JP3695123B2

JP3695123B2 - アンテナ装置およびそれを用いた通信機

Info

Publication number: JP3695123B2
Application number: JP08133698A
Authority: JP
Inventors: 一也川端; 正二南雲
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JPH114117A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話などの移動体通信機器、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）などに用いられる表面実装型アンテナを実装基板に実装したアンテナ装置およびそれを用いた通信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の表面実装型アンテナを実装基板に実装したアンテナ装置においては、表面実装型アンテナの配置については特に考察されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、一端がグランド電極に接続され、他端が開放端となるストリップ状の放射電極を有するアンテナにおいては、放射電極の開放端とグランド電極との距離を小さくして、その間の静電容量を大きくすることによって共振周波数を下げるということが行われる。
【０００４】
しかしながら、この場合は放射電極とグランド電極との間に電界が集中するため、外部への電界の漏れが少なくなり、放射抵抗が高くなり、相対的に共振周波数の高い表面実装型アンテナに対してアンテナ利得が低くなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、実装基板に実装される複数の表面実装型アンテナのうちの共振周波数の低い表面実装型アンテナのアンテナ利得を改善することができるアンテナ装置およびそれを用いた通信機を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、実装基板に共振周波数の異なる複数の表面実装型アンテナを実装したアンテナ装置において、前記実装基板には、当該基板の略四角形状の端部側の面に複数の表面実装型アンテナが実装され、該複数の表面実装型アンテナのそれぞれは、絶縁体よりなる基体の一方主面にグランド電極を形成し、前記基体の少なくとも他方主面にストリップ状の放射電極を形成し、前記放射電極の一端は前記基体の他方主面あるいはいずれかの端面で開放端を形成し、他端は前記グランド電極と接続し、前記放射電極の開放端の近傍にギャップを介して給電電極を形成して形成し、該複数の表面実装型アンテナが実装されている上記実装基板の端部側の表裏一方側の面のほぼ全面にはグランド電極が形成されており、上記複数の表面実装型アンテナは、最も共振周波数の低い表面実装型アンテナを、グランド電極が形成されている上記実装基板の略四角形状の端部のコーナー部に最も近接させ、また、前記各表面実装型アンテナのそれぞれを上記コーナー部からの距離が異なる位置に配置させて、実装されており、相対的に共振周波数の低い前記表面実装型アンテナは、相対的に共振周波数のより高い前記表面実装型アンテナに対して、前記実装基板の端部のコーナー部により近い位置に配置されていることを特徴とする。また、本発明は、実装基板に共振周波数の異なる複数の表面実装型アンテナを実装したアンテナ装置において、前記複数の表面実装型アンテナのそれぞれは、絶縁体よりなる基体の一方主面と他方主面と４つの端面による６つの面の少なくとも１つの面にストリップ状の放射電極を連続的に形成し、前記放射電極の一端は開放端を形成し、他端は前記基体のいずれかの面に形成したグランド電極と接続し、前記放射電極に対応させて給電電極を形成して構成し、前記実装基板には、グランド電極が形成されているグランド部と、グランド電極が形成されていないグランド非形成部とが、グランド非形成部を実装基板の略四角形状の端部に配置して、隣り合わせに設けられており、前記複数の表面実装型アンテナは、前記グランド非形成部の共通領域に位置を異にして実装されていて、最も共振周波数の低い表面実装型アンテナは、前記実装基板の略四角形状の端部のコーナー部に最も近接させた位置に配置され、また、前記各表面実装型アンテナのそれぞれは上記コーナー部からの距離が異なる位置に配置されており、相対的に共振周波数の低い前記表面実装型アンテナは、相対的に共振周波数のより高い前記表面実装型アンテナに対して、前記実装基板の端部のコーナー部により近い位置に配置されており、前記実装基板は、前記表面実装型アンテナを実装した部分を除いて少なくともグランド電極を形成したことも特徴としている。
【０００７】
また、本発明のアンテナ装置は、前記表面実装型アンテナが、絶縁体よりなる基体の一方主面にグランド電極を形成し、前記基体の少なくとも他方主面にストリップ状の放射電極を形成し、前記放射電極の一端は前記基体の他方主面あるいはいずれかの端面で開放端を形成し、他端は前記グランド電極と接続し、前記放射電極の開放端の近傍にギャップを介して給電電極を形成したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のアンテナ装置は、前記表面実装型アンテナが、絶縁体よりなる基体の一方主面と他方主面と４つの端面による６つの面の少なくとも１つの面にストリップ状の放射電極を連続的に形成し、前記放射電極の一端は開放端を形成し、他端は前記基体のいずれかの面に形成したグランド電極と接続し、前記放射電極に対応させて給電電極を形成し、
前記実装基板は、前記表面実装型アンテナを実装した部分を除いて少なくともグランド電極を形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のアンテナ装置は、前記実装基板上に、一端が分岐して複数の前記表面実装型アンテナのそれぞれの給電電極に接続される結合用電極を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の通信機は、上記のアンテナ装置を搭載したことを特徴とする。
【００１１】
このように構成することにより、本発明のアンテナ装置は、実装基板に実装される複数の表面実装型アンテナのうちの共振周波数の低い表面実装型アンテナのアンテナ利得を改善することができる。
【００１２】
また、本発明の通信機は、周波数による利得のばらつきを改善し、コストダウンを図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のアンテナ装置について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に、本発明のアンテナ装置の一実施例を示す。図１において、アンテナ装置１は、実装基板２と、実装基板２に搭載された２つの表面実装型アンテナ３および４で構成される。実装基板２の一方主面２ａには結合電極５とグランド電極６が形成されている。そして、結合電極５の一端は２つに分けられ、それぞれ２つの表面実装型アンテナ３と４の給電電極に接続され、他端は信号処理回路（図示せず）に接続されている。
【００１５】
ここで、表面実装型アンテナ３の共振周波数は、表面実装型アンテナ４の共振周波数に比べて低くなっている。そして、表面実装型アンテナ３を実装基板２の２つの辺の交わる端部であるコーナー部に近接して配置し、それに対してコーナー部から離れる方向に表面実装型アンテナ３に隣接して表面実装型アンテナ４を配置している。
【００１６】
図２に、本実施例の表面実装型アンテナ３の構成を示す。図２において、表面実装型アンテナ３は、絶縁体の１つである樹脂やセラミックなどの誘電体でできた基体１０と、基体１０の一方主面に形成されたグランド電極１１、基体１０の他方主面に形成されたミアンダ状で長さが共振周波数の波長の約１／４の放射電極１２、および基体１０の一方主面から１つの端面を経由して他方主面にかけて形成された給電電極１３より構成される。放射電極１２の一端は基体１０の１つの端面を介してグランド電極１１に接続され、他端（開放端）はギャップ１４を介して給電電極１３と対向して配置されている。
【００１７】
このように構成された表面実装型アンテナ３において、給電電極１３に信号が入力されると、給電電極１３からギャップ１４を介して放射電極１２に信号が伝達される。放射電極１２は一端がショート、他端がオープンの１／４波長のスタブを形成しているので、入力された信号に従って共振する。このとき、主として放射電極１２の開放端とグランド電極１１との間に電界が生じ、その電界の一部が外部に漏れ出し、電波として放射される。
【００１８】
なお、表面実装型アンテナ４に関しては、表面実装型アンテナ３とほぼ同様の構成であるため、ここでは説明は省略する。
【００１９】
ここで、表面実装型アンテナ３と４を比較すると、表面実装型アンテナ３においては共振周波数を表面実装型アンテナ４より低くするために放射電極１２の長さを長くしたり、放射電極１２とグランド電極１１との間の静電容量を大きくしたりする必要がある。放射電極１２の長さを長くするのは表面実装型アンテナ３のサイズが大きくなり、かつ放射電極の導電損失によるアンテナ利得の低下を招く可能性があるため、これらを防止するために静電容量を大きくする方法が主として実施され、その場合は基体１０の厚みを薄くしたり、基体１０の材料を誘電率の高いものに変更したり、グランド電極１１を放射電極１２の開放端に近接するように回り込ませて形成したりすることが行われる。
【００２０】
しかし、放射電極１２とグランド電極１１との間の静電容量が大きくなると、共振時に放射電極１２とグランド電極１１との間に生じる電界がさらに集中し、外部に漏れ出す電界が少なくなるため、放射抵抗が大きくなり、アンテナ利得が低下する。
【００２１】
ところが、図１に示すように共振周波数の低い表面実装型アンテナ３を、共振周波数の高い表面実装型アンテナ４に比べて実装基板２の端部に近いところに配置すると、表面実装型アンテナ３の実装位置から一定の距離（例えば表面実装型アンテナ１つのサイズ程度）以内にあるグランド電極６の面積が表面実装型アンテナ４の実装位置から一定の距離以内にあるグランド電極６の面積よりも小さくなるため、表面実装型アンテナ３の放射電極１２の開放端とグランド電極１１およびグランド電極６との間の電気力線の経路が部分的に長くなり、電界の集中が緩和される。その分だけ電界の漏れ（つまり電波として放射されるエネルギー）が多くなるため、放射抵抗が低下し、アンテナ利得が改善される。
【００２２】
このように表面実装型アンテナ３および４を実装してアンテナ装置１を構成することにより、１つのアンテナ装置で２つの周波数に対応することができる。また、２つの表面実装型アンテナ３と４の共振周波数の差が小さくて大部分が重なっている場合には、広帯域な周波数に対応したアンテナ装置として動作させることもできる。さらに、複数の表面実装型アンテナを実装しても、共振周波数の低い表面実装型アンテナのアンテナ利得の低下を防止し、複数の表面実装型アンテナのアンテナ利得のばらつきを小さくすることができる。
【００２３】
なお、図２に示した表面実装型アンテナ３においては給電電極１３と放射電極１２の開放端を基体１０の他方主面において対向して形成しているが、これは基体１０のいずれかの端面において対向するように形成する構成としても構わない。
【００２４】
図３に、本発明のアンテナ装置の別の実施例を示す。図３において、アンテナ装置２０は、実装基板２１と、実装基板２１に搭載された２つの表面実装型アンテナ２２および２３で構成される。実装基板２１の一方主面２１ａには結合電極２４とグランド電極２５が形成されている。そして、結合電極２４の一端は２つに分けられ、それぞれ２つの表面実装型アンテナ２２と２３の給電電極に接続され、他端は信号処理回路（図示せず）に接続されている。
【００２５】
ここで、表面実装型アンテナ２２の共振周波数は、表面実装型アンテナ２３の共振周波数に比べて低くなっている。そして、表面実装型アンテナ２３を実装基板２１の端部であるいずれの辺からも離れた位置に配置し、表面実装型アンテナ２２を実装基板２１の端部である１つの辺と表面実装型アンテナ２３との間に配置している。これによって、表面実装型アンテナ２２の実装位置から一定の距離以内にあるグランド電極２５の面積が表面実装型アンテナ２３の実装位置から一定の距離以内にあるグランド電極２５の面積よりも小さくなる。
【００２６】
その結果、このように構成されたアンテナ装置２０においても、アンテナ装置１と同様に動作し、同様の作用・効果が得られる。さらに、この構成では、２つの表面実装型アンテナ２２と２３の偏波面が直交するため、表面実装型アンテナ間の相互作用が軽減できるという効果も得られる。
【００２７】
図４に、本発明のアンテナ装置のさらに別の実施例を示す。図４において、アンテナ装置３０は、実装基板３１と、実装基板３１の一方主面３１ａおよび他方主面３１ｂにそれぞれ搭載された２つの表面実装型アンテナ３３および３２で構成される。実装基板３１の一方主面３１ａには結合電極３４とグランド電極３５が形成されている。そして、結合電極３４の一端は２つに分けられ、それぞれ２つの表面実装型アンテナ３２と３３の給電電極に接続され、他端は信号処理回路（図示せず）に接続されている。
【００２８】
ここで、表面実装型アンテナ３２の共振周波数は、表面実装型アンテナ３３の共振周波数に比べて低くなっている。そして、表面実装型アンテナ３３を実装基板３１の一方主面３１ａの端部である２つの辺の交わるいずれのコーナー部からも離れた位置に配置し、表面実装型アンテナ３２を実装基板３１の他方主面３１ｂの端部である２つの辺の交わるコーナー部分に近接して配置している。また、結合電極３４の一端の表面実装型アンテナ３２の給電電極に接続する分岐部は、途中からスルーホールを介して他方主面３１ｂに回り込んで形成されている。これによって、表面実装型アンテナ３２の実装位置から一定の距離以内にあるグランド電極３５の面積が表面実装型アンテナ３３の実装位置から一定の距離以内にあるグランド電極３５の面積よりも小さくなる。
【００２９】
その結果、このように構成されたアンテナ装置３０においても、アンテナ装置１と同様に動作し、同様の作用・効果が得られる。さらに、この構成では、実装基板３１の裏面の有効利用も可能となり、実装基板の小形化にも役立つ。
【００３０】
図５に、本発明のアンテナ装置のさらに別の実施例を示す。図５において、アンテナ装置４０は、実装基板４１と、実装基板４１に搭載された２つの表面実装型アンテナ４２および４３で構成される。実装基板４１の一方主面４１ａには結合電極４４とグランド電極４５が形成されている。ただし、グランド電極４５は表面実装型アンテナ４２および４３の実装面には基本的に形成されていない、そして、結合電極４４の一端は２つに分けられ、それぞれ２つの表面実装型アンテナ４２と４３の給電電極に接続され、他端は信号処理回路（図示せず）に接続されている。
【００３１】
ここで、表面実装型アンテナ４２の共振周波数は、表面実装型アンテナ４３の共振周波数に比べて低くなっている。そして、表面実装型アンテナ４２を実装基板４１の２つの辺の交わる端部であるコーナー部に近接して配置し、それに対してコーナー部から離れる方向に表面実装型アンテナ４２に隣接して表面実装型アンテナ４３を配置している。
【００３２】
図６に、図５の実施例に用いられる表面実装型アンテナの構成を示す。図６において、表面実装型アンテナ４２は、絶縁体の１つである樹脂やセラミックなどの誘電体でできた基体５０と、基体５０の１つの端面から一方主面にかけて形成されたグランド電極５１、基体５０の他方主面にコ字状に形成された放射電極５２、および基体５０の一方主面から１つの端面を経由して他方主面にかけて形成された給電電極５３より構成される。放射電極５２の一端はグランド電極５１接続され、他端は開放端となっている。給電電極５３は放射電極５２の開放端に対応して、グランド電極５１に隣接して放射電極５２の開放端側とは反対の側に配置されている。
【００３３】
図５に戻り、このように構成された表面実装型アンテナ４２において、給電電極５３に信号が入力されると、給電電極５３と放射電極５２の開放端との間で形成される静電容量を介して、給電電極５３から放射電極５２に信号が伝達される。放射電極５２は一端がグランド電極５１に接続され、他端が開放端となっているが、開放端とグランド電極５１および実装基板４１のグランド電極４５との間の静電容量と放射電極５２自身のインダクタンスによってＬＣ共振回路として動作する。このとき、放射電極５２の開放端とグランド電極５１および実装基板４１のグランド電極４５との間に電界が生じ、その電界の一部が外部に漏れ出し、電波として放射される。
【００３４】
ここで、グランド電極５１および実装基板４１のグランド電極４５と放射電極５２の開放端との間の静電容量は、図２に示した表面実装型アンテナ３におけるグランド電極１１と放射電極１２の開放端との間の静電容量と同じ働きをしているため、図５のように共振周波数の低い表面実装型アンテナの方を実装基板の端部により近い位置に配置することにより、表面実装型アンテナ４２の実装位置から一定の距離以内にあるグランド電極４５の面積が表面実装型アンテナ４３の実装位置から一定の距離以内にあるグランド電極４５の面積よりも小さくなるため、図１に示した実施例と同様に動作し、同様の作用・効果を示す。
【００３５】
なお、詳細な説明は省略するが、表面実装型アンテナ４２および４３を図３および図４に示した実施例と同様に構成しても、同様の作用・効果を示す。また、表面実装型アンテナ４２では、基体５０の他方主面にのみ放射電極５２を形成したが、放射電極を形成する面は他方主面に限らず、２つの主面と４つの端面のいずれの面に形成しても、またいくつの面に渡って形成しても構わない。さらに、給電電極の位置も、放射電極の開放端とグランド電極の間に形成したり、放射電極の開放端に対向して形成したりしても良い。
【００３６】
以上の実施例において、実装基板に搭載する表面実装型アンテナの数を２つとしたが、これは３つ以上の表面実装型アンテナを搭載する場合においても同様に、周波数の低い表面実装型アンテナの方から周波数の高い表面実装型アンテナへと順に、その実装位置から一定の距離以内にあるグランド電極の面積が大きくなるように、周波数の低い表面実装型アンテナほど実装基板の端部に近い位置に実装することにより、同様の作用・効果を示す。
【００３７】
また、以上の実施例における表面実装型アンテナにおいて、放射電極をミアンダ状やコ字状としたが、これは直線状やＬ字状などの他の形状でも良い。また、表面実装型アンテナの基体の材料を誘電体からなるとしたが、同じ絶縁体である磁性体材料を使用しても良い。
【００３８】
図７に、本発明の通信機の一実施例を示す。図７において、通信機６０は筐体６１の中に実装基板６２が設けられ、実装基板６２にはグランド電極６３および結合電極６４が形成されている。実装基板６２の端部には表面実装型アンテナ６５、６６が搭載されている。このうち、実装基板６２の端部により近い位置に配置された表面実装型アンテナ６５の方が、表面実装型アンテナ６６よりも低い周波数に設定している。表面実装型アンテナ６５、６６の給電電極（図示せず）とグランド電極は（図示せず）は実装基板６２の結合電極６４およびグランド電極６３にそれぞれ接続されている。さらに、結合電極６４は実装基板６２上に形成された切換回路６７を介して、同じく実装基板６２上に形成された送信回路６８および受信回路６９に接続されている。
【００３９】
このように、本発明のアンテナ装置を用いて通信機を構成することにより、表面実装型アンテナの搭載位置を考慮して２つの表面実装型アンテナの利得のバランスを取ったりする必要がなくなる。その結果、周波数による通信機の利得のばらつきを改善することができるとともに、通信機のコストダウンを図ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のアンテナ装置によれば、実装基板に複数の表面実装型アンテナを実装し、そのうちのより共振周波数の低い表面実装型アンテナを実装基板のより端部に近い位置に配置する。さらに実装基板上に、分岐して各表面実装型アンテナの給電電極に接続する結合電極を設ける。
【００４１】
これにより、１つのアンテナ装置で複数の周波数に対応することができる。また、複数の表面実装型アンテナの共振周波数の差が小さくてほとんど重なっている場合には、広帯域な周波数に対応したアンテナ装置として動作させることもできる。さらに、共振周波数の低い表面実装型アンテナのアンテナ利得を改善し、複数の表面実装型アンテナのアンテナ利得のばらつきを小さくすることができる。
【００４２】
また、本発明の通信機によれば、本発明のアンテナ装置を用いて構成することにより、表面実装型アンテナの搭載位置を考慮して２つの表面実装型アンテナの利得のバランスを取ったりする必要がなくなる。その結果、周波数による通信機の利得のばらつきを改善することができるとともに、通信機の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】本発明のアンテナ装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１のアンテナ装置に実装した表面実装型アンテナの構成を示す透過斜視図である。
【図３】本発明のアンテナ装置の別の実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明のアンテナ装置のさらに別の実施例を示す一部透過斜視図である。
【図５】本発明のアンテナ装置のさらに別の実施例を示す斜視図である。
【図６】図５のアンテナ装置に実装した表面実装型アンテナの構成を示す透過斜視図である。
【図７】本発明の通信機の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２０、３０、４０…アンテナ装置
２、２１、３１、４１…実装基板
２ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ…一方主面
３１ｂ…他方主面
３、４、２２、２３、３２、３３、４２、４３…表面実装型アンテナ
５、２４、３４、４４…結合電極
６、２５、３５、４５…グランド電極
６０…通信機

Claims

実装基板に共振周波数の異なる複数の表面実装型アンテナを実装したアンテナ装置において、前記実装基板には、当該基板の略四角形状の端部側の面に複数の表面実装型アンテナが実装され、該複数の表面実装型アンテナのそれぞれは、絶縁体よりなる基体の一方主面にグランド電極を形成し、前記基体の少なくとも他方主面にストリップ状の放射電極を形成し、前記放射電極の一端は前記基体の他方主面あるいはいずれかの端面で開放端を形成し、他端は前記グランド電極と接続し、前記放射電極の開放端の近傍にギャップを介して給電電極を形成して形成し、該複数の表面実装型アンテナが実装されている上記実装基板の端部側の表裏一方側の面のほぼ全面にはグランド電極が形成されており、上記複数の表面実装型アンテナは、最も共振周波数の低い表面実装型アンテナを、グランド電極が形成されている上記実装基板の略四角形状の端部のコーナー部に最も近接させ、また、前記各表面実装型アンテナのそれぞれを上記コーナー部からの距離が異なる位置に配置させて、実装されており、相対的に共振周波数の低い前記表面実装型アンテナは、相対的に共振周波数のより高い前記表面実装型アンテナに対して、前記実装基板の端部のコーナー部により近い位置に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
実装基板に共振周波数の異なる複数の表面実装型アンテナを実装したアンテナ装置において、前記複数の表面実装型アンテナのそれぞれは、絶縁体よりなる基体の一方主面と他方主面と４つの端面による６つの面の少なくとも１つの面にストリップ状の放射電極を連続的に形成し、前記放射電極の一端は開放端を形成し、他端は前記基体のいずれかの面に形成したグランド電極と接続し、前記放射電極に対応させて給電電極を形成して構成し、前記実装基板には、グランド電極が形成されているグランド部と、グランド電極が形成されていないグランド非形成部とが、グランド非形成部を実装基板の略四角形状の端部に配置して、隣り合わせに設けられており、前記複数の表面実装型アンテナは、前記グランド非形成部の共通領域に位置を異にして実装されていて、最も共振周波数の低い表面実装型アンテナは、前記実装基板の略四角形状の端部のコーナー部に最も近接させた位置に配置され、また、前記各表面実装型アンテナのそれぞれは上記コーナー部からの距離が異なる位置に配置されており、相対的に共振周波数の低い前記表面実装型アンテナは、相対的に共振周波数のより高い前記表面実装型アンテナに対して、前記実装基板の端部のコーナー部により近い位置に配置されており、前記実装基板は、前記表面実装型アンテナを実装した部分を除いて少なくともグランド電極を形成したことを特徴とするアンテナ装置。
前記実装基板上に、一端が分岐して複数の前記表面実装型アンテナのそれぞれの給電電極に接続される結合用電極を設けたことを特徴とする、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載のアンテナ装置を搭載したことを特徴とする通信機。