JP3663888B2 - 表面実装型アンテナおよびそれを搭載した通信機 - Google Patents

表面実装型アンテナおよびそれを搭載した通信機 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装型アンテナおよびそれを搭載した通信機、特に移動体通信機などに用いられる表面実装型アンテナおよびそれを搭載した通信機に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の移動体通信機、特にPHSなどの携帯電話の小形化・軽量化が進む中で、そこに搭載されるアンテナにおいても更なる小形化が要求されるようになってきている。
【0003】
図8に、従来の表面実装型アンテナとして、特開平10−13139号公報にその基本構成が示されている表面実装型アンテナを示す。図8において、表面実装型アンテナ1は、絶縁体の1つであるセラミックスや樹脂などの誘電体からなる直方体状の基体2の表面にいくつかの電極を形成して構成されている。まず、基体2の他方主面2bから1つの端面2dを介して再び他方主面2bにかけてストリップ状の放射電極3が形成されている。放射電極3の一端は開放端3aを形成し、他端は基体2の端面2cから一方主面2aにかけて形成された第1のグランド端子4に接続されている。また、基体2の他方主面2bには放射電極3に隣接して給電電極5が形成され、給電電極5の一端は基体2の端面2cから一方主面2aにかけて形成された給電端子6に接続されている。同じく、基体2の他方主面2bには放射電極3の開放端3aに近接してグランド電極7が形成され、グランド電極7の一端は基体2の端面2cから一方主面2aにかけて形成された第2のグランド端子8に接続されている。また、基体2の一方主面2aには放射電極3に接続して固定用端子9および10が形成されている。ここで、第1および第2のグランド端子4および8、給電端子6、固定用端子9および10の5つの電極は、表面実装型アンテナ1を実装基板(図示せず)に搭載するときに、実装基板側のグランド電極や給電線路、固定用電極と半田付けなどによって接続される電極であるため、その他の電極と区別するために端子と表現している。
【0004】
このように構成された表面実装型アンテナ1において、給電端子6に高周波信号が入力されると、給電電極5と放射電極3の開放端3aとの間に形成される静電容量を介して、放射電極3に高周波信号が伝達される。放射電極3は、放射電極3自身のインダクタンス成分と、開放端3aとグランド電極7との間に形成される静電容量とで共振し、その共振のエネルギーの一部が電波として空間に放射され、アンテナとして機能する。また逆に、表面実装型アンテナ1に入射した電波は放射電極3で共振し、そのエネルギーは放射電極3の開放端3aと給電電極5との間に形成される静電容量を介して給電電極5に伝達され、給電端子6から出力される。
【0005】
なお、表面実装型アンテナ1から放射される電波および受信する電波は、その電界成分が図8に示す座標で主としてz軸方向に振動する電波となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図8の表面実装型アンテナ1において、同じ共振周波数のまま小形化を図る方法としては、放射電極3の開放端3aとグランド電極7との間に形成される静電容量を増加させ、その分だけインダクタンス成分を減らすために放射電極3を短くし、これによって基体2のz軸方向の長さを短縮するということが考えられる。しかしながら、放射電極3の開放端3aとグランド電極7は基体2の同じ面、すなわち他方主面2b上で互いに近接させて形成しているため、静電容量を増加させるためには両者をさらに近づける必要があるが、厚膜印刷における印刷精度には限界があり、薄膜を利用する場合にはコストアップとなる可能性があり、静電容量の増加には技術的、価格的な面で限界があり、表面実装型アンテナ1の更なる小形化は難しいという問題があった。
【0007】
次に、図9に、表面実装型アンテナ1を実装基板に搭載した状態を示す。図9において、表面実装型アンテナ1の第2のグランド端子8は、実装基板11上のグランド電極12のうち第2のグランド端子8に対応して形成された部分12aに半田付けなどで接続されている。この時、放射電極3の開放端3aと実装基板11上のグランド電極12aとの間には基体2を介して比較的大きな静電容量13が形成される。そして、表面実装型アンテナ1の実装基板11上での位置がずれると、放射電極3の開放端3aと実装基板11上のグランド電極12aとの位置関係が変化し、静電容量13が大きくばらつき、それによって表面実装型アンテナ1の共振周波数や利得、帯域幅などの特性がばらつき、搭載後の調整が必要になるという問題もある。
【0008】
そこで、本発明は、小形で、実装基板に搭載した時の特性ばらつきの少ない表面実装型アンテナおよびそれを搭載した通信機を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の表面実装型アンテナは、一方主面、該一方主面と対向する他方主面および複数の端面を有する絶縁体からなる基体と、該基体の表面に一端を開放端として形成されたストリップ状の放射電極と、該放射電極の他端に接続して形成された第1のグランド端子と、前記基体の表面に形成された給電電極と、該給電電極に接続して形成された給電端子と、前記基体の端面に形成された第2のグランド端子と、該第2のグランド端子に接続されて形成されたグランド電極とを有し、前記放射電極の開放端を含む開放端側の電極部位は前記一方主面と他方主面の何れか片側の主面に、前記第2のグランド端子が形成されている基体の端面側とは反対側となる端面側から第2のグランド端子が形成されている端面側に向けて伸張形成され、前記グランド電極は前記放射電極の開放端側が形成された主面とは反対側となる主面に前記第2のグランド端子との接続部位から該第2のグランド端子が形成された端面とは反対側となる基体の端面に向けて伸張して形成され、前記放射電極の開放端側の電極部位は前記グランド電極が伸張する方向の基体の幅方向の中央寄り位置で基体を介して前記グランド電極と対面対向されていることを特徴とする。
【0010】
また、本発明の表面実装型アンテナは、前記第1および第2のグランド端子を接続して一体に形成したことを特徴とする。
【0011】
また、本発明の表面実装型アンテナは、前記第1および第2のグランド端子と前記給電端子を、前記基体の端面に設けた凹部に形成したことを特徴とする。
【0012】
また、本発明の通信機は、上記の表面実装型アンテナを搭載したことを特徴とする。
【0013】
このように構成することにより、本発明の表面実装型アンテナは小形化と実装基板への搭載時のばらつきの低減を図ることができる。また、本発明の表面実装型アンテナを搭載した通信機は小形化と実装コストの低減を図ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明の表面実装型アンテナの一実施例を示す。図1で、図8と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。
【0015】
図1の表面実装型アンテナ20において、基体2の一方主面2aには、放射電極3の開放端3aに対し基体2を介して対向させてグランド電極21が形成され、グランド電極21の一端は基体2の端面2cに形成された第2のグランド端子22に接続されている。
【0016】
このように、放射電極3の開放端3aを基体2の他方主面2bに形成し、グランド電極21を基体2の一方主面2aに開放端3aに対向させて形成しているため、両者が面で対向することにより対向面積が大きくなり、その結果、放射電極3の開放端3aとグランド電極21との間には大きな静電容量を容易に形成することができる。そのため、放射電極3の開放端3aとグランド電極21との間の静電容量を、従来の表面実装型アンテナ1の放射電極3の開放端3aとグランド電極7との間の静電容量に比べて容易に増やすことができ、その分だけ放射電極3のインダクタンス成分を減らすことができ、長さを短くして表面実装型アンテナ20の小形化を図ることができる。
【0017】
なお、本願発明者の実験によれば、従来の表面実装型アンテナ1と本発明の表面実装型アンテナ20を同じサイズで比較した場合、帯域幅が15.1MHzから15.3MHzに、XY面利得(偏波面がX−Y面に垂直、すなわち電界成分がZ軸方向に振動する電波に対する利得)が最大で−3.1dBdから−2.7dBdに、平均で−4.8dBdから−4.5dBdにそれぞれ改善しており、利得向上の効果も得られる。
【0018】
次に、図2に、表面実装型アンテナ20を実装基板に搭載した状態を示す。図2で、図9と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。図2において、表面実装型アンテナ20のグランド電極21は、実装基板11のグランド電極12のうち第2のグランド端子22に対応して形成された部分12aよりも大きく形成されている。そのため、放射電極3の開放端3aと実装基板11のグランド電極12aとの間に形成される静電容量は、放射電極3の開放端3aとグランド電極21との間で形成される静電容量に比べて十分に小さく、表面実装型アンテナ20の実装基板11上での位置が多少ずれても、静電容量の変化が少ないため共振周波数や利得、帯域幅などの特性があまりばらつかず、搭載後の調整がほとんど不用になる。
【0019】
図3に、本発明の表面実装型アンテナの別の実施例を示す。図3で、図1と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。
【0020】
図3の表面実装型アンテナ30において、放射電極31は基体2の他方主面2bから端面2dを介して基体2の一方主面2aにかけてストリップ状に形成され、その一端は開放端31aを形成し、他端は第1のグランド端子4に接続されている。また、基体2の他方主面2bには、放射電極31の開放端31aに対し基体2を介して対向させてグランド電極32が形成され、グランド電極32の一端は基体2の端面2cから一方主面2aにかけて形成された第2のグランド端子33に接続されている。すなわち、図1の表面実装型アンテナ20とは、放射電極の開放端と、それに対向させて形成されたグランド電極との位置関係が、基体2の一方主面2aと他方主面2bで逆になっている点だけが異なっている。
【0021】
このように、放射電極31の開放端31aを基体2の一方主面2aに形成し、グランド電極32を基体2の他方主面2bに形成しても、図1の表面実装型アンテナ20と同様に、放射電極31の開放端31aとグランド電極32との対向面積が大きくなることによって、放射電極31の開放端31aとグランド電極32との間の静電容量を大きく取ることができ、表面実装型アンテナ30の小形化を図ることができる。また、実装基板に搭載したときのアンテナ特性の変化も少なくすることができる。
【0022】
図4に、本発明の表面実装型アンテナのさらに別の実施例を示す。図4で、図1と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。
【0023】
図4の表面実装型アンテナ40において、放射電極41は基体2の他方主面2bから端面2dを介して再び他方主面2bにかけてストリップ状に形成され、その一端は開放端41aを形成し、他端はグランド端子42に接続されている。放射電極41の開放端41aはグランド電極22に対し基体2を介して対向させて形成されている。また、基体2の他方主面2bには給電電極43が形成され、給電電極43の一端は基体2の端面2cから一方主面2aにかけて形成された給電端子44に接続されている。また、グランド電極22も基体2の端面2cから一部を一方主面2aにかけて形成されたグランド端子42に接続されている。すなわち、グランド端子42は図1や図3の実施例に示した第1および第2のグランド端子が接続して一体に形成されて1つのグランド端子になったもので、第1および第2のグランド端子の両方の役割を果たすことになる。
【0024】
このように、第1および第2のグランド端子を接続して1つのグランド端子としても、図1の表面実装型アンテナ20と同様に表面実装型アンテナ40の小形化を図ることができる。また、実装基板に搭載したときのアンテナ特性の変化も少なくすることができる。
【0025】
図5に、本発明の表面実装型アンテナの別の実施例を示す。図5で、表面実装型アンテナ50は、セラミックスや樹脂などの誘電体からなる略直方体状の基体51の表面にいくつかの電極を形成して構成されている。なお、表面実装型アンテナ50は、後述のように集合基板を分割して得られる子基板として形成されている。
【0026】
図5において、基体51の他方主面51bにはストリップ状の放射電極52が形成されている。放射電極52の一端は開放端52aを形成し、他端は基体51の2つの端面の境界に設けられた略1/4円状の凹部の内側面に形成された第1のグランド端子53に接続されている。また、基体51の他方主面51bには放射電極52の開放端52aに対応して給電電極54が形成され、給電電極54の一端は基体51の端面51cに設けられた略半円状の凹部の内側面に形成された給電端子55に接続されている。同じく、基体51の一方主面51aには放射電極52の開放端52aに基体51を介して対向させてグランド電極56が形成され、グランド電極56の一端は基体51の2つの端面の境界に設けられた略1/4円状の凹部の内側面に形成された第2のグランド端子57に接続されている。また、基体51の端面51cに設けられた略半円状の凹部の内側面に形成された電極60は給電端子55の作成時に隣接する別の子基板に形成されるダミー電極である。なお、ここで、基体51の端面に設けられた各凹部およびその内側面に形成された電極は、集合基板において子基板どうしが隣接している境界部にスルーホールを形成し、その内側面に電極を形成したものを、子基板に分割することによって得られるものである。
【0027】
ここで、基体の端面に凹部を形成する一手法としてスルーホールを用いたものについて説明する。図6に、表面実装型アンテナ50を子基板に分割する前の集合基板を、子基板における基体51の他方主面51b側から見たものを示す。図6において、表面実装型アンテナ50は子基板の状態で分割線63を介して複数個連結して構成されており、隣接する子基板との境界部には6個のスルーホール62が形成されている。これより、スルーホール62の内側面の電極は、子基板に分割した状態で基体の端面に設けられた略半円状あるいは略1/4円状の凹部の内側面に形成された第1および第2のグランド端子53および57、給電端子55、ダミー電極60などとなることが分かる。
【0028】
このように、第1および第2のグランド端子53および57と給電端子55を、スルーホールを分割してなる凹部の内側面に形成した場合、図1の表面実装型アンテナ20と同様の作用・効果を示すとともに、表面実装型アンテナの多数個取りが可能となり、コストダウンを図ることができる。
【0029】
なお、基体の端面に設ける凹部はスルーホールを分割してなるものに限るわけではなく、別の方法によるものであっても構わないものである。
【0030】
また、上記の表面実装型アンテナの各実施例においては、基体を絶縁体の1つであるセラミックスや樹脂などの誘電体により構成したが、同じく絶縁体である磁性体を用いても構わないものである。また、上記の各実施例においては、説明上電極と端子を分離して形成していたが、これらは必ずしも何らかの境界で明確に分離できるものではなく、電極と端子が一体に形成されていても構わないものである。
【0031】
図7に、本発明の表面実装型アンテナを搭載した通信機の一実施例を示す。図7において、通信機70は筐体71の中に実装基板72が設けられ、実装基板72にはグランド電極73および給電電極74が形成されている。実装基板72のコーナー部分にはグランド電極73が形成されていない領域があり、ここに本発明の表面実装型アンテナ20が搭載されている。表面実装型アンテナ20の第1および第2のグランド端子と給電端子(図示せず)は実装基板72のグランド電極73および給電電極74にそれぞれ接続されている。さらに、給電電極74は実装基板72上に形成された切換回路75を介して、同じく実装基板72上に形成された送信回路76および受信回路77に接続されている。
【0032】
このように、本発明の表面実装型アンテナ20を実装基板72に搭載することにより、通信機70を小形化し、共振周波数や利得、帯域幅などの特性のばらつきを小さくして歩留まりを向上させ、コストダウンを図ることができる。
【0033】
なお、図7の実施例においては表面実装型アンテナ20を搭載して通信機70を構成したが、図3ないし図5に示した表面実装型アンテナ30、40または50を搭載して通信機を構成してもも同様の作用・効果を生じるものである。
【0034】
【発明の効果】
本発明の表面実装型アンテナによれば、放射電極の開放端とグランド電極を基体を介して対向させて形成することによって、放射電極の開放端とグランド電極との対向面積を大きくすることができる。その結果、放射電極の開放端とグランド電極との間の静電容量を増加させることができるため利得が向上し、しかも表面実装型アンテナの放射電極を短くしてアンテナの小形化を図ることができる。また、実装基板に搭載した状態においては、放射電極の開放端とグランド電極との間の静電容量のばらつきを小さくすることができ、共振周波数や利得、帯域幅などの特性ばらつきを小さくし、歩留まりを向上させてコストダウンを図ることができる。
【0035】
さらには、本発明の表面実装型アンテナを搭載して通信機を構成することにより、通信機の小形化とコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の表面実装型アンテナの一実施例の斜視図である。
【図2】図1の表面実装型アンテナを実装基板に搭載した状態を示す斜視図である。
【図3】本発明の表面実装型アンテナの別の実施例の斜視図である。
【図4】本発明の表面実装型アンテナのさらに別の実施例の斜視図である。
【図5】本発明の表面実装型アンテナのさらに別の実施例の斜視図である。
【図6】図5の表面実装型アンテナを子基板に分割する前の集合基板を示す図である。
【図7】本発明の通信機の一実施例の斜視図である。
【図8】従来の表面実装型アンテナの斜視図である。
【図9】図8の表面実装型アンテナを実装基板に搭載した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
2…基体
2a…一方主面
2b…他方主面
2c、2d…端面
3…放射電極
3a…放射電極の開放端
4…第1のグランド端子
5…給電電極
6…給電端子
9、10…固定用端子
20…表面実装型アンテナ
21…グランド電極
22…第2のグランド端子

Claims (4)

  1. 一方主面、該一方主面と対向する他方主面および複数の端面を有する絶縁体からなる基体と、該基体の表面に一端を開放端として形成されたストリップ状の放射電極と、該放射電極の他端に接続して形成された第1のグランド端子と、前記基体の表面に形成された給電電極と、該給電電極に接続して形成された給電端子と、前記基体の端面に形成された第2のグランド端子と、該第2のグランド端子に接続されて形成されたグランド電極とを有し、前記放射電極の開放端を含む開放端側の電極部位は前記一方主面と他方主面の何れか片側の主面に、前記第2のグランド端子が形成されている基体の端面側とは反対側となる端面側から第2のグランド端子が形成されている端面側に向けて伸張形成され、前記グランド電極は前記放射電極の開放端側が形成された主面とは反対側となる主面に前記第2のグランド端子との接続部位から該第2のグランド端子が形成された端面とは反対側となる基体の端面に向けて伸張して形成され、前記放射電極の開放端側の電極部位は前記グランド電極が伸張する方向の基体の幅方向の中央寄り位置で基体を介して前記グランド電極と対面対向されていることを特徴とする表面実装型アンテナ。
  2. 前記第1および第2のグランド端子を接続して一体に形成したことを特徴とする、請求項1に記載の表面実装型アンテナ。
  3. 前記第1および第2のグランド端子と前記給電端子は、前記基体の端面に設けた凹部に形成したことを特徴とする、請求項1または2に記載の表面実装型アンテナ。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の表面実装型アンテナを搭載したことを特徴とする通信機。
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