JP2002185231A - 小型マイクロ波アンテナ - Google Patents
小型マイクロ波アンテナInfo
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Abstract
ンテナを提供すること。 【解決手段】 特に高周波及びマイクロ波レンジ用に設
計された、少なくともセラミック基板(10)と金属被
覆とを有するアンテナであって、該金属被覆は、放射電
磁気エネルギ用フィード端子(12)と、第一金属被覆
構造(30)と、基板(10)周囲の少なくとも一部に
沿って伸び、フィード端子を少なくとも1つの第一金属
被覆構造へ接続するコンダクタ・トラック(20)とか
ら成る表面金属被覆であり、第一金属被覆構造は、フィ
ード端子の反対側に位置する基板の一側面からフィード
端子へ伸びる第一コンダクタ・トラック部分(31)
と、第一金属被覆パッド(32)とを有する、ことを特
徴とするアンテナ。本アンテナは、表面実装によってプ
リント基板を備え得ると共に、大インピーダンス及び放
射帯域幅を有するため、GSM及びUMTS帯域におい
て動作する携帯電話での使用に特に適している。
Description
イクロ波レンジ用の、少なくともセラミック基板と金属
被覆とを有する小型アンテナに関する。本発明は、更
に、プリント回路及び上記アンテナを有する移動通信装
置に関する。
型化傾向を追い、パッシブ及び/若しくはアクティブな
電子部品のすべての製造業者はこの分野での活動を強化
している。すると、特に高周波及びマイクロ波技術分野
において電子部品を使用する際に、特定の問題が発生す
る。なぜなら、これら部品の多くの特性は、それらの物
理的寸法に依存するからである。これは、信号の波長は
周波数を大きくなるほど小さくなるという一般的に知ら
れた事実に基づき、供給信号源は特に反射によって影響
を受けるという結果を再び有する。
の構造は、他の高周波部品よりも用途の所望周波数レン
ジにより強く依存する。これは、アンテナが、個々の用
途、すなわち作動周波数レンジに適応された共振部品で
あるという事実によって生じる。一般的に、ワイヤ・ア
ンテナが所望データを送信するのに用いられる。これら
のアンテナにとって良好な放射及び受信特性のためには
特定の物理的長さが絶対的に必要である。
(λ)の半分に対応する長さを有するいわゆるλ/2ダ
イポール・アンテナは最適な放射特性を有する。このア
ンテナは、互いに180°回転し、それぞれがλ/4長
の2つのワイヤから成る。しかし、これらダイポール・
アンテナは多くの用途、特に携帯電話、に対して長すぎ
るため(例えば、GSM900レンジに対する波長は約
32cmである)、別のアンテナ構造が利用される。特
に移動通信帯域に対して幅広く使用されているアンテナ
は、いわゆるλ/4モノポールである。これは、λ/4
の長さを有するワイヤから成る。このアンテナの放射動
作は、同時にその物理的長さ(GSM900に対して約
8cm)が満足し得るものであるときには許容し得る。
加えて、この種のアンテナは、大きなインピーダンス及
び放射帯域幅を有することを特徴とするため、比較的大
きな帯域幅を必要とするシステムにおいても用いられ得
る。50Ωへの最適な電力適応を実現するために、ほと
んどのλ/2ダイポールの場合と同様に、この種のアン
テナに対してもパッシブ電気適応が選択される。この適
応は、通常、少なくとも1つのコイルとキャパシタンス
との組み合わせによって形成され、50Ωとは異なるλ
/4モノポールの入力インピーダンスを、適切な寸法を
採用することによって、接続された50Ω部品に対して
適応させる。
広く使われているにもかかわらず、それらは重大な欠点
を有する。これらの1つは上記述べたパッシブ適応回路
である。
上に直接的にはんだ付けされることができない。なぜな
ら、ワイヤ・アンテナは、例えば携帯電話において、ほ
とんどがプルアウト(引っ張り出す)部位として用いら
れるからである。これは、プリント基板とアンテナとの
間で交換される情報に対して高価な接触が必要となるこ
とを意味する。
自体の機械的不安定さと、この不安定さのために必要と
なる筐体のアンテナへの適応である。例えば携帯電話が
落とされた場合、アンテナは通常折れるか、或いは、ア
ンテナが引っ張り出され得る場所において筐体が損傷を
受ける。
するチップ・アンテナは、実際に、EP0762538
から知られる。しかし、これらのアンテナは、コンダク
タ・トラックの少なくとも一部が基板内部へ伸び、従っ
て基板は複数の層から成り、特定の最低限のサイズを有
するように製造されなければならず、比較的高価とな
る。加えて、コンダクタ・トラックのこの配置を用いる
と、該コンダクタ・トラックを完成状態における具体的
な構造上の状況への電気的適応を実行することができな
い。なぜなら、該コンダクタ・トラックは、もはやアク
セス不可能であるか、或いは一部のみがアクセス可能で
あるからである。
セラミック基板と金属被覆とを有し、特に高周波及びマ
イクロ波レンジにおいて用いられ、高い機械的安定性を
有し、特に小型化に適したアンテナを提供することであ
る。
路を必要としないことを可能にし、表面実装装置(SM
D)技術によるプリント基板上への表面実装にも適し
た、アンテナを提供することである。
ける作動のために十分に大きい共振周波数及びインピー
ダンス帯域幅を有するアンテナを提供することである。
で述べられた種類のアンテナであって、前記金属被覆
は、放射される電磁気エネルギ用のフィード端子と、少
なくとも第一の金属被覆構造と、前記基板の周囲の少な
くとも一部に沿って伸びるコンダクタ・トラックと、か
ら成る表面金属被覆であり、前記コンダクタ・トラック
は、前記フィード端子を少なくとも1つの前記第一の金
属被覆構造へ接続し、前記第一の金属被覆構造は、前記
フィード端子の反対側の前記基板の一側面から該フィー
ド端子へ向けて伸びる第一のコンダクタ・トラック部分
と、第一の金属被覆パッドと、を有する、ことを特徴と
するアンテナによって実現される。
る。フィード端子が基板の表面上に存在する金属被覆の
一部であるため、放射される電磁気エネルギのフィード
・イン用の接触ピン若しくは類似のアイテムが不要とな
る。これは、プリント基板上に(他の構成要素と共に)
表面実装(SMD技術)によってアンテナを設けること
ができることを意味する。更に、それによって、このア
ンテナのサイズを削減することができ、該アンテナは機
械的に大幅により安定し、外部からの影響を受けない。
路も不要であることがわかった。なぜならこのような適
応は、組み込まれていないアンテナを有する(例えばレ
ーザー・トリミングで実現された)完全にアクセス可能
な金属被覆における変化を通じて、実現され得るからで
ある。更に、該アンテナは、驚くべきことに、大きなイ
ンピーダンスと放射帯域幅とを有することもわかった。
で定義される。
面金属被覆の製造が技術的に比較的容易であるという利
点を有する。
金属被覆構造が小さい相互差異のみを示す場合のそれら
2つの金属被覆構造の組み合わせ、及び/若しくは、こ
のような構造を有する複数の基板のスタック、は共振周
波数の幅と同様に位置及び距離の非常に柔軟な調整も可
能にする。
る周波数上でのアンテナのインピーダンス及びその傾き
についても同様の方法を保持する。
利点は、図面を参照して、好ましい実施形態の確実にす
る説明から明らかにされる。
のブロックから成る基板を有する。このブロックは、長
さ若しくは幅よりも約1/3〜1/10の高さを有す
る。したがって、以下の説明は、図示する基板の(より
広い)上面及び下面を第一の上面及び第二の下面と呼
び、それに垂直な面を第一〜第四の側面と呼ぶ。
共振コンダクタ・トラックが例えば螺旋状に構成された
例えば円筒形状などの長方形ブロック形状以外の幾何学
的形状を上記基板に対して選択することも可能である。
ウダを埋め込むことによって製造することができ、εr
>1の誘電率及び/若しくはμr>1の透過値を有し得
る。
は、共振コンダクタ・トラック構造20、30を有する
長方形ブロック形状の基板10を示す。基板10には、
その下面の角において、表面実装(SMD技術)によっ
てプリント基板上にはんだ付けされ得る、複数のはんだ
付けポイント11が備えられている。更に、フィード端
子12が、第一側面13の中央領域の下面に、実装中に
プリント基板上の対応するコンダクタ領域へはんだ付け
された金属被覆パッドの形で存在する。放射される電磁
気エネルギはフィード端子12を通って供給される。フ
ィード端子12から始まり、コンダクタ・トラック20
の第一部分21は、第一側面13の高さの約半分まで垂
直に伸び、次いで、第一側面13に沿って水平方向に第
二側面14へ続く。次いで、このコンダクタ・トラック
は、第二部分22として、第二側面14の高さの約半分
において、第二側面14に沿って、水平方向へ続き、第
三部分23として、第一側面13の反対側に位置する第
三側面15の高さの約半分において、第三側面15に沿
って続く。次いで、第三側面15の角領域において、第
三コンダクタ・トラック部分23は、図示するように、
上面に設けられた(第一の)金属被覆構造の第一コンダ
クタ・トラック部分31へ接続される上面まで垂直に進
む。
フィード端子12の方向へ伸びる第一のコンダクタ・ト
ラック部分31と、第一のコンダクタ・トラック部分3
1がその内部へ発せられるほぼ長方形の金属被覆パッド
32と、を有する。
ド32との間の構造の有効長は、基板において放射され
る信号の波長の約半分に相当する。
益的特性を組み合わせることが発見された。一方で、本
アンテナは、特に高いインピーダンス帯域幅を有し、他
方で、本アンテナは、非常に均一で擬似無指向性空間パ
ターンを有する。
z)に対して実現される一実施形態において、セラミッ
ク基板の寸法は、約17×11×4mm3であり、コン
ダクタ・トラック20及び金属被覆構造30によって形
成される共振構造の全長は約39mmであった。パッシ
ブ・インピーダンス適応回路は、これらの寸法の場合に
は省かれ得る。なぜなら、該アンテナの入力インピーダ
ンスは約50Ωだからである。
の関数としてのインピーダンスの傾きを示し、図3は、
本アンテナに対して判った方向特性を示し、曲線(a)
は水平を表し、曲線(b)は垂直空間特性を表す。これ
ら曲線は、該アンテナの動作はダイポール若しくはモノ
ポールのそれにほぼ対応することを示す。
における使用に理想的に適する。なぜなら、それは表面
実装(SMD技術)によってプリント基板上に(他の構
成要素と共に)マウントされることができ、よって製造
が大幅に簡素化されるからである。特に第一の調波につ
いての、既知のワイヤ・アンテナと比較して更なる小型
化及び周波数帯域幅の更なる増加は、セラミック基板1
0の形状の変更及び共振コンダクタ・トラック構造2
0、30の別の構成を通じて、実現され得る。
入力インピーダンスは影響を受けることができ、フィー
ド端子12とコンダクタ・トラックの第一部分21との
間のスロット211(エア・ギャップ)の作成を通じ
て、具体的な構造状況に適応し得るという事実において
見つかる。これは、例えばレーザー・トリミングによっ
て、該アンテナがマウントされた状態において可能であ
り、よってギャップの幅及び/若しくは長さ(及びこれ
によるフィード端子12と共振構造20、30との間の
静電結合)は、最適な適応が実現されるまで、レーザー
ビームを用いて増加される。
携帯電話装置における該アンテナの好ましい適用を実現
するために、共振周波数の第一調波の特に大きな帯域幅
がGSM帯域を覆うために用いられるようにチューニン
グが実行されることが好ましい。この方法において、該
アンテナは、UMTS帯域(1970〜2170MH
z)においても用いられるように構成され得る。
す。このアンテナは、共振金属コンダクタ・トラック構
造20、30、40を有する基板10により形成され
る。基板10は、3つの部品、すなわち、図4aに準拠
した共通コンダクタ・トラック20、図4bに示すよう
な基板の(第一の)上面上の第一の金属被覆構造30、
及び、図4cに示すような基板の反対側の(第二の)底
面上の第二の金属被覆構造40、から成る。ここで、構
造30、40はコンダクタ・トラック20により供給さ
れる。これら3つの部品は、構造を明確にするためにそ
れぞれ1つの図で別々に示す。
ィード端子12は、再び、第一側面13の中央領域にお
ける基板10の下面に配置され、該アンテナの実装中に
該パッドは、該アンテナに供給される電磁気エネルギが
通るコンダクタ領域上にはんだ付けされる。
・トラック20の第一部分21は、まず、第一側面13
上を上面へ向けて垂直に伸び、次いで、水平方向に第二
側面14まで伸びる。このコンダクタ・トラックは、第
二部分22として、更に第二側面14に沿って続き、第
三部分23として、第一側面13の反対の第三側面15
に沿って伸びる。ここで、第三部分は、それに垂直な第
四側面16と隣接する端部におけるT字型端部231と
して終わる。
は、上面へ向けて伸びる端部231の上部端に接続さ
れ、第一実施形態と同様の第一部分31を有する。この
第一部分31は、基板の縦方向のフィード端子12の方
向へ伸び、最終的にはほぼ長方形の金属被覆パッド33
内へ発する。しかし、この第一部分31は、第三側面1
5に隣接する端部に沿って走る第二のコンダクタ・トラ
ック部分32を通じて、端部231の上部端へ接続され
る。
二の金属被覆構造40へ接続された端部231の下部端
を示す。その構造は、フィード端子12へ向けて基板の
縦方向に伸び、最終的に第二のほぼ長方形の金属被覆パ
ッド43内へ発する第一部分41による第一金属被覆構
造30と同じ方法で形成される。ここで、更に、第二部
分42は、第三側面15に隣接する端部に沿って走り、
端部231の下部端と第一部分41との間の接続を実現
する。
3との間の構造の有効長は、フィード端子12と第二金
属被覆パッド43との間と同様に、再び、基板において
放射される信号の波長の約半分に相当する。
に、表面実装(SMD技術)によってプリント基板上に
マウントされることも可能である。更に、非常に均一な
擬似無指向性空間パターンが水平方向及びそれに垂直な
方向の両方において再び実現され得る。
異なる場合、すなわち、接合コンダクタ・トラック20
への異なる結合(例えば、可変幅及び/若しくは長さの
ギャップ211による)と共に、又は、これら差異に基
づいて周波数が相互にシフトされる第一及び第二の金属
被覆パッド33、43の異なる寸法と共に、異なる長さ
若しくは幅を有する場合、2つの共振周波数が励磁され
ることもわかっている。この場合、例えば、第一金属被
覆構造30は、第二金属被覆構造40よりも幾分低い共
振周波数を有する。
ぜなら、例えば、共振コンダクタ・トラック構造20、
30、40と同一若しくは類似の構造を有する1つ若し
くは複数の別の基板が図4に示す基板上に設けられるか
らである。これは、特にマルチレイヤ技術を用いて、製
造技術において比較的容易に実現できる。更に、2つの
基板を有する層構造が用いられる場合、別の共振が基板
間で生成され得る。
両方に関する該共振周波数の位置及び距離は、基板及び
共振構造20、30、40の寸法の適切な選択を通じ
て、所望通りに調整され得る。これはフィード端子に対
するアンテナ・インピーダンスの適応に対しても当ては
まる。そのために、例えばレーザービーム(レーザー・
トリミング)を用いて可変ギャップ211の長さ及び/
若しくは幅を変えることを通じて、該ギャップによって
実現される静電結合を適切に変化させることを通じて、
具体的な構造状況への適応が可能となる。
域におけるインピーダンスの傾きの急な勾配と共に発生
する。例えば該アンテナが2つの共振周波数(送信周波
数及び受信周波数)が要求されるデュープレックス・オ
ペレーション用に設計される場合、該アンテナに対する
フィルタ効果は、この勾配の急さを通じて、送信周波数
と受信周波数との間で実現され得る。これは、上りスト
リーム若しくは下りストリームに接続されたフィルタ回
路上に課される要求を削減するために、又は、これら要
求を完全に除去するために、用いられ得る。この用途の
ために、第一及び第二金属被覆構造30及び40に対し
て別々の供給が提供されることが好ましい。
基板10の適応的設計と共振コンダクタ・トラック構造
20、30、40の対応する構造とを通じて、既知のワ
イヤ・アンテナと比較して更なる小型化を実現すること
も可能である。
z)に対して実現される一実施形態において、セラミッ
ク基板の寸法は、約17×11×4mm3であり、コン
ダクタ・トラック20及び第一金属被覆構造30の全
長、及び、コンダクタ・トラック20及び第一金属被覆
構造40の全長は、それぞれ約39mmであった。
明らかに区別し得るインピーダンス・スペクトラムの傾
きをもたらした。
10が他の構成要素と共に表面実装(SMD)によって
プリント基板100の領域120及び130に設けられ
たプリント基板(PCB)100を概略的に示す。これ
は、ウェーブ・ソルダリング・バス処理若しくはリフロ
ー・ソルダリング処理におけるプレーナー・ソルダリン
グによって為され、よって、はんだ付け点(フットプリ
ント)11及びフィード端子12はボード100上の対
応するはんだ付け点へ接続される。これにより、特に、
放射される電磁気エネルギが該アンテナへ供給されると
きに通る、ボード100上のフィード端子12とコンダ
クタ・トラック111との間の電気的接続が実現され
る。
テナは、更に、GSM1800(DCS)帯域において
も、UMTS帯域においても、ブルートゥース帯域(2
480MHzにおけるBT帯域)においても、用いられ
得る。
面金属被覆を有する、同一若しくは異なる誘電及び/若
しくは透過特性を有する複数のセラミック基板から成り
得る。
基板と金属被覆とを有し、特に高周波及びマイクロ波レ
ンジにおいて用いられ、高い機械的安定性を有し、特に
小型化に適したアンテナを提供することができる。
る。
・スペクトラムを示す図である。
図である。
・スペクトラムを示す図である。
示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 特に高周波及びマイクロ波レンジ用に設
計された、少なくともセラミック基板と金属被覆とを有
するアンテナであって、 前記金属被覆は、 放射される電磁気エネルギ用のフィード端子と、少なく
とも第一の金属被覆構造と、前記基板の周囲の少なくと
も一部に沿って伸びるコンダクタ・トラックと、から成
る表面金属被覆であり、 前記コンダクタ・トラックは、 前記フィード端子を少なくとも1つの前記第一の金属被
覆構造へ接続し、 前記第一の金属被覆構造は、 前記フィード端子の反対側の前記基板の一側面から該フ
ィード端子へ向けて伸びる第一のコンダクタ・トラック
部分と、第一の金属被覆パッドと、を有する、ことを特
徴とするアンテナ。 - 【請求項2】 請求項1記載のアンテナであって、 前記基板は、2つの主面と4つの小さい側面とを有する
ほぼ長方形ブロックの形状を有し、 前記第一の金属被覆構造は、第一の主面上に設けられ
る、ことを特徴とするアンテナ。 - 【請求項3】 請求項2記載のアンテナであって、 前記フィード端子は、前記基板の第二の主面上の第一の
側面の中央領域に位置し、 前記コンダクタ・トラックは、前記基板の第一の側面、
第二の側面、及び、第三の側面の少なくとも一部にそれ
ぞれ沿った、第一の部分、第二の部分、及び、第三の部
分を有する、ことを特徴とするアンテナ。 - 【請求項4】 請求項2記載のアンテナであって、 第二の金属被覆構造は、 前記基板の第二の主面上に設けられ、 前記コンダクタ・トラックに接続され、 前記フィード端子の反対側の前記基板の一側面から該フ
ィード端子へ向けて伸びる第一のコンダクタ・トラック
部分と、第二の金属被覆パッドとを有する、ことを特徴
とするアンテナ。 - 【請求項5】 請求項4記載のアンテナであって、 前記第一及び第二の金属被覆構造は、前記フィード端子
の反対側の前記基板の第三の側面への端部に沿ってそれ
ぞれ伸び、それぞれの第一のコンダクタ・トラック部分
への延長をそれぞれが有する、第二のコンダクタ・トラ
ック部分をそれぞれが有することを特徴とするアンテ
ナ。 - 【請求項6】 請求項5記載のアンテナであって、 前記コンダクタ・トラックの第三部分は、前記基板の第
四の側面とつながり、その端においてT字型端部へマー
ジする前記第三の側面の端まで伸び、 上記T字型端部の自由端はそれぞれ別々の第二コンダク
タ・トラック部分へ接続される、ことを特徴とするアン
テナ。 - 【請求項7】 請求項1記載のアンテナであって、 前記コンダクタ・トラックに、それに対してほぼ横方向
に、ギャップが設けられ、 前記ギャップの長さ及び幅は、該アンテナの具体的な構
造状況に対するインピーダンス適応が実現されるよう
に、選択される、ことを特徴とするアンテナ。 - 【請求項8】 請求項1記載のアンテナであって、 請求項1に係る表面金属被覆をそれぞれが有する複数の
セラミック基板から成る、ことを特徴とするアンテナ。 - 【請求項9】 特に電子機器の表面実装用に設計された
プリント基板であって、 請求項1乃至8のいずれか一記載のアンテナを有するこ
とを特徴とするプリント基板。 - 【請求項10】 特にGSM若しくはUMTSレンジ用
に設計された携帯電話装置であって、 請求項1乃至8のいずれか一記載のアンテナを有するこ
とを特徴とする携帯電話装置。
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