JP2007243559A - アンテナモジュール及びアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナモジュールの回路基板のフットプリントを小さくする。
【解決手段】 衛星デジタルラジオの受信用アンテナ装置に内蔵されるアンテナモジュール。複数層を積層してなる多層基板と、多層基板の最上位層表面に搭載した実装部品と、多層基板の内部の立体領域内にて、複数層の少なくとも一層に形成したパターンからなり、実装部品とビアホールを介して配線された少なくともひとつの内蔵部品とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、デジタルラジオ放送の電波を受信するために用いられるアンテナ装置及び受信システムに関する。

近時、衛星波または地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、米国において実用化されている。このデジタルラジオ受信機は、自動車等の移動局に搭載され、周波数が約２．３ＧＨｚ帯の電波を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。すなわち、デジタルラジオ受信機は、モバイル放送を聴取することが可能なラジオ受信機である。受信電波の周波数が約２．３ＧＨｚなので、そのときの受信波長（共振波長）λは約１２８．３ｍｍである。尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。

一般に、デジタルラジオ受信機を自動車に搭載する場合には、アンテナ装置を自動車の屋根等に取り付けている。こうしたデジタルラジオ受信用のアンテナ装置１０は、図１に示すように、トップカバー１１及びボトムプレート１２が接合されてなるアンテナケース１３と、トップカバー１１内に収納されるアンテナモジュール１４と、トップカバー１１とボトムプレート１２との接合部に配設されてアンテナケース１３の密閉性を確保するパッキン部材１５と、アンテナモジュール１４に接続された信号線１６とを備える。

アンテナモジュール１４は、衛星から送出された信号を受信するアンテナが形成されたアンテナエレメント２０と、このアンテナエレメント２０によって受信した信号に対して信号増幅などの各種信号処理を施す回路が形成された回路基板２１とを有している。アンテナエレメント２０と回路基板２１とは、両面テープ２２などによって接合されている。

回路基板２１には、信号をアンテナケース１３の外部に取り出すための同軸ケーブルが信号線１６として接続されている。また、回路基板２１には、アンテナエレメント２０が配設された主面２１ａとは反対側の主面２１ｂに、回路をシールドするためのシールドケース２４が取り付けられている。信号線１６は、トップカバー１１に形成された切欠部を介して外部に引き出される。

アンテナ装置１０は、トップカバー１１の内部空間にアンテナモジュール１４及びパッキン部材１５が収納された状態で、トップカバー１１とボトムプレート１２とが嵌着されることにより接合一体化されている。パッキン部材１５は、例えばＥＰＤＭゴムなどの樹脂材料によって形成されている。

パッキン部材１５は、トップカバー１１とボトムプレート１２とが接合された際に、これら部材によって挟持され、接合部における密閉性を確保する目的で配設されている。ガスケット部１５ｂは、トップカバー１１における切欠部１１ａに対応する位置で、ベース部１５ａから立ち上がり形成される。

ボトムプレート１２には、中央部に単一の凹部１２ａが形成されており、この凹部１２ａに永久磁石３０が配設される。この永久磁石３０は、自動車のルーフにアンテナ装置１０を吸着固定させるために配設されるものである。また、ボトムプレート１２の外方に臨む側の主面には、当該主面の略々全面に渡って、自動車のルーフへの傷付き防止を目的とした樹脂シート３１が貼り付けられる。この樹脂シート３１には、当該アンテナ装置１０の型番号や名称などがプリントされている。

特開２００５−１０９６８７号公報（第００１６〜００２２段落、図１）

このような構造を有するアンテナ装置では、チューナ部を搭載したアンテナ装置が実用化されている。この種のアンテナ装置では、チューナ部を搭載することによって回路基板２１の大きさが大きくなってしまい、結果としてアンテナ装置全体の大きさを大型化する一要因となっている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、アンテナモジュールを小さくすることである。

上述の課題を解決するため、本発明は次のような技術を提供する。

即ち、本発明は、複数層を積層してなる多層基板と、多層基板の最上位層表面に搭載した実装部品と、多層基板の内部の立体領域内にて、複数層の少なくとも一層に形成したパターンからなり、実装部品とビアホールを介して配線された少なくともひとつの内蔵部品とを備えることを特徴とするアンテナモジュールを提供する。このアンテナモジュールは、例えば、衛星デジタルラジオの受信用アンテナ装置に内蔵されるものがある。

多層基板の最上位層表面に搭載する実装部品と、多層基板内部に搭載した内蔵部品により、例えばＬＮＡ（低雑音増幅回路）、復調回路、演算回路が構成される。本発明は、アンテナモジュールに実装する部品点数が多いときに特に効果的であり、具体的にはチューナーＩＣを実装したチューナー一体型のアンテナモジュールがある。

本発明に好適な多層基板として、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ、低温焼成セラミック）多層基板を挙げる。

内蔵部品は、パターンの幅、長さ、及び／または形状に基づいてパターンにて形成されたリアクタンス素子を備えるとすることが考えられる。このようにして形成したリアクタンス素子を用いて内蔵部品を構成すれば、立体領域内の層上にパターンとは独立したコンデンサ素子やコイル素子を別途実装する必要がない。これにより、実装部品を小型化することが可能となり、その結果、アンテナ装置全体の小型化に寄与する。このような内蔵部品の例としては、インダクタ、フィルタ、バラン、キャパシタがある。より具体的には、略同心多角形または略同心円状のパターンを備えるインダクタが考えられる。また、複数の層のそれぞれに形成され、互いに対向する電極板のパターンを備えるキャパシタが考えられる。また、複数の層の一である第1の層に形成された略同心多角形または略同心円状の第1のパターンと、第1の層に隣接する第2の層に形成され、第1のパターンと対向する略同心多角形または略同心円状のパターンである第2のパターンとを備えるバランが考えられる。

また、本発明は、アンテナモジュールにおいて、実装部品を搭載した多層基板を備え、多層基板はＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ、低温焼成セラミック）多層基板であることを特徴とするアンテナモジュールを提案する。

更に、本発明は、上述のアンテナモジュールを備えるアンテナ装置を提案する。

本発明によれば、多層基板の最上層上に全ての実装部品を搭載する従来のアンテナモジュールと比較して、内蔵部品の分だけ回路基板を小さくすることが出来る。その結果、アンテナモジュールを小型化することができることとなり、ひいてはアンテナ装置の小型化を図ることができる。

本発明の実施の形態である回路基板４０について図２を参照して説明する。図１と共通する箇所には同じ参照符号を付している。回路基板４０は図１における回路基板２１に相当し、多層基板４１と実装部品からなり、アンテナエレメント２０と共にアンテナモジュールを構成する。多層基板４１は層L０〜L１４の１５層からなる。尚、本実施の形態では１５層からなる多層基板を用いたが、本発明はこれに限らず、より少ない数、或いはより多い数の層からなる多層基板を用いてもよい。

実装部品は、主面４１ｂに配設された素子４６、４７、４８、水晶発振器４９、チューナーＩＣ５０と、多層基板４１内部の領域５１〜５４に配設された内蔵部品、即ちインダクタ５１、キャパシタ５２、バラン５３、フィルタ５４である。主面４１ｂ上の実装部品と内蔵部品との間は、多層基板４１内を貫く不図示のビアホールを介して配線される。主面４１ｂ上に配設した実装部品はシールドケース２４にて覆われる。

内蔵部品５１〜５４は、いずれも、多層基板の層のパターンの線幅、形状、長さを適切に定めてコンデンサ及びコイルといったリアクタンス素子を形成し、それらを同一層内ではパターンで配線すると共に、同様にして他層に形成したリアクタンス素子や配線パターンとビアホールにて配線することにより、所望の機能を実現した回路である。

図３に示すように、インダクタ５１は多層基板４１の層L０とL１の間、即ち、層Ｌ１上に形成されたパターンからなる。パターンは略同心矩形状、或いは略矩形状の渦巻き形状であり、中心側の端部と外周側の端部からビアホールを経て主面４１ｂ上のパターンに配線されている。

図４に示すように、キャパシタ５２は多層基板４１の層Ｌ０〜Ｌ７の８層に形成されている。全層を２本のビアホール８０、８１が貫通し、層Ｌ１〜Ｌ７上にはそれぞれ略矩形のパターンが形成されている。図５に示すように、層Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６上のパターンは互いにビアホール８０を介して接続され、層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ７上のパターンは互いにビアホール８１を介して接続されていて、全体としてキャパシタとして機能する。

図６を参照すると、バラン５３は多層基板４１の層Ｌ０〜Ｌ１２からなり、特に層L６〜Ｌ１２上のパターンにその主要部が形成されている。層Ｌ０〜Ｌ５にバラン５３以外の内蔵部品を形成してもよい。例えばインダクタ５１と同様のインダクタを形成することが考えられる。

図７を参照してバラン５３の構造について更に説明する。層Ｌ６上はＧＮＤ層である。層Ｌ９上には矩形状の渦巻き９６及び９７と、渦巻き９６及び９７の間を結ぶ配線からなるパターンが形成されている。層Ｌ１０上にも矩形状の渦巻き９８及び９９からなるパターンが形成されている。渦巻き９８と９９とを結ぶ配線は層Ｌ９のパターンに含まれておらず、この配線は層Ｌ１１上のパターンに形成されている。層L７〜L８には、渦巻き９８、９７、９６、渦巻き９６と渦巻き９７の間の配線パターンをそれぞれ端子１００、１０１、１０２、１０３へ導くための配線パターンが形成されている。

端子１００は、ビアホールを介して渦巻き９８の内周側端部に接続されている。渦巻き９８の外周側端部はビアホールを介して層９４のパターンの一端に接続され、その他端はビアホールを介して渦巻き９９の外周側端部に接続される。端子１０１は、ビアホールを介して渦巻き９６の内周側端部に接続され、端子１０２は、ビアホールを介して渦巻き９６と渦巻き９７の間の配線パターンに接続され、端子１０３は、ビアホールを介して渦巻き９７の内周側端部に接続される。このようにパターン間を配線することにより、渦巻き９６と渦巻き９８の間、及び、渦巻き９７と渦巻き９９の間が高周波的に結合し、バラン５３は図８に示す回路として機能する。

図９を参照してフィルタ５４について説明する。フィルタ５４の多層基板は７つの層Ｌ０〜Ｌ６に形成されたパターンと、パターン間を接続するビアホールからなる。

フィルタ５４について図１０を参照して更に説明する。層Ｌ０上のパターンはＧＮＤ層である。層Ｌ１上のパターンは２つの長方形１１７、１１８からなる。層Ｌ２上のパターンは長方形１１９、逆Ｌ字型１２０及びＬ字型１２１からなる。層Ｌ３上のパターンは３つの長方形１２２〜１２４からなる。層Ｌ４上のパターンはフィルタ５４以外の配線パターンである。層Ｌ５上のパターンは長方形１２５からなる。層Ｌ６上のパターンはＧＮＤ層である。これらのパターンはビアホールを介して図１１のように接続される。

このような構造を有することにより、多層基板にリアクタンス素子が形成される。形成されるリアクタンス素子の記号を図１１に書き加えたのが図１２である。図１２を参照して説明すると、長方形１１７と層１１１の間にキャパシタ１３０が形成され、長方形１１８と層１１１の間にキャパシタ１３１が形成される。長方形１１９と長方形１２２の間にキャパシタ１３２が形成され、長方形１１９と長方形１２４の間にキャパシタ１３３が形成される。逆Ｌ字型１２０と長方形１２２の間にキャパシタ１３４が形成され、逆Ｌ字型１２０と長方形１３５の間にキャパシタ１３５が形成される。Ｌ字型１２１と長方形１２３の間にキャパシタ１３６が形成され、Ｌ字型１２１と長方形１２４の間にキャパシタ１３７が形成される。長方形１２２と長方形１２３の間にキャパシタ１３８が形成される。長方形１２３と長方形１２４の間にキャパシタ１３９が形成される。長方形１２５と層１１６の下面の間にキャパシタ１４０が形成される。また、長方形１２２、１２３、１２４は、それぞれ一方の端部を長方形１１７、１１８、１２５に接続し、他方を接地することにより、インダクタ１４１、１４２、１４３が形成される。更に、逆Ｌ字型１２０及びＬ字型１２１の短辺の端部に、それぞれ端子１４４及び１４５を設ける。このようにして形成されたキャパシタ及びインダクタは、図１３のようなフィルタ回路を構成する。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者の通常の知識の範囲内でその変更や改良が可能であることは勿論である。

アンテナ装置１０の構造を説明するための分解側面図である。 本発明の一実施の形態である回路基板４０の断面側面図である。 インダクタ５１の透過斜視図である。 キャパシタ５２の透過斜視図である。 キャパシタ５２の断面図である。 バラン５３の概略的な透過斜視図である。 バラン５３の多層基板の各層に形成したパターンを説明するための図である。 バラン５３の回路図である。 フィルタ５４の透過斜視図である。 フィルタ５４の多層基板の各層に形成したパターンを説明するための図である。 フィルタ５４のパターン間の配線を説明するための図である。 フィルタ５４の多層基板に形成されるリアクタンスについて説明するための図である。 フィルタ５４の回路図である。

符号の説明

１０ アンテナ装置
１１ トップカバー
１２ ボトムプレート
１３ アンテナケース
１４ アンテナモジュール
１５ パッキン部材
１６ 信号線
２０ アンテナエレメント
２１、４０ 回路基板
２２ 両面テープ
２４ シールドケース
３０ 永久磁石
３１ 樹脂シート
４１ 多層基板
４６〜４８ 素子
４９ 水晶発振器
５０ チューナーＩＣ
５１ インダクタ
５２ キャパシタ
５３ バラン
５４ フィルタ
８０、８１ ビアホール
９６〜９９ 矩形状渦巻き
１００〜１０３、１４４、１４５ 端子
１１７〜１１９、１２２〜１２５ 長方形
１２０ 逆Ｌ字型
１２１ Ｌ字型
１３０〜１４０ キャパシタ
１４１〜１４３ インダクタ

Claims (7)

1. 複数層を積層してなる多層基板と、
   前記多層基板の最上位層表面に搭載した実装部品と、
   前記多層基板の内部の立体領域内にて、前記複数層の少なくとも一層に形成したパターンからなり、前記実装部品とビアホールを介して配線された少なくともひとつの内蔵部品と
   を備えることを特徴とするアンテナモジュール。
2. 請求項１に記載のアンテナモジュールにおいて、前記実装部品としてチューナーＩＣを含むことを特徴とするアンテナモジュール。
3. 請求項１に記載のアンテナモジュールにおいて、前記多層基板はＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ、低温焼成セラミック）多層基板であることを特徴とするアンテナモジュール。
4. 請求項１に記載のアンテナモジュールにおいて、前記内蔵部品は、前記パターンの幅、長さ、及び／または形状に基づいてパターンにて形成されたリアクタンス素子を備えることを特徴とするアンテナモジュール。
5. 請求項４に記載のアンテナモジュールにおいて、前記内蔵部品として、インダクタ、フィルタ、バラン、キャパシタのうち、少なくともひとつを含むことを特徴とするアンテナモジュール。
6. アンテナモジュールにおいて、
   実装部品を搭載した多層基板を備え、
   前記多層基板はＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ、低温焼成セラミック）多層基板である
   ことを特徴とするアンテナモジュール。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のアンテナモジュールを備えるアンテナ装置。
   

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