JP3902019B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型電話機などの小型通信機器に使用されるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯型電話機などの小型化を図るため、表面実装型のチップアンテナをプリント回路基板に実装したアンテナ装置を使用することは、特開平10-98322号公報等により公知である。通信機器を小型化するためにはアンテナを可能な限り小型化する必要があるが、アンテナを小型化するとアンテナの帯域幅が狭くなるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この点を解決するため、特開平10-98322号公報の図１０、図１１には、チップアンテナの先の絶縁基板上に矩形状の容量形成用導体を設けることが提案されている。しかしこのような構造にすると、プリント回路基板のグランドパターンの縁より先の絶縁基板上に、チップアンテナを実装する領域と、容量形成用導体を形成する領域が必要となり、アンテナを小型化しても、プリント回路基板の寸法を小さくすることができないため、小型化の目的を達成することが困難である。
【０００４】
本発明の目的は、以上のような問題点に鑑み、アンテナの小型化、広帯域化と、基板の小型化を両立できるアンテナ装置を提供することにある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この目的を達成するため本発明は、絶縁基板の片面にグランドパターンを有する基板に、誘電体チップの表面又は内部にミアンダ状アンテナ導体を有するチップアンテナを実装してなるアンテナ装置において、前記基板は絶縁基板上のグランドパターンの縁から離れた位置にアンテナ搭載用のパッドを有し、前記チップアンテナは給電端子を設けた一方の側をグランドパターン側に向けて、他方の側を前記パッドと重なるように実装され、前記パッドの幅が前記ミアンダ状アンテナ導体の蛇行幅方向寸法の0.5 倍以上２倍以下となっており、前記チップアンテナは、ミアンダ状アンテナ導体の蛇行ピッチが給電端子側で密に、先端側で粗になっており、蛇行ピッチが密な部分の一部又は全部がグランドパターンと重なるように実装されていることを特徴とするものである。
【０００６】
このアンテナ装置ではパッドと別に容量形成用導体を設けないので、基板の小型化を図ることができる。またパッドの幅をミアンダ状アンテナ導体の蛇行幅方向寸法の２倍以下にすることにより、小型のチップアンテナを用いても広帯域化を図ることができる。
なお、ここでいう「蛇行幅方向寸法」とは、平面的なミアンダ状アンテナ導体の場合は蛇行幅方向の両端間の距離（蛇行幅と同じ）であるが、例えば蛇行幅方向の両端を近づけるように折り曲げられた立体的なミアンダ状アンテナ導体の場合は折り曲げ部間の距離である。
【０００７】
なお前記パッドの幅は、好ましくはミアンダ状アンテナ導体の蛇行幅方向寸法の0.5〜1.75倍にするとよく、より好ましくは１〜1.5倍にするとよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
〔関連技術１〕 図１は本発明の関連技術を示す。このアンテナ装置は、絶縁基板12の片面にグランドパターン14を有するプリント回路基板10に、チップアンテナ16を実装したものである。プリント回路基板10は、絶縁基板12上のグランドパターン14と反対側の面の、グランドパターン14の縁から離れた位置にアンテナ搭載用の矩形のパッド18を有しており、チップアンテナ16はその先端部がパッド18上に位置し、基端部（給電端子側）がグランドパターン14と重なるように実装されている。チップアンテナ16には同軸給電線20が接続されている。同軸給電線20の代わりに、プリント回路基板10に形成されたストリップラインを使用してもよい。
【００１１】
チップアンテナ16は図２に示すように、高誘電率の誘電体チップ22の内部にミアンダ状アンテナ導体24を設けたものである。このミアンダ状アンテナ導体24は、蛇行幅方向の両端部分が中間部分に重なるように（つまり蛇行幅方向の両端を近づけるように）折り曲げられているものである。またこのミアンダ状アンテナ導体24は、給電端子26側で蛇行ピッチが密に、先端側で蛇行ピッチが粗になるように形成されている。ミアンダ状アンテナ導体24の蛇行ピッチの密な部分24ａと粗な部分24ｂはそれぞれ、蛇行が複数ピッチ繰り返されるように形成されている。給電端子26は同軸給電線20の中心導体が接続される部分である。また誘電体チップ22の裏面には、給電端子26の裏側に相当する位置に第一の固定端子28が形成され、ミアンダ状アンテナ導体24の先端の裏側に相当する位置に第二の固定端子30が形成されている。第二の固定端子30は誘電体チップ22の端面を回り込む導体24ｃを介してミアンダ状アンテナ導体24と電気的に導通している。また誘電体チップ22の、ミアンダ状アンテナ導体24の蛇行幅方向の両端部が載っている方の面には、樹脂被覆32が設けられている。
【００１２】
このように形成されたチップアンテナ16は、第一の固定端子28をパッド40上に位置させ、第二の固定端子30をパッド18上に位置させて、蛇行ピッチの密な部分24ａの一部又は全部がグランドパターン14と重なるように実装されている。実装は通常の表面実装型部品と同様に行う。ミアンダ状アンテナ導体24の蛇行ピッチの密な部分24ａがグランドパターン14と重なるように実装すると、その重なり寸法を調整することにより、チップアンテナ16と同軸給電線20の整合（マッチング）を容易にとることができる。なお同軸給電線20のシールド21はグランドパターン14と電気的に接続されている。
【００１３】
図１のような構成のアンテナ装置を試作し、その性能を試験したところ、プリント回路基板10に形成したパッド18の寸法によって帯域幅が大きく変化することが判明した。そこで、パッド18の幅Ｗと長さＬを変えて各種の試験を行った。その結果を図３ないし図５に示す。使用したチップアンテナ16は、図２に示すようにミアンダ状アンテナ導体24の蛇行幅方向の両端部分が中間部分上に折り曲げられ、かつ蛇行ピッチが給電端子26側で密に、それより先端側で粗になっているものである。ミアンダ状アンテナ導体24の蛇行幅（展開した状態の幅寸法）は8.7mm、蛇行進行方向の長さは15mm、蛇行ピッチの密な部分24ａは導体幅／導体間隔＝150／150μmで27ターン、蛇行ピッチの粗な部分24ｂは導体幅／導体間隔＝200／200μmで17ターン、両端部を折り曲げた後の蛇行幅方向寸法は４mmである。誘電体チップの厚さは１mm、誘電率は20である。チップアンテナ16は、ミアンダ状アンテナ導体24の給電端子26側が３mmだけグランドパターン14と重なり、先端側が３mmだけパッド18と重なるように実装した。
【００１４】
図３ないし図５において、パッド幅Ｗ＝０mmはパッドを形成しない場合である。図３はパッドの幅Wと長さＬを変えた場合の帯域幅の変化を測定した結果である。これによると、パッド幅Wが、ミアンダ状アンテナ導体の蛇行幅方向寸法（４mm）の２倍（８mm）以下であれば、広い帯域幅が得られ、パッド幅がそれより大きくなると、帯域幅が大きく低下することが分かる。したがってパッド幅Wはミアンダ状アンテナ導体の蛇行幅方向寸法の２倍以下に設定することが必要である。また、より広い帯域幅を確保するためには、パッド幅Wをミアンダ状アンテナ導体の蛇行幅方向寸法の1.75倍以下にすることが好ましく、さらに好ましくは1.5倍以下にするとよい。またパッド幅Wを狭くしても帯域幅が狭くなることはないが、チップアンテナを実装したときの安定性を考慮すると、パッド幅Wはミアンダ状アンテナ導体の蛇行幅方向寸法の0.5倍以上にすることが好ましく、さらに好ましくは１倍以上にするとよい。
【００１５】
図４はパッド幅Ｗと共振周波数の関係を測定した結果である。これによると、パッド幅Ｗを大きくすれば共振周波数を下げられることが分かる。これはパッド幅を大きくするとアンテナ導体長を長くしたのと同じ効果が発揮されるからである。
【００１６】
図５はパッド幅ＷとＶＳＷＲ（電圧定在波比）との関係を測定した結果である。この結果からもパッド幅は、ミアンダ状アンテナ導体の蛇行幅方向寸法の２倍（８mm）以下にすればよいことが分かる。
【００１７】
〔実施形態１〕 図６は本発明に用いるチップアンテナの一例を示す。このチップアンテナ16は、高誘電率の誘電体チップ22の表面（又は内部）に平面的なミアンダ状アンテナ導体24を設けたものである。ミアンダ状アンテナ導体24は、給電端子26側で蛇行ピッチが密に、先端側で蛇行ピッチが粗になるように形成されている。ミアンダ状アンテナ導体24の蛇行ピッチの密な部分24ａと粗な部分24ｂはそれぞれ、蛇行が複数ピッチ繰り返されるように形成されている。給電端子26は同軸給電線20の中心導体が接続される部分である。また誘電体チップ22の裏面には、給電端子26の裏側に相当する位置に第一の固定端子28が形成され、ミアンダ状アンテナ導体24の先端の裏側に相当する位置に第二の固定端子30が形成されている。第二の固定端子30は誘電体チップ22の端面を回り込む導体24ｃを介してミアンダ状アンテナ導体24と電気的に導通している。
【００１８】
このように形成されたチップアンテナ16は、第一の固定端子28をグランドパターン14上に位置させ、第二の固定端子30をパッド18上に位置させて、蛇行ピッチの密な部分24ａの一部又は全部がグランドパターン14と重なるように実装されている。実装は通常の表面実装型部品と同様に行う。ミアンダ状アンテナ導体24の蛇行ピッチの密な部分24ａがグランドパターン14と重なるように実装すると、その重なり寸法を調整することにより、チップアンテナ16と同軸給電線20の整合（マッチング）を容易にとることができる。
【００１９】
図６のチップアンテナを用いて図１のような構成のアンテナ装置を試作し、その性能を試験したところ、前記実施形態１と同様の傾向が得られた。
【００２０】
なお、以上の実施形態では、パッドの形が矩形である場合を説明したが、パッドの形は矩形に限られるものではなく、他の形状であってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、チップアンテナの先端側を固定するパッドの幅を、ミアンダ状アンテナ導体の蛇行幅の２倍以下としたことにより、チップアンテナの広帯域化を図ることができる。またチップアンテナの先端側を、広帯域化を図るためのパッドに載せて固定するようにしたことにより、チップアンテナをより小型化して、基板のグランドパターンの縁より先（グランドパターンのない領域）の寸法を小さくすることもでき、基板の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るアンテナ装置の関連技術を示す正面図。
【図２】 図１のアンテナ装置に用いたチップアンテナの、（Ａ）は透視斜視図、（B）は断面図。
【図３】 図１のアンテナ装置の、パッド幅と帯域幅の関係を示すグラフ。
【図４】 図１のアンテナ装置の、パッド幅と共振周波数の関係を示すグラフ。
【図５】 図１のアンテナ装置の、パッド幅とＶＳＷＲの関係を示すグラフ。
【図６】 本発明のアンテナ装置に用いられるチップアンテナの一例を示す、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は底面図。

Claims (2)

1. 絶縁基板（12）の片面にグランドパターン（14）を有する基板（10）に、誘電体チップ（22）の表面又は内部にミアンダ状アンテナ導体（24）を有するチップアンテナ（16）を実装してなるアンテナ装置において、
   前記基板（10）は絶縁基板（12）上のグランドパターン（14）の縁から離れた位置にアンテナ搭載用のパッド（18）を有し、前記チップアンテナ（16）は給電端子（26）を設けた一方の側をグランドパターン（14）側に向けて、他方の側を前記パッド（18）と重なるように実装され、前記パッド（18）の幅（Ｗ）が前記ミアンダ状アンテナ導体（24）の蛇行幅方向寸法の0.5 倍以上２倍以下となっており、
   前記チップアンテナ（ 16 ）は、ミアンダ状アンテナ導体（ 24 ）の蛇行ピッチが給電端子（ 26 ）側で密に、先端側で粗になっており、蛇行ピッチが密な部分（ 24 ａ）の一部又は全部がグランドパターン（ 14 ）と重なるように実装されている、
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. パッド（18）の幅（Ｗ）がミアンダ状アンテナ導体（24）の蛇行幅方向寸法の0.5〜1.75倍となっていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。

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