JP2004040597A - フィルタ内蔵アンテナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一面に導電体膜が形成される誘電体シート31が、少なくとも1個のフィルタ2を構成するように積層されて、積層誘電体ブロック3が形成され、その積層誘電体ブロック3に固定して放射素子1が設けられ、フィルタ2の一方の電極が放射素子1に電気的に接続されている。フィルタ2の他方の電極は、側面には露出しないように、ビアコンタクト33および配線34を介して、積層誘電体ブロック3の搭載面B(搭載される回路基板と対向する面)に導出され、その搭載面に設けられる給電端子電極4と接続されている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機や携帯端末機などに搭載するのに適した小型でマッチングを採りやすいと共に、回路基板などに搭載する場合に回路基板上の電子回路と相互干渉をしないような構造のフィルタ内蔵アンテナに関する。さらに詳しくは、たとえばセルラ用とGPSやブルートゥース用など複数の周波数帯で使用するような場合でも、相手方の信号が給電端子電極を介して受信回路側などに廻り込み、相互に干渉するということが生じないような構造のフィルタ内蔵アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、アンテナにより送受信する信号は、帯域通過フィルタなどのフィルタを介して、所望の周波数帯の信号のみを送受信することができるようにされている。このフィルタは、従来別個に製造されたものをアンテナに外部接続して使用されていたが、近年ではアンテナとフィルタとのマッチングの煩わしさの解消や電子機器の小型化要請などに基づいて、アンテナとフィルタとを一体化したフィルタ内蔵アンテナが開発されている。
【0003】
このようなフィルタ内蔵アンテナ85は、たとえば図7に回路基板86に搭載した状態の一例の一部斜視説明図およびその断面説明図が示されるように、フィルタを構成するキャパシタやインダクタを形成するように、導電体パターンが形成された誘電体シートが積層されて焼成された積層誘電体ブロック83の表面側に放射素子81が形成されることにより構成されている。このフィルタの一方の電極は放射素子81と電気的に接続され、他方の電極は外部回路の送受信回路などと接続し得るように積層誘電体ブロック83の外面に設けられる給電端子電極84と接続されている。従来のこの種のフィルタ内蔵アンテナでは、図7(b)に図7(a)の断面説明図が示されるように、インダクタやキャパシタを形成した導電体パターンからなるフィルタ82の他方の電極から配線膜834をそのまま端部まで延ばして導出し、積層された誘電体ブロック83を形成した後に、その側面に露出した配線膜834と連結して給電端子電極84をその側面から裏面(回路基板86への搭載面)まで廻り込むように形成されている。この給電端子電極84は、回路基板86の給電線862に直接ハンダ付けなどにより接続される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来のフィルタ内蔵アンテナは、フィルタの他方の電極が誘電体ブロック83の側面に導出され、その導出された配線膜834と接続されるように誘電体ブロック83の側面から搭載面(アンテナが取り付けられる回路基板と対向する面、裏面)にかけて給電端子電極84が設けられている。そのため、放射素子81などで送受信する電波を誘電体ブロック側面の給電端子電極84で直接拾う場合が生じやすい。また、近年では、たとえば携帯電話機でセルラー用の送受信をすると共に、GPS(Global Positioning System;衛星測位システム)の信号も受信したり、無線LANのためのブルートゥース用アンテナなど、2以上の周波数帯の信号を送受信できるようにアンテナが構成されており、給電端子電極84には、2以上の周波数帯の信号が給電されやすい。
【0005】
一方、このフィルタ内蔵アンテナ85を搭載する回路基板86には、給電線862と接続して図示しない受信側のローノイズアンプなどを含む受信回路や送信回路などの電子回路が形成されており、2以上の周波数帯で送受信する場合には、それぞれの周波数帯でこれらの電子回路が形成されており、給電端子電極とこれらの電子回路とが電磁界結合をして、給電端子電極で拾ったノイズまたは他の周波数帯の信号が直接回路基板上の回路と相互干渉してアイソレーション特性(相互間の結合が小さいこと)の悪化(ノイズの増大)となったり、送受信特性の低下につながるという問題がある。
【0006】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、誘電体シートの積層体によるフィルタと放射素子とを一体化して小型化を図りながら、回路基板に直接搭載しても回路基板上の電子回路とアンテナの給電端子電極との間で相互干渉しないで、アイソレーション特性を向上させると共に、送受信特性を向上させることができる構造のフィルタ内蔵アンテナを提供することを目的とする。
【0007】
本発明の他の目的は、このフィルタ内蔵アンテナを回路基板に搭載する場合に、電子回路との間で相互干渉を防止するのにとくに適するように、回路基板に搭載するフィルタ内蔵アンテナの搭載構造を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によるフィルタ内蔵アンテナは、一面に導電体膜が形成される誘電体シートが、少なくとも1個のフィルタを構成するように積層されて形成される積層誘電体ブロックと、該積層誘電体ブロックに固定して設けられると共に前記フィルタの一方の電極に電気的に接続される放射素子と、前記フィルタの他方の電極と電気的に接続され、前記積層誘電体ブロックの外面に設けられる給電端子電極とを有し、該給電端子電極が、前記積層誘電体ブロックが外部の回路基板に搭載される際に対向する面である搭載面に設けられ、前記フィルタの他方の電極と前記給電端子電極とを接続する接続配線が前記積層誘電体ブロックの搭載面以外の外面に露出しないように形成されている。
【0009】
ここに「放射素子」とは、誘電帯ブロックの一面に導電体膜で放射パターンが形成された放射電極や平面状放射電極パターンなどの電波を放射し得るものを意味する。また、「電気的に接続」とは、導体により直接接続される場合の他、他の電子部品を介して接続される場合や、導体により直接には接続されなくても電磁界により結合される場合も含む意味である。さらに、「外面」とは積層された誘電体ブロックの外部に露出する面を意味し、「搭載面」とは、搭載される回路基板と対向する面を意味する。
【0010】
この構造にすることにより、給電端子電極はフィルタ内蔵アンテナが搭載される回路基板のみに面しており、回路基板には、シールド板が埋め込まれた多層積層体などを用いることができるため、給電端子電極を完全にシールドしながら回路基板の給電線と接続することができる。その結果、給電端子電極に外部ノイズが直接乗ることはなく、また、他の周波数帯の信号が給電端子電極に現れても、異なる周波数帯の受信回路などと結合することがない。その結果、給電端子電極と回路基板上の電子回路とのアイソレーション特性は非常に向上し、また、所望の送受信信号などの特性を低下させる虞れは全くなく、非常に高性能なフィルタ付きアンテナとして機能する。
【0011】
前記フィルタの他方の電極と前記給電端子電極との電気的接続は、たとえば前記誘電体シートに設けられるコンタクト孔内に埋め込まれる導体からなるビアコンタクトを介して行われる。
【0012】
本発明によるフィルタ内蔵アンテナの搭載構造は、請求項1記載のフィルタ内蔵アンテナが、シールド層および配線層を少なくとも有する積層構造の回路基板に搭載され、前記給電端子電極が該回路基板内に設けられる内部配線に電気的に接続され、該内部配線を介して前記回路基板表面に設けられる電子部品と前記給電端子電極とが電気的に接続されている。この構成にすることにより、給電端子電極と接続される給電線に内部配線を用いることができ、全く外部に露出させることなく、シールド板によりシールドされた状態で電子回路を構成する部品に接続することができるため、非常に高特性の送受信機を得ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明のフィルタ内蔵アンテナについて説明をする。本発明によるフィルタ内蔵アンテナは、図1にその一実施形態の構造説明図が示されるように、一面に導電体膜が形成される誘電体シート31が、少なくとも1個のフィルタ2を構成するように積層されて、積層誘電体ブロック3が形成されている。そして、その積層誘電体ブロック3に固定して放射素子1が設けられ、フィルタ2の図示しない一方の電極が放射素子1に電気的に接続されている。また、フィルタ2の他方の電極22は、ビアコンタクト33および配線34を介して、積層誘電体ブロック3の外面に設けられる給電端子電極4と接続されている。本発明では、この給電端子電極4が、図1(c)に背面図で示されるように、この積層誘電体ブロック2が図示しない回路基板に搭載される際に回路基板と対向する面である搭載面Bのみに設けられ、積層誘電体ブロック3の外部に露出する側面には露出しないように形成されていることに特徴がある。
【0014】
図1に示される例では、1個の放射素子1と1個の周波数帯の信号に対応するフィルタ2のみが図示されているが、たとえばセルラ用のAMPS/PCS、衛星測位システム(GPS)、またはブルートゥース(BT)など、複数の周波数帯の信号を送受信し得るように複数の放射素子1(1個の放射素子により複数の周波数帯に用いる場合もある)や複数の周波数帯信号用のフィルタ2が1個の積層誘電体ブロック3に取り付けられたり、作り込まれてもよい。なお、1個の積層誘電帯ブロック3に2以上の周波数帯用のフィルタを作り込む場合、それぞれの周波数帯用フィルタ2のブロック毎に、縦方向のシールド壁を積層誘電体ブロック3内に形成し、相互干渉しないようにすることが好ましい。このシールド壁は、後述する帯状ビアコンタクトと同様の方法で形成することができる。
【0015】
放射素子1は、図1に示される例では、接地導体35上に誘電体層を介して設けられたパッチ状の放射電極により形成された例であるが、帯状導体または帯状の導体によりパターン化された放射電極などを給電電極と容量結合させるセラミックアンテナなど、他の構成でもよいし、誘電体ブロック3の側面に設けられる構造でもよい。
【0016】
フィルタ2は、後述するように積層誘電体ブロック3内にインダクタL、キャパシタCおよび共振器を形成し、たとえば図2(a)に示されるように接続して形成することにより、低域通過フィルタLPFや高域通過フィルタHPF、また共振器と共にバンドパスフィルタBPFを形成することにより、所望の周波数帯域のみを通過させ得るように構成することができる。このフィルタ2の一方の電極21は放射素子1に電気的に接続され、他方の電極22は給電端子電極4に電気的に接続される。また、2以上の周波数帯用の放射素子およびフィルタを組み込む場合、たとえばAMPS(0.8GHz)/PCS(1.8GHz)のセルラ用とGPS(1.5GHz)用とを設ける場合に、GPS用のアンテナに接続するフィルタには、図2(b)に示されるように、1.4GHzより低い周波数帯をカットする高域通過フィルタHPF、および1.6GHzより高い周波数帯をカットする低域通過フィルタLPFを接続し、さらに1.5GHzに近い1.8GHz帯を確実にカットするため、1.8GHz帯の帯域除去フィルタBEFを挿入することにより、確実に相手方の信号が混信するのを防止するように構成することもできる。他の周波数帯でも、そのL、Cの大きさや接続を変えるだけで形成することができる。
【0017】
積層誘電体ブロック3は、その断面説明図が図1(b)に示されるように、たとえばセラミックシート(グリーンシート)31の一面に導電体膜が印刷などにより所望の形状に形成され、前述のフィルタ2を形成するための、インダクタなどを構成するストリップラインLや、誘電体シート31を挟んで導電体膜を形成することによりキャパシタCなどが形成されるように、また、インダクタLとキャパシタCとを接続するビアコンタクト32や、後述するフィルタ2の他方の電極22を給電端子電極4と接続するためのビアコンタクト33や配線34が形成されるように、各誘電体シート31に所望のパターンで導電体膜が形成されたり、シールド用にほぼ全面に導電体膜35が形成されたものなど、セラミックシート31を重ね合せてプレスした状態で切断して、焼結することにより、外形的には、たとえば(2〜30mm)×(2〜30mm)程度の大きさで、0.5〜7mm程度の厚さに形成される。
【0018】
フィルタ2の他方の電極22を給電端子電極4と接続するためのビアコンタクト33および配線34は、電極22を積層誘電体ブロック3の側面を介して底面側に導出しないで、積層誘電体ブロック3の内部を経由して直接誘電体ブロック3の底面(搭載面B)に導出するために形成されている。図1に示される例では、2個のビアコンタクト33が配線34を介して接続されているが、これはフィルタの電極22と給電端子電極4とが平面的にずれている場合とか、電極22と誘電体ブロック2の底面との距離が大きいときに、何枚もの誘電体シートに同じ場所でビアコンタクトを形成すると、その部分だけが厚くなるため、平面的に異なる位置にずらせてビアコンタクト33を形成する必要がある場合などに、ビアコンタクト33の位置をずらせるために形成されている。しかし、そのような必要のない場合には、1個のビアコンタクト33で直接フィルタの他方の電極22と給電端子電極4とを接続することもできる。
【0019】
セラミックシート31を挟んで上下の導電体膜を接続する場合には、セラミックシート31に形成されるコンタクト孔(スルーホール)内に導電体を埋め込んで接続するビアコンタクト32、33により接続されるが、このビアコンタクト32、33を図3に、図1(b)に示されるビアコンタクト部32の直角方向の断面説明図が示されるように、帯状に形成することにより、接続の断面積を大きくして高周波抵抗やインダクタンスの増加を防ぐことができ、積層構造でフィルタを形成しながら、高特性のフィルタを形成することができる。この帯状のビアコンタクト32、33にするには、セラミックシート31に設けるコンタクト孔を細長い溝状に形成することにより形成できる。
【0020】
このような積層誘電体ブロック3を製造するには、たとえば100μm程度の厚さのセラミックシート31にビアコンタクト用のコンタクト孔や細長い溝を成形金型により形成し、その溝内および必要なストリップラインを導電体ペーストの印刷などにより形成する。その後、前述のようにフィルタ回路やビアコンタクト32、33などが形成されるように数十枚重ねてプレスして固め、個々の積層誘電体ブロックの大きさに切断し、または切断用溝を形成した後、焼結することにより形成される。なお、この積層誘電体ブロック3の表面や側面、底面などに放射素子1や接地導体36を形成する場合には、その側面に銀ペーストなどの導電体を印刷などにより設けることにより形成することができる。
【0021】
給電端子電極4は、前述の放射素子1や接地導体36を形成する場合と同様に、銀ペーストなどの導電材料を印刷などにより、ビアコンタクト33と接続されるように設け、焼成することにより形成される。
【0022】
このようなフィルタ内蔵アンテナは、通常、信号処理回路などが形成される回路基板に直接搭載されて携帯電話機などの筐体内に組み込まれる。本発明の給電端子電極4が積層誘電体ブロック3の側面に露出しない構造のフィルタ内蔵アンテナ5は、回路基板として、図4に示されるような絶縁シート61にシールド層63と給電線62などの少なくとも1層の配線層などが形成された積層構造の回路基板6(図4に示される例では、シールド層63が上下の外面に設けられているが、一方だけでもよいし、内部に設けられていてもよい)を用いることにより、給電端子電極4と、たとえば受信信号処理回路のローノイズアンプ65とを完全なシールド状態で接続することができ、給電端子電極4と電子回路間での結合を殆ど完全に排除することができる。しかし、図7に示される従来の取付構造である回路基板表面の給電線に直接給電端子電極を接続しても、給電端子電極が完全に積層誘電体ブロックの裏側のみに位置しているため、給電端子電極と回路基板上の電子回路との相互結合が非常に抑制され、相互間のアイソレーション特性が向上する。
【0023】
本発明によるフィルタ内蔵アンテナを回路基板表面に設けられる給電線と接続して周波数に対する利得の関係であるアンテナの周波数特性を、従来の積層誘電体ブロック側壁に亘って給電端子電極が設けられた構造のフィルタ内蔵アンテナと比較して調べた。この特性検査は、図5に示されるように、たとえば携帯電話機のような筐体71に、テスト用のアンテナ72を取り付け、筐体71内にフィルタ内蔵アンテナ5を搭載した回路基板6を取り付けて、テスト用アンテナ72から0.8〜4GHzの各周波数の信号を放射したときに、受信信号によるゲインの周波数特性を調べたものである。なお、フィルタ内蔵アンテナ5としては、ブルートゥース用の2.4GHz帯用アンテナを用いた。図6(a)が本発明によるアンテナを回路基板表面に設けられた給電線に直接接続したもので、図6(b)が図7に示されるような側面にも給電電極端子が設けられた構造のアンテナの特性である。
【0024】
図6から明らかなように、本発明によれば、1.76GHz以下および3.04GHz以上の周波数帯で非常に減衰している(所望の2.4GHz帯以外の周波数帯では減衰するのが好ましい)のに対して、従来構造の図6(b)では、離れた周波数帯でもその減衰が小さくノイズとして混入しやすいことを示している。これは、フィルタ内蔵で、2.4GHz帯以外の周波数帯の信号は減衰するようにフィルタが組み込まれており、本発明ではそのフィルタの作用により2.4GHzから離れた周波数帯では減衰しているが、従来構造では、給電端子電極で直接拾う電波があり、その電波はフィルタを通らないため、除去できていないためと考えられる。すなわち、給電端子電極が外部に露出していると、非常に外部ノイズの影響を受けやすく、また、この給電端子電極と受信回路との相互作用も生じやすいことを示している。この傾向は、ブルートゥース用アンテナに限らず、GPS用アンテナやセルラー用アンテナでも同様の結果が得られた。
【0025】
本発明によれば、フィルタ内蔵アンテナの給電端子電極が、搭載される回路基板と対向する搭載面のみに設けられ、外部に露出する側壁には設けられていない。一方、積層誘電体ブロック内には、適宜導電膜が広い範囲で設けられてシールド板機能を果たしており、給電端子電極の周囲にも接地導体を設けることができ、また、回路基板にもシールド板機能をもたせることができるため、外部との干渉を確実に抑制することができる。そのため、受信する信号がフィルタを通らないで直接給電端子電極に入ることはなく、また、給電端子電極と回路基板上の電子回路とが電磁界結合をして、相互作用をすることもない。その結果、非常にアイソレーション特性(給電端子電極と近隣の電子回路との間での結合度が小さいこと)が向上すると共に、外部ノイズの影響が非常に抑制され、アンテナ特性を向上させることができる。
【0026】
さらに、本発明によれば、積層誘電体ブロック3の側面に給電端子電極が形成されていないため、回路基板上に形成される電子回路とフィルタ内蔵アンテナとを非常に近づけて配置することができ、回路基板の小型化にも寄与する。さらに、回路基板として、内部に配線を有する積層構造体の回路基板を用いるこにより、給電端子電極と電子回路の部品との電気的接続を完全なシールド状態で接続することができ、さらなるアイソレーション特性の向上を図ることができると共に、完全なシールド機能を有することにより、遠くの電子部品と接続する場合でも、何ら支障がなく、回路基板上での部品配置の自由度が増大するという効果も生じる。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、アンテナとフィルタとを一体化したフィルタ内蔵アンテナの給電端子電極が、外部と干渉し難い構造に形成されているため、フィルタ内蔵アンテナが搭載される回路基板との相互作用を大幅に抑制することができ、送受信特性を大幅に向上させたフィルタ内蔵アンテナが得られる。しかも、フィルタとアンテナとを一体化させていることに加えて、フィルタ内蔵アンテナと回路基板上の電子回路とを近づけて配置することができるため、携帯電話機など、携帯機器で小型化がとくに要求される場合にも、その小型化に寄与することができる。
【0028】
さらに、本発明によるフィルタ内蔵アンテナを用いる場合、回路基板として積層構造基板を用い、シールドされた内部配線を介して電子回路と接続することにより、アイソレーション特性をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるフィルタ内蔵アンテナの一実施形態を示す説明図である。
【図2】図1に示される積層誘電体ブロック内のフィルタの構成例を示す図である。
【図3】図1に示されるビアコンタクトの一例の構成例を示す図である。
【図4】図1に示されるフィルタ内蔵アンテナを回路基板に搭載する例の断面説明図である。
【図5】図6の特性を調べる装置の概要を示す図である。
【図6】本発明によるアンテナゲインの周波数特性を従来構造の場合と対比して示した図である。
【図7】従来のフィルタ内蔵アンテナを回路基板に搭載した状態の説明図である。
【符号の説明】
1 放射素子
2 フィルタ
3 積層誘電体ブロック
4 給電端子電極
5 フィルタ内蔵アンテナ
6 回路基板
Claims (3)
- 一面に導電体膜が形成される誘電体シートが、少なくとも1個のフィルタを構成するように積層されて形成される積層誘電体ブロックと、該積層誘電体ブロックに固定して設けられると共に前記フィルタの一方の電極に電気的に接続される放射素子と、前記フィルタの他方の電極と電気的に接続され、前記積層誘電体ブロックの外面に設けられる給電端子電極とを有し、該給電端子電極が、前記積層誘電体ブロックが外部の回路基板に搭載される際に対向する面である搭載面に設けられ、前記フィルタの他方の電極と前記給電端子電極とを接続する接続配線が前記積層誘電体ブロックの搭載面以外の外面に露出しないように形成されてなるフィルタ内蔵アンテナ。
- 前記フィルタの他方の電極と前記給電端子電極との電気的接続が、前記誘電体シートに設けられるコンタクト孔内に埋め込まれる導体からなるビアコンタクトを介して行われる請求項1記載のフィルタ内蔵アンテナ。
- 請求項1記載のフィルタ内蔵アンテナが、シールド層および配線層を少なくとも有する積層構造の回路基板に搭載され、前記給電端子電極が該回路基板内に設けられる内部配線に電気的に接続され、該内部配線を介して前記回路基板表面に設けられる電子部品と前記給電端子電極とが電気的に接続されてなるフィルタ内蔵アンテナの搭載構造。
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