JP2016082359A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device.
従来よりアンテナ装置に関して各種提案がある。例えば下記特許文献1では、ケース内部に回路基板やアンテナエレメントを配置する形態において、それまでのようにアンテナエレメントをケース内部空間にホルダで保持するのではなく、ケース内壁にアンテナエレメントを一体に設ける構造が開示されている。この構造ではアンテナエレメントとケースの間に隙間が必要ないので、アンテナ利得に大きく関係するアンテナの高さが確保しやすくなる。よってケースの小型化とアンテナの高利得化とを従来より両立させやすくなる。
There have been various proposals regarding antenna devices. For example, in
特許文献1のアンテナ装置では、ケース天井面に一体化されたアンテナエレメントに電力を供給するために、アンテナエレメントを屈曲して下方へ延設させ、屈曲部分の弾性復元力により延設部の先端を給電点に圧接する構造としている。しかし本発明者の知見では、こうした構造では使用期間が長くなるにつれて弾性部分や接点部分が経年劣化することにより、アンテナ性能が低下するおそれがある。この点を改善すればさらに高い信頼性を有するアンテナ装置が実現できる。
In the antenna device of
そこで本発明が解決しようとする課題は、上記に鑑み、小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置を提供することにある。 Therefore, in view of the above, the problem to be solved by the present invention is to provide an antenna device in which miniaturization and high gain are compatible with high reliability.
上記課題を達成するために、本発明に係るアンテナ装置は、ケースと、そのケースと一体に設けられたアンテナエレメントと、前記ケース内に収容された回路基板上に配置された、前記アンテナエレメントに電力を供給するための電力供給回路と、その電力供給回路から前記アンテナエレメントへ非接触で電力を伝達する電力伝達部と、を備えたことを特徴とする。この発明によれば、ケースと一体に設けられたアンテナエレメントと電力供給回路との間を非接触構造とすることにより、従来のように弾性部分や接点部分の経年劣化によるアンテナ性能の低減が抑制できて、小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置が実現される。 In order to achieve the above object, an antenna device according to the present invention includes a case, an antenna element provided integrally with the case, and the antenna element disposed on a circuit board accommodated in the case. A power supply circuit for supplying power and a power transmission unit that transmits power from the power supply circuit to the antenna element in a contactless manner are provided. According to the present invention, the non-contact structure between the antenna element provided integrally with the case and the power supply circuit prevents a reduction in antenna performance due to aging of the elastic portion and the contact portion as in the past. Thus, an antenna device in which downsizing and high gain are compatible with high reliability is realized.
また前記電力伝達部は、所定の面積を有する表面で対向する少なくとも2個以上の電極部からなる電気容量を備えたものとしてもよい。この発明によれば、ケースと一体に設けられたアンテナエレメントと電力供給回路との間に所定の面積を有する表面で対向する少なくとも2個以上の電極部を備えた非接触構造とすることにより、小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置が実現される。 The power transmission unit may include an electric capacity including at least two electrode units facing each other on a surface having a predetermined area. According to the present invention, by providing a non-contact structure including at least two or more electrode portions facing each other on the surface having a predetermined area between the antenna element provided integrally with the case and the power supply circuit, An antenna device in which downsizing and high gain are compatible with high reliability is realized.
また前記電力伝達部の電気容量と、前記アンテナエレメントと前記回路基板の間の電気容量と、前記アンテナエレメントが有する電気誘導と、前記回路基板が有する電気容量と、が直列に接続された回路の共振周波数を動作周波数とするものとしてもよい。このようにアンテナの動作周波数を電極部の電気容量が関係する共振周波数と一致させるようにすれば、アンテナエレメントと電力供給回路の間の非接触構造で、高信頼性を実現しつつ、利得も最大化するように設計できる。 In addition, an electric capacity of the power transmission unit, an electric capacity between the antenna element and the circuit board, an electric induction of the antenna element, and an electric capacity of the circuit board are connected in series. The resonance frequency may be the operating frequency. In this way, by making the operating frequency of the antenna coincide with the resonance frequency related to the capacitance of the electrode section, a non-contact structure between the antenna element and the power supply circuit achieves high reliability and gain. Can be designed to maximize.
また前記アンテナエレメントの一端は開放であるものとしてもよい。この発明によれば、一端が開放であり、ケースと一体に設けられたアンテナエレメントと電力供給回路との間を非接触構造とすることにより、小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置が実現される。 One end of the antenna element may be open. According to the present invention, one end is open, and a non-contact structure is provided between the antenna element provided integrally with the case and the power supply circuit, thereby achieving both downsizing and high gain with high reliability. An antenna device is realized.
また前記アンテナエレメントは逆L型モノポール構造であるものとしてもよい。この発明によれば、ケースと一体に設けられた逆L型モノポール構造のアンテナエレメントと電力供給回路との間を非接触構造とすることにより、小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置が実現される。 The antenna element may have an inverted L-type monopole structure. According to the present invention, the non-contact structure is provided between the antenna element of the inverted L-type monopole structure provided integrally with the case and the power supply circuit, so that both miniaturization and high gain are compatible with high reliability. An antenna device is realized.
また2個以上の前記電極部は対向するメアンダ構造を有するものとしてもよい。この発明によればメアンダ構造の設計により電極部の電気容量の設計自由度があがるので、ケースの小型化などの条件のもとで共振周波数を動作周波数と一致させることがより容易となる。 Two or more electrode portions may have meander structures facing each other. According to the present invention, since the design of the meander structure increases the degree of freedom in designing the capacitance of the electrode portion, it becomes easier to match the resonance frequency with the operating frequency under conditions such as downsizing the case.
また前記電極部は、前記アンテナエレメントと導体を介して接続された第1電極部と、前記電力供給回路と導体を介して接続された第2電極部と、前記第1電極部と前記第2電極部との間に、前記第1電極部と前記第2電極部のいずれとも非接触で配置された第3電極部と、を備えたものとしてもよい。この発明によれば、第3電極部の設計により電極部の電気容量の設計自由度が上がるので、ケースの小型化などの条件のもとで共振周波数を動作周波数と一致させることがより容易となる。 The electrode unit includes a first electrode unit connected to the antenna element via a conductor, a second electrode unit connected to the power supply circuit via a conductor, the first electrode unit, and the second electrode unit. It is good also as what was provided with the 3rd electrode part arrange | positioned in non-contact with either the said 1st electrode part and the said 2nd electrode part between electrode parts. According to the present invention, the design flexibility of the electric capacity of the electrode portion is increased by the design of the third electrode portion, so that it is easier to match the resonance frequency with the operating frequency under conditions such as downsizing of the case. Become.
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明のアンテナ装置の実施例1を示す斜視図であり、図2は図1でケース1を省略した図、図3は図1のA−A断面図である。アンテナ装置10は例えば車両のキーレスシステムでの車載側通信装置内で用いてもよいが、それには限定されずあらゆる用途に用いてよい。アンテナ装置10はケース1、回路基板2、給電回路3、アンテナエレメント4、電極部5、6を備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a perspective view showing an antenna device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view in which the
ケース1は図示下方の面が開口した筐体の上ケース1aと平板形状の下ケース1bとからなる。図3に示す通り上ケース1aの開口側に下ケース1bが一体化されてケース1となり、そのケース1の内部空間に回路基板2、給電回路3、アンテナエレメント4、電極部5、6が配置される。上ケース1aと下ケース1bの一体化の方法は嵌合、ねじ締結、接着など任意の方法でよい。上ケース1a、下ケース1bは例えば樹脂材料などの誘電体で形成すればよい。
The
回路基板2は図1の例では主表面が長方形の板形状で、下ケース1bの図示上面側(内面側)に接合されている。給電回路3(電力供給回路)は回路基板2上に配置され、アンテナエレメント4に電磁波出力のための電力を供給する。
In the example of FIG. 1, the
アンテナエレメント4は導体により上ケース1aの内面に、図1、図2に示すように逆L型モノポール構造、すなわち側面視で逆L形状で、複数個所で屈曲しつつ垂直方向と水平方向とに帯状(あるいは線状)に延びるように形成されており、端部は開放となっている。アンテナエレメント4の上ケース1aの内面への一体化は例えば接着など適切な方法を用いればよい。
The
本発明の主要部である電極部5、6(極板)は、それぞれ給電回路3とアンテナエレメント4に接続されるかたちで配置される。図1の例では電極部5、6ともに導体により、同形状、同面積の主表面を有する平板形状で形成されている。そして電極部5の主表面と電極部6の主表面とが間隔を置いて平行に対向するように配置されて、給電回路3と電極部5とが、そしてアンテナエレメント4と電極部6とが導体で接続されている。
The
電極部5、6の存在により給電回路3からアンテナエレメント4へ非接触で(導体ではない部位を通って)電力が供給される。電極部5、6は主に電気容量(静電容量、コンデンサ、キャパシタンス)として機能する。よって、給電回路3とアンテナエレメント4とは電気容量を介して電気的に接続されることとなる。
Due to the presence of the
以上のようにアンテナ装置10では、従来技術のようにアンテナエレメント4が給電回路3と導体によって接続されておらず、電極部5、6の箇所で非接触となっている(導体を介していない)。これに伴い、従来技術のように弾性復元力によってアンテナエレメント4と給電回路3とを接触させる形態も用いられていないので、当然弾性部分や接点部分の経年劣化によるアンテナ性能の低減も回避できる。したがって長期使用における高い信頼性を有するアンテナ装置となる。
As described above, in the
アンテナ装置10の等価回路は図4のように示される。この等価回路で、R1とL1はそれぞれ給電回路3から電極部5までの部分が有する電気抵抗値(レジスタンス)と電気誘導値(インダクタンス)である。C1は電極部5、4間の電気容量値である。R2とL2はそれぞれアンテナエレメント4が有する電気抵抗値と電気誘導値である。C2はアンテナエレメント4と回路基板2の間の電気容量値である。
An equivalent circuit of the
この等価回路における共振周波数fr(インピーダンスが最小、利得が最大となる周波数)は、周知の計算法のわずかな変形により次式のように求められる。ここで「^(1/2)」は(1/2)乗、すなわち平方根である。
fr=1/[(2π){(L1+L2)(C1+C2)}^(1/2)]
The resonance frequency fr (frequency at which the impedance is minimum and the gain is maximum) in this equivalent circuit is obtained by the following equation by slight modification of a known calculation method. Here, "^ (1/2)" is the (1/2) th power, that is, the square root.
fr = 1 / [(2π) {(L1 + L2) (C1 + C2)} ^ (1/2)]
このfrをアンテナ装置10の所定の動作周波数と一致させるように電極部5、6間の容量C1を設計すればよい。これによりアンテナ装置10の利得が最大化される。電極部5、6間の容量C1の設計は、電極部5、6の対向する面の面積を大きくすることや、電極部5、6間の距離を小さくすることによってC1が大きくなる性質を用いればよい。
What is necessary is just to design the capacity | capacitance C1 between the
上記実施例のアンテナ装置10と従来技術のアンテナ装置の利得を比較すると、図5に示された結果が得られた。図5に示された利得は、図1におけるアンテナ装置10の中心を通る仮想的な鉛直軸まわりの全周方向の、動作周波数での利得である。ここでアンテナ装置10において、例えばケース1の高さを30mm、縦横寸法をともに50mmとし、電極部5、6の対向する主表面はともに高さ12mm、横幅40mm、電極部5、6間の距離は4mmとした。アンテナ装置10における電極部5、6間の容量C1は上記のように利得が最大となるように設定した。
When the gains of the
また従来技術のアンテナ装置として、アンテナエレメントがケースと別体になっている形態のアンテナ装置を用いた。図5の結果を見ると、全周方向で本発明のアンテナ装置の利得の方が大きくなっている。平均利得では本発明の方が2dB高いとの結果が得られた。この結果は本発明が利得の面でも顕著な効果を生むことを示している。 Moreover, the antenna apparatus of the form from which the antenna element became a different body from a case was used as a prior art antenna apparatus. Looking at the result of FIG. 5, the gain of the antenna device of the present invention is larger in the entire circumferential direction. The average gain was 2 dB higher in the present invention. This result shows that the present invention produces a remarkable effect in terms of gain.
本発明は上記の実施例には限定されない。図6から図8には別の実施例が示されている。なお図6ではケース1の図示を省略しており、図7、図8では電極部の部分のみを拡大して示している。図6に示された実施例2のアンテナ装置では、給電回路3と導体で接続された電極部5’と、アンテナエレメント4と導体で接続された電極部6’との間で対向する面が図示水平方向になるように配置している。これに伴い、電極部5’の上の板状の樹脂基板7を載置し、その上に電極部6’を載置する構成とした。これにより電極部6’が安定して配置される。
The present invention is not limited to the above embodiments. Another embodiment is shown in FIGS. In FIG. 6, the
また図6のような電極部5’、6’の配置は、ケース1の高さを小さくしたい場合にも好適である。樹脂基板7は樹脂に限らず誘電体であればよい。周知のとおり樹脂(誘電体)の選択により電極部5’、6’の間の容量値が影響を受ける。したがって所望の容量値となるように電極部5’、6’間の樹脂(誘電体)を選択すればよい。もちろん樹脂(誘電体)は、図1の電極部5、6間や図7の電極部5”、6”間など別の実施形態内で配置してもよい。
The arrangement of the
図7に示された実施例3のアンテナ装置では、電極部をいわゆるメアンダ構造としている。すなわち電極部5”、6”は2枚の平行な板形状が側方視で蛇行するように屈曲した形状を有する。この構造であれば、電極部の大きさをコンパクトにしたまま、それらの間の対向する面の面積を大きくすることができる。したがって電極部間の容量値の設計の自由度が向上する。図7の電極部5”、6”を例えば図1の電極部5、6や図7の電極部5’、6’に置き換えて用いればよい。
In the antenna device of Example 3 shown in FIG. 7, the electrode portion has a so-called meander structure. That is, the
図8に示された実施例4のアンテナ装置では、図1、図2と同様の電極部5、6の間に3枚目の電極部8が配置されている。図8の例では、電極部8は電極部5、6と主表面が同形状、同面積の板形状とされて、電極部5、6と平行に(非接触で)配置されている。このように電極部8を配置した形態により、電極部5、6間の容量値の設計の自由度が向上する。電極部8は図8の例では1枚だが、枚数には限定がなく、2枚、3枚など任意の枚数でよい。また(1枚や複数枚の)電極部8は、図6や図7など他の実施形態で用いてもよい。
In the antenna device of the fourth embodiment shown in FIG. 8, the third electrode portion 8 is disposed between the
上記実施形態は特許請求の範囲に記載された趣旨の範囲内で適宜変更してよい。例えば上記実施例ではアンテナエレメント4を逆L型モノポール構造としたが、本発明はこれに限定されず、給電回路3からの電力供給が非接触で行われさえすれば、逆F型など他の任意の構造でもよい。またケース1の構造も図3に示した構造には限定されず、例えば3つ以上の部分が一体化した構造でもよい。
The above embodiment may be appropriately changed within the scope of the spirit described in the claims. For example, in the above embodiment, the
3 給電回路(電力供給回路)
4 アンテナエレメント
5 電極部(電力伝達部)
6 電極部(電力伝達部)
3 Power supply circuit (power supply circuit)
4
6 Electrode part (power transmission part)
Claims (7)
そのケースに一体に設けられたアンテナエレメントと、
前記ケース内に収容された回路基板上に配置された、前記アンテナエレメントに電力を供給するための電力供給回路と、
その電力供給回路から前記アンテナエレメントへ非接触で電力を伝達する電力伝達部と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。 Case and
An antenna element provided integrally with the case;
A power supply circuit arranged on a circuit board housed in the case for supplying power to the antenna element;
A power transmission unit that transmits power from the power supply circuit to the antenna element in a contactless manner;
An antenna device comprising:
前記アンテナエレメントと導体を介して接続された第1電極部と、
前記電力供給回路と導体を介して接続された第2電極部と、
前記第1電極部と前記第2電極部との間に、前記第1電極部と前記第2電極部のいずれとも非接触で配置された第3電極部と、
を備えた請求項2に記載のアンテナ装置。 The electrode part is
A first electrode connected to the antenna element via a conductor;
A second electrode portion connected to the power supply circuit via a conductor;
A third electrode part disposed between the first electrode part and the second electrode part in a non-contact manner with either the first electrode part or the second electrode part;
The antenna device according to claim 2, comprising:
Priority Applications (1)
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