金属製ブラケット３の裏面側から金属製ブラケット３の貫通穴３ｃにＧＰＳアンテナ１を挿入し、樹脂ベース１７の側面に形成されたネジ穴１７ａとＬ字形状の取り付け部３ａに形成されたネジ穴を一致させ、これらのネジ穴にネジ４を挿入してネジ固定する。

上記したように、金属製ブラケット３は、ＧＰＳアンテナ１を挿入するための貫通穴３ｃを有し、パッチアンテナ１１が搭載されたガラスエポキシ基板１０と金属製ブラケット３とが同一平面となるように、ＧＰＳアンテナ１が金属製ブラケット３の貫通穴３ｃに挿入固定される。このように、パッチアンテナ１１が搭載されたガラスエポキシ基板１０と金属製ブラケット３とが同一平面となるようにＧＰＳアンテナ１が金属製ブラケット３に挿入固定されるので、金属製ブラケット３によるパッチアンテナ１１から放射される電界の乱れを低減することができ、ＧＰＳアンテナの指向性歪みや軸比を改善することができる。

また、ＧＰＳアンテナ１が金属製ブラケット３の貫通穴３ｃに挿入固定されるので、ＧＰＳアンテナ１を金属製ブラケット３に取り付けても、金属製ブラケット３の厚みによって全体の高さ（Ｚ方向の長さ）が高くなるといったことがなく、図５に示したような取り付け構造と比較して薄型化が可能である。

また、ＧＰＳアンテナ１は、金属製ブラケット３のガラスエポキシ基板１０におけるパッチアンテナ１１の搭載面と同一面の反対側に同軸ケーブル２が位置するように取り付けられているので、同軸アンテナ２によってパッチアンテナ１１から放射される電界が乱されることがなく、ＧＰＳアンテナの指向性歪みや軸比を改善することができる。

また、ＧＰＳアンテナ１は、パッチアンテナ１１とガラスエポキシ基板１０を収納する筐体を有し、この筐体の外面のうちガラスエポキシ基板１０とパッチアンテナ１１との積層方向に対して垂直な面にネジ４が螺合されているので、ＧＰＳアンテナ１を金属製ブラケット３に取り付けても、ネジ４の頭部によって全体の積層方向の高さが高くなるといったことがなく、図５に示したような取り付け構造と比較して薄型化が可能である。

図３に、従来構造と新機構造の指向性の測定結果を示す。なお、従来構造は図５に示したＧＰＳアンテナの取り付け構造で、新機構造は図１に示したＧＰＳアンテナの取り付け構造である。また、図３の縦軸（利得）は、パッチアンテナ１１ａの利得とＬＮＡ１３の利得の合計から同軸ケーブル２の損失を引いた総合の利得で、図３の横軸（角度）は、放射器の鉛直方向（Ｚ方向）と受信電波の方向とのなす角である。

図３に示すように、従来構造の利得特性は、２０〜７０ｄｅｇ付近で凹凸が見られ、また、−９０ｄｅｇ付近で大きく落ち込んでいるのに対し、新規構造の利得特性は、従来構造の利得特性のような２０〜７０ｄｅｇ付近における凹凸や−９０ｄｅｇ付近の落ち込みが解消されていることが確認できる。このように、新規構造では利得特性が改善され、指向性歪みが改善される。

図４に、従来構造と新機構造の軸比の測定結果を示す。なお、図４の縦軸（軸比）は、楕円偏波のどの程度円偏波に近いかを表す指標で、図４の横軸（角度）は、放射器の鉛直方向（Ｚ方向）と受信電波の方向とのなす角である。

図４に示すように、従来構造の軸比特性は、−８０〜−９０ｄｅｇ付近および８０ｄｅｇ〜９０ｄｅｇ付近で上昇（悪化）しているのに対し、新機構造の軸比特性は、従来構造の軸比特性のような−８０〜−９０ｄｅｇ付近および８０ｄｅｇ〜９０ｄｅｇ付近の上昇が解消されている。このように、軸比特性も改善されていることが確認できる。

なお、上記実施形態における構成と特許請求の範囲の構成との対応関係について説明すると、パッチアンテナ１１がアンテナ素子に相当し、金属製ブラケット３が導電性ブラケットに相当する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。

例えば、上記実施形態では、アンテナ装置としてＧＰＳアンテナを例に示したが、ＧＰＳアンテナに限定されることなく、例えば、放送用の電波を受信するアンテナ装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、ＧＰＳアンテナ１が同軸ケーブル２を有する例を示したが、同軸ケーブル以外のケーブルであってもよい。

また、上記実施形態では、金属製ブラケット３にＧＰＳアンテナ１を取り付ける例を示したが、例えば、表面に導電性のグランド面が形成された樹脂製のブラケットにＧＰＳアンテナ１を取り付ける場合に適用してもよい。

また、上記実施形態では、ＧＰＳアンテナ１を金属製ブラケット３にネジ４を用いて固定する例を示したが、例えば、接着剤、溶接などにより、固定してもよい。

本発明の一実施形態に係るＧＰＳアンテナが金属製ブラケットに取り付けられた状態を示す図で、（ａ）は金属製ブラケットの表面から見た図、（ｂ）は金属製ブラケットの裏面側から見た図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。 ＧＰＳアンテナを金属製ブラケットへの取り付ける場合の説明図である。 従来構造と新機構造の指向性の測定結果を示す図である。 従来構造と新機構造の軸比特性の測定結果を示す図である。 従来技術におけるＧＰＳアンテナが金属製ブラケットに取り付けられた状態を示す図で、（ａ）は金属製ブラケットの表面から見た図、（ｂ）は金属製ブラケットの裏面側から見た図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。 パッチアンテナの放射器が基本モードで励振した場合の電界分布を示す図である。 図５に示す構造におけるパッチアンテナが基本モードで励振した場合の電界分布を示す図である。

符号の説明

１…ＧＰＳアンテナ、２…同軸ケーブル、３…金属製ブラケット、３ａ…取り付け部、
３ｃ…貫通穴、４…ネジ、１１…パッチアンテナ、１１ａ…放射器、１１ｂ…誘電体、
１２…給電ピン、１３…ＬＮＡ、１４…シールドケース、１５…半田、
１６…樹脂ケース、１７…樹脂ベース、１７ａ…ネジ穴。

Claims (3)

1. 導電性ブラケットへのアンテナ装置の取り付け構造であって、
   前記アンテナ装置は、アンテナ素子が搭載された基板を有し、
   前記導電性ブラケットは、前記アンテナ装置を挿入するための貫通穴を有し、
   前記アンテナ素子が搭載された基板と前記導電性ブラケットとが同一平面となるように、前記アンテナ装置が前記ブラケットの前記貫通穴に挿入固定されていることを特徴とするアンテナ装置の取り付け構造。
2. 前記アンテナ装置は、前記アンテナ素子が受信した信号を出力するケーブルを有し、
   前記ケーブルは、前記同一平面に対して前記アンテナ素子が搭載された側と反対側に位置することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置の取り付け構造。
3. 前記アンテナ装置は、前記アンテナ素子と前記基板を収納する筐体を有し、
   前記筐体は、ネジによって前記導電性ブラケットに固定されており、
   前記筐体の外面のうち前記基板と前記アンテナ素子との積層方向に対して垂直な面に前記ネジが螺合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置の取り付け構造。

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