JP2004153569A

JP2004153569A - アンテナ実装プリント配線基板

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Publication number: JP2004153569A
Application number: JP2002316544A
Authority: JP
Inventors: Kenji Asakura; 健二朝倉; Hidenobu Muranaka; 秀信村中; Shuichiro Yasuda; 周一郎安田
Original assignee: Sony Chemicals Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27
Also published as: US20040119653A1; WO2004040691A1; US7034750B2; CN1706072A; TW200406951A; KR20050059256A

Abstract

【課題】周辺に存在するグラウンドの影響を受けにくく優れた指向性を実現するアンテナ素子を実装し、機器の小型化を促進するとともに、レイアウトの自由度を大幅に拡大することができるアンテナ実装プリント配線基板を提供する。
【解決手段】プリント配線基板５０には、互いに離隔された少なくとも２つのアンテナ導体によって開放端が形成されたチップ状のプリントアンテナ１０が実装される。そして、プリント配線基板５０には、斜線部で示すように、プリントアンテナ１０の周囲領域のうち、一部領域を除いた残りの領域を囲うように、１又は複数の他のモジュールに必要とされるグラウンドが配置されて実装される。これにより、プリント配線基板５０においては、放射電界が、ダイポールモードとはならず、破線で示すように、バルーン状に１方向に放出するように形成される。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも通信機能を有する機器に搭載され、各種機能を実現するための各種モジュールが実装されたアンテナ実装プリント配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、携帯電話機等の移動体通信機やいわゆるＩＥＥＥ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１規格の無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）といったように、各種無線通信技術の開発が著しく進められているが、これにともない、無線通信を行うために必然的に設けられる部材であるアンテナ素子に関する技術も各種開発されている。
【０００３】
アンテナ素子としては、例えば円柱状の誘電体に放射電極や表面電極等を形成したものが知られている。この種のアンテナ素子は、機器本体の外部に設置されて用いられるのが一般的である。ただし、外部に配設して用いるタイプのアンテナ素子においては、機器の小型化の妨げとなること、高い機械的強度が要求されること、及び部品点数の増加を招来すること等が問題になる。
【０００４】
そこで、これに替わるアンテナ素子として、機器本体の内部に設けられたプリント配線基板に表面実装し得るチップ状のアンテナ素子が提案されている。
【０００５】
このチップ状のアンテナ素子としては、例えば放射電極としての導体を逆Ｆ字状に形成したいわゆる逆Ｆ型アンテナや導体をコイル状に形成したいわゆるヘリカルアンテナといったように、様々なものが提案されている。このようなチップ状のアンテナ素子においては、基材にセラミック等の高誘電率材料を用いて形成されるものが代表的である。しかしながら、この種のアンテナ素子においては、高誘電体材料自体が高価であることに加えて、その加工が煩雑であるという欠点があり、生産性の低下や製造コストの増大を招来するという問題がある。
【０００６】
そこで、近年では、フォトエッチング技術の向上にともない、このような不都合を解消することを目的として、両面に銅箔を有するプリント配線基板を基材として用い、これにフォトエッチング技術を利用してアンテナ導体を形成したいわゆるプリントアンテナが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−３４７５０９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１８４１１号公報
【０００８】
特許文献１には、両面基板の上面側の銅箔を用いて少なくともループ状の導体部を含むアンテナ導体層を形成するとともに、下面側の銅箔を用いてアース導体層を形成し、さらに、両面基板における上下銅箔部間の絶縁材部を誘電体層として用いるプリントアンテナが開示されている。このプリントアンテナは、アース導体層側にこのアース導体層とは絶縁して銅箔で給電部を形成し、アンテナ導体層のループ状の導体部とアース導体層とを誘電体層を介して接地用導体で接続している。また、このプリントアンテナは、給電部から誘電体層を介して給電用導体をループ状の導体部内に臨ませ、給電用導体とループ状の導体部との間にアンテナ本体部のリアクタンスを打ち消して帯域幅を広帯域化するインダクタンス素子とキャパシタンス素子とからなる直列共振回路を設けている。特許文献１には、このようにプリントアンテナを構成することにより、リアクタンス補償法を用いて帯域幅を広帯域化することができ、製作後の総合的な組み合わせ調整を不要とし、さらに、アンテナ利得の低下を軽減することができる旨が記述されている。
【０００９】
また、特許文献２には、プリント配線基板上に複数のスルーホールを互い違いに平行に形成し、これらのスルーホールの端部を全体が螺旋を描くように接続したヘリカルアンテナが開示されている。この特許文献２には、このようにヘリカルアンテナを構成することにより、小型の移動体通信機用のアンテナ素子を提供することができる旨が記述されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、移動体通信機をはじめ、無線通信を行う機器の開発にあたっては、小型化が重要視されている。ここで、アンテナ素子をプリント配線基板上に実装することを考える。
【００１１】
アンテナ素子は、通常、例えばＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）モジュールといった機器本体の機能を実現するための１又は複数の他のモジュールが実装されたプリント配線基板上に、はんだ等を介して実装される。具体的には、アンテナ素子は、図１５に横断面図を示すように、電源２００に接続されるアンテナ導体２１０の端子２１０’が、同図中破線部で示すプリント配線基板２２０に直接的に溶着されることにより、プリント配線基板２２０上に実装される。
【００１２】
ここで、アンテナ素子の特性は、次式（１）に示す共振周波数ｆによって表すことができる。なお、次式（１）において、Ｌは、インダクタンスを示し、Ｃは、キャパシタンスを示し、πは、円周率を示している。
【００１３】
ｆ＝１／（２π（ＬＣ）^１／２）・・・（１）
【００１４】
また、アンテナ素子においては、最大電圧を生じる端子２１０’がグラウンドの近傍に設けられた場合には浮遊容量Ｃ’が発生することから、共振周波数ｆ’は、次式（２）に示すようになる。アンテナ素子においては、この浮遊容量Ｃ’に起因して共振周波数が変動し、これにともない、インピーダンスが変動することが知られている。
【００１５】
ｆ’＝１／（２π（Ｌ（Ｃ＋Ｃ’））^１／２）・・・（２）
【００１６】
ここで、アンテナ素子においては、周辺に存在するグラウンドの影響を受けやすく、グラウンドの存在によって特性が変動するという問題がある。すなわち、無線通信を行う機器においては、例えば接地用の電極といったように、各種モジュールの一部としてプリント配線基板２２０上に実装された他の金属体２３０がアンテナ素子に近接して存在する場合には、結果として、端子２１０’と金属体２３０との間に所定のキャパシタンスが生じることになる。したがって、無線通信を行う機器においては、端子２１０’と金属体２３０との間の距離にバラツキが生じることによって共振周波数が変動し、期待されているアンテナ特性を得ることができず、恰も他の特性を有するアンテナ素子を実装しているかのように動作してしまう事態を招来していた。
【００１７】
このような問題を回避するために、無線通信を行う機器においては、通常、アンテナ素子を実装する箇所の周辺領域にはグラウンド、すなわち、他の金属体を設けないようにプリント配線基板上のレイアウトを設計する必要があった。換言すれば、無線通信を行う機器においては、例えば図１６に示すように、アンテナ素子２５０を実装するために、同図中斜線部で示す他のモジュールに必要とされるグラウンドが存在しない専用のランド２６０をプリント配線基板上２７０に設ける必要があり、アンテナ素子２５０自体も周辺にグラウンドが存在しないことを前提に設計されていた。このことは、機器の小型化を図る妨げとなるとともに、プリント配線基板上のレイアウトの自由度を極めて制限することを意味している。
【００１８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、周辺に存在するグラウンドの影響を受けにくく、むしろ積極的に周辺に存在するグラウンドを利用してマッチングをとり、優れた指向性を実現することができるアンテナ素子を実装し、機器の小型化を促進するとともに、レイアウトの自由度を大幅に拡大することができるアンテナ実装プリント配線基板を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかるアンテナ実装プリント配線基板は、少なくとも通信機能を有する機器に搭載され、各種機能を実現するための各種モジュールが実装されたアンテナ実装プリント配線基板であって、互いに離隔された少なくとも２つのアンテナ導体によって開放端が形成されたチップ状のアンテナ素子が実装され、上記アンテナ素子の周囲領域のうち、一部領域を除いた残りの領域を囲うように、１又は複数の他のモジュールに必要とされるグラウンドが配置されて実装されていることを特徴としている。
【００２０】
このような本発明にかかるアンテナ実装プリント配線基板は、アンテナ素子として、互いに離隔された少なくとも２つのアンテナ導体によって開放端が形成されたものを実装することにより、開放端に比較的大きなキャパシタンスを生じさせることができる。そのため、本発明にかかるアンテナ実装プリント配線基板においては、アンテナ素子における共振周波数の変動を無視できる程度に抑制することができることから、周辺に存在するグラウンドの影響に対する耐性を非常に強くすることができ、むしろ近傍にグラウンドを配置し、このグラウンドを利用してマッチングをとることが可能となる。そして、本発明にかかるアンテナ実装プリント配線基板においては、このようなアンテナ素子の周囲領域のうち、一部領域を除いた残りの領域を囲うようにグラウンドを配置することにより、アンテナ素子の指向性を所定の方向に制御することができる。
【００２１】
また、この本発明にかかるアンテナ実装プリント配線基板において、上記アンテナ素子は、所定の樹脂基板に３次元的な構造を呈する導体パターンが形成されて構成されていることを特徴としている。
【００２２】
このような本発明にかかるアンテナ実装プリント配線基板は、アンテナ素子の導体パターンを３次元的な構造とすることにより、誘電率が低い基板を用いてアンテナ素子を構成した場合であっても大型化することがなく、帯域幅の狭帯域化も回避することができる。また、アンテナ実装プリント配線基板は、アンテナ素子の開放端にキャパシタンスが生じることに起因してインピーダンスが低下する問題も解消することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
この実施の形態は、例えば、携帯電話機等の移動体通信機やいわゆるＩＥＥＥ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１規格の無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）といった、少なくとも通信機能を有する機器内部に搭載され、基材となる所定の樹脂基板にアンテナ導体をパターニング形成したいわゆるプリントアンテナと称されるチップ状のアンテナ素子が実装されたプリント配線基板である。このプリント配線基板は、機器本体の機能を実現するための１又は複数の他のモジュールがプリントアンテナとともに実装されたものであり、周辺に存在するグラウンドの影響を受けにくく、むしろ積極的に周辺に存在するグラウンドを利用してマッチングをとり、優れた指向性を実現するプリントアンテナを実装したものである。これにより、このプリント配線基板は、機器の小型化を促進するとともに、レイアウトの自由度を大幅に拡大することができるものである。
【００２５】
まず、プリント配線基板の詳細についての説明に先だって、当該プリント配線基板上に実装されるプリントアンテナについて図１乃至図４を用いて説明する。なお、以下では、プリントアンテナとともに機器本体の機能を実現するための他のモジュールが実装されたプリント配線基板と、プリントアンテナの基材として用いられるプリント配線基板とを区別するために、プリントアンテナの基材として用いられるプリント配線基板については、単に基板と称して説明するものとする。
【００２６】
プリントアンテナ１０は、プリント配線基板の基材として一般に用いられるものであれば、その種類を問わずいずれを用いても構成することができる。具体的には、プリントアンテナ１０は、米国電気製造業者協会（ＮａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ；ＮＥＭＡ）による記号ＸＸＰ，ＸＰＣ等として規定されている紙フェノール基板、同記号ＦＲ−２として規定されている紙ポリエステル基板、同記号ＦＲ−３として規定されている紙エポキシ基板、同記号ＣＥＭ−１として規定されているガラス紙コンポジットエポキシ基板、同記号ＣＨＥ−３として規定されているガラス不織紙コンポジットエポキシ基板、同記号Ｇ−１０として規定されているガラス布エポキシ基板、同記号ＦＲ−４として規定されているガラス布エポキシ基板といった両面に銅箔を有するいわゆるリジッド基板を用いて構成される。なお、これらのうち、吸湿性や寸法変化が少なく、自己消炎性を有するガラス布エポキシ基板（ＦＲ−４）が最も好適である。
【００２７】
プリントアンテナ１０は、図１に平面図を示すように、断面の大きさが例えば３ｍｍ×８．８ｍｍの矩形状を呈する薄板状の基板をエッチングすることにより、放射電極としての複数のアンテナ導体１１，１２，１３，１４，１５が基板の表面に露出形成されて構成される。具体的には、プリントアンテナ１０においては、基板上に、略コ字状のアンテナ導体１１と矩形状のアンテナ導体１２，１３，１４，１５とが形成される。また、プリントアンテナ１０は、図２に底面図を示すように、放射電極としての複数の矩形状のアンテナ導体１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２が基板の裏面に露出形成されて構成される。このうち、アンテナ導体２１は、給電用の電極として用いられ、アンテナ導体２２は、接地用の電極として用いられる。
【００２８】
さらに、プリントアンテナ１０は、内部に銅箔が施された複数のスルーホール１１_１，１１_２，１２_１，１２_２，１３_１，１３_２，１４_１，１４_２，１５_１，１５_２が基板の表面から裏面にかけて貫通するように穿設される。具体的には、プリントアンテナ１０においては、スルーホール１１_１，１２_１，１２_２，１４_１，１４_２が、互いに略等間隔に一列に穿設されるとともに、スルーホール１１_２，１３_１，１３_２，１５_１，１５_２が、互いに略等間隔に一列に穿設され、スルーホール１１_１，１２_１，１２_２，１４_１，１４_２からなるスルーホール群と、スルーホール１１_２，１３_１，１３_２，１５_１，１５_２からなるスルーホール群とが、互いに平行に配列される。
【００２９】
そして、スルーホール１１_１は、基板の表面側に設けられたアンテナ導体１１における一の端部を始点とするとともに、裏面側に設けられたアンテナ導体１７における一の端部を終点として穿設され、スルーホール１１_２は、アンテナ導体１１における他の端部を始点とするとともに、裏面側に設けられたアンテナ導体１８における一の端部を終点として穿設される。また、スルーホール１２_１は、基板の表面側に設けられたアンテナ導体１２における一の端部を始点とするとともに、アンテナ導体１７における他の端部を終点として穿設され、スルーホール１２_２は、アンテナ導体１２における他の端部を始点とするとともに、裏面側に設けられたアンテナ導体１９における一の端部を終点として穿設される。さらに、スルーホール１３_１は、基板の表面側に設けられたアンテナ導体１３における一の端部を始点とするとともに、アンテナ導体１８における他の端部を終点として穿設され、スルーホール１３_２は、アンテナ導体１３における他の端部を始点とするとともに、裏面側に設けられたアンテナ導体２０における一の端部を終点として穿設される。さらにまた、スルーホール１４_１は、基板の表面側に設けられたアンテナ導体１４における一の端部を始点とするとともに、アンテナ導体１９における他の端部を終点として穿設され、スルーホール１４_２は、アンテナ導体１４における他の端部を始点とするとともに、裏面側に設けられたアンテナ導体２１における一の端部を終点として穿設される。また、スルーホール１５_１は、基板の表面側に設けられたアンテナ導体１５における一の端部を始点とするとともに、アンテナ導体２０における他の端部を終点として穿設され、スルーホール１５_２は、アンテナ導体１５における他の端部を始点とするとともに、裏面側に設けられたアンテナ導体２２における一の端部を終点として穿設される。
【００３０】
換言すれば、プリントアンテナ１０においては、スルーホール１１_１を介してアンテナ導体１１，１７が電気的に導通可能に接続され、スルーホール１１_２を介してアンテナ導体１１，１８が電気的に導通可能に接続される。また、プリントアンテナ１０においては、スルーホール１２_１を介してアンテナ導体１２，１７が電気的に導通可能に接続され、スルーホール１２_２を介してアンテナ導体１２，１９が電気的に導通可能に接続される。さらに、プリントアンテナ１０においては、スルーホール１３_１を介してアンテナ導体１３，１８が電気的に導通可能に接続され、スルーホール１３_２を介してアンテナ導体１３，２０が電気的に導通可能に接続される。さらにまた、プリントアンテナ１０においては、スルーホール１４_１を介してアンテナ導体１４，１９が電気的に導通可能に接続され、スルーホール１４_２を介してアンテナ導体１４，２１が電気的に導通可能に接続される。また、プリントアンテナ１０においては、スルーホール１５_１を介してアンテナ導体１５，２０が電気的に導通可能に接続され、スルーホール１５_２を介してアンテナ導体１５，２２が電気的に導通可能に接続される。したがって、プリントアンテナ１０においては、アンテナ導体１１，１２，１３，１４，１５，１７，１８，１９，２０，２１，２２が、互いに電気的に導通可能に接続されて構成される。
【００３１】
より具体的には、プリントアンテナ１０は、図３に基板内部を示すように、複数のスルーホール１１_１，１１_２，１２_１，１２_２，１３_１，１３_２，１４_１，１４_２，１５_１，１５_２を介して蛇行状（櫛歯状）に接続された複数のアンテナ導体１１，１２，１３，１４，１５，１７，１８，１９，２０，２１，２２を、アンテナ導体１１を中心にして略コ字状に屈曲させたような一連の導体パターンを形成して構成される。
【００３２】
一般に、誘電率が低い基板を用いてアンテナ素子を構成する場合には、利得を確保するために周辺に存在するグラウンドの影響を考慮して長い導体パターンを形成せざるを得ず、これにともない当該アンテナ素子が大型化してしまう。これに対して、プリントアンテナ１０は、３次元的な構造を呈する導体パターンを形成することにより、周辺に存在するグラウンドの影響に耐え得る値までインピーダンスを大きくすることができる。したがって、プリントアンテナ１０は、大幅な小型化及び薄型化を図ることができ、帯域幅の狭帯域化も回避することができる。
【００３３】
このようなプリントアンテナ１０は、アンテナ導体１１，１６が互いに離隔されて配置されることにより、開放端を形成する。具体的には、プリントアンテナ１０は、図４に横断面図を示すように、アンテナ導体１６が同図中破線部で示すプリント配線基板５０にはんだ等を介して直接的に溶着される一方で、このアンテナ導体１６と基板の厚さ分だけ高さ方向に空間的に離隔されてアンテナ導体１１が設けられる。これにより、プリントアンテナ１０においては、アンテナ導体１１，１６の間に比較的大きなキャパシタンスが生じる。
【００３４】
ここで、プリントアンテナ１０においては、アンテナ導体１１，１６によって形成される開放端に最大電圧を生じ、この開放端が、例えば接地用の電極といった各種モジュールの一部としてプリント配線基板５０上に実装された他の金属体６０の近傍に設けられた場合には浮遊容量が発生する。
【００３５】
しかしながら、プリントアンテナ１０は、アンテナ導体１１，１６を互いに離隔して積極的に大きなキャパシタンスを形成することにより、たとえアンテナ導体１６と金属体６０との間の距離にバラツキが生じた場合であっても、共振周波数の変動を無視できる程度に抑制することができる。したがって、プリントアンテナ１０は、周辺に存在するグラウンドの影響に対する耐性を非常に強くすることができ、むしろ近傍にグラウンドを配置し、このグラウンドを利用してマッチングをとることが可能となる。
【００３６】
なお、プリントアンテナ１０においては、アンテナ導体１１，１６の間にキャパシタンスが生じることに起因してインピーダンスが低下するが、上述したように、３次元的な構造を呈する導体パターンを形成することにより、この問題を解消することができる。
【００３７】
このようなプリントアンテナ１０は、アンテナ導体１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２が露出形成された裏面側をはんだ等によってプリント配線基板に溶着することにより、当該プリント配線基板上に実装される。
【００３８】
さて、以下では、このようなプリントアンテナ１０が実装されたプリント配線基板５０について説明する。
【００３９】
プリント配線基板５０においては、上述したように、プリントアンテナ１０が、周辺に存在するグラウンドの影響に対する耐性が強く、むしろグラウンドを利用してマッチングをとるものである。そのため、プリント配線基板５０においては、例えば図５に示すように、同図中斜線部で示す他のモジュールに必要とされるグラウンドの近傍に、プリントアンテナ１０が実装される。
【００４０】
ここで、従来のプリントアンテナを含むアンテナ素子がプリント配線基板上に実装される場合について考える。例えば図６に示すように、従来のアンテナ素子１００は、通常、プリント配線基板１１０における隅角付近の領域であって、周辺にグラウンドが存在しない領域に実装されることが多い。この場合、放射電界は、同図中破線で示すように、８の字状のダイポールモードとなる。したがって、従来のアンテナ素子１００においては、給電された電力の半分を損失してしまうことになる。
【００４１】
これに対して、プリント配線基板５０においては、プリントアンテナ１０の周囲領域のうち、一部領域を除いた残りの領域を囲うようにグラウンドを配置する。例えば、プリント配線基板５０においては、先に図５に示したように、断面が矩形状を呈するプリントアンテナ１０における矩形断面を形成する４辺のうち、少なくとも３辺の周囲領域を囲うようにグランドを配置する。
【００４２】
プリント配線基板５０においては、このようにプリントアンテナ１０と周辺のグラウンドとを配置した場合、プリントアンテナ１０のアンテナ導体に電流が流れることにより、プリントアンテナ１０の周囲領域のうち、グラウンドによって囲まれていない領域近傍が励起される。例えば、プリント配線基板５０においては、同図に示した配置の場合には、プリントアンテナ１０における矩形断面を形成する４辺のうち、グラウンドによって囲まれていない１辺に面した当該プリント配線基板５０のエッジ部分が励起される。これにより、プリント配線基板５０においては、放射電界が、ダイポールモードとはならず、同図中破線で示すように、バルーン状に１方向に放出するように形成される。すなわち、プリント配線基板５０においては、プリントアンテナ１０が所定の方向にのみ指向性を有するように動作させることができる。
【００４３】
本件出願人は、この指向性の様子を具体的に確認するために、所定のプリント配線基板を用いてシミュレーションを行った。このシミュレーションは、図７（Ａ）に平面図及び同図（Ｂ）に側面図を示すように、プリント配線基板５０として、材質がＦＲ−４であり、大きさが縦５１ｍｍ×横３８ｍｍ×厚さ０．８ｍｍの薄板状のものを用いて行った。また、このシミュレーションにおいては、同図（Ａ）中斜線部で示すように、断面が矩形状を呈するプリントアンテナ１０における矩形断面を形成する４辺のうち、３辺の周囲領域を囲うように、プリント配線基板５０の表裏面にグランドを配置した。
【００４４】
この場合、放射電界の等高線図を求めると、図８（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すような結果が得られた。なお、図８（Ａ）は、図７（Ａ）に対応してプリント配線基板５０を上方から見たときの放射電界を示し、図８（Ｂ）は、図７（Ｂ）に対応してプリント配線基板５０を側方から見たときの放射電界を示している。また、図８においては、プリント配線基板５０の横方向をｘ軸とし、縦方向をｙ軸とし、厚さ方向をｚ軸としている。
【００４５】
同図から、放射電界は、明らかに８の字状のダイポールモードとは異なり、ｘｙ平面において、プリント配線基板５０を放射源として＋ｙ方向に膨張するバルーン状に形成されることがわかる。なお、この結果から、約２．０６ｄＢｉの利得が得られた。例えば、このプリント配線基板５０をＬＡＮカードに適用した場合には、−ｘ方向は損失方向となるが、＋ｙ方向に対して小さいことから、プリント配線基板５０は、効率的に給電される電力を利用していることがわかる。
【００４６】
また、このときの帯域周波数に対する電圧定在波比（ＶｏｌｔａｇｅＳｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅＲａｔｉｏ；ＶＳＷＲ）を求めると、図９に示すような結果が得られた。なお、同図においては、縦軸に電圧定在波比を示し、横軸に帯域周波数を示している。
【００４７】
同図から、電圧定在波比は、約２．４４ＧＨｚの帯域周波数で最も高効率となり、この帯域周波数を中心として折り返される特性を呈することがわかる。また、このときの有効な帯域幅は、約１３１．７２ＭＨｚとなった。このことから、このシミュレーションで用いたプリントアンテナ１０が実装されたプリント配線基板５０は、２．４ＧＨｚ帯を利用するＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格の無線ＬＡＮに適用して極めて有効であるといえる。
【００４８】
このように、プリント配線基板５０においては、プリントアンテナ１０の周囲領域のうち、一部領域を除いた残りの領域を囲うようにグラウンドを配置することにより、プリントアンテナ１０に給電される電力の大幅な損失を回避して有効に利用することができるとともに、優れた指向性を実現し、感度を向上させることが可能となる。
【００４９】
以上説明したように、本発明の実施の形態として示したプリント配線基板５０においては、２つのアンテナ導体１１，１６によって開放端が形成されたプリントアンテナ１０を実装することにより、プリントアンテナ１０が周辺に存在するグラウンドの影響を受けにくく、むしろ積極的に周辺に存在するグラウンドを利用してマッチングをとるものとして扱うことができる。そのため、プリント配線基板５０においては、レイアウトの設計段階で、他のモジュールに必要とされるグラウンドが存在しない専用のランドを設ける必要がなく、柔軟なレイアウトが可能となる。また、プリント配線基板５０においては、このような開放端が形成されたプリントアンテナ１０の周囲領域のうち、一部領域を除いた残りの領域を囲うようにグラウンドを配置することにより、優れた指向性を実現することができる。
【００５０】
したがって、プリント配線基板５０は、機器の小型化を促進するとともに、レイアウトの自由度を大幅に拡大することができ、特に携帯電話機等の設計及び電力制限が厳しい機器に適用して有効である。このように、プリントアンテナ１０が実装されたプリント配線基板５０は、他のモジュールに必要とされるグラウンドが存在しない専用のランドを設けることを不要とするとともに、アンテナ素子自体についても周辺にグラウンドが存在しないことを前提に設計することを不要とし、設計指針に全く新たな概念を提案するものである。
【００５１】
また、プリント配線基板５０においては、基材に安価なプリント配線基板を用いたプリントアンテナ１０を実装することから、アンテナ素子の加工も容易であり、また、当該プリント配線基板５０の製造工程を利用してアンテナ素子を製造することが可能となり、全体の製造コストを大幅に削減することができる。
【００５２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、アンテナ素子としてプリントアンテナを用いるものとして説明したが、本発明は、プリントアンテナに限らず、プリント配線基板に表面実装し得るチップ状のアンテナ素子であれば、任意のものを適用することができる。
【００５３】
また、上述した実施の形態では、プリントアンテナの断面が矩形状を呈するものとし、この場合には、プリントアンテナにおける矩形断面を形成する４辺のうち、３辺の周囲領域を囲うようにグランドを配置するものとして説明したが、本発明においては、アンテナ素子の断面が矩形状を呈する場合には、例えば図１０中斜線部で示すように、アンテナ素子７０における矩形断面を形成する４辺のうち、３辺の周囲領域に加え、残りの１辺における一部の周囲領域を囲うようにグランドを配置したプリント配線基板としてもよく、アンテナ素子の周囲領域のうち、一部領域を除いた残りの領域を囲うようにグラウンドを配置するのであれば、いかなる配置であっても適用することができる。
【００５４】
さらに、上述した実施の形態では、プリント配線基板上におけるプリントアンテナの配置位置として、当該プリント配線基板のエッジ近傍とする例を取り上げて説明したが、本発明においては、必ずしもプリント配線基板のエッジ近傍とする必要はなく、アンテナ素子の周囲領域のうち、一部領域を除いた残りの領域を囲うようにグラウンドを配置するのであれば、プリント配線基板上におけるいかなる領域に配置しても同様の指向性を得ることができる。
【００５５】
さらにまた、上述した実施の形態では、複数のスルーホールを介して蛇行状（櫛歯状）に接続された複数のアンテナ導体を略コ字状に屈曲させたような一連の導体パターンが形成されたプリントアンテナについて説明したが、本発明においては、アンテナ素子の導体パターンとして、周辺のグラウンドとのマッチングを適切にとることを条件として任意のものを適用することができる。
【００５６】
例えば、アンテナ素子としては、図１１に平面図を示すように、アンテナ導体８１が基板の表面に露出形成されるとともに、図１２に底面図を示すように、アンテナ導体８２，８３，８４が基板の裏面に露出形成され、基板の表面から裏面にかけて貫通するように穿設されたスルーホール８１_１を介してアンテナ導体８１，８２が電気的に導通可能に接続されることによって一連の導体パターンが形成されるものでもよい。このアンテナ素子においては、アンテナ導体８１，８４によって開放端が形成され、この部分にキャパシタンスを生じさせる。
【００５７】
また、アンテナ素子としては、例えば、図１３に平面図を示すように、アンテナ導体９１が基板の表面に露出形成されるとともに、図１４に底面図を示すように、アンテナ導体９２，９３，９４，９５が基板の裏面に露出形成され、基板の表面から裏面にかけて貫通するように穿設されたスルーホール９１_１を介してアンテナ導体９１，９２が電気的に導通可能に接続されることによって一連の導体パターンが形成されるものでもよい。このアンテナ素子においては、アンテナ導体９１，９５によって開放端が形成され、この部分にキャパシタンスを生じさせる。
【００５８】
さらに、アンテナ素子としては、図示しないが、多層基板を用いて開放端を含む所定の導体パターンが形成されるものでもよい。
【００５９】
いずれにせよ、アンテナ素子としては、周辺のグラウンドとのマッチングを適切にとることを条件とし、互いに離隔された少なくとも２つのアンテナ導体によって開放端が形成されたものであればよく、さらに望ましくは３次元的な構造を呈する導体パターンが形成されたものであればよい。また、このとき、アンテナ素子としては、少なくとも２つのアンテナ導体が互いに高さ方向に離隔されて配置されることによって開放端を形成するのではなく、高さは同一で平面的に離隔されて配置されることによって開放端を形成するようにしてもよい。
【００６０】
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかるアンテナ実装プリント配線基板は、アンテナ素子として、互いに離隔された少なくとも２つのアンテナ導体によって開放端が形成されたものを実装することにより、アンテナ素子における共振周波数の変動を無視できる程度に抑制することができることから、周辺に存在するグラウンドの影響に対する耐性を非常に強くすることができ、むしろ近傍にグラウンドを配置し、このグラウンドを利用してマッチングをとることが可能となる。したがって、本発明にかかるアンテナ実装プリント配線基板は、レイアウトの設計段階でグラウンドが存在しない専用のランドを設ける必要がなく、搭載される機器の小型化を促進するとともに、レイアウトの自由度を飛躍的に向上させることができる。
【００６２】
そして、本発明にかかるアンテナ実装プリント配線基板においては、このようなアンテナ素子の周囲領域のうち、一部領域を除いた残りの領域を囲うようにグラウンドを配置することにより、アンテナ素子の指向性を所定の方向に制御することができることから、アンテナ素子に給電される電力の大幅な損失を回避して有効に利用することができるとともに、優れた指向性を実現し、感度を向上させることが可能となる。
【００６３】
また、本発明にかかるアンテナ実装プリント配線基板は、アンテナ素子の導体パターンを３次元的な構造とすることにより、誘電率が低い基板を用いてアンテナ素子を構成した場合であっても大型化することがなく、帯域幅の狭帯域化も回避することができる。また、アンテナ実装プリント配線基板は、アンテナ素子の開放端にキャパシタンスが生じることに起因してインピーダンスが低下する問題も解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示すプリント配線基板に実装されるプリントアンテナの平面図である。
【図２】プリントアンテナの底面図である。
【図３】プリントアンテナにおける基板内部の導体パターンを説明する斜視図である。
【図４】プリントアンテナの横断面図であり、２つのアンテナ導体によって形成される開放端について説明するための図である。
【図５】プリントアンテナが実装されたプリント配線基板における一部領域の平面図である。
【図６】従来のアンテナ素子が実装された従来のプリント配線基板における一部領域の平面図であり、プリント配線基板上でのアンテナ素子の配置位置とそのときの放射電界の様子について説明するための図である。
【図７】シミュレーションで用いるプリントアンテナが実装されたプリント配線基板の構成を説明する図であり、（Ａ）は、平面図であり、（Ｂ）は、側面図である。
【図８】図７に示すプリント配線基板を用いたシミュレーションによって求めた放射電界の様子を説明する等高線図であり、（Ａ）は、図７（Ａ）に対応してプリント配線基板を上方から見たときの放射電界の等高線図であり、（Ｂ）は、図７（Ｂ）に対応してプリント配線基板を側方から見たときの放射電界の等高線図である。
【図９】図７に示すプリント配線基板を用いたシミュレーションによって求めた帯域周波数に対する電圧定在波比の特性を説明する図である。
【図１０】図５に示すプリント配線基板とは異なるレイアウトからなるプリント配線基板における一部領域の平面図である。
【図１１】図３に示す導体パターンとは異なる導体パターンが形成されたアンテナ素子の平面図である。
【図１２】図１１に示すアンテナ素子の底面図である。
【図１３】図３又は図１１に示す導体パターンとはさらに異なる導体パターンが形成されたアンテナ素子の平面図である。
【図１４】図１３に示すアンテナ素子の底面図である。
【図１５】従来のアンテナ素子の横断面図であり、プリント配線基板に実装された様子を説明するための図である。
【図１６】従来のアンテナ素子が実装された従来のプリント配線基板における一部領域の平面図である。
【符号の説明】
１０プリントアンテナ、１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，８１，８２，８３，８４，９１，９２，９３，９４，９５アンテナ導体、１１_１，１１_２，１２_１，１２_２，１３_１，１３_２，１４_１，１４_２，１５_１，１５_２，８１_１，９１_１スルーホール、５０プリント配線基板、６０金属体、７０アンテナ素子

Claims

少なくとも通信機能を有する機器に搭載され、各種機能を実現するための各種モジュールが実装されたアンテナ実装プリント配線基板であって、
互いに離隔された少なくとも２つのアンテナ導体によって開放端が形成されたチップ状のアンテナ素子が実装され、
上記アンテナ素子の周囲領域のうち、一部領域を除いた残りの領域を囲うように、１又は複数の他のモジュールに必要とされるグラウンドが配置されて実装されていること
を特徴とするアンテナ実装プリント配線基板。
上記少なくとも２つのアンテナ導体は、互いに高さ方向に離隔されていること
を特徴とする請求項１記載のアンテナ実装プリント配線基板。
上記アンテナ素子は、断面が矩形状を呈する薄板状に形成されており、
上記グラウンドは、上記アンテナ素子における矩形断面を形成する４辺のうち、少なくとも３辺の周囲領域を囲うように配置されていること
を特徴とする請求項１記載のアンテナ実装プリント配線基板。
上記アンテナ素子は、所定の樹脂基板に３次元的な構造を呈する導体パターンが形成されて構成されていること
を特徴とする請求項１記載のアンテナ実装プリント配線基板。
上記アンテナ素子は、上記樹脂基板の表面から裏面にかけて貫通するように穿設されその内部に銅箔が施された１又は複数のスルーホールを介して複数のアンテナ導体が互いに電気的に導通可能に接続されることによって上記導体パターンが形成されていること
を特徴とする請求項４記載のアンテナ実装プリント配線基板。
上記アンテナ素子は、上記１又は複数のスルーホールを介して上記複数のアンテナ導体が蛇行状に接続されることによって上記導体パターンが形成されていること
を特徴とする請求項５記載のアンテナ実装プリント配線基板。
上記樹脂基板は、ガラス布エポキシ基板からなること
を特徴とする請求項４記載のアンテナ実装プリント配線基板。