JP6250133B1 - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ対策のための電気シールド構造が万全で、しかも安価で且つ実装性の優れたアンテナ装置を得る。【解決手段】少なくも１つのアンテナ素子４ａが設けられた回路基板１と、この回路基板１のアンテナ素子４ａの電波の放射方向を可変にする基板ケース３と、回路基板１と基板ケース３とを電気的に接続する導電性のガスケット２を備え、回路基板１は少なくとも１つの端面が導電性部材１ａで構成され、ガスケット２は回路基板１の端面を覆うように配置されると共に回路基板１の導電性部材１ａと電気的に接続され、基板ケース３はガスケット２を覆うように配置されると共にガスケット２と電気的に接続されている。【選択図】図１

Description

この発明は、ノイズ対策のための電気シールド構造を有したアンテナ装置に関するものである。

アンテナを有した装置のノイズ対策として、液晶パネルを金属筐体の内部に配置したノートパソコンにおいて、液晶パネルの導電性背面カバーと金属筐体との間隙を封止する導電性ガスケットを、液晶パネルの表示駆動回路を実装した表示モジュール基板とパソコン内蔵の無線通信用アンテナのアンテナ基板との間に配設したものが知られている（特許文献１参照）。

また、ドーム状のトップカバーと、このトップカバー内に収納されて電波を受信するアンテナモジュールと、トップカバーの下面を覆うブラケットと、トップカバーとブラケットとの間に配設されて、アンテナモジュールの密封性を確保するガスケットを備えたアンテナ装置が知られている（特許文献２参照）。

特開２０１１−８２３２０号公報 特開２０１０−２５９０３４号公報

特許文献１は、液晶パネルの表示駆動回路から輻射されるノイズが、無線通信用アンテナのアンテナ特性に悪影響を及ぼすことを抑制するために、液晶パネルの導電性背面カバーと金属筐体との間隙を封止する導電性ガスケットを設けたものであるが、液晶パネルのバックライトの光が漏れるのを防止するために、導電性背面カバーの背面側に遮光テープが設けられ、この遮光テープにより導電性背面カバーと導電性ガスケットとは大部分が接触しないようになっている。このため、導電性背面カバーと導電性ガスケットとの導通は十分でなく、ノイズ対策としては完全ではない。また導電性背面カバーと導電性ガスケットとが接触して導通するようにするためには、遮光テープに切欠き部を設ければならず、作業工数の増加を招く問題があった。

更に、無線通信用アンテナのアンテナ基板は、その側端部の近傍に設けられた金属製のクリップ金具を介して金属筐体に接続されて接地され、無線通信用アンテナのアンテナ基板と液晶パネルの表示モジュール基板とを接続するアンテナケーブルを配線しなければならず、部品点数の増加と高価になる問題があった。

特許文献２は、自動車のドアミラーの筐体のような狭設置空間の筐体内に設けられるアンテナ装置であって、トップカバーとブラケットで構成されるアンテナケース内に配設されたアンテナモジュールが風雨に晒されないように防水機能を持たせるよう密封性を確保することが目的であり、アンテナの回路基板から放射されるノイズの低減を目的とするものではない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、従来のものと比べて、ノイズ対策のための電気シールド構造が万全で、しかも安価で且つ実装性の優れたアンテナ装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係わるアンテナ装置は、少なくも１つのアンテナ素子が設けられた回路基板と、この回路基板のアンテナ素子の電波の放射方向を可変にする基板ケースと、回路基板と基板ケースとを電気的に接続する導電性のガスケットを備え、回路基板は少なくとも１つの端面が導電性部材で構成され、ガスケットは、回路基板の端面を覆うように配置されると共に回路基板の導電性部材と電気的に接続され、基板ケースは、ガスケットを覆うように配置されると共にガスケットと電気的に接続されたものである。

この発明によれば、従来のものと比べて、ノイズ対策のための電気シールド構造が万全で、しかも安価で且つ実装性の優れたアンテナ装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の分解斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を構成するガスケットの平面図である。 この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の接触構造断面図である。 この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置のシールド実現説明図である。 この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を構成するガスケットの平面図である。 この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置のシールド実現説明図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置について図１から図４に基づいて説明する。図１はアンテナ装置の分解斜視図、図２はアンテナ装置の一部構成品であるガスケットの平面図、図３はアンテナ装置の各部の接触構造断面図である。
図１において、アンテナ装置は、主に回路基板１とガスケット２と基板ケース３で構成されている。

回路基板１はガラスエポキシ樹脂などの基材で形成された単層、または多層の基板である。回路基板１の表面には、電波を空間へと放射するためのマイクロストリップパッチアレーなどの平面状のアンテナ素子４ａが形成されているアンテナ基板４が貼り合わせられており、このアンテナ基板４のアンテナ素子４ａによって、空間への電波の放射、及び到来電波の受信が為される。

また、回路基板１の両面または裏面には、電波を生成し、生成した電波をアンテナ基板４のアンテナ素子４ａへと給電したり、アンテナ素子４ａが受信した電波を増幅したり分配・合成するための高周波回路や、マイコンなどの各種電子部品９（図３参照）が実装されている。回路基板１の電気回路とアンテナ基板４のアンテナ素子４ａとの電気的な接続はケーブル等を用いることなく行われる。

基板ケース３は、アルミダイカストなどの鋳造工法によって製作され、ＡＤＣ１２（鋳造用アルミニウム材料）などの導電性材料で形成された筐体部品である。回路基板１は、四隅にある固定ネジ５を用いて基板ケース３に締結されることで、基板ケース３に固定される。

基板ケース３は、アンテナ基板４から放射される電波の放射方向を任意方向に向けるため、基板ケース３は任意方向に角度を向けるための機構（図示省略）によって、アンテナ
基板４の代りに機械的に駆動される。したがって、回路基板１が基板ケース３に固定されることによって、回路基板１すなわちアンテナ基板４の姿勢は、基板ケース３の姿勢に依存することとなり、基板ケース３の姿勢を制御することにより、アンテナ基板４の面方向、つまりアンテナ素子４ａから送受信される電波の放射方向を制御することができる。
この発明の明細書においては、基板ケース３の姿勢制御機構についての説明は、発明の本質からはかけ離れるので割愛する。

一方、回路基板１の裏面に実装されている高周波回路やマイコンなどの各種電子部品９からは、アンテナ基板４から空間へと放射される本来意図して放射したい電波とは別に、本来は意図しない不要な電波の放射が為されることがある。また、回路基板１の裏面に実装されている高周波回路やマイコンなどの各種電子部品９は、アンテナ装置の外部空間から到来する、本来は意図しない電波を受信してしまうことがある。このようなノイズ対策として、回路基板１の裏面に実装されている高周波回路やマイコンなどの各種電子部品９は、回路基板１のグランド導体部と、基板ケース３に形成されている凹部のキャビティ構造６とにより、電気的にシールド（遮蔽）することができる。

しかしながら、本構成におけるシールド構造においては、図１に示すように、回路基板１の四隅において基板ケース３との締結のために固定される固定ネジ５によって、回路基板１は基板ケース３に締結されているだけである。そのため、固定ネジ５で押圧されていない回路基板１の４辺の中央部（ネジ締結部以外）においては、回路基板１と基板ケース３との間に隙間が生じて、本来意図した通りの機械的な接触、更には電気的な接触（導通）までもが実現できない場合が存在する。この場合、回路基板１と基板ケース３との間には、前記した電気的なシールド構造を形成できないため、本来意図したようなノイズ対策が叶わず、回路基板１の裏面に実装されている高周波回路やマイコンなどの各種電子部品９からは不要な電波放射が為され、逆に本来は意図しない電波を受信してしまうことがある。

この発明の実施形態１におけるアンテナ装置においては、回路基板１と基板ケース３との間で止むを得ず発生してしまう機械的な隙間と、隙間によって生じる電気的な開口部を埋めるため、回路基板１と基板ケース３との間にガスケット２を挟み込んでから固定ネジ５で回路基板１を基板ケース３に締結する。
ガスケット２は、プレス加工などの加工方法によって製作され、ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）や、亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ）、錫メッキ鋼板（ＳＰＴＥ）などのバネ性を有した金属の板金材料で形成された板金部材である。

図１に示すように、ガスケット２は、基板ケース３の内周部に設けられた棚部７の上に載せられ、ガスケット２の上から回路基板１が載せられる。また、ガスケット２が基板ケース３の棚部７の上面と回路基板１の裏面で挟まれる部分（４辺）のガスケット２には、図２に示すようにプレス曲げ加工によってＬ字状の形状に形成された曲げ部８が断続的に複数に渡って形成されている。

ガスケット２の正面図を図２に示し、基板ケース３に対し、ガスケット２及び回路基板１の積載状態を示す断面図を図３に示す。
図３に示すように、ガスケット２は図３の断面内において、その断面構造は屈曲したＬ字型構造を有している。この屈曲構造は、プレス加工により形成される。このＬ字型の屈曲構造により、ガスケット２は、薄板構造でありながら、断面係数を増大させることができ、部品製造時、並びにアンテナ装置への部品実装時にハンドリング上必要な剛性を得ることができる。

Ｌ字型の底辺である曲げ部８は、金属の弾性体としての復元力を用いた複数のバネ構造
となっており、ガスケット２を構成している複数のバネ構造が、単一の金属材料により一体的に形成されている。また、ガスケット２の表面は、導電性材料で鍍金されている。
また、Ｌ字型に屈曲されたガスケット２の垂直面部分は、回路基板１の側面に添えられることにより、シールド効果が増大するとともに、工程上、ガスケット２を実装済みであることを目視検査することが可能となる。また、ガスケット２のＬ字型に屈曲された垂直部分の頭頂部は、アンテナ基板４の表面から積極的に突出させることにより、アンテナの放射パターン形成に影響を与え、クラッタ受信方向などへのサイドローブ抑圧など、アンテナ放射パターンの不要放射抑圧にも用いることもできる。

一方、回路基板１の表面にはアンテナ基板４が貼り合わされており、回路基板１の裏面側においては、基板ケース３の棚部７と対向する面においては導電部材によりグランド部１ａが形成されており、回路基板１のグランド部１ａと基板ケース３が導電性のガスケット２を介して電気導通を図れるように考慮されている。このグランド部１ａは回路基板１の少なくとも１つの端面に導電性部材で構成されておればよい。
ガスケット２を用いて回路基板１のグランド部１ａと基板ケース３を電気的に導通させることにより、回路基板１と基板ケース３との間で生じる隙間をガスケット２により埋められることにより、電気的にシールド（遮蔽）される。

特に、回路基板１と基板ケース３とで挟まれるガスケット２の曲げ部８は、金属の弾性体としての復元力を用いた複数のバネ構造となっているため、回路基板１のグランド部１ａと基板ケース３の接触面との間に生じている隙間量に応じて適度の潰し量で両者の電気的導通が図られるようになり、これにより、機械的な接触と電気的な接触（導通）が完全に実現でき、万全なシールド効果が得られる。

また、回路基板１のグランド部１ａと基板ケース３とで形成されるキャビティ構造６の内部に、回路基板１の裏面に実装されている電子部品９を収納することができるため、これら電子部品９から放射してしまっている本来不要な放射電磁波を装置外へと放射することを防ぐことができるとともに、アンテナ装置外から到来する本来受信したくない電磁波を受信してしまうことを防ぐことができる。

次に回路基板１と基板ケース３との間の機械的な隙間を埋め、更には電気的な開口を埋め、すなわち、如何にして電気的なシールド（遮蔽）を得るかのメカニズムについて詳細に説明する。
この発明の実施形態１におけるアンテナ装置のガスケット２の正面図と、ガスケット２の曲げ部８と、ガスケット２によって得られる電気的接触箇所の関係性を示す断面図を図４に示す。

図４において、ガスケット２の曲げ部８は、図示するように、回路基板１と基板ケース３の間で挟まれ、潰されることにより、回路基板１と基板ケース３の間で生じた機械的な隙間部を埋める働きを果たす。
これにより、ガスケット２の曲げ部８により、ガスケット２と回路基板１、ガスケット２と基板ケース３との間で機械的、電気的接触を得ることができる。

図４において、ガスケット２の曲げ部８の先端が回路基板１を押し返すことにより得られる接触点を上向き矢印で、ガスケット２の曲げ部８の根元がガスケット２を押し返すことにより得られる接触点を下向き矢印で示す。
上述した接触点が得られることにより、全ての回路基板１と基板ケース３の間で生じる隙間部の幅Ｗを、透過（漏洩）を抑制したい電波の自由空間波長の１／４波長以下とすることにより、透過（漏洩）を抑制したい電波の周波数以上の電波をシールドすることができる。
また、上記幅Ｗの寸法は、理想的には、１／１０波長以下とすることが望ましいため、加工上の制約の範囲内であれば、可能な限り狭い離間で曲げ部を形成することが望ましい。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置について図５および図６に基づいて説明する。図５はアンテナ装置の一部構成品であるガスケットの平面図である。
図５に示すように、この発明の実施形態２のアンテナ装置に用いられるガスケット２の曲げ部１０は、曲げ部１０の先端が両側に伸びており、Ｔ字状の形状を形成している。その他の構成は実施の形態１のアンテナ装置と同じ構成なので、その説明は省略する。

次に回路基板１と基板ケース３との間の機械的な隙間を埋め、更には電気的な開口を埋め、すなわち、如何にして電気的なシールド（遮蔽）を得るかのメカニズムについて詳細に説明する。
この発明の実施形態２におけるアンテナ装置のガスケット２の正面図と、両側に伸びたガスケット２の曲げ部１０と、ガスケット２によって得られる電気的接触箇所の関係性を示す断面図を図６に示す。

図６において、ガスケット２の曲げ部１０は、図示するように、回路基板１と基板ケース３の間で挟まれ、潰されることにより、回路基板１と基板ケース３の間で生じた機械的な隙間部を埋める働きを果たす。これにより実施の形態１と同様に、ガスケット２の曲げ部１０により、ガスケット２と回路基板１、ガスケット２と基板ケース３との間で機械的、電気的接触を得ることができる。

ガスケット２の曲げ部１０の先端が回路基板１を押し返すことにより得られる接触点を上向き矢印で、ガスケット２の曲げ部１０の根元がガスケット２を押し返すことにより得られる接触点を下向き矢印で示す。
実施の形態２では、ガスケット２の曲げ部１０の先端が両側に伸びたＴ字状とすることにより、実施の形態１で用いた曲げ部８と比較して、より狭い離間で曲げ部を形成することができるため、より高い抑圧量の電気的シールド性能を得ることができる。また、同じ抑圧量であっても、より高い周波数の電波の透過を抑制することができるシールド性能を得ることができるようになる。

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：回路基板、 ２：ガスケット、 ３：基板ケース、４：アンテナ基板、
４ａ：アンテナ素子、 ５：固定ネジ、 ６：キャビティ構造、７ 棚部、
８：Ｌ字状の曲げ部、 ９：電子部品、 １０：Ｔ字状の曲げ部

Claims (8)

1. 少なくも１つのアンテナ素子が設けられた回路基板と、この回路基板のアンテナ素子の電波の放射方向を可変にする基板ケースと、前記回路基板と前記基板ケースとを電気的に接続する導電性のガスケットを備え、前記回路基板は少なくとも１つの端面が導電性部材で構成され、前記ガスケットは、前記回路基板の端面を覆うように配置されると共に前記回路基板の導電性部材と電気的に接続され、前記基板ケースは、前記ガスケットを覆うように配置されると共に前記ガスケットと電気的に接続されたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記ガスケットは金属で形成されており、且つ金属の弾性体としての復元力を用いた複数のバネ構造を有し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. 前記ガスケットを構成している複数のバネ構造が、単一の金属材料により一体的に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記ガスケットの表面が、導電性材料で鍍金されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記ガスケットの断面構造が屈曲したＬ字型構造を有していることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記ガスケットのＬ字型構造の垂直部は、前記回路基板のアンテナ素子が設けられた面よりも突設するように構成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. 前記ガスケットを構成しているバネ構造が、Ｌ字状の形状を形成していることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記ガスケットを構成しているバネ構造が、Ｔ字状の形状を形成していることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

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