JP7246583B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本開示は、アンテナ装置に関する。

アンテナ装置には、アンテナユニットの内部に、ＲＦ回路の構成素子を設置したものがある。このような、従来のアンテナ装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００１－３３９２３９号公報

特許文献１に開示されたアンテナ装置は、パッチ導体とＧＮＤ導体とによって形成された環状のパッチアンテナ内空間に、ＲＦ回路の構成素子を設けるものである。このため、特許文献１に開示されたアンテナ装置においては、パッチ導体及びＧＮＤ導体が必要以上に大きくなり、装置の大型化を招くおそれがある。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、パッチアンテナ内空間にＲＦ回路を設置するためのスペースを設けることなく、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目的とする。

本開示に係るアンテナ装置は、基体に設けられるパッチ導体と、パッチ導体と対向するように基体に設けられるＧＮＤ導体と、基体に設けられ、パッチ導体とＧＮＤ導体とを接続するＧＮＤピンと、パッチ導体における基体に取り付けられる面の反対側に位置する面に設けられ、周囲がＧＮＤピンに取り囲まれるように配置されるＲＦ回路とを備えるものである。

本開示によれば、上記のように構成したので、パッチアンテナ内空間にＲＦ回路を設置するためのスペースを設けることなく、装置の小型化を図ることができる。

実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。 アンテナ装置からＲＦ回路を取り外した状態を示す平面図である。 図１のIII－III 矢視断面図である。 実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。 実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。 実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。 実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
実施の形態１に係るアンテナ装置１００について、図１から図３を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の構成を示す平面図である。図２は、アンテナ装置１００からＲＦ回路４０を取り外した状態を示す平面図である。図３は、図１のIII－III 矢視断面図である。

アンテナ装置１００は、基体１０、ＧＮＤ導体２０、ＧＮＤピン２１、パッチ導体３０、コプレーナ線路３１、ＲＦ回路４０、実装部品４１ａ，４１ｂ、信号ライン４２、及び、電源ライン４３を備えている。

基体１０は、樹脂、又は、セラミック、或いは、樹脂とセラミックとをコンポジットしたハイブリッド材料等の絶縁材料によって形成されている。この基体１０は、平面視で矩形をなしており、所定の厚さを有している。

ＧＮＤ導体２０は、基体１０の内部に設けられている。このＧＮＤ導体２０は、基体１０の上面と基体１０の下面との間に配置されている。また、ＧＮＤ導体２０は、平板状に形成されており、基体１０の大きさと略同じ大きさとなっている。

パッチ導体３０は、基体１０の上面に設けられている。即ち、パッチ導体３０の下面は、基体１０の上面に取り付けられている。このパッチ導体３０は、例えば、円形をなしている。また、パッチ導体３０は、ＧＮＤ導体２０と対向するように配置されている。

複数のＧＮＤピン２１は、基体１０の内部に設けられている。これらのＧＮＤピン２１は、ＧＮＤ導体２０とパッチ導体３０とを接続している。

コプレーナ線路３１は、パッチ導体３０において、三方を直線状のスリットによって取り囲まれた導体領域である。このように、コプレーナ線路３１は、パッチ導体３０における３つの連なるスリットの内側部分において、直線状に形成されている。このコプレーナ線路３１には、パッチ導体３０とＲＦ回路４０とを接続する給電点Ｐが形成されている。一方、パッチ導体３０における３つの連なるスリットの外側部分には、ＧＮＤピン２１が接続されている。

ＲＦ回路４０は、パッチ導体３０の上面における中央部に設けられている。即ち、ＲＦ回路４０の下面は、パッチ導体３０の上面に取り付けられている。このＲＦ回路４０は、例えば、ローノイズアンプ回路である。また、ＲＦ回路４０は、その周囲を複数のＧＮＤピン２１によって囲まれており、当該複数のＧＮＤピン２１によってシールドされている。言い換えれば、複数のＧＮＤピン２１は、ＲＦ回路４０に対するアンテナ装置１００の外部からの電波の侵入、及び、ＲＦ回路４０からアンテナ装置１００の外部へのノイズの漏洩を防止する。

なお、ＲＦ回路４０は、複数のＧＮＤピン２１のうち、パッチ導体３０の中心から径方向外側に最も離れた複数のＧＮＤピン２１によって囲まれている。このように、ＲＦ回路４０の周囲を取り囲む複数のＧＮＤピン２１における径方向内側の領域は、以下、内側領域３２と称す。

実装部品４１ａ，４１ｂは、基体１０の下面に設けられている。即ち、実装部品４１ａ，４１ｂの上面は、基体１０の下面に取り付けられている。

信号ライン４２は、基体１０の内部に設けられている。この信号ライン４２は、ＲＦ回路４０と実装部品４１ａとを接続している。このとき、信号ライン４２は、ＧＮＤ導体２０及びパッチ導体３０を、これらと接触することなく、貫通している。このため、実装部品４１ａは、ＲＦ回路４０が出力した信号を、信号ライン４２を介して受信することができる。

また、信号ライン４２は、その周囲を複数のＧＮＤピン２１によって囲まれており、当該複数のＧＮＤ２１によってシールドされている。言い換えれば、複数のＧＮＤピン２１は、信号ライン４２に対するアンテナ装置１００の外部からの電波の侵入、及び、信号ライン４２からアンテナ装置１００の外部へのノイズの漏洩を防止する。

電源ライン４３は、基体１０の内部に設けられている。この電源ライン４３は、ＲＦ回路４０と実装部品４１ｂとを接続している。このとき、電源ライン４３は、ＧＮＤ導体２０及びパッチ導体３０を、これらと接触することなく、貫通している。このため、実装部品４１ｂは、電源を、電源ライン４３を介して、ＲＦ回路４０に供給することができる。

また、電源ライン４３は、その周囲を複数のＧＮＤピン２１によって囲まれており、当該複数のＧＮＤピン２１によってシールドされている。言い換えれば、複数のＧＮＤピン２１は、電源ライン４３に対するアンテナ装置１００の外部からの電波の侵入、及び、電源ライン４３からアンテナ装置１００の外部へのノイズの漏洩を防止する。

次に、アンテナ装置１００が受信アンテナ装置として動作する場合について説明する。

先ず、パッチ導体３０は、電波を受信すると、その電波に対応した高周波信号を生成する。次いで、パッチ導体３０は、生成した高周波信号を、コプレーナ線路３１を介して、ＲＦ回路４０に送信する。この場合、これに対して、ＲＦ回路４０は、高周波信号を増幅して、信号ライン４２を介して、実装部品４１ａに送信する。また、ＲＦ回路４０への電源供給は、実装部品４１ｂから、電源ライン４３を介して、ＲＦ回路４０へ行われる。

ここで、図３に示す矢印は、電気力線Ｌの方向を示している。この図３に示すように、ＧＮＤピン２１によって囲まれた内側領域３２には、その周囲がＧＮＤピン２１よって短絡されているため、電流が流れない。即ち、内側領域３２は、ＧＮＤピン２１によってシールドされている。これに対して、アンテナ装置１００は、ＲＦ回路４０、信号ライン４２、及び、電源ライン４３を、ＧＮＤピン２１によって囲まれた内側領域３２に設置している。従って、内側領域３２に配置されるＲＦ回路４０、信号ライン４２、及び、電源ライン４３は、アンテナ装置１００の外部からの電波の侵入が防止されている。

また、パッチ導体３０の内側領域３２は、複数のＧＮＤピン２１を介して、ＧＮＤ導体２０に接続されている。このため、アンテナ装置１００は、内側領域３２をＲＦ回路４０の実装スペースとして利用することができる。

ＲＦ回路４０は、数十ＧＨｚ帯の高周波帯で使用されること想定している。アンテナ装置１００は、その高周波帯において、ＲＦ回路４０を設置するための設置面を、波長比が大きく、且つ、孔の無いグランド面（パッチ導体３０の上面）としている。このため、アンテナ装置１００は、当該アンテナ装置１００から外部に放射される電波による不要な結合、及び、アンテナ装置１００の外部からのノイズの影響を低減することができる。

なお、上述した、アンテナ装置１００の動作の説明は、当該アンテナ装置１００が受信アンテナ装置として動作する場合のものであるが、アンテナ装置１００は、送信アンテナ装置として動作することもできる。アンテナ装置１００は、送信アンテナ装置として動作する場合でも、受信アンテナ装置として動作する場合と同等の効果を得ることができる。

以上、実施の形態１に係るアンテナ装置１００は、基体１０に設けられるパッチ導体３０と、パッチ導体３０と対向するように基体１０に設けられるＧＮＤ導体２０と、基体１０に設けられ、パッチ導体３０とＧＮＤ導体２０とを接続するＧＮＤピン２１と、パッチ導体３０における基体１０に取り付けられる面の反対側に位置する面に設けられ、周囲がＧＮＤピン２１に取り囲まれるように配置されるＲＦ回路４０とを備える。このため、アンテナ装置１００は、パッチアンテナ内空間にＲＦ回路４０を設置するためのスペースを設けることなく、装置の小型化を図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係るアンテナ装置２００について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態２に係るアンテナ装置２００の構成を示す断面図である。

図４に示すように、実施の形態２に係るアンテナ装置２００は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の構成に、シールドケース５０を追加した構成となっている。

シールドケース５０は、金属材料で形成されている。このシールドケース５０は、ＲＦ回路４０の周囲を覆っている。このようなシールドケース５０は、例えば、はんだ又は導電性接着剤等を用いて、パッチ導体３０の上面に対して、電気的に接続されている。即ち、シールドケース５０は、パッチ導体３０をＧＮＤとして、ＲＦ回路４０の全体をその外側から覆っている。また、シールドケース５０は、コプレーナ線路３１とは、電気的に接続されていない。

具体的には、シールドケース５０は、ＲＦ回路４０の全体を覆っていれば、コプレーナ線路３１の全体を覆うか、又は、コプレーナ線路３１を部分的に覆っても良い。シールドケース５０がコプレーナ線路３１を部分的に覆う場合、当該シールドケース５０は、コプレーナ線路３１に対して電気的に接触しないように、そのコプレーナ線路３１を跨ぐような、切り欠き部を有している。

このように、アンテナ装置２００は、ＲＦ回路４０をシールドケース５０によって覆うことにより、ＲＦ回路４０に対するシールド性を向上させることができる。即ち、シールドケース５０は、ＲＦ回路４０に対するアンテナ装置２００の外部からの電波の侵入、及び、ＲＦ回路４０からアンテナ装置２００の外部へのノイズの漏洩を防止する。

なお、アンテナ装置２００は、シールドケース５０を設ける替わりに、ＲＦ回路４０の表面に金属めっきを施しても良い。このとき、金属めっきが施されたＲＦ回路４０の表面は、パッチ導体３０を介して短絡されている。このように、アンテナ装置２００は、ＲＦ回路４０の表面をメタライズすることにより、ＲＦ回路４０に対するシールド性を向上させることができる。

以上、実施の形態２に係るアンテナ装置２００は、ＲＦ回路４０をその外側から覆い、パッチ導体３０に接続するシールドケース５０を備える。このため、アンテナ装置２００は、ＲＦ回路４０のシールド性を向上させることができる。

また、アンテナ装置２００は、ＲＦ回路４０の表面に金属のめっきが施される。このため、アンテナ装置２００は、ＲＦ回路４０のシールド性を向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係るアンテナ装置３００について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態３に係るアンテナ装置３００の構成を示す平面図である。

図５に示すように、実施の形態３に係るアンテナ装置３００は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００における１つのコプレーナ線路３１に替えて、２つのコプレーナ線路３１ａ，３１ｂを備えた構成となっている。

パッチ導体３０は、コプレーナ線路３１ａ，３１ｂを有している。コプレーナ線路３１ａとコプレーナ線路３１ｂとは、互いに直交するように配置されている。各コプレーナ線路３１ａ，３１ｂは、給電点Ｐをそれぞれ有している。このように、アンテナ装置３００は、互いの位相差が９０°となるコプレーナ線路３１ａ，３１ｂの給電点Ｐを通じて給電することにより、円偏波を励振することができる。

なお、アンテナ装置３００は、コプレーナ線路を３つ以上備えても構わない。この場合、アンテナ装置３００は、隣接するコプレーナ線路間の位相差を適切に設定すれば、各コプレーナ線路を任意の位置に配置することができる。

以上、実施の形態３に係るアンテナ装置３００は、パッチ導体３０に設けられ、当該パッチ導体３０とＲＦ回路４０とを接続する２つ以上のコプレーナ線路３１ａ，３１ｂを備える。２つのコプレーナ線路３１ｂ，３１ｂは、互いに直交するように配置される。このため、アンテナ装置３００は、円偏波を励振することができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係るアンテナ装置４００について、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態４に係るアンテナ装置４００の構成を示す平面図である。

実施の形態４に係るアンテナ装置４００は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の構成に、切り欠き部３０ａを追加した構成となっている。

図６に示すように、パッチ導体３０は、切り欠き部３０ａを有している。この切り欠き部３０ａは、円偏波化するためのものである。

以上、実施の形態４に係るアンテナ装置４００は、パッチ導体３０の外周部に設けられる切り欠き部３０ａを備える。このため、アンテナ装置４００は、切り欠き部３０ａによって、円偏波化することができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係るアンテナ装置５００について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態５に係るアンテナ装置５００の構成を示す平面図である。

実施の形態５に係るアンテナ装置５００は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００のコプレーナ線路３１に替えて、λ／４変換線路３３を備えた構成となっている。

図７に示すように、パッチ導体３０は、λ／４変換線路３３を有している。このλ／４変換線路３３は、パッチ導体３０において、幅方向両側からスリットによって取り囲まれた導体領域である。このように、λ／４変換線路３３は、パッチ導体３０における対向するスリットの内側部分において、矩形に形成されている。また、λ／４変換線路３３は、パッチ導体３０とＲＦ回路４０との間を接続している。このため、λ／４変換線路３３は、コプレーナ線路３１を設けたときと比べて、パッチ導体３０とＲＦ回路４０との間におけるインピーダンス整合が取り易くなっている。

また、λ／４変換線路３３は、その線路幅を任意に設定可能となっているため、インピーダンスの値を任意に選択することができる。このため、アンテナ装置５００においては、パッチ導体３０及びＲＦ回路４０を所望のインピーダンスの値にして、アンテナ設計することが可能となる。

なお、アンテナ装置５００は、矩形をなすλ／４変換線路３３を備えているが、当該λ／４変換線路３３の形状は、それに限定されことはない。λ／４変換線路３３は、例えば、線路幅が、パッチ導体３０の径方向外側に向かうに従って、徐々に広くなるような、テーパ状をなしても良い。アンテナ装置５００は、テーパ状をなすλ／４変換線路３３を備えることにより、線路幅の急激な変化に伴う、電波の反射係数への影響を低減することができる。

また、アンテナ装置５００は、複数のλ／４変換線路３３を備えても構わない。この場合、アンテナ装置５００は、隣接するλ／４変換線路３３間の位相差を適切に設定すれば、各λ／４変換線路３３を、任意の位置に配置することができる。

以上、実施の形態５に係るアンテナ装置５００は、パッチ導体３０に設けられ、当該パッチ導体３０とＲＦ回路４０とを接続するλ／４変換線路３３を備える。λ／４変換線路３３の線路幅は、パッチ導体３０の外側に向かうに従って広くなる。このため、アンテナ装置５００は、パッチ導体３０及びＲＦ回路４０を所望のインピーダンスの値に設定することができる。

実施の形態６．
実施の形態６に係るアンテナ装置６００について、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態６に係るアンテナ装置６００の構成を示す平面図である。

実施の形態６に係るアンテナ装置６００は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００のコプレーナ線路３１に替えて、給電線路３４を備えた構成となっている。

図８に示すように、パッチ導体３０は、給電線路３４を有している。この給電線路３４は、パッチ導体３０の一部を繰り抜いて残った部分の導体領域である。パッチ導体３０を繰り抜いた２つの部分は、繰り抜き部３０ｂである。また、給電線路３４の一部分は、マイクロストリップ線路を形成している。このように、給電線路３４は、その一部分をマイクロストリップ線路としているため、例えば、当該給電線路３４にスタブを設けることで、パッチ導体３０とＲＦ回路４０との間におけるインピーダンス整合が取り易くなっている。

なお、アンテナ装置６００は、複数の給電線路３４を備えても構わない。この場合、アンテナ装置６００は、隣接する給電線路３４間の位相差を適切に設定すれば、各給電線路３４を、任意の位置に配置することができる。

以上、実施の形態６に係るアンテナ装置６００は、パッチ導体３０に設けられ、当該パッチ導体３０とＲＦ回路４０とを接続する給電線路３４を備える。給電線路３４は、パッチ導体３０の一部を繰り抜くことにより形成される。このため、アンテナ装置６００は、パッチ導体３０とＲＦ回路４０との間において、インピーダンスの値を容易に整合することができる。

なお、本開示はその開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係るアンテナ装置は、周囲がＧＮＤピンに取り囲まれるように配置されるＲＦ回路を備えることで、パッチアンテナ内空間にＲＦ回路を設置するためのスペースを設けることなく、装置の小型化を図ることができ、アンテナ装置等に用いるのに適している。

１０ 基体、２０ ＧＮＤ導体、２１ ＧＮＤピン、３０ パッチ導体、３０ａ 切り欠き部、３０ｂ 繰り抜き部、３１，３１ａ，３１ｂ コプレーナ線路、３２ 内側領域、３３ λ／４変換線路、３４ 給電線路、４０ ＲＦ回路、４１ａ，４１ｂ 実装部品、４２ 信号ライン、４３ 電源ライン、５０ シールドケース、１００～６００ アンテナ装置、Ｐ 給電点、Ｌ 電気力線。

Claims (7)

1. 基体に設けられるパッチ導体と、
   前記パッチ導体と対向するように前記基体に設けられるＧＮＤ導体と、
   前記基体に設けられ、前記パッチ導体と前記ＧＮＤ導体とを接続するＧＮＤピンと、
   前記パッチ導体における前記基体に取り付けられる面の反対側に位置する面に設けられ、周囲が前記ＧＮＤピンに取り囲まれるように配置されるＲＦ回路とを備える
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記ＲＦ回路をその外側から覆い、前記パッチ導体に接続するシールドケースを備える
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記ＲＦ回路の表面に金属のめっきが施される
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 前記パッチ導体に設けられ、当該パッチ導体と前記ＲＦ回路とを接続する２つ以上のコプレーナ線路を備え、
   ２つのコプレーナ線路は、互いに直交するように配置される
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
5. 前記パッチ導体の外周部に設けられる切り欠き部を備える
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
6. 前記パッチ導体に設けられ、当該パッチ導体と前記ＲＦ回路とを接続するλ／４変換線路を備え、
   前記λ／４変換線路の線路幅は、前記パッチ導体の外側に向かうに従って広くなる
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
7. 前記パッチ導体に設けられ、当該パッチ導体と前記ＲＦ回路とを接続する給電線路を備え、
   前記給電線路は、前記パッチ導体の一部を繰り抜くことにより形成される
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。

Images