JP2012029137A

JP2012029137A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2012029137A
Application number: JP2010167035A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Sekizawa; 高俊関澤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-07-26
Also published as: JP5413743B2

Abstract

【課題】逆Ｌ型アンテナにおいて給電点から屈曲点までの高さを大きくしなくても、その利得が向上するようにすることである。
【解決手段】基板１の給電点２から、細長い棒状の導電体を基板１と同一の面内で延設し、基板側アンテナ部４を形成する。この基板側アンテナ部４は、逆Ｌ型アンテナを構成する平行アンテナ部６と平行で、同じ向きにアンテナ電流Ｉが流れるようにする。さらに、基板１の切除部１ａ〜１ｅと基板側アンテナ部４との間に細長い棒状の導電体よりなるグランドアンテナ部７を平行に形成し、このグランドアンテナ部７に、基板側アンテナ部４を流れるアンテナ電流Ｉ４ａ〜Ｉ４ｃによってイメージ電流Ｉ７ｂ〜Ｉ７ｄが流れるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置の利得向上に関するものである。

車両（例えば、自動車）において、キーレスエントリーシステムやスマートエントリーシステムのように、車両と携帯機（車両外部の運転者が所持する。）との間での無線通信によって車両ドアの開錠を行うシステムが公知である。この種のシステムが搭載された車両において、携帯機との間で電波の送受信を行うためのアンテナ装置として逆Ｌ型アンテナが採用され、かつこのアンテナ装置が車両の天井部やＣピラーの部分に内装される場合がある。

図９に示されるように、従来のアンテナ装置１００は、平面視において長方形状の基板５１と、基板５１の表面からその厚み方向に延設されたアンテナ部５２とを備える。アンテナ部５２は、細長い導電体を基板５１の給電点５３からいったん立ち上げて、これを基板５１と平行な面内でほぼ直角に屈曲し、方形の渦巻き状にしたものである。逆Ｌ型アンテナのアンテナ装置１００は、高さを低くできるという利点がある。この種のアンテナ装置として、特許文献１に開示された技術が存している。

上記のアンテナ装置において、車両と携帯機との通信可能距離を長くすることが望ましい。このために、アンテナ装置の利得を向上することが考えられる。ここで、逆Ｌ型アンテナの場合、基板の給電点から屈曲点（アンテナ部を屈曲する部分）までの高さを大きくするほど利得が向上することが知られている（特許文献２を参照）。しかし、このアンテナ装置が車両に内装されることを考慮すると、アンテナ部における屈曲点までの高さを大きくすることは困難である。

特開２００３−３０９４２１号公報特開２００５−３１１６０７号公報

本発明は上記した不具合に鑑み、逆Ｌ型アンテナにおいて給電点から屈曲点までの高さを大きくしなくても、その利得が向上するようにすることを課題としている。

上記した課題を解決するための本発明は、
細長い棒状の導電体よりなり、基板の表面から起立する起立部と、その起立部の端から前記基板と平行な面内に方向を変えつつ連続的に延設され、終端部が開放されて自由端となっている平行アンテナ部と、によって形成される逆Ｌ型アンテナと、
前記基板の設置されたグランド面とは非導通状態のもとに、前記基板の表面に前記逆Ｌ型アンテナの前記平行アンテナ部の少なくとも一部と平行になるように配置された基板側アンテナ部と、を備え、
前記基板側アンテナ部は、一端部を前記逆Ｌ型アンテナを構成する前記起立部の前記基板側の端に導通し、他端部を前記逆Ｌ型アンテナの前記基板からの給電点とし、
前記基板側の前記給電点からアンテナ電流を流したとき、平行状態にある前記基板側アンテナ部と前記平行アンテナ部には、同じ向きの電流が流れることを特徴としている。

本発明に係るアンテナ装置は上記のように構成されていて、起立部と平行アンテナ部とによって形成される逆Ｌ型アンテナの基板の部分に、平行アンテナ部の少なくとも一部と平行になる基板側アンテナ部とを備える。基板の給電点から流れたアンテナ電流は、基板側アンテナ部を流れた後、起立部を介して平行アンテナ部に流れる。このとき、基板側アンテナ部と平行アンテナ部との平行な部分では、同じ向きに電流が流れるため、両者が強め合う。この結果、起立部の長さ（基板から平行アンテナ部までの高さ）を大きくすることなく（換言すれば、アンテナ装置の高さをそのままにして）、アンテナ装置全体の利得が向上する。

そして、前記基板には、前記基板側アンテナ部に隣接して平行するグランドアンテナ部が形成され、前記グランドアンテナ部は前記基板側アンテナ部の前記起立部側にて前記グランド面と導通し、前記基板側アンテナ部の前記給電点側にて終端部が開放されて自由端となっており、
前記基板側の前記給電点から電流を流したとき、平行状態にある前記基板側アンテナ部と前記平行アンテナ部と前記グランドアンテナ部に、同じ向きの電流が流れるようにできる。

このアンテナ装置の場合、基板側アンテナ部と平行にグランドアンテナ部が設けられている。グランドアンテナ部には電流が供給されていないが、給電点から基盤側アンテナ部にアンテナ電流が流れると、それに伴ってグランドアンテナ部に同じ向きの電流（イメージ電流）が流れる。そして、両者が強め合う。これにより、アンテナ装置の全体の利得がいっそう向上する。

そして、前記基板の外周縁部の一部が切除され、前記給電点は前記基板の切除部に設けられ、
前記グランドアンテナ部は、前記基板の切除部を埋める形で設けることができる。

この場合、基板側アンテナ部を形成しても基板の大きさが大きくならないため、アンテナ装置の全体形状をそのままとすることができる。

また、複数本のグランドアンテナ部を設けてもよい。この場合、グランドアンテナ部に流れるイメージ電流が大きくなるため、いっそうの利得の向上が図られる。

第１実施例のアンテナ装置１０１の斜視図である。（ａ）はアンテナ装置１０１の平面図、（ｂ）は同じく平面断面図である。アンテナ装置１０１をケース体９に収容する状態の正面図である。第１実施例のアンテナ装置１０１を水平配置したときの指向性のシミュレーション結果を示す図である。同じく、縦配置したときの指向性のシミュレーション結果を示す図である。同じく、横配置したときの指向性のシミュレーション結果を示す図である。第１実施例のアンテナ装置１０１と従来のアンテナ装置１００の利得を比較するグラフである。第２実施例のアンテナ装置１０２の斜視図である。従来のアンテナ装置１００の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は第１実施例のアンテナ装置１０１の斜視図、図２の（ａ）はアンテナ装置１０１の平面図、（ｂ）は同じく平面断面図、図３はアンテナ装置１０１をケース体９に収容する状態の正面図である。

本発明の第１実施例のアンテナ装置１０１について説明する。本明細書では、自動車用のスマートエントリーシステムに使用されるアンテナ装置１０１について説明する。

図１及び図２に示されるように、第１実施例のアンテナ装置１０１は、幅方向の一部が削除された平面視において略Ｔ字形状の基板１と、基板１の給電点２から細長い棒状の導電体が延設されたアンテナ部３とを備えている。アンテナ部３は、基板１の給電点２からその切除部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅを取り囲む形で、かつ基板１と同一の面内に延設される基板側アンテナ部４と、基板側アンテナ部４の終端部から基板１の厚み方向に立ち上がる形で延設される起立部５と、起立部５の終端部（上端部）から基板１と平行な面内で方形の渦巻き状に延設される平行アンテナ部６と、基板１の各切除部１ａ〜１ｅと基板側アンテナ部４との隙間に配置されるグランドアンテナ部７とを備えている。このアンテナ装置１０１は、３００ＭＨｚ帯や４００ＭＨｚ帯の周波数領域における車載用電波製品（例えばキーレスエントリーシステム、スマートエントリーシステム、タイヤ空気圧モニタシステム（ＴＰＭＳ）、ガレージドアオープナ等）で好適に使用される。

このアンテナ装置１０１は、図３に示されるように、ベース板８に図示しないねじ等の固着手段によって固定される。そして、その状態でケース体９によって覆われる。ケース体９に収容されたアンテナ装置１０１は、図示しないブラケットを介して車両の天井部やＣピラーの部分のボディに固定され、内装される。これにより、アンテナ装置１０１が車両の外部から視認されなくなる。

第１実施例のアンテナ装置１０１を構成する基板１は、所定の長さ（例えば５０ｍｍ程度）と所定の幅（例えば４０ｍｍ程度）を有する長方形状の原基板から、幅方向Ｗの両端部を長さ方向Ｌの一部を残して切除し（切除部１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅ）、かつ長さ方向Ｌの一端部を全幅に亘って切除したもの（切除部１ｃ）であり、平面視において略Ｔ字状となっている。基板１における奥側の切除部を符号１ａ，１ｂで示し、手前側の切除部を符号１ｄ，１ｅで示し、右側の切除部を符号１ｃで示す。基板１には、抵抗やコンデンサ（いずれも図示せず）等の電子部品が実装されている。そして、基板１における奥側の切除部１ａにおける幅方向Ｗの端部に給電点２が設けられている。基板１における給電点２以外の部分は接地されている。

最初に、基板側アンテナ部４について説明する。図１及び図２に示されるように、基板１における奥側の切除部１ａに設けられた給電点２から、基板１の長さ方向Ｌに沿って導電体が延設されている（第１エレメント部４ａ）。この導電体が基板１と同一の面内でほぼ直角に屈曲され、基板１の幅方向Ｗに沿って、基板１の幅と同一の長さだけ延設されている（第２エレメント部４ｂ）。同様に、この導電体が基板１と同一の面内でほぼ直角に更に屈曲され、基板１の長さ方向Ｌに沿って、基板１の切除部１ｅから僅かに離れた部分まで延設されている（第３エレメント４ｃ）。即ち、基板側アンテナ部４を構成する第１エレメント部４ａ、第２エレメント部４ｂ、第３エレメント部４ｃは、基板１の切除部１ａ〜１ｅを埋める形（基板１のＴ字状の突出部分を取り囲む形）で、略Ｕ字状に設けられている。基板１と基板側アンテナ部４によって形成される面の大きさは、切除前の基板（従来のアンテナ装置１００の基板５１）とほぼ同一の大きさである。即ち、第１実施例の基板１と基板側アンテナ部４とを合わせた平面形状は、従来のアンテナ装置１００（図９参照）における基板５１の平面形状はほぼ同一である（換言すれば、第１実施例のアンテナ装置１０１の平面形状は、従来のアンテナ装置１００の平面形状とほぼ同一の大きさを有している）。

次に、起立部５について説明する。起立部５は、基板側アンテナ部４と同一断面形状の導電体よりなり、第３エレメント部４ｃの終端部（先端部）から高さ方向（基板１の厚み方向）にほぼ直角に屈曲されて構成される。

次に、平行アンテナ部６について説明する。平行アンテナ部６は、基板側アンテナ部４及び起立部５と同一断面形状の導電体よりなる。この導電体が、起立部５の終端部（上端部）から、基板１と平行な面内でほぼ直角に屈曲され、基板１の幅方向Ｗに沿って、基板１の幅と同一の長さだけ延設されている（第１エレメント部６ａ）。同様に、この導電体が基板１と同一の面内でほぼ直角に更に屈曲され、基板１の長さ方向Ｌに沿って、第１エレメント部４ａの直上部分に延設されている（第２エレメント部６ｂ）。同様に、この導電体が基板１と平行な面内でほぼ直角に更に屈曲され、基板１の幅方向Ｗに沿って、第２エレメント部４ｂの直上部分に延設されている（第３エレメント部６ｃ）。以下、同様に導電体が平面視において方形の渦巻き状となるように、第４エレメント部６ｄ、第５エレメント部６ｅ、第６エレメント部６ｆ、第７エレメント部６ｇ及び第８エレメント部６ｈが延設されている。第８エレメント部６ｈの終端部（先端部）は、開放されて自由端となっている。そして、平行アンテナ部６を構成する第３エレメント部６ｃ、第４エレメント部６ｄ、第５エレメント部６ｅ、第６エレメント部６ｆが第８エレメント部６ｈの先端部を取り囲んでいる。これにより、先端部に及ぼす外部の影響を排除することができる。

次に、グランドアンテナ部７について説明する。グランドアンテナ部７は、基板側アンテナ部４、起立部５及び平行アンテナ部６と同一断面形状の導電体よりなる。この導電体が、基板１における手前側の切除部１ｄに設けられた部分（ただし、給電点ではない。）から、基板１の幅方向Ｗに沿って延設されている（グランド第１エレメント部７ａ）。この位置は、第３エレメント部４ｃの終端部と対応する位置である。そして、この導電体が基板１と同一の面内でほぼ直角に屈曲され、基板１の手前側の切除部１ｄと第３エレメント部４ｃとの間に形成された隙間の部分に、基板１の長さ方向Ｌに沿って延設されている（グランド第２エレメント部７ｂ）。同様に、導電体がグランド第２エレメント部７ｂの終端部から基板１と同一の面内でほぼ直角に屈曲され、基板１の切除部１ｃと第２エレメント部４ｂとの間に形成された隙間の部分に、基板１の幅方向Ｗに沿って延設されている（グランド第３エレメント部７ｃ）。同様に、導電体がグランド第３エレメント部７ｃの終端部から基板１と同一の面内でほぼ直角に屈曲され、基板１の奥側の切除部１ｂと第１エレメント部４ａとの間に形成された隙間の部分に、基板１の長さ方向Ｌに沿って延設されている（グランド第４エレメント部７ｄ）。

グランド第４エレメント部７ｄの終端部（先端部）は、基板１の奥側の切除部１ａから僅かに離れた位置で開放されて自由端となっている。このグランド第４エレメント部７ｄを基板１と第１エレメント部４ａが挟み込んでいて、先端部に及ぼす外部の影響を排除することができる。

第１実施例のアンテナ装置１０１の作用（アンテナ部３に流れる電流の作用）について説明する。

基板１の給電点２からアンテナ部３を構成する基板側アンテナ部４、起立部５及び平行アンテナ部６にアンテナ電流Ｉが流れる。以下、基板側アンテナ部４を構成する各部位（第１エレメント部４ａ、第２エレメント部４ｂ、第３エレメント部４ｃ）を流れるアンテナ電流Ｉを、各部位を示す添え字と対応させてアンテナ電流Ｉ４ａ，Ｉ４ｂ，Ｉ４ｃのように記載する。

給電点２から基板側アンテナ部４の各エレメント部４ａ，４ｂ，４ｃに、アンテナ電流Ｉ４ａ，Ｉ４ｂ，Ｉ４ｃが流れる。するとこれらのアンテナ電流Ｉ４ａ，Ｉ４ｂ，Ｉ４ｃにより、基板側アンテナ部４の各エレメント部４ａ，４ｂ，４ｃと平行に近接配置されているグランドアンテナ部７の各エレメント部７ｂ，７ｃ，７ｄに同じ向きに各電流（イメージ電流）Ｉ７ｂ，Ｉ７ｃ，Ｉ７ｄが流れる。これらのアンテナ電流Ｉ４ａ〜Ｉ４ｃとイメージ電流Ｉ７ｂ〜Ｉ７ｄは、互いに強め合う。この結果、基板側アンテナ部４とグランドアンテナ部７とがアンテナの機能を発揮し、その放射効率（利得）が向上する。

更に、起立部５を流れ、平行アンテナ部６の各エレメント部６ａ〜６ｈを流れるアンテナ電流Ｉ６ａ〜Ｉ６ｈのうち、基板側アンテナ部４とグランドアンテナ部６と平行に配置されている各エレメント部６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｆ，６ｇ，６ｈには、基板側アンテナ部４を流れる各アンテナ電流Ｉ４ａ，Ｉ４ｂ，Ｉ４ｃとグランドアンテナ部７を流れる各イメージ電流Ｉ７ｂ，Ｉ７ｃ，Ｉ７ｄと同じ向きの各アンテナ電流Ｉ６ｂ，Ｉ６ｃ，Ｉ６ｄ，Ｉ６ｆ，Ｉ６ｇ，Ｉ６ｈが流れる。これらのアンテナ電流Ｉ４ａ〜４ｃ，Ｉ６ｂ〜６ｄ，Ｉ６ｆ〜Ｉ６ｈと各イメージ電流Ｉ７ａ〜７ｃは、互いに強め合う。この結果、平行アンテナ部６の放射効率（利得）が向上する。

本出願人は、第１実施例のアンテナ装置１０１の指向性についてシミュレーションを行い、図４から図６に示す結果を得た。図４は、本実施例のアンテナ装置１０１と従来のアンテナ装置１００を水平配置し、３ｍ離れた位置から電波を送信したときの水平方向と垂直方向の指向性を示すものである。図４より、本実施例のアンテナ装置１０１の利得を従来のアンテナ装置１００と比較したとき、垂直方向ではほとんど変化がなかったものの水平方向では改善されていることがわかる。

また、図５は、本実施例のアンテナ装置１０１と従来のアンテナ装置１００を縦配置し、３ｍ離れた位置から電波を送信したときの水平方向と垂直方向の指向性を示すものである。図５より、本実施例のアンテナ装置１０１の利得を従来のアンテナ装置１００と比較したとき、水平方向ではほとんど変化がなかったものの垂直方向では改善されていることがわかる。

また、図６は、本実施例のアンテナ装置１０１と従来のアンテナ装置１００を横配置し、３ｍ離れた位置から電波を送信したときの水平方向と垂直方向の指向性を示すものである。図６より、本実施例のアンテナ装置１０１の利得を従来のアンテナ装置１００と比較したとき、垂直方向ではほとんど変化がなかったものの水平方向では改善されていることがわかる。

そして、本実施例のアンテナ装置１０１と従来のアンテナ装置１００の全体の利得を比較すると、図７に示されるように、従来のアンテナ装置１００の利得が−１０．５ｄＢであったのに対し、本実施例のアンテナ装置１０１の利得は−９．７ｄＢで、０．８ｄＢの利得の向上が確認された。

第１実施例のアンテナ装置１０１は、従来のアンテナ装置１００と比較して基板側アンテナ部４とグランドアンテナ部７とを追加した形態である。しかし、図８に示される第２実施例のアンテナ装置１０２のように、基板側アンテナ部４だけを追加して設け、グランドアンテナ部７が設けられていない形態のものであってもよい。

上記した第１及び第２の実施例のアンテナ装置１０１，１０２において、各エレメント部４〜７を構成する導電体の断面は方形である。ここで、各エレメント部４〜７は、導電体を折り曲げて製作することを考慮すると、丸棒よりなる導電体であってもよい。

本明細書では、逆Ｌ型アンテナであるアンテナ装置１０１について説明した。しかし、逆Ｆ型アンテナであるアンテナ装置であってもよい。

本発明は、車両（例えば、自動車）に使用されるキーレスエントリーシステムやスマートキーシステムの他に、住宅に使用されるキーレスエントリーシステムやスマートキーシステムにおけるアンテナ装置として利用することができる。

１基板
２給電点
３アンテナ部
４基板側アンテナ部
５起立部
６平行アンテナ部
７グランドアンテナ部
１０１，１０２アンテナ装置
Ｉ４ａ〜Ｉ４ｃ，Ｉ５，Ｉ６ａ〜Ｉ６ｈアンテナ電流

Claims

細長い棒状の導電体よりなり、基板の表面から起立する起立部と、その起立部の端から前記基板と平行な面内に方向を変えつつ連続的に延設され、終端部が開放されて自由端となっている平行アンテナ部と、によって形成される逆Ｌ型アンテナと、
前記基板の設置されたグランド面とは非導通状態のもとに、前記基板の表面に前記逆Ｌ型アンテナの前記平行アンテナ部の少なくとも一部と平行になるように配置された基板側アンテナ部と、を備え、
前記基板側アンテナ部は、一端部を前記逆Ｌ型アンテナを構成する前記起立部の前記基板側の端に導通し、他端部を前記逆Ｌ型アンテナの前記基板からの給電点とし、
前記基板側の前記給電点からアンテナ電流を流したとき、平行状態にある前記基板側アンテナ部と前記平行アンテナ部には、同じ向きの電流が流れることを特徴とするアンテナ装置。
前記基板側アンテナ部は、前記基板の平面視において方形の渦巻き状となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記基板には、前記基板側アンテナ部に隣接して平行するグランドアンテナ部が形成され、前記グランドアンテナ部は前記基板側アンテナ部の前記起立部側にて前記グランド面と導通し、前記基板側アンテナ部の前記給電点側にて終端部が開放されて自由端となっており、
前記基板側の前記給電点から電流を流したとき、平行状態にある前記基板側アンテナ部と前記平行アンテナ部と前記グランドアンテナ部には、同じ向きの電流が流れ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。
前記基板の外周縁部の一部が切除され、前記給電点は前記基板の切除部に設けられ、
前記グランドアンテナ部は、前記基板の切除部を埋める形で設けら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。
複数本のグランドアンテナ部が平行状態で設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のアンテナ装置。