JP2017069608A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ性能を確保しつつ低コストを実現することできる通信装置を提供する。
【解決手段】通信装置は、１又は複数のアンテナ素子を含むアンテナ部と、アンテナ素子へ給電する給電パターン及び給電パターンと絶縁された接地パターンを一面に形成した基板と、アンテナ部が外側面に設けてあり、接地パターンを内側面に接続させて基板を収容する筐体とを備える。カバーでアンテナ部を覆い、カバーの端部と基板の端部とにより筐体を挟み込むようにしてねじを締め付けることにより、アンテナ部、筐体及び基板を一体的に固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属製の筐体を備える通信装置に関する。

自動車等の車両には、移動中でも電波を受信することができるアンテナが搭載されている。このようなアンテナは、例えば、携帯電話又は自動車電話などの電話用及びデータ通信用の電波を受信するもの、ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System、登録商標）情報サービス用の電波を受信するもの、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems）用又はＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）用の電波を受信するもの等多くの種類の電波を受信する。

このように多くの種類の電波を受信するため、例えば、車両に搭載されるアンテナに接続するコネクタの誘電体基板にもアンテナを搭載する統合アンテナが開示されている（特許文献１参照）。

特許第４２８６１６３号公報

しかし、特許文献１の統合アンテナは、アンテナ性能を確保するため、例えば、車両の屋根など車体の外側に設置され、車両のボディを接地面とするとともに、アンテナケーブルを介して車内に設けられた受信装置に接続されている。このため、アンテナケーブルの配線が必要となり高コストになる。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、アンテナ性能を確保しつつ低コストを実現することできる通信装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態に係る通信装置は、１又は複数のアンテナ素子を含むアンテナ部と、前記アンテナ素子へ給電する給電パターン及び該給電パターンと絶縁された接地パターンを一面に形成した基板と、前記アンテナ部が外側面に設けてあり、前記接地パターンを内側面に接続させて前記基板を収容する筐体とを備える。

本発明によれば、アンテナ性能を確保しつつ低コストを実現することできる。

本実施の形態の通信装置を搭載した車両の一例を示す模式図である。 本実施の形態の通信装置の構成の一例を示す要部断面図である。 本実施の形態の無線モジュール基板の一面を示す平面図である。 本実施の形態のアンテナ部の構成の第１実施例を示す説明図である。 本実施の形態のアンテナ部の構成の第２実施例を示す説明図である。

［本願発明の実施形態の説明］
本発明の実施の形態に係る通信装置は、１又は複数のアンテナ素子を含むアンテナ部と、前記アンテナ素子へ給電する給電パターン及び該給電パターンと絶縁された接地パターンを一面に形成した基板と、前記アンテナ部が外側面に設けてあり、前記接地パターンを内側面に接続させて前記基板を収容する筐体とを備える。

アンテナ部は、１又は複数のアンテナ素子を含む。基板は、アンテナ素子へ給電する給電パターン及び当該給電パターンと絶縁された接地パターンを一面に形成してある。筐体は、アンテナ部が外側面に設けてあり、接地パターンを内側面に接続させて基板を収容する。通信装置の筐体をアンテナの接地面とすることにより、アンテナ性能（例えば、アンテナの放射効率）を確保することができる。また、アンテナケーブルが不要となるので、低コスト化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る通信装置は、前記アンテナ部は、前記給電パターンに接続される突状の給電部を備え、前記筐体は、前記給電部が挿入される挿入孔を備える。

アンテナ部は、給電パターンに接続される突状の給電部を備え、筐体は、給電部が挿入される挿入孔を備える。これにより、アンテナ部の突状の給電部を筐体の挿入孔に挿入するだけでアンテナへ給電することができ、アンテナケーブルが不要となる。また、簡便な構成となるので低コスト化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る通信装置は、前記基板は、他面に前記給電パターンを介して前記アンテナ素子に接続されるフィルタ部を実装する。

基板は、他面に給電パターンを介してアンテナ素子に接続されるフィルタ部を実装する。すなわち、基板は両面基板であり、一面に給電パターン及び接地パターンを形成してあり、他面にフィルタ部（例えば、バンドパスフィルタなどの回路）を設けてある。これにより、通信規格の異なる国又は地域毎に基板を用意しておき、国又は地域毎に基板を取り換えるだけで、通信装置を異なる国又は地域へ提供することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る通信装置は、前記アンテナ部は、前記アンテナ素子が設けられ、誘電体を含むアンテナ体を備える。

アンテナ部は、アンテナ素子が設けられ、誘電体を含むアンテナ体を備える。誘電体の比誘電率を大きくすることにより、波長短縮率を小さくすることができ、共振に必要なアンテナ長を短くすることができるので、通信装置（特に、アンテナ部）を小型化することができる。

本発明の実施の形態に係る通信装置は、前記アンテナ体は、比誘電率が異なる複数の層を球状に積層してある。

アンテナ体は、比誘電率が異なる複数の層を球状に積層してある。例えば、比誘電率の異なる複数の層（外側の層ほど比誘電率を小さくする）を径方向に積層した球状又は半球状のアンテナ体とすることにより、所望の方位からの電波の送受信に対して電波を収束又は拡散させることができ、アンテナの指向性を高めることができる。

本発明の実施の形態に係る通信装置は、車両に搭載される。

車両に搭載することにより、携帯電話などの電話用及びデータ通信用、ＶＩＣＳ情報サービス用、ＩＴＳ用並びにＥＴＣ用の電波を受信するもの等多くの種類の電波を送受信することが可能となる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明に係る通信装置の実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の通信装置１００を搭載した車両１の一例を示す模式図であり、図２は本実施の形態の通信装置１００の構成の一例を示す要部断面図である。図１に示すように、本実施の形態の通信装置１００は、車両１の内部に設けられる。

図２に示すように、通信装置１００は、箱状（例えば、直方体状）であって金属製の筐体１０を備える。筐体１０の内部には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）を構成する電子部品を実装したＥＣＵ基板５０がねじ７１で筐体１０（筐体１０の底板）に固定されている。ＥＣＵ基板５０上には、外部との接続のためのコネクタ６０を取り付けてある。

筐体１０の天板の所定箇所には、適長離隔して挿入孔１１、１２、１３を形成してある。筐体１０の天板の外側には、１又は複数（本実施の形態では３つ）のアンテナ素子を含むアンテナ部３０を配置してある。

アンテナ部３０は、突状の給電部３１、３２、３３を備える。各給電部３１、３２、３３は、それぞれ筐体１０の挿入孔１１、１２、１３に挿入される。

筐体１０の天板の内側には、基板としての無線モジュール基板２０を配置してある。無線モジュール基板２０の一面（筐体１０に当接する面）には、給電パターン２１、２２、２３を形成してあり、各給電パターン２１、２２、２３と絶縁された接地パターン２４を形成してある。

そして、筐体１０は、アンテナ部３０が天板の外側（外側面）に設けてあり、接地パターン２４を天板の内側（内側面）に接続させて無線モジュール基板２０を収容する。

より具体的には、アンテナ部３０と略同寸法であって、合成樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂など）製のカバー４０でアンテナ部３０を覆い、カバー４０の端部と無線モジュール基板２０の端部とにより筐体１０を挟み込むようにしてねじ４１を締め付けることにより、アンテナ部３０、筐体１０及び無線モジュール基板２０を一体的に固定する。これにより、無線モジュール基板２０上の接地パターン２４を電気的に筐体１０に接続することができ、筐体１０全体がアンテナの接地面を形成することになる。また、カバー４０を設けることにより、アンテナ部３０を保護することができる。

すなわち、通信装置１００の筐体１０をアンテナの接地面とすることにより、筐体１０の大きさに応じて接地抵抗を小さくすることができる。これにより、アンテナの放射抵抗に対する接地抵抗の割合を小さくすることができるので、アンテナ性能（例えば、アンテナの放射効率）を確保することができる。また、アンテナを車外に設ける必要がないので、アンテナケーブルが不要となり、低コスト化を図ることができる。

また、アンテナ部３０は、給電パターン２１、２２、２３に接続される突状の給電部３１、３２、３３を備え、筐体１０は、給電部３１、３２、３３が挿入される挿入孔１１、１２、１３を備える。これにより、アンテナ部３０の突状の給電部３１、３２、３３を筐体１０の挿入孔１１、１２、１３に挿入するだけでアンテナへ給電することができ、アンテナケーブルが不要となる。また、簡便な構成となるので低コスト化を図ることができる。

また、無線モジュール基板２０は、給電パターン２１、２２、２３を介してアンテナ素子に接続されるフィルタ部を含む電子部品２５を他面に実装する。フィルタ部は、例えば、アンテナ素子それぞれに対応する電波の帯域だけを通過させるバンドパスフィルタなどの回路である。無線モジュール基板２０は両面基板であり、一面に給電パターン２１、２２、２３及び接地パターン２４を形成してあり、他面にフィルタ部を設けてある。これにより、通信規格の異なる国又は地域毎に基板を用意しておき、国又は地域毎に基板を取り換えるだけで、通信装置を異なる国又は地域へ提供することが可能となる。

無線モジュール基板２０とＥＣＵ基板５０との間は、３つの接続部８１、８２、８３で接続されている。接続部８１、８２、８３は、例えば、スルーホール等を用いることができる。接続部８１、８２、８３は、それぞれ電源ライン、接地ライン、信号ラインとすることができる。なお、接続部の数は３つに限定されるものではない。

図３は本実施の形態の無線モジュール基板２０の一面を示す平面図である。図３に示すように、無線モジュール基板２０は、例えば、矩形状をなし、中央部に適長離隔した給電パターン２１、２２、２３を形成してある。なお、給電パターン２１、２２、２３の形状は円形であるが、これに限定されるものではなく、矩形状など他の形状であってもよい。給電パターン２１、２２、２３を囲むようにして、給電パターン２１、２２、２３とは電気的に絶縁された接地パターン２４を無線モジュール基板２０の一面の残りの面に形成してある。接地パターン２４は、筐体１０の天板の内側に当接して電気的に接続される。なお、接地パターン２４の形状は一例であって、図３に示す例に限定されるものではない。例えば、無線モジュール基板２０の縁部に沿って適長幅で周設したパターンでもよい。

図４は本実施の形態のアンテナ部３０の構成の第１実施例を示す説明図である。アンテナ部３０は、例えば、直方体状をなし、アンテナ素子３１１、３２１、３３１、及び各アンテナ素子３１１、３２１、３３１が設けられ、誘電体を含むアンテナ体３４を備える。アンテナ素子３１１、３２１、３３１は、アンテナ体３４の表面に形成されてもよく、アンテナ体３４の内部に埋め込まれるように形成してもよい。また、アンテナ素子３１１、３２１、３３１を、アンテナ体３４の表面及び内部に埋め込まれるように形成してもよい。

アンテナ素子３１１は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの携帯電話の通信規格用のものであり、例えば、８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚの帯域の電波を送受信する。また、アンテナ素子３２１は、例えば、無線ＬＡＮの通信規格用のものであり、例えば、２．４ＧＨｚの帯域の電波を送受信する。また、アンテナ素子３３１は、例えば、ＩＴＳの通信規格用のものであり、例えば、５．９ＧＨｚの帯域の電波を送受信する。なお、各通信規格は、一例であって、これらに限定されるものではない。また、アンテナ素子３１１、３２１、３３１の形状は模式的に例示したものであり、図４の形状に限定されるものではない。

アンテナ素子３１１の一端は、給電部３１となっている。同様に、アンテナ素子３２１の一端は、給電部３２となっており、アンテナ素子３３１の一端は、給電部３３となっている。図４に示すように、給電部３１、３２、３３は、突状をなし、断面形状は、円形状をなす。給電部３１、３２、３３は、それぞれ、図３に例示した給電パターン２１、２２、２３に電気的に接続される。

アンテナ部３０は、アンテナ素子３１１、３２１、３３１が設けられ、誘電体を含むアンテナ体３４を備える。アンテナ体３４の比誘電率をＥｒとすると、波長短縮率は、比誘電率Ｅｒの平方根（ルート）に反比例する。従って、誘電体の比誘電率を大きくすることにより、波長短縮率を小さくすることができ、共振に必要なアンテナ長を短くすることができるので、通信装置（特に、アンテナ部）を小型化することができる。

アンテナ体３４の比誘電率は、例えば、２５〜２６程度とすることができるが、これに限定されるものではない。比誘電率が小さい方がアンテナ体３４の加工は容易となるが、波長短縮率が大きくなり、通信装置の小型化が難しくなる。また、比誘電率を大きくすると波長短縮率を小さくすることができるものの、加工しにくくなる。アンテナ体３４の形状、サイズ等に応じて適切な比誘電率を有する誘電体を選択すればよい。

また、図４に示すように、突状の給電部３１、３２、３３には絶縁部３６（電気的な接触を防止する部材）周設してある。これにより、アンテナ部３０を筐体１０に固定した場合に、給電部３１、３２、３３がモジュール基板２０の接地パターン２４に接触することを防止することができる。

図５は本実施の形態のアンテナ部３０の構成の第２実施例を示す説明図である。図４の第１実施例では、アンテナ素子３１１、３２１、３３１は、それぞれ分離した構造であったが、第２実施例では、３つのアンテナ素子を１つに統合し、アンテナ素子３５の形状を適宜設定することにより、アンテナ素子３１１、３２１、３３１と同様の各帯域の電波の送受信を行うようにすることができる。３つのアンテナ素子を１つに統合するので、さらにアンテナ部３０、通信装置１００を小型化することが可能となる。

また、図４に示す第１実施例では、３つのアンテナ素子３１１、３２１、３３１は、１つのアンテナ体３４に設けられた構造であるが、これに限定されるものではない。例えば、アンテナ素子３１１、３２１、３３１それぞれを別個独立のアンテナ体に設け、３つのアンテナ体を適長分離して筐体１０に固定するようにしてもよい。これにより、それぞれのアンテナ素子３１１、３２１、３３１のアンテナ性能を実現することが一層容易になる。

上述の例では、アンテナ体３４の形状は直方体状であったが、アンテナ体３４の形状はこれに限定されるものではない。例えば、アンテナ体は、比誘電率が異なる複数の層を球状に積層することもできる。すなわち、比誘電率の異なる複数の層（外側の層ほど比誘電率を小さくする）を径方向に積層した球状又は半球状のアンテナ体とすることにより、所望の方位からの電波の送受信に対して電波を収束又は拡散させることができ、アンテナの指向性を高めることができる。

本実施の形態の通信装置１００を車両に搭載することにより、携帯電話などの電話用及びデータ通信用、ＶＩＣＳ情報サービス用、ＩＴＳ用並びにＥＴＣ用の電波を受信するもの等多くの種類の電波を送受信することが可能となる。また、車車間通信、路車間通信、サーバ車間通信など、車両が必要とする通信機能を統合した通信装置を提供することができる。

上述の実施の形態では、ＬＴＥ、無線ＬＡＮ、ＩＴＳ無線などの例を挙げたが、本実施の形態の通信装置１００が可能とする通信は、これらに限定されるものではなく、ＧＰＳ（Global Positioning System）、Bluetooth（登録商標）など、特に制限はない。

開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両
１０ 筐体
１１、１２、１３ 挿入孔
２０ 無線モジュール基板（基板）
２１、２２、２３ 給電パターン
２４ 接地パターン
２５ 電子部品（フィルタ部）
３０ アンテナ部
３１、３２、３３ 給電部
３４ アンテナ体
３１１、３２１、３３１、３５ アンテナ素子
３６ 絶縁部
４０ カバー
４１、７１ ねじ
５０ ＥＣＵ基板
６０ コネクタ
８１、８２、８３ 接続部

Claims (6)

1. １又は複数のアンテナ素子を含むアンテナ部と、
   前記アンテナ素子へ給電する給電パターン及び該給電パターンと絶縁された接地パターンを一面に形成した基板と、
   前記アンテナ部が外側面に設けてあり、前記接地パターンを内側面に接続させて前記基板を収容する筐体と
   を備える通信装置。
2. 前記アンテナ部は、
   前記給電パターンに接続される突状の給電部を備え、
   前記筐体は、
   前記給電部が挿入される挿入孔を備える請求項１に記載の通信装置。
3. 前記基板は、
   他面に前記給電パターンを介して前記アンテナ素子に接続されるフィルタ部を実装する請求項１又は請求項２に記載の通信装置。
4. 前記アンテナ部は、
   前記アンテナ素子が設けられ、誘電体を含むアンテナ体を備える請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の通信装置。
5. 前記アンテナ体は、
   比誘電率が異なる複数の層を球状に積層してある請求項４に記載の通信装置。
6. 車両に搭載される請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の通信装置。

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