JP2008288826A

JP2008288826A - アンテナ装置およびアンテナ装置のインピーダンス調整方法

Info

Publication number: JP2008288826A
Application number: JP2007131221A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Chiaki; 勝巳千明; Hidekatsu Asai; 英克浅井; Mitsuyoshi Matsuzaki; 光良松▲崎▼
Original assignee: Yokowo Co Ltd; Yokowo Mfg Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】誘電体基板１０に設けたインピーダンス調整部３０を削って、アンテナ入出力インピーダンスを調整できるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】給電部１６と接地部１８を備えた逆Ｆ型アンテナとして動作するチップアンテナ１２を誘電体基板１０に搭載し、誘電体基板１０に設けられた給電点２２が電気的接続される給電端子パターン２４に給電部１６を電気的接続し、誘電体基板１０に設けられたグランド電極２６が電気的接続される接地端子パターン２８に接地部１８を電気的接続してなるアンテナ装置において、誘電体基板１０の給電端子パターン２４と接地端子パターン２８の間に導電薄膜からなるインピーダンス調整部３０を介装する。このインピーダンス調整部３０を給電点２２側から給電部１６側に向けて適宜に削って、インダクタンス成分が大きくなるように調整して、アンテナ入出力インピーダンスを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、逆Ｆ型アンテナを形成する放射電極を誘電体ブロックの表面に設けてなるチップアンテナを、基板に搭載して構成するアンテナ装置に関するものである。また、基板に設けたインピーダンス調整部を適宜に削ってアンテナ入出力インピーダンスを調整するようにしたアンテナ装置のインピーダンス調整方法に関するものである。

ＧＰＳ用やブルートゥース用のアンテナとして、直方体の誘電体ブロックの表面に逆Ｆ型アンテナを形成する放射電極を設けてなるチップアンテナを、回路基板等の基板上に搭載し、放射電極に設けた給電部を基板に設けた給電端子パターンに半田付けなどにより電気的接続させるとともに、放射電極に設けた接地部を基板に設けた接地端子パターンに半田付けなどにより電気的接続させたものが広く使用されている。このチップアンテナは、小型アンテナとして優れたものである。しかしながら、通信装置の基板に、同一のチップアンテナが組み込まれても、機種毎に異なる基板の形状などの影響を大きく受けて、機種毎にアンテナ特性およびアンテナ入出力インピーダンスが相違するという不具合があった。そこで、機種毎に基板等の影響に応じて放射電極の長さやアンテナ入出力インピーダンスを調整したチップアンテナを用意することで、所望のアンテナ特性およびアンテナ入出力インピーダンスが得られている。この結果、チップアンテナの種類が多くなり、部品の共通化を図ることができないという不具合があった。

そこで、かかる不具合のうちのアンテナ入出力インピーダンスの問題を解消する技術として、放射電極の給電部が接続される給電マウントパターンと給電点が接続される給電パターンを、誘電体基板を介して対向するように配設し、対向する面積を適宜に調整することで静電結合容量を変化させて、アンテナ入出力インピーダンスを調整する技術が、特開２００４−３５６９７１号公報に示されている。
特開２００４−３５６９７１号公報

上記従来技術にあっては、予め、基板毎に給電マウントパターンと給電パターンの対向する面積を適宜に調整してインピーダンス調整された状態に設定することで、異なる基板に同一のチップアンテナを組み込むことができ、チップアンテナの共通化が図れ、部品の共通化が図れる。

上述のごとき従来技術にあっては、給電マウントパターンと給電パターンを誘電体基板の表面と裏面に対向させてそれぞれ配設されることで容量結合させており、実際の調整方法は、給電マウントパターンと給電パターンのいずれか一方または給電マウントパターンと給電パターンの双方を適宜に削り取ることで、給電マウントパターンと給電パターンの対向する面積を減少させ、もって結合容量を徐々に小さくして調整するものである。よって、上述の従来技術では、結合容量を小さくすることでアンテナ入出力インピーダンスが調整できる場合にその適用が限られる。

本発明は、上述のごとき従来技術の事情に鑑みてなされたもので、チップアンテナが配設された基板に設けられたインピーダンス調整部を調整することで、インダクタンス成分を徐々に大きくしてアンテナ入出力インピーダンスを調整できるようにして、部品の共通化が図れるアンテナ装置を提供することを目的とする。また、基板に配設されたインピーダンス調整部を適宜に削ってアンテナ入出力インピーダンスを調整するアンテナ装置のインピーダンス調整方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、給電部と接地部を備えた逆Ｆ型アンテナを形成する放射電極が誘電体ブロックの表面に設けられたチップアンテナを基板に搭載し、前記基板に設けられて給電点が電気的接続される給電端子パターンに前記給電部を電気的接続し、前記基板に設けられてグランド電極が電気的接続される接地端子パターンに前記接地部を電気的接続してなるアンテナ装置において、前記基板に前記給電端子パターンと前記接地端子パターンの間に介装された導電薄膜を調整することによりアンテナ入出力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部を設けて構成されている。

そして、前記インピーダンス調整部は、前記基板に前記給電端子パターンと前記接地端子パターンの間に跨って設けられた導電薄膜を、前記給電点と前記給電部を結ぶ方向と平行に削ってアンテナ入出力インピーダンスを調整するように構成することもできる。

また、本発明のアンテナ装置のインピーダンス調整方法は、給電部と接地部を備えた逆Ｆ型アンテナを形成する放射電極が誘電体ブロックの表面に設けられたチップアンテナを基板に搭載し、前記基板に設けられて給電点が電気的接続される給電端子パターンに前記給電部を電気的接続し、前記基板に設けられてグランド電極が電気的接続される接地端子パターンに前記接地部を電気的接続してなるアンテナ装置において、前記基板に前記給電端子パターンと前記接地端子パターンの間に導電薄膜からなるインピーダンス調整部を介装し、前記インピーダンス調整部を前記給電点と前記給電部を結ぶ方向と平行に適宜に削ってアンテナ入出力インピーダンスを調整する。

そして、前記インピーダンス調整部を前記給電点から前記給電部の方向に向けて適宜に削ってアンテナ入出力インピーダンスを調整しても良い。

さらに、本発明のアンテナ装置は、給電部と接地部を備えた逆Ｆ型アンテナを形成する放射電極が誘電体ブロックの表面に設けられたチップアンテナを基板に搭載し、前記基板に設けられて給電点が電気的接続される給電端子パターンに前記給電部を電気的接続し、前記基板に設けられてグランド電極が電気的接続される接地端子パターンに前記接地部を電気的接続してなるアンテナ装置であって、前記基板に前記給電端子パターンと前記接地端子パターンの間に導電薄膜を介装してなるインピーダンス調整部を設け、予め実験により前記導電薄膜を削ることによりアンテナ入出力インピーダンスが最適となる形状の前記導電薄膜を求め、この最適となる形状の前記導電薄膜を前記インピーダンス調整部として前記基板に設けて構成しても良い。

請求項１記載のアンテナ装置にあっては、基板に設けた給電端子パターンと接地端子パターンの間に導電薄膜からなるインピーダンス調整部を介装しているので、このインピーダンス調整部を適宜に削ることで、給電点とグランド電極の間のインダクタンス成分が大きくなるように調整されてアンテナ入出力インピーダンスを調整し得る。

請求項２記載のアンテナ装置にあっては、インピーダンス調整部は、基板に給電端子パターンと接地端子パターンの間に跨って導電薄膜が設けられてなり、給電点と給電部を結ぶ方向と平行に適宜に削ることで、容易にアンテナ入出力インピーダンスを調整できる。

請求項３および４記載のアンテナ装置のインピーダンス調整方法は、基板に設けられて給電点が電気的接続される給電端子パターンに給電部を電気的接続し、誘電体基板に設けられてグランド電極が電気的接続される接地端子パターンに接地部を電気的接続してなるアンテナ装置において、誘電体基板に給電端子パターンと接地端子パターンの間にインピーダンス調整部を介装し、このインピーダンス調整部を給電点と給電部の方向に適宜に削ることで給電点とグランド電極の間のインダクタンス成分を大きくすることができて、容易にアンテナ入出力インピーダンスを調整し得る。

請求項５記載のアンテナ装置にあっては、予め実験的に、チップアンテナを搭載しようとする基板で、最適なアンテナ特性が得られるアンテナ入出力インピーダンスとなるインピーダンス調整部の削り量の形状を求め、基板毎に予め求められた形状のインピーダンス調整部を設けることで、異なるセットの基板に対して同じチップアンテナを用いることができる。もって、部品の共通化が図れる。

以下、本発明の一実施例を、図１ないし図１７を参照して説明する。図１は、本発明のアンテナ装置の一実施例の外観斜視図である。図２は、図１のアンテナ装置の実装状態における要部平面図である。図３は、本発明のアンテナ装置の等価回路図である。図４は、図１のＡ−Ａ矢視部分端面図である。図５は、本発明のアンテナ装置におけるインピーダンス調整部を削ってアンテナ入出力インピーダンスを調整することを示し、（ａ）は削る前の状態のインピーダンス調整部を示す図であり、（ｂ）はインピーダンス調整部を１／４だけ削った状態を示す図であり、（ｃ）はインピーダンス調整部を２／４だけ削った状態を示す図であり、（ｄ）はインピーダンス調整部を３／４だけ削った状態を示す図であり、（ｅ）はインピーダンス調整部を全て削った状態を示す図である。図６は、本発明のアンテナ装置をＧＰＳ用のアンテナ装置に適用した一例で、インピーダンス調整部を削る前の状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図７は、図６と同じ一例で、インピーダンス調整部を１／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図８は、図６と同じ一例で、インピーダンス調整部を２／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図９は、図６と同じ一例で、インピーダンス調整部を３／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１０は、図６と同じ一例で、インピーダンス調整部を全部削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１１は、図６ないし図１０から得られた削り量とＶＳＷＲの関係を示す図である。図１２は、本発明のアンテナ装置をブルートゥース用のアンテナ装置に適用した一例で、インピーダンス調整部を削る前の状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１３は、図１２と同じ一例で、インピーダンス調整部を１／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１４は、図１２と同じ一例で、インピーダンス調整部を２／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１５は、図１２と同じ一例で、インピーダンス調整部を３／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１６は、図１２と同じ一例で、インピーダンス調整部を全部削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１７は、図１２ないし図１６から得られた削り量とＶＳＷＲの関係を示す図である。

図１および図２に示すごとく、本発明のアンテナ装置の一実施例にあっては、誘電体基板１０の表面にチップアンテナ１２が配設される。このチップアンテナ１２は、直方体の誘電体ブロック１４の表面でその側面と天面に跨り導電薄膜により放射電極２０が設けられて、逆Ｆ型アンテナが形成されている。そして、誘電体ブロック１４の側面で、放射電極２０の基端部側に給電部１６と接地部１８が設けられる。また、誘電体基板１０には、誘電体ブロック１４の裏面に設けられて、固定用の導電薄膜および電気的接続用の給電部１６と接地部１８に対向するように、固定用のマウントおよび電気的接続用のマウントがそれぞれに設けられる。これらの固定用の導電薄膜および電気的接続用の給電部１６と接地部１８と、固定用のマウントおよび電気的接続用のマウントは、それぞれに半田付けにより適宜に固定される。そして、給電部１６が接続されるマウントには給電端子パターン２４の一端部が連続して配設され、この給電端子パターンの２４の他端部に給電点２２が電気的接続される。また、接地部１８が接続されるマウントには接地端子パターン２８の一端部が連続して配設され、この接地端子パターンの２８の他端部がグランド電極２６に電気的接続される。なお、このグランド電極２６は、誘電体基板１０の表面に配設されている。そして、給電端子パターン２４と接地端子パターン２８は適宜な長さで略平行に配設される。かかる構成は、従来技術と同様である。本発明にあっては、さらに、給電端子パターン２４と接地端子パターン２８の間に跨って、すなわち略平行に配設される給電端子パターン２４と接地端子パターン２８の間に、誘電体基板１０の表面を覆うようにインピーダンス調整部３０が配設される。これらの給電端子パターン２４と接地端子パターン２８とグランド電極２６とマウントおよびインピーダンス調整部３０は、いずれもが誘電体基板１０の表面に配設された導電薄膜で形成されている。

かかる構成の実施例において、本発明のアンテナ装置の等価回路は、図３に示すごとく、給電端子パターン２４のインダクタンス成分Ｌ１が給電点２２と給電部１６の間に介装されるとともに、インピーダンス調整部３０のインダクタンス成分Ｌ２が給電部１６とグランド電極２６の間に介装されたものとなる。そこで、図４に示すごとく、インピーダンス調整部３０をリューター３２等により、給電点２２と給電部１６を結ぶ方向と略平行に、給電点２２側から適宜な量を削ることで、図３に示すインダクタンス成分Ｌ１、Ｌ２の大きさが大きくなるように変化させて、本発明のアンテナ装置のアンテナ入出力インピーダンスを変化させることができる。

そこで、発明者らは、図５に示すごとく、インピーダンス調整部３０を削る前の状態から、インピーダンス調整部３０の削り方向の長さの１／４づつ削った状態を経て、全てを削り取った状態に到るまでのアンテナ特性の変化を実験測定した。図６ないし図１０は、本発明のアンテナ装置をＧＰＳ用のアンテナ装置に適用した場合の測定結果であり、図１１に示すごとく、インピーダンス調整部３０を削り取る量が多くなると、ＶＳＷＲ特性が改善されて行くとともに、アンテナ入出力インピーダンスも約５０Ωにだんだん近づいて行く。図６ないし図１０の測定結果からは、インピーダンス調整部３０を全て削り取ってしまった状態が、最適状態であり、搭載した誘電体基板１０に実験で使用したチップアンテナ１２が適合していたことを示している。また、図１２ないし図１６は、本発明のアンテナ装置をブルートゥース用のアンテナ装置に適用した場合の測定結果であり、図１７に示すごとく、インピーダンス調整部３０を２／４から３／４ほど削る途中に最適なＶＳＷＲ特性とアンテナ入出力インピーダンスが得られている。図１２ないし図１６の測定結果からは、実験で使用した誘電体基板１０に実験で使用したチップアンテナ１２を搭載する場合は、インピーダンス調整部３０を略５／８ほど削り取った状態で、最適な状態のアンテナ特性が得られる。

これらの予め行われた実験結果に基づき、チップアンテナ１２を搭載しようとする誘電体基板１０で、最適なアンテナ特性が得られ削り量の形状にインピーダンス調整部３０を設計することで、異なるセットのそれぞれの誘電体基板１０に対して、同じチップアンテナ１２を用いることができる。もって、部品の共通化が図れる。

なお、上記実施例の説明において、インピーダンス調整部３０を給電点２２側から給電部１６に向かう方向に削っているが、これに限られず、給電部１６側から給電点２２側に向けて削り取っても良く、また給電点２２側から給電部１６側と給電部１６側から給電点２２側の双方向から中央方向に向けて削り取っても良く、さらにはインピーダンス調整部３０の途中から給電点２２側と給電部１６側の双方向に向けて削り取っても良い。これらの削り方の違いで等価回路は、図３に示すものと異なるが、給電点２２と給電部１６の間および給電点２２とグランド電極２６の間のインダクタンス成分の大きさが変化することは容易に理解されるであろう。そして、インピーダンス調整部３０を全て削り取った状態でも、インダクタンス成分が十分でなくて、所望のアンテナ入出力インピーダンスが得られない場合には、誘電体基板１０の給電点２２とチップアンテナ１２の給電部１６の距離がより長いもの、すなわち給電端子パターン２４がより長い誘電体基板１０を用いて、給電点２２と給電部１６の間により大きなインダクタンス成分を介装させることができるようにすれば良い。

本発明のアンテナ装置の一実施例の外観斜視図である。図１のアンテナ装置の実装状態における要部平面図である。本発明のアンテナ装置の等価回路図である。図１のＡ−Ａ矢視部分端面図である。本発明のアンテナ装置におけるインピーダンス調整部を削ってアンテナ入出力インピーダンスを調整することを示し、（ａ）は削る前の状態のインピーダンス調整部を示す図であり、（ｂ）はインピーダンス調整部を１／４だけ削った状態を示す図であり、（ｃ）はインピーダンス調整部を２／４だけ削った状態を示す図であり、（ｄ）はインピーダンス調整部を３／４だけ削った状態を示す図であり、（ｅ）はインピーダンス調整部を全て削った状態を示す図である。本発明のアンテナ装置をＧＰＳ用のアンテナ装置に適用した一例で、インピーダンス調整部を削る前の状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図６と同じ一例で、インピーダンス調整部を１／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図６と同じ一例で、インピーダンス調整部を２／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図６と同じ一例で、インピーダンス調整部を３／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図６と同じ一例で、インピーダンス調整部を全部削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図６ないし図１０から得られた削り量とＶＳＷＲの関係を示す図である。本発明のアンテナ装置をブルートゥース用のアンテナ装置に適用した一例で、インピーダンス調整部を削る前の状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１２と同じ一例で、インピーダンス調整部を１／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１２と同じ一例で、インピーダンス調整部を２／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１２と同じ一例で、インピーダンス調整部を３／４だけ削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１２と同じ一例で、インピーダンス調整部を全部削った状態のアンテナ特性を示し、（ａ）はＶＳＷＲ特性を示す図であり、（ｂ）はスミスチャートである。図１２ないし図１６から得られた削り量とＶＳＷＲの関係を示す図である。

符号の説明

１０誘電体基板
１２チップアンテナ
１４誘電体ブロック
１６給電部
１８接地部
２０放射電極
２２給電点
２４給電端子パターン
２６グランド電極
２８接地端子パターン
３０インピーダンス調整部
３２リューター

Claims

給電部と接地部を備えた逆Ｆ型アンテナを形成する放射電極が誘電体ブロックの表面に設けられたチップアンテナを基板に搭載し、前記基板に設けられて給電点が電気的接続される給電端子パターンに前記給電部を電気的接続し、前記基板に設けられてグランド電極が電気的接続される接地端子パターンに前記接地部を電気的接続してなるアンテナ装置において、前記基板に前記給電端子パターンと前記接地端子パターンの間に介装された導電薄膜を調整することによりアンテナ入出力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部を設けて構成し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、前記インピーダンス調整部は、前記基板に前記給電端子パターンと前記接地端子パターンの間に跨って設けられた導電薄膜を、前記給電点と前記給電部を結ぶ方向と平行に削ってアンテナ入出力インピーダンスを調整するように構成したことを特徴とするアンテナ装置。
給電部と接地部を備えた逆Ｆ型アンテナを形成する放射電極が誘電体ブロックの表面に設けられたチップアンテナを基板に搭載し、前記基板に設けられて給電点が電気的接続される給電端子パターンに前記給電部を電気的接続し、前記基板に設けられてグランド電極が電気的接続される接地端子パターンに前記接地部を電気的接続してなるアンテナ装置において、前記基板に前記給電端子パターンと前記接地端子パターンの間に導電薄膜からなるインピーダンス調整部を介装し、前記インピーダンス調整部を前記給電点と前記給電部を結ぶ方向と平行に適宜に削ってアンテナ入出力インピーダンスを調整することを特徴としたアンテナ装置のインピーダンス調整方法。
請求項３記載のアンテナ装置のインピーダンス調整方法において、前記インピーダンス調整部を前記給電点から前記給電部の方向に向けて適宜に削ってアンテナ入出力インピーダンスを調整することを特徴としたアンテナ装置のインピーダンス調整方法。
給電部と接地部を備えた逆Ｆ型アンテナを形成する放射電極が誘電体ブロックの表面に設けられたチップアンテナを基板に搭載し、前記基板に設けられて給電点が電気的接続される給電端子パターンに前記給電部を電気的接続し、前記基板に設けられてグランド電極が電気的接続される接地端子パターンに前記接地部を電気的接続してなるアンテナ装置であって、前記基板に前記給電端子パターンと前記接地端子パターンの間に導電薄膜を介装してなるインピーダンス調整部を設け、予め実験により前記導電薄膜を削ることによりアンテナ入出力インピーダンスが最適となる形状の前記導電薄膜を求め、この最適となる形状の前記導電薄膜を前記インピーダンス調整部として前記基板に設けて構成したことを特徴とするアンテナ装置。