WO2022215713A1

WO2022215713A1 - アンテナ装置

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Publication number: WO2022215713A1
Application number: PCT/JP2022/017203
Authority: WO
Inventors: 雅人西薗; 順一小俣
Original assignee: ミツミ電機株式会社; 雅人西薗; 順一小俣
Priority date: 2021-04-06
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2022-10-13
Also published as: JP2022160123A

Abstract

アンテナ装置は、筐体と、基板と、基板における所定壁とは反対側の第１面に配置される平面アンテナ部と、基板における所定壁側の第２面に配置され、平面アンテナ部と電気的に接続される回路部と、所定壁の一部における、回路部と対向する位置に配置され、回路部から放射される不要波をシールドするシールド部材と、を備える。

Description

アンテナ装置

　本発明は、アンテナ装置に関する。

　従来、高周波帯の電波を扱うアンテナ装置に設けられる回路部においては、高周波回路を含む回路部（例えば、マッチング回路等）や、高周波帯の信号の配線パターンの配線長等に起因して、共振が発生し、意図しない周波数帯で不要な電波の放射が発生するという問題が生じる。

　特許文献１には、回路部と対向して配置された湾曲形状のアンテナ部の裏側に、不要な電波を吸収可能な吸収部を設けた構成が開示されている。

　また、特許文献２には、箱形状のシールドケースと、シールドケースの開口部分を覆うように配置される基板とを有する構成が開示されている。この構成は、アンテナ部が配置された基板の裏側に回路部が設けられ、シールドケース内の全面に、回路部からの不要な電波をシールドする部材が設けられている。

特開２０１８－１９６０５２号公報特開平１１－１７３７７号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の構成は、アンテナ部として、湾曲可能な誘電体の素材を必要とするため、高コスト化するという問題が生じる。

　また、特許文献２に記載の構成は、専用のシールドケースを設ける必要があるため、高コスト化するおそれがある。また、基板のサイズが大きくなると、それに応じて、専用のシールドケースをさらに大きくする必要が生じ、ひいてはさらに高コスト化するおそれがある。

　本発明の目的は、低コスト化を実現することが可能なアンテナ装置を提供することである。

　本発明に係るアンテナ装置は、
　直進性を有する高周波帯の電波を扱うアンテナ装置であって、
　所定壁を含んで構成される筐体と、
　前記所定壁と間隔をあけて、かつ、前記所定壁に対面して配置される基板と、
　前記基板における前記所定壁とは反対側の第１面に配置される平面アンテナ部と、
　前記基板における前記所定壁側の第２面に配置され、前記平面アンテナ部と電気的に接続される回路部と、
　前記所定壁の一部における、前記回路部と対向する位置に配置され、前記回路部から放射される不要波をシールドするシールド部材と、
　を備える。

　本発明によれば、低コスト化を実現することができる。

本発明の実施の形態に係るアンテナ装置を示す側断面図である。基板を第１面側から見た図である。基板を第２面側から見た図である。筐体を底壁側から見た図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置１００を示す側断面図である。

　図１に示すように、アンテナ装置１００は、高周波帯の電波を物体に向けて送波し、かつ、物体から反射された電波を受波可能な装置であり、例えば、駐車ロットに入庫および出庫する車両の存在を検出するパーキングセンサーに設けられる。高周波帯の電波は、例えばミリ波である。

　本実施の形態のアンテナ装置１００の構造を説明するにあたり、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用する。後述する図においても共通の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で示している。アンテナ装置１００は、例えばＸ方向が、駐車ロットに入庫した車両における左右方向、Ｙ方向が当該車両における前後方向（入出庫方向に対応）、Ｚ方向が当該車両における上下方向となるように搭載される。

　アンテナ装置１００は、筐体１１０と、基板１２０と、平面アンテナ部１３０と、回路部１４０と、シールド部材１５０とを有する。

　筐体１１０は、例えば、Ｚ方向の＋側を開放した箱状の樹脂部材で構成されており、矩形状の底壁１１１と、底壁１１１の各辺から立ち上がる４つの側壁１１２とを有する。底壁１１１は、本発明の「所定壁」に対応する。

　基板１２０は、誘電体で構成されたプリント基板であり、グランドに接続される導体層１２１を内部に有する。基板１２０は、底壁１１１に設けられたボス等の配置部（不図示）において、底壁１１１と間隔をあけて、かつ、底壁１１１に対面して（具体的には平行に）配置されている。基板１２０は、ネジ等によって配置部に締結されることで、筐体１１０内に固定される。

　平面アンテナ部１３０は、基板１２０における底壁１１１とは反対側の第１面１２０Ａに配置されるアンテナ素子であり、基板１２０の導体層１２１とともにマイクロストリップアンテナの構成要素となる。

　図２に示すように、平面アンテナ部１３０は、送波用のアンテナ素子１３１と、受波用のアンテナ素子１３２とを含んでいる。送波用のアンテナ素子１３１は、基板１２０のＹ方向の－側の端部寄りの位置に配置され、受波用のアンテナ素子１３２は、基板１２０のＹ方向の＋側の端部寄りの位置に配置されている。

　送波用のアンテナ素子１３１および受波用のアンテナ素子１３２は、２つずつ設けられている。送波用のアンテナ素子１３１および受波用のアンテナ素子１３２のそれぞれは、基板１２０に形成された、異なるビアホールに配置されるビア１２２に接続される。

　図１に戻り、回路部１４０は、基板１２０における底壁１１１側の第２面１２０Ｂに配置され、平面アンテナ部１３０と電気的に接続される。図３に示すように、回路部１４０は、例えば配線部１４１と、マッチング回路部１４２と、高周波回路部１４３とを有する。

　配線部１４１は、第１面１２０Ａに配置される平面アンテナ部１３０と、マッチング回路部１４２および高周波回路部１４３とを電気的に接続する配線パターンである。配線部１４１は、送波用のアンテナ素子１３１と高周波回路部１４３とを接続する１つと、受波用のアンテナ素子１３２と高周波回路部１４３とを接続する１つとを有する。

　配線部１４１における一方側の端部は、第１面１２０Ａの平面アンテナ部１３０とビア１２２を介して接続されており、配線部１４１における他方側の端部は、高周波回路部１４３に接続されている。

　マッチング回路部１４２は、例えば平面アンテナ部１３０と高周波回路部１４３との間のインピーダンスを整合させる回路であり、配線部１４１における、ビア１２２と高周波回路部１４３との間に設けられている。マッチング回路部１４２は、配線部１４１よりも幅の広い正方形状に構成されている。

　高周波回路部１４３は、例えば高周波信号の発振、増幅、変調、周波数変換等の信号処理を行う高周波集積回路を含む。高周波回路部１４３は、基板１２０の略中心部に配置されている。

　図１に戻り、シールド部材１５０は、例えば銅製のテープ等、導電性のシート部材であり、回路部１４０から放射される不要な電波（不要波）をシールドする。

　回路部１４０においては、例えば、マッチング回路部１４２や配線部１４１の配線長等に起因して、意図しない周波数で共振が発生して、不要な電波の放射が起こる場合がある。例えば、マッチング回路部１４２において不要な電波の放射が起こる場合について説明する。

　マッチング回路部１４２のＹ方向の長さをＷ、Ｘ方向の長さをＬとした場合、以下の式（１）、（２）における周波数で共振して、マッチング回路部１４２がアンテナ素子のように作用して不要な電波が放射される。

　ｆ＝ｃ／（２Ｗ√（εｒ））・・・（１）
　ｆ＝ｃ／（２Ｌ√（εｒ））・・・（２）

　ｆは共振周波数、ｃは光の速度、εｒは基板１２０の比誘電率である。

　本実施の形態のように、ミリ波のような高周波帯の信号周波数を扱う場合、信号周波数のｎ倍の高調波が発生した際、マッチング回路部１４２がアンテナ素子のように作用することがある。ｎは任意の自然数である。

　例えば、信号周波数が２４ＧＨｚである場合に、マッチング回路部１４２のＷが８００μｍ、εｒが３．７であると、式（１）より、共振周波数が約９７ＧＨｚとなる。この場合、２４ＧＨｚの４倍の高調波である、９６ＧＨｚの信号が発生した際、マッチング回路部１４２がアンテナ素子のように作用する可能性が高くなる。

　シールド部材１５０は、底壁１１１の一部における、回路部１４０と対向する位置に配置される。ミリ波のような高周波帯の周波数の場合、電波の直進性が高く回り込みにくい性質を有するので、回路部１４０から不要な電波が放射されても、回路部１４０と対向する位置にシールド部材１５０が配置されているので、不要な電波がシールド部材１５０でシールドされる。

　このようにすることで、不要な電波が減衰され、ひいては不要な電波が筐体１１０から放射されることを低減することができる。

　また、図４に示すように、シールド部材１５０は、底壁１１１における回路部１４０との対向部分を覆うように配置される。図４は、筐体１１０を、底壁１１１側から見た図である。底壁１１１における回路部１４０との対向部分は、基板１２０に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、回路部１４０の全てと重なる部分である。

　このようにすることで、直進性の高い高周波帯の電波が回路部１４０から放射されても、底壁１１１における回路部１４０との対向部分がシールド部材１５０で覆われているので、不要な電波を確実にシールド部材１５０でシールドすることができる。

　また、シールド部材１５０が、底壁１１１の一部にのみ設けられているので、シールド部材を筐体の内部の全体に設ける構成と比較して、シールド部材１５０を筐体１１０の大きさに合わせて準備する必要がない。

　そのため、アンテナ装置１００の構成を全体として簡素化することができるので、低コスト化に寄与することができる。

　ところで、特許文献２のように、専用のシールドケースを設ける構成であると、基板の大きさに合わせた、シールドケースを別途準備する必要があるため、高コスト化する。

　それに対し、本実施の形態では、底壁１１１の一部である、回路部１４０との対向部分にシールド部材１５０を設けるのみであるので、例えば既存の筐体を用いて、本実施の形態に係るアンテナ装置１００を構成することができる。つまり、本実施の形態では、専用のシールドケースを準備する必要がないので、低コスト化を実現することができる。

　また、アンテナ素子として、基板１２０に配置される平面アンテナ部１３０を用いるので、例えば特許文献１に記載のアンテナ部における湾曲可能な誘電体の素材のような、特殊な素材を用いる必要がない。その結果、全体として簡素な構成とすることができ、ひいては低コスト化を実現することができる。

　また、筐体１１０における基板１２０を挟んで底壁１１１の反対側は開放されているので、平面アンテナ部１３０から放射される電波を遮るものは何もない。つまり、本実施の形態では、アンテナ装置１００の放射特性に影響を与えることなく、回路部１４０からの不要な電波の放射を低減することができる。また、筐体１１０における基板１２０を挟んで底壁１１１の反対側が開放されているので、例えば既存の筐体１１０に蓋部材が存在する場合には、基板１２０を内部に入れた上で、蓋部材を筐体１１０に取り付けてアンテナ装置として用いることができる。つまり、本実施の形態では、既存の筐体をアンテナ装置に適用することができるので、低コスト化を実現することができる。

　なお、上記実施の形態では、シールド部材が導電性の素材であったが、本発明はこれに限定されず、磁性体のシート部材や、電波吸収シートであっても良い。

　また、上記実施の形態では、シールド部材がシート状に構成されていたが、本発明はこれに限定されず、板状等、シート状に構成されていなくても良い。

　また、上記実施の形態では、送波用のアンテナ素子と、受波用のアンテナ素子とを有する構成であったが、本発明はこれに限定されず、送波用のアンテナ素子および受波用のアンテナ素子の何れかを有する構成であっても良い。

　また、上記実施の形態では、回路部がマッチング回路部を含んでいたが、本発明はこれに限定されず、回路部が位相調整用回路部を含んでいても良い。

　また、上記実施の形態では、高周波帯の電波としてミリ波を例示したが、本発明はこれに限定されず、直進性を有する限り、ミリ波以外のものであっても良い。

　また、上記実施の形態では、アンテナ装置がパーキングセンサーに設けられていたが、本発明はこれに限定されず、パーキングセンサー以外の装置に設けられていても良い。

　その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、上記実施の形態で説明した各部の形状、サイズ、個数および材料はあくまで一例であり、適宜変更して実施することができる。

　２０２１年４月６日出願の特願２０２１－０６４６６９の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

　本発明に係るアンテナ装置は、低コスト化を実現することが可能なアンテナ装置として有用である。

　１００　アンテナ装置
　１１０　筐体
　１１１　底壁
　１１２　側壁
　１２０　基板
　１２０Ａ　第１面
　１２０Ｂ　第２面
　１２１　導体層
　１２２　ビア
　１３０　平面アンテナ部
　１３１　送波用のアンテナ素子
　１３２　受波用のアンテナ素子
　１４０　回路部
　１４１　配線部
　１４２　マッチング回路部
　１４３　高周波回路部
　１５０　シールド部材

Claims

　直進性を有する高周波帯の電波を扱うアンテナ装置であって、
　所定壁を含んで構成される筐体と、
　前記所定壁と間隔をあけて、かつ、前記所定壁に対面して配置される基板と、
　前記基板における前記所定壁とは反対側の第１面に配置される平面アンテナ部と、
　前記基板における前記所定壁側の第２面に配置され、前記平面アンテナ部と電気的に接続される回路部と、
　前記所定壁の一部における、前記回路部と対向する位置に配置され、前記回路部から放射される不要波をシールドするシールド部材と、
　を備えるアンテナ装置。
　前記シールド部材は、前記所定壁における前記回路部との対向部分を覆うように配置される、
　請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記シールド部材は、シート状に構成されている、
　請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記基板は、グランドに接続される導体層を内部に有する、
　請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記平面アンテナ部は、複数のアンテナ素子を含む、
　請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記回路部は、高周波回路部と、前記平面アンテナ部と前記高周波回路部とを接続する配線部と、前記配線部に設けられるマッチング回路部とを含む、
　請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記筐体における、前記基板を挟んで前記所定壁の反対側は、開放されている、
　請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記電波は、ミリ波である、
　請求項１に記載のアンテナ装置。