JP2004356971A - 表面実装アンテナ及びアンテナ実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面実装アンテナにおいて、誘電体の表面に設けた電極で形成されたアンテナの構造を共通化し、使用周波数の適合とインピーダンスマッチングをするために基板側のパターンを改良することで、様々なセットに共通したアンテナを使えるようにした表面実装アンテナ及びアンテナ実装方法を提供する。
【解決手段】表面実装アンテナは、基板に実装するための誘電体の表面に電極を形成した表面実装アンテナであって、電極は、両端部を同一方向に向けた接地電極と給電電極とを形成し、基板には、電極の接地電極と接続する接地マウントパターンと電極の給電電極と接続する給電マウントパターンとを所定の距離を持って形成し、接地マウントパターンと基板のＧＮＤパターンとの接続部位の接地パターンのパターン幅を調整してインダクタンスの変化として使用周波数に適合させるように構成し、給電マウントパターンと所定距離を持って対向させた給電パターンの面の面積を変えることで基板の誘電率からなる静電容量を変化させてインピーダンスマッチングをとるように構成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ実装方法及び表面実装アンテナに関するものであり、詳しくは、セットにマウントするアンテナの共通化を図った表面実装アンテナ及びアンテナ実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における表面実装アンテナは、誘電体や磁性体の表面に電極を形成したアンテナであり、それ自身で給電部のインピーダンスマッチングをとるように設計されていると共に所要の使用周波数に適合するように設計されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１７３４３４号公報 （第３頁 第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で説明した表面実装アンテナにおいて、このアンテナをセットに組み込む場合には、実装する基板にマウントして使用する。異なるセットに組み込むと、実装する基板も違うし、ＧＮＤも異なるので、他のセットで使用していたアンテナをそのままマウントすると、インピーダンスマッチングやアンテナで受ける使用周波数がずれてしまうことが多かった。そのために、誘電体や磁性体の表面に電極を形成したアンテナはセットごとに種類の違うものになってしまった。そのため、マウント部品の共通化を図るには、抜本的な改良を加えないとアンテナ自体の共通化が図れないという問題がある。
【０００５】
従って、基板に実装するアンテナが例えセットが異なっても共通したアンテナを使用できるような表面実装アンテナ及びアンテナ実装方法に解決しなければならない課題を有する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明に係る表面実装アンテナ及びアンテナ実装方法は、次に示す構成にすることである。
【０００７】
（１）表面実装アンテナは、誘電体の表面に電極を形成したアンテナを基板に実装する表面実装アンテナであって、前記電極は、その両端部を同一方向に向けた接地電極と給電電極とを形成し、前記基板には、前記電極の接地電極と接続する接地マウントパターンと前記電極の給電電極と接続する給電マウントパターンとを所定の距離を持って形成し、前記接地マウントパターンと前記基板のＧＮＤパターンとの接続部位の接地パターンのパターン幅を調整してインダクタンスの変化として使用周波数に適合させるように構成し、前記給電マウントパターンと所定距離を持って対向させた給電パターンの面の面積を変えることで基板の誘電率からなる静電容量を変化させてインピーダンスマッチングをとるように構成したことである。
（２）前記給電パターンは、前記基板の裏側に設けたことを特徴とする（１）に記載の表面実装アンテナ。
（３）前記誘電体を直方体に形成し、前記電極が直方体の誘電体の表面を覆うように、給電電極の右下面、右側面、上面、左側面、接地電極の左下面で形成したことを特徴とする（１）に記載の表面実装アンテナ。
【０００８】
（４）アンテナ実装方法は、誘電体の表面に電極を形成したアンテナを基板に実装するときに、前記電極の接地電極と前記基板の接地側のＧＮＤパターンと接続する部位のパターン幅を変化させてインダクタンスを変化させて使用周波数に適合させ、前記電極の給電電極と前記基板の給電側の対向する位置の給電パターンの面の面積を変化させて基板の誘電率からなる静電容量を変化させてインピーダンスマッチングをとるようにしたことである。
（５）前記給電パターンは、前記基板の裏側に設けたことを特徴とする（４）に記載のアンテナ実装方法。
（６）前記誘電体を直方体に形成し、前記電極が直方体の誘電体の表面を覆うように、給電電極の右下面、右側面、上面、左側面、接地電極の左下面で形成したことを特徴とする（４）に記載のアンテナ実装方法。
【０００９】
このように、アンテナを構成する誘電体や電極の構造はそのままにし、マウントする基板に設けたＧＮＤパターンと接続する接地マウントパターンの接続部位のパターン幅を調整して使用周波数に適合させ、給電側のアンテナの給電電極と接続する給電マウントパターンと対向する位置の給電パターンの対向する面の面積を変化させることでインピーダンスマッチングをとるようにしたことで、アンテナの形状を変化させることなく、基板のＧＮＤパターン側、給電パターン側を変化させることで所要の使用周波数に適合させ且つインピーダンスマッチングが可能になり、これはセットに使用する基板側が変化或いは外的な要因が存在していても、アンテナそのものは共通したものを使用してアンテナの共通化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本願発明に係る表面実装アンテナ及びアンテナ実装方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
本願発明に係るアンテナ実装方法を具現化できる表面実装アンテナは、図１に示すように、基板１１の一部に表面から取り付けるもので、アンテナ１２の接地電極１５と接続するＧＮＤパターン２１に接続する接地パターン２５のパターン幅を調整して使用周波数に合わせ、給電電極１６と接続する給電側の給電マウントパターン２３と対向する位置関係で配置する給電パターン２４の位置関係を調節してインピーダンスマッチングを行う。
【００１２】
アンテナ１２は、図２及び図３に示すように、直方体形状のセラミックス等で形成された誘電体１３の表面に金属製の電極１４を覆うようにして形成されている。
このアンテナ１２の大きさは、使用される誘電体１３の物質の比誘電率と使用周波数により、おおよそ決まる。例えば、比誘電率が２０で使用周波数が２．４ＧＨｚである場合、長さ×幅×高さは、１０×４×２ｍｍ程度になる。
【００１３】
電極１４は、長方形の板状部材の両端部が同一方向を向き合うように折り曲げ、折り曲げた両端部が所定の幅を持たせて、一方の端部が接地側に接続する接地電極１５、他方の端部が給電側に接続する給電電極１６となるように構成されている。
実施例において、電極１４は直方体の誘電体１３の形状に合わせた形状になっており、直方体の幅からなる長方形の板部材を直方体の上面を覆う大きさの上面１７、この上面１７から直角に折り曲げて側面を覆う大きさの右側面１８、上面１７の反対側を直角に折り曲げて左側面１９、右側面１８から内側に直角に折り曲げて直方体の底部の一部を覆う右下面である給電電極１６、左側面１９から内側に直角に折り曲げて直方体の一部を覆う左下面である接地電極１５からなる。この電極１４は左右対称な形状になっており、基板１１に取付けるときには、その方向性は考慮せずに取付けることが可能で、取付けかたによって図３において左側が接地側で接地電極１５になり、右側が給電側で給電電極１６になる。
【００１４】
このような電極１４の形状は、種々の形状が考えられ、誘電体１３の形状に合わせ且つ基板１１にマウントできる形状であればよく、例えば、図４（Ａ）に示すように、接地電極及び給電電極が外方向に向いているもの、図４（Ｂ）に示すように、三角柱形状に形成し、接地電極及び給電電極が内側方向に折り曲げているもの、図４（Ｃ）に示すように、楕円形状に形成し、接地電極及び給電電極が内側方向に折り曲げているもの等がある。尚、これらに限定されないことは勿論のことである。
【００１５】
更に、電極１４の形状は、上から見て長方形のものに限定されることなく、例えば、図４（Ｄ）に示すように、上面が台形の形状でも良く、図４（Ｅ）に示すように、上面が平行四辺形の形状でもよい。尚、これらに限定されないことは勿論のことである。
【００１６】
さて、実施例においてはアンテナ１２は直方体形状であり、このアンテナ１２を、図１に示すように、基板１１にマウントする。
基板１１は、ＧＮＤパターン２１に接続状態で載置されている接地側の接地マウントパターン２２と、この接地マウントパターン２２と所定の距離、アンテナ１２の接地電極１５と給電電極１６の距離の位置に給電側の給電マウントパターン２３を備え、この給電マウントパターン２３の裏側に給電パターン２４を備えた構成になっている。
【００１７】
基板１１のアンテナ１２のマウントは、接地側では、図５に示すように、基板１１のアンテナ１２をマウントする面側には接地マウントパターン２２を設け、あるパターン幅Ｌの接地パターン２５を介在させてＧＮＤパターン２１と接続する。この接地パターン２５のパターン幅Ｌを変えることによりインダクタンスを調整して使用周波数に適合させる。
【００１８】
この接地パターン２５は、インダクタンスを調整するものであるから、その形状は長方形の形状に限定されることなく様々な形状が考えられる。例えば、図６（Ａ）に示すように、実施例と同じく長方形のもの、図６（Ｂ）に示すように、正方形のもの、図６（Ｃ）に示すように、菱形のもの、図６（Ｄ）に示すように、台形のもの、図６（Ｅ）に示すように、多角形のもの、図６（Ｆ）に示すように、円形のもの、図６（Ｇ）に示すように、内部にスリットが入っているもの、図６（Ｈ）に示すように、端部を切欠いたもの等がある。尚、これらに限定されないことは勿論のことである。
【００１９】
給電側は、図７に示すように、基板１１のアンテナ１２をマウントする面側には給電マウントパターン２３を設け、この給電マウントパターン２３と対向する位置で基板１１の裏側面に給電パターン２４を設ける。
基板１１の比誘電率により、給電パターン２４の対向する面の面積を変えることにより、給電側の給電マウントパターン２３と給電パターン２４の静電結合容量が変わるので、これでインピーダンスマッチングを行う。
【００２０】
ここで、給電側の給電マウントパターン２３と給電パターン２４は、所要の容量が得られれば良いので、必ずしも基板１１の両面で完全に対向していなくともよい。例えば、図８に示すように、給電マウントパターン２３に対して、給電パターン２４をずらすようにして所望の容量を得るようにする。これは、両者の大きさを予め考慮しておくことで寸法精度を比較的ラフな状態で、所望の容量を得るようにすることで、調整し易くなる。
【００２１】
ここで、使用周波数調整とインピーダンスマッチングの方法について、図９を参照して説明する。
先ず、当初得られたＶＳＷＲ特性が“Ａ”だとすると、求める特性は“Ｃ”なので、周波数を低くして、マッチング調整を行う。
【００２２】
（１）“Ａ”から“Ｂ”に周波数を下げるときには、接地側の接地パターン２５のパターン幅Ｌ（図５参照）を狭くして、インダクタンスの値を大きくすればよい。
周波数はｆ＝１／（２π√ＬＣ）で、Ｌが大きくなると、下がるので、使用周波数になるまで、パターン幅を調整すればよい。
（２）次に、“Ｂ”から“Ｃ”へのインピーダンスマッチングをとるには、給電側の給電マウントパターン２３と対向する給電パターン２４（図７参照）の面の面積の大きさを変えることにより、静電容量を変化させてインピーダンスマッチングをとる。どちらに静電容量を変化させればよいかは、状況により異なるので、給電パターン２４を小さくしてもだめなら大きくすればよい。
（３）静電容量が変わることで、多少周波数がずれる場合もあるが、多くは許容範囲に収まる。大きくずれてしまうときには、上記（１）と（２）を交互に行うことで近付けることができるのである。
【００２３】
さて、今までは、アンテナ１２をそれぞれのセットの基板１１に実装すると、セットごとにＧＮＤの状態も違うし、またアンテナ１２のまわりのキャビ等により放射負荷も違ってくるので、それぞれのセットごとに、使用周波数の調整や、インピーダンスマッチングを行う必要があった。そのため、実装するアンテナにおいて、電極の長さを変えて使用周波数を変えたり、放射電極をアンテナに設けてインピーダンスマッチングを取っていた。
本発明においては、アンテナ１２を実装する基板１１は、それぞれのセットごとに作成されるので、共通のアンテナ１２を使用し、実装基板にある接地側の接地マウントパターン２２とＧＮＤパターン２１の接続幅（接続パターン２５）をパターン設計することで、使用周波数を決められる。また、給電側の給電マウントパターン２３と給電パターン２４の大きさをパターン設計することで、インピーダンスマッチングが取れる。
このようにして、本発明によれば、１つのアンテナ１２を使用して、それぞれのセットの基板パターンで使用周波数やインピーダンスマッチングが取れるので、その調整が容易になると共に部品としてのアンテナ１２を異なったセットに搭載できるというアンテナの共通化も図れる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明の表面実装アンテナは、アンテナに接続する接地側のＧＮＤパターンとの接続部位のパターン幅を調整して使用周波数に適合させ、給電側の給電パターンの対向する面の面積を変えることでインピーダンスマッチングを行うようにしたことで、アンテナの構造は変えないで、基板側のパターンを変えることで所要の周波数を得ることができるため、様々なセットに搭載される基板にマウントできるようになり、アンテナの共通化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面実装アンテナを基板にマウントした様子を示した斜視図である。
【図２】同、アンテナを構成する誘電体と電極との関係を示した略示的な斜視図である。
【図３】同、アンテナの外観図である。
【図４】同、電極の形状の変形例を示した説明図である。
【図５】同、接地側のＧＮＤパターンとアンテナの接地電極とを接続する接続状態を示す説明図である。
【図６】同、接地パターンの形状の変形例を示した説明図である。
【図７】同、給電側の給電電極と給電パターンとの関係を示した説明図である。
【図８】同、給電パターンの変形例を示した説明図である。
【図９】同、使用周波数調整とインピーダンスマッチングの手法を示したグラフである。
【符号の説明】
１１；基板、１２；アンテナ、１３；誘電体、１４；電極、１５；接地電極（左下面）、１６；給電電極（右下面）、１７；上面、１８；右側面、１９；左側面、２１；ＧＮＤパターン、２２；接地マウントパターン、２３；給電マウントパターン、２４；給電パターン、２５；接地パターン。

Claims (6)

1. 誘電体の表面に電極を形成したアンテナを基板に実装する表面実装アンテナであって、
   前記電極は、その両端部を同一方向に向けた接地電極と給電電極とを形成し、
   前記基板には、前記電極の接地電極と接続する接地マウントパターンと前記電極の給電電極と接続する給電マウントパターンとを所定の距離を持って形成し、
   前記接地マウントパターンと前記基板のＧＮＤパターンとの接続部位の接地パターンのパターン幅を調整してインダクタンスの変化として使用周波数に適合させるように構成し、
   前記給電マウントパターンと所定距離を持って対向させた給電パターンの面の面積を変えることで基板の誘電率からなる静電容量を変化させてインピーダンスマッチングをとるように構成することを特徴とする表面実装アンテナ。
2. 前記給電パターンは、前記基板の裏側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の表面実装アンテナ。
3. 前記誘電体を直方体に形成し、前記電極が直方体の誘電体の表面を覆うように、給電電極の右下面、右側面、上面、左側面、接地電極の左下面で形成したことを特徴とする請求項１に記載の表面実装アンテナ。
4. 誘電体の表面に電極を形成したアンテナを基板に実装するときに、前記電極の接地電極と前記基板の接地側のＧＮＤパターンと接続する部位のパターン幅を変化させてインダクタンスを変化させて使用周波数に適合させ、前記電極の給電電極と前記基板の給電側の対向する位置の給電パターンの面の面積を変化させて基板の誘電率からなる静電容量を変化させてインピーダンスマッチングをとるようにしたことを特徴とするアンテナ実装方法。
5. 前記給電パターンは、前記基板の裏側に設けたことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ実装方法。
6. 前記誘電体を直方体に形成し、前記電極が直方体の誘電体の表面を覆うように、給電電極の右下面、右側面、上面、左側面、接地電極の左下面で形成したことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ実装方法。

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