JP4832350B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヘリカルアンテナを基板に実装してなるアンテナ装置に関するものである。

円偏波を放射するヘリカルアンテナにおいては、円状となる電流成分を阻害するような物体をアンテナ近傍に配置することは望ましくない。したがって、基板に対しては、ヘリカルアンテナの軸が垂直となるように取り付けることが望ましい。これに対し、基板に対するヘリカルアンテナの固定構造として種々の構造が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。

特許文献１においては、円柱状又は円筒状の装着部にコイル（ヘリカルアンテナ）を外嵌して装着した後、この装着部の両端部を基台部に設けられた固定穴に装着固定する。そして、この固定状態でコイルの一端部を、配線基板（基板）に挿入してはんだ付けすることにより、アンテナ装置が構成されている。

また、特許文献２においては、アンテナパターン（ヘリカルアンテナ）を形成した可撓性の絶縁フィルム部材を筒状に丸めることで、筒状アンテナを構成するようにしている。そして、絶縁フィルム部材に付設した金属製の突起からなる位置決めタブを、回路基板（基板）の穴に挿入して筒状アンテナを回路基板に仮止めした状態で、アンテナパターンを回路パターン（給電パターン）にはんだ付けすることにより、アンテナ装置が構成されている。
特開平９−３６６４４号公報 特開２００３−８７０３２号公報

特許文献１に示される構成においては、ヘリカルアンテナと基板以外に、装着部や基台部を必要とする。また、基板にヘリカルアンテナを実装するに際し、装着部に対するヘリカルアンテナの装着や装着部と基台部との固定が必要である。また、特許文献２に示される構成においても、ヘリカルアンテナと基板以外に、絶縁フィルム部材や位置決めタブを必要とする。

本発明は上記問題点に鑑み、簡素な構成でありながら、ヘリカルアンテナの軸を基板に対して略垂直とすることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、請求項１に記載のアンテナ装置は、ＧＮＤパターン、及び、給電パターンを有する基板と、基板のＧＮＤパターン形成面から離反する方向に所定のピッチをもって螺旋状に延びる螺旋部、及び、螺旋部の基板側端部に連結された接続部を有するヘリカルアンテナとを備え、螺旋部が基板のＧＮＤパターン上に離間して配置され、接続部が給電パターンと電気的に接続されたアンテナ装置である。そして、ヘリカルアンテナは、金属板が所定形状にパターニングされるとともに巻回されてなり、ヘリカルアンテナが、螺旋部の基板側１巻き目の少なくとも一部に連結され、基板のアンテナ配置面に当接された状態で、螺旋部の軸を基板のＧＮＤパターン形成面と略垂直に保持する垂直保持部を有し、該垂直保持部は、ヘリカルアンテナと同一の金属板を用いてヘリカルアンテナと一体的に構成されていることを特徴とする。

このように本発明によれば、ヘリカルアンテナの一部として、螺旋部の基板側１巻き目と基板との間の隙間に介在される垂直保持部を設けており、垂直保持部を基板のアンテナ配置面に当接させることで、螺旋部の軸を基板のＧＮＤパターン形成面と略垂直に保持することができる。すなわち、螺旋部に流れる電流をほとんど阻害することなく、螺旋部の軸の傾きを抑制し、ヘリカルアンテナを基板上に自立させることができる。また、この垂直保持部は、ヘリカルアンテナと同一の金属板を用いてヘリカルアンテナと一体的に構成されている。したがって、別途ホルダなどが不要であるので、簡素な構成でありながら、ヘリカルアンテナの軸を基板に対して略垂直とすることができる。

また、垂直保持部が電流経路の一部となるので、１巻き目の電気長とそれ以外の電気長とを異なる長さとすることができ、これによってアンテナ装置の周波数帯域を広帯域化することができる。なお、ヘリカルアンテナとしては、螺旋部の１回巻きの周囲長が、使用波長の長さとほぼ等しくされた所謂軸モードのヘリカルアンテナとしても良いし、１回巻きの周囲長が使用波長に比べて十分小さい所謂ノーマルモード（ダイポールモード）のヘリカルアンテナとしても良い。

請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載のように、垂直保持部が、螺旋部の基板側１巻き目の少なくとも一部と基板のアンテナ配置面との対向領域全てを埋める構成としても良い。このような構成とすると、垂直保持部をより簡素な構成とすることができる。

請求項１又は請求項２に記載の発明においては、請求項３に記載のように、螺旋部の螺旋に沿う方向において、垂直保持部が、螺旋部の基板側１巻き目のうち、半分以上の部位と連結された構成としても良い。このような構成とすると、ヘリカルアンテナを基板上に容易に自立させることができる。

また、請求項１〜３いずれかに記載の発明においては、請求項４に記載のように、螺旋部の螺旋に沿う方向において、垂直保持部が、互いに離間された複数箇所で螺旋部の基板側１巻き目と連結された構成としても良い。このような構成としても、ヘリカルアンテナを基板上に自立させることができる。なお、本発明においては、請求項３に記載の発明の条件を満たさなくとも、ヘリカルアンテナを基板上に自立させることが可能である。

請求項１〜４いずれかに記載の発明においては、請求項５に記載のように、基板がアンテナ配置面に開口する凹部を有し、ヘリカルアンテナは、垂直保持部に連結された脚部を有し、該脚部は、ヘリカルアンテナと同一の金属板を用いてヘリカルアンテナと一体的に構成されており、脚部は、垂直保持部が基板のアンテナ配置面に当接された状態で、対応する凹部内に配置される構成としても良い。このような構成とすると、脚部によって、基板に対する（基板のアンテナ配置面に沿う２軸方向の）ヘリカルアンテナの位置ずれを抑制することができる。

請求項５に記載の発明においては、請求項６に記載のように、基板が凹部として貫通孔を有し、脚部が貫通孔内に配置された状態で、その先端が基板のアンテナ配置面の裏面から突出されて基板にはんだ付けされた構成としても良い。このような構成とすると、接続部以外にも、基板に対してヘリカルアンテナが強固に固定されることとなるので、基板に対するヘリカルアンテナの接続信頼性を高めることができる。

なお、それ以外にも、脚部が貫通孔内に配置されつつ、その先端が基板のアンテナ配置面の裏面側に突出されない構成としても良いし、凹部としての溝部に脚部が配置された構成としても良い。

請求項５又は請求項６に記載の発明においては、請求項７に記載のように、接続部が、基板のアンテナ配置面に形成された給電パターンのランドと接続され、ヘリカルアンテナが、複数の脚部を有する構成としても良い。また、請求項８に記載のように、接続部が、基板に形成された貫通孔を介して、基板のアンテナ配置面の裏面に形成された給電パターンのランドと接続され、ヘリカルアンテナが、少なくとも１つの脚部を有する構成としても良い。接続部が基板に対して表面実装される場合には、接続部が位置決め機能を果たさないので、請求項７に記載の構成とすることで、複数の脚部のみによって、基板に対する（基板のアンテナ配置面に沿う２軸方向の）ヘリカルアンテナの位置ずれを抑制することができる。また、接続部が基板に対して挿入実装される場合には、接続部が位置決め機能を果たすので、請求項８に記載のこうせいとすることで、接続部と少なくとも１つの脚部とによって、基板に対する（基板のアンテナ配置面に沿う２軸方向の）ヘリカルアンテナの位置ずれを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の要部の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１を基板上面側から見た平面図である。図３は、図１を側面側から見た平面図である。図４は、アンテナ装置のうち、ヘリカルアンテナを展開した平面図である。
なお、図１においては、便宜上、基板に設けられたＧＮＤパターンや貫通孔を省略して図示している。

本実施形態に係るアンテナ装置は、車外からの電波（主としてＥＴＣゲート側からの電波）を受信する車載用の受信機として構成されている。図１〜図４に示すように、アンテナ装置１００は、要部として、基板１１０と、基板１１０に実装されたヘリカルアンテナ１２０とを有している。

基板１１０は、樹脂やセラミックなどの絶縁材料からなる基材に、ＧＮＤパターンや給電パターンなどが配置されて構成されている。本実施形態においては、図２に示すように、基板１１０のヘリカルアンテナ１２０が配置される側の表面（以下アンテナ配置面と示す）のうち、ヘリカルアンテナ１２０の接続部１２２が挿入される貫通孔の周囲と、ヘリカルアンテナ１２０の垂直保持部１２３が接触される部位及びその周囲とを除いて、ＧＮＤパターン１１１が設けられている。なお、図２に示す符号１１２は、基板１１０のアンテナ配置面において、ＧＮＤパターン１１１のない領域（以下、除外領域１１２と示す）を示しており、除外領域１１２はヘリカルアンテナ１２０の螺旋に沿ってＣ字状となっている。

また、図３に示すように、基板１１０には、アンテナ配置面の裏面に給電パターン１１３が設けられ、アンテナ配置面とその裏面とを貫通する貫通孔１１４が設けられており、アンテナ配置面の裏面において、給電パターン端部のランド１１３ａと、貫通孔１１４を介して裏面側に突出されたヘリカルアンテナ１２０の接続部１２２とが、はんだ１１５によって接合されている。そして、ヘリカルアンテナ１２０からの受信信号は、インピーダンスマッチングのための図示されない整合素子を介して、給電パターン１１３によって図示されないＲＦ（RadioFrequency）回路に伝送（出力ＯＵＴ）されるように構成されている。本実施形態において、ＲＦ回路は基板１１０とは異なる基板に構成されているが、ＲＦ回路が基板１１０に一体に構成されても良い。

なお、基板１１０には、図３に示すように、接続部１２２用の貫通孔１１４だけでなく、ヘリカルアンテナ１２０の脚部１２４（１２４ａ〜１２４ｃ）が挿通される貫通孔１１４も設けられている。すなわち、複数の貫通孔１１４が設けられている。

ヘリカルアンテナ１２０は、導線を螺旋状に巻いてなるものであり、体格を小型化でき、且つ、円偏波を放射することのできるアンテナとして知られている。本実施形態においても、公知のヘリカルアンテナ同様、図１及び図３に示すように、基板１１０のアンテナ配置面から離反する方向に所定のピッチをもって螺旋状に延びる螺旋部１２１と、螺旋部１２１の基板側端部に連結され、基板１１０に設けられた給電パターン１１３のランド１１３ａと電気的に接続される接続部１２２を有している。

螺旋部１２１は、ヘリカルアンテナ１２０のうち、電波の放射（受信）に寄与する部分であり、その巻き数は特に限定されるものではない。螺旋部１２１の巻き数を増すほど、円偏波の軸比（長軸の長さ／短軸の長さ）を１に近づける（真円に近づける）ことができ、特に２．５巻き以上とする効果的であることが知られている。本実施形態においては、１回巻きの周囲長が、使用周波数（本実施形態においては、５．８ＧＨｚ）の波長（約５２ｍｍ）とほぼ一致し、図２に示す螺旋部１２１の円形断面の直径がＤ、図３に示すピッチ角がαの平面円形状となるように、導線を螺旋状に２．５巻きして構成されている。すなわち、電流が螺旋に沿って流れる進行波となる所謂軸モードのヘリカルアンテナとして構成されている。なお、螺旋部１２１のうち、符号１２１ａは基板側の１巻き目、符号１２１ｂは２巻き目、符号１２１ｃは３巻き目を示している。また、導線の巻き方向は特に限定されるものではない。本実施形態においては右巻きとされている。

接続部１２２は、ヘリカルアンテナ１２０のうち、円偏波を放射する螺旋部１２１に対して電流を供給するための給電点としての機能を果たすものである。給電パターン１１３（ランド１１３ａ）との接続構造は特に限定されるものではなく、リフローが可能な所謂表面実装構造としても良いし、接続信頼性の高い所謂挿入実装構造としても良い。本実施形態においては、接続部１２２が挿入実装構造となっている。詳しくは、図３に示すように、接続部１２２が、螺旋部１２１の１巻き目１２１ａの基板側端部から基板１１０のアンテナ配置面に対して略垂直に延びており、貫通孔１１４を介して基板１１０のアンテナ配置面の裏面側に突出する部位が、貫通孔１１４の裏面側開口周辺に設けられた給電パターン１１３のランド１１３ａとはんだ１１５によって接合されている。このように、接続部１２２を挿入実装構造とすると、接続部１２２の一部が貫通孔１１４内に配置されるので、ヘリカルアンテナ１２０を基板１１０に対して位置決めする機能（基板１１０のアンテナ配置面に沿う２軸方向に対して位置決めする機能）を接続部１２２に持たせることができる。

このように、円偏波を放射するヘリカルアンテナ１２０においては、きれいな円偏波を放射するために、螺旋部１２１に流れる電流（円状となる電流成分）を阻害するような物体をアンテナ近傍に配置することは望ましくない。例えばヘリカルアンテナ１２０の螺旋部１２１の軸が、基板１１０のアンテナ配置面（ＧＮＤパターン形成面）に対して垂直な位置から傾いていると、基板１１０が螺旋部１２１に流れる電流に対して影響を及ぼすこととなる。したがって、基板１１０に対しては、螺旋部１２１の軸が垂直となるように取り付けることが望ましい。そこで、本実施形態に係るアンテナ装置１００においては、ヘリカルアンテナ１２０の一部として、垂直保持部１２３と脚部１２４をさらに有する構成としている。

垂直保持部１２３は、基板１１０への実装時に、螺旋部１２１の軸を基板１１０のアンテナ配置面（ＧＮＤパターン形成面）と略垂直に保持した状態で、ヘリカルアンテナ１２０を基板１１０上に自立させる機能を果たすものである。換言すれば、基板１１０のアンテナ配置面に垂直な方向において、螺旋部１２１を位置決めする機能を果たすものである。垂直保持部１２３としては、螺旋部１２１の１巻き目１２１ａの少なくとも一部に連結され、基板１１０のアンテナ配置面に当接された状態で、螺旋部１２１の軸を基板１１０のアンテナ配置面（ＧＮＤパターン形成面）と略垂直に保持することができる構造であれば採用することができる。本実施形態においては、図１、図３、及び図４に示すように、螺旋部１２１の１巻き目１２１ａの一部から１巻き目１２１ａに沿って基板１１０側に延びた部分が垂直保持部１２３とされており、垂直保持部１２３は、１巻き目１２１ａの一部と該部位と対向する基板１１０のアンテナ配置面との対向領域全てを埋めるように構成されている。また、螺旋部１２１の螺旋に沿う方向において、垂直保持部１２３が、螺旋部１２１の１巻き目１２１ａのうち、半分以上の部位と連結されている。詳しくは、図１及び図４に示すように、１巻き目１２１ａのうち、接続部１２２との連結部位から周囲長の略３／４の部位までが、１つの垂直保持部１２３と連結されている。また、垂直保持部１２３と１巻き目１２１ａの連結部位の長さをＬ０とすると、垂直保持部１２３の高さはｓｉｎα×Ｌ０であり、実質的に数ｍｍ程度とされている。このように、基板１１０のアンテナ配置面に対して垂直方向の高さが、使用波長に対して十分に短い長さ（例えば数ｍｍ程度）とされているので、ヘリカルアンテナ１２０の放射特性にほとんど影響を与えることはない。

脚部１２４は、ヘリカルアンテナ１２０を位置決めする機能（基板１１０のアンテナ配置面に沿う２軸方向に対して位置決めする機能）を果たすものである。接続部１２２が挿入実装構造の場合、接続部１２２と脚部１２４とによって、基板１１０のアンテナ配置面に沿う２軸方向の位置決めがなされることとなるので、少なくとも１つの脚部１２４を有していれば良い。本実施形態においては、垂直保持部１２３の下面（基板１１０との接触面）から、基板１１０のアンテナ配置面に略垂直に延びる部分が脚部１２４とされており、脚部１２４として、互いに離間された３つの脚部１２４ａ〜１２４ｃを有している。そして、各脚部１２４ａ〜１２４ｃが、基板１１０に設けられた対応する貫通孔１１４内に挿入されることで、位置決め機能を果たすようになっている。詳しくは、図２〜図４に示すように、３つの脚部１２４ａ〜１２４ｃが、螺旋部１２１の１巻き目１２１ａに対し、接続部１２２と連結部位を始点として周囲長の略１／４、略１／２、略３／４の点において、垂直保持部１２３に連結されている。また、本実施形態においては、対応する貫通孔１１４に挿入された脚部１２４ａ〜１２４ｃの先端が、基板１１０のアンテナ配置面の裏面から突出し、該部位が、電気的な接続機能を提供しないダミーランド１１６とはんだ１１５を介して接合されている。なお、脚部１２４及び接続部１２２は、基板１１０のアンテナ配置面に対して略垂直となっているので、その長さが長いと、ヘリカルアンテナ１２０の放射特性に影響を与えることとなる。したがって、その長さは、使用波長に対して十分に短い長さ（例えば数ｍｍ程度）とされている。

このような構成のヘリカルアンテナ１２０は、例えば以下の手順によって形成することができる。先ず、金属板を準備し、該金属板を図４に示すように所定形状にパターニングする。このパターニングされた状態で、螺旋部１２１（１２１ａ〜１２１ｃ）、接続部１２２、垂直保持部１２３、及び脚部１２４（１２４ａ〜１２４ｃ）が、平板状の１つのエレメントとなっている。なお、図４に示す符号１２５は、垂直保持部１２３のうち、基板１１０のアンテナ配置面と接する下面となる部位である。次に、パターニングされたエレメントを巻回して、螺旋部１２１を螺旋状とする。なお、接続部１２２、垂直保持部１２３、及び脚部１２４（１２４ａ〜１２４ｃ）も、螺旋部１２１の１巻き目１２１ａに追従して巻回される。これにより、図１〜図３に示す構造のヘリカルアンテナ１２０が形成される。そして形成されたヘリカルアンテナ１２０を、別途準備された基板１１０に実装する。具体的には、基板１１０のアンテナ配置面側から、接続部１２２及び脚部１２４（１２４ａ〜１２４ｃ）を、垂直保持部１２３の下面１２５がアンテナ配置面と接触するまで、基板１１０の対応する貫通孔１１４に挿入する。この接続部１２２及び脚部１２４によって、基板１１０のアンテナ配置面に沿う２軸方向において、ヘリカルアンテナ１２０が位置決めされる。また、垂直保持部１２３がストッパとして機能するので、基板１１０のアンテナ配置面に垂直な方向において、ヘリカルアンテナ１２０が位置決めされる。詳しくは、螺旋部１２１の軸を基板１１０のアンテナ配置面（ＧＮＤパターン形成面）と略垂直に保持した状態で、ヘリカルアンテナ１２０を基板１１０上に自立される。そして、この位置決め状態で、基板１１０のアンテナ配置面の裏面側に僅かに突出された接続部１２２及び脚部１２４（１２４ａ〜１２４ｃ）と、対応するランド１１３ａ、１１６とをはんだ１１５を介して接合する。これにより、図１〜図３に示す構成のアンテナ装置１００が形成される。

このように、本実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、ヘリカルアンテナ１２０に設けた垂直保持部１２３によって、螺旋部１２１の軸を基板１１０のアンテナ配置面（ＧＮＤパターン形成面）と略垂直に保持することができる。すなわち、螺旋部１２１の軸を基板１１０のアンテナ配置面（ＧＮＤパターン形成面）と略垂直に保持した状態で、ヘリカルアンテナ１２０を基板１１０上に自立させることができる。したがって、別途ホルダなどが不要であるので、簡素な構成でありながら、ヘリカルアンテナ１２０の軸を基板１１０に対して略垂直とすることができる。その結果、ヘリカルアンテナ１２０は、精度良く円偏波を放射することができる。なお、本実施形態においては、垂直保持部１２３を、螺旋部１２１の螺旋に沿う方向において、１巻き目１２１ａの半分以上の部位と連結する構成としている。したがって、螺旋部１２１の軸を基板１１０のアンテナ配置面（ＧＮＤパターン形成面）と略垂直に安定して保持することができる。

また、本実施形態においては、垂直保持部１２３を、螺旋部１２１の１巻き目１２１ａの少なくとも一部と該部位に対向する基板１１０のアンテナ配置面との対向領域全てを埋める構成としている。したがって、垂直保持部１２３の構成をより簡素な構成とすることができるとともに、その剛性を高めて垂直保持性能を向上することができる。

また、本実施形態においては、ヘリカルアンテナ１２０に設けた脚部１２４によって、基板１１０のアンテナ配置面に沿う２軸方向における、ヘリカルアンテナ１２０の位置ずれを抑制することができる。特に本実施形態においては、脚部１２４を基板１１０のダミーランド１１６とはんだ付けするので、接続部１２２以外にも、基板１１０に対してヘリカルアンテナ１２０が強固に固定されることとなり、基板１１０に対するヘリカルアンテナ１２０の接続信頼性を高めることができる。なお、本実施形態においては、接続部１２２も位置決め機能を果たすので、接続部１２２と脚部１２４とにより、ヘリカルアンテナ１２０の位置ずれを抑制することができる。

また、本実施形態においては、垂直保持部１２３が電流経路の一部となるので、螺旋部１２１において、垂直保持部１２３の連結された１巻き目１２１ａの電気長と、それ以外の巻き目１２１ｂ，１２１ｃの電気長とを異なる長さとすることができる。詳しくは、垂直保持部１２３の分、電気長が長くなり、低域の周波数成分が流れ込むこととなるので、これによってアンテナ装置１００の周波数帯域を広帯域化することができる。このことは、本発明者によるシミュレーション結果によっても明らかとなっている。以下に、垂直保持部１２３による広帯域化の効果について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、広帯域化を説明するための模式的な図である。図６は、周波数と電圧定在波比（ＶＳＷＲ）との関係を示す図である。なお、図６においては、本実施形態に係るアンテナ装置１００の結果を実線で示し、比較対象として垂直保持部１２３及び脚部１２４がない以外は本実施形態のアンテナ装置１００と同一構成のアンテナ装置の結果を破線で示している。なお、シミュレーションに当たって、使用周波数ｆ０を５８００ＭＨｚ（波長λ１を約５１．７ｍｍ）、螺旋部１２１の直径Ｄを１８ｍｍ、ピッチ角αを５度、図４及び図５に示される垂直保持部１２３の基板１１０との設置長さＬ（＝０．７５×π×Ｄ）を約４２．４ｍｍとしている。

図５に示すように、接続部１２２の給電点ｅ１に高周波電流が印加され、螺旋部１２１に沿って高周波電流が螺旋部１２１に流れる場合、１巻き目１２１ａに沿って電流が流れる場合の電流経路Ｘ１と、垂直保持部１２３の表面を沿って電流が流れる場合の電流経路Ｘ２との経路差Ｘは次式に示す通りである。なお、図５に示すｅ２は、垂直保持部１２３の終点であり、ｅ３は１巻き目１２１ａの終点、ｅ４は螺旋部１２１（３巻き目１２１ｃ）の終点である。
（数１）Ｘ＝Ｌ×（１＋ｔａｎα−１／ｃｏｓα）
また、経路差Ｘを含めた１巻き目１２１ａの周波数ｆ１（ＭＨｚ）は、次式に示す通りである。なお、ｃは光速（３×１０^８ｍ／ｓ）である。
（数２）ｆ１＝ｃ／（λ１＋Ｘ）
したがって、数式１より、経路差Ｘは３．５５ｍｍとなり、数式２より、周波数ｆ１は約５４２７．６ＭＨｚとなる。すなわち、１巻き目１２１ａの周波数ｆ１と２巻き目１２１ｂの周波数との周波数差（＝ｆ０−ｆ１）は約３７２．４ＭＨｚとなる。この計算結果に基づいてＶＳＷＲとの関係を示したのが図６である。

図６に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、垂直保持部１２３及び脚部１２４のない構成に比べて、５０００〜５５００ＭＨｚ付近のＶＳＷＲが小さくなっていることが明らかである。また、ＶＳＷＲが３以下の領域が広くなっていることが明らかである。

このようにシミュレーション結果からも、アンテナ装置１００の周波数帯域が広いことが明らかである。このように、周波数帯域が広いと、広帯域に整合がとれやすくなり、ヘリカルアンテナ１２０自体のばらつきや基板１１０への実装時のばらつきによる耐性を高めることができる。

なお、本実施形態においては、螺旋部１２１の１巻き目１２１ａと垂直保持部１２３との連結長が、１巻き目１２１ａの周囲長の略３／４とされる例を示した。しかしながら、連結長は上記例に限定されるものではない。１巻き目１２１ａの周囲長の半分以上と連結される構成であれば良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図７に基づいて説明する。図７は、第２実施形態に係るアンテナ装置１００において、ヘリカルアンテナ１２０を展開した平面図である。

第２実施形態に係るアンテナ装置１００は、第１実施形態に示したアンテナ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１実施形態においては、ヘリカルアンテナ１２０が１つの垂直保持部１２３を有し、この垂直保持部１２３が、螺旋部１２１の１巻き目１２１ａの半分以上の部位と連結される例を示した。これに対して、本実施形態においては、螺旋部１２１の螺旋に沿う方向において、垂直保持部１２３が、互いに離間された複数箇所で螺旋部１２１の１巻き目１２１ａと連結されている点を特徴とする。すなわち、複数の垂直保持部１２３を有する点を特徴とする。

その一例として、図７においては、第１実施形態に示した垂直保持部１２３を分割し、互いに離間された３つの垂直保持部１２３ａ〜１２３ｃとしている。詳しくは、螺旋部１２１の１巻き目１２１ａに対し、接続部１２２との連結部位を始点として周囲の略１／４、略１／２、略３／４の点に、垂直保持部１２３ａ〜１２３ｃがそれぞれ連結されている。そして、各垂直保持部１２３ａ〜１２３ｃに、脚部１２４ａ〜１２４ｃが連結されている。

このように、本実施形態に示す構成としても、第１実施形態に示した構成と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態においては、螺旋部１２１の螺旋に沿う方向において、垂直保持部１２３と螺旋部１２１の１巻き目１２１ａとの連結部の長さの総和が、１巻き目１２１ａの長さの半分未満であるが、ヘリカルアンテナ１２０を基板１１０上に自立させることが可能である。このような構成とするには、ヘリカルアンテナ１２０の重心と複数の垂直保持部１２３の中心とが一致するようにすれば良い。

なお、本実施形態においては、ヘリカルアンテナ１２０が、垂直保持部１２３として３つの垂直保持部１２３ａ〜１２３ｃを有する例を示した。しかしながら、垂直保持部１２３の個数は上記例に限定されるものではない。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図８及び図９に基づいて説明する。図８は、第３実施形態に係るアンテナ装置１００の要部の概略構成を示す斜視図である。図９は、図８を基板上面側から見た平面図である。なお、図８においては、便宜上、ＧＮＤパターン１１１、給電パターン１１３、貫通孔１１４、及びはんだ１１５を省略して図示している。また、図９においても、便宜上、はんだ１１５を省略して図示している。

第３実施形態に係るアンテナ装置１００は、第１実施形態に示したアンテナ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１実施形態においては、ヘリカルアンテナ１２０の接続部１２２が挿入実装構造とされる例を示した。これに対し、本実施形態においては、接続部１２２が表面実装構造とされる点を特徴とする。

その一例として、図８及び図９においては、第１実施形態に示した接続部１２２が、基板１１０のアンテナ配置面に略平行に折曲されることで、表面実装構造となっている。そして、給電パターン１１３も、基板１１０のアンテナ配置面に設けられ、給電パターン端部のランド１１３ａと接続部１２２とが接合されている。それ以外の構成は、第１実施形態に示した構成と基本的に同じである。なお、基板１１０のアンテナ配置面に垂直な方向において、接続部１２２及びランド１１３ａの厚さ分、垂直保持部１２３の高さが第１実施形態よりも高くなっている。

このように本実施形態に示す構成としても、第１実施形態に示した構成と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態においては、接続部１２２を表面実装構造としているので、接続部１２２が、基板１１０のアンテナ配置面に沿う２軸方向において、ヘリカルアンテナ１２０を位置決めする機能を有していない。したがって、本実施形態に示すように、脚部１２４を複数有する構成とすると、基板１１０のアンテナ配置面に沿う２軸方向において、ヘリカルアンテナ１２０を位置決めすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態において、アンテナ装置１００を車載用の受信機（主としてＥＴＣ用）に適用する例を示した。しかしながら、本実施形態に示すアンテナ装置１００の適用範囲は上記例に限定されるものではない。また、受信機だけでなく送信機に適用することができるのは言うまでもない
本実施形態においては、螺旋部１２１の１回巻きの周囲長が使用波長とほぼ等しくされた軸モードのヘリカルアンテナ１２０の例を示した。しかしながら、ヘリカルアンテナの構成は上記例に限定されるものではない。それ以外にも、１回巻きの周囲長が使用波長に比べて十分小さい所謂ノーマルモード（ダイポールモード）のヘリカルアンテナにも、上述した構成を適用することができる。

本実施形態においては、脚部１２４が基板１１０（ダミーランド１１６）にはんだ付けされる例を示した。しかしながら、基板１１０にはんだ付けされない構成としても良い。少なくとも貫通孔１１４内に挿入することで、基板１１０に対するヘリカルアンテナ１２０の位置決めの機能を発揮することができる。

なお、本実施形態においては、脚部１２４が貫通孔１１４に挿入される例を示した。しかしながら、貫通孔１１４に代えて、溝部を採用することもできる。すなわち、基板１１０に、アンテナ配置面に開口する凹部を設け、対応する凹部に脚部１２４を挿入する構成とすれば、これによって基板１１０に対してヘリカルアンテナ１２０を位置決めすることができる。

本実施形態においては、ヘリカルアンテナ１２０が脚部１２４を有する例を示した。しかしながら、脚部１２４のない構成としても良い。例えば、第１実施形態に示した構成（図２参照）において、接続部１２２を貫通孔１１４内に挿入した状態で、除外領域１１２と垂直保持部１２３とを位置合わせすることにより、基板１１０のアンテナ配置面に沿う２軸方向において、ヘリカルアンテナ１２０を位置決めすることができる。

本実施形態においては、ＧＮＤパターン１１１が基板１１０のアンテナ配置面に設けられ、給電パターン１１３が基板１１０のアンテナ配置面又はその裏面に設けられる例を示した。しかしながら、基板１１０のアンテナ配置面の裏面にＧＮＤパターン１１１を設けた構成としても良い。この場合、給電パターン１１３は、基板１１０のアンテナ配置面オ及びその裏面のいずれの配置も可能である。

本実施形態においては、螺旋部１２１の螺旋形状を平面円形状とする例を示した。しかしながら、螺旋形状としては、円形状以外にも矩形状や矩形以外の多角形状などとすることもできる。

第１実施形態に係るアンテナ装置の要部の概略構成を示す斜視図である。 図１を基板上面側から見た平面図である。 図１を側面側から見た平面図である。 アンテナ装置のうち、ヘリカルアンテナを展開した平面図である。 広帯域化を説明するための模式的な図である。 周波数とＶＳＷＲとの関係を示す図である。 第２実施形態に係るアンテナ装置において、ヘリカルアンテナを展開した平面図である。 第３実施形態に係るアンテナ装置の要部の概略構成を示す斜視図である。 図８を基板上面側から見た平面図である。

符号の説明

１００・・・アンテナ装置
１１０・・・基板
１１１・・・ＧＮＤパターン
１１２・・・除外領域
１１３・・・給電パターン
１１４・・・貫通孔
１２０・・・ヘリカルアンテナ
１２１・・・螺旋部
１２１ａ・・・１巻き目
１２２・・・接続部
１２３・・・垂直保持部
１２４，１２４ａ〜１２４ｅ・・・脚部

Claims (8)

1. ＧＮＤパターン、及び、給電パターンを有する基板と、
   前記基板のＧＮＤパターン形成面から離反する方向に所定のピッチをもって螺旋状に延びる螺旋部、及び、前記螺旋部の基板側端部に連結された接続部を有するヘリカルアンテナとを備え、
   前記螺旋部が前記基板のＧＮＤパターン上に離間して配置され、前記接続部が前記給電パターンと電気的に接続されたアンテナ装置であって、
   前記ヘリカルアンテナは、金属板が所定形状にパターニングされるとともに巻回されてなり、
   前記ヘリカルアンテナは、前記螺旋部の基板側１巻き目の少なくとも一部に連結され、前記基板のアンテナ配置面に当接された状態で、前記螺旋部の軸を前記基板のＧＮＤパターン形成面と略垂直に保持する垂直保持部を有し、
   該垂直保持部は、前記ヘリカルアンテナと同一の金属板を用いて前記ヘリカルアンテナと一体的に構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記垂直保持部は、前記螺旋部の基板側１巻き目の少なくとも一部と前記基板のアンテナ配置面との対向領域全てを埋めていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記螺旋部の螺旋に沿う方向において、前記垂直保持部は、前記螺旋部の基板側１巻き目のうち、半分以上の部位と連結されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記螺旋部の螺旋に沿う方向において、前記垂直保持部は、互いに離間された複数箇所で前記螺旋部の基板側１巻き目と連結されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記基板は、アンテナ配置面に開口する凹部を有し、
   前記ヘリカルアンテナは、前記垂直保持部に連結された脚部を有し、
   該脚部は、前記ヘリカルアンテナと同一の金属板を用いて前記ヘリカルアンテナと一体的に構成されており、
   前記脚部は、前記垂直保持部が前記基板のアンテナ配置面に当接された状態で、対応する前記凹部内に配置されることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記基板は、前記凹部として貫通孔を有し、
   前記脚部は、前記貫通孔内に配置された状態で、その先端が前記基板のアンテナ配置面の裏面から突出されて、前記基板にはんだ付けされていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記接続部は、前記基板のアンテナ配置面に設けられた前記給電パターンのランドと接続され、
   前記ヘリカルアンテナは、複数の前記脚部を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記接続部は、前記基板に形成された貫通孔を介して、前記基板のアンテナ配置面の裏面に設けられた前記給電パターンのランドと接続され、
   前記ヘリカルアンテナは、少なくとも１つの前記脚部を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のアンテナ装置。

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