JP2008079010A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＮＡ基板において入出力間のアイソレーションを十分にとることのできるアンテナ装置の提供。
【解決手段】可撓性の誘電体フィルム部材により形成された筒体１１と、前記誘電体フィルム部材の一面に形成された４つの導線１４からなるヘリカルアンテナ部１２と、ＬＮＡ２０を搭載し筒体１１の内周側であって軸方向に沿って配置される基板７と、筒体１１の下部に形成されたＬＮＡ２０への出力端子１６と、ヘリカルアンテナ部１２からの電気信号を処理する信号処理手段に接続されるケーブル２と、を備えることを特徴とするアンテナ装置において、基板７には、出力端子１６からの入力部２１とケーブル２への出力部２２とが設けられており、入力部２１と出力部２２との間には複数のスルーホール２４が穿設されていることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、アンテナ装置に係り、特に、筒型のアンテナ装置に関する。

近年、衛星波（人工衛星からの電波）または地上波（地上での電波）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ている。このようなデジタルラジオ受信機は、一般には自動車等の移動体に搭載され、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となっている。そして、約２．３ＧＨｚ帯の周波数の電波を受信するアンテナ装置としては、例えば、パッチアンテナ等の平面型アンテナ、ループアンテナやヘリカルアンテナ等の円筒型アンテナが挙げられる。アンテナ装置は、デジタルラジオチューナに対してケーブルおよびコネクタを介して接続されるようになっている。

ここで、ヘリカルアンテナは、円筒状または円柱状の絶縁部材に少なくとも一つの導線をヘリックス状（らせん状）に周設して構成されており、衛星波等の円偏波を効率よく受信することができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。導線の数は、受信感度を向上させるためには多い方が好ましいが、円筒状または円柱状の絶縁部材に複数の導線を精度良く周設するのは困難である。

そこで、可撓性の誘電体フィルムの一面に複数の導線からなるアンテナパターンを印刷したものを円筒状に形成することによってヘリカルアンテナを製造する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このようなヘリカルアンテナの場合、複数の導線で受信された複数の衛星波（円偏波）は、移相器による位相のシフトにより互いに位相を一致させて合成された後、低雑音増幅器（以下、「ＬＮＡ」）によって増幅され、受信機本体へ送られる。すなわち、ヘリカルアンテナと移相器とＬＮＡとの組み合わせで、アンテナ装置が構成されるようになっている。

また、本発明者らは、ヘリカルアンテナの内側にＬＮＡ等の電子部品を搭載する基板を内蔵することにより、アンテナ装置の軸方向の長さ寸法を小さくすることが可能なアンテナ装置１も開発している（図１参照）。このようなアンテナ装置は、アンテナパターンが一面に印刷されて筒状に形成された可撓性の誘電体フィルムと、ＬＮＡを搭載して誘電体フィルムの内側に位置する基板５０と、誘電体フィルムを覆う筒状の外装ケースとを備えている。

誘電体フィルムの展開図（図４参照）に示されるように、誘電体フィルムの一面には、複数の導線からなるアンテナパターンが印刷されたヘリカルアンテナ部１２と、筒状に形成されて移相器として機能するフェーズシフタ部１３とが備えられている。誘電体フィルムが筒状に形成されると、軸方向上方にヘリカルアンテナ部１２が位置し、その下方にフェーズシフタ部１３が位置するようになっている。また、フェーズシフタ部１３の下端には移相器の出力端子１６が設けられている。筒状の誘電体フィルムの内側には、出力端子１６とケーブル２とに電気的に接続されるＬＮＡ２０が搭載された基板５０が、軸方向に沿って延在するように備えられている。
特開２００１−３３９２２７号公報 特開２００３−３７４３０号公報

しかしながら、従来のアンテナ装置においては、筒状の誘電体フィルムの下端に移相器の出力端子１６が設けられるため、基板５０の下部に移相器からの入力部５１を設ける必要があった（図９参照）。また、ケーブル２はアンテナ装置の下方に備えられるため、ケーブル２への出力部５２も基板５０の下方に設ける必要があった。そのため、基板５０上で移相器からの入力部５１とケーブルへの出力部５２とが近接してしまい、入出力間で十分なアイソレーションをとることができないという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、筒状のヘリカルアンテナの内側に位置する基板において入出力間のアイソレーションを十分にとることのできるアンテナ装置の提供を目的とするものである。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、アンテナ装置において、
可撓性の誘電体フィルム部材により形成された筒体と、
前記誘電体フィルム部材の一面に形成された少なくとも一つの導線からなるアンテナパターンと、
低雑音増幅器を搭載し前記筒体の内側で軸方向に沿って配置される基板とを備え、
前記基板には、
前記筒体の下部に形成された前記低雑音増幅器への出力端子からの入力部と、
前記アンテナパターンからの電気信号を処理する信号処理手段に接続される伝送手段への出力部と、
前記入力部と前記出力部との間に設けられた信号遮蔽手段と、
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、
前記信号遮蔽手段は、前記入力部と前記出力部との間の領域に穿設されたスルーホールであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
前記アンテナパターンは複数の導線からなり、
前記誘電体フィルムの一面には前記アンテナパターンと電気的に接続されたフェーズシフタパターンが形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のアンテナ装置において、
前記誘電体フィルム部材の他面であって前記フェーズシフタパターンに対向する位置には、グランド面が形成されており、
前記筒体は前記誘電体フィルム部材の他面が外面となるよう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１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
前記筒体を被覆し軸方向における先端が閉塞された筒状の外装ケースと、
前記外装ケースと前記筒体との間隙で挟持されて前記アンテナパターンの誘電率を調整させる間隙調整部材と、
を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、筒体にアンテナパターンと低雑音増幅器への出力端子とを備え、筒体の内側に低雑音増幅器を搭載する基板が軸方向に沿うように配置されるアンテナ装置において、基板の下部には出力端子からの入力部と伝送手段への出力部とが近接して設けられるが、信号遮蔽手段により入力部と出力部との間での信号切り離しが行なわれるので、入出力間のアイソレーションを十分にとることが可能である。したがって、入出力間の信号漏洩を低減して、正帰還がかかり異常発振することを防止することも可能である。さらに、アイソレーションを十分にとることができるので、入力部と出力部の間の距離を大きくする必要が無く、基板の大型化を防止するとともに、アンテナ装置の小型化が可能である。

請求項２に記載の発明によれば、基板において入力部と出力部との間の領域にスルーホールを設けることにより入力部と出力部との間の電界を誘導して信号切り離しを行なうので、信号遮蔽手段を簡易な構成とすることができるとともに入出力間のアイソレーションをとることが可能である。

請求項３に記載の発明によれば、複数の導線を備えるアンテナパターンとフェーズシフタパターンとを備えるので、複数の導線で受信した電波の位相をフェーズシフタパターンで調整して合成し、その電気信号を低雑音増幅器で増幅させてから伝送手段を介して信号処理手段に送信する。したがって、１本の導線で電波を受信するより受信感度を高めることが可能である。

請求項４に記載の発明によれば、筒体においてフェーズシフタパターンの外側にはシールド部材として機能するグランド面が形成されているので、アンテナ装置の特性に影響を与えるノイズの侵入を軽減することが可能である。

請求項５に記載の発明によれば、外装ケースと筒体との間隙で挟持されて、アンテナパターンの誘電率を調整させる間隙調整部材を備えており、筒体のアンテナパターン部分の周波数特性を容易に調整することが可能である。

以下に、本発明に係るアンテナ装置の一実施形態について、図面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および図２（ａ）に示すように、本実施形態におけるアンテナ装置１はデジタルラジオ受信機用の円筒型アンテナであり、信号処理手段としてのデジタルラジオチューナ（図示省略）に対して伝送手段としてのケーブル２を介して接続されている。デジタルラジオチューナは、可搬型音響機器等の可搬型電子機器（図示省略）の筐体に内蔵されるものである。

図３に示すように、アンテナ装置１には、軸方向における先端が閉塞された円筒形状の外装ケース３が備えられている。外装ケース３の内周面の基端部には、軸方向に沿って削成された一対の溝４が、半径方向において対向するように配設されている。ここで、図１における軸方向上側をアンテナ装置１の先端側、軸方向下側をアンテナ装置１の基端側とする。

また、アンテナ装置１には、外装ケース３の基端を閉鎖する円筒状のアンダーキャップ５が備えられている。アンダーキャップ５の底面にはブーツ６を介してケーブル２が貫通されるようになっている。また、アンダーキャップ５の外周には、後述する基板７に係止する一対の係止爪８が、半径方向において対称位置に配設されている。アンダーキャップ５の内周側には、アンテナ装置１の防水性向上のためのパッキン９が備えられている。パッキン９には、後述する基板７とケーブル２を嵌通させる嵌通孔１０が、軸方向に沿って形成されている。

外装ケース３の内側には、可撓性の誘電体フィルム部材を筒状に丸めて形成された筒体１１が同軸状に備えられている。図４の展開図に示すように、筒体１１の内周面を構成する誘電体フィルムの一面には、筒状に形成されてヘリカルアンテナとして機能するヘリカルアンテナ部１２と、筒状に形成された際にヘリカルアンテナ部１２の下方に位置することとなるフェーズシフタ部１３とが備えられている。筒状（図４中矢印方向）に丸める際の誘電体フィルムの側縁同士の連結方法に特に制限は無く、例えば、両面接着テープ、接着剤または半田等を用いるようになっている。

図４（ａ）に示すように、略平行四辺形状のヘリカルアンテナ部１２には、４つの導線１４…からなるアンテナパターンが形成されている。各導線１４は、誘電体フィルムが筒状に形成された際に螺旋を描いてヘリカルアンテナとして機能するように形成されている。ここで、導線１４の数および形状に特に制限は無く適宜変更可能である。

略矩形状のフェーズシフタ部１３には、各導線１４に電気的に接続するフェーズシフタパターン１５が形成されている。フェーズシフタパターン１５は、筒状に丸めた際に各導線１４からの信号の位相を一致させる移相器として機能するように形成されている。また、フェーズシフタパターン１５の末端には、各導線１４からの信号を合成したものを出力する出力端子１６が備えられている。

図４（ｂ）に示すように、筒体１１の外周面を構成する誘電体フィルムの他面であってフェーズシフタパターン１５と対向する位置には、ヘリカルアンテナのグランドとして機能するグランド面１７が形成されている。本実施形態におけるグランド面１７は、フェーズシフタ部１３の反対面の略全域に渡って形成されている。グランド面１７の形状はグランドとして機能すれば特に制限はないが、少なくともフェーズシフタパターン１５を覆うように形成することで、移相器のシールド部材としても機能するため好ましい。

図３に示すように、筒体１１の上端部には、外装ケース３との隙間を保持する環状クッション１８が備えられている。環状クッション１８は発泡ウレタン等の弾性材料から形成されており、外装ケース３の内周面に環状クッション１８の外周面が圧接されるようになっている。つまり、環状クッション１８は筒体１１と外装ケース３との隙間を一定に保持し、筒体１１と外装ケース３とが常に同軸状に位置するようになっている。

環状クッション１８の上方であって筒体１１の外周には、外装ケース３の閉塞面と筒体１１との間隙を調整する間隙調整部材１９が備えられている。間隙調整部材１９は、筒体１１の外周面に周設されてヘリカルアンテナの先端部の誘電率を変動させる発泡ウレタン等の材料から形成されている。つまり、間隙調整部材１９の大きさや材質等を変更させることにより、アンテナ装置１の周波数特性を調整させるようになっている。また、本実施形態においては環状クッション１８と間隙調整部材１９を、発泡ウレタンを用いて一体に形成することとしても良い。

筒体１１の内側の下部には、平板状の基板７が、フェーズシフタパターン１５の出力端子１６が形成されている領域に対向しかつその長手方向が軸方向に沿うように配置されている（図５参照）。基板７の外形に特に制限は無いが、実装部品を搭載できる形状であれば良い。基板７の材料に特に制限は無く、所望の誘電率に応じて公知の誘電体（絶縁体）を用いることができる。

図６に示すように、基板７の面上には、出力端子１６からの信号を増幅するＬＮＡ２０が搭載されている。基板７の面上であってＬＮＡ２０の下方には、移相器の出力端子１６に電気的に接続されて信号が入力される入力部２１が備えられている。基板７の面上であって入力部２１の下方には、ＬＮＡ２０で増幅された信号を外部に出力する出力部２２が備えられている。また、基板７には、入力部２１からＬＮＡ２０を経由して出力部２２につながる導通パターン２３が形成されている。

また、基板７の面上であって入力部２１と出力部２２との間の領域には、信号遮蔽手段としての複数のスルーホール２４…が穿設されている。図７に示すように、スルーホール２４は基板７を貫通する孔部２６の内周面に銅等の導電部材２７をめっきして形成されており、入力部２１と出力部２２との間の電界を誘導するようになっている。なお、信号遮蔽手段としては、入力部２１と出力部２２との間の電界を誘導し、互いに干渉することを回避させることができるものであればよく、金属ピン等でも良い。また、本実施形態においては基板７の全面に複数のスルーホールが形成されている。

入力部２１と出力端子１６および出力部２２とケーブル２の電気的な接続方法に特に制限は無く、適宜変更可能である。本実施形態においては、筒体１１を構成する誘電体フィルムの出力端子１６が形成された領域が内側に湾曲されており、入力部２１と出力端子１６とが半田により接続されている。また、出力部２２にはケーブル２の一端が半田により固定されており（図５参照）、増幅された信号がケーブル２を介してデジタルラジオチューナに送信されるようになっている。

基板７の両側縁には、筒体１１より外側に突出して外装ケース３の溝４に嵌合する嵌合部２８，２８が備えられている。また、基板７の側縁であって嵌合部２８の下部には、アンダーキャップ５の係止爪８が係止される切り欠き２９が形成されている。嵌合部２８および切り欠き２９の形状および数に特に制限は無く、基板７と外装ケース３またはアンダーキャップ５との固定ができれば良い。

次に、本実施形態におけるアンテナ装置１の製造方法について説明する。
まず、筒体１１を構成する誘電体フィルムの一面に導線１４およびフェーズシフタパターン１５を、他面にグランド面１７を形成する。そして、誘電体フィルムをヘリカルアンテナ部１２が軸方向上側かつ内周面となるように筒状に丸めて固定し、筒体１１を形成する。

次に、ＬＮＡ２０を搭載した基板７を、フェーズシフタパターン１５の出力端子１６と入力部２１とが対向するように、筒体１１の内側に下端から挿入する。そして、誘電体フィルムの出力端子１６が形成された領域を基板７側に湾曲させ、半田により固定する。このようにしてヘリカルアンテナ、移相器およびＬＮＡ２０を電気的に接続する。

一方、ケーブル２の一端には、アンダーキャップ５、ブーツ６およびパッキン９を順に予め貫通させておく。そして、基板７の出力部２２にケーブル２の一端を半田により固定する。基板７とケーブル２を固定した後、基板７をパッキン９の嵌通孔１０に挿入させ、パッキン９とアンダーキャップ５との間でブーツ６を挟持させる。すると、アンダーキャップ５の係止爪８が基板７の切り欠き２９に係止され、アンダーキャップ５、ブーツ６、パッキン９および基板７の固定が完了する。

その後、筒体１１の上端に、環状クッション１８および間隙調整部材１９を順に取り付ける。そして、外装ケース３に筒体１１をその上端から挿入し、外装ケース３の溝４に基板７の嵌合部２８を嵌合させる。さらに、外装ケース３の下端とアンダーキャップ５とを超音波溶着によって接合し、アンテナ装置１を密閉する（図２（ｂ）参照）。

次に、本実施形態におけるアンテナ装置１の作用について説明する。
ヘリカルアンテナ部１２において各導線１４が電波を受信すると、各信号はフェーズシフタパターン１５に入射する。フェーズシフタパターン１５は各導線１４からの信号の位相をシフトして１つに合成し、出力端子１６に送信する。この際、グランド面１７はヘリカルアンテナのグランドとして機能しかつフェーズシフタパターン１５のシールド部材としても機能する。

出力端子１６に送信された信号は、基板７の入力部２１から導通パターン２３に入力されてＬＮＡ２０に入射する。ＬＮＡ２０は入射した信号を増幅し、導通パターン２３を介して出力部２２に送信する。出力部２２に送信された信号は、ケーブル２を介してデジタルラジオチューナに送信される。この際、入力部２１と出力部２２においてはそれぞれ電界が生じているが、その間に介在するスルーホール２４によりこれら電界は誘導され、互いに干渉しないようになっている。

次に、本実施形態におけるアンテナ装置１の帯域通過特性について説明する。
図８に示すように、従来のアンテナ装置１の帯域通過特性は、（Ｂ）である。本実施形態では（Ａ）である。このように、入力部２１と出力部２２との距離は同じでもスルーホール２４を設けることにより入力部２１と出力部２２とのアイソレーションが向上するようになっている。また、図８からわかるように、本発明のアンテナ装置１においては帯域通過特性の曲線が平坦状となっており、従来のように帯域通過特性の曲線が凹状に低下するのを防止する。

以上のように、本実施形態のアンテナ装置１によれば、筒体１１に少なくとも１つの導線１４と出力端子１６とを備え、筒体１１の内周側にＬＮＡ２０を搭載する基板７が軸方向に沿うように配置されるアンテナ装置１であり、基板７の下部には出力端子１６からの入力部２１とケーブル２への出力部２２とが近接して設けられるが、スルーホール２４により入力部２１と出力部２２との間での信号切り離しが行なわれるので、入出力間のアイソレーションを十分にとることが可能である。したがって、入出力間の信号漏洩を低減して、正帰還がかかり異常発振することを防止することも可能である。

また、本実施形態のように基板７を筒体１１の内周側に備えるアンテナ装置１において、入力部２１と出力部２２との距離に関わらずアイソレーションを十分にとることができるので、基板７の大型化を防止することが可能である。ここで、出力端子１６はフェーズシフタパターン１５の末端に備えられるため、筒体１１の下部に出力端子１６が位置し、基板７は入力部２１より下の領域が筒体１１から軸方向下側に突出することとなる。しかし、本発明によれば、入力部２１と出力部２２とを近接させて、筒体１１から軸方向下側に突出する基板７の領域を小さくしてアンテナ装置１自体の軸方向における小型化を図ることも可能である。

また、信号遮蔽手段としてスルーホール２４を設けるので、信号遮蔽手段を簡易な構成とすることができるとともに入出力間のアイソレーションを容易にとることが可能である。

また、複数の導線１４を備えるアンテナパターンとフェーズシフタパターンとを備えるので、複数の導線１４で受信した電波の位相をフェーズシフタパターン１５で調整して１つに合成し、その電気信号をＬＮＡ２０で増幅させてからケーブル２を介してデジタルラジオチューナに送信する。したがって、１本の導線で電波を受信するより受信感度を高めることが可能である。

また、筒体１１においてフェーズシフタパターン１５の外周側にはシールド部材として機能するグランド面１７が形成されているので、アンテナ装置の特性に影響を与えるノイズを軽減することが可能である。

さらに、外装ケース３と筒体１１との間隙で挟持されてアンテナパターンの誘電率を調整させる間隙調整部材１９を備えており、筒体１１のアンテナパターン部分の周波数特性を容易に調整することも可能である。

本実施形態に係るアンテナ装置の側面図である。 図２（ａ）は本実施形態に係るアンテナ装置の縦断面図であり、図２（ｂ）は一部拡大図である。 本実施形態に係るアンテナ装置の分解図である。 図４（ａ）は筒体を構成する誘電体フィルムの一面の展開図であり、図４（ｂ）は誘電体フィルムの他面の展開図である。 筒体と基板の分解図である。 本実施形態に係る基板の平面図である。 図６におけるＡ−Ａ線における断面図である。 図８（Ａ）は、本実施形態に係るアンテナ装置の帯域通過特性を示すグラフである。図８（Ｂ）は、従来のアンテナ装置の帯域通過特性を示すグラフである。 本実施形態に係るアンテナ装置における基板の平面図である。

符号の説明

１ アンテナ装置
２ ケーブル
３ 外装ケース
５ アンダーキャップ
６ ブーツ
７ 基板
８ 係止爪
９ パッキン
１０ 嵌通孔
１１ 筒体
１２ ヘリカルアンテナ部
１３ フェーズシフタ部
１４ 導線
１５ フェーズシフタパターン
１６ 出力端子
１７ グランド面
１８ 環状クッション
１９ 間隙調整部材
２０ ＬＮＡ
２１ 入力部
２２ 出力部
２３ 導通パターン
２４ スルーホール
２６ 孔部
２７ 導電部材

Claims (5)

1. 可撓性の誘電体フィルム部材により形成された筒体と、
   前記誘電体フィルム部材の一面に形成された少なくとも一つの導線からなるアンテナパターンと、
   低雑音増幅器を搭載し前記筒体の内側で軸方向に沿って配置される基板とを備え、
   前記基板には、
   前記筒体の下部に形成された前記低雑音増幅器への出力端子からの入力部と、
   前記アンテナパターンからの電気信号を処理する信号処理手段に接続される伝送手段への出力部と、
   前記入力部と前記出力部との間に設けられた信号遮蔽手段と、
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記信号遮蔽手段は、前記入力部と前記出力部との間の領域に穿設されたスルーホールであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナパターンは複数の導線からなり、
   前記誘電体フィルムの一面には前記アンテナパターンと電気的に接続されたフェーズシフタパターンが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記誘電体フィルム部材の他面であって前記フェーズシフタパターンに対向する位置には、グランド面が形成されており、
   前記筒体は前記誘電体フィルム部材の他面が外面となるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記筒体を被覆し軸方向における先端が閉塞された筒状の外装ケースと、
   前記外装ケースと前記筒体との間隙で挟持されて前記アンテナパターンの誘電率を調整させる間隙調整部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

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