特開 2024-177700 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】P2024177700

(43)【公開日】2024-12-24

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/10 20060101AFI20241217BHJP

   H01Q 9/04 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/10

H01Q9/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095980

(22)【出願日】2023-06-12

(71)【出願人】

【識別番号】000231073

【氏名又は名称】日本航空電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117341

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 拓哉

(72)【発明者】

【氏名】内田 淳

【テーマコード（参考）】

5J045

【Ｆターム（参考）】

5J045AB05

5J045DA03

5J045LA01

(57)【要約】

【課題】アンテナ素子の電波に対応する開口が形成された筐体を備えるアンテナ装置であって、開口の高さを低くできるアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】アンテナ装置１０は、筐体２０とアンテナ素子４２とを備えている。アンテナ素子４２は、筐体２０の内部に配置されており、所定平面（ＸＹ平面）と平行な偏波面を有する所定周波数の電波を放射する。筐体２０には、２つの主開口３２と連結開口３８とを有する所定開口３０が形成されている。２つの主開口３２は、第１方向（Ｚ方向）において互いに離れている。連結開口３８は、２つの主開口３２を第１方向において互いに連結している。連結開口３８は、第２方向（Ｙ方向）において、主開口３２の夫々よりも小さなサイズを有している。所定開口３０は、所定周波数に共振するスプリットリング共振器を形成し、アンテナ素子４２から放射された電波に応じた電波を筐体２０の外部に放射する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電体からなる筐体と、アンテナ素子とを備えるアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子は、前記筐体の内部に配置されており、所定平面と平行な偏波面を有する所定周波数の電波を放射し、
前記筐体には、所定開口が形成されており、
前記所定開口は、２つの主開口と、連結開口とを有しており、
前記２つの主開口は、前記所定平面と直交する第１方向において互いに離れており、
前記連結開口は、前記２つの主開口を前記第１方向において互いに連結しており、
前記連結開口は、前記第１方向と直交する第２方向において、前記主開口の夫々よりも小さなサイズを有しており、
前記所定開口は、前記所定周波数に共振するスプリットリング共振器を形成し、前記アンテナ素子から放射された前記電波に応じた電波を前記筐体の外部に放射する
アンテナ装置。

【請求項2】

請求項１記載のアンテナ装置であって、
前記主開口の夫々は、矩形形状を有しており、
前記連結開口は、前記第１方向に沿って直線状に延びており、
前記連結開口の前記第１方向におけるサイズは、前記連結開口の前記第２方向におけるサイズよりも大きい
アンテナ装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２記載のアンテナ装置であって、
前記２つの主開口は、互いに同じ形状を有している
アンテナ装置。

【請求項4】

請求項１又は請求項２記載のアンテナ装置であって、
前記筐体は、金属板から形成されており、
前記連結開口の前記第２方向におけるサイズは、前記金属板の板厚の４倍以下である
アンテナ装置。

【請求項5】

請求項１又は請求項２記載のアンテナ装置であって、
前記連結開口の前記第２方向におけるサイズは、前記主開口の夫々の内縁の長さの１／５０以下である
アンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導電体からなる筐体と筐体の内部に配置されたアンテナ素子とを備えるアンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、このタイプのアンテナ装置が開示されている。

【0003】

図７を参照すると、特許文献１のアンテナ装置９０は、金属板からなる筐体９２と、筐体９２の内部に配置されたアンテナ素子９８とを備えている。筐体９２の側板には、上下に延びるスロット９４が形成されている。スロット９４は、アンテナ素子９８から放射される電波の周波数（所定周波数）に応じた長さを有している。具体的には、スロット９４の長さは、所定周波数の電波の波長の約１／２に設定されている。このように形成されたスロット９４は、アンテナ素子９８から放射される電波に共振し、これにより、筐体９２の外部に所定周波数の電波が放射される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－０９８８７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、アンテナ素子９８の所定周波数が２．４ＧＨｚの場合、約６０ｍｍの長さのスロット９４（開口）が必要になる。一方、筐体９２は、アンテナ素子９８や回路基板等の部材を収容するための収容部材である。筐体９２の収容部材としての必要性のみを考慮すると、筐体９２の高さが６０ｍｍより低くなる場合がある。この場合、筐体９２を、部材を収容するために必要な高さ以上に高くして側板に高い開口を形成するか、又は、図７に示されるように、低い筐体９２の上板や下板に亘って開口を形成する必要がある。前者の場合、筐体９２の強度は大きく低下しないが、デザインの自由度を犠牲にして筐体９２を高くせざるを得ない。後者の場合、筐体９２を低背化できるが、筐体９２に形成した開口が筐体９２の強度を低下させる。筐体９２の強度及びデザインの自由度の両方を満足するためには、筐体９２に形成する開口の高さを低くする必要がある。

【0006】

そこで、本発明は、アンテナ素子の電波に対応する開口が形成された筐体を備えるアンテナ装置であって、開口の高さを低くできるアンテナ装置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】

【0007】

本発明は、第１のアンテナ装置として、
導電体からなる筐体と、アンテナ素子とを備えるアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子は、前記筐体の内部に配置されており、所定平面と平行な偏波面を有する所定周波数の電波を放射し、
前記筐体には、所定開口が形成されており、
前記所定開口は、２つの主開口と、連結開口とを有しており、
前記２つの主開口は、前記所定平面と直交する第１方向において互いに離れており、
前記連結開口は、前記２つの主開口を前記第１方向において互いに連結しており、
前記連結開口は、前記第１方向と直交する第２方向において、前記主開口の夫々よりも小さなサイズを有しており、
前記所定開口は、前記所定周波数に共振するスプリットリング共振器を形成し、前記アンテナ素子から放射された前記電波に応じた電波を前記筐体の外部に放射する
アンテナ装置を提供する。

【0008】

本発明は、第２のアンテナ装置として、第１のアンテナ装置であって、
前記主開口の夫々は、矩形形状を有しており、
前記連結開口は、前記第１方向に沿って直線状に延びており、
前記連結開口の前記第１方向におけるサイズは、前記連結開口の前記第２方向におけるサイズよりも大きい
アンテナ装置を提供する。

【0009】

本発明は、第３のアンテナ装置として、第１又は第２のアンテナ装置であって、
前記２つの主開口は、互いに同じ形状を有している
アンテナ装置を提供する。

【0010】

本発明は、第４のアンテナ装置として、第１又は第２のアンテナ装置であって、
前記筐体は、金属板から形成されており、
前記連結開口の前記第２方向におけるサイズは、前記金属板の板厚の４倍以下である
アンテナ装置を提供する。

【0011】

本発明は、第５のアンテナ装置として、第１又は第２のアンテナ装置であって、
前記連結開口の前記第２方向におけるサイズは、前記主開口の夫々の内縁の長さの１／５０以下である
アンテナ装置を提供する。

【発明の効果】

【0012】

本発明の所定開口は、主として主開口から形成されるインダクタ成分と、主として連結開口から形成されるキャパシタ成分とを有するＬＣ共振器として機能する。このように形成されたＬＣ共振器は、例えば、主開口及び連結開口の形状及びサイズを調整することで、筐体の高さを変えることなく、様々な周波数の電波に共振する。本発明によれば、アンテナ素子の電波に対応する開口が形成された筐体を備えるアンテナ装置であって、開口の高さを低くできるアンテナ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態によるアンテナ装置を示す斜視図である。筐体の内部に配置されたアンテナ素子の位置を破線で描画している。

【図2】図１のアンテナ装置を示す正面図である。隠れたプリント基板の上面の位置を破線で描画している。

【図3】図２のアンテナ装置の所定開口の一例を示す正面図である。

【図4】図３の所定開口が形成するＬＣ共振器を示す図である。

【図5】図２のアンテナ装置をＶ－Ｖ線に沿って示す断面図である。

【図6】図５のアンテナ装置の一部（１点鎖線Ａで囲んだ部分）を拡大して示す断面図である。

【図7】特許文献１のアンテナ装置を示す斜視図である。筐体の内部に配置されたアンテナ素子の輪郭を破線で描画している。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１を参照すると、本発明の実施の形態によるアンテナ装置１０は、導電体からなる筐体２０と、導電体からなるアンテナ素子４２とを備えている。本実施の形態の筐体２０は、互いに繋がった６つの金属板２２によって直方体形状に形成されている。本実施の形態のアンテナ素子４２は、筐体２０の内部に配置されており、６つの金属板２２によって囲まれている。本実施の形態のアンテナ装置１０は、上述の構造を有している。但し、本発明は、これに限られない。例えば、筐体２０の材料や形状は、必要に応じて様々に変形可能である。

【0015】

図５を参照すると、本実施の形態のアンテナ装置１０は、プリント基板４０を備えている。プリント基板４０は、筐体２０の内部に配置されている。アンテナ素子４２は、プリント基板４０の上面に設けられている。プリント基板４０には、アンテナ素子４２に加えて、給電部４８が設けられている。アンテナ素子４２は、給電部４８から給電された信号に応じて所定周波数の電波を放射する。本実施の形態のプリント基板４０は、上述の部品を備えている。但し、本発明は、これに限られない。例えば、プリント基板４０は、上述の部品に加えて、信号を送受信する処理装置等の様々な部品を備えていてもよい。

【0016】

図５及び図６を参照すると、本実施の形態のアンテナ素子４２は、プリント基板４０の上面に形成されたスプリットリング共振器である。また、本実施の形態のアンテナ素子４２は、２．４ＧＨｚ帯シングルバンドアンテナである。但し、本発明のアンテナ素子４２は、特に限定されない。例えば、アンテナ素子４２は、ダイポールアンテナであってもよい。アンテナ素子４２の周波数帯域は、２．４ＧＨｚ帯に限定されない。

【0017】

図５を参照すると、本実施の形態のプリント基板４０は、上下方向と直交する水平面に沿って延びている。本実施の形態の上下方向は、重力方向でありＺ方向である。本実施の形態において、上方は＋Ｚ方向であり、下方は－Ｚ方向である。本実施の形態の水平面は、ＸＹ平面である。

【0018】

本実施の形態のアンテナ素子４２は、プリント基板４０の上面に位置しており、水平面に沿って延びている。このように形成されたアンテナ素子４２は、地面と平行な偏波面を有する水平偏波を放射する。詳しくは、アンテナ素子４２から放射される電波の電界ＥＦは、地面と平行に振動する。但し、本発明は、これに限られない。例えば、プリント基板４０は、上下方向と平行な垂直面（ＸＺ平面）に沿って延びていてもよく、アンテナ素子４２は、垂直面に沿って延びていてもよい。より具体的には、筐体２０は、図示したプリント基板４０が垂直面に沿って延びるように配置されていてもよい。

【0019】

以上の説明を纏めると、アンテナ素子４２は、所定平面と平行な偏波面を有する所定周波数の電波を放射する。本実施の形態の所定平面は、地面と平行な水平面（ＸＹ平面）である。但し、本発明は、これに限られない。例えば、所定平面は、地面と直交する垂直面（ＸＺ平面）であってもよい。

【0020】

図１及び図２に示されるように、筐体２０は、所定板２４を有している。本実施の形態において、所定板２４は、金属板２２のうちの１つであり、上下方向と直交する前後方向における筐体２０の前側の板である。即ち、所定板２４は、筐体２０の上板でも下板でもない。本実施の形態の前後方向は、Ｘ方向である。本実施の形態において、前方は＋Ｘ方向であり、後方は－Ｘ方向である。

【0021】

所定板２４には、所定開口３０が形成されている。所定開口３０は、所定板２４を前後方向に貫通する孔である。即ち、筐体２０には、孔である所定開口３０が形成されている。本実施の形態の筐体２０には、所定開口３０を除いて孔が形成されていない。本実施の形態のアンテナ素子４２は、所定開口３０を除いて、導電体である金属板２２によって完全に囲まれている。但し、本発明は、これに限られない。例えば、１以上の金属板２２には、放熱用の複数の小孔が形成されていてもよい。

【0022】

図１から図３までを参照すると、所定開口３０は、２つの主開口３２と、連結開口３８とを有している。２つの主開口３２は、所定平面（ＸＹ平面）と直交する第１方向において互いに離れている。本実施の形態の第１方向は、上下方向であり、Ｚ方向である。但し、第１方向が所定平面と直交している限り、第１方向は、本実施の形態に限られない。例えば、アンテナ素子４２が垂直偏波を放射する場合、所定平面は、ＸＺ平面であってもよく、第１方向は、所定平面（ＸＺ平面）と直交する横方向であってもよい。本実施の形態の横方向は、Ｙ方向である。

【0023】

図３を参照すると、連結開口３８は、２つの主開口３２を第１方向（Ｚ方向）において互いに連結している。連結開口３８は、第１方向と直交する第２方向（Ｙ方向）において、主開口３２の夫々よりも小さなサイズ（幅ＷＳ）を有している。

【0024】

図４を図３と併せて参照すると、上述の構造を有する所定開口３０は、主として主開口３２から形成されるインダクタ成分Ｌ０と、主として連結開口３８から形成されるキャパシタ成分Ｃ０とを有するＬＣ共振器として機能する。より具体的には、所定開口３０は、スプリットリング共振器として機能する。

【0025】

図５及び図６を図３及び図４と併せて参照すると、アンテナ素子４２から放射された電波が所定開口３０に伝播すると、所定開口３０の周縁には、アンテナ素子４２から放射された電波に応じた誘導電流が流れる。アンテナ素子４２から放射された電波の所定周波数が所定開口３０からなるＬＣ共振器の共振周波数と実質的に一致すると、ＬＣ共振器は励振され、所定周波数の電波を筐体２０の外部に放射する。

【0026】

図１、図３及び図４を参照すると、上述のように形成されたＬＣ共振器は、例えば、主開口３２及び連結開口３８の形状及びサイズを調整することで、筐体２０の高さを変えることなく、様々な周波数の電波に共振する。詳しくは、図示したＬＣ共振器の共振周波数は、Ｌ０×Ｃ０の２乗根に反比例する。Ｌ０の値は、主開口３２の内縁３４の長さを長くすると大きくなり、内縁３４の長さを短くすると小さくなる。Ｃ０の値は、連結開口３８の長さＬＳを短くすることや幅ＷＳを広くすることで小さくなり、長さＬＳを長くすることや幅ＷＳを狭くすることで大きくなる。例えば、幅ＷＳを狭くすることで、所定開口３０の高さを低く保ったまま、ＬＣ共振器の共振周波数を、アンテナ素子４２の所定周波数に一致させることができる。

【0027】

上述したように、本実施の形態の所定開口３０は、所定周波数に共振するスプリットリング共振器を形成し、アンテナ素子４２から放射された電波に応じた電波を筐体２０の外部に放射する。本実施の形態によれば、アンテナ素子４２の電波に対応する開口が形成された筐体２０を備えるアンテナ装置１０であって、開口の高さを低くできるアンテナ装置１０を提供できる。

【0028】

図３を参照すると、図示した主開口３２の夫々における内縁３４の長さは、５９．５ｍｍである。図示した連結開口３８において、幅ＷＳは０．５ｍｍであり、長さは５ｍｍである。図示した所定開口３０の高さは２５ｍｍであり、図７に示したスロットアンテナに必要とされる高さの半分以下である。所定開口３０は、上述のように低背であるにも拘らず、本実施の形態のアンテナ素子４２に対応する２．４ＧＨｚの周波数の電波を筐体２０の外部に放射できる。

【0029】

本実施の形態によれば、主開口３２の夫々は、矩形形状を有している。連結開口３８は、第１方向（Ｚ方向）に沿って直線状に延びている。連結開口３８の第１方向におけるサイズ（長さＬＳ）は、連結開口３８の第２方向（Ｙ方向）におけるサイズ（幅ＷＳ）よりも大きい。上述のシンプルな形状を有する所定開口３０は形成し易い。但し、本発明は、これに限定されず、所定開口３０の形状は、アンテナ素子４２の所定周波数を共振周波数とするスプリットリング共振器を形成できる限り、様々に変形可能である。

【0030】

本実施の形態の２つの主開口３２は、互いに同じ形状を有している。詳しくは、第１方向（Ｚ方向）及び第２方向（Ｙ方向）によって規定される平面において、２つの主開口３２は、互いに合同の形状を有している。この構造によれば、ＬＣ共振器の共振周波数を所望の値に設定する際、主開口３２の面積の合計を最小にできる。即ち、所定開口３０の第１方向におけるサイズを小さくし易い。但し、本発明は、これに限られない。例えば、２つの主開口３２は、互いに異なる形状を有していてもよい。

【0031】

図６を参照すると、本実施の形態の筐体２０は、前述したように金属板２２から形成されている。本実施の形態の金属板２２は、互いに同じ板厚ＴＰを有している。特に、金属板２２のうちの一つである所定板２４は、部位によらず実質的に一定の板厚ＴＰを有している。連結開口３８の第２方向（Ｙ方向）におけるサイズ（幅ＷＳ）は、金属板２４の板厚ＴＰの４倍以下である。この構造によれば、連結開口３８が形成するキャパシタ成分Ｃ０（図４参照）の値を大きくし易い。但し、本発明は、これに限られず、幅ＷＳと板厚ＴＰとの間の関係は、必要に応じて変形可能である。

【0032】

図３を参照すると、本実施の形態によれば、連結開口３８の第２方向（Ｙ方向）におけるサイズ（幅ＷＳ）は、主開口３２の夫々の内縁３４の長さの１／５０以下である。この構造によっても、連結開口３８が形成するキャパシタ成分Ｃ０（図４参照）の値を大きくし易い。但し、本発明は、これに限られず、幅ＷＳと主開口３２の内縁３４の長さとの間の関係は、必要に応じて変形可能である。

【0033】

図１を参照すると、アンテナ装置１０は、既に説明した様々な変形例に加えて、更に様々に変形可能である。例えば、本実施の形態の所定開口３０は、外部から視認可能である。一方、所定開口３０を樹脂等の絶縁体からなるカバーで覆ってもよい。換言すれば、所定開口３０は、外部から視認できなくてもよい。

【0034】

本実施の形態において、筐体２０の内部に配置されたアンテナ素子４２は、１つのシングルバンドアンテナのみからなり、筐体２０に形成された所定開口３０の数は１である。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、アンテナ素子４２は、互いに異なる所定周波数の電波を放射する２以上のシングルバンドアンテナを含んでいてもよいし、互いに異なる２以上の所定周波数の電波を放射するマルチバンドアンテナであってもよい。この場合、筐体２０に、２以上の所定周波数に夫々対応する共振周波数を有する２以上の所定開口３０を形成してもよい。

【0035】

図２を参照すると、本実施の形態のプリント基板４０は、筐体２０の上下方向における中間部に位置している。詳しくは、プリント基板４０の上面の上下方向における位置は、連結開口３８の上下方向における中間点と一致している。即ち、アンテナ素子４２（図５参照）は、連結開口３８の上下方向における中間部に位置している。この配置は、筐体２０の外部に所定周波数の電波を放射するという観点から好ましい。但し、本発明は、これに限られない。例えば、プリント基板４０の上面の上下方向における位置は、連結開口３８の上下方向における中間点に比べて、ある程度上下にずれていてもよい。

【符号の説明】

【0036】

１０ アンテナ装置
２０ 筐体
２２ 金属板
２４ 所定板（金属板）
３０ 所定開口
３２ 主開口
３４ 内縁
３８ 連結開口
４０ プリント基板
４２ アンテナ素子
４８ 給電部
ＥＦ 電界

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】