(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ回路の接地電位となる基板グランドを有する回路基板と、
前記回路基板に設けられる給電点より回路基板の表面上へ形成され、所定周波数を含む周波数帯で共振するアンテナ素子と、
前記回路基板の裏面側に設けられ、車両ボデーと電気接続される導体のブラケットアースと、
前記ブラケットアースと前記基板グランドとを電気接続する結合部材と、
を有し、
前記給電点と結合部材との距離が、前記所定周波数に対応する波長の１／３０以下に設定されていることを特徴とする車載アンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナ素子は、前記給電点より前記回路基板の表面上に立ち上がる垂直部と垂直部の端部で前記回路基板の面に平行な方向に折れ曲げられている水平部とからなり、前記アンテナ素子の先端部と前記給電点との間の電流経路長さが前記波長の１／４に相当する長さであることを特徴とする請求項１に記載の車載アンテナ装置。
【請求項３】
前記回路基板は、前記アンテナ素子の先端部直下を中心とする所定範囲に回路素子の配置禁止領域が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の車載アンテナ装置。
【請求項４】
前記配置禁止領域は、前記回路素子の筐体の長さを一辺とする正方形、または、前記長さを直径とする円形のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の車載アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載アンテナ装置に関するもので、車両のキーレスエントリシステムに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来より、車両のキーレスエントリシステムに用いる受信機（以下、受信機という）は、小型化のためにアンテナと受信回路基板との一体化と、作動エリア拡大のためにアンテナ利得の向上とをそれぞれ考慮した設計がなされている。しかし、アンテナ利得はアンテナ体積、特にアンテナの高さに比例するため、使用周波数の波長に対して小型化された受信機への一体化においては、アンテナ利得の向上には限界があった。
【０００３】
また、受信回路基板の設計では、受信機基板のグランドを積極的にアンテナ地板として使用するような設計方法も提案されている（特開２０００−１８８５０６号公報や特開平１１−１５４８１５号公報など）が、受信機自体が大きくなってしまうという問題があった。
【０００４】
これらの問題点は、受信回路基板の設計とアンテナの設計とが個別に行われていることに起因する。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、回路基板とアンテナとの一体化およびアンテナ利得向上の両立を可能にした、広い受信エリアを有する車載アンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、アンテナ回路の接地電位となる基板グランドを有する回路基板と、前記回路基板に設けられる給電点より回路基板の表面上へ形成され、所定周波数を含む周波数帯で共振するアンテナ素子と、前記回路基板の裏面側に設けられ、車両ボデーと電気接続される導体のブラケットアースと、前記ブラケットアースと前記基板グランドとを電気接続する結合部材と、を有し、前記給電点と結合部材との距離が、前記所定周波数に対応する波長の１／３０以下に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、アンテナ回路の基板グランドが形成されている回路基板にアンテナ素子への給電点を設けるとともに、基板グランドと導体のブラケットアースとを電気接続する結合部材と給電点との距離を共振周波数の波長λの１／３０以下に設定することにより、給電点と結合部材とを接近させることができ、これにより、給電点とブラケットアースを介して接続される車両ボデーとの距離、すなわち電流経路長を短くすることができるので、アンテナ利得低下を防止して高利得、広い動作範囲を有する車載アンテナ装置とすることができる。
【０００８】
なお、前記アンテナ素子は、請求項２に記載のように、前記給電点より前記回路基板の表面上に立ち上がる垂直部と垂直部の端部で前記回路基板の面に平行な方向に折れ曲げられている水平部とからなり、前記アンテナ素子の先端部と前記給電点との間の電流経路長さを前記波長の１／４に相当する長さとすることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記回路基板は、前記アンテナ素子の先端部直下を中心とする所定範囲に回路素子の配置禁止領域が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、電気的に不安定、すなわち周囲の電磁界の影響を受けやすいアンテナ素子先端の直下の回路基板には、金属筐体を有する回路素子を配置しない領域である配置禁止領域を設けることにより、アンテナ素子として安定な電磁界環境を形成することができ、アンテナ利得の低下を防止することができる。
【００１１】
この配置禁止領域は、請求項４に記載のように、前記回路素子の筐体の長さを一辺とする正方形、または、前記長さを直径とする円形のいずれかとして設定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の車載アンテナ装置について、図面を参照して説明する。図１はアンテナ装置１の斜視図、図２は平面図、図３は動作を説明する図である。本実施形態のアンテナ装置１は、アンテナ素子１０、受信機基板２およびブラケットアース３を有している。
【００１３】
矩形をなす受信機基板２には図示しない多層基板が用いられ、その各層にほぼ基板全体を覆うように受信回路の接地電位となる基板グランド２４が形成されている。受信機基板２の表面または裏面上には受信回路を構成する回路素子２１が配置されている。なお、図１では一部の回路素子のみを描いてある。さらに、図２には、回路素子２１および基板グランド２４は省略してある。
【００１４】
受信機基板２の表面の基板端部には、外部回路や電源と接続するための回路コネクタ２２が設けられている。回路コネクタ２２は、所定長さ（約１ｃｍ程度）の金属の接続端子が複数、受信機基板２より逆Ｌ型に立ち上がっている。
【００１５】
受信機基板２の端部部分で、かつ、基板グランド２４が形成されている部分は、後述する位置関係で結合部材としてのグランドネジ２３によりブラケットアース３と電気的に接続されている。なお、図１ではグランドネジ２３は図中現れない下層の基板グランド２４と接続されている。
【００１６】
ブラケットアース３は、車両搭載用ネジ３１により車両のボデー４の所定位置に結合される。したがって、基板グランド２４はグランドネジ２３、金属により形成されているブラケットアース３および車両搭載用ネジ３１により接地電位としての車両ボデー４の電位に保たれる。なお、本実施形態では、ブラケットアース３の電位をアース電位として説明する。
【００１７】
アンテナ素子１０は、金属導体により形成され、受信機基板２の基板グランド２４に覆われていない部分に設けられた給電点１１より、基板グランド２４に対して垂直に所定長さｄ１の垂直部１２が立ち上がっている。さらに、その垂直部１２の端部で基板グランド２４に平行な水平方向に９０度曲げられ、その水平面内を基板グランド２４の外周部に沿って水平部１３が形成されている。
【００１８】
給電点１１より水平部１３の終端であるアンテナ素子先端１４までの導体に沿った長さ（電流経路長）は、アンテナ装置１の使用周波数の波長をλとするとき、ほぼλ／４の長さとしている。なお、周波数３０４ＭＨｚでは、λ／４＝２５ｃｍである。したがって、基板グランド２４の外周の長さが（λ／４−ｄ１）よりも短い場合は、アンテナ素子先端１４は、図１に示すように水平部１３の内側に存在するように形成される。
【００１９】
本実施形態は、アンテナ装置１の性能向上、すなわち、アンテナ利得向上、および、動作エリアの拡大を、次のような、給電点１１、アンテナ素子先端１４、グランドネジ２３、および回路コネクタ２２の好適な配置により実現している。以下、本実施形態で用いられる（１）ないし（３）に示す配置方法について説明する。
【００２０】
（１）給電点１１とグランドネジ２３との基板グランド２４の面上における直線距離ｒを、λ／３０以下とする。すなわち、給電点１１とグランドネジ２３とをなるべく接近させる。
【００２１】
このような配置関係は、図３に示す等価回路で表わすことができる。アンテナ素子１０は、面積の大きな車両ボデー４あるいは、車両ボデー４と同じ接地電位となっているブラケットアース３をアンテナ地板として共振する。アンテナ素子１０のλ／４に相当する導体長さは、上記アンテナ地板からの立ち上がり部２６よりグランドネジ２３までの導体部分（長さｄ２≒０．５ｃｍ）と、グランドネジ２３と上述のように接近配置されて同電位とみなせる給電点１１から垂直部１２および水平部１３までの各導体部分とにより構成され、励振源２５は給電点１１付近にあるものと考えることができる。したがって、アンテナ素子１０の共振電流は、給電点１１付近で最大となる垂直部１２の電流分布７１、およびアンテナ素子先端１４で０となる水平部１３での電流分布７３のように流れる。
【００２２】
このとき、グランドネジ２３と接続されている基板グランド２４は電流経路としてほとんど寄与せず、基板グランド２４には共振電流は流れない、すなわち、基板グランド２４には水平部１３を流れる共振電流７３を打ち消すようなイメージ電流が流れないため、水平偏波成分の利得を大きくすることができる。さらに、上記アンテナ地板である車両ボデー４（または、ブラケットアース３）からの立ち上がり部分２６での電流７２も給電点１１に近いため、上記最大電流よりわずかに小さいだけの、大きい電流となっている。このようにアンテナ素子１０の垂直部１２における共振電流７１は最大となり、垂直偏波成分のアンテナ利得も大きくすることができる。
【００２３】
このことを、本実施形態のような配置関係となっていない、不適切な設計例を示した図６の場合について説明する。図６の場合では、給電点１１とグランドネジ２３とを受信機基板２のほぼ対角の位置に距離ｒ離して配置している。このときの等価回路は図７のようになる。
【００２４】
電流経路はアンテナ地板である車両ボデー４またはブラケットアース３からグランドネジ２３および基板グランド２４を経由して給電点１１、垂直部１２、水平部１３、アンテナ素子先端１４へと至る。したがって、アンテナ素子１０の実質的な導体長さは図３の場合と比べ、給電点１１から図上で上方向にλ／４の距離にあるアンテナ素子先端１４までと、給電点１１から図上で下方向にある基板グランド２４上のグランドネジ２３と車両ボデー４までの比較的長い距離の導体部とからなる。図７で、この下方向の導体部の長さを説明のためにλ／４とする。
【００２５】
この場合、アンテナ素子１０に流れる電流は、給電点１１より上方向は図３の場合と同じとなるが、給電点１１より下方向には導体部の長さ（λ／４）に応じて、車両ボデー４からの立ち上がり部２７で電流０、立ち上がり部２７からグランドネジ２３までは小さな電流７４、水平方向の基板グランド２４上で給電点１１に近づくにつれて徐々に大きくなり給電点１１で最大電流となる電流７５が流れる。
【００２６】
したがって、アンテナ素子１０の垂直方向の電流は、給電点１１と車両ボデー４との間の電流成分の違い、すなわち、図３の場合の電流７２と図７の場合の電流７４との違いにより、図７の場合には垂直偏波成分のアンテナ利得は低下する。
【００２７】
さらに、図７の場合では水平部１３に流れる電流７３と基板グランド２４に流れる電流７５とが互いに打ち消し合う方向であるため、水平偏波成分のアンテナ利得も減少する。
【００２８】
このように、給電点１１とグランドネジ２３との距離ｒを小さくすることが、アンテナ利得向上に必要な条件であることが理解できる。次に、この距離ｒについて、図４を参照して説明する。
【００２９】
受信機基板２上において、図１に示すアンテナ素子１０の給電点１１から、それぞれｒ＝１ｃｍおよびｒ＝７ｃｍの距離にあるＡ点およびＢ点にグランドネジ２３を設けた場合（図４（ａ）参照）のλ／４＝２５ｃｍでのアンテナ利得の測定結果を図４（ｂ）に示す。
【００３０】
図より、グランドネジ２３をＢ点からＡ点の位置へ、すなわち、給電点１１との距離を短縮することにより、アンテナ利得を２．９ｄＢ（主偏波）改善できることがわかった。アンテナ利得が距離ｒに比例すると仮定すると、給電点１１から半径３ｃｍ以内に設定することにより、最大利得（ｒ＝１ｃｍにおける利得）からの減衰量を１ｄＢ以下に抑えることができる。
【００３１】
なお、ｒ＝０ｃｍは給電点１１とグランドネジ２３とが一致することを意味するが、その場合は給電点１１を接地することになってしまいアンテナとして機能しないことになるので、ｒ＝０ｃｍは除外する。
【００３２】
以上、要するに、受信機基板２に設けた給電点１１と基板グランド２４とブラケットアース３（したがって車両ボデー４）と接続するグランドネジ２３との距離ｒを、λ／４＝２５ｃｍの場合３ｃｍ以下、すなわち波長λの約３％（あるいはλ／３０）以下に設定することにより、アンテナ利得をほぼ最大利得にすることができる。
【００３３】
（２）受信機基板２上のアンテナ素子先端１４の直下の所定領域を、受信回路の回路素子２１を配置しない配置禁止領域とする。回路素子２１には、電解コンデンサや水晶発振子など、素子の筐体が金属製で比較的大型のものも使われる。これらの金属筐体とアンテナ素子との電気的結合が生ずるとアンテナ利得が減少する。さらに、アンテナ素子先端１４は、特に、周辺の電磁界の影響を受けやすく、そのためアンテナ特性に与える影響が大きい。
【００３４】
したがって、アンテナ素子先端１４の直下の所定領域（配置禁止領域）には回路素子を配置しない、すなわち配置禁止領域の外に回路素子を配置するような回路設計をすることにより、アンテナ素子１０の特性劣化を防止することができる。この所定領域の形状寸法は、回路素子２１の大きさ（たとえば、素子筐体の最も長い部分の長さ）を１辺とする正方形（図２参照）、またはその大きさを直径とする円（図５参照）とすることができる。
【００３５】
（３）なお、回路コネクタ２２と基板グランド２４とがグランドネジ２３を介して擬似アンテナとなって共振することを防止することにより、アンテナ利得低下防止の効果を高め得る場合がある。そのためには、グランドネジ２３と回路コネクタ２２との受信機基板２上の直交座標成分和（すなわち、両者間のｘ座標差とｙ座標差との和、または両者間の矩形をなす受信機基板２または基板グランド２４外周に沿った距離）Ｌと回路コネクタの導体長さとの和を、１／４波長の長さまたはその整数分の１に相当する長さとすれば、アンテナ装置１の共振周波数（波長＝λ）と、基板グランド２４および回路コネクタ２２からなる擬似アンテナの共振周波数およびその高調波とが一致しないようにできる。この長さＬは、グランドネジ２３と回路コネクタ２２との間の基板グランド２４の外周部に沿って流れる電流経路長に相当する。
【００３６】
以上（１）〜（３）の条件を満たすようにアンテナ素子１０、受信機基板２（回路コネクタ２２、グランドネジ２３、基板グランド２４）および車両ボデー４と接続されるブラケットアース３を構成することにより、アンテナ装置１のアンテナ利得を最大利得にすることができ、したがってアンテナ装置１の動作範囲を拡大することができる。
【００３７】
本実施形態は、上述したように図２に示すもののほかに、図５の平面図に示すような配置としてもよい。図５の例では、給電点１１およびそれに隣接したグランドネジ２３を回路コネクタ２２に対して、ブラケットアース３と車両ボデー４とを結合する車両搭載用ネジ３１とは反対の側に配置するもので、受信機基板２は図２の例とは線対称の関係にある。この図５の例では、図２の例に比べて、グランドネジ２３と車両ボデー４との距離はやや長くなるものの、グランドネジ２３とブラケットアース３との電気的な関係は変わらないので、アンテナ利得は両者ほぼ同じである。
【００３８】
また、上記実施形態におけるアンテナ素子１０には、水平部１３を水平面で螺旋状に形成した逆Ｌアンテナを用いたが、これに限らず、上記水平部１３の導体を水平方向に軸を有するヘリカルアンテナとしてもよい。この場合、ヘリカルアンテナの導体部の長さは上記水平部１３の導体長さと等しくすれば、上記実施形態と同じ共振周波数となる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、結合部材をグランドネジ２３とした例を示したが、これに限らず、例えば、金属リベットや金属クランプなど、基板グランドとブラケットアースとを電気接続するものであれば何でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車載アンテナ装置の斜視図である。
【図２】本実施形態の平面図である。
【図３】本実施形態の等価回路を示す図である。
【図４】（ａ）はグランドネジの給電点に対する位置関係を示す図であり、（ｂ）はグランドネジと給電点との距離とアンテナ利得との関係を示す図である。
【図５】本実施形態の他の例の平面図である。
【図６】給電点およびグランドネジの望ましくない位置関係を示す図である。
【図７】図６における等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１…アンテナ装置、１０…アンテナ素子、１１…給電点、１２…垂直部、
１３…水平部、１４…アンテナ素子先端、２…受信機基板、２１…回路素子、
２２…回路コネクタ、２３…グランドネジ、２４…基板グランド、
３…ブラケットアース、３１…車両搭載用ネジ、４…車両ボデー。
【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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