JP2008072609A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板を小型化してもアンテナ素子の接地効率を低下させず総合利得を維持することができるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１は、電波を受信する受信手段８とＧＮＤパターン９とを有するアンテナ素子２と、アンテナ素子２からの入力信号を増幅する増幅回路が形成された回路基板３と、回路基板３上の増幅回路を覆って妨害波を遮蔽するシールドカバー４と、アンテナ素子２のＧＮＤパターン９に取り付けられシールドカバー４から離間された状態でシールドカバー４を取り囲むように配設された接地部材６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に係り、特に、ＧＰＳ（Global Positioning System）や衛星ラジオ用等の電波を受信するために用いられるアンテナ装置に関する。

例えば、測位システムとして普及している車載用のＧＰＳシステムのアンテナ装置や、米国で実用化されている車載型或いは家庭等での据え付け型の衛星ラジオ等に用いるアンテナ装置として種々のアンテナ装置が開発されている（例えば特許文献１〜３等参照）。

これらのアンテナ装置では、図４（Ａ）、（Ｂ）や図５に例示するアンテナ装置１００のように、例えば、電波を受信するパッチ型の受信面１０１を有するアンテナ素子１０２の背面に回路基板１０３が貼付されている。回路基板１０３のアンテナ素子１０２と反対側の面にはアンテナ素子１０２から入力された信号を増幅する図示しない増幅回路が形成されており、その増幅回路が形成された面が、外部からの妨害波を遮蔽する略箱状のシールドカバー１０４で覆われている。

なお、図４（Ａ）では受信面１０１が実際よりも厚く表されている。また、図５では、図４のアンテナ装置１００を天地逆転した場合の回路基板１０３、シールドカバー１０４および同軸ケーブル１０５が示されており、アンテナ素子１０２等は図示が省略されている。

アンテナ素子１０２と回路基板１０３とには、入力ピン１０５がアンテナ素子１０２や回路基板１０３に垂直に貫挿されており、入力ピン１０５の一端側が半田付けによりアンテナ素子１０２の受信面１０１に電気的に接続されている。また、入力ピン１０５の他端側は回路基板１０３上の増幅回路に半田付けされて電気的に接続されていて入力部１０３ａが形成されている。入力ピン１０５は、アンテナ素子１０２の受信面１０１で受信した電波信号を回路基板１０３の増幅回路に入力させるようになっている。

また、シールドカバー１０４の内側には、同軸ケーブル１０６が挿入されている。同軸ケーブル１０６の芯線１０６ａは回路基板１０３上の増幅回路に半田付けされて電気的に接続され、その接続部分が増幅回路の出力部１０３ｂを構成している。同軸ケーブル１０６はその芯線１０６ａを介して増幅回路に駆動電力を供給するとともに、アンテナ素子１０２で受信され増幅回路で増幅された信号を出力するようになっている。

また、シールドカバー１０４はＧＮＤも兼ねており、シールドカバー１０４の基面１０４ａから同軸ケーブル１０６側に屈曲されて形成された舌片１０４ｂが同軸ケーブル１０６の外部導体１０６ｂに対して半田付けされて電気的に接続されることで、舌片１０４ｂを介してシールドカバー１０４がＧＮＤ電位とされ、シールドカバー１０４を介して増幅回路が接地されるようになっている。
特開２００５−１１０００７号公報 特開２００４−７２３２０号公報 特開２００４−２２８３５７号公報

このようなアンテナ装置では、図４（Ｂ）の拡大図に示すように、アンテナ素子１０２の回路基板１０３側の面のほぼ全域に貼付されたＧＮＤパターン１０７と、回路基板１０３のアンテナ素子１０２側の面のほぼ全域に配設されたＧＮＤパターン１０８とが、例えば両面テープ等の接着部材１０９で接着されて、アンテナ素子１０２と回路基板１０３とが接着されている。

この場合、回路基板１０３のＧＮＤパターン１０８はアンテナ素子１０２のＧＮＤパターンとしても機能し、シールドカバー１０４からＧＮＤ電位を供給されてアンテナ素子１０２にＧＮＤレベルを提供するようになっている。

しかし、このようなアンテナ装置１００で、コストダウン等のために回路基板１０３の小型化が図られると、回路基板１０３のＧＮＤパターン１０８の面積が縮小し、アンテナ素子１０２の接地効率が低下してアンテナ素子１０２のＧＮＤが不十分となる。そのため、アンテナ装置１００の総合利得の劣化を生じてしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回路基板を小型化してもアンテナ素子の接地効率を低下させず総合利得を維持することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

前記の問題を解決するために、請求項１に記載のアンテナ装置は、
電波を受信する受信手段とＧＮＤパターンとを有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子からの入力信号を増幅する増幅回路が形成された回路基板と、
前記回路基板上の前記増幅回路を覆って妨害波を遮蔽するシールドカバーと、
前記アンテナ素子のＧＮＤパターンに取り付けられ、前記シールドカバーから離間された状態で前記シールドカバーを取り囲むように配設された接地部材と
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ素子のＧＮＤパターンは、前記接地部材を介して接地されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置において、前記接地部材に当接し、前記接地部材を接地するベース部材を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、前記接地部材は、断面矩形状の筒状に形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、前記接地部材は、曲面状に形成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ素子と前記増幅回路は、独立に接地されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、アンテナ素子のＧＮＤパターンとして機能する回路基板のＧＮＤパターンが回路基盤の小型化に伴って縮小しても、アンテナ素子のＧＮＤパターンの端部の全周に接地部材を取り付けることで、アンテナ素子のＧＮＤパターンをＧＮＤが十分に拡大され、ＧＮＤパターンの接地効率の低下を効果的に防止することが可能となる。そのため、アンテナ装置の総合利得の劣化が効果的に抑制され、アンテナ装置の総合利得の維持を図ることが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、アンテナ素子のＧＮＤパターンに接地部材を接地し、接地部材を介してアンテナ素子のＧＮＤパターン自体を接地することで、アンテナ素子の接地効率の低下を防止してアンテナ素子にＧＮＤ電位を十分に供給することが可能となる。そのため、アンテナ装置の総合利得の劣化が効果的に抑制され、アンテナ装置の総合利得の維持を図ることが可能となり、前記請求項１に記載の発明の効果がより的確に発揮される。

請求項３に記載の発明によれば、接地部材をベース部材に当接させるようにすれば、接地部材が確実に接地され、アンテナ素子のＧＮＤパターンに適切にＧＮＤ電位を供給することが可能となり、前記各請求項に記載の発明の効果を発揮させることが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、前記各請求項に記載の発明の効果に加え、接地部材をシールドカバーの側面の形状に沿った断面矩形状の筒状に形成すれば、接地部材の製造が容易となるとともに、アンテナ装置の構造をより小型化することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、前記各請求項に記載の発明の効果に加え、接地部材を例えば円筒状等の曲面状に形成すれば、接地部材を非常に容易に形成することが可能となる。また、接地部材を曲面状に形成すれば、アンテナ装置の構造上要求される形状にあわせて接地部材を形成することが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、前記各請求項に記載の発明の効果に加え、アンテナ素子のＧＮＤと回路基板上の増幅回路のＧＮＤとを独立とすることで、アンテナ素子が増幅回路の動作による影響を受けることなく的確に電波を受信することが可能となる。

以下、本発明に係るアンテナ装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態に係るアンテナ装置１は、図１（Ａ）、（Ｂ）および図２に示すように、アンテナ素子２、回路基板３、シールドカバー４、同軸ケーブル５、金属リング６およびボトムカバー７等を備えている。なお、図２では、図１のアンテナ装置１が天地逆転された状態で示されており、また、ボトムカバー７の図示が省略されている。

アンテナ素子２は、本実施形態ではセラミック製でやや肉厚の板状に形成されている。アンテナ素子２の一方側の面には、電波を受信する受信手段としてパッチ型の受信面８が貼付されている。なお、図１（Ａ）では、受信面８が実際よりも厚く表されている。また、アンテナ素子２の受信面８と反対側の面には、図１（Ｂ）の拡大図に示すように、金属薄膜状のＧＮＤパターン９が入力ピン１２およびその周囲の部分を除くほぼ全面に貼付されている。

アンテナ素子２の受信面８と反対の面側には、回路基板３が設けられている。回路基板３のアンテナ素子２側の面には、前記拡大図に示すように、アンテナ素子２のＧＮＤパターン９とは別体の金属薄膜状のＧＮＤパターン１０が入力ピン１２およびその周囲の部分を除くほぼ全面に貼付されている。

本実施形態では、この回路基板３のＧＮＤパターン１０とアンテナ素子２のＧＮＤパターン９とが例えば両面テープ等の接着部材１１で貼付されることでアンテナ素子２と回路基板３とが接着されるようになっている。また、アンテナ素子２自体のＧＮＤパターン９とともに、回路基板３のＧＮＤパターン１０もアンテナ素子２のＧＮＤパターンとして機能するようになっている。

なお、本実施形態では、回路基板３はアンテナ素子２よりも小型であり、回路基板３のＧＮＤパターン１０はアンテナ素子２のＧＮＤパターン９よりも面積が小さい。そのため、回路基板３のＧＮＤパターン１０は、アンテナ素子２のＧＮＤパターンとして機能するとしても、図４に示した従来のアンテナ装置１と比較した場合、その寄与度は小さい。

回路基板３のアンテナ素子２と反対側の面すなわち回路面３ａには、アンテナ素子２からの入力を増幅して出力する図示しない回路が形成されている。回路基板３には、適宜の位置に図示しない複数のスルーホールが形成されており、これらのスルーホールを介して回路面３ａ上の回路のＧＮＤと裏面のＧＮＤパターン１０とが接続されるようになっている。

アンテナ素子２と回路基板３の所定の位置には、入力ピン１２がアンテナ素子２の受信面８や回路基板３の回路面３ａに垂直に貫挿されている。本実施形態では、入力ピン１２の一端側が半田付けによりアンテナ素子２の受信面８に電気的に接続されている。

また、入力ピン１２の他端側は回路基板３上の増幅回路に半田付けされて電気的に接続されており、その接続部分が回路の入力部３ｂとされている。入力ピン１２は、アンテナ素子２の受信面８で受信した電波信号をこの入力部３ｂを介して回路基板３の増幅回路に入力させるようになっている。

回路基板３の回路面３ａ側には、略箱状に形成された金属製のシールドカバー４が回路面３ａを覆うように取り付けられており、シールドカバー４は、回路面３ａに到達する外部からの妨害波を遮蔽するようになっている。また、略箱状のシールドカバー４の基面４ａはアンテナ素子２の受信面８や回路基板３の回路面３ａに平行に配置されるようになっている。

図１（Ａ）の断面図に示されているように、シールドカバー４は、その一部が突起状に形成されて回路基板３に貫通されることで、回路基板３に対して位置決めされるようになっている。また、図２に示すように、本実施形態では、シールドカバー４は回路基板３の回路面３ａ上で半田Ｈによる半田付けにより回路のＧＮＤと電気的に接続されるようになっている。

シールドカバー４の内側には、同軸ケーブル５が挿入されている。同軸ケーブル５の芯線５ａは回路基板３上の増幅回路に半田付けされて電気的に接続されており、その接続部分が回路の出力部３ｃとされている。同軸ケーブル５は、芯線５ａを介して増幅回路に駆動電力を供給するとともに、アンテナ素子２で受信され増幅回路で増幅されてこの出力部３ｃを介して出力された信号を下流側に出力するようになっている。

シールドカバー４には、その基面４ａから同軸ケーブル５側に屈曲されて舌片４ｂが形成されており、舌片４ｂが同軸ケーブル５の外部導体５ｂに半田付けされて電気的に接続されている。なお、同軸ケーブルの外部導体５ｂにはＧＮＤ電位が供給されるようになっており、外部導体５ｂと舌片４ｂとの接続により同軸ケーブル５の外部導体５ｂから舌片４ｂおよびシールドカバー４を介して回路基板３の増幅回路にＧＮＤ電位が供給されるようになっている。

シールドカバー４の側面の外側には、接地部材としての金属リング６がシールドカバー４の側面や回路基板３の周縁部から離間された状態でシールドカバー４を取り囲むように配設されている。金属リング６は、アンテナ素子２のＧＮＤパターン９に半田付けされて接続されている。

本実施形態では、金属リング６は、そのアンテナ素子２側の端部と反対側の端部がシールドカバー４の基面４ａと面一になるようにそのアンテナ素子２からの高さが規定されており、シールドカバー４に平板状のボトムカバー７が当接すると、ボトムカバー７は同時に金属リング６の端部にも当接するようになっている。

なお、金属リング６のアンテナ素子２からの高さやボトムカバー７の形状は、ボトムカバー７がシールドカバー４の基面４ａに当接すると同時に金属リング６の端部に当接するものであれば前述した高さや形状に限定されない。

ボトムカバー７は、鉄等の金属材料で形成されており、本実施形態では、アンテナ装置１を包み込むようにして保護する図示しないアンテナケースの一部をなしている。ボトムカバー７は、金属リング６に当接して金属リング６を接地し、金属リング６を介してアンテナ素子２のＧＮＤパターン９を接地するようになっており、本発明におけるベース部材を構成している。

また、本実施形態では、ボトムカバー７はシールドカバー４の基面４ａと面接触し、シールドカバー４の接地効率をさらに向上させるようになっている。

次に、本実施形態に係るアンテナ装置１の作用について説明する。

アンテナ装置１の回路基板３上の増幅回路には、同軸ケーブル５の芯線５ａから出力部３ｃを介して駆動電力が供給される。また、アンテナ素子２の受信面８がＧＰＳ用や衛星ラジオ用の高周波の電波を受信すると、入力部３ｂを介してその電波信号が増幅回路に送信され、増幅回路で増幅された電波信号が出力部３ｃから同軸ケーブル５の芯線５ａを通じて出力される。

回路基板３の増幅回路は、それを覆う金属製のシールドカバー４により外部からの妨害波から遮蔽される。また、増幅回路は、前述したようにそのＧＮＤがシールドカバー４に接続され、同軸ケーブル５の外部導体５ｂからシールドカバー４にＧＮＤ電位が供給されることにより接地される。

このＧＮＤ電位は回路基板３のスルーホールを介して回路基板３のＧＮＤパターン１０にも供給され、回路基板３のＧＮＤパターン１０が接地されてアンテナ素子２にＧＮＤレベルが提供される。

また、本実施形態では、アンテナ装置１の底部に設けられた金属製のボトムカバー７とシールドカバー４の基面４ａとが面接触することでシールドカバー４の接地効率が向上され、増幅回路の接地効率がより向上される。

しかし、前述したように、回路基板３のＧＮＤパターン１０は回路基板３が小型化したことに伴ってその面積が縮小するため、回路基板３のＧＮＤパターン１０の接地のみではアンテナ素子２のＧＮＤが必ずしも十分にはとれない。

本実施形態では、金属リング６が金属製のボトムカバーに当接して接地され、金属リング６を介してアンテナ素子２のＧＮＤパターン９に直接ＧＮＤ電位が供給される。そのため、アンテナ素子２のＧＮＤを十分にとることが可能となり、回路基板３の小型化によりそのＧＮＤパターン１０の面積が縮小してアンテナ装置１の総合利得が劣化することが防止される。

図３は、全方位について約２．３ＧＨｚの電波に対する利得を測定した実験結果を示すグラフであり、標準アンテナに対する欠損を百分率で示したものである。グラフ中の数字は欠損の割合［％］を表す。利得の測定法は公知の測定法を用いた。

また、図３（Ａ）は本実施形態に係るアンテナ装置１を用いた場合、図３（Ｂ）は本実施形態に係るアンテナ装置１において金属リング６を設けない場合の実験結果をそれぞれ示している。

図３（Ｂ）に示される金属リング６を設けない場合と比較すると、図３（Ａ）に示される本実施形態に係るアンテナ装置１では、全方位について利得の欠損が非常に少なく抑えられており、金属リング６を設けたことでアンテナ素子２のＧＮＤを十分にとることができアンテナ装置１の総合利得の劣化が効果的に抑制されていることが分かる。

なお、図３（Ａ）、（Ｂ）において９０°近辺に特徴的な利得の欠損が見られるが、これはアンテナ装置１の構造に基づく欠損であり、アンテナ素子２の固有の特性に基づく欠損ではない。

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置１によれば、アンテナ素子２のＧＮＤパターンとして機能する回路基板３のＧＮＤパターン１０が回路基盤３の小型化に伴って縮小しても、接地部材である金属リング６を接地し、金属リング６を介してアンテナ素子２のＧＮＤパターン９自体を接地することで、アンテナ素子２の接地効率の低下を有効に防止して、アンテナ素子２にＧＮＤ電位を十分に供給することが可能となる。そのため、アンテナ装置１の総合利得の劣化が効果的に抑制され、アンテナ装置１の総合利得の維持を図ることが可能となる。

その際、金属リング６をベース部材である金属製のボトムカバー７に当接させるようにすれば、金属リング６が確実に接地され、アンテナ素子２のＧＮＤパターン９に適切にＧＮＤ電位を供給することが可能となる。

また、金属リング６を本実施形態のようにシールドカバー４の側面の形状に沿った断面矩形状の筒状に形成すれば、金属リング６の製造が容易となり、アンテナ装置１の構造をより小型化することが可能となる。

なお、金属リング６を曲面状に形成することも可能であり、例えば金属リング６を円筒状とすれば非常に容易に形成することが可能となる。また、金属リング６を曲面状に形成すれば、アンテナ装置１の構造上要求される形状にあわせて金属リング６を形成することが可能となる。

さらに、本実施形態のように、アンテナ素子２のＧＮＤと回路基板３上の増幅回路のＧＮＤとを独立とすれば、アンテナ素子２が増幅回路の動作による影響を受けることなく的確に電波を受信することが可能となる。

なお、本実施形態では、アンテナ素子２の表面にＧＰＳ用や衛星ラジオ用の高周波の電波を受信するパッチ型の受信面８を備えたアンテナ装置１について述べたが、アンテナ素子の構成はＧＮＤパターンを有するものであればパッチ型の受信面を備えた構成に限定されない。

（Ａ）は本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す概略断面図であり、（Ｂ）は一部拡大図である。 図１のアンテナ装置を天地逆転した状態のシールドカバーや金属リング等を表す斜視図である。 全方位に対する利得の割合を示すグラフであり、（Ａ）は本実施形態に係るアンテナ装置を用いた場合、（Ｂ）は金属リングを設けない場合を示す。 （Ａ）は従来のアンテナ装置の構成を示す概略断面図であり、（Ｂ）は一部拡大図である。 図４のアンテナ装置を天地逆転した状態のシールドカバー等を表す斜視図である。

符号の説明

１ アンテナ装置
２ アンテナ素子
３ 回路基板
４ シールドカバー
６ 金属リング（接地部材）
７ ボトムカバー（ベース部材）
８ 受信面（受信手段）
９ ＧＮＤパターン

Claims (6)

1. 電波を受信する受信手段とＧＮＤパターンとを有するアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子からの入力信号を増幅する増幅回路が形成された回路基板と、
   前記回路基板上の前記増幅回路を覆って妨害波を遮蔽するシールドカバーと、
   前記アンテナ素子のＧＮＤパターンに取り付けられ、前記シールドカバーから離間された状態で前記シールドカバーを取り囲むように配設された接地部材と
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記アンテナ素子のＧＮＤパターンは、前記接地部材を介して接地されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記接地部材に当接し、前記接地部材を接地するベース部材を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記接地部材は、断面矩形状の筒状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記接地部材は、曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
6. 前記アンテナ素子と前記増幅回路は、独立に接地されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

Images