JP6597659B2 - アンテナ装置及びアンテナ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置及びアンテナ装置の製造方法に関する。

基板と、基板に実装された無線モジュールと、基板及び無線モジュールを収容する筐体を含む無線装置が公知である（特許文献１）。無線モジュールのアンテナ部から筐体側に、アンテナ部の通信周波数に対応する電波の半波長の略倍数の長さの空隙が確保されている。

マイクロストリップアンテナの励振素子（給電素子）の上部に非励振素子（無給電素子）を備えたスタック型マイクロストリップアンテナが公知である（特許文献２）。無給電素子は、アンテナ全体を覆うレドームの内面に貼着され、またはレドーム内部に埋設されている。励振素子が金属ベースに取り付けられ、レドームは、励振素子を覆うように金属ベースに取り付けられている。

特開２０１５−８４１０号公報 特開平０３−７４９０８号公報

特許文献１に開示された無線装置では、無線モジュールと筐体との間に空隙を確保する必要があるため、無線装置を薄型化することが困難である。特許文献２に開示されたスタック型マイクロストリップアンテナでは、励振素子とレドームとが共に金属ベースに固定される。励振素子を金属ベースに取り付ける工程、及びレドームを金属ベースに取り付ける工程において、励振素子の中心軸と、レドームに設けられている無給電素子の中心軸とが一致するように位置合わせしなければならない。励振素子を金属ベースに取り付ける工程、及びレドームを金属ベースに取り付ける工程の一方で位置ずれが生じると、励振素子と無給電素子との間に位置ずれが生じてしまう。

本発明の目的は、装置の薄型化に適し、給電素子と無給電素子との位置ずれが生じにくいアンテナ装置を提供することである。

本発明の第１の観点によるアンテナ装置は、
誘電体基板及び前記誘電体基板に設けられた給電素子を含むアンテナモジュールと、
前記給電素子の放射方向に、前記アンテナモジュールに対向するように配置された誘電体からなるレドームと、
前記レドームの、前記給電素子と電磁結合する位置に設けられた無給電素子と、
前記給電素子と前記無給電素子との間に配置され、前記アンテナモジュールを前記レドームに接着する接着層と
を有し、
前記アンテナモジュールと前記レドームとを共通に固定するベース部材を介することなく、前記アンテナモジュールが前記接着層を介して前記レドームに固定されている。

無給電素子がレドームに設けられ、レドームとアンテナモジュールとが接着層によって接着されているため、アンテナモジュールの給電素子と、レドームに設けられた無給電素子との間に接着層が介在する。両者の間に空隙を確保する構成と比べて、給電素子と無給電素子とを近づけることができるため、アンテナ装置の薄型化を図ることが可能になる。

アンテナモジュールがレドームに接着層によって直接接着されているため、アンテナモジュールとレドームとを共通のベース部材に取り付ける構成と比べて、アンテナモジュールの給電素子とレドームに設けられた無給電素子との位置ずれが生じにくい。

本発明の第２の観点によるアンテナ装置は、
誘電体基板及び前記誘電体基板に設けられた給電素子を含むアンテナモジュールと、
前記給電素子の放射方向に、前記アンテナモジュールに対向するように配置された誘電体からなるレドームと、
前記レドームの、前記給電素子と電磁結合する位置に設けられた無給電素子と、
前記アンテナモジュールと前記レドームとの間に配置され、前記アンテナモジュールを前記レドームに接着する接着層と
を有し、
前記アンテナモジュールの前記給電素子が、前記誘電体基板の表面に形成されており、前記アンテナモジュールが、さらに、前記誘電体基板の前記表面及び前記給電素子を覆う誘電体層を含み、
前記誘電体層が前記接着層によって前記レドームに接着されている。

誘電体層を配置しない場合に比べて、給電素子と無給電素子との間隔が大きくなる。その結果、給電素子と無給電素子との電磁結合を弱めることができる。

本発明の第３の観点によるアンテナ装置は、
誘電体基板及び前記誘電体基板に設けられた給電素子を含むアンテナモジュールと、
前記給電素子の放射方向に、前記アンテナモジュールに対向するように配置された誘電体からなるレドームと、
前記レドームの、前記給電素子と電磁結合する位置に設けられた無給電素子と、
前記アンテナモジュールと前記レドームとの間に配置され、前記アンテナモジュールを前記レドームに接着する接着層と
を有し、
前記レドームの内面に、前記アンテナモジュールの面内方向の位置を拘束する段差面が設けられている。

レドームにアンテナモジュールを接着する工程で、レドームに対してアンテナモジュールを容易に位置決めすることができる。

本発明の第４の観点によるアンテナ装置は、第１から第３の観点のいずれかのアンテナ装置の構成に加えて、前記接着層の誘電率が、前記誘電体基板の誘電率より低いという特徴を有する。この特徴により、給電素子と無給電素子との電磁結合を弱めることができる。
本発明の第５の観点によるアンテナ装置においては、第１から第４の観点のいずれかのアンテナ装置の構成に加えて、前記アンテナモジュールは携帯端末に搭載され、前記レドームが、前記アンテナモジュールを収容する前記携帯端末の筐体を兼ねている。

レドームが筐体を兼ねることにより、部品点数を削減するとともに、アンテナ装置をより薄型化することができる。

本発明の第６の観点によるアンテナ装置においては、第１から第５の観点のいずれかのアンテナ装置の構成に加えて、
前記アンテナモジュールが、前記給電素子の他に、前記誘電体基板に設けられた複数の他の給電素子を含み、複数の前記給電素子がアレーアンテナを構成しており、
前記レドームに、前記無給電素子の他に複数の他の無給電素子が設けられており、複数の前記無給電素子が、それぞれ複数の前記給電素子に電磁結合している。

給電素子及び無給電素子が複数配置されている場合であっても、アンテナモジュールの給電素子とレドームに設けられた無給電素子との位置ずれが生じにくいことにより、容易に位置合わせを行うことができる。

本発明の第７の観点によるアンテナ装置の製造方法は、
誘電体基板及び前記誘電体基板に設けられた給電素子を含むアンテナモジュールを準備する工程と、
無給電素子が設けられ、平面視において前記アンテナモジュールよりも大きいレドームを準備する工程と、
前記レドームに、前記給電素子と前記無給電素子とが電磁結合するように前記アンテナモジュールを位置決めして、前記給電素子と前記無給電素子との間に配置した接着層で、前記アンテナモジュールと前記レドームとを共通に固定するベース部材を介することなく、前記アンテナモジュールを前記レドームに接着する工程と
を有する。

無給電素子が設けられたレドームに、給電素子を含むアンテナモジュールを接着するため、アンテナモジュールの給電素子と、レドームに設けられた無給電素子との間に接着層が介在する。両者の間に空隙を確保する構成と比べて、給電素子と無給電素子とを近づけることができるため、アンテナ装置の薄型化を図ることが可能になる。

アンテナモジュールをレドームに接着層によって直接接着するため、アンテナモジュールとレドームとを共通のベース部材に取り付ける方法と比べて、アンテナモジュールの給電素子とレドームに設けられた無給電素子との位置ずれが生じにくい。

無給電素子がレドームに設けられ、レドームとアンテナモジュールとが接着層によって接着されているため、アンテナモジュールの給電素子と、レドームに設けられた無給電素子との間に接着層が介在する。両者の間に空隙を確保する構成と比べて、給電素子と無給電素子とを近づけることができるため、アンテナ装置の薄型化を図ることが可能になる。

アンテナモジュールがレドームに接着層によって直接接着されているため、アンテナモジュールとレドームとを共通のベース部材に取り付ける構成と比べて、アンテナモジュールの給電素子とレドームに設けられた無給電素子との位置ずれが生じにくい。

図１Ａは、第１の実施例によるアンテナ装置に用いられるレドーム及び無給電素子の部分断面図であり、図１Ｂは、第１の実施例によるアンテナ装置に用いられるアンテナモジュールの断面図であり、図１Ｃは、レドームとアンテナモジュールとを接着した状態のアンテナ装置の断面図であり、図１Ｄは、アンテナ装置の平面図である。 図２は、第１の実施例の変形例によるアンテナ装置の断面図である。 図３Ａは、第２の実施例によるアンテナ装置に用いられるアンテナモジュールの断面図であり、図３Ｂは、第２の実施例によるアンテナ装置の断面図である。 図４Ａは、第３の実施例によるアンテナ装置の断面図であり、図４Ｂは、第３の実施例のアンテナ装置の平面図である。 図５Ａは、第３の実施例の第１の変形例によるアンテナ装置の平面図であり、図５Ｂは、第３の実施例の第２の変形例によるアンテナ装置の組み立て前の斜視図である。

［第１の実施例］
図１Ａから図１Ｄまでの図面を参照して、第１の実施例によるアンテナ装置について説明する。

図１Ａは、第１の実施例によるアンテナ装置に用いられるレドーム１０及び無給電素子１２の部分断面図である。レドーム１０は、誘電体からなる例えば板状の部材である。複数の無給電素子１２は、レドーム１０の一方の表面（内面）に設けられている。

図１Ｂは、第１の実施例によるアンテナ装置に用いられるアンテナモジュール２０の断面図である。誘電体基板２１の一方の表面（第１の面）２１Ａに複数の給電素子２２が形成されている。給電素子２２として、例えばパッチアンテナが用いられる。誘電体基板２１の第１の面２１Ａとは反対側の第２の面２１Ｂに、高周波集積回路素子３０が実装されている。誘電体基板２１の内層に、グランドプレーン２３が配置されている。

複数の給電素子２２の各々は、誘電体基板２１内に設けられた伝送線路２４を介して高周波集積回路素子３０の高周波信号端子に接続されている。グランドプレーン２３は誘電体基板２１内に設けられた配線２５を介して高周波集積回路素子３０のグランド端子に接続されている。

誘電体基板２１の第２の面２１Ｂから複数の導体柱３１が突出している。複数の導体柱３１及び高周波集積回路素子３０が、封止樹脂層４０に埋め込まれている。導体柱３１の各々は、封止樹脂層４０の表面まで達している。封止樹脂層４０の表面に、複数の導体柱３１に対応して複数のランド４１が設けられている。高周波集積回路素子３０の一部の端子が誘電体基板２１内の配線２６及び導体柱３１を介して対応するランド４１に接続されている。グランドプレーン２３が、誘電体基板２１内の配線２７及び導体柱３１を介してグランド用のランド４１に接続されている。

図１Ｃは、レドーム１０とアンテナモジュール２０とを接着した状態のアンテナ装置の断面図である。アンテナモジュール２０の給電素子２２が形成された面（第１の面２１Ａ）と、レドーム１０の無給電素子１２が形成された内面とが対向し、両者が接着層５０により接着されている。このように、給電素子２２の放射方向に、アンテナモジュール２０から間隙を隔ててレドーム１０が配置される。

給電素子２２が、それぞれ無給電素子１２に対向して配置され、無給電素子１２が対応する給電素子２２に電磁結合する。接着層５０の誘電率は誘電体基板２１の誘電率より低い。

図１Ｄは、アンテナ装置の平面図である。平面視において、レドーム１０がアンテナモジュール２０よりも大きく、アンテナモジュール２０がレドーム１０の内側に配置されている。複数の給電素子２２及び無給電素子１２が、面内に規則的に、例えば行列状に配置されている。複数の給電素子２２及び無給電素子１２はアレーアンテナを構成する。

レドーム１０はアンテナモジュール２０を保護する機能を有する。アンテナモジュール２０をスマートフォンやタブレット端末等の携帯端末に搭載する場合、レドーム１０はアンテナモジュール２０を収容する携帯端末の筐体を兼ねる。

次に、第１の実施例の優れた効果について説明する。給電素子２２に無給電素子１２を電磁結合させることにより、広帯域化を図ることができる。接着層５０の厚さを調整することにより、給電素子２２と無給電素子１２との電磁結合の強さを精度よく制御することができる。接着層５０の誘電率を誘電体基板２１の誘電率より低くすることにより、給電素子２２と無給電素子１２との電磁結合を弱めることができる。

給電素子２２と無給電素子１２との間に空隙を確保する構造では、給電素子２２と無給電素子１２との接触を防止するために、両者の間隔をある程度大きくしておくことが好ましい。第１の実施例では、給電素子２２と無給電素子１２との間に誘電体からなる接着層５０が配置される。このため、給電素子２２と無給電素子１２との間隔を狭くしても両者の接触が生じることは無い。このため、第１の実施例では、給電素子２２と無給電素子１２との間に空隙を確保する構造に比べて、アンテナ装置を薄型化することが可能になる。

給電素子２２と無給電素子１２との間隔を大きくすると、１つの給電素子２２と、その隣の給電素子２２に対向する無給電素子１２との電磁結合が生じやすくなってしまう。給電素子２２と、隣の無給電素子１２とが電磁結合すると、所望のアンテナ特性が得られなくなる。第１の実施例では、給電素子２２と無給電素子１２とを近づけることができるため、給電素子２２と隣の無給電素子１２との電磁結合が生じ難くなる。給電素子２２と隣の無給電素子１２との電磁結合を抑制するために、給電素子２２と無給電素子１２との間隙を、隣り合う給電素子２２の間隔より小さくすることが好ましい。

アンテナモジュール２０及びレドーム１０を、それぞれ他の共通のベース部材に固定する構造を採用すると、アンテナモジュール２０とベース部材との位置決め誤差、及びレドーム１０とベース部材との位置決め誤差の２つの誤差が、アンテナモジュール２０とレドーム１０との位置決め誤差に重畳される。第１の実施例では、レドーム１０に接着層５０を介してアンテナモジュール２０を直接位置決めして固定するため、位置決め誤差を小さくすることができる。

給電素子２２及び無給電素子１２が複数個配置されてアレーアンテナを構成している場合に、相互に対応する給電素子２２と無給電素子１２との位置合わせ精度を高めることができる。

次に、図２を参照して第１の実施例の変形例について説明する。
図２は、第１の実施例の変形例によるアンテナ装置の断面図である。第１の実施例では、無給電素子１２がレドーム１０の内面に設けられていたが、本変形例では、無給電素子１２がレドーム１０の内部に埋設されている。

本変形例では、第１の実施例の構造と比べて、給電素子２２と無給電素子１２との間隔を広げることができる。その結果、給電素子２２と無給電素子１２との電磁結合を弱めることができる。給電素子２２と無給電素子１２との電磁結合の目標とする大きさに応じて、第１の実施例の構造を採用するか、変形例の構造を採用するかを決定すればよい。

［第２の実施例］
次に、図３を参照して第２の実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、第１の実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。

図３Ａは、第２の実施例によるアンテナ装置に用いられるアンテナモジュール２０の断面図である。第１の実施例では、レドーム１０に接着する前の段階では、図１Ｂに示したようにアンテナモジュール２０の給電素子２２が露出している。第２の実施例では、誘電体基板２１の第１の面２１Ａ及び給電素子２２が誘電体層２８で覆われている。このように、給電素子２２は、アンテナモジュール２０の表面ではなく、内層に配置されている。

図３Ｂは、第２の実施例によるアンテナ装置の断面図である。アンテナモジュール２０の誘電体層２８とレドーム１０との間に、接着層５０が配置されている。アンテナモジュール２０は、第１の実施例と同様に接着層５０によりレドーム１０に接着されている。

第２の実施例では、給電素子２２と無給電素子１２との電磁結合の強さが、接着層５０の誘電率と厚さのみならず、誘電体層２８の誘電率と厚さにも依存する。このため、給電素子２２と無給電素子１２との電磁結合の強さの調整の自由度が高まる。

第２の実施例においても、図２に示した第１の実施例の変形例のように、無給電素子１２をレドーム１０の内部に埋設してもよい。

［第３の実施例］
次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して第３の実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、第１の実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。

図４Ａは、第３の実施例によるアンテナ装置の断面図である。第３の実施例では、レドーム１０の内面に凸部１１が設けられている。アンテナモジュール２０が凸部１１の側面（段差面）１１Ａに接触している。

図４Ｂは、第３の実施例のアンテナ装置の平面図である。図４Ｂの一点鎖線４Ａ−４Ａが図４Ａの断面図に相当する。アンテナモジュール２０は、ほぼ矩形の平面形状を有する。レドーム１０の内面に設けられた凸部１１は、アンテナモジュール２０の４つの角部に相当する位置に配置されている。アンテナモジュール２０の４つの角が、凸部１１の段差面１１Ａ（図４Ａ）に整合するように面取りされている。アンテナモジュール２０の４つの角を面取りすることによって現れた面が、凸部１１の段差面１１Ａに接触している。

第３の実施例においては、アンテナモジュール２０がレドーム１０の段差面１１Ａに接触することにより、段差面１１Ａが面内方向に関してアンテナモジュール２０の位置を拘束する。これにより、レドーム１０に対するアンテナモジュール２０の位置決めを容易に行うことができる。その結果、給電素子２２と無給電素子１２との位置決めを容易に行うことが可能になる。

次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、第３の実施例の変形例について説明する。
図５Ａは、第３の実施例の第１の変形例によるアンテナ装置の平面図である。第３の実施例では、凸部１１（図４Ｂ）がアンテナモジュール２０の４つの角に対応して配置されているが、第１の変形例では、２つの凸部１１の段差面がアンテナモジュール２０の１つの縁に接し、他の１つの凸部１１の段差面がアンテナモジュール２０の隣り合う縁に接する。このように、アンテナモジュール２０の縁が３箇所で段差面に接するようにしても、レドーム１０に対するアンテナモジュール２０の面内方向の位置を拘束することができる。

図５Ｂは、第３の実施例の第２の変形例によるアンテナ装置の組み立て前の斜視図である。第２の変形例では、第３の実施例の凸部１１（図４Ａ、図４Ｂ）に代えて、レドーム１０の内面に凹部１３が設けられている。凹部１３の平面形状は、アンテナモジュール２０の平面形状にほぼ一致する。凹部１３の底面に無給電素子１２が配置されている。アンテナモジュール２０を凹部１３内に配置し、アンテナモジュール２０を凹部１３の側面（段差面）１３Ａに接触させることにより、レドーム１０に対するアンテナモジュール２０の面内方向の位置を拘束することができる。

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ レドーム
１１ 凸部
１１Ａ 段差面
１２ 無給電素子
１３ 凹部
１３Ａ 段差面
２０ アンテナモジュール
２１ 誘電体基板
２１Ａ 第１の面
２１Ｂ 第２の面
２２ 給電素子
２３ グランドプレーン
２４ 伝送線路
２５、２６、２７ 配線
２８ 誘電体層
３０ 高周波集積回路素子
３１ 導体柱
４０ 誘電体層
４１ ランド
５０ 接着層

Claims (7)

1. 誘電体基板及び前記誘電体基板に設けられた給電素子を含むアンテナモジュールと、
   前記給電素子の放射方向に、前記アンテナモジュールに対向するように配置された誘電体からなるレドームと、
   前記レドームの、前記給電素子と電磁結合する位置に設けられた無給電素子と、
   前記給電素子と前記無給電素子との間に配置され、前記アンテナモジュールを前記レドームに接着する接着層と
   を有し、
   前記アンテナモジュールと前記レドームとを共通に固定するベース部材を介することなく、前記アンテナモジュールが前記接着層を介して前記レドームに固定されているアンテナ装置。
2. 誘電体基板及び前記誘電体基板に設けられた給電素子を含むアンテナモジュールと、
   前記給電素子の放射方向に、前記アンテナモジュールに対向するように配置された誘電体からなるレドームと、
   前記レドームの、前記給電素子と電磁結合する位置に設けられた無給電素子と、
   前記アンテナモジュールと前記レドームとの間に配置され、前記アンテナモジュールを前記レドームに接着する接着層と
   を有し、
   前記アンテナモジュールの前記給電素子は、前記誘電体基板の表面に形成されており、前記アンテナモジュールは、さらに、前記誘電体基板の前記表面及び前記給電素子を覆う誘電体層を含み、
   前記誘電体層が前記接着層によって前記レドームに接着されているアンテナ装置。
3. 誘電体基板及び前記誘電体基板に設けられた給電素子を含むアンテナモジュールと、
   前記給電素子の放射方向に、前記アンテナモジュールに対向するように配置された誘電体からなるレドームと、
   前記レドームの、前記給電素子と電磁結合する位置に設けられた無給電素子と、
   前記アンテナモジュールと前記レドームとの間に配置され、前記アンテナモジュールを前記レドームに接着する接着層と
   を有し、
   前記レドームの内面に、前記アンテナモジュールの面内方向の位置を拘束する段差面が設けられているアンテナ装置。
4. 前記接着層の誘電率が、前記誘電体基板の誘電率より低い請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナモジュールは携帯端末に搭載され、
   前記レドームは、前記アンテナモジュールを収容する前記携帯端末の筐体を兼ねている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記アンテナモジュールは、前記給電素子の他に、前記誘電体基板に設けられた複数の他の給電素子を含み、複数の前記給電素子がアレーアンテナを構成しており、
   前記レドームに、前記無給電素子の他に複数の他の無給電素子が設けられており、複数の前記無給電素子が、それぞれ複数の前記給電素子に電磁結合している請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 誘電体基板及び前記誘電体基板に設けられた給電素子を含むアンテナモジュールを準備する工程と、
   無給電素子が設けられ、平面視において前記アンテナモジュールよりも大きいレドームを準備する工程と、
   前記レドームに、前記給電素子と前記無給電素子とが電磁結合するように前記アンテナモジュールを位置決めして、前記給電素子と前記無給電素子との間に配置した接着層で、前記アンテナモジュールと前記レドームとを共通に固定するベース部材を介することなく、前記アンテナモジュールを前記レドームに接着する工程と
   を有するアンテナ装置の製造方法。
   

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