JP2019068345A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナ素子の周囲で反射した電波の影響を受けにくいアンテナ装置を提供する。【解決手段】 アンテナ装置１は、アンテナ素子１１と、基板１５とを備える。基板１５には、上から見てアンテナ素子１１と重なりあわない位置に、少なくとも基板１５の上面が凹んだ孔部１６が形成される。孔部１６は、アンテナ素子１１で受信する電波のうち基板１５における孔部１６がある領域に到達するものが、反射してアンテナ素子１１に到達するのを抑制するために設けられる。孔部１６は、複数のスルーホールで構成され、複数のスルーホールにおけるそれぞれの側面には金属体が設けられ、複数のスルーホールが、上から見てアンテナ素子１１の周囲を囲む位置関係に設けられる。孔部１６の下には、電波吸収材料を含む電波吸収部１７が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

従来、特許文献１のように、ＧＰＳパッチアンテナを含む車載アンテナ装置が提案されている。

特開２０１２−３４２２６号公報

しかしながら、ＧＰＳパッチアンテナの周囲の基板などで反射した電波を受信すると、後段の演算に誤差が発生したり、フェージングが生じたりするおそれがある。

したがって本発明の目的は、アンテナ素子の周囲で反射した電波の影響を受けにくいアンテナ装置を提供することである。

本発明に係るアンテナ装置は、アンテナ素子と、基板とを備え、基板には、上から見てアンテナ素子と重なりあわない位置に、少なくとも基板の上面が凹んだ孔部が形成され、孔部は、アンテナ素子で受信する電波のうち基板における孔部がある領域に到達するものが、反射してアンテナ素子に到達するのを抑制するために設けられ、孔部は、複数の孔と１以上のスリットの少なくとも一方で構成される。

孔部の上部に入射した電波は、孔部の側面を反射して、孔部の下に到達する。
このため、アンテナ素子で受信する電波のうち基板における孔部がある領域に到達するものが、基板上を反射してアンテナ素子に到達する可能性が低くなり、アンテナ素子の周囲で反射した電波の影響を受けにくいアンテナ装置を形成することが可能になる。

好ましくは、孔部は、複数のスルーホールで構成され、複数のスルーホールにおけるそれぞれの側面には金属体が設けられ、複数のスルーホールが、上から見てアンテナ素子の周囲を囲む位置関係に設けられる。

本件発明で使用するスルーホールは、基板に設けられる部品の実装のための通常のスルーホールを形成する工程で、一緒に形成することが出来る。

さらに好ましくは、孔部の下には、電波吸収材料を含む電波吸収部が設けられる。

孔部の下に電波吸収部が設けられているため、孔部の側面の反射後に、電波が基板の上面から外部に放射されるのを抑制することが出来る。

さらに好ましくは、孔部は、第１孔部と、第２孔部とを有し、第１孔部は、上から見てアンテナ素子を囲む位置関係に設けられ、第２孔部は、上から見て第１孔部を囲む位置関係に設けられる。

さらに好ましくは、アンテナ素子と電気的に接続される電子部品は、上から見て孔部に囲まれた領域の内側に実装される。

電子部品と孔部との物理的な干渉を避けて、両者を基板に設けやすくなる。

また、好ましくは、孔部は、上から見て、アンテナ素子を囲まずに、アンテナ素子に対して特定方向の領域に設けられるものであり、孔部は、第１孔部と第２孔部とを有し、第１孔部は、上から見てアンテナ素子と第２孔部とに挟まれる位置関係に設けられる。

基板における当該特定方向以外の領域には、孔部が形成されないため、上から見てアンテナ素子を囲む位置関係に孔部が設けられる形態に比べて、基板の強度を確保しやすいメリットがある。

また、好ましくは、アンテナ素子は、ＧＮＳＳ用アンテナ素子である。

以上のように本発明によれば、アンテナ素子の周囲で反射した電波の影響を受けにくいアンテナ装置を提供することができる。

第１実施形態〜第３実施形態におけるアンテナ装置の断面構成図である。 第１実施形態における基板であって、アンテナ素子の周囲を含む領域を上方から見た斜視図である。 第２実施形態における基板であって、アンテナ素子の周囲を含む領域を上方から見た斜視図である。 第３実施形態における基板であって、アンテナ素子の周囲を含む領域を上方から見た斜視図である。

以下、第１実施形態について、図を用いて説明する。第１実施形態におけるアンテナ装置１は、ルーフなど車両の上面（取付面２１）に取り付けられ、アンテナケース２、パッド３、ベース５、アンテナ素子１１、電子部品１２、基板１５、孔部１６、電波吸収部１７、ケーブル１８を備える（図１、図２参照）。

方向を説明するために、アンテナ装置１が取り付けられる車両の前後方向をｘ方向、ｘ方向と垂直な左右方向をｙ方向、ｘ方向とｙ方向に垂直な略鉛直方向をｚ方向として説明する。図２において、ｘｙｚ軸のそれぞれの矢印が指し示す方向をそれぞれ前方向、右方向、上方向と定義する。

アンテナケース２は、アンテナ装置１を構成する部材を覆う部材で、非透光性と電波透過性を有する合成樹脂製（ポリカーボネート（Polycarbonate）とＡＳＡ（Acrylate Styrene Acrylonitrile）を含む合成樹脂などで形成された樹脂成型品）であり、例えば、ｘ方向前方がｘ方向後方よりも低くなるように傾斜し、両側面が内側に湾曲したシャークフィン形状を有する（図１参照）。

アンテナケース２は、下面が開口し、アンテナ装置１を構成する部材であって、アンテナケース２以外のもの（アンテナ素子１１など）を、ｚ方向上方から覆う。
すなわち、後述するアンテナ素子１１は、アンテナケース２で覆われる空間内に位置する。

なお、第１実施形態では、アンテナケース２が所謂シャークフィン形状を有する例を示すが、下面が開口した略直方体形状など、他の形状であってもよい。

パッド３は、エラストマー（Elastomer）やゴムなどで形成された環状の弾性部材であり、アンテナケース２の下端周縁部に嵌入され、アンテナケース２とベース５の間に挟まれた状態で配置され、アンテナケース２の下端周縁部と車両との間の隙間の目隠しとして機能する。

ベース５は、基板１５を保持し、周縁部には、アンテナケース２やパッド１３とネジ止めするための取付孔（不図示）が設けられ、中央部などには、ケーブル１８をｚ方向に通すためのケーブル孔５ａが設けられる。

ベース５の下部には、取付部材（不図示）が設けられ、当該取付部材を介して、車両のルーフなどの取付面２１にアンテナ装置１が取り付けられる。

アンテナ素子１１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星などから、当該衛星の位置情報と時間情報の受信を行うために使用される。
アンテナ素子１１は、パッチアンテナ（ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）用アンテナ素子）で構成される。

電子部品１２は、アンテナ素子１１と電気的に接続され、アンテナ素子１１で得られた信号を増幅するアンプなどを含む。

基板１５は、アンテナ素子１１、電子部品１２、及びケーブル１８を実装するための基板であり、アンテナ素子１１は上面に、電子部品１２とケーブル１８は下面で且つｚ方向上方から見て孔部１６に囲まれた領域の内側（例えば、アンテナ素子１１の直下など）に実装される。

アンテナ素子１１の底部のグランド電極（不図示）と、基板１５におけるアンテナ素子１１の直下に設けられたグランド金属部（不図示）が近接し静電結合しており、基板１５は、地板としても使用される。

アンテナ素子１１は、電子部品１２、基板１５、及びケーブル１８を介して、カーナビゲーションシステムなど車両の電気機器と接続される。
電子部品１２を基板１５の下面で且つ孔部１６に囲まれた領域の内側に実装することにより、電子部品１２と孔部１６との物理的な干渉を避けて、両者を基板１５に設けやすくなる。

ただし、電子部品１２やケーブル１８は、基板１５の上面に実装される形態であってもよい。
また、アンテナ素子１１は、基板１５とは別の部材（例えば、アンテナケース２の内側など）に取り付けられる形態であってもよい。

基板１５における、ｚ方向上方から見てアンテナ素子１１と重なり合わない位置には、基板１５の上面と下面を通り抜ける孔部１６が、直線状若しくは曲線状に形成される。
孔部１６は、アンテナ素子１１で受信する電波のうち基板１５における孔部１６がある領域に到達するものが、反射してアンテナ素子１１に到達するのを抑制するために設けられる。

第１実施形態では、孔部１６は、基板１５についてｚ方向に貫通する複数のスルーホールで構成され、孔部１６を構成する複数のスルーホールが、ｚ方向上方から見てアンテナ素子１１の周囲を囲む位置関係に設けられる。

具体的には、孔部１６として、アンテナ素子１１の周囲を略矩形形状で囲む第１孔部（第１スルーホール群１６ａ）、第１孔部の周囲を略矩形形状で囲む第２孔部（第２スルーホール群１６ｂ）、第２孔部の周囲を略矩形形状で囲む第３孔部（第３スルーホール群１６ｃ）、第３孔部の周囲を略矩形形状で囲む第４孔部（第４スルーホール群１６ｄ）が設けられ、孔部１６が、ｚ方向上方から見て、四重にアンテナ素子１１の周囲を囲む。
ただし、アンテナ素子１１の周囲を囲むスルーホール群の数は４つに限るものではない。

スルーホールは、基板１５についてｚ方向に貫通する孔であって、メッキやペースト印刷などの加工処理により、当該孔の側面に金属体が設けられたものである。

孔部１６のｚ方向下方には、電波吸収部１７が設けられる。
具体的には、フェライトなどの電波吸収材料を混ぜ込んだ吸収体が、基板１５の下面またはベース５の上面であって孔部１６のｚ方向下方に位置する領域に取り付けられる、若しくは、当該電波吸収材料を溶け込ませた塗料が、基板１５の下面またはベース５の上面であって孔部１６のｚ方向下方に位置する領域に塗布される。
図１は、電波吸収部１７が基板１５の下面に取り付けられる例を示す。

孔部１６の上部近辺に入射した電波は、スルーホールの側面を反射して、孔部１６の下部近辺に到達する。
具体的には、スルーホールの孔の周囲に入射した電波は、当該スルーホールの外壁を反射し、さらに近接するスルーホールの外壁に反射しながら、孔部１６の下部に到達する。
スルーホールの孔に入射した電波は、当該スルーホールの内壁を反射して孔部１６の下部に到達する。

このため、アンテナ素子１１で受信する電波のうち基板１５における孔部１６がある領域に到達するものが、基板１５上を反射してアンテナ素子１１に到達する可能性が低くなり、アンテナ素子１１の周囲で反射した電波の影響を受けにくいアンテナ装置１を形成することが可能になる。

仰角が低く、基板１５上を反射してアンテナ素子１１に到達する電波は、建物などに反射したマルチパス電波であることが多く、かかる電波がアンテナ素子１１に到達すると、アンテナ素子１１からの情報に基づいて行われる演算（例えば、位置情報演算）の誤差を大きくさせる可能性がある。

第１実施形態では、低仰角で基板１５における孔部１６がある領域に到達した電波について、孔部１６と電波吸収部１７を使って、アンテナ素子１１に向けて反射するのを抑制することが可能になる。
なお、基板１５の厚さが薄い場合には、基板１５に設けられた孔部１６の孔のｚ方向の長さが短くなり、孔部１６に入射した低仰角電波がスルーホール間若しくはスルーホール内で反射する回数が少なくなり十分に減衰させることが出来ない可能性がある。
しかしながら、第１実施形態では、孔部１６の下に電波吸収部１７が設けられているため、スルーホール間若しくはスルーホール内の反射後に、電波が基板１５の上面から外部に放射されるのを抑制することが出来る。

第１実施形態では、複数のスルーホールを使って、孔部１６が形成される形態を説明したが、基板１５についてｚ方向に貫通する１以上のスリット（若しくはスリットとスルーホールの両方）を使って、孔部１６が構成される形態であってもよい（第２実施形態、図１、図３参照）。

スリットは、第１実施形態におけるスルーホールと同様に、基板１５についてｚ方向に貫通する孔であって、メッキやペースト印刷などの加工処理により、当該孔の側面に金属体が設けられたものである。

図３は、孔部１６として、アンテナ素子１１の周囲を略矩形形状で囲む第１孔部（第１スリット群１６ｅ）、第１孔部の周囲を略矩形形状で囲む第２孔部（第２スリット群１６ｆ）、第２孔部の周囲を略矩形形状で囲む第３孔部（第３スリット群１６ｇ）、第３孔部の周囲を略矩形形状で囲む第４孔部（第４スリット群１６ｈ）が設けられ、ｚ方向上方から見て、四重にアンテナ素子１１の周囲を囲み、それぞれのスリット群は、Ｌ字状のスリットと直線状のスリットで略矩形形状に形成された例を示す。
また、図３では、複数のスリットで、アンテナ素子１１を囲む形態を説明するが、略Ｃ字形状の１つのスリットが、アンテナ素子１１を囲む形態であってもよい。

複数のスルーホール（第１実施形態）、及び１以上のスリット（第２実施形態）は、基板１５に所定形状の貫通孔を設けることで形成出来るため、基板１５の上に突出するようにして壁を設ける形態に比べて簡単に電波反射用の壁を形成することが可能になる。

特に、スルーホールは、基板１５に設けられる部品の実装のための通常のスルーホールを形成する工程で、一緒に形成することが出来る。

なお、第１実施形態及び第２実施形態では、孔部１６を形成する孔が、基板１５の上面と下面を通り抜けるものであるとして説明したが、下面を通り抜けず、上面から下方向に凹んだ凹みで構成される形態であってもよい。
この場合には、当該凹みの側面に金属体が設けられ、当該凹みの底部に、電波吸収部１７が設けられる。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、孔部１６が、ｚ方向上方から見てアンテナ素子１１を囲む位置関係に設けられる形態を説明したが、特定方向からの低仰角電波だけを遮断する場合には、孔部１６として、アンテナ素子１１を囲まずに、ｚ方向上方から見てアンテナ素子１１と重なり合わない一部の領域（アンテナ素子１１に対して特定方向（例えばｘ方向）の領域）に孔部１６が設けられる形態であってもよい（第３実施形態、図１、図４参照）。

図４は、孔部１６として、アンテナ素子１１の前後にｙ方向に延びる直線状に形成された第１孔部（第１スルーホール群１６ａ）、第１孔部よりもアンテナ素子１１から離れた位置にｙ方向に延びる直線状に形成された第２孔部（第２スルーホール群１６ｂ）が設けられ、ｚ方向上方から見て、第１孔部が第２孔部とアンテナ素子１１とに挟まれる位置関係にある例を示す。

この場合、基板１５における当該特定方向以外の領域には、孔部１６が形成されないため、ｚ方向上方から見てアンテナ素子１１を囲む位置関係に孔部１６が設けられる形態に比べて、基板１５の強度を確保しやすいメリットがある。

なお、第１実施形態〜第３実施形態では、アンテナケース２に覆われる空間内に、１つのアンテナ素子１１が設けられる形態を説明したが、複数のアンテナ素子１１があって、基板１５におけるそれぞれのアンテナ素子１１の周囲に孔部１６が設けられ、孔部１６の下に電波吸収部１７が設けられる形態であってもよい。

また、アンテナ素子１１が、ＧＮＳＳ用アンテナ素子で構成される形態を説明したが、他のアンテナ素子で構成される形態であってもよく、他のアンテナ素子の場合でも、孔部１６及び電波吸収部１７を設けることにより、マルチパス電波が当該他のアンテナ素子に到達することによるフェージングなどを抑制する、すなわち、アンテナ素子１１の周囲で反射した電波の影響を受けにくいアンテナ装置１を形成することが可能になる。

また、基板１５に設けられるスルーホールやスリットの側面に金属体が設けられる形態を説明したが、当該スルーホールやスリットの孔を塞ぐように全体的に金属体が設けられる形態であってもよい。
この場合、金属体で塞がれた当該スルーホールやスリットの孔の中に電波吸収部１７が設けられる形態であってもよい。

１ アンテナ装置
２ アンテナケース
３ パッド
５ ベース
５ａ ケーブル孔
１１ アンテナ素子
１２ 電子部品
１５ 基板
１６ 孔部
１６ａ〜１６ｄ 第１スルーホール群〜第４スルーホール群
１６ｅ〜１６ｈ 第１スリット群〜第４スリット群
１７ 電波吸収部
１８ ケーブル
２１ 取付面

Claims (7)

1. アンテナ素子と、
   基板とを備え、
   前記基板には、上から見て前記アンテナ素子と重なりあわない位置に、少なくとも前記基板の上面が凹んだ孔部が形成され、
   前記孔部は、前記アンテナ素子で受信する電波のうち前記基板における前記孔部がある領域に到達するものが、反射して前記アンテナ素子に到達するのを抑制するために設けられ、
   前記孔部は、複数の孔と１以上のスリットの少なくとも一方で構成されることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記孔部は、複数のスルーホールで構成され、
   前記複数のスルーホールにおけるそれぞれの側面には、金属体が設けられ、
   前記複数のスルーホールが、前記上から見て前記アンテナ素子の周囲を囲む位置関係に設けられることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記孔部の下には、電波吸収材料を含む電波吸収部が設けられることを特徴とする請求項１と請求項２のいずれかに記載のアンテナ装置。
4. 前記孔部は、第１孔部と、第２孔部とを有し、
   前記第１孔部は、前記上から見て前記アンテナ素子を囲む位置関係に設けられ、
   前記第２孔部は、前記上から見て前記第１孔部を囲む位置関係に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナ素子と電気的に接続される電子部品は、前記上から見て前記孔部に囲まれた領域の内側に実装されることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記孔部は、第１孔部と第２孔部とを有し、
   前記第１孔部は、前記上から見て前記アンテナ素子と前記第２孔部とに挟まれる位置関係に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記アンテナ素子は、ＧＮＳＳ用アンテナ素子であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のアンテナ装置。

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