JP4264040B2

JP4264040B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4264040B2
Application number: JP2004254258A
Authority: JP
Inventors: 浩太飯島
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2024-09-01
Also published as: JP2006074351A

Description

本発明は、パッチアンテナと高周波回路とがユニット化されているアンテナ装置に係り、特に、自動車のタイヤ内に設置されてタイヤ空気圧を監視するシステムや、その他の屋外での使用に好適なアンテナ装置に関する。

従来より、パッチアンテナと高周波回路とをユニット化したアンテナ装置が知られており（例えば、特許文献１参照）、かかる従来のアンテナ装置を図６に示す断面図と共に説明する。同図に示すアンテナ装置は、片面（図示下面）に配線パターン５１が形成されて他面（図示上面）に接地パターン５２が形成された回路基板５０と、この回路基板５０の前記片面に実装された各種の電子部品５３と、これら電子部品５３群を覆うようにして回路基板５０の前記片面側に取り付けられた板金製のシールドケース５４と、回路基板５０の前記他面に搭載されたアンテナ素子５５とによって主に構成されている。ここで、アンテナ素子５５は、セラミック等からなる誘電体基板５６と、この誘電体基板５６の回路基板５０側とは逆側の面（図示上面）に形成された所定形状の放射導体５７と、誘電体基板５６の回路基板５０側の面（図示下面）のほぼ全面に形成されたグラウンド導体層５８と、誘電体基板５６を貫通して一端が放射導体５７の給電点に接続された給電ピン５９とを備えて構成されるパッチアンテナである。このアンテナ素子５５は回路基板５０上に載置され、グラウンド導体層５８を接地パターン５２に半田付けすることによって取り付けられている。また、給電ピン５９の他端は回路基板５０を貫通して配線パターン５１に接続されており、この給電ピン５９はグラウンド導体層５８や接地パターン５２とは非接触に保たれている。

かかる従来のアンテナ装置は、配線パターン５１と電子部品５３群とによって高周波回路が構成されており、この高周波回路とアンテナ素子５５の放射導体５７とが給電ピン５９を介して接続されているため、放射導体５７で受信した信号を高周波回路で増幅処理したり、高周波回路で処理した信号を放射導体５７から送信することが可能である。また、この高周波回路をシールドケース５４で覆って電磁シールドしているため、電子部品５３群から出る電磁波がアンテナ特性に悪影響を及ぼさないように配慮されている。
特開平９−２２３９１２号公報（第３−４頁、図１）

しかしながら、前述した従来のアンテナ装置は、回路基板５０の片面側に箱形のシールドケース５４を取り付けると共に、回路基板５０の他面側に誘電体基板５６をベースとするアンテナ素子５５を取り付けて構成されるため、全体の高さ寸法が増大して薄型化が図りにくいという問題があった。そのため、この種のアンテナ装置を自動車のタイヤ内へ組み込んでタイヤ空気圧監視システム（ＴＰＭＳ）に適用する場合、煩雑な組み込み作業を余儀なくされていた。また、かかる従来のアンテナ装置は、部品点数が多くて製造工程も煩雑なため、安価に製造できないという問題があった。さらに、かかる従来のアンテナ装置では、シールドケース５４に覆われた電子部品５３群の防水対策について考慮されていないため、屋外で使用された場合に誤動作や故障を起こしやすいという問題があった。

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、薄型化が容易で防水性を備えたアンテナ装置を安価に提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明によるアンテナ装置では、片面に配線パターンが形成されると共に他面に放射導体が形成された誘電体基板と、この誘電体基板の前記片面に実装されて前記配線パターンと共に高周波回路を構成する電子部品と、前記誘電体基板を貫通して前記放射導体の給電点と前記配線パターンとを電気的に接続する給電手段と、前記電子部品を覆った状態で前記誘電体基板の前記片面側に取り付けられた接地導体板と、前記放射導体よりも大径で片面がチップ部品を実装した部品実装面となっている回路補助基板とを備え、前記接地導体板に前記電子部品の収納スペースを有する凹状蓋部を設けると共に、この凹状蓋部の周囲を全周に亘って前記誘電体基板の前記片面に密着固定し、かつ、前記回路補助基板を、前記部品実装面を前記放射導体と対向させた状態で前記誘電体基板の前記他面上に固定した。

このように構成されたアンテナ装置は、アンテナ素子の誘電体基板が高周波回路の回路基板を兼ねており、かつ、接地導体板がシールドケースを兼ねているため、部品点数を削減できてコストダウンが図れると共に、装置全体の薄型化も促進できる。また、接地導体板の凹状蓋部の周囲が全周に亘って誘電体基板に密着固定されているため、電子部品が収納されている凹状蓋部内の空間を確実に密閉して防水性を高めることができる。さらに、内蔵する高周波回路を誘電体基板と回路補助基板とに分散することができるため、装置全体の小型化が図れると共に、回路補助基板で放射導体を覆って保護することができて信頼性も向上する。

上記の構成において、前記接地導体板または前記誘電体基板に前記凹状蓋部内の空間と外部空間とを連通する通気孔を形成し、この通気孔を通気性および防水性を備えた通気防水部材によって塞いでおけば、防水性を損なうことなく、接地導体板の凹状蓋部内での結露発生を防止することができるため、信頼性が一層向上して屋外等での使用に好適となる。この場合、前記通気孔を前記接地導体板の前記凹状蓋部に形成し、この凹状蓋部の外表面に前記通気防水部材を貼着すれば、通気防水部材の取付作業が簡単かつ確実に行えるため好ましい。

また、上記の構成において、前記接地導体板に前記凹状蓋部の開口端を全周に亘って包囲する平坦な鍔部を延設し、この鍔部を前記誘電体基板の前記片面に密着させるようにすれば、接地導体板の凹状蓋部の周囲を誘電体基板に密着固定する作業が簡単かつ確実に行えるため好ましい。

また、上記の構成において、前記電子部品に水晶振動子が含まれている場合、水晶振動子を空気圧に応じた振動数で共振させることができるため、このアンテナ装置を自動車のタイヤ内に組み込むことによってタイヤ空気圧監視システムに適用可能となる。この場合、アンテナ装置を薄型化できることからタイヤ内への組み込み作業は比較的容易に行える。また、アンテナ装置をタイヤ内のホイール近傍に設置して放射導体をタイヤの外周側へ向けておけば、タイヤの回転時に水晶振動子は遠心力によって実装面側（誘電体基板側）へ押しつけられることとなり、水晶振動子を実装面から引き離す向きに遠心力が作用する虞がなくなるため、タイヤ回転時の遠心力に起因する水晶振動子の誤動作や破壊を防止できて好ましい。

また、上記の構成において、前記回路補助基板の部品実装面に検波回路を設け、この検波回路を介して放射導体の給電点と前記配線パターンとを電気的に接続させることが好ましい。

この場合において、放射導体の略中央部に開口を形成すると共に、誘電体基板の前記他面に前記開口に臨出する凹段部を形成し、この凹段部内の空間をチップ部品の収納スペースとなしておけば、アンテナ特性に悪影響を及ぼさずに装置全体の薄型化が図れるため好ましい。

本発明によるアンテナ装置は、アンテナ素子の誘電体基板が高周波回路の回路基板を兼ねており、かつ、接地導体板がシールドケースを兼ねているため、部品点数を削減できてコストダウンが図れると共に、装置全体の薄型化も促進できる。また、接地導体板の凹状蓋部の周囲が全周に亘って誘電体基板に密着固定されているため、電子部品が収納されている凹状蓋部内の空間を確実に密閉して防水性を高めることができる。

また、本発明によるアンテナ装置は、内蔵する高周波回路を誘電体基板と回路補助基板とに分散することができるため、装置全体の小型化が図れると共に、回路補助基板で放射導体を覆って保護することができて信頼性も向上する。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は参考例に係るアンテナ装置の断面図、図２は該アンテナ装置に内蔵されている水晶振動子の取付構造を示す説明図、図３は該アンテナ装置をタイヤ内に設置した状態を示す説明図である。

これらの図に示すアンテナ装置１は、パッチアンテナと高周波回路とがユニット化されたアンテナユニットであって、タイヤ空気圧監視システム用のトランスポンダーとして自動車のタイヤ２０内に設置して使用される。このアンテナ装置１は、片面（図示下面）に配線パターン３が形成されて他面（図示上面）に放射導体４が形成された誘電体基板２と、この誘電体基板２の前記片面に実装されて配線パターン３と共に高周波回路を構成する各種の電子部品５と、誘電体基板２を貫通して両端が放射導体４と配線パターン３とに接続された給電ピン６と、電子部品５群を覆った状態で誘電体基板２の前記片面側に取り付けられた接地導体板７とによって主に構成されており、接地導体板７は高周波回路を電磁シールドするシールドケースを兼ねている。また、図３に示すように、このアンテナ装置１はタイヤ２０内でホイール２１やバルブ２２の近傍に設置され、放射導体４をタイヤ２０の外周側に向けている。

誘電体基板２の図示下面側に設けられた前記高周波回路は検波回路や共振回路等によって構成されており、その共振回路には電子部品５のひとつである水晶振動子５ａが配設されている。図２に示すように、この水晶振動子５ａは、基板５ｂと、基板５ｂの図示下面に設けられた導電路５ｃと、一端部が導電性接着剤５ｄによって導電路５ｃに固定された水晶片５ｅと、導電路５ｃに接続されて基板５ｂの図示上面へ導出された接続部５ｆと、水晶片５ｅを覆った状態で基板５ｂに取り付けられた絶縁性カバー５ｇとを備えており、水晶片５ｅの他端部（図示左端部）は自由端部となっている。この水晶振動子５ａは、接続部５ｆが配線パターン３に接続された状態で誘電体基板２の図示下面に実装されている。

放射導体４は銅箔等を所定形状にパターニングしたものであり、この放射導体４の給電点に給電ピン６の一端が接続されている。給電ピン６の他端は高周波回路の配線パターン３に接続されており、この給電ピン６を介して放射導体４が給電されるため送受信が行えるようになっている。放射導体４は誘電体基板２を介して板金製の接地導体板７と対向しており、これら放射導体４と誘電体基板２と接地導体板７および給電ピン６によってアンテナ素子が構成されている。

この接地導体板７は、電子部品５群の収納スペースを有する凹状蓋部７ａと、凹状蓋部７ａの開口端の周囲に延設された平坦な鍔部７ｂとによって構成されており、鍔部７ｂは凹状蓋部７ａの開口端を全周に亘って包囲している。そして、鍔部７ｂが接着剤や半田等によって誘電体基板２の図示下面に密着固定してあるため、電子部品５群が収納されている凹状蓋部７ａ内の空間は密閉状態に保たれて防水性が確保されている。また、電子部品５群を配設した高周波回路が接地導体板７に完全に覆われて電磁シールドされているため、電子部品５群から出る電磁波がアンテナ特性に悪影響を及ぼさないように配慮されている。ただし、凹状蓋部７ａには内外の空間を連通させるための通気孔７ｃが形成されており、通気性および防水性を備えた通気防水部材８を凹状蓋部７ａの外表面に貼着してこの通気孔７ｃを塞いでいる。これは、防水性を損なうことなく凹状蓋部７ａ内での結露発生を防止するための対策であり、通気防水部材８としては例えばゴアテックス（登録商標）などが好適である。なお、半田付けによって鍔部７ｂを誘電体基板２に密着固定する場合には、予め誘電体基板２の図示下面に枠状の導体パターンを形成しておけばよい。

このように構成されたアンテナ装置１は、アンテナ素子の誘電体基板２が高周波回路の回路基板を兼ねており、かつ、接地導体板７が電子部品５群を覆うシールドケースを兼ねている。また、図示していないが、このアンテナ装置１と同じものが、自動車の各タイヤ２０内のホイール２１近傍（バルブ２２近傍）にそれぞれ設置されている。そして、任意のタイヤ２０内のアンテナ装置１が、車両本体側に設けられた図示せぬ質問器からの質問信号を受信すると、水晶片５ｅが励振されてそのタイヤ２０の空気圧に応じた振動数で共振するようになっている。この共振信号は高周波信号に重畳されて放射導体４から質問器に向けて送信され、質問器では共振信号の周波数からそのタイヤ２０の空気圧を検出する。したがって、各タイヤ２０の空気圧を各アンテナ装置１を介して車両本体側に表示することができる。

上述したように参考例に係るアンテナ装置１は、誘電体基板２が回路基板を兼ねると共に接地導体板７がシールドケースを兼ねているため、部品点数が少なく、その分、製造コストを低減できると共に、装置全体の薄型化も促進されている。また、接地導体板７の凹状蓋部７ａ内に電子部品５群を収納し、鍔部７ｂを全周に亘って誘電体基板２に密着固定しているため、凹状蓋部７ａ内の空間が確実に密閉されて、屋外等での使用に好適な防水性が確保されている。しかも、凹状蓋部７ａに形成した通気孔７ｃを通気防水部材８で塞ぐことにより、凹状蓋部７ａ内での結露発生を防止して信頼性を高めている。なお、平坦な鍔部７ｂを誘電体基板２の一面に密着固定する作業や、通気防水部材８を凹状蓋部７ａの外表面に貼着する作業は、いずれも簡単かつ確実に行える。

また、このアンテナ装置１は薄型化されているため、タイヤ２０内への組み込み作業が比較的容易に行える。しかも、このアンテナ装置１はタイヤ２０内において、放射導体４をタイヤ２０の外周側へ向けた姿勢でホイール２１やバルブ２２の近傍に設置されているので、タイヤ２０の回転時に遠心力が水晶振動子５ａに悪影響を及ぼす心配がない。つまり、タイヤ２０の回転によって水晶振動子５ａに作用する遠心力は、水晶片５ｅを実装面側（誘電体基板２側）へ押しつける向き（図３の矢印Ａ方向）の力であって、水晶片５ｅを実装面から引き離す向きに遠心力が作用する虞はないため、タイヤ２０の回転時の遠心力に起因する水晶振動子５ａの誤動作や破壊を防止できて信頼性が高まっている。

なお、上述した参考例に係るアンテナ装置１では、凹状蓋部７ａに通気孔７ｃを形成した場合について説明したが、同様の通気孔を誘電体基板２に形成して凹状蓋部７ａ内の空間と外部空間とを連通させる構成にしてもよく、この場合も、通気孔を通気防水部材８で塞ぐことによって凹状蓋部７ａ内での結露発生を防止することができる。また、アンテナ装置１がタイヤ２０内に設置されていることから、空気圧だけでなくタイヤ２０内の温度を測定して車両本体側の質問器へ送信することも可能である。

図４は本発明の実施形態例に係るアンテナ装置の断面図、図５は該アンテナ装置を回路補助基板を図示省略して示す平面図であり、図１〜図３と対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は割愛する。

本実施形態例に係るアンテナ装置１０は、図４に示すように、放射導体４を覆って配線パターン３に接続された回路補助基板１１を備え、この回路補助基板１１が誘電体基板２上に接着剤等で固定されている点が、前述した参考例に係るアンテナ装置１と大きく異なっている。回路補助基板１１は、高周波特性の良好な液晶ポリマー材等からなる絶縁性薄板基板の片面に図示せぬ配線パターンを形成して部品実装面１１ａとなした板厚の薄い回路基板であって、この部品実装面１１ａに各種のチップ部品１２を実装して検波回路を構成しているため、誘電体基板２の図示下面に設けられている高周波回路には検波回路が含まれていない。また、回路補助基板１１は放射導体４よりも大径であって、放射導体４を完全に被覆している。さらに、本実施形態例では、放射導体４の略中央部に開口４ａが形成されていると共に、誘電体基板２の図示上面に開口４ａに臨出する凹段部２ａが形成されており、この凹段部２ａ内の空間がチップ部品１２群の収納スペースとなっている。そして、誘電体基板２を貫通する導電ピン１３によって高周波回路の配線パターン３と回路補助基板１１側の検波回路とが接続されており、図示していないが、該検波回路の端子部に放射導体４の給電点が半田付けされている。

このように本実施形態例に係るアンテナ装置１０は、上述した参考例に係るアンテナ装置１の効果に加えて、内蔵する高周波回路を誘電体基板２と回路補助基板１１とに分散することができるため、装置全体の小型化が図れると共に、回路補助基板１１で放射導体４を覆って保護することができるため信頼性も向上する。また、放射導体４のうち電界の発生にほとんど寄与しない略中央部に開口４ａを形成し、この開口４ａと誘電体基板２の凹段部２ａとを利用してチップ部品１２群の収納スペースを確保しているため、アンテナ特性に悪影響を及ぼすことなく、回路補助基板１１を付設した装置全体の薄型化が実現されている。

なお、本実施形態例と同様に回路補助基板１１を付設したアンテナ装置において、この回路補助基板１１に検波回路以外の回路やその一部を設ける構成にしてもよい。

参考例に係るアンテナ装置の断面図である。該アンテナ装置に内蔵されている水晶振動子の取付構造を示す説明図である。該アンテナ装置をタイヤ内に設置した状態を示す説明図である。本発明の実施形態例に係るアンテナ装置の断面図である。該アンテナ装置を回路補助基板を図示省略して示す平面図である。従来例に係るアンテナ装置の断面図である。

符号の説明

１，１０アンテナ装置
２誘電体基板
２ａ凹段部
３配線パターン
４放射導体
４ａ開口
５電子部品
５ａ水晶振動子
５ｅ水晶片
６給電ピン
７接地導体板
７ａ凹状蓋部
７ｂ鍔部
７ｃ通気孔
８通気防水部材
１１回路補助基板
１１ａ部品実装面
１２チップ部品
１３導電ピン
２０タイヤ
２１ホイール
２２バルブ

Claims

片面に配線パターンが形成されると共に他面に放射導体が形成された誘電体基板と、この誘電体基板の前記片面に実装されて前記配線パターンと共に高周波回路を構成する電子部品と、前記誘電体基板を貫通して前記放射導体の給電点と前記配線パターンとを電気的に接続する給電手段と、前記電子部品を覆った状態で前記誘電体基板の前記片面側に取り付けられた接地導体板と、前記放射導体よりも大径で片面がチップ部品を実装した部品実装面となっている回路補助基板とを備え、
前記接地導体板に前記電子部品の収納スペースを有する凹状蓋部を設けると共に、この凹状蓋部の周囲を全周に亘って前記誘電体基板の前記片面に密着固定し、かつ、前記回路補助基板を、前記部品実装面を前記放射導体と対向させた状態で前記誘電体基板の前記他面上に固定したことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記接地導体板または前記誘電体基板に前記凹状蓋部内の空間と外部空間とを連通する通気孔を形成し、この通気孔を通気性および防水性を備えた通気防水部材によって塞いだことを特徴とするアンテナ装置。
請求項２の記載において、前記通気孔を前記接地導体板の前記凹状蓋部に形成し、この凹状蓋部の外表面に前記通気防水部材を貼着したことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記接地導体板に前記凹状蓋部の開口端を全周に亘って包囲する平坦な鍔部を延設し、この鍔部を前記誘電体基板の前記片面に密着させたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記電子部品に水晶振動子が含まれていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記回路補助基板の前記部品実装面に検波回路が設けられており、この検波回路を介して前記放射導体の給電点と前記配線パターンとが電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１または６の記載において、前記放射導体の略中央部に開口を形成すると共に、前記誘電体基板の前記他面に前記開口に臨出する凹段部を形成し、この凹段部内の空間を前記チップ部品の収納スペースとなしたことを特徴とするアンテナ装置。