JP2011199494A

JP2011199494A - アンテナ装置、およびそれを備えた電子機器

Info

Publication number: JP2011199494A
Application number: JP2010062753A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Nakano; 一弥中野; Kenji Nishikawa; 賢治西川; Kazuya Tani; 和也谷
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-10-06
Also published as: US8816927B2; US20110227803A1

Abstract

【課題】安定した受信特性を得て、自位置の測位精度を向上させる。
【解決手段】ＧＰＳアンテナ１０に反射導体部１６を備えたことにより、アンテナ導体部１４から所定方向に放射される電磁波を電気的に接地することができるため、その所定方向の反対方向（任意の方向）への電磁波の放射を強めることができる。したがって、任意の方向への電磁波の指向性を強くすることができ、測位精度を向上させることができる。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、アンテナ装置、およびそれを備えた電子機器に関する。

近年、ＧＰＳ衛星から放射される電磁波を受信可能なＧＰＳアンテナは、カーナビゲーションシステム、ノートパソコン、携帯電話端末などに搭載されている。このような機器に搭載される円偏波を構成しやすいパッチアンテナや平板逆Ｆアンテナ（Planar Inverted-F Antenna）など平面実装型の放射指向性の鋭いアンテナを用いることが理想的だが、実装による制約などにより簡便に形成できる逆Ｆアンテナなども用いられている。特許文献１〜３には、逆Ｆ型のパターンアンテナを開示している。

特開２００５−１１０１１０号公報特開２００４−３４３２８５号公報特開２００３−２８３２３２号公報

逆Ｆ型のＧＰＳアンテナを電子機器に内蔵する場合，アンテナ導体部の主面が天頂方向を向く姿勢でＧＰＳアンテナを配置することにより受信感度を高めることができるため好ましい。例えばノートパソコンの第２の筐体（液晶ディスプレイが備わる筐体）にＧＰＳアンテナを内蔵する場合、ノートパソコンを通常使用する状態（第２の筐体を第１の筐体に対して約９０〜１１０度に開いた状態）のときにアンテナ導体部の主面が天頂方向を向く姿勢とするためには、アンテナ導体部の主面方向と第２の筐体の厚さ方向とが一致する姿勢で、ＧＰＳアンテナを第２の筐体内に配置しなければならず、第２の筐体が厚くなってしまう。

本願に開示するアンテナ装置は、基板と、前記基板の一方の主面に形成された接地導体部と、前記基板の一方の主面に形成されたアンテナ導体部と、前記接地導体部に電気的に接続されている反射導体部とを備え、前記アンテナ導体部と前記反射導体部との間には間隙を有する。

本願に開示する電子機器は、導電部を有する筐体と、前記筐体に固定され、前記導電部に電気的に接続されたアンテナ装置とを備え、前記アンテナ装置は、基板と、前記基板に形成された接地導体部と、前記基板の一方の主面に形成された逆Ｆ型のアンテナ導体部と、前記接地導体部に電気的に接続されている反射導体部とを備え、前記アンテナ導体部と前記反射導体部との間には間隙を有する。

本願のアンテナ装置によれば、安定した受信特性を得て、自位置の測位精度を向上させることができる。

また、本願の電子機器によれば、筐体の厚さ寸法を大きくせずにアンテナ装置を内蔵することができるとともに、自位置の測位精度を向上させることができる。

本実施の形態にかかるノートパソコンの斜視図ノートパソコンの側面図図２におけるＷ部の断面図実施例１にかかるＧＰＳアンテナの平面図実施例１にかかるＧＰＳアンテナの側面図ＧＰＳアンテナのＺＸ面放射特性を示す特性図実施例２にかかるＧＰＳアンテナの平面図実施例２にかかるＧＰＳアンテナの側面図実施例３にかかるＧＰＳアンテナの平面図実施例３にかかるＧＰＳアンテナの側面図本実施の形態にかかるＧＰＳアンテナの変形例を示す平面図

（実施の形態）
〔１．電子機器の構成〕
図１は、本実施の形態にかかる電子機器の一例であるノートパソコンの外観を示す斜視図である。図２は、ノートパソコンの側面図である。なお、本実施の形態では、電子機器の一例としてノートパソコンを挙げたが、少なくともＧＰＳアンテナを備えた機器であればよい。特に、可搬性を有する機器に有用である。

図１に示すように、ノートパソコンは、第１の筐体１と第２の筐体２とを備えている。第１の筐体１は、各種電気素子が実装された回路基板やハードディスクドライブなどを内蔵している。第２の筐体２は、液晶ディスプレイ４を備えている。第１の筐体１と第２の筐体２とは、ヒンジ部３によって互いに回動自在に支持されている。ノートパソコンは、図１に示すように液晶ディスプレイ４の表示面と第１の筐体１の上面１ａとでなす角度が約９０〜１１０度となる開状態と、液晶ディスプレイ４の表示面と第１の筐体１の上面１ａとが対向する閉状態とに移行可能である。ヒンジ部３は、第１の筐体１と第２の筐体２とを矢印ＡまたはＢに示す方向へ回動自在に支持する回動軸を備えている。第１の筐体１の上面１ａには、キーボード５とポインティングデバイス６とが配されている。

第２の筐体２は、ＧＰＳ衛星から放射される電磁波を受信可能なＧＰＳアンテナ１０を備えている。ＧＰＳアンテナ１０は、天頂方向に高い位置に配置することで受信感度を向上することができるため、ノートパソコンが図１に示すように開状態となっているときに最も高い位置となる第２の筐体２の上面２ａ近傍に配置している。ＧＰＳアンテナ１０は、絶縁基板（後述）の一方の面または表裏両面に導体パターンを備えた逆Ｆ型のアンテナモジュールで構成されている。ＧＰＳアンテナ１０は、本実施の形態では１．５ＧＨｚ帯の電磁波を受信可能である。

〔２．ＧＰＳアンテナの構成〕
〔２−１．実施例１〕
図３は、図２におけるＷ部の部分断面図である。図３に示すように、液晶ディスプレイ４の背面側には、金属筐体１１が配されている。金属筐体１１は、第２の筐体２内に一体的に配されている。金属筐体１１は、例えば円筒状の接地部１１ａが一体形成されている。ＧＰＳアンテナ１０は、接地部１１ａにネジ（後述）などで機械的に固定されているとともに、電気的に接続されている。

図４Ａは、実施例１にかかるＧＰＳアンテナの平面図である。図４Ａは、図３に示すＧＰＳアンテナ１０を矢印Ｃに示す方向から見た平面図である。図４Ｂは、図４Ａに示すＧＰＳアンテナを矢印Ｅに示す方向から見た側面図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ＧＰＳアンテナ１０は、例えば樹脂で形成された絶縁基板１０ａの一方の主面に、給電部１３、アンテナ導体部１４、接地導体部１５、および反射導体部１６を備えて構成されている。

絶縁基板１０ａは、略長方形の樹脂基板で形成されている。絶縁基板１０ａは、内面に導体を有するスルーホール１０ｆが形成されている。スルーホール１０ｆは、接地導体部１５が形成されている領域に形成されている。スルーホール１０ｆ内の導体は、接地導体部１５に電気的に接続されている。スルーホール１０ｆ内の導体は、図４Ｂに示すようにネジ１２で絶縁基板１０ａを金属筐体１１に固定した際に、金属筐体１１の接地部１１ａに電気的に接触した状態となる。したがって、ネジ１２をスルーホール１０ｆに挿通させて接地部１１ａに螺合させることにより、スルーホール１０ｆ内の導体及び接地導体部１５を、金属筐体１１を介して電気的に接地することができる。

給電部１３は、同軸線２１（不図示）の芯線が電気的に接続され、同軸線２１の他端に接続されている第１の筐体１内の電気回路基板（不図示）実装のＧＰＳモジュールから電源供給されている。

アンテナ導体部１４は、絶縁基板１０ａの一方の主面上に形成された導体パターンである。アンテナ導体部１４は、銅等の金属膜で形成することができる。アンテナ導体部１４は、給電部１３が電気的に接続されている。アンテナ導体部１４は、その一方の主平面上を、給電部１３から端部に向かって電流が流れる。端部へ向かって流れた電流は、アンテナ導体部１４の端部で折り返して、アンテナ導体部１４の他方の主面上を接地導体部１５に向かって流れ、電気的に接地され、所望の周波数にて共振する逆Fアンテナを形成する。

接地導体部１５は、絶縁基板１０ａにおけるアンテナ導体部１４と同一平面上に形成され、アンテナ導体部１４に電気的に接続されている。接地導体部１５は、銅等の金属膜で形成することができる。接地導体部１５及びその近傍の絶縁基板１０ａには、ネジ１２を挿通可能な孔部（不図示）が形成されている。ネジ１２を、接地導体部１５及びその近傍の絶縁基板１０ａに形成されたスルーホール１０ｆを介して接地部１１ａ（図４Ｂ参照）のネジ穴に螺合させることで、接地導体部１５と接地部１１ａとを電気的に接続することができるとともに、絶縁基板１０を金属筐体１１に機械的に固定することができる。これにより、接地導体部１５は、接地部１１ａ及び金属筐体１１を介して電気的に接地された状態となる。

反射導体部１６は、アンテナ導体部１４に対して寸法Ｄ６の間隙を隔てて形成されている。反射導体部１６は、銅等の金属膜で形成することができる。反射導体部１６は、接地導体部１５に電気的に接続されている。したがって、反射導体部１６は、接地電位である。反射導体部１６は、絶縁基板１０ａにおいて、アンテナ導体部１４及び接地導体部１５と同一平面上に形成されている。なお、反射導体部１６は、本実施の形態では銅箔パターンで形成されているが、マイクロストリップ線で実現することもできる。反射導体部１６の長さＤ３は、アンテナ導体部１４の長さＤ４よりも長くすることが好ましい。反射導体部１６の幅寸法Ｄ５は、０．０１λ以上とすることが好ましい。反射導体部１６とアンテナ導体部１４との間隙寸法Ｄ６は、０．０８〜０．１λの範囲とすることが好ましい。

ＧＰＳアンテナ１０は、図３に示すように第２の筐体２内に組み込まれた場合、絶縁基板１０ａの主面方向が第２の筐体２の上面２ａに略直交する姿勢で配置される。ＧＰＳアンテナ１０をこのような姿勢で配置することによって、第２の筐体２の厚さ寸法Ｄ１１を薄くすることができ、ノートパソコンを薄型化することができる。

一般的に、ＧＰＳアンテナ１０を図３に示す姿勢で配置し、ノートパソコンを図１に示す開状態にしたとき、ＧＰＳアンテナ１０の鉛直下側に電気的に接地された部材が存在しないと、ＧＰＳアンテナ１０の天頂方向の電磁波の放射強度が低下して指向性が弱くなる。通常、ＧＰＳ衛星は、ＧＰＳアンテナに対して天頂方向に位置しているため、ＧＰＳアンテナにおける天頂方向の指向性が弱くなると、ＧＰＳ衛星から放射される電磁波の受信特性が低下し、自位置の測位精度が低下する。

そこで本実施の形態では、図４に示すように、ＧＰＳアンテナ１０に反射導体部１６を備え、さらにノートパソコンを図１に示す開状態にしたときに反射導体部１６がアンテナ導体部１４に対して鉛直下側に位置する姿勢で第２の筐体２に配置した。このような構成することにより、アンテナ導体部１４から鉛直下側へ放射される電磁波が反射導体部１６を介して接地されるため、天頂方向の電磁波の放射強度が増して指向性が強くなる。

図５は、ＧＰＳアンテナのＺＸ面放射特性を示す特性図である。図５において、実線の特性は、反射導体部１６の長さＤ３がアンテナ導体部１４の長さＤ４よりも長い場合（例えばＤ３＝Ｄ４×２）の放射特性を示す。一点鎖線の特性は、反射導体部１６の長さＤ３がアンテナ導体部１４の長さＤ４よりも短い場合（例えばＤ３＝Ｄ４×０．５）の放射特性を示す。破線の特性は、反射導体部１６を備えていない場合の放射特性を示す。図５からわかるように，反射導体部１６を備えていない場合、および反射導体部１６の長さＤ３がアンテナ導体部１４の長さＤ４よりも短い場合は、Ｚ軸方向（天頂方向）の放射が低く、指向性が弱くなる。一方、アンテナ導体部１４の長さＤ４よりも長い長さを有する反射導体部１６を備えた場合、Ｚ軸方向（天頂方向）の電磁波の放射強度が増して、指向性が強くなる。

〔２−２．実施例２〕
図６Ａは、実施例２にかかるＧＰＳアンテナ１０の平面図である。図６Ｂは、図６Ａに示すＧＰＳアンテナを矢印Ｅに示す方向から見た側面図である。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、実施例１に示すＧＰＳアンテナ１０と同様の構成については同一符号を付与して詳細な説明は省略する。

図６Ａ及び図６Ｂに示す絶縁基板１０ａは、端部近傍にネジ１７を挿通可能なスルーホール１０ｇが形成されている。反射導体部１６においてスルーホール１０ｇに重なる位置に孔部（不図示）が形成されている。スルーホール１０ｇは、内面に導体が形成されている。導体は、絶縁基板１０ａの表裏間に連続的に形成されている。導体は、絶縁基板１０ａの一方の主面において反射導体部１６に電気的に接続されているとともに、絶縁基板１０ａの他方の主面において金属筐体１１の接地部１１ｂに電気的に接している。すなわち、ネジ１７をスルーホール１０ｇに挿通させて接地部１１ｂに螺合させることにより、スルーホール１０ｇ内の導体と接地部１１ｂとが電気的に接するので、反射導体部１６を電気的に接地することができる。また、ネジ１７によりＧＰＳアンテナ１０を金属筐体１１に機械的に固定することができる。

このような構成とすることにより、反射導体部１６を確実に電気的に接地することができるので、実施例１に示すＧＰＳアンテナ１０と同様に、天頂方向の電磁波の放射強度を高くし、指向性を強くすることができる。また、絶縁基板１０ａを２カ所で金属筐体１１に固定することができるため、金属筐体１１への取付強度が向上する。

〔２−３．実施例３〕
図７Ａは、ＧＰＳアンテナ１０の第３の実施例を示す平面図である。図７Ｂは、図７Ａに示すＧＰＳアンテナ１０を矢印Ｅに示す方向から見た側面図である。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、図４に示すＧＰＳアンテナ１０と同様の構成については同一符号を付与して詳細な説明は省略する。

図７Ａ及び図７Ｂに示すＧＰＳアンテナ１０は、２層構造の絶縁基板２０を備えている。絶縁基板２０は、第１層２０ａと第２層２０ｂとを積層した構成である。

第１層２０ａは、給電部１３、アンテナ導体部１４、接地導体部１５、給電パターン２０ｃを備えている。給電部１３は、同軸線２１が電気的に接続され、電源が供給される。絶縁基板２０は、ネジ１２を挿通可能でかつ内面に導体を有するスルーホール２０ｆが形成されている。スルーホール２０ｆは、絶縁基板２０の表裏間に連設されている。スルーホール２０ｆ内の導体は、接地導体部１５と反射導体部１６とに電気的に接続している。給電パターン２０ｃは、絶縁基板２０の長手方向に沿って形成され、一方の端部が給電部１３に電気的に接続され、他方の端部がアンテナ導体部１４に電気的に接続されている。したがって、同軸線２１を介して給電部１３に供給される電流は、給電パターン２０ｃを介してアンテナ導体部１４に供給される。給電パターン２０ｃは、銅箔パターンで形成してもよいし、マイクロストリップ線で形成してもよい。

第２層２０ｂは、反射導体部２０ｄを備えている。反射導体部２０ｄは、絶縁基板２０の長手方向に沿って形成されている。反射導体部２０ｄの一方の端部は、絶縁基板２０に形成されたスルーホール２０ｆ内の導体に電気的に接続されているとともに、接地部１１ａに電気的に接している。スルーホール２０ｆ内の導体は、接地導体部１５と反射導体部２０ｄとに電気的に接続されている。したがって、ネジ１２を、スルーホール２０ｆに挿通させて接地部１１ａに螺合させることにより、反射導体部２０ｄを接地部１１ａに電気的に接触する状態とすることができる。よって、接地導体部１５、スルーホール２０ｆ内の導体、および反射導体部２０ｄを、金属筐体１１を介して電気的に接地することができる。なお、反射導体部２０ｄは、銅箔パターンで形成してもよいし、マイクロストリップ線で形成してもよい。

このような構成とすることにより、給電部１３を絶縁基板２０における所望の位置に配置することができ、ＧＰＳアンテナ１０の形状の自由度が向上する。

また、給電部１３をアンテナ導体部１４から離れた位置に配置し、給電部１３とアンテナ導体部１４とをマイクロストリップ線などで構成された給電パターン２０ｃで接続することで、同軸線２１をアンテナ導体部１４から離して配置することができる。したがって、アンテナ導体部１４を、同軸線２１から放射される不要輻射の影響を受けにくい構成とすることができ、電磁波の受信感度を向上することができる。なお、このとき実施例２と同様に反射導体部２０ｄを金属筐体１１に接地した構成でも構わない。

〔３．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、ＧＰＳアンテナ１０に反射導体部１６を備えたことにより、アンテナ導体部１４から所定方向に放射される電磁波を電気的に接地することができるため、その所定方向の反対方向（任意の方向）への電磁波の放射を強めることができる。したがって、任意の方向への電磁波の指向性を強くすることができ、測位精度を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、第２の筐体２を第１の筐体１に対して開閉角が約９０〜１１０度となる姿勢にしたときに、反射導体部１６がアンテナ導体部１４に対して鉛直下側に位置する姿勢で第２の筐体２に配置したことにより、アンテナ導体部１４から鉛直下方向へ放射する電磁波を反射導体部１６によって電気的に接地することができる。したがって、天頂方向への電磁波の放射強度を高めることができるので、天頂方向への指向性を高めることができる。よって、測位精度を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、絶縁基板１０ａの主面が第２の筐体２の上面２ａに対して直交する姿勢で配置したことにより、第２の筐体２の厚さ寸法Ｄ１１を厚くせずに、ＧＰＳアンテナ１０を内蔵することができる。

なお、本実施の形態では、ＧＰＳアンテナ１０を金属筐体１１に機械的及び電気的に固定し、ＧＰＳアンテナ１０の接地電位を金属筐体１１に接続する構成としたが、金属筐体に限らず、導体シート等を貼り付けた絶縁筐体にＧＰＳアンテナ１０を固定する構成としてもよい。

また、本実施の形態では、絶縁基板１０ａ上の接地導体部１５と金属筐体１１とを電気的に接続する手段として、スルーホール１０ｆ内の導体を用いたが、これは一例である。図示は省略するが、スルーホール１０ｆとは別に、絶縁基板１０ａの表裏を電気的に接続するように絶縁基板１０ａを貫通する導体パターンを複数設け、接地導体部１５及び金属筐体１１に多点接続する構成とすることが好ましい。

また、本実施の形態では、絶縁基板１０ａ及び２０の平面形状は長方形状としたが、図８に示すように、アンテナ導体部１４と反射導体部１６との間に空隙を設けた形状としてもよい。図８の平面図に示すように、絶縁基板１０ａは、略長方形の基板の一部に幅Ｄ１及び長さＤ２の空隙１０ｂ、および空隙１０ｂを挟んでアンテナ導体部１４に対向した延設部１０ｃが形成されている。したがって、絶縁基板１０ａは、略「コ」の字状に形成されている。絶縁基板１０ａは、内面に導体を有するスルーホール１０ｆが形成されている。スルーホール１０ｆは、接地導体部１５が形成されている領域に形成されている。スルーホール１０ｆ内の導体は、接地導体部１５に電気的に接続されている。スルーホール１０ｆ内の導体は、ネジ１２で絶縁基板１０ａを金属筐体１１（図４Ｂ等参照）に固定した際に、金属筐体１１の接地部１１ａ（図４Ｂ等参照）に電気的に接触した状態となる。したがって、ネジ１２をスルーホール１０ｆに挿通させて接地部１１ａ（図４Ｂ等参照）に螺合させることにより、スルーホール１０ｆ内の導体及び接地導体部１５を、金属筐体１１（図４Ｂ等参照）を介して電気的に接地することができる。

また、本実施の形態における絶縁基板１０ａ、２０は、本発明の基板の一例である。本実施の形態における接地導体部１５は、本発明の接地導体部の一例である。本実施の形態におけるアンテナ導体部１４は、本発明のアンテナ導体部の一例である。本実施の形態における反射導体部１６、２０ｄは、本発明の反射導体部の一例である。本実施の形態における金属筐体１１は、本発明の筐体の一例である。本実施の形態における第１の筐体１は、本発明の第１の筐体の一例である。本実施の形態における第２の筐体２は、本発明の第２の筐体の一例である。

本願は、アンテナ装置、およびそれを備えた電子機器に有用である。

１０ＧＰＳアンテナ
１０ａ絶縁基板
１４アンテナ導体部
１５接地導体部
１６反射導体部

Claims

基板と、
前記基板の一方の主面に形成された接地導体部と、
前記基板の一方の主面に形成されたアンテナ導体部と、
前記接地導体部に電気的に接続されている反射導体部とを備え、
前記アンテナ導体部と前記反射導体部との間には間隙を有する、アンテナ装置。
前記反射導体部は、前記基板の前記一方の主面の裏側である他方の主面に形成されている、前記基板の一方の主面の表面に前記反射導体部と対向して形成した伝送線路とを併せて備える、請求項１記載のアンテナ装置。
導電部を有する筐体と、
前記筐体に固定され、前記導電部に電気的に接続されたアンテナ装置とを備え、
前記アンテナ装置は、
基板と、
前記基板に形成された接地導体部と、
前記基板の一方の主面に形成された逆Ｆ型のアンテナ導体部と、
前記接地導体部に電気的に接続されている反射導体部とを備え、
前記アンテナ導体部と前記反射導体部との間には間隙を有する、電子機器。
前記筐体は、第１の筐体と、前記第１の筐体に回動自在に支持されている第２の筐体とからなり、
前記アンテナ装置は、
前記第２の筐体に固定され、
前記第１の筐体と前記第２の筐体とが離間している姿勢のときに、前記反射導体部が前記アンテナ導体部に対して鉛直下側に位置する姿勢で、前記第２の筐体に固定されている、請求項３記載の電子機器。
前記第１の筐体は、電気回路基板を備え、
前記第２の筐体は、ディスプレイパネルを備え、
前記アンテナ装置の前記基板は、その主面が前記ディスプレイパネルの表示面に対して平行となる姿勢で、前記第２の筐体に固定されている、請求項４記載の電子機器。