JP2007235850A - アンテナ一体型モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ素子の真横方向で利得が大きくて安価に製造できるアンテナ一体型モジュールを提供すること。
【解決手段】回路基板２と板金製のアンテナ素子３とを備えたアンテナ一体型モジュールであって、マザーボード１上に設置された回路基板２の上面には電子部品４群を構成要素とする送受信回路が設けられている。アンテナ素子３は、電子部品４群を覆って送受信回路に接続されたカバーアンテナ部５と、回路基板２上から外れた位置でマザーボード１上に搭載された補助アンテナ部６とからなり、カバーアンテナ部５には接地脚片８ａ，８ｂや給電脚片８ｃや側板９ａ〜９ｄを設け、補助アンテナ部６には接地脚片１２を設ける。また、両アンテナ部５，６の天板７，１０どうしを同一平面内で連続させ、長手寸法が給電信号の共振長の略２分の１に設定された放射導体として動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ素子と回路基板とが一体化されて近距離無線通信等に好適なアンテナ一体型モジュールに係り、特に、板金製のアンテナ素子がシールドケースを兼ねているアンテナ一体型モジュールに関する。

近年、無線通信技術の発達に伴い、送受信回路（高周波回路）が設けられた回路基板上にアンテナ素子を具備してなるアンテナ一体型の高周波モジュールが各方面で利用されるようになっている。この種のアンテナ一体型モジュールでは、送受信回路の構成要素である電子部品群を板金製のシールドケースで覆って電磁的にシールドする必要があるため、アンテナ素子としてチップアンテナやパターンアンテナを採用すると、回路基板が不所望に大型化しまうという不具合がある。また、チップアンテナを同軸ケーブルを介して送受信回路に接続すると、部品コストが大幅に上昇してしまうという不具合もあった。

そこで従来、逆Ｆアンテナ構造のアンテナ素子がシールドケースを兼ねるように設計したアンテナ一体型モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる従来技術では、金属平板である天板の周縁から複数本の折り曲げ脚片を延設してなる板金製のアンテナ素子が用いられ、このアンテナ素子が送受信回路の電子部品群を覆うシールドケースとしても利用できるようになっている。すなわち、このアンテナ素子は、送受信回路が設けられた回路基板上に搭載されて電子部品群を覆っており、所定の折り曲げ脚片が送受信回路の給電端子に接続されて別の折り曲げ脚片が回路基板側で接地されているため、天板に給電信号を供給して励振させることができると共に、送受信回路の電子部品群を電磁的にシールドすることができる。また、残余の折り曲げ脚片も先端部が回路基板に固定されているため、回路基板と所定の間隔を存して対向するように配置された天板が、複数本の折り曲げ脚片によって安定的に支持されるようになっている。このようにシールドケースを兼ねたアンテナ素子を採用すると、回路基板を大型化する必要がなくなり、部品コストも低減できる。
特開２００５−５８６６号公報（第４−５頁、図１）

ところで、前述した従来のアンテナ一体型モジュールでは、一般的な逆Ｆアンテナ構造のアンテナ素子を用いている関係上、その放射パターンはアンテナ素子の天頂方向（天板の真上方向）で利得が大きく、アンテナ素子の真横方向は相対的に利得が小さい。しかしながら、コンピュータ本体と周辺機器などにおいて近距離無線通信を行う場合には、アンテナ素子の真横方向で利得が大きくなる放射パターンが好適であり、従来技術のように天頂方向の指向性が強い放射パターンでは、送受信の感度が悪くなってしまうという問題があった。

また、かかる従来技術で用いられているアンテナ素子は、天板の周縁から複数本の折り曲げ脚片を延出させているだけなので、この天板に覆われた空間（送受信回路の電子部品群が実装されている領域）は側方から見ると露出した状態になっており、それゆえ、該空間内へ側方から半田ごて等が差し込まれて送受信回路の主要部分が不法改造される虞があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、アンテナ素子の真横方向で利得が大きくなる放射パターンが得られて安価に製造できるアンテナ一体型モジュールを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のアンテナ一体型モジュールでは、片面に電子部品群を含む送受信回路が設けられてマザーボード上に設置される回路基板と、前記電子部品群を覆って前記送受信回路に接続されたカバーアンテナ部および前記回路基板上から外れた位置で前記マザーボード上に搭載された補助アンテナ部とを有する板金製のアンテナ素子とを備え、前記アンテナ素子は前記カバーアンテナ部の天板と前記補助アンテナ部の天板どうしを前記マザーボードと所定の間隔を存する同一平面内に並設して全体が略矩形となるように連続させてあると共に、前記矩形の両短辺に相当する箇所から前記マザーボード側へ延出する複数の接地脚片を設けて接地し、かつ、前記カバーアンテナ部にその天板の給電点から前記マザーボード側へ延出する給電脚片を設けて該天板に給電信号が供給されるようにし、前記矩形の長手寸法を前記給電信号の共振長の略２分の１の長さに設定した。

このように構成されたアンテナ一体型モジュールのアンテナ素子は、接地脚片を介して接地されたカバーアンテナ部が送受信回路の電子部品群を覆っているためシールドケースを兼ねることができ、それゆえ、モジュール全体の製造コストを低減できて回路基板を大型化する必要もない。また、給電時にカバーアンテナ部の天板と補助アンテナ部の天板は励振されて放射導体として動作するが、これら両天板には互いに逆向きの高周波電流が流れて電界を打ち消しあうため、アンテナ素子の天頂方向の利得が小さくて真横方向（前記矩形の短辺と平行な方向）の利得が大きい放射パターンが得られる。なお、補助アンテナ部はマザーボードの上方の空間に配置すればよいため、補助アンテナ部に覆われたマザーボード上の領域がデッドスペースとなることはない。

上記の構成において、カバーアンテナ部にはその天板のほぼ全周に亘ってマザーボード側へ延出する側板が設けられており、各側板の先端が所定の隙間を介して回路基板と対向していることが好ましく、これによりアンテナ素子に覆われた空間（送受信回路の電子部品群が実装されている領域）内へ側方から半田ごて等を差し込むことが困難となるため、送受信回路の主要部分が不法改造される危険性が少なくなる。この場合において、前記隙間が２ミリメートル以下に設定されていれば、不法改造を一層確実に防止することができる。

また、上記の構成において、カバーアンテナ部と補助アンテナ部を共通の金属板の異なる領域にフォーミングすることによってアンテナ素子となせば、カバーアンテナ部と補助アンテナ部を一体化する作業が不要で製造工程を簡素化できるため好ましい。ただし、別部材のカバーアンテナ部と補助アンテナ部とを接合することによってアンテナ素子となしてもよい。

また、上記の構成において、カバーアンテナ部にはその天板の補助アンテナ部寄りの一辺端からマザーボード側へ延出する保持脚片が設けられており、この保持脚片の先端部に静電容量が装荷されるようにしてあると、カバーアンテナ部および補助アンテナ部の小型化が図れるため好ましい。

また、上記の構成において、送受信回路が近距離無線通信用であれば、コンピュータ本体と周辺機器などにおける近距離無線通信を良好な感度で行うことができる。

本発明のアンテナ一体型モジュールは、カバーアンテナ部と補助アンテナ部とを有する板金製のアンテナ素子を用いており、このアンテナ素子は接地脚片を介して接地されたカバーアンテナ部が送受信回路の電子部品群を覆っているためシールドケースを兼ねることができ、それゆえ、モジュール全体の製造コストを低減できて回路基板を大型化する必要もない。また、給電時にカバーアンテナ部の天板と補助アンテナ部の天板は励振されて放射導体として動作するが、これら両天板には互いに逆向きの高周波電流が流れて電界を打ち消しあうため、アンテナ素子の天頂方向の利得が小さくて真横方向の利得が大きい放射パターンが得られる。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールの斜視図、図２は該モジュールの分解斜視図、図３は該モジュールの放射パターン特性図、図４は比較例の放射パターン特性図である。

図１および図２に示すアンテナ一体型モジュールは、コンピュータ周辺機器のマザーボード１上に搭載して使用されるものであり、回路基板２と板金製のアンテナ素子３とを備えている。回路基板２はマザーボード１上に設置されて電気的かつ機械的に接続されており、回路基板２の上面には電子部品４群を構成要素とする近距離無線通信用の送受信回路が設けられている。アンテナ素子３は、電子部品４群を覆って送受信回路に接続されたカバーアンテナ部５と、回路基板２上から外れた位置でマザーボード１上に搭載された補助アンテナ部６とからなり、これらカバーアンテナ部５と補助アンテナ部６が共通の金属板の異なる領域にフォーミングされている。

アンテナ素子３の構成について詳しく説明すると、回路基板２上に立設されたカバーアンテナ部５は、矩形状の天板７と、この天板７の周縁の複数箇所から回路基板２側（マザーボード１側）へ延出して回路基板２に固定された脚片８ａ〜８ｅと、天板７の四辺から回路基板２側へ延出して先端（下端）が所定の隙間を介して回路基板２と対向している側板９ａ〜９ｄとで構成され、全体が箱状にフォーミングされている。脚片８ａ〜８ｅの内訳は、天板７の一方の短辺側の隅部２箇所から回路基板２側へ延出して回路基板２の接地導体部に半田接続された接地脚片８ａ，８ｂと、接地脚片８ａの近傍で天板７から回路基板２側へ延出して送受信回路の給電端子に半田接続された給電脚片８ｃと、天板７の他方の短辺側の隅部２箇所から回路基板２側へ延出して回路基板２の電気的に孤立したランドに半田接続された保持脚片８ｄ，８ｅとからなる。そして、給電脚片８ｃの基端（上端）が天板７の給電点に相当し、この給電脚片８ｃを介して天板７に給電信号が供給されるようになっている。また、前記ランドを接地導体部の近傍に設けることによって静電容量が形成されるので、保持脚片８ｄ，８ｅの先端部に静電容量が装荷された波長短縮効果によって、カバーアンテナ部５および補助アンテナ部６の天板７，１０は小型化されている。なお、天板７の両短辺から延出する側板９ａ，９ｂには脚片が付設されていないが、天板７の一方の長辺から延出する側板９ｃは接地脚片８ａと給電脚片８ｃおよび保持脚片８ｄと連続しており、天板７の他方の長辺から延出する側板９ｄは接地脚片８ｂおよび保持脚片８ｅと連続している。また、各側板９ａ〜９ｄの先端と回路基板２との対向間隔（隙間）は全て２ミリメートル以下に設定されている。

回路基板２上から外れた位置に搭載されている補助アンテナ部６は、矩形状の天板１０と、この天板１０の一方の短辺からカバーアンテナ部５側へ突出している一対の橋絡片１１と、天板１０の他方の短辺からマザーボード１側へ延出して接地導体部に半田接続された接地脚片１２とで構成され、天板１０とカバーアンテナ部５の天板７とが一対の橋絡片１１によって橋絡されている。なお、天板１０と天板７との間に形成されている切欠き１３は、カバーアンテナ部５の側板９ｂを切り起こしたことによって生じたものである。

このようにアンテナ素子３は、両アンテナ部５，６の天板７，１０どうしをマザーボード１と所定の間隔を存する同一平面内に並設して全体が略矩形となるように連続させてある。そして、このアンテナ素子３の長手寸法、つまりカバーアンテナ部５の側板９ａと補助アンテナ部６の接地脚片１２との間隔を、前記給電信号の共振長の略２分の１の長さに設定しているため、給電脚片８ｃを介して天板７に給電信号が供給されると、このアンテナ素子３は天板７と天板１０がそれぞれ放射導体として動作するようになっている。ただし、かかる給電時に両天板７，１０には互いに逆向きの高周波電流が流れる。

上述したように本実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールのアンテナ素子３は、接地脚片８ａ，８ｂを介して接地されたカバーアンテナ部５が送受信回路の電子部品４群を覆っているためシールドケースを兼ねることができる。そのため、モジュール全体の製造コストを低減できて回路基板２を大型化する必要もない。また、補助アンテナ部６はマザーボード１の上方の空間に配置すればよいため、補助アンテナ部６に覆われたマザーボード１上の領域がデッドスペースとなることもない。そして、このアンテナ素子３は給電時にカバーアンテナ部５の天板７と補助アンテナ部６の天板１０が励振されて放射導体として動作するが、これら両天板７，１０には互いに逆向きの高周波電流が流れて電界を打ち消しあうため、図３（ａ），（ｂ）に示すように、アンテナ素子３の天頂方向（図１のＺ方向）の利得が小さくて真横方向（図１のＸ軸方向）の利得が大きい放射パターンが得られる。それゆえ、このアンテナ一体型モジュールは、アンテナ素子３の真横方向に据え置かれたコンピュータ本体との近距離無線通信を良好な感度で行うことができる。なお、図３（ａ）は図１のＸ−Ｚ平面における放射パターンを示し、図３（ｂ）は図１のＸ−Ｙ平面における放射パターンを示している。また、図４（ａ），（ｂ）は、アンテナ素子３から補助アンテナ部６を切除して前記従来提案と同様の構成にした比較例の放射パターン特性図であって、この比較例では天頂方向（＋Ｚ方向）で利得が大きく真横方向（Ｘ軸方向）で利得が小さくなっている。

また、本実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールのアンテナ素子３には、カバーアンテナ部５の天板７の四辺からマザーボード１側へ延出する側板９ａ〜９ｄが設けられ、各側板９ａ〜９ｄの先端が２ミリメートル以下の隙間を介して回路基板２と対向しているため、アンテナ素子３に覆われた空間（送受信回路の電子部品４群が実装されている領域）内へ側方から半田ごて等を差し込むことは困難である。それゆえ、回路基板２に設けられた送受信回路の主要部分が不法改造される危険性が極めて少なく、不法改造防止に配慮したアンテナ一体型モジュールとなっている。

また、本実施形態例では、カバーアンテナ部５と補助アンテナ部６を共通の金属板の異なる領域にフォーミングすることによってアンテナ素子３となしているため、カバーアンテナ部５と補助アンテナ部６を一体化する作業が不要で製造工程を簡素化できるという利点がある。

図５は本発明の第２実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールの斜視図であり、図１と対応する部分には同一符号を付すことによって重複する説明は省略する。

図５に示すアンテナ一体型モジュールは、別部材のカバーアンテナ部５と補助アンテナ部６とを接合することによってアンテナ素子３となしている点が前述した第１実施形態例と大きく異なっている。この場合、補助アンテナ部６はカバーアンテナ部５と同幅でよく、第１実施形態例のように橋絡片１１や切欠き１３を設ける必要はない。ただし、図５に示すアンテナ一体型モジュールの動作は第１実施形態例とほぼ同等である。

なお、本発明のアンテナ一体型モジュールが組み込まれる電子機器はコンピュータ周辺機器に限らず、アンテナ素子３の真横方向の利得を大きくする必要がある各種の電子機器に適用して感度向上を図ることができ、不法改造の防止対策が求められる場合には特に好適である。

本発明の第１実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールの斜視図である。 該モジュールの分解斜視図である。 該モジュールの放射パターン特性図である。 比較例の放射パターン特性図である。 本発明の第２実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールの斜視図である。

符号の説明

１ マザーボード
２ 回路基板
３ アンテナ素子
４ 電子部品
５ カバーアンテナ部
６ 補助アンテナ部
７，１０ 天板
８ａ，８ｂ，１２ 接地脚片
８ｃ 給電脚片
８ｄ，８ｅ 保持脚片
９ａ〜９ｄ 側板
１１ 橋絡片
１３ 切欠き

Claims (7)

1. 片面に電子部品群を含む送受信回路が設けられてマザーボード上に設置される回路基板と、前記電子部品群を覆って前記送受信回路に接続されたカバーアンテナ部および前記回路基板上から外れた位置で前記マザーボード上に搭載された補助アンテナ部とを有する板金製のアンテナ素子とを備え、
   前記アンテナ素子は前記カバーアンテナ部の天板と前記補助アンテナ部の天板どうしを前記マザーボードと所定の間隔を存する同一平面内に並設して全体が略矩形となるように連続させてあると共に、前記矩形の両短辺に相当する箇所から前記マザーボード側へ延出する複数の接地脚片を設けて接地し、かつ、前記カバーアンテナ部にその天板の給電点から前記マザーボード側へ延出する給電脚片を設けて該天板に給電信号が供給されるようにし、前記矩形の長手寸法を前記給電信号の共振長の略２分の１の長さに設定したことを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
2. 請求項１の記載において、前記カバーアンテナ部にはその天板のほぼ全周に亘って前記マザーボード側へ延出する側板が設けられており、各側板の先端が所定の隙間を介して前記回路基板と対向していることを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
3. 請求項２の記載において、前記隙間が２ミリメートル以下に設定されていることを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記カバーアンテナ部と前記補助アンテナ部を共通の金属板の異なる領域にフォーミングすることによって前記アンテナ素子となしたことを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
5. 請求項１〜３のいずれか１項の記載において、別部材の前記カバーアンテナ部と前記補助アンテナ部とを接合することによって前記アンテナ素子となしたことを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記カバーアンテナ部にはその天板の前記補助アンテナ部寄りの一辺端から前記マザーボード側へ延出する保持脚片が設けられており、この保持脚片の先端部に静電容量が装荷されるようにしたことを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか１項の記載において、前記送受信回路が近距離無線通信用であることを特徴とするアンテナ一体型モジュール。

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