JP2016059043A - アンテナ・アセンブリおよびアンテナ・アセンブリを有する電子装置 - Google Patents

アンテナ・アセンブリおよびアンテナ・アセンブリを有する電子装置 Download PDF

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Abstract

【課題】回路基板上に装着可能なアンテナ・アセンブリを提供する。
【解決手段】回路基板上に装着可能なアンテナ・アセンブリ10は、放射部100と、該放射部100に信号を供給する伝送部200とを備え、伝送部200は、回路基板に接続可能な信号供給素子210と接地素子220とを備える。該接地素子は、第1の接地部分から折り曲げられて、信号供給素子と第1の接地部分とを越えて延伸することによって、信号供給素子から離間され、且つ、回路基板の接地接続部に接続可能である接地面230を形成している。
【選択図】図1

Description

本発明は、アンテナ・アセンブリおよびアンテナ・アセンブリを有する無線電子装置に関する。
携帯電話、タブレット、セットトップ・ボックス、およびゲートウェイ装置などの無線電子装置では、ますます多くの電子部品が狭小化される空間に収められている。
図10には、セットトップ・ボックス11内の電子部品の配置の一例が示されている。図に示されているように、回路基板の前面側は、表示装置1、赤外線センサ2、一群のLED3、一群の制御用押しボタン4、SDカード・リーダ5、およびUSBコネクタ6のような多数の電子部品よって完全に占められている。この電子部品は全てその機能と用途のために回路基板の前面端部に沿って一列に並べられている。
このような無線装置が有する機能的に重要な構成要素は電波の送受信用のアンテナである。アンテナを配置する最適な場所は無線装置の前面部である。しかしながら、無線装置の前面部にある他の多くの電子部品が電波の放射に対して障害物を形成し、アンテナの性能を損なうことになる。更に、或る構成では、アンテナの適切な接地をもたらすために広いグランド(接地)クリアランス領域を回路基板上に設ける必要がある。他の電子部品があるので、回路基板の前面側にアンテナのグランドクリアランス領域のための必要なスペースを見つけることはますます困難になっている。
本発明は上述の問題を念頭において発明されたものである。
本発明の第1の態様は、回路基板上に装着可能なアンテナ・アセンブリであって、放射部とその放射部に供給する伝送部とを備え、この伝送部は回路基板に接続可能な信号供給素子および接地素子を備え、この接地素子は信号供給素子と並んで長手方向に延伸する第1の接地部分と、この第1の接地部分から横方向に延伸する拡張接地部分とを含み、この拡張接地部分は、折曲されその信号供給素子および第1の接地部分の向こう側に延伸してその信号供給素子から離間された接地面を形成し、上記拡張接地部分が回路基板の接地接続部に接続可能である、上記アンテナ・アセンブリを提供する。
一実施形態において、上記第1の接地部分および拡張接地部分は単一の接地部を形成してなる。
一実施形態において、上記信号供給素子および第1の接地部分は互いに平行に延伸してなる。
一実施形態において、信号供給素子はマイクロストリップ・モードで動作する。
一実施形態において、信号供給素子は接地導体を有するコプレーナ導波路によって信号を供給される。
一実施形態において、拡張接地部分は折曲され信号供給素子の両側に接地面を形成してなる。
一実施形態によれば、上記信号供給素子を回路基板に接続するための伝送線接続部が設けられ、上記拡張接地部分において、その伝送線接続部に面する拡張接地部分の箇所に開口部が形成されてなる。
一実施形態において、上記放射部は逆Fアンテナを有する。
一実施形態において、上記放射部は、上記伝送部の第1の接地部分から延伸する接地素子と、上記伝送部の信号供給素子から延伸する信号素子と、その接地素子および信号素子に対して垂直に延伸する放射素子と、を有する。
一実施形態において、上記放射素子はその長手方向の軸に沿って折曲されてなる。
一実施形態において、上記放射素子はモノポール型アンテナを有する。
一実施形態において、上記拡張接地部分は、上記放射部の接地素子および信号素子に平行に延伸するように、別の軸に沿って折曲されてなる。
一実施形態において、上記拡張接地部分は、上記伝送部の信号供給素子および第1の接地部分に対して上記放射部と反対側に位置する。
一実施形態において、上記拡張接地部分は、上記伝送部の信号供給素子および第1の接地部分に対して、上記放射部と同じ側に位置する。
一実施形態において、上記放射素子はモノポールである。別の実施形態において、上記放射素子はダイポールである。
一実施形態において、上記伝送部は、上記放射部のインピーダンスを適応化するように構成されている。例えば、その放射部のインピーダンスは、その伝送部の入力インピーダンスと整合するように適応化されている。一実施形態において、伝送部の高さは4分の1波長に設定される。
本発明の別の態様は、回路基板上に装着可能なアンテナ・アセンブリであって、放射部とその放射部に供給する伝送部とを備え、この伝送部は回路基板に接続可能な信号供給素子および接地素子を備え、この接地素子は、信号供給素子と並んで延伸する第1の接地部分と、その信号供給素子と第1の接地部分とを越えて延伸しその信号供給素子から離間された接地面とを含み、この接地面が回路基板の接地接続部に接続可能である、上記アンテナ・アセンブリを提供する。
上記第1の接地部分および接地面は、単一の接地部を形成してもよい。
本発明の第2の態様は、電子通信装置であって、回路基板と、この回路基板上に装着された上記のアンテナ・アセンブリと、を備え、このアンテナ・アセンブリが、伝送部の信号供給素子と第1の接地部分とが回路基板の表面から遠ざかって延伸するように装着される、上記電子通信装置を提供する。
一実施形態において、回路基板の前面側には少なくとも1つの電子部品が設けられており、上記放射部は、上記伝送部から電子部品を越えて電子部品の前方へ延伸し電子通信装置から外側に向くように配置され、その伝送部は電子部品の後方に配置される。
一実施形態において、上記少なくとも1つの電子部品は、表示板、LED、赤外線センサ、制御装置、およびUSBコネクタのうちの少なくとも1つを含む。
一実施形態において、回路基板は、電子部品のないクリアランス領域を含み、そのクリアランス領域がアンテナ・アセンブリの後方に配置される。
一実施形態において、上記電子通信装置はゲートウェイ装置又はセットトップ・ボックスである。
本発明の更なる態様は、回路基板上に装着可能なアンテナ・アセンブリであって、放射部と、該放射部に信号を供給する伝送部と、を備え、該伝送部が、回路基板に接続可能な信号供給素子と接地素子とを備え、該接地素子が拡張接地部分を備えており、該拡張接地部分が、接地素子から延伸し、更に信号供給素子と該接地素子とを越えて延伸して、信号供給素子から離間された、回路基板の接地接続部に接続可能な接地面を形成するように、接地素子から離れて折り曲げられている、アンテナ・アセンブリを提供する。
本発明の第1の実施形態に係るアンテナ・アセンブリの概略的な図である。 PCB上に装着された図1のアンテナ・アセンブリの概略的な図である。 図1のアンテナ・アセンブリが装着されたPCBの平面図である。 図3AのPCB上に装着された図1のアンテナ・アセンブリの斜視図である。 図1のアンテナ・アセンブリが装着された、表示パネルを有するPCBの斜視図である。 図1のアンテナ・アセンブリが装着された、表示パネルを有するPCBの別の斜視図である。 本発明の第2の実施形態に係るアンテナ・アセンブリの概略的な図である。 本発明の第3の実施形態に係るアンテナ・アセンブリの概略的な図である。 本発明の第4の実施形態に係るアンテナ・アセンブリの概略的な図である。 本発明の第5の実施形態に係るアンテナ・アセンブリの概略的な図である。 本発明の第5の実施形態に係るアンテナ・アセンブリの別の概略的な図である。 本発明の実施形態に係る複数のアンテナ・アセンブリが設けられた電子装置の俯瞰図である。 無線電子装置の一例の俯瞰図である。
上記の図面を参照して、本発明の実施形態を、単に例としてのみ、説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に従うアンテナ・アセンブリの概略的な図である。アンテナ・アセンブリ10は、無線周波数信号を放射する放射部100とアンテナ・アセンブリ10が設置されたプリント回路基板(PCB)の供給線から放射部100に信号を供給する伝送部200とを含む。
伝送部200は、PCBから放射部100に信号を供給するための信号ストリップ210の形態の信号供給素子とPCBの接地接続部に接続可能な接地ストリップ220を含む接地素子とを有する。信号ストリップ210および接地ストリップ220は、互いに平行に延伸するように構成されている。接地ストリップ220は、拡張接地素子の形態の拡張接地部分によって延伸された第1の接地部分を形成している。この拡張接地素子は、接地ストリップ220の一方の側から横方向に延伸し、約180°の角度で屈曲して接地面230を形成しており、接地面230は接地ストリップ220および信号ストリップ210の主面に対して平行でかつ離間されている。接地面230はPCBの接地接続部に接続可能である。この構成において、信号ストリップ210は接地面230によってもたらされる有限の接地面を有するマイクロストリップ・モードにある。
開口部236は、接地面230内に信号ストリップ210とPCBとの接続部に面する接地面230の部分に設けられている。これによって接地面230とPCBの供給線との電気的な接触を回避できる。信号ストリップ210には、PCBの信号供給線の対応する接続部に接続するためのピン211が設けられている。接地ストリップ220には、PCBの接地面上の対応する接続部に接続するためのピン221が設けられており、拡張接地面230には、PCBの接地面上の対応する接続部に接続するためのピン231が設けられている。
放射部100は、伝送部の信号ストリップ210から延伸した信号ストリップ110と伝送部の接地ストリップ220から延伸した接地ストリップ120とを含む。信号ストリップ110および接地ストリップ120は、伝送部の信号ストリップ210および接地ストリップ220に対して約90°の角度で曲げられている。放射ストリップ140が、信号ストリップ110の端部および接地ストリップ120の端部に接続して、IFA型アンテナ(逆Fアンテナ)を形成している。放射ストリップ140は、その長手方向の軸に沿って約90°の角度で折り曲げられている。このような構成によって、アンテナの入力インピーダンスの整合を最適化できる。
伝送部200はインピーダンス整合線を兼ねてもよい。伝送部200は放射部100のインピーダンスを自己の入力インピーダンスに適応化してもよい。特定の一実施形態において伝送部の高さは4分の1波長に対応してもよい。伝送部の高さは信号ストリップ210および接地ストリップ220の長さによって決まる。
図2には、PCB基板300上に装着された図1のアンテナ・アセンブリが概略的に例示されている。
アンテナ・アセンブリ10の伝送部200の信号ストリップ210および接地ストリップ220はPCB基板300の表面から延伸している。それによって、アンテナ・アセンブリ10の放射部100はPCB基板300の表面から一定の高さに保持され、その高さは伝送部200の信号ストリップ210および接地ストリップ220の長さに依存する。この高さでは障害物がないので、放射部100はPCB基板300上に伝送部200の前方に装着される電子部品よりも上方に配置することが可能になり、この高さがないと、この電子部品が放射ストリップ140の放射に対する障害物と成り得る。信号ストリップ110および接地ストリップ120が伝送部200の信号ストリップ210および接地ストリップ220から垂直に延伸することによって、放射ストリップ140が電子部品を越えて延伸することが可能になり、それによって放射ストリップ140の前方に障害物のないゾーンがもたらされる。
図3Aはアンテナ・アセンブリ10が装着されたPCB300の表面を概略的に例示し、図3BはPCB基板上に装着されたアンテナ・アセンブリ10を概略的に例示する。PCB300は、信号を供給する供給ポート310と伝送部200の信号供給ピン211を受け入れる信号供給コネクタ330に供給ポート310を接続する供給線320とを含む。第1の接地ピン・コネクタ340は接地ストリップ220の接地ピン221に接続するために設けられており、第2の接地ピン・コネクタ345は接地面230の接地ピン231に接続するために設けられている。第1の接地ピン・コネクタ340および第2の接地ピン・コネクタ345はPCB300の接地面に接続されている。インピーダンス整合部品325が供給線320上に設けられている。電子部品を装着するための接続部が設けられていないクリアランス領域350が信号供給コネクタ330の周りに設けられている。接地面230内の開口部236が、信号供給コネクタ330との位置が合うように設けられている。
図4Aおよび図4Bは、図2のPCB基板300の前面側に表示パネル410が装着されたPCB基板300を概略的に例示する。アンテナ・アセンブリ10は、表示パネル410に対して、伝送部200が表示パネル410の後方に配置され、放射部100が表示パネル410の前方に配置されるように、配置されている。伝送部200の信号ストリップ210および接地ストリップ220の長さがもたらす高さでは障害物がないので、アンテナ・アセンブリ10のアンテナ部100は表示パネル410の上方を越えて配置することが可能になり、信号ストリップ110および接地ストリップ120が伝送部200に対して延伸する向きが垂直になっているので、アンテナ・アセンブリ10の放射素子140は表示パネル410の前方に配置することが可能になる。
図5は、本発明の第2の実施形態に係るアンテナ・アセンブリ50の概略的な図である。アンテナ・アセンブリ50は、無線周波数信号を放射する放射部5100とアンテナ・アセンブリ50が装着されたプリント回路基板(PCB)の供給線から放射部5100に信号を供給する伝送部5200とを含む。第2の実施形態のアンテナ・アセンブリ50が第1の実施形態のアンテナ・アセンブリ10と異なる点は、伝送部の接地面5230が、信号供給ストリップ5210および接地ストリップ5220に対して、信号供給ストリップ5210に対する放射部5100の放射ストリップ5140と同じ側に位置していることである。
図6は、本発明の第3の実施形態に係るアンテナ・アセンブリ60の概略的な図である。アンテナ・アセンブリ60は、無線周波数信号を放射する放射部6100とアンテナ・アセンブリ60が装着されたプリント回路基板(PCB)の供給線から放射部6100に信号を供給する伝送部6200とを含む。第3の実施形態のアンテナ・アセンブリ60が第2の実施形態のアンテナ・アセンブリ50と異なる点は、伝送部6200の接地面6230の一部が折り曲げられて、接地面6230の主要部分から、アンテナ・アセンブリ60の放射部6100の信号ストリップ6110および接地ストリップ6120に平行に放射部6100の放射ストリップ6140に向かって延伸していることである。
図7は、本発明の第4の実施形態に係るアンテナ・アセンブリ70の概略的な図である。アンテナ・アセンブリ70は、無線周波数信号を放射する放射部7100とアンテナ・アセンブリ70が装着されたプリント回路基板(PCB)の供給線から放射部7100に信号を供給する伝送部7200とを含む。第4の実施形態のアンテナ・アセンブリ70が第1の実施形態のアンテナ・アセンブリ10と異なる点は、伝送部7200の接地面7230に2つの接地コネクタ・ピン7231および7232が設けられており、信号ストリップ7210は、より幅広であり、並びに少し曲げられていてもよいことである。これによって、アセンブリがより頑強にすることが可能になる。接地コネクタ・ピン7231と7232は曲げられてもよく、それによって、アンテナ・アセンブリをPCB上に装着する際、並びに、例えば半田付けによってPCBに固定する際に、アンテナ・アセンブリをより確実に保持できる。
図8Aおよび8Bは、本発明の第5の実施形態に係るアンテナ・アセンブリ80の概略的な図である。本発明のこの実施形態において、アンテナ・アセンブリは、接地導体を有するコプレーナ導波路(CPWG)によって信号が供給される。アンテナ・アセンブリ80は、無線周波数信号を放射する放射部8100と信号ストリップ8210によってCPWGから放射部8100に信号を供給する伝送部8200とを含む。本発明のこの実施形態において、伝送部8200は接地素子および信号ストリップ8210を含む。この接地素子は複数の第1の接地面部分を含み、複数の第1の接地面部分の各々は、信号ストリップ8210の各々の側端から離間され、その側端から離れる方向に延伸して折り返されて第1の接地面部分に平行な第2の接地面8230を形成している。第2の接地面8230は、信号ストリップ8210の主面と第1の接地面部分の主面とに対向しており、この主面から離間されている。接地素子には、PCBの接地部に接続するための4つの接続部812が設けられている。
放射部8100は、伝送部の信号ストリップ8210から延伸する信号ストリップ8110と伝送部の接地面8230から延伸する接地ストリップ8120とを含む。信号ストリップ8110および接地ストリップ8120が、伝送部の信号線ストリップ8210および接地面8230に対して約90°の角度で曲げられている。放射ストリップ8140が、信号ストリップ8110の端部および接地ストリップ8120の端部に接続して、IFA型アンテナを形成している。放射ストリップ8140は、その長手方向の軸に沿って約90°の角度で折り曲げられている。
図9は、本発明の実施形態のうちの任意の実施形態に係る3つのアンテナ・アセンブリ910、920および930が装着されたPCB9300を有する電子装置900の俯瞰図である。第1のアンテナ・アセンブリ910は、ディスプレイ940の後方でPCB9300に接続され、アンテナ・アセンブリ910の伝送部がディスプレイ940の後方に配置され、放射素子915がディスプレイ940の上方および前方に配置されるようになっている。第2のアンテナ・アセンブリ920は、複数のLED945のセットの後方でPCB9300に接続され、アンテナ・アセンブリ920の伝送部が複数のLED945のセットの後方に配置され、放射素子925が複数のLED945のセットの上方および前方に配置されるようになっている。第3のアンテナ・アセンブリ930は、複数の複数の押しボタン948のセットの後方でPCB9300に接続され、アンテナ・アセンブリ930の伝送部が複数の押しボタン948のセットの後方に配置され、放射素子935が複数の押しボタン948のセットの上方および前方に配置されるようになっている。
本発明の実施形態によって、PCB上のグランドクリアランス領域の面積を激減させることが可能になり、他の部品の集積化のためのスペースを広く空けることができる。本発明の実施形態に従うアンテナ・アセンブリを実装することによって、主要基板の前面側に配置された様々な任意の障害物、例えば複数のLEDおよび機械式押しボタンの障害物のようなもの、表示板、または、その他のプラスチック製および金属製のパーツを避けることができ、それによりアンテナの放射性能を改善できる。
更に、本発明の実施形態に係るアンテナ・アセンブリは、通常の製造技術を用いて、例えば打抜き加工処理によって、低コストで製造できる。
また、本発明の実施形態に係るアンテナ・アセンブリは、PCBの縁端部分だけではなく、PCBの内側部分のRF送信機出力部の近くに配置でき、それによって、単一の金属製パーツとしてアンテナ・アセンブリと一体化される伝送線によって挿入損失を低減できる。この一体化される伝送線はインピーダンス整合線としても機能でき、プリント伝送線や集中定数素子(インダクタ、キャパシタ)を用いて主要基板上にインピーダンス整合をもたらす必要性を回避できる。
本発明の実施形態に係るアンテナ・アセンブリは、モノポールとしても、ダイポールとしても動作可能である。
以上、本発明を特定の実施形態について説明したが、本発明は、これらの特定の実施形態には限定されず、本発明の範囲内に在る種々の変更は当業者に明らかであろう。
例えば、上述の例をセットトップ・ボックスについて説明したが、本発明が、アンテナを用いたその他の任意の無線電子通信装置に適用できることは理解されるであろう。
上述の、例としてのみに示された、特許請求の範囲の請求項のみによって特定される本発明の範囲を限定する意図のない実施例を参照すれば、当業者には、多数の更なる変更および変形が自ずと示唆されるであろう。特に、相異なる実施形態から得られる相異なる特徴を、もし適切であれば、交換してもよい。
開口部236は、接地面230内に信号ストリップ210とPCBとの接続部に面する接地面230の部分に設けられている。これによって接地面230とPCBの供給線との電気的な接触を回避できる。信号ストリップ210には、PCBの供給線の対応する接続部に接続するためのピン211が設けられている。接地ストリップ220には、PCBの接地面上の対応する接続部に接続するためのピン221が設けられており、拡張接地面230には、PCBの接地面上の対応する接続部に接続するためのピン231が設けられている。
図4Aおよび図4Bは、図2のPCB基板300の前面側に表示パネル410が装着されたPCB基板300を概略的に例示する。アンテナ・アセンブリ10は、表示パネル410に対して、伝送部200が表示パネル410の後方に配置され、放射部100が表示パネル410の前方に配置されるように、配置されている。伝送部200の信号ストリップ210および接地ストリップ220の長さがもたらす高さでは障害物がないので、アンテナ・アセンブリ10の放射部100は表示パネル410の上方を越えて配置することが可能になり、信号ストリップ110および接地ストリップ120が伝送部200に対して延伸する向きが垂直になっているので、アンテナ・アセンブリ10の放射素子140は表示パネル410の前方に配置することが可能になる。

Claims (17)

  1. 回路基板上に装着可能なアンテナ・アセンブリであって、
    放射部と、
    該放射部に供給する伝送部であって、該伝送部が前記回路基板に接続可能な信号供給素子と接地素子とを有する、該伝送部と、
    を備え、
    前記接地素子は、前記信号供給素子と並んで長手方向に延伸する第1の接地部分と該第1の接地部分から横方向に延伸する拡張接地部分とを含み、該拡張接地部分は、折曲され前記信号供給素子および前記第1の接地部分の向こう側に延伸して前記信号供給素子から離間された接地面を形成し、該拡張接地部分が前記回路基板の接地接続部に接続可能である、前記アンテナ・アセンブリ。
  2. 前記第1の接地部分および前記拡張接地部分は単一の接地部を形成してなる、請求項1に記載のアンテナ・アセンブリ。
  3. 前記信号供給素子および前記第1の接地部分は互いに平行に延伸してなる、請求項1または2に記載のアンテナ・アセンブリ。
  4. 前記信号供給素子はマイクロストリップ・モードで動作する、請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のアンテナ・アセンブリ。
  5. 前記信号供給素子を前記回路基板に接続するための伝送線接続部を備え、前記拡張接地部分において、該伝送線接続部に面する前記拡張接地部分の箇所に開口部が形成されてなる、請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載のアンテナ・アセンブリ。
  6. 前記放射部が逆Fアンテナを有する、請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載のアンテナ・アセンブリ。
  7. 前記放射部が、前記伝送部の前記第1の接地部分から延伸する接地素子と、前記伝送部の前記信号供給素子から延伸する信号素子と、該接地素子および該信号素子に対して垂直に延伸する放射素子と、を有する、請求項6に記載のアンテナ・アセンブリ。
  8. 前記放射素子がその長手方向の軸に沿って折曲されてなる、請求項7に記載のアンテナ・アセンブリ。
  9. 前記放射部がモノポール型アンテナを有する、請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載のアンテナ・アセンブリ。
  10. 前記拡張接地部分は、前記放射部の接地素子および信号素子に平行に延伸するように、別の軸に沿って折曲されてなる、請求項1〜9のうちのいずれか一項に記載のアンテナ・アセンブリ。
  11. 前記拡張接地部分は、前記伝送部の信号供給素子および第1の接地部分に対して前記放射部と反対側に位置する、請求項1〜10のうちのいずれか一項に記載のアンテナ・アセンブリ。
  12. 前記拡張接地部分は、前記伝送部の信号供給素子および第1の接地部分に対して前記放射部と同じ側に位置する、請求項1〜11のうちのいずれか一項に記載のアンテナ・アセンブリ。
  13. 電子通信装置であって、
    回路基板と、該回路基板上に装着された請求項1〜12のうちのいずれか一項に記載のアンテナ・アセンブリと、を備え、
    前記アンテナ・アセンブリが、前記伝送部の前記信号供給素子と前記接地素子の前記第1の接地部分とが前記回路基板の表面から遠ざかって延伸するように装着される、前記電子通信装置。
  14. 前記回路基板の前面側には少なくとも1つの電子部品が設けられており、前記放射部は、前記伝送部から前記電子部品を越えて前記電子部品の前方に延伸し当該電子通信装置から外側に向くように配置され、前記伝送部が前記電子部品の後方に配置される、請求項13に記載の電子通信装置。
  15. 前記少なくとも1つの電子部品は、表示板、LED、赤外線センサ、制御装置、およびUSBコネクタのうちの少なくとも1つを含む、請求項14に記載の電子通信装置。
  16. 前記回路基板は、電子部品のないクリアランス領域を含み、該クリアランス領域が前記アンテナ・アセンブリの後方に配置される、請求項13〜15のうちのいずれか一項に記載の電子通信装置。
  17. 当該電子通信装置はゲートウェイ装置またはセットトップ・ボックスである、請求項13〜16のうちのいずれか一項に記載の電子通信装置。
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