JP2008079009A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナエレメントが金属板からなる平面型アンテナ装置において、容量値の変動を防止し、周波数安定性がよく安価な小型のアンテナ装置を提供する。
【解決手段】表面に導体層を有する誘電体基板２と、前記誘電体基板２と所定間隔を有して配設された金属板からなるアンテナエレメント５と、前記アンテナエレメント５から前記誘電体基板２に向かって立設される複数の脚片６と、を備え、前記脚片６は、その先端部に前記誘電体基板２の導体層と一定の間隔を持って対向する曲折部６１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に係り、特にグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰ
Ｓ）アンテナ等に使用される平面型小型アンテナ装置に関する。

近年の移動体通信機器、小型の通信機器（例えばＧＰＳ方式のカーナビゲーション装置や携帯用ナビゲーション装置、衛星波受信機等）の発達に伴い、これらの機器に用いられるアンテナ装置に関してもより小型化かつ高性能化が要求されている。そのアンテナ装置の中でも平面型アンテナ装置は、その構造上薄く、軽く、半導体回路との集積化が比較的容易との利点を備えるため、例えば衛星波受信用のアンテナとして広く応用されている。
なかでも、アンテナエレメントが金属板で構成された平面型アンテナ装置は、誘電体基板上に放射導体層がパターニングされた一般的な平面型アンテナ装置に比べ、安価に製造ができることが知られている。

従来の板金を用いた平面型アンテナ装置としては、例えば、複数の半田ランドを備えた誘電体基板を接地導体上に設け、この誘電体基板上部に所定の間隔を有して設置された放射導体板から誘電体基板に延びる複数の脚片を備え、これら複数の脚片を誘電体基板上に配設された複数の半田ランドに半田付けして、放射導体板を支えた構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
このように構成した平面型アンテナ装置では、放射導体板から誘電体基板側に延びる脚片を搭載して半田付けしている半田ランドが、誘電体基板を介して接地導体と対向しているため、半田ランドと接地導体との間に容量が付加されてコンデンサが形成されることとなり、共振周波数が低くなって放射導体板の小型化を図ることができる。
特開２００５−１４３０２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された平面型アンテナ装置では、放射導体板の小型化が図れるものの、用いられる半田量及び半田付け面積のバラつきによって付加される容量の容量値が変動してしまい、これにより周波数特性の変動が発生するという問題を有している。
また、誘電体基板上のアンテナエレメントと対向する面に基板パターンにより容量付加を行った場合には、容量値を大きくし波長短縮効果を高めるために基板パターンの面積を拡げる必要があり、基板の大型化につながるという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、アンテナエレメントが金属板からなる平面型アンテナ装置において、半田付け等による容量値の変動を防止し、周波数安定性がよく安価な小型の平面型アンテナ装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
表面に導体層を有する誘電体基板と、
前記誘電体基板と所定間隔を有して配設された金属板からなるアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントから前記誘電体基板に向かって立設される複数の脚片と、
を備え、
前記脚片は、その先端部に前記誘電体基板の導体層と一定の間隔を持って対向する曲折部を有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、脚片先端部の誘電体基板に対向して折り曲げられた曲折部と誘電体基板との間にコンデンサが形成されるようになっている。

また、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、前記誘電体基板上に、前記脚片と電気的に接続されたチップコンデンサをさらに備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、誘電体基板と、アンテナエレメントの脚片とが、チップコンデンサを介して電気的に接続されるようになっている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置において、前記曲折部と前記誘電体基板との間に、ホルダが配設されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、ホルダを挟むことで曲折部が固定されアンテナエレメントが補強されるようになっている。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置において、前記ホルダが誘電体樹脂により形成されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、ホルダの材料自体が誘電率を有しているため、ホルダを誘電体として活用することができるようになっている。

請求項１に記載の発明によれば、波長短縮がなされるためにアンテナ装置の小型化を図ることができる。
また、誘電体基板とアンテナエレメントとの接合を、例えば半田付けのような容量値に影響を与える方法を使用していないため、付加される容量値に変動がなくアンテナ装置の周波数特性を安定化させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、誘電体基板とアンテナエレメントの脚片とをチップコンデンサを介して接続しているので、基板の大型化をすることなく波長短縮効果を高めることができるため、アンテナ装置を小型化することができる。

請求項３に記載の発明によれば、アンテナ装置の機械的な強度を補強することができる。

請求項４に記載の発明によれば、ホルダの材料自体が誘電率を有しているため、ホルダを曲折部の固定のみならず誘電体として活用を共用することができる。

[第一の実施形態]
以下、本発明に係る第一の実施形態を図１から図３を参照して説明する。ただし発明の範囲を図示例に限定するものではない。

図１は本実施形態に係るアンテナ装置１の斜視図である。また、図２は図１に示すアンテナ装置１の側面図である。また、図３は図２に示すアンテナ装置１のＡ−Ａ線での断面図である。

図１及び図２に示すように、アンテナ装置１は四角形状に形成された誘電体基板２を有している。誘電体基板２の一面（図１における上面。以下単に「上面」と称する。）において、誘電体基板２の角部近傍には４つの導通部２５ａが設けられている。導通部２５ａの周縁には絶縁部２４が設けられており、さらに絶縁部２４の周囲は全て導体層２１で覆われている。また、誘電体基板２の中心からやや変位した位置には、後述する給電ピン３を挿入する挿入孔２３が設けられている。

また、図１及び図３に示すように、各導通部２５ａの一端部に接触して集中定数素子としてのチップコンデンサ４がそれぞれ設けられている。各チップコンデンサ４は、絶縁部２４を挟んで一端が導通部２５ａに接触し、他端が導体層２１に接触するように配置されている。
チップコンデンサ４は、例えば、セラミックス等の導電体を金属板等で挟んで構成される積層セラミックチップコンデンサであるが、小型軽量のコンデンサであれば適用可能であり、その構成は特に限定されない。また、チップコンデンサ４は、絶縁部２４を挟んで一端が導通部２５ａに接触し、他端が導体層２１に接触する位置に配置されていればよく、その位置は図示例に限定されない。

また、誘電体基板２の挿入孔２３には、給電ピン３が、誘電体基板２を貫通するように挿入されている。給電ピン３の下端部（誘電体基板２の下面側から突出している端部）は、図示しない同軸ケーブルの中心導体と接続されており、この同軸ケーブルを介してアンテナ装置１から外部の受信回路に信号が送られるようになっている。

誘電体基板２の上面側の上方には、所定の間隔を有して誘電体基板２と平行に配設された平板状アンテナエレメント５が設けられている。アンテナエレメント５は、誘電体基板２よりも小さい寸法の四角形状の金属板（例えば、銅板等）から構成されている。

アンテナエレメント５の各角部近傍には、それぞれ金属平板の脚片６が、誘電体基板２に向かって立設されている。脚片６は、例えばアンテナエレメント５の一部を曲折することによりアンテナエレメント５と一体に形成されている。なお、脚片６の数、形状等はここに例示したものに限定されない。

この複数の脚片６の誘電体基板２側の端部には、図１及び図２に示すように、アンテナエレメント５の内側に向かって折り曲げられ導通部２５ａと対向する曲折部６１が設けられている。この曲折部６１は電極として構成されており、曲折部６１と誘電体基板２上の導通部２５ａとは所定間隔を有しつつ平行に保たれている。

また、アンテナエレメント５の中心からやや変位した位置には給電点５１が設けられており、この給電点５１には誘電体基板２を貫通する給電ピン３の上端部（前記同軸ケーブルと接続されていない側の端部）が半田付けされている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

このように構成されたアンテナ装置１は、曲折部６１と、当該曲折部６１と対向する誘電体基板２上の導通部２５ａとが電磁結合してコンデンサを形成する。
そして、曲折部６１と導通部２５ａとの間に形成されたコンデンサにより波長短縮効果を得ることができる。
また、曲折部６１と導通部２５ａとは電磁結合しているため、例えば半田付け等のように半田量等に依存して付加容量値が変動してしまう従来の接合方法と比較して安定した容量値を得ることができる。
また、アンテナエレメントと対向する面上に基板パターンによって大きな容量を付加する場合と比較して、誘電体基板の基材の静電容量や非誘電率による影響が低減されるため、付加容量値が変動することなく安定した容量値を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態におけるアンテナ装置によれば、アンテナエレメントから立設された脚片端部の曲折部と誘電体基板との間にコンデンサを形成させることで波長短縮効果が得られ、アンテナ装置を小型化することができる。
また、誘電体基板とアンテナエレメントとの接合に、例えば半田等を利用しないために、変動のない一定の容量値を付加することができ、周波数特性の安定したアンテナ装置を製造することができる。

また、チップコンデンサ４の容量を調整することによりアンテナ装置１の小型化の比率を調整することができる。ただし、チップコンデンサ４の容量が大きくなるほど、アンテナ特性（利得）が低くなるため、チップコンデンサ４の容量は、要求されるアンテナ特性（利得）との関係において決定される。

その他、本発明が上記実施の形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。

[第二の実施形態]
次に、本発明に係る第２の実施形態について図４から図６を参照して説明する。

図４は本実施形態に係るアンテナ装置１０の分解斜視図である。図５は図４に示すアンテナ装置１０の下方からみた分解斜視図である。また、図６は本実施形態に係るアンテナ装置１０の斜視図である。また、図７は図６に示すアンテナ装置１０の側面図である。

本実施形態のアンテナ装置１０は、図４から図７に示すように、誘電体基板２とアンテナエレメント５との間に四角枠状のホルダ７１が設けられた構造となっている。本実施形態のアンテナ装置１０は、基本的に第一の実施形態のアンテナ装置と同様の構成を有しており、上記第一の実施形態と同様の構成には上記と同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態のアンテナ装置１０は、図５に示すように、誘電体基板２のアンテナエレメント５と対向しない面上（図５における下面。以下単に「下面」と称する。）において、角部近傍に４つの導通部２５ｂが設けられている。この導通部２５ｂの周縁及び前記挿入孔２３の周縁には、絶縁部２６が導通部２５ｂ及び挿入孔２３を囲むように設けられている。さらに絶縁部２６の周囲は全て導体層２７で覆われている。
また、各導通部２５ｂの一端部に接触して集中定数素子としてのチップコンデンサ４がそれぞれ設けられている。各チップコンデンサ４は、絶縁部２６を挟んで一端が導通部２５に接触し、他端が導体層２７に接触するように配置されている。

誘電体基板２とアンテナエレメント５から立設された脚片６の曲折部６１との間には、四角枠状のホルダ７１が配設されている。曲折部６１は、図６及び図７に示すように、ホルダ７１を介して誘電体基板２に固定されるようになっている。
ホルダ７１の外周はアンテナエレメント５の外周と略同様の大きさに形成されており、曲折部６１が固定される程度の幅を有している。ホルダ７１の材質としては、例えばＡＢＳのような誘電体樹脂が使用されるが、その材料自体が誘電率を有する物質であれば適用可能であり、その材質は特に限定されない。

次に、第二の実施形態における作用について説明する。

このように構成されたアンテナ装置１０では、誘電体基板２と曲折部６１との間に誘電体樹脂からなるホルダ７１が配設される。
ホルダ７１を設けることによって、アンテナエレメント５は給電ピン３だけでなくホルダ７１を介して誘電基板２上に保持されため、アンテナエレメント５を誘電体基板１に搭載する際の強度が補強される。
また、ホルダ７１の材料として誘電体樹脂を使用しているため、ホルダ７１は曲折部６１と誘電体基板２との間に形成されるコンデンサの誘電体としても機能することができ、その結果、容量を大きくすることができる。

以上説明したように、第二の実施形態に係るアンテナ装置によれば、脚片の曲折部がホルダによって固定されているため、装置全体としての強度を向上させることができる。
さらに、容量を大きくすることができる為、装置全体の強度を向上させるのみならず、誘電体基板を大型化することなく波長短縮効果を高めることができ小型なアンテナ装置を製造することができる。

その他、本発明が上記実施の形態に限らず適宜変更可能であるのは第一の実施形態の場合と同様である。

第一の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 図１に示すアンテナ装置の側面図である。 図２に示すアンテナ装置のＡ−Ａ線における断面図である。 第二の実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視図である。 図４に示すアンテナ装置の下方からみた分解斜視図である。 第二の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 図６に示すアンテナ装置の側面図である。

符号の説明

１ アンテナ装置
２ 誘電体基板
３ 給電ピン
４ チップコンデンサ
５ アンテナエレメント
６ 脚片
１０ アンテナ装置
２１ 導体層
２３ 挿入孔
２４ 絶縁部
２５ａ 導通部
２５ｂ 導通部
２６ 絶縁部
２７ 導体層
５１ 給電点
６１ 曲折部
７１ ホルダ

Claims (4)

1. 表面に導体層を有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板と所定間隔を有して配設された金属板からなるアンテナエレメントと、
   前記アンテナエレメントから前記誘電体基板に向かって立設される複数の脚片と、
   を備え、
   前記脚片は、その先端部に前記誘電体基板の導体層と一定の間隔を持って対向する曲折部を有することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記誘電体基板上に、前記脚片と電気的に接続されたチップコンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記曲折部と前記誘電体基板との間に、ホルダが配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記ホルダが誘電体樹脂により形成されることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。

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