JP2009284197A

JP2009284197A - アンテナ装置および通信端末

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Publication number: JP2009284197A
Application number: JP2008133949A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayashi; 克彦林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2009-12-03

Abstract

【課題】アンテナとフィルタを含むアンテナ装置を回路基板上に実装する場合、回路基板を占有する面積を小さくする。
【解決手段】アンテナ装置２００は、高周波電流と電磁波を相互に変換するアンテナ部２２０と、前記アンテナ部２２０と基板２２間に配置され、所定の周波数領域の前記高周波電流を選択的に透過させるフィルタ部２４０と、を備え、前記アンテナ部２２０と前記フィルタ部２４０は、実装される前記基板２２の実装面と略直交する方向に重畳されて成る。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁波を用いて通信するためのアンテナ装置および通信端末に関する。

アンテナを内蔵して、近距離の相手局と小電力で通信する携帯端末では、下記特許文献１に示すようなチップアンテナが多用されている。このようなチップアンテナは、携帯端末の内部に配置される回路基板上に実装され、通信信号を０ｄＢｍ以下程度の小電力で送信すると共に、相手局から送信される通信信号を受信した。また、このチップアンテナが実装された回路基板上には、通信信号を選択的に透過するフィルタが実装され、チップアンテナと接続することにより、チップアンテナからの不要な輻射である高調波成分を減衰させた。

特開平１１−３１９１３号公報

しかしながら、チップアンテナとフィルタは、回路基板の実装面上に並べて実装されるため、回路基板の実装面を占有する面積が増大した。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかるアンテナ装置は、基板に実装されるアンテナ装置であって、高周波電流と電磁波を相互に変換するアンテナ部と、前記アンテナ部と前記基板間に配置され、所定の周波数領域の前記高周波電流を選択的に透過させるフィルタ部と、を備え、前記アンテナ部と前記フィルタ部は、実装される前記基板の実装面と直交する方向に重畳されて成ることを特徴とする。

このような構成によれば、アンテナ装置が備えるアンテナ部とフィルタ部は、実装される基板の実装面と直交する方向に重畳されるため、アンテナ装置が基板を占有する面積を小さくできる。

［適用例２］
上記適用例にかかるアンテナ装置において、前記フィルタ部と前記基板の間に配置され、前記フィルタ部と前記基板における平衡信号と非平衡信号とを変換するバラン部を更に備えることが好ましい。

このような構成によれば、バラン部により平衡信号と非平衡信号とを変換できる。

［適用例３］
上記適用例にかかるアンテナ装置において、前記アンテナ部と前記フィルタ部の間に配置され、前記アンテナ部と前記フィルタ部における平衡信号と非平衡信号とを変換するバラン部を更に備えることが好ましい。

［適用例４］
上記適用例にかかるアンテナ装置において、前記アンテナ部、前記フィルタ部および前記バラン部の少なくとも１つは、複数の層が積層されて成ることが好ましい。

このような構成によれば、積層構造のアンテナ装置を実現できる。

［適用例５］
上記適用例にかかるアンテナ装置において、前記アンテナ部は、前記実装面と平行に形成されたアンテナ素子を備えても良い。

［適用例６］
上記適用例にかかるアンテナ装置において、前記フィルタ部は、コンデンサとコイルを備えても良い。

［適用例７］
上記適用例にかかるアンテナ装置において、前記基板と電気的に接続するための端子を、前記基板の実装面と対向する対向面に備えても良い。

［適用例８］
上述したアンテナ装置を、相手局と通信するための通信端末に適用することによって、アンテナ装置が備えるアンテナ部とフィルタ部は、実装される基板の実装面と略直交する方向に重畳されるため、アンテナ装置が基板を占有する面積を低減できることから、通信端末を小型化できる。

［適用例９］
上記適用例にかかる通信端末において、前記相手局と通信するための第２のアンテナ装置を更に備え、前記アンテナ装置は前記通信端末の内部に設置されると共に、前記第２のアンテナ装置は前記通信端末に設置され、前記第２のアンテナ装置は、前記アンテナ装置よりも強い送信出力の電磁波を送信することが好ましい。

以下、通信端末の一形態として、携帯電話装置について図面を参照して説明する。

（実施形態）
図１は、携帯電話装置５の概構成を説明する図である。この携帯電話装置５は、携帯電話通信装置１０と近距離通信装置２０を備える。携帯電話通信装置１０は、携帯電話装置５から外部に突出した通信アンテナ（第２のアンテナ装置）１５を介して、基地局３０と所定の周波数により全二重で通信する。一般的に、携帯電話通信装置１０で使用される電波は、８００ＭＨｚ〜１．５ＧＨｚの周波数帯域であって、送信出力は、０．６Ｗ〜１Ｗ程度である。
また、近距離通信装置２０は、アンテナ装置２００と送受信装置３００とを備え、携帯電話装置５を使用するユーザが装着したヘッドセット装置４０との間で全二重で通信を行う。このようなユーザが装着したヘッドセット装置４０と携帯電話装置５は、２ｍ程度の近距離であるため、使用する周波数帯域は、２．４ＧＨｚのＩＳＭ（ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＭｅｄｉｃａｌ）バンド帯域が使用され、数１００ｍＷ程度で送信される。アンテナ装置２００は、携帯電話装置５の内部に実装され、携帯電話通信装置１０の通信による強電界下で使用される。

図２は、近距離通信装置２０の外観斜視図である。本実施形態では、近距離通信装置２０は、基板２２上にアンテナ装置２００と送受信装置３００を配置し、これらは配線パターン２４で電気的に接続されている。アンテナ装置２００は、基板２２の一方の面から略直交する方向に、フィルタ部２４０とアンテナ部２２０が重畳されている。また、送受信装置３００は、アンテナ装置２００の近傍に、集積化されたフラットパッケージの様態で配置されている。
図３は、フィルタ部２４０とアンテナ部２２０の構造を示す斜視図である。この図３に示すように、フィルタ部２４０とアンテナ部２２０は、それぞれ複数の層による積層構造を有している。即ち、フィルタ部２４０は、基板２２の一方の面から上方に向かって、第１スペーサ層２５０、コイルパターン層２４８、第２スペーサ層２４６、第１コンデンサパターン層２４４および第２コンデンサパターン層２４２を備える。また、アンテナ部２２０は、フィルタ部２４０の第２コンデンサパターン層２４２と接する面から上方に向かって、グランド電極層２２８、第３スペーサ層２２６、アンテナパターン層２２４および保護層２２２を備える。

最初にアンテナ部２２０について説明する。アンテナパターン層２２４には、アンテナ素子であるロッドアンテナのパターン２２５が、所定の導電性金属膜により積層面に平行に形成されている。また、グランド電極層２２８には、積層面の略全面に渡ってＧＮＤ電極２２９が形成されている。第３スペーサ層２２６は、アンテナパターン層２２４とグランド電極層２２８との間のスペースを構成し、保護層２２２は、アンテナパターン層２２４を保護するための保護膜である。

次に、フィルタ部２４０について、図４も参照して説明する。図４は、フィルタ部２４０と等価回路２６０を示す。本実施形態では、フィルタ部２４０はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を想定する。即ち、第１コンデンサパターン層２４４の上面と第２コンデンサパターン層２４２の上面には、それぞれ電極パターン２４３が形成され、第２コンデンサパターン層２４２を介して対向することにより、容量Ｃ１のコンデンサとして機能する。また、第２スペーサ層２４６を隔てたコイルパターン層２４８には、インダクタンスがＬ１の電極パターン２４９Ａと、インダクタンスがＬ２の電極パターン２４９Ｂが１対のコイルとして形成されている。これらの電極パターン（２４３、２４９Ａ，２４９Ｂ）は、第１スペーサ層２５０および第２スペーサ層２４６を含めて垂直方向に選択的に電気的接続される。この結果、上側の電極パターン２４３は電極パターン２４９Ｂの一方の端部と電気的接続され、下側の電極パターン２４３は電極パターン２４９Ａの一方の端部と電気的接続される。また、電極パターン２４９Ａの他方の端部はロッドアンテナのパターン２２５と電気的接続され、電極パターン２４９Ｂの他方の端部は、第１スペーサ層２５０の基板２２と対向する面に形成された外部接続電極２５２の１つ（ＩＮ／ＯＵＴ）と電気的接続される。また、グランド電極層２２８のＧＮＤ電極２２９は、外部接続電極２５２の他の１つ（ＧＮＤ）と電気的接続される。
従って、アンテナ装置２００を基板２２上の所定位置に設置することで、外部接続電極２５２と基板２２上の所定の配線パターン２４とが電気的に接続され、送受信装置３００のアンテナとして機能する。

尚、アンテナ装置２００は、フィルタ部２４０とアンテナ部２２０に加え、バラン（平衡−非平衡変換器）を含めた構成も想定できる。図５は、バランとして機能するバラン部２７０の等価回路図であり、図６は、バラン部２７０の構造を示す斜視図である。このバラン部２７０は、第４スペーサ層２７６、第２の導体パターン層２７４および第１の導体パターン層２７２を備え、フィルタ部２４０やアンテナ部２２０と同様に、複数の層が積層されて構成される。

第１の導体パターン層２７２には、積層面に沿って、第１の導体パターン２７８が所定の導電性金属膜で形成されている。この第１の導体パターン２７８の一方の端部は、非平衡信号入力端Ｘであり、他方の端部は、接地端ＧＮＤである。また、この第１の導体パターン２７８の中間位置に１対の平衡信号のうち、一方を出力する平衡信号出力端Ｂが設けられている。また、第２の導体パターン層２７４には、積層面に沿って、第２の導体パターン２８０が所定の導電性金属膜で形成されている。この第２の導体パターン２８０の一方の端部は、接地端ＧＮＤであり、他方の端部は、１対の平衡信号の他方を出力する平衡信号出力端Ａが設けられている。これらの導体パターン（２７８，２８０）は、第４スペーサ層２７６を含めて垂直方向に選択的に電気的接続され、第４スペーサ層２７６上の平衡信号出力端ＡおよびＢ、ならびに、第１の導体パターン層２７２上の非平衡信号入力端ＸおよびＧＮＤが外部と接続可能に形成される。この結果、図５に示す等価回路が実現する。尚、第１の導体パターン２７８および第２の導体パターン２８０は、使用する周波数に対して、それぞれ１／２波長および１／４波長程度になるように適切に設計されるが、本実施形態のようにコイルパターンの形状で構成すると、コイルパターンの実質長は、波長の長さよりも短くなる。

図８は、アンテナ装置２００を構成するフィルタ部２４０、アンテナ部２２０およびバラン部２７０の組み合わせを示す図である。この図８に示すように、アンテナ部２２０は、平衡型および非平衡型の何れかであり、フィルタ部２４０は、平衡型および非平衡型の何れかであると共に、バラン部２７０を含むか否か、更に、バラン部２７０を含む場合、バラン部２７０の積層位置により組み合わせることができる。尚、平衡型のフィルタの一例として、１つのコンデンサと２対のコイルから成るハイパスフィルタの等価回路を図７に示す。尚、フィルタ部２４０、アンテナ部２２０およびバラン部２７０の組み合わせにより、後段のＲＦＩＣ（高周波集積回路）およびＦＥ（ＦｒｏｎｔＥｎｄ）のタイプも図８に示すように決まる。また、図９は、図８で示す組み合わせに応じたアンテナ装置２００の積層状態を示す図である。即ち、図９の（ａ）は、図８の組み合わせ１または２の場合を想定し、図９の（ｂ）は、図８の組み合わせ３の場合を想定する。また、図９の（ｃ）は、図８の組み合わせ４の場合を想定し、図９の（ｄ）は、１つの積層構造の中にフィルタ部２４０とバラン部２７０を基板２２に沿って並べて形成した一例であり、図８の組み合わせ３または４の場合を想定する。

以上述べた実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
（１）アンテナ装置２００は、それぞれ積層されたアンテナとフィルタおよびバランを重畳することで一体に構成できるため、アンテナ装置２００の部品数を低減できることに加え、アンテナ装置２００の実装面積を小さくできるため、このようなアンテナ装置２００を採用した通信端末を小型化できる。更に、基板２２上へアンテナとフィルタを一括して実装するため、部品の実装に要する手間と時間を削減できる。
（２）携帯電話通信装置１０で使用する周波数帯域は、近距離通信装置２０で使用する周波数帯域よりも低い帯域であるため、フィルタ部２４０にハイパスフィルタを採用することで、近距離通信装置２０側から見て携帯電話通信装置１０の通信帯域を抑圧できると共に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）に比べて、より高い抑圧量（減衰量）となるように設計できる。
（３）バラン部２７０をアンテナ装置２００に内蔵させることにより、ＲＦＩＣとの接続の親和性を高くすることができる。
（４）近距離通信装置２０のフィルタ部２４０により、近距離通信装置２０内部で発生する不要な電波が携帯電話通信装置１０に流入することを阻止できるため、携帯電話通信装置１０の実装設計が容易になる。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、アンテナ装置２００は、セラミック材料および樹脂材料で構成されても良く、セラミック材料の場合は、ＬＴＣＣと呼ばれる低温焼成基板が好ましい。また、図３で示した各層の厚みは、所定の目的の特性を得るために適切に決められても良い。

本発明の実施形態に係る携帯電話装置の概構成を説明する図。近距離通信装置の斜視図。フィルタ部とアンテナ部の構造を示す斜視図。フィルタ部の等価回路図。バラン部の等価回路図。バラン部の構造を示す斜視図。ハイパスフィルタの等価回路図。フィルタ部、アンテナ部およびバラン部の組み合わせを示す図。アンテナ装置の積層状態を示す図。

符号の説明

５…携帯電話装置、１０…携帯電話通信装置、１５…通信アンテナ、２０…近距離通信装置、２２…基板、２４…配線パターン、４０…ヘッドセット装置、２００…アンテナ装置、２２０…アンテナ部、２２２…保護層、２２４…アンテナパターン層、２２５…ロッドアンテナのパターン、２２６…第３スペーサ層、２２８…グランド電極層、２２９…ＧＮＤ電極、２４０…フィルタ部、２４２…第２コンデンサパターン層、２４３…電極パターン、２４４…第１コンデンサパターン層、２４６…第２スペーサ層、２４８…コイルパターン層、２４９Ａ…Ｌ１の電極パターン、２４９Ｂ…Ｌ２の電極パターン、２５０…第１スペーサ層、２５２…外部接続電極、２６０…等価回路、２７０…バラン部、２７２…第１の導体パターン層、２７４…第２の導体パターン層、２７６…第４スペーサ層、２７８…第１の導体パターン、２８０…第２の導体パターン、３００…送受信装置。

Claims

基板に実装されるアンテナ装置であって、
高周波電流と電磁波を相互に変換するアンテナ部と、
前記アンテナ部と前記基板間に配置され、所定の周波数領域の前記高周波電流を選択的に透過させるフィルタ部と、を備え、
前記アンテナ部と前記フィルタ部は、実装される前記基板の実装面と直交する方向に重畳されて成ることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記フィルタ部と前記基板の間に配置され、前記フィルタ部と前記基板における平衡信号と非平衡信号とを変換するバラン部を更に備えることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記アンテナ部と前記フィルタ部の間に配置され、前記アンテナ部と前記フィルタ部における平衡信号と非平衡信号とを変換するバラン部を更に備えることを特徴とするアンテナ装置。
請求項２乃至３のいずれかに記載のアンテナ装置において、
前記アンテナ部、前記フィルタ部および前記バラン部の少なくとも１つは、複数の層が積層されて成ることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
前記アンテナ部は、前記実装面と平行に形成されたアンテナ素子を備えることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
前記フィルタ部は、コンデンサとコイルを備えることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
前記基板と電気的に接続するための端子を、前記基板の実装面と対向する対向面に備えることを特徴とするアンテナ装置。
相手局と無線により通信する通信端末であって、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のアンテナ装置を備えることを特徴とする通信端末。
請求項８に記載の通信端末において、
前記相手局と通信するための第２のアンテナ装置を更に備え、
前記アンテナ装置は前記通信端末の内部に設置されると共に、前記第２のアンテナ装置は前記通信端末に設置され、
前記第２のアンテナ装置は、前記アンテナ装置よりも強い送信出力の電磁波を送信することを特徴とする通信端末。