JP2011055200A

JP2011055200A - アンテナ

Info

Publication number: JP2011055200A
Application number: JP2009201573A
Authority: JP
Inventors: Koji Nakatani; 興司中谷
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-01
Also published as: US20120154252A1; CN102484319A; CN102484319B; WO2011027603A1; EP2475043A1; EP2475043A4; US8253646B2; JP4748334B2; EP2475043B1

Abstract

【課題】製造時の誤差を少なくできるコイル状のアンテナを提供する。
【解決手段】第１プリント配線基板100と第２プリント配線基板200が対向するように第１及び第２プリント配線基板100,200に形成されたスルーホールに両端が連結され且つ第１プリント配線基板100に形成された複数の直線状プリント配線パターン111〜118と第２プリント配線基板200に形成された複数の直線状プリント配線パターン211〜218が螺旋状に導電接続されるように連結導体を設けることによりアンテナ１０を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナに関し、特に、コイル状のヘリカルアンテナに関するものである。

従来、ヘリカルアンテナを制作する場合、銅線などの金属材料を螺旋状に折り曲げた形状で、スプリング（バネ）と同じ制作方法を用いている。スプリングは折り曲げただけでは形状保持が難しいため、高温で焼き入れをするのが一般的である。

このようなコイル状のヘリカルアンテナは、例えば特開２００１−３４５６２８号公報（特許文献１）及び特開２００６−３４０１８６号公報（特許文献２）に開示されるように小型のアンテナとして有効に利用されている。

特開２００１−３４５６２８号公報特開２００６−３４０１８６号公報

しかしながら、前述したように、アンテナを作成するにはスプリングは折り曲げただけでは形状保持が難しいため、高温で焼き入れをするのが一般的である。このため、焼き入れによる材料の収縮などにより、特に小型アンテナの性能を満足する要求精度（例えば±２０μｍ）を実現することは困難であった。なお、ここでの要求精度とはＶＳＷＲが２以下となる精度を意味する。

例えば、図５に示すような整合周波数が３１５ＭＨｚで整合入力インピーダンスが５０Ωの巻回数１０のコイル状のアンテナ１を作成した場合、焼き入れ前の寸法はコイルの直径Ｄが１２．５００ｍｍ、コイルの長さＨが１２．４４２ｍｍ、給電線の長さＬが３８ｍｍであり、入力インピーダンス特性は図６に示すスミスチャートにおけるＡ１の点にある。しかし、焼き入れを行った後は導体の収縮によってコイルの寸法が変わってしまう。一般的に、焼き入れをしてコイル状のアンテナを作成した場合の精度は±２５０μｍである。

この場合、ＶＳＷＲが２よりも大きくなるとき、例えばコイル状のアンテナ１の長さＨが±２０μｍを超えた場合はアンテナ１の入力インピーダンスが大きく変化して、アンテナ特性が悪化する。すなわち、焼き入れによってアンテナ１の長さＨが１２，４２２ｍｍ（ＶＳＷＲ＝２）に変わったときの入力インピーダンス特性は図６に示すスミスチャートにおけるＢ１の点にあり、焼き入れによってアンテナ１の長さＨ１が１２，４６２ｍｍ（ＶＳＷＲ＝２）に変わったときの入力インピーダンス特性は図６に示すスミスチャートにおけるＢ２の点にある。これらの場合の電力・ＶＳＷＲ特性は図７に示すようになり、例えばアンテナ１の最適入力インピーダンス値が５０Ωであるのに対して、導体の収縮によりアンテナ１の入力インピーダンスが１０Ωに変化したときは、４４％の電力損失が生じてしまう。なお、図７において、縦軸は入力電力（Ｐin）／出力電力（Ｐout）とＶＳＷＲを表し、横軸は入力インピーダンスを表し、ＰはＰin／Ｐout特性曲線、ＳはＶＳＷＲ特性曲線をそれぞれ表している。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、製造時の誤差を少なくできるコイル状のアンテナを提供することである。

本発明は、上記の問題点に鑑み、所定間隔をあけて平行に直線状プリント配線パターンが複数設けられ且つ各直線状プリント配線パターンの両端にスルーホールが形成されている第１プリント配線基板と、所定間隔をあけて平行に直線状プリント配線パターンが複数設けられ且つ各直線状プリント配線パターンの両端にスルーホールが形成されている第２プリント配線基板と、前記第１プリント配線基板と前記第２プリント配線基板が対向するように前記第１及び第２プリント配線基板に形成されたスルーホールに両端が連結され且つ前記第１プリント配線基板に形成された複数の直線状プリント配線パターンと前記第２プリント配線基板に形成された複数の直線状プリント配線パターンが螺旋状に導電接続されるように設けられた複数の連結導体とから構成されているアンテナを提案する。

本発明により、２つのプリント基板のそれぞれに形成された直線状プリント配線パターンは連結導体によって螺旋状に導電接続され、これらの直線状プリント配線パターンと連結導体によってコイル状のアンテナが形成される。

本発明は、２つのプリント配線基板上に導電性パターンでアンテナエレメントを構成する直線状プリント配線パターンを製作し、第１及び第２プリント配線基板の導電性パターンは、第１及び第２プリント配線基板に設けたスルーホール導体及び連結導体により順次交互に導電接続されて螺旋状のアンテナエレメントが構成されるので、プリント配線パターンの寸法精度及び連結導体の寸法精度（例えば±１８μｍ）によるアンテナの製作が実現できるため、高性能なアンテナを容易に製作することができる。

本発明の一実施形態におけるアンテナを示す外観斜視図本発明の一実施形態におけるアンテナを示す分解斜視図本発明の一実施形態におけるアンテナを示す平面透視図本発明の一実施形態におけるアンテナの他の構成例を示す分解斜視図従来例のアンテナを示す外観斜視図従来例のアンテナのインピーダンス特性を説明するスミスチャート従来例のアンテナのインピーダンスと電力・ＶＳＷＲの関係を示す図

以下、図面を参照して本発発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態におけるアンテナの外観斜視図、図２はその分解斜視図、図３はその平面透視図である。図において、１０はアンテナで、第１及び第２プリント配線基板100,200と複数の円柱状の連結導体311〜318,321〜328から構成されている。なお、本実施形態におけるアンテナ１０は従来例と同様に３１５ＭＨｚを共振周波数とするものである。

第１プリント配線基板100は所定面積の長方形をなすとともに所定の厚みを有する誘電体基板からなり、幅方向の両側辺部には長辺と平行な直線上に所定の等間隔Ｌ３をあけて複数のスルーホール121〜128,131〜138が設けられている。また、図３に示すように、一方の側辺部に設けられたスルーホール121〜128のスルーホール間の間隙のほぼ中央位置と対向する位置にスルーホールが配置されるように他方のスルーホール131〜138が設けられている。

さらに、第１プリント配線基板100の表面には互いに等間隔Ｌ３をあけて平行に配置された複数の直線状プリント配線パターン（以下、配線パターンと称する）111〜118が設けられている。なお、各配線パターン111〜118における第１プリント配線基板100の長辺方向の幅はＤ２に設定され、短辺方向の長さはＬ６に設定されている。

また、配線パターン111の一端は一方のスルーホール121〜128の列における端から２番目のスルーホール122に連結され、他端は他方のスルーホール131〜138の列における端に位置するスルーホール131に連結されている。配線パターン112の一端は一方のスルーホール121〜128の列における端から３番目のスルーホール123に連結され、他端は他方のスルーホール131〜138の列における端から２番目に位置するスルーホール132に連結されている。配線パターン113の一端は一方のスルーホール121〜128の列における端から４番目のスルーホール124に連結され、他端は他方のスルーホール131〜138の列における端から３番目に位置するスルーホール133に連結されている。配線パターン114の一端は一方のスルーホール121〜128の列における端から５番目のスルーホール125に連結され、他端は他方のスルーホール131〜138の列における端から４番目に位置するスルーホール134に連結されている。配線パターン115の一端は一方のスルーホール121〜128の列における端から６番目のスルーホール126に連結され、他端は他方のスルーホール131〜138の列における端から５番目に位置するスルーホール135に連結されている。配線パターン116の一端は一方のスルーホール121〜128の列における端から７番目のスルーホール127に連結され、他端は他方のスルーホール131〜138の列における端から６番目に位置するスルーホール136に連結されている。配線パターン117の一端は一方のスルーホール121〜128の列における端から８番目のスルーホール128に連結され、他端は他方のスルーホール131〜138の列における端から７番目に位置するスルーホール137に連結されている。配線パターン118の一端は配線パターン117の一端から間隔Ｌ３をあけた位置に配置され、他端は他方のスルーホール131〜138の列における端から８番目に位置するスルーホール138に連結されている。なお、図３に示すように、端から１番目のスルーホール121と８番目の配線パターン118の一端との間の距離はＬ５に設定されている。

さらに、端から４番目の配線パターン114の所定位置に給電点114aが設定され、この給電点に給電用配線パターン141の一端が導電接続されている。給電用配線パターン141は、図に示すようにその他端142が第１プリント配線基板100の一方の短辺に至るように設けられている。なお、図３に示すように、給電点114aにおける給電用配線パターン141の幅はＤ３に設定されている。さらに、給電用配線パターン141は、第１プリント配線基板100の短辺方向に延ばして配置され、配線パターン114の一端から距離Ｌ８の位置において右９０度方向に折り曲げられ１番目のスルーホール121の方向に距離Ｌ４延ばされて右９０度方向に折り曲げられ、距離Ｌ１延ばされた後に左９０度方向に折り曲げられて距離Ｌ２延ばされた位置において第１プリント配線基板100の短辺に至る。また、給電用配線パターン141の幅はＤ１に設定されている。

第２プリント配線基板200は第１プリント配線基板100と同じ形状をなし、幅方向の両側辺部には長辺と平行な直線上に所定の等間隔Ｌ３をあけて複数のスルーホール221〜228,231〜238が設けられている。これらのスルーホール221〜228,231〜238の位置は、第１プリント配線基板100におけるスルーホール121〜128,131〜138の位置に対応する。

さらに、第２プリント配線基板200の表面には互いに等間隔Ｌ３をあけて平行に配置された複数の直線状プリント配線パターン（以下、配線パターンと称する）211〜218が設けられている。なお、各配線パターン211〜218における第２プリント配線基板200の長辺方向の幅はＤ２に設定され、短辺方向の長さはＬ６に設定されている。

配線パターン211の一端は一方のスルーホール221〜228の列における端から１番目のスルーホール221に連結され、他端は他方のスルーホール231〜238の列における端に位置するスルーホール231に連結されている。配線パターン212の一端は一方のスルーホール221〜228の列における端から２番目のスルーホール222に連結され、他端は他方のスルーホール231〜238の列における端から２番目に位置するスルーホール232に連結されている。配線パターン213の一端は一方のスルーホール221〜228の列における端から３番目のスルーホール223に連結され、他端は他方のスルーホール231〜238の列における端から３番目に位置するスルーホール233に連結されている。配線パターン214の一端は一方のスルーホール221〜228の列における端から４番目のスルーホール224に連結され、他端は他方のスルーホール231〜238の列における端から４番目に位置するスルーホール234に連結されている。配線パターン215の一端は一方のスルーホール221〜228の列における端から５番目のスルーホール225に連結され、他端は他方のスルーホール231〜238の列における端から５番目に位置するスルーホール235に連結されている。配線パターン216の一端は一方のスルーホール221〜228の列における端から６番目のスルーホール226に連結され、他端は他方のスルーホール231〜238の列における端から６番目に位置するスルーホール236に連結されている。配線パターン217の一端は一方のスルーホール221〜228の列における端から７番目のスルーホール227に連結され、他端は他方のスルーホール231〜238の列における端から７番目に位置するスルーホール237に連結されている。配線パターン218の一端は一方のスルーホール221〜228の列における端から８番目のスルーホール228に連結され、他端は他方のスルーホール231〜238の列における端から８番目に位置するスルーホール238に連結されている。

さらに、端から５番目の配線パターン215の所定位置に給電点215aが設定され、この給電点に給電用配線パターン241の一端が導電接続されている。なお、給電点215aの位置は、第1プリント配線基板100における配線パターン114の給電点114aに対向する位置に設定されている。

給電用配線パターン241は、図２に示すようにその他端242が第２プリント配線基板200の一方の短辺に至るように設けられている。なお、図３に示すように、給電用配線パターン241は第１プリント配線基板100に形成されている給電用配線パターン141に対向するように同形状に形成されている。なお、第１プリント配線基板100と同様に、給電点215aにおける給電用配線パターン241の幅はＤ３に設定され、給電用配線パターン241は第２プリント配線基板200の短辺方向に延ばして配置され、配線パターン214の一端から距離Ｌ８の位置において右９０度方向に折り曲げられ１番目のスルーホール221の方向に距離Ｌ４延ばされて右９０度方向に折り曲げられ、距離Ｌ１延ばされた後に左９０度方向に折り曲げられて距離Ｌ２延ばされた位置において第２プリント配線基板200の短辺に至る。また、給電用配線パターン241の幅はＤ１に設定されている。

第１プリント配線基板100の配線パターン111〜118と第２プリント配線基板200の配線パターン211〜218とは複数の連結導体311〜318,321〜328によって全体が螺旋状になるように導電接続されている。本実施形態では、連結導体311〜318,321〜328として、直径０．７５ｍｍ、長さ８．０ｍｍの円柱状導体を用いている。

すなわち、連結導体311〜318のそれぞれの一端311a〜318aは第１プリント配線基板100のスルーホール121〜128に挿入されて固定され、連結導体312〜318のそれぞれの一端312a〜318aが配線パターン111〜117の一端に導電接続されている。さらに、連結導体311〜318のそれぞれの他端311b〜318bは第２プリント配線基板200のスルーホール221〜228に挿入されて固定され、連結導体311〜318のそれぞれの他端311b〜318bが配線パターン211〜218の一端に導電接続されている。また、連結導体321〜328のそれぞれの一端321a〜328aは第１プリント配線基板100のスルーホール131〜138に挿入されて固定され、連結導体321〜328のそれぞれの一端321a〜328aが配線パターン111〜118の他端に導電接続されている。さらに、連結導体321〜328のそれぞれの他端321b〜328bは第２プリント配線基板200のスルーホール231〜238に挿入されて固定され、連結導体321〜328のそれぞれの他端321b〜328bが配線パターン211〜218の他端に導電接続されている。

なお、本実施形態では、一例としてＬ１＝５．０ｍｍ、Ｌ２＝５．０ｍｍ、Ｌ３＝１．７２６ｍｍ、Ｌ４＝１２．９ｍｍ、Ｌ５＝２１．８１ｍｍ、Ｌ６＝１７．７５ｍｍ、Ｌ７＝４．３７５ｍｍ、Ｌ８＝２．３ｍｍ、Ｄ１＝０．５ｍｍ、Ｄ２＝１．０ｍｍ、Ｄ３＝１．５ｍｍにそれぞれ設定している。

上記実施形態によれば、２つのプリント配線基板100,200上に導電性の配線パターン111〜118,211〜218でアンテナエレメントが形成され、これらの配線パターン111〜118,211〜218は連結導体311〜318,321〜328によって順次交互に導電接続されて螺旋状のアンテナエレメントが構成される。これにより、プリント配線パターン111〜118,211〜218の寸法精度及び連結導体311〜318,321〜328の寸法精度（例えば±１８μｍ）によるアンテナ製作が実現でき、且つ高性能なアンテナを容易に製作することができる。さらに、大量生産が容易であると共にプリント配線基板への電気的接続において高い信頼性を達成でき寸法精度に優れたアンテナを容易に製作することができる。

なお、上記実施形態では給電用配線パターン141,241を配線パターン111〜118,211〜218と同じ面に設けたが、図４に示すアンテナ１０Ａのように、配線パターン111〜118,211〜218をプリント配線基板100,200の表面に設け、給電用配線パターン141,241をプリント配線基板100,200の裏面に設け、これらをスルーホール導体161,261によって導電接続するようにしても良い。また、本実施形態ではコイルの中間部に給電点を有するアンテナを構成したがコイル端部に給電点を有するアンテナを構成する場合も上記同様の効果を奏することは言うまでもない。

10,10A…アンテナ、100…第１プリント配線基板、111〜118…直線状プリント配線パターン、121〜128,131〜138…スルーホール、114a…給電点、141…給電用配線パターン、161…スルーホール導体、200…第２プリント配線基板、211〜218…直線状プリント配線パターン、221〜228,231〜238…スルーホール、215a…給電点、241…給電用配線パターン、261…スルーホール導体、311〜318,321〜328…連結導体。

Claims

所定間隔をあけて平行に直線状プリント配線パターンが複数設けられ且つ各直線状プリント配線パターンの両端にスルーホールが形成されている第１プリント配線基板と、
所定間隔をあけて平行に直線状プリント配線パターンが複数設けられ且つ各直線状プリント配線パターンの両端にスルーホールが形成されている第２プリント配線基板と、
前記第１プリント配線基板と前記第２プリント配線基板が対向するように前記第１及び第２プリント配線基板に形成されたスルーホールに両端が連結され且つ前記第１プリント配線基板に形成された複数の直線状プリント配線パターンと前記第２プリント配線基板に形成された複数の直線状プリント配線パターンが螺旋状に導電接続されるように設けられた複数の連結導体とから構成されている
ことを特徴とするアンテナ。
前記第１及び第２プリント配線基板の表面に前記直線状プリント配線パターンが設けられ且つ裏面に給電部を構成する配線パターンが設けられ、前記表面の直線状プリント配線パターンの所定位置と前記裏面の給電部を構成する配線パターンがスルーホール導体によって導電接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記第１及び第２プリント配線基板に設けられた複数の直線状プリント配線パターンと前記複数の連結導体とからなるコイルの一端と他端との間の所定位置に所定インピーダンスの給電点が設定されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。