JP2006325110A - 平面アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価に製造でき小型化も容易な平面アンテナ装置を提供すること。
【解決手段】 車両の窓ガラス１の車室側の表面１ａに設けられた放射導体層２と、放射導体層２の縁部に設けられたコンデンサ電極部３と、回路基板４の片面に設けられ放射導体層２と空気層を介して対向する接地導体層７と、回路基板４を収納保持して窓ガラス１に取り付けられた金属板製のブラケット５とを備えた平面アンテナ装置であって、ブラケット５の側壁部５ｃをコンデンサ電極部３の外方に配置して対向させ、側壁部５ｃとコンデンサ電極部３とを容量結合させることにより、アンテナ装置全体の小型化を図るようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明はパッチアンテナ構造の小型の平面アンテナ装置に係り、特に、車載用として好適な平面アンテナ装置に関する。

近年、ＥＴＣ（自動料金収受システム）用アンテナやＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナ等の車載用小型アンテナ装置の需要が急速に高まっている。この種のアンテナ装置としては、ＥＴＣやＧＰＳで使用される円偏波に対応させることが容易なパッチアンテナ構造の平面アンテナ装置が広く採用されている。

車載用として公知な従来の平面アンテナ装置は、一般的に、上面に放射導体層を設けた誘電体基板と、この誘電体基板が搭載される上面側に接地導体層を設けて下面側に電子回路部を配設した回路基板と、この回路基板に取り付けられて電子回路部を覆う金属板製のシールドケースとを備えており、誘電体基板および回路基板を貫通する給電ピンによって放射導体層と電子回路部とが電気的に接続されている（例えば、特許文献１参照）。かかる従来の平面アンテナ装置は、電子回路部が同軸ケーブル等を介して外部回路と電気的に接続されているので、給電ピンによる給電によって放射導体層を励振することにより、所定周波数帯の円偏波あるいは直線偏波の受信や送信が行えるようになっている。また、電子回路部がシールドケースに覆われて電磁的にシールドされているため、不所望な外来電波によるノイズの影響を受けにくくなっており、この電子回路部に低雑音増幅回路を設ければＧＰＳ等における微弱電波の受信に好適となる。さらに、放射導体層と接地導体層との間に誘電体基板が介在する構成になっていることから、この誘電体基板の波長短縮効果によって小型化が促進しやすくなっている。
特開２００４−８８４４４号公報（第２−３頁、図５）

ところで、前述した従来の平面アンテナ装置では、小型化を図るために放射導体層と接地導体層との間に比較的高価な誘電体基板を介在させているため、部品コストが嵩んで安価に製造することが困難であるという問題があった。また、この種の平面アンテナ装置を車両の窓ガラスに設置する場合には、視界を極力妨げないようにするため、一層の小型化が要望されている。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、安価に製造でき小型化も容易な平面アンテナ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による平面アンテナ装置では、取付対象機器のガラス面に設けられた放射導体層と、この放射導体層の縁部に連続する金属片で前記ガラス面に対して略直角に配置されたコンデンサ電極部と、前記放射導体層と空気層を介して対向する接地導体層と、この接地導体層を収納保持して前記ガラス面に取り付けられた金属板製のブラケットとを備え、前記接地導体層と前記ブラケットとを電気的に接続すると共に、このブラケットの側壁部を前記コンデンサ電極部の外方に配置して対向させることにより、これらブラケットの側壁部とコンデンサ電極部とを容量結合させる構成とした。

このように構成された平面アンテナ装置は、車両の窓ガラス等の表面（ガラス面）に放射導体層が設けられるので、誘電体であるガラス板の波長短縮効果が利用でき、そのため専用の誘電体基板を省略して部品コストを抑えても相応の小型化が見込める。しかも、放射導体層の縁部に連続するコンデンサ電極部と、電気的にグラウンドとして動作するブラケットの側壁部とを容量結合させることによって、放射導体層の共振周波数を下げることができるので、この点でも小型化に有利である。それゆえ、この平面アンテナ装置は小型化が容易であり、車両の窓ガラスに設置しても視界を妨げる虞が少ない。

上記の構成において、放射導体層はガラス面に印刷されたものであっても良いが、放射導体層が金属板からなると共に、この金属板の縁部から外方へ延出する金属片を略直角に折り曲げてコンデンサ電極部となす板金構造を採用した場合には、部品点数を削減できて製造工程も簡素化されるため、小型の平面アンテナ装置を極めて安価に製造することが可能となる。この場合において、放射導体層用の金属板の一部を切り起こして形成した折曲片を給電導体（給電ピン）となし、この給電導体を介して放射導体層が給電されるようにしてあると、部品点数を更に削減できて製造工程が一層簡素化されるため、コストダウンが促進できる。

また、上記の構成において、放射導体層に対向して配置される接地導体層を片面に設けて他面に電子回路部を設けた回路基板を備え、この回路基板がブラケットに収納保持されるようにしてあると、放射導体層の給電点と回路基板の電子回路部とを給電導体で連結するという信頼性の高い給電構造が採用できるため好ましい。この場合において、電子回路部に低雑音増幅回路が含まれていると、この低雑音増幅回路を金属板製のブラケットによって電磁的にシールドすることができるため、ＧＰＳ等の微弱電波の受信に好適となる。

また、上記の構成において、放射導体層が設けられるガラス面が車両の窓ガラスの車室側の表面であれば、平面アンテナ装置が車室内に設置できて邪魔にもならないため好ましい。

本発明の平面アンテナ装置は、車両の窓ガラス等の表面に放射導体層を設けることによって専用の誘電体基板が省略できると共に、放射導体層の縁部に設けられたコンデンサ電極部とブラケットの側壁部とを容量結合させて共振周波数を下げることができるので、小型化が容易で部品コストも抑えられる。特に、放射導体層が金属板でその縁部から外方へ延出する金属片を略直角に折り曲げてコンデンサ電極部となす板金構造を採用した場合には、部品点数を削減できて製造工程も簡素化されるため、小型の平面アンテナ装置を極めて安価に製造することが可能となる。また、この平面アンテナ装置は窓ガラス等のガラス面に取り付けた状態で使用されるため、車室内等においても設置スペースの制約が少なくて邪魔にならないという利点がある。

発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図、図２は該アンテナ装置の分解斜視図、図３は該アンテナ装置の正面図である。ただし、図３においてガラス板は図示省略してある。

これらの図に示す平面アンテナ装置は、例えばＧＰＳ用アンテナとして好適な車載用の円偏波アンテナであって、車両のフロントガラス等の窓ガラス（ガラス板）に設置して使用される。この平面アンテナ装置は、車両の窓ガラス１の車室側の表面１ａに接着等により固定された良導電性の金属平板からなる放射導体層（放射導体板）２と、この放射導体層２の縁部４箇所に設けられたコンデンサ電極部３と、放射導体層２と所定の間隔を存して対向する位置に配置された回路基板４と、この回路基板４を収納保持して窓ガラス１の表面１ａに取り付けられた金属板製のブラケット５とによって主に構成されており、放射導体層２の給電点には給電導体（給電ピン）６が設けられている。また、回路基板４の両面のうち、放射導体層２と対向する側の面には銅箔等からなる接地導体層７が設けられており、逆側の面には低雑音増幅回路を含む電子回路部８が設けられている。

放射導体層２は四隅２箇所が切り欠かれた略正方形に形成されており、これら一対の切欠き部分を縮退分離素子２ａとなし、互いに直交する対角線方向の電界モードに９０度の位相差を生じさせることにより、１点給電で円偏波が放射できるようになっている。コンデンサ電極部３は放射導体層２を窓ガラス１に対して略直角に折り曲げてブラケット５の側壁部５ｃと至近距離で対向させたものであって、放射導体層２の四辺の中央部にそれぞれコンデンサ電極部３が配設されている。つまり、これらのコンデンサ電極部３は、放射導体層２を形成している金属平板の縁部のうち、前記対角線に対して４５度の角度をなす２本の二等分線の両端部分において、外方へ延出する金属片を略直角に折り曲げたものである。また、給電導体６は放射導体層２を形成している金属平板の一部を切り起こして形成した折曲片であって、この給電導体６の先端部は回路基板４を貫通して電子回路部８に半田付けされている。

接地導体層７は回路基板４の片面のほぼ全面に設けられており、接地導体層７は空気層を介して放射導体層２と対向している。この接地導体層７は放射導体層２よりも若干大径であるが、給電導体６と対応する箇所は逃げ部７ａ（図２参照）となっているため、接地導体層７と給電導体６は非接触に保たれている。また、回路基板４の他面に設けられた電子回路部８は図示せぬ同軸ケーブルの内部導体を介して受信回路等の外部回路に接続されており、この電子回路部８は各種の電子部品を搭載した低雑音増幅回路を含んでいるため、ＧＰＳ等の微弱電波の受信に好適である。

ブラケット５は、金属板のプレス加工等によって有底の箱状体５ａに鍔部５ｂを付設した形状に成形されており、箱状体５ａの内部に回路基板４が保持されている。鍔部５ｂは箱状体５ａの開口端の周囲に全周に亘って設けられており、図１と図３に示すように、放射導体層２を包囲するように配置した鍔部５ｂを接着等の適宜手段で窓ガラス１の表面１ａに取り付けることによって、ブラケット５は箱状体５ａの各側壁部５ｃをそれぞれコンデンサ電極部３と至近距離で対向させた状態で窓ガラス１に固定されている。このブラケット５は接地導体層７と導通されており、両者５，７は図示せぬ同軸ケーブルの外部導体を介してグラウンドに接続されている。したがって、放射導体層２の縁部に設けられている各コンデンサ電極部３とブラケット５の側壁部５ｃとの間には、給電時に付加容量が発生する。また、低雑音増幅回路を含む電子回路部８がブラケット５に覆われて電磁的にシールドされた状態になっているため、不所望な外来電波によるノイズの影響を受けにくくなっている。

このように本実施形態例に係る平面アンテナ装置は、放射導体層２を車両の窓ガラス１の表面１ａに設けるというものなので、誘電体であるガラス板（窓ガラス１）の波長短縮効果を利用した小型化が見込める。また、この放射導体層２の縁部に連続するコンデンサ電極部３が、電気的にグラウンドとして動作するブラケット５の側壁部５ｃと容量結合されるため、放射導体層２の共振周波数を下げることができ、この点からも小型化に有利である。したがって、この平面アンテナ装置は、高価な誘電体基板を省略して部品コストを抑えた構成でありながら小型化が容易であり、車両の窓ガラス１に設置しても視界を妨げる虞が少ない。なお、この平面アンテナ装置は窓ガラス１に取り付けた状態で使用されるため、車室内において設置スペースの制約が少なく、ダッシュボード等の上に設置するタイプのものに比べて邪魔にならないという利点もある。

また、本実施形態例に係る平面アンテナ装置では、放射導体層２が金属平板からなると共に、この金属平板の縁部から外方へ延出する金属片を折り曲げてコンデンサ電極部３となし、かつ、金属平板の一部を切り起こして給電導体６となしているため、放射導体層２と各コンデンサ電極部３と給電導体６とがプレス加工により一括して形成でき、大幅なコストダウンが実現できる。つまり、このように板金構造のアンテナ素子を採用すると、部品点数を削減できて製造工程も簡素化されるため、極めて安価にアンテナ装置を製造することができる。

なお、放射導体層が金属平板でなくても、ガラス面に銀ペースト等の導電材料を印刷して放射導体層となし、この放射導体層の縁部に金属片からなるコンデンサ電極部を半田付けすれば、上記した実施形態例と同様の小型化を図ることはできる。また、ＥＴＣ用アンテナなどの場合は、低雑音増幅回路を省略してブラケットを薄型化することができる。さらにまた、本発明は円偏波アンテナに限らず直線偏波アンテナにも適用可能である。

本発明の実施形態例に係る平面アンテナ装置の断面図である。 該アンテナ装置の分解斜視図である。 該アンテナ装置の正面図である。

符号の説明

１ 窓ガラス（ガラス板）
１ａ 表面（ガラス面）
２ 放射導体層
３ コンデンサ電極部
４ 回路基板
５ ブラケット
５ｂ 鍔部
５ｃ 側壁部
６ 給電導体（給電ピン）
７ 接地導体層
８ 電子回路部

Claims (6)

1. 取付対象機器のガラス面に設けられた放射導体層と、この放射導体層の縁部に連続する金属片で前記ガラス面に対して略直角に配置されたコンデンサ電極部と、前記放射導体層と空気層を介して対向する接地導体層と、この接地導体層を収納保持して前記ガラス面に取り付けられた金属板製のブラケットとを備え、前記接地導体層と前記ブラケットとを電気的に接続すると共に、このブラケットの側壁部を前記コンデンサ電極部の外方に配置して対向させることにより、これらブラケットの側壁部とコンデンサ電極部とを容量結合させたことを特徴とする平面アンテナ装置。
2. 請求項１の記載において、前記放射導体層が金属板からなると共に、この金属板の縁部から外方へ延出する金属片を略直角に折り曲げて前記コンデンサ電極部となしたことを特徴とする平面アンテナ装置。
3. 請求項２の記載において、前記金属板の一部を切り起こして形成した折曲片を給電導体となし、この給電導体を介して前記放射導体層が給電されるようにしたことを特徴とする平面アンテナ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の記載において、片面に前記接地導体層を設けて他面に電子回路部を設けた回路基板を備え、この回路基板が前記ブラケットに収納保持されていることを特徴とする平面アンテナ装置。
5. 請求項４の記載において、前記電子回路部に低雑音増幅回路が含まれていることを特徴とする平面アンテナ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記ガラス面が車両の窓ガラスの車室側の表面であることを特徴とする平面アンテナ装置。

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