(57)【要約】【課題】小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置を提供する。【解決手段】ケース１の内面側に一体に配置されたアンテナエレメント４と、給電回路３との間に電極部５、６を配置する。電極部５、６は例えば平板形状で平行に間隔を置いて配置される。これにより給電回路３からアンテナエレメント４へ、非接触で電力が供給される。電極部５、６は例えばメアンダ構造や、間にさらなる電極部を配置する形態などでもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
そのケースに一体に設けられたアンテナエレメントと、
前記ケース内に収容された回路基板上に配置された、前記アンテナエレメントに電力を供給するための電力供給回路と、
その電力供給回路から前記アンテナエレメントへ非接触で電力を伝達する電力伝達部と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記電力伝達部は、所定の面積を有する表面で対向する少なくとも２個以上の電極部からなる電気容量を備えた請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記電力伝達部の電気容量と、前記アンテナエレメントと前記回路基板の間の電気容量と、前記アンテナエレメントが有する電気誘導と、前記回路基板が有する電気容量と、が直列に接続された回路の共振周波数を動作周波数とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナエレメントの一端は開放である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記アンテナエレメントは逆Ｌ型モノポール構造である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
２個以上の前記電極部は対向するメアンダ構造を有する請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記電極部は、
前記アンテナエレメントと導体を介して接続された第１電極部と、
前記電力供給回路と導体を介して接続された第２電極部と、
前記第１電極部と前記第２電極部との間に、前記第１電極部と前記第２電極部のいずれとも非接触で配置された第３電極部と、
を備えた請求項２に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりアンテナ装置に関して各種提案がある。例えば下記特許文献１では、ケース内部に回路基板やアンテナエレメントを配置する形態において、それまでのようにアンテナエレメントをケース内部空間にホルダで保持するのではなく、ケース内壁にアンテナエレメントを一体に設ける構造が開示されている。この構造ではアンテナエレメントとケースの間に隙間が必要ないので、アンテナ利得に大きく関係するアンテナの高さが確保しやすくなる。よってケースの小型化とアンテナの高利得化とを従来より両立させやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１１６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のアンテナ装置では、ケース天井面に一体化されたアンテナエレメントに電力を供給するために、アンテナエレメントを屈曲して下方へ延設させ、屈曲部分の弾性復元力により延設部の先端を給電点に圧接する構造としている。しかし本発明者の知見では、こうした構造では使用期間が長くなるにつれて弾性部分や接点部分が経年劣化することにより、アンテナ性能が低下するおそれがある。この点を改善すればさらに高い信頼性を有するアンテナ装置が実現できる。
【０００５】
そこで本発明が解決しようとする課題は、上記に鑑み、小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、本発明に係るアンテナ装置は、ケースと、そのケースと一体に設けられたアンテナエレメントと、前記ケース内に収容された回路基板上に配置された、前記アンテナエレメントに電力を供給するための電力供給回路と、その電力供給回路から前記アンテナエレメントへ非接触で電力を伝達する電力伝達部と、を備えたことを特徴とする。この発明によれば、ケースと一体に設けられたアンテナエレメントと電力供給回路との間を非接触構造とすることにより、従来のように弾性部分や接点部分の経年劣化によるアンテナ性能の低減が抑制できて、小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置が実現される。
【０００７】
また前記電力伝達部は、所定の面積を有する表面で対向する少なくとも２個以上の電極部からなる電気容量を備えたものとしてもよい。この発明によれば、ケースと一体に設けられたアンテナエレメントと電力供給回路との間に所定の面積を有する表面で対向する少なくとも２個以上の電極部を備えた非接触構造とすることにより、小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置が実現される。
【０００８】
また前記電力伝達部の電気容量と、前記アンテナエレメントと前記回路基板の間の電気容量と、前記アンテナエレメントが有する電気誘導と、前記回路基板が有する電気容量と、が直列に接続された回路の共振周波数を動作周波数とするものとしてもよい。このようにアンテナの動作周波数を電極部の電気容量が関係する共振周波数と一致させるようにすれば、アンテナエレメントと電力供給回路の間の非接触構造で、高信頼性を実現しつつ、利得も最大化するように設計できる。
【０００９】
また前記アンテナエレメントの一端は開放であるものとしてもよい。この発明によれば、一端が開放であり、ケースと一体に設けられたアンテナエレメントと電力供給回路との間を非接触構造とすることにより、小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置が実現される。
【００１０】
また前記アンテナエレメントは逆Ｌ型モノポール構造であるものとしてもよい。この発明によれば、ケースと一体に設けられた逆Ｌ型モノポール構造のアンテナエレメントと電力供給回路との間を非接触構造とすることにより、小型化や高利得化を高信頼性と両立させたアンテナ装置が実現される。
【００１１】
また２個以上の前記電極部は対向するメアンダ構造を有するものとしてもよい。この発明によればメアンダ構造の設計により電極部の電気容量の設計自由度があがるので、ケースの小型化などの条件のもとで共振周波数を動作周波数と一致させることがより容易となる。
【００１２】
また前記電極部は、前記アンテナエレメントと導体を介して接続された第１電極部と、前記電力供給回路と導体を介して接続された第２電極部と、前記第１電極部と前記第２電極部との間に、前記第１電極部と前記第２電極部のいずれとも非接触で配置された第３電極部と、を備えたものとしてもよい。この発明によれば、第３電極部の設計により電極部の電気容量の設計自由度が上がるので、ケースの小型化などの条件のもとで共振周波数を動作周波数と一致させることがより容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のアンテナ装置の実施例１における構成図。
【図２】実施例１のアンテナ装置の部分的構成を示す図。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図。
【図４】図１のアンテナ装置の等価電気回路を示す図。
【図５】図１のアンテナ装置の効果を示す図。
【図６】本発明のアンテナ装置の実施例２における部分的構成を示す図。
【図７】本発明のアンテナ装置の実施例３における部分的構成を示す図。
【図８】本発明のアンテナ装置の実施例４における部分的構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明のアンテナ装置の実施例１を示す斜視図であり、図２は図１でケース１を省略した図、図３は図１のＡ−Ａ断面図である。アンテナ装置１０は例えば車両のキーレスシステムでの車載側通信装置内で用いてもよいが、それには限定されずあらゆる用途に用いてよい。アンテナ装置１０はケース１、回路基板２、給電回路３、アンテナエレメント４、電極部５、６を備える。
【００１５】
ケース１は図示下方の面が開口した筐体の上ケース１ａと平板形状の下ケース１ｂとからなる。図３に示す通り上ケース１ａの開口側に下ケース１ｂが一体化されてケース１となり、そのケース１の内部空間に回路基板２、給電回路３、アンテナエレメント４、電極部５、６が配置される。上ケース１ａと下ケース１ｂの一体化の方法は嵌合、ねじ締結、接着など任意の方法でよい。上ケース１ａ、下ケース１ｂは例えば樹脂材料などの誘電体で形成すればよい。
【００１６】
回路基板２は図１の例では主表面が長方形の板形状で、下ケース１ｂの図示上面側（内面側）に接合されている。給電回路３（電力供給回路）は回路基板２上に配置され、アンテナエレメント４に電磁波出力のための電力を供給する。
【００１７】
アンテナエレメント４は導体により上ケース１ａの内面に、図１、図２に示すように逆Ｌ型モノポール構造、すなわち側面視で逆Ｌ形状で、複数個所で屈曲しつつ垂直方向と水平方向とに帯状（あるいは線状）に延びるように形成されており、端部は開放となっている。アンテナエレメント４の上ケース１ａの内面への一体化は例えば接着など適切な方法を用いればよい。
【００１８】
本発明の主要部である電極部５、６（極板）は、それぞれ給電回路３とアンテナエレメント４に接続されるかたちで配置される。図１の例では電極部５、６ともに導体により、同形状、同面積の主表面を有する平板形状で形成されている。そして電極部５の主表面と電極部６の主表面とが間隔を置いて平行に対向するように配置されて、給電回路３と電極部５とが、そしてアンテナエレメント４と電極部６とが導体で接続されている。
【００１９】
電極部５、６の存在により給電回路３からアンテナエレメント４へ非接触で（導体ではない部位を通って）電力が供給される。電極部５、６は主に電気容量（静電容量、コンデンサ、キャパシタンス）として機能する。よって、給電回路３とアンテナエレメント４とは電気容量を介して電気的に接続されることとなる。
【００２０】
以上のようにアンテナ装置１０では、従来技術のようにアンテナエレメント４が給電回路３と導体によって接続されておらず、電極部５、６の箇所で非接触となっている（導体を介していない）。これに伴い、従来技術のように弾性復元力によってアンテナエレメント４と給電回路３とを接触させる形態も用いられていないので、当然弾性部分や接点部分の経年劣化によるアンテナ性能の低減も回避できる。したがって長期使用における高い信頼性を有するアンテナ装置となる。
【００２１】
アンテナ装置１０の等価回路は図４のように示される。この等価回路で、Ｒ１とＬ１はそれぞれ給電回路３から電極部５までの部分が有する電気抵抗値（レジスタンス）と電気誘導値（インダクタンス）である。Ｃ１は電極部５、４間の電気容量値である。Ｒ２とＬ２はそれぞれアンテナエレメント４が有する電気抵抗値と電気誘導値である。Ｃ２はアンテナエレメント４と回路基板２の間の電気容量値である。
【００２２】
この等価回路における共振周波数ｆｒ（インピーダンスが最小、利得が最大となる周波数）は、周知の計算法のわずかな変形により次式のように求められる。ここで「＾（１／２）」は（１／２）乗、すなわち平方根である。
ｆｒ＝１／［（２π）｛（Ｌ１＋Ｌ２）（Ｃ１＋Ｃ２）｝＾（１／２）］
【００２３】
このｆｒをアンテナ装置１０の所定の動作周波数と一致させるように電極部５、６間の容量Ｃ１を設計すればよい。これによりアンテナ装置１０の利得が最大化される。電極部５、６間の容量Ｃ１の設計は、電極部５、６の対向する面の面積を大きくすることや、電極部５、６間の距離を小さくすることによってＣ１が大きくなる性質を用いればよい。
【００２４】
上記実施例のアンテナ装置１０と従来技術のアンテナ装置の利得を比較すると、図５に示された結果が得られた。図５に示された利得は、図１におけるアンテナ装置１０の中心を通る仮想的な鉛直軸まわりの全周方向の、動作周波数での利得である。ここでアンテナ装置１０において、例えばケース１の高さを３０ｍｍ、縦横寸法をともに５０ｍｍとし、電極部５、６の対向する主表面はともに高さ１２ｍｍ、横幅４０ｍｍ、電極部５、６間の距離は４ｍｍとした。アンテナ装置１０における電極部５、６間の容量Ｃ１は上記のように利得が最大となるように設定した。
【００２５】
また従来技術のアンテナ装置として、アンテナエレメントがケースと別体になっている形態のアンテナ装置を用いた。図５の結果を見ると、全周方向で本発明のアンテナ装置の利得の方が大きくなっている。平均利得では本発明の方が２ｄＢ高いとの結果が得られた。この結果は本発明が利得の面でも顕著な効果を生むことを示している。
【００２６】
本発明は上記の実施例には限定されない。図６から図８には別の実施例が示されている。なお図６ではケース１の図示を省略しており、図７、図８では電極部の部分のみを拡大して示している。図６に示された実施例２のアンテナ装置では、給電回路３と導体で接続された電極部５’と、アンテナエレメント４と導体で接続された電極部６’との間で対向する面が図示水平方向になるように配置している。これに伴い、電極部５’の上の板状の樹脂基板７を載置し、その上に電極部６’を載置する構成とした。これにより電極部６’が安定して配置される。
【００２７】
また図６のような電極部５’、６’の配置は、ケース１の高さを小さくしたい場合にも好適である。樹脂基板７は樹脂に限らず誘電体であればよい。周知のとおり樹脂（誘電体）の選択により電極部５’、６’の間の容量値が影響を受ける。したがって所望の容量値となるように電極部５’、６’間の樹脂（誘電体）を選択すればよい。もちろん樹脂（誘電体）は、図１の電極部５、６間や図７の電極部５”、６”間など別の実施形態内で配置してもよい。
【００２８】
図７に示された実施例３のアンテナ装置では、電極部をいわゆるメアンダ構造としている。すなわち電極部５”、６”は２枚の平行な板形状が側方視で蛇行するように屈曲した形状を有する。この構造であれば、電極部の大きさをコンパクトにしたまま、それらの間の対向する面の面積を大きくすることができる。したがって電極部間の容量値の設計の自由度が向上する。図７の電極部５”、６”を例えば図１の電極部５、６や図７の電極部５’、６’に置き換えて用いればよい。
【００２９】
図８に示された実施例４のアンテナ装置では、図１、図２と同様の電極部５、６の間に３枚目の電極部８が配置されている。図８の例では、電極部８は電極部５、６と主表面が同形状、同面積の板形状とされて、電極部５、６と平行に（非接触で）配置されている。このように電極部８を配置した形態により、電極部５、６間の容量値の設計の自由度が向上する。電極部８は図８の例では１枚だが、枚数には限定がなく、２枚、３枚など任意の枚数でよい。また（１枚や複数枚の）電極部８は、図６や図７など他の実施形態で用いてもよい。
【００３０】
上記実施形態は特許請求の範囲に記載された趣旨の範囲内で適宜変更してよい。例えば上記実施例ではアンテナエレメント４を逆Ｌ型モノポール構造としたが、本発明はこれに限定されず、給電回路３からの電力供給が非接触で行われさえすれば、逆Ｆ型など他の任意の構造でもよい。またケース１の構造も図３に示した構造には限定されず、例えば３つ以上の部分が一体化した構造でもよい。
【符号の説明】
【００３１】
３    給電回路（電力供給回路）
４    アンテナエレメント
５    電極部（電力伝達部）
６    電極部（電力伝達部）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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