JP2015088863A - 統合アンテナモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高さを抑制し、かつアンテナの特性の劣化を防止する。
【解決手段】統合アンテナモジュール（１）は、ＤＡＢアンテナ１７と、金属部材からの離隔を必要とする電話機アンテナ１３とを備える。両アンテナ（１７、１３）は、導体のモジュール基板（１１）の上に、平面視において重なり合うように、下からＤＡＢアンテナ１７、電話機アンテナ（１３）のように配置され、ＤＡＢアンテナ（１７）はモジュール基板（１１）をマッチング回路とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナを備えた統合アンテナモジュールに関する。

従来、複数種類のパッチアンテナ（平面アンテナ、マイクロストリップアンテナ）を組み合わせて一つのモジュールとした統合アンテナモジュールが知られている。例えば、特許文献１に記載されている統合アンテナモジュールでは、回路基板上にＧＰＳ（Global Positioning System）用のＧＰＳアンテナとＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）用のＥＴＣアンテナとが設けられている。

具体的には、ＧＰＳアンテナの中央部に開口部が形成され、その開口部の位置に、ＧＰＳアンテナよりも高さの低いＥＴＣアンテナが配置されている。また、ＧＰＳアンテナの脚部は、回路基板の接地導体層に接続され、かつＥＴＣアンテナを包囲するようになっている。

特開２００７−１５８９５７号公報（２００７年６月２１日公開）

統合アンテナモジュールとしては、特許文献１に記載のアンテナの組み合せの他、ＤＡＢ（Digital Audio Broadcast）用のＤＡＢアンテナなど、マッチング回路を必要とするアンテナ（以下、第１のアンテナと称する）と、電話機用の電話機アンテナなど、所望の特性を維持する上で、可能な限り金属部材から距離を置いて配置することが必要なアンテナ（以下、第２のアンテナと称する）がある。

一方、このような統合アンテナモジュールでは、小型化する上で、第１のアンテナと第２のアンテナとが平面視（上下方向）において重なるように配置される。この場合、第１のアンテナに必要なマッチング回路も同様に平面視（上下方向）において重なるように配置されるので、第２のアンテナは、金属部材である上記マッチング回路から距離を置いて配置する必要があり、配置位置が高くなる。このため、統合アンテナモジュールの高さが高くなるという問題点を有している。

したがって、本発明は、マッチング回路を必要とする第１のアンテナと金属部材から距離を置いて配置することが必要な第２のアンテナとを備えた構成において、高さを抑制でき、かつ第２のアンテナの特性の劣化を防止することができる統合アンテナモジュールの提供を目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明の統合アンテナモジュールは、マッチング回路を必要とする平面形状の第１のアンテナと、金属部材からの離隔を必要とする平面形状の第２のアンテナとを備える統合アンテナモジュールにおいて、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは、導体の基板の上に、前記基板上面に対する平面視において重なり合うように、前記基板に近い側に第１のアンテナが配置され、前記第１のアンテナの上に第２のアンテナが配置され、前記第１のアンテナは、前記基板をマッチング回路として使用することを特徴としている。

上記の構成によれば、第１のアンテナは、導体の基板をマッチング回路として使用するので、別途マッチング回路が不要となる。これにより、別途マッチング回路を設けた構成と比較して、金属部材からの離隔を必要とする第２のアンテナの配置位置を低くすることができ、この結果、モジュール全体としての高さを低く抑えることができる。

上記の統合アンテナモジュールにおいて、前記第１のアンテナは増幅回路を伴うものであり、前記第２のアンテナと前記基板との間の領域は、非配置領域となっており、前記増幅回路は、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナの周りにおける前記非配置領域以外の領域に配置されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、第１のアンテナに接続される増幅回路は、第１のアンテナおよび第２のアンテナの周りにおける非配置領域（第２のアンテナと基板との間の領域）以外の領域に配置されている。したがって、増幅回路を非配置領域に配置した構成と比較して、第１のアンテナの直下の領域に増幅回路および増幅回路上のシールド部材が存在しない分、金属部材によって特性に悪影響を受け易い第２のアンテナと金属部材との距離を確保し易くなる。この結果、第２のアンテナの高さを低くすることができ、アンテナモジュール全体としての高を低くすることができる。

なお、アンテナ素子（第１のアンテナおよび第２のアンテナ）と増幅回路とを比較した場合、増幅回路は、とくにＧＮＤ部分など、より多くの金属部分を含んでいる。したがって、増幅回路とアンテナ素子（第１のアンテナおよび第２のアンテナ）とは離して配置することが好ましい。このような構成により、従来の統合アンテナモジュールよりも小さな体積にて多くのアンテナを統合させることができる。

上記の統合アンテナモジュールは、増幅回路を伴う平面形状の第３のアンテナを備え、前記第３のアンテナと前記第２のアンテナとは、前記基板の上面の面方向に並べた状態に配置され、前記第３のアンテナおよび前記第２のアンテナと前記基板との間の領域は、非配置領域となっており、前記増幅回路は、前記第３のアンテナもしくは前記第２のアンテナの周りにおける前記非配置領域以外の領域に配置されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、第３のアンテナに接続される増幅回路は、第３のアンテナもしくは第２のアンテナの周りにおける、非配置領域（第３のアンテナおよび第２のアンテナと基板との間の領域）以外の領域に配置されている。したがって、増幅回路を非配置領域に配置した構成と比較して、第３のアンテナおよび第２のアンテナの直下の領域に増幅回路および増幅回路上のシールド部材が存在しない分、金属部材によって特性に悪影響を受け易い第２のアンテナと金属部材との距離を確保し易くなる。この結果、第３のアンテナおよび第２のアンテナの高さを低くすることができ、アンテナモジュール全体としての高を低くすることができる。

上記の統合アンテナモジュールにおいて、前記増幅回路は、前記第１のアンテナにおける側縁部の方向が長手方向となる形状に形成され、前記長手方向が前記側縁部の方向を向くように、前記基板の上面に配置されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、増幅回路は、第１のアンテナにおける側縁部の方向が長手方向となる形状、例えば細長い長方形に形成され、長手方向が第１のアンテナの側縁部の方向を向くように、基板の上面に配置されているので、増幅回路を非配置領域以外の領域に配置することによるアンテナモジュールの幅寸法の増加を抑制することができる。

本発明の構成によれば、マッチング回路を必要とする第１のアンテナと金属部材から距離を置いて配置することが必要な第２のアンテナとを備えた構成において、高さを抑制でき、かつ第２のアンテナの特性の劣化を防止することができる。

本発明の実施の形態における統合アンテナモジュールの基本構造を示す斜視図である。 図１に示した統合アンテナモジュールの構成を具体化した統合アンテナモジュールの構成を示す分解斜視図である。 図２に示したモジュール基板に対する増幅回路基板およびＧＰＳ・電話機アンテナの組み付け状態を示す斜視図である。 図３に示した構造の平面図である。

本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。
図１は、本発明の実施の形態における統合アンテナモジュール１の基本構造を示す斜視図である。

図１に示すように、統合アンテナモジュール１は、導体（例えば金属製）のモジュール基板１１、ＧＰＳ用のパッチアンテナであるＧＰＳアンテナ（第３のアンテナ）１２、電話機用のパッチアンテナである電話機アンテナ（第２のアンテナ）１３、ＤＡＢ（Digital Audio Broadcast）用であるＤＡＢアンテナ（第１のアンテナ）１７、および増幅回路１４を備えている。

本実施の形態において、ＧＰＳアンテナ１２と電話機アンテナ１３とは、モジュール基板１１上において、同一高さの位置に並ぶように配置されている。ＤＡＢアンテナ１７は、ＧＰＳアンテナ１２および電話機アンテナ１３とモジュール基板１１との間の、平面視において、ＧＰＳアンテナ１２および電話機アンテナ１３と重なる領域に配置されている。また、ＧＰＳアンテナ１２、電話機アンテナ１３およびＤＡＢアンテナ１７は、ＧＰＳアンテナ１２と電話機アンテナ１３との並び方向（以下、Ａ−Ａ´方向と称する）に直交する幅方向の幅がほぼ同一幅となるように形成されている。

ＧＰＳアンテナ１２は、モジュール基板１１に固定された脚部１２ａによって、モジュール基板１１と平行に支持されている。同様に、電話機アンテナ１３は、モジュール基板１１に固定された脚部１３ａによって、モジュール基板１１と平行に支持されている。また、ＤＡＢアンテナ１７は、例えば上記脚部１２ａおよび脚部１３ａによって、モジュール基板１１と平行に支持されている。

ＧＰＳアンテナ１２および電話機アンテナ１３の直下の領域（二点差線にて明示）は、増幅回路１４が配置されない非配置領域１５となっている。本実施の形態において、増幅回路１４は、Ａ−Ａ´方向に細長い形状に形成され、モジュール基板１１の上面において、非配置領域１５を避けたＧＰＳアンテナ１２の側方位置に配置されている。

具体的には、増幅回路１４は、Ａ−Ａ´方向におけるＧＰＳアンテナ１２側の端部１４ａがＧＰＳアンテナ１２と近接するように配置され、電話機アンテナ１３側の端部１４ｂが電話機アンテナ１３から離れるように配置されている。したがって、増幅回路１４は、増幅回路１４の長手方向が、Ａ−Ａ´方向に沿うように配置されているものの、Ａ−Ａ´方向に対して傾斜した状態に配置されている。なお、増幅回路１４の配置は、上記のようにＡ−Ａ´方向に対して傾斜した状態に限定されず、Ａ−Ａ´方向に対して平行であってもよい。

増幅回路１４は、端部１４ａ側に入力端子（図示せず）が設けられ、その入力端子がケーブル（図示せず）によりＧＰＳアンテナ１２と接続されている。これにより、増幅回路１４は、ＧＰＳアンテナ１２による受信信号を増幅して出力するようになっている。

このように、本実施の形態の統合アンテナモジュール１では、ＧＰＳアンテナ１２が増幅回路１４を伴うパッチアンテナであり、電話機アンテナ１３が増幅回路１４を伴わないパッチアンテナとなっている。また、ＧＰＳアンテナ１２と電話機アンテナ１３とは、使用される周波数帯域が全く異なる（電話機アンテナ１３は例えば８００ＭＨｚ帯および２ＧＨｚ帯とを使用し、ＧＰＳアンテナ１２は１．５ＧＨｚ帯を使用する）ので、お互いに干渉することがなく、統合アンテナモジュール１が備えるパッチアンテナの組み合せとして好適である。

なお、増幅回路１４は、ＧＰＳアンテナ１２ではなく、ＤＡＢアンテナ１７に伴うものであり、ＤＡＢアンテナ１７と接続されていてもよい。さらに、増幅回路１４は、図１に示した位置の反対側にも配置され、いずれか一つがＧＰＳアンテナ１２と接続され、他の一つがＤＡＢアンテナ１７と接続されていてもよい。

ＤＡＢアンテナ１７は、例えばメアンダ形状を有し、ＧＮＤと容量結合することによりインピーダンスを調整するものであり、インピーダンス調整のためにマッチング回路を必要とする。そこで、本実施の形態の統合アンテナモジュール１では、モジュール基板１１をＤＡＢアンテナ１７のマッチング回路として利用している。したがって、ＤＡＢアンテナ１７は、増幅回路１４の非配置領域１５において、モジュール基板１１と容量結合するように、ＧＰＳアンテナ１２および電話機アンテナ１３よりもモジュール基板１１と近接してモジュール基板１１上に配置されている。

上記の構成において、本実施の形態の統合アンテナモジュール１では、上面が平坦なモジュール基板１１をＤＡＢアンテナ１７のマッチング回路として利用しているので、別途マッチング回路が不要となる。これにより、別途マッチング回路を設けた構成と比較して、金属部材からの離隔を必要とする電話機アンテナ１３の配置位置を低くすることができ、この結果、統合アンテナモジュール１は、高さを低く抑えることができる。また、別途マッチング回路が不要であることにより、構成を簡素化することができる。

また、本実施の形態の統合アンテナモジュール１では、平面視（上下方向）において、ＧＰＳアンテナ１２に接続されている増幅回路１４は、ＧＰＳアンテナ１２および電話機アンテナ１３と重ならないように、モジュール基板１１上に配置されている。したがって、金属部材が近くに存在することによってアンテナ特性が大きく劣化し易い電話機アンテナ１３とモジュール基板１１との間には、増幅回路１４すなわち金属部材が存在しない。また、増幅回路１４はＧＰＳアンテナ１２および電話機アンテナ１３からの影響を受け難いため、増幅回路１４上にはシールド部材が不要である。

これにより、統合アンテナモジュール１は、ＧＰＳアンテナ１２あるいは電話機アンテナ１３の直下、またはＧＰＳアンテナ１２および電話機アンテナ１３の直下に増幅回路１４が配置され、かつ増幅回路１４上にシールド部材が配置されている統合アンテナモジュール（以下、比較用統合アンテナモジュールと称する）と比較して、電話機アンテナ１３の高さ（すなわちＧＰＳアンテナ１２および電話機アンテナ１３の高さ）を低くでき、統合アンテナモジュール１全体としても高さを低くすることができる。したがって、統合アンテナモジュール１は、例えば自動車のルーフに配置して使用する場合であっても、設置が容易である。

逆に、統合アンテナモジュール１は、高さ（電話機アンテナ１３の高さ）を上記の比較用統合アンテナモジュールの高さ（電話機アンテナの高さ）と同じ高さとした場合には、比較用統合アンテナモジュールよりも良好なアンテナ特性を得ることができる。

また、ＧＰＳアンテナ１２と電話機アンテナ１３とが、平面視において重ねて配置されるのではなく、モジュール基板１１の面方向に並べて配置されていることも、統合アンテナモジュール１の高さを低くできることに寄与している。

なお、増幅回路１４が例えば電話機アンテナ１３の直下に配置されることにより電話機アンテナ１３の特性の劣化が問題となるのは、本実施の形態の統合アンテナモジュール１のように、平面状に形成された増幅回路１４の平面とパッチアンテナである電話機アンテナ１３の平面とが平行となるように配置されている場合である。一方、電話機アンテナ１３と増幅回路１４とが直交する方向に配置されている場合、例えば電話機アンテナ１３が垂直に配置され、増幅回路１４が水平に配置されている場合には、問題とならない。

また、増幅回路１４は、Ａ−Ａ´方向に細長い形状に形成されているので、増幅回路１４を非配置領域１５以外の位置に配置することによる統合アンテナモジュール１の幅寸法棒の増加が抑制されている。

また、増幅回路１４は、端部１４ａ側すなわち入力側がＧＰＳアンテナ１２と近接し、反対側である端部１４ｂ側がＧＰＳアンテナ１２と離れるように、Ａ−Ａ´方向に対して傾斜した状態に配置されている。したがって、ＧＰＳアンテナ１２と増幅回路１４とを接続するケーブル１６の長さを短くして、ＧＰＳアンテナ１２による受信信号の劣化を抑制でき、かつ増幅回路１４を電話機アンテナ１３から確実に離すことができるようになっている。

なお、増幅回路１４が設けられるパッチアンテナは、一般に受信専用のアンテナであり、例えばテレビ用、ラジオ用、ＧＰＳ用などのアンテナである。

また、本実施の形態において、統合アンテナモジュール１は、専用のモジュール基板１１を備えた構成として説明しているが、統合アンテナモジュール１が金属部材上に設置される場合、例えば自動車のルーフ上に設置される場合には、モジュール基板１１に代えてルーフを利用することができる。

また、本実施の形態において、統合アンテナモジュール３は、ＧＰＳアンテナ１２、電話機アンテナ１３およびＤＡＢアンテナ１７を備えた構成としているが、これに代えて、ＧＰＳアンテナ１２を備えず、電話機アンテナ１３とＤＡＢアンテナ１７とを備えた構成としてもよい。この場合には、図１において、ＧＰＳアンテナ１２の位置に電話機アンテナ１３を配置してもよい。ＧＰＳアンテナ１２の位置に電話機アンテナ１３を配置する場合には、ＤＡＢアンテナ１７の上面と電話機アンテナ１３の下面との距離を１３ｍｍ以上離せばよい。

次に、図１に示した統合アンテナモジュール１をさらに具体化した例について説明する。図２は、図１に示した統合アンテナモジュール１の構成を具体化した統合アンテナモジュール３１の構成を示す分解斜視図である。図３は、図２に示したモジュール基板４１に対する増幅回路基板４２およびＧＰＳ・電話機アンテナ４６の組み付け状態を示す斜視図である。図４は、図３に示した構造の平面図である。

図２に示すように、統合アンテナモジュール３１は、モジュール基板４１（モジュール基板１１に対応）、増幅回路基板４２（増幅回路１４に対応）、ゴムスペーサ４３、ＤＡＢアンテナ４４（ＤＡＢアンテナ１７に対応）、スペーサ４５、ＧＰＳ・電話機アンテナ４６（ＧＰＳアンテナ１２および電話機アンテナ１３に対応）およびモジュールカバー４７を備えている。

統合アンテナモジュール３１は、例えば自動車のルーフに設置されるように形成されている。図２から図４に示すように、モジュール基板４１は、アルミニウムの板によって形成され、自動車の前方を向く前端部から後端部に向かって幅が漸次広がる形状となっている。

増幅回路基板４２は、図３および図４に示すように、２枚備えられ、各増幅回路基板４２は、モジュール基板４１の一方および他方の側縁部に沿ってモジュール基板４１上に配置されている。なお、これら増幅回路基板４２の一つはＤＡＢアンテナ４４と接続され、他の一つはＧＰＳ・電話機アンテナ４６におけるＧＰＳアンテナ部（ＧＰＳアンテナ１２に対応）と接続されている。

ゴムスペーサ４３は、モジュール基板４１に対応する形状を有し、その厚みによって、ＤＡＢアンテナ４４とＤＡＢアンテナ４４のマッチング回路としてのモジュール基板４１との間隔を規定している。

スペーサ４５は、上面がＧＰＳ・電話機アンテナ４６の形状に対応した板状に形成され、ＧＰＳ・電話機アンテナ４６を支持するとともに、その厚みによってＧＰＳ・電話機アンテナ４６とモジュール基板４１との間隔を規定している。

ＧＰＳ・電話機アンテナ４６はＧＰＳアンテナ（ＧＰＳアンテナ１２に対応）と電話機アンテナ（電話機アンテナ１３に対応）とを同一高さに並べて配置した状態に結合したものであり、脚部４６ａによってモジュール基板４１上に固定されている。

モジュールカバー４７は、例えば樹脂にて形成れ、モジュール基板４１の上面に配置された各部材を覆うように、上方に湾曲した凸形状となっている。

上記構成の統合アンテナモジュール３１において、増幅回路基板４２はＧＰＳ・電話機アンテナ４６およびＤＡＢアンテナ４４と平面視（上下方向）において重ならないように、モジュール基板４１に配置され、かつ細長い長方形に形成されている。したがって、統合アンテナモジュール３１は、高さが抑制されたコンパクトな形状となっている。

また、統合アンテナモジュール３１は、前端部から後端部に向かって幅が漸次広がった形状となっているので、自動車のルーフに配置した場合に、空気力学特性が良好となる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、実施形態に開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、受信専用の平面アンテナと送受信用の平面アンテナとを備え、例えば自動車のルーフに配置される統合アンテナモジュールとして利用することができる。

１ 統合アンテナモジュール
１１ モジュール基板（基板）
１２ ＧＰＳアンテナ（第３のアンテナ）
１３ 電話機アンテナ（第２のアンテナ）
１４ 増幅回路
１５ 非配置領域
１６ ケーブル
１７ ＤＡＢアンテナ（第１のアンテナ）
３１ 統合アンテナモジュール
４１ モジュール基板
４２ 増幅回路基板
４３ ゴムスペーサ
４４ ＤＡＢアンテナ
４５ スペーサ
４６ ＧＰＳ・電話機アンテナ
４７ モジュールカバー

Claims (4)

1. マッチング回路を必要とする平面形状の第１のアンテナと、金属部材からの離隔を必要とする平面形状の第２のアンテナとを備える統合アンテナモジュールにおいて、
   前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは、導体の基板の上に、前記基板上面に対する平面視において重なり合うように、前記基板に近い側に第１のアンテナが配置され、前記第１のアンテナの上に第２のアンテナが配置され、
   前記第１のアンテナは、前記基板をマッチング回路として使用することを特徴とする統合アンテナモジュール。
2. 前記第１のアンテナは増幅回路を伴うものであり、
   前記第２のアンテナと前記基板との間の領域は、非配置領域となっており、
   前記増幅回路は、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナの周りにおける前記非配置領域以外の領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の統合アンテナモジュール。
3. 増幅回路を伴う平面形状の第３のアンテナを備え、
   前記第３のアンテナと前記第２のアンテナとは、前記基板の上面の面方向に並べた状態に配置され、
   前記第３のアンテナおよび前記第２のアンテナと前記基板との間の領域は、非配置領域となっており、
   前記増幅回路は、前記第３のアンテナもしくは前記第２のアンテナの周りにおける前記非配置領域以外の領域に配置されていることを特徴とする統合アンテナモジュール。
4. 前記増幅回路は、前記第１のアンテナにおける側縁部の方向が長手方向となる形状に形成され、前記長手方向が前記側縁部の方向を向くように、前記基板の上面に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の統合アンテナモジュール。

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