JP3835291B2 - アンテナ素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、頂部負荷型のモノポールアンテナ素子に関し、特に、広帯域で、表面自動実装可能で、しかも安価で構造が簡単、かつ、入力インピーダンス及び共振周波数の微調整が容易に行えるアンテナ素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコン等のコンピュータの普及により、コンピュータ間のネットワーク化が急速に進んでおり、コンピュータ間をネットワークケーブル等で配線することなく簡単にコンピュータ・ネットワークを構築することができる無線ＬＡＮ機器に注目が集まっている。
【０００３】
このような機器のなかには、無線を介してコンピュータ間でやり取りされるデータを送受信するアンテナ素子（以下、単にアンテナと記載する）が含まれる。例えば、５ＧＨｚ帯を使用してデータの送受信を行うアンテナの構造は後で詳細に説明するが、主として、金属などの導体からなる円板、これを支える誘電体、プリント板、及び一端が当該円板の中心に接続され、他端が当該プリント板に接続される導体のモノポールから構成されている例がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、無線ＬＡＮシステムは、そのシステムの利便性から各国の通信機構において周波数割当が拡大される傾向にあり、無線ＬＡＮシステムに使用するアンテナを広帯域化する技術が必要となってきている。
【０００５】
また、このような無線ＬＡＮの普及により、各製造メーカにとっては、ハードウエアの原価を低減させることが重要な課題となり、安価なアンテナを実現するための表面自動実装可能なアンテナ構造についてのアイデアも重要である。
【０００６】
更に、各製造メーカの製造検査部門において、アナログＲＦ特性の調整は必ず行われる作業であるが、こうした調整をアンテナ単体において実施できれば、製品の直行率（歩留まり）を改善することができ、結果的に、アンテナに関するトータルコストを低減することができる。
【０００７】
しかし、上述した構成を有する従来のアンテナでは、本発明のアンテナを凌ぐ広帯域特性やアンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の微調整機能には対応できない。
【０００８】
また、アンテナを表面実装するための位置固定とハンダ付けが簡単にできない上に、アンテナの給電部である垂直エレメント下底部のハンダ付け確認において、目視による簡単な方法を採用することができない。
【０００９】
更に、上記モノポールと円板との接続は、場合によりこれらを一体のものから切削するか、鋳型によって成形を行うか、あるいは、これらを別々に作ってハンダ等で接合することによって行われ、いずれの方法をとっても製造コストは比較的高いのが現状である。
【００１０】
また、製造後にアンテナ部分の微調整が容易にできないため、直交率（歩留まり）を効率的に改善することができず、結果的に安価なアンテナの供給を不可能にしている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、本来、アンテナの先端上部に円環等の負荷を装荷したアンテナを発展させたものである。この種のアンテナは、例えばコロナ社「アンテナ・電波伝搬」Ｐ６９及びＰ７０に説明されている。当初は、電波の仰角面内における放射角度を低くおさえることが目的であったが、アンテナ自身の低姿勢化の効果も存在する。時代的背景として、本アンテナは周波数の低い中波などで使用されていたため、仰角面内の放射角度の改善や低姿勢化が主目的であり、今日の無線ＬＡＮに用いられる２．４ＧＨｚや５ＧＨｚで実現された場合の実装上の利便性や、広帯域化、調整の容易さには目がむけられていなかったものである。
【００１２】
従って、本発明の目的は、従来のアンテナと比べて構造が単純で、製造コストのかからない表面自動実装可能な安価なアンテナを提供することである。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、広帯域なアンテナを提供することである。
【００１４】
また、本発明の更に他の目的は、アンテナの入力インピーダンス及び共振周波数の微調整を容易に行うことができるアンテナを提供することである。
【００１５】
本発明の実施態様によれば、縦に延びる円筒状導体を表面に有するとともに、前記円筒状導体の内部に誘電体を有する垂直エレメントと、前記円筒状導体の上端に接続され、当該接続点から横に延びる放射状の導体で構成された頂部板を下面に取り付けた誘電体の天板と、前記垂直エレメントと天板を支えるために天板端より下方に設けた棒状もしくは面状の誘電体の足とを有し、前記垂直エレメントの誘電体と、前記天板の誘電体と、前記足の誘電体とがモールド技術で一体成型した誘電体により構成されるアンテナ素子が提供される。
【００１７】
本発明の実施態様によれば、縦に延びる円筒状導体を表面に有するとともに、前記円筒状導体の内部に誘電体を有する垂直エレメントと、前記円筒状導体の上端に接続され、当該接続点から横に延びる放射状の導体で構成された頂部板を下面に取り付けた誘電体の天板と、前記垂直エレメントと天板を支えるために天板端より下方に設けた棒状もしくは面状の誘電体の足とを有し、前記垂直エレメントの誘電体と、前記天板の誘電体と、前記足の誘電体とがモールド技術で一体成型した誘電体により構成され、前記垂直エレメントの形状を逆円錐台にしたアンテナ素子が提供される。
【００１８】
本発明の実施態様によれば、縦に延びる円筒状導体を表面に有するとともに、前記円筒状導体の内部に誘電体を有する垂直エレメントと、前記円筒状導体の上端に接続され、当該接続点から横に延びる放射状の導体で構成された頂部板を下面に取り付けた誘電体の天板と、前記垂直エレメントと天板を支えるために天板端より下方に設けた棒状もしくは面状の誘電体の足とを有し、前記垂直エレメントの誘電体と、前記天板の誘電体と、前記足の誘電体とがモールド技術で一体成型した誘電体により構成され、前記誘電体表面にアンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の調整用導体パターンを設けたアンテナ素子が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
最初に、従来のアンテナの構造について説明する。図２１には、例えば、特開平０８−０９６２６号公報記載の従来の平面アンテナの構造図が示されている。
【００２０】
図２１に示すアンテナは、金属などの導体よりなる円板２０１、同じく金属などの導体よりなる棒状の垂直エレメント２０２、及び金属などの導体よりなるグランド板２０３、円板２０１と垂直エレメント２０２を支える誘電体２０４より構成される。垂直エレメント２０２の上端部は、円板２０１の中心に接続されている。
【００２１】
上記アンテナは、通常プリント板上に形成されたマイクロストリップラインの接続ポイントに搭載され、垂直エレメント２０２の下端部はマイクロストリップラインの給電部と接続される。また、グランド板２０３はマイクロストリップラインのグランドパターン部と接続される。
【００２２】
このとき、垂直エレメント２０２の下端部とマイクロストリップラインの給電部、並びにグランド板２０３とマイクロストリップラインのグランドパターン部は、ハンダ付け等によって接続される。
【００２３】
次に、従来のアンテナの電気的な動作原理について説明する。
【００２４】
図２０（ａ）（ｂ）は、従来のアンテナにおける動作原理図が示されており、図２０（ａ）は、通常の１／４波長モノポールアンテナである。放射エレメント１００の高さＨＡは、約１／４波長になっており、放射エレメントの根元より給電する。このとき、高周波電流ｉが流れ、垂直偏波の電波が放射される。
【００２５】
図２０（ｂ）は、通常の１／４波長モノポールアンテナと類似している。当該アンテナも高さＨＢの垂直エレメント１０１の根元より給電するが、１／４波長モノポールアンテナとの違いは、垂直エレメント１０１の先端部分が半径Ｒの円板１０２になっていることである。そして、垂直エレメント１０１の高さＨＢと先端部分の半径Ｒの合計がエレメント１００の高さＨＡにほぼ等しくなっている。また、図２０（ａ）と同様に高周波電流ｉｍが流れ、垂直偏波の電波が放射される。
【００２６】
図２０（ｂ）では、高周波電流は円板１０２上で放射状に電流が流れると考えられるが、この円板１０２上の放射状の電流はベクトル的にキャンセルされるため、水平偏波の電波は放射されない。
【００２７】
図２０（ｃ）は、本発明のアンテナ（図３）の断面図である。この場合の動作原理も図２０（ｂ）と類似である。給電部８から給電され、高周波電流ｉｎが垂直エレメント３の外周上を流れ、垂直偏波の電波が放射される。円板６には、上記同様放射状に高周波電流が流れるが、ベクトル的にキャンセルされるので、水平偏波は放射されない。ただし、図１５（ａ）、（ｄ）のように対称性のない形状の導体板が用いられている場合は、この高周波電流は完全にはキャンセルされないため、残留電流の振幅に応じた水平偏波の電波も放射されることになる。この水平偏波成分の放射は、アンテナの用途に応じて故意に放射させる設計もありえるので、アンテナとしての優劣を単純に評価する指標ではない。
【００２８】
具体的な寸法においては、図２０（ｂ）の高さＨＢおよび半径Ｒは、図２０（ｃ）の高さＨ’及び等価半径Ｒ’に概ね一致して考えて差し支えない。また、垂直エレメント３の直径Ｓは、細くするとＲとＲ’が一致する傾向になるため、共振周波数の一致という観点から、なるべく細い方が設計上容易となる。
【００２９】
なお、本アンテナの広帯域性は、図２０（Ｃ）のように、垂直エレメント３が円筒状になっていることによる効果が大と考えられる。これはエレメントを太くすることにより、本来の共振周波数と多少ずれた周波数においても太いエレメントを流れる電流の経路に幅ができるためである。
【００３０】
即ち、波長の長い電波は斜めに電流が流れることで、波長の短い電波は最短距離で垂直電流が流れることにより共振できるからである。また、高周波においては表皮効果により電流は導体表面しか流れないため、構造上は円筒の導体面で十分となる。
【００３１】
また、図２０（ｃ）においては、天板２や垂直エレメント３の構成と一体になった誘電体が用いられ、当該誘電体の誘電率は２〜６程度の場合が多く誘電率の影響に見合った波長短縮、即ち、寸法の短縮を見込む必要がある。具体的な事例としては、５ＧＨｚ帯で設計した場合、比誘電率が４程度で、Ｈ’が約５ｍｍ、Ｒ’が約３ｍｍ、Ｓが約１ｍｍ程度となる。
【００３２】
次に本発明のアンテナの構造について説明する。本発明の第１の実施形態のアンテナを上方向から見た斜視図を図１（ａ）に、下方向から見た斜視図を図１（ｂ）に示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）において、本発明の第１の実施形態のアンテナ１は、誘電体よりなる天板２と、内部が誘電体で表面が金属などの導体よりなる垂直エレメント３と、誘電体よりなる足４より構成される。
【００３３】
前記足４の底部には、ボス５が配置されており、ボス５を含む足４の底面及び足４の下側部の表面が金属などの導体部７で覆われた構造となっている。さらに、天板２の裏側には、金属などの導体よりなる円板６が配置され、円板６と垂直エレメント３は電気的に接続されている。誘電体の材料には、はんだ付けの耐熱性、及び誘電率、誘電損失を考慮して、液晶ポリマー等があげられる。
【００３４】
本発明のアンテナを真上から見た上面図を図２（ａ）に、真下から見た底面図を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）及び図２（ｂ）において、本発明のアンテナ１の垂直エレメント３は円板６の中心に位置している。
【００３５】
本発明のアンテナの図２（ｂ）Ａ−Ａ’面における断面図を図３（ａ）に、図２（ｂ）Ｂ−Ｂ’面における断面図を図３（ｂ）に示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、本発明のアンテナ１の垂直エレメント３は内部が誘電体よりなり、その側面及び底面が導体で覆われている。円板６は天板２の下面に配置され、垂直エレメント３の上部で電気的に接続されている。垂直エレメント３の底面には給電部８がある。また足４の底面にはボス５が配置され、ボス５を含む底面全体が導体で覆われた導体部７が付いた構造となっている。
【００３６】
本発明のアンテナの足４における底面部分の詳細図を図４に示す。図４において、本発明のアンテナ１の足４はボス５を含む底面全体が導体で覆われ、かつ足４の下側の外側壁面にも導体部７が配置された構造となっている。本実施例ではボスを設けているが、必要に応じてボスの無い構造も取れる。
【００３７】
図５から図１１は、本アンテナを実際に使用した場合の実装例を示したものである。図５は、本アンテナ１をプリント板１０に搭載した実装例１である。図５において、プリント板１０は、下側にグランド板１１、上側にマイクロストリップライン８を有している。アンテナ１の足４は、銅箔のランドパタ−ン１２の上に配置され、ハンダ付けされる。一方、垂直エレメント３の底部も銅箔よりなるマイクロストリップライン８の先端の給電点９で接触するようになっていて、ここでハンダ付けされる。通常、足４及び垂直エレメント３のハンダ付けは、表面自動実装技術により実装される。
【００３８】
本発明のアンテナ実装面であるプリント板１０の上側のプリントパタ−ン例を図６に、実装状態の断面図を図７に示す。図６において、銅箔よりなる４つのランドパタ−ン１２の内側には、それぞれ、スル−ホ−ル１３が構成されており、プリント板１０の下側に設けられたグランド板１１と接続されている。また、銅箔よりなるマイクロストリップライン８の先端部分には、給電点９がある。
【００３９】
図７は図６のプリントパタ−ンに本発明のアンテナを実装した例における断面図である。図７において、足４の底面のボス５がスル−ホ−ル１３にはまり込み、位置が固定される。そして、ランドパタ−ン１２上でハンダ付け１４により固定される。また、垂直エレメント３の下底部も給電点９でハンダ付け１４により、固定される。
【００４０】
なお、図７の構造において、スルーホール１３と足４のボス５を設けずに、足４をランドパターン１２に直接ハンダ付けする方法も有効である。
【００４１】
図８は図５と同様に、本アンテナ１をプリント板２０に搭載した実装例２である。図８において、プリント板２０は上側にグランド板２１とマイクロストリップライン２２、下側にグランド板２３を有している。垂直エレメント３の下底部はマイクロストリップライン２２の先端の給電点２４で接触し、ハンダ付けされる。グランド板２１とグランド板２３はスル−ホ−ル２５によって、電気的に接続されている。この場合、スル−ホ−ル２５は、グランド板２１とグランド板２３が高周波的に同電位となるように、多数設けられる。実際には、使用波長の１／５〜１／２０程度の間隔で設けられることが多い。また、アンテナ１の足４は、グランド板２１とハンダ付けされて接続される。
【００４２】
図９は、図８の実装方法をとった場合におけるプリント板２０のプリントパタ−ン例である。図９において、４つのスル−ホ−ル２６は図７の例と同様にアンテナ１の足４のボス５がはまり込むため、適切な径となっている必要がある。また、スル−ホ−ル２５は、前述したように、グランド板２１とグランド板２３を高周波的に同電位とするために設けているので、その径は適当に選ばれればよい。また、銅箔よりなるマイクロストリップライン２２の先端部分には、給電点２４がある。
【００４３】
図１０は、本アンテナ１をプリント板３０に搭載した実装例３である。図１０において、プリント板３０は上側にグランド板３１、下側にマイクロストリップライン３２を有している。この場合、垂直エレメント３の下底部は銅箔よりなるランドパタ−ンの給電点３３で接触し、ハンダ付けされる。給電点３３はスル−ホ−ル３４を介して下側のマイクロストリップライン３２に電気的に接続される。また、アンテナ１の足４は、グランド板３１とハンダ付けされて接続される。
【００４４】
図１１は、図１０の実装方法をとった場合におけるプリント板３０の実装プリントパタ−ン例である。図１１において、４つのスル−ホ−ル３５は図７の例と同様にアンテナ１の足４のボス５がはまり込むため、適切な径になっている必要がある。また、グランド板３１と絶縁された状態でランドパターンの給電点３３がある。
【００４５】
図１２（ａ）（ｂ）は、本発明の第２の実施形態のアンテナの構造を示した下面図である。図１２に示すように、図１のアンテナでは足４は４本あるが、本第２の実施形態によれば足４は図１２（ａ）のように２本、または図１２（ｂ）のように３本でも構成できる。また、安定に実装できるのであれば、１本でもよいと言える。
【００４６】
図１３（ａ）（ｂ）は、本発明の第３の実施形態のアンテナの構造を示した図である。図１３（ａ）の斜視図に示すように、図１で構成したアンテナの足４を１つとする代わりに、幅の広い足４１としており、一つの足４１に対してボス４２は２つ付いている。これは足４１が一つでも、より安定に実装できるように配慮したものであり、ボス４２の数は任意でよい。また、天板４０も４角形であるが、特に形状を制限するものではない。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の縦断面図であるが、垂直エレメント３や円板６、ボス４２を含む足４１の底面導体部４３の配置においては、図１の構成とほぼ同じである。
【００４７】
これまで、本発明のアンテナにおいては頂部に円板が使用されてきたが、このアンテナの頂部の形状として、様々な他の形状を選択することができる。図１４には、本発明のアンテナを底面から見た頂部の他の形状例１を示したものである。図１４（ａ）は比較のために、図１と同じ円形の円板６を用いた例である。図１４（ｂ）は円板６の替わりに楕円の導体板５０を用いた例である。図１４（ｃ）では正方形の導体板５１を用いた例である。図１４（ｄ）では長方形の導体板５２を用いた例である。図１４（ｅ）では平行四辺形の導体板５３を用いた例である。図１４（ｆ）では菱形の導体板５４を用いた例である。これらはすべて金属などの導体で構成される。
【００４８】
図１５には図１４同様、本発明のアンテナを底面から見た頂部の他の形状例２を示したものである。図１５（ａ）は円板６の替わりに台形の導体板５５を用いた例である。図１５（ｂ）は８角形の導体板５６を用いた例である。図１５（ｃ）は１２角形の導体板５７を用いた例である。図１５（ｄ）では螺旋状の導体板５８を用いた例である。図１５（ｅ）では２重の円環状の導体板を用いた例である。これらも、すべて金属などの導体で構成される。
【００４９】
図１６は、本アンテナの縦断面の形状、主に垂直エレメントの形状に関する他の実施例を示したものである。図１６（ａ）は、下底面を球状にした垂直エレメント６０を用いた例である。これは、ハンダ付けの際にハンダ付着の面積が増し、接続強度を強くすることができる。図１６（ｂ）は、逆円錐台形状の垂直エレメント６１を用いた例である。図１６（ｃ）は、図１６（ｂ）の天板中央上部に穴６２を付加した例である。これは、本アンテナの天板中央上部に穴６２を開けることにより、誘電体の厚さが変化し、アンテナの入力インピーダンス及び共振周波数の微調整ができるようにしたものである。図１６（ｂ）（ｃ）は垂直エレメントを逆円錐台形状にすることにより、本アンテナをモールド技術で一体成型する際の抜き作業を楽に実施できるようにしたものである。また、同時にアンテナ特性の広帯域化を実現することができる。
【００５０】
図１７は、本アンテナの足４の側面に調整用導体パターンを有した実施例を示したものである。図１７（ａ）は、足４の側壁面に縦に伸びた線状または帯状の導体パターン７０を用いた例である。同様に図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の縦に伸びた線状または帯状の導体パターンを底面側壁部の導体である導体部７と電気的に接続した導体パターン７１を用いた例である。図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）の導体パターン７１をクランク状に形成した導体パターン７２を用いた例である。図１７（ｃ）の応用として、図１７（ｃ）の導体パターン７２の下部が足４の底面側壁部の導体部７と接続していない場合も考えることができる。また、これらの導体パターンを足４の裏側（内側）に配置することも可能である。
【００５１】
図１８は、本アンテナの天板２の上面及び側面に調整用導体パターンを用いた例である。図１８（ａ）は、天板２の上面に導体パターン８０を用いた例である。この天板２の上面導体パターン８０の形状は、図１４、図１５で示したような形状応用が考えられる。図１８（ｂ）は、天板２の側面に外周状に伸びた線状または帯状の導体パターン８１を配置した例である。図１８（ｃ）は、図１８（ｂ）の導体パターンを足４の側面方向に逆Ｌ字形状に延長した導体パターン８２を用いた例である。
【００５２】
図１９は、本アンテナの天板２の上面に小さな導体パタ−ン９０を配置した例である。この導体パターン９０は、本アンテナを成形する過程において、工程を容易にするためのものである。
【００５３】
本発明のアンテナは図１に示すように、従来のアンテナでは実現できなかった表面自動実装を可能とするために、金属導体でできた足４の下底部に位置固定用のボス５を備え、垂直エレメントアンテナ素子３の下底部もハンダ付けしやすい構造に工夫したものである。さらに、本発明のアンテナの給電部である垂直エレメント３の下底部が目視できる構造となっているため、実装後にアンテナにとって最も重要な給電部分のハンダ接続を目視によって検査し、確認ができる。
【００５４】
また、無線ＬＡＮカードのようなアンテナとＲＦ回路が一体化して実装されるような装置においては、個別の調整、即ちアンテナ及びＲＦ回路を別々に調整して組み合わせることができない（一体化実装していて特性検査のためのコネクタがでていない）ため、ＲＦ部分以外にアンテナ部分でも、最終的な整合状態を調整する必要があり、このようなアンテナ部分の調整は、あらかじめ図１７、図１８のような金属導体パターンを設けておき、あとで削り取ることによって、調整が可能である。この方法は、量産製造工程における導体パターン作成マスクの変更も容易であるため、短期間での量産、設計変更に有効である。
【００５５】
例えば、本アンテナをプリント板に搭載した機器を新規に設計し、毎月１０００台づつ量産する場合をシュミレーションすると以下のようになる。アンテナ自身は図１７、図１８のような導体パターンを設けて周波数を合わせこみ、アンテナ単体で量産する。その後、本アンテナを製品用のプリント板に実装し、カバ−等をつけた場合に共振周波数がずれてしまっても、その月の１０００台は、上記導体パターン部分をカッタ−等で削ることによって対応できる。そして、削る量が明確になったら量産時の導体パターン作成マスクをすぐに変更し、次の月の生産からはアンテナ無調整とすることができる。
【００５６】
近年のＬＡＮ機器やＰＤＡ機器では、新規製品になるたびに筐体の構造がかわり、アンテナもあらかじめ試作を必要としたが、本アンテナを用いれば試作の必要も無く、開発費並びに開発期間の短縮に大いに貢献すると考えられる。
【００５７】
本明細書ではここまで、本発明のアンテナについていくつかの実施形態を説明してきたが、これらの実施形態を任意に組み合わせて、本発明のアンテナを構成することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モールド技術で一体成型した天板とその中央から下部に延びた棒状の垂直エレメント並びに天板と垂直エレメントを支える足を持つ形状の誘電体を形成し、当該誘電体の垂直エレメント表面と天板裏面の表面において金属導体でできた放射エレメントアンテナ素子と頂部アンテナ素子を構成し、さらに金属導体でできた足の下底部に位置固定用のボスを構成するようにしたため、構造が単純で、製造コストのかからない表面自動実装可能な安価なアンテナを提供することができる。
【００５９】
また、本発明のアンテナ構造は、アンテナの給電部である垂直エレメント下底部が目視できる構造となっているため、実装後における給電部分のハンダ付け確認を簡単な目視による検査で実施することができる。
【００６０】
更に、本発明のアンテナは、垂直エレメントの形状を逆円錐台に形成したため、広帯域特性のアンテナを提供することができる。
【００６１】
また、本発明のアンテナは、モールド技術で一体成型した誘電体表面に調整用金属導体パターンを設け、その金属導体パターンを必要に応じて削り取ることにより、アンテナの入力インピーダンス及び共振周波数の微調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のアンテナ１を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のアンテナ１を真上から見た上面図と真下から見た底面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のアンテナ１の図２（ｂ）Ａ−Ａ’面における断面図と図２（ｂ）Ｂ−Ｂ’面における断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のアンテナ１の足４における底面部分の詳細図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のアンテナ１を実際に使用した場合の実装例１を示したものである。
【図６】本発明の第１の実施形態のアンテナ実装面であるプリント板１０の上側のプリントパタ−ン例である。
【図７】図６のプリントパタ−ンに本発明のアンテナ１を実装した例における断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態のアンテナ１をプリント板２０に搭載した実装例２である。
【図９】本発明の第１の実施形態のアンテナ１において、図８の実装方法をとった場合におけるプリント板２０のプリントパタ−ン例である。
【図１０】本発明の第１の実施形態のアンテナ１をプリント板３０に搭載した実装例３である。
【図１１】本発明の第１の実施形態のアンテナ１において、図１０の実装方法をとった場合におけるプリント板３０の実装プリントパタ−ン例である。
【図１２】本発明の第２の実施形態のアンテナの構造を示した下面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態のアンテナの構造を示した図（斜視図、縦断面図）である。
【図１４】本発明のアンテナを底面から見た頂部の他の形状例１を示したものである。
【図１５】本発明のアンテナを底面から見た頂部の他の形状例２を示したものである。
【図１６】本アンテナの縦断面の形状、主に垂直エレメントの形状に関する他の実施例を示したものである。
【図１７】本アンテナの足４の側面に調整用導体パターンを設けた実施例を示したものである。
【図１８】本アンテナの天板２の上面及び側面に調整用導体パターンを用いた例である。
【図１９】本アンテナの天板２の上面に小さな導体パタ−ン９０を配置した例である。
【図２０】従来のアンテナにおける動作原理図である。
【図２１】従来の平面アンテナの構造図である。
【符号の説明】
１ アンテナ
２、４０ 天板
３、６０、６１、１０１、２０２ 垂直エレメント
４、４１ 足
５、４２ ボス
６、１０２、２０１ 円板
７、４３ 導体部
８、２２、３２ マイクロストリップライン
９、２４、３３ 給電点
１０、２０、３０ プリント板
１１、２１、２３、３１、２０３ グランド板
１２ ランドパターン
１３、２５、２６、３４、３５ スルーホール
１４ ハンダ付け
５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９ 導体板
６２ 穴
７０、７１、７２、８０、８１，８２，９０ 導体パターン
１００ エレメント
２００ 従来のアンテナ
２０４ 誘電体
【発明の属する技術分野】
本発明は、頂部負荷型のモノポールアンテナ素子に関し、特に、広帯域で、表面自動実装可能で、しかも安価で構造が簡単、かつ、入力インピーダンス及び共振周波数の微調整が容易に行えるアンテナ素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコン等のコンピュータの普及により、コンピュータ間のネットワーク化が急速に進んでおり、コンピュータ間をネットワークケーブル等で配線することなく簡単にコンピュータ・ネットワークを構築することができる無線ＬＡＮ機器に注目が集まっている。
【０００３】
このような機器のなかには、無線を介してコンピュータ間でやり取りされるデータを送受信するアンテナ素子（以下、単にアンテナと記載する）が含まれる。例えば、５ＧＨｚ帯を使用してデータの送受信を行うアンテナの構造は後で詳細に説明するが、主として、金属などの導体からなる円板、これを支える誘電体、プリント板、及び一端が当該円板の中心に接続され、他端が当該プリント板に接続される導体のモノポールから構成されている例がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、無線ＬＡＮシステムは、そのシステムの利便性から各国の通信機構において周波数割当が拡大される傾向にあり、無線ＬＡＮシステムに使用するアンテナを広帯域化する技術が必要となってきている。
【０００５】
また、このような無線ＬＡＮの普及により、各製造メーカにとっては、ハードウエアの原価を低減させることが重要な課題となり、安価なアンテナを実現するための表面自動実装可能なアンテナ構造についてのアイデアも重要である。
【０００６】
更に、各製造メーカの製造検査部門において、アナログＲＦ特性の調整は必ず行われる作業であるが、こうした調整をアンテナ単体において実施できれば、製品の直行率（歩留まり）を改善することができ、結果的に、アンテナに関するトータルコストを低減することができる。
【０００７】
しかし、上述した構成を有する従来のアンテナでは、本発明のアンテナを凌ぐ広帯域特性やアンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の微調整機能には対応できない。
【０００８】
また、アンテナを表面実装するための位置固定とハンダ付けが簡単にできない上に、アンテナの給電部である垂直エレメント下底部のハンダ付け確認において、目視による簡単な方法を採用することができない。
【０００９】
更に、上記モノポールと円板との接続は、場合によりこれらを一体のものから切削するか、鋳型によって成形を行うか、あるいは、これらを別々に作ってハンダ等で接合することによって行われ、いずれの方法をとっても製造コストは比較的高いのが現状である。
【００１０】
また、製造後にアンテナ部分の微調整が容易にできないため、直交率（歩留まり）を効率的に改善することができず、結果的に安価なアンテナの供給を不可能にしている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、本来、アンテナの先端上部に円環等の負荷を装荷したアンテナを発展させたものである。この種のアンテナは、例えばコロナ社「アンテナ・電波伝搬」Ｐ６９及びＰ７０に説明されている。当初は、電波の仰角面内における放射角度を低くおさえることが目的であったが、アンテナ自身の低姿勢化の効果も存在する。時代的背景として、本アンテナは周波数の低い中波などで使用されていたため、仰角面内の放射角度の改善や低姿勢化が主目的であり、今日の無線ＬＡＮに用いられる２．４ＧＨｚや５ＧＨｚで実現された場合の実装上の利便性や、広帯域化、調整の容易さには目がむけられていなかったものである。
【００１２】
従って、本発明の目的は、従来のアンテナと比べて構造が単純で、製造コストのかからない表面自動実装可能な安価なアンテナを提供することである。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、広帯域なアンテナを提供することである。
【００１４】
また、本発明の更に他の目的は、アンテナの入力インピーダンス及び共振周波数の微調整を容易に行うことができるアンテナを提供することである。
【００１５】
本発明の実施態様によれば、縦に延びる円筒状導体を表面に有するとともに、前記円筒状導体の内部に誘電体を有する垂直エレメントと、前記円筒状導体の上端に接続され、当該接続点から横に延びる放射状の導体で構成された頂部板を下面に取り付けた誘電体の天板と、前記垂直エレメントと天板を支えるために天板端より下方に設けた棒状もしくは面状の誘電体の足とを有し、前記垂直エレメントの誘電体と、前記天板の誘電体と、前記足の誘電体とがモールド技術で一体成型した誘電体により構成されるアンテナ素子が提供される。
【００１７】
本発明の実施態様によれば、縦に延びる円筒状導体を表面に有するとともに、前記円筒状導体の内部に誘電体を有する垂直エレメントと、前記円筒状導体の上端に接続され、当該接続点から横に延びる放射状の導体で構成された頂部板を下面に取り付けた誘電体の天板と、前記垂直エレメントと天板を支えるために天板端より下方に設けた棒状もしくは面状の誘電体の足とを有し、前記垂直エレメントの誘電体と、前記天板の誘電体と、前記足の誘電体とがモールド技術で一体成型した誘電体により構成され、前記垂直エレメントの形状を逆円錐台にしたアンテナ素子が提供される。
【００１８】
本発明の実施態様によれば、縦に延びる円筒状導体を表面に有するとともに、前記円筒状導体の内部に誘電体を有する垂直エレメントと、前記円筒状導体の上端に接続され、当該接続点から横に延びる放射状の導体で構成された頂部板を下面に取り付けた誘電体の天板と、前記垂直エレメントと天板を支えるために天板端より下方に設けた棒状もしくは面状の誘電体の足とを有し、前記垂直エレメントの誘電体と、前記天板の誘電体と、前記足の誘電体とがモールド技術で一体成型した誘電体により構成され、前記誘電体表面にアンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の調整用導体パターンを設けたアンテナ素子が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
最初に、従来のアンテナの構造について説明する。図２１には、例えば、特開平０８−０９６２６号公報記載の従来の平面アンテナの構造図が示されている。
【００２０】
図２１に示すアンテナは、金属などの導体よりなる円板２０１、同じく金属などの導体よりなる棒状の垂直エレメント２０２、及び金属などの導体よりなるグランド板２０３、円板２０１と垂直エレメント２０２を支える誘電体２０４より構成される。垂直エレメント２０２の上端部は、円板２０１の中心に接続されている。
【００２１】
上記アンテナは、通常プリント板上に形成されたマイクロストリップラインの接続ポイントに搭載され、垂直エレメント２０２の下端部はマイクロストリップラインの給電部と接続される。また、グランド板２０３はマイクロストリップラインのグランドパターン部と接続される。
【００２２】
このとき、垂直エレメント２０２の下端部とマイクロストリップラインの給電部、並びにグランド板２０３とマイクロストリップラインのグランドパターン部は、ハンダ付け等によって接続される。
【００２３】
次に、従来のアンテナの電気的な動作原理について説明する。
【００２４】
図２０（ａ）（ｂ）は、従来のアンテナにおける動作原理図が示されており、図２０（ａ）は、通常の１／４波長モノポールアンテナである。放射エレメント１００の高さＨＡは、約１／４波長になっており、放射エレメントの根元より給電する。このとき、高周波電流ｉが流れ、垂直偏波の電波が放射される。
【００２５】
図２０（ｂ）は、通常の１／４波長モノポールアンテナと類似している。当該アンテナも高さＨＢの垂直エレメント１０１の根元より給電するが、１／４波長モノポールアンテナとの違いは、垂直エレメント１０１の先端部分が半径Ｒの円板１０２になっていることである。そして、垂直エレメント１０１の高さＨＢと先端部分の半径Ｒの合計がエレメント１００の高さＨＡにほぼ等しくなっている。また、図２０（ａ）と同様に高周波電流ｉｍが流れ、垂直偏波の電波が放射される。
【００２６】
図２０（ｂ）では、高周波電流は円板１０２上で放射状に電流が流れると考えられるが、この円板１０２上の放射状の電流はベクトル的にキャンセルされるため、水平偏波の電波は放射されない。
【００２７】
図２０（ｃ）は、本発明のアンテナ（図３）の断面図である。この場合の動作原理も図２０（ｂ）と類似である。給電部８から給電され、高周波電流ｉｎが垂直エレメント３の外周上を流れ、垂直偏波の電波が放射される。円板６には、上記同様放射状に高周波電流が流れるが、ベクトル的にキャンセルされるので、水平偏波は放射されない。ただし、図１５（ａ）、（ｄ）のように対称性のない形状の導体板が用いられている場合は、この高周波電流は完全にはキャンセルされないため、残留電流の振幅に応じた水平偏波の電波も放射されることになる。この水平偏波成分の放射は、アンテナの用途に応じて故意に放射させる設計もありえるので、アンテナとしての優劣を単純に評価する指標ではない。
【００２８】
具体的な寸法においては、図２０（ｂ）の高さＨＢおよび半径Ｒは、図２０（ｃ）の高さＨ’及び等価半径Ｒ’に概ね一致して考えて差し支えない。また、垂直エレメント３の直径Ｓは、細くするとＲとＲ’が一致する傾向になるため、共振周波数の一致という観点から、なるべく細い方が設計上容易となる。
【００２９】
なお、本アンテナの広帯域性は、図２０（Ｃ）のように、垂直エレメント３が円筒状になっていることによる効果が大と考えられる。これはエレメントを太くすることにより、本来の共振周波数と多少ずれた周波数においても太いエレメントを流れる電流の経路に幅ができるためである。
【００３０】
即ち、波長の長い電波は斜めに電流が流れることで、波長の短い電波は最短距離で垂直電流が流れることにより共振できるからである。また、高周波においては表皮効果により電流は導体表面しか流れないため、構造上は円筒の導体面で十分となる。
【００３１】
また、図２０（ｃ）においては、天板２や垂直エレメント３の構成と一体になった誘電体が用いられ、当該誘電体の誘電率は２〜６程度の場合が多く誘電率の影響に見合った波長短縮、即ち、寸法の短縮を見込む必要がある。具体的な事例としては、５ＧＨｚ帯で設計した場合、比誘電率が４程度で、Ｈ’が約５ｍｍ、Ｒ’が約３ｍｍ、Ｓが約１ｍｍ程度となる。
【００３２】
次に本発明のアンテナの構造について説明する。本発明の第１の実施形態のアンテナを上方向から見た斜視図を図１（ａ）に、下方向から見た斜視図を図１（ｂ）に示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）において、本発明の第１の実施形態のアンテナ１は、誘電体よりなる天板２と、内部が誘電体で表面が金属などの導体よりなる垂直エレメント３と、誘電体よりなる足４より構成される。
【００３３】
前記足４の底部には、ボス５が配置されており、ボス５を含む足４の底面及び足４の下側部の表面が金属などの導体部７で覆われた構造となっている。さらに、天板２の裏側には、金属などの導体よりなる円板６が配置され、円板６と垂直エレメント３は電気的に接続されている。誘電体の材料には、はんだ付けの耐熱性、及び誘電率、誘電損失を考慮して、液晶ポリマー等があげられる。
【００３４】
本発明のアンテナを真上から見た上面図を図２（ａ）に、真下から見た底面図を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）及び図２（ｂ）において、本発明のアンテナ１の垂直エレメント３は円板６の中心に位置している。
【００３５】
本発明のアンテナの図２（ｂ）Ａ−Ａ’面における断面図を図３（ａ）に、図２（ｂ）Ｂ−Ｂ’面における断面図を図３（ｂ）に示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、本発明のアンテナ１の垂直エレメント３は内部が誘電体よりなり、その側面及び底面が導体で覆われている。円板６は天板２の下面に配置され、垂直エレメント３の上部で電気的に接続されている。垂直エレメント３の底面には給電部８がある。また足４の底面にはボス５が配置され、ボス５を含む底面全体が導体で覆われた導体部７が付いた構造となっている。
【００３６】
本発明のアンテナの足４における底面部分の詳細図を図４に示す。図４において、本発明のアンテナ１の足４はボス５を含む底面全体が導体で覆われ、かつ足４の下側の外側壁面にも導体部７が配置された構造となっている。本実施例ではボスを設けているが、必要に応じてボスの無い構造も取れる。
【００３７】
図５から図１１は、本アンテナを実際に使用した場合の実装例を示したものである。図５は、本アンテナ１をプリント板１０に搭載した実装例１である。図５において、プリント板１０は、下側にグランド板１１、上側にマイクロストリップライン８を有している。アンテナ１の足４は、銅箔のランドパタ−ン１２の上に配置され、ハンダ付けされる。一方、垂直エレメント３の底部も銅箔よりなるマイクロストリップライン８の先端の給電点９で接触するようになっていて、ここでハンダ付けされる。通常、足４及び垂直エレメント３のハンダ付けは、表面自動実装技術により実装される。
【００３８】
本発明のアンテナ実装面であるプリント板１０の上側のプリントパタ−ン例を図６に、実装状態の断面図を図７に示す。図６において、銅箔よりなる４つのランドパタ−ン１２の内側には、それぞれ、スル−ホ−ル１３が構成されており、プリント板１０の下側に設けられたグランド板１１と接続されている。また、銅箔よりなるマイクロストリップライン８の先端部分には、給電点９がある。
【００３９】
図７は図６のプリントパタ−ンに本発明のアンテナを実装した例における断面図である。図７において、足４の底面のボス５がスル−ホ−ル１３にはまり込み、位置が固定される。そして、ランドパタ−ン１２上でハンダ付け１４により固定される。また、垂直エレメント３の下底部も給電点９でハンダ付け１４により、固定される。
【００４０】
なお、図７の構造において、スルーホール１３と足４のボス５を設けずに、足４をランドパターン１２に直接ハンダ付けする方法も有効である。
【００４１】
図８は図５と同様に、本アンテナ１をプリント板２０に搭載した実装例２である。図８において、プリント板２０は上側にグランド板２１とマイクロストリップライン２２、下側にグランド板２３を有している。垂直エレメント３の下底部はマイクロストリップライン２２の先端の給電点２４で接触し、ハンダ付けされる。グランド板２１とグランド板２３はスル−ホ−ル２５によって、電気的に接続されている。この場合、スル−ホ−ル２５は、グランド板２１とグランド板２３が高周波的に同電位となるように、多数設けられる。実際には、使用波長の１／５〜１／２０程度の間隔で設けられることが多い。また、アンテナ１の足４は、グランド板２１とハンダ付けされて接続される。
【００４２】
図９は、図８の実装方法をとった場合におけるプリント板２０のプリントパタ−ン例である。図９において、４つのスル−ホ−ル２６は図７の例と同様にアンテナ１の足４のボス５がはまり込むため、適切な径となっている必要がある。また、スル−ホ−ル２５は、前述したように、グランド板２１とグランド板２３を高周波的に同電位とするために設けているので、その径は適当に選ばれればよい。また、銅箔よりなるマイクロストリップライン２２の先端部分には、給電点２４がある。
【００４３】
図１０は、本アンテナ１をプリント板３０に搭載した実装例３である。図１０において、プリント板３０は上側にグランド板３１、下側にマイクロストリップライン３２を有している。この場合、垂直エレメント３の下底部は銅箔よりなるランドパタ−ンの給電点３３で接触し、ハンダ付けされる。給電点３３はスル−ホ−ル３４を介して下側のマイクロストリップライン３２に電気的に接続される。また、アンテナ１の足４は、グランド板３１とハンダ付けされて接続される。
【００４４】
図１１は、図１０の実装方法をとった場合におけるプリント板３０の実装プリントパタ−ン例である。図１１において、４つのスル−ホ−ル３５は図７の例と同様にアンテナ１の足４のボス５がはまり込むため、適切な径になっている必要がある。また、グランド板３１と絶縁された状態でランドパターンの給電点３３がある。
【００４５】
図１２（ａ）（ｂ）は、本発明の第２の実施形態のアンテナの構造を示した下面図である。図１２に示すように、図１のアンテナでは足４は４本あるが、本第２の実施形態によれば足４は図１２（ａ）のように２本、または図１２（ｂ）のように３本でも構成できる。また、安定に実装できるのであれば、１本でもよいと言える。
【００４６】
図１３（ａ）（ｂ）は、本発明の第３の実施形態のアンテナの構造を示した図である。図１３（ａ）の斜視図に示すように、図１で構成したアンテナの足４を１つとする代わりに、幅の広い足４１としており、一つの足４１に対してボス４２は２つ付いている。これは足４１が一つでも、より安定に実装できるように配慮したものであり、ボス４２の数は任意でよい。また、天板４０も４角形であるが、特に形状を制限するものではない。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の縦断面図であるが、垂直エレメント３や円板６、ボス４２を含む足４１の底面導体部４３の配置においては、図１の構成とほぼ同じである。
【００４７】
これまで、本発明のアンテナにおいては頂部に円板が使用されてきたが、このアンテナの頂部の形状として、様々な他の形状を選択することができる。図１４には、本発明のアンテナを底面から見た頂部の他の形状例１を示したものである。図１４（ａ）は比較のために、図１と同じ円形の円板６を用いた例である。図１４（ｂ）は円板６の替わりに楕円の導体板５０を用いた例である。図１４（ｃ）では正方形の導体板５１を用いた例である。図１４（ｄ）では長方形の導体板５２を用いた例である。図１４（ｅ）では平行四辺形の導体板５３を用いた例である。図１４（ｆ）では菱形の導体板５４を用いた例である。これらはすべて金属などの導体で構成される。
【００４８】
図１５には図１４同様、本発明のアンテナを底面から見た頂部の他の形状例２を示したものである。図１５（ａ）は円板６の替わりに台形の導体板５５を用いた例である。図１５（ｂ）は８角形の導体板５６を用いた例である。図１５（ｃ）は１２角形の導体板５７を用いた例である。図１５（ｄ）では螺旋状の導体板５８を用いた例である。図１５（ｅ）では２重の円環状の導体板を用いた例である。これらも、すべて金属などの導体で構成される。
【００４９】
図１６は、本アンテナの縦断面の形状、主に垂直エレメントの形状に関する他の実施例を示したものである。図１６（ａ）は、下底面を球状にした垂直エレメント６０を用いた例である。これは、ハンダ付けの際にハンダ付着の面積が増し、接続強度を強くすることができる。図１６（ｂ）は、逆円錐台形状の垂直エレメント６１を用いた例である。図１６（ｃ）は、図１６（ｂ）の天板中央上部に穴６２を付加した例である。これは、本アンテナの天板中央上部に穴６２を開けることにより、誘電体の厚さが変化し、アンテナの入力インピーダンス及び共振周波数の微調整ができるようにしたものである。図１６（ｂ）（ｃ）は垂直エレメントを逆円錐台形状にすることにより、本アンテナをモールド技術で一体成型する際の抜き作業を楽に実施できるようにしたものである。また、同時にアンテナ特性の広帯域化を実現することができる。
【００５０】
図１７は、本アンテナの足４の側面に調整用導体パターンを有した実施例を示したものである。図１７（ａ）は、足４の側壁面に縦に伸びた線状または帯状の導体パターン７０を用いた例である。同様に図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の縦に伸びた線状または帯状の導体パターンを底面側壁部の導体である導体部７と電気的に接続した導体パターン７１を用いた例である。図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）の導体パターン７１をクランク状に形成した導体パターン７２を用いた例である。図１７（ｃ）の応用として、図１７（ｃ）の導体パターン７２の下部が足４の底面側壁部の導体部７と接続していない場合も考えることができる。また、これらの導体パターンを足４の裏側（内側）に配置することも可能である。
【００５１】
図１８は、本アンテナの天板２の上面及び側面に調整用導体パターンを用いた例である。図１８（ａ）は、天板２の上面に導体パターン８０を用いた例である。この天板２の上面導体パターン８０の形状は、図１４、図１５で示したような形状応用が考えられる。図１８（ｂ）は、天板２の側面に外周状に伸びた線状または帯状の導体パターン８１を配置した例である。図１８（ｃ）は、図１８（ｂ）の導体パターンを足４の側面方向に逆Ｌ字形状に延長した導体パターン８２を用いた例である。
【００５２】
図１９は、本アンテナの天板２の上面に小さな導体パタ−ン９０を配置した例である。この導体パターン９０は、本アンテナを成形する過程において、工程を容易にするためのものである。
【００５３】
本発明のアンテナは図１に示すように、従来のアンテナでは実現できなかった表面自動実装を可能とするために、金属導体でできた足４の下底部に位置固定用のボス５を備え、垂直エレメントアンテナ素子３の下底部もハンダ付けしやすい構造に工夫したものである。さらに、本発明のアンテナの給電部である垂直エレメント３の下底部が目視できる構造となっているため、実装後にアンテナにとって最も重要な給電部分のハンダ接続を目視によって検査し、確認ができる。
【００５４】
また、無線ＬＡＮカードのようなアンテナとＲＦ回路が一体化して実装されるような装置においては、個別の調整、即ちアンテナ及びＲＦ回路を別々に調整して組み合わせることができない（一体化実装していて特性検査のためのコネクタがでていない）ため、ＲＦ部分以外にアンテナ部分でも、最終的な整合状態を調整する必要があり、このようなアンテナ部分の調整は、あらかじめ図１７、図１８のような金属導体パターンを設けておき、あとで削り取ることによって、調整が可能である。この方法は、量産製造工程における導体パターン作成マスクの変更も容易であるため、短期間での量産、設計変更に有効である。
【００５５】
例えば、本アンテナをプリント板に搭載した機器を新規に設計し、毎月１０００台づつ量産する場合をシュミレーションすると以下のようになる。アンテナ自身は図１７、図１８のような導体パターンを設けて周波数を合わせこみ、アンテナ単体で量産する。その後、本アンテナを製品用のプリント板に実装し、カバ−等をつけた場合に共振周波数がずれてしまっても、その月の１０００台は、上記導体パターン部分をカッタ−等で削ることによって対応できる。そして、削る量が明確になったら量産時の導体パターン作成マスクをすぐに変更し、次の月の生産からはアンテナ無調整とすることができる。
【００５６】
近年のＬＡＮ機器やＰＤＡ機器では、新規製品になるたびに筐体の構造がかわり、アンテナもあらかじめ試作を必要としたが、本アンテナを用いれば試作の必要も無く、開発費並びに開発期間の短縮に大いに貢献すると考えられる。
【００５７】
本明細書ではここまで、本発明のアンテナについていくつかの実施形態を説明してきたが、これらの実施形態を任意に組み合わせて、本発明のアンテナを構成することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モールド技術で一体成型した天板とその中央から下部に延びた棒状の垂直エレメント並びに天板と垂直エレメントを支える足を持つ形状の誘電体を形成し、当該誘電体の垂直エレメント表面と天板裏面の表面において金属導体でできた放射エレメントアンテナ素子と頂部アンテナ素子を構成し、さらに金属導体でできた足の下底部に位置固定用のボスを構成するようにしたため、構造が単純で、製造コストのかからない表面自動実装可能な安価なアンテナを提供することができる。
【００５９】
また、本発明のアンテナ構造は、アンテナの給電部である垂直エレメント下底部が目視できる構造となっているため、実装後における給電部分のハンダ付け確認を簡単な目視による検査で実施することができる。
【００６０】
更に、本発明のアンテナは、垂直エレメントの形状を逆円錐台に形成したため、広帯域特性のアンテナを提供することができる。
【００６１】
また、本発明のアンテナは、モールド技術で一体成型した誘電体表面に調整用金属導体パターンを設け、その金属導体パターンを必要に応じて削り取ることにより、アンテナの入力インピーダンス及び共振周波数の微調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のアンテナ１を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のアンテナ１を真上から見た上面図と真下から見た底面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のアンテナ１の図２（ｂ）Ａ−Ａ’面における断面図と図２（ｂ）Ｂ−Ｂ’面における断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のアンテナ１の足４における底面部分の詳細図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のアンテナ１を実際に使用した場合の実装例１を示したものである。
【図６】本発明の第１の実施形態のアンテナ実装面であるプリント板１０の上側のプリントパタ−ン例である。
【図７】図６のプリントパタ−ンに本発明のアンテナ１を実装した例における断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態のアンテナ１をプリント板２０に搭載した実装例２である。
【図９】本発明の第１の実施形態のアンテナ１において、図８の実装方法をとった場合におけるプリント板２０のプリントパタ−ン例である。
【図１０】本発明の第１の実施形態のアンテナ１をプリント板３０に搭載した実装例３である。
【図１１】本発明の第１の実施形態のアンテナ１において、図１０の実装方法をとった場合におけるプリント板３０の実装プリントパタ−ン例である。
【図１２】本発明の第２の実施形態のアンテナの構造を示した下面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態のアンテナの構造を示した図（斜視図、縦断面図）である。
【図１４】本発明のアンテナを底面から見た頂部の他の形状例１を示したものである。
【図１５】本発明のアンテナを底面から見た頂部の他の形状例２を示したものである。
【図１６】本アンテナの縦断面の形状、主に垂直エレメントの形状に関する他の実施例を示したものである。
【図１７】本アンテナの足４の側面に調整用導体パターンを設けた実施例を示したものである。
【図１８】本アンテナの天板２の上面及び側面に調整用導体パターンを用いた例である。
【図１９】本アンテナの天板２の上面に小さな導体パタ−ン９０を配置した例である。
【図２０】従来のアンテナにおける動作原理図である。
【図２１】従来の平面アンテナの構造図である。
【符号の説明】
１ アンテナ
２、４０ 天板
３、６０、６１、１０１、２０２ 垂直エレメント
４、４１ 足
５、４２ ボス
６、１０２、２０１ 円板
７、４３ 導体部
８、２２、３２ マイクロストリップライン
９、２４、３３ 給電点
１０、２０、３０ プリント板
１１、２１、２３、３１、２０３ グランド板
１２ ランドパターン
１３、２５、２６、３４、３５ スルーホール
１４ ハンダ付け
５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９ 導体板
６２ 穴
７０、７１、７２、８０、８１，８２，９０ 導体パターン
１００ エレメント
２００ 従来のアンテナ
２０４ 誘電体
Claims (16)
- 縦に延びる円筒状導体を表面に有するとともに、前記円筒状導体の内部に誘電体を有する垂直エレメントと、
前記円筒状導体の上端に接続され、当該接続点から横に延びる放射状の導体で構成された頂部板を下面に取り付けた誘電体の天板と、
前記垂直エレメントと天板を支えるために天板端より下方に設けた棒状もしくは面状の誘電体の足とを有し、
前記垂直エレメントの誘電体と、前記天板の誘電体と、前記足の誘電体とがモールド技術で一体成型した誘電体により構成されることを特徴としたアンテナ素子。 - 請求項１に記載のアンテナ素子において、
前記足の下底部に実装位置固定用の凸部（ボス）を設けることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項２に記載のアンテナ素子において、
前記足の下底部及び実装位置固定用の凸部（ボス）に金属導体を設け、当該凸部（ボス）をグランド板のスルーホールにはめ込み、前記金属導体をグランド板にハンダ付けすることで位置固定することを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項１に記載のアンテナ素子において、
前記頂部板が、正方形、長方形、菱形、台形、８角形、１２角形を含む多角形のうち、いずれかの形状であることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項１に記載のアンテナ素子において、
前記頂部板が、前記多角形の角の全てあるいは一部が、円弧で置き換えられた形状であることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項１に記載のアンテナ素子において、
前記垂直エレメント下底面を球状導体にすることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項１に記載のアンテナ素子において、
前記垂直エレメントの形状を逆円錐台にすることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項７に記載のアンテナ素子において、
前記逆円錐台形状の垂直エレメントの上部天板にアンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の調整用穴を設けることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項１に記載のアンテナ素子において、
前記誘電体表面にアンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の調整用導体パターンを設けることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項９に記載のアンテナ素子において、
前記アンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の調整用導体パターンを前記足部分の誘電体表面に設けることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項９に記載のアンテナ素子において、
前記アンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の調整用導体パターンを前記足部分の誘電体裏面（内側）に設けることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項９に記載のアンテナ素子において、
前記アンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の調整用導体パターンを前記天板横部分の誘電体表面に設けることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項９に記載のアンテナ素子において、
前記アンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の調整用導体パターンを前記天板上部の誘電体表面に設けることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項９に記載のアンテナ素子において、
前記アンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の調整用導体パターンを前記天板横部分及び足部分の誘電体表面に続けて設けることを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項９乃至請求項１４いずれかに記載のアンテナ素子において、
前記アンテナ入力インピーダンス及び共振周波数の調整用導体パターンを前記誘電体表面及び裏面に設けると共にグランド板に接続することを特徴とするアンテナ素子。 - 請求項１に記載のアンテナ素子において、
アンテナを製造する際に、工程を容易にするための導体パターンを前記天板の上面周辺部に複数配置することを特徴とするアンテナ素子。
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