JP5074237B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に係り、特に、樹脂保護ケースによって覆われたTPMS(タイア・プレッシャ・モニタリング・システム)などの無線通信モジュールにアルマイト(アルミニウムの陽極酸化処理皮膜の総称)処理されたアンテナを組み合わせた無線通信システムに好適に利用できるアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device, and more particularly, to an antenna that is anodized (generic name for anodized aluminum film) on a wireless communication module such as TPMS (tire pressure monitoring system) covered with a resin protective case. The present invention relates to an antenna device that can be suitably used in a combined wireless communication system.
従来のアンテナ装置は、その一例として、主として、板状のアンテナ、配線基板の表面側に形成された高周波回路およびその裏面側に形成されたグラウンド電極を備えており、それらがアンテナ装置の全体を覆う保護ケースに内包されていた。保護ケースの設置効果としては、それが金属製であればノイズ除去および耐環境性の向上が期待できるし、それが樹脂製であれば耐環境性の向上が期待できる。いずれにおいても、アンテナなどを保護ケースに内蔵することにより、保護ケースの外部環境からそれらが隔離されるので、アンテナなどの耐環境性が向上し、それらが腐食するのを防止していた(特許文献1を参照)。 As an example, the conventional antenna device mainly includes a plate-shaped antenna, a high-frequency circuit formed on the front surface side of the wiring board, and a ground electrode formed on the back surface side thereof. It was enclosed in a protective case. As for the installation effect of the protective case, if it is made of metal, noise removal and improvement of environmental resistance can be expected, and if it is made of resin, improvement of environmental resistance can be expected. In either case, by incorporating the antenna etc. in the protective case, they are isolated from the external environment of the protective case, so the environmental resistance of the antenna etc. is improved and they are prevented from corroding (patented) Reference 1).
しかしながら、アンテナを保護ケースに内蔵すると、アンテナの設置体積分だけ保護ケースが大型化するため、アンテナ装置の小型化が困難になるという問題があった。 However, if the antenna is built in the protective case, the size of the protective case is increased by the installed volume of the antenna, which makes it difficult to reduce the size of the antenna device.
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、アンテナ装置の小型化を図ることができるアンテナ装置を提供することを本発明の目的としている。 Accordingly, the present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide an antenna device capable of reducing the size of the antenna device.
前述した目的を達成するため、本発明のアンテナ装置は、その第1の態様として、絶縁被膜によって覆われているアンテナと、アンテナの絶縁被膜に接触または近接しており、絶縁被膜を介してアンテナと静電結合する結合電極と、結合電極に電気的に接続している高周波回路と、前記結合電極と前記高周波回路との間に接続されているとともに、前記アンテナと前記結合電極とによって形成される結合キャパシタよりも小さな容量の中間キャパシタとを備えていることを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, as a first aspect of the antenna device according to the present invention, the antenna is covered with an insulating film, and is in contact with or close to the insulating film of the antenna. A coupling electrode that is electrostatically coupled to the coupling electrode, a high-frequency circuit that is electrically connected to the coupling electrode, a coupling electrode that is connected between the coupling electrode and the high-frequency circuit, and that is formed by the antenna and the coupling electrode. And an intermediate capacitor having a smaller capacity than the coupling capacitor .
本発明の第1の態様のアンテナ装置によれば、アンテナの絶縁被膜がキャパシタ電極間の誘電体となってアンテナと結合電極との間に結合キャパシタが形成されるので、耐食性を向上させるために形成されたアンテナの絶縁被膜を取り除くことなく高周波回路にアンテナを接続することができ、更に、結合キャパシタと中間キャパシタとを直列接続してなる合成キャパシタの容量変化が大容量の結合キャパシタの容量変化よりも小容量の中間キャパシタの容量変化に大きく依存することになるので、結合キャパシタの容量誤差が大きくても合成キャパシタの容量誤差を小さくすることができる。 According to the antenna device of the first aspect of the present invention, the insulating film of the antenna serves as a dielectric between the capacitor electrodes, so that the coupling capacitor is formed between the antenna and the coupling electrode. The antenna can be connected to the high-frequency circuit without removing the insulating coating of the formed antenna, and the capacitance change of the composite capacitor formed by connecting the coupling capacitor and the intermediate capacitor in series is the capacitance change of the large-capacity coupling capacitor. Therefore, the capacitance error of the composite capacitor can be reduced even if the capacitance error of the coupling capacitor is large.
本発明の第2の態様のアンテナ装置は、第1の態様のアンテナ装置において、絶縁被膜は、不動態被膜であることを特徴としている。 The antenna device according to the second aspect of the present invention is the antenna device according to the first aspect, wherein the insulating film is a passive film.
本発明の第2の態様のアンテナ装置によれば、アンテナの耐食性を向上させることができる。 According to the antenna device of the second aspect of the present invention, the corrosion resistance of the antenna can be improved.
本発明の第3の態様のアンテナ装置は、第2の態様のアンテナ装置において、アンテナは、アルミニウムを用いて形成されており、不動態被膜は、アルマイトであることを特徴としている。 An antenna device according to a third aspect of the present invention is the antenna device according to the second aspect, wherein the antenna is formed using aluminum, and the passive film is anodized.
本発明の第3の態様のアンテナ装置によれば、バルブメタル(不動態になる金属)のなかでもアルミニウムは導電性に優れているので、アンテナ装置の通信効率を向上させることができる。また、アルマイトは、不動態被膜のなかでも薄膜を形成しやすく、かつ、高誘電率を有するため、他の不動態被膜を用いた場合と比較して結合キャパシタの容量を大きくすることができる。 According to the antenna device of the third aspect of the present invention, aluminum is excellent in conductivity among valve metals (passive metals), so that the communication efficiency of the antenna device can be improved. In addition, anodized is easy to form a thin film among passive films and has a high dielectric constant, so that the capacitance of the coupling capacitor can be increased as compared with the case where other passive films are used.
本発明の第4の態様のアンテナ装置は、第1から第3のいずれか1の態様のアンテナ装置において、結合電極は、絶縁被膜に接触していることを特徴としている。 The antenna device according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the antenna device according to any one of the first to third aspects, the coupling electrode is in contact with the insulating film.
本発明の第4の態様のアンテナ装置によれば、アンテナと結合電極との間から空気や樹脂などの絶縁被膜以外の絶縁体を排除することによってアンテナと結合電極との距離が小さくなるので、結合キャパシタの容量を大きくすることができる。 According to the antenna device of the fourth aspect of the present invention, the distance between the antenna and the coupling electrode is reduced by eliminating the insulator other than the insulating coating such as air or resin from between the antenna and the coupling electrode. The capacity of the coupling capacitor can be increased.
本発明の第5の態様のアンテナ装置は、第1から第4のいずれか1の態様のアンテナ装置において、結合電極は、絶縁性保護ケースによって覆われており、絶縁性保護ケースを介してアンテナの絶縁被膜に近接していることを特徴としている。 The antenna device according to a fifth aspect of the present invention is the antenna device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the coupling electrode is covered with an insulating protective case, and the antenna is interposed via the insulating protective case. It is characterized by being close to the insulating film.
本発明の第5の態様のアンテナ装置によれば、結合電極の耐環境性、特に、耐食性を向上させることができる。 According to the antenna device of the fifth aspect of the present invention, it is possible to improve the environmental resistance, particularly the corrosion resistance of the coupling electrode.
本発明の第6の態様のアンテナ装置は、第1から第5のいずれか1の態様のアンテナ装置において、高周波回路は、絶縁性保護ケースによって覆われており、高周波回路に接続されているグラウンド電極は、絶縁性保護ケースまたは絶縁被膜を介してアンテナにおけるグラウンド部に対向することにより、グラウンド部と静電結合していることを特徴としている。 The antenna device according to a sixth aspect of the present invention is the antenna device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the high-frequency circuit is covered with an insulating protective case and connected to the high-frequency circuit. The electrode is characterized in that it is electrostatically coupled to the ground portion by facing the ground portion of the antenna through an insulating protective case or an insulating film.
本発明の第6の態様のアンテナ装置によれば、高周波回路およびそのグラウンド電極の耐環境性、特に、耐食性を向上させることができる。 According to the antenna device of the sixth aspect of the present invention, it is possible to improve the environment resistance, particularly the corrosion resistance of the high-frequency circuit and its ground electrode.
本発明のアンテナ装置によれば、アンテナの絶縁被膜を取り除くことなく高周波回路にアンテナを接続することができることから、絶縁性保護ケースの外部にアンテナを設置してもアンテナの腐食を防止することができるので、アンテナ装置の小型化を図ることができるという効果を奏する。 According to the antenna device of the present invention, since the antenna can be connected to the high frequency circuit without removing the insulating coating of the antenna, even if the antenna is installed outside the insulating protective case, corrosion of the antenna can be prevented. As a result, the antenna device can be reduced in size.
以下、本発明のアンテナ装置をその2つの実施形態により説明する。 Hereinafter, the antenna device of the present invention will be described with reference to two embodiments thereof.
はじめに、第1の実施形態のアンテナ装置1Aを説明する。
First, the
図1は第1の実施形態のアンテナ装置1Aの全体斜視図を示しており、図2は図1の2−2矢視断面図を示している。第1の実施形態のアンテナ装置1Aは、TPMSをはじめとする微弱無線モジュールとして用いられるものであり、図1に示すように、アンテナ2および高周波モジュール4Aを備えている。
FIG. 1 shows an overall perspective view of the
第1の実施形態のアンテナ2としては、感度に優れた金属製アンテナにおいて小型化が容易な板状逆Fアンテナが選択されている。このアンテナ2は、板状のグラウンド部2g、グラウンド部2gの上方においてグラウンド部2gと平行配置されたアンテナ部2a、グラウンド部2gおよびアンテナ部2aを接続する板状の2個のショートピン2sならびに2個のショートピン2sの間においてアンテナ部2aの中央付近から懸架された給電線2fを有している。給電線2fの上端は給電点Pとなり、その下端は高周波モジュール4Aとの結合エリア2eとなる。給電点Pはアンテナ部2aにおいて所望するインピーダンスが得られるように設定しておく。
As the
アンテナ2の素材としては、表面に酸化皮膜などの絶縁被膜3を形成しやすい金属が選択される。この絶縁被膜3としては、不動態被膜であることが好ましい。そのため、アンテナ2の素材としては、アルミニウム、クロム、チタンなどのバルブメタルが好ましい。例えば、アルミニウムであれば、アルマイト(アルミニウムの陽極酸化皮膜)と呼ばれる不動態被膜がその表面に形成される。また、クロムであれば、鉄に所定の割合のクロムを含有させたステンレス鋼の表面においてクロム酸化膜と呼ばれる不動態被膜が形成される。第1の実施形態のアンテナ2の素材としては、アルミニウムが選択されており、その絶縁被膜3である不動態被膜は上記の通りアルマイトになる。
As a material for the
アンテナ2が接続される高周波モジュール4Aは、図2に示すように、結合電極6A、中間キャパシタ7、高周波回路8およびグラウンド電極10Aを有している。中間キャパシタ7および高周波回路8は平板状の配線基板9の表面に配設されており、配線基板9の表面は樹脂成形された矩形容器状の絶縁性保護ケース5によって覆われている。
As shown in FIG. 2, the
結合電極6Aは、図2に示すように、平板部6Aaおよび突出部6Abを有している。結合電極6Aの平板部6Aaはアンテナ2の絶縁被膜3に接触しており、誘電体である絶縁被膜3を介してアンテナ2と静電結合している。突出部6Abは、平板部6Aaからその法線方向に突出しており、絶縁性保護ケース5の側面5sを貫通している。結合電極6Aの素材は、CuやAuなどの導電性に優れた金属を用いている。
As shown in FIG. 2, the
第1の実施形態の中間キャパシタ7としては、チップ型キャパシタやインサート型キャパシタなどの製品化されたキャパシタが選択されている。製品化されたキャパシタとは、キャパシタの容量およびその誤差が製品仕様によって確定しているものを言う。製品化されたキャパシタとしては、容量誤差の少ない高精度のものが好ましい。
As the
中間キャパシタ7は、結合電極6Aと高周波回路8との間に電気的に接続されている。つまり、中間キャパシタ7は、結合電極6Aと直列に接続されている。中間キャパシタ7の容量は、アンテナ2と結合電極6Aとによって形成される結合キャパシタ20の容量と比較して極めて小さいことが好ましい。
The
高周波回路8としては、アンテナ装置1Aの送受信機となる通信回路が選択されている。この高周波回路8は、中間キャパシタ7に接続しており、中間キャパシタ7を介して結合電極6Aに電気的に接続している。
As the
グラウンド電極10Aは、配線基板9の裏面に平板薄膜状に形成されている。このグラウンド電極10Aは、図示しないビアやスルーホールを介して、高周波回路8と電気的に接続している。グラウンド電極10Aの素材は、CuやAuなどの導電性に優れた金属を用いている。
The
また、グラウンド電極10Aは、絶縁被膜3を介してアンテナ2のグラウンド部2gに対向している。グラウンド電極10Aおよびアンテナ2のグラウンド部2gは平板状に形成されているため、それらを対向させることにより、それらが静電結合する。
The ground electrode 10 </ b> A faces the
次に、図1から図3を用いて、第1の実施形態のアンテナ装置1Aの作用を説明する。ここで、図3は、アンテナ装置1Aの等価回路図を示している。
Next, the operation of the
第1の実施形態のアンテナ装置1Aにおいては、アンテナ2が絶縁被膜3によって覆われている。そのため、図1に示すように、絶縁性保護ケース5の外部にアンテナ2を配設してもアンテナ2が腐食することを防止することができるので、絶縁性保護ケース5を小さくすることができる。これにより、アンテナ装置1Aの小型化に寄与する。
In the antenna device 1 </ b> A of the first embodiment, the
また、図2に示すように、第1の実施形態の絶縁被膜3については、不動態被膜が採用されている。この被膜は溶液や酸にさらされても溶け去ることがないため、アンテナ2の耐食性を飛躍的に向上させることができる。
Moreover, as shown in FIG. 2, the passive film is employ | adopted about the insulating
さらに、アンテナ2の素材については、アルミニウムが選択されている。このアルミニウムはバルブメタルのなかでも導電性に優れているので、アンテナ装置1Aの通信効率を向上させることができる。
Further, aluminum is selected for the material of the
また、第1の実施形態の結合電極6Aは、図2に示すように、アンテナ2の絶縁被膜3に接触している。すると、結合電極6Aは絶縁被膜3を介してアンテナ2と静電結合し、アンテナ2の絶縁被膜3がキャパシタ電極間の誘電体となってアンテナ2と結合電極6Aとの間に結合キャパシタ20が形成される。そのため、耐食性を向上させるために形成されたアンテナ2の絶縁被膜3を取り除くことなく高周波回路8にアンテナ2を接続することができる。
In addition, the
特に、アンテナ2の絶縁被膜3に結合電極6Aを接触させているので、アンテナ2の絶縁被膜3と結合電極6Aとを近接させた場合と比較して静電結合がより効果的に生じる。すなわち、アンテナ2と結合電極6Aとの間から空気や樹脂などの絶縁被膜3以外の絶縁体を排除することができるので、その分だけアンテナ2と結合電極6Aとの距離が小さくなり、結合キャパシタ20の容量を大きくすることができる。
In particular, since the
ここで、アンテナ2の素材はアルミニウムである。そのため、アンテナ2の絶縁被膜3、すなわち不動態被膜はアルマイトになる。アルマイトは、不動態被膜のなかでも薄膜を形成しやすく、かつ、高誘電率を有するため、他の不動態被膜を用いた場合と比較して結合キャパシタ20の容量をさらに大きくすることができる。
Here, the material of the
また、第1の実施形態のアンテナ装置1Aにおいては中間キャパシタ7が接続されている。高周波回路8に絶縁被膜3に覆われたアンテナ2を接続するだけであれば、この中間キャパシタ7を配置する必要はない。しかし、アンテナ2と結合電極6Aとによって形成される結合キャパシタ20は、絶縁被膜3の厚さの誤差、絶縁被膜3の誘電率の誤差、結合電極6Aの対向面積の誤差、アンテナ2の寸法誤差などの種々の要因によってその容量が大きく変化してしまう。
In the
そのため、第1の実施形態のアンテナ装置1Aにおいては、結合電極6Aと高周波回路8との間に中間キャパシタ7が直列に接続されている。すると、前述した結合キャパシタ20と中間キャパシタ7とが合成キャパシタを形成する。ここで、合成キャパシタの容量は結合キャパシタ20の容量の逆数に中間キャパシタ7の容量の逆数を加算した値を逆数にして得た値である。そのため、合成キャパシタの容量変化は、大容量の結合キャパシタ20の容量変化よりも、小容量の中間キャパシタ7の容量変化に大きく依存する。さらに、中間キャパシタ7が結合キャパシタ20と比較して極めて小容量であってその容量が高精度であれば、結合キャパシタ20の容量は極めて安定的になる。つまり、第1の実施形態のように、小容量かつ高精度の中間キャパシタ7を結合電極6Aに直列接続することにより、種々の要因によって結合キャパシタ20の容量誤差が大きくなる可能性があるとしても、合成キャパシタの容量誤差を小さくすることができる。
Therefore, in the
これらアンテナ2、結合電極6Aおよび中間キャパシタ7に接続される高周波回路8は、図2および図3に示すように、絶縁性保護ケース5によって覆われている。そのため、従来通り、高周波回路8については、耐環境性、特に、耐食性を向上させることができる。
The high-
また、グラウンド電極10Aは、アンテナ2の絶縁被膜3を介して、アンテナ2のグラウンド部2gと静電結合している。このため、アンテナ2と結合電極6Aとの作用と同様、耐環境性、特に耐食性を向上させるために形成されたアンテナ2の絶縁被膜3を取り除くことなく、アンテナ2のグラウンド部2gにグラウンド電極10Aを接続することができる。
The ground electrode 10 </ b> A is electrostatically coupled to the
すなわち、第1の実施形態のアンテナ装置1Aによれば、アンテナ2の絶縁被膜3を取り除くことなく高周波回路8にアンテナ2を接続することができることから、絶縁性保護ケース5の外部にアンテナ2を設置してもアンテナ2の腐食を防止することができる。そのため、アンテナ装置1Aの小型化を図ることができるという効果を奏する。
That is, according to the
次に、図4および図5を用いて、第2の実施形態のアンテナ装置1Bを説明する。ここで、図4は第2の実施形態のアンテナ装置1Bを示す縦断面図であり、図5は第2の実施形態のアンテナ装置1Bの等価回路図を示している。
Next, the
第2の実施形態のアンテナ装置1Bは、第1の実施形態と同様、微弱無線モジュールとして用いられるものであり、図4に示すように、アンテナ2および高周波モジュール4Bを備えている。また、高周波モジュール4Bは、結合電極6B、中間キャパシタ7、高周波回路8およびグラウンド電極10Bを有している。第1の実施形態との相違点は、中間キャパシタ7および高周波回路8だけでなく、結合電極6Bおよびグラウンド電極10Bも絶縁性保護ケース5によって覆われている点にある。以下、第1の実施形態の相違点についてのみ説明する。
Similar to the first embodiment, the
結合電極6Bは、図2に示すように、平板状に形成されており、アンテナ2と一体成形された給電線2fの結合エリア2eと対向する絶縁性保護ケース5の側面5sの内面に固着されている。そのため、結合電極6Bは、アンテナ2の絶縁被膜3に接触しておらず、絶縁性保護ケース5を介してアンテナ2の絶縁被膜3に近接している。絶縁性保護ケース5および絶縁被膜3は誘電体のため、絶縁性保護ケース5および絶縁被膜3を介してアンテナ2と一体成形された給電線2fおよび結合電極6Bは静電結合する。
As shown in FIG. 2, the
また、グラウンド電極10Bは、アンテナ2の平板状のグラウンド部2gと対向する絶縁性保護ケース5の底面5bの内面に固着されており、絶縁性保護ケース5を介して絶縁被膜3に覆われたグラウンド部2gに近接している。絶縁性保護ケース5および絶縁被膜3は誘電体のため、絶縁性保護ケース5および絶縁被膜3を介してアンテナ2におけるグラウンド部2gおよびグラウンド電極10Bは静電結合する。
The
次に、第2の実施形態のアンテナ装置1Bの作用を説明する。
Next, the operation of the
結合電極6Bは、絶縁性保護ケース5および絶縁被膜3を介してアンテナ2と一体成形された給電線2fと静電結合する。また、グラウンド電極10Bも同様に、絶縁性保護ケース5および絶縁被膜3を介してグラウンド部2gと静電結合する。そのため、アンテナ2の絶縁被膜3および絶縁性保護ケース5を取り除くことなく、アンテナ2またはそのグラウンド部2gに結合電極6Bまたはグラウンド電極10Bを接続することができる。このことから、結合電極6Bおよびグラウンド電極10Bを絶縁性保護ケース5に内蔵してもアンテナ装置1Bを正常に動作させることができるので、結合電極6Bおよびグラウンド電極10Bの耐環境性、特に、耐食性を向上させることができる。
The
すなわち、第2の実施形態のアンテナ装置1Bによれば、第1の実施形態と同様、絶縁性保護ケース5の外部にアンテナ2を設置してもアンテナ2の腐食を防止することができる。さらに、結合電極6Bおよびグラウンド電極10Bも絶縁性保護ケース5に内蔵されているので、それらの腐食についても防止することができる。そのため、耐環境性の向上を強化しながらアンテナ装置1Bの小型化を図ることができるという効果を奏する。
That is, according to the
なお、本発明は、前述した実施形態などに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above etc., A various change is possible as needed.
1A、1B アンテナ装置
2 アンテナ
2a アンテナ部
2e 結合エリア
2f 給電線
2g グラウンド部
3 絶縁被膜
4A、4B 高周波モジュール
5 絶縁性保護ケース
5s (絶縁性保護ケースの)側面
6A、6B 結合電極
7 中間キャパシタ
8 高周波回路
9 配線基板
10A、10B グラウンド電極
20 結合キャパシタ
P 給電点
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記アンテナの絶縁被膜に接触または近接しており、前記絶縁被膜を介して前記アンテナと静電結合する結合電極と、
前記結合電極に電気的に接続している高周波回路と、
前記結合電極と前記高周波回路との間に接続されているとともに、前記アンテナと前記結合電極とによって形成される結合キャパシタよりも小さな容量の中間キャパシタと
を備えていることを特徴とするアンテナ装置。 An antenna covered with an insulating coating;
A coupling electrode that is in contact with or in proximity to the insulating coating of the antenna and is electrostatically coupled to the antenna through the insulating coating;
A high frequency circuit electrically connected to the coupling electrode ;
An intermediate capacitor connected between the coupling electrode and the high-frequency circuit and having a smaller capacity than a coupling capacitor formed by the antenna and the coupling electrode; Antenna device to do.
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the insulating coating is a passive coating.
前記不動態被膜は、アルマイトである
ことを特徴とする請求項2に記載のアンテナ装置。 The antenna is formed using aluminum,
The antenna device according to claim 2, wherein the passive film is anodized.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to any one of claims 1 to 3, wherein the coupling electrode is in contact with the insulating coating.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 The said coupling electrode is covered with the insulating protective case, and it adjoins to the insulating film of the said antenna through the said insulating protective case, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The antenna device according to 1.
前記高周波回路に接続されているグラウンド電極は、前記絶縁性保護ケースまたは前記絶縁被膜を介して前記アンテナにおけるグラウンド部に対向することにより、前記グラウンド部と静電結合している
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 The high-frequency circuit is covered with an insulating protective case,
The ground electrode connected to the high-frequency circuit is electrostatically coupled to the ground portion by facing the ground portion of the antenna through the insulating protective case or the insulating film. The antenna device according to any one of claims 1 to 5.
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