JP2017130828A

JP2017130828A - 円板装荷モノポールアンテナ及び通信装置

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Publication number: JP2017130828A
Application number: JP2016009589A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　浩; Hiroshi Sato; 浩佐藤; 小柳　芳雄; Yoshio Koyanagi; 芳雄小柳
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP6126709B1

Abstract

【課題】誘電体としてガラスエポキシ等のプリント基板を用い、ＶＩＡホールを利用して給電線やグランド線を構成しても、整合周波数を調整することができる円板装荷モノポールアンテナ及び通信装置を提供する。【解決手段】一方の面に円板状導体１１を有し、対向した他方の面には地板１２を有した誘電体１０と、円板状導体１１の面及び地板１２の面に対して略垂直方向に接続され、誘電体１０内に設置された棒状のグランド線１３と、円板状導体１１の面に対して略垂直方向で、且つ、グランド線１３と略並行に円板状導体１１に接続され、誘電体１０内に設置された棒状の給電線１４と、グランド線１３と給電線１４との間で、グランド線１３及び給電線１４と同方向に延在する空洞部１０ａと、空洞部１０ａ内でグランド線１３と給電線１４に導通する導通部材１６とを備え、導通部材１６を円板状導体１１の穴部１１ａから遠ざかる方向に移動可能とした。【選択図】図２

Description

本発明は、円板装荷モノポールアンテナ及び通信装置に関する。

λ／４（λ：波長）の長さを必要とするモノポールアンテナに対して、λ／４より短い長さで動作する円板装荷モノポールアンテナは、携帯電話やスマートフォン等の小型の通信装置には有利である。ウェアラブルアンテナ、その他無線で、小型・薄型化の要望が高いこともあって、アンテナ自体の小型・薄型化も重要である。円板装荷モノポールアンテナの従来技術として、例えば特許文献１に記載されたモノポールアンテナ装置がある。このモノポールアンテナ装置は、地板導体と、前記地板導体と対向して設けられトップローディング部を構成する電極と、給電点と前記電極とを接続する給電素子（以下、本発明に合わせて“給電線”と呼ぶ）と、前記電極と前記地板導体とを接続するための短絡導体（以下、本発明に合わせて“グランド線”と呼ぶ）を備え、前記短絡導体の断面の外周長を０．０３波長以上としたものである。

特開２００４−８８１９８号公報

ところで、円板装荷モノポールアンテナをプリント基板で作製する場合、ＶＩＡホールを利用することで、給電線やグランド線を構成することが可能である。しかしながら、このような構成では、整合周波数を調整することができないため、作製後に整合周波数がずれていることが判明した場合には作り直しになるという課題がある。なお、ＶＩＡホールは、スルーホールの一種であり、部品のリードを挿さない穴（貫通孔の場合もある）である。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、誘電体としてガラスエポキシ等のプリント基板を用い、該プリント基板のＶＩＡホールを利用して給電線やグランド線を構成するようにしても整合周波数の調整を行うことができる円板装荷モノポールアンテナ及び通信装置を提供することを目的とする。

本発明の円板装荷モノポールアンテナは、一面に円板状導体を有し、対向した面には地板を有した誘電体と、前記円板状導体の面及び前記地板の面に対して略垂直方向に接続され、前記誘電体内に設置された棒状のグランド線と、前記円板状導体の面に対して略垂直方向で、且つ、前記グランド線と略並行に前記円板状導体に接続され、前記誘電体内に設置された棒状の給電線と、を備えた円板装荷モノポールアンテナであって、前記グランド線と前記給電線との間に前記円板状導体に穴部を有し、この穴部から前記円板状導体の面に対して略垂直方向で、この穴部から前記地板まで前記誘電体内に設けられた空洞部と、前記空洞部の内側に当接し、一定以上の力が加わると前記穴部から遠ざかる方向に移動する導通部材と、を備え、前記グランド線と前記給電線の一部が前記略垂直方向に前記空洞部内で露出し、前記導通部材を前記空洞部内に挿入すると、前記グランド線と前記給電線の一部が前記導通部材を介して導通する。

上記構成によれば、導通部材を円板状導体の穴部から遠ざかる方向（即ち、地板に近づく方向）に移動させることで整合周波数の調整を行うことができる。グランド線と給電線は、誘電体としてのプリント基板のＶＩＡホールで構成することができる。したがって、誘電体としてガラスエポキシ等のプリント基板を用い、該プリント基板のＶＩＡホールを利用して給電線やグランド線を構成するようにしても整合周波数の調整を行うことができる。

上記構成において、前記導通部材は、螺子形状を成し、前記グランド線と前記給電線の一部に接しつつ、前記略垂直方向に前記空洞部内を移動する。

上記構成によれば、螺子形状の導通部材を空洞部に対して捩じ込むことで、導通部材を円板状導体の穴部から遠ざかる方向に移動させることができる。

本発明の円板装荷モノポールアンテナは、一面に円板状導体を有し、対向した面には地板を有した誘電体と、棒状のグランド線と、前記円板状導体の面に対して略垂直方向に接続され、前記誘電体内に設置された棒状の給電線と、前記円板状導体に穴部を有し、この穴部から前記円板状導体の面に対して略垂直方向で、この穴部から前記地板まで前記誘電体内に設けられた空洞部と、前記穴部を塞ぐ導通部材と、を備え、前記空洞部内で前記地板の上に前記グランド線を直立させ、前記導通部材で前記穴部を塞ぐと前記グランド線と前記円板状導体とが導通する。

上記構成によれば、誘電体内の空洞部に棒状のグランド線を挿入して、円板状導体の穴部を導通部材で塞ぐことで整合周波数を変化させることができる。グランド線として外径の異なる複数のものを用意して、それらを入れ替えることで、整合周波数の調整を行うことができる。給電線は、誘電体としてのプリント基板のＶＩＡホールで構成することができる。したがって、誘電体としてプリント基板を用い、該プリント基板のＶＩＡホールを利用して給電線を構成するようにしても整合周波数の調整を行うことができる。

上記構成において、外径が異なる複数の前記棒状のグランド線を有する。

上記構成によれば、外径が異なる複数の棒状のグランド線を１本ずつ空洞部内に付け替えることで、整合周波数を調整することができる。

上記構成において、前記穴部を複数設けた。

上記構成によれば、複数の穴部のいずれか１つにグランド線を挿入するか、又は１つ以上のグランド線を入れ替えることで、整合周波数を調整することができる。

上記構成において、前記導通部材が半田である。

上記構成によれば、導通部材に半田を用いることで、整合周波数の調整を安価に行うことができる。

本発明の通信装置は、上記いずれかの円板装荷モノポールアンテナを備えた。

上記構成によれば、整合周波数を容易に調整することができる通信装置を提供できる。

本発明によれば、誘電体としてガラスエポキシ等のプリント基板を用い、該プリント基板のＶＩＡホールを利用して給電線やグランド線を構成するようにしても整合周波数の調整を行うことができる円板装荷モノポールアンテナ及び通信装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナの外観を示す斜視図第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナの表面側を上に向けた状態における概略構成を示す斜視図第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナの裏面側を上に向けた状態における概略構成を示す斜視図第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナの整合周波数調整の様子を示す斜視図本発明の第２実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナの表面側を上に向けた状態における概略構成を示す斜視図第２実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナの整合周波数調整を説明するための斜視図本発明の第３実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナの表面側を上に向けた状態における概略構成を示す斜視図第３実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナの整合周波数調整を説明するための斜視図

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１の外観を示す斜視図である。また、図２は、第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１の表面側を上に向けた状態における概略構成を示す斜視図である。また、図３は、第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１の裏面側を上に向けた状態における概略構成を示す斜視図である。また、図４は、第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１の整合周波数調整の様子を示す斜視図である。図１〜図４において、第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１は、例えばガラスエポキシ樹脂を用いたプリント基板で構成したものである。第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１は、携帯電話やスマートフォン等の通信装置（不図示）での使用に好適である。

第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１は、一面に円板状導体１１を有し、対向した面には地板１２を有した誘電体（ガラスエポキシ樹脂）１０と、グランド線１３と、給電線１４と、導通部材１６（図４参照）とを備える。図１に示すように、誘電体１０の厚さＨはλ／４未満である。ここで、プリント基板には１層構造のものや多層構造のものがあるが、本実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１では１層構造のもの用いている。なお、多層構造のものを用いても勿論構わない。

円板状導体１１は、方形状の誘電体１０の一面の略中央部分に円形状のパターンとして形成されている。地板１２は、誘電体１０の一面に対向した面の全域に方形状のパターンとして形成されている。円板状導体１１及び地板１２には、例えば銅が用いられる。グランド線１３は、プリント基板にＶＩＡホールとして棒状に形成されたものである。ＶＩＡホール内は誘電体で埋められる。ここで、前述したように、ＶＩＡホールはスルーホールの一種であり、部品のリードを挿さず、プリント基板両面間の導通又はプリント基板の層間の導通を目的とした穴である。この場合、１層構造や多層構造を問わずプリント基板の両面を貫通する場合、ＶＩＡホールは貫通孔となる。ＶＩＡホールは、プリント基板両面間の導通又はプリント基板の層間の導通を目的としているので、導電性部材（主に銅）で構成される。

グランド線１３は、円板状導体１１の面及び地板１２の面に対して略垂直方向に接続される。グランド線１３の一端と円板状導体１１の面との接続及びグランド線１３の他端と地板１２の面との接続には主に半田が用いられる。給電線１４は、グランド線１３と同様にプリント基板にＶＩＡホールとして棒状に形成されたものである。この場合もＶＩＡホール内は誘電体で埋められる。給電線１４は、円板状導体１１の面に対して略垂直方向で、且つ、グランド線１３と略並行に円板状導体１１に接続される。給電線１４の一端と円板状導体１１の面との接続には主に半田が用いられる。給電線１４の他端は、図３に示すようにプリント基板の地板１２側に露出しており、円形の周囲には地板１２は形成されていない。プリント基板の地板１２側に露出した給電線１４の他端は給電点１５に接続されている。給電点１５には不図示の通信装置のアンテナ入出力端がリード線等を介して接続される。

第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１は、更に円板状導体１１のグランド線１３と給電線１４との間の部分に穴部１１ａを有し、この穴部１１ａから円板状導体１１の面に対して略垂直方向で、穴部１１ａから地板１２まで、誘電体１０内に形成された空洞部１０ａ（図４参照）と、この空洞部１０ａの内側に当接し、一定以上の力が加わると穴部１１ａから遠ざかる方向に移動する導通部材１６（図４参照）とを備えている。空洞部１０ａ内ではグランド線１３と給電線１４の一部が略垂直方向に露出する。導通部材１６は、例えばリベット、螺子等の金属製部材である。導通部材１６を誘電体１０内に形成された空洞部１０ａ内に挿入することで、グランド線１３と給電線１４の一部が導通部材１６を介して導通する。

次に、第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１の整合周波数調整について説明する。図４において、上述したように、グランド線１３と給電線１４との間の誘電体１０内には空洞部１０ａが形成されていて、この空洞部１０ａにグランド線１３と給電線１４に接触する導通部材１６が挿入される。導通部材１６に一定以上の力を加えることで、導通部材１６が円板状導体１１の穴部１１ａから遠ざかる方向に移動を開始する。導通部材１６が移動することで、グランド線１３と給電線１４とが導通する部分の位置が変わり、これによって整合周波数が変化する。このように導通部材１６の移動位置を変えることで、円板装荷モノポールアンテナ１における整合周波数の調整を行うことができる。ここで、導通部材１６に一定以上の力を加えなければ、導通部材１６が移動しないようにした理由は、導通部材１６に外力が加わっても容易に動かないようにしたからである。導通部材１６が容易に移動してしまうようになると、一度調整した整合周波数が変化して品質を保つことができなくなってしまう。なお、導通部材１６にリベットを用いた場合、導通部材１６を移動させるためには打ち込みを行う。また、導通部材１６に螺子を用いた場合、導通部材１６を移動させるにはドライバー等でねじ込みを行う。特に、導通部材１６に螺子を用いた場合は、図４の矢印Ａで示すように、導通部材１６を上下に自由に移動させることができる。

このように、第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１によれば、グランド線１３と給電線１４との間で、グランド線１３及び給電線１４と同方向に延在する空洞部１０ａに、グランド線１３と給電線１４に導通する導通部材１６を配置し、この導通部材１６を円板状導体１１の穴部１１ａから遠ざかる方向（即ち、地板１２に近づく方向）への移動を可能とした構造を採るので、整合周波数の調整を行うことができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ２の概略構成を示す斜視図である。また、図６は、第２実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ２の整合周波数調整の様子を示す斜視図である。なお、図５及び図６において、前述した図１〜図４と共通する部分に同一の符号を付けている。また、図５及び図６では誘電体１０の図示を省略している。

第２実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ２は、上述した第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１と同様に、例えばガラスエポキシ樹脂を用いたプリント基板で構成したものである。また、第２実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ２も携帯電話やスマートフォン等の通信装置（不図示）での使用に好適である。

第２実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ２は、誘電体１０内に設けられる内径が大きめの１つの空洞部２０と、この空洞部２０内に挿入して使用する外径の異なる複数の棒状のグランド線１３_１，１３_２，…，１３_ｎと、円板状導体１１に設けられた穴部１１ｂを塞ぐ導通部材２１とを備える。円板状導体１１に設けられた穴部１１ｂの径は、空洞部２０の外径と略同じ大きさである。空洞部２０は、誘電体１０内に設けられたものであり、円板状導体１１の穴部１１ｂから円板状導体１１の面に対して略垂直方向で、穴部１１ｂから地板１２までの長さを有する。空洞部２０内で地板１２の上に１本のグランド線１３を直立させて、導通部材２１で円板状導体１１に設けられた穴部１１ｂを塞ぐことで、空洞部２０内に挿入したグランド線１３と円板状導体１１とが導通する。導通部材２１としては半田が好適である。空洞部２０は、ＶＩＡホールとは異なる単なる誘電体１０に開けられた穴である。

空洞部２０内にグランド線１３を挿入することで整合周波数が変化するので、外径の異なる複数のグランド線１３_１，１３_２，…，１３_ｎを１本ずつ入れ替えることで、整合周波数の調整を行うことができる。なお、この場合、空洞部２０の内径に比べて外径の小さなグランド線１３を挿入する場合、そのグランド線１３の空洞部２０内での位置の違いよっては整合周波数の調整に微妙な違いがでてくる。したがって、整合周波数の調整において、空洞部２０の内径よりも外径が小さいグランド線１３を使用する場合、その挿入位置を変えてみることも重要である。しかし、それでも整合周波数が所望の値にならなければ、次に大きい外径のグランド線１３を使用してみることになる。このように所謂カット・アンド・トライで整合周波数の調整を行う。

このように、第２実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ２によれば、誘電体１０内に設けられる空洞部２０と、この空洞部２０内に挿入して使用する複数のグランド線１３_１，１３_２，…，１３_ｎとを有するので、空洞部２０内にグランド線１３_１，１３_２，…，１３_ｎを入れ替えることで、整合周波数の調整を行うことができる。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ３の概略構成を示す斜視図である。また、図８は、第３実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ３の整合周波数調整の様子を示す斜視図である。図７及び図８において、前述した図１〜図４と共通する部分に同一の符号を付けている。また、図７及び図８では誘電体１０の図示を省略している。

第３実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ３は、上述した第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１と同様に、例えばガラスエポキシ樹脂を用いたプリント基板で構成したものである。また、第３実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ３も携帯電話やスマートフォン等の通信装置（不図示）での使用に好適である。

第３実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ３は、円板状導体１１と、地板１２と、グランド線１３と、給電線１４と、不図示の誘電体１０とを有する点で上述した第１実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ１と同様の構造を採るが、円板状導体１１には４つの穴部１１ｃ〜１１ｆと、誘電体１０内に設けられた４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅと、４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅのそれぞれに挿入可能な複数の棒状のグランド線２３とを有している点で異なっている。空洞部１０ｂ〜１０ｅは、円板状導体１１の穴部１１ｃ〜１１ｆから円板状導体１１の面に対して略垂直方向で、穴部１１ｃ〜１１ｆから地板１２までの間に設けられる。円板状導体１１の穴部１１ｃ〜１１ｆは、第２実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ２に用いられた導通部材２１と同様の導通部材によって塞がれる。この導通部材としては、例えば半田が好適である。

４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅは全て同じ内径であり、それぞれに棒状のグランド線２３の挿入が可能になっている。４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅのそれぞれは、ＶＩＡホールとは異なる単なる誘電体１０に開けられた穴である。４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅのうち例えば空洞部１０ｂ内で地板１２の上にグランド線２３を直立させて、導通部材（不図示）で穴部１１ｃを塞ぐことで、空洞部１０ｂ内に挿入したグランド線２３と円板状導体１１とが導通する。空洞部１０ｂ〜１０ｅ内にグランド線２３を挿入することで、整合周波数が変化するので、４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅ内に１本のグランド線２３を入れ替えたり、４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅ内に少なくとも２本のグランド線２３を入れ替えたりすることで、整合周波数の調整を行うことができる。このように所謂カット・アンド・トライで整合周波数の調整を行う。

このように、第３実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ３によれば、誘電体１０内に設けられた４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅと、これらの空洞部１０ｂ〜１０ｅに挿入する棒状のグランド線２３とを有するので、４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅ内にグランド線２３を入れ替えることで、整合周波数の調整を行うことができる。

なお、第３実施形態に係る円板装荷モノポールアンテナ３では、４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅを有したが、空洞部の数に限定はなく任意である。また、４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅそれぞれの内径を同一としたが、異なるようにしてもよい。この場合、４つの空洞部１０ｂ〜１０ｅそれぞれに挿入できる外径のグランド線２３を複数本用意するとよい。

本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。例えば、円板状導体１１の大きさによって容量性が変わるので、それによっても微少ではあるが、整合周波数の調整を行うことができる。

本発明は、誘電体としてガラスエポキシ等のプリント基板を用い、該プリント基板のＶＩＡホールを利用して給電線やグランド線を構成するようにしても整合周波数の調整を行うことができるといった効果を有し、携帯電話やスマートフォン等の通信装置への適用が可能である。

１，２，３円板装荷モノポールアンテナ
１０誘電体
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ空洞部
１１円板状導体
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ穴部
１２地板
１３，２３グランド線
１３_１，１３_２，…，１３_ｎグランド線
１４給電線
１５給電点
１６，２１導通部材
２０空洞部

Claims

一面に円板状導体を有し、対向した面には地板を有した誘電体と、
前記円板状導体の面及び前記地板の面に対して略垂直方向に接続され、前記誘電体内に設置された棒状のグランド線と、
前記円板状導体の面に対して略垂直方向で、且つ、前記グランド線と略並行に前記円板状導体に接続され、前記誘電体内に設置された棒状の給電線と、を備えた円板装荷モノポールアンテナであって、
前記グランド線と前記給電線との間に前記円板状導体に穴部を有し、この穴部から前記円板状導体の面に対して略垂直方向で、この穴部から前記地板まで前記誘電体内に設けられた空洞部と、
前記空洞部の内側に当接し、一定以上の力が加わると前記穴部から遠ざかる方向に移動する導通部材と、を備え、
前記グランド線と前記給電線の一部が前記略垂直方向に前記空洞部内で露出し、前記導通部材を前記空洞部内に挿入すると、前記グランド線と前記給電線の一部が前記導通部材を介して導通する、
円板装荷モノポールアンテナ。
前記導通部材は、螺子形状を成し、前記グランド線と前記給電線の一部に接しつつ、前記略垂直方向に前記空洞部内を移動する、
請求項１に記載の円板装荷モノポールアンテナ。
一面に円板状導体を有し、対向した面には地板を有した誘電体と、
棒状のグランド線と、
前記円板状導体の面に対して略垂直方向に接続され、前記誘電体内に設置された棒状の給電線と、
前記円板状導体に穴部を有し、この穴部から前記円板状導体の面に対して略垂直方向で、この穴部から前記地板まで前記誘電体内に設けられた空洞部と、
前記穴部を塞ぐ導通部材と、を備え、
前記空洞部内で前記地板の上に前記グランド線を直立させ、前記導通部材で前記穴部を塞ぐと前記グランド線と前記円板状導体とが導通する、
円板装荷モノポールアンテナ。
外径が異なる複数の前記棒状のグランド線を有する、
請求項３に記載の円板装荷モノポールアンテナ。
前記穴部を複数設けた、
請求項３又は４に記載の円板装荷モノポールアンテナ。
前記導通部材が半田である、
請求項３乃至５のいずれか一項に記載の円板装荷モノポールアンテナ。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の円板装荷モノポールアンテナを備えた通信装置。