JP2007006197A - アンテナユニットおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】実装が容易なアンテナユニットおよび電子機器を提供する。
【解決手段】アンテナユニットが、第1の絶縁基板、第1の絶縁基板上に配置された電気コネクタ、第1の絶縁基板上に配置され電気コネクタに一端が接続された給電線、第1の絶縁基板の反対側の面上に配置される平板導体、および第２の絶縁基板を有し、第２の絶縁基板上に給電線の他端と電気的に接続され、互いに異なる第1、第２の周波数にそれぞれ共振する第１、第２の放射器と、を備える。第１の絶縁基板上に電気コネクタ、給電線、第１、第２の放射器等が配置されているので、これら相互の配置関係を考慮することなく、容易に実装することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナユニットおよび電子機器に関する。

アンテナを内蔵して無線通信を可能とした電子機器、例えば、ノート型パーソナルコンピュータが実用化されている。
このため、電子機器へのアンテナの内蔵に関し、種々の技術が公開されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１９６８３７号

しかしながら、アンテナを電子機器に実装する際には、アンテナとグランドとのクリアランス等を考慮してアンテナを適切な位置に実装する必要がある。アンテナが小型化されると、部材相互を適切な位置に実装することが困難となる。
上記に鑑み、本発明は実装が容易なアンテナユニットおよび電子機器を提供することを目的とする。

本発明に係るアンテナユニットは、第1の絶縁基板と、前記第1の絶縁基板に配置され、かつ第1、第２の端子を有する電気コネクタと、前記第1の絶縁基板の第1の主面上に配置され、かつ前記電気コネクタの第１の端子と電気的に接続される一端を有する給電線と、前記第1の絶縁基板の前記第1の主面と反対側の第２の主面上に配置され、前記線路導体層の少なくとも一部と対向する平板導体と、前記第１の絶縁基板の第1の主面上に配置される第２の絶縁基板と、前記第２の絶縁基板の主面上もしくは内部に配置され、かつ前記給電線の他端と電気的に接続され、互いに異なる第1、第２の周波数にそれぞれ共振する第１、第２の放射器と、を具備することを特徴とする。
第１の絶縁基板上に電気コネクタ、給電線、第１、第２の放射器等が配置されているので、これら相互の配置関係を考慮することなく、容易に実装することができる。

本発明によれば、実装が容易なアンテナユニットおよび電子機器を提供できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るアンテナユニット１００を表す斜視図である。
図１に示すように、アンテナユニット１００は、第１、第２の絶縁基板１１０，１２０，電気コネクタ１３０を有する。図２Ａ，図２Ｂはそれぞれ、第２の絶縁基板１２０の上下面を拡大して表す平面図である。

第１の絶縁基板１１０の上面に、第２の絶縁基板１２０，電気コネクタ１３０、給電線１１１，接続導体１１２（１１２ａ，１１２ｂ），支持導体１１３（１１３ａ，１１３ｂ），接続導体１１４が配置される。第１の絶縁基板１１０の下面に接地導体１１５が配置され、上下面を貫通する導通用貫通孔１１６，支持用貫通孔１１７、１１８が配置されている。

第２の絶縁基板１２０の上面に、第１、第２の放射導体１２１，１２２（１２２ａ，１２２ｂ）が配置されている。また、第２の絶縁基板１２０の上面、側面、および底面に渡って、接続導体１２３（１２３ａ〜１２３ｃ）、支持導体１２４（１２４ａ〜１２４ｃ）が配置されている。

電気コネクタ１３０は、アンテナユニット１００に給電するための接続素子であり、第１、第２の端子１３１，１３２，台座１３３を有する。電気コネクタ１３０は、電気コネクタ１４０と接続可能であり、ケーブル１５０，電気コネクタ１６０によって、外部と接続可能である。

（第１の絶縁基板１１０等の詳細）
以下、第１の絶縁基板１１０およびその上に配置された導体の詳細につき説明する。
第１の絶縁基板１１０は、例えば、ガラスエポキシ等のプリント基板（ＰＣＢ）を用いることができる。第１の絶縁基板１１０は、給電線１１１の軸方向に長い矩形板状の形状を有しており、例えば、液晶表示装置を保持するための導電性フレームに固定して用いられる。

給電線１１１は、銅や銀などの帯状厚膜導体からなり、高周波信号を伝達する信号線路である。給電線１１１は、一端が電気コネクタ１３０の第１の端子１３１と接続され、他端が接続導体１１２と接続されている。給電線１１１は、第１の絶縁基板１１０の他方の主面に形成された接地導体１１５と協働してマイクロストリップラインとして機能する。従って、給電線１１１の線路幅は、アンテナユニット１００で使用する周波数帯や特性インピーダンスなどにより決定される。

接続導体１１２は、銅や銀などの帯状厚膜導体からなり、給電線１１１と第１、第２の放射導体１２１，１２２とを電気的に接続する。また、接続導体１１２は、第２の絶縁基板１２０を固定するためのはんだ付け領域としても機能する。接続導体１１２は、接続導体１１２ａ，１１２ｂに区分することが可能である。接続導体１１２ａ、１１２ｂはそれぞれ、第２の絶縁基板１２０が配置された領域の外内に位置し、接続導体１２３ｂ，１２３ｃとはんだ付けされる。即ち、接続導体１１２へのはんだ付けは、接続導体１２３との電気的接続および第２の絶縁基板１２０の物理的固定の双方に用いられる。

支持導体１１３は、銅や銀などの帯状厚膜導体からなり、第２の絶縁基板１２０を固定するためのはんだ付け領域として機能する。支持導体１１３は、支持導体１１３ａ，１１３ｂに区分することが可能である。支持導体１１３ａ、１１３ｂはそれぞれ、第２の絶縁基板１２０が配置された領域の外内に位置し、支持導体１２４ｂ、１２４ｃとはんだ付けされる。

接続導体１１４は、銅や銀などの帯状厚膜導体からなり、電気コネクタ１３０の両脇に配置されて、電気コネクタ１３０の第２の端子と接続される。接続導体１１４は、導通用貫通孔１１６を通して接地導体１１５と電気的に接続される。即ち、接続導体１１４は、電気コネクタ１３０の第２の端子と接地導体１１５との電気的接続を中継する。

接地導体１１５は、銅や銀などからなる面状導体であり、グラウンド電極として機能する。接地導体１１５は、給電線１１１の一部，電気コネクタ１３０、接続導体１１４と対応する領域に配置され、第２の絶縁基板１２０と対応する領域には形成されていない。即ち、第２の絶縁基板１２０と対応する領域に基板露出領域が配置されている。これは、第２の絶縁基板１２０からの電波の送受信を妨げないためである。

この実施形態では、接地導体１１５は、第１の絶縁基板１１０において第２の絶縁基板１２０が配設された主面と対向する主面に配置されているが、第２の絶縁基板１２０が配設された主面と同一主面上に配置することも可能である。接地導体１１５は、第２の絶縁基板１２０と基板面方向に重ならない位置であればよいからである。この場合、給電線１１１は、コプレナーラインとして機能することになる。

導通用貫通孔１１６は、接続導体１１４と接地導体１１５とを電気的に接続するためのものであり、内壁に電気伝導性の材料の皮膜が配置される。
支持用貫通孔１１７、１１８は、ネジ、ビス等を用いて、アンテナユニット１００を電気機器等に固定するための貫通孔であり、第１の絶縁基板１１０の両端近傍に配置される。この内、支持用貫通孔１１７は、接地導体１１５に対応して配置される。このため、支持用貫通孔１１７を用いてアンテナユニット１００を固定したときに、固定先が金属等の導体（例えば、導電性フレーム）であれば、その固定先と接地導体１１５とが電気的に接続されることになる。このようにすると固定先を接地導体として機能させ、アンテナユニット１００による送受信の特性を向上することが可能となる。なお、この詳細は後述する。

（第２の絶縁基板１２０等の詳細）
以下、第２の絶縁基板１２０およびその上に配置された導体の詳細につき説明する。
第２の絶縁基板１２０は、第１の絶縁基板１１０の上面に固定、設置される。第２の絶縁基板１２０は、第１の絶縁基板１１０よりも比誘電率が高い高誘電体材料からなり、例えばセラミック基板である。第２の絶縁基板１２０は、矩形板状の形状を有しており、第１の絶縁基板１１０の一方の主面（接地導体１１５が形成された面と対向する面）に配置されている。

第１，第２の放射導体１２１，１２２は、一端が給電線１１１と接続され、それぞれ第１、第２の周波数と対応する１／４波長単一型アンテナ（モノポール型アンテナ）の放射器として機能する。第１，第２の放射導体１２１，１２２は、銅や銀などからなる帯状厚膜導体からなり、給電線１１１との接続点を基点として互いに所定の角度をなして放射状に配置されている。

第１の放射導体１２１は、メアンダ状（ジグザグ状・繰り返し折り返された形状）に形成されている。第１の放射導体１２１は、一端が、接続導体１２３（１２３ａ〜１２３ｃ）を介して給電線１１１と接続され、他端が、第２の絶縁基板１２０の長辺方向に延びるように形成されている。なお、第１の放射導体１２１の形状を、メアンダ状に替えて、例えば、緩やかに蛇行させた形状としてもよい。

第２の放射導体１２２は、第２の放射導体１２２ａ，１２２ｂに区分できる。第２の放射導体１２２ａは、略矩形形状をなし、接続導体１２３と第２の放射導体１２２ｂとを接続する。第２の放射導体１２２ａは、第１の放射導体１２１等とのインピーダンス整合のためのものである。第２の放射導体１２２ｂは、第１の放射導体１２１と同様に、メアンダ状に形成されている。第１，第２の放射導体１２１，１２２の少なくとも一部を共にメアンダ状に形成することで、これらが配置される第２の絶縁基板１２０の面積を小さくすることができる。なお、第２の放射導体１２２ｂの形状を、メアンダ状に替えて、例えば、緩やかに蛇行させた形状としてもよい。

第２の放射導体１２２は、全体として、一端が接続導体１２３（１２３ａ〜１２３ｃ）を介して給電線１１１と接続され、他端が第１の放射導体１２１と所定の角度θをなして互いに放射状に延びるように形成されている。第１の放射導体１２１と第２の放射導体１２２とがなす角度θは、これら相互間の干渉の度合いや、第２の絶縁基板１２０の短辺方向の長さなどを考慮して決定される。干渉の度合いを考慮すれば、この角度θは５〜５０度であることが望ましい。

接続導体１２３は、第１，第２の放射導体１２１，１２２の接続点（給電点）となる導体領域である。接続導体１２３は、接続導体１２３ａ〜１２３ｃに区分される。接続導体１２３ａは、第２の絶縁基板１２０の上面に配置され、第１，第２の放射導体１２１，１２２が接続される。接続導体１２３ｂは、第２の絶縁基板１２０の側面に配置され、接続導体１１２ａを介して、給電線１１１に接続される。接続導体１２３ｃは、第２の絶縁基板１２０の底面の接続導体１１２ｂと対応する位置に配置され、第２の絶縁基板１２０を固定するためのはんだ接続領域として機能する。即ち、接続導体１２３へのはんだ付けは、接続導体１１２との電気的接続および第２の絶縁基板１２０の物理的固定の双方に用いられる。

支持導体１２４は、第２の絶縁基板１２０を固定するためのはんだ接続領域として機能し、支持導体１２４ａ〜１２４ｃに区分される。支持導体１２４ａは、第２の絶縁基板１２０の上面に配置され、支持導体１２４ｂ、１２４ｃをはんだ付けした場合のハンダの逃げ場を確保するためのものであり、省略することも可能である。支持導体１２４ｂ、１２４ｃはそれぞれ、第２の絶縁基板１２０の側面および底面に配置され、支持導体１１３ａ、１１３ｂにハンダ等で固定され、第２の絶縁基板１２０を固定するためのはんだ接続領域として機能する。

（等価回路）
図３は、アンテナユニット１００の原理的等価回路を示す図である。以下、図３を参照して、アンテナユニット１００の構成と等価回路との関係について説明する。

図３に示すように、アンテナユニット１００では、放射器としての第１、第２の放射導体１２１、１２２の一端が接続導体１２３に接続されている。接続導体１２３は、給電線１１１を介して端子１３１に接続される。また、端子１３２が接地導体１１５に接続される。

端子１３１，１３２に送受信回路ＴＲＸを接続することで、アンテナユニット１００は、２つの放射器がパラレルに接続された単一型アンテナ（モノポール型アンテナ）として動作する。すなわち、第１、第２の放射導体１２１、１２２それぞれに対応する第１、第２の周波数いずれかの高周波信号が送受信回路ＴＲＸから給電線１１１を介して供給されると、対応する第１、第２の放射導体１２１、１２２のいずれかで共振し、電波が放射される。一方、第１、第２の周波数いずれかの電波がアンテナユニット１００に到達すると、第１、第２の放射導体１２１、１２２のいずれかで高周波信号が励起され、給電線１１１を介して送受信回路ＴＲＸにその高周波信号が送られる。
このとき、接地導体１１５には第１、第２の放射導体１２１、１２２の鏡像が表れる。このため、第１、第２の放射導体１２１、１２２と接地導体１１５の組み合わせは、理想的には、あたかも第1、第2の周波数に対応する１／２波長のダイポールアンテナとして機能することになる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電子機器２００を表す斜視図である。
電子機器２００は、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータであり、表示部２１０，操作部２２０，接続部２３０を有する。

表示部２１０は、画像を表示するためのものであり、液晶表示装置等の表示装置２４０が配置される。操作部２２０は、情報を入力するためのものであり、入力装置、例えば、キーボード（図示せず）が配置される。接続部２３０は、表示部２１０と操作部２２０とを可動可能に接続するためのもの、例えば、ヒンジである。

表示装置２４０は、導体フレーム２５０に取り付けられる。導体フレーム２５０は、導体、例えば、銅等の金属からなる薄板であり、切り欠き部２５１ａ、２５１ｂ、ネジ穴等の穴部２５２ａ、２５３ａ、２５２ｂ、２５３ｂを有する。
切り欠き部２５１ａ、２５１ｂは、導体が配置されていない領域であり、左右に長い略矩形形状をなし、導体フレーム２５０の左右に対称に配置される。アンテナユニット１００ａ，１００ｂによる電波の送受信を妨げないためである。
なお、切り欠き部２５１ａ、２５１ｂの上辺には導体が配置されていないが、ここに導体が配置されていてもよい（いわゆる開口部）。切り欠き部や開口部のような導体が配置されていない領域を導体欠落部とする。

切り欠き部２５１ａ，２５１ｂに対応して、アンテナユニット１００ａ，１００ｂが取り付けられる。なお、判りやすさを考慮して、アンテナユニット１００ａ，１００ｂは拡大して表されている。
アンテナユニット１００ａにはアンテナユニット１００そのものを用いることが可能であり、アンテナユニット１００ｂにはアンテナユニット１００（特に、第１、第２の放射導体）の左右を逆転したものを用いることが可能である。即ち、導体フレーム２５０の左右に対称にアンテナユニット１００ａ，１００ｂ（特に、第１、第２の放射導体）が配置される。アンテナユニット１００ａ，１００ｂ双方を用いたときの送受信の特性の左右対称性を確保するためである。

アンテナユニット１００ａの支持用貫通孔１１７ａ，１１７ｂそれぞれと、穴部２５２ａ、２５３ａをネジ等で締め付けることで、アンテナユニット１００ａを導体フレーム２５０に固定できる。また、アンテナユニット１００ｂの支持用貫通孔１１７ａ，１１７ｂそれぞれと、穴部２５２ｂ、２５３ｂをネジ等で締め付けることで、アンテナユニット１００ｂを導体フレーム２５０に固定できる。

このとき、アンテナユニット１００ａ，１００ｂそれぞれの第２の絶縁基板１２０ａ，１２０ｂが切り欠き部２５１ａ、２５１ｂ内に配置される（正確には、接地導体１１５の端部と、切り欠き部２５１ａ、２５１ｂの内側の辺とがほぼ対応する）。これは、アンテナユニット１００ａ，１００ｂそれぞれの第１、第２の放射導体１２１，１２２による電波の送受信を妨げないためであり、第２の絶縁基板１２０と対応する領域に基板露出領域が配置されている（接地導体１１５を配置していない）ことに対応する。

アンテナユニット１００ａ，１００ｂを導体フレーム２５０に固定すると、アンテナユニット１００ａ，１００ｂそれぞれの接地導体１１５ａ、１１５ｂが導体フレーム２５０に電気的に接続され、接地導体１１５ａ、１１５ｂの面積が拡大したと同様の効果が生じる。既述のように、導体フレーム２５０が第１、第２の放射導体１２１，１２２の鏡像を生じさせる原因となる。このため、接地導体１１５ａ、１１５ｂの面積が拡大すると、より理想に近い第１、第２の放射導体１２１，１２２の鏡像が表れ、アンテナユニット１００ａ，１００ｂの性能の向上が期待できる。

（実施例）
以下、本発明の実施例につき説明する。
この実施例では、第1の絶縁基板１１０として、縦、横、厚さが８ｍｍ×６０ｍｍ×１ｍｍ、比誘電率４．７のガラスエポキシ基板を用いる。また、給電線１１１は第1の絶縁基板１１０の長辺から８．２ｍｍの位置に幅１．８ｍｍとした。

第２の絶縁基板１２０として、縦、横、厚さが、７．６ｍｍ×１３ｍｍ×０．６４ｍｍ比誘電率１３のセラミックを用いる。第１の放射導体１２１として線幅０．２３ｍｍの銀厚膜をメアンダ状に、線間隔０．２３ｍｍで１６．５回折り返した。第２の放射導体１２２ａ，１２２ｂに銀膜厚を用い、前者では縦横２．０ｍｍ×２．９ｍｍの矩形状、後者では線幅０．２３ｍｍ、線間隔０．２３ｍｍで２．５回折り返したメアンダ形状とした。第1、第２の放射導体１２１，１２２がなす角度θは、略４０度とした。

第1、第２の放射導体１２１，１２２等が形成された第２の絶縁基板１２０を第１の絶縁基板１１０に配置し、接続導体１２３と支持導体１２４とをはんだにより接続して固定した。

以上のアンテナユニット１００に高周波回路を接続してその反射特性を測定した。
図５Ａ，図５Ｂはそれぞれ、導体フレーム２５０にアンテナユニット１００ａを取り付けた状態、取り付けない状態で測定されたアンテナユニット１００ａの反射特性を表すグラフである。これらのグラフの横軸、縦軸はそれぞれ周波数、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio（電圧定在波比．インピーダンス不整合により，反射波が発生している伝送線路上に発生する電圧振幅分布の山と谷の比））を表す。

図５Ａに示されるように、アンテナユニット１００ａを導体フレーム２５０に取り付けた状態では、ＶＳＷＲが２以下の領域が周波数ｆ０１（２．２７ＧＨｚ）〜周波数ｆ０２（２．６１ＧＨｚ）および周波数ｆ０３（４．８８ＧＨｚ）〜周波数ｆ０４（６．００ＧＨｚ）の範囲で出現した。また、図５Ｂに示されるように、アンテナユニット１００ａを導体フレーム２５０に取り付けない状態では、ＶＳＷＲが２以下の領域が周波数ｆ１１（２．９３ＧＨｚ）〜周波数ｆ１２（２．９８ＧＨｚ）および周波数ｆ１３（５．９８ＧＨｚ）〜周波数ｆ１４（６．２３ＧＨｚ）の範囲で出現した。周波数ｆ０１〜ｆ０２および周波数ｆ１１〜ｆ１２の領域は第１の放射導体１２１に、周波数ｆ０３〜ｆ０４および周波数ｆ１３〜ｆ１４の領域は第２の放射導体１２２にそれぞれ対応している。

以上のように、アンテナユニット１００ａ、１１０ｂを導体フレーム２５０に取り付けることで、反射特性の良好な領域（ＶＳＷＲが２以下の領域）が広くなることが判る。これは第１、第２の放射導体１２１，１２２に対応する接地導体１１５が導体フレーム２５０まで拡張された結果として説明することができる。即ち、接地導体の面積が拡大されたことで、第１、第２の放射導体１２１，１２２の本来の特性が発揮され、反射損失が低減される。

また、反射特性の良好な領域（ＶＳＷＲが２以下の領域、グラフの谷）にズレが生じているが、これも接地導体１１５が導体フレーム２５０まで拡張された結果として説明できる。即ち、接地導体の面積が拡大することで、第１、第２の放射導体１２１，１２２の鏡像がより理想に近くなり、第１、第２の放射導体１２１，１２２の実像と虚像とを合成したときの実効長が実質的に増大する。この実効長の実質的な増大は、共振周波数の低減を招き、グラフの谷が低周波方向にシフトすることになる。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の一実施形態に係るアンテナユニットを表す斜視図である。 第２の絶縁基板の上面を拡大して表す平面図である。 第２の絶縁基板の下面を拡大して表す平面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナユニットの原理的等価回路を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電子機器２００を表す斜視図である。 導体フレームに取り付けた状態でのアンテナユニットの反射特性を表すグラフである。 導体フレームに取り付けない状態でのアンテナユニットの反射特性を表すグラフである。

符号の説明

１００…アンテナユニット
１１０…第１の絶縁基板
１１１…給電線
１１２…接続導体
１１２ａ，１１２ｂ…接続導体
１１３…支持導体
１１３ａ，１１３ｂ…支持導体
１１４…接続導体
１１５…接地導体
１１６…導通用貫通孔
１１７，１１８…支持用貫通孔
１２０…絶縁基板
１２１，１２２…放射導体
１２３…接続導体
１２３ａ…接続導体
１２３ｂ…接続導体
１２３ｃ…接続導体
１２４…支持導体
１２４ａ…支持導体
１２４ｂ…支持導体
１３０…電気コネクタ
１３１，１３２…端子
１３３…台座

Claims (6)

1. 第1の絶縁基板と、
   前記第1の絶縁基板に配置され、かつ第1、第２の端子を有する電気コネクタと、
   前記第1の絶縁基板の第1の主面上に配置され、かつ前記電気コネクタの第１の端子と電気的に接続される一端を有する給電線と、
   前記第1の絶縁基板の前記第1の主面と反対側の第２の主面上に配置され、前記給電線の少なくとも一部と対向する平板導体と、
   前記第１の絶縁基板の第1の主面上に配置される第２の絶縁基板と、
   前記第２の絶縁基板の主面上もしくは内部に配置され、かつ前記給電線の他端と電気的に接続され、互いに異なる第1、第２の周波数にそれぞれ共振する第１、第２の放射器と、
   を具備することを特徴とするアンテナユニット。
2. 前記第２の絶縁基板は、比誘電率が前記第１の絶縁基板よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のアンテナユニット。
3. 前記第１，第２の放射器が、互いに放射状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナユニット。
4. 前記第１，前記第２の放射器が、ミアンダ状の開放端を含む帯状導体層を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナユニット。
5. 第１、第２の導体欠落部を有し、かつ表示素子を保持するための導電性フレームと、
   前記第１、第２の導体欠落部それぞれに対応して配置される第１、第２の前記請求項１に記載のアンテナユニットと、
   を具備することを特徴とする電子機器。
6. 前記第１、第２の導体欠落部が前記導電性フレームに対称に配置され、
   前記第１、第２のアンテナユニットそれぞれの第１、第２の放射器が対称に配置される
   ことを特徴とする請求項５記載の電子機器。

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