JP2004159287A - アンテナ装置、プリント基板、通信アダプタおよび携帯型電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】アンテナの特性（特に感度）を確保し、アンテナおよびプリント基板の小型化を図り、ひいては、アンテナあるいはプリント基板を搭載した通信アダプタあるいは電子機器の小型化を図る。
【解決手段】プリント配線板１１と、プリント配線板１１上に配置された電子部品１４と、プリント配線板１１上に配置され、電子部品１４を覆うことにより電子部品１４をシールドするシールド部材１３と、プリント配線板１１上に配置され、シールド部材１３に接地されるアンテナエレメント１２と、を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】プリント配線板１１と、プリント配線板１１上に配置された電子部品１４と、プリント配線板１１上に配置され、電子部品１４を覆うことにより電子部品１４をシールドするシールド部材１３と、プリント配線板１１上に配置され、シールド部材１３に接地されるアンテナエレメント１２と、を備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置、プリント基板、通信アダプタおよび携帯型電子機器に係り、特に高周波無線機器として用いられるアンテナ装置、プリント基板、通信アダプタおよび携帯型電子機器に関する。
【従来の技術】
従来、携帯電話などの高周波無線機器である携帯機器用のアンテナとして、ヘリカルダイポールアンテナが用いられている。
このヘリカルダイポールアンテナは、携帯機器の筐体から引き出して使用したり、筐体内に収納した状態で用いるように構成されていた。
【０００２】
また、特許文献１に開示されているように、ヘリカルダイポールアンテナとは別に携帯機器の筐体内に第２のアンテナを設けたものも提案されている。この構成によれば、ヘリカルダイポールアンテナおよび第２のアンテナによりダイバーシティ（空間ダイバーシティや角度ダイバーシティ）を構成することもできる。このような第２のアンテナとしては、逆Ｆアンテナが一般的に用いられている。
また、２．４［ＧＨｚ］帯カードタイプの薄型携帯機器には、セラミックを用いたチップアンテナが用いられている。
一方、携帯機器用のアンテナをプリント配線板上に形成する場合には、理想的にはアンテナエレメント周囲には十分な空間を確保することが特性確保の観点からは好ましい。これを容易に実現するためには、プリント配線板の表面にアンテナエレメントを形成するのが一般的であった。
【特許文献１】
特開平３−１７５８２６号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のヘリカルダイポールアンテナは、原理的にそのサイズが大きくなり、腕時計サイズの携帯機器など、さらに小型化が要求される機器に対しては、適用しがたいという問題点があった。
また、逆Ｆアンテナは、アンテナエレメントとグランド板（接地板）とが所定の物理的配置をとることにより機能を発揮できる構造となっており、配置上の自由度が乏しい。さらに、グランド板の面積は逆Ｆアンテナの特性を左右しており、面積を低減させると特性が劣化する。このため、装置の小型化などの要求に伴い、プリント配線板の面積を小さくすべく、部品の実装密度をあげる必要が生じた場合には、部品の実装面積によってプリント配線板の面積を消費してしまい、グランド板の面積を確保することができず、逆Ｆアンテナとして所望の特性が得られなくなってしまうという問題点があった。
また、セラミックのチップアンテナは、チップアンテナ自身は面実装可能な程度の大きさである。しかしながら、チップアンテナの実装時においては、アンテナの所望の特性を得るためにグランド面積を大きく確保する必要があり、周辺回路およびグランドを含んだアンテナ装置全体としては、大きくなってしまうという問題点があった。さらにチップアンテナは高価であるという問題点もあった。
そこで、本発明の目的は、アンテナの特性（特に感度）を確保しつつ、回路全体の実装密度の向上、プリント配線板の小型化ひいては装置の小型化を図ることが可能なアンテナ装置、プリント基板、通信アダプタおよび携帯型電子機器を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、アンテナ装置は、電子回路を覆うことにより前記電子回路をシールドするシールド部材と、前記シールド部材に接地されるアンテナエレメントと、を備えたことを特徴としている。
この場合において、前記アンテナエレメントは、アンテナエレメント本体と、
給電端子と、を備え、前記アンテナエレメント本体と前記給電端子とは共働して逆Ｆアンテナとして機能するようにしてもよい。
また、前記シールド部材と前記アンテナエレメントとは、一体に形成されているようにしてもよい。
また、プリント基板は、プリント配線板と、前記プリント配線板上に配置された電子回路と、前記プリント配線板上に配置され、前記電子回路を覆うことにより前記電子回路をシールドするシールド部材と、
前記プリント配線板上に配置され、前記シールド部材に接地されるアンテナエレメントと、を備えたことを特徴としている。
【０００５】
この場合において、前記アンテナエレメントは、アンテナエレメント本体と、
給電端子と、を備え、前記アンテナエレメント本体と前記給電端子とは共働して逆Ｆアンテナとして機能するようにしてもよい。
また、前記プリント配線板上に形成され、前記シールド部材に電気的に接続されたグランドパターンを備えるようにしてもよい。
さらに前記シールド部材と前記アンテナエレメントとは、一体に形成されているようにしてもよい。
さらにまた、前記アンテナエレメントは、前記プリント配線板上に配線パターンとして形成されているようにしてもよい。
また、通信アダプタは、プリント配線板と、前記プリント配線板上に配置された電子回路と、前記プリント配線板上に配置され、前記電子回路を覆うことにより前記電子回路をシールドするシールド部材と、前記プリント配線板上に配置され、前記シールド部材に接地されるアンテナエレメントと、コネクタ接続端子部と、を備え、前記コネクタ接続端子部は、前記プリント配線板に対し、前記アンテナエレメントを構成するアンテナエレメント本体の延在方向側に配置されることを特徴としている。
【０００６】
この場合において、前記アンテナエレメントは、給電端子を備え、前記アンテナエレメント本体と前記給電端子とは共働して逆Ｆアンテナとして機能するようにしてもよい。
また、前記プリント配線板上に形成され、前記シールド部材に電気的に接続されたグランドパターンを備えるようにしてもよい。
さらに、前記シールド部材と前記アンテナエレメントとは、一体に形成されているようにしてもよい。
さらにまた、前記アンテナエレメントは、前記プリント配線板上に配線パターンとして形成されているようにしてもよい。
また、前記シールド部材は、前記プリント配線板上に形成されたグランドパターンに電気的に接続され、前記グランドパターンの前記アンテナエレメント本体の延在方向と直交する方向の長さは、通信に用いられる信号の４分の１波長と略同一とされているようにしてもよい。
また、携帯型電子機器は、上記いずれかのアンテナ装置を備えたことを特徴としている。
この場合において、当該携帯型電子機器は、腕時計型に形成されているようにしてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
［１］第１実施形態
図１は第１実施形態のアンテナ装置が実装されたプリント基板１０の組立図である。図２は、第１実施形態のプリント基板１０の上面図である。図３は、第１実施形態のプリント基板１０の正面図である。図４は、第１実施形態のプリント基板１０の側面図である。
図１ないし図４において、プリント配線板１１は、回路部品１４等が実装されており、プリント配線板１１表面（及び多層基板の場合には内層）に配線用の電極パターンが形成されている。プリント配線板１１の上面には、シールド部材１３が半田付けされるグランド（接地）パターン１１Ａが形成され、アンテナ装置の実装時にはシールド部材１３が半田付けされる。シールド部材１３が半田付けされるグランド（接地）パターン１１Ａは、プリント配線板１１のグランドパターン上面に形成されたハンダ付け防止用のレジストを除去することにより形成されるのが一般的である。
【０００８】
高周波回路のプリント基板においては、図１に示すごとく通常、複数の個所にてシールド部材１３がプリント配線板１１に半田付けされる。また、プリント配線板１１としては、多層基板のみならず、単層基板であってもかまわない。
アンテナエレメント１２は、プリント配線板１１に対して略平行に設けられており、本第１実施形態の場合、給電端子（給電点）１２Ｂがプリント配線板１１と電気的に接続されるとともに、アンテナエレメント本体１２Ａを支持する状態となっている。
アンテナエレメント１２は、シールド部材１３と一体に形成されており、折り曲げ部分の形状および寸法を工夫することで、１枚の金属板からシールド部材１３及びアンテナエレメント１２を一括して得ることが出来る。
アンテナ本体支持部１２Ｃは、給電端子１２Ｂとプリント配線板１１に垂直な方向の長さが同じであり、基板実装時にはアンテナエレメント１２を基板上で支えることとなる。その結果、アンテナエレメント本体１２Ａは、基板と水平に、かつ、シールド部材１３の平面部と同一平面内に保たれる。シールド部材折曲部１３Ａも給電端子１２Ｂあるいはアンテナ本体支持部１２Ｃとプリント配線板１１に垂直な方向の長さが同じであり、シールド部材１３の平面部を基板に対し水平に固定、支持する。なお、図１中、他のシールド部材折曲部についても、プリント配線板１１に垂直な方向の長さが同一である。
【０００９】
ここで、アンテナエレメント１２に流れる電流分布に影響を与えないようにするには、アンテナ本体支持部１２Ｃはアンテナエレメント１２に対し垂直に形成される必要がある。この場合において、プリント配線板１１のアンテナエレメント１２下部には、多層基板の場合の内層も含めて、グランドなど電流が流れる電流流路を設けないことが望ましい。アンテナエレメント半田付けパターン１１Ｃはアンテナ本体支持部１２Ｃの先端部分をプリント配線板１１上で半田付け固定する為のパターンであって、他の配線とは電気的に接続されてはいない。
一方、アンテナ本体支持部１２Ｃと同様にアンテナエレメントに垂直に形成されている給電端子１２Ｂは、プリント配線板１１上の半田付けパターン１１Ｂに半田付けされる。ハンダ付けパターン１１Ｂは給電端子１２Ｂを半田付けにより配線板１１上に固定すると共に、その一端が回路基板上に形成された回路の信号給電点に電気的に接続されている。これにより、図示しない無線回路の送信信号、受信信号がアンテナと無線回路間でそれぞれ伝達される。
【００１０】
また、アンテナエレメント１２は、銅などの導電性の高い材料が望ましい。しかしながら、表面のメッキに導電性の高い材料を用いるように構成することも可能である。
上記構成の結果、アンテナエレメント本体１２Ａと給電端子１２Ｂは、協働して、逆Ｆアンテナとして機能している。給電端子１２Ｂのアンテナエレメント本体１２Ａへの接続位置は、逆Ｆアンテナのインピーダンスが所定の値となる位置に設定されている。このインピーダンスの値としては、例えば、５０［Ω］とされる。
シールド部材１３は、回路部品１４を電磁的にシールド（遮蔽）するためのものであり、回路部品１４等の回路部品及び配線パターンの周囲を覆っている。ここで、回路部品１４としては、半導体集積回路、１６０８サイズ（外形１．６ｍｍ×０．８ｍｍ）、１００５サイズ（外形１．０ｍｍ×０．５ｍｍ）、０６０３（外形０．６ｍｍ×０．３ｍｍ）サイズなどのチップ部品が一般的である。
シールド部材１３は、シールド折曲部１３Ａにおいて、プリント配線板１１条に形成されているグランド（接地）パターン１１Ａに接続されている。
【００１１】
ところで、アンテナ装置のグランドは、理想的にはその面積が大きい方が逆Ｆアンテナの特性的な観点からは好ましい。そのため、現実的には、プリント配線板１１の表面積において可能な限り大きく設けるのが好ましい。そこで、本第１実施形態においては、回路部品１４等の回路部品及び配線パターンを電磁的にシールドするために接地されているシールド部材１３をアンテナエレメント１２のグランドとして用いるようにしているのである。この場合において、グランドの実効面積は、図１のシールド部材１３のプリント配線板１１上に占める面積にほぼ等しい。
【００１２】
すなわち、回路部品１４等の回路部品及び配線パターンの状態に拘わらず、グランド面積を確保する事が可能となる。換言すれば、プリント配線板１１上に十分な面積のグランドパターンを形成できない場合であっても、アンテナ特性を得る為に十分なグランド面積を確保することが可能となる。
図５は第１実施形態のアンテナ装置の放射特性図である。また、図６は比較対象としてのダイポールアンテナの放射特性図である。
図５および図６において、外周部分に配置している１〜１６の数字は一周３６０度を１６等分した各方向を表しており、隣り合う二つの数字の表す実際の角度間隔は２２．５度である。また図内の数値（ｄＢ値）はダイポールアンテナ比（ｄＢｄ）である。また、Ｈｏｒｉは水平方向（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）の特性を示し、Ｖｅｒｔは垂直方向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）の特性を示す。
図５に示すように、本第１実施形態のアンテナ装置によれば、指向特性はダイポールアンテナと９０［゜］異なるものの、放射特性は図６に示すダイポールアンテナと比較して同等あるいは数ｄＢ以内の放射特性劣化にとどまっており、非常に優秀な放射特性を得ることができた。
【００１３】
［２］第２実施形態
上記第１実施形態においては、アンテナエレメントとシールド部材とを一体に構成していたが、本第２実施形態はアンテナエレメントとシールド部材とを別体に構成した場合の実施形態である。
図７は第２実施形態のアンテナ装置が実装されたプリント基板の組み立て図である。図８は、第２実施形態のプリント基板の上面図である。図９は、第２実施形態のプリント基板の正面図である。
図７ないし図９に示すように、プリント基板２０を構成するプリント配線板２１の上面に、大別するとアンテナエレメント２２、シールド部材２３および回路部品２４が配置されている。
この場合においても、第１実施形態と同様に、プリント配線板２１としては、単層基板のみならず、多層基板であってもかまわない。
【００１４】
アンテナエレメント２２は、プリント配線板２１に対して３次元的に略平行に設けられており、本第２実施形態の場合、給電端子（給電点）２２Ｂがプリント配線板２１と半田付けパターン２１Ｂにおいて半田付けにより接続されるとともに、アンテナ本体支持部２２Ｃが半田付けパターン２１Ｃにおいて半田付けされる。エレメント半田付けパターン２１Ｃは、アンテナ本体支持部２２Ｃの先端部分を基板上で半田付け固定する為のパターンであって、他の配線とは電気的に接続されていない。
【００１５】
この結果、給電端子２２Ｂおよびアンテナ本体支持部２２Ｃによりアンテナエレメント本体２２Ａが支持されている。また、アンテナ本体支持部２２Ｃは図に示すごとくエレメントの両側に複数設けることでアンテナの位置を安定化させることが出来る。アンテナエレメント２２の一方の端点はシールド部材２３に半田付け、蝋付け等で電気的、機械的に接続されている。
第１実施形態と同様に、アンテナエレメント２２は、銅などの導電性の高い材料が望ましいが、表面のメッキに導電性の高い材料を用いるように構成することも可能である。
【００１６】
上記構成の結果、アンテナエレメント本体２２、給電端子２２Ｂおよびアンテナ本体支持部２２Ｃは、協働して、逆Ｆアンテナとして機能している。給電端子２２Ｂのアンテナエレメント本体２２Ａへの接続位置は、逆Ｆアンテナのインピーダンスが所定の値（例えば、５０［Ω］）となる位置に設定されている。
シールド部材２３は、回路部品２４を電磁的にシールド（遮蔽）するためのものであり、回路部品２４等の回路部品及び配線パターンの周囲を覆っている。
さらにシールド部材２３は、シールド部材折曲部２３Ａにおいて、プリント配線板２１上に形成されているグランド（接地）パターン２１Ａに上述した第１実施形態と同様に接続されている。
【００１７】
本第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、回路部品２４等の回路部品及び配線パターン（図示せず）を電磁的にシールドするために接地されているシールド部材２３をアンテナエレメント２２のグランドとして用いているので、回路部品２４等の回路部品及び配線パターンの配置状態に拘わらず、グランド面積を確保する事が可能となり、プリント配線板２１上に十分なグランドパターンを形成できない場合であっても、十分なグランド面積を確保することが可能となる。
さらに本第２実施形態によれば、アンテナエレメント２２とシールド部材２３とを別体に構成しているので、アンテナエレメント２２とシールド部材２３との結合工程が増えるものの、それぞれを別個に加工でき、加工が容易となる。加えて、様々な製品態様に容易に対応することが可能となる。
【００１８】
［３］第３実施形態
上記各実施形態においては、アンテナエレメントは、プリント配線板とは別個に構成していたが、本第３実施形態は、アンテナエレメントをプリント配線板上にプリントアンテナ（配線パターン）として形成した場合の実施形態である。
図１０は第３実施形態のアンテナ装置が実装されたプリント基板の組立図である。図１１は、第３実施形態のプリント基板の上面図である。図１２は、第３実施形態のプリント基板の正面図である。
【００１９】
図１０に示すように、プリント基板３０を構成するプリント配線板３１の上面には、大別するとアンテナエレメント本体３２Ａが配線パターンとして形成されて配置されるとともに、シールド部材３３および回路部品３４等の回路部品及び配線パターン（図示せず）が配置されている。
この場合においても、上記各実施形態と同様に、プリント配線板３１としては、単層基板のみならず、多層基板であってもかまわない。
【００２０】
アンテナエレメント本体３２Ａは、プリント配線板３１上にプリント配線として設けられており、給電端子（給電点）３２Ｂがプリント配線板３１上の給電用配線に電気的に接続されるとともに、アンテナエレメント本体３２Ａの一端はプリント配線板３１上に形成されたグランドパターン３１Ａに接続されている。この場合、同一のグランドパターンとして連続的にパターンを形成することが出来る。
【００２１】
また、プリント配線板３１上に形成されたグランドパターン３１Ａのアンテナエレメント本体３２Ａに向かい合う部分はアンテナエレメント本体３２Ａと略平行に一定の間隔を置いて形成されている。また、アンテナエレメント本体３２Ａのグランドパターン３１Ａと接続される部分は、グランドパターン３１Ａに対して垂直に接続されている。
上記構成の結果、アンテナエレメント本体３２Ａ、給電端子３２Ｂは、協働して、逆Ｆアンテナとして機能している。給電端子３２Ｂのアンテナエレメント本体３２Ａへの接続位置は、逆Ｆアンテナのインピーダンスが所定の値（例えば、５０［Ω］）となる位置に設定されている。
【００２２】
シールド部材３３は、回路部品３４等の回路部品及び配線パターン（図示せず）を電磁的にシールド（遮蔽）するためのものであり、回路部品３４等の回路部品及び配線パターンの周囲を覆っている。
さらにシールド部材３３は、シールド部材折曲部３３Ａにおいて、プリント配線板３１上に形成されているグランド（接地）パターン３１Ａに前記第１の実施形態と同様に接続されている。
【００２３】
本第３実施形態においても、上記各実施形態と同様に、回路部品３４等の回路部品及び配線パターンを電磁的にシールドするために接地されているシールド部材３３をアンテナエレメント３２のグランドとして用いているので、回路部品３４等の回路部品及び配線パターンの配置状態に拘わらず、グランド面積を確保する事が可能となり、プリント配線板３１上に十分な面積のグランドパターンを形成できない場合であっても、十分なグランド面積を確保することが可能となる。
さらに本第３実施形態によれば、アンテナエレメント３２をプリント配線としてプリント配線板の作成時に設けることができるので、製造工程の簡略化が可能となる。
【００２４】
［４］第１〜第３実施形態の変形例
［４．１］第１変形例
以上の説明においては、シールド部材は、アンテナエレメントの配置部分を除き、プリント配線板の全体にわたって回路部品を覆っていたが、プリント配線板上に余裕がある場合には、シールド部材に電気的にグランドパターンを接続した状態でプリント配線板上に形成するようにし、シールド部材とグランドパターンとでグランド面積を確保するように構成することも可能である。
【００２５】
［４．２］第２変形例
以上の説明においては、アンテナエレメントがシールド部材形状に沿って、折れ線形状を有する場合であったが、シールド部材の形状に沿った形状であれば、すなわち、シールド部材端部の形状に略平行な形状であれば曲線形状や他の形状とすることも可能である。この場合に、アンテナエレメント内を流れる電流の微視的な電流方向をベクトルとして考え、このベクトルが部品、配線パターンあるいはパッド内を流れる電流のベクトル（微視的な電流方向）とできる限り平行とならないように、アンテナエレメントパターン周囲の部品、配線パターンあるいはパッドの位置を設定するようにすればより効果的である。
【００２６】
［４．３］第３変形例
以上の説明においては、アンテナエレメントの機械的な寸法については、詳細に述べなかったが、基本的に所望の周波数において４分の１波長となるように形成することが望ましい。
次に前述の第１〜第３実施形態及び変形例に記載したプリント基板を用いて電子機器完成品を構成する場合の第４〜第６実施形態について説明する。
【００２７】
［５］第４実施形態
図１３は、携帯電話端末に接続して用いる通信アダプタモジュール７０の説明図である。
図１３に示すように、プリント基板５０を構成するプリント配線板５１の上面には、大別するとアンテナエレメント５２が配線パターンとして形成されて配置されるとともに、シールド部材５３および回路部品５４等の各種回路部品及び配線パターン（図示せず）が配置されている。
この場合においても、上記各実施形態と同様に、プリント配線板５１としては、単層基板のみならず、多層基板であってもかまわない。
アンテナエレメント本体５２Ａは、プリント配線板５１上にプリント配線として設けられており、給電端子（給電点）５２Ｂがプリント配線板５１上の給電用配線に電気的に接続されるとともに、アンテナエレメント本体５２Ａの一端はプリント配線板５１上に形成されたグランドパターン５１Ａに接続されている。この場合、同一のグランドパターンとして連続的にパターンを形成することが出来る。
【００２８】
また、プリント配線板５１上に形成されたグランドパターン５１Ａのアンテナエレメント本体５２Ａに向かい合う部分はアンテナエレメント本体５２Ａと略平行に一定の間隔を置いて形成されている。また、アンテナエレメント本体５２Ａのグランドパターン５１Ａと接続される部分は、グランドパターン５１Ａに対して垂直に接続されている。
上記構成の結果、アンテナエレメント本体５２Ａ、給電端子５２Ｂは、協働して、逆Ｆアンテナとして機能している。給電端子５２Ｂのアンテナエレメント本体５２Ａへの接続位置は、逆Ｆアンテナのインピーダンスが所定の値（例えば、５０［Ω］）となる位置に設定されている。
【００２９】
シールド部材５３は、回路部品５４等の回路部品及び配線パターン（図示せず）を電磁的にシールド（遮蔽）するためのものであり、回路部品５４等の回路部品及び配線パターンの周囲を覆っている。
さらにシールド部材５３は、シールド部材折曲部５３Ａにおいて、プリント配線板５１上に形成されているグランド（接地）パターン５１Ａに前記第３の実施形態と同様に接続されている。
【００３０】
さらにプリント配線板５１の一端にはコネクタ接続端子部５５が設けられている。
この場合において、コネクタ接続端子部５５は、アンテナエレメント本体５２Ａの延在方向（図中、Ａ方向）と略直交する方向（Ｂ方向；プリント配線板５１上のアンテナエレメント５２とシールド部材５３を結ぶ方向）に略平行な辺の一辺に設けられている。そして、コネクタ接続端子部５５には、複数のコネクタ接続端子（電極パターン）５６が形成されている。
このコネクタ接続端子５６には、コネクタ６０の接続端子（図示せず）が接続される。接続端子としては、例えば、グランド端子、電源端子、携帯電話端末と通信アダプタとの間を結ぶ複数の信号線用端子などが挙げられる。
上述したように、コネクタ接続端子部５５をＢ方向に略平行な辺の一辺に設けことで、携帯電話端末に接続した場合におけるアンテナのグランド長（４分の１波長相当）とアンテナエレメントとの関係は維持されるのでアンテナゲインに劣化は起こらない。
【００３１】
これは、コネクタ接続端子部５５をＡ方向に略平行な辺の一辺に設けた場合には、具体的には、符号５７で表されるように接続端子部を設けた場合には、通信アダプタのグランド端子が携帯電話のグランド端子とコネクタ接続端子を介して接続されることにより、グランドパターンの長さが４分の１波長より延長されて長くなるため、アンテナゲインの特性が維持されなくなるからである。この場合において、Ｂ方向にプリント基板５０と同程度の幅を有するグランドパターンを設けることができればグランドとアンテナエレメントとより形成されるアンテナ装置のゲイン劣化は小さくなると思われるが、実際にはコネクタ接続端子を介してきわめて細い線材でグランド同士が接続されるような構造となるため、Ｂ方向にのみ線状に長さが増す構造となり、所定の特性より劣化することが考えられる。
図１４は、図１３に示したコネクタ６０をプリント基板５０に挿入して接続した通信アダプタモジュール７０の外観斜視図である。
この通信アダプタモジュール７０に、電池、ケース６１などを追加組立てして図１５に示すように、通信アダプタ８０（完成品）となる。
【００３２】
図１６は、通信アダプタ８０を携帯電話端末８１に接続して使う場合の配置説明図である。
携帯電話端末８１の下部（図中、右側面に設けられた外部接続用コネクタ端子（図示せず）と、通信アダプタ８０のコネクタ端子８２（図１５参照）がお互いに挿入勘合され、電気的な接続が図られる。
この場合、先に述べたように、本実施形態の構成によれば、携帯電話端末８１と接続されることによる通信アダプタ８０のアンテナ特性の劣化は起こらないこととなる。
図１７は、携帯電話端末８１を接続していない状態における通信アダプタ８０単体のアンテナ指向性特性図である。また、図１８は、通信アダプタ８０と携帯電話端末８１とを接続して得られるアンテナ装置の放射指向性特性図である。
ここで、図１７および図１８中、図の外周の１〜１６の数字は、一周３６０度を１６等分した各方向を表しており、数字の現す実際の角度間隔は２２．５度である。また、グラフ内の数値（ｄＢ値）はダイポールアンテナ比（ｄＢｄ）である。
通信アダプタ８０単体のアンテナ指向性特性は、図１７に示すように、良好である。
一方、通信アダプタ８０と携帯電話端末８１とを接続した場合のアンテナ指向性特性は、図１８に示すように、接続したことによる特性劣化は無く、むしろゲインが向上していることがわかる。
【００３３】
上述した通信アダプタ８０は、携帯電話端末３１と接続され、所定の無線通信技術により別の無線端末装置と組み合わせて用いられる。より具体的には、無線通信技術としてのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、微弱無線等を用い、別の無線端末装置としてのヘッドセット、ハンズフリーセットなどと組み合わせて用いられ、車内における携帯電話のハンズフリーユニットとして用いられる。
また、室内・屋外等における近距離無線通信システムとして用いることもでき、これによって他の無線通信機器との間で情報通信が行われる。
すなわち、単体のアンテナ特性だけでなく、携帯電話端末と接続されて用いられる場合のアンテナ指向特性がより重要となり、このような用途に本実施形態の構成は非常に有効である。
【００３４】
［６］第５実施形態
図１９は、前述の第１〜第３実施形態及び変形例に記載したプリント基板を用いた腕時計型（ウオッチ型）無線装置９０の構成図である。
図１９（ａ）は上面図、図１９（ｂ）は正面断面図、図１９（ｃ）は側面断面図である。
図１９（ｂ）に示すように、アンテナ装置９４はシールド部材９５が下側（腕側）となるように構成されている。この構成によれば、アンテナ装置９４のシールド部材９５と反対側に、ディスプレイ９２にディスプレイ駆動用の信号を伝送するための導通ゴム９３を設けるのに好都合となっている。
この導通ゴム９３は、図１９（ｃ）に示すように、通常ディスプレイ９２の上下（あるいは左右）に２つ（２系統）設けられる。
【００３５】
さらに腕時計型無線装置９０は、当該腕時計型無線装置９０を構成する全部品がウオッチケース９１に収納されている。
図１９（ｂ）に示すように、本第５実施形態は、シールド部材９５が下に配置されているため、金属体である電池９６を重ねて配置するのに適している。
この様に配置された電池９６は、アンテナ装置９４を構成するプリント配線板を平面とみなした場合に、その正射影がアンテナ装置９４のグランドパターンの配置領域内に収まるようにすることが好ましい。
また、上記構成によれば、電池９６の正極をシールド部材９５を介して回路に接続することが出来、小型化が可能である。
【００３６】
［７］第６実施形態
図２０及び図２１は、前述の第１〜第３実施形態及び変形例に記載したプリント基板を用いたＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｃｅｔａｎｔ；携帯型情報処理装置）１００、１１０の構成例の説明図である。
図２０は第６実施形態のアンテナ装置１０１をＰＤＡ１００の回路基板１０２上にコネクタ等で接続する場合の構成例説明図である。図２０（ａ）は平面図、図２０（ｂ）は断面図である。
基板間コネクタ１０３及び１０４によりアンテナ装置１０１と回路基板１０２とを厚み方向に重ねて接続する。この場合において、アンテナ装置１０１と回路基板１０２との間は、所定距離以上離間していることが望ましい。例えば、数ｃｍ以上は離れていることが望ましい。そこで、本実施形態では、基板間コネクタ１０３、１０４の厚みを適宜設定することにより、回路基板１０２とアンテナ装置１０１との間隔を所定距離以上に設定している。
【００３７】
また、アンテナ装置１０１のアンテナエレメントに対向する回路基板１０２上のパターンは、グランドパターン等のような大きなパターンでないことが望ましい。
なお、アンテナ装置１０１のアンテナエレメントを除く部分はシールド部材１０５によってシールドされている。また、ＰＤＡ１００の表面側にはディスプレイ１０６が備えられている。
【００３８】
図２１は、第６実施形態のアンテナ装置１１１をＰＤＡ１１０の回路基板１１２に作りこむ場合のレイアウト例を説明する図である。図２１（ａ）は、ＰＤＡ１１０を透視した平面図、図２１（ｂ）は断面図である。
回路基板１１２上に、アンテナ装置１１１を形成する領域を設け、この領域にはアンテナ装置１１１のみを形成する。回路基板１１２上の他の部分には本来のＰＤＡ回路１１３の配線パターンが形成されているが、ＰＤＡ回路１１３とアンテナ装置１１１とは、パターン接続部１１４のみを介して必要な信号線が接続されている。尚、アンテナ装置１１１のアンテナエレメントを除く部分はシールド部材１１５によってシールドされている。また、ＰＤＡ１１０の表面側にはディスプレイ１１６が備えられている
このように形成することで、ＰＤＡ回路１１３が形成されている同一の回路基板１１２上のレイアウトでありながら、アンテナの特性の劣化を小さく保つことが出来る。
【００３９】
［８］実施形態の効果
上記各実施形態によれば、小型のアンテナ装置、ひいては、アンテナおよび無線通信回路を一体化した小型のプリント基板を提供することができる。
さらにシールド部材をグランドとして利用しているため、プリント配線板の面積が小さく十分なグランド面積を確保することができないような場合であっても、確実にグランド面積を確保することができ、アンテナ感度の劣化を抑制しつつ装置の小型化をはかり、実装密度を上げることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、小型のアンテナ装置、ひいては、アンテナと回路の一体化された小型プリント基板を提供することが出来る。ひいては、アンテナ装置を内蔵した通信アダプタおよび携帯型電子機器の小型化を図ることができる。
また、シールド部材をアンテナのグランドとして利用しているので、プリント配線板の面積が小さく十分なグランド面積を確保することができない場合であっても、アンテナ感度の劣化を抑制しつつ、実装密度を上げることができ、小型の無線通信機器を構成することができる。特に腕時計型無線通信機器のように、小型化が切望される場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のプリント基板の組み立て図である。
【図２】第１実施形態のプリント基板の上面図である。
【図３】第１実施形態のプリント基板の正面図である。
【図４】第１実施形態のプリント基板の側面図である。
【図５】第１実施形態のアンテナ装置の放射特性の説明図である。
【図６】比較対象のダイポールアンテナの放射特性の説明図である。
【図７】第２実施形態のプリント基板の組み立て図である。
【図８】第２実施形態のプリント基板の上面図である。
【図９】第２実施形態のプリント基板の正面図である。
【図１０】第３実施形態のプリント基板の組み立て図である。
【図１１】第３実施形態のプリント基板の上面図である。
【図１２】第３実施形態のプリント基板の正面図である。
【図１３】携帯電話端末に接続して用いる通信アダプタモジュール（第４実施形態）の説明図である。
【図１４】コネクタをプリント基板に挿入して接続した通信アダプタモジュールの外観斜視図である。
第１実施形態のプリント基板の側面図である。
【図１５】通信アダプタ（完成品）の外観斜視図である。
【図１６】通信アダプタを携帯電話端末に接続して使う場合の配置説明図である。
【図１７】携帯電話端末８１を接続していない状態における通信アダプタ単体のアンテナ指向性特性図である。
【図１８】通信アダプタと携帯電話端末とを接続して得られるアンテナ装置の放射指向性特性図である。
【図１９】腕時計型（ウオッチ型）無線装置の構成図である。
【図２０】ＰＤＡの構成例の説明図（その１）である。
【図２１】ＰＤＡの構成例の説明図（その２）である。
【符号の説明】
１０、２０、３０……プリント基板、１１、２１、３１……プリント配線板、１１Ａ、２１Ａ、３１Ａ……グランドパターン、１２、２２、３２……アンテナエレメント、１２Ｂ、２２Ｂ、３２Ｂ……給電端子、１２Ｃ、２２Ｃ……アンテナ本体支持部、１３、２３、３３……シールド部材、１４、２４、３４……電子部品（電子回路）
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置、プリント基板、通信アダプタおよび携帯型電子機器に係り、特に高周波無線機器として用いられるアンテナ装置、プリント基板、通信アダプタおよび携帯型電子機器に関する。
【従来の技術】
従来、携帯電話などの高周波無線機器である携帯機器用のアンテナとして、ヘリカルダイポールアンテナが用いられている。
このヘリカルダイポールアンテナは、携帯機器の筐体から引き出して使用したり、筐体内に収納した状態で用いるように構成されていた。
【０００２】
また、特許文献１に開示されているように、ヘリカルダイポールアンテナとは別に携帯機器の筐体内に第２のアンテナを設けたものも提案されている。この構成によれば、ヘリカルダイポールアンテナおよび第２のアンテナによりダイバーシティ（空間ダイバーシティや角度ダイバーシティ）を構成することもできる。このような第２のアンテナとしては、逆Ｆアンテナが一般的に用いられている。
また、２．４［ＧＨｚ］帯カードタイプの薄型携帯機器には、セラミックを用いたチップアンテナが用いられている。
一方、携帯機器用のアンテナをプリント配線板上に形成する場合には、理想的にはアンテナエレメント周囲には十分な空間を確保することが特性確保の観点からは好ましい。これを容易に実現するためには、プリント配線板の表面にアンテナエレメントを形成するのが一般的であった。
【特許文献１】
特開平３−１７５８２６号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のヘリカルダイポールアンテナは、原理的にそのサイズが大きくなり、腕時計サイズの携帯機器など、さらに小型化が要求される機器に対しては、適用しがたいという問題点があった。
また、逆Ｆアンテナは、アンテナエレメントとグランド板（接地板）とが所定の物理的配置をとることにより機能を発揮できる構造となっており、配置上の自由度が乏しい。さらに、グランド板の面積は逆Ｆアンテナの特性を左右しており、面積を低減させると特性が劣化する。このため、装置の小型化などの要求に伴い、プリント配線板の面積を小さくすべく、部品の実装密度をあげる必要が生じた場合には、部品の実装面積によってプリント配線板の面積を消費してしまい、グランド板の面積を確保することができず、逆Ｆアンテナとして所望の特性が得られなくなってしまうという問題点があった。
また、セラミックのチップアンテナは、チップアンテナ自身は面実装可能な程度の大きさである。しかしながら、チップアンテナの実装時においては、アンテナの所望の特性を得るためにグランド面積を大きく確保する必要があり、周辺回路およびグランドを含んだアンテナ装置全体としては、大きくなってしまうという問題点があった。さらにチップアンテナは高価であるという問題点もあった。
そこで、本発明の目的は、アンテナの特性（特に感度）を確保しつつ、回路全体の実装密度の向上、プリント配線板の小型化ひいては装置の小型化を図ることが可能なアンテナ装置、プリント基板、通信アダプタおよび携帯型電子機器を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、アンテナ装置は、電子回路を覆うことにより前記電子回路をシールドするシールド部材と、前記シールド部材に接地されるアンテナエレメントと、を備えたことを特徴としている。
この場合において、前記アンテナエレメントは、アンテナエレメント本体と、
給電端子と、を備え、前記アンテナエレメント本体と前記給電端子とは共働して逆Ｆアンテナとして機能するようにしてもよい。
また、前記シールド部材と前記アンテナエレメントとは、一体に形成されているようにしてもよい。
また、プリント基板は、プリント配線板と、前記プリント配線板上に配置された電子回路と、前記プリント配線板上に配置され、前記電子回路を覆うことにより前記電子回路をシールドするシールド部材と、
前記プリント配線板上に配置され、前記シールド部材に接地されるアンテナエレメントと、を備えたことを特徴としている。
【０００５】
この場合において、前記アンテナエレメントは、アンテナエレメント本体と、
給電端子と、を備え、前記アンテナエレメント本体と前記給電端子とは共働して逆Ｆアンテナとして機能するようにしてもよい。
また、前記プリント配線板上に形成され、前記シールド部材に電気的に接続されたグランドパターンを備えるようにしてもよい。
さらに前記シールド部材と前記アンテナエレメントとは、一体に形成されているようにしてもよい。
さらにまた、前記アンテナエレメントは、前記プリント配線板上に配線パターンとして形成されているようにしてもよい。
また、通信アダプタは、プリント配線板と、前記プリント配線板上に配置された電子回路と、前記プリント配線板上に配置され、前記電子回路を覆うことにより前記電子回路をシールドするシールド部材と、前記プリント配線板上に配置され、前記シールド部材に接地されるアンテナエレメントと、コネクタ接続端子部と、を備え、前記コネクタ接続端子部は、前記プリント配線板に対し、前記アンテナエレメントを構成するアンテナエレメント本体の延在方向側に配置されることを特徴としている。
【０００６】
この場合において、前記アンテナエレメントは、給電端子を備え、前記アンテナエレメント本体と前記給電端子とは共働して逆Ｆアンテナとして機能するようにしてもよい。
また、前記プリント配線板上に形成され、前記シールド部材に電気的に接続されたグランドパターンを備えるようにしてもよい。
さらに、前記シールド部材と前記アンテナエレメントとは、一体に形成されているようにしてもよい。
さらにまた、前記アンテナエレメントは、前記プリント配線板上に配線パターンとして形成されているようにしてもよい。
また、前記シールド部材は、前記プリント配線板上に形成されたグランドパターンに電気的に接続され、前記グランドパターンの前記アンテナエレメント本体の延在方向と直交する方向の長さは、通信に用いられる信号の４分の１波長と略同一とされているようにしてもよい。
また、携帯型電子機器は、上記いずれかのアンテナ装置を備えたことを特徴としている。
この場合において、当該携帯型電子機器は、腕時計型に形成されているようにしてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
［１］第１実施形態
図１は第１実施形態のアンテナ装置が実装されたプリント基板１０の組立図である。図２は、第１実施形態のプリント基板１０の上面図である。図３は、第１実施形態のプリント基板１０の正面図である。図４は、第１実施形態のプリント基板１０の側面図である。
図１ないし図４において、プリント配線板１１は、回路部品１４等が実装されており、プリント配線板１１表面（及び多層基板の場合には内層）に配線用の電極パターンが形成されている。プリント配線板１１の上面には、シールド部材１３が半田付けされるグランド（接地）パターン１１Ａが形成され、アンテナ装置の実装時にはシールド部材１３が半田付けされる。シールド部材１３が半田付けされるグランド（接地）パターン１１Ａは、プリント配線板１１のグランドパターン上面に形成されたハンダ付け防止用のレジストを除去することにより形成されるのが一般的である。
【０００８】
高周波回路のプリント基板においては、図１に示すごとく通常、複数の個所にてシールド部材１３がプリント配線板１１に半田付けされる。また、プリント配線板１１としては、多層基板のみならず、単層基板であってもかまわない。
アンテナエレメント１２は、プリント配線板１１に対して略平行に設けられており、本第１実施形態の場合、給電端子（給電点）１２Ｂがプリント配線板１１と電気的に接続されるとともに、アンテナエレメント本体１２Ａを支持する状態となっている。
アンテナエレメント１２は、シールド部材１３と一体に形成されており、折り曲げ部分の形状および寸法を工夫することで、１枚の金属板からシールド部材１３及びアンテナエレメント１２を一括して得ることが出来る。
アンテナ本体支持部１２Ｃは、給電端子１２Ｂとプリント配線板１１に垂直な方向の長さが同じであり、基板実装時にはアンテナエレメント１２を基板上で支えることとなる。その結果、アンテナエレメント本体１２Ａは、基板と水平に、かつ、シールド部材１３の平面部と同一平面内に保たれる。シールド部材折曲部１３Ａも給電端子１２Ｂあるいはアンテナ本体支持部１２Ｃとプリント配線板１１に垂直な方向の長さが同じであり、シールド部材１３の平面部を基板に対し水平に固定、支持する。なお、図１中、他のシールド部材折曲部についても、プリント配線板１１に垂直な方向の長さが同一である。
【０００９】
ここで、アンテナエレメント１２に流れる電流分布に影響を与えないようにするには、アンテナ本体支持部１２Ｃはアンテナエレメント１２に対し垂直に形成される必要がある。この場合において、プリント配線板１１のアンテナエレメント１２下部には、多層基板の場合の内層も含めて、グランドなど電流が流れる電流流路を設けないことが望ましい。アンテナエレメント半田付けパターン１１Ｃはアンテナ本体支持部１２Ｃの先端部分をプリント配線板１１上で半田付け固定する為のパターンであって、他の配線とは電気的に接続されてはいない。
一方、アンテナ本体支持部１２Ｃと同様にアンテナエレメントに垂直に形成されている給電端子１２Ｂは、プリント配線板１１上の半田付けパターン１１Ｂに半田付けされる。ハンダ付けパターン１１Ｂは給電端子１２Ｂを半田付けにより配線板１１上に固定すると共に、その一端が回路基板上に形成された回路の信号給電点に電気的に接続されている。これにより、図示しない無線回路の送信信号、受信信号がアンテナと無線回路間でそれぞれ伝達される。
【００１０】
また、アンテナエレメント１２は、銅などの導電性の高い材料が望ましい。しかしながら、表面のメッキに導電性の高い材料を用いるように構成することも可能である。
上記構成の結果、アンテナエレメント本体１２Ａと給電端子１２Ｂは、協働して、逆Ｆアンテナとして機能している。給電端子１２Ｂのアンテナエレメント本体１２Ａへの接続位置は、逆Ｆアンテナのインピーダンスが所定の値となる位置に設定されている。このインピーダンスの値としては、例えば、５０［Ω］とされる。
シールド部材１３は、回路部品１４を電磁的にシールド（遮蔽）するためのものであり、回路部品１４等の回路部品及び配線パターンの周囲を覆っている。ここで、回路部品１４としては、半導体集積回路、１６０８サイズ（外形１．６ｍｍ×０．８ｍｍ）、１００５サイズ（外形１．０ｍｍ×０．５ｍｍ）、０６０３（外形０．６ｍｍ×０．３ｍｍ）サイズなどのチップ部品が一般的である。
シールド部材１３は、シールド折曲部１３Ａにおいて、プリント配線板１１条に形成されているグランド（接地）パターン１１Ａに接続されている。
【００１１】
ところで、アンテナ装置のグランドは、理想的にはその面積が大きい方が逆Ｆアンテナの特性的な観点からは好ましい。そのため、現実的には、プリント配線板１１の表面積において可能な限り大きく設けるのが好ましい。そこで、本第１実施形態においては、回路部品１４等の回路部品及び配線パターンを電磁的にシールドするために接地されているシールド部材１３をアンテナエレメント１２のグランドとして用いるようにしているのである。この場合において、グランドの実効面積は、図１のシールド部材１３のプリント配線板１１上に占める面積にほぼ等しい。
【００１２】
すなわち、回路部品１４等の回路部品及び配線パターンの状態に拘わらず、グランド面積を確保する事が可能となる。換言すれば、プリント配線板１１上に十分な面積のグランドパターンを形成できない場合であっても、アンテナ特性を得る為に十分なグランド面積を確保することが可能となる。
図５は第１実施形態のアンテナ装置の放射特性図である。また、図６は比較対象としてのダイポールアンテナの放射特性図である。
図５および図６において、外周部分に配置している１〜１６の数字は一周３６０度を１６等分した各方向を表しており、隣り合う二つの数字の表す実際の角度間隔は２２．５度である。また図内の数値（ｄＢ値）はダイポールアンテナ比（ｄＢｄ）である。また、Ｈｏｒｉは水平方向（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）の特性を示し、Ｖｅｒｔは垂直方向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）の特性を示す。
図５に示すように、本第１実施形態のアンテナ装置によれば、指向特性はダイポールアンテナと９０［゜］異なるものの、放射特性は図６に示すダイポールアンテナと比較して同等あるいは数ｄＢ以内の放射特性劣化にとどまっており、非常に優秀な放射特性を得ることができた。
【００１３】
［２］第２実施形態
上記第１実施形態においては、アンテナエレメントとシールド部材とを一体に構成していたが、本第２実施形態はアンテナエレメントとシールド部材とを別体に構成した場合の実施形態である。
図７は第２実施形態のアンテナ装置が実装されたプリント基板の組み立て図である。図８は、第２実施形態のプリント基板の上面図である。図９は、第２実施形態のプリント基板の正面図である。
図７ないし図９に示すように、プリント基板２０を構成するプリント配線板２１の上面に、大別するとアンテナエレメント２２、シールド部材２３および回路部品２４が配置されている。
この場合においても、第１実施形態と同様に、プリント配線板２１としては、単層基板のみならず、多層基板であってもかまわない。
【００１４】
アンテナエレメント２２は、プリント配線板２１に対して３次元的に略平行に設けられており、本第２実施形態の場合、給電端子（給電点）２２Ｂがプリント配線板２１と半田付けパターン２１Ｂにおいて半田付けにより接続されるとともに、アンテナ本体支持部２２Ｃが半田付けパターン２１Ｃにおいて半田付けされる。エレメント半田付けパターン２１Ｃは、アンテナ本体支持部２２Ｃの先端部分を基板上で半田付け固定する為のパターンであって、他の配線とは電気的に接続されていない。
【００１５】
この結果、給電端子２２Ｂおよびアンテナ本体支持部２２Ｃによりアンテナエレメント本体２２Ａが支持されている。また、アンテナ本体支持部２２Ｃは図に示すごとくエレメントの両側に複数設けることでアンテナの位置を安定化させることが出来る。アンテナエレメント２２の一方の端点はシールド部材２３に半田付け、蝋付け等で電気的、機械的に接続されている。
第１実施形態と同様に、アンテナエレメント２２は、銅などの導電性の高い材料が望ましいが、表面のメッキに導電性の高い材料を用いるように構成することも可能である。
【００１６】
上記構成の結果、アンテナエレメント本体２２、給電端子２２Ｂおよびアンテナ本体支持部２２Ｃは、協働して、逆Ｆアンテナとして機能している。給電端子２２Ｂのアンテナエレメント本体２２Ａへの接続位置は、逆Ｆアンテナのインピーダンスが所定の値（例えば、５０［Ω］）となる位置に設定されている。
シールド部材２３は、回路部品２４を電磁的にシールド（遮蔽）するためのものであり、回路部品２４等の回路部品及び配線パターンの周囲を覆っている。
さらにシールド部材２３は、シールド部材折曲部２３Ａにおいて、プリント配線板２１上に形成されているグランド（接地）パターン２１Ａに上述した第１実施形態と同様に接続されている。
【００１７】
本第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、回路部品２４等の回路部品及び配線パターン（図示せず）を電磁的にシールドするために接地されているシールド部材２３をアンテナエレメント２２のグランドとして用いているので、回路部品２４等の回路部品及び配線パターンの配置状態に拘わらず、グランド面積を確保する事が可能となり、プリント配線板２１上に十分なグランドパターンを形成できない場合であっても、十分なグランド面積を確保することが可能となる。
さらに本第２実施形態によれば、アンテナエレメント２２とシールド部材２３とを別体に構成しているので、アンテナエレメント２２とシールド部材２３との結合工程が増えるものの、それぞれを別個に加工でき、加工が容易となる。加えて、様々な製品態様に容易に対応することが可能となる。
【００１８】
［３］第３実施形態
上記各実施形態においては、アンテナエレメントは、プリント配線板とは別個に構成していたが、本第３実施形態は、アンテナエレメントをプリント配線板上にプリントアンテナ（配線パターン）として形成した場合の実施形態である。
図１０は第３実施形態のアンテナ装置が実装されたプリント基板の組立図である。図１１は、第３実施形態のプリント基板の上面図である。図１２は、第３実施形態のプリント基板の正面図である。
【００１９】
図１０に示すように、プリント基板３０を構成するプリント配線板３１の上面には、大別するとアンテナエレメント本体３２Ａが配線パターンとして形成されて配置されるとともに、シールド部材３３および回路部品３４等の回路部品及び配線パターン（図示せず）が配置されている。
この場合においても、上記各実施形態と同様に、プリント配線板３１としては、単層基板のみならず、多層基板であってもかまわない。
【００２０】
アンテナエレメント本体３２Ａは、プリント配線板３１上にプリント配線として設けられており、給電端子（給電点）３２Ｂがプリント配線板３１上の給電用配線に電気的に接続されるとともに、アンテナエレメント本体３２Ａの一端はプリント配線板３１上に形成されたグランドパターン３１Ａに接続されている。この場合、同一のグランドパターンとして連続的にパターンを形成することが出来る。
【００２１】
また、プリント配線板３１上に形成されたグランドパターン３１Ａのアンテナエレメント本体３２Ａに向かい合う部分はアンテナエレメント本体３２Ａと略平行に一定の間隔を置いて形成されている。また、アンテナエレメント本体３２Ａのグランドパターン３１Ａと接続される部分は、グランドパターン３１Ａに対して垂直に接続されている。
上記構成の結果、アンテナエレメント本体３２Ａ、給電端子３２Ｂは、協働して、逆Ｆアンテナとして機能している。給電端子３２Ｂのアンテナエレメント本体３２Ａへの接続位置は、逆Ｆアンテナのインピーダンスが所定の値（例えば、５０［Ω］）となる位置に設定されている。
【００２２】
シールド部材３３は、回路部品３４等の回路部品及び配線パターン（図示せず）を電磁的にシールド（遮蔽）するためのものであり、回路部品３４等の回路部品及び配線パターンの周囲を覆っている。
さらにシールド部材３３は、シールド部材折曲部３３Ａにおいて、プリント配線板３１上に形成されているグランド（接地）パターン３１Ａに前記第１の実施形態と同様に接続されている。
【００２３】
本第３実施形態においても、上記各実施形態と同様に、回路部品３４等の回路部品及び配線パターンを電磁的にシールドするために接地されているシールド部材３３をアンテナエレメント３２のグランドとして用いているので、回路部品３４等の回路部品及び配線パターンの配置状態に拘わらず、グランド面積を確保する事が可能となり、プリント配線板３１上に十分な面積のグランドパターンを形成できない場合であっても、十分なグランド面積を確保することが可能となる。
さらに本第３実施形態によれば、アンテナエレメント３２をプリント配線としてプリント配線板の作成時に設けることができるので、製造工程の簡略化が可能となる。
【００２４】
［４］第１〜第３実施形態の変形例
［４．１］第１変形例
以上の説明においては、シールド部材は、アンテナエレメントの配置部分を除き、プリント配線板の全体にわたって回路部品を覆っていたが、プリント配線板上に余裕がある場合には、シールド部材に電気的にグランドパターンを接続した状態でプリント配線板上に形成するようにし、シールド部材とグランドパターンとでグランド面積を確保するように構成することも可能である。
【００２５】
［４．２］第２変形例
以上の説明においては、アンテナエレメントがシールド部材形状に沿って、折れ線形状を有する場合であったが、シールド部材の形状に沿った形状であれば、すなわち、シールド部材端部の形状に略平行な形状であれば曲線形状や他の形状とすることも可能である。この場合に、アンテナエレメント内を流れる電流の微視的な電流方向をベクトルとして考え、このベクトルが部品、配線パターンあるいはパッド内を流れる電流のベクトル（微視的な電流方向）とできる限り平行とならないように、アンテナエレメントパターン周囲の部品、配線パターンあるいはパッドの位置を設定するようにすればより効果的である。
【００２６】
［４．３］第３変形例
以上の説明においては、アンテナエレメントの機械的な寸法については、詳細に述べなかったが、基本的に所望の周波数において４分の１波長となるように形成することが望ましい。
次に前述の第１〜第３実施形態及び変形例に記載したプリント基板を用いて電子機器完成品を構成する場合の第４〜第６実施形態について説明する。
【００２７】
［５］第４実施形態
図１３は、携帯電話端末に接続して用いる通信アダプタモジュール７０の説明図である。
図１３に示すように、プリント基板５０を構成するプリント配線板５１の上面には、大別するとアンテナエレメント５２が配線パターンとして形成されて配置されるとともに、シールド部材５３および回路部品５４等の各種回路部品及び配線パターン（図示せず）が配置されている。
この場合においても、上記各実施形態と同様に、プリント配線板５１としては、単層基板のみならず、多層基板であってもかまわない。
アンテナエレメント本体５２Ａは、プリント配線板５１上にプリント配線として設けられており、給電端子（給電点）５２Ｂがプリント配線板５１上の給電用配線に電気的に接続されるとともに、アンテナエレメント本体５２Ａの一端はプリント配線板５１上に形成されたグランドパターン５１Ａに接続されている。この場合、同一のグランドパターンとして連続的にパターンを形成することが出来る。
【００２８】
また、プリント配線板５１上に形成されたグランドパターン５１Ａのアンテナエレメント本体５２Ａに向かい合う部分はアンテナエレメント本体５２Ａと略平行に一定の間隔を置いて形成されている。また、アンテナエレメント本体５２Ａのグランドパターン５１Ａと接続される部分は、グランドパターン５１Ａに対して垂直に接続されている。
上記構成の結果、アンテナエレメント本体５２Ａ、給電端子５２Ｂは、協働して、逆Ｆアンテナとして機能している。給電端子５２Ｂのアンテナエレメント本体５２Ａへの接続位置は、逆Ｆアンテナのインピーダンスが所定の値（例えば、５０［Ω］）となる位置に設定されている。
【００２９】
シールド部材５３は、回路部品５４等の回路部品及び配線パターン（図示せず）を電磁的にシールド（遮蔽）するためのものであり、回路部品５４等の回路部品及び配線パターンの周囲を覆っている。
さらにシールド部材５３は、シールド部材折曲部５３Ａにおいて、プリント配線板５１上に形成されているグランド（接地）パターン５１Ａに前記第３の実施形態と同様に接続されている。
【００３０】
さらにプリント配線板５１の一端にはコネクタ接続端子部５５が設けられている。
この場合において、コネクタ接続端子部５５は、アンテナエレメント本体５２Ａの延在方向（図中、Ａ方向）と略直交する方向（Ｂ方向；プリント配線板５１上のアンテナエレメント５２とシールド部材５３を結ぶ方向）に略平行な辺の一辺に設けられている。そして、コネクタ接続端子部５５には、複数のコネクタ接続端子（電極パターン）５６が形成されている。
このコネクタ接続端子５６には、コネクタ６０の接続端子（図示せず）が接続される。接続端子としては、例えば、グランド端子、電源端子、携帯電話端末と通信アダプタとの間を結ぶ複数の信号線用端子などが挙げられる。
上述したように、コネクタ接続端子部５５をＢ方向に略平行な辺の一辺に設けことで、携帯電話端末に接続した場合におけるアンテナのグランド長（４分の１波長相当）とアンテナエレメントとの関係は維持されるのでアンテナゲインに劣化は起こらない。
【００３１】
これは、コネクタ接続端子部５５をＡ方向に略平行な辺の一辺に設けた場合には、具体的には、符号５７で表されるように接続端子部を設けた場合には、通信アダプタのグランド端子が携帯電話のグランド端子とコネクタ接続端子を介して接続されることにより、グランドパターンの長さが４分の１波長より延長されて長くなるため、アンテナゲインの特性が維持されなくなるからである。この場合において、Ｂ方向にプリント基板５０と同程度の幅を有するグランドパターンを設けることができればグランドとアンテナエレメントとより形成されるアンテナ装置のゲイン劣化は小さくなると思われるが、実際にはコネクタ接続端子を介してきわめて細い線材でグランド同士が接続されるような構造となるため、Ｂ方向にのみ線状に長さが増す構造となり、所定の特性より劣化することが考えられる。
図１４は、図１３に示したコネクタ６０をプリント基板５０に挿入して接続した通信アダプタモジュール７０の外観斜視図である。
この通信アダプタモジュール７０に、電池、ケース６１などを追加組立てして図１５に示すように、通信アダプタ８０（完成品）となる。
【００３２】
図１６は、通信アダプタ８０を携帯電話端末８１に接続して使う場合の配置説明図である。
携帯電話端末８１の下部（図中、右側面に設けられた外部接続用コネクタ端子（図示せず）と、通信アダプタ８０のコネクタ端子８２（図１５参照）がお互いに挿入勘合され、電気的な接続が図られる。
この場合、先に述べたように、本実施形態の構成によれば、携帯電話端末８１と接続されることによる通信アダプタ８０のアンテナ特性の劣化は起こらないこととなる。
図１７は、携帯電話端末８１を接続していない状態における通信アダプタ８０単体のアンテナ指向性特性図である。また、図１８は、通信アダプタ８０と携帯電話端末８１とを接続して得られるアンテナ装置の放射指向性特性図である。
ここで、図１７および図１８中、図の外周の１〜１６の数字は、一周３６０度を１６等分した各方向を表しており、数字の現す実際の角度間隔は２２．５度である。また、グラフ内の数値（ｄＢ値）はダイポールアンテナ比（ｄＢｄ）である。
通信アダプタ８０単体のアンテナ指向性特性は、図１７に示すように、良好である。
一方、通信アダプタ８０と携帯電話端末８１とを接続した場合のアンテナ指向性特性は、図１８に示すように、接続したことによる特性劣化は無く、むしろゲインが向上していることがわかる。
【００３３】
上述した通信アダプタ８０は、携帯電話端末３１と接続され、所定の無線通信技術により別の無線端末装置と組み合わせて用いられる。より具体的には、無線通信技術としてのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、微弱無線等を用い、別の無線端末装置としてのヘッドセット、ハンズフリーセットなどと組み合わせて用いられ、車内における携帯電話のハンズフリーユニットとして用いられる。
また、室内・屋外等における近距離無線通信システムとして用いることもでき、これによって他の無線通信機器との間で情報通信が行われる。
すなわち、単体のアンテナ特性だけでなく、携帯電話端末と接続されて用いられる場合のアンテナ指向特性がより重要となり、このような用途に本実施形態の構成は非常に有効である。
【００３４】
［６］第５実施形態
図１９は、前述の第１〜第３実施形態及び変形例に記載したプリント基板を用いた腕時計型（ウオッチ型）無線装置９０の構成図である。
図１９（ａ）は上面図、図１９（ｂ）は正面断面図、図１９（ｃ）は側面断面図である。
図１９（ｂ）に示すように、アンテナ装置９４はシールド部材９５が下側（腕側）となるように構成されている。この構成によれば、アンテナ装置９４のシールド部材９５と反対側に、ディスプレイ９２にディスプレイ駆動用の信号を伝送するための導通ゴム９３を設けるのに好都合となっている。
この導通ゴム９３は、図１９（ｃ）に示すように、通常ディスプレイ９２の上下（あるいは左右）に２つ（２系統）設けられる。
【００３５】
さらに腕時計型無線装置９０は、当該腕時計型無線装置９０を構成する全部品がウオッチケース９１に収納されている。
図１９（ｂ）に示すように、本第５実施形態は、シールド部材９５が下に配置されているため、金属体である電池９６を重ねて配置するのに適している。
この様に配置された電池９６は、アンテナ装置９４を構成するプリント配線板を平面とみなした場合に、その正射影がアンテナ装置９４のグランドパターンの配置領域内に収まるようにすることが好ましい。
また、上記構成によれば、電池９６の正極をシールド部材９５を介して回路に接続することが出来、小型化が可能である。
【００３６】
［７］第６実施形態
図２０及び図２１は、前述の第１〜第３実施形態及び変形例に記載したプリント基板を用いたＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｃｅｔａｎｔ；携帯型情報処理装置）１００、１１０の構成例の説明図である。
図２０は第６実施形態のアンテナ装置１０１をＰＤＡ１００の回路基板１０２上にコネクタ等で接続する場合の構成例説明図である。図２０（ａ）は平面図、図２０（ｂ）は断面図である。
基板間コネクタ１０３及び１０４によりアンテナ装置１０１と回路基板１０２とを厚み方向に重ねて接続する。この場合において、アンテナ装置１０１と回路基板１０２との間は、所定距離以上離間していることが望ましい。例えば、数ｃｍ以上は離れていることが望ましい。そこで、本実施形態では、基板間コネクタ１０３、１０４の厚みを適宜設定することにより、回路基板１０２とアンテナ装置１０１との間隔を所定距離以上に設定している。
【００３７】
また、アンテナ装置１０１のアンテナエレメントに対向する回路基板１０２上のパターンは、グランドパターン等のような大きなパターンでないことが望ましい。
なお、アンテナ装置１０１のアンテナエレメントを除く部分はシールド部材１０５によってシールドされている。また、ＰＤＡ１００の表面側にはディスプレイ１０６が備えられている。
【００３８】
図２１は、第６実施形態のアンテナ装置１１１をＰＤＡ１１０の回路基板１１２に作りこむ場合のレイアウト例を説明する図である。図２１（ａ）は、ＰＤＡ１１０を透視した平面図、図２１（ｂ）は断面図である。
回路基板１１２上に、アンテナ装置１１１を形成する領域を設け、この領域にはアンテナ装置１１１のみを形成する。回路基板１１２上の他の部分には本来のＰＤＡ回路１１３の配線パターンが形成されているが、ＰＤＡ回路１１３とアンテナ装置１１１とは、パターン接続部１１４のみを介して必要な信号線が接続されている。尚、アンテナ装置１１１のアンテナエレメントを除く部分はシールド部材１１５によってシールドされている。また、ＰＤＡ１１０の表面側にはディスプレイ１１６が備えられている
このように形成することで、ＰＤＡ回路１１３が形成されている同一の回路基板１１２上のレイアウトでありながら、アンテナの特性の劣化を小さく保つことが出来る。
【００３９】
［８］実施形態の効果
上記各実施形態によれば、小型のアンテナ装置、ひいては、アンテナおよび無線通信回路を一体化した小型のプリント基板を提供することができる。
さらにシールド部材をグランドとして利用しているため、プリント配線板の面積が小さく十分なグランド面積を確保することができないような場合であっても、確実にグランド面積を確保することができ、アンテナ感度の劣化を抑制しつつ装置の小型化をはかり、実装密度を上げることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、小型のアンテナ装置、ひいては、アンテナと回路の一体化された小型プリント基板を提供することが出来る。ひいては、アンテナ装置を内蔵した通信アダプタおよび携帯型電子機器の小型化を図ることができる。
また、シールド部材をアンテナのグランドとして利用しているので、プリント配線板の面積が小さく十分なグランド面積を確保することができない場合であっても、アンテナ感度の劣化を抑制しつつ、実装密度を上げることができ、小型の無線通信機器を構成することができる。特に腕時計型無線通信機器のように、小型化が切望される場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のプリント基板の組み立て図である。
【図２】第１実施形態のプリント基板の上面図である。
【図３】第１実施形態のプリント基板の正面図である。
【図４】第１実施形態のプリント基板の側面図である。
【図５】第１実施形態のアンテナ装置の放射特性の説明図である。
【図６】比較対象のダイポールアンテナの放射特性の説明図である。
【図７】第２実施形態のプリント基板の組み立て図である。
【図８】第２実施形態のプリント基板の上面図である。
【図９】第２実施形態のプリント基板の正面図である。
【図１０】第３実施形態のプリント基板の組み立て図である。
【図１１】第３実施形態のプリント基板の上面図である。
【図１２】第３実施形態のプリント基板の正面図である。
【図１３】携帯電話端末に接続して用いる通信アダプタモジュール（第４実施形態）の説明図である。
【図１４】コネクタをプリント基板に挿入して接続した通信アダプタモジュールの外観斜視図である。
第１実施形態のプリント基板の側面図である。
【図１５】通信アダプタ（完成品）の外観斜視図である。
【図１６】通信アダプタを携帯電話端末に接続して使う場合の配置説明図である。
【図１７】携帯電話端末８１を接続していない状態における通信アダプタ単体のアンテナ指向性特性図である。
【図１８】通信アダプタと携帯電話端末とを接続して得られるアンテナ装置の放射指向性特性図である。
【図１９】腕時計型（ウオッチ型）無線装置の構成図である。
【図２０】ＰＤＡの構成例の説明図（その１）である。
【図２１】ＰＤＡの構成例の説明図（その２）である。
【符号の説明】
１０、２０、３０……プリント基板、１１、２１、３１……プリント配線板、１１Ａ、２１Ａ、３１Ａ……グランドパターン、１２、２２、３２……アンテナエレメント、１２Ｂ、２２Ｂ、３２Ｂ……給電端子、１２Ｃ、２２Ｃ……アンテナ本体支持部、１３、２３、３３……シールド部材、１４、２４、３４……電子部品（電子回路）
Claims (16)
- 電子回路を覆うことにより前記電子回路をシールドするシールド部材と、
前記シールド部材に接地されるアンテナエレメントと、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項１記載のアンテナ装置において、
前記アンテナエレメントは、アンテナエレメント本体と、
給電端子と、を備え、
前記アンテナエレメント本体と前記給電端子とは共働して逆Ｆアンテナとして機能することを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項１または２記載のアンテナ装置において、
前記シールド部材と前記アンテナエレメントとは、一体に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。 - プリント配線板と、
前記プリント配線板上に配置された電子回路と、
前記プリント配線板上に配置され、前記電子回路を覆うことにより前記電子回路をシールドするシールド部材と、
前記プリント配線板上に配置され、前記シールド部材に接地されるアンテナエレメントと、
を備えたことを特徴とするプリント基板。 - 請求項４記載のプリント基板において、
前記アンテナエレメントは、アンテナエレメント本体と、
給電端子と、を備え、
前記アンテナエレメント本体と前記給電端子とは共働して逆Ｆアンテナとして機能することを特徴とするプリント基板。 - 請求項４または５に記載のプリント基板において、
前記プリント配線板上に形成され、前記シールド部材に電気的に接続されたグランドパターンを備えたことを特徴とするプリント基板。 - 請求項４ないし６に記載のプリント基板において、
前記シールド部材と前記アンテナエレメントとは、一体に形成されていることを特徴とするプリント基板。 - 請求項４ないし６に記載のプリント基板において、
前記アンテナエレメントは、前記プリント配線板上に配線パターンとして形成されていることを特徴とするプリント基板。 - プリント配線板と、
前記プリント配線板上に配置された電子回路と、
前記プリント配線板上に配置され、前記電子回路を覆うことにより前記電子回路をシールドするシールド部材と、
前記プリント配線板上に配置され、前記シールド部材に接地されるアンテナエレメントと、
コネクタ接続端子部と、を備え、
前記コネクタ接続端子部は、前記プリント配線板に対し、前記アンテナエレメントを構成するアンテナエレメント本体の延在方向側に配置される、
ことを特徴とする通信アダプタ。 - 請求項９記載の通信アダプタにおいて、
前記アンテナエレメントは、給電端子を備え、
前記アンテナエレメント本体と前記給電端子とは共働して逆Ｆアンテナとして機能することを特徴とする通信アダプタ。 - 請求項９または請求項１０に記載の通信アダプタにおいて、
前記プリント配線板上に形成され、前記シールド部材に電気的に接続されたグランドパターンを備えたことを特徴とする通信アダプタ。 - 請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載の通信アダプタにおいて、
前記シールド部材と前記アンテナエレメントとは、一体に形成されていることを特徴とする通信アダプタ。 - 請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載の通信アダプタにおいて、
前記アンテナエレメントは、前記プリント配線板上に配線パターンとして形成されていることを特徴とする通信アダプタ。 - 請求項９ないし請求項１３のいずれかに記載の通信アダプタにおいて、
前記シールド部材は、前記プリント配線板上に形成されたグランドパターンに電気的に接続され、前記グランドパターンの前記アンテナエレメント本体の延在方向と直交する方向の長さは、通信に用いられる信号の４分の１波長と略同一とされていることを特徴とする通信アダプタ。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする携帯型電子機器。
- 請求項１５記載の携帯型電子機器において、
当該携帯型電子機器は、腕時計型に形成されていることを特徴とする携帯型電子機器。
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