JP2013150112A - アンテナモジュールおよびその特性調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】給電点の位置を変更することなく、共振周波数および特性インピーダンスを調整することが可能なアンテナモジュールを提供すること。
【解決手段】アンテナモジュール（１０）は、第１および第２の基板側辺を持つモジュール基板（２０）と、シールドケース（４０）と、パッチアンテナ（５０）とから構成される。シールドケース（４０）は、第１の基板側辺側に配置され、ケース内側側辺を持つ。パッチアンテナ（５０）は、ケース内側側辺に隣接する第１のアンテナ側辺と、第２の基板側辺に隣接する第２のアンテナ側辺とを持つ。パッチアンテナの誘電体基板（５２）の天面に形成されたアンテナ放射電極（５４）は、第１のアンテナ側辺側に形成され、共振周波数を粗調整するための第１のスリット（５４１）と、第２のアンテナ側辺側に形成され、特性インピーダンスを粗調整するための第２のスリット（５４２）とを持つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナモジュールに関し、特に、Ｗｉ-Ｆｉのような無線ＬＡＮにおいて使用される周波数帯の電波を送受信可能なアンテナモジュールおよびその特性調整方法に関する。

周知のように、Ｗｉ-Ｆｉ（wireless fidelity）とは、Wi-Fi Allianceによって無線ＬＡＮ機器間の相互接続性を認証されたことを示す名称をいう。

企業内や家庭などの限られた範囲内で、複数のパソコンや周辺機器を通信回線で接続し、相互にデータのやり取りをするネットワークのことをＬＡＮ（local area network）という。「無線ＬＡＮ」とは、有線ケーブルの代わりに無線通信技術によってＬＡＮを構築したものである。無線（電波）を利用した通信技術規格には、Bluetooth（登録商標）やＷｉＭＡＸ（登録商標）などさまざまな種類があるが、「無線ＬＡＮ」と言った場合は、一般にＩＥＥＥ ８０２．１１シリーズと呼ばれる特定規格による無線ネットワークを指す。

Ｗｉ-Ｆｉマークがついているということは、その製品がある一定レベルの相互接続性が保証されていることを意味する。無線ＬＡＮにつなげる製品といえば、以前はパソコンやプリンタくらいであったが、ここ数年で携帯ゲーム機やデジタルカメラ、薄型テレビ、ブルーレイ・ディスク・レコーダなど無線ＬＡＮに対応した製品が続々と登場している。

尚、公衆無線ＬＡＮとは、家庭用の無線ＬＡＮの親機に当たる無線ＬＡＮ基地局（アクセスポイント）を街中に設置し、外出先でも無線ＬＡＮを利用できるようにしたものをいう。

無線ＬＡＮの標準化については、米ＩＥＥＥ（米国電気電子技術者協会）の８０２．１１委員会で策定されている。すなわち、このＩＥＥＥ８０２．１１委員会では、無線ＬＡＮの標準の規格、仕様を策定している。

例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａは、ＩＥＥＥ ８０２．１１委員会が策定した５ＧＨｚ帯高速無線ＬＡＮ・無線アクセスの規格である。通信速度（転送速度）は２０Ｍ〜５０Ｍビット／秒程度である。ＭＡＣ（媒体アクセス制御）としてはＣＳＭＡ／ＣＤ（carrier sense multiple access with collision detection）が採用されている。物理層の変調方式はＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）である。

一方、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂは、ＩＥＥＥ ８０２．１１委員会が１９９９年９月に標準化した無線ＬＡＮの仕様である。ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂでは、２．４ＧＨｚ帯の周波数を使い、変調方式には直接拡散（ＤＳ）を使う。伝送速度（転送速度）は１１Ｍビット／秒と５．５Ｍビット／秒とがある。

更に、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｇは、ＩＥＥＥ ８０２．１１委員会が２００３年６月に策定した、無線ＬＡＮの標準規格の一つで、２．４ＧＨｚ帯で約５４Ｍビット／秒の通信を行う仕様である。変調方式にはＯＦＤＭが採用されている。したがって、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｇは、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂと同じ２．４ＧＨｚ帯の周波数を利用し、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂの約５倍にあたる５４Ｍビット／秒の転送速度をサポートする。同じく５４Ｍビット／秒の転送速度をサポートするＩＥＥＥ ８０２．１１ａと異なり、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｇはＩＥＥＥ ８０２．１１ｂとの互換性もある。なお、５４Ｍビット／秒という最高転送速度はＩＥＥＥ ８０２．１１ａとまったく同じになっているが、２．４ＧＨｚ帯は無線ＬＡＮ以外の機器でも多数使用されている「混雑した」周波数帯となっているため、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｇでは実際の転送速度はＩＥＥＥ ８０２．１１ａよりも遅くなるといわれている。

更にまた、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｎは、２．４ＧＨｚ／５ＧＨｚの周波数帯を用い、最大伝送速度６００Ｍｂｐｓ、実効速度で１００Ｍｂｐｓ以上の実現に受け策定された規格である。技術的には、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用し、複数のアンテナで送受信を行うこと（マルチストリーミング）や通信手順の見直し、複数のチャンネル（通信に用いられるバンド幅）を結合するチャンネルボンディング（チャンネル結合）などにより、高速化・安定化を実現している。ＩＥＥＥ ８０２．１１ｎは、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａやＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｇとの相互接続も可能である。

尚、前述したように、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ ８０２．１１ｇとでは使用周波数帯が同じ（２．４ＧＨｚ帯）なので、ここでは、両方を合わせて、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ／ｇと総称することにする。

このような無線ＬＡＮの周波数帯で使用されるアンテナ装置として、基板アンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、基板アンテナは、その占有面積が広いので、携帯電話やデジタルカメラ、ビデオカメラ、小型カメラなどの小型携帯機器端末に内蔵することが困難である。

そこで、小型携帯機器端末に内蔵可能な小型アンテナ装置として、チップアンテナが知られている（例えば、特許文献２参照）。チップアンテナは、アンテナ単体では小型外形である。しかしながら、チップアンテナは、それを設置する周囲の状況によって、その特性が変化してしまう。そのため、アンテナ周囲への金属部品の設置に制限が多く、チップアンテナに隣接して金属部品を設置することができない。したがって、チップアンテナを含むアンテナ装置が実際に占有する範囲は、チップアンテナ自体の外形寸法より大幅に大きくなる。その結果、金属筺体内に複数の電子部品を隙間なく詰め込むような小型携帯機器端末には、アンテナ装置を実装するための空間の確保が困難である。

そこで、小型アンテナ装置として、周知のパッチアンテナを使用することが考えられる。従来から、種々のパッチアンテナが提案されている。

例えば、特開２００１−９４３３８号公報（特許文献３）は、複数の異なる周波数で円偏波を送受信可能な、小型、かつ、低コストの「円偏波パッチアンテナ」を開示している。この特許文献３に開示された円偏波パッチアンテナは、所定の大きさの方形パッチアンテナ素子を有し、その方形パッチアンテナ素子の所定の位置に給電点が形成されている。方形パッチアンテナ素子の外周の各辺部に、所定の大きさの複数の突起素子が設けられている。このような構成の円偏波パッチアンテナは、方形パッチアンテナ素子の大きさと給電点の位置で決まる第１の共振周波数と、方形パッチアンテナ素子の各辺部に設けられた突起素子の長さおよび数で決まる第２の共振周波数と、の２つの共振周波数を有する。

また、特開２００１−３３９２３４号公報（特許文献４）は、円偏波パッチアンテナの特性の微調整を容易化して特性のバラツキを抑制した「円偏波パッチアンテナの特性調整方法」を開示している。この特許文献４に開示された円偏波パッチアンテナの特性調整方法は、誘電体基板の表面に角形の放射素子を設け、裏面にグランドパターンを設けた円偏波パッチアンテナの特性調整方法であって、放射素子の横辺の中間部、または縦辺の中間部、または角部、または斜辺部を部分的にトリミングして特性を調整している。このようなトリミングを施すことによって、中心周波数（使用周波数；共振周波数）ｆｃを上昇又は低下させ、特性パターンを左廻り又は右廻りに回転させている。

特開２０１１−１９１７８号公報 特開２０１０−２４５７２４号公報 特開２００１−９４３３８号公報（［００１８］） 特開２００１−３３９２３４号公報（［００１３］〜［００１７］）

通常の小型パッチアンテナは、高誘電率（高比誘電率）を持つ誘電体基板を使用しているため、その使用周波数（共振周波数）の帯域幅が狭い。したがって、使用周波数（共振周波数）の帯域幅の広帯域化を実現する方法として、誘電体基板の誘電率（比誘電率）を低くするのが有効である。しかしながら、この方法では、使用周波数（共振周波数）の帯域が上昇してしまい、小型パッチアンテナを目的の使用周波数（共振周波数）で使用することができなくなる。その為、パッチアンテナのアンテナ外形を拡大して使用周波数（共振周波数）の特性調整を行う必要がある。

また、通常のパッチアンテナにおいては、給電点のインピーダンス特性を目標値に調整するために、誘電体基板の表面（主面）に形成されるアンテナパターン（アンテナ放射電極）に対する給電点の位置をずらしている。通常、パッチアンテナの給電点は、アンテナパターン（アンテナ放射電極）を形成しているセラミック等の誘電体基板に穴を空けて成形される。そのため、給電点の位置を変更するには、誘電体基板を成形するために使用される金型等を変更しなければならない。そのため、金型の変更費用、日数、再成形と負担が大きくなってしまう。

また、従来、パッチアンテナの共振周波数（使用周波数）の調整を、１）誘電体基板の誘電率（比誘電率）、２）アンテナパターンの外形寸法、の２つのパラメータを用いて（変更して）行っている。しかしながら、アンテナ設置空間の制限等により、パッチアンテナの外形寸法が狭く（小さく）なるように制限されてしまうと、誘電体基板の誘電率(比誘電率)を変更する方法によってのみでしか、パッチアンテナの共振周波数（使用周波数）を調整することができない。誘電体基板の誘電率（比誘電率）の範囲は限られ、かつ通常、その誘電率(比誘電率)として離散的な値のものしか使用できない。その結果、最適な誘電率（比誘電率）を持つ誘電体基板が得られないことが多々ある。

最適な誘電率（比誘電率）を持つ誘電体基板を取得することができないと、アンテナパターンの極端な縮小によるアンテナ利得特性が低下するという問題や、高い誘電率(比誘電率)を持つ誘電体基板の使用による共振周波数の帯域幅の狭小化という問題が発生する。

上記特許文献３に開示された円偏波パッチアンテナは、方形パッチアンテナ素子の外周の各辺部に所定の大きさの複数の突起素子を設けて、２つの共振周波数を有するようにしたものである。しかしながら、第１の共振周波数を変更するためには、給電点の位置を変更する必要があるので、上述した問題点がある。

上記特許文献４では、放射素子の周辺縁に部分的にトリミングを施すことによって、中心周波数（使用周波数、共振周波数）ｆｃや特性パターンを調整している。しかしながら、小型パッチアンテナでは、前述したチップアンテナと同様に、それを設置する周囲の状況によって、その特性が変化してしまう。上記特許文献４は、このような設置する周囲の状況による特性変化に関して、何ら考慮がなされていない。

したがって、本発明の目的は、給電点の位置を変更することなく、共振周波数や特性インピーダンスを調整することができる、アンテナモジュールおよびその特性調整方法を提供することにある。

本発明によるアンテナモジュール（１０）は、互いに対向する主面（２０ｍ）および裏面（２０ｒ）を持つ矩形形状のモジュール基板（２０）であって、互いに隣接する第１および第２の基板側辺（２０ｓ１，２０ｓ２）を持つ、モジュール基板（２０）と；このモジュール基板の主面上の第１の基板側辺側に配置され、第１の基板側辺から離間し、かつ第１の基板側辺と平行に延在するケース内側側辺（４０ｓｉ）を持つシールドケース（４０）と；モジュール基板の主面に配置され、ケース内側側辺に隣接する第１のアンテナ側辺（５０ｓ１）と、第２の基板側辺に隣接する第２のアンテナ側辺（５０ｓ２）とを持つパッチアンテナ（５０）と；を備える。パッチアンテナ（５０）は、互いに対向する天面（５２ｕ）と底面（５０ｄ）とを持つ直方体形状の誘電体基板（５２）と、この誘電体基板の天面に形成された矩形形状のアンテナ放射電極（５４）と、このアンテナ放射電極に形成され、かつ誘電体基板の中心点（５２ｃ）よりも第２のアンテナ側辺から離れる方向へ変位して配置された給電点（５５）と、を備える。本発明によれば、アンテナ放射電極（５４）は、少なくとも、第１のアンテナ側辺側に形成されて、当該パッチアンテナの共振周波数を粗調整するための第１のスリット（５４１）と、第２のアンテナ側辺側に形成されて、当該パッチアンテナの特性インピーダンスを粗調整するための第２のスリット（５４２）と、を持つ。

上記アンテナモジュール（１０）において、第１のスリット（５４１）は、第１のアンテナ側辺（５０ｓ１）の中央部から中心点（５２ｃ）へ向けて延在してよく、第２のスリット（５４２）は、第２のアンテナ側辺（５０ｓ２）の中央部から給電点（５５）へ向けて延在してよい。モジュール基板（２０）は、第１の基板側辺（２０ｓ１）と対向する第３の基板側辺（２０ｓ３）と、第２の基板側辺（２０ｓ２）と対向する第４の基板側辺（２０ｓ４）とをさらに持ち、パッチアンテナ（５０）は、第３の基板側辺（２０ｓ３）に隣接する第３のアンテナ側辺（５０ｓ３）と、第４の基板側辺（２０ｓ４）から離間する第４のアンテナ側辺（５０ｓ４）とをさらに持ってよい。この場合、アンテナ放射電極（５４）は、第３のアンテナ側辺（５０ｓ３）側と第４のアンテナ側辺（５０ｓ４）側の少なくとも一方に形成されて、当該パッチアンテナの共振周波数と特性インピーダンスを微調整するための微調整用スリット（５４３；５４４）を更に持つ、ことが好ましい。アンテナ放射電極（５４）は、例えば、微調整用スリットとして、第３のアンテナ側辺（５０ｓ３）側に形成された第３のスリット（５４３）と、第４のアンテナ側辺（５０ｓ４）側に形成された第４のスリット（５４４）と、を含んでよい。第３のスリット（５４３）は、第３のアンテナ側辺（５０ｓ３）の中央部から中心点（５２ｃ）へ向けて延在してよく、第４のスリット（５４４）は、第４のアンテナ側辺（５０ｓ４）の中央部から給電点（５５）へ向けて延在してよい。誘電体基板（５２）は、例えば、セラミック材料から成ってよく、第１および第２のスリット（５４１、５４２）の各々の幅は、例えば、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあってよい。

また、本発明によるアンテナモジュールの特性調整方法は、アンテナモジュール（１０）の特性を調整する方法である。アンテナモジュール（１０）は、互いに対向する主面（２０ｍ）および裏面（２０ｒ）を持つ矩形形状のモジュール基板（２０）であって、互いに隣接する第１および第２の基板側辺（２０ｓ１、２０ｓ２）とを持つ、モジュール基板（２０）と；このモジュール基板の主面上の第１の基板側辺側に配置され、第１の基板側辺から離間し、かつ第１の基板側辺と平行に延在するケース内側側辺（４０ｓｉ）を持つシールドケース（４０）と；モジュール基板の主面上に配置され、ケース内側側辺に隣接する第１のアンテナ側辺（５０ｓ１）と、第２の基板側辺に隣接する第２のアンテナ側辺（５０ｓ２）とを持つパッチアンテナ（５０）と、を備える。パッチアンテナ（５０）は、互いに対向する天面（５２ｕ）と底面（５０ｄ）とを持つ直方体形状の誘電体基板（５２）と、この誘電体基板の天面に形成された矩形形状のアンテナ放射電極（５４）と、このアンテナ放射電極に形成され、かつ誘電体基板の中心点（５２ｃ）よりも第２のアンテナ側辺（５０ｓ２）から離れる方向へ変位して配置された給電点（５５）と、を備える。本発明によれば、特性調整方法は、アンテナ放射電極（５４）の第１のアンテナ側辺（５４ｓ１）側に、当該パッチアンテナの共振周波数を粗調整するための第１のスリット（５４１）を形成する工程と、アンテナ放射電極（５４）の第２のアンテナ側辺（５４ｓ２）側に、当該パッチアンテナの特性インピーダンスを粗調整するための第２のスリット（５４２）を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

上記アンテナモジュール（１０）の特性調整方法において、第１のスリット（５４１）は、第１のアンテナ側辺（５０ｓ１）の中央部から中心点（５２ｃ）へ向けて延在してよく、第２のスリット（５４２）は、第２のアンテナ側辺（５０ｓ２）の中央部から給電点（５５）へ向けて延在してよい。モジュール基板（２０）は、第１の基板側辺（２０ｓ１）と対向する第３の基板側辺（２０ｓ３）と、第２の基板側辺（２０ｓ２）と対向する第４の基板側辺（２０ｓ４）とをさらに持ち、パッチアンテナ（５０）は、第３の基板側辺（２０ｓ３）に隣接する第３のアンテナ側辺（５０ｓ３）と、第４の基板側辺（２０ｓ４）から離間する第４のアンテナ側辺（５０ｓ４）とをさらに持ってよい。この場合、上記アンテナモジュール（１０）の特性調整方法は、アンテナ放射電極（５４）の第３のアンテナ側辺（５０ｓ３）側と第４のアンテナ側辺（５０ｓ４）側の少なくとも一方に、当該パッチアンテナの共振周波数と特性インピーダンスを微調整するための微調整用スリット（５４３、５４４）を形成する工程を更に含むことが好ましい。微調整用スリットを形成する工程は、アンテナ放射電極（５４）に、微調整用スリットとして、第３のアンテナ側辺（５０ｓ３）側に第３のスリット（５４３）を形成し、第４のアンテナ側辺側（５０ｓ４）に第４のスリット（５４４）を形成することでよい。第３のスリット（５４３）は、第３のアンテナ側（５０ｓ３）辺の中央部から中心点（５２ｃ）へ向けて延在してよく、第４のスリット（５４４）は、第４のアンテナ側辺（５０ｓ４）の中央部から給電点（５５）へ向けて延在してよい。誘電体基板（５２）は、セラミック材料から成ってよく、第１および第２のスリット（５４１、５３２）の各々の幅は、例えば、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあってよい。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、ケース内側側辺に隣接するアンテナ放射電極の第１のアンテナ側辺に第１のスリットを形成し、第２の基板側辺に隣接するアンテナ放射電極の第２のアンテナ側辺に第２のスリットを形成したので、給電点の位置を変更することなく、共振周波数や特性インピーダンスを調整することができる。

本発明の一実施の形態に係るアンテナモジュールの構成を示す概略斜視図である。 図１に示したアンテナモジュールの概略平面図である。 図１および図２に示したアンテナモジュールに使用されるパッチアンテナを示す図で、（Ａ）はパッチアンテナの平面図、（Ｂ）はパッチアンテナの底面図である。 図１および図２に示したアンテナモジュールの特性を示すスミスチャートである。 図１および図２に示したアンテナモジュールのリターンロスの周波数特性を示す図である。 図１および図２に示したアンテナモジュールの放射効率の周波数特性を示す図である。 図３に示したアンテナモジュールに使用されるパッチアンテナの変形例を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１乃至図３を参照して、本発明の一実施の形態に係るアンテナモジュール１０について説明する。図１はアンテナモジュール１０を示す概略斜視図であり、図２はアンテナモジュール１０を示す概略平面図である。図３は、アンテナモジュール１０に使用されるパッチアンテナ４０を示す図である。図３において、（Ａ）はパッチアンテナ５０の平面図を示し、（Ｂ）はパッチアンテナ５０の底面図を示す。

ここでは、図１乃至図３に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図１乃至図３に示した状態では、Ｘ方向は左右方向（幅方向；横方向）であり、Ｙ方向は前後方向（奥行方向；縦方向）であり、Ｚ方向は上下方向（高さ方向；厚さ方向）である。

図示のアンテナモジュール１０は、デジタルカメラや小型カメラ、ビデオカメラなどの小型携帯機器端末に内蔵されるアンテナモジュールであって、無線ＬＡＮで使用される２．４ＧＨｚ帯のＷｉ-Ｆｉに対応したアンテナモジュールである。

最初に図１および図２を参照して、アンテナモジュール１０の全体の構成について説明する。

アンテナモジュール１０は、平面視で矩形形状をしており、モジュール基板２０と、シールドケース４０と、パッチアンテナ５０とを含む。

モジュール基板２０は、その中心点に対して時計回りに互いに対向する主面２０ｍおよび裏面２０ｒを持つ、実質的に矩形形状をしている。モジュール基板２０は、平面視で、その中心点に関して時計回りに順番に直角に隣接する第１乃至第４の基板側辺２０ｓ１、２０ｓ２、２０ｓ３、および２０ｓ４を持つ。したがって、第１の基板側辺２０ｓ１と第３の基板側辺２０ｓ３とは互いに対向し、第２の基板側辺２０ｓ２と第４の基板側辺２０ｓ４とは互いに対向する。

図示の例では、第１の基板側辺２０ｓ１はモジュール基板２０の前辺であり、第２の基板側辺２０ｓ２はモジュール基板２０の左辺である。また、第３の基板側辺２０ｓ３はモジュール基板２０の後辺であり、第４の基板側辺２０ｓ４はモジュール基板２０の右辺である。

尚、モジュール基板２０は、その左前角部と右後角部とに正方形のグランドパターン３０が形成されている。

グランドパターン３０は、モジュール基板２０の平面視で、左前角部３１と右後角部３２とに形成されている。これら左前角部３１および右後角部３２は、それぞれ、ネジ止め用の穴３１ａおよび３２ａが穿設されている。

尚、図示はしないが、モジュール基板２０の裏面２０ｒにもグランドパターンが形成されている。

シールドケース４０は、モジュール基板２０の主面２０ｍ上の第１の基板側辺２０ｓ１側に配置され、かつ第２の基板側辺２０ｓ２と第４の基板側辺２０ｓ４との間に設けられている。シールドケース４０は、第１の基板側辺２０ｓ１から離間し、かつ第１の基板側辺２０ｓ１と平行に延在するケース内側側辺４０ｓｉを持つ。

図示の例では、シールドケース４０は、ケース内側側辺４０ｓｉの両端から後方へ突出する一対の突起部４１を備える。これら一対の突起部４１の先端部分は、モジュール基板２０の主面２０ｍとはんだ付けされる。すなわち、一対の突起部４１は、当該シールドケース４０を固定しつつ接地する機能の役割を果たす。

シールドケース４０は、後述するパッチアンテナ５０で受信した信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）（図示せず）を構成する大部分の部品をシールドするためのものである。尚、ＬＮＡを構成する一部分６２は、シールドケース４０で覆われておらず、モジュール基板２０の主面２０ｍ上に搭載されている。

また、シールドケース４０の左前角部が正方形に切り欠かれており、この切り欠かれた部分から、平面視で、グランドパターン３０の左前角部３１が露出している。さらに、モジュール基板２０の右前角部が矩形に切り欠かれている。この切り欠かれた部分で、出力コネクタ７０が、モジュール基板２０の主面２０ｍ上に搭載されている。

パッチアンテナ５０は、矩形形状をしている。パッチアンテナ５０は、モジュール基板２０の主面２０ｍ上の第３の基板側辺２０ｓ３側に配置され、かつシールドケース４０のケース内側側辺４０ｓｉに隣接して設けられている。

詳述すると、パッチアンテナ５０は、ケース内側側辺４０ｓｉに隣接する第１のアンテナ側辺５０ｓ１と、第２の基板側辺２０ｓ２に隣接する第２のアンテナ側辺５０ｓ２と、第３の基板側辺２０ｓ３に隣接する第３のアンテナ側辺５０ｓ３と、第４の基板側辺２０ｓ４から離間する第４のアンテナ側辺５０ｓ４とを持つ。

図示の例では、第１のアンテナ側辺５０ｓ１はパッチアンテナ５０の前辺であり、第２のアンテナ側辺５０ｓ２はパッチアンテナ５０の左辺である。また、第３のアンテナ側辺５０ｓ３はパッチアンテナ５０の後辺であり、第４のアンテナ側辺５０ｓ４はパッチアンテナ５０の右辺である。

次に図１及び図２に加えて図３をも参照して、パッチアンテナ５０の構成について詳細に説明する。

パッチアンテナ５０は、略直方体形状の誘電体基板５２と、アンテナ放射電極（放射素子）５４と、接地電極（接地導体）５６と、給電点５５とから構成される。アンテナ放射電極５４は、受電電極やパッチ電極とも呼ばれる。

図示の例では、誘電体基板５２は、比誘電率が１０〜９０の範囲のセラミック材料から成る。図示の誘電体基板５２の縦横寸法は、９．５ｍｍ×９．５ｍｍであって、平面視で、正方形をしている。

誘電体基板５２は、互いに対向する天面５２ｕおよび底面５２ｄを持つ。誘電体基板５２には、後述する給電点５５の設置位置で、天面５２ｕから底面５２ｄへ貫通する基板貫通孔（図示せず）が穿設されている。

アンテナ放射電極（放射素子）５４は、導電体からなり、誘電体基板５２の天面５２ｕ上に形成されている。アンテナ放射電極（放射素子）５４は、正方形をしている。アンテナ放射電極（放射素子）５４は、例えば、銀パターン印刷によって形成される。

接地電極（接地導体）５６は、導電体からなり、誘電体基板５２の底面５２ｄに形成されている。この接地電極（接地導体）５６は、上記基板貫通孔とほぼ同心で、かつ基板貫通孔の直径よりも大きい直径の接地開口部５６ａを持つ。

誘電体基板５２（アンテナ放射電極５４）の中心点５２ｃから第２のアンテナ側辺５０ｓ２から離れた方向へずれた（変位した）位置に給電点５５が設けられている。給電点５５は、例えば、給電電極（給電導体）５６ｂがモジュール基板２０と半田付けされ、基板貫通孔内部に形成された導体を経てアンテナ放射電極５４と接続され、モジュール基板２０から給電される。

また、給電点５５は、給電ピンを使って形成されていてもよい。給電ピンの上端部がアンテナ放射電極５５に接続され、基板貫通孔および接地開口部５６ａを経て、接地電極（接地導体）５６と離間して下側に導出され、モジュール基板２０と接続されていてもよい。

図示の例では、給電点５５は、上記中心点５２ｃから例えば１ｍｍだけ第４のアンテナ側辺５０ｓ４側へ変位した位置に形成されている。

図示の例では、アンテナ放射電極５４は、第１乃至第４のスリット５４１、５４２、５４３、および５４４を持つ。

ここで、アンテナモジュール１０を、デジタルカメラ、ビデオカメラ、小型カメラなどの小型携帯機器端末に内蔵する関係上、パッチアンテナ５０を小型化する必要がある。そこで、本発明の実施形態では、パッチアンテナ５０を小型化するために、上述したように、誘電体基板５２の縦横寸法として、９．５ｍｍ×９．５ｍｍのものを採用している。

一方、もしそのようなスリット５４１〜５４４がない場合、上述したように、パッチアンテナは、その外形寸法（大きさ）と給電点５５の設置位置とのみによって決定される共振周波数を持つことになる。そのとき得られる共振周波数は、所望の共振周波数よりも非常に高く、図示の例では、３ＧＨｚ付近となる。換言すれば、スリット５４１〜５４４を設けない場合、給電点５５の位置をいくら動か（変更）しても、パッチアンテナは所望の共振周波数よりも非常に高い共振周波数しか得られない。

そこで、本発明の実施形態に係るアンテナモジュール１０では、所望の共振周波数と所望の特性インピーダンスとを得るために、アンテナ放射電極５４に第１乃至第４のスリット５４１〜５４４を形成している。

また、前述したように、パッチアンテナ５０を設置する周囲の状況によっても、その特性が変化してしまう。そこで、本実施の形態では、後述するように、第１乃至第４のスリット５４１〜５４４をアンテナ放射電極５４の最適な位置に形成している。

図２に示されるように、第１のスリット５４１は、ケース内側側辺４０ｓｉに近接した第１のアンテナ側辺５０ｓ１側に形成されている。この第１のスリット５４１は、パッチアンテナ５０の共振周波数を粗調整するためのものである。図示の例では、第１のスリット５４１は、第１のアンテナ側辺５０ｓ１の中央部から中心点５２ｃへ向けて延在している。

第２のスリット５４２は、第２のアンテナ側辺５０ｓ２側に形成されている。この第２のスリット５４２は、パッチアンテナ５０の特性インピーダンスを粗調整するためのものである。図示の例では、第２のスリット５４２は、第２のアンテナ側辺５０ｓ２の中央部から給電点５５へ向けて延在している。

第３のスリット５４３は、第３のアンテナ側辺５０ｓ３の中央部から中心点５２ｃへ向けて延存している。第４のスリット５４４は、第４のアンテナ側辺５０ｓ４の中央部から給電点５５へ向けて延在している。第３および第４のスリット５４３および５４４は、パッチアンテナ１０の共振周波数と特性インピーダンスとを微調整するための微調整用スリットとして働く。

尚、図示の例では、微調整用スリットとして、第３および第４のスリット５４３および５４４を備えているが、どちらか一方のみを備えるようにしても良い。また、アンテナ放射電極５４に上記第１および第２のスリット５４１および５４２を形成（トリミング）することにより、パッチアンテナ５０の共振周波数と特性インピーダンスとが調整できるのであれば、第３および第４のスリット５４３および５４４は不要である。

第１乃至第４のスリット５４１〜５４４の各々の幅は、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にある。

図４乃至図６を参照して、図１および図２に示したアンテナモジュール１０の特性図について説明する。

図４は、アンテナモジュール１０の特性を示すスミスチャートである。図４において、マーカ１は、周波数が２．４０８ＧＨｚを示し、マーカ２は、周波数が２．８０ＧＨｚを示している。

図５は、アンテナモジュール１０のリターンロスの周波数特性を示す図である。図５において、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸はリターンロス［ｄＢ］を示す。

図６は、アンテナモジュール１０の放射効率の周波数特性を示す図である。図６において、横軸は周波数［ＭＨｚ］を示し、縦軸は放射効率［ｄＢ］を示す。

図４のスミスチャートより、周波数が２．４０８ＧＨｚでは、アンテナモジュール１０の特性インピーダンスが２１．４７７Ωであることが分かる。

図５より、周波数が２．４０８ＧＨｚではリターンロスが−８．６３７［ｄＢ］であり、周波数が２．４８０ＧＨｚではリターンロスが−７．３５０［ｄＢ］であることが分かる。

図６より、周波数が２．４０８ＧＨｚ〜２．４８０ＧＨｚの範囲において、放射効率が−８．２［ｄＢ］以上あることが分かる。

したがって、アンテナモジュール１０は、Ｗｉ-Ｆｉのような無線ＬＡＮで使用される２．４ＧＨｚ帯において、良好な共振周波数と特性インピーダンスとを持つことが分かる。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、アンテナ放射電極５４の第１乃至第４のアンテナ側辺５０ｓ１〜５０ｓ４側の各々の中央部に、１本のスリット５４１〜５４４のみを形成しているが、スリットの本数やその設ける位置は、それらに限定されないのは勿論である。

例えば、図７に図示されるように、第２のスリット５４２の両側に第５のスリット、第６のスリット５４６を追加してパッチアンテナ５０Ａの特性インピーダンスを調整するスリットを複数本としてもよい。また、第４のスリット５４４の両側に第７のスリット５４７、第８のスリット５４８を追加して、パッチアンテナ５０Ａの共振周波数と特性インピーダンスとを微調整するための微調整用スリットを複数本としてもよい。このとき、第５のスリット５４５と第７のスリット５４７とが対向した位置に形成され、第６のスリット５４６と第８のスリット５４８とが対向した位置に形成される。

１０ アンテナモジュール
２０ モジュール基板
２０ｍ 主面
２０ｒ 裏面
２０ｓ１ 第１の基板側辺
２０ｓ２ 第２の基板側辺
２０ｓ３ 第３の基板側辺
２０ｓ４ 第４の基板側辺
３０ グランド板
３１ 左前角部
３１ａ ネジ止め用の穴
３２ 右後角部
３２ａ ネジ止め用の穴
４０ シールドケース
４０ｓｉ ケース内側側辺
４１ 突起部
５０、５０Ａ パッチアンテナ
５０ｓ１ 第１のアンテナ側辺
５０ｓ２ 第２のアンテナ側辺
５０ｓ３ 第３のアンテナ側辺
５０ｓ４ 第４のアンテナ側辺
５２ 誘電体基板
５２ｕ 天面
５３ｄ 底面
５２ｃ 中心点
５４ アンテナ放射電極（放射素子）
５４１ 第１のスリット
５４２ 第２のスリット
５４３ 第３のスリット
５４４ 第４のスリット
５４５ 第５のスリット
５４６ 第６のスリット
５４７ 第７のスリット
５４８ 第８のスリット
５５ 給電点
５６ 接地電極（接地導体）
５６ａ 接地開口部
５６ｂ 給電電極（給電導体）
６２ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）を構成する一部分
７０ 出力コネクタ

Claims (12)

1. 互いに対向する主面および裏面を持つ矩形形状のモジュール基板であって、互いに隣接する第１および第２の基板側辺を持つ、前記モジュール基板と、
   前記モジュール基板の主面上の前記第１の基板側辺側に配置され、前記第１の基板側辺から離間し、かつ前記第１の基板側辺と平行に延在するケース内側側辺を持つシールドケースと、
   前記モジュール基板の主面上に配置され、前記ケース内側側辺に隣接する第１のアンテナ側辺と、前記第２の基板側辺に隣接する第２のアンテナ側辺とを持つパッチアンテナと、
   を備えるアンテナモジュールであって、
   前記パッチアンテナは、
   互いに対向する天面と底面とを持つ直方体形状の誘電体基板と、
   該誘電体基板の天面に形成された矩形形状のアンテナ放射電極と、
   該アンテナ放射電極に形成され、かつ前記誘電体基板の中心点よりも前記第２のアンテナ側辺から離れる方向へ変位して配置された給電点と、
   を備え、
   前記アンテナ放射電極は、少なくとも、
   前記第１のアンテナ側辺側に形成されて、当該パッチアンテナの共振周波数を粗調整するための第１のスリットと、
   前記第２のアンテナ側辺側に形成されて、当該パッチアンテナの特性インピーダンスを粗調整するための第２のスリットと、
   を持つことを特徴とするアンテナモジュール。
2. 前記第１のスリットは、前記第１のアンテナ側辺の中央部から前記中心点へ向けて延在し、
   前記第２のスリットは、前記第２のアンテナ側辺の中央部から前記給電点へ向けて延在している、
   請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 前記モジュール基板は、前記第１の基板側辺と対向する第３の基板側辺と、前記第２の基板側辺と対向する第４の基板側辺とをさらに持ち、
   前記パッチアンテナは、前記第３の基板側辺に隣接する第３のアンテナ側辺と、前記第４の基板側辺から離間する第４のアンテナ側辺とをさらに持ち、
   前記アンテナ放射電極は、
   前記第３のアンテナ側辺側と前記第４のアンテナ側辺側の少なくとも一方に形成されて、当該パッチアンテナの共振周波数と特性インピーダンスを微調整するための微調整用スリットを更に持つ、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナモジュール。
4. 前記アンテナ放射電極は、前記微調整用スリットとして、
   前記第３のアンテナ側辺側に形成された第３のスリットと、
   前記第４のアンテナ側辺側に形成された第４のスリットと、
   を含む、請求項３に記載のアンテナモジュール。
5. 前記第３のスリットは、前記第３のアンテナ側辺の中央部から前記中心点へ向けて延在し、
   前記第４のスリットは、前記第４のアンテナ側辺の中央部から前記給電点へ向けて延在している、
   請求項４に記載のアンテナモジュール。
6. 前記誘電体基板は、セラミック材料から成り、
   前記第１および第２のスリットの各々の幅は、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にある、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
7. アンテナモジュールの特性を調整する方法であって、前記アンテナモジュールは、
   互いに対向する主面および裏面を持つ矩形形状のモジュール基板であって、互いに隣接する第１および第２の基板側辺を持つ、前記モジュール基板と、
   前記モジュール基板の主面上の前記第１の基板側辺側に配置され、前記第１の基板側辺から離間し、かつ前記第１の基板側辺と平行に延在するケース内側側辺を持つシールドケースと、
   前記モジュール基板の主面上に配置され、前記ケース内側側辺に隣接する第１のアンテナ側辺と、前記第２の基板側辺に隣接する第２のアンテナ側辺とを持つパッチアンテナと、を備え、
   前記パッチアンテナは、
   互いに対向する天面と底面とを持つ直方体形状の誘電体基板と、
   該誘電体基板の天面に形成された矩形形状のアンテナ放射電極と、
   該アンテナ放射電極に形成され、かつ前記誘電体基板の中心点よりも前記第２のアンテナ側辺側から離れる方向へ変位して配置された給電点と、
   を備え、
   前記特性調整方法は、
   前記アンテナ放射電極の前記第１のアンテナ側辺側に、当該パッチアンテナの共振周波数を粗調整するための第１のスリットを形成する工程と、
   前記アンテナ放射電極の前記第２のアンテナ側辺側に、当該パッチアンテナの特性インピーダンスを粗調整するための第２のスリットを形成する工程と、
   を含むことを特徴とするアンテナモジュールの特性調整方法。
8. 前記第１のスリットは、前記第１のアンテナ側辺の中央部から前記中心点へ向けて延在し、
   前記第２のスリットは、前記第２のアンテナ側辺の中央部から前記給電点へ向けて延在している、
   請求項７に記載のアンテナモジュールの特性調整方法。
9. 前記モジュール基板は、前記第１の基板側辺と対向する第３の基板側辺と、前記第２の基板側辺と対向する第４の基板側辺とをさらに持ち、
   前記パッチアンテナは、前記第３の基板側辺に隣接する第３のアンテナ側辺と、前記第４の基板側辺から離間する第４のアンテナ側辺とをさらに持ち、
   前記アンテナ放射電極の前記第３のアンテナ側辺側と前記第４のアンテナ側辺側の少なくとも一方に、当該パッチアンテナの共振周波数と特性インピーダンスを微調整するための微調整用スリットを形成する工程を更に含む、
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載のアンテナモジュールの特性調整方法。
10. 前記微調整用スリットを形成する工程は、前記アンテナ放射電極に、前記微調整用スリットとして、前記第３のアンテナ側辺側に第３のスリットを形成し、前記第４のアンテナ側辺側に第４のスリットを形成する、請求項９に記載のアンテナモジュールの特性調整方法。
11. 前記第３のスリットは、前記第３のアンテナ側辺の中央部から前記中心点へ向けて延在し、
    前記第４のスリットは、前記第４のアンテナ側辺の中央部から前記給電点へ向けて延在している、
    請求項１０に記載のアンテナモジュールの特性調整方法。
12. 前記誘電体基板は、セラミック材料から成り、
    前記第１および第２のスリットの各々の幅は、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にある、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載のアンテナモジュールの特性調整方法。

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