JP2005333517A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板への表面実装が容易で且つ実装時の検査が容易となるモノコニカル構造の優れたアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 放射電極は、略頂点部位に貫通穴が形設され、窪みから前記貫通穴を経て、誘電体の他端面に至るまで連続した導体を形成し、他端面に到達した部位において、半田付け部を形設している。放射電極の中心に設けられた貫通穴を介して、基板上に表面実装された様子を目視で確認することができる。余分な半田は貫通穴を介して放射電極表面に上がってくるので、良好な表面実装を行なうことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線ＬＡＮを始めとする無線通信で使用されるアンテナ装置に係り、特に、誘電体の一端面に形成された略錐状の窪みに設けられた放射電極と誘電体の他端面に設けられたグランド導体からなるモノコニカル構造のアンテナ装置に関する。

さらに詳しくは、本発明は、本来の広帯域特性の資質を十分に維持したまま、誘電体装荷により小型化を実現するモノコニカル構造のアンテナ装置に係り、特に、基板への表面実装が容易で且つ実装時の検査が容易となるモノコニカル構造のアンテナ装置に関する。

近年、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入の検討が行なわれている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システムが規定されている。

無線ＬＡＮを始めとする無線通信では、アンテナを介した情報伝送が行なわれる。例えば、モノコニカル・アンテナは、誘電体からなる略円錐状の窪みに形成された放射電極と、この誘電体の底面に形成されたグランド電極からなるが、放射電極とグランド電極の間に立つ誘電体による波長短縮効果により、比較的広帯域特性を持つ小型のアンテナを構成することができる（図５を参照のこと）。

広帯域特性を持つアンテナは、例えば、データを例えば３ＧＨｚから１０ＧＨｚという超広帯域な周波数帯域に拡散して送受信を行なうＵＷＢ（ウルトラ・ワイド・バンド）通信に利用することができる。また、小型のアンテナは、無線機器の小型軽量化に貢献する。

例えば、無線ＬＡＮ用の小型のアンテナ装置として、誘電体垂直偏波アンテナを挙げることができる（例えば、特許文献１を参照のこと）。この誘電体垂直偏波アンテナは、円柱形状をなす誘電体の一方の底面を円錐形にくり抜いてその部分に放射電極を形成し、反対側の底面にアース電極を形成し、放射電極はアース電極側に貫通孔の導体を介して引き出される。

また、モノコニカル・アンテナにおいて、誘電体の一端面に形成された略錐状の窪みの内角αを比誘電率εに応じた所定の規範に則って決定することにより、モノコニカル・アンテナ本来の広帯域特性の資質を十分に維持したまま誘電体装荷により小型化を実現することができる。

特開平８−１３９５１５号公報、図１

ところで、電子回路部品は一般に印刷配線基板上に搭載して利用されることから、部品単体の性能が優れ、低コストである以外に、部品の基板への実装作業が容易であることと、実装時の検査が容易であることが重要である。

ここで、上記のモノコニカル構造のアンテナ装置における基板への実装について考察してみる。

前述の特許文献１では、誘電体垂直偏波アンテナを配線基板に搭載した構造を示している。この場合、誘電体２０のくり抜かれた部分に形成された放射電極２１は誘電体２０の中心部に形成された貫通孔に挿入された導体ピン２４と導通され、反対側の底面に引き出される。そして、配線基板２５に形成された配線パターン２６と接続されて受信機などの回路に接続される。アース電極２２は配線基板２５の他の導体パターン２８に接続されて同様に外部回路と接続される（図６を参照のこと）。

現在では、リード線若しくはチップの足を基板のスルーホールに貫通させ裏面にハンダ付けするピン挿入方式に代えて、基板の表面に電子部品を直接ハンダ付けする表面実装技術が一般的となっている。表面実装方式では、表面実装部品（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）を装着するためのペースト状のハンダをあらかじめ基板上に塗布し、チップをその上に装着した後、高温炉内で加熱しハンダを溶融させて、チップを基板上に接着させる。

表面実装方式を考えた場合、上述したようなアンテナ部品の実装方法では、このように導体ピンを介して引き出す形状をとる場合、基板側に貫通穴を設ける必要があり、実装時の工数を考えると非合理的である。

また、前述の特許文献１では、さらに誘電体垂直偏波アンテナを配線基板へ表面実装する構成についても開示されている。この場合、誘電体２０の底面に形成した導体膜３３と放射電極３１を貫通孔に挿入した導体ピン３４で接続する。このピン３４の先端はアース電極３２や導体膜３３よりも突出しないようにする（図７を参照のこと）。

しかしながら、表面実装が可能な形状を取る場合においてもなお実装時に幾つかの問題が生じる。

まず、放射電極の半田付け位置がアンテナの下面中心に位置するため、リフロー後に半田付けの状況が確認できないという問題がある。例えば、仮に何らかの原因で半田の量が多かった場合、余分な半田によって部品が押し上げられ、基板へマウントしたときの圧力が接着面で不均一となり、実装が不安定になる可能性がある（図８を参照のこと）。また、余分な半田が回り込んで周囲のグラウンド・パターンとの短絡を起こす可能性もあるが（図９を参照のこと）、部品の裏面側に半田付け部があることから目視で確認することができない。

また、チップ・マウンタなどの実装機は、実装部品をカメラで撮像し画像認識してその方向を把握することで、基板上の該当する位置に正しい方向で配置することができる。ところが、モノコニカル構造のアンテナ部品は、図５に示したように、その形状が円筒形（若しくは輪郭が円形）であるため、下面から当該アンテナ部品を見た際に、その方向を認識することができない。例えば、方向を認識するための何らかのマークやパターンを部品側に用意しておくことも考えられるが、その分だけコストが増大する。

本発明は、上述したような技術的課題を勘案したものであり、その主な目的は、本来の広帯域特性の資質を十分に維持したまま、誘電体装荷により小型化を実現することができる、モノコニカル構造の優れたアンテナ装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、基板への表面実装が容易で且つ実装時の検査が容易となるモノコニカル構造の優れたアンテナ装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、誘電体の一端面に形成された略錐状の窪みと、前記窪みの表面に設けられた放射電極と、前記誘電体の一端面に対向する他端面に近接略平行して設けられたグランド導体とを備え、前記放射電極の略頂点部位と前記グランド導体の部位との間に電気信号が給電されるモノコニカル構成のアンテナ装置であって、
前記放射電極は、略頂点部位に前記他端面に到達する貫通穴が形設され、前記窪みから前記貫通穴を経て前記他端面まで連続した導体を形成する、
ことを特徴とするアンテナ装置である。

ここで、前記放射電極のうち前記他端面に到達した部位において、半田付け部を形設している。

本発明に係るアンテナ装置は、とりわけ表面実装に対し好適に適用することができる。すなわち、放射電極の中心に設けられた貫通穴を介して、基板上に表面実装された様子を目視で確認することができる。

また、何らかの原因で半田の量が多かった場合であっても、余分な半田は貫通穴を介して放射電極表面に上がってくるので、アンテナ部品を押し上げて実装が不安定になったり、グランド・パターンとの短絡を引き起こしたりすることはない。

また、前記グランド導体は、前記誘電体の側面に至る半田付け部を備えているが、この半田付け部を前記誘電体の側面全周にわたり形設するようにしてもよい。

この場合、アンテナ装置自体は方向性がないことから、アンテナ装置をいずれの方向においても基板上の該当半田付け位置に装着してもよいことになる。したがって、方向を認識するためのマークやパターンを部品側に用意しておく必要がなくなる。

本発明によれば、本来の広帯域特性の資質を十分に維持したまま、誘電体装荷により小型化を実現することができる、モノコニカル構造の優れたアンテナ装置を提供することができる。

また、本発明によれば、基板への表面実装が容易で且つ実装時の検査が容易となるモノコニカル構造の優れたアンテナ装置を提供することができる。

本発明によれば、誘電体子コニカル・モノポール・アンテナを表面実装する際に、半田付けの不良率を低減させ、また方向を問わずに実装することが可能になる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

図１には、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の断面構成を示している。

同図に示すように、アンテナ装置は、略円筒形状の誘電体の一端面に形成された略円錐状の窪みと、窪みの表面に設けられた放射電極と、誘電体の一端面に対向する他端面に近接略平行して設けられたグランド導体とで構成される。

放射電極には、円錐の略頂点部位において、誘電体の底面に到達する貫通穴が形設されている。そして、誘電体の窪み表面から、この貫通穴を経て、誘電体の底面に至るまで、連続した導体を形成している。底面に到達した導体部分は、半田付け部を構成する。

アンテナ装置は、実際には、配線パターンが印刷された基板上に実装して用いられる。図１に示したアンテナ装置は、表面実装方式では、表面実装部品を装着するためのペースト状の半田をあらかじめ基板上に塗布し、チップをその上に装着した後、高温炉内で加熱しハンダを溶融させて、チップを基板上に接着させる。

図１に示したアンテナ装置によれば、放射電極の中心に設けられた貫通穴を介して、基板上に表面実装された様子を目視で確認することができる。

また、何らかの原因で半田の量が多かった場合であっても、余分な半田は貫通穴を介して放射電極表面に上がってくるので、アンテナ部品を押し上げて実装が不安定になったり、グランド・パターンとの短絡を引き起こしたりすることはない（図２を参照のこと）。

一方、グランド導体は、円筒形状の誘電体の側面に至る半田付け部を備えている。

図３に示すように、半田付け部が側面の一部にのみ形成されている場合、基板上の該当する位置に正しい方向で配置する必要がある。

一般に、チップ・マウンタなどの実装機は、実装部品をカメラで撮像し画像認識してその方向を把握することで、基板上の該当する位置に正しい方向で配置することができる。これに対し、図１に示したようなアンテナ装置の場合、その形状が円筒形（若しくは輪郭が円形）であるため、下面から当該アンテナ部品を見た際に、その方向を認識することができない。

このため、図４に示すように、グランド導体の半田付け部を前記誘電体の側面全周にわたり形設するようにしてもよい。

この場合、アンテナ装置自体は方向性がないことから、アンテナ装置をいずれの方向においても基板上の該当半田付け位置に装着してもよいことになる。したがって、方向を認識するためのマークやパターンを部品側に用意しておく必要がなくなる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の断面構成を示した図である。 図２は、本発明に係るアンテナ装置を基板上に表面実装した様子を示した図である。 図３は、本発明に係るアンテナ装置を基板上に表面実装した様子を示した図である。 図４は、本発明に係るアンテナ装置を基板上に表面実装した様子を示した図である。 図５は、モノコニカル構造のアンテナ装置の構成例を示した図である。 図６は、誘電体垂直偏波アンテナを配線基板に搭載した構造を示した図である。 図７は、誘電体垂直偏波アンテナを配線基板へ表面実装する構成を示した図である。 図８は、余分な半田によって部品が押し上げられ、基板へマウントしたときの圧力が接着面で不均一となり、実装が不安定になる様子を示した図である。 図９は、余分な半田が回り込んで周囲のグラウンド・パターンとの短絡を起こす様子を示した図である。

Claims (5)

1. 誘電体の一端面に形成された略錐状の窪みと、前記窪みの表面に設けられた放射電極と、前記誘電体の一端面に対向する他端面に近接略平行して設けられたグランド導体とを備え、前記放射電極の略頂点部位と前記グランド導体の部位との間に電気信号が給電されるモノコニカル構成のアンテナ装置であって、
   前記放射電極は、略頂点部位に前記他端面に到達する貫通穴が形設され、前記窪みから前記貫通穴を経て前記他端面まで連続した導体を形成する、
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記放射電極は、前記他端面において半田付け部を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記グランド導体は、前記誘電体の側面に至る半田付け部を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記グランド導体の半田付け部は、前記誘電体の側面全周にわたり形設される、
   ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 請求項１に記載のアンテナ装置を装着するためのペースト状の半田をあらかじめ基板上に塗布し、該アンテナ装置をその上に装着した後、高温炉内で加熱しハンダを溶融させて、チップを基板上に接着させてなる、
   ことを特徴とする印刷配線基板。
   

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