WO2014033995A1 - 車載用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

　車載用アンテナ装置（２０）は、ベース（２２）と、基板（２４）と、回路部（２８）と、筐体（３０）を備える。ベースは車両（１０）のルーフ（１１）に取り付けられる。基板は、アンテナ素子部（２６）を有し、ベースに立設される。回路部は基板に実装され、アンテナ素子部と電気的に接続される無線通信回路の少なくとも一部をなす。筐体は、樹脂材料を用いて形成され、車両外郭の突起部をなす。基板及び回路部は、ベースと筺体とにより形成される空間に収容されており、回路部と筐体との間には、ベースを介さずに、空気よりも熱伝導率が高い熱伝達経路が形成されている。

Description

車載用アンテナ装置 関連出願の相互参照

　本開示は、２０１２年９月３日に出願された日本出願番号２０１２－１９３２５１号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、車載用アンテナ装置に関し、特に、車々間通信や路車間通信に用いられる車載用アンテナ装置に関する。

　従来、特許文献１に記載のように、車両外郭の突起部をなすアンテナカバー（以下、筐体と示す）と、アンテナベース（以下、ベースと示す）とにより形成される空間に、ＧＰＳアンテナ、ＤＴＶアンテナ、ラジオアンテナが配置されてなるアンテナ装置が知られている。

特開２０１２－８０３８８号公報

　ところで、アンテナ装置では、使用電波の周波数が高くなるほど、伝送ケーブルでの損失、すなわち伝送損失が問題となる。特に、車々間通信や路車間通信に用いられるアンテナ装置では、使用電波の周波数が例えば５．９ＧＨｚ帯と高く、伝送損失が問題となる。そこで、ベースに立設される基板にアンテナ素子部を形成し、この基板に、無線通信回路の少なくとも一部をなす回路部を実装することで、回路部をアンテナ素子部に近づけ、伝送損失を抑制することが考えられる。

　このように回路部を基板に実装すると、特許文献１に記載のようなアンテナ装置では、筐体内部に回路部が配置されることとなる。したがって、回路部自身の発熱により、内部空間に熱がこもり、回路部から放熱が十分になされず、回路部の性能が低下する虞がある。

　特にアンテナ装置が車両ルーフに配置される場合には、太陽の輻射熱がルーフを介してベースに伝達される。したがって、ベースの熱が、基板を介して回路部に伝達されたり、空間に放熱されるため、回路部の性能が低下しやすい。しかしながら、筐体は車両外郭をなすため、冷却ファンを取り付けたり、通気用の孔部を形成することは、意匠の点で好ましいものではない。

　そこで、本開示は上記問題点に鑑み、使用電波の周波数が高い車載用アンテナ装置において、筐体の意匠を確保しつつ、回路部の性能低下を抑制することを目的とする。

　本開示の第一の態様では、車載用アンテナ装置は、ベースと、基板と、回路部と、筐体を備える。ベースは、車両のルーフに取り付けられる。基板は、アンテナ素子部を有し、ベースに立設される。回路部は、基板に実装され、アンテナ素子部と電気的に接続される無線通信回路の少なくとも一部をなす。筐体は、樹脂材料を用いて形成され、車両外郭の突起部をなす。基板及び回路部は、ベースと筺体とにより形成される空間に収容されている。回路部と筐体との間には、ベースを介さずに、空気よりも熱伝導率が高い熱伝達経路が形成されている。

　これによれば、回路部が基板に実装されている、換言すればアンテナ素子部の近くに回路部が配置されているため、使用電波の周波数が高くても、伝送損失を抑制することができる。したがって、例えば数ＧＨｚを使用電波の周波数とする車載用アンテナ装置として好適である。

　そして、回路部と筺体との間には、ベースを介さずに、空気よりも熱伝導率の高い熱伝達経路が形成されている。このため、筺体とベースにより形成される空間に回路部が配置されながらも、回路部の生じる熱を、筺体に逃がすことができる。また、ルーフから、基板を介して回路部に伝達される太陽輻射熱を、筺体に逃がすことができる。したがって、筐体の意匠を確保しつつ、温度上昇によって回路部の性能が低下するのを抑制することができる。なお、立設とは、基板の板厚方向が、ベースに対する垂直方向と異なるように、基板がベースに配置された状態を指す。

　本開示の第二の態様では、回路部が、ベースに対する垂直方向において、ベースから離れた位置で基板に実装されていることにある。

　このように、回路部をベースから離れた位置とすることで、回路部に伝達される太陽輻射熱を低減することができる。すなわち、温度上昇によって回路部の性能が低下するのを抑制することができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
第１実施形態に係る車載用アンテナ装置の取り付け位置を示す図である。 第１実施形態に係る車載用アンテナ装置の概略構成を示す断面図である。 図２のIII-III線に沿う断面図である。 シミュレーションに用いた車載用アンテナ装置の概略構成を示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。 第１実施形態に係る車載用アンテナ装置の変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係る車載用アンテナ装置の概略構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る車載用アンテナ装置の変形例を示す断面図である。 第３実施形態に係る車載用アンテナ装置の概略構成を示す断面図である。 図９において、筐体のガイド部周辺を拡大した断面図である。

　以下、本開示の実施形態を図に基づいて説明する。なお、各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。
（第１実施形態）
　図１に示すように、本実施形態に係る車載用アンテナ装置２０は、車両１０のルーフ１１に取り付けられる。このような車載用アンテナ装置２０は、シャークフィン型のアンテナ装置として知られている。以下、車載用アンテナ装置２０を、単にアンテナ装置２０と示す。

　アンテナ装置２０は、要部として、図２及び図３に示すように、ベース２２と、ベース２２に立設された基板２４と、基板２４に実装された回路部２８と、樹脂材料を用いて形成され、車両外郭の突起部をなす筐体３０と、を備えている。

　ベース２２は、基板２４を車両１０に固定するための基台であり、図示しない取付部材を介してルーフ１１に取り付けられている。このベース２２は、平板状をなしており、ルーフ１１に対して略平行に配置される。また、ベース２２が金属材料を用いて形成され、取付部材を介してルーフ１１と電気的に接続される場合、ベース２２は地板として機能する。地板として用いるか否かは、アンテナ装置２０の用途に応じて適宜選択される。

　基板２４は、アンテナ素子部２６を有している。本実施形態では、アンテナ素子部２６として、例えば５．９ＧＨｚ帯を使用電波の周波数とする車々間通信用のアンテナが形成されている。

　この基板２４は、所謂プリント基板であり、プリント基板を構成する配線パターンの一部としてアンテナ素子部２６が形成されている。基板２４は、電気絶縁材料からなる基材を有しており、例えば基材における少なくとも一方の表面に、配線パターンとしてアンテナ素子部２６が配置されている。本実施形態では、基材の一面に配置された銅箔がパターニングされて、アンテナ素子部２６が形成されている。また、アンテナ素子部２６が、モノポール構造のアンテナエレメント２６ａと、アンテナエレメント２６ａの一端に連結され、グランドとして機能する幅広部２６ｂと、を有している。そして、基板２４はベース２２に立設されている。なお、立設とは、基板２４の板厚方向が、ベース２２に対する垂直方向と異なるように、基板２４がベース２２に配置された状態を指す。ベース２２に対する垂直方向は、換言すればベース２２の厚み方向である。本実施形態では、基板２４におけるアンテナ素子部２６の形成面と、ベース２２における基板２４の配置面とが略直交するように、図示しない固定部材によって、基板２４がベース２２に固定されている。換言すれば、基板２４の板厚方向とベース２２の厚み方向が略直交するように、基板２４がベース２２に固定されている。

　回路部２８は、基板２４に実装されている。この回路部２８は、アンテナ素子部２６と電気的に接続され、アンテナ素子部２６を介して外部と無線通信を行う無線通信回路の少なくとも一部をなすものである。本実施形態では、回路部２８として、送信信号を増幅するパワーアンプを含んでいる。そして、この回路部２８は、アンテナ素子部２６の幅広部２６ｂに電気的且つ機械的に接続されている。それ以外にも、回路部２８として、パワーアンプとともに、受信信号を増幅するローノイズアンプを含んでも良い。さらには、パワーアンプ、ローノイズアンプに加え、給電ラインを送信側及び受信側のいずれかに切り替えるスイッチを含んでも良い。また、パワーアンプ、ローノイズアンプ、スイッチに加え、送信側のバンドパスフィルタ、受信側のバンドパスフィルタを含む構成としても良い。さらには、無線通信回路全体を含む構成としても良い。

　この回路部２８としては、プリント基板に電子部品が実装されてなる回路基板、半導体チップなどの電子部品がパッケージ化されたもの、回路が１つの半導体チップに集積されたもの、を採用することができる。本実施形態では、回路部２８としてモールドパッケージを採用している。

　筐体３０は、樹脂材料を用いて形成され、車両外郭の突起部をなしている。本実施形態では、筐体３０とベース２２とにより形成される空間に、回路部２８の実装された基板２４が収容されている。また、筺体３０は、ルーフ１１の突起部をなすように、所謂シャークフィン状に形成されている。本実施形態に係る筐体３０は、図３に示すように、基板２４が配置された領域において、基板２４の板厚方向に沿う開口幅が、ベース２２の厚み方向においてベース２２から離れるほど狭くなっている。換言すれば、ベース２２の厚み方向において、ベース２２から遠ざかるほど、基板２４の板厚方向において、基板２４と筺体３０との距離が近くなっている。

　また、筐体３０は、厚肉部３０ａを有している。この厚肉部３０ａは、筺体３０の他の部分よりも厚肉とされた部分であり、少なくとも回路部２８との対向部分に形成されている。本実施形態では、図２に破線で示すように、回路部２８に対応して、筺体３０に、厚肉部３０ａが形成されている。また、基板２４におけるアンテナ素子部２６の形成面の反対の面側にも、回路部２８に対応して、筺体３０に、厚肉部３０ａが形成されている。すなわち、互いに対向するように、凸状の一対の厚肉部３０ａが形成されている。そして、一対の厚肉部３０ａに対して、回路部２８の実装された基板２４が圧入され、一方の厚肉部３０ａに回路部２８が接触している。また、他方の厚肉部３０ａに、基板２４における回路部２８の実装部位の裏面部位が接触している。

　次に、アンテナ装置２０の作用効果について説明する。

　本実施形態では、回路部２８が、アンテナ素子部２６を有する基板２４に実装されている。換言すればアンテナ素子部２６の近くに回路部２８が配置されている。このため、使用電波の周波数が数ＧＨｚと高くても、伝送損失を抑制することができる。したがって、車々間通信や路車間通信に用いられるアンテナ装置２０として好適である。

　このように基板２４に回路部２８を実装しただけでは、回路部２８と筐体３０との間に存在する空気層を介して、回路部２８の生じた熱、例えばパワーアンプの生じた熱が、筐体３０に伝達される。また、ルーフ１１が太陽の輻射熱を受け、その熱がベース２２に伝達される。そして、ベース２２に伝達された熱は、基板２４を介して回路部２８に伝達される。また、ベース２２から、ベース２２と筺体３０とにより形成される空間に放熱される。このため、回路部２８の温度が上昇しやく、空間に熱がこもりやすい。したがって、回路部２８から筺体３０への放熱効率が低く、回路部２８の温度上昇により、回路部２８の性能が低下する虞がある。

　これに対し、本実施形態では、回路部２８と筺体３０との間に、ベース２２を介すことなく、空気よりも熱伝導率の高い熱伝達経路が形成されている。詳しくは、回路部２８が筺体３０の厚肉部３０ａに直接的に接触し、これにより、回路部２８と筐体３０との間に、熱伝達経路が形成されている。このため、筺体３０とベース２２により形成される空間に回路部２８が配置されながらも、回路部２８の生じる熱を、筺体３０に逃がすことができる。また、ルーフ１１から、ベース２２及び基板２４を介して回路部２８に伝達される太陽輻射熱を、筺体３０に逃がすことができる。そして、走行時の気流により、筐体３０を冷却することができる。したがって、冷却ファンの取り付けや、通気用の孔部を形成することなく、すなわち、筐体３０の意匠を損なうこと無く、温度上昇によって回路部２８の性能が低下するのを抑制することができる。

　特に本実施形態では、回路部２８における基板２４と反対の面が、筺体３０の厚肉部３０ａに接触している。したがって、回路部２８の熱を、筐体３０に直接放熱することができる。また、筐体３０が厚肉部３０ａを有しているため、筐体３０と回路部２８との距離が近くなり、放熱させやすい。なお、本実施形態では、基板２４における回路部２８の実装部位の裏面部位にも厚肉部３０ａが接触している。このため、回路部２８の熱を、基板２４を介して反対側の厚肉部３０ａ側に放熱することもできる。

　本発明者は、上記効果について、熱流動解析を用いたシミュレーションにより確認した。その際、外気温は４５℃、ルーフ１１の温度は１２０℃とした。また、図４に示すように、回路部２８と厚肉部３０ａとのクリアランス及び、基板２４における回路部２８の実装部位の裏面部位と対向する厚肉部３０ａとのクリアランスを、互いに等しいＬ１とした。
図５は、クリアランスＬ１と、回路部２８の温度との関係を示している。クリアランスＬ１がゼロ、すなわち、回路部２８及び基板２４における回路部２８の実装部位の裏面部位に、対応する厚肉部３０ａがそれぞれ接触した状態で、回路部２８の温度は約７０℃であった。また、クリアランスＬ１が長くなるほど、回路部２８の温度は高くなり、例えばクリアランスＬ１が０．５ｍｍで、回路部２８の温度は約７８℃であった。そして、厚肉部３０ａなしの状態で、図５に破線で示すように、回路部２８の温度は約９０℃であった。この結果からも、回路部２８が筺体３０の厚肉部３０ａに直接的に接触し、これにより、回路部２８と筐体３０との間に、熱伝達経路が形成されることで、回路部２８の温度を低下させることができることが明らかとなった。換言すれば、回路部２８の性能が低下するのを抑制することができることが明らかとなった。

　また、本実施形態では、回路部２８が、ベース２２に対する垂直方向において、ベース２２から離れた位置で基板２４に実装されている。このように、回路部２８をベース２２から離れた位置とすることで、回路部２８に伝達される太陽輻射熱を低減することができる。すなわち、温度上昇によって回路部２８の性能が低下するのを抑制することができる。

　また、本実施形態では、回路部２８が、無線通信回路の中で最も発熱量が大きいパワーアンプを含んでいる。しかしながら、上記したように、回路部２８と筐体３０との間に、空気よりも熱伝導率の高い熱伝達経路が形成されているため、パワーアンプを含みながらも、回路部２８の性能低下を抑制することができる。

　なお、本実施形態では、筺体３０のうち、回路部２８及び基板２４における回路部２８の実装部位の裏面部位、に対向して厚肉部３０ａを設ける例を示した。しかしながら、厚肉部３０ａの形成範囲は上記例に限定されるものではない。例えば図６に示すように、一対の厚肉部３０ａが、ベース２２に対する筺体３０の突出先端まで、所定の対向距離を保持しつつ延設された構成としても良い。
（第２実施形態）
　本実施形態において、上記実施形態に示したアンテナ装置２０と共通する部分についての説明は割愛する。

　本実施形態の特徴は、図７に例示するように、回路部２８と筐体３０との間に、空気よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導部材３２が介在され、これにより、熱伝達経路が形成されていることにある。特に図７に示す例では、熱伝導部材３２として、弾性部材である、ゴム製の環状部材を採用している。そして、熱伝導部材３２としての環状部材は、回路部２８及び基板２４における回路部２８の実装部位の裏面部位に接触するように配置され、例えば接着固定されている。

　このように、回路部２８と筐体３０との間に、熱伝導部材３２を介在させることで、空気を介して回路部２８の熱を筺体３０に放熱するよりも、放熱性を向上することができる。また、熱伝導部材３２が、上記したゴム製の環状部材のように、弾性部材を含むようにすると、筺体３０に組み付ける際に、環状部材が弾性変形するため、筺体３０との間に熱伝達経路を形成しつつ組み付けがしやすい。

　なお、熱伝導部材３２は、上記例に限定されるものではない。Ｃｕなどの金属からなる部材、ゴムからなる部材、樹脂からなる部材、ゲルからなる部材など、空気よりも熱伝導率の高い材料からなる部材を少なくとも１種類含むものであれば良い。例えば、図８に示すように、筐体３０の厚肉部３０ａと回路部２８の間に、熱伝導部材３２として放熱ゲルを介在させてもよい。同様に、基板２４における回路部２８の実装部位の裏面部位と厚肉部３０ａの間にも、熱伝導部材３２として放熱ゲルを介在させてもよい。

　（第３実施形態）
　本実施形態において、上記実施形態に示したアンテナ装置２０と共通する部分についての説明は割愛する。

　本実施形態の特徴は、図９及び図１０に例示するように、基板２４としてフレキシブル基板を採用している。また、筐体３０は、基板２４を内面に沿って配置させるガイド部３４を有している。そして、基板２４における回路部２８の実装面と反対の面のうち、少なくとも回路部２８の実装部位の裏面部位が、筐体３０の内面に接触している。なお、図９に示す符号３６は、コネクタである。

　このように、基板２４としてフレキシブル基板を採用すると、筐体３０の厚肉部３０ａを設けること無く、基板２４における回路部２８の実装部位の裏面部位を筺体３０の内面に接触させることができる。これにより、回路部２８と筺体３０との間に、基板２４を介した熱伝達経路が形成される。したがって、筐体３０の意匠を確保しつつ、温度上昇によって回路部２８の性能が低下するのを抑制することができる。
（変形例）
　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態や構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

　アンテナ素子部２６は上記例に限定されるものではない。

　上記実施形態では、回路部２８が、ベース２２から離れた位置で基板２４に実装される例を示した。しかしながら、回路部２８は基板２４に実装されていればよく、ベース２２に対する位置は上記例に限定されるものではない。例えばベース２２に接触しても良い。しかしながら、離れて設けたほうが良いのは、上記したとおりである。

　上記実施形態では、回路部２８が基板２４の一面にのみ実装される例を示した。しかしながら、基板２４の両面に回路部２８が実装された構成を採用することもできる。

　上記実施形態では、筐体３０の厚肉部３０ａに回路部２８が接触する例を示した。しかしながら、筐体３０における回路部２８との接触部位は厚肉部３０ａに限定されるものではない。筺体３０における厚肉部３０ａ以外の部分に、回路部２８が接触する構成としても良い。さらには、厚肉部３０ａを有さない筐体３０、すなわち均一厚さをなす筺体３０に対し、回路部２８が接触する構成としても良い。

　上記実施形態では、アンテナ素子部２６として、例えば５．９ＧＨｚ帯を使用電波の周波数とする車々間通信用のアンテナが形成される例を示した。しかしながら、アンテナ素子部２６の使用電波の周波数、用途は上記例に限定されるものではない。

Claims (8)

1. 　車両（１０）のルーフ（１１）に取り付けられるベース（２２）と、
   　アンテナ素子部（２６）を有し、前記ベース（２２）に立設された基板（２４）と、
   　前記アンテナ素子部（２６）と電気的に接続される無線通信回路の少なくとも一部をなし、前記基板（２４）に実装された回路部（２８）と、
   　樹脂材料を用いて形成され、車両外郭の突起部をなす筐体（３０）と、を備える車載用アンテナ装置であって、
   　前記基板（２４）及び前記回路部（２８）は、前記ベース（２２）と前記筺体（３０）とにより形成される空間に収容されており、
   　前記回路部（２８）と前記筐体（３０）との間には、前記ベース（２２）を介さずに、空気よりも熱伝導率が高い熱伝達経路が形成されていることを特徴とする車載用アンテナ装置。
2. 　前記回路部（２８）は、前記ベース（２２）に対する垂直方向において、前記ベース（２２）から離れた位置で前記基板（２４）に実装されていることを特徴とする請求項１に記載の車載用アンテナ装置。
3. 　前記回路部（２８）は、送信信号を増幅するパワーアンプを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車載用アンテナ装置。
4. 　前記回路部（２８）と前記筐体（３０）との間に、空気よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導部材（３２）が介在されていることを特徴とする請求項１～３いずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
5. 　前記熱伝導部材（３２）は、少なくとも弾性部材を含むことを特徴とする請求項４に記載の車載用アンテナ装置。
6. 　前記回路部（２８）は、前記筺体（３０）に接触していることを特徴とする請求項１～３いずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
7. 　前記筐体（３０）は、少なくとも前記回路部（２８）と対向する部分に、他の部分よりも厚肉の厚肉部（３０ａ）を有することを特徴とする請求項４～６いずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。
8. 　前記基板（２４）は、フレキシブル基板であり、
   　前記筐体（３０）は、前記フレキシブル基板（２４）を内面に沿って配置させるガイド部（３４）を有し、
   　前記フレキシブル基板（２４）における前記回路部（２８）の実装面と反対の面のうち、少なくとも前記回路部（２８）の実装部位に対応する部分が、前記筐体（３０）の内面に接触していることを特徴とする請求項１～３いずれか１項に記載の車載用アンテナ装置。

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