特開 2024-6568 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】P2024006568

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 19/02 20060101AFI20240110BHJP

   H01Q 5/25 20150101ALI20240110BHJP

   H01Q 1/22 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H01Q19/02

H01Q5/25

H01Q1/22 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022107597

(22)【出願日】2022-07-04

(71)【出願人】

【識別番号】000003551

【氏名又は名称】株式会社東海理化電機製作所

(71)【出願人】

【識別番号】522268281

【氏名又は名称】台灣禾邦電子有限公司

(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】100140958

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 学

(74)【代理人】

【識別番号】100137888

【弁理士】

【氏名又は名称】大山 夏子

(72)【発明者】

【氏名】古田 昌輝

(72)【発明者】

【氏名】深貝 直史

(72)【発明者】

【氏名】河野 裕己

(72)【発明者】

【氏名】久保 穣

(72)【発明者】

【氏名】山口 泰一

(72)【発明者】

【氏名】鄭 大福

(72)【発明者】

【氏名】蘇 志銘

(72)【発明者】

【氏名】小林 徹也

(72)【発明者】

【氏名】大江 準三

【テーマコード（参考）】

5J020

5J047

【Ｆターム（参考）】

5J020BA01

5J020BC08

5J020BC09

5J020BD04

5J020CA01

5J020DA01

5J020DA02

5J020DA03

5J047AA02

5J047AA03

5J047AB06

5J047EA01

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で基板平面の全周方向に対する略均等な信号の指向性を形成する。
【解決手段】基板に配置されるチップアンテナと、前記チップアンテナと同一の前記基板に配置される金属エレメントと、を備え、前記金属エレメントは、前記チップアンテナを電流が流れる方向において、前記基板に対して長手方向が垂直となるように配置される、アンテナ装置が提供される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に配置されるチップアンテナと、
前記チップアンテナと同一の前記基板に配置される金属エレメントと、
を備え、
前記金属エレメントは、前記チップアンテナを電流が流れる方向において、前記基板に対して長手方向が垂直となるように配置される、
アンテナ装置。

【請求項2】

前記金属エレメントは、長手方向の長さが、前記チップアンテナが送信する信号の周波数に応じて定まる規定の長さより長くなるように形成される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記金属エレメントは、前記チップアンテナとの間における距離が０より長く、かつ前記チップアンテナに近接して配置される、
請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記金属エレメントは、前記チップアンテナとの間における距離と長手方向の長さとの和が、前記チップアンテナが送信する信号の周波数に応じて定まる規定の長さより長くなるように形成、配置される、
請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記金属エレメントは、前記チップアンテナとの間における距離と長手方向の長さとの和が、前記チップアンテナが送信する信号の周波数に係る波長の四分の一より長くなるように形成、配置される、
請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記金属エレメントは、前記チップアンテナに電力を供給する給電点との間における距離が０より長く、かつ前記給電点に近接して配置される、
請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記金属エレメントは、前記給電点との間における距離と長手方向の長さとの和が、前記チップアンテナが送信する信号の周波数に応じて定まる規定の長さより長くなるように形成、配置される、
請求項６に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記金属エレメントは、前記給電点との間における距離と長手方向の長さとの和が、前記チップアンテナが送信する信号の周波数に係る波長の四分の一より長くなるように形成、配置される、
請求項７に記載のアンテナ装置。

【請求項9】

前記金属エレメントは、前記基板において前記チップアンテナが配置される面と同一の面に配置される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項10】

前記金属エレメントは、前記基板において前記チップアンテナが配置される面と反対の面に配置される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項11】

前記金属エレメントは、前記基板において前記チップアンテナが配置される面と同一の面に配置される第１の金属エレメントと、前記基板において前記チップアンテナが配置される面と反対の面に配置される第２の金属エレメントと、を含み、
前記第１の金属エレメントおよび前記第２の金属エレメントは、前記チップアンテナを中心に互いに反対の位置に配置される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項12】

前記チップアンテナは、超広帯域の信号を送信する、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項13】

車両に搭載される、
請求項１から請求項１２までのうちいずれか一項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】

近年、種々の装置に無線通信機能が搭載されている。また、装置に無線通信機能を実現させるためのアンテナの開発も盛んに行われている。上記アンテナには、例えば、特許文献１に開示されるようなチップアンテナが含まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２１３１３８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に開示されるようなチップアンテナでは、電流の流れる方向に応じて、送信される信号の指向性が定まる。例えば、一般的なチップアンテナは、基板平面に対して平行に電流が流れることから、基板平面の全周方向に対して略均等な信号の指向性を形成することが困難である。

【0005】

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡易な構成で基板平面の全周方向に対する略均等な信号の指向性を形成することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板に配置されるチップアンテナと、前記チップアンテナと同一の前記基板に配置される金属エレメントと、を備え、前記金属エレメントは、前記チップアンテナを電流が流れる方向において、前記基板に対して長手方向が垂直となるように配置される、アンテナ装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

以上説明したように本発明によれば、簡易な構成で基板平面の全周方向に対する略均等な信号の指向性を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】チップアンテナにより送信される信号の指向性について説明するための図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１０の構成例について説明するための図である。

【図3】同実施形態に係るチップアンテナ１２０と金属エレメント１３０とが基板１１０において同一面に配置される場合の例を示す図である。

【図4】同実施形態に係るチップアンテナ１２０と金属エレメント１３０とが基板１１０において互いに反対の面に配置される場合の例を示す図である。

【図5】同実施形態に係るアンテナ装置１０が２つの金属エレメント１３０を備える場合の配置例を示す図である。

【図6】同実施形態に係る金属エレメント１３０を備えるアンテナ装置１０により奏される効果のイメージを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0010】

＜１．実施形態＞
＜＜１．１．背景＞＞
上述したように、近年では、装置に無線通信機能を実現させるためのアンテナの開発が盛んに行われている。

【0011】

上記アンテナには、例えば、基板上に配置されるチップアンテナが含まれる。チップアンテナは、例えば高周波用誘電体セラミックスを使って形成され、小型化および広帯域性に優れる。

【0012】

チップアンテナにより送信される信号の指向性は、一般的な半波長（λ／２）ダイポールアンテナや接地型λ／４モノポールアンテナと同様に、アンテナエレメントを流れる電流の方向により決定される。

【0013】

図１は、チップアンテナにより送信される信号の指向性について説明するための図である。

【0014】

図１には、チップアンテナを中心としたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸における送信信号の指向性を表現したイメージが示されている。

【0015】

また、図１では、チップアンテナにおいて電流がＺ軸方向に流れる場合における送信信号の指向性が表現されている。

【0016】

この場合、図示するように、Ｘ軸およびＹ軸により形成される２次元平面上では、チップアンテナの全周方向に略均等に送信信号の指向性が形成されるのに対し、Ｚ軸方向では送信信号の指向性は弱くなる。

【0017】

また、通常、チップアンテナは、当該チップアンテナが含むアンテナエレメントが、基板と並行となるように当該基板に配置される。

【0018】

すなわち、一般的なチップアンテナでは、基板に対して平行に電流が流れることから、電流が流れる方向における送信信号の指向性が弱くなり、結果として、基板平面の全周方向に対して略均等な送信信号の指向性を形成することが困難である。

【0019】

しかし、チップアンテナを搭載する装置の用途によっては、基板平面の全周方向に対して略均等な送信信号の指向性を形成することが望ましい場合もある。

【0020】

例えば、チップアンテナが配置される基板を車両などの移動体に搭載し、当該移動体に無線通信機能を持たせる場合を想定する。

【0021】

上記移動体は、例えば、上記チップアンテナを用いてユーザが携帯する携帯機との間において無線通信を行い、当該無線通信の結果に基づく各種の制御を行ってもよい。

【0022】

一例として、上記制御には、移動体が備えるドアの解錠制御や、エンジンの始動制御が挙げられる。

【0023】

例えば、移動体は、無線通信の結果に基づき、携帯機の真正性が認められる場合に、ドアの解錠制御や、エンジンの始動制御を行ってもよい。

【0024】

また、例えば、移動体は、無線通信の結果に基づき、携帯機と移動体との間における距離が規定の距離以下であることが推定される場合に、ドアの解錠制御や、エンジンの始動制御を行ってもよい。

【0025】

上記のような制御を行う場合、チップアンテナから送信される信号の指向性は、移動体の全周方向に略均等に形成されることが望ましい。

【0026】

これは、送信信号の指向性が移動体の全周方向に略均等に形成されない場合、ユーザの位置によっては当該ユーザにより携帯される携帯機との無線通信が不能となったり、無線通信の品質が著しく低下したりする可能性が生じるためである。

【0027】

例えば、送信信号の指向性が移動体の前後方向において弱い場合、当該方向に位置するユーザにより携帯される携帯機との無線通信が不能となったり、無線通信の品質が著しく低下したりする可能性が生じる。

【0028】

また、例えば、送信信号の指向性が移動体の左右方向において弱い場合、当該方向に位置するユーザにより携帯される携帯機との無線通信が不能となったり、無線通信の品質が著しく低下したりする可能性が生じる。

【0029】

このような場合、上述した携帯機の真正性の判定や、携帯機と移動体と間における距離の推定が困難となり、結果として携帯機との無線通信に基づくドアやエンジンの制御が困難となる。

【0030】

上記のような理由から、移動体にチップアンテナを搭載する場合には、当該チップアンテナから送信される信号の指向性は、移動体の全周方向に略均等に形成されることが望ましい。

【0031】

しかし、チップアンテナが配置される基板は、スペースやデザイン上の制約から、移動体のフロア面や天井面に平行に配置されるのが通常である。

【0032】

ここで、チップアンテナを流れる電流が基板平面に対して平行する方向にしか流れない場合、基板平面のいずれかの方向における送信信号の指向性が弱くなり、結果として移動体の全周方向に略均等な信号の指向性を形成することが困難となる。

【0033】

本発明の技術思想は上記の点に着目して発想されたものであり、簡易な構成で基板平面の全周方向に対する略均等な信号の指向性を形成するものである。

【0034】

以下、上記を実現する本実施形態に係るアンテナ装置１０の構成例について詳細に説明する。

【0035】

＜＜１．２．構成例＞＞
図２は、本実施形態に係るアンテナ装置１０の構成例について説明するための図である。図２に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、基板１１０に配置されるチップアンテナ１２０と、チップアンテナ１２０と同一の基板１１０に配置される金属エレメント１３０とを備える。

【0036】

なお、図２においては、基板１１０に配置され得る他の構成については記載を省略している。

【0037】

また、図２においては、説明の便宜上、チップアンテナ１２０および金属エレメント１３０を強調して示している。基板１１０に対するチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０の寸法は、図２に示す例に規定されるものではない。

【0038】

また、本実施形態に係るチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０の形状についても同様である。本実施形態に係るチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０は、図２に示すものとは異なる形状で形成されてもよい。

【0039】

（チップアンテナ１２０）
本実施形態に係るチップアンテナ１２０は、規定の無線通信規格に準拠した信号を送信する。

【0040】

上記規定の通信規格には、例えば、超広帯域（ＵＷＢ：Ultra-Wide Band）無線通信が挙げられる。規定の通信規格として超広帯域無線通信を採用する場合、本実施形態に係るチップアンテナは、超広帯域の信号を送信する。

【0041】

一方、本実施形態に係る規定の通信規格は、上記の例に限定されない。本実施形態に係るチップアンテナ１２０は、例えば、ＬＦ（Low Frequency）帯の信号や、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の信号を送信してもよい。

【0042】

（金属エレメント１３０）
本実施形態に係る金属エレメント１３０は、伝導性を有する金属を用いて例えば板状に形成される。

【0043】

また、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、チップアンテナ１２０（が備えるアンテナエレメント）を電流が流れる方向において、基板１１０に対して長手方向が垂直となるように配置されることを特徴の一つとする。

【0044】

図２に示す一例の場合、チップアンテナ１２０を電流が流れる方向は、Ｘ軸方向であってよい。

【0045】

この場合、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、図示するように、チップアンテナ１２０を基点としたＸ軸方向において、チップアンテナ１２０と近接して配置される。

【0046】

上記のような配置によれば、チップアンテナ１２０を流れる電流が、金属エレメント１３０に伝って金属エレメント１３０の長手方向に流れることとなる。

【0047】

すなわち、本実施形態に係るアンテナ装置１０では、基板１１０に対して平行ないずれかの方向（図２に示す一例の場合では、Ｘ軸方向）と、基板１１０に対して垂直の方向（図２に示す一例の場合では、Ｚ軸方向）とに電流が流れる。

【0048】

これによれば、基板１１０の全周方向において、チップアンテナ１２０から送信される信号の指向性を略均等に形成することが可能となる。

【0049】

また、本実施形態に係るアンテナ装置１０が移動体のフロア面や天井面に平行して搭載される場合には、当該移動体の全周方向に対して送信信号の指向性を略均等に形成することが可能となる。

【0050】

なお、上記を実現するためには、チップアンテナ１２０と金属エレメント１３０とを極力近づけて配置することが望ましい。

【0051】

例えば、本実施形態に係るチップアンテナ１２０と金属エレメント１３０とを接触されることが構造上困難な場合においては、金属エレメント１３０は、チップアンテナ１２０との間における距離が０より長く、かつチップアンテナ１２０に近接して配置されてもよい。

【0052】

また、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、上記の他、いくつかの条件に基づいて配置されてもよい。

【0053】

図３は、本実施形態に係るチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０の配置例を示す図である。

【0054】

図３に示すように、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、例えば、基板１１０においてチップアンテナ１２０が配置される面と同一の面に配置されてもよい。

【0055】

また、例えば、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、長手方向の長さＬ１が、チップアンテナ１２０が送信する信号の周波数に応じて定まる規定の長さより長くなるように形成されてもよい。

【0056】

より詳細には、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、チップアンテナ１２０との間における距離Ｌ２と長手方向の長さＬ１との和が、チップアンテナ１２０が送信する信号の周波数に応じて定まる規定の長さより長くなるように形成、配置されてもよい。

【0057】

ここで、上記の規定の長さは、チップアンテナ１２０が送信する信号の周波数に係る波長の四分の一であってもよい。

【0058】

すなわち、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、Ｌ１＋Ｌ２＞λ／４、を満たすように形成、配置されてもよい。

【0059】

上記のような形状および配置によれば、基板１１０に対して垂直方向（図３に示す一例の場合、Ｚ軸方向）に流れる電流の成分を増加させることができ、基板１１０の全周方向における略均等な送信信号の指向性をより効果的に形成することが可能となる。

【0060】

さらには、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、チップアンテナ１２０に電力を供給する給電点１２５に極力近づけて配置することが望ましい。

【0061】

例えば、本実施形態に係る給電点１２５と金属エレメント１３０とを接触されることが構造上困難な場合においては、金属エレメント１３０は、給電点１２５との間における距離Ｌ３が０より長く、かつ給電点１２５に近接して配置されてもよい。

【0062】

また、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、給電点１２５との間における距離Ｌ３と長手方向の長さＬ１との和が、チップアンテナ１２０が送信する信号の周波数に応じて定まる規定の長さより長くなるように形成、配置されてもよい。

【0063】

上記の規定の長さは、チップアンテナ１２０が送信する信号の周波数に係る波長の四分の一であってもよい。

【0064】

すなわち、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、Ｌ１＋Ｌ３＞λ／４、を満たすように形成、配置されてもよい。

【0065】

上記のような配置によれば、基板１１０に対して垂直方向に流れる電流の成分をより効果的に増加させることが可能となる。

【0066】

なお、図３では、金属エレメント１３０が、基板１１０においてチップアンテナ１２０が配置される面と同一の面に配置される場合を例示した。一方、本実施形態に係る金属エレメント１３０の配置は図３に示す一例に限定されない。

【0067】

図４に示すように、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、例えば、基板１１０においてチップアンテナ１２０が配置される面と反対の面に配置されてもよい。

【0068】

この場合であっても、金属エレメント１３０の長手方向の長さＬ１等が図３を用いて説明した上述の条件を満たすことにより、基板１１０に対して垂直方向に流れる電流の成分を増加させることができ、基板１１０の全周方向における略均等な送信信号の指向性をより効果的に形成することが可能となる。

【0069】

また、図２～図４では、本実施形態に係るアンテナ装置１０が１つの金属エレメント１３０を備える場合を例示した。一方、本実施形態に係る金属エレメント１３０の数は、係る例に限定されない。

【0070】

図５は、本実施形態に係るアンテナ装置１０が２つの金属エレメント１３０を備える場合の配置例を示す図である。

【0071】

図５に示すように、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、基板１１０において、チップアンテナ１２０が配置される面と同一の面に配置される第１の金属エレメント１３０ａと、基板１１０においてチップアンテナ１２０が配置される面と反対の面に配置される第２の金属エレメント１３０ｂとを含んでもよい。

【0072】

また、この場合、本実施形態に係る第１の金属エレメント１３０ａと第２の金属エレメント１３０ｂは、チップアンテナ１２０を中心に互いに反対の位置に配置されてもよい。

【0073】

すなわち、本実施形態に係る第１の金属エレメント１３０ａと第２の金属エレメント１３０ｂは、チップアンテナ１２０を中心に点対称となるように配置されてもよい。

【0074】

この場合、第１の金属エレメント１３０ａおよび第２の金属エレメント１３０ｂの各々は、長手方向の長さＬ１等が図３を用いて説明した上述の条件を満たすように配置されてもよい。

【0075】

上記のような構成によれば、第１の金属エレメント１３０ａおよび第２の金属エレメント１３０ｂを伝って基板１１０に対して垂直に電流が流れることにより、基板１１０の全周方向における略均等な送信信号の指向性をより効果的に形成することが可能となる。

【0076】

＜＜１．３．効果＞＞
次に、本実施形態に係るアンテナ装置１０による奏される効果について詳細に説明する。

【0077】

図６は、本実施形態に係る金属エレメント１３０を備えるアンテナ装置１０により奏される効果のイメージを示す図である。

【0078】

図６には、本実施形態に係る金属エレメント１３０を備えるアンテナ装置１０と、本実施形態に係る金属エレメント１３０を備えない一般的なアンテナ装置とで、基板の全周方向（Ｘ軸およびＹ軸により規定される平面方向）における送信信号の指向性を比較したグラフが示されている。

【0079】

図６を参照すると、本実施形態に係る金属エレメント１３０を備えない一般的なアンテナ装置の場合、Ｘ軸およびＹ軸により規定される平面方向において送信信号の指向性が略均等ではなく、特にＸ軸方向における送信信号の指向性が弱いことが把握できる。

【0080】

一方、本実施形態に係る金属エレメント１３０を備えるアンテナ装置１０の場合、Ｘ軸およびＹ軸により規定される平面方向において送信信号の指向性が略均が形成され、かつ本実施形態に係る金属エレメント１３０を備えない一般的なアンテナ装置と比較して送信信号がより遠方まで到達していることが把握できる。

【0081】

以上示したように、本実施形態に係る金属エレメント１３０を備えるアンテナ装置１０によれば、簡易な構成で基板平面の全周方向に対する略均等な信号の指向性を形成することが可能となる。

【0082】

＜２．補足＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0083】

１０：アンテナ装置、１１０：基板、１２０：チップアンテナ、１２５：給電点、１３０：金属エレメント、１３０ａ：第１の金属エレメント、１３０ｂ：第２の金属エレメント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】