JP4873143B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＤＡＲＳ衛星から送出されたＳＤＡＲＳ信号を受信するアンテナ装置に関する。

この技術分野において周知のように、現在、自動車等の車両には種々のアンテナが搭載される。例えば、そのようなアンテナの１つに、ＳＤＡＲＳ（衛星デジタルラジオサービス）用アンテナがある。

ＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Service）とは、米国における衛星（以下、「ＳＤＡＲＳ衛星」と呼ぶ）を使用したデジタル放送によるサービスである。すなわち、米国においては、ＳＤＡＲＳ衛星からの衛星波または地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、実用化されている。現在、米国では、ＸＭとシリウスという２つの放送局が計２５０チャネル以上のラジオ番組を全国に提供している。このデジタルラジオ受信機は、一般には、自動車等の移動体に搭載され、周波数が約２．３ＧＨｚ帯の電波を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。すなわち、デジタルラジオ受信機は、モバイル放送を聴取することが可能なラジオ受信機である。受信電波の周波数が約２．３ＧＨｚ帯なので、そのときの受信波長（共振波長）λは約１２８．３ｍｍである。尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。すなわち、衛星波は円偏波であるのに対して、地上波は直線偏波である。

ＸＭ衛星ラジオ用アンテナ装置は、静止衛星２ケより円偏波電波を受信し、不感地帯では地上直線偏波設備により電波を受信する。一方、シリウス衛星ラジオ用アンテナ装置は、周回衛星３ケ（シンクロ型）より円偏波電波を受信し、不感地帯では地上直線偏波設備により電波を受信する。

このようにデジタルラジオ放送では、約２．３ＧＨｚ帯の周波数の電波が使用されるので、その電波を受信するアンテナ装置は、室外に設置されなければならない。従って、デジタルラジオ受信機を自動車等の移動体に搭載するには、そのアンテナ装置を移動体の屋根に取り付けなければならない。

このようなＳＤＡＲＳ用アンテナとしては、パッチアンテナや板金ループアンテナのような平面アンテナが使用される。

板金ループアンテナとして、アッパーケース、平面アンテナ素子およびグランド板相互間の間隔を所定間隔に正確に保持固定できるようにした平面アンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された平面アンテナは、アッパーケースと、このアッパーケースの裏面に所定間隔を空けて配置された平面アンテナ素子（板金ループアンテナ素子）と、この平面アンテナ素子から所定間隔を空けて配置されたグランド板と、平面アンテナ素子とグランド板との間に配設された給電導体と、グランド板の下面に接合された回路基板と、この回路基板上に搭載された電子部品とを備えている。電子部品は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）を含む。この特許文献１に開示された平面アンテナでは、平面アンテナ素子とグランド板との間は空間となっており、平面アンテナ素子に対する給電は、給電導体から成るプローブを使用した電磁結合方式を採用している。

一方、パッチアンテナとして、導電性パッチとプローブとの間に物理的に頑丈な結合を有する「一体型プローブを有するパッチ・アンテナ」が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に開示されたパッチ・アンテナでは、導電性パッチは一体型プローブをもつ。プローブは実質的に矩形の形状で、導電性パッチの面に対して実質的に垂直に延在する。プローブは、打ち抜き（パンチング）、穴抜き（ピアシング）、穴あけ（パーフォレイティング）、せん断または成形その他の使用可能な金属加工作業の任意のものにより導電性パッチの一体部分として作成される。好適な実施例では、プローブは、それが接続される導電性パッチから打ち抜かれて成形される。打ち抜き作業を使用するために、プローブは、それが接続する導電性パッチの一体部分として残る。特許文献２に開示されたパッチ・アンテナにおいては、プローブは、導電性パッチの中心から外側に折り曲げるように、導電性パッチから打ち抜かれて成形されている。また、導電性パッチと一方の主表面上に接地面を持つ誘電性基板との間に誘電性スペーサが設けられ、プローブはこの誘電性スペーサを貫通して延在している。特許文献２では、導電性パッチは誘電性スペーサ上に搭載されているだけであって、導電性パッチと誘電性スペーサとは固定されていない。

なお、ＳＤＡＲＳ用アンテナではないが、車外設置に適したＧＰＳ受信用のアンテナ装置も知られている（例えば、特許文献３）。この特許文献３に開示されたアンテナ装置は、トップカバー及びボトムプレートが接合されてなるアンテナケースと、トップカバー内に収納されてＧＰＳ信号を受信するアンテナモジュールと、トップカバーとボトムカバーとの接合部に配設され、アンテナケースの密閉性を確保するパッキン部材とを備える。アンテナモジュールは、ＧＰＳ衛星から送出されたＧＰＳ信号を受信するアンテナエレメントと、このアンテナエレメントによって受信したＧＰＳ信号に対して信号増幅などの各種信号処理を施す処理回路が形成された回路基板と、処理回路をシールドするためのシールドケースとを有する。アンテナエレメントと回路基板とは両面テープなどによって接合されている。

特開２００１−２４４２８号公報 特開平７−１０６８４４号公報 特開２００５−１０９６８７号公報

上述した特許文献１に開示された板金ループアンテナでは、平面アンテナ素子とグランド板との間は空気によるギャップである。その為、特許文献１に開示された板金ループアンテナでは、誘電体を用いた場合の波長短縮効果がなく、サイズが大きくなるという問題がある。

一方、特許文献２に開示されたパッチ・アンテナにおいては、プローブは、導電性パッチの中心から外側に（導電性パッチの縁側に向かって）に折り曲げるように、導電性パッチから打ち抜かれて成形されている。その為、その折り曲げ箇所（プローブの根元部分）と導電性パッチの縁（辺）との間の部分の幅が狭くなる。その結果、プローブを折り曲げたときに、当該部分が変形してしまう恐れがある。また、特許文献２に開示されたパッチ・アンテナでは、導電性パッチと誘電性スペーサとは固定されていないので、組立が困難になるという問題もある。

尚、特許文献３では、アンテナエレメントを開示しているが、その具体的な構成については何も開示も示唆もしていない。

したがって、本発明の課題は、アンテナプローブを折り曲げてもアンテナ板が変形することがないアンテナ装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、組立を容易に行うことが可能なアンテナモジュールを備えたアンテナ装置を提供することにある。

本発明によれば、トップカバー（１１）及びボトムプレート（１２）が接合されてなるアンテナケースと、前記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（１３）と、前記トップカバーと前記ボトムプレートとの接合部に配設されて、前記アンテナモジュールの密封性を確保するパッキン部材（１４）と、を備えたアンテナ装置（１０）であって、前記アンテナモジュール（１３）は、アンテナエレメント（１３１〜１３４）と、該アンテナエレメントで受信した信号を処理する処理回路を搭載した回路基板（１３５）と、前記処理回路をシールドするシールドケース（１３６）とを備え、前記アンテナエレメントは、平板状のアンテナ板（１３１）と、該アンテナ板と一体で垂直方向へ延在し、前記アンテナ板（１３１）の縁（１３１ｂ）から中心に向かって折り曲げられた先端（１３２ｂ）が前記回路基板に接続されたアンテナプローブ（１３２）と、前記アンテナ板と離間して平行に配置された平板状のグランド板（１３４）と、前記アンテナ板と前記グランド板との間の空間の大部分を満たし、更に前記アンテナプローブが貫通する貫通穴（１３３ｃ）を持つ樹脂製部材から成る誘電性スペーサ（１３３）と、からなり、前記パッキン部材（１４）は、前記アンテナモジュール（１３）を覆うベース部（１４１）と、前記ベース部の外周に形成されたフレーム部（１４３）とを備え、前記誘電性スペーサ（１３３）に前記アンテナ板（１３１）と前記グランド板（１３４）とをネジ（１３７，１３８）にて固定して前記アンテナエレメント（１３１〜１３４）とした後、前記グランド板（１３４）と前記回路基板（１３５）とを接合し、更に前記回路基板（１３５）に前記シールドケース（１３６）をはんだにより取り付けて前記アンテナモジュール（１３）とし、前記トップカバー（１１）の内部空間に前記アンテナモジュール（１３）と前記パッキン部材（１４）とが収納された状態で前記トップカバー（１１）と前記ボトムプレート（１２）とを螺子（１７）締めすることを特徴とする、アンテナ装置が得られる。

上記アンテナ装置（１０）において、前記アンテナモジュール（１３）は、前記アンテナエレメント（１３１〜１３４）と前記回路基板（１３５）とを接合する両面テープ（１３９）を有して良い。前記アンテナ装置（１０）は、前記電波としてＳＤＡＲＳ信号を受信するためのものであって良い。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、アンテナプローブがアンテナ板の縁から中心に向かって折り曲げられているので、その折り曲げ箇所（アンテナプローブの根元部分）とアンテナ板の縁の間の部分の幅が十分に広くなっている。その結果、アンテナプローブを折り曲げても、アンテナ板は当該部分で変形が起こることはない。また、アンテナ板とグランド板と誘電性スペーサとはネジで固定されるので、アンテナエレメントを一部品として扱うことが可能となり、アンテナモジュールやアンテナ装置を容易に組み立てることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１及び図２を参照して、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置１０について説明する。図１はアンテナ装置１０を上面側から見た分解斜視図であり、図２はアンテナ装置１０を下面側から見た分解斜視図である。図示のアンテナ装置１０は、ＳＤＡＲＳ衛星から送出されたＳＤＡＲＳ信号を受信するアンテナ装置である。

アンテナ装置１０は、ドーム状のトップカバー１１と、ボトムプレート１２と、トップカバー１１内に搭載されるアンテナモジュール１３と、パッキン部材１４と、信号線１５、永久磁石１６とを有している。トップカバー１１とボトムプレート１２とは、４本のネジ１７によって結合されて、アンテナケースを構成している。

パッキン部材１４は、例えば、シリコーンゴム、ＥＰＤＭゴム（エチレンプロピレンゴム）等の樹脂材料によって形成されている。パッキン部材１４は、トップカバー１１とボトムカバー１２との接合部に配設され、アンテナケースの密着性を確保するためのものである。尚、パッキン部材１４は、防水機能をも果たすので、防水パッキンとも呼ばれる。信号線１５はアンテナモジュール１３に接続される。パッキン部材１４については、後で更に詳述する。

アンテナモジュール１３は、平板状のアンテナ板１３１と、アンテナプローブ１３２と、誘電性スペーサ１３３と、平板状のグランド板１３４と、回路基板１３５と、シールドケース１３６とを含んでいる。

グランド板１３４は金属製であり、略矩形状を呈している。アンテナ板１３１は金属製であり、略矩形状を呈している。アンテナ板１３１は板金ループアンテナ素子として働く。アンテナ板１３１は、後述する誘電性スペーサ１３３を介して、グランド板１３４と所定距離だけ離間して対向配置されている。誘電性スペーサ１３３は、ＡＢＳ樹脂性であり、略直方体状を呈している。

アンテナ板１３１は、第１の対角線で対向する一対の角部に一対のネジ貫通穴１３１ａを持つ。一方、誘電性スペーサ１３３は、一対のネジ貫通穴１３１ａと対応する位置に一対のネジ貫通穴１３３ａを持つ。２個のネジ１３７を、アンテナ板１３１の一対のネジ貫通穴１３１ａおよび誘電性スペーサ１３３の一対のネジ貫通穴１３３ａに螺合することによって、アンテナ板１３１と誘電性スペーサ１３３とは互いに固定される。

また、グランド板１３４は、第１の対角線と交差する方向に延在する第２の対角線で対向する一対の角部に一対のネジ貫通穴１３４ａを持つ。一方、誘電性スペーサ１３３は、一対のネジ貫通穴１３４ａと対向する位置に一対のネジ貫通穴１３４ｂを持つ。２個のネジ１３８を、グランド板１３４の一対のネジ貫通穴１３４ａおよび誘電性スペーサ１３３の一対のネジ貫通穴１３３ｂに螺合することによって、グランド板１３４と誘電性スペーサ１３３とは互いに固定される。

このように、アンテナ板１３１と誘電性スペーサ１３３とグランド板１３４とは、４本のネジ１３７、１３８によって固定され、一部品として扱うことが可能となる。したがって、４本のネジ１３７、１３８は、アンテナ板１３１と誘電性スペーサ１３３とグランド板１３４とを固定する固定部材として働く。なお、後述するように、アンテナプローブ１３２はアンテナ板１３２と一体化されている。アンテナ板１３１とアンテナプローブ１３２と誘電性スペーサ１３３とグランド板１３４との組み合わせは、アンテナエレメントと呼ばれる。とにかく、アンテナエレメントを一部品として扱えるので、アンテナモジュール１３やアンテナ装置１０を容易に組み立てることが可能である。

グランド板１３４およびアンテナ板１３１の各板面の面積は、上述した特許文献１のものよりも小型化されている。グランド板およびアンテナ板が小型化された場合には、アンテナエレメントの静電容量が低下し、アンテナ装置が十分な利得をもつことができなくなる可能性がある。しかしながら、本アンテナ装置１０においては、グランド板１３４とアンテナ板１３１との間に誘電性スペーサ１３３を介在させることによって、グランド板１３４とアンテナ板１３１との間の比誘電率を高めて十分な静電容量を確保している。このため、本アンテナ装置１０は、高い利得をもつ。具体的には、グランド板１３４とアンテナ板１３１との間に設けられた誘電性スペーサ１３３は、グランド板１３４とアンテナ板１３１との対向面積と実質的に同等のサイズを有している。即ち、グランド板１３４とアンテナ板１３１との間の空間の大部分が、樹脂製部材から成る誘電性スペーサ１３３で満たされている。樹脂は空気よりも比誘電率が高いため、アンテナエレメントは、十分な静電容量を持っている。

アンテナプローブ１３２は、アンテナ板１３１と一体化されている。アンテナプローブ１３２は実質的に矩形の形状で、アンテナ板１３１の面に対して実質的に垂直に延在する。アンテナプローブ１３２は、それが接続するアンテナ板１３１から打ち抜かれて成形される。アンテナプローブ１３２は、それが接続するアンテナ板１３１の一体部分として残る。図示のアンテナプローブ１３２は、アンテナ板１３１の縁（一辺）１３１ｂからその中心に向かって折り曲げられている。その為、その折り曲げ箇所（プローブの根元部分）１３２ａとアンテナ板１３１の他方の縁（辺）１３１ｃとの間の部分の幅が十分に広くなっている。その結果、アンテナプローブ１３２を折り曲げても、アンテナ板１３１は当該部分で変形が起こることはない。

尚、誘電性スペーサ１３３は、このアンテナプローブ１３２が貫通するプローブ用貫通穴１３３ｃを持つ。グランド板１３４は、アンテナプローブ１３２が遊貫する開口１３４ｂを持つ。また、後述する両面テープ１３９も、アンテナプローブ１３２が遊貫する開口１３９ａを持つ。アンテナプローブ１３２は、誘電性スペーサ１３３のプローブ用貫通穴１３３ｃを貫通し、グランド板１３４の開口１３４ｂおよび両面テープ１３９の開口１３９ａを通り、アンテナプローブ１３２の先端部１３２ｂは後述する回路基板１３５と電気的に接続される。

上記アンテナエレメントは、ＳＤＡＲＳ衛星から送出されたＳＤＡＲＳ信号を受信する。回路基板１３５の裏面１３５ｂには、このアンテナエレメントによって受信したＳＤＡＲＳ信号に対して信号増幅などの各種信号処理を施す回路（以下、処理回路と呼ぶ）が形成されている。アンテナエレメント（グランド板１３４）と回路基板１３５の表面１３５ａとは、両面テープ１３９によって接合されている。

回路基板１３５には、ＳＤＡＲＳ信号をアンテナケース（トップカバー１１とボトムプレート１２）の外部に取り出すための信号線１５が接続される。また、回路基板１３５の裏面１３５ｂに、上記処理回路をシールドするためのシールドケース１３６が半田付けにより取り付けられる。信号線１５は、トップカバー１１に形成された切欠部（後述する）を介して外部に引き出される。

アンテナ装置１０は、トップカバー１１の内部空間にアンテナモジュール１３及びパッキン部材１４が収納された状態で、このトップカバー１１とボトムプレート１２とが４つのネジ１７によって螺子止めされることにより接合一体化される。

パッキン部材１４は、例えば、シリコーンゴム、ＥＰＤＭゴムなどの樹脂材料によって形成されている。パッキン部材１５は、アンテナモジュール１３の全面を覆うベース部１４１と、トップカバー１１に形成された切欠部（後述する）の位置で信号線１５の外周を覆うガスケット部（ブッシュ部）１４２と、ベース部１４１の外周に形成されたフレーム部１４３とを有する。パッキン部材１４は、ベース部１４１と、ガスケット部（ブッシュ部）１４２と、フレーム部１４３とが一体に構成されているため、両部が別部品である場合に比べて部品点数および作業工数が少なくなる。したがって、パッキン部材１４は、小型化、軽量化、信頼性、低コスト化の点で有用である。

ボトムプレート１２には、中央部に単一の凹部１２ａが形成されている。この凹部１２ａに永久磁石１６が配設される。この永久磁石１６は、自動車のルーフに当該アンテナ装置１０を吸着固定させるために配設されるものである。尚、図示はしないが、ボトムプレート１２の外方に臨む側の主面には、当該主面の略全面に渡って、自動車のルーフへの傷付き防止を目的とした樹脂シートが貼り付けられる。この樹脂シートには、当該アンテナ装置１０の型番号や名称などがプリントされる。

次に、図２を参照して、トップカバー１１の構成について説明する。トップカバー１１は、上述した切欠部１１１を有する。トップカバー１１の内部には、略角枠形状に突出した防水リブ１１３が形成されている。この防水リブ１１３は、パッキン部材１４のフレーム部１４３と対応する位置に設けられている。また、トップカバー１１は、パッキン部材１４のガスケット部１４２を受けるガスケット受け部１１４と、４本のネジ１７がそれぞれ螺合される４本のネジボス１１５とを持つ。尚、この４本のネジボス１１５は、トップカバー１１の内壁からボトムプレート１２へ向けて突出している。

また、ボトムプレート１２には、これら４本のネジボス１１５と対応する位置に、４本のネジ１７が貫通する４つのネジ貫通穴１２ｂが穿設されている。

このような構成のアンテナ装置１０では、次に述べるような防水構造を採用している。すなわち、アンテナ装置１０の防水構造は、４本のネジ１７を、ボトムプレート１２の４つのネジ貫通穴１２ｂを介してトップカバー１１の４本のネジボス１１５に螺合することによって、トップカバー１１に、パッキン部材１４を介在させてボトムプレート１２を螺子締めする。このとき、この螺子締め圧にて、パッキン部材１４のフレーム部１４３がトップカバー１１の防水リブ１１３に押し付けられて、防水機能が奏される。また、信号線１５の導出部分は、パッキン部材１４のガスケット部（ブッシュ部）１４２がトップカバー１１のガスケット受け部１１４に嵌め込まれて防水が奏される。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上記実施の形態において説明したアンテナ装置は、ＳＤＡＲＳ信号受信用のアンテナ装置に適しているが、これに限定される訳ではなく、ＧＰＳ（全地球測位システム）信号受信用のアンテナ装置や、他の衛星波、地上波を受信するための移動体通信用のアンテナ装置としても適用可能である。

本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を上面側から見た分解斜視図である。 図１に示したアンテナ装置を下面側から見た分解斜視図である。

符号の説明

１０ アンテナ装置
１１ トップカバー
１２ ボトムプレート
１３ アンテナモジュール
１３１ アンテナ板
１３１ｂ 縁
１３２ アンテナプローブ
１３２ｂ 先端部
１３３ 誘電性スペーサ
１３４ グランド板
１３５ 回路基板
１３６ シールドケース
１３７，１３８ ネジ（固定部材）
１３９ 両面テープ
１４ パッキン部材（防水パッキン）
１５ 信号線
１６ 永久磁石
１７ ネジ

Claims (3)

1. トップカバー及びボトムプレートが接合されてなるアンテナケースと、
   前記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、
   前記トップカバーと前記ボトムプレートとの接合部に配設されて、前記アンテナモジュールの密封性を確保するパッキン部材と、
   を備えたアンテナ装置であって、
   前記アンテナモジュールは、アンテナエレメントと、該アンテナエレメントで受信した信号を処理する処理回路を搭載した回路基板と、前記処理回路をシールドするシールドケースとを備え、
   前記アンテナエレメントは、平板状のアンテナ板と、該アンテナ板と一体で垂直方向へ延在し、前記アンテナ板の縁から中心に向かって折り曲げられた先端が前記回路基板に接続されたアンテナプローブと、前記アンテナ板と離間して平行に配置された平板状のグランド板と、前記アンテナ板と前記グランド板と間の空間の大部分を満たし、更に前記アンテナプローブが貫通する貫通穴を持つ樹脂製部材から成る誘電性スペーサと、からなり、
   前記パッキン部材は、前記アンテナモジュールを覆うベース部と、前記ベース部の外周に形成されたフレーム部とを備え、
   前記誘電性スペーサに前記アンテナ板と前記グランド板とをネジにて固定して前記アンテナエレメントとした後、前記グランド板と前記回路基板とを接合し、更に前記回路基板に前記シールドケースをはんだにより取り付けて前記アンテナモジュールとし、前記トップカバーの内部空間に前記アンテナモジュールと前記パッキン部材とが収納された状態で前記トップカバーと前記ボトムプレートとを螺子締めすることを特徴とする、アンテナ装置。
2. 前記アンテナモジュールは、前記アンテナエレメントと前記回路基板とを接合する両面テープを有する、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナ装置は、前記電波としてＳＤＡＲＳ信号を受信するためのものである、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。

Images