JP4404225B2

JP4404225B2 - Antenna device

Info

Publication number: JP4404225B2
Application number: JP2007183668A
Authority: JP
Inventors: 明米屋; 公雄深江; 智大新川; 一成斉藤
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: JP2009021884A

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）アンテナ等として使用される小型平面型アンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device, and more particularly to a small planar antenna device used as a global positioning system (GPS) antenna or the like.

この技術分野において周知のように、ＧＰＳ（Global Positioning System）は、人工衛星を用いた衛星測位システムである。ＧＰＳは、地球を周回している２４個の人工衛星のうちの４個以上の人工衛星からの電波（ＧＰＳ信号）を受信し、この受信した電波から移動体と人工衛星との位置関係および時間誤差を測定して三角測量の原理に基づいて、移動体の地図上における位置や高度を高精度で算出することを可能としたものである。 As is well known in this technical field, GPS (Global Positioning System) is a satellite positioning system using artificial satellites. The GPS receives radio waves (GPS signals) from four or more artificial satellites out of 24 artificial satellites orbiting the earth, and the positional relationship and time between the moving body and the artificial satellite from the received radio waves. By measuring the error and based on the principle of triangulation, the position and altitude of the moving body on the map can be calculated with high accuracy.

ＧＰＳは、近年では、走行する自動車の位置を検出するカーナビゲーションシステム等に利用され、広く普及している。カーナビゲーション装置は、このＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳ用アンテナと、このＧＰＳ用アンテナが受信したＧＰＳ信号を処理して車両の現在位置を検出する処理装置と、この処理装置で検出された位置を地図上に表示するための表示装置等から構成される。 In recent years, GPS has been widely used in car navigation systems that detect the position of a traveling vehicle. The car navigation device includes a GPS antenna for receiving the GPS signal, a processing device for processing the GPS signal received by the GPS antenna to detect the current position of the vehicle, and a position detected by the processing device. Is displayed on a map.

一方、近年の移動体通信機器等、小型の通信機器（例えば、ＧＰＳ方式のカーナビゲーション装置や携帯用ナビゲーション装置、衛星波受信機等）の発達に伴い、これらの機器に用いられるアンテナ装置に関して、小型化、高性能化が要求されている。 On the other hand, with the development of small communication devices such as mobile communication devices in recent years (for example, GPS-type car navigation devices, portable navigation devices, satellite wave receivers, etc.), antenna devices used for these devices Miniaturization and high performance are required.

アンテナ装置の中でも平面型アンテナ装置（例えば、円偏波パッチアンテナ等）は、その構造上薄く、小型であり、半導体回路との集積化が比較的容易であるとの利点がある。そのため、平面型アンテナ装置は、小型の通信機器用のアンテナとして広く用いられている。 Among antenna devices, a planar antenna device (for example, a circularly polarized patch antenna) is advantageous in that it is thin in structure and small in size and relatively easy to integrate with a semiconductor circuit. Therefore, the planar antenna device is widely used as an antenna for small communication devices.

このような平面型アンテナ装置としては、例えば、円偏波アンテナ素子と、裏面にＬＮＡ（低雑音増幅器）が形成された回路基板とを備えた構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。円偏波アンテナ素子は、いわゆる、パッチアンテナ素子から成る。円偏波アンテナ素子は、セラミックス等の高誘電体で形成された誘電体基板を含む。この誘電体基板の表面には放射素子が設けられ、裏面にはグランドパターンが形成される。誘電体基板には、その表面から裏面へ貫通するピン孔が形成されている。このピン孔に、放射素子と回路基板とを接続する給電ピンが挿通されている。このような構成の平面型アンテナ装置においては、高誘電体からなる誘電体基盤によりアンテナの静電容量を確保することができるため、共振周波数が低くなり、平面型アンテナ装置の小型化を図ることができる。 As such a planar antenna device, for example, one having a configuration including a circularly polarized antenna element and a circuit board having an LNA (low noise amplifier) formed on the back surface is known (for example, Patent Documents). 1). The circularly polarized antenna element is a so-called patch antenna element. The circularly polarized antenna element includes a dielectric substrate formed of a high dielectric material such as ceramics. A radiation element is provided on the surface of the dielectric substrate, and a ground pattern is formed on the back surface. The dielectric substrate is formed with pin holes penetrating from the front surface to the back surface. A power feed pin for connecting the radiating element and the circuit board is inserted through the pin hole. In the planar antenna device having such a configuration, the capacitance of the antenna can be secured by the dielectric substrate made of a high dielectric material, so that the resonance frequency is lowered and the planar antenna device is miniaturized. Can do.

また他の平面型アンテナ装置として、アンテナエレメント（放射導体板）が金属板で構成された板金パッチアンテナも知られている。この板金パッチアンテナは、誘電体基板上に放射導体層（放射素子）がパターニングされた一般的な平面型アンテナ装置に比べて、安価に製造できることが知られている。 As another planar antenna device, a sheet metal patch antenna in which an antenna element (radiating conductor plate) is formed of a metal plate is also known. It is known that this sheet metal patch antenna can be manufactured at a lower cost than a general planar antenna device in which a radiating conductor layer (radiating element) is patterned on a dielectric substrate.

板金パッチアンテナとしては、例えば、接地導体と、この接地導体上に設けられて複数の半田ランドを備えた誘電体基板（回路基板）と、この誘電体基板（回路基板）上部に所定の間隔を有して設置された放射導体板と、この放射導体板から誘電体基板（回路基板）側へ延びる複数の脚片とを備え、これら複数の脚片をそれぞれ複数の半田ランドに半田付けして、放射導体板を支えた構造が開示されている（例えば、特許文献２参照）。このように構成した平面型アンテナ装置（板金パッチアンテナ）では、放射導体板から誘電体基板（回路基板）側に延びる複数の脚片を搭載して半田付けしている半田ランドが、誘電体基板（回路基板）を介して接地導体と対向しているため、半田ランドと接地導体との間に容量が付加されてコンデンサが形成されることとなる。その結果、共振周波数が低くなって放射導体板の小型化を図ることができる。 As the sheet metal patch antenna, for example, a ground conductor, a dielectric substrate (circuit board) provided on the ground conductor and provided with a plurality of solder lands, and a predetermined interval above the dielectric substrate (circuit board) are provided. And a plurality of leg pieces extending from the radiation conductor plate to the dielectric substrate (circuit board) side, and soldering each of the plurality of leg pieces to a plurality of solder lands. The structure which supported the radiation conductor board is disclosed (for example, refer patent document 2). In the planar antenna device (sheet metal patch antenna) configured as described above, a solder land on which a plurality of leg pieces extending from the radiation conductor plate to the dielectric substrate (circuit board) side is mounted and soldered is a dielectric substrate. Since it faces the ground conductor via (circuit board), a capacitor is added between the solder land and the ground conductor to form a capacitor. As a result, the resonance frequency is lowered and the radiation conductor plate can be reduced in size.

特開２００１−３３９２３２号公報JP 2001-339232 A 特開２００５−１４３０２７号公報JP 2005-143027 A

しかしながら、セラミックス等の高誘電体は、重量が重く、価格も高いものである。このため、特許文献１に記載されているように、小型の平面型アンテナ装置にセラミックス等の高誘電体を搭載すると、装置全体が重くなり、コストも高くなってしまうという問題がある。 However, high dielectrics such as ceramics are heavy and expensive. For this reason, as described in Patent Document 1, when a high dielectric material such as ceramics is mounted on a small planar antenna device, there is a problem that the entire device becomes heavy and costs increase.

一方、特許文献２に記載された平面型アンテナ装置（板金パッチアンテナ）では、放射導体板の小型化が図れるものの、用いられる半田量及び半田付け面積のバラツキによって、付加容量の容量値が変動してしまう。その結果、特許文献２に開示された平面型アンテナ装置（板金パッチアンテナ）は、そのアンテナ共振周波数が変動して（バラついて）、安定した周波数特性が得られないという問題を有している。 On the other hand, in the planar antenna device (sheet metal patch antenna) described in Patent Document 2, the radiation conductor plate can be reduced in size, but the capacitance value of the additional capacitor varies depending on the amount of solder used and the soldering area. End up. As a result, the planar antenna device (sheet metal patch antenna) disclosed in Patent Document 2 has a problem that the resonant frequency of the antenna fluctuates (becomes different) and stable frequency characteristics cannot be obtained.

また、回路基板の表面（主面）と裏面とに電極（ランド）を形成して容量付加を行うことも考えられる。しかしながら、このような構成では、容量値を大きくし波長短縮効果を高めるためには電極（ランド）の面積を広げる必要がある。その結果、基板の大型化につながるという問題を有している。 It is also conceivable to add capacitance by forming electrodes (lands) on the front surface (main surface) and back surface of the circuit board. However, in such a configuration, it is necessary to increase the area of the electrode (land) in order to increase the capacitance value and enhance the wavelength shortening effect. As a result, there is a problem that the substrate is enlarged.

さらに、付加容量としてチップコンデンサを用いることも考えられる。しかしながら、チップコンデンサではその静電容量の容量値にバラつきがあるので、アンテナ共振周波数がバラついてしまい、安定した周波数特性が得られないという問題を有している。 Further, it is conceivable to use a chip capacitor as an additional capacitor. However, since the capacitance value of the electrostatic capacitance of the chip capacitor varies, there is a problem that the antenna resonance frequency varies and a stable frequency characteristic cannot be obtained.

したがって、本発明の課題は、小型軽量で装置コストが低く、かつ十分な静電容量を確保することができる、アンテナ装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an antenna device that is small and light, has a low device cost, and can secure a sufficient capacitance.

本発明の他の課題は、アンテナ共振周波数がバラつくのを防止して、安定した周波数特性を得ることができる、アンテナ装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an antenna device that can prevent the resonance frequency of the antenna from varying and obtain stable frequency characteristics.

本発明によれば、互いに対向する主面（２０ａ）および裏面（２０ｂ）を持つ回路基板（２０；２０Ａ）と、この回路基板の主面と所定間隔離間して配置され、金属板からなるアンテナエレメント（５０）と、アンテナエレメントから回路基板に向かって立設される複数の脚片（６０）と、回路基板の主面上および裏面上のどちらか一方に形成された接地導体（２１）と、回路基板側からアンテナエレメントに給電する給電ピン（３０）と、回路基板の主面上および裏面上のいずれか一方或いは両方に形成され、複数の脚片と接地導体との間に電気的に接続された、複数の櫛形コンデンサパターン部分（４０）と、を備え、複数の脚片（６０）は、アンテナエレメント（５０）の中心に対して点対称に配置され、複数の櫛形コンデンサパターン部分（４０）は、それぞれ、複数の脚片（６０）に対応して設けられており、回路基板（２０；２０Ａ）は、主面（２０ａ）上および裏面（２０ｂ）上のどちらか一方或いは両方に複数の脚片(６０)とそれぞれ接触する複数の導通部（２４，２６）を持ち、複数の櫛形コンデンサパターン部分(４０)の各々は、絶縁部（２５，２７）を挟んで、一端が導通部(２４，２６)に接触し、他端が接地導体(２１)と電気的に接続するように配置されており、各脚片に接触する導通部から当該脚片と隣接する脚片に接触する導通部に向かって延びるように、各櫛形コンデンサパターン部分(４０)が形成されており、複数の櫛形コンデンサパターン部分(４０)は、アンテナエレメント（５０）の中心に対して点対称に配置されている、ことを特徴とするアンテナ装置（１０）が得られる。 According to the present invention, a circuit board (20; 20A) having a main surface (20a) and a back surface (20b) facing each other, and an antenna made of a metal plate, spaced from the main surface of the circuit board by a predetermined distance. An element (50), a plurality of leg pieces (60) erected from the antenna element toward the circuit board, and a ground conductor (21) formed on one of the main surface and the back surface of the circuit board The power supply pin (30) for supplying power to the antenna element from the circuit board side, and formed on one or both of the main surface and the back surface of the circuit board, and electrically between the plurality of leg pieces and the ground conductor connected, e Bei a plurality of comb capacitors pattern portion (40), a plurality of leg pieces (60) are arranged in point symmetry with respect to the center of the antenna element (50), a plurality of comb capacitors putter The portions (40) are respectively provided corresponding to the plurality of leg pieces (60), and the circuit board (20; 20A) is either on the main surface (20a) or on the back surface (20b) or Both have a plurality of conductive portions (24, 26) that respectively contact the plurality of leg pieces (60), and each of the plurality of comb capacitor pattern portions (40) has one end sandwiched between the insulating portions (25, 27). Is arranged so as to be in contact with the conductive portions (24, 26) and the other end is electrically connected to the ground conductor (21), and the leg piece adjacent to the leg piece from the conductive portion in contact with each leg piece. Each comb-shaped capacitor pattern portion (40) is formed so as to extend toward the conductive portion that contacts the antenna element, and the plurality of comb-shaped capacitor pattern portions (40) are point-symmetric with respect to the center of the antenna element (50). are arranged, Anne, characterized in that Na (10) is obtained.

上記アンテナ装置において、接地導体（２１）は、例えば、回路基板（２０）の主面（２０ａ）上に形成されてよい。この場合、アンテナ装置（１０）は、回路基板（２０）の裏面（２０ｂ）上に形成された低雑音増幅器（７０）を有してよい。複数の櫛形コンデンサパターン部分（４０）は、回路基板（２０）の主面（２０ａ）上および裏面（２０ｂ）上の両方に形成されてもよく、或いは、回路基板（２０Ａ）の裏面（２０ｂ）上に形成されてよい。 In the antenna device, grounding conductor (21), for example, may be formed on the main surface (20a) of the circuit board (20). In this case, the antenna device (10) may include a low noise amplifier (70) formed on the back surface (20b) of the circuit board (20). The plurality of comb capacitor pattern portions (40) may be formed on both the main surface (20a) and the back surface (20b) of the circuit board (20), or the back surface (20b) of the circuit board (20A). It may be formed on top.

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。 In addition, the code | symbol in the said parenthesis is attached | subjected in order to make an understanding of this invention easy, and it is only an example, and of course is not limited to these.

本発明では、アンテナ装置が、セラミックス等の高誘電体を用いず、アンテナエレメントと回路基板と接地導体と給電ピンとによって構成されているため、部品点数が少なく、装置の小型化、軽量化を実現できるとともに、装置コストを低減させることができるという効果を奏する。また、接地導体とアンテナエレメントの脚部とを櫛形コンデンサパターン部分を介して電気的に接続しているので、セラミックス等の高誘電体を用いなくても十分な静電容量を確保することができる。また、静電容量を確保するために櫛形コンデンサパターン部分を配置したので、容量値を自由に設定することができる。さらに、チップコンデンサではなく、櫛形コンデンサパターン部分を用いているので、静電容量の容量値のバラツキを抑えることができ、アンテナ共振周波数のバラツキを防止して、安定した周波数特性を得ることができる。 In the present invention, the antenna device is composed of an antenna element, a circuit board, a ground conductor, and a feed pin without using a high dielectric material such as ceramics, so the number of parts is small, and the device is reduced in size and weight. In addition, the device cost can be reduced. In addition, since the ground conductor and the leg portion of the antenna element are electrically connected via the comb-shaped capacitor pattern portion, sufficient capacitance can be ensured without using a high dielectric such as ceramics. . Further, since the comb capacitor pattern portion is arranged to ensure the capacitance, the capacitance value can be set freely. Furthermore, since the comb capacitor pattern portion is used instead of the chip capacitor, it is possible to suppress variations in the capacitance value of the capacitance, prevent variations in the antenna resonance frequency, and obtain stable frequency characteristics. .

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１乃至図３を参照して、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置１０について説明する。図１はアンテナ装置１０の斜視図である。図２は図１のアンテナ装置１０に使用される回路基板２０の上面図であり、図３は回路基板２０の底面図である。図１乃至図３において、前後（奥行き）方向をＸ軸方向で表し、左右方向（幅方向）をＹ軸方向で表し、上下方向（高さ方向、厚み方向）をＺ軸方向で表している。図示のアンテナ装置１０は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳ用アンテナである。 With reference to FIG . 1 thru | or FIG. 3 , the antenna apparatus 10 which concerns on one embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a perspective view of the antenna device 10. 2 is a top view of the circuit board 20 used in the antenna device 10 of FIG. 1, and FIG. 3 is a bottom view of the circuit board 20. 1 to 3, the front-rear (depth) direction is represented by the X-axis direction, the left-right direction (width direction) is represented by the Y-axis direction, and the vertical direction (height direction, thickness direction) is represented by the Z-axis direction. . The illustrated antenna device 10 is a GPS antenna for receiving GPS signals from GPS satellites.

図１に示すように、アンテナ装置１０は、上面（主面）２０ａに銅薄膜などの導体層２１を有する回路基板２０を有している。この導体層２１は接地導体として働く。回路基板２０は、実質的に矩形形状に形成されている。回路基板２０の各角部近傍にはそれぞれ４つの透孔２２が設けられている。また、回路基板２０の中心からやや変位した位置には、後述する給電ピン３０を挿入する挿入孔２３が設けられている。 As shown in FIG. 1, the antenna device 10 includes a circuit board 20 having a conductor layer 21 such as a copper thin film on an upper surface (main surface) 20a. This conductor layer 21 serves as a ground conductor. The circuit board 20 is formed in a substantially rectangular shape. Four through holes 22 are provided in the vicinity of each corner of the circuit board 20. In addition, an insertion hole 23 into which a power supply pin 30 described later is inserted is provided at a position slightly displaced from the center of the circuit board 20.

図２に示すように、回路基板２０の上面（主面）２０ａにおいて、透孔２２の周縁には導通部２４が透孔２２を囲むように設けられている。この導通部２４の周縁及び挿入孔２３の周縁には、絶縁部２５が導通部２４及び挿入孔２３を囲むように設けられている。 As shown in FIG. 2, on the upper surface (main surface) 20 a of the circuit board 20, a conduction portion 24 is provided on the periphery of the through hole 22 so as to surround the through hole 22. An insulating portion 25 is provided on the periphery of the conduction portion 24 and the periphery of the insertion hole 23 so as to surround the conduction portion 24 and the insertion hole 23.

一方、図３に示すように、回路基板２０の下面（裏面）２０ｂにおいて、透孔２２の周縁及び挿入孔２３の周縁には導通部２６が透孔２２及び挿入孔２３を囲むように設けられている。この導通部２６の周縁には、絶縁部２７が導通部２６を囲むように設けられている。絶縁部２７の周囲は導体層２８で覆われており、導体層２８には低雑音増幅器（ＬＮＡ）７０等の回路素子が実装される。 On the other hand, as shown in FIG. 3, on the lower surface (back surface) 20 b of the circuit board 20, a conduction portion 26 is provided on the periphery of the through hole 22 and the periphery of the insertion hole 23 so as to surround the through hole 22 and the insertion hole 23. ing. An insulating portion 27 is provided around the conducting portion 26 so as to surround the conducting portion 26. The periphery of the insulating portion 27 is covered with a conductor layer 28, and circuit elements such as a low noise amplifier (LNA) 70 are mounted on the conductor layer 28.

図２に示すように、回路基板２０の上面（主面）２０ａには、各導通部２４の一端部に接触して櫛形コンデンサパターン部分４０がそれぞれ設けられている。各櫛形コンデンサパターン部分４０は、絶縁部２５を挟んで、一端４０ａが導通部２４に接触し、他端４０ｂが導体層（接地導体）２１に接触するように配置されている。詳述すると、櫛形コンデンサパターン部分４０は、絶縁部２５を間に挟んで互いに対向する第１及び第２の櫛形パターン４１、４２から成る。第１の櫛形パターン４１は一端４０ａで導通部２４に接触し、第２の櫛形パターン４２は他端４０ｂで導体層（接地導体）２１に接触している。櫛形コンデンサパターン部分４０は、絶縁部２５を挟んで、一端４０ａが導通部２４に接触し、他端４０ｂが導体層（接地導体）２１に接触する位置に配置されていればよく、その位置は図示例に限定されない。 As shown in FIG. 2, comb-shaped capacitor pattern portions 40 are provided on the upper surface (main surface) 20 a of the circuit board 20 so as to be in contact with one end of each conductive portion 24. Each comb-shaped capacitor pattern portion 40 is disposed so that one end 40a contacts the conducting portion 24 and the other end 40b contacts the conductor layer (ground conductor) 21 with the insulating portion 25 interposed therebetween. More specifically, the comb-shaped capacitor pattern portion 40 includes first and second comb-shaped patterns 41 and 42 that face each other with the insulating portion 25 interposed therebetween. The first comb pattern 41 is in contact with the conductive portion 24 at one end 40a, and the second comb pattern 42 is in contact with the conductor layer (ground conductor) 21 at the other end 40b. The comb-shaped capacitor pattern portion 40 may be disposed at a position where one end 40a is in contact with the conduction portion 24 and the other end 40b is in contact with the conductor layer (ground conductor) 21 with the insulating portion 25 interposed therebetween. It is not limited to the illustrated example.

同様に、図３に示すように、回路基板２０の下面（裏面）２０ｂには、各導通部２６の一端部に接触して櫛形コンデンサパターン部分４０がそれぞれ設けられている。各櫛形コンデンサパターン部分４０は、絶縁部２７を挟んで、一端４０ａが導通部２６に接触し、他端４０ｂが導体層２８に接触するように配置されている。詳述すると、櫛形コンデンサパターン部分４０は、絶縁部２７を間に挟んで互いに対向する第１及び第２の櫛形パターン４１、４２から成る。第１の櫛形パターン４１は一端４０ａで導通部２６に接触し、第２の櫛形パターン４２は他端４０ｂで導体層２８に接触している。櫛形コンデンサパターン部分４０は、絶縁部２７を挟んで、一端４０ａが導通部２６に接触し、他端４０ｂが導体層２８に接触する位置に配置されていればよく、その位置は図示例に限定されない。 Similarly, as illustrated in FIG. 3, comb-shaped capacitor pattern portions 40 are provided on the lower surface (back surface) 20 b of the circuit board 20 so as to be in contact with one end portion of each conductive portion 26. Each comb-shaped capacitor pattern portion 40 is disposed so that one end 40 a is in contact with the conduction portion 26 and the other end 40 b is in contact with the conductor layer 28 with the insulating portion 27 interposed therebetween. More specifically, the comb capacitor pattern portion 40 includes first and second comb patterns 41 and 42 that face each other with the insulating portion 27 interposed therebetween. The first comb pattern 41 is in contact with the conductive portion 26 at one end 40a, and the second comb pattern 42 is in contact with the conductor layer 28 at the other end 40b. The comb-shaped capacitor pattern portion 40 may be disposed at a position where one end 40a is in contact with the conduction portion 26 and the other end 40b is in contact with the conductor layer 28 with the insulating portion 27 interposed therebetween, and the position is limited to the illustrated example. Not.

なお、導体層（接地導体）２１と導体層２８とは、図示しない多数のスルーホールを介して、互いに電気的に接続されている。 The conductor layer (ground conductor) 21 and the conductor layer 28 are electrically connected to each other through a large number of through holes (not shown).

また、回路基板２０の挿入孔２３には、給電ピン３０が、回路基板２０を貫通するように挿入されている。給電ピン３０の下端部（回路基板２０の下面（裏面）２０ｂ側から突出している端部）は、上記低雑音増幅器（ＬＮＡ）７０の入力部に接続されている。低雑音増幅器（ＬＮＡ）７０の出力部は、図示しない同軸ケーブルの中心導体と電気的に接続されている。同軸ケーブルの外部導体は、導体層２８と電気的に接続されている。この同軸ケーブルを介して、アンテナ装置１から外部の受信回路に信号が送られる。 A power supply pin 30 is inserted into the insertion hole 23 of the circuit board 20 so as to penetrate the circuit board 20. A lower end portion of the power supply pin 30 (an end portion protruding from the lower surface (back surface) 20 b side of the circuit board 20) is connected to an input portion of the low noise amplifier (LNA) 70. An output portion of the low noise amplifier (LNA) 70 is electrically connected to a central conductor of a coaxial cable (not shown). The outer conductor of the coaxial cable is electrically connected to the conductor layer 28. A signal is sent from the antenna device 1 to an external receiving circuit via the coaxial cable.

回路基板２０の上面２０ａ側の上方には、所定の距離離間して回路基板２０と平行に配設された平板状のアンテナエレメント５０が設けられている。アンテナエレメント５０は、回路基板２０よりも小さい寸法の矩形形状の金属板（例えば、銅板等）から構成される。 Above the upper surface 20a side of the circuit board 20, a flat antenna element 50 disposed in parallel with the circuit board 20 at a predetermined distance is provided. The antenna element 50 is configured by a rectangular metal plate (for example, a copper plate) having a size smaller than that of the circuit board 20.

アンテナエレメント５０の各角部近傍には、それぞれ金属平板の脚片６０が、回路基板２０に向かって立設されている。脚片６０は、アンテナエレメント５０の中心に対してほぼ点対称に配置される。脚片６０は、例えばアンテナエレメント５０の一部を折曲することによりアンテナエレメント５０と一体に形成される。 In the vicinity of each corner of the antenna element 50, metal flat leg pieces 60 are erected toward the circuit board 20. The leg pieces 60 are arranged approximately point symmetrically with respect to the center of the antenna element 50. The leg piece 60 is formed integrally with the antenna element 50 by bending a part of the antenna element 50, for example.

なお、脚片６０は、アンテナエレメント５０の中心に対してはほぼ点対称に配置されていればよく、脚片６０の数、形状等はここに例示したものに限定されない。 Note that the leg pieces 60 only need to be substantially point-symmetric with respect to the center of the antenna element 50, and the number, shape, and the like of the leg pieces 60 are not limited to those exemplified here.

この複数の脚片６０の回路基板２０側の端部は、図２及び図３に示すように、回路基板２０の各角部近傍にそれぞれ設けられた透孔２２に嵌挿されて、回路基板２０の上面（主面）２０ａ側から下面（裏面）２０ｂ側に向かって貫通している。 As shown in FIGS. 2 and 3, the ends of the plurality of leg pieces 60 on the side of the circuit board 20 are fitted and inserted into through holes 22 provided in the vicinity of each corner of the circuit board 20, respectively. 20 penetrates from the upper surface (main surface) 20a side to the lower surface (back surface) 20b side.

前述したように、回路基板２０の下面（裏面）２０ｂ側において透孔２２の周縁は導通部２６で囲まれており、脚片６０の回路基板２０の下面（裏面）２０ｂから突出した部分（以下「固定部」と称する。）６１は、この導通部２６と接触し、半田等により固定されている。なお、固定部６１は透孔２２から抜け落ちないように固定されていればよく、固定部６１を固定する手段は半田に限定されない。 As described above, the periphery of the through hole 22 is surrounded by the conductive portion 26 on the lower surface (back surface) 20b side of the circuit board 20, and the portion of the leg piece 60 that protrudes from the lower surface (back surface) 20b of the circuit board 20 (hereinafter referred to as the following). The “61” is referred to as a “fixed portion.” 61 is in contact with the conductive portion 26 and is fixed by solder or the like. In addition, the fixing | fixed part 61 should just be fixed so that it may not fall out from the through-hole 22, and the means to fix the fixing | fixed part 61 is not limited to solder.

また、前述したように、各導通部２６と導体層２８との双方に接触する位置には、それぞれ櫛形コンデンサパターン部分４０が設けられている。各脚片６０の固定部６１は導通部２６と接触して固定されている。導体層２８と導体層（接地導体）２１とは、スルーホールを介して互いに電気的に接続されている。同様に、各導通部２４と導体層（接地導体）２１との双方に接触する位置には、それぞれ櫛形コンデンサパターン部分４０が設けられている。各脚片６０の固定部６１は導通部２４と接触している。したがって、各脚片６０の固定部６１は、櫛形コンデンサパターン部分４０を介して回路基板２０の導体層（接地導体）２１と電気的に接続されるようになっている。 Further, as described above, the comb-shaped capacitor pattern portions 40 are provided at positions where both the conductive portions 26 and the conductor layer 28 are in contact with each other. The fixing portion 61 of each leg piece 60 is fixed in contact with the conducting portion 26. The conductor layer 28 and the conductor layer (ground conductor) 21 are electrically connected to each other through a through hole. Similarly, comb-shaped capacitor pattern portions 40 are provided at positions where both the conductive portions 24 and the conductor layer (ground conductor) 21 are in contact with each other. The fixing part 61 of each leg piece 60 is in contact with the conduction part 24. Therefore, the fixing portion 61 of each leg piece 60 is electrically connected to the conductor layer (ground conductor) 21 of the circuit board 20 via the comb capacitor pattern portion 40.

また、アンテナエレメント５０の中心からやや変位した位置には給電点５１が設けられている。この給電点５１には回路基板２０を貫通する給電ピン３０の上端部が半田付けされている。 A feeding point 51 is provided at a position slightly displaced from the center of the antenna element 50. An upper end portion of the power supply pin 30 that penetrates the circuit board 20 is soldered to the power supply point 51.

次に、本実施形態に係るアンテナ装置１０の作用について説明する。 Next, the operation of the antenna device 10 according to this embodiment will be described.

本実施形態に係るアンテナ装置１０は、アンテナエレメント５０と一体に形成されている複数の脚片６０の端部を、回路基板２０に設けられた透孔２２にそれぞれ嵌挿し、その突出した部分（固定部）６１を回路基板２０の下面２０ｂに設けられた導通部２６に半田付けすることにより固定する。これにより固定部６１が抜けることなく回路基板２０に固定される。と共に、各導通部２６の一端部と導体層２８との双方に接触する位置に及び各導通部２４の一端部と導体層（接地導体）２１との双方に接触する位置にそれぞれ設けられている、櫛形コンデンサパターン部分４を介して、各脚部６０の固定部６１が回路基板２０の導体層（接地導体）２１に導通する。 In the antenna device 10 according to the present embodiment, the end portions of the plurality of leg pieces 60 formed integrally with the antenna element 50 are respectively inserted into the through holes 22 provided in the circuit board 20, and the protruding portions ( The fixing portion 61 is fixed by soldering to the conduction portion 26 provided on the lower surface 20 b of the circuit board 20. Thereby, the fixing part 61 is fixed to the circuit board 20 without coming off. In addition, it is provided at a position in contact with both one end of each conductive portion 26 and the conductor layer 28 and at a position in contact with both one end of each conductive portion 24 and the conductor layer (ground conductor) 21. The fixing portion 61 of each leg portion 60 is electrically connected to the conductor layer (ground conductor) 21 of the circuit board 20 through the comb capacitor pattern portion 4.

また、回路基板２０の裏面（下面）２０ｂに形成されている低雑音増幅器（ＬＮＡ）７０の入力部と接続されるべき、給電ピン３０の一端部（下端部）を回路基板２０の挿入孔２３に挿入するとともに、給電ピン３０の他端部（上端部）をアンテナエレメント５０の給電点５１に半田付けする。これにより、給電ピン３０は、回路基板２０の上面（主面）２０ａ上に形成された導体層（接地導体）２１と電気的に接続されることなく回路基板２０を貫通し、アンテナエレメント５０と接続される。 Further, one end portion (lower end portion) of the power feed pin 30 to be connected to the input portion of the low noise amplifier (LNA) 70 formed on the back surface (lower surface) 20 b of the circuit substrate 20 is inserted into the insertion hole 23 of the circuit substrate 20. And the other end (upper end) of the feed pin 30 is soldered to the feed point 51 of the antenna element 50. As a result, the feed pin 30 penetrates the circuit board 20 without being electrically connected to the conductor layer (ground conductor) 21 formed on the upper surface (main surface) 20 a of the circuit board 20, and the antenna element 50. Connected.

給電ピン３０を介してアンテナエレメント５０に給電が行われる。一方、電波（ＧＰＳ信号）がアンテナエレメント５０によって受信されると、この受信信号が低雑音増幅器（ＬＮＡ）７０や同軸ケーブル等を経て外部の受信回路に送出される。 Power is supplied to the antenna element 50 through the power supply pin 30. On the other hand, when a radio wave (GPS signal) is received by the antenna element 50, the received signal is sent to an external receiving circuit via a low noise amplifier (LNA) 70, a coaxial cable, or the like.

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、導板等の金属板で形成されるアンテナエレメント５０と回路基板２０とで構成されており、セラミックス等の高誘電体で形成された誘電体基板を備えていない。このため、部品点数も少なく、装置全体の軽量化を図ることができる。また、比較的高価な材料であるセラミックスを使用せずにアンテナ装置１０を構成できるので、装置コストを低減させることができる。 As is clear from the above description, the antenna device 10 according to the present embodiment includes the antenna element 50 formed of a metal plate such as a conductive plate and the circuit board 20, and is made of a high dielectric material such as ceramics. A formed dielectric substrate is not provided. For this reason, the number of parts is small, and the weight of the entire apparatus can be reduced. In addition, since the antenna device 10 can be configured without using ceramics, which is a relatively expensive material, the device cost can be reduced.

さらに、本実施形態に係るアンテナ装置１０においては、脚部６０の固定部６１と回路基板２０の上面２０ａに形成された導体層（接地導体）２１とは、櫛形コンデンサパターン部分４０を介して導通されている。このため、回路基板２０を大型化したり、セラミックス等の高誘電体で形成された誘電体基板等を設けることなく、容易に大きな静電容量を確保することができる。その結果、アンテナ装置１０の小型化、軽量化を実現できる。 Furthermore, in the antenna device 10 according to the present embodiment, the fixing portion 61 of the leg portion 60 and the conductor layer (ground conductor) 21 formed on the upper surface 20a of the circuit board 20 are electrically connected via the comb capacitor pattern portion 40. Has been. For this reason, it is possible to easily secure a large capacitance without enlarging the circuit board 20 or providing a dielectric substrate formed of a high dielectric material such as ceramics. As a result, the antenna device 10 can be reduced in size and weight.

また、コンデンサとしてチップコンデンサではなく、櫛形コンデンサパターン部分４０を備えているので、コンデンサ容量のバラツキを抑えることができる。この結果、アンテナ装置１０のアンテナ共振周波数のバラツキを防止することができる。また、容量値を容易に調整することが可能である。 Further, since the comb capacitor pattern portion 40 is provided as a capacitor instead of a chip capacitor, variations in capacitor capacitance can be suppressed. As a result, variation in the antenna resonance frequency of the antenna device 10 can be prevented. In addition, the capacitance value can be easily adjusted.

脚片６０がアンテナエレメント５０の中心に対して点対称に配置されているので、アンテナ装置１０としての性能が安定する。また、櫛形コンデンサパターン部分４０が各脚部６０それぞれに対応して設けられているので、セラミックス等の高誘電体を用いなくても十分な静電容量を確保することができる。櫛形コンデンサパターン部分４０が対称位置に配置されることによりアンテナ装置１０としての性能が安定する。 Since the leg pieces 60 are arranged point-symmetrically with respect to the center of the antenna element 50, the performance as the antenna device 10 is stabilized. Further, since the comb-shaped capacitor pattern portions 40 are provided corresponding to the respective leg portions 60, sufficient capacitance can be ensured without using a high dielectric such as ceramics. The performance as the antenna device 10 is stabilized by arranging the comb capacitor pattern portions 40 at symmetrical positions.

なお、本実施形態においては、櫛形コンデンサパターン部分４０を回路基板２０の上面２０ａと下面２０ｂとに配置しているが、これに限定されない。 In the present embodiment, the comb capacitor pattern portion 40 is disposed on the upper surface 20a and the lower surface 20b of the circuit board 20, but the present invention is not limited to this.

図４及び図５に、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置として使用される回路基板２０Ａを示す。図４は回路基板２０Ａの上面２０ａの角部を拡大して示す上面図（平面図）であり、図５は回路基板２０Ａの下面２０ｂの角部を拡大して示す底面図である。 4 and 5 show a circuit board 20A used as an antenna device according to the second embodiment of the present invention. 4 is an enlarged top view (plan view) showing a corner portion of the upper surface 20a of the circuit board 20A, and FIG. 5 is a bottom view showing an enlarged corner portion of the lower surface 20b of the circuit board 20A.

図４及び図５に示す回路基板２０Ａは、櫛形コンデンサパターン部分４０を回路基板２０の下面２０ｂにのみ配置した例である。図２及び図３に示したものと同様の機能を有するものには、同一の参照符号を付してある。 The circuit board 20A shown in FIGS. 4 and 5 is an example in which the comb-shaped capacitor pattern portion 40 is disposed only on the lower surface 20b of the circuit board 20. Components having the same functions as those shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals.

図５に示されるように、回路基板２０Ａの下面（裏面）２０ｂには、各導通部２６の両端部に接触して一対の櫛形コンデンサパターン部分４０が設けられている。各櫛形コンデンサパターン部分４０は、絶縁部２７を挟んで、一端４０ａが導通部２６に接触し、他端４０ｂが導体層２８に接触するように配置されている。詳述すると、各櫛形コンデンサパターン部分４０は、絶縁部２７を間に挟んで互いに対向する第１及び第２の櫛形パターン４１、４２から成る。第１の櫛形パターン４１は一端４０ａで導通部２６に接触し、第２の櫛形パターン４２は他端４０ｂで導体層２８に接触している。各櫛形コンデンサパターン部分４０は、絶縁部２７を挟んで、一端４０ａが導通部２６に接触し、他端４０ｂが導体層２８に接触する位置に配置されていればよく、その位置は図示例に限定されない。 As shown in FIG. 5, a pair of comb-shaped capacitor pattern portions 40 are provided on the lower surface (back surface) 20 b of the circuit board 20 </ b> A so as to be in contact with both ends of each conductive portion 26. Each comb-shaped capacitor pattern portion 40 is disposed so that one end 40 a is in contact with the conduction portion 26 and the other end 40 b is in contact with the conductor layer 28 with the insulating portion 27 interposed therebetween. More specifically, each comb capacitor pattern portion 40 includes first and second comb patterns 41 and 42 that face each other with the insulating portion 27 interposed therebetween. The first comb pattern 41 is in contact with the conductive portion 26 at one end 40a, and the second comb pattern 42 is in contact with the conductor layer 28 at the other end 40b. Each comb capacitor pattern portion 40 may be disposed at a position where one end 40a is in contact with the conduction portion 26 and the other end 40b is in contact with the conductor layer 28 with the insulating portion 27 interposed therebetween. It is not limited.

図４に示されるように、回路基板２０Ａの上面（主面）２０ａには、上記一対の櫛形コンデンサパターン部分４０の対向する位置に、絶縁部２５が設けられている。すなわち、絶縁部２５は、透孔２２の周縁に絶縁部２５が透孔２２を囲むように設けられている。 As shown in FIG. 4, the upper surface (main surface) 20a of the circuit board 20A, in a position facing the pair of comb-shaped capacitor pattern portion 40, Ru Tei insulating portion 25 is provided. That is, the insulating part 25 is provided at the periphery of the through hole 22 so that the insulating part 25 surrounds the through hole 22.

このような構成の回路基板２０Ａを備えたアンテナ装置においても、上述した本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０と同様の作用効果を奏することは明らかである。 It is obvious that the antenna device provided with the circuit board 20A having such a configuration also has the same operational effects as the antenna device 10 according to the first embodiment of the present invention described above.

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上記実施の形態では、接地導体２１を回路基板の上面（主面）２０ａ上に形成しているが、回路基板の下面（裏面）２０ｂ上に形成しても良いのは勿論である。この場合、低雑音増幅器（ＬＮＡ）７０等の回路素子は、回路基板の上面（主面）２０ａ上に実装される。また、上記実施の形態では、櫛形コンデンサパターン部分４０を回路基板の両面（主面と裏面）上に又は裏面２０ｂ上にのみ形成した例についてのみ説明しているが、櫛形コンデンサパターン部分４０を回路基板の主面２０ａ上にのみ形成しても良いのは勿論である。また、櫛形コンデンサパターン部分４０は、レジスト（絶縁膜）で覆われて良いし、櫛形コンデンサパターン部分４０を覆うレジストが剥がされても良い。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the above embodiment, the ground conductor 21 is formed on the upper surface (main surface) 20a of the circuit board, but it is needless to say that it may be formed on the lower surface (back surface) 20b of the circuit board. In this case, circuit elements such as a low noise amplifier (LNA) 70 are mounted on the upper surface (main surface) 20a of the circuit board. In the above embodiment, only the example in which the comb capacitor pattern portion 40 is formed on both surfaces (main surface and back surface) of the circuit board or only on the back surface 20b is described. Of course, it may be formed only on the main surface 20a of the substrate. The comb capacitor pattern portion 40 may be covered with a resist (insulating film), or the resist covering the comb capacitor pattern portion 40 may be removed.

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an antenna device according to a first embodiment of the present invention. 図１に示したアンテナ装置に使用される回路基板の（上面図）平面図である。It is a (top view) top view of the circuit board used for the antenna apparatus shown in FIG. 図１に示したアンテナ装置に使用される回路基板の底面図である。It is a bottom view of the circuit board used for the antenna apparatus shown in FIG. 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置に使用される回路基板の上面の角部を拡大して示す上面図（平面図）である。It is a top view (plan view) showing an enlarged corner of the top surface of the circuit board used in the antenna device according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置に使用される回路基板の下面の角部を拡大して示す底面図である。It is a bottom view which expands and shows the corner | angular part of the lower surface of the circuit board used for the antenna apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１０アンテナ装置（ＧＰＳ用アンテナ）
２０回路基板
２０ａ主面（上面）
２０ｂ裏面（下面）
２１導体層（接地導体）
２２透孔
２３挿入孔
２４導通部
２５絶縁部
２６導通部
２７絶縁部
２８導体層
３０給電ピン
４０櫛形コンデンサパターン部分
４０ａ一端
４０ｂ他端
４１第１の櫛形パターン
４２第２の櫛形パターン
５０アンテナエレメント
５１給電点
６０脚片
６１固定部
７０低雑音増幅器（ＬＮＡ） 10 Antenna device (GPS antenna)
20 Circuit board 20a Main surface (upper surface)
20b Back side (lower side)
21 Conductor layer (grounding conductor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 Through-hole 23 Insertion hole 24 Conducting part 25 Insulating part 26 Conducting part 27 Insulating part 28 Conductor layer 30 Feeding pin 40 Comb-shaped capacitor pattern part 40a One end 40b The other end 41 First comb-shaped pattern 42 Second comb-shaped pattern 50 Antenna element 51 Feeding point 60 Leg piece 61 Fixed part 70 Low noise amplifier (LNA)

Claims

A circuit board having a main surface and a back surface facing each other;
An antenna element made of a metal plate, spaced apart from the main surface of the circuit board by a predetermined distance;
A plurality of leg pieces standing from the antenna element toward the circuit board;
A ground conductor formed on one of the main surface and the back surface of the circuit board;
A feed pin for feeding power to the antenna element from the circuit board side;
A plurality of comb capacitor pattern portions formed on one or both of the main surface and the back surface of the circuit board and electrically connected between the plurality of leg pieces and the ground conductor;
Bei to give a,
The plurality of leg pieces are arranged point-symmetrically with respect to the center of the antenna element, and the plurality of comb-shaped capacitor pattern portions are respectively provided corresponding to the plurality of leg pieces,
The circuit board has a plurality of conductive portions that respectively contact the plurality of leg pieces on one or both of the main surface and the back surface,
Each of the plurality of comb capacitor pattern portions is arranged so that one end is in contact with the conducting portion and the other end is electrically connected to the ground conductor, with the insulating portion interposed therebetween.
Each comb capacitor pattern portion is formed so as to extend from a conduction portion that contacts each leg piece toward a conduction portion that contacts a leg piece adjacent to the leg piece, and the plurality of comb capacitor pattern portions include An antenna device, characterized by being arranged point-symmetrically with respect to the center of the antenna element .

The ground conductor is formed on the main surface of the circuit board,
The antenna device according to claim 1 , further comprising a low noise amplifier formed on the back surface of the circuit board.

The antenna device according to claim 1 , wherein the plurality of comb capacitor pattern portions are formed on both the main surface and the back surface of the circuit board.

The antenna device according to claim 1 , wherein the plurality of comb capacitor pattern portions are formed on the back surface of the circuit board.

Each of the plurality of comb-shaped capacitor pattern portions includes first and second comb-shaped patterns facing each other with the insulating portion interposed therebetween,
2. The antenna device according to claim 1 , wherein the first comb pattern is in contact with the conducting portion at the one end, and the second comb pattern is electrically connected to the ground conductor at the other end.