JP2004320431A - 平面アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】誘電体1の一面に基板4を設置する平面アンテナ装置であって、基板4が設置される面に凹部2を有すると共に、その凹部2の露出面にシールド部材3を備える。基板4は、誘電体1への設置面に、回路部品7bを実装する回路パターン部6a及び、誘電体1への設置面とは反対の面に、少なくとも一箇所で接続される外側の放射電極部6bと内側の回路接地電極部6aとを備える。基板4に回路パターン部6aを介して実装された回路部品7bを誘電体1に設けた凹部2に収納するように基板4を誘電体1に取り外し可能な両面(粘着)テープなどの接合部材にて設置し、シールド部材3と回路接地電極部6aとを所定のピッチで電気的に接続する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は平面アンテナ装置に関するものである。本発明による平面アンテナ装置は、例えば準マイクロ波を利用した衛星‐車両間通信用のGPS(グローバル・ポジショニング・システム)アンテナとして好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、車載用GPS(グローバル・ポジショニング・システム)用のアンテナとしては、マイクロストリップアンテナの利用が考えられ、その一種として平面アンテナ装置がある。
【0003】
以下に従来の平面アンテナ装置について説明する。図10は、特許文献1に記載されている平面アンテナ装置100の構成を示す断面図である。この平面アンテナ装置100は、誘電体101の上面に形成される導電性部材からなる放射電極部102と底面に形成される導電性部材からなる接地電極部104とを備える。誘電体101の底面の一部に段差部103(103a,103b)が形成され、この段差部103(103a,103b)には、放射電極部102と給電線路108によって電気的に接続されるものであって、回路素子106を搭載したプリント基板107からなる回路部105が収容される。更に、段差部103(103a,103b)を密閉するための蓋部109を備えている。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−64636号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図10に示す従来技術では、放射電極102を誘電体101の一方の面に直接形成するものであり、通常、導電性部材を放射電極部102として機能させるためには、導電性部材を誘電体101上に形成した後に、トリミングして共振周波数を使用する周波数に合わせるように導電性部材の大きさや形状等を調整する必要がある。この調整が失敗した場合は、導電性部材が誘電体101に固着されているため誘電体101等は破棄するしかなく、誘電体100は高価な部材であるため開発コストが高くなるという問題があった。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、放射電極の大きさや形状等の調整が失敗した場合でも、誘電体を破棄することなく不具合を解消可能な構造を有する平面アンテナ装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、電波を受信するアンテナとして機能する放射電極部を有する平面アンテナ装置において、誘電体と、誘電体の一面に配置された基板と、基板上に設けられた導電性部材を備え、放射電極部を導電性部材より構成したことを特徴とするものである。
【0008】
これによれば、導電性部材からなる放射電極部を基板上に形成するため、放射電極部の大きさや形状等の調整を失敗した場合でも、高価な誘電体を破棄するのに比べ、放射電極部を形成する基板は安価であるため、開発コストを安くすることができる。
【0009】
また、請求項2に記載の発明では、基板は誘電体より取り外し可能な状態で前記誘電体の一面に配置されてなることを特徴とするものである。これによれば、放射電極部の大きさや形状等の調整を失敗した場合でも、導電性部材からなる放射電極部を形成した基板を取り外すことができるため、安価な基板を取り外して新たな基板で再度調整を行うことができる。
【0010】
また、請求項3記載の発明では、放射電極部により受信した電波を処理する回路部を有し、導電性部材における外側領域を放射電極部として設定すると共に、外側領域より内側の内側領域を回路部の回路接地電極部として設定することを特徴とするものである。これによれば、導電性部材の一部を回路接地電極部として使用するため、別途、回路部の接地電極を設ける必要がなくコストを安くすることができる。
【0011】
また、請求項4に記載の発明では、導電性部材における放射電極部と回路接地電極部を少なくとも一箇所で電気的に接続し、受信信号は、この回路接地電極部を介して外部へ出力するようにすればよい。
【0012】
また、請求項5に記載の発明では、外側領域は高周波電流の集中する箇所となる領域であることを特徴とするものである。これによれば、平面アンテナ装置として必要な箇所のみを放射電極部として使用し、平面アンテナ装置として必要ない箇所は回路接地電極部として使用するため、放射電極部のスペースを有効利用できる。
【0013】
また、請求項6に記載の発明では、回路部は基板の導電性部材を設けた面とは反対の面に設けられ、誘電体には凹部が設けられ、凹部に回路部が収納された状態で基板が誘電体の一面に設置されてなることを特徴とするものである。これによれば、放射電極部と回路接地電極部と回路接地電極部に電気的に接続された回路部とを備えた基板を誘電体に実装するだけで良いため製造が容易になる。
【0014】
また、請求項7に記載の発明では、凹部には第1シールド部材が形成され、第1シールド部材と回路接地電極部が回路部を取り囲むように所定のピッチで電気的に接続することを特徴とするものである。これによれば、回路部からの不要輻射を低減すると共に、回路部に対する干渉波を低減できる。
【0015】
また、請求項8に記載の発明では、基板は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とするものである。これによれば、基板の厚みを0.3mm程度まで薄くできるため
また、請求項9に記載の発明では、基板は、熱可塑性樹脂からなる多層基板より構成されるものであって、多層基板に回路部が内蔵され、回路部は多層基板に設けられたビアホールを介して回路接地電極部と電気的に接続されることを特徴とするものである。これによれば、誘電体に実装する基板に回路部を配置できるため、高価な誘電体に凹部を設ける必要がない。
【0016】
また、請求項10に記載の発明では、多層基板には第2シールド部材が内蔵され、第2シールド部材と回路接地電極部が回路部を取り囲むように所定のピッチで電気的に接続することを特徴とするものである。これによれば、回路部からの不要輻射を低減すると共に、回路部に対する干渉波を低減できる。
【0017】
例えば、請求項11に示すように、受信信号は、誘電体の基板が設けられる一面とは反対の面に給電部材を備え、この給電部材を介して外部へ出力するようにすればよい。
【0018】
また、請求項12に記載の発明では、誘電体の側面側から内蔵される給電部材を備え、放射電極部の受信信号を給電部材を介して外部へ出力することを特徴とするものである。これによれば、誘電体内部であり放射電極部に平行に給電部材を備えることができ、平面アンテナ装置全体の厚みを給電部材の厚み分だけ薄くできる。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1乃至図6を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態における平面アンテナ装置の斜視図である。図2は本発明の第1実施形態における平面アンテナ装置の断面図、図3は本発明の第1実施形態における平面アンテナ装置の表面側平面図、図4は本発明の第1実施形態における平面アンテナ装置の裏面側平面図、図5は本発明の第1実施形態における平面アンテナ装置の基板の断面図、図6は本発明の第1実施形態における回路ブロック図である。
【0020】
20は平面アンテナ装置である。平面アンテナ装置20は、アンテナ素子部30をレドーム19内に収納し、このアンテナ素子部30とレドーム19とをブラケット18に固定する。従って平面アンテナ装置は、ブラケット18を介して任意の場所に配置される。
【0021】
アンテナ素子部30は、シールド部材3(本発明における第1シールド部材),接地電極部10を有する誘電体1と電極部6(回路接地電極部6a(GND電極部とも称する)、放射電極部6b(アンテナ部とも称する)),回路部7(回路パターン部7a、回路部品7b)を有する基板4とからなる。
【0022】
誘電体1は、図2に示すように一面に凹部2が形成され、この凹部2の露出面に回路シールド用のシールド部材3を有し、この凹部2の形成面(表面)とは反対側の面(裏面)には接地電極部10を有する。更に、誘電体1及びシールド部材3には、回路パターン部7aと電気的に接続する給電ピン12を組込むための穴が形成されている。
【0023】
また、誘電体1の材料としては、好ましくは高周波特性が良好で低損失なPPS(ポリフェニレンサルファイド:誘電率εr=20)を用いることにより、波長短縮効果によりアンテナ素子部の小型化が可能となる。
【0024】
基板4は、図5に示すように表面側には、回路接地電極部6aと放射電極部6bとを有し、裏面側には、回路部7(回路パターン部7a、回路部品7b)を有する。この回路接地電極部6aと回路部7(回路パターン部7a、回路部品7b)とは、基板4に設けられたビアホール8を介して電気的に接続される。また、基板4にはシールド部材3を貫通するためのスリット5が設けられている。
【0025】
基板4の材質としては、ガラス繊維を含有するエポキシ樹脂を用いることが一般的であるが、好ましくは、液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂を用いると良い。これにより、基板の厚みを0.3mm程度まで薄くできる。
【0026】
電極部6は、外側にアンテナ電極として機能する放射電極部6bと、内側に回路GNDとして機能する回路接地電極部6aとを有し、この放射電極部6bと回路接地電極部6aとは少なくとも1箇所で接続されている。
【0027】
基板4における表面側には回路接地電極部6aが設けられ、裏面側には回路パターン部7aが設けられ、回路部7は、回路パターン部7aと、この回路パターン部7a上に実装された回路部品7bからなる。
【0028】
回路部品7bは、図6に示すように、第1,第2増幅器、アンテナ整合回路,バイパスフィルタ、ノイズフィルタ等からなる。第1,第2増幅器は、放射電極部6bで受信した衛星からの電波を増幅するものである。アンテナ整合回路は、第1増幅器とアンテナのインピーダンスが異なる場合、信号の伝送損失が生じるため、アンテナのインピーダンスを第1増幅器のインピーダンス(通常50Ω)に変換するための整合回路である。バイパスフィルタは、アンテナ装置にとっては必要な周波数以外の信号は、妨害,干渉等の悪影響を及ぼすものであり、その不必要な周波数の信号を除去するためのフィルタである。ノイズフィルタは、増幅器用の電源に重畳されているさまざまなノイズを除去するための回路である。
【0029】
ここで本発明の平面アンテナ装置20の製造方法に関して説明する。誘電体1に関しては、所定形状の金型内部に凹状の金属からなるシールド部材3と導電性部材からなる接地電極部10を所定位置に設置した状態で、すなわちシールド部材3と接地電極部10とをインサート成形するように射出成形されるものである。この際に、接地電極部10は、基板4に設けられる電極部6と略同じ大きさの部材を用い、外側端部が揃う位置に配置される。更に、誘電体1及びシールド部材3には、回路部7の回路パターン部7aと電気的に接続する給電ピン12を組込むための穴が射出成形時、もしくは射出成形後に形成される。
【0030】
基板4に関しては、まず、基板4の表面に形成される放射電極部6bの回路接地電極部6aと基板の裏面に形成される回路パターン部7aとを層間接続するためのビアホール8を設けると共に、基板4に形成される回路接地電極部6aと誘電体1に形成されるシールド部材3とを電気的に接続するためのスリット5を設ける。
【0031】
次に、基板4の表面側に回路接地電極部aと放射電極部6bとを形成する。この放射電極部6bは、外側部(放射電極部6b)と、この外側部(放射電極部6b)とは少なくとも1箇所で接続される内側部(回路接地電極部6a)とからなるパターンを有するように、銅などの導電性部材をエッチングなどでパターニングする。その後、酸化防止のためのニッケルもしくは錫メッキを施す。なお、ビアホール8には、回路接地電極部6aと放射電極部6bの形成前もしくは形成後に、層間接続材料を充填しておく。
【0032】
次に、基板4の裏面側の回路部7を形成する。すなわち、まず表面側の回路接地電極部6aに対向する位置において、銅などの導電性部材を所定の形状にエッチングなどでパターニングすることにより回路パターン部7aを形成する。その後、周知の技術であるバンプなどを所定の位置に形成し、回路部品7bを実装する。
【0033】
次に、各構成部品の組付けについて説明する。まず、基板4の裏面側に実装された回路部品7bを誘電体1の凹部2に収納するように誘電体1と基板4が取り外し可能な両面(粘着)テープなど接合部材にて誘電体1に基板4を設置する。この設置に関しては、誘電体1と基板4とが嵌合可能な構造を設け、両者を互いに固定するようにしてもよい。その際に、誘電体1の接地電極部10から給電ピン12を組込み、この給電ピン12と回路パターン部7aとを電気的に接続する。回路接地電極部6aと放射電極部6b側では、図3に示すように、誘電体1の凹部2内に形成されたシールド部材3を基板4に設けられたスリット5に貫通させ、シールド部材3と回路接地電極部6aとを所定のピッチで半田接続する(半田9)。所定のピッチとは使用波長の1/20波長であり、GPSの場合では約10mm間隔にてDC的な接続が必要である。
【0034】
また、回路接地電極部6aとシールド部材3との接続方法の変形例として、スリット5を形成する代わりに、基板にビアホールを設けるようにしても良い。この場合、シールド部材3を回路パターン部7aに接続すると共に、ビアホールにて回路接地電極部6aと回路パターン部7aとを層間接続する。
【0035】
ここで、基板4に形成された回路接地電極部6a及び放射電極部6bの形成位置について更に詳しく説明する。図11は、図10に示す従来技術のような放射電極部102の形状(ベタ状)と同様の放射電極を有する平面アンテナ装置を試験的に作成して調べた、高周波電流の分布を示すものである。この図からわかるように、高周波電流分布は放射電極の端部に集中しており、放射電極の中央付近にはほとんど存在していない。説明のために、この中央付近の高周波電流がほとんど存在していない内側の領域をAとし、高周波電流の集中する箇所を含む外側の領域をBとする。
【0036】
領域Aに関しては、高周波電流がほとんど存在しておらず、平面アンテナ装置の放射電極としては機能しない不要な領域であり、平面アンテナ装置の放射電極としては、高周波電流の集中する箇所を含む領域Bがあれば充分である。よって、本発明では、平面アンテナ装置の放射電極としては不要な領域Aを回路接地電極部6aとして用い、高周波電流の集中する箇所を含む領域Bのみを放射電極部6として用いる。
【0037】
このようにして形成されたアンテナ素子部30は、接地電極部10側にて、同軸給電線13の中心導体14と給電ピン12及び、同軸給電線13の外導体16と接地電極部10とを半田接続(半田17)する。この同軸給電線13と接続されたアンテナ素子部30は、樹脂製のレドーム19内に収納された状態でブラケット18に固定され、移動体などに搭載される。また、平面アンテナ装置20は放射電極部6で受信した電波を、ビアホール8を介して回路部品7bへ入力し、回路部品7bで増幅等の処理を施された信号を給電部材11(給電ピン12及び同軸給電線13)を介して出力する。
【0038】
このように、導電性部材からなる放射電極部6bを基板4上に形成し、基板4を誘電体1から取り外し可能な構造にて基板4を誘電体1に設置するため、放射電極部6bの大きさや形状等の調整を失敗した場合でも、基板4のみを取り換えるだけですむため、高価な誘電体を破棄するのに比べ、放射電極部6bを形成する基板は安価であるため、開発コストを安くすることができる。また、導電性部材の一部をGND部として使用するため、別途、回路部品のGNDを設ける必要がなくコストを安くすることができる。更に、平面アンテナ装置20として必要な箇所のみを放射電極部6bとして使用し、平面アンテナ装置として必要ない箇所は回路接地電極部6aとして使用するため、放射電極部6のスペースを有効利用できる。
【0039】
また、誘電体1の一面(基板4が実装される面)に基板4に搭載される回路部品7bを収納する凹部2設けることにより、基板4を誘電体1に実装するだけで平面アンテナ装置を形成できるため、別途回路用のGNDを形成する必要がなく製造工程数が低減できる。
【0040】
また、誘電体1に設けた凹部2に、回路部7を取り囲むようにシールド部材3を形成し、回路接地電極部6aと所定のピッチで電気的に接続することにより、回路部7からの不要輻射を低減すると共に、回路部7に対する干渉波を低減できる。
【0041】
また、シールド部材3に、凹部2の開口部側端部が基板4を貫通する貫通部を設けることにより、基板4を誘電体1に実装するだけで、シールド部材3の開口部側端部が基板4の回路接地電極部6aと電気的に接続できる状態になるため製造が容易になる。
【0042】
また、基板4として、熱可塑性樹脂を用いることにより、基板の厚みを0.3mm程度まで薄くできるため平面アンテナ装置全体としても薄型化ができる。
【0043】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、図7及び図8を参照して説明する。なお、第1実施形態との共通部分についての詳しい説明は省略する。
【0044】
第1実施形態と本実施形態との相違点は、同軸給電線13の配置場所にある。第1実施形態における同軸給電線13は接地電極10とブラケット18との間に配置され、接地電極部10から放射電極6側に向かって給電ピン12を保持している。これに対して、本実施形態では、誘電体1の側面側から放射電極部と接地電極部との間に位置する部位に同軸給電線13を組込む構成としている。
このような本実施形態によれば、誘電体内部であり放射電極部に平行に給電部材を備えることができ、平面アンテナ装置全体の厚みを同軸給電線13の厚み分だけ薄くできる。
【0045】
(変形例)
変形例として、基板4を、熱可塑性樹脂からなる多層基板としてもよい。製造方法に関しては、複数の熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムを積層するものであり、樹脂フィルムに貫通孔を設けることによって回路部品7bを収納する空間部を形成する。この空間部の少なくとも1つの面に回路部品7bが電気的に接続される回路パターン7aを形成し、樹脂フィルムを積層する際に回路部品7bを空間部に配置すると共に、空間部の開口部側(上面)にも樹脂フィルムを積層する。また、積層された樹脂フィルムの最上部の表面側には、回路接地電極部6a及び放射電極部6bを形成し、回路接地電極部6aと回路パターン7aはビアホールにて電気的に接続できるようにしておく。更に、回路部品7bの配置された空間部の周囲を囲うようにビアホール及び導電性パターンを形成し、ビアホールに関しては回路接地電極部6aに達するように形成しておく。
【0046】
このような空間部に回路部品7bを配置しつつ積層された樹脂フィルムを積層後加圧しつつ加熱して相互に接着することによって、回路パターン部7aは回路接地電極部6a及び回路部品7bと電気的に接続される。更に、回路部品7bの配置された空間部の周囲を囲うように形成されたビアホールと導電性パターンも相互に電気的に接続され、回路接地電極部6aと所定のピッチで半田接続することによってシールド部材(本発明における第2シールド部材)となる。なお、シールド部材に関しては、ビアホールと導電性パターンとで構成されるもの以外でも、所定形状の導電性部材を樹脂フィルムを貫通させて形成するものであっても良い。
【0047】
このように熱可塑性樹脂からなる多層基板に空間部を設け、その空間部内に回路部品7bを設ける共に、空間部の周囲をシールド部材で囲うことによって、高価な誘電体1に凹部2を設ける必要がなくなる。
【0048】
なお、本発明における平面アンテナ装置のアンテナ単品指向性を図9に示す。図9bから明らかなように、天頂方向(Z方向)において所望の+4dBicを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における平面アンテナ装置の斜視図である。
【図2】本発明の第1実施形態における平面アンテナ装置の断面図である。
【図3】本発明の第1実施形態における平面アンテナ装置の表面側平面図である。
【図4】本発明の第1実施形態における平面アンテナ装置の裏面側平面図である。
【図5】本発明の第1実施形態における平面アンテナ装置の基板の断面図である。
【図6】本発明における平面アンテナ装置の回路ブロック図である。
【図7】本発明の第2実施形態における平面アンテナ装置の斜視図である。
【図8】本発明の第2実施形態における平面アンテナ装置の断面図である。
【図9】本発明における平面アンテナ装置の指向性の説明図である。
【図10】従来技術における平面アンテナ装置の断面図である。
【図11】従来技術における放射電極と同形状の平面アンテナ装置における高周波電流分布図である。
【符号の説明】
1 誘電体、2 凹部、3 シールド部材、4 基板、5 スリット、6 放射電極部、6a 回路接地電極部、6b 放射電極部、7 回路部、7a 回路パターン部、7b 回路部品、8 ビアホール、9 半田接続部、10 接地電極、11 給電部材
Claims (12)
- 電波を受信するアンテナとして機能する放射電極部を有する平面アンテナ装置において、
誘電体と、該誘電体の一面に設置された基板と、該基板上に設けられた導電性部材を備え、
前記放射電極部を前記導電性部材より構成したことを特徴とする平面アンテナ装置。 - 前記基板は前記誘電体より取り外し可能な状態で前記誘電体の前記一面に配置されてなることを特徴とする請求項1に記載の平面アンテナ装置。
- 前記放射電極部により受信した電波を処理する回路部を有し、
前記導電性部材における外側領域を前記放射電極部として設定すると共に、該外側領域より内側の内側領域を前記回路部の回路接地電極部として設定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の平面アンテナ装置。 - 前記導電性部材における前記放射電極部と前記回路接地電極部を少なくとも一箇所で電気的に接続することを特徴とする請求項3に記載の平面アンテナ装置。
- 前記外側領域は高周波電流の集中する箇所となる領域であることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の平面アンテナ装置。
- 前記回路部は前記基板の前記導電性部材を設けた面とは反対の面に設けられ、
前記誘電体には凹部が設けられ、該凹部に前記回路部が収納された状態で前記基板が前記誘電体の前記一面に設置されてなることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれかに記載の平面アンテナ装置。 - 前記凹部には第1シールド部材が形成され、該第1シールド部材と前記回路接地電極部が前記回路部を取り囲むように所定のピッチで電気的に接続することを特徴とする請求項6に記載の平面アンテナ装置。
- 前記基板は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の平面アンテナ装置。
- 前記基板は、熱可塑性樹脂からなる多層基板より構成されるものであって、
該多層基板に前記回路部が内蔵され、該回路部は前記多層基板に設けられたビアホールを介して前記回路接地電極部と電気的に接続されることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の平面アンテナ装置。 - 前記多層基板には第2シールド部材が内蔵され、該第2シールド部材と前記回路接地電極部が前記回路部を取り囲むように所定のピッチで電気的に接続することを特徴とする請求項9に記載の平面アンテナ装置。
- 前記誘電体の前記基板が設けられる前記一面とは反対の面に給電部材を備え、
前記放射電極部の受信信号を前記給電部材を介して外部へ出力することを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の平面アンテナ装置。 - 前記誘電体の側面側から内蔵される給電部材を備え、
前記放射電極部の受信信号を前記給電部材を介して外部へ出力することを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の平面アンテナ装置。
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