特開 2024-135659 アンテナ装置

(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】P2024135659

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/38 20060101AFI20240927BHJP

   H01P 5/18 20060101ALI20240927BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/38

H01P5/18 F

H01Q1/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023046452

(22)【出願日】2023-03-23

(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】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(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】嶋田 英人

(72)【発明者】

【氏名】水野 健太朗

(72)【発明者】

【氏名】林 宏明

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 淳一

【テーマコード（参考）】

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J046AB06

5J046AB07

5J046AB09

5J046AB11

5J046AB13

5J046PA07

5J046UA02

5J046UA03

(57)【要約】

【課題】アンテナを利用して回路基板間で通信を行うアンテナ装置において、複数のチャンネル間での混信を抑制し、安定した通信を実現可能な技術を提供する。
【解決手段】アンテナ装置は、第１回路基板と、第１回路基板に対向するように配置されている第２回路基板と、第１回路基板の主面上に設けられている複数の送信アンテナと、第２回路基板の主面上に設けられている複数の受信アンテナと、を備えている。複数の送信アンテナと複数の受信アンテナは、送信アンテナとそれに対応する受信アンテナの組み合わせが第１回路基板と第２回路基板の間で対向するように配置されている。送信アンテナとそれに対応する受信アンテナの間の距離は、送信アンテナとそれに隣り合ういずれの送信アンテナの間の距離よりも小さい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１回路基板と、
前記第１回路基板に対向するように配置されている第２回路基板と、
前記第１回路基板の主面のうち前記第２回路基板に対向する側の主面上に設けられている複数の送信アンテナと、
前記第２回路基板の主面のうち前記第１回路基板に対向する側の主面上に設けられている複数の受信アンテナと、を備えており、
前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナは、前記送信アンテナとそれに対応する前記受信アンテナの組み合わせが前記第１回路基板と前記第２回路基板の間で対向するように配置されており、
前記送信アンテナとそれに対応する前記受信アンテナの間の距離は、前記送信アンテナとそれに隣り合ういずれの送信アンテナの間の距離よりも小さい、アンテナ装置。

【請求項2】

前記第１回路基板の主面のうち前記複数の送信アンテナが設けられている主面上に設けられており、前記複数の送信アンテナの各々を取り囲むように配置されている第１ＧＮＤ板、をさらに備えている、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記第１ＧＮＤ板には、隣り合う送信アンテナの間の少なくとも一部の領域にスリットが形成されている、請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記第１ＧＮＤ板は、前記スリットによって分割されている、請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

分割された前記第１ＧＮＤ板の間を接続する回路素子、をさらに備えており、
前記回路素子が、インダクタ又はローパスフィルタである、請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記第２回路基板の主面のうち前記複数の受信アンテナが設けられている主面上に設けられており、前記複数の受信アンテナの各々を取り囲むように配置されている第２ＧＮＤ板、をさらに備えている、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記第２ＧＮＤ板には、隣り合う送信アンテナの間の少なくとも一部の領域にスリットが形成されている、請求項６に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記第２ＧＮＤ板は、前記スリットによって分割されている、請求項７に記載のアンテナ装置。

【請求項9】

分割された前記第２ＧＮＤ板の間を接続する回路素子、をさらに備えており、
前記回路素子が、インダクタ又はローパスフィルタである、請求項８に記載のアンテナ装置。

【請求項10】

前記送信アンテナとそれに対応する前記受信アンテナの間の距離は、前記送信アンテナから放射される電波の波長の１／４以下である、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項11】

前記送信アンテナは、モノポール型又はダイポール型のアンテナである、請求項１０に記載のアンテナ装置。

【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、アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、アンテナを利用して回路基板間で通信を行うように構成されたアンテナ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－３２７５６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

回路基板間において同時に複数の信号を伝達するためには、一方の回路基板に複数の送信アンテナを形成し、他方の回路基板に複数の受信アンテナを形成し、対応する送信アンテナと受信アンテナの組み合わせごとにチャンネルを割り当てることが考えられる。このような場合に、複数のチャンネル間での混信を抑制し、安定した通信を実現可能な技術が必要である。本明細書は、アンテナを利用して回路基板間で通信を行うアンテナ装置において、複数のチャンネル間での混信を抑制し、安定した通信を実現可能な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示するアンテナ装置の一実施形態は、第１回路基板と、前記第１回路基板に対向するように配置されている第２回路基板と、前記第１回路基板の主面のうち前記第２回路基板に対向する側の主面上に設けられている複数の送信アンテナと、前記第２回路基板の主面のうち前記第１回路基板に対向する側の主面上に設けられている複数の受信アンテナと、を備えていてもよい。前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナは、前記送信アンテナとそれに対応する前記受信アンテナの組み合わせが前記第１回路基板と前記第２回路基板の間で対向するように配置されていてもよい。前記送信アンテナとそれに対応する前記受信アンテナの間の距離は、前記送信アンテナとそれに隣り合ういずれの送信アンテナの間の距離よりも小さくてもよい。

【0006】

上記アンテナ装置によると、前記送信アンテナとそれに対応する前記受信アンテナの間の距離が相対的に短いので、前記送信アンテナからそれに対応する前記受信アンテナ以外の前記受信アンテナへの電波の伝搬量が相対的に低下する。このため、前記送信アンテナとそれに対応する前記受信アンテナの間の指向性が相対的に高まる。上記アンテナ装置によると、複数のチャンネル間での混信を抑制し、安定した通信を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】アンテナ装置の一実施形態の断面図であり、図２のI-I線に対応した断面図を模式的に示す図である。

【図2】図１のアンテナ装置が備える第１回路基板の平面図であって、第１回路基板の主面のうち送信アンテナが設けられている主面を平面とする平面図である。

【図3】図１のアンテナ装置の変形例が備える第１回路基板の平面図であって、第１回路基板の主面のうち送信アンテナが設けられている主面を平面とする平面図である。

【図4】図１のアンテナ装置の変形例が備える第１回路基板の平面図であって、第１回路基板の主面のうち送信アンテナが設けられている主面を平面とする平面図である。

【図5】（Ａ）図４の第１ＧＮＤ板間に接続されている回路素子の一例を示す回路図である。（Ｂ）図４の第１ＧＮＤ板間に接続されている回路素子の他の一例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１に示されるように、アンテナ装置１は、第１回路基板１０及び第２回路基板２０を備えている。第１回路基板１０及び第２回路基板２０は、図示省略の筐体に収容されている。このようなアンテナ装置１は、特に限定されるものではないが、例えば樹脂隔壁を介した基板間の通信に用いられてもよい。

【0009】

第１回路基板１０及び第２回路基板２０の各々は、平板状の形態を有しており、任意の材質の基板で構成され得る。第１回路基板１０及び第２回路基板２０の各々は、特に限定されるものではないが、例えばガラス繊維とエポキシ樹脂の複合材料で構成された回路基板（即ち、ＦＲ-４）であってもよい。第１回路基板１０及び第２回路基板２０の各々の厚みは、任意の厚みに設定することができる。第１回路基板１０と第２回路基板２０は、平行に並んでおり、相互に対向するように配置されている。第１回路基板１０と第２回路基板２０は、例えば数ｍｍ～数１０ｍｍの間隔を置いて相互に対向するように配置されていてもよい。第１回路基板１０と第２回路基板２０の間は、空気層であってもよいし、第１回路基板１０と第２回路基板２０を封止する樹脂であってもよい。樹脂は、例えばエポキシ樹脂であってもよい。第１回路基板１０及び第２回路基板２０の各々には各種の電子回路（図示省略）が搭載されており、第１回路基板１０に搭載される電子回路と第２回路基板２０に搭載される電子回路は異なる動作電圧で動くように構成されている。このため、第１回路基板１０の電子回路と第２回路基板２０の電子回路の間において安全に通信を行うために、アンテナ装置１が設けられている。

【0010】

図１及び図２に示されるように、第１回路基板１０の主面のうち第２回路基板２０に対向する側の主面上に複数の送信アンテナ１２が設けられている。この例では、４つの送信アンテナ１２が設けられているが、これより少ない数の送信アンテナ１２が設けられていてもよく、これより多い数の送信アンテナ１２が設けられていてもよい。複数の送信アンテナ１２の各々は、例えば印刷技術又はエッチング技術を利用して、第１回路基板１０の主面上に金属膜を成膜することで形成されている。複数の送信アンテナ１２の各々は、特に限定されるものではないが、例えば銅又はアルミニウムを成膜して形成されてもよい。複数の送信アンテナ１２の各々は、給電部１４が接続される給電点１２ａから開放端１２ｂまで伸びており、ミアンダパターンを有するモノポール型のアンテナで構成されている。複数の送信アンテナ１２の各々の給電部１４は、対応する送信回路（図示省略）に接続されている。なお、複数の送信アンテナ１２の各々は、モノポール型のアンテナに代えて、ダイポール型のアンテナで構成されていてもよい。また、複数の送信アンテナ１２の各々は、このようなパターンアンテナに代えて、第１回路基板１０の主面上に搭載されるチップアンテナであってもよい。複数の送信アンテナ１２は、各々が共通構造のアンテナであってもよいし、一部が異なる構造のアンテナであってもよい。代表的なアンテナの種類としては、ミアンダ型、ループ型、スパイラル型、ヘリカル型、パッチ型、逆F型、板状逆F型などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

【0011】

第１回路基板１０の主面のうち複数の送信アンテナ１２が設けられた主面上に第１ＧＮＤ板１６が設けられている。第１ＧＮＤ板１６は、例えば印刷技術又はエッチング技術を利用して、第１回路基板１０の主面上に金属膜を成膜することで形成されている。第１ＧＮＤ板１６は、特に限定されるものではないが、例えば銅又はアルミニウムを成膜して形成されてもよい。第１ＧＮＤ板１６は、複数の送信アンテナ１２の各々の周囲を囲むように設けられている。第１ＧＮＤ板１６は、複数の送信アンテナ１２の各々において鏡像効果を発揮するためのＧＮＤとして機能することができる。

【0012】

第２回路基板２０の主面のうち第１回路基板１０に対向する側の主面上に複数の受信アンテナ２２が設けられている。複数の受信アンテナ２２の各々は、第１回路基板１０に設けられている送信アンテナ１２と同一構造のアンテナであってもよい。即ち、受信アンテナ２２の各々は、例えばミアンダパターンを有するモノポール型のアンテナで構成されていてもよい。なお、受信アンテナ２２の各々は、送信アンテナ１２とは異なる構造のアンテナであってもよい。複数の受信アンテナ２２の各々の給電部は、対応する受信回路（図示省略）に接続されている。第１回路基板１０と同様に、第２回路基板２０の主面のうち複数の受信アンテナ２２が設けられた主面上に第２ＧＮＤ板２６が設けられている。第２ＧＮＤ板２６も、複数の受信アンテナ２２の各々の周囲を囲むように設けられている。

【0013】

複数の送信アンテナ１２と複数の受信アンテナ２２は、送信アンテナ１２とそれに対応する受信アンテナ２２の組み合わせが第１回路基板１０と第２回路基板２０の間で対向するように配置されている。アンテナ装置１では、対応する送信アンテナ１２と受信アンテナ２２の組み合わせの間で独立して通信を行うことができる。このようにアンテナ装置１では、対応する送信アンテナ１２と受信アンテナ２２の組み合わせごとにチャンネルが割り当てられており、この例では４つのチャネルｃｈ１～ｃｈ４を介して第１回路基板１０の電子回路と第２回路基板２０の電子回路の間において通信を行うことができる。

【0014】

第１回路基板１０の送信アンテナ１２と第２回路基板２０の受信アンテナ２２は、ＧＨｚオーダーの周波数である電波を利用して通信を行うように構成されている。上記したように、第１回路基板１０と第２回路基板２０の間の距離、即ち、送信アンテナ１２と受信アンテナ２２の間の距離ｄ１は、例えば数ｍｍ～数１０ｍｍである。具体的には、送信アンテナ１２と受信アンテナ２２の間の距離ｄ１は、送信アンテナ１２から放射される通信用の電波の波長（λ）の１／４以下であり、より好ましくはλ／（２π）以下である。

【0015】

送信アンテナ１２と受信アンテナ２２の間の距離ｄ１がこのような近距離に設定されていると、送信アンテナ１２と受信アンテナ２２の間の領域は、準静電界が支配的な概ね近傍界の領域となる。モノポール型である送信アンテナ１２は、電界を放射する放射源である。このため、送信アンテナ１２と受信アンテナ２２は、送信アンテナ１２から放射される電界を利用して通信を行うことができる。

【0016】

図２に示されるように、チャンネルｃｈ１に対応する送信アンテナ１２は、チャネルｃｈ２に対応する送信アンテナ１２との間の距離がｄ２であり、チャネルｃｈ３に対応する送信アンテナ１２との間の距離がｄ３であり、チャネルｃｈ４に対応する送信アンテナ１２との間の距離がｄ４である。ここで、第１ＧＮＤ板１６が除去された範囲を送信アンテナ１２の形成範囲としたときに、隣り合う送信アンテナ１２間の距離は、隣り合う送信アンテナ１２の形成範囲間の最短距離として定義され得る。この例に代えて、隣り合う送信アンテナ１２間の距離は、送信アンテナ１２の幾何学的中心間の距離であってもよく、送信アンテナ１２の給電点間の距離であってもよい。

【0017】

アンテナ装置１では、送信アンテナ１２とそれに対応する受信アンテナ２２の間の距離ｄ１は、送信アンテナ１２とそれに隣り合ういずれの送信アンテナ１２の間の距離ｄ２，ｄ３，ｄ４よりも小さい。特に限定されるものではないが、この例ではｄ１が約１０ｍｍであり、ｄ２が約３５ｍｍであり、ｄ３が約３０ｍｍであり、ｄ４が約４７ｍｍである。このようなアンテナ装置１によると、送信アンテナ１２とそれに対応する受信アンテナ２２の間の距離が相対的に短いので、送信アンテナ１２からそれに対応する受信アンテナ２２以外の受信アンテナ２２、即ち、対応する受信アンテナ２２に隣り合う非対応の受信アンテナ２２への電波の伝搬量が相対的に低下する。このため、送信アンテナ１２とそれに対応する受信アンテナ２２の間の指向性が相対的に高まる。アンテナ装置１によると、複数のチャンネルｃｈ１～ｃｈ４間での混信を抑制し、安定した通信を行うことができる。

【0018】

なお、距離ｄ２，ｄ３，ｄ４は、距離ｄ１の１０倍以下であってもよい。換言すると、距離ｄ２，ｄ３，ｄ４は、送信アンテナ１２から放射される通信用の電波の波長（λ）の２．５倍以下であってもよい。距離ｄ２，ｄ３，ｄ４が大きくなると、完全に遠方界の領域となり、定在波の発生が懸念される。このため、距離ｄ２，ｄ３，ｄ４を上記のように設定することで、複数のチャンネルｃｈ１～ｃｈ４間での混信を抑制し、安定した通信を行うことができる。

【0019】

図３に示すように、第１ＧＮＤ板１６は、隣り合う送信アンテナ１２の間に形成されたスリット１８によって分割されていてもよい。このように、第１ＧＮＤ板１６は島状に分割された複数の第１ＧＮＤ板１６で構成されており、分割された複数の第１ＧＮＤ板１６の各々が対応する送信アンテナ１２の周囲に形成されている。隣り合う第１ＧＮＤ板１６間の方向で計測されるスリット１８の幅Ｗ１８は、特に限定されるものではないが、例えば数ｍｍであってもよい。この例では、スリット１８の幅Ｗ１８は、約４ｍｍである。なお、第２回路基板２０の第２ＧＮＤ板２６も同様に、隣り合う受信アンテナ２２の間に形成されたスリットによって分割され、分割された複数の第２ＧＮＤ板２６の各々が対応する受信アンテナ２２の周囲に形成されていてもよい。

【0020】

送信アンテナ１２から放射された電波の一部は、第１回路基板１０と第２回路基板２０の間においてＧＮＤ板１６，２６で反射を繰り返しながら横方向に伝搬する。第１回路基板１０にスリット１８（第２回路基板２０のスリットも同様である）が設けられているので、横方向に伝搬した電波の一部はそのスリットを介してリークする。このため、隣り合うＧＮＤ板１６，２６の間の一部にスリットが形成されていると、送信アンテナ１２から非対応の受信アンテナ２２への電波の伝搬量がさらに低下するので、送信アンテナ１２とそれに対応する受信アンテナ２２の間の指向性をさらに高めることができる。なお、隣り合うＧＮＤ板１６，２６の間の一部にスリットが形成されていなくてもよい。即ち、隣り合うＧＮＤ板１６，２６の間の一部が接続されていてもよい。この場合も、隣り合うＧＮＤ板１６，２６の間の少なくとも一部にスリットが形成されているので、横方向に伝搬した電波の一部がスリットを介してリークすることができる。

【0021】

分割された複数の第１ＧＮＤ板１６の各々の面積が（λ／４）²以下であり、より好ましくは（λ／（２π））²以下であってもよい。分割された複数の第１ＧＮＤ板１６の各々の面積が大きくなると、遠方界の電波が発生しやすくなり、定在波を考慮しなければならない。分割された複数の第１ＧＮＤ板１６の各々の面積が上記範囲にあると、遠方界の電波の発生が抑制される。なお、分割された複数の第１ＧＮＤ板１６の各々の形状は、特に限定されるものではなく、円形、多角形又は不定形であってもよい。

【0022】

図４に示されるように、チャネル１に対応した第１ＧＮＤ板１６とチャネル２に対応した第１ＧＮＤ板１６を接続する回路素子３０が設けられていてもよい。このような回路素子３０は、図５（Ａ）に示すインダクタであってもよく、図５（Ｂ）に示すＬＣローパスフィルタであってもよい。この種の回路素子３０は、送信アンテナ１２から放射される通信用の電波に対応した高周波数帯域において第１ＧＮＤ板１６間を電気的に分離する。一方、この種の回路素子３０は、送信アンテナ１２が接続される送信回路が動作する低周波数帯域において第１ＧＮＤ板１６間を電気的に接続する。このため、送信アンテナ１２が接続される送信回路から見た第１ＧＮＤ板１６の実効的な面積が大きくなる。これにより、アンテナ装置１の耐ノイズ性が向上する。なお、この種の回路素子３０は、チャネル１に対応した第１ＧＮＤ板１６とチャネル２に対応した第１ＧＮＤ板１６の間だけでなく、分割された複数の送信アンテナ１２の各々の間に設けられていてもよい。また、この種の回路素子３０は、第２回路基板２０の分割された第２ＧＮＤ板２６の間にも同様に設けられていてもよい。

【0023】

以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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。

【0024】

（特徴１）
第１回路基板と、
前記第１回路基板に対向するように配置されている第２回路基板と、
前記第１回路基板の主面のうち前記第２回路基板に対向する側の主面上に設けられている複数の送信アンテナと、
前記第２回路基板の主面のうち前記第１回路基板に対向する側の主面上に設けられている複数の受信アンテナと、を備えており、
前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナは、前記送信アンテナとそれに対応する前記受信アンテナの組み合わせが前記第１回路基板と前記第２回路基板の間で対向するように配置されており、
前記送信アンテナとそれに対応する前記受信アンテナの間の距離は、前記送信アンテナとそれに隣り合ういずれの送信アンテナの間の距離よりも小さい、アンテナ装置。

【0025】

（特徴２）
前記第１回路基板の主面のうち前記複数の送信アンテナが設けられている主面上に設けられており、前記複数の送信アンテナの各々を取り囲むように配置されている第１ＧＮＤ板、をさらに備えている、特徴１に記載のアンテナ装置。

【0026】

（特徴３）
前記第１ＧＮＤ板には、隣り合う送信アンテナの間の少なくとも一部の領域にスリットが形成されている、特徴２に記載のアンテナ装置。

【0027】

（特徴４）
前記第１ＧＮＤ板は、前記スリットによって分割されている、特徴３に記載のアンテナ装置。

【0028】

（特徴５）
分割された前記第１ＧＮＤ板の間を接続する回路素子、をさらに備えており、
前記回路素子が、インダクタ又はローパスフィルタである、特徴４に記載のアンテナ装置。

【0029】

（特徴６）
前記第２回路基板の主面のうち前記複数の受信アンテナが設けられている主面上に設けられており、前記複数の受信アンテナの各々を取り囲むように配置されている第２ＧＮＤ板、をさらに備えている、特徴１～４のいずれか１つに記載のアンテナ装置。

【0030】

（特徴７）
前記第２ＧＮＤ板には、隣り合う受信アンテナの間の少なくとも一部の領域にスリットが形成されている、特徴６に記載のアンテナ装置。

【0031】

（特徴８）
前記第２ＧＮＤ板は、前記スリットによって分割されている、特徴７に記載のアンテナ装置。

【0032】

（特徴９）
分割された前記第２ＧＮＤ板の間を接続する回路素子、をさらに備えており、
前記回路素子が、インダクタ又はローパスフィルタである、特徴８に記載のアンテナ装置。

【0033】

（特徴１０）
前記送信アンテナとそれに対応する前記受信アンテナの間の距離は、前記送信アンテナから放射される電波の波長の１／４以下である、特徴１～９のいずれか１つに記載のアンテナ装置。

【0034】

（特徴１１）
前記送信アンテナは、モノポール型又はダイポール型のアンテナである、特徴１０に記載のアンテナ装置。

【0035】

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。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】

【0036】

１：アンテナ装置、 １０：第１回路基板、 １２：送信アンテナ、 １６：第１ＧＮＤ板、 ２０：第２回路基板、 ２２：受信アンテナ、 ２６：第２ＧＮＤ板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】