JP2013074583A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信機器の薄型化又は小型化に適したアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device suitable for reducing the thickness or size of a wireless communication device.
携帯電話機や無線通信機能内蔵のノート型パーソナルコンピュータ等の無線通信機器では、その小型化に伴って部品実装密度も高くなってきている。この対策として、例えば、特許文献１には、誘電体又は磁性体からなる基体表面に螺旋導体層を形成した、いわゆるチップアンテナを基板上に設置し、基板上に形成したグラウンド面にチップアンテナを接地させた技術が開示されている。 In wireless communication devices such as mobile phones and notebook personal computers with a built-in wireless communication function, the component mounting density is increasing with the miniaturization. As a countermeasure, for example, in Patent Document 1, a so-called chip antenna in which a spiral conductor layer is formed on the surface of a base made of a dielectric material or a magnetic material is installed on a substrate, and the chip antenna is mounted on a ground surface formed on the substrate. A grounded technique is disclosed.
しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
近年、アンテナ装置のさらなる高性能化の要望が強いが、従来のようにチップアンテナを基板上に設置する場合、高誘電率の誘電体材料を使用したり、チップアンテナの厚みを増大させたりすることで高性能化させることは可能である。しかしながら、これらの対策は高コストになると共に装置全体の薄型化・小型化を図ることが困難になるという不都合があった。
However, the following problems remain in the above-described conventional technology.
In recent years, there is a strong demand for higher performance of antenna devices. However, when a chip antenna is installed on a substrate as in the past, a dielectric material having a high dielectric constant is used, or the thickness of the chip antenna is increased. It is possible to improve performance. However, these measures have the disadvantages of increasing the cost and making it difficult to reduce the thickness and size of the entire apparatus.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、高性能化と薄型化や低コスト化との両立が可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an antenna device capable of achieving both high performance, thinning, and low cost.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明のアンテナ装置は、絶縁性の基板本体と、前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成されたグランド面と、前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成され前記グランド面側の基端に給電点が設けられて延在するアンテナパターンと、前記基板本体の表裏面の一方に設けられていると共に前記アンテナパターンの先端に直接又はスルーホールを介して接続された誘電体アンテナの一方側アンテナ素子と、前記基板本体の表裏面の他方側に設けられた他方側導体パターンとを備え、前記一方側アンテナ素子が、誘電体の表面に形成された一方側導体パターンを有し、前記一方側導体パターンと前記他方側導体パターンとが、前記基板本体に形成されたスルーホールを介して接続され、全体として螺旋状の導体パターンを構成していることを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, an antenna device according to a first aspect of the present invention includes an insulating substrate body, a ground surface patterned with metal foil on the surface of the substrate body, and a ground surface patterned with metal foil on the surface of the substrate body. An antenna pattern extending at a base point on the side and extending, and a dielectric provided on one of the front and back surfaces of the substrate body and connected to the tip of the antenna pattern directly or through a through hole One antenna element of the antenna and another conductor pattern provided on the other side of the front and back surfaces of the substrate body, the one antenna element having one conductor pattern formed on the surface of the dielectric. The one side conductor pattern and the other side conductor pattern are connected through a through hole formed in the substrate body, and the spiral conductor pattern is formed as a whole. None, characterized in that is.
このアンテナ装置では、一方側アンテナ素子の一方側導体パターンと他方側導体パターンとが、基板本体に形成されたスルーホールを介して接続され、全体として螺旋状の導体パターンを構成しているので、螺旋状の導体パターンが一方側アンテナ素子の誘電体だけでなく少なくとも基板本体を含めて螺旋状に配されることで、一方側アンテナ素子の厚みを増大させたり高誘電率の材料を用いたりしなくても高性能化（高利得化、広帯域化）することが可能になる。 In this antenna device, the one-side conductor pattern and the other-side conductor pattern of the one-side antenna element are connected through a through-hole formed in the substrate body, and thus constitute a helical conductor pattern as a whole. The spiral conductor pattern is arranged in a spiral shape including not only the dielectric of the antenna element on one side but also at least the substrate body, thereby increasing the thickness of the antenna element on one side or using a material with a high dielectric constant. Even without this, high performance (high gain, wide band) can be achieved.
また、第２の発明のアンテナ装置は、第１の発明において、前記基板本体の表裏面の他方であって前記一方側アンテナ素子の反対側に設けられた誘電体アンテナの他方側アンテナ素子を備え、前記他方側アンテナ素子が、誘電体の表面に形成された前記他方側導体パターンを有していることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、他方側アンテナ素子が、誘電体の表面に形成された他方側導体パターンを有しているので、一方側アンテナ素子と他方側アンテナ素子とで基板本体を挟んだ状態になり、螺旋状の導体パターンの内側に介在する２つのアンテナ素子の誘電体と基板本体とを合計した厚みにより高性能化が可能である。また、表裏面にそれぞれアンテナ素子を設置するので、アンテナ素子の厚みを薄くすることができる。さらに、表裏面の各アンテナ素子の誘電体材料として低誘電率な材料を選択することができ、低コスト化に対応することも可能である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an antenna device according to the first aspect, further comprising the other antenna element of the dielectric antenna provided on the other side of the front and back surfaces of the substrate body and on the opposite side of the one antenna element. The other side antenna element has the other side conductor pattern formed on the surface of the dielectric.
That is, in this antenna device, since the other antenna element has the other conductor pattern formed on the surface of the dielectric, the substrate body is sandwiched between the one antenna element and the other antenna element. Therefore, high performance can be achieved by the total thickness of the dielectrics of the two antenna elements and the substrate body interposed inside the spiral conductor pattern. In addition, since the antenna elements are installed on the front and back surfaces, the thickness of the antenna elements can be reduced. Furthermore, a low dielectric constant material can be selected as the dielectric material of each antenna element on the front and back surfaces, and it is possible to cope with cost reduction.
第３の発明のアンテナ装置は、第１の発明において、前記他方側導体パターンが、前記基板本体の表裏面の他方に金属箔で直接パターン形成されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、他方側導体パターンが、基板本体の表裏面の他方に金属箔で直接パターン形成されているので、アンテナ素子が１つであっても、螺旋状の導体パターンの内側に介在する一方側アンテナ素子の誘電体と基板本体とを合計した厚みにより高性能化が可能である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the antenna device according to the first aspect, wherein the other-side conductor pattern is directly patterned with a metal foil on the other of the front and back surfaces of the substrate body.
That is, in this antenna device, the other side conductor pattern is directly patterned with the metal foil on the other of the front and back surfaces of the substrate body, so even if there is only one antenna element, the other side conductor pattern is placed inside the spiral conductor pattern. Higher performance can be achieved by the total thickness of the intervening one-side antenna element dielectric and the substrate body.
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置によれば、一方側アンテナ素子の一方側導体パターンと他方側導体パターンとが、基板本体に形成されたスルーホールを介して接続され、全体として螺旋状の導体パターンを構成しているので、一方側アンテナ素子の厚みを増大させたり高誘電率の材料を用いたりしなくても高性能化（高利得化、広帯域化）することが可能になる。したがって、同一のアンテナ占有領域であっても、高性能化と薄型化や低コスト化との両立が可能である。
The present invention has the following effects.
According to the antenna device of the present invention, the one-side conductor pattern of the one-side antenna element and the other-side conductor pattern are connected through the through-hole formed in the substrate body, thereby forming a spiral conductor pattern as a whole. Therefore, it is possible to achieve high performance (higher gain and wider bandwidth) without increasing the thickness of the one-side antenna element or using a material with a high dielectric constant. Therefore, even in the same antenna occupying region, it is possible to achieve both high performance, thinning, and cost reduction.
以下、本発明に係るアンテナ装置の一実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。 Hereinafter, an antenna device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態におけるアンテナ装置１は、図１から図３に示すように、絶縁性の基板本体２と、基板本体２の表面及び裏面に金属箔でパターン形成されたグランド面ＧＮＤと、基板本体２の表面に金属箔でパターン形成されグランド面ＧＮＤ側の基端に給電点ＦＰが設けられて延在するアンテナパターン３と、基板本体２の表裏面の一方（表面）に設けられていると共にアンテナパターン３の先端に直接接続された誘電体アンテナの一方側アンテナ素子ＡＴ１と、基板本体２の表裏面の他方側（裏面側）に設けられた他方側導体パターン５Ｂとを備えている。 As shown in FIGS. 1 to 3, the antenna device 1 according to the present embodiment includes an insulating substrate body 2, a ground surface GND patterned with metal foil on the front and back surfaces of the substrate body 2, and the substrate body 2. The antenna pattern 3 is formed by patterning with metal foil on the surface of the substrate, and the feeding point FP is provided at the base end on the ground plane GND side, and the antenna pattern 3 is provided on one (front surface) of the front and back surfaces of the substrate body 2 and the antenna. One side antenna element AT1 of the dielectric antenna directly connected to the tip of the pattern 3 and the other side conductor pattern 5B provided on the other side (back side) of the front and back surfaces of the substrate body 2 are provided.
また、このアンテナ装置１は、基板本体２の表裏面の他方であって一方側アンテナ素子ＡＴ１の反対側に設けられた誘電体アンテナの他方側アンテナ素子ＡＴ２を備えている。
そして、上記一方側アンテナ素子ＡＴ１は、図４に示すように、誘電体４の表面に一方側導体パターン５Ａが形成されたチップ状とされていると共に、他方側アンテナ素子ＡＴ２は、図５に示すように、誘電体４の表面に上記他方側導体パターン５Ｂが形成されたチップ状とされている。すなわち、これらの一方側アンテナ素子ＡＴ１及び他方側アンテナ素子ＡＴ２は、誘電体４を用いたチップアンテナである。なお、図４及び図５では、導体パターンの部分をハッチングして図示している。
The antenna device 1 further includes a second antenna element AT2 of a dielectric antenna provided on the other side of the front and back surfaces of the substrate body 2 and on the opposite side of the first antenna element AT1.
As shown in FIG. 4, the one-side antenna element AT1 has a chip shape in which the one-side conductor pattern 5A is formed on the surface of the dielectric 4, and the other-side antenna element AT2 is shown in FIG. As shown, the surface of the dielectric 4 has a chip shape in which the other-side conductor pattern 5B is formed. That is, the one side antenna element AT1 and the other side antenna element AT2 are chip antennas using the dielectric 4. In FIGS. 4 and 5, the conductor pattern is hatched.
また、基板本体２の表面（一方側の面）には、一方側アンテナ素子ＡＴ１を設置するための複数の一方側ランド部６Ａが対応する位置に銅箔等でパターン形成されている。一方側アンテナ素子ＡＴ１は、略長板形状の誘電体４の上面から両側面を介して下面の一部にわたって複数の一方側導体パターン５Ａが形成されているが、誘電体４の一方側ランド部６Ａに対応した部分以外の下面には一方側導体パターン５Ａが形成されていない。この一方側アンテナ素子ＡＴ１の下面を基板本体２の表面に向け、一方側アンテナ素子ＡＴ１の下面に形成された一方側導体パターン５Ａとこれらに対応する一方側ランド部６Ａとをハンダ材等で接合することで、一方側アンテナ素子ＡＴ１が固定される。 Further, on the surface (one surface) of the substrate body 2, a plurality of one-side land portions 6A for installing the one-side antenna element AT1 are pattern-formed with copper foil or the like at corresponding positions. In the one-side antenna element AT1, a plurality of one-side conductor patterns 5A are formed from the upper surface of the substantially long plate-shaped dielectric 4 to a part of the lower surface via both side surfaces. The one-side conductor pattern 5A is not formed on the lower surface other than the portion corresponding to 6A. The lower surface of the one-side antenna element AT1 is directed to the surface of the substrate body 2, and the one-side conductor pattern 5A formed on the lower surface of the one-side antenna element AT1 and the corresponding one-side land portion 6A are joined with a solder material or the like. Thus, the one-side antenna element AT1 is fixed.
また、基板本体２の裏面（他方側の面）には、他方側アンテナ素子ＡＴ２を設置するための複数の他方側ランド部６Ｂが対応する位置に銅箔等でパターン形成されている。他方側アンテナ素子ＡＴ２は、略長板形状の誘電体４の下面から両側面を介して上面の一部にわたって複数の他方側導体パターン５Ｂが形成されているが、誘電体４の他方側ランド部６Ｂに対応した部分以外の上面には他方側導体パターン５Ｂが形成されていない。この他方側アンテナ素子ＡＴ２の上面を基板本体２の裏面に向け、他方側アンテナ素子ＡＴ２の下面に形成された他方側導体パターン５Ｂとこれらに対応する他方側ランド部６Ｂとをハンダ材等で接合することで、他方側アンテナ素子ＡＴ２が固定される。 Further, on the back surface (the other surface) of the substrate body 2, a plurality of other land portions 6B for installing the other antenna element AT2 are patterned with copper foil or the like at corresponding positions. The other-side antenna element AT2 has a plurality of other-side conductor patterns 5B formed from the lower surface of the substantially long plate-shaped dielectric 4 to a part of the upper surface via both side surfaces. The other-side conductor pattern 5B is not formed on the upper surface other than the portion corresponding to 6B. The upper surface of the other antenna element AT2 is directed to the back surface of the substrate body 2, and the other conductor pattern 5B formed on the lower surface of the other antenna element AT2 and the other land portion 6B corresponding thereto are joined with a solder material or the like. Thus, the other antenna element AT2 is fixed.
また、一方側ランド部６Ａから他方側ランド部６Ｂにつながる複数のスルーホールＨが基板本体２に形成されており、上下の一方側ランド部６Ａと他方側ランド部６Ｂとが電気的に導通している。
一方側導体パターン５Ａと他方側導体パターン５Ｂとは、図６及び図７に示すように、基板本体２に形成されたスルーホールＨを介して接続され、全体として螺旋状の導体パターンを構成している。すなわち、一方側導体パターン５Ａ、一方側ランド部６Ａ、スルーホールＨ、他方側ランド部６Ｂ及び他方側導体パターン５Ｂによって、螺旋状に接続された導体パターンを全体として構成している。
In addition, a plurality of through holes H connected from the one-side land portion 6A to the other-side land portion 6B are formed in the substrate body 2, and the upper and lower one-side land portions 6A and the other-side land portion 6B are electrically connected. ing.
As shown in FIGS. 6 and 7, the one side conductor pattern 5A and the other side conductor pattern 5B are connected via a through hole H formed in the substrate body 2, and constitute a spiral conductor pattern as a whole. ing. That is, the conductor pattern spirally connected is constituted as a whole by the one-side conductor pattern 5A, the one-side land portion 6A, the through hole H, the other-side land portion 6B, and the other-side conductor pattern 5B.
したがって、基板本体２を挟んだ一方側アンテナ素子ＡＴ１と他方側アンテナ素子ＡＴ２とにより、全体として一つの仮想的なアンテナ素子が構成される。この仮想的なアンテナ素子は、全体として一方側アンテナ素子ＡＴ１の誘電体４と基板本体２と他方側アンテナ素子ＡＴ２の誘電体４とを合わせた誘電体材料の周りに螺旋状の導体パターンが巻回されたものとなる。この仮想的なアンテナ素子では、全体の厚みが、一方側アンテナ素子ＡＴ１と基板本体２と他方側アンテナ素子ＡＴ２との各厚みの合計となり、全体の幅が、一方側アンテナ素子ＡＴ１の幅と一方側ランド部６Ａ及び他方側ランド部６Ｂの幅と他方側アンテナ素子ＡＴ２の幅とで構成される。
この全体として１つの仮想的なアンテナ素子の構成により、アンテナエレメントとしての実効長が長くなり、グランド面ＧＮＤへ流れる高周波電流の流れを効果的に抑制することができる。そのため、特にグランド面ＧＮＤの面積が小さくなった場合に有効となる。
Therefore, one virtual antenna element as a whole is configured by the one side antenna element AT1 and the other side antenna element AT2 sandwiching the substrate body 2. This virtual antenna element as a whole has a spiral conductor pattern wound around a dielectric material that combines the dielectric 4 of the one-side antenna element AT1, the substrate body 2, and the dielectric 4 of the other-side antenna element AT2. It will be turned. In this virtual antenna element, the total thickness is the sum of the thicknesses of the one-side antenna element AT1, the substrate body 2, and the other-side antenna element AT2, and the total width is equal to the width of the one-side antenna element AT1. The width of the side land portion 6A and the other side land portion 6B is composed of the width of the other side antenna element AT2.
As a whole, the configuration of one virtual antenna element increases the effective length of the antenna element, and can effectively suppress the flow of high-frequency current flowing to the ground plane GND. Therefore, this is particularly effective when the area of the ground plane GND is reduced.
上記アンテナパターン３は、グランド面ＧＮＤ側の基端から該グランド面ＧＮＤから離間する方向に延在して途中に第１受動素子Ｐ１及び第２受動素子Ｐ２が接続された第１延在部３ａと、該第１延在部３ａの途中であって第２受動素子Ｐ２より基端側に先端が接続されていると共に途中に第３受動素子Ｐ３が接続され基端が給電点ＦＰから離間した位置でグランド面ＧＮＤに接続されている第２延在部３ｂとを有している。
上記第１受動素子Ｐ１〜第３受動素子Ｐ３は、例えばインダクタ、コンデンサ、抵抗又はジャンパー線等が採用される。なお、本実施形態では、３つの上記受動素子を用いているが、１個又は３個以上の受動素子を使用しても構わない。
The antenna pattern 3 extends from the base end on the ground plane GND side in a direction away from the ground plane GND, and the first extending portion 3a to which the first passive element P1 and the second passive element P2 are connected in the middle. In the middle of the first extending portion 3a, the distal end is connected to the proximal end side from the second passive element P2, and the third passive element P3 is connected midway, and the proximal end is separated from the feeding point FP. And a second extending portion 3b connected to the ground plane GND at a position.
As the first passive element P1 to the third passive element P3, for example, an inductor, a capacitor, a resistor, a jumper line, or the like is employed. In the present embodiment, the three passive elements are used, but one or three or more passive elements may be used.
また、アンテナパターン３の先端部、すなわち第１延在部３ａの先端部には、上記の一方側アンテナ素子ＡＴ１が設けられている。また、該一方側アンテナ素子ＡＴ１の反対側には、他方側アンテナ素子ＡＴ２が設けられている。これら一方側アンテナ素子ＡＴ１と他方側アンテナ素子ＡＴ２とは、これらに対応して基板本体２の表面（一方側の面）及び裏面（他方側の面）に銅箔等でパターン形成された複数の一方側ランド部６Ａと他方側ランド部６Ｂ上に半田材等で接着固定される。 The one-side antenna element AT1 is provided at the tip of the antenna pattern 3, that is, the tip of the first extending portion 3a. Further, the other antenna element AT2 is provided on the opposite side of the one antenna element AT1. The one-side antenna element AT1 and the other-side antenna element AT2 have a plurality of patterns formed with copper foil or the like on the front surface (one surface) and the back surface (other surface) of the substrate body 2 correspondingly. The first land portion 6A and the second land portion 6B are bonded and fixed with a solder material or the like.
これら一方側アンテナ素子ＡＴ１及び他方側アンテナ素子ＡＴ２は、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子であって、例えば図４及び図５に示すように、セラミックス等の誘電体４の表面にＡｇ等の一方側導体パターン５Ａ及び他方側導体パターン５Ｂが形成されたチップアンテナである。これらの一方側アンテナ素子ＡＴ１及び他方側アンテナ素子ＡＴ２は、共振周波数等の設定に応じて、その長さ、幅、導体パターンの形状等が選択される。なお、本実施形態の一方側アンテナ素子ＡＴ１及び他方側アンテナ素子ＡＴ２のサイズは、横幅：１０．５ｍｍ、奥行き：３．０ｍｍ、高さ：０．８ｍｍである。 The one side antenna element AT1 and the other side antenna element AT2 are loading elements that do not self-resonate at a desired resonance frequency. For example, as shown in FIGS. 4 and 5, Ag or the like is formed on the surface of a dielectric 4 such as ceramics. This is a chip antenna in which one side conductor pattern 5A and the other side conductor pattern 5B are formed. The length, width, conductor pattern shape, and the like of these one side antenna element AT1 and the other side antenna element AT2 are selected according to the setting of the resonance frequency and the like. Note that the sizes of the one-side antenna element AT1 and the other-side antenna element AT2 of the present embodiment are horizontal width: 10.5 mm, depth: 3.0 mm, and height: 0.8 mm.
一方側アンテナ素子ＡＴ１及び他方側アンテナ素子ＡＴ２は、第１延在部３ａの延在方向に直交して延在するように設置されている。すなわち、一方側アンテナ素子ＡＴ１及び他方側アンテナ素子ＡＴ２は、対向するグランド面ＧＮＤの端辺に沿って平行に配されている。 The one side antenna element AT1 and the other side antenna element AT2 are installed so as to extend orthogonal to the extending direction of the first extending portion 3a. That is, the one side antenna element AT1 and the other side antenna element AT2 are arranged in parallel along the end sides of the opposing ground plane GND.
上記基板本体２は、一般的なプリント基板であって、本実施形態では、長方形状のガラスエポキシ樹脂等からなるプリント基板の本体を採用している。
上記給電点ＦＰには、例えば高周波回路に接続された同軸ケーブルの芯線が接続され、該同軸ケーブルのグランド線は、グランド面ＧＮＤに接続される。
なお、本実施形態におけるグランド面ＧＮＤのサイズは、長手方向：７１．０ｍｍ、短手方向：５４．０ｍｍであり、基板本体２の厚みは、０．８ｍｍである。
The substrate body 2 is a general printed circuit board, and in this embodiment, a printed circuit board body made of a rectangular glass epoxy resin or the like is employed.
For example, a core wire of a coaxial cable connected to a high-frequency circuit is connected to the feed point FP, and the ground wire of the coaxial cable is connected to the ground plane GND.
In addition, the size of the ground surface GND in the present embodiment is 71.0 mm in the longitudinal direction and 54.0 mm in the short direction, and the thickness of the substrate body 2 is 0.8 mm.
次に、このアンテナ装置１とこれを内蔵する筐体１０との関係について、図８を参照して説明する。
例えば、図８の（ａ）に示すように、１つのアンテナ素子ＡＴ３を片面に設置した従来のアンテナ装置を薄型の筐体１０内に設置した比較例１の場合に対して、１つのアンテナ素子で広帯域化するために、図８の（ｂ）に示すように、アンテナ素子ＡＴ３の２倍の厚みのアンテナ素子ＡＴ４に変更した比較例２を採用した場合、筐体１０内の基板本体２の表面側のスペースが不十分で、厚いアンテナ素子ＡＴ４が筐体１０に当接してしまい筐体１０内に収納することが困難になる場合がある。これに対して、図８の（ｃ）に示すように、本実施形態のアンテナ装置１では、基板本体２の表裏面に分けてアンテナ素子ＡＴ３と同じ厚さの一方側アンテナ素子ＡＴ１及び他方側アンテナ素子ＡＴ２を設置するので、回路本体２の表面側の最大厚みが変わらないと共に裏面側のスペースを利用でき、薄型の筐体１０内に収納可能となって、広帯域化と小型化・薄型化との両立が可能になる。
Next, the relationship between the antenna device 1 and the housing 10 incorporating the antenna device 1 will be described with reference to FIG.
For example, as shown in FIG. 8 (a), one antenna element is provided for the case of Comparative Example 1 in which a conventional antenna device having one antenna element AT3 installed on one side is installed in a thin casing 10. In order to increase the bandwidth, as shown in FIG. 8 (b), when the comparative example 2 is used in which the antenna element AT4 is twice as thick as the antenna element AT3, the board body 2 in the casing 10 The space on the surface side is insufficient, and the thick antenna element AT4 may come into contact with the housing 10 and it may be difficult to store it in the housing 10. On the other hand, as shown in FIG. 8 (c), in the antenna device 1 of the present embodiment, the antenna element AT1 and the other side of the antenna body AT3 having the same thickness as the antenna element AT3 are divided into the front and back surfaces of the substrate body 2. Since the antenna element AT2 is installed, the maximum thickness on the front surface side of the circuit body 2 does not change and the space on the back surface can be used, so that it can be stored in the thin casing 10, and the bandwidth is increased and the size and thickness are reduced. It becomes possible to achieve both.
このように本実施形態のアンテナ装置１では、一方側アンテナ素子ＡＴ１の一方側導体パターン５Ａと他方側導体パターン５Ｂとが、基板本体２に形成されたスルーホールＨを介して接続され、全体として螺旋状の導体パターンを構成しているので、螺旋状の導体パターンが一方側アンテナ素子ＡＴ１の誘電体だけでなく少なくとも基板本体２を含めて螺旋状に配されることで、一方側アンテナ素子ＡＴ１の厚みを増大させたり高誘電率の材料を用いたりしなくても高性能化（高利得化、広帯域化）することが可能になる。 As described above, in the antenna device 1 of the present embodiment, the one-side conductor pattern 5A and the other-side conductor pattern 5B of the one-side antenna element AT1 are connected via the through-hole H formed in the substrate body 2, and as a whole Since the spiral conductor pattern is configured, the spiral conductor pattern is arranged in a spiral shape including not only the dielectric of the one-side antenna element AT1 but also at least the substrate body 2, so that the one-side antenna element AT1 is arranged. High performance (high gain, wide band) can be achieved without increasing the thickness of the material or using a material with a high dielectric constant.
特に、基板本体２の裏面側に他方側アンテナ素子ＡＴ２を設置し、この他方側アンテナ素子ＡＴ２が、誘電体４の表面に形成された他方側導体パターン５Ｂを有しているので、一方側アンテナ素子ＡＴ１と他方側アンテナ素子ＡＴ２とで基板本体２を挟んだ状態になり、螺旋状の導体パターンの内側に介在する２つのアンテナ素子ＡＴ１，ＡＴ２の誘電体４と基板本体２とを合計した厚みにより高性能化が可能である。また、表裏面にそれぞれアンテナ素子ＡＴ１，ＡＴ２を設置するので、各アンテナ素子の厚みを薄くすることができる。さらに、表裏面の各アンテナ素子ＡＴ１，ＡＴ２の誘電体材料として低誘電率な材料を選択することができ、低コスト化に対応することも可能である。 In particular, the other-side antenna element AT2 is installed on the back side of the substrate body 2, and the other-side antenna element AT2 has the other-side conductor pattern 5B formed on the surface of the dielectric 4, so that the one-side antenna The total thickness of the dielectric body 4 and the substrate body 2 of the two antenna elements AT1 and AT2 interposed between the element body AT1 and the antenna element AT2 on the other side and sandwiching the substrate body 2 inside the spiral conductor pattern. High performance is possible. Further, since the antenna elements AT1 and AT2 are installed on the front and back surfaces, the thickness of each antenna element can be reduced. Furthermore, a low dielectric constant material can be selected as the dielectric material of the antenna elements AT1 and AT2 on the front and back surfaces, and it is possible to cope with cost reduction.
次に、本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態について、図９を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。 Next, a second embodiment of the antenna device according to the present invention will be described below with reference to FIG. Note that, in the following description of the embodiment, the same components described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、基板本体２の表裏面に一方側アンテナ素子ＡＴ１と他方側アンテナ素子ＡＴ２とを設置し、２つのアンテナ素子を使用すると共に他方側アンテナ素子ＡＴ２の誘電体４上に他方側導体パターン５Ｂを形成しているが、第２実施形態のアンテナ装置１１では、図９に示すように、基板本体２の裏面（表裏面の他方の面）に他方側アンテナ素子ＡＴ２が実装されておらず、他方側導体パターン２５Ｂが、基板本体２の裏面に金属箔で直接パターン形成されている点である。 The difference between the second embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, one antenna element AT1 and the other antenna element AT2 are installed on the front and back surfaces of the substrate body 2, and two antenna elements are used. In addition, the other-side conductor pattern 5B is formed on the dielectric 4 of the other-side antenna element AT2. However, in the antenna device 11 of the second embodiment, as shown in FIG. The other side antenna element AT2 is not mounted, and the other side conductor pattern 25B is directly patterned with a metal foil on the back surface of the substrate body 2.
すなわち、基板本体２の表面のみに一方側アンテナ素子ＡＴ１を設置し、裏面に他方側ランド部６Ｂの代わりに他方側導体パターン２５Ｂを銅箔等で直接パターン形成している。これら他方側導体パターン２５Ｂは、それぞれ対応するスルーホールＨに接続されており、基板本体２の表面に設置されている一方側アンテナ素子ＡＴ１の一方側導体パターン５ＡとスルーホールＨを介して接続され、全体として螺旋状の導体パターンを構成している。 That is, the one-side antenna element AT1 is installed only on the front surface of the substrate body 2, and the other-side conductor pattern 25B is directly patterned with copper foil or the like instead of the other-side land portion 6B on the back surface. These other side conductor patterns 25B are connected to the corresponding through holes H, and are connected to the one side conductor pattern 5A of the one side antenna element AT1 installed on the surface of the substrate body 2 through the through holes H. As a whole, a helical conductor pattern is formed.
このように第２実施形態のアンテナ装置１１では、他方側導体パターン２５Ｂが、基板本体２の表裏面の他方に金属箔で直接パターン形成されているので、アンテナ素子が１つであっても、螺旋状の導体パターンの内側に介在する一方側アンテナ素子ＡＴ１の誘電体４と基板本体２とを合計した厚みにより高性能化が可能である。したがって、第２実施形態では、アンテナ素子が一つだけであるため、第１実施形態に比べて低コストにできると共に、同じ厚みのアンテナ素子を用いた従来のアンテナ装置に比べて高性能化を図ることが可能である。 As described above, in the antenna device 11 of the second embodiment, the other-side conductor pattern 25B is directly patterned with the metal foil on the other of the front and back surfaces of the substrate body 2, so that even if there is one antenna element, Higher performance can be achieved by the total thickness of the dielectric 4 and the substrate body 2 of the one-side antenna element AT1 interposed inside the spiral conductor pattern. Therefore, in the second embodiment, since there is only one antenna element, the cost can be reduced as compared with the first embodiment, and the performance can be improved as compared with the conventional antenna apparatus using the antenna element having the same thickness. It is possible to plan.
次に、上記第１実施形態のアンテナ装置について、ＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）と放射パターンとをシミュレーションにより解析した結果を、図１０及び図１１を参照して説明する。
なお、第１延在部３ａの延在方向をＹ方向とし、一方側アンテナ素子ＡＴ１の延在方向をＸ方向とし、グランド面ＧＮＤに対する垂直方向（表面に向けた垂直方向）をＺ方向とした。この際のＹＺ面に対する垂直偏波を解析した。
Next, the result of analyzing the VSWR characteristic (voltage standing wave ratio) and the radiation pattern by simulation for the antenna device of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
The extending direction of the first extending portion 3a is defined as the Y direction, the extending direction of the one-side antenna element AT1 is defined as the X direction, and the direction perpendicular to the ground plane GND (the direction perpendicular to the surface) is defined as the Z direction. . The vertical polarization with respect to the YZ plane at this time was analyzed.
また、各受動素子は、第１受動素子Ｐ１：８．２ｎＨ、第２受動素子Ｐ２：３９ｎＨ、第３受動素子Ｐ３：３．９ｎＨのいずれもインダクタを使用した。なお、解析周波数は、９１５ＭＨｚ帯とした。
これらの結果からわかるように、帯域幅は５５ＭＨｚと広く得られていると共に、無指向性の放射パターンが得られている。
Each passive element used an inductor for each of the first passive element P1: 8.2 nH, the second passive element P2: 39 nH, and the third passive element P3: 3.9 nH. The analysis frequency was 915 MHz band.
As can be seen from these results, the bandwidth is as wide as 55 MHz and an omnidirectional radiation pattern is obtained.
次に、図８の（ａ）（ｂ）（ｃ）で示した第１実施形態及び比較例の各アンテナ装置と第２実施形態のアンテナ装置とにおいて、帯域幅を比較したグラフを図１２に示す。なお、図８の（ａ）（ｂ）で使用した比較例１，２のアンテナ素子ＡＴ３，ＡＴ４は、一つの誘電体４の表面に一方側導体パターン５Ａを形成し裏面に他方側導体パターン５Ｂを形成して両側面を介して螺旋状の導体パターンとしたものを使用し、各受動素子はそれぞれ同一とした。なお、図１２中では、比較例１を「１個使用」、比較例２を「１個使用／厚み２倍」、第２実施形態の実施例を「１個使用＋裏面パターン」、第１実施形態の実施例を「表裏２個使用」と表記している。 Next, FIG. 12 is a graph comparing the bandwidths of the antenna devices of the first embodiment and the comparative example shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C and the antenna device of the second embodiment. Show. In the antenna elements AT3 and AT4 of Comparative Examples 1 and 2 used in FIGS. 8A and 8B, one conductor pattern 5A is formed on the surface of one dielectric 4 and the other conductor pattern 5B is formed on the back surface. Each of the passive elements is the same, using a spiral conductor pattern formed on both sides. In FIG. 12, the comparative example 1 is “use one piece”, the comparative example 2 is “use one piece / double the thickness”, the example of the second embodiment is “use one piece + back surface pattern”, the first An example of the embodiment is described as “use of two front and back surfaces”.
これらの結果からわかるように、薄いアンテナ素子ＡＴ３が１つの比較例１に対して、２倍の厚みのアンテナ素子ＡＴ４を使用した比較例２では、帯域幅が拡がり、さらに表裏面に一方側アンテナ素子ＡＴ１と他方側アンテナ素子ＡＴ２とを使用した本発明の実施例では、より帯域幅が拡がって、比較例１に比べて２０％以上改善されている。 As can be seen from these results, in the comparative example 2 in which the antenna element AT4 having a thickness twice that of the comparative example 1 is used for the thin antenna element AT3, the bandwidth is widened, and the one-side antenna is formed on the front and back surfaces. In the example of the present invention using the element AT1 and the antenna element AT2 on the other side, the bandwidth is further expanded and improved by 20% or more compared with the comparative example 1.
なお、本発明は上記各実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。 The present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、他方側アンテナ素子ＡＴ２は、基板本体２のアンテナ占有領域に応じて別の形状、導電体材料又は他端側導体パターンに、フレキシブルに変更することも可能である。
なお、搭載する機器毎に一方側アンテナ素子ＡＴ１と他方側アンテナ素子ＡＴ２とを変更することで、アンテナ性能を改善することができるが、金型代、設計時間等が必要になって大幅なコストが発生してしまう。しかしながら、本発明では、一方側アンテナ素子ＡＴ１と他方側アンテナ素子ＡＴ２とを変更すること無く、基板設計のみを変更することで、機器毎のアンテナ性能の高性能化を容易に図ることができ、小型化・薄型化との両立が可能である。
For example, the other-side antenna element AT2 can be flexibly changed to another shape, a conductor material, or the other end-side conductor pattern according to the antenna occupation area of the substrate body 2.
The antenna performance can be improved by changing the one-side antenna element AT1 and the other-side antenna element AT2 for each device to be mounted. Will occur. However, in the present invention, without changing the one-side antenna element AT1 and the other-side antenna element AT2, it is possible to easily improve the antenna performance for each device by changing only the board design. Both miniaturization and thinning are possible.
また、第２実施形態では、基板本体２の表面だけに一方側アンテナ素子ＡＴ１を設置して裏面には他方側導体パターン２５Ｂを形成しているが、逆に基板本体２の裏面だけに一方側アンテナ素子ＡＴ１を設置して表面に他方側導体パターン２５Ｂを形成しても構わない。この場合、表面側のアンテナパターン３と裏面側の一方側アンテナ素子ＡＴ１とは、スルーホールＨを介して接続を行うことで導通が可能になる。 In the second embodiment, the one-side antenna element AT1 is provided only on the front surface of the substrate body 2 and the other-side conductor pattern 25B is formed on the back surface. The antenna element AT1 may be installed to form the other conductor pattern 25B on the surface. In this case, the front-side antenna pattern 3 and the back-side one-side antenna element AT1 can be connected to each other through the through hole H.
１，１１…アンテナ装置、２…基板本体、３…アンテナパターン、４…誘電体、５Ａ…一方側導体パターン、５Ｂ，２５Ｂ…他方側導体パターン、６Ａ…一方側ランド部、６Ｂ…他方側ランド部、ＡＴ１…一方側アンテナ素子、ＡＴ２…他方側アンテナ素子、ＦＰ…給電点、ＧＮＤ…グランド面、Ｈ…スルーホール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 ... Antenna apparatus, 2 ... Board | substrate main body, 3 ... Antenna pattern, 4 ... Dielectric, 5A ... One side conductor pattern, 5B, 25B ... Other side conductor pattern, 6A ... One side land part, 6B ... Other side land Part, AT1 ... one side antenna element, AT2 ... other side antenna element, FP ... feeding point, GND ... ground plane, H ... through hole
Claims (3)
前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成されたグランド面と、
前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成され前記グランド面側の基端に給電点が設けられて延在するアンテナパターンと、
前記基板本体の表裏面の一方に設けられていると共に前記アンテナパターンの先端に直接又はスルーホールを介して接続された誘電体アンテナの一方側アンテナ素子と、
前記基板本体の表裏面の他方側に設けられた他方側導体パターンとを備え、
前記一方側アンテナ素子が、誘電体の表面に形成された一方側導体パターンを有し、
前記一方側導体パターンと前記他方側導体パターンとが、前記基板本体に形成されたスルーホールを介して接続され、全体として螺旋状の導体パターンを構成していることを特徴とするアンテナ装置。 An insulating substrate body;
A ground plane patterned with a metal foil on the surface of the substrate body;
An antenna pattern that is formed by patterning with a metal foil on the surface of the substrate body and that is provided with a feeding point provided at a base end on the ground plane side; and
One side antenna element of the dielectric antenna provided on one of the front and back surfaces of the substrate body and connected to the tip of the antenna pattern directly or through a through hole,
The other side conductor pattern provided on the other side of the front and back surfaces of the substrate body,
The one-side antenna element has a one-side conductor pattern formed on the surface of the dielectric,
The antenna device according to claim 1, wherein the one-side conductor pattern and the other-side conductor pattern are connected through a through hole formed in the substrate body to constitute a spiral conductor pattern as a whole.
前記基板本体の表裏面の他方であって前記一方側アンテナ素子の反対側に設けられた誘電体アンテナの他方側アンテナ素子を備え、
前記他方側アンテナ素子が、誘電体の表面に形成された前記他方側導体パターンを有していることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1,
The other side antenna element of the dielectric antenna provided on the other side of the front and back surfaces of the substrate body and on the opposite side of the one side antenna element,
The antenna device, wherein the other antenna element has the other conductor pattern formed on a surface of a dielectric.
前記他方側導体パターンが、前記基板本体の表裏面の他方に金属箔で直接パターン形成されていることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1,
The antenna device, wherein the other-side conductor pattern is directly patterned with a metal foil on the other of the front and back surfaces of the substrate body.
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