JP4977902B2 - アンテナ制御回路基板の構造およびアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ制御回路を実装する基板の構造および、当該基板を備えるアンテナ装置に関する。

テレビジョン放送信号を受信するためのアンテナ装置として、視聴者により所望のチャンネルが指定される度に自動的に指向性を切り替えることができるアンテナ装置（スマートアンテナとも呼ぶ。）が知られている。このようなアンテナ装置は、アンテナを構成するアンテナ素子を備えた基板と、アンテナにおける指向性の方向を切り替えるための制御回路を備えた基板とを有している。

また、アンテナ素子と当該アンテナ素子を内側から囲う外側へ開いた扇状のリフレクタとを備えたセクタユニットを、円盤状の金属製基板上に円環状に配設し、各リフレクタの扇の要の位置に囲まれた中央部に無線装置の回路部品を設けたセクタアンテナ装置が知られている（特許文献１参照。）。
また、基体の表面にアンテナであるパッチ導体を設け、当該パッチ導体の表面にＲＦ回路を設置したアンテナ付モジュールが知られている（特許文献２参照。）。
また、中央部を空室とした誘電体からなる基体の表面に放射電極を形成することにより構成されたアンテナ部を、回路基板上に固定し、上記空室内に赤外線送受信部を配設した複合通信モジュールが知られている（特許文献３参照。）。
特開２０００‐３６７１０号公報 特開２００４‐２０１１４５号公報 特開２００２‐１５２０６９号公報

上記スマートアンテナとしてのアンテナ装置は、例えば、テレビジョン受像機と接続した状態で、テレビジョン受像機の背後の上方位置に設置されて使用される。
しかしながら上述したように、当該アンテナ装置は、アンテナ素子を備えた基板と上記制御回路を備えた基板とによる２枚構造であったため、装置全体としてコンパクトさに欠け、かつ、サイズが大きいが故にユーザにとって見栄えの良いものではなかった。

また上記文献１では、金属基板上からセクタユニットのリフレクタを立設させる必要があるため、金属製基板にアンテナにかかる構成が大きな立体構造にて展開されることになる。そのため、これまでと同様、アンテナ装置全体を小型化することが困難であった。
また上記文献２，３は、上記スマートアンテナに関するものではなかった。加えて、上記文献３では、回路基板から上記基体と放射電極とからなるアンテナ部が立設しており、そのため上記文献３においても基板上にアンテナにかかる構成が大きな立体構造にて展開され、コンパクトさを欠いていた。

本発明は上記課題にかんがみてなされたもので、従来よりもアンテナ装置の小型化および見栄えの向上に貢献し、さらには、装置の小型化が受信性能に及ぼす悪影響を排除することが可能な、アンテナ制御回路基板の構造および当該基板を備えるアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のアンテナ制御回路基板の構造では、複数の可変な指向方向を有するアンテナにおける指向方向を切り替えるアンテナ制御回路を実装する。この場合、一枚のプリント基板の所定領域に上記アンテナ制御回路を実装するとともに、上記プリント基板の両面の何れか一方の面において、上記所定領域の位置を略中心として、上記アンテナを構成する所定の長さを有する平面状の複数のアンテナ素子であって上記アンテナ制御回路と各々接続する複数のアンテナ素子を、放射状に配置する。
すなわち本発明によれば、アンテナ制御回路および上記複数のアンテナ素子からなり複数の可変な指向方向を有するアンテナを一枚のプリント基板に形成することにより、従来よりも小型化した。そのため、当該プリント基板を備えるアンテナ装置のサイズも、当該プリント基板一枚に略対応するだけのサイズで済み、従来と比較してアンテナ装置を小型化でき、かつ小型であるが故にユーザにとって見栄えのよいアンテナ装置を実現できる。

上記複数のアンテナ素子は、上記アンテナ制御回路が実装された上記プリント基板の面とは逆の面に配置され、かつ、上記アンテナ制御回路が実装された上記プリント基板の面には、上記所定領域を、アンテナ制御回路を実装するためのスルーホールを避けつつ覆うグランド領域を形成した構成としてもよい。当該構成によれば、上記所定領域が、アンテナ制御回路を実装するためのプリント基板のスルーホール（貫通孔）が避けられながらもグランドによって覆われる。そのため、上記アンテナ（アンテナ素子）によって受信される高周波（テレビジョン放送信号）が、アンテナ制御回路から発生するノイズ成分等の影響を受けて不安定となることが防止される。

なお上記グランド領域は、片側の面を絶縁部材で覆った金属板であって絶縁部材側をプリント基板の面に相対させてプリント基板に取り付けられる、プリント基板とは別体の金属板によって構成されるとしてもよい。当該構成とすれば、上記所定領域にはパターンとしてのグランドを形成せずに、アンテナ装置の動作に必要な各種配線パターンを形成することができる。

これまでは本発明にかかる技術的思想を、アンテナ制御回路基板の構造として説明したが、当該構造を採用したアンテナ装置の発明としても把握することができる。そこで、上述したアンテナ制御回路基板の構造の特徴を含みさらに具体的な発明として、複数の可変な指向方向を有するアンテナと、当該アンテナにおける指向方向を切り替えるアンテナ制御回路とを備えるアンテナ装置において、上記アンテナ制御回路は、上記アンテナ装置の筺体に収容される一枚のプリント基板の両面の一方の面における所定領域に実装され、上記アンテナを構成する所定の長さを有する平面状の４本のアンテナ素子であって上記アンテナ制御回路と各々接続する各アンテナ素子が、上記アンテナ制御回路が実装された上記プリント基板の面とは逆の面において、上記所定領域の位置を略中心として、隣接するアンテナ素子間の角度を略同じにして放射状に配置され、かつ、上記アンテナ制御回路が実装された上記プリント基板の面には、上記所定領域を、アンテナ制御回路を実装するためのスルーホールを避けつつ覆うグランドパターンを形成した構成を把握することができる。

このような、より具体的な構成においても、上述したアンテナ制御回路基板の構造と同様の作用および効果を発揮する。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかるアンテナ装置１０の設置態様の一例を示した斜視図である。アンテナ装置１０は、例えばテレビジョン放送信号を受信するためのアンテナ装置であり、所定の厚みを有する円盤状の筺体１４（ただし、筺体１４の形状は円盤状に限られない）の内部に、一枚のプリント基板１５を固定して収容している。プリント基板１５は、本発明のアンテナ制御回路基板の一例に該当する。なお、アンテナ装置１０は、スマートアンテナとして機能するものである。

図１に示すように、アンテナ装置１０は、例えばテレビジョン受信機２０に対して、筺体１４の下面の中心位置を下から固定支持する軸部１７を介して固定されることにより、テレビジョン受像機２０の背後の上方位置に設置される。アンテナ装置１０は、筺体１４の面（プリント基板１５の面）が水平となるように設置される。図１では、軸部１７は、その外周面の所定位置が、テレビジョン受像機２０のキャビネット２０ａの背面に形成された固定手段５０によって同背面に対し固定されている。また、軸部１７は、内部が中空となった筒状部材であり、軸部１７の内部には、プリント基板１５と、テレビジョン受像機２０の内部の回路とを電気的に接続するケーブル１５ａが通されている。

ただし、アンテナ装置１０は、室内あるいは室外においてユーザによる任意の場所に設置可能である。また、アンテナ装置１０がケーブル１５ａによって接続する先の装置もテレビジョン受像機２０に限られず、チューナ機能を備えたパーソナルコンピュータなどであってもよい。

図２は、アンテナ装置１０とテレビジョン受像機２０の一部との内部構成をブロック図により簡略的に示している。
アンテナ装置１０は、テレビジョン放送信号を受信する際、アンテナの指向性を電気的に切り替えることが可能である。本実施形態においては、アンテナ装置１０は、プリント基板１５に、アンテナコントローラ１１と、インターフェイス１２と、テレビジョン放送信号の受信に際して指向性の切り替えが可能なアンテナ１３とを備える。アンテナコントローラ１１は、本発明のアンテナ制御回路の一例に該当する。

インターフェイス１２は、例えば、テレビジョン受信機２０が備えるインターフェイス２１とケーブル１５ａ１（ケーブル１５ａの一種）を介して接続している。
テレビジョン受信機２０のインターフェイス２１は、テレビジョン受像機２０側の制御部２３（例えば、マイクロコンピュータ）から入力される制御信号に従って、アンテナ装置１０のインターフェイス１２と所定の通信方式（例えば、ＥＩＡ／ＣＥＡ‐９０９等）に基づいた通信を行い、アンテナ装置１０に対し、アンテナ装置１０を制御するためのチャンネル情報等を送信する。

チャンネル情報には、物理チャンネルの番号情報と、アンテナ１３の指向性を切り替えるための方向情報と、等が含まれている。つまり、テレビジョン受像機２０側では、ユーザがテレビジョン受像機２０外部のリモートコントロール装置（不図示）等を操作することにより選局したチャンネルに対応するチャンネル情報（物理チャンネルの番号情報や方向情報）を、制御部２３が、予め所定の記憶媒体に記録したチャンネルマップデータ等を参照することにより読み出し、当該読み出したチャンネル情報を、インターフェイス２１からアンテナ装置１０側に出力させる。

アンテナコントローラ１１は、制御部１１ａと切替部１１ｂとを備える。制御部１１ａは、例えば、ＣＰＵ１１ａ１と、ＲＡＭ１１ａ２と、ＲＯＭ１１ａ３、などから構成された制御手段である。制御部１１ａにおいては、ＣＰＵ１１ａ１が、ＲＡＭ１１ａ２をワークエリアとして、ＲＯＭ１１ａ３に記録された所定のプログラム２００に従った各種の処理を実行する。具体的には、制御部１１ａは、上記インターフェイス１２を介してチャンネル情報を取得するとともに、当該取得したチャンネル情報に含まれる方向情報に基づいて、切替部１１ｂにアンテナ１３の指向性を切り替える処理を実行させることが可能である。

図３は、アンテナ１３を構成する複数のアンテナ素子１３ａの位置関係およびアンテナ１３の指向方向を簡易的に示している。本実施形態では、アンテナ１３は、同一平面上（プリント基板１５上）において放射状に配置された複数本（図３では４本）のアンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａからなる。互いに隣接するアンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａ同士がなす角度はそれぞれ同じ角度（図３では９０度）である。アンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａはそれぞれ独立して放送信号を受信することが可能であり、それぞれ軸方向（長手方向）外側の方向に対して受信感度が高いものとなっている。すなわち、それぞれ軸方向外側の方向に対して受信感度が高い複数本のアンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａを、等角度間隔で放射状に配置することにより、全方向に対して受信感度が良好なアンテナ１３を構成することができる。

ただし、常時、全方向から放送信号を受信可能とすると、ユーザによって選局されたチャンネルに対応するテレビジョン放送信号以外の方向から発信されるノイズ電波も受信してしまう。そのため切替部１１ｂが、アンテナ１３が受信可能な指向方向を限定する（切り替える）処理を行なう。切替部１１ｂは、アンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａから入力された各信号の位相をそれぞれ変更（調整）しつつ各信号を合成して出力することにより、アンテナ１３が、アンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａの軸方向のみならず複数の方向に指向性を持つようにすることが可能である。

より具体的には、制御部１１ａは、アンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａから入力される各信号それぞれに対する位相の調整量の組み合わせを、ＲＯＭ１１ａ３等の所定の記憶領域に予め複数（例えば、１６とおりの組み合わせ）記録しているとともに、上記方向情報に対応するいずれか一つの組み合わせを上記切替部１１ｂに通知（指示）する。切替部１１ｂは、通知された組み合わせが規定する各信号に対する位相の調整量に基づいて、アンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａから入力される各信号の位相を調整する。かかる構成によれば、切替部１１ｂは、制御部１１ａからの指示に基づいて、アンテナ１３の指向方向を、例えば１６通りの指向方向の中からいずれかに切り替えることが可能となる。図３では、上記１６パターンに対応する指向方向を表している。同図に示すように、本実施形態では、各アンテナ素子１３ａによって囲まれた範囲の中心位置から放射状に均一な１６方位の指向方向（Ｄ１〜Ｄ１６）を、切替部１１ｂが切り替え可能な指向方向として設定している。

アンテナコントローラ１１は、テレビジョン受信機２０のチューナ２２とケーブル１５ａ２（ケーブル１５ａの一種）で接続されており、上記のように指向方向をチャンネル情報（方向情報）に応じて切り替えた状態でアンテナ１３によって受信されたテレビジョン放送信号を、テレビジョン受像機２０側に出力する。
テレビジョン受像機２０側では、チューナ２２は、制御部２３から入力される制御信号に従って、アンテナ装置１０から受信したテレビジョン放送信号の中からユーザによって選局されたチャンネルに対応する周波数帯域の周波信号を抽出する。テレビジョン受像機２０は、一般的なテレビジョン受像機の動作として、上記抽出した周波信号から映像信号や音声信号を復調するとともに、映像信号に基づくディスプレイへの映像表示処理および、音声信号に基づくスピーカからの音声出力処理といった一連の処理を実行可能である。かかる一連の処理内容および処理に必要な構成は公知のテレビジョンと同様である。

次に、プリント基板１５における各構成の配置について説明する。
図４は、本実施形態のプリント基板１５の一の面における構造を簡易的に示し、図５は、本実施形態のプリント基板１５の他の面における構造を簡易的に示している。
より具体的には、図４は、プリント基板１５の両面のうち筺体１４が設置されたときに上方を向く面（上面）１６ａを示し、図５は、プリント基板１５の両面のうち筺体１４が設置されたときに下方を向く面（下面）１６ｂを示している。

図４に示すように、上面１６ａには、上面１６ａの略中心の領域（中心領域）１６ｃを中心として、所定の長さを持った複数本（図４では４本）のアンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａが放射状に形成されている。つまり、図３の説明でも述べたように、複数のアンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａは、互いに隣接するアンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａ同士がなす角度がそれぞれ同じ角度となる状態で、プリント基板１５上に放射状に配置されている。アンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａは、例えば、プリント基板１５に貼り付けた金属素子をエッチングするなどして形成された平面状のアンテナ素子である。アンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａは、中心領域１６ｃ側を向く各端部にそれぞれ端子１３ａ１を形成している。ただし、アンテナ素子１３ａの数や形状は図示した態様に限られず、様々な本数、形状を採用可能である。
また、中心領域１６ｃには、複数の位置に上面１６ａ側と下面１６ｂ側とを貫通するスルーホール１６ｄが形成されている。

一方、図５に示すように下面１６ｂにおいては、上記上面１６ａの中心領域１６ｃの裏側の位置に、上記アンテナコントローラ（アンテナ制御回路）１１およびインターフェイス１２を構成する集積回路などの各種電子部品１９が実装されている。各電子部品１９は、上面１６ａ側の中心領域１６ｃに実装することも可能であるが、本実施形態では、アンテナ素子１３ａによる受信の安定性等を考慮して下面１６ｂ側に実装する。図示は省略しているが、各電子部品１９は、適宜スルーホール１６ｄに電子部品のピンを挿入して半田付け等されることにより実装されている。

図５では、各電子部品に対して“１９”の符号を付しているが、これら電子部品１９自体を上記アンテナコントローラ（アンテナ制御回路）や上記インターフェイスと呼ぶこともできる。このように本実施形態においては、一枚のプリント基板１５に、アンテナ制御回路と、当該アンテナ制御回路が実装された領域（所定領域）の位置を略中心として放射状に配列する複数のアンテナ素子とが形成されている。

上記のような構成において、上面１６ａのアンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａは、各端子１３ａ１や中心領域１６ｃに形成された配線パターンやスルーホール１６ｄを介して、上記アンテナコントローラ（アンテナ制御回路）１１を構成する電子部品１９に電気的に接続している。中心領域１６ｃには、所定の電子部品１９間を接続するなど、上記アンテナコントローラ１１やインターフェイス１２の機能を実現するために必要な配線パターン１６ｅが形成されている。図４では、かかる配線パターン１６ｅのごく一部を例示している。また、図示を省略しているが、電子部品１９には、プリント基板１５上の所定のケーブル接続用の端子や配線パターンを介して上記ケーブル１５が接続されることになる。

ここで上述したように、テレビジョン放送信号を受信するアンテナ素子１３ａ，１３ａ，１３ａ，１３ａとアンテナ制御回路とを一枚のプリント基板１５の表と裏において接近した状態で配置した場合、例えば、アンテナ制御回路等から発せられる不要輻射ノイズなどが、アンテナ素子１３ａによって受信される高周波に影響を与えることが予想される。

そこで図５に示した例では、下面１６ｂにおける、上記上面１６ａの中心領域１６ｃと対応する範囲に渡って、グランドパターン１８（グランド領域）を形成している。図５では、各電子部品１９によって隠れている範囲を除き、ハッチングによってグランドパターン１８を示している。グランドパターン１８は、少なくとも、アンテナコントローラ（アンテナ制御回路）１１およびインターフェイス１２としての各電子部品１９が実装される下面１６ｂ上の範囲に渡って形成される。グランドパターン１８は、上面１６ａ側に形成されたパターン中のグランドパターンと接続していてもよい。ただし図６に例示するように、グランドパターン１８は、各電子部品１９の実装に用いられるスルーホール１６ｄ周りの所定幅のドーナツ型の領域１６ｂ１を避けた形状にて、下面１６ｂに形成されるものとする。図６は、一つのスルーホール１６ｄおよびグランドパターン１８の一部を含む下面１６ｂの一部範囲を示している。

このように本実施形態においては、一枚のプリント基板１５に、アンテナ制御回路を実装するとともに、当該アンテナ制御回路が実装された領域の位置を略中心に放射状に複数の平面状のアンテナ素子１３ａを形成することにより、アンテナ装置１０の筺体１４内部の構成を一枚基板化した。この結果、アンテナ素子を備えた基板とアンテナの指向性を切り替えるための制御回路を備えた基板との両方を有していた従来の構成や、基板上にアンテナ機能を実現するための所定の立体構造を有していた従来の構成などと比較して、アンテナ装置１０の内部構成が大幅に小型化された。また、このように小型化することで筺体１４を含むアンテナ装置１０全体を小型化することが可能となり、室内などにおいて大きな場所を占有することなく、かつ見栄えのよいアンテナ装置１０を提供することが可能となった。

また、図４，５に示したように、アンテナ素子１３ａと、アンテナ制御回路とをそれぞれプリント基板１５の異なる面に形成し、かつ、アンテナ制御回路が形成された範囲をグランドパターン１８で覆うとしたため、アンテナ制御回路から発せられる不要輻射ノイズなどがアンテナ素子１３ａによって受信される信号に影響を与えることが効果的に防止され、その結果、アンテナ装置１０は安定した受信性能を保持することが可能となる。

なお、アンテナ制御回路周辺におけるグランド領域の形成は次のように行っても良い。
図７は、金属板（例えば銅板）３０を斜視図により示している。金属板３０は、片方の面側を絶縁部材３１によって覆っている。上記プリント基板１５においては、このような金属板３０を、絶縁部材３１側をプリント基板１５に向けた状態で所定の領域を覆うように貼り付けることにより、グランド領域を形成するとしても良い。例えば、上面１６ａだけでなく、下面１６ｂにも上記配線パターン１６ｅを形成した場合には、当該配線パターン１６ｅが形成された下面１６ｂの位置に対して、絶縁部材３１側を下面１６ｂに相対させた状態で金属板３０を貼り付ける。

より具体的には、下面１６ｂにおける上記上面１６ａの中心領域１６ｃと対応する範囲に、図５に示したような一様なグランドパターン１８を形成せずに、配線パターン１６ｅを形成した場合、配線パターン１６ｅが施された下面１６ｂに上記グランドパターン１８と同様の形状を有する金属板３０を貼り付け、その上で各電子部品１９を実装する。ただしこの場合、金属板３０における上記スルーホール１６ｄの位置と対応する位置にも、貫通孔を形成しておく必要がある。このような構成を採ることにより、上記グランドパターン１８を下面１６ｂに形成した場合と同様の効果を得ることができる。また、当該金属板３０を、上面１６ａの中心領域１６ｃ上に、絶縁部材３１側を上面１６ａに向けた状態で貼り付けて中心領域１５ｃ内の配線パターン１６ｅを覆うとしてもよい。

アンテナ装置の設置態様の一例を示した斜視図。 アンテナ装置等の内部構成の一例を示したブロック図。 アンテナ素子間の位置関係および各指向方向を例示した説明図。 プリント基板の上面の構成の一例を示した図。 プリント基板の下面の構成の一例を示した図。 プリント基板の下面の一部範囲を例示した図。 金属板の一部を例示した斜視図。

符号の説明

１０…アンテナ装置
１１…アンテナコントローラ（アンテナ制御回路）
１１ａ…制御部
１１ｂ…切替部
１２…インターフェイス
１３…アンテナ
１３ａ…アンテナ素子
１３ａ１…端子
１４…筺体
１５…プリント基板
１５ａ，１５ａ１，１５ａ２…ケーブル
１６ａ…上面
１６ｂ…下面
１６ｃ…中心領域
１６ｄ…スルーホール
１６ｅ…配線パターン
１８…グランドパターン
１９…電子部品
２０…テレビジョン受像機
３０…金属板
３１…絶縁部材

Claims (2)

1. 複数の可変な指向方向を有するアンテナにおける指向方向を切り替えるアンテナ制御回路を実装したアンテナ制御回路基板の構造において、
   一枚のプリント基板の一方の面における所定領域に上記アンテナ制御回路を実装するとともに、上記プリント基板の上記アンテナ制御回路が実装された面とは逆の面において、上記所定領域の位置を略中心として、上記アンテナを構成する所定の長さを有する平面状の複数のアンテナ素子であって上記アンテナ制御回路と各々接続する複数のアンテナ素子を、放射状に配置し、
   上記一方の面には、上記所定領域を、アンテナ制御回路を実装するためのスルーホールを避けつつ覆うグランド領域を形成し、
   上記グランド領域は、片側の面を絶縁部材で覆った金属板であって絶縁部材側をプリント基板の面に相対させてプリント基板に取り付けられる、プリント基板とは別体の金属板によって構成されることを特徴とするアンテナ制御回路基板の構造。
2. 複数の可変な指向方向を有するアンテナと、当該アンテナにおける指向方向を切り替えるアンテナ制御回路とを備えるアンテナ装置において、
   上記アンテナ制御回路は、上記アンテナ装置の筺体に収容される一枚のプリント基板の両面の一方の面における所定領域に実装され、
   上記アンテナを構成する所定の長さを有する平面状の４本のアンテナ素子であって上記アンテナ制御回路と各々接続する各アンテナ素子が、上記アンテナ制御回路が実装された上記プリント基板の面とは逆の面において、上記所定領域の位置を略中心として、隣接するアンテナ素子間の角度を略同じにして放射状に配置され、
   かつ、上記アンテナ制御回路が実装された上記プリント基板の面には、上記所定領域を、アンテナ制御回路を実装するためのスルーホールを避けつつ覆うグランドパターンを形成し、当該グランドパターンは、片側の面を絶縁部材で覆った金属板であって絶縁部材側をプリント基板の面に相対させてプリント基板に取り付けられる、プリント基板とは別体の金属板によって構成されることを特徴とするアンテナ装置。

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