(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平行に配置された２枚の基板の間にフェライトバーアンテナを配置したアンテナ装置において、
前記フェライトバーアンテナを前記２枚の基板の端部に沿って配置し、
前記２枚の基板に、前記フェライトバーアンテナのコイルループ面に垂直な方向に対して平行に、細線状導体からなる電界シールド用の導体パターンを形成し、
前記フェライトバーアンテナのコイルループ面に垂直な方向に対して平行に、細線状導体からなる電界シールド用の導体パターンを形成した側面基板を、前記２枚の基板の端部間に形成される開口面を覆うように配置したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記２枚の基板の端部に突出部を形成し、前記側面基板に前記突出部が挿入される孔を形成し、該孔部分で前記２枚の基板に前記側面基板を係止したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記２枚の基板を略矩形とし、この２枚の基板の端部間に形成される４つの開口面を４枚の前記側面基板で覆うとともに、前記２枚の基板の角部間に、前記フェライトバーアンテナを支持する導電性ゴムからなる支持体をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フェライトバーアンテナを用いたアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば中波の放送波の受信アンテナとしてフェライトバーアンテナが多く用いられている。フェライトバーアンテナは、導体コイル中に磁性体のフェライトを挿入したものであり、コイルに鎖交する磁束が、フェライトの挿入によって近似的に比透磁率μｒ倍になる。従って、フェライトバーの断面が小さくても実効面積が大きくなって、全体に小型でありながら高利得が得られる。
【０００３】
例えばＧＰＳ (Global Positioning System)において、測位精度を向上させるためにＤＧＰＳ (Differential GPS) のような相対測位を行う場合に、ビーコン局（基地局）から、相対測位のためのデータが３００ｋＨｚ帯の電波で放送されるが、測位を行おうとする移動局には、このビーコン局からの電波を受信するためにフェライトバーアンテナが設けられている。また、このような移動局に設けられる相対測位用ＧＳＰ受信機においては、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するために、パッチアンテナなどの平面アンテナが基板上に設けられて、この基板とともにフェライトバーアンテナが１つのアンテナ装置に設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記フェライトバーアンテナは、所定の送信局から送信された電磁波の磁界成分で誘導されるアンテナであるので、ホイップアンテナのような電界型アンテナに比べて雑音電界に対して比較的強い。しかし、上記相対測位を行うためのビーコン局からの電波を受信する場合のように、データ通信用としては、データ伝送誤りを極力少なくするために、雑音電界に対する耐性を高めておかなければならない。
【０００５】
そこで、上記ビーコン局からの電波を受信する相対測位用ＧＳＰ受信機における従来のアンテナ装置は、フェライトバーアンテナを上下２枚の基板の間に配置して、その上下２枚の基板に電界シールド用の導体パターンを形成していた。
【０００６】
しかしながら、上記フェライトバーアンテナを挟む上下２枚の基板に設けた電界シールド用の導体パターンだけでは、使用環境によっては十分な電界シールドが得られないことを、発明者らの実験によって見いだした。
【０００７】
この発明の目的は、雑音電界に対するシールド性を高めて、特にデータ通信用に用いる場合に、データ伝送誤りを十分に小さくできるようにしたアンテナ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記雑音電界に対するシールド効果の不完全性は、上記上下の基板に対して平行な方向（水平方向）からの雑音電界に対するシールド効果が低いことに起因していることを見いだした。そこで、この発明のアンテナ装置は、通常上下に配置される略平行な２枚の基板の間にフェライトバーアンテナを配置し、この２枚の基板に電界シールド用の導体パターンを形成するとともに、同様に電界シールド用の導体パターンを形成した側面基板を、上記２枚の基板の端部間に、その平行配置により形成される開口面を覆うように配置する。
【０００９】
この構造により、フェライトバーアンテナの上下は平行な２枚の基板によって電界シールドされ、側面方向は上記側面基板により電界シールドされる。従って全方位的に電界シールドが成されて、使用環境に関わらず、パルス電流等による雑音電界に対する影響を受けにくくなる。
【００１０】
また、この発明は上記２枚の基板の端部に突出部を形成し、上記側面基板にその突出部が挿入される孔を形成し、その孔部分で２枚の基板と側面基板とを係合させる。この構造により側面基板を容易に取り付けることができ、しかも上下に配置される２枚の基板が側面基板によって一体化されるため、全体に耐振動性、耐衝撃性が高まり、堅牢なアンテナ装置が得られる。
【００１１】
また、この発明は、前記２枚の基板を略矩形とし、この２枚の基板の端部間に形成される４つの開口面を４枚の前記側面基板で覆うとともに、前記２枚の基板の角部間に、前記フェライトバーアンテナを支持する導電性ゴムからなる支持体をそれぞれ設ける。この構造により２枚の基板の端部間に形成される４つの開口面が４枚の側面基板で電界シールドされるとともに、２枚の基板の４つの角部が、導電性ゴムから成る支持体で電界シールドされることになり、フェライトバーアンテナの周囲がほとんど隙間なく電界シールドされることになって、シールド効果が更に高まる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態に係るＤＧＰＳ測位に用いるアンテナ装置の構成を図１〜図９を参照して説明する。
図１は同アンテナ装置の主要部の外観斜視図である。図１において１は上側基板であり、図１では隠れている下側基板に対して平行に配置している。３，４，５，６はそれぞれ側面基板であり、上側基板１と下側基板の平行配置により形成される端部間に形成される開口面を覆うように配置している。
【００１３】
図４は上記アンテナ装置の主要部の構成を示す図であり、（Ａ）はその上面図、（Ｂ）は右側面図である。また、図２は図１に示した状態から側面基板３〜６を取り除き、上側基板１を取り外した状態を示す分解斜視図である。
【００１４】
図２および図４において２は下側基板であり、その上面に７，８，９，１０で示す４つのフェライトバーアンテナと、これらを支持する導電性ゴムからなる支持体１１，１２，１３，１４を取り付けている。この４つの支持体１１〜１４にはフェライトバーアンテナ７〜１０のそれぞれの端部が挿入される穴を形成している。また支持体１１〜１４の上面にはｂで示すボスを形成している。同様に、これらの支持体１１〜１４の下面にも上面のボスと同様のボスを形成している。図２は、支持体１１〜１４の穴にフェライトバーアンテナ７〜１０の端部をそれぞれ挿入して組み立てた状態で、支持体１１〜１４の下面に突出するボスを下側基板２に形成した４つの孔に挿入した状態を示している。
【００１５】
上側基板１にも、それらの四隅に孔を形成していて、支持体１１〜１４の上面のボスｂがこれらの孔に挿入されるように、上側基板１を被せることによって、これらを組み立てる。
【００１６】
図２に示すように、上側基板１の上面の中央部分に、矩形のグランド電極Ｇを形成している。また、四方にｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４で示す電界シールド用の導体パターン（以下、「電界シールドパターン」という。）をそれぞれ形成している。これらの導体パターンは、基板の各辺に平行な複数の細線状導体を配列するとともに、所定箇所（この例では左右対称となる中心線部分）で各々の細線状導体同士を接続するとともにグランド電極Ｇに接続している。また、これら４つの電界シールドパターンｓ１〜ｓ４は、それらの端部同士が導通しないように、所定の間隙を隔ててパターンを形成している。このように基板の辺に平行に細線状の導体パターンを設けることにより、これらの導体パターンに平行な電界成分はこの導体パターンを透過せず、電界シールドされる。またこれらの導体パターンに平行な磁界成分は遮蔽されずに透過する。従って、この電界シールドパターンｓ１〜ｓ４がフェライトバーアンテナの利得を低下させることはない。このような電界シールド用の導体パターンによるシールドはファラデーシールドとも呼ばれている。
【００１７】
なお、グランド電極Ｇの上面には、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するパッチアンテナ２１をマウントしている。
【００１８】
図３は図１に示した側面基板３〜６のうちの１つを代表する平面図である。側面基板にはｓ５，ｓ６で示す電界シールドパターンを形成している。これらの導体パターンは、基板の各辺に平行な複数の細線状導体を配列するとともに、所定箇所（この例では左右対称となる中心線部分）で各々の細線状導体同士を接続している。これらの電界シールドパターンの細線状導体は、フェライトバーアンテナのフェライトバー方向（コイルのループ面に垂直な方向）に平行に形成している。このように細線状導体で電界シールドパターンを構成することによって、上下の基板１，２に形成する回路の各部と電界シールドパターンとの間の静電容量成分を増すことなく電界シールドを行うことができる。したがって、側面基板が回路に悪影響を及ぼすことはない。
【００１９】
また、側面基板にはｈで示す４つの孔を形成している。図１および図２に示したように、上側基板１および下側基板２の端部にはｐで示す突出部を形成していて、図１に示したように、これらの突出部ｐが側面基板の孔ｈに嵌め込まれるように、４つの側面基板３〜６を取り付ける。側面基板の孔ｈの周囲には半田付け用の導体ランドを設けていて、また上側基板１および下側基板２の端部の突出部ｐ部分には、それぞれの電界シールドパターンに連続するグランド電極を設けていて、側面基板の孔ｈに上側基板１と下側基板２の突出部ｐを挿入した状態で両者を半田付けする。これにより側面基板の電界シールドパターンｓ５，ｓ６が上側基板１および下側基板２のそれぞれのグランド電極に電気的に接続される。また、上下２枚の基板１，２が４つの側面基板３〜６により接合一体化されて、全体に剛性が高くなり、耐振動性、耐衝撃性が高まる。
【００２０】
なお、図３に示したように、電界シールドパターンｓ５とｓ６とは電気的に分離しているので、上側基板１の電界シールドパターンおよびグランド電極と、下側基板２の電界シールドパターンおよびグランド電極とが電気的に分離される。これにより、電極によるループがフェライトバーアンテナの周囲に形成されることがなく、フェライトバーアンテナの利得を低下させることがない。
【００２１】
以上に示した各部の構成により、図１に示したアンテナ装置の主要部を構成するが、上下の基板の角部間でフェライトバーアンテナを支持する支持体が導電性ゴムから成るため、上下の基板の４つの角部も、この支持体で電界シールドされる。そのため、フェライトバーアンテナの周囲がほとんど隙間なく電界シールドされることになり、シールド効果がより完全なものとなる。
【００２２】
なお、以上に示した例では、上側基板１および下側基板２の突出部ｐが側面基板の孔ｈに嵌め込まれるように、４つの側面基板３〜６を取り付け、更に半田付けすることによって、上下の基板１，２に側面基板３〜６を係合させたが、孔ｈに対する突出部ｐの嵌合のみによって、上下の基板１，２と側面基板３〜６とを機械的に係合させ、且つ電気的に接続するようにしてもよい。
【００２３】
図９は、上記電界シールドパターンとビーコン局から送信された電磁波との関係を示している。このようにビーコン局の垂直アンテナから放射される電磁波の電界成分Ｅは縦波、磁界成分Ｈは横波であるため、この電磁波は、水平方向に延びる細線状の導体パターンからなる電界シールドパターンを透過する。これに対して、電界の偏波面が大地に垂直方向でない雑音電界は、その電界の水平成分が電界シールド用導体パターンで反射されるため、抑圧される。
【００２４】
図５は上記アンテナ装置の主要部をケース内に装着した状態を示す図であり、ケース部分を断面で表している。図５において２３は上記アンテナ装置の主要部を取り付けるケース、２２はケース２３の上部を覆うドーム状のカバーである。ケース２３の外周面およびカバー２２の内周面にはネジ部を設けていて、ケース２３にカバー２２を螺合させることによって防水性を確保している。ケース２３の上面には図２に示したフェライトバーアンテナの支持体１１〜１４の下面に突出するボスを受ける受け部を設けている。また上下の基板をネジ止めするためのボスを形成している。
【００２５】
なお、側面基板３〜６は、それらの上部の２つの角を切り落とした形状としているため、カバー２２の内面が側面基板の角部に接することはない。このため、側面基板を設けても、ケース全体が大型化することがない。
【００２６】
図６は上記フェライトバーアンテナの電気的な構成を示す図である。（Ａ）は４つのフェライトバーアンテナ３〜６の接続関係、（Ｂ）はトリマーコンデンサを接続した同調回路である。このように、互いに平行関係にあるフェライトバーアンテナのコイル同士を直列に接続し、フェライトバーアンテナのコイル間が不要なＭ結合しない方向に巻き方向を定めている。このようなＡとＢの２系統の回路を、図６の（Ｃ）に示すように、９０度位相差の関係で合成することによって、総合的に水平面方向に無指向性の特性を得る。
【００２７】
図７は上記アンテナ装置と受信機との接続関係を示す図である。このようにアンテナ装置では、フェライトバーアンテナによる３００ｋＨｚ帯の受信信号と、パッチアンテナによる１．５ＧＨｚ帯の受信信号を中間周波信号に変換した信号とを合波器で合波し、ＧＰＳ受信機側では、分波器で３００ｋＨｚ帯の信号をビーコン受信機へ与え、上記中間周波信号をＧＰＳ受信機へ与える。
【００２８】
図８は以上に示したアンテナ装置の所定の周波数帯における利得を、側面基板が無いものを比較例として示したものである。図８の上部に示す３２０．５００ｋＨｚの信号（周波数範囲の略中央の信号）は江崎局からのビーコン電波によるものであり、上側に示す波形が側面基板のない場合の特性、下側に示す波形が側面基板を設けた場合の特性をそれぞれ示している。このように側面基板を設けることによって、ビーコン局からの信号の利得が低下することなく、他の周波数領域における雑音成分が抑圧されていることがわかる。
【００２９】
また図８の下段に示す２９５．０００ｋＨｚの信号（周波数範囲の略中央の信号）は室戸岬局からの電波によるものであり、上側に示す波形が側面基板のない場合の特性、下側に示す波形が側面基板を設けた場合の特性をそれぞれ示している。この例では、目的とする信号成分も若干低下しているが、他の周波数領域の雑音成分が大きく抑圧されていて、Ｓ／Ｎ比が向上していることがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、フェライトバーアンテナを挟む平行な２枚の基板によってフェライトバーアンテナの上下方向が電界シールドされ、上記側面基板によりフェライトバーアンテナの側面方向が電界シールドされる。従って全方位的に電界シールドが成されて、使用環境に関わらず常に雑音電界に対する影響を受けにくくなる。
【００３１】
請求項２に記載の発明によれば、側面基板を容易に取り付けることができ、しかも上下に配置される２枚の基板が側面基板によって一体化されるため、全体に耐振動性、耐衝撃性が高まり、堅牢なアンテナ装置が得られる。
【００３２】
請求項３に記載の発明によれば、２枚の基板の端部間に形成される４つの開口面が４枚の側面基板で電界シールドされるとともに、２枚の基板の４つの角部が、フェライトバーアンテナを支持する支持体で電界シールドされることになり、フェライトバーアンテナの周囲がほとんど隙間なく電界シールドされることになって、シールド効果が更に高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の外観斜視図
【図２】同主要部の分解斜視図
【図３】側面基板の平面図
【図４】アンテナ装置の主要部の構成を示す図
【図５】アンテナ装置の全体の構成を示す図
【図６】フェライトバーアンテナの電気的構成を示す図
【図７】アンテナ装置と受信機との接続関係を示す図
【図８】アンテナ装置の特性測定結果を示す図
【図９】電界シールド用の導体パターンと、受信すべき電磁波との関係を示す図
【符号の説明】
１−上側基板
２−下側基板
３〜６−側面基板
７〜１０−フェライトバーアンテナ
１１〜１４−支持体
２１−パッチアンテナ
２２−カバー
２３−ケース
Ｇ−グランド電極
ｓ１〜ｓ６−電界シールドパターン
ｐ−突出部
ｈ−孔
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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