WO2020153428A1 - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

無線通信装置（１）は、アンテナ基板（６）上に形成されたパッチアンテナ（７）と、アンテナ（７）に接続され、無線通信を行うためのＮＡＤ（３）と、ＮＡＤ（３）を内部に収容するシールドケース（５）とを備え、アンテナ基板（３）をシールドケース（５）に熱的に接するように配置する。

Description

無線通信装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１９年１月２５日に出願された日本出願番号２０１９－１１１６３号，及び２０２０年１月２１日に出願された日本出願番号２０２０－７５２８号に基づくもので、ここにそれらの記載内容を援用する。

　例えば車両等に搭載され、アンテナを介して無線通信を行う装置は、通信処理を行うことで発熱する部分を有している。放熱を行うには、熱源を熱容量が大きい部材に接触させて熱伝導を行うことが一般的である。

特開２０１６－４５３９９号公報 特開２０１７－４６２１５号公報

　しかしながら、車両に搭載されるような通信装置は、スペースの制約があるため小型化が要請される。一般に、装置の設計手順では機能部品の配置が先行して行われ、放熱対策はその後に行われることが多い。すると、熱伝導部材や放熱部材を後から追加することになり、それらを追加する部位によっては、製品サイズの拡大を検討する必要が生じてしまう。

　本開示の無線通信装置は、アンテナ基板上に形成されたアンテナと、そのアンテナに接続され、無線通信を行うための通信モジュールと、この通信モジュールを内部に収容するシールドケースとを備える。そして、アンテナ基板はシールドケースに熱的に接して配置されている。このように構成すれば、通信モジュールが通信処理を行うことで発生した熱は、シールドケースを介してアンテナ基板に伝達される。したがって、アンテナ基板及びアンテナを放熱に寄与させることができる。そして、アンテナ基板とシールドケースとが積層されることで、効率的に立体構造を形成して無線通信装置を小型に構成できる。

　また、本開示の無線通信装置は、アンテナを熱伝導性が良いセラミックアンテナとすることで、放熱効率をより向上させることができる。

　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、
図１は、第１実施形態において、無線通信装置の構成を模式的に示す側面図であり、 図２は、通信モジュールの平面図であり、 図３は、従来の車両における無線通信装置及びアンテナの配置状態を中心に示す図であり、 図４は、本実施形態の車両における無線通信装置及びアンテナの配置状態を中心に示す図であり、 図５は、第２実施形態において、無線通信装置の構成を示す側面図であり、 図６は、図２のＡ－Ａ断面相当図であり、 図７は、第３実施形態において、無線通信装置の構成を模式的に示す側面図であり、 図８は、第４実施形態において、第２実施形態のパッチアンテナに替えて用いる逆Ｆアンテナを示す斜視図であり、 図９は、第５実施形態において、第２実施形態のパッチアンテナに替えて用いるモノポールアンテナを示す斜視図であり、 図１０は、第６実施形態において、第２実施形態のパッチアンテナに替えて用いるパターンアンテナを示す正面図であり、 図１１は、第７実施形態において、第２実施形態のパッチアンテナに替えて用いる誘電体保持アンテナを示す斜視図である。

　　（第１実施形態）
　図１に示すように、本実施形態の無線通信装置１は例えば車両に搭載されるもので、基板２の上に通信モジュールに相当するＮＡＤ（Network Access Device）３を含む通信ユニット４が構成されている。ＮＡＤ３は、金属製のシールドケース５の内部に収容されており、シールドケース５の上方には、アンテナ基板６及びパッチアンテナ７からなるアンテナ部８が配置されている。パッチアンテナ７は例えばセラミックアンテナであり、ＧＰＳ（Global Positioning System）用の無線通信に使用される。

　図２に示すように、基板２には、その他ＮＡＤ３の周辺回路として、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１やバッテリバックアップマネージャ１２，電解コンデンサ１３，同軸用コネクタ１４，電話用アンテナ１５，ＣＡＮ（登録商標）トランシーバ１６，ＢＬＥ（Bluetooth Low Energy: 登録商標）ユニット１７，コンデンサ１８，ＢＬＥ及び車々間通信であるＶ２Ｘ用のアンテナ１９，ダイプレクサ２０や、ここでは図示しないＬＮＡ（Low Noise Amp）等が実装されている。

　シールドケース５は、ＮＡＤ３の回路グランドに接続されている。アンテナ基板６にはアンテナ側のグランドが配置されており、アンテナ基板６とシールドケース５とが電気的に接続されることで、アンテナ側のグランドとＮＡＤ３の回路グランドとが接続されている。また、それに伴い、アンテナ基板６とシールドケース５とは熱的にも接続されており、ＮＡＤ３が通信処理を行うことで発生した熱は、回路グランド→シールドケース５→
アンテナ基板６→アンテナ側グランド→パッチアンテナ７，という経路で伝達されて放熱される。無線通信装置１は、例えば車両のルーフ上に配置される図示しないシャークフィンの内部に収容される。

　図３に示すように、従来構成では、車両のインストルメントパネル内にＣＣＵ（Center Console Unit）２１が配置されており、車両のフロント側に配置されたＧＰＳ及び電話通信用のアンテナ２２と、車両のリア側に配置されたもう１つの電話通信用のアンテナ２３と、ＴＣＵ：通信ユニット２４との間を相互に接続する配線ケーブルが複数必要であった。これに対して図４に示すように、本実施形態の無線通信装置１では、電話用アンテナ１５並びにＢＬＥ及びＶ２Ｘ用のアンテナ１９が搭載された通信ユニット４とパッチアンテナ７とが一体に構成されているので、ＣＣＵ２１との接続は単一の配線ケーブル２５のみで行えば良くなる。

　以上のように本実施形態によれば、無線通信装置１は、アンテナ基板６上に形成されたパッチアンテナ７と、アンテナ７に接続され、無線通信を行うためのＮＡＤ３と、ＮＡＤ３を内部に収容するシールドケース５とを備える。そして、アンテナ基板３をシールドケース５に熱的に接するように配置した。

　これにより、ＮＡＤ３が通信処理を行うことで発生した熱は、シールドケース５を介してアンテナ基板６に伝達されるので、アンテナ基板６及びパッチアンテナ７を放熱に寄与させることができる。そして、アンテナ基板６とシールドケース５とが積層されることで、効率的に立体構造を形成して無線通信装置１を小型に構成できる。また、パッチアンテナ７を熱伝導性が良いセラミックアンテナとしたので、放熱効率をより向上させることができる。

　　（第２実施形態）
　以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図５及び図６に示すように、第２実施形態の無線通信装置３１は、アンテナ基板６に替わるアンテナ基板３２を金属製のアンテナ用シールド３３の内部に収容しており、アンテナ用シールド３３は、アンテナ側のグランドに接続されている。そして、アンテナ用シールド３３がシールドケース５に電気的及び熱的に接している。尚、アンテナ基板３２については、図２では内部に収容されていることを示す（）付きの符号で示している。

　図５に示すように、基板２の裏面には、それぞれケーブル接続用，アンテナ接続用のコネクタ３４，３５や、Bluetooth（登録商標）用のユニット３６が実装されている。それらの下方に２点鎖線で示すのが車両のルーフ天蓋のラインである。

　図６は、図２のＡ－Ａ断面の一部に相当するが、第１実施形態の構成では、アンテナ用シールド３３を備えていない。図６に示すように、アンテナ基板３２には、パッチアンテナ７が配置されている面の裏面側に複数のＬＮＡ３７が実装されている。

　以上のように第２実施形態によれば、アンテナ基板３２がシールドケース５と対向する面側に配置されるアンテナ用シールド３３を備えたので、放熱をより効率的に行うことができる。

　　（第３実施形態）
　図７に示すように、第３実施形態の無線通信装置４１は、第２実施形態の構成において、アンテナ用シールド３３とシールドケース５との間に熱伝導部材に相当する熱電導シート４２を配置している。これにより、シールドケース５からアンテナ用シールド３３への熱伝導率をより向上させる。

　　（第４実施形態）
　以下に示す第４～第７実施形態は、第２実施形態の無線通信装置３１におけるパッチアンテナ７を、異なる構成のアンテナに置き換えた場合を示す。図８に示す第４実施形態では、逆Ｆアンテナ５１を用いる。逆Ｆアンテナ５１は周知のように、矩形状の接地導体板であるアンテナシールド５２に、「逆Ｆ」字形のアンテナ素子５３を接続した構成である。アンテナシールド５２は、逆Ｆアンテナ５１のグランドでもある。

　アンテナ素子５３は、一端がアンテナシールド５２に垂直に接続される接続導体板５３ａと、その他端より直角に折れ曲って延設され、間に矩形状の切欠き部を挟む第１，第２放射導体板５３ｂ，５３ｃと、一端がアンテナシールド５２の裏面側にある給電点に接続され、アンテナシールド５２の孔に挿通されて他端が第１放射導体板５３ｂに接続される給電ピン５３ｄとを備える。そして、アンテナシールド５２がシールドケース５に電気的に接続される。

　　（第５実施形態）
　図９に示す第５実施形態では、モノポールアンテナ５４を用いる。モノポールアンテナ５４も周知のように、矩形状の接地導体板であるアンテナシールド５５と、棒状のアンテナ素子５６とで構成される。アンテナシールド５５は、アンテナ５４のグランドでもある。アンテナ素子５６は、一端がアンテナシールド５５の裏面側に給電点に接続され、他端側がアンテナシールド５５の孔を介してアンテナシールド５５の表面側に突き出されている。そして、アンテナシールド５５がシールドケース５に電気的に接続される。

　　（第６実施形態）
　図１０に示す第６実施形態では、パターンアンテナ５７を用いる。パターンアンテナ５７は、平面状の接地導体板であるアンテナシールド５８に立設されたアンテナ基板５９の一面に、例えば銅等の金属材料のパターン６０，６１を配置して形成されている。アンテナ基板５９は、例えばＦＲ４等のガラスエポキシ樹脂である。アンテナパターン６０は、一端がアンテナシールド５８に接する線状のパターン６０ａと、そのパターン６０ａの他端から図中上方に向けて扇状に広がるパターン６０ｂとを有している。

　フットパターン６１ａ，６１ｂは、アンテナ基板５９の下辺側に、パターン６０ａを間に挟んで両側に配置されており、これらもアンテナシールド５８に例えばはんだ付け等により接続されている。そして、フットパターン６１ａとパターン６０ａとの間に信号源６２が接続されている。アンテナシールド５８は、パターンアンテナ５７のグランドでもあり、シールドケース５に電気的に接続される。

　　（第７実施形態）
　図１１に示す第７実施形態では、誘電体保持アンテナ６３を用いる。誘電体保持アンテナ６３は、長方形状の接地導体板であるアンテナシールド６４に、長方形状の誘電体６５と略長方形状のアンテナ素子６６とを積層して構成されている。誘電体６５は、例えばＡＢＳ樹脂やポリカーボネートなどである。アンテナ素子６６の一端側は、誘電体６５の一端側から図中下方に延びてアンテナシールド６４に接続されている。

　アンテナシールド６４は、誘電体保持アンテナ６３のグランドでもあり、シールドケース５に電気的に接続される。アンテナシールド６４には、図示しないビスによりシールドケース５に接続固定するための複数のビス穴６４ａが形成されている。また、アンテナ素子６６には、同じくビスにより誘電体６５に接続固定するための複数のビス穴６６ａが形成されている。誘電体保持アンテナ６３は、熱容量が比較的大きい誘電体６５を有しているので、ＮＡＤ３が通信処理を行うことで発生した熱をより効率的に放熱させることができる。

　　（その他の実施形態）
　パッチアンテナ７は、セラミックアンテナに限ることはない。
　通信モジュールは、ＮＡＤ３に限ることはない。また、ＮＡＤ３の周辺回路についても、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
　第２実施形態において、ＬＮＡ３４をパッチアンテナ７と同じ面に実装しても良い。また、ファン３５は必要に応じて設ければ良い。
　無線通信装置は、車両に搭載されるものに限らない。
　第１，第３実施形態の構成に、第４～第７実施形態の各アンテナを適用しても良い。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。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。

Claims (9)

1. 　アンテナ基板（６，３２）上に形成されたアンテナ（７，５１，５４，５７，６３）と、
   　前記アンテナに接続され、無線通信を行うための通信モジュール（３）と、
   　この通信モジュールを内部に収容するシールドケース（５）とを備え、
   　前記アンテナ基板は、前記シールドケースに熱的に接して配置されている無線通信装置。
2. 　前記アンテナ基板（３２）が前記シールドケースと対向する面側に配置されるアンテナ用シールド（３３，５２，５５，５８，６４）を備える請求項１記載の無線通信装置。
3. 　前記アンテナ用シールドと前記シールドケースとの間に配置される熱伝導部材（４２）を備える請求項２記載の無線通信装置。
4. 　前記アンテナ用シールドは、前記アンテナ基板のグランドに接続されており、
   　前記シールドケースは、前記アンテナ用シールドに電気的に接続されている請求項２又は３記載の無線通信装置。
5. 　前記アンテナ（７）は、セラミックアンテナである請求項１から４の何れか一項に記載の無線通信装置。
6. 　前記アンテナ（５１）は、逆Ｆアンテナである請求項１から４の何れか一項に記載の無線通信装置。
7. 　前記アンテナ（５４）は、モノポールアンテナである請求項１から４の何れか一項に記載の無線通信装置。
8. 　前記アンテナ（５７）は、アンテナ基板（５９）上に金属材料のパターンを配置してなるパターンアンテナである請求項１から４の何れか一項に記載の無線通信装置。
9. 　前記アンテナ（６３）は、誘電体保持アンテナである請求項１から４の何れか一項に記載の無線通信装置。

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