JP2008085976A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＵＷＢを利用した平面状のアンテナ装置であって、製造コストを低くすることを目的とする。
【解決手段】ＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、銅板を打ち抜くことで同時に製造されたアンテナエレメント１０１及びグランドエレメント１０２が、合成樹脂成形部品であるケース２１０上に組み付けしてあり、ソケット型同軸コネクタ２００がアンテナエレメント１０１とグランドエレメント１０２とに跨って実装してあり、カバー２２０がアンテナエレメント１０１及びグランドエレメント１０２を覆っている構成である。
【選択図】図３

Description

本発明はアンテナ装置及びその製造方法に係り、特にＵＷＢ（ultra-wide band）を利用したアンテナ装置であって、平面状のアンテナ装置及びその製造方法に関する。

近年、レーダー測位や大伝送容量の通信が可能であることからＵＷＢを利用した無線通信技術が注目されている。ＵＷＢは、２００２年に米国ＦＣＣ（federal communication commission）により周波数帯域が３．１〜１０．６ＧＨｚでの使用が認可された。

ＵＷＢは、パルス信号を超広帯域で通信を行う通信方式である。このため、ＵＷＢに用いられるアンテナには超広帯域で送受信が可能な構造が求められている。

ＦＣＣで認可された３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域での使用を目的としたアンテナとして、地板と給電体から構成されたアンテナが提案されている（非特許文献１）。

図１は従来のアンテナ装置を示す。図１（Ａ）に示すアンテナ装置１０は、地板１１上に、円錐を反転させた形状の給電体１２を配置した構成である。給電体１２を構成する円錐は、その側面が軸線に対して角度θとなるように設定されている。この角度θによって所望能特性が得られる。

図１（Ｂ）に示すアンテナ装置２０は、地板１１上に、円錐体２２ａとそれに内接する球体２２ｂとから構成される涙滴状の給電体２２を配置した構成である。
特開２０００−１９６３２７号公報 ２００３年 電子情報通信学会 B-1-133 FCC認可UWB周波数帯の水平面内無指向性・低VSWRアンテナ、谷口琢也・小林岳彦（東京電機大）（３月22日発表 B201教室）

従来の広帯域アンテナ装置は、平板状の地板上に円錐形状又は涙滴形状の給電体を配置した構成であるので、大型であり、小型化、薄型化が望まれていた。

図２（Ａ），（Ｂ）は本出願人が先に特願２００６−９１６０２号において出願した明細書及び図面に記載してあるＵＷＢ平面アンテナ装置３０を示す。ＵＷＢ平面アンテナ装置３０は、誘電体製のベース３１の上面３１ａに、アンテナエレメントパターン３２と、ストリップ線路３３と、二つのグランドパターン３４，３５とを有し、ベース３１の端に同軸コネクタ５０が実装してある構成であり、小型化、薄型化が図られている。

ストリップ線路３３と、この両側のグランドパターン３４，３５と、ベース３１とが、コプレナ線路型のマイクロ波伝送線路４０を構成している。同軸コネクタ５０は、アンテナエレメントパターン３２から延在しているコプレナ線路型のマイクロ波伝送線路４０の終端に、ストリップ線路３３とグランドパターン３４，３５とに半田付けされて固定してある。

このＵＷＢ平面アンテナ装置３０は、アンテナエレメントパターン３２、ストリップ線路３３、二つのグランドパターン３４，３５を形成するために、蒸着工程及びエッチング工程が必要であり、この蒸着工程及びエッチング工程は共に工数を要する工程であることによって、製造コストを低くすることが困難であった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたアンテナ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、共に板金を打ち抜いて得られたアンテナエレメントとグランドエレメントとを有するアンテナ装置であって、
上面に、前記アンテナエレメントが位置決めされて収まるアンテナエレメント収用部と前記グランドエレメントが位置決めされて収まるグランドエレメント収用部とが所定の配置で形成してある合成樹脂製のケースと、
前記ケースの前記アンテナエレメント収用部に収まっている前記アンテナエレメントと、
前記ケースの前記グランドエレメント収用部に収まっており、前記アンテナエレメントと並んで配置してある前記グランドエレメントと、
前記アンテナエレメントと前記グランドエレメントとの間に跨って実装してある表面実装型の同軸コネクタと、
前記並んで配置してある前記アンテナエレメント及び前記グランドエレメントを覆う覆い部を有することを特徴とする。

アンテナエレメント及びグランドエレメントは共に板金を打ち抜いて得られたものであるため、工数を要する蒸着工程及びエッチング工程が必要でなく、よって、製造コストを低くすることが可能である。

また、板金製のアンテナエレメント及びグランドエレメントが、合成樹脂製のケースの収用部に組み付けてある構成であるため、インサート成形の条件等を考慮する必要がなく、組み立てを確実に行うことが出来る。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１になるケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００を示す。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は分解図である。

ケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、アンテナエレメントパターンに代えてプレスで打ち抜いた銅板製のアンテナエレメント１０１、グランドパターンに代えてプレスで打ち抜いた銅板製のグランドエレメント１０２を使用し、アンテナエレメント１０１及びグランドエレメント１０２が合成樹脂成形部品であるケース２１０上に組み付けしてあり且つ同じく合成樹脂成形部品である覆い部としてのカバー２２０によって覆っており、且つ、同軸コネクタとして表面実装型であるソケット型同軸コネクタ２００がアンテナエレメント１０１とグランドエレメント１０２とに跨って実装してあり、カバー２２０から突き出ている構成である。

以下、ケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００の構造を、その組み立ての工程を説明しつつ、説明する。

図４はケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００の組み立ての工程を示す。
（１）エレメントの切り出し工程３００
図５に示すように、銅板のフープ材２３０をプレスで打ち抜いて、アンテナエレメント１０１及びグランドエレメント１０２を形成する。アンテナエレメント１０１及びグランドエレメント１０２は共に桟２３１，２３２によってフレーム２３３とつながっている。

アンテナエレメント１０１はホームベース形状を有する。アンテナエレメント１０１の突部（給電点）１０１ａの部分の開き角度θは約６０度である。ストリップ線路１０１ｂが、この突部（給電点）１０１ａからＺ２方向に極く短い長さ（約１ｍｍ）に延在している。

グランドエレメント１０２は、四角形状であり、Ｚ１側の中央に凹部１０２ａが形成してある。

アンテナエレメント１０１及びグランドエレメント１０２は、桟２３１，２３２とのつなぎ目を切断することによって、フレーム２３３から切り出される。
（２）エレメントの組み付け工程３０１
図６及び図３（Ｃ）に示すように、ケース２１０は例えばＡＢＳの合成樹脂成形部品であり、上面に、アンテナエレメント１０１とグランドエレメント１０２とをアンテナ装置１００を構成する所定の位置関係で組み付けるためのポケット２１１、２１２が形成してある。

ポケット２１１、２１２は、夫々アンテナエレメント１０１、グランドエレメント１０２に対応する形状であり、且つ、アンテナエレメント１０１、グランドエレメント１０２の厚さｔに等しい深さａを有する。

図６に示すように、アンテナエレメント１０１をポケット２１１に組み付け、グランドエレメント１０２をポケット２１２に組み付ける。

図７（Ａ），（Ｂ）はアンテナエレメント１０１がポケット２１１に接着されて組み付けられ、グランドエレメント１０２をポケット２１２に接着されて組み付けられた状態を示す。アンテナエレメント１０１はポケット２１１によって位置決めされ、グランドエレメント１０２はポケット２１２に位置決めされている。アンテナエレメント１０１とグランドエレメント１０２とは、突部（給電点）１０１ａがグランドエレメント１０２に接近しており、ストリップ線路１０１ｂが凹部１０２ａ内に入り込んでおり、モノポール軸線１０５上に整列している。ストリップ線路１０１ｂと凹部１０２ａの間の隙間は、接着剤１１０で埋められており、アンテナエレメント１０１とグランドエレメント１０２とは絶縁されている。また、図７（Ｂ）に示すように、アンテナエレメント１０１、グランドエレメント１０２の表面は、ケース２１０の表面と同一面となっている。
（３）クリーム半田塗布工程３０２
図８に示すように、アンテナエレメント１０１のストリップ線路１０１ｂの箇所及びグランドエレメント１０２の凹部１０２ａの部分に、クリーム半田２５０を塗布又は印刷する。

クリーム半田２５０を塗布する代わりに、導電性接着剤を塗布してもよい。
（４）ソケット型同軸コネクタを実装する工程３０３
図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はソケット型同軸コネクタ２００を示す。ソケット型同軸コネクタ２００は、表面実装型であり、シールド部２００ａ、及び、信号線コネクト部２００ｂを絶縁部２００ｃにより一体的にモールド成形した構成である。

シールド部２００ａは、導電材より構成され、コネクト部２００ｄ及びコンタクト部２００ｅ１、２００ｅ２、２００ｅ３から構成されている。コネクト部２００ｄは、略円筒状をなし、矢印Ｚ１方向に延出されており、プラグコネクタのシールドに係合する。コンタクト部２００ｅ１、２００ｅ２、２００ｅ３は、コネクト部２００ｄに接続されており、絶縁部２００ｃの底面、矢印Ｚ２方向の面に表出している。

信号線コネクト部２００ｂは、導電材より構成され、接続ピン２００ｆ及びコンタクト部２００ｇから構成されている。中心導体２００ｆは、絶縁部２００ｃからコネクト部２００ｄの内周側に矢印Ｚ２方向に延出しており、プラグコネクタを装着時にプラグコネクタの信号線に接続される。コンタクト部２００ｇは、中心導体２００ｆに接続されており、絶縁部２００ｃの底面、矢印Ｚ２方向の面から表出している。

このソケット型同軸コネクタ２００は、リフロー等によって、アンテナエレメント１０１とグランドエレメント１０２とを跨いで実装してある。コンタクト部２００ｇはアンテナエレメント１０１の突部１０１ａに半田付けしてあり、コンタクト部２００ｅ１、２００ｅ２がグランドエレメント１０２のうち凹部１０２ａに臨む個所に半田付けしてある。
（５）カバーを接着する工程３０４
図１１及び図３（Ｃ）に示すように、カバー２２０は、例えばＡＢＳの合成樹脂成形部品であり、ソケット型同軸コネクタ２００が突き出るための開口２２１を有する。

カバー２２０を、その開口２２１をソケット型同軸コネクタ２００に合わせて、ケース２１０上に置いて、カバー２２０の周囲をケース２１０と接着させる。

これによって、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、カバー２２０がアンテナエレメント１０１とグランドエレメント１０２とを覆った状態、且つソケット型同軸コネクタ２００が開口２２１より突き出た状態となって、ケース入りのＵＷＢ平面アンテナ装置１００が完成する。

なお、接着に代えて、超音波接合、熱圧着、両面テープによる接着、或いはねじ止めによって、カバー２２０をケース２１０と接合してもよい。

また、アンテナエレメント１０１のストリップ線路１０１ｂとグランドエレメント１０２凹部１０２ａの間は何も存在しない隙間の状態であってもよく、絶縁されていればよい。

［変形例］
図１２（Ａ）は、別のケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００Ａを示す。合成樹脂成形部品であるカバー２２０に代えて、絶縁性のフィルム２６０が貼ってある。

図１２（Ｂ）は、別のケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００Ｂを示す。合成樹脂成形部品であるカバー２２０に代えて、絶縁剤を塗布してなる絶縁膜２７０が形成してある。

図１３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例２になるケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００Cを示す。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は分解図である。図１４は図１３（Ａ）のケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００Cを分解して示す。

ケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００Cは、図３（Ａ）のケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００とは、ケース２１０Ｃ及びアンテナエレメント１０１Ｃ及びグランドエレメント１０２Ｃが相違する。

ケース２１０Ｃは、上面に、アンテナエレメント用ポケット２１１Ｃとグランドエレメント用ポケット２１２Ｃとを有する。ポケット２１１Ｃとポケット２１２Ｃとの間は、仕切り部２１３によって仕切られている。ポケット２１１Ｃ、２１２Ｃは、夫々アンテナエレメント１０１Ｃ、グランドエレメント１０２Ｃに対応する形状であり、ケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００Cにおけるアンテナエレメント１０１Ｃ及びグランドエレメント１０２Ｃの配置に対応して配置してある。また、ポケット２１１Ｃ、２１２Ｃは、夫々アンテナエレメント１０１Ｃ、グランドエレメント１０２Ｃの厚さｔに等しい深さａを有する。

アンテナエレメント１０１Ｃは、プレスで打ち抜いた銅板製であり、ホームベース形状であり、図５中のストリップ線路１０１ｂは有していない。突部（給電点）１０１Ｃａの部分の開き角度θは約６０度である。

グランドエレメント１０２Ｃは、四角形状であり、図５中の凹部１０２ａは有していない。

アンテナエレメント１０１Ｃ及びグランドエレメント１０２Ｃは夫々ポケット２１１Ｃ、２１２Ｃに嵌合して位置決めされて組み付けてあり、アンテナエレメント１０１Ｃの突部（給電点）１０１Ｃａがグランドエレメント１０２に接近している。アンテナエレメント１０１Ｃ及びグランドエレメント１０２Ｃは、カバー２２０によって覆われている。ソケット型同軸コネクタ２００は、突部（給電点）１０１Ｃａの箇所で、アンテナエレメント１０１Ｃとグランドエレメント１０２Ｃとに跨って実装してあり、カバー２２０の開口２２１から突き出ている。

このケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置１００Ｃにあっては、ポケット２１１Ｃとポケット２１２Ｃとの間が仕切り部２１３によって仕切られているため、バリが付いているアンテナエレメント１０１Ｃ、グランドエレメント１０２Ｃを組み込んだ場合であっても、両者がショートしてしまうことを防止できる。なお、バリは例えばプレスの金型の劣化が原因で発生する。

従来のアンテナ装置の一例の構成図である。 本出願人が先に出願したケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置の構造を示す図である。 本発明の実施例１になるケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置を示す図である。 図３のＵＷＢ平面アンテナ装置の製造工程図である。 エレメントの切り出し工程を説明する図である。 エレメントの組み付け工程を説明する図である。 エレメントがケースに組み付けられた状態を示す図である。 クリーム半田塗布工程を説明する図である。 ソケット型同軸コネクタを示す図である。 ソケット型同軸コネクタ実装工程を説明する図である。 カバーを接着する工程を説明する図である。 本発明の変形例になるケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置を示す図である。 本発明の実施例２になるケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置を示す図である。 図１３（Ａ）のケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置の分解斜視図である。

符号の説明

１００、１００Ａ，１００Ｂ、１００Ｃ ケース入りＵＷＢ平面アンテナ装置
１０１、１０１Ｃ アンテナエレメント
１０２，１０１Ｂ グランドエレメント
１１０ 接着剤
２００ ソケット型同軸コネクタ
２１０、２１０Ｃ ケース
２１１，２１２、２１１Ｃ，２１２Ｃ ポケット
２１３ 仕切り部
２２０ カバー
２３３ フレーム
２５０ クリーム半田
２６０ 絶縁性フィルム
２７０ 絶縁膜

Claims (4)

1. 共に板金を打ち抜いて得られたアンテナエレメントとグランドエレメントとを有するアンテナ装置であって、
   上面に、前記アンテナエレメントが位置決めされて収まるアンテナエレメント収用部と前記グランドエレメントが位置決めされて収まるグランドエレメント収用部とが所定の配置で形成してある合成樹脂製のケースと、
   前記ケースの前記アンテナエレメント収用部に収まっている前記アンテナエレメントと、
   前記ケースの前記グランドエレメント収用部に収まっており、前記アンテナエレメントと並んで配置してある前記グランドエレメントと、
   前記アンテナエレメントと前記グランドエレメントとの間に跨って実装してある表面実装型の同軸コネクタと、
   前記並んで配置してある前記アンテナエレメント及び前記グランドエレメントを覆う覆い部を有するアンテナ装置。
2. 前記合成樹脂製のケースは、前記アンテナエレメント収用部とグランドエレメント収用部との間に仕切り部を有する請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記覆い部は、合成樹脂製のカバー、絶縁性のフィルム、或いは、絶縁剤を塗布してなる絶縁膜である請求項１又は請求項２記載のアンテナ装置。
4. 共に板金を打ち抜いて得られたアンテナエレメントとグランドエレメントとを有するアンテナ装置の製造方法であって、
   前記アンテナエレメントとグランドエレメントとを、上面に、前記アンテナエレメントが位置決めされて収まるアンテナエレメント収用部と前記グランドエレメントが位置決めされて収まるグランドエレメント収用部とが所定の配置で形成してある合成樹脂製のケースのアンテナエレメント収用部とグランドエレメント収用部とに収めて、前記アンテナエレメントと前記グランドエレメントとを並べて組み付ける工程と、
   表面実装型の同軸コネクタを、前記アンテナエレメントと前記グランドエレメントとの間に跨って実装する同軸コネクタ実装工程と、
   前記並んで配置してある前記アンテナエレメント及び前記グランドエレメントを覆う覆い部を形成する覆い部形成工程を有するアンテナ装置の製造方法。

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