JP2003179427A

JP2003179427A - 内蔵アンテナ、これを備える携帯無線機及び内蔵アンテナ用誘電体基板

Info

Publication number: JP2003179427A
Application number: JP2002261959A
Authority: JP
Inventors: Noriyasu Sugimoto; 典康杉本; 俊克 ▲高▼田; Toshikatsu Takada
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化、高性能化及び高集積化を図りつつ低
コストである内蔵アンテナ、これを用いた携帯無線機及
び内蔵アンテナ用誘電体基板を提供することを課題とす
る。【解決手段】本内蔵アンテナは、携帯無線機の主要回
路等が形成されたプリント基板の一部に形成され、プリ
ント基板１１上にアンテナパターン１２を形成したマイ
クロストリップアンテナ１と、このマイクロストリップ
アンテナ１表面に配設する誘電体基板２とを備える。こ
のような内蔵アンテナは、マイクロストリップアンテナ
１表面に誘電体基板２を配設することにより、誘電体基
板２がない場合と比べてより低い共振周波数とすること
ができる。また、誘電体基板２の誘電率を大きくした
り、より厚くすることによって、同じ共振周波数のアン
テナを形成する場合、小型化を図ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話、無線Ｌ
ＡＮ機器及びコードレス電話等の携帯無線機器に内蔵し
て用いられる内蔵アンテナ、この内蔵アンテナを用いた
携帯無線機、及び内蔵アンテナ用誘電体基板に関する。
更に詳しくは、小型化、高性能化及び高集積化を図りつ
つ低コストで製造することができる内蔵アンテナ、この
内蔵アンテナを用いた携帯無線機、及び内蔵アンテナ用
誘電体基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話及び無線ＬＡＮ等の携帯無線機
器に用いられるアンテナとして、表面実装型アンテナが
開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を
参照。）。この表面実装型アンテナは、図６に示すよう
に、誘電体基板２上に放射電極２２及びグラウンド電極
２３を備えたアンテナパターン１２を形成した誘電体ア
ンテナであり、携帯無線機器のプリント基板上に実装す
るものである。この誘電体アンテナは、小型であっても
高利得を目指すために高い寸法精度が要求されている。
また、近年においては更なる小型化要求により多層化等
の高集積化も検討されており、より高い寸法精度が要求
されることになる。

【０００３】

【特許文献１】特許３１１４５８２号公報（第２−３
頁、第１図）

【特許文献２】特開平９−５５６１８号公報（第２頁、
第１図）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、小型化、高利
得化及び高集積化に伴う寸法精度の更なる高精度化や、
多層化は、コスト高をまねくため安価に製造できること
が望まれている。このような安価にアンテナを設ける要
求に対して、携帯無線機器の主要回路等が形成されたプ
リント基板に、アンテナパターンも形成する方法を例示
することができる。このようなアンテナは、例えば、図
７に示すようにプリント基板１１の裏面全体にグラウン
ド電極１２２が形成され、プリント基板１１を隔てた表
面に放射電極１２１を形成し、アンテナパターン１２を
構成することができる。しかし、このようなアンテナ
は、その大きさが使用する共振周波数とプリント基板の
厚み及び誘電率等により一意的に決まり、上記誘電体ア
ンテナより大きな面積になるため、高集積化に適さなか
った。また、共振周波数の異なるアンテナが必要な場
合、上記誘電体アンテナでは、所望の共振周波数毎に異
なる誘電体アンテナを用意しなければならず、更なるコ
ストの増加となっていた。

【０００５】更に、図１１に示すように、ミアンダ状等
の放射電極１２１からなるアンテナパターンが形成され
たアンテナは、放射電極１２１が実装面の反対側の面に
形成されており、通電のために３面以上の面に導電パタ
ーンを形成する必要があった。このため、製造工程が多
くなり、煩雑であった。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決するも
のであり、小型化、高性能化及び高集積化を図りつつ低
コストで製造することができる内蔵アンテナ、この内蔵
アンテナを用いた携帯無線機、及び内蔵アンテナ用誘電
体基板を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の内蔵アンテナ
は、プリント基板の表面及び／又は内部に形成される放
射電極及びグラウンド電極を具備するアンテナパターン
と、該プリント基板の少なくとも片面に配設する誘電体
基板とを備えることを特徴とする。また、上記アンテナ
パターンは、所定共振周波数より高い共振周波数のアン
テナであり、上記誘電体基板の配設により該所定共振周
波数となるようにすることができる。

【０００８】更に、上記アンテナパターンは、上記誘電
体基板の配設により所定帯域で必要な利得を得ることが
できる。上記誘電体基板は、上記プリント基板に該誘電
体基板を配設するための金属材からなるパッドを具備
し、該パッドは上記放射電極又は上記グラウンド電極と
接続することができる。また、上記誘電体基板及び上記
プリント基板は、該誘電体基板を該プリント基板に配設
するための金属材からなるパッドをそれぞれ具備し、該
パッドにより該誘電体基板と該プリント基板とを接続す
ることができる。尚、誘電体基板に設けるパッドは、プ
リント基板に設けるパッドと対応する位置に設けること
ができる。

【０００９】また、上記アンテナパターンはマイクロス
トリップ構造のパッチアンテナとすることができる。更
に、上記アンテナパターンはミアンダ状とすることがで
きる。また、上記アンテナパターンはスパイラル状とす
ることができる。更に、上記プリント基板は携帯無線機
に内蔵される基板とすることができる。

【００１０】本発明の内蔵アンテナ用誘電体基板は、放
射電極及びグラウンド電極を具備するプリント基板に配
設するための手段を備えることを特徴とする。本発明の
携帯無線機は、上記内蔵アンテナを備えることを特徴と
する。

【００１１】また、上記「プリント基板」は、誘電体基
板を取り除いてもアンテナとして機能し、誘電体基板を
実装することで、共振周波数を所定の周波数に調節する
ことができる。更に、上記プリント基板は、誘電体基板
を取り除いてもアンテナとして機能するが、誘電体基板
を実装することで所定利得を得ることができる。

【００１２】上記「アンテナパターン」は、アンテナと
して機能する任意形状の導電配線である。このアンテナ
パターンの種類は任意に選択することができ、マイクロ
ストリップ構造のパッチアンテナや、蛇行するように配
設されるミアンダ状アンテナ、スパイラル状アンテナ及
びパッチアンテナの放射電極を接地した逆Ｆアンテナ等
を例示することができる。また、アンテナパターンは、
放射電極及Ａびグラウンド電極の両方をプリント基板の
一方の面に形成してもよいし、プリント基板の両面に放
射電極及びグラウンド電極のそれぞれを形成してもよ
い。更に、放射電極及びグラウンド電極の、一方又は両
方を積層や埋設等によって、プリント基板の内部に形成
することができる。

【００１３】また、上記「誘電体基板」は、上記アンテ
ナパターンの共振周波数を必要な帯域まで下げるために
用いられる高誘電率の部材であり、その要求される特性
に合わせて材質、形状及び大きさが決定される。更に、
誘電体基板をプリント基板に配設する方法も特に問わ
ず、誘電体基板に設けたパッドを介した半田付け、接
着、他の部材による挟持等を例示することができる。上
記「金属材」は、金属ペーストの焼付け、メッキ（電
解、無電解等の方法を問わない）や、金属箔の接着等の
任意方法により誘電体基板上に形成されたものであり、
半田付け面（パッドという）に用いられたり、電気回路
の一部として用いられる。

【００１４】〔作用〕本内蔵アンテナは、プリント基板
にアンテナパターンを形成し、更にそのアンテナパター
ン上に誘電体基板を設けることにより、所望する共振周
波数及び利得を確保しつつ、安価且つ小型に作製するこ
とができる。つまり、誘電体基板にアンテナパターンを
形成するよりも高密度化が容易なプリント基板にアンテ
ナパターンを形成するとともに、所望する共振周波数及
び利得を確保可能にする誘電体基板を設けることで、内
蔵アンテナの小型化が達成されるとともに、容易に作製
することが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図１〜５及び図８、９を用
いて本発明の内蔵アンテナ、これを備える携帯無線機及
び内蔵アンテナ用誘電体基板の実施形態について詳しく
説明する。本内蔵アンテナは、携帯無線機の主要回路等
が形成されたプリント基板の一部に形成されている。ま
た、本内蔵アンテナは図１〜３に示すように、プリント
基板１１上にアンテナパターン１２を形成したマイクロ
ストリップアンテナ１と、このマイクロストリップアン
テナ１表面に配設する誘電体基板２とを備える。

【００１６】プリント基板１１上に形成される平面状の
アンテナパターン１２は、プリント基板１１の表側に形
成される放射電極１２１と、プリント基板１１の裏側に
形成されるグラウンド電極１２２とからなる。例えば、
プリント基板１１の比誘電率が３．５、厚みが０．８ｍ
ｍであって、放射電極１２１が６ｍｍ角の正方形パッチ
である場合、マイクロストリップアンテナ１の共振周波
数は約２０ＧＨｚになる。

【００１７】また、プリント基板１１の表面には誘電体
基板２を半田付けによって固定するためのパッド１３が
形成されている。尚、パッド１３はアンテナパターン１
２と一括形成することができる。更に、また、放射電極
１２１は図８に示すように、線幅０．５ｍｍ、線間０．
５ｍｍ、折り返し幅２．０ｍｍ、折り返し回数６ターン
のミアンダ状等とすることができる。更に、図９に示す
ようにスパイラル上にすることができる。

【００１８】誘電体基板２は、ＢａＯ−ＴｉＯ₂系やＢ
ａＯ−ＴｉＯ₂−希土類酸化物系の誘電体セラミックス
等の一般に用いられる誘電体材料であり、放射電極１２
１を覆う程度の大きさ（放射電極１２１が６ｍｍ角の場
合は約１０ｍｍ角）の平板である。更に、プリント基板
１１の表面に対向する面には、金属材からなるパッド２
１が金属ペーストの焼付けにより形成されており、プリ
ント基板１１側のパッド１３と半田付けして固定するた
めに用いられる。尚、誘電体基板２は、上記材質や大き
さに限られず任意に選択することができる。

【００１９】このような構成の内蔵アンテナは、マイク
ロストリップアンテナ１表面に誘電体基板２を配設する
ことにより、同じ大きさのアンテナであっても誘電体基
板２がない場合と比べてより低い共振周波数とすること
ができる。また、誘電体基板２の誘電率を大きくした
り、より厚くすることによって、同じ共振周波数のアン
テナを形成する場合、小型化を図ることが可能となる。
更に、アンテナパターン１２をプリント基板１１上に設
け、他の回路パターンと一括で形成できるので、プリン
ト基板１１の回路パターン形成に用いられている写真技
術やエッチング技術を用いることができ、図６に示すよ
うな誘電体基板２にアンテナパターン１２を形成するよ
り安価で緻密なアンテナパターン１２を安定して形成す
ることができる。

【００２０】また、誘電体基板２に設ける金属材は、誘
電体基板２をプリント基板１１に半田付け固定するため
のパッド２１のみ形成するため、誘電体基板２には簡単
なパターンのみ形成するだけでよく、パターンの断線試
験等、回路に関わる試験を行う必要がなくなるため、少
ない工数で安価に製造することができる。更に、誘電体
基板２の誘電率や大きさ等を変更することにより、同じ
アンテナパターン１２であっても、その共振周波数を適
宜変更することができ、設計変更を容易に行うことがで
きる。また、誘電体基板２の誘電率や大きさ等を変更す
ることで、アンテナの利得を向上させることができる。
また、この内蔵アンテナは、同形状の誘電体基板２であ
ってもアンテナパターン１２の大きさや形状を適宜変更
することで共振周波数を変えることができ、必要とする
共振周波数毎に専用の誘電体基板２を用意する必要がな
い。

【００２１】上記内蔵アンテナを備える携帯無線機は、
それに内蔵されるプリント基板の一部に内蔵アンテナを
形成するように製造することができるため、従来と同じ
工数で製造することができる。また、アンテナパターン
１２の設計を他の回路と同時に行うことができるため、
より柔軟な設計を行うことができる。

【００２２】

【実施例】本内蔵アンテナは、誘電体基板２を変更する
ことで本アンテナの共振周波数を変更可能である。この
ため、誘電体基板２の材質や厚みを変更した本発明の内
蔵アンテナを作製してその性能を調べた。１．パッチ状内蔵アンテナ本実施例１は、アンテナパターンがパッチ状の携帯無線
機用内蔵アンテナである。本内蔵アンテナは図１〜３に
示すように、プリント基板の比誘電率が３．５、厚みが
０．８ｍｍであって、放射電極１２１が６ｍｍ角の正方
形であるマイクロストリップアンテナ１（共振周波数；
約２０ＧＨｚ）を作製し、これに大きさが約１０ｍｍ角
の誘電体基板２を配設した内蔵アンテナを作製し（実験
例２〜５）、その共振周波数と反射係数（Ｓ１１）につ
いて調べた。また、誘電体基板２を配設しないマイクロ
ストリップアンテナ１単体についても比較例（実験例
１）として調べた。これらの結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１に示すように、本内蔵アンテナは、誘
電体基板２の誘電率や厚みを変えることにより、同じア
ンテナパターン１２であってもその共振周波数を変える
ことができる。また、誘電率をより大きくしたり、厚み
を増やすことで誘電体基板２を設けない比較例である実
験例１より低い共振周波数とすることができ、必要な利
得を得られることがわかる。

【００２５】２．ミアンダ状内蔵アンテナ本実施例２は、アンテナパターンがミアンダ状の携帯無
線機用内蔵アンテナである。また、本内蔵アンテナは図
８に示すように、プリント基板１１上にアンテナパター
ン１２を形成したミアンダモノポールアンテナ１と、こ
のミアンダモノポールアンテナ１表面に配設する誘電体
基板２とを備える。また、アンテナパターン１２は、線
幅０．５ｍｍ、線間０．５ｍｍ、折り返し幅２．０ｍ
ｍ、折り返し回数６ターンのミアンダ状である。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２に示すように、本内蔵アンテナは実施
例１と同様に、誘電体基板２の誘電率や厚みを変えるこ
とにより、同じアンテナパターン１２であってもその共
振周波数を変えることができる。また、誘電率をより大
きくしたり、厚みを増やすことで誘電体基板２を設けな
い比較例である実験例６より低い共振周波数とすること
ができ、必要な利得を得られることがわかる。

【００２８】３．スパイラル状内蔵アンテナ本実施例３は、アンテナパターンがスパイラル状の携帯
無線機用内蔵アンテナである。また、本内蔵アンテナは
図９に示すように、プリント基板１１上にアンテナパタ
ーン１２を形成したスパイラルモノポールアンテナ１
と、このスパイラルモノポールアンテナ１表面に配設す
る誘電体基板２とを備える。

【００２９】このようなスパイラル状内蔵アンテナは実
施例１及び２と同様に、誘電体基板２の誘電率や厚みを
変えることにより、同じアンテナパターン１２であって
もその共振周波数を変えることができる。また、誘電率
をより大きくしたり、厚みを増やすことで、必要な利得
を得つつ、より低い共振周波数とすることができる。

【００３０】尚、本発明においては、上記実施例に限ら
ず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した
実施例とすることができる。即ち、本実施例１の内蔵ア
ンテナは正方形状の放射電極１２１を用いたが、長方形
状、円形状及び十字型等、任意形状の放射電極とするこ
とができる。また、本実施例２の内蔵アンテナにおいて
も、ターン数を変えたりすることができる。プリント基
板１１に誘電体基板２を配設する方法として両者に形成
したパッド１３、２１を介した半田付けを例示したが、
ホットボンド等による接着や、任意の押さえ部材による
係止など、任意の配設方法を選択することができる。

【００３１】更に、誘電体基板２の大きさや形状は任意
に選択することができる。また、図４に示すように、放
射電極１２１表面に放射電極１２１と同形状の誘電体基
板２を半田付け等で固定することができる。このような
形態とすることで、内蔵アンテナの更なる小型化が可能
とすることができる。更に、図５に示すように、複数の
アンテナパターン１２ａ、１２ｂに対して一つの誘電体
基板２のみ配設してもよい。このような内蔵アンテナ
は、ダイバーシティ方式のように複数のアンテナが必要
であっても部品点数を増やすことなく作製することがで
きる。

【００３２】また、各実施例のプリント基板１１側のパ
ッド１３を設けず、誘電体基板２側のパッド２１を放射
電極１２１又はグラウンド電極１２２と接続すること
で、誘電体基板２をプリント基板１１に固定することが
できる。パッド１３をこれら電極と接続することで、パ
ッド２１が不要となるため、プリント基板１１のパター
ン設計が容易にすることができる。

【００３３】更に、参考例として図１０に示すように誘
電体基板２の基板実装面に任意のアンテナパターンを構
成する放射電極１２１を形成する内蔵アンテナを挙げる
ことができる。このような内蔵アンテナは、パッド２１
と同じ面のみに放射電極１２１が形成されているため、
必要最小限の金属材の形成工程で作成することができ
る。また、基板上に設けた放射電極と接続して用いるこ
とにより、少ない面積で、より長波長の電磁波を送受信
することができる。尚、この放射電極１２１を覆うよう
に任意の材質の保護膜を形成して、実装時の半田等から
放射電極１２１を保護することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の内蔵アンテナによれば、従来の
誘電体アンテナ等に比べて安価で安定して内蔵アンテナ
の製造を行うことができる。また、その共振周波数を適
宜変更することができ、設計変更を容易に行うことがで
きる。本発明の内蔵アンテナ用誘電体基板によれば、同
じ誘電体基板であってもアンテナパターンの大きさや形
状を適宜変更することで共振周波数を変えることがで
き、必要とする共振周波数毎に専用の誘電体基板を用意
する必要がない。

【００３５】本発明の携帯無線機によれば、上記内蔵ア
ンテナを備えることで、プリント基板の一部に内蔵アン
テナを形成するように製造することができるため、従来
と同じ工数で製造することができる。また、アンテナパ
ターンの設計を他の回路と同時に行うことができるた
め、より柔軟な設計を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本内蔵アンテナ用のプリント基板と、このプリ
ント基板に配設する内蔵アンテナ用誘電体基板を説明す
るための模式斜視図である。

【図２】本内蔵アンテナの構成を説明するための模式側
面図である。

【図３】本内蔵アンテナの構成を説明するための模式斜
視図である。

【図４】放射電極と同じ大きさの誘電体基板を放射電極
上に配設した、他の態様の内蔵アンテナの構成を説明す
るための模式斜視図である。

【図５】一つのプリント基板に複数のアンテナパターン
を設けた、他の態様の内蔵アンテナの構成を説明するた
めの模式斜視図である。

【図６】誘電体基板にアンテナパターンを設けた誘電体
アンテナの模式斜視図である。

【図７】プリント基板にアンテナパターンを設けたマイ
クロストリップアンテナの模式斜視図である。

【図８】本実施例のミアンダ状アンテナパターンを備え
る内蔵アンテナの構成を説明するための模式斜視図であ
る。

【図９】本実施例のスパイラル状アンテナパターンを備
える内蔵アンテナの構成を説明するための模式斜視図で
ある。

【図１０】ミアンダ状アンテナパターンを備える内蔵ア
ンテナの構成を説明するための（ａ）平面図、（ｂ）側
面図及び（ｃ）底面図である。

【図１１】従来のミアンダ状アンテナパターンを備える
内蔵アンテナの構成を説明するための（ａ）側面図及び
（ｂ）平面図である。

【符号の説明】

１；マイクロストリップアンテナ、１１；プリント基
板、１２；アンテナパターン、１２１；放射電極、１２
２；グラウンド電極、２；誘電体基板、１３、２１；パ
ッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J045 AA01 AB05 BA01 DA10 EA08 GA05 HA03 JA11 NA03 5J046 AA03 AB06 AB13 PA04 PA07 5K011 AA06 JA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリント基板の表面及び／又は内部に形
成される放射電極及びグラウンド電極を具備するアンテ
ナパターンと、該プリント基板の少なくとも片面に配設
する誘電体基板とを備えることを特徴とする内蔵アンテ
ナ。
【請求項２】上記アンテナパターンは、所定共振周波
数より高い共振周波数のアンテナであり、上記誘電体基
板の配設により該所定共振周波数となる請求項１記載の
内蔵アンテナ。
【請求項３】上記アンテナパターンは、上記誘電体基
板の配設により所定帯域で必要な利得を得ることができ
る請求項１又は２記載の内蔵アンテナ。
【請求項４】上記誘電体基板は、上記プリント基板に
該誘電体基板を配設するための金属材からなるパッドを
具備し、該パッドは上記放射電極又は上記グラウンド電
極と接続する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内
蔵アンテナ。
【請求項５】上記誘電体基板及び上記プリント基板
は、該誘電体基板を該プリント基板に配設するための金
属材からなるパッドをそれぞれ具備し、該パッドにより
該誘電体基板と該プリント基板とを接続する請求項１乃
至３のいずれか一項に記載の内蔵アンテナ。
【請求項６】上記アンテナパターンはマイクロストリ
ップ構造のパッチアンテナである請求項１乃至５のいず
れか一項に記載の内蔵アンテナ。
【請求項７】上記アンテナパターンはミアンダ状であ
る請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内蔵アンテ
ナ。
【請求項８】上記アンテナパターンはスパイラル状で
ある請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内蔵アンテ
ナ。
【請求項９】上記プリント基板は携帯無線機に内蔵さ
れる基板である請求項１乃至８のいずれか一項に記載の
内蔵アンテナ。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか一項に記載
の放射電極及びグラウンド電極を具備するプリント基板
に配設するための手段を備えることを特徴とする内蔵ア
ンテナ用誘電体基板。
【請求項１１】請求項１乃至９のいずれか一項に記載
の内蔵アンテナを備えることを特徴とする携帯無線機。