JP6872684B2

JP6872684B2 - 板状アンテナおよびこれを用いた無線機

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Publication number: JP6872684B2
Application number: JP2017007186A
Authority: JP
Inventors: 祥太寺本; 吉川　嘉茂; 嘉茂吉川; 崇士渡邊
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2037-01-19
Also published as: JP2018117258A

Description

本発明は、板状アンテナおよびこれを用いた無線機に関する。

図５は、従来の板状アンテナ１００を開示するものである。板状アンテナ１００は、基板１０６上のグランド板１０１と所定の間隔をおいて平行平面となるように配置されるエレメント１０２と、エレメント１０２の一方の辺の近傍が折り曲げられてグランド板１０１に接続される接地部１０３と、エレメント１０２の開放部分に設けた給電部１０４から給電するように構成され、該グランド板１０１とエレメント１０２の他方との間に絶縁体のスペーサ１０５を挿入固定することでエレメント１０２とグランド板１０１との間隔を一定に保つ構成としている（例えば、特許文献１参照）。

また、グランド板とエレメント間を平行に保つ為に、給電部の反対側の一辺に基板と接続し固定する固定部を設けた構成が開示されているものもある（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−２５２２１４号公報特開２０１２−１２９５８２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の従来の構成では、別部材としてスペーサ１０５を設ける必要があり、また、固定する為の両面粘着テープ等を必要とし、作業性が悪いと言う課題があった。

また、特許文献２に記載の方法の構成では、給電部と反対側を固定する構成は開示されているものの、固定板による送信周波数への影響に関しては考察されておらず、その大きさに関しては開示されていない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、板状アンテナを小形化しつつ、送信周波数を効率よく送信できる板状アンテナおよびこれを用いた無線機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の板状アンテナは、長方形を成す板状の放射導体部と、前記放射導体部の一方の縁に配置された給電部及び接地部と、前記放射導体部の他方の縁の短辺側に配置された固定部と、を備え、前記給電部、前記接地部、前記固定部は、何れも前記放射導体部から被取付部である回路基板に向けて延出されており、前記固定部の幅は、前記放射導体部の短辺の幅よりも小さく形成された板状アンテナものである。

これによって、固定部をアンテナの一部として機能させることで、共振周波数を下げて、アンテナエレメントの小型化を実現すると共に、この固定部を回路基板に係合することでアンテナの保持を確実に行うことができるものである。

また、本発明の無線機は、給電回路とグランド板を有する回路基板と、前記回路基板に搭載される板状アンテナとを備え、前記板状アンテナは、長方形を成す板状の放射導体部と、前記放射導体部の一方の縁に配置された前記給電回路に電気的に接続される給電部と前記グランド板に電気的に接続される接地部と、前記放射導体部の他方の縁の短辺側に配置された前記回路基板に固定される固定部と、を備え、前記給電部、前記接地部、前記固定部は、何れも前記放射導体部から前記回路基板に向けて延出されており、前記固定部の幅は、前記放射導体部の短辺の幅よりも小さく形成されたことを特徴とするものである。

本発明の板状アンテナおよびこれを用いた無線機によれば、板状アンテナを小形化しつつ、送信周波数を効率よく送信できる板状アンテナおよびこれを用いた無線機を提供することが可能となる。

実施の形態１にかかる板状アンテナの構成の一例を示す斜視図（１）、（２）実施の形態１にかかる他の板状アンテナの構成の一例を示す斜視図実施の形態１にかかる板状アンテナの回路基板への実装状態を示す斜視図実施の形態２にかかる無線機の一例を示す概略構成図従来の板状アンテナを示す概略図

第１の発明は、長方形を成す板状の放射導体部と、前記放射導体部の一方の縁に配置された給電部及び接地部と、前記放射導体部の他方の縁の短辺側に配置された固定部と、を備え、前記給電部、前記接地部、前記固定部は、何れも前記放射導体部から被取付部である回路基板に向けて延出されており、前記固定部の幅は、前記放射導体部の短辺の幅よりも小さく形成された板状アンテナとしたものである。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記給電部と前記接地部が配置された辺に隣接する辺に、第２の接地部を設けたことを特徴とするものである。

第３の発明は、給電回路とグランド板を有する回路基板と、前記回路基板に搭載される板状アンテナとを備え、前記板状アンテナは、長方形を成す板状の放射導体部と、前記放射導体部の一方の縁に配置された前記給電回路に電気的に接続される給電部と前記グランド板に電気的に接続される接地部と、前記放射導体部の他方の縁の短辺側に配置された前記回路基板に固定される固定部と、を備え、前記給電部、前記接地部、前記固定部は、何れも前記放射導体部から前記回路基板に向けて延出されており、前記固定部の幅は、前記放射導体部の短辺の幅よりも小さく形成されたことを特徴とする無線機としたものである。

第４の発明は、特に第３の発明において、前記給電部と前記接地部が配置された辺に隣接する辺に、回路基板に接地するための第２の接地部を設けたことを特徴とするものである。

第５の発明は、特に第３又は４の発明において、前記固定部の先端に前記回路基板に設けた開口孔に係合する爪部を有し、前記開口孔の周囲は所定の範囲で回路グランドを配置しないグランド抜き部を設けたことを特徴とするものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる板状アンテナの概略構成の一例を示す斜視図である。

図１に例示するように、本実施の形態の板状アンテナ１０は、長方形を成す放射導体部１１の一方の短辺部１１ａに、給電回路に電気的に接続されるための給電部１２と、グランド板に電気的に接続されるための接地部１３とを備え、給電部１２、接地部１３と対向する他方の短辺部１１ｂに固定部１４が形成されている。給電部１２、接地部１３の先端には、それぞれ回路基板に設けられる無線回路との接続の為の爪部１２ａ、１３ａを設けている。

固定部１４は、放射導体部１１の短辺の幅Ａよりも短い幅で放射導体部１１の短辺部１１ｂから被取付部である回路基板側に延出されており、先端部には爪部１５が構成されており、回路基板に設けた孔部等に係合することが可能となっている。

なお、放射導体部１１は、送信の波長をλとするとき、１／２λにて共振する様に設計しており、アンテナ整合取得の観点から、固定部１４は、給電部１２との間に浮遊容量が発生しない様に、空間的に遠い場所に配置する必要がある。その為、放射導体部１１の長辺にて十分な空間が確保できる様、短辺はＡ＜１／１６λ程度が好ましい。また、固定部１４には電流が流れる為、近接する周囲の影響を小さくアンテナの減衰項を低く抑える為には細い方が好ましいが、ものづくりの観点（部品としての自立性）を踏まえると、Ｂ＝１／２Ａ程度の設計が妥当である。

なお、符号は本実施の形態とその実施例との対応関係をあくまで例示するために付したに過ぎず、本実施の形態の板状アンテナの構成が図１に限定されるものではない。以下、他の実施形態においても同様である。

以下の説明では、板状アンテナに対して給電回路およびグランド板が設けられる側を下側とし、上下などの方向を特定して記述するが、向きはあくまで説明の便宜のためであり、適宜に回転させることで方向の呼称は任意に置換されうることは言うまでもない。

図１に示す実施例では、短辺部１１ａに給電部１２と接地部１３を設けているが、図２（１）に示す板状アンテナ２０のように、放射導体部２１の長辺部２１ｃの端部２１ｄに給電部２２と接地部２３を設け、この端部２１ｄから遠い側の短辺部２１ｂに固定部２４を設ける構成でも本願発明の板状アンテナの構成を逸脱するものではない。更に、固定部２４の先端には、爪部２５を有する。

なお、図２（２）に示す板状アンテナ２０’においては、図２（１）の板状アンテナ２０を更に改良するもので、端部２１ｄに隣接する短辺部２１ａに第２の接地部２６を設けることで回路基板への自立性を高め、自動半田を行う場合でも、板状アンテナ２０’が傾くといった不具合を防止できる。

これにより、従来の逆Ｆアンテナでは、実装前の部品を支える為に、一般的に樹脂スペーサ等、別の部品が用いられるが、本板状アンテナでは部品自体が安定して自立する為、別途支え部品が不要となり、コスト面からもメリットが得られる。

また、第２の接地部２６を設けることにより、アンテナ周囲長にて調整するインダクタ（Ｌ）成分は第２の接地部２６の位置にて調整可能となり、給電部２２との間に発生する浮遊容量キャパシタ（Ｃ）成分の調整は接地部２３の位置にて調整可能となる。結果、Ｌ成分とＣ成分を独立して調整可能となり、アンテナ整合をより容易に実現することができ
る。なお、第２の接地部２６と接地部２３の間隔が大きいと、アンテナエレメント自体が大きくなってしまう為、間隔は１／１６λ以内に収めることが好ましい。

図３は、図１で示した板状アンテナ１０を回路基板３０に取り付けた状態を示す図で、多層の回路基板３０がグランド板３１として機能しており、図に示すように固定部１４の周囲と一定の距離を取ってグランドを設けていないグランド抜き部３２を設けており、固定部１４がグランド板に接続されない構成としている。

また、爪部１５は回路基板３０に設けた開口孔３３に挿入され固定される。

なお、回路基板３０の回路グランドも影響を与える大きな要因の１つであり、固定部１４は、回路グランドの影響を受けない様に開口から一定距離、グランド板３１を離す必要があり、グランド板３１から離す距離Ｃ、Ｄは、大きい程影響は小さくなるが、本実施の形態では、グランド抜き部３２の大きさとして、距離Ｃ、Ｄを１／３２λ以上を確保している。

以上のように構成された板状アンテナ１０は、固定部１４をアンテナの一部として機能させることが可能となり、アンテナの大きさ、特に長方形の放射導体部を用いる場合に長手方向の長さを短くすることで、回路基板３０に実装する場合に占有する面積を小さくすることができ、無線装置の小形化が可能となる。

（実施の形態２）
図４は、本願の板状アンテナを用いた無線回路を実装した回路基板を無線機として超音波式のガスメータに搭載した状態を示す概略図である。

図において、ガスメータ４０は、筐体４１の内部にガスの流入部４２から流出部４３の間にガス通路４４がＵ字状に形成され、このガス通路の下部流路４５中に超音波を用いた流量計測部４６が配置されている。また、流入部４２と下部流路４５の間には異常時にガスを遮断するための遮断弁５４が配置されている。

以下の説明では、便宜上、図４を参照して上、下、左、右等の呼称で位置関係を、長方形の板状アンテナの長手方向を横方向として説明する。

回路基板４７は、ガス通路４４の中央部の空間に位置し、外部との通信を行う無線機としての無線回路部５２と流量計測部４６からの流量信号に基づいて流量を算出する計測回路部５３が区画されて実装されている。さらに、計測回路部５３で算出された流量値や積算値、無線回路部５２の通信条件等の表示を行う液晶表示部４８が実装されている。また、回路の電源としての電池４９が、回路基板４７の裏に配置されている。

液晶表示部４８は回路基板４７の中央部に配置され、この液晶表示部４８の上側に横向きの第１アンテナ５０、左側に縦向きの第２アンテナ５１が配置されてダイバーシチを構成している。更に、回路基板４７と電池４９、遮断弁５４、流量計測部４６とを接続する為のコネクタ５５ａ、５５ｂ、５５ｃが回路基板４７の右側に配置されており、それぞれ、リード線５６ａ、５６ｂ、５６ｃで接続されている。

このように、コネクタ５５ａ、５５ｂ、５５ｃを回路基板４７の右端に配置することで、左端に配置した第２アンテナ５１とリード線５６ａ、５６ｂ、５６ｃとの距離を可能な限り離すように構成している。

以上のような構成により、流量計測部４６で検出された流量信号はリード線５６ｃを介
して回路基板４７の計測回路部５３に伝送される。そして、計測回路部５３で演算された流量は、無線回路部５２を介して第１アンテナ５０、第２アンテナ５１により外部に無線伝送される。

本実施の形態によると、液晶表示部４８を囲むように第１アンテナ５０、第２アンテナ５１を実装することで回路基板４７のスペースを有効に利用することが可能となる。

また、第１アンテナ５０、第２アンテナ５１は周囲に物が近接すると、影響を受けてアンテナ放射効率が劣化するが、中でも液晶表示部４８は影響が大きく、近接すると著しく放射特性が劣化する。従って、少しでも液晶表示部４８との間隔を離す為、より細く小型で高性能なアンテナの実現が必要となるが、本願の板状アンテナによると、アンテナを小型化することで、結果、前述の液晶表示部４８に限らず、周囲の実装部品やリード線からの距離も離すことができる為、アンテナの減衰項を低減し、アンテナ放射効率の改善を図ることが出来る。

また、第１アンテナ５０、第２アンテナ５１を用いて、ダイバーシチの構成を採っているが、アンテナ同士が近接していると、お互いのアンテナが空間的に結合してしまい、アンテナ放射効率の劣化に繋がるが、この問題においても、アンテナを小型化することで、より大きな間隔を確保し、アンテナ放射効率の劣化を最小限に抑え込む効果がある。

更に、無線回路部５２と計測回路部５３で共用する液晶表示部４８の左側に無線回路部５２、右側に計測回路部５３を配置することで、無線回路部５２と計測回路部５３とを分離して実装している。

以上のように、同じアンテナを複数用いてダイバーシチを構成する場合にでも基板の小形化が可能となり、特に検針の為の無線基板をメータ内部等の狭い空間に実装する場合に有効である。

本発明の板状アンテナは、無線装置の小形化が可能となり、通信用のアンテナとして多岐用途において有用である。

１０、２０、２０’ 板状アンテナ
１１、２１放射導体部
１２、２２給電部
１３、２３接地部
１４、２４固定部
１５、２５爪部
２６第２の接地部
３０、４７回路基板
３１グランド板
３２グランド抜き部
３３開口孔

Claims

長方形を成す板状の放射導体部と、
前記放射導体部の一方の縁に配置された給電部及び接地部と、
前記放射導体部の他方の縁の短辺側に配置された固定部と、
前記給電部と前記接地部が配置された辺に隣接する辺に設けた第２の接地部と、
を備え、
前記給電部、前記接地部、前記固定部、前記第２の接地部は、何れも前記放射導体部から被取付部である回路基板に向けて延出されており、
前記固定部の幅は、前記放射導体部の短辺の幅よりも小さく形成され、
前記第２の接地部の位置でインダクタ成分を調整し、前記接地部の位置でキャパシタ成分を調整するようにした板状アンテナ。
給電回路とグランド板を有する回路基板と、前記回路基板に搭載された前記請求項１に記載の板状アンテナとを備えた無線機。
前記固定部の先端に前記回路基板に設けた開口孔に係合する爪部を有し、前記開口孔の周囲は所定の範囲で回路グランドを配置しないグランド抜き部を設けたことを特徴とする請求項２に記載の無線機。