JP2002111364A - 無線機用平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝送ロスが少なく高性能であり、また、アン
テナ単体での評価に基づいて効率的に開発することがで
きる無線機用平面アンテナを提供する。 【解決手段】 アンテナ基板25上に、約１／４波長の電
気的長さを有する給電部側エレメント23と、給電部側エ
レメントの電気的長さに比べて短い電気的長さを有する
グランド側エレメント24と、給電部側エレメントに内導
体22が直接接続し、グランド側エレメントに外導体21が
直接接続する同軸コネクタ20とを設け、同軸コネクタに
よって、無線部が形成された無線基板と接続するように
構成している。伝送ロスが少なく高性能であり、また、
アンテナ単体での評価に基づいて、無指向性のアンテナ
や指向性のアンテナを効率的に開発、設計することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載した
り、自動販売機などに固定して設置する無線機の平面ア
ンテナに関し、特に、伝送ロスが少なく高性能なアンテ
ナを実現するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯電話機や車載無線機には、そ
れぞれの機器に適したアンテナが設けられている。携帯
電話機では、アンテナの放射特性が通話時の頭部の影響
を強く受けるため、アンテナをできるだけ頭部から離す
ように、引き出し型のアンテナが多く使用されている。

【０００３】車載無線機では、電波の受信方向が一定し
ていないため無指向性のアンテナを必要としている。

【０００４】また、最近は、自動販売機に無線機を設置
して、販売データなどを自動送信するシステムが作られ
ているが、このような固定的に設置する無線機の場合に
は、アンテナに指向性を持たせて、アンテナの利得を高
める方が望ましい。

【０００５】従来の車載無線機では、図１３に示すよう
に、無線機筺体13の外にアンテナ10を設置し、無線部を
形成する筺体内のＲＦ基板11に同軸ケーブル12で接続し
ているものや、図１４に示すように、ＲＦ基板11上に、
チップ抵抗から成るチップアンテナ14を一体的に形成し
たものが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アンテナとＲ
Ｆ基板とを同軸ケーブルで接続する場合は、ケーブル接
続の不安定な接合に起因する不要放射や、ケーブル途中
での伝送ロスが多いと云う問題点がある。

【０００７】また、ＲＦ基板上にアンテナを一体的に形
成する場合は、ＲＦ基板上で無線部とアンテナとの整合
を取る必要があるため、アンテナの開発に際して、アン
テナと無線部とを一体で評価して、設計の是非を判断し
なければならず、アンテナの開発、設計及び評価に多く
の時間が掛かる。

【０００８】また、アンテナを交換する場合は、ＲＦ基
板ごと取り替える必要があり、部品の利用効率が悪い。

【０００９】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、伝送ロスが少なく高性能であり、また、
アンテナ単体での評価に基づいて効率的に開発すること
ができる無線機用平面アンテナを提供することを目的と
している。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の平面ア
ンテナでは、アンテナ基板上に、約１／４波長の電気的
長さを有する給電部側エレメントと、この給電部側エレ
メントの電気的長さに比べて同一または短い電気的長さ
を有するグランド側エレメントと、給電部側エレメント
に内導体が直接接続し、グランド側エレメントに外導体
が直接接続するコネクタとを設け、このコネクタによっ
て、無線部が形成された無線基板と接続するように構成
している。

【００１１】そのため、伝送ロスが少なく高性能であ
り、また、アンテナ単体での評価に基づいて、無指向性
のアンテナや指向性のアンテナを効率的に開発、設計す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）第１の実施形
態では、無指向性の無線機用平面アンテナについて説明
する。

【００１３】この平面アンテナは、図１の斜視図及び図
２の分解斜視図に示すように、給電部側エレメント23及
びグランド側エレメント24の導電パターンが形成された
アンテナ基板25と、アンテナ基板25上に積層された絶縁
層26と、絶縁層26上に立設された同軸コネクタ20とによ
って構成されている。

【００１４】同軸コネクタ20は、給電用の内導体22と、
グランド接続用の外導体21とを具備し、外導体21の脚28
は、絶縁層26のスルーホール29を介して、グランド側エ
レメント24に半田付けされ、内導体22は、絶縁層26のス
ルーホールを介して、給電部側エレメント23に半田付け
されている。

【００１５】また、アンテナ基板25の両側には、後述す
るボスを通すためのボス孔27が形成されている。

【００１６】図３は、無線機筺体33へのアンテナ基板25
の取り付け状態を示している。図３（ａ）は正面図、図
３（ｂ）は側面図である。アンテナ基板25は、同軸コネ
クタ20を無線基板30の受け側の同軸コネクタに嵌合する
ことにより、無線基板30と電気的及び機械的に結合され
る。図４の斜視図は、アンテナ基板25の同軸コネクタ20
と、無線基板30の受け側の同軸コネクタ34との関係を示
している。また、無線基板30は、制御基板32とコネクタ
35で結合される。

【００１７】図５は、この無線機の構成を示すブロック
図である。アンテナ40はアンテナ基板25に形成され、無
線部41は無線基板30に形成されている。このアンテナ40
と無線部41との間は同軸コネクタ20、34で接続されてい
る。また、ＲＯＭ43、ＲＡＭ44、及び入出力部（Ｉ／
Ｏ）45を備える制御部42は、制御基板32に形成されてお
り、制御部42と無線部41との間はコネクタ35で接続され
ている。

【００１８】また、無線機筺体33内には、アンテナ基板
25のボス孔27を通る２本のボス31が立設されており、こ
のボス31によって、アンテナ基板25の無線機筺体33内で
の位置が規定される。アンテナ基板25は、無線機筺体33
に直に接触はしないが、できるだけ外部に近づくよう
に、筺体33から５ｍｍ程度の間隔を空けて配置される。
アンテナ基板25と筺体33との直接的な接触を避けている
のは、筺体33に加わる外力がアンテナ基板25に伝達しな
いようにするためである。また、ボス31は、アンテナ基
板25に衝撃が加わったときに、同軸コネクタ20に衝撃力
が集中するのを防ぎ、また、アンテナ基板25が同軸コネ
クタ20を支点として振動するのを防いでいる。

【００１９】この平面アンテナの給電部側エレメント23
及びグランド側エレメント24は、無指向性を示す形状を
有している。一般的なダイポールは、図１０（ａ）に示
すように、エレメントの延びる方向に対して垂直方向に
指向性を有している。このエレメントを、図１０（ｂ）
に示すように、Ｖ字状に傾け、Ｖ字間の角度を狭めて行
くと、各エレメントから垂直方向に放射される電磁界が
合成されて指向性が弱まる。図１０（ｃ）のように、こ
のＶ字間の角度を最適角度に設定することにより、平面
アンテナを無指向性にすることができる。

【００２０】また、図１０（ｃ）のパターンでは、平面
アンテナの幅ｌが大きくなるが、図１０（ｄ）のよう
に、各エレメントを９０度以上の角度で２度折り曲げる
ことにより狭い幅ｌ’の無指向性アンテナを実現するこ
とができる。この形状では、エレメントのＶ字状部分
と、それに続く直線状部分とから放射される電磁界が合
成されて無指向性を示す。

【００２１】図６は、Ｖ字状のエレメントにより平面ア
ンテナを構成した場合の給電部側エレメント23及びグラ
ンド側エレメント24の形状を例示している。給電部側エ
レメント23は同軸コネクタ20の内導体22に接続して高周
波信号が給電され、グランド側エレメント24は同軸コネ
クタ20の外導体21に接続してアースされる。給電部側エ
レメント23は約１／４波長の電気的長さを有し、グラン
ド側エレメント24は１／４波長より短い電気的長さを有
している。グランド側エレメント24の長さは、指向性の
バランスを取るために調整され、アンテナからの電磁放
射が各方向で可能な限り均等になり、且つ、強くなるよ
うに設定される。

【００２２】図７は、平面アンテナの各エレメントを９
０度以上の角度で２度折り曲げて構成した場合の給電部
側エレメント23及びグランド側エレメント24の形状を示
している。給電部側エレメント23は約１／４波長の電気
的長さに設定し、グランド側エレメント24は、指向性の
バランスを取るために１／４波長より短い電気的長さに
調整している。

【００２３】図８は、グランド側エレメント24の長さを
調整するだけでは指向性のバランスが取れない場合に、
給電部側エレメント23及びグランド側エレメント24の間
に整合回路50を接続して指向性のバランスを調整した平
面アンテナを示している。この整合回路50には、信号の
周波数に応じてコンデンサーやコイルが使用される。こ
の整合回路50は、アンテナ基板25上の給電部側エレメン
ト23及びグランド側エレメント24のＶ字状導電パターン
の間に形成される。

【００２４】図９は、給電部側エレメント23及びグラン
ド側エレメント24に平衡不平衡変換器（バラン）51を接
続して指向性をバランスさせた平面アンテナを示してい
る。バラン51を接続する場合は、給電部側エレメント23
及びグランド側エレメント24を同じ長さに設定すること
ができる。バラン51はチップ状の小型部品であり、アン
テナ基板25上に実装される。

【００２５】このように、この平面アンテナは、無線部
から独立するアンテナ基板25に形成され、同軸コネクタ
25によって無線部に接続される。そのため、伝送ロスを
非常に少なくすることができ、アンテナの性能を高める
ことができる。また、アンテナの評価が単体で可能であ
るため、様々なアンテナを効率よく開発することができ
る。また、アンテナ基板の交換により、アンテナと無線
部との組み合わせを変更することができ、部品の利用効
率を高めることができる。

【００２６】また、この平面アンテナは、無線筺体33に
内蔵され、筺体33からの突出部分を持たないため、異物
が衝突してアンテナを破損する虞れが無く、また、ユー
ザの体の一部がアンテナと筺体との間に挟まれたりする
危険も無い。

【００２７】また、アンテナ基板25のボス孔27にボス31
を通しているため、無線筺体33自体に衝撃が加わった場
合でも、アンテナ基板25の振動や同軸コネクタ20の破損
を防止することができる。

【００２８】また、平面アンテナのエレメントをＶ字状
にすることにより、アンテナ特性を無指向性に近づける
ことができる。また、各エレメントを９０度以上の角度
で２度折り曲げた変形Ｖ字状のパターンでは、平面アン
テナの幅を狭めることができ、車載無線機に求められる
無指向性のアンテナを、極めて小型に構成することがで
きる。

【００２９】（第２の実施形態）第２の実施形態では、
指向性を持つ無線機用平面アンテナについて説明する。
この平面アンテナは、図１１に示すように、指向性を持
つ八木アンテナのパターンを形成するエレメントを備え
ている。給電部側エレメント23とグランド側エレメント
24とは、同軸コネクタ20を挟んで一直線状に延びてお
り、このエレメントを挟んで、平行に、半波長より短い
無給電エレメント（導波管用パターン）52と、半波長よ
り長い無給電エレメント（反射器用パターン）53とが配
置されている。グランド側エレメント24の長さは、給電
部側エレメント23より短いが、バランを付けた場合に
は、グランド側エレメント24と給電部側エレメント23と
の長さは等しくなり、左右対称となる。アンテナ基板25
と無線基板との接続や、無線機筺体内へのアンテナ基板
25の取り付けは、第１の実施形態と変わりがない。

【００３０】図１２は、この平面アンテナの指向性を示
しており、導波管用パターン52の方向に指向性が向く。

【００３１】無線機を自動販売機などに固定して取り付
ける場合は、通信方向が一定しているため、その方向に
平面アンテナの指向性を向けることにより、アンテナの
利得を高めることができる。

【００３２】この平面アンテナは、ボス孔27にボスを挿
通しなければ、同軸コネクタ20を中心にアンテナ基板を
回転させることが可能であり、無線機筺体が固定されて
いる場合でも、アンテナの指向性を必要な向きに簡単に
合わせることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の無線機用平面アンテナは、伝送ロスが少なく、放射効
率が高い。また、アンテナ基板の交換により、アンテナ
と無線部との組み合わせを変更することができるため、
部品の利用効率が高い。

【００３４】また、アンテナ単体での評価が可能である
ため、無指向性や指向性など、各種の特性のアンテナを
効率的に開発、設計することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における平面アンテナ
の斜視図、

【図２】第１の実施形態における平面アンテナの分解斜
視図、

【図３】（ａ）第１の実施形態の平面アンテナを取り付
けた無線機の正面図、 （ｂ）第１の実施形態の平面アンテナを取り付けた無線
機の側面図、

【図４】第１の実施形態の平面アンテナと無線基板との
結合形態を示す分解斜視図、

【図５】第１の実施形態の無線機の構成を示すブロック
図、

【図６】第１の実施形態においてＶ字状エレメントを有
する平面アンテナを示す図、

【図７】第１の実施形態において変形Ｖ字状エレメント
を有する平面アンテナを示す図、

【図８】第１の実施形態において整合回路を配置した平
面アンテナを示す図、

【図９】第１の実施形態においてバランを配置した平面
アンテナを示す図、

【図１０】第１の実施形態の平面アンテナの指向性を説
明する説明図、

【図１１】本発明の第２の実施形態における平面アンテ
ナの斜視図、

【図１２】第２の実施形態の平面アンテナの指向性を示
す図、

【図１３】同軸ケーブルで接続された従来のアンテナを
示す図、

【図１４】無線部と一体化された従来のアンテナを示す
図である。

【符号の説明】

10 アンテナ 11 ＲＦ基板 12 同軸ケーブル 13 無線機筺体 14 チップアンテナ 20 同軸コネクタ 21 外導体 22 内導体 23 給電部側エレメント 24 グランド側エレメント 25 アンテナ基板 26 絶縁層 27 ボス孔 28 脚 29 スルーホール 30 無線基板 31 ボス 32 制御基板 33 無線機筺体 34 同軸コネクタ 35 コネクタ 40 アンテナ 41 無線部 42 制御部 43 ＲＯＭ 44 ＲＡＭ 45 Ｉ／Ｏ 50 整合回路 51 バラン 52 導波管用パターン 53 反射器用パターン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンテナ基板上に、約１／４波長の電気
   的長さを有する給電部側エレメントと、前記給電部側エ
   レメントの電気的長さに比べて同一または短い電気的長
   さを有するグランド側エレメントと、前記給電部側エレ
   メントに内導体が直接接続し、前記グランド側エレメン
   トに外導体が直接接続するコネクタとを備え、前記コネ
   クタによって、無線部が形成された無線基板と接続する
   ことを特徴とする無線機用平面アンテナ。
2. 【請求項２】 前記アンテナ基板は、ボスを挿通するボ
   ス孔を備えており、無線機筺体に内蔵された前記アンテ
   ナ基板のボス孔に、前記無線機筺体に立設されたボスが
   挿通されることを特徴とする請求項１に記載の無線機用
   平面アンテナ。
3. 【請求項３】 前記給電部側エレメントと前記グランド
   側エレメントとが、Ｖ字状のパターンを形成しているこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の無線機用平面
   アンテナ。
4. 【請求項４】 前記給電部側エレメントと前記グランド
   側エレメントとが、９０度以上の角度で二度折れ曲が
   り、変形Ｖ字状のパターンを形成していることを特徴と
   する請求項１または２に記載の無線機用平面アンテナ。
5. 【請求項５】 アンテナ特性が無指向性に近づくよう
   に、前記グランド側エレメントの電気的長さが、前記給
   電部側エレメントの電気的長さより短く設定されている
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の無線機用平
   面アンテナ。
6. 【請求項６】 前記給電部側エレメントと前記グランド
   側エレメントとが整合回路で結合されていることを特徴
   とする請求項３から５のいずれかに記載の無線機用平面
   アンテナ。
7. 【請求項７】 前記給電部側エレメントと前記グランド
   側エレメントとが等しい電気的長さを有し、前記給電部
   側エレメントと前記グランド側エレメントとがバランに
   接続していることを特徴とする請求項３または４に記載
   の無線機用平面アンテナ。
8. 【請求項８】 前記給電部側エレメントと前記グランド
   側エレメントとが一直線上に並び、前記一直線と平行す
   る道波器用パターン及び反射器用パターンを有している
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線機用平
   面アンテナ。