(57)【要約】【課題】レドームに影響されず高利得化に有利なアンテナ装置を提供すること。【解決手段】アンテナ回路を含む電子回路部１と、合成樹脂材からなり電子回路部１を覆うレドーム２と、少なくとも一部がレドーム２の天板部２ｂからなる誘電体基板１０上にパッチ電極１１が設けられたパッチアンテナ４とを備え、天板部２ｂの底面を含む広い領域に接地電極８を設けた。これにより、放射素子であるパッチ電極１１をレドーム２の外部に露出させたアンテナ装置が得られる。例えば、誘電体基板１０を、レドーム２と誘電率が同等の合成樹脂材からなり天面にパッチ電極１１が設けられた樹脂基板１３と、レドーム２の天板部２ｂの薄板部とからなる積層体とし、レドーム２の凹所３内に嵌入せしめた樹脂基板１３を天板部２ｂの薄板部上に載置固定しておけばよい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ回路を含む電子回路部と、合成樹脂材からなり前記電子回路部を覆うレドームと、誘電体基板上に形成されたパッチ電極および該パッチ電極に接続された給電ピンを有するパッチアンテナとを備え、
前記誘電体基板の少なくとも一部が前記レドームの天板部からなり、該天板部の底面に接地電極を設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記誘電体基板が、前記合成樹脂材と同等の誘電率を有する合成樹脂材からなり天面に前記パッチ電極が設けられた第１の樹脂基板と、前記レドームの天板部を兼ねて前記第１の樹脂基板を載置固定した第２の樹脂基板とで構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記レドームの天板部に前記第１の樹脂基板を嵌入させるための凹所を設け、該凹所内に前記第２の樹脂基板の天面を臨出させたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記第１の樹脂基板の外壁面に係合突部を突設すると共に、前記凹所の内壁面に係合凹部を刻設し、該係合凹部内に該係合突部が挿入される構成としたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項２〜４いずれかの記載において、前記第１の樹脂基板の厚みを２ｍｍ以下に設定したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１の記載において、前記パッチ電極を前記レドームの天板部の天面に設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ回路を含む電子回路部とパッチアンテナとがユニット化されている小型のアンテナ装置に係り、特に、該電子回路部がレドームで覆われているアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路部とパッチアンテナとがユニット化されたレドーム付きのアンテナ装置は、例えば車両の屋根等に設置されるＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナユニット等として使用されており、アンテナ回路が配設された電子回路部を合成樹脂製のレドームで覆って塵埃等から保護していると共に、小型平面アンテナであるパッチアンテナを介して無線信号の受信や送信を行っている。
【０００３】
従来のこの種のアンテナ装置としては、電子回路部が配設されている回路基板上にパッチアンテナを載置固定し、これら電子回路部およびパッチアンテナをレドームの内部に収納するという構成のものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。ここで、パッチアンテナは、セラミック等からなる誘電体基板と、該誘電体基板の天面に形成された放射素子としてのパッチ電極と、該誘電体基板の底面に形成された接地電極と、該誘電体基板を貫通して一端がパッチ電極に接続された給電ピンとを備えて構成され、給電ピンの他端は電子回路部に接続されている。また、回路基板の天面にはほぼ全面に接地パターンが形成されており、この接地パターンとパッチアンテナの接地電極とが導電性接着剤等を介して接続されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２２０３２１号公報（第２頁、図８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のアンテナ装置のように、パッチアンテナがレドーム内に収納されている場合、使用周波数帯域によってはレドームの影響でアンテナゲインが小さくなることがわかっている。例えば、各種の小型アンテナ装置で広く採用されている２．４ＧＨｚ帯の電波の送受信をレドーム内のパッチアンテナによって行うと、レドームにより電波の一部が熱エネルギーに変換されてしまう誘電体損の影響が無視できなくなるため、利得の低下に伴って特に送信時にアンテナ性能が著しく劣化する虞があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、レドームに影響されず高利得化に有利なアンテナ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明のアンテナ装置では、アンテナ回路を含む電子回路部と、合成樹脂材からなり前記電子回路部を覆うレドームと、誘電体基板上に形成されたパッチ電極および該パッチ電極に接続された給電ピンを有するパッチアンテナとを備え、前記誘電体基板の少なくとも一部が前記レドームの天板部からなり、該天板部の底面に接地電極を設ける構成とした。
【０００８】
このように構成されたアンテナ装置は、放射素子であるパッチ電極がレドームの外部に露出しているため、レドームによる誘電体損を回避できる。また、レドームの天板部がパッチアンテナの誘電体基板を兼ねていることから、アンテナ装置全体の高さ寸法を抑えるうえで有利であると共に、該天板部の底面に接地電極を設けているため、パッチアンテナのグラウンド部分の面積を拡大することができて高利得化に有利となる。
【０００９】
本発明のアンテナ装置は、例えば、パッチアンテナの誘電体基板が、レドームの合成樹脂材と同等の誘電率を有する合成樹脂材からなり天面にパッチ電極が設けられた第１の樹脂基板と、レドームの天板部を兼ねて前記第１の樹脂基板を載置固定した第２の樹脂基板とで構成されていればよく、この場合、第１および第２の樹脂基板がそれぞれ薄くても、誘電体基板全体としては所望の厚みを確保できるため好ましい。つまり、合成樹脂材は厚みが増すと成形時のヒケにより表面が反ってしまうため、第１および第２の樹脂基板はある程度薄くしておく必要があり、特に表面にパッチ電極が形成される第１の樹脂基板は、２ｍｍ厚以下に設定しておかないとアンテナ性能への悪影響が懸念されるが、その一方でパッチアンテナの誘電体基板の厚みが不足していると所望の帯域幅が得られない。しかるに、第１および第２の樹脂基板を積層してパッチアンテナの誘電体基板となせば、こうした不都合が回避できると共に、樹脂基板は比重が小さいためセラミック製の誘電体基板に比べて軽量化が図りやすくなる。
【００１０】
また、かかる構成のアンテナ装置の場合、レドームの天板部に第１の樹脂基板を嵌入させるための凹所を設け、該凹所内に第２の樹脂基板の天面を臨出させておけば、第１の樹脂基板をレドームに対し容易に取り付けることができて取付強度も確保しやすいため、一層好ましい。なお、第１の樹脂基板の外壁面に係合突部を突設すると共に、前記凹所の内壁面に係合凹部を刻設し、該係合凹部内に該係合突部が挿入される構成にしておけば、第１の樹脂基板の取付強度をさらに高めることができる。
【００１１】
また、本発明のアンテナ装置は、パッチ電極をレドームの天板部の天面に直接設ける構成にしてもよい。この場合、パッチアンテナの誘電体基板がレドームの天板部のみからなり、専用の誘電体基板を用意する必要がなくなるため、部品点数を削減できて構成が簡素化される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の断面図、図２は該アンテナ装置の平面図、図３は該アンテナ装置のレドームの天井部分を示す要部説明図である。
【００１３】
本実施形態例に係るアンテナ装置は、車両のタイヤ等に装着されるタイヤ空気圧警報装置の送信機として使用されるものであり、検出したタイヤ空気圧情報を２．４ＧＨｚ帯の電波を用いて所定の受信機へ送信するという機能を有し、該受信機にて受信されたタイヤ空気圧情報はケ−ブルを介して運転席の表示部等に表示されるようになっている。
【００１４】
図１に示すように、このアンテナ装置は、タイヤ空気圧検出用のセンサ回路や送信回路（アンテナ回路）を有する電子回路部１と、この電子回路部１を覆うレドーム２と、このレドーム２の凹所３内に組み込まれたパッチアンテナ４とによって主に構成されている。電子回路部１の回路基板５上には、配線パターンや接地パターンが形成されていると共に、ダイオードや空気圧センサ、チップインダクタ、チップコンデンサ等の各種電子部品６と図示せぬ電源とが配設されている。
【００１５】
レドーム２はポリスチレン系樹脂等の合成樹脂材からなる成形品で、その誘電率は４．５〜４．９であり、導電性接着剤７を介して回路基板５上に載置固定されている。このレドーム２の側壁部２ａの厚みは約４ｍｍに形成されているが、天板部２ｂは凹所３の下方で約２ｍｍ厚と薄く形成されており、凹所３の深さは２ｍｍ弱に設定されている。また、このレドーム２の天板部２ｂの底面と側壁部２ａの内壁面には、ほぼ全面にわたって接地電極８が形成されていると共に、一部に給電ライン９が形成されている（図３参照）。なお、接地電極８は回路基板５上の前記接地パターンに接続されており、給電ライン９は前記送信回路の出力端子に接続されている。
【００１６】
パッチアンテナ４は、２層構造の誘電体基板１０上にパッチ電極１１を有し、誘電体基板１０を貫通する給電ピン１２の両端をパッチ電極１１と前記給電ライン９に接続して概略構成されている。この誘電体基板１０は、レドーム２と同じ合成樹脂材を２ｍｍ弱の薄板状に成形してなる樹脂基板１３と、レドーム２の凹所３の下方に位置する天板部２ｂの薄板部とからなる積層体であり、凹所３内に嵌入せしめた樹脂基板１３をエポキシ系樹脂等からなる接着剤１４（その誘電率は約３．２）を介して天板部２ｂの薄板部上に載置固定している。ここで、接着剤１４の誘電率の値はレドーム２や樹脂基板１３に比べて若干小さいが、この接着剤１４の膜厚は０．１ｍｍ以下と極めて薄いので、合成誘電率の劣化にはほとんど影響しない。放射素子であるパッチ電極１１は樹脂基板１３の天面に形成されており、インピーダンスのマッチングが図れる該パッチ電極１１の所定位置に給電ピン１２の上端が半田付けされている（図２参照）。この給電ピン１２は樹脂基板１３と天板部２ｂを貫通しており、給電ピン１２の下端は接地電極８とは非接触で給電ライン９に半田付けされている。ただし、給電ライン９を省略して給電ピン１２の下端を回路基板５上へ延設する構成にしてもよい。
【００１７】
このように本実施形態例に係るアンテナ装置においては、パッチ電極１１がレドーム２の外部に露出しているため、レドーム２による誘電体損を回避でき、レドーム２の厚みにより帯域幅を広げることができる。また、パッチアンテナ４の誘電体基板１０を構成する樹脂基板１３と天板部２ｂの薄板部が共に約２ｍｍ程度の厚みなので、誘電体基板１０の表面に成形時のヒケに起因する反りが生じる心配はなく、しかも誘電体基板１０は全体として約４ｍｍと十分な厚みが確保できるので、帯域幅が不所望に低下する心配もない。また、このようにレドーム２の天板部２ｂがパッチアンテナ４の誘電体基板１０の一部を兼ねる構成にしてあると、アンテナ装置全体の高さ寸法を抑えた薄型化が図りやすくなると共に、天板部２ｂの底面を含む広い領域に接地電極８を形成できるため、パッチアンテナ４のグラウンド部分の面積を拡大することができて高利得化が図りやすくなる。さらに、本実施形態例のようにパッチアンテナ４の誘電体基板１０が合成樹脂材からなるアンテナ装置は、セラミック製の誘電体基板を用いているアンテナ装置に比べて軽量化が図りやすいという利点もある。なお、本実施形態例に係るアンテナ装置の組立工程で、樹脂基板１３をレドーム２の凹所３内へ挿入する際の位置決めは容易であり、該凹所３内へ組み込むことにより樹脂基板１３の取付強度も確保しやすい。
【００１８】
図４は、本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置のパッチアンテナ取付構造を示す説明図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。
【００１９】
この第２実施形態例では、パッチアンテナ４の誘電体基板１０の構成要素である樹脂基板１３の外壁面に係合突部１３ａを突設してあると共に、樹脂基板１３が嵌入されるレドーム２の凹所３の内壁面に係合凹部３ａを刻設してあり、樹脂基板１３の嵌入時に係合突部１３ａを対応する係合凹部３ａ内へ差し込むことによって、レドーム２に対する樹脂基板１３の取付強度を高めている。
【００２０】
図５は本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置の断面図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。
【００２１】
この第３実施形態例は、樹脂基板１３を省略してパッチ電極１１をレドーム２の天板部２ｂの天面に直接設けた点が、前述した第１実施形態例と大きく異なっている。すなわち、本実施形態例においては、パッチアンテナ４の誘電体基板１０がレドーム２の天板部２ｂのみからなり、樹脂基板１３等の専用の誘電体基板を用意する必要がない。したがって、この第３実施形態例は部品点数が減って構成が簡素化されており、低コスト化を図るうえで有利となる。
【００２２】
なお、上述した各実施形態例では、電子回路部がセンサ回路を有するタイヤ空気圧警報装置に適用したアンテナ装置について例示しているが、レドーム付きの他のアンテナ装置に本発明を適用可能であることは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２４】
パッチアンテナの誘電体基板の少なくとも一部がレドームの天板部からなり、放射素子であるパッチ電極をレドームの外部に露出させたアンテナ装置なので、レドームによる誘電体損を回避でき、アンテナゲインの損失を防ぐと共に、薄型化が図りやすくなり、かつ、該天板部の底面を含む広い領域に接地電極を設けることができるため高利得化に有利となる。
【００２５】
例えば、パッチアンテナの誘電体基板が、レドームと同等の誘電率の合成樹脂材からなり天面にパッチ電極が設けられた第１の樹脂基板と、レドームの天板部を兼ねて第１の樹脂基板を載置固定した第２の樹脂基板とで構成されている場合には、各樹脂基板を十分薄くしつつ誘電体基板全体に所望の厚みを確保することができるため好ましく、しかもセラミック製の誘電体基板に比べて軽量化が図りやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の断面図である。
【図２】図１に示すアンテナ装置の平面図である。
【図３】図１に示すアンテナ装置のレドームの天井部分を示す要部説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置のパッチアンテナ取付構造を示す説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置の断面図である。
【符号の説明】
１  電子回路部
２  レドーム
２ｂ  天板部（第２の樹脂基板）
３  凹所
３ａ  係合凹部
４  パッチアンテナ
５  回路基板
６  電子部品
８  接地電極
９  給電ライン
１０  誘電体基板
１１  パッチ電極
１２  給電ピン
１３  樹脂基板（第１の樹脂基板）
１３ａ  係合突部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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