JP2007336279A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】基板平面方向に沿った偏波成分と基板面の法線方向に沿った偏波成分とを基板平面方向に沿って強く発生させることができるようにする。
【解決手段】無線通信回路５から信号がアンテナ６に対して給電されると、パターン７ａがＸ軸方向に電界の強い電磁波を輻射すると共に、線路８ａがＹ軸方向に電界の強い電磁波を輻射する。これにより、プリント配線基板４の表面部４ｂの平面方向に沿った偏波成分と当該プリント配線基板４の表面部４ｂの法線方向に沿った偏波成分とをプリント配線基板４の表面部４ｂの平面方向に沿って強く発生させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板表面に対して平面的に構成されたアンテナに関する。

この種のアンテナの一例が、特許文献１や特許文献２に開示されている。特許文献１に開示されている技術によれば、地板の２つの主表面のうち一方側に直線偏波用の平面アンテナ、他方側に円偏波用の平面アンテナを同一平面方向に沿って搭載した構成が開示されている。また、特許文献２に開示されている技術によれば、誘電体層の上部面と下部面とのそれぞれの面に対して同一平面方向に沿って平面アンテナが搭載されている構成が開示されている。
特開２００３−８７０４８号公報 特開２００１−３４５６２２号公報

ところで、上記特許文献１や特許文献２を適用してアンテナを構成する場合、プリント配線基板等の基板にアンテナを実装することがある。この場合、基板に対して部品を実装する実装面に対して平行な方向に垂直偏波成分を強く伝播させたい場合もある。しかしながら、特許文献１や特許文献２の技術を適用したとしても、基板平面に沿って水平に電界の強い偏波成分を強く発生させることはできるものの垂直に電界の強い偏波成分を強く発生させることができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、基板平面方向に沿って電界の強い偏波成分と基板面の法線方向に沿って電界の強い偏波成分とを基板平面方向に沿って強く発生させることができるようにしたアンテナを提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、次のように作用する。第１のエレメント部が基板平面に沿って線状導体を含んで構成されているため、基板平面に沿って強い電界を生じさせることができ基板平面に沿って電界の強い偏波成分を基板平面方向に対して強く伝播させることができる。また、第２のエレメント部が基板平面に対して垂直に形成された線状導体を含んで構成されているため、基板平面の法線方向に対して強い電界を生じさせることができ基板の法線方向に沿って電界の強い偏波成分を基板平面方向に対して強く伝播させることができる。

請求項２記載の発明によれば、第１または第２のエレメント部の何れかの線状導体が無線通信回路の給電側からグランド側に対して折り返して接地されているためショートスタブとして構成することができ、例えば逆Ｆ型アンテナ等のように平面的なショートスタブ構造を備えた構成に比較して、ショートスタブとして機能する機能部によって基板の平面方向または法線方向に沿った偏波成分を基板平面方向に対して強く伝播させることができる。

ところで、例えばカーオーディオやカーナビゲーション装置等の車載器においては、当該機器をセンターパネル等に設置する必要がある。特に、ディスプレイが大きなスペースをとってしまう場合には、狭い場所に例えば水平面状に薄く設置する必要を生じる場合がある。

しかし、車両内に持込まれた例えば携帯電話機やＰＤＡ等の携帯端末機器との間で通信する場合には、携帯端末機器の姿勢が様々に変化するため、送受信特性が悪化してしまう虞がある。このような場合、請求項３記載の発明に示すように、電波の主伝播方向が基板の平面方向となるように車載器に対して搭載されていれば、垂直方向にも水平方向にも電波を伝播させることができ、より安定した通信性能を得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、無線通信回路が近距離無線通信用の回路であり、たとえ近距離でしか無線通信できない場合であっても、前記発明を行うことによってより安定した通信を行うことができる。

請求項５記載の発明によれば、基板の上に搭載された板状の線状導体により形成されているため、基板に対してプリント配線を行って構成するのに比較して設計製造時に特性を調整しやすくなるという利点がある。

請求項６記載の発明によれば、アンテナの第１のエレメントが基板に印刷されたプリント配線により形成されているため、他の部品を搭載する構成に比較して部品点数を削減することができる。

以下、本発明を、近距離無線通信機能を備えた車載器に対して搭載されるアンテナに適用した実施形態を示す。
図２は、車載器に対するアンテナの搭載状態を模式的に示している。近年、車両内には車載器１が搭載されている。この車載器１は、例えば車室内のセンターコンソールに設置されたカーナビゲーション装置やカーオーディオ機器等の電子機器であり、外部の無線端末Ａとの間で例えばブルートゥース（登録商標）規格に準拠した近距離無線通信処理を可能に構成されている。

特に、ナビゲーション装置等のような車載器１の場合、液晶ディスプレイ１ａを設置するため前面側に大きくスペースを確保し、極力ユーザに近い場所に設置する必要がある。
例えば図２に示すように設置した場合には、液晶ディスプレイ１ａが電波遮蔽物となるため、外部との間で近距離無線通信処理を行うための通信機器モジュール３のためには、狭いスペースしか確保できなくなってしまい水平方向横長に構成された筐体２中に設置する必要を生じる。すると、通信機器モジュール３を水平方向横長に構成する必要があり、当該水平方向に対して電波を強く輻射する必要がある。

図１は、この通信機器モジュールを斜視図によって概略的に示している。この図１に示すように、通信機器モジュール３は、基板としての両面のプリント配線基板４と、無線通信回路５と、この無線通信回路５から給電されるアンテナ６とを備えている。

図１に示すように、無線信号の主伝播方向を車載器１の前面方向としてＺ軸方向とし、このＺ軸方向に直交する２軸方向をそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向としたとき、Ｘ−Ｚ平面に沿って水平方向に板状のプリント配線基板４が配設されている。

このプリント配線基板４には、例えば配線パターンやスルーホール、ランド等が構成されており、その裏面の一部がグランド面４ａとして構成されている。このグランド面４ａは無線通信回路５のグランドとして設けられている。またプリント配線基板４の表面部４ｂには配線パターン（図示せず）が形成されており、無線通信回路５が実装されている。プリント配線基板４のうち無線通信回路５が実装されている領域においては、その裏面側がグランド面４ａとして形成されている。これにより、無線通信回路５から発せられるノイズ等の不要輻射を防止することができる。

この無線通信回路５は、例えばブルートゥース（登録商標）規格に準拠した近距離無線通信機能を備えた通信回路であり、マイクロストリップラインやストリップラインを通じて給電点５ａからアンテナ６に対して高周波信号（無線信号）を給電するように構成されている。

アンテナ６は、第１および第２のエレメント部７および８を備えている。図１に示すように、第１のエレメント部７は、プリント配線基板４の表面部４ｂに対して配線パターンによってＬ字型形状の線状導体として形成されている。第１のエレメント部７のうち、X軸方向に沿ってパターン７ａが形成されている。このパターン７ａが第１のエレメント部７の無線信号の主輻射要素となる。

尚、第１のエレメント部７の形成領域に対応したプリント配線基板４の裏面にはグランド面４ａは設けられていない。したがって、無線信号は第１のエレメント部７のパターン７ａから効率良く放射されるようになる。第１のエレメント部７のうちＺ軸方向（無線信号の主伝播方向に相当）に沿って形成されるパターンは、マイクロストリップライン等の伝送線路として機能するパターンであり、プリント配線基板４の裏面にグランド面４ａが形成されている端部が給電点５ａとして作用する。

Ｘ軸方向に沿って形成される第１のエレメント部７のパターン７ａは、例えばλ／４程度の長さで構成されており、Ｘ軸方向（水平方向）に電界の強い電磁波を発生するアンテナとして機能する。

第２のエレメント部８は、プリント配線基板４の表面部４ｂの法線方向（Ｙ軸方向）に沿って長い線路８ａを主体として線状導体とし構成される。この線路８ａは、例えばワイヤがプリント配線基板４ｂの表面部４ｂの法線方向に延設されると共に、この延設端からプリント配線基板４の表面部４ｂ側に折り返されプリント配線基板４のグランド面４ａに対して電気的に導通接続（接地）されることにより構成されている。

この線路８ａは、Ｙ軸方向に沿った線路長が例えばλ／４未満の長さで構成されており、所謂ショートスタブとして機能するがＹ軸方向に電界の強い電磁波を輻射するための素子としても機能する。

以下、上述構成の作用について説明する。
無線通信回路５から信号がアンテナ６に対して給電されると、パターン７ａがＸ軸方向に沿って電界の強い電磁波を輻射すると共に、線路８ａがＹ軸方向に沿って電界の強い電磁波を輻射する。これにより、プリント配線基板４の表面部４ｂの平面方向に沿った偏波成分と当該プリント配線基板４の表面部４ｂの法線方向に沿った偏波成分とをプリント配線基板４の表面部４ｂの平面方向に沿って強く発生させることができる。また、給電点５ａからパターン７ａまでの線路長や給電点５ａから線路８ａまでの線路長を予め定められた所定長に対して予め設定することにより楕円偏波の無線信号を車載器１の前面側に対して輻射できるようになる。

この場合、車載器１の前面側の無線端末Ａの姿勢が様々な態様に変化し、無線端末Ａと無線通信モジュール３との間の通信処理が良好となる偏波面が変化した場合であっても、プリント配線基板４の表面部４ｂに沿ったパターン７ａのみでアンテナを構成するのに比較してより安定した通信性能を得ることができる。しかも、プリント配線基板４の表面部４ｂの片面にしか無線通信回路５を実装していないため無線通信モジュール３の高さを極力低くすることができる。

Ｘ軸方向に沿って形成されるパターン７ａの端部が開放していると共に、Ｙ軸方向に沿って形成される線路８ａがグランド面４ａに対して折り返して構成されているため、Ｙ軸方向に比してＸ軸方向に対して電界の強い電波を輻射したい場合に特に有効に作用する。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、第１のエレメント部７に代えてショートスタブとしても機能する第１のエレメント部１０として構成し、第２のエレメント部８に代えて一般的なアンテナとして機能する第２のエレメント部１１を適用して構成したところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。

図３に示すように、アンテナ６に代わるアンテナ９は、第１エレメント部７に代わる第１エレメント部１０と、第２エレメント部８に代わる第２エレメント部１１とを備えて構成される。

第１のエレメント部１０は、プリント配線基板４の表面部４ｂに対してパターン配線により形成されており、パターン配線領域においてはその裏面側に対してグランド面４ａが設けられていない。また、第１のエレメント部１０は、給電点５ａ側からグランド面４ａの外方側（グランド面４ａの設けられていない領域側：車載器１の前面側：Ｚ軸方向側）に向けて延設されると共に、その延設端位置で折り返して給電点５ａ側（グランド面４ａ側）に向けて延設されている。

そして第１のエレメント部１０は、その端部１０ｂがグランド面４ａに対して接続されており接地されている。したがって第１のエレメント部１０は、ショートスタブとして機能すると共にその折り返し部１０ａがアンテナの主要素として機能する。この折り返し部１０ａは、Ｘ軸方向に沿って形成されており、例えばλ／４未満の所定長さで設定されている。

第２のエレメント部１１は、プリント配線基板４の表面部４ｂに対してその法線方向に向けて設けられており例えばλ／４の長さでモノポールアンテナとして構成されている。この第２のエレメント部１１は、例えばワイヤ等の線状導体により構成されている。

この場合、第１のエレメント部１０の折り返し部１０ａは、プリント配線基板４の表面部４ｂに沿った方向に電界が強い電磁波を輻射すると共に、第２のエレメント部１１は、プリント配線基板４の表面部４ｂの法線方向に対して電界が強い電磁波を輻射する。したがって、前述実施形態と略同様の作用効果を奏すると共に、第２のエレメント部１１は折り返す必要がなくなり簡単な構造で構成することができ、Ｘ軸方向に比してＹ軸方向に対して電界の強い電波を輻射する必要がある場合に特に有効に作用する。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なる部分は、第１の実施形態において説明したパターン７ａおよび線路８ａに対応する構成要素をショートスタブとして構成せず、アンテナとして一体に設けたところにある。第１の実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、給電点５ａからＺ軸方向の車両前面側に向けて配線パターンが延設されており、この配線パターンを通じて第１のエレメント１３に対して給電されている。この第１のエレメント１３は、Ｘ軸方向に沿って構成された線状導体によるパターン１３ａによって構成されており、第１の実施形態の説明と同様に第１のエレメント１３のパターン１３ａからＸ軸方向に沿って電界の強い電波が発生する。

第１のエレメント１３と給電点５ａとの間に介在して第２のエレメント１４が構成されている。この第２のエレメント１４は、プリント配線基板４の表面部４ｂの法線方向（Ｙ軸方向：上方）に対して延設するように構成された線路１４ａと、この線路１４ａの延設端から折り返して構成された線路１４ｂとを備えて構成されている。

線路１４ｂは、その折り返し端がプリント配線基板４上に構成された第１のエレメント１３に対して導通接続されている。線路１４ａおよび１４ｂやパターン１３ａはλ／４、もしくはλ／４未満の長さで構成されている。このような実施形態においても前述実施形態と略同様の作用効果を奏すると共に、給電点５ａにおけるインピーダンスが高くなるため無線通信回路５の出力インピーダンスが高い場合に整合性を向上することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形もしくは拡張が可能である。
第１のエレメント部７のパターン７ａをプリント配線基板４上に形成した実施形態を示したが、これに代えて一方向に長い金属板等の板状の線状導体をアンテナエレメントとして適用しても良い。この場合も略同様の作用効果を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ構造を示す斜視図 アンテナの設置状態を概略的に示す図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 本発明の第３の実施形態を示す図１相当図

符号の説明

図面中、５は無線通信回路、６はアンテナ、７，１０，１３は第１のエレメント部、８，１１，１４は第２のエレメント部を示す。

Claims (6)

1. 基板表面に対して平面的に実装されたアンテナにおいて、
   基板平面に沿って形成された線状導体を含んで構成されると共に無線通信回路から給電される第１のエレメント部と、
   前記基板平面に対して垂直に形成された線状導体を含んで構成されると共に前記無線通信回路から給電される第２のエレメント部とを備えたことを特徴とするアンテナ。
2. 前記第１または第２のエレメント部の何れかの線状導体が前記無線通信回路の給電側からグランド側に対して折り返して接地されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
3. 電波の主伝播方向が前記基板の平面方向となるように車載器に対して搭載されていることを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ。
4. 前記無線通信回路が近距離無線通信用の回路であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のアンテナ。
5. 前記第１のエレメントは、前記基板の上に搭載された板状の線状導体により形成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のアンテナ。
6. 前記第１のエレメントは、前記基板に印刷されたプリント配線により形成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のアンテナ。

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