JP2010130164A - アンテナ装置、無線通信機、表面実装型アンテナ、プリント基板、並びに表面実装型アンテナ及びプリント基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】直接給電タイプの表面実装型複共振アンテナの共振アンテナ間でのインピーダンス整合を簡易な構成で実現すること。
【解決手段】アンテナ装置１は、給電ライン２７を有する基板２０と、基体１１及び基体１１に形成された導体パターンを有し、基板２０上に設置される表面実装型複共振アンテナ１０とを備え、上記導体パターンは、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂと、各アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂと給電ライン２７とを接続する平面導体パターン１６とを含み、平面導体パターン１６は、各アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂのうちの少なくとも一部と給電ライン２７との接続距離を制御するスリット１６ａを含み、基板２０は、スリット１６ａに対応する領域に導体パターンを有しないことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】アンテナ装置１は、給電ライン２７を有する基板２０と、基体１１及び基体１１に形成された導体パターンを有し、基板２０上に設置される表面実装型複共振アンテナ１０とを備え、上記導体パターンは、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂと、各アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂと給電ライン２７とを接続する平面導体パターン１６とを含み、平面導体パターン１６は、各アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂのうちの少なくとも一部と給電ライン２７との接続距離を制御するスリット１６ａを含み、基板２０は、スリット１６ａに対応する領域に導体パターンを有しないことを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明はアンテナ装置、無線通信機、表面実装型アンテナ、プリント基板、並びに表面実装型アンテナ及びプリント基板の製造方法に関する。
近年、携帯電話などの小型通信端末には、無線ＬＡＮ，ＧＰＳ，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）など、表面実装型の逆Ｆアンテナを用いる複数の無線通信方式に１台で対応するものが登場している。これらの無線通信方式が用いる電波の周波数は通常互いに異なるため、１台の小型携帯端末内に複数の表面実装型アンテナを設置することになるが、そうすると小型通信端末のさらなる小型化の妨げになる。そこで、１つの表面実装型アンテナで互いに周波数の異なる複数の無線通信方式に対応するための研究が進められている。
そのような表面実装型アンテナの候補として現在研究が進められているもののひとつに、複共振アンテナがある。これは、１つの基体表面に長さや幅が互いに異なる複数の放射電極を設け、１つの給電ラインから全放射電極に給電するもので、特許文献１の図１，４，６，８には、その具体的な例が記載されている。
特許第３３１９２６８号公報
ところで、上記特許文献１に記載される複共振アンテナでは、給電ラインと放射電極の間に間隙を設ける容量給電を採用している。しかしながら、共振アンテナの特性はこの間隙の長さや幅に非常に敏感に反応するため、間隙の製造精度が低いと、インピーダンスの製造バラつきが大きくなってしまうという問題がある。加えて、間隙部分に電界が集中するため、外部の影響を受けやすくなってしまうという問題もある。
そこで、給電方法を直接給電とすることが考えられるが、そうすると、共振アンテナ間でインピーダンスを整合させることが難しくなるという別の問題が生ずる。以下、詳しく説明する。
複共振アンテナでは、共振アンテナ間のインピーダンスを揃えることが好ましい。容量給電を採用する複共振アンテナでは、容量給電用の間隙の長さや幅を制御することで、比較的容易に共振アンテナごとのインピーダンスを制御できる。したがって、共振アンテナ間でインピーダンスを整合させることは比較的容易である。
これに対し、直接給電を採用する複共振アンテナでは、容量給電用の間隙が存在しないため、上記のような共振アンテナごとのインピーダンス制御を行うことができない。そのため、共振アンテナ間でインピーダンスを整合させることが難しくなっていた。
したがって、本発明の目的の一つは、直接給電タイプの表面実装型複共振アンテナの共振アンテナ間でのインピーダンス整合を簡易な構成で実現できるアンテナ装置、無線通信機、表面実装型アンテナ、プリント基板、並びに表面実装型アンテナ及びプリント基板の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明によるアンテナ装置は、給電ライン及びグランドパターンを有する基板と、基体及び前記基体に形成された導体パターンを有し、前記基板上に設置される表面実装型複共振アンテナとを備え、前記導体パターンは、複数のアンテナ導体パターンと、前記各アンテナ導体パターンと前記給電ラインとを接続する平面導体パターンとを含み、前記平面導体パターンは、前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含み、前記基板は、前記各アンテナ導体パターンと前記グランドパターンとを接続するランドパターンを有し、前記スリットに対応する領域に導体パターンを有しないことを特徴とする。
共振アンテナのインピーダンスは、アンテナ導体パターンまでの給電パスの長さによっても変化する。したがって、本発明によれば、上記スリットという簡易な構成により、直接給電タイプの表面実装型複共振アンテナの共振アンテナ間でのインピーダンス整合を実現できる。
なお、上記アンテナ装置において、前記各アンテナ導体パターンは、前記基体の側面に形成された給電電極を含み、前記平面導体パターンは、前記基体の底面に形成されて前記各給電電極と前記給電ラインとを接続し、前記スリットは、前記給電ラインと前記各給電電極の間に設けられることとしてもよい。これによれば、スリットの深さを調節することで、各アンテナ導体パターンまでの給電パスの長さが制御できるようになる。
また、上記アンテナ装置において、前記複数のアンテナ導体パターンはそれぞれ、前記基体の上面に形成された上面導体パターンを含み、前記導体パターンは、前記基体の底面のうち、前記各上面導体パターンに対向する位置にそれぞれ設けられた導体パターンを含むこととしてもよい。これによれば、共振アンテナ間でのインピーダンス整合を実現することが、より容易になる。
また、本発明の他の一側面によるアンテナ装置は、給電ライン及びグランドパターンを有する基板と、基体及び前記基体に形成された複数のアンテナ導体パターンを有し、前記基板上に設置される表面実装型複共振アンテナとを備え、前記基板は、前記各アンテナ導体パターンと前記給電ライン及び前記グランドパターンとを接続するランドパターンを有し、前記ランドパターンは、前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含み、前記表面実装型複共振アンテナは、前記スリットに対応する表面に導体パターンを有しないことを特徴とする。これによっても、上記スリットという簡易な構成により、直接給電タイプの表面実装型複共振アンテナの共振アンテナ間でのインピーダンス整合を実現できる。
なお、上記アンテナ装置において、前記各アンテナ導体パターンは、前記基体の側面に形成された給電電極を含み、前記ランドパターンは、前記基体の下方に形成されて前記各給電電極と前記給電ラインとを接続し、前記スリットは、前記給電ラインと前記各給電電極の間に設けられることとしてもよい。これによれば、スリットの深さを調節することで、各アンテナ導体パターンまでの給電パスの長さが制御できるようになる。
また、本発明による無線通信機は、上記各アンテナ装置のうちいずれか少なくとも１つを備えることを特徴とする
また、本発明による表面実装型複共振アンテナは、基体及び前記基体に形成された導体パターンを有し、給電ラインを有する基板上に設置される表面実装型複共振アンテナであって、前記導体パターンは、複数のアンテナ導体パターンと、前記各アンテナ導体パターンと前記給電ラインとを接続する平面導体パターンとを含み、前記平面導体パターンは、前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含むことを特徴とする。
また、本発明によるプリント基板は、給電ライン及びグランドパターンを有し、基体に形成された複数のアンテナ導体パターンを備える表面実装型複共振アンテナが設置されるプリント基板であって、前記各アンテナ導体パターンと前記給電ライン及び前記グランドパターンとを接続するランドパターンを有し、前記ランドパターンは、前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含むことを特徴とする。
また、本発明による表面実装型複共振アンテナの製造方法は、基体を備え、給電ラインを有する基板上に設置される表面実装型複共振アンテナの製造方法であって、前記基体に、複数のアンテナ導体パターンと、前記各アンテナ導体パターンと前記給電ラインとを接続し、かつ前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含む平面導体パターンとを有する導体パターンを形成することを特徴とする。
また、本発明によるプリント基板の製造方法は、給電ライン及びグランドパターンを備え、複数のアンテナ導体パターンを有する表面実装型複共振アンテナが設置されるプリント基板の製造方法であって、前記各アンテナ導体パターンと前記給電ライン及び前記グランドパターンとを接続し、かつ前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含むランドパターンを形成することを特徴とする。
本発明によれば、スリットという簡易な構成により、直接給電タイプの表面実装型複共振アンテナの共振アンテナ間でのインピーダンス整合を実現できる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置１の構成を示す斜視図である。図１（ａ）に示すように、アンテナ装置１は、表面実装型アンテナ１０と、表面実装型アンテナ１０が設置される基板２０とを備えて構成される。なお、アンテナ装置１は、携帯電話などの小型の無線通信機に搭載されるものである。図１（ｂ）は、表面実装型アンテナ１０の底面に形成される導体を見易くするために、表面実装型アンテナ１０のその他の部分の記載を省略したものである。また、図２には表面実装型アンテナ１０の展開図を、図３には基板２０の構成を示す平面図をそれぞれ示している。図３（ａ）は基板２０のおもて面（表面実装型アンテナ１０が設置される面）の平面図であり、図３（ｂ）は基板２０のうら面の平面図である。以下、これらの図面を参照しながら、アンテナ装置１の構成について詳しく説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置１の構成を示す斜視図である。図１（ａ）に示すように、アンテナ装置１は、表面実装型アンテナ１０と、表面実装型アンテナ１０が設置される基板２０とを備えて構成される。なお、アンテナ装置１は、携帯電話などの小型の無線通信機に搭載されるものである。図１（ｂ）は、表面実装型アンテナ１０の底面に形成される導体を見易くするために、表面実装型アンテナ１０のその他の部分の記載を省略したものである。また、図２には表面実装型アンテナ１０の展開図を、図３には基板２０の構成を示す平面図をそれぞれ示している。図３（ａ）は基板２０のおもて面（表面実装型アンテナ１０が設置される面）の平面図であり、図３（ｂ）は基板２０のうら面の平面図である。以下、これらの図面を参照しながら、アンテナ装置１の構成について詳しく説明する。
図１及び図２に示すように、表面実装型アンテナ１０は、略直方体形状の誘電体からなる基体１１と、基体１１の表面上の導体により構成されるアンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂ及び平面導体パターン１４〜１６とを備える。この表面実装型アンテナ１０は、図１に示すように基板２０の角部近傍に設置される。
基体１１の大きさは、目的とするアンテナ特性に応じて適宜設定すればよい。特に限定されるものではないが、横方向の長さｘ１，ｘ２（ｘ１＞ｘ２）をそれぞれ１４ｍｍ，３ｍｍとし、高さｘ３を３ｍｍとすることができる。また、基体１１の材料としては、特に限定されるものではないが、Ｂａ−Ｎｄ−Ｔｉ系材料（比誘電率８０〜１２０）、Ｎｄ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系材料（比誘電率４３〜４６）、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓｒ−Ｔｉ（比誘電率３８〜４１）、Ｂａ−Ｔｉ系材料（比誘電率３４〜３６）、Ｂａ−Ｍｇ−Ｗ系材料（比誘電率２０〜２２）、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系材料（比誘電率１９〜２１）、サファイヤ（比誘電率９〜１０）、アルミナセラミックス（比誘電率９〜１０）、コージライトセラミックス（比誘電率４〜６）などの誘電体材料を用いることが好適である。基体１１は、金型を用いてこれらの材料を焼成することによって作製される。
具体的に用いる誘電体材料は、後述するアンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂの使用目的である無線通信方式の使用周波数に応じて適宜選択すればよい。なお、比誘電率εｒが大きいほど大きな波長短縮効果が得られ、放射導体の長さをより短くすることができるが、比誘電率εｒが大きすぎるとアンテナ利得が減少してしまう。そこで、これらのバランスを見ながら、最適な誘電体材料を決定することが好ましい。一例を挙げると、アンテナ導体パターン１３Ａの使用目的をＧＰＳ受信とし、アンテナ導体パターン１３Ｂの使用目的をＩＥＥＥ８０２．１１ｂの無線ＬＡＮ通信とする場合、比誘電率が５〜４０程度の誘電体材料を用いることが好ましい。このような誘電体材料としては、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックを好ましく挙げることができる。Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックとしては、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２を含有するＭｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックを用いることが特に好ましい。
なお、「略直方体形状」とは、完全な直方体だけでなく一部不完全な直方体を含む意である。本実施の形態では、図１及び図２に示すように、基体１１には、側面１１Ａの下辺から上面１１Ｃを通って側面１１Ｆの下辺まで、各面の中央を等幅かつ深さｈで貫く溝が切削され、これによって側面１１Ｄとの境界に沿う一定幅ｗ１の凸面１２Ａと、側面１１Ｂとの境界に沿う一定幅ｗ２の凸面１２Ｂとが形成されており、完全な直方体形状とはなっていない。なお、このような溝及び凸部を設けるのは、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂを電気的に好適に分離させるためである。
アンテナ導体パターン１３Ａは、凸面１２Ａ上に形成された導体パターンである。アンテナ導体パターン１３Ａの形成領域は、基体１１の側面１１Ａ（長手方向に垂直な２側面のうち基板２０の角部に近い側面）の下辺から、上面１１Ｃを通り、さらに側面１１Ｆ（側面１１Ａに向かい合う側面）の上辺から距離Ｌ１の位置にまで達しており、連続した一定幅ｗ１の帯状構造を有している。なお、アンテナ導体パターン１３Ａを構成する導体パターンのうち、側面１１Ａに設けられている部分は給電電極１３Ａ−１であり、それ以外の部分は放射電極１３Ａ−２である。アンテナ導体パターン１３Ａの一端１３Ａａ（給電電極１３Ａ−１側の端部）は、側面１１Ａの下端において平面導体パターン１６に接続され、アンテナ導体パターン１３Ａの他端１３Ａｂ（側面１１Ｆの上辺から距離Ｌ１の部分）は、他の導体パターンに接続されていない。
アンテナ導体パターン１３Ｂは、凸面１２Ｂ上に形成された導体パターンと、側面１１Ｂ上に形成された導体パターンとから構成される。前者は、基体１１の側面１１Ａの下辺から、上面１１Ｃを通り、さらに側面１１Ｆの上辺から距離Ｌ１の位置にまで達しており、アンテナ導体パターン１３Ａと平行な、連続した一定幅ｗ２の帯状構造を有している。後者は、側面１１Ｆの導体パターンから、長さＬ２にわたって側面１１Ｂ上に延設された構造を有している。なお、アンテナ導体パターン１３Ｂを構成する導体パターンのうち、側面１１Ａに設けられている部分は給電電極１３Ｂ−１であり、それ以外の部分は放射電極１３Ｂ−２である。アンテナ導体パターン１３Ｂの一端１３Ｂａ（給電電極１３Ｂ−１側の端部）は、側面１１Ａの下端において平面導体パターン１６に接続され、アンテナ導体パターン１３Ｂの他端１３Ｂｂ（側面１１Ｆとの境界から距離Ｌ２の部分）は、他の導体パターンに接続されていない。
平面導体パターン１４，１６は、底面１１Ｅの長手方向の側面１１Ｆ側端部及び側面１１Ａ側端部に、底面１１Ｅの全幅にわたってそれぞれ形成された略矩形状の導体パターンである。なお、平面導体パターン１６の基体１１の長手方向の長さはＬ３である。平面導体パターン１４は側面１１Ｆ及び１１Ｂにも延設されているが、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂとは接続していない。平面導体パターン１６は上述したように、側面１１Ａに設けられた給電電極１３Ａ−１，１３Ｂ−２と接続している。
なお、平面導体パターン１６は、図１及び図２に示すように、側面１１Ｄ側から切り込んだ幅ｗ，深さｄのスリット１６ａを有している。この点に関しては、後に詳細に説明する。
平面導体パターン１５は、平面導体パターン１４と平面導体パターン１６の間に、底面１１Ｅの全幅にわたって形成された矩形上の導体パターンである。また、側面１１Ｂの底面１１Ｅとの境界付近にも延設されている。平面導体パターン１５は、基体１１の表面上の他の導体パターンとは接触していない。
なお、各導体パターンは、電極用ペースト材をスクリーン印刷や転写などの方法によって塗布した後、所定の温度条件下で焼き付けを行うことによって形成することができる。電極用ペースト材としては、銀、銀−パラジウム、銀−白金、銅などを用いることができる。導体パターンは、この他にメッキやスパッタなどでも形成することが可能である。
スリット１６ａについては、スクリーン印刷に用いる版膜などにスリット１６ａに相当する形状を設けることで作製してもよいし、スリットを有しない平面導体パターン１６を形成した後、スリット１６ａに相当する部分を削り取って作製してもよい。
次に、図１及び図３に示すように、基板２０は、おもて面に、グランドパターンの設けられていないグランドクリアランス領域２１と、グランドクリアランス領域２１の周囲に設けられたグランドパターン２２と、グランドクリアランス領域２１内に設けられたランドパターン２３〜２６と、ランドパターン２５に接続する給電ライン２７と、給電ライン２７を基板２０のうら面に誘導するスルーホール導体２８とを有し、うら面に、グランドパターン３０を有している。なお、グランドクリアランス領域２１の破線で示す領域Ｘは、表面実装型アンテナ１０の設置領域である。図示していないが、基板２０には無線通信機を構成するための他の様々な電子部品も実装される。
グランドクリアランス領域２１は、基板２０の角部に沿って設けられている。そのため、グランドクリアランス領域２１の周囲２方向はグランドパターン２２に囲まれているが、他の２方向は基板２０の存在しない開放空間である。
うら面のグランドパターン３０は、領域Ｘの直下にも存在している。これにより、表面実装型アンテナ１０は所謂オングランドタイプとなっている。
ランドパターン２３，２４はそれぞれ、表面実装型アンテナ１０の平面導体パターン１４，１５に対応する位置に設けられ、これらの導体と半田接続される。なお、ランドパターン２３は、端部２３ａでグランドパターン２２と接触している。また、ランドパターン２４とグランドパターン２２との間には、インダクタ、キャパシタ、若しくはショートにより構成される、周波数調整用のチップリアクタ２９ａが実装されている。チップリアクタ２９ａは、ランドパターン２４のリード部分２４ａとグランドパターン２２との間に直列に挿入されている。チップリアクタ２９ａの実装位置は、グランドクリアランス領域２１の外側であって、グランドクリアランス領域２１にできるだけ近い位置が好ましい。
また、ランドパターン２５，２６は、表面実装型アンテナ１０の平面導体パターン１６に対応する位置に設けられ、これらの導体と半田接続される。なお、ランドパターン２５とランドパターン２６の間の間隙は一定幅ｗに設定されており、この間隙の位置はスリット１６ａの位置に対応している。換言すれば、基板２０は、スリット１６ａに対応する領域に導体パターンを有していない。また、ランドパターン２６は、端部２６ａでグランドパターン２２と接触している。
給電ライン２７はランドパターン２５に接続しており、給電ライン２７とグランドパターン２２との間には、インダクタ、キャパシタ、若しくはショートにより構成される、インピーダンス調整用のチップリアクタ２９ｂが実装されている。チップリアクタ２９ｂの実装位置も、グランドクリアランス領域２１の外側であって、グランドクリアランス領域２１にできるだけ近い位置が好ましい。給電ライン２７はスルーホール導体２８によってうら面に導入され、うら面で信号ライン（不図示）に接続されている。
なお、各グランドパターンや各ランドパターンは、全面に銅箔を貼り付けた基板を用意し、エッチングにより不要部分の銅箔を溶かすことで形成することができる。
表面実装型アンテナ１０と基板２０とが以上説明したような構成を有することにより、アンテナ導体パターン１３Ａ及び１３Ｂはそれぞれ逆Ｆアンテナとして機能する。すなわち、アンテナ導体パターン１３Ａでは、ランドパターン２６が逆Ｆアンテナのショートスタブとして機能し、端部１３Ａｂが逆Ｆアンテナの開放端として機能する。アンテナ導体パターン１３Ｂでは、ランドパターン２６が逆Ｆアンテナのショートスタブとして機能し、端部１３Ｂｂが逆Ｆアンテナの開放端として機能する。
アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂの共振周波数は、主として基体１１の表面に形成した導体の長さ及び幅並びに基体１１の非誘電率等によって決定される。しかし、アンテナ装置１では、チップリアクタ２９ａのリアクタンスを適宜調整することにより、共振周波数の微調整も可能になっている。
ここで、相対的に基板２０の内側に位置するアンテナ導体パターン１３Ａは、相対的に高い周波数の無線通信方式用に用い、相対的に基板２０の外側に位置するアンテナ導体パターン１３Ｂは、相対的に低い周波数の無線通信方式用に用いることが好ましい。一例を挙げると、例えば１．５ＧＨｚ帯の周波数を用いるＧＰＳ受信と、２．５ＧＨｚ帯の周波数を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ｂ通信とに対応させる場合、アンテナ導体パターン１３Ａの共振周波数を２．５ＧＨｚ帯に調整し、アンテナ導体パターン１３Ｂの共振周波数を１．５ＧＨｚ帯に調整することが好ましい。
さて、平面導体パターン１６に設けたスリット１６ａについて説明する。
上記の各構成により、給電ライン２７から入力する電流は、ランドパターン２５を通って平面導体パターン１６に入り、スリット１６ａを超えて、各各給電電極１３Ａ−１，１３Ｂ−１に至ることになる。つまり、スリット１６ａは、給電ライン２７と各給電電極１３Ａ−１，１３Ａ−２との間に設けられている。そして、スリット１６ａの深さｄによって、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂと給電ライン２７との接続距離が制御することが可能になっている。以下、具体的に説明する。
図４は、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂと給電ライン２７との接続距離と、スリット１６ａの深さｄとの関係の説明図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）ではｄ＝ｄ２とし、図４（ｃ）及び図４（ｄ）ではｄ＝ｄ１（０＜ｄ１＜ｄ２）とし、図４（ｅ）及び図４（ｆ）ではｄ＝０としている。ここで、端部２６ａの位置は固定である。
まず、図４（ｂ）（ｄ）（ｆ）に示すように、深さｄが大きいほど、給電ライン２７から給電電極１３Ａに至る電流の経路（給電パス）ＤＡは長くなる。これは、電流がスリット１６ａを回り込むことになるからである。
一方、図４（ａ）（ｃ）（ｅ）に示すように、深さｄが大きいほど、給電ライン２７から給電電極１３Ｂに至る電流の経路ＤＢも長くなる。しかし、給電電極１３Ｂは、スリット１６ａの深さ方向を挟んで給電ライン２７のほぼ反対側にあるため、経路ＤＡに比べると変化の量は小さい。
以上より、深さｄを変化させることにより、端部２６ａの位置が固定されているとき、経路ＤＢと経路ＤＡの差を制御できることになり、このことはアンテナ導体パターン１３Ａとアンテナ導体パターン１３Ｂのインピーダンスの差を制御できることを意味する。したがって、製造段階で深さｄを適切な値に調節することにより、共振アンテナ間でのインピーダンス整合を簡易に実現できる。
以下、本発明の効果について、具体的な測定結果を挙げて説明する。なお、以下に示す各例では、ｘ１＝１４ｍｍ、ｘ２＝３ｍｍ、ｘ３＝３ｍｍ、ｗ１＝１ｍｍ、ｗ２＝１ｍｍ、Ｌ１＝２ｍｍ、Ｌ２＝１０ｍｍ、Ｌ３＝２．５ｍｍ、ｄ１＝１．５ｍｍ、ｄ２＝２．５ｍｍとした。また、アンテナ導体パターン１３Ａの共振周波数を２．５ＧＨｚ帯に調整し、アンテナ導体パターン１３Ｂの共振周波数を１．５ＧＨｚ帯に調整した。
図５は、図４に示した深さｄの各例について、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂのインピーダンスを測定し、スミスチャート上に表した図である。図５（ａ），図５（ｂ），図５（ｃ）はそれぞれ、ｄ＝ｄ２，ｄ１，０に対応している。なお、このスミスチャートでは、中央が基準特性インピーダンス（例えば５０Ω）、右端がインピーダンス無限大（開放）、左端がインピーダンス０（短絡）となっている。また上半分の右回りに正のリアクタンス、下半分の左回りに負のリアクタンスをとっている。
アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂの各インピーダンスは、周波数を０Ｈｚから上昇させていったとき、図５のスミスチャートに表すような軌跡をたどる。図５から明らかなように、アンテナ導体パターン１３Ｂのインピーダンス特性は深さｄによってもほとんど変化がないが、アンテナ導体パターン１３Ａのインピーダンス特性は深さｄによって大きく変化する。これは、スリット１６ａの深さｄの制御によって、特にアンテナ導体パターン１３Ａのインピーダンスが制御されていることを示している。
なお、図５に示した深さｄの３つの例の中では、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂの間でインピーダンスの変化を示す曲線の曲率の差が最も小さいのが図５（ｂ）に示したｄ＝ｄ１の例であり、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂの間でのインピーダンス整合が最も良く取れていると言える。したがって、スリット１６ａの深さｄは、０やｄ２ではなくｄ１とすることが最も好ましいということになる。
図６は、図４に示した深さｄの各例について、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂそれぞれの共振周波数付近でのリターンロスを測定し、プロットした図である。図６（ａ），図６（ｃ），図６（ｅ）は、アンテナ導体パターン１３Ｂの共振周波数１．５ＧＨｚ帯付近でのリターンロスを示し、図６（ｂ），図６（ｄ），図６（ｆ）は、アンテナ導体パターン１３Ａの共振周波数２．５ＧＨｚ帯付近でのリターンロスを示している。また、図６（ａ），図６（ｂ）はｄ＝ｄ２に対応し、図６（ｃ），図６（ｄ）はｄ＝ｄ１に対応し、図６（ｅ），図６（ｆ）はｄ＝０に対応している。
図６から明らかなように、１．５ＧＨｚ帯、２．５ＧＨｚ帯ともにスリット１６ａの深さｄによってリターンロスが変化するが、変化の大きさは２．５ＧＨｚ帯の方が大きくなっている。つまり、スリット１６ａの深さｄの制御によって、アンテナ導体パターン１３Ａとアンテナ導体パターン１３Ｂのインピーダンスの差が制御されている。
なお、図６に示した深さｄの３つの例の中では、リターンロスの差が最も小さいのが図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示したｄ＝ｄ１の例であり、アンテナ導体パターン１３Ａとアンテナ導体パターン１３Ｂの間でのインピーダンス整合が最も良く取れていると言える。したがって、この結果からも、スリット１６ａの深さｄは、０やｄ２ではなくｄ１とすることが最も好ましいということになる。
なお、深さｄの具体的な値については、基体１１、各導体パターン、基板２０の材質、形状、大きさや基板２０上に設置される他の素子などの各種要因によって変化するので、製品の種類ごとに実験によって決定することが好適である。
以上説明したように、本実施の形態によるアンテナ装置１によれば、スリット１６ａの深さｄを調節することで、各アンテナ導体パターンまでの給電パスの長さが制御できる。したがって、スリット１６ａという簡易な構成により、共振アンテナ間でのインピーダンス整合を実現できる。
［第２の実施の形態］
本実施の形態によるアンテナ装置１は、スリットを設ける位置が第１の実施の形態と異なる。すなわち、第１の実施の形態では表面実装型アンテナ１０の表面に形成した導体パターンにスリットを設けていたが、本実施の形態では基板２０の表面に形成したランドパターンにスリットを設ける。以下、この相違点を中心に、本実施の形態について詳しく説明する。
本実施の形態によるアンテナ装置１は、スリットを設ける位置が第１の実施の形態と異なる。すなわち、第１の実施の形態では表面実装型アンテナ１０の表面に形成した導体パターンにスリットを設けていたが、本実施の形態では基板２０の表面に形成したランドパターンにスリットを設ける。以下、この相違点を中心に、本実施の形態について詳しく説明する。
図７は、本実施の形態による基板２０の構成を示す平面図を示す図である。また、図８は、本実施の形態による表面実装型アンテナ１０の展開図を示す図である。
図７に示すように、本実施の形態による基板２０は、図３に示したランドパターン２５，２６に代えて、ランドパターン３１を有している。ランドパターン３１は、ランドパターン２５，２６の間の間隙部分を導体パターンで埋めた形状を有し、さらにこの間隙に相当する部分に、給電ライン２７側から切り込んだ幅ｗ，深さｄのスリット３１ａを設けたものである。
なお、スリット３１ａの製造方法としては、基板に張り付けられた銅箔をエッチングする際に用いるマスクに、スリット３１ａに相当する形状を設けることで作製してもよいし、スリットを有しないランドパターン３１を形成した後、スリット３１ａに相当する部分を削り取って作製してもよい。
また、図８に示すように、本実施の形態による表面実装型アンテナ１０は、平面導体パターン１６に代えて平面導体パターン１７を備える。平面導体パターン１７は、底面１１Ｅの長手方向の側面１１Ａ側端部に、底面１１Ｅの全幅にわたって形成された略矩形状の導体パターンであり、図２に示した平面導体パターン１６から、スリット１６ａより側面１１Ａ側の部分のみを切り出した形状となっている。表面実装型アンテナ１０は、スリット３１ａに対応する位置に導体パターンを有していない。
以上の構成により、給電ライン２７から入力する電流は、ランドパターン３１を通り、スリット３１ａを超えて、平面導体パターン１７に至ることになる。つまり、スリット３１ａは、第１の実施の形態によるスリット１６ａと同様に、給電ライン２７と各給電電極１３Ａ−１，１３Ａ−２との間に設けられている。したがって、スリット３１ａの深さｄによって、第１の実施の形態と同様に、アンテナ導体パターン１３Ａ，１３Ｂと給電ライン２７との接続距離が制御されることになる。
以上説明したように、本実施の形態によるアンテナ装置１によれば、スリット３１ａの深さｄを調節することで、各アンテナ導体パターンまでの給電パスの長さが制御できる。したがって、スリット３１ａという簡易な構成により、共振アンテナ間でのインピーダンス整合を実現できる。
また、基板２０側にスリットを設けることにより、表面実装型アンテナ１０にスリットを設ける場合に比べ、精度よくスリットを形成することが可能になる。
［第３の実施の形態］
本実施の形態と第１の実施の形態とでは、平面導体パターン１５の具体的構成が異なる。以下、この相違点を中心に、本実施の形態について詳しく説明する。
本実施の形態と第１の実施の形態とでは、平面導体パターン１５の具体的構成が異なる。以下、この相違点を中心に、本実施の形態について詳しく説明する。
図９は、本実施の形態による表面実装型アンテナ１０の展開図を示す図である。また、図１０は、本実施の形態による基板２０の構成を示す平面図を示す図である。
図９に示すように、本実施の形態による表面実装型アンテナ１０は、第１の実施の形態で平面導体パターン１５を有していた部分（基体１１の底面１１Ｅ）に平面導体パターン１５Ａ，１５Ｂを有している。平面導体パターン１５Ａはアンテナ導体パターン１３Ａと同幅であり、アンテナ導体パターン１３Ａのうち上面１１Ｃに設けられた部分（上面導体パターン）に対向する位置に設けられている。また、平面導体パターン１５Ｂはアンテナ導体パターン１３Ｂと同幅であり、アンテナ導体パターン１３Ｂのうち上面１１Ｃに設けられた部分（上面導体パターン）に対向する位置に設けられている。
また、図１０に示すように、基板２０は、ランドパターン２４に代えて、ランドパターン２４Ａ，２４Ｂを有している。このうちランドパターン２４Ａは、表面実装型アンテナ１０の平面導体パターン１５Ａに対応する位置に設けられ、平面導体パターン１５Ａと半田接続される。また、ランドパターン２４Ｂは、表面実装型アンテナ１０の平面導体パターン１５Ｂに対応する位置に設けられ、平面導体パターン１５Ａと半田接続される。
ランドパターン２４Ａとグランドパターン２２との間には周波数調整用のチップリアクタ２９ａが実装されている。チップリアクタ２９ａは、ランドパターン２４Ａのリード部分２４Ａａとグランドパターン２２との間に直列に挿入されている。同様に、ランドパターン２４Ｂとグランドパターン２２との間には周波数調整用のチップリアクタ２９ｃが実装されている。チップリアクタ２９ｃは、ランドパターン２４Ｂのリード部分２４Ｂａとグランドパターン２２との間に直列に挿入されている。
以上の構成により、アンテナ導体パターン１３Ａの特性と、アンテナ導体パターン１３Ｂの特性とを、互いに独立に制御することが容易になる。したがって、共振アンテナ間でのインピーダンス整合を実現することが、より容易になる。
一例を挙げると、図１０では、ランドパターン２４Ａと２４Ｂとは、互いに異なる周波数調整用チップリアクタ（チップリアクタ２９ａと２９ｃ）を介してグランドパターン２２に接続している。したがって、アンテナ導体パターンごとに周波数を調整することが可能になる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
１ アンテナ装置
１０ 表面実装型アンテナ
１１ 基体
１３Ａ アンテナ導体パターン
１３Ａ，１３Ｂ アンテナ導体パターン
１３Ａ，１４Ａ アンテナ導体パターン
１４〜１７，１５Ａ，１５Ｂ 平面導体パターン
１６ａ，３１ａ スリット
２０ 基板
２１ グランドクリアランス領域
２２，３０，３１ グランドパターン
２３〜２６，２４Ａ，２４Ｂ ランドパターン
２７ 給電ライン
２８ スルーホール導体
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ チップリアクタ
１０ 表面実装型アンテナ
１１ 基体
１３Ａ アンテナ導体パターン
１３Ａ，１３Ｂ アンテナ導体パターン
１３Ａ，１４Ａ アンテナ導体パターン
１４〜１７，１５Ａ，１５Ｂ 平面導体パターン
１６ａ，３１ａ スリット
２０ 基板
２１ グランドクリアランス領域
２２，３０，３１ グランドパターン
２３〜２６，２４Ａ，２４Ｂ ランドパターン
２７ 給電ライン
２８ スルーホール導体
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ チップリアクタ
Claims (10)
- 給電ライン及びグランドパターンを有する基板と、
基体及び前記基体に形成された導体パターンを有し、前記基板上に設置される表面実装型複共振アンテナとを備え、
前記導体パターンは、複数のアンテナ導体パターンと、前記各アンテナ導体パターンと前記給電ラインとを接続する平面導体パターンとを含み、
前記平面導体パターンは、前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含み、
前記基板は、前記各アンテナ導体パターンと前記グランドパターンとを接続するランドパターンを有し、前記スリットに対応する領域に導体パターンを有しないことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記各アンテナ導体パターンは、前記基体の側面に形成された給電電極を含み、
前記平面導体パターンは、前記基体の底面に形成されて前記各給電電極と前記給電ラインとを接続し、
前記スリットは、前記給電ラインと前記各給電電極の間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。 - 前記複数のアンテナ導体パターンはそれぞれ、前記基体の上面に形成された上面導体パターンを含み、
前記導体パターンは、前記基体の底面のうち、前記各上面導体パターンに対向する位置にそれぞれ設けられた導体パターンを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。 - 給電ライン及びグランドパターンを有する基板と、
基体及び前記基体に形成された複数のアンテナ導体パターンを有し、前記基板上に設置される表面実装型複共振アンテナとを備え、
前記基板は、前記各アンテナ導体パターンと前記給電ライン及び前記グランドパターンとを接続するランドパターンを有し、
前記ランドパターンは、前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含み、
前記表面実装型複共振アンテナは、前記スリットに対応する表面に導体パターンを有しないことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記各アンテナ導体パターンは、前記基体の側面に形成された給電電極を含み、
前記ランドパターンは、前記基体の下方に形成されて前記各給電電極と前記給電ラインとを接続し、
前記スリットは、前記給電ラインと前記各給電電極の間に設けられることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。 - 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置を備えることを特徴とする無線通信機。
- 基体及び前記基体に形成された導体パターンを有し、給電ラインを有する基板上に設置される表面実装型複共振アンテナであって、
前記導体パターンは、複数のアンテナ導体パターンと、前記各アンテナ導体パターンと前記給電ラインとを接続する平面導体パターンとを含み、
前記平面導体パターンは、前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含むことを特徴とする表面実装型複共振アンテナ。 - 給電ライン及びグランドパターンを有し、基体に形成された複数のアンテナ導体パターンを備える表面実装型複共振アンテナが設置されるプリント基板であって、
前記各アンテナ導体パターンと前記給電ライン及び前記グランドパターンとを接続するランドパターンを有し、
前記ランドパターンは、前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含むことを特徴とするプリント基板。 - 基体を備え、給電ラインを有する基板上に設置される表面実装型複共振アンテナの製造方法であって、
前記基体に、複数のアンテナ導体パターンと、前記各アンテナ導体パターンと前記給電ラインとを接続し、かつ前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含む平面導体パターンとを有する導体パターンを形成することを特徴とする表面実装型複共振アンテナの製造方法。 - 給電ライン及びグランドパターンを備え、複数のアンテナ導体パターンを有する表面実装型複共振アンテナが設置されるプリント基板の製造方法であって、
前記各アンテナ導体パターンと前記給電ライン及び前記グランドパターンとを接続し、かつ前記各アンテナ導体パターンのうちの少なくとも一部と前記給電ラインとの接続距離を制御するスリットを含むランドパターンを形成することを特徴とするプリント基板の製造方法。
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