特開 2023-142207 基板アンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023142207

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】基板アンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/46 20060101AFI20230928BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20230928BHJP

   H01Q 1/24 20060101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/46

H01Q1/38

H01Q1/24 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022048970

(22)【出願日】2022-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 宏明

(72)【発明者】

【氏名】水野 健太朗

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 英人

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 淳一

【テーマコード（参考）】

5J046

5J047

【Ｆターム（参考）】

5J046AA12

5J046PA07

5J046TA00

5J047AA12

5J047FD06

(57)【要約】

【課題】受信効率、放射効率に優れた新規な基板アンテナを提供する。
【解決手段】基板アンテナは、プリント基板上に、電波を送信、受信又は送受信する通信回路と、通信回路に接続されている電源線と、通信回路に接続されているＧＮＤ線とが設けられている。通信回路は、電源線及びＧＮＤ線から高周波的に分離されている。また、通信回路の入力、出力又は入出力部が、高周波信号を受信、送信又は送受信可能な状態で、電源線又はＧＮＤ線の通信回路を高周波的に分離している部分に接続されている。さらに、電源線及びＧＮＤ線の通信回路を高周波的に分離している部分が、コンデンサによって接続されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プリント基板上に、電波を送信、受信又は送受信する通信回路と、通信回路に接続されている電源線と、通信回路に接続されているＧＮＤ線と、が設けられており、
通信回路は、電源線及びＧＮＤ線から高周波的に分離されており、
通信回路の入力、出力又は入出力部が、高周波信号を受信、送信又は送受信可能な状態で、電源線又はＧＮＤ線の通信回路を高周波的に分離している部分に接続されており、
電源線及びＧＮＤ線の通信回路を高周波的に分離している部分が、コンデンサによって接続されている、基板アンテナ。

【請求項2】

通信回路に電力を供給する電源と電源線との間を高周波的に分離するための第１インダクタと、
通信回路のＧＮＤとＧＮＤ線との間を高周波的に分離するための第２インダクタと、
を備えている請求項１に記載の基板アンテナ。

【請求項3】

通信回路のＧＮＤが、プリント基板を搭載する筐体に接続されている請求項１または２に記載の基板アンテナ。

【請求項4】

ＧＮＤ線の通信回路を高周波的に分離している部分が、プリント基板を搭載する筐体に接続されている請求項１から３のいずれか一項に記載の基板アンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、基板アンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、送受信回路を備えた無線装置が開示されている。特許文献１では、回路基板上に、送受信回路と電源ラインを形成している。そして、電源ラインの一部の範囲について、一端を高周波的に接地し、他端をグランドから高周波的に浮かしている。そして、送受信回路のためのアンテナ接続ポイントを、電源ラインの一部の範囲内に接続している。特許文献１は、電源ラインの一部をアンテナとして利用し、専らアンテナとして機能させる構造を省略している。その結果、回路基板のサイズが小さくなり、小型の無線装置を実現している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－３２３２４９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のように、回路基板上の電源ラインをアンテナとして利用すれば、回路基板のサイズを小さくすることができる。しかしながら、さらなる回路基板の小型化が要求されており、電源ラインをアンテナとして利用しただけでは、電波の受信効率、放射効率が不十分である。そのため、回路基板上にアンテナを形成する技術は、さらなる改善が必要とされる。本明細書は、受信効率、放射効率に優れた新規な基板アンテナを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書で開示する基板アンテナは、プリント基板上に、電波を送信、受信又は送受信する通信回路と、通信回路に接続されている電源線と、通信回路に接続されているＧＮＤ線とが設けられている。通信回路は、電源線及びＧＮＤ線から高周波的に分離されている。また、通信回路の入力、出力又は入出力部が、高周波信号を受信、送信又は送受信可能な状態で、電源線又はＧＮＤ線の通信回路を高周波的に分離している部分に接続されている。さらに、電源線及びＧＮＤ線の通信回路を高周波的に分離している部分が、コンデンサによって接続されている。

【0006】

上記基板アンテナは、電源線の通信回路から高周波的に分離されている部分と、ＧＮＤ線の通信回路から高周波的に分離されている部分の双方をアンテナとして利用することができる。典型的に、プリント基板（回路基板）上に形成されるパターンのうち、電源線及びＧＮＤ線が占める割合（面積）は大きい。そのため、電源線とＧＮＤ線の双方をアンテナとして利用すれば、プリント基板のサイズを小さくしても、アンテナ面積を確保することができる。そのため、上記基板アンテナは、小型でありながらアンテナ受信効率又は放射効率の高いプリント基板を実現することができる。

【0007】

基板アンテナは、通信回路に電力を供給する電源と電源線との間を高周波的に分離するための第１インダクタと、通信回路のＧＮＤとＧＮＤ線との間を高周波的に分離するための第２インダクタを備えていてもよい。第１インダクタが設けられていることにより、電源線の通信回路を高周波的に分離している部分を、電源から高周波的に分離することができる。これにより、電源線の通信回路から高周波的に分離されている部分に、電源の高周波を重畳させることができる。また、第２インダクタが設けられていることにより、ＧＮＤ線の通信回路を高周波的に分離している部分を、ＧＮＤから高周波的に分離することができる。これにより、ＧＮＤ線の通信回路から高周波的に分離されている部分に、ＧＮＤ高周波を重畳させることができる。

【0008】

上記基板アンテナでは、通信回路のＧＮＤが、プリント基板を搭載する筐体に接続されていてもよい。筐体自体がＧＮＤとして機能し、筐体の開口部分より電波の放射／受信を行うことができる。

【0009】

また、上記基板アンテナでは、ＧＮＤ線の通信回路を高周波的に分離している部分が、プリント基板を搭載する筐体に接続されていてもよい。これにより、筐体自体がアンテナとして機能し、筐体からも電波の放射／受信を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施例の基板アンテナの回路図を示す。

【図2】第２実施例の基板アンテナの回路図を示す。

【図3】第３実施例の基板アンテナの回路図を示す。

【図4】第４実施例の基板アンテナの回路図を示す。

【図5】第５実施例の基板アンテナの回路図を示す。

【図6】第１実施例の基板アンテナが形成されたプリント基板を示す（第５実施例）。

【図7】第５実施例の変形例を示す（第６実施例）。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施例）
図１を参照し、基板アンテナ５０について説明する。基板アンテナ５０は、プリント基板（図示省略）上に形成されている。基板アンテナ５０は、外部機器と電波を送受信する通信回路１２と、複数の回路２６，３２を備えている。各回路１２，２６，３２は、電源線２とＧＮＤ線３０に接続されている。電源線２は、第１インダクタ８を介して、基板アンテナ（プリント基板）５０の外部の電源６に接続されている。第１インダクタ８は、電源６と電源線２の間を高周波的に分離する。また、ＧＮＤ線３０は、第２インダクタ１６を介して、基板アンテナ５０の外部のＧＮＤに接続されている。第２インダクタ１６は、ＧＮＤとＧＮＤ線３０の間を高周波的に分離する。なお、電源線２とＧＮＤ線３０の合計の長さは、通信回路１２で使用する電波の周波数の波長の１／１０から１／４の長さに調整されている。

【0012】

通信回路１２は、第３インダクタ１０を介して電源線２に接続されている。第３インダクタ１０は、通信回路１２と電源線２を高周波的に分離する。電源６から通信回路１２に至る配線１２ａ上には、第１インダクタ８と第３インダクタ１０が直列に接続されており、その中間点９に電源線２が接続されている。また、通信回路１２の入出力は、コンデンサ４を介して電源線２に接続されている。コンデンサ４は、通信回路１２の入出力と電源線２が電界結合する容量に調整されている。そのため、通信回路１２の入出力は、電界結合により電源線２に接続されているといえる。電源線２は、通信回路１２（配線１２ａ）から高周波的に分離されているので、高周波信号が重畳される。

【0013】

また、通信回路１２は、第４インダクタ１４を介してＧＮＤ線３０に接続されている。第４インダクタ１４は、通信回路１２とＧＮＤ線３０を高周波的に分離する。通信回路１２からＧＮＤに至る配線１２ｂ上には、第４インダクタ１４と第２インダクタ１６が直列に接続されており、その中間点１５にＧＮＤ線３０が接続されている。電源線２とＧＮＤ線３０の間には、バイパスコンデンサ２０が接続されている。バイパスコンデンサ２０は、通信回路１２と回路２６の間に設けられている。典型的に、バイパスコンデンサ２０は、電波で使用される高周波信号を通過させる。そのため、ＧＮＤ線３０も、高周波信号が重畳される。

【0014】

上記したように、回路２６，３２は、電源線２とＧＮＤ線３０に接続されている。回路２６の入力部は、インダクタ２４を介して入力端子２２に接続されている。また、回路３２の出力部は、インダクタ３６を介して出力端子３４に接続されている。なお、回路２６，３２の間にはバイパスコンデンサ２８が設けられており、バイパスコンデンサ２８も、電源線２とＧＮＤ線３０に接続されている。バイパスコンデンサ２８も、電波で使用される高周波信号を通過させる。なお、バイパスコンデンサ２０，２８は、回路１２，２６，３２のノイズ除去のため、各回路１２，２６，３２の近傍に設けられている。

【0015】

上記したように、基板アンテナ５０では、電源線２とＧＮＤ線３０の双方が、通信回路１２に対して高周波的に分離されている。そのため、電源線２とＧＮＤ線３０の双方が、通信回路１２のアンテナとして機能する。典型的に、電源線２及びＧＮＤ線３０は、回路基板上で比較的大きな面積を占める。そのため、基板アンテナ５０は、電源線２及びＧＮＤ線３０の双方を通信回路１２のアンテナとして利用することにより、専らアンテナとして機能するための構造を設けていない。そのため、基板アンテナ５０は、アンテナ機能を持ちながら、プリント基板のサイズを小さくすることができる。また、基板アンテナ５０は、電源線２及びＧＮＤ線３０の双方をアンテナとして利用しているので、例えばプリント基板上の一部の構造をアンテナとして利用する形態と比較して、アンテナ受信効率又は放射効率を向上させることができる。

【0016】

また、上記したように、通信回路１２以外の回路（回路２６，３２）も、高周波的に分離されている電源線２及びＧＮＤ線３０に接続されている。回路２６，３２は、重畳された高周波信号の振幅の変化を行うので、回路２６，３２を構成している信号線等にも高周波信号が重畳される。その結果、基板アンテナ５０では、回路２６，３２の構成部品も通信回路１２のアンテナとして機能する。

【0017】

なお、上記実施例では、外部機器と電波を送受信する通信回路１２について説明した。しかしながら、通信回路１２は、外部機器に電波を放射する送信回路、あるいは、外部機器から電波を受信する受信回路であってもよい。また、上記実施例では、通信回路１２の入出力がコンデンサ４を介して電源線２に接続されている例について説明した。通信回路１２の種類、コンデンサに接続する通信回路１２の部位に関する変形例は、以下に説明する第２～第７実施例においても共通である。

【0018】

以下、第２～第７実施例について説明する。第２～第５実施例は基板アンテナ５０の変形例、第６及び第７実施例は基板アンテナの具体的な形態を示すものである。そのため、以下の説明において、基板アンテナ５０と共通する特徴については、基板アンテナ５０に付した参照番号と同一の参照番号を付すことにより、重複説明を省略することがある。

【0019】

（第２実施例）
図２は、基板アンテナ１５０を示している。基板アンテナ１５０では、通信回路１２の入出力は、コンデンサ４を介してＧＮＤ線３０に接続されている。基板アンテナ１５０では、ＧＮＤ線３０は、通信回路１２（配線１２ｂ）から高周波的に分離されているので、高周波信号が重畳される。そして、バイパスコンデンサ２０，２８を高周波信号が通過し、電源線２にも高周波信号が重畳される。基板アンテナ１５０も、電源線２とＧＮＤ線３０の双方が、通信回路１２のアンテナとして機能する。

【0020】

（第３実施例）
図３は、基板アンテナ２５０を示している。基板アンテナ２５０では、通信回路１２の入出力は、トランス２０４を介して電源線２に結合している。トランス２０４は、通信回路１２の入出力と電源線２が磁気結合するように、一次コイルと二次コイルの巻数が調整されている。そのため、通信回路１２の入出力は、磁気結合により電源線２に接続されているといえる。基板アンテナ２５０では、トランス２０４によって電源線２に高周波信号が給電され、電源線２に高周波信号が重畳される。基板アンテナ２５０も、電源線２とＧＮＤ線３０の双方が、通信回路１２のアンテナとして機能する。

【0021】

（第４実施例）
図４は、基板アンテナ３５０を示している。基板アンテナ３５０では、基板アンテナ５０（図１を参照）を搭載する（基板アンテナ５０が形成されているプリン基板を搭載する）筐体４０に、通信回路１２からＧＮＤに至る配線１２ｂ（通信回路１２のＧＮＤ線）が接続されている。基板アンテナ３５０では、筐体４０は、通信回路１２のための安定したＧＮＤとして機能し、このＧＮＤを基準に、筐体４０の開口部（図示省略）より電波を送受信することができる。なお、基板アンテナ３５０では、筐体４０の外縁より外側への電波の送受信は抑制される。

【0022】

（第５実施例）
図５は、基板アンテナ４５０を示している。基板アンテナ４５０では、基板アンテナ５０（図１を参照）を搭載する筐体４０に、ＧＮＤ線３０が接続されている。なお、電源線２、ＧＮＤ線３０及び筐体４０の外縁の合計の長さは、通信回路１２で使用する電波の周波数の波長の１／１０から１／４の長さに調整されている。そのため、筐体４０は、外縁長さが長くなり過ぎないように、比較的小さな筐体が選択される。基板アンテナ４５０では、筐体４０も通信回路１２のアンテナとして利用することができる。

【0023】

上記第４及び第５実施例では、筐体４０に基板アンテナ５０が搭載されている例について説明したが、基板アンテナ５０に代えて、基板アンテナ１５０（図２を参照）、あるいは、基板アンテナ２５０を筐体４０に搭載してもよい。

【0024】

（第６実施例）
図６は、プリント基板６０上に形成された基板アンテナ５０を模式的に示している。プリント基板６０に形成されている電源線２１の長さＬ２１と、ＧＮＤ線３１の長さＬ３１の合計の長さは、通信回路１２で使用する電波の周波数の波長の１／４より長い。そのため、基板アンテナ５０では、電源線２１の一部を細線化し、電源線２１の途中にインダクタンスが大きい部分を形成する。電源線２１の途中に形成されたインダクタンスが大きい部分が、第１インダクタ８となる（図１も参照）。第１インダクタ８を形成することにより、通信回路１２に接続している部分の電源線２を、電源６に接続している部分の電源線３から高周波的に分離することができる。

【0025】

同様に、ＧＮＤ線３１の一部も細線化し、ＧＮＤ線３１の途中にインダクタンスが大きい部分を形成する。ＧＮＤ線３１の途中に形成されたインダクタンスが大きい部分が、第２インダクタ１６となる。第２インダクタ１６を形成することにより、通信回路１２に接続している部分のＧＮＤ線３０を、ＧＮＤに接続している部分のＧＮＤ線３３から高周波的に分離することができる。

【0026】

第１インダクタ８及び第２インダクタ１６を形成する位置は、電源線２の長さＬ２と、ＧＮＤ線３０の長さＬ３０の合計の長さが通信回路１２で使用する電波の周波数の波長のおよそ１／４になるように調整されている。これにより、電源線２とＧＮＤ線３０を、通信回路１２のアンテナとして機能させることができる。

【0027】

（第７実施例）
図７は、プリント基板６０上に形成された基板アンテナ５５０を模式的に示している。基板アンテナ５５０は、接続されている部品の接続位置が基板アンテナ５０と異なる（図６を比較参照）。回路２６は、第３インダクタ１０と第４インダクタ１４の間で通信回路１２と並列に接続されており、電源線２とＧＮＤ線３０から高周波的に分離されている。また、回路３２は、電源線２１のうちの電源線２から高周波的に分離された部分（電源線３）に接続しているとともに、インダクタ４６を介してＧＮＤ線３０に接続されている。そのため、回路３２も電源線２とＧＮＤ線３０から高周波的に分離されている。基板アンテナ５５０では、回路２６，３２に印加される電圧に高周波信号が重畳せず、一定電圧となる。

【0028】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0029】

１２：通信回路
２：電源線
ＧＮＤ：ＧＮＤ線
２０：コンデンサ
５０：基板アンテナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】