JP2014093775A

JP2014093775A - アンテナモジュール

Info

Publication number: JP2014093775A
Application number: JP2013218974A
Authority: JP
Inventors: Tze-Hsuan Chang; 子軒張; Cho-Kang Hsu; ▲タク▼綱許
Original assignee: Chiun Mai Communication Systems Inc
Current assignee: Chiun Mai Communication Systems Inc
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: TWI587571B; JP5944363B2; TW201417395A; US20140118207A1

Abstract

【課題】本発明は、帯域幅が広く、且つ体積が小さいアンテナモジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るアンテナモジュールは、基板と、接地面と、フィードイン部と、放射部と、を備える。前記基板は、互いに反対側に位置するように設置された頂面及び底面を含み、前記接地面は、前記基板の頂面に設けられて前記アンテナモジュールを接地させ、前記フィードイン部は、前記基板の底面に設置され、且つ折り曲げられて前記接地面の上面まで延在し、前記放射部は、前記接地面に対して透かし彫り処理が行なわれることによって形成され、且つ前記フィードイン部と前記接地面との重なる部分の一部を切断するように延在して、溝状のアンテナを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナモジュールに関し、特により広い帯域幅を備えるアンテナモジュールに関するものである。

現在、日常生活においてよく利用されている携帯電話機、ＰＤＡ及びタブレットパソコン等の携帯式通信端末機にとって、無線電波を送受信することにより無線データ信号を伝送又は交換するためのアンテナモジュールは、主要部品の一つである。

近年、異なる周波数帯域を使用する各種の通信システムが絶えず出現することに伴って、アンテナモジュールも多くの周波数帯域を含むブロードバンドを目指して設計されている。即ち、携帯式通信端末機が異なる周波数帯域を使用する多種の無線通信システムにおいて、正常に信号の伝送を行なうためには、現在のアンテナモジュールは、多種の異なる周波数の信号を送受信しなければならない。

しかし、ブロードバンドのアンテナの構造は一般的に複雑であり、現在携帯式通信端末機の小型化、軽量化及び薄型化に伴い、アンテナモジュールのブロードバンド特性を確保しつつ、アンテナモジュールのサイズを小さくするのは困難である。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、帯域幅が広く、且つ体積が小さいアンテナモジュールを提供することを目的とする。

上述の問題を解決するために、本発明に係るアンテナモジュールは、基板と、接地面と、フィードイン部と、放射部と、を備える。前記基板は、互いに反対側に位置するように設置された頂面及び底面を含み、前記接地面は、前記基板の頂面に設けられて前記アンテナモジュールを接地させ、前記フィードイン部は、前記基板の底面に設置され、且つ折り曲げられて前記接地面の上面まで延在し、前記放射部は、前記接地面に対して透かし彫り処理が行なわれることによって形成され、且つ前記フィードイン部と前記接地面との重なる部分の一部を切断するように延在して、溝状のアンテナを構成する。

本発明は、アンテナモジュールの接地面に対して透かし彫り処理することにより、対応する放射部を形成し、且つ前記放射部とフィードイン部とをカップリングさせる。これにより、本発明は、アンテナモジュールに放射体を別途設置しなくても、アンテナモジュールの帯域幅を広くし、且つアンテナモジュールのサイズを小さくすることができ、さらにアンテナモジュールの製造コストを低減することができ、無線通信装置を小型化することができる。

本発明の実施形態に係るアンテナモジュールの斜視図である。図１に表すアンテナモジュールのフィードイン部の平面図である。図１に表すアンテナモジュールの放射部の平面図である。図１に表すアンテナモジュールのフィードイン部と放射部とのサイズを示す平面図である。図１に表すアンテナモジュールが図４に示したサイズを採用した場合に、シミュレーションソフトによるテスト及び実際のテストによって取得したリターンロスを示す図である。図１に表すアンテナモジュールが図４に示したサイズを採用した場合に、測定して得た放射効率を示す図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るアンテナモジュール１００は、例えば携帯電話機やタブレットパソコン等のような無線通信装置に適用され、音声及び映像等のデータを送受信するために用いられる。また、アンテナモジュール１００は、基板１０と、接地面２０と、フィードイン部３０と、放射部５０と、を備える。

基板１０は、ガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）等の誘電材料からなる。本実施形態において、誘電材料の誘電率はε_rである。基板１０は、ほぼ平たい直方体であり、頂面１０１及び頂面１０１の反対側に設置されている底面１０２を備える。

接地面２０は、基板１０の頂面１０１に設けられ、アンテナモジュール１００は、この接地面２０上に接地される。本実施形態の接地面２０は、頂面１０１にコーティング或いは電気メッキされた導電性金属箔（例えば、銅箔）である。

フィードイン部３０は、マイクロストリップライン（ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｌｉｎｅ）である。フィードイン部３０は、基板１０の底面１０２に設置されるが、その一端は折り曲げられて接地面２０まで延在し、且つ接地面２０に重なる（接地面２０の上面に位置する）。フィードイン部３０の底面１０２に位置する他端は、無線通信装置の内部の無線周波回路（図示せず）に電気的に接続され、無線周波回路から電流を取得して、第一周波数帯域、第二周波数帯域及び第三周波数帯域を含む無線信号を送受信する。無線周波数（ＲＦ）回路は、ベースバンド信号を変調し或いは無線周波信号を復調する。本実施形態において、フィードイン部３０は、均一な幅を持つ帯状体である。また、フィードイン部３０の幅、長さ及び形状は、インピーダンスマッチングに基づいて調整可能である。これにより、アンテナモジュール１００は、使用可能な最大のインピーダンス帯域幅を持つことができる。

放射部５０は、接地面２０の透かし彫りによって形成される。より詳細には、接地面２０の表面の導電性金属箔を部分的に透かし彫りし、且つフィードイン部３０の接地面２０における一部も透かし彫りする。即ち、放射部５０は、フィードイン部３０と接地面２０との重なる部分の一部を切断するように、フィードイン部３０を通って延在する。これにより、基板１０の誘電材料は露出し、溝状のアンテナが形成される。さらに、放射部５０は、第一透かし彫り部５１と、第二透かし彫り部５３と、第三透かし彫り部５５と、を備える。本実施形態における第一透かし彫り部５１及び第二透かし彫り部５３は、直線状の薄板体であり、且つ互いに平行に設置されている。第三透かし彫り部５５も、直線状の薄板体であり、第一透かし彫り部５１と第二透かし彫り部５３との間に設けられ、且つその両端は第一透かし彫り部５１と第二透かし彫り部５３とにそれぞれ垂直に連通されている。このようにして、第一透かし彫り部５１、第二透かし彫り部５３及び第三透かし彫り部５５は、閉鎖された「Ｈ」型の構造を構成する。

図２に示すように、本発明のフィードイン部３０は、他の形状であっても良い。例としては、非均一幅を持つ帯状体（ａ）、屈曲形状（ｂ）及び傾斜形状（ｃ）等が挙げられる。

図３に示すように、放射部５０の中の第一透かし彫り部５１、第二透かし彫り部５３及び第三透かし彫り部５５が「Ｈ」型の密閉構造を構成できさえすれば、放射部５０全体を他の構造に形成しても良い。例えば、第三透かし彫り部５５が依然として第一透かし彫り部５１及び第二透かし彫り部５３にそれぞれ垂直に連通する直線状の薄板体である前提下で、第一透かし彫り部５１と第二透かし彫り部５３とを各種の屈曲形状に設置することができる。

図４に示すように、フィードイン部３０の幅はＷｓであり、フィードイン部３０の接地面２０の上面に位置する部分の長さはＬｓであり、このフィードイン部３０の接地面２０の上面に位置する部分と第三透かし彫り部５５との間の距離はｆであり、第三透かし彫り部５５の長さはｂであり、第三透かし彫り部５５の幅はｗである。この第一組パラメータ（Ｗｓ、Ｌｓ、ｆ、ｂ及びｗ）を調節することによって、アンテナモジュール１００は第一周波数帯域、第二周波数帯域及び第三周波数帯域をそれぞれ作動させることができる。

また、図４の平面図において、仮に第三透かし彫り部５５の中央から第一透かし彫り部５１の一端までの距離がＬ１であり、第三透かし彫り部５５の中央から第一透かし彫り部５１の他端までの距離がＬ２であり、第三透かし彫り部５５の中央から第二透かし彫り部５３の一端までの距離がＬ３であり、第三透かし彫り部５５の中央から第二透かし彫り部５３の他端までの距離がＬ４である場合、第一組パラメータの調節を基礎として、第二組パラメータ（Ｌ１〜Ｌ４）を調節することによって、アンテナモジュール１００の第一周波数帯域、第二周波数帯域及び第三周波数帯域における帯域幅をそれぞれ調節することができる。

具体的には、第一周波数帯域、第二周波数帯域及び第三周波数帯域に対応する中心周波数ｆ_ｒ１、ｆ_ｒ２及びｆ_ｒ３は、以下の公式（１）〜（３）をそれぞれ満たす。

上記の数式１において、パラメータｃは、光速である。ε_effは、等価誘電率であり、且つ以下の公式（４）を満たす。

アンテナモジュール１００が動作すると、無線信号はフィードイン部３０によりフィードインされ、且つフィードイン部３０と放射部５０とのカップリングを介して異なる長さの電流経路を取得することで、異なる電流信号を生成する。これにより、アンテナモジュール１００は、第一周波数（１．５７５ＧＨｚ）、第二周波数（２．４ＧＨｚ）及び第三周波数（５．２ＧＨｚ）において、相応する共振モードを生成させる。即ち、アンテナモジュール１００は、第一周波数帯域（１．５５５ＧＨｚ〜１．６１１ＧＨｚ）、第二周波数帯域（２．３８ＧＨｚ〜２．８３４ＧＨｚ）及び第三周波数帯域（４．６６ＧＨｚ〜６．３ＧＨｚ）の下で作動でき、且つより広い帯域幅及び好ましい放射効率を取得することができる。

図５及び図６を合わせて参照すると、本実施形態では、基板１０の厚さｈ＝０．７ｍｍ、基板１０の誘電率ε_r＝４．２、フィードイン部３０の幅Ｗｓ＝２ｍｍ、第三透かし彫り部５５の幅ｗ＝２．９ｍｍ、第三透かし彫り部５５の長さｂ＝３ｍｍ、フィードイン部３０の接地面２０の上面に位置する部分の長さＬｓ＝５．６ｍｍ、フィードイン部３０の接地面２０の上面に位置する部分と第三透かし彫り部５５との間の距離ｆ＝２９．２ｍｍ、第三透かし彫り部５５の中央から第一透かし彫り部５１の一端までの距離Ｌ１＝３４．５ｍｍ、第三透かし彫り部５５の中央から第一透かし彫り部５１の他端までの距離Ｌ２＝７ｍｍ、第三透かし彫り部５５の中央から第二透かし彫り部５３の一端までの距離Ｌ３＝２９．６ｍｍ、及び第三透かし彫り部５５の中央から第二透かし彫り部５３の他端までの距離Ｌ４＝７ｍｍの場合、シミュレーションソフトウェアによるテスト（図５に示す点線）や実際のテスト（図５に示す実線）を問わず、アンテナモジュール１００は、第一周波数帯域（１．５５５ＧＨｚ〜１．６１１ＧＨｚ）、第二周波数帯域（２．３８ＧＨｚ〜２．８３４ＧＨｚ）及び第三周波数帯域（４．６６ＧＨｚ〜６．３ＧＨｚ）において、全てのアンテナの作動要求を満たし、且つ優好な放射効率を有する。

上記の実施形態から分かるように、本発明は、アンテナモジュール１００の接地面２０に対して透かし彫り処理することにより、対応する放射部５０を形成し、且つ放射部５０とフィードイン部３０とをカップリングさせる。これにより、本発明は、アンテナモジュール１００に相応する放射体を別途設置しなくても、アンテナモジュール１００の帯域幅を広くし、且つアンテナモジュール１００のサイズを小さくすることができ、さらにアンテナモジュールの製造コストを低減することができ、無線通信装置の小型化を促進することができる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は前述の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであるのは、言うまでもない。

１０基板
２０接地面
３０フィードイン部
５０放射部
５１第一透かし彫り部
５３第二透かし彫り部
５５第三透かし彫り部
１００アンテナモジュール
１０１頂面
１０２底面

Claims

基板と、接地面と、フィードイン部と、放射部と、を備えるアンテナモジュールであって、
前記基板が、互いに反対側に位置するように設置された頂面及び底面を含み、
前記接地面が、前記基板の頂面に設けられて前記アンテナモジュールを接地させ、
前記フィードイン部が、前記基板の底面に設置され且つ折り曲げられて前記接地面の上面まで延在し、
前記放射部が、前記接地面に対して透かし彫り処理が行なわれることによって形成され、且つ前記フィードイン部と前記接地面との重なる部分の一部を切断するように延在して、溝状のアンテナを構成することを特徴とする、アンテナモジュール。
前記フィードイン部がマイクロストリップラインであることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナモジュール。
インピーダンスマッチングに基づいて、前記フィードイン部の幅、長さ及び形状を調整することによって、前記アンテナモジュールのインピーダンス帯域幅を調整することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナモジュール。
前記放射部が、前記接地面の表面の導電性金属箔を部分的に透かし彫りして、前記基板の誘電材料を露出させることによって形成されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
前記放射部が、第一透かし彫り部と、第二透かし彫り部と、第三透かし彫り部と、を備え、前記第一透かし彫り部と前記第二透かし彫り部とが互いに対して平行に設置され、前記第三透かし彫り部が前記第一透かし彫り部と前記第二透かし彫り部との間に位置し、且つ両端が前記第一透かし彫り部と前記第二透かし彫り部とにそれぞれ垂直に連通されて、閉鎖している「Ｈ」型の構造を構成することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナモジュール。
前記フィードイン部の幅と、前記フィードイン部の前記接地面の上面に位置する部分の長さと、前記フィードイン部の前記接地面の上面に位置する部分と前記第三透かし彫り部との間の距離と、前記第三透かし彫り部の長さと、前記第三透かし彫り部の幅と、を調節することによって、前記アンテナモジュールが第一周波数帯域、第二周波数帯域及び第三周波数帯域の下でそれぞれ動作可能になることを特徴とする、請求項５に記載のアンテナモジュール。
前記第三透かし彫り部の中央から前記第一透かし彫り部の一端までの距離と、前記第三透かし彫り部の中央から前記第一透かし彫り部の他端までの距離と、前記第三透かし彫り部の中央から前記第二透かし彫り部の一端までの距離と、前記第三透かし彫り部の中央から前記第二透かし彫り部の他端までの距離と、を調節することによって、前記アンテナモジュールの前記第一周波数帯域、前記第二周波数帯域及び前記第三周波数帯域における帯域幅をそれぞれ調節することを特徴とする、請求項６に記載のアンテナモジュール。