JP3912182B2

JP3912182B2 - Antenna structure and communication device having the same

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Publication number: JP3912182B2
Application number: JP2002150137A
Authority: JP
Inventors: 仁佐藤; 健吾尾仲; 尚石原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: JP2003347835A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、携帯端末機器などの通信機能を備えた機器に内蔵されるアンテナ構造およびそれを備えた通信機に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図１０（ａ）には特開2000-196341号公報に記載のアンテナが上面図により示され、図１０（ｂ）にはそのアンテナのＡ−Ａ部分の断面図が示されている。このパッチアンテナ３０はλ／２タイプのものであり、誘電体板３１と、アンテナ動作を行うパッチ３２と、このパッチ３２に接続してパッチ３２に信号を供給する給電線３３と、地板３４とを有して構成されている。すなわち、パッチアンテナ３０において、誘電体板３１の表面にはパッチ３２が形成されると共に、給電線３３が形成されている。また、誘電体板３１の裏面には地板３４が設けられている。この地板３４には、電界が大きい部位に、開口３５が形成されている。この開口３５の端縁の周囲長は、パッチアンテナ３０の共振周波数の１波長（１λ）となるように設定されている。
【０００３】
このように地板３４に開口３５を設けて地板３４を左右非対称とすることにより、コモンモード電流が発生し、これにより、パッチアンテナ３０の無指向性および広帯域化を達成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば通信機能を備えた携帯端末機器等の通信機に対して小型化の要求があり、これに伴って、通信機に内蔵されるアンテナにも小型化が要求されてきている。しかしながら、特開2000-196341号公報のアンテナはλ／２タイプのアンテナであるために、アンテナ特性を維持したまま、小型化の要求に満足に応えることができる程、アンテナを小型化させることは非常に難しい。
【０００５】
また、誘電体板３１の表面側の電波の指向性を裏面側の指向性よりも強くしたいという要望があるが、特開2000-196341号公報のアンテナは無指向性のものであるために、その特開2000-196341号公報のアンテナの構成を採用しても、その指向性の要望には応えることはできない。
【０００６】
この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、アンテナ利得が良好で、かつ、小型化が容易であり、しかも、表面側の指向性が裏面側の指向性よりも強いという指向性を持たせることができるアンテナ構造およびそれを備えた通信機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、アンテナ動作を行う放射電極が誘電体基体に形成されて成るアンテナ部と、このアンテナ部が搭載される基板とを有するアンテナ構造において、アンテナ部が搭載される基板面にはグランド電極が形成されており、アンテナ部の誘電体基体には、放射電極として、信号供給源から信号が供給される給電放射電極と、この給電放射電極を介し間接的に信号を受けて給電放射電極と複共振状態を作り出す無給電放射電極とが形成されており、それら給電放射電極と無給電放射電極は、それぞれ、（２ｎ−１）・λ／４（ｎは自然数）の電気長を有するλ／４タイプの放射電極と成し、当該給電放射電極と無給電放射電極は、それぞれ、一端部が基板のグランド電極の端部に電気的に接続されており、基板のグランド電極は、アンテナ部の給電放射電極および無給電放射電極と共に、アンテナとして機能する構成と成しており、基板のグランド電極には、アンテナ部が搭載される領域の一部分に、グランド抜き部が形成され、このグランド抜き部はその全周がグランド電極により囲まれており、アンテナ部底面にはグランド電極が形成され、このアンテナ部底面のグランド電極には、基板実装時に基板のグランド抜き部の全てを含む基板のグランド抜き部以上の面積のグランド抜き部が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１（ａ）には第１実施形態例のアンテナ構造が模式的に示され、図１（ｂ）にはそのアンテナ構造の模式的な分解図が示されている。この第１実施形態例のアンテナ構造１は、アンテナ部２と、アンテナ部２が搭載される基板３とを有して構成されている。アンテナ部２は、誘電体基体４と、この誘電体基体４に形成されてアンテナ動作を行う給電放射電極５および無給電放射電極６とを有して構成されている。
【００１０】
給電放射電極５は、例えば基板３に形成されている信号供給源７に接続され、この信号供給源７から信号が給電されるものである。この給電放射電極５には、信号供給源７からの給電方式の違いによる直接給電タイプのものと容量給電タイプのものとがある。図１には、信号供給源７側から直接的に信号が供給される直接給電タイプの給電放射電極５が図示されているが、例えば、図２に示されるような、信号供給源７側から容量を介して信号が供給される容量給電タイプの給電放射電極５を採用してもよい。なお、図１、図２中の符号１１は、基板３に形成されている給電用電極パッドを示している。この給電用電極パッド１１は、例えば、スルーホール（図示せず）と基板３の裏面に形成された配線パターンを介して信号供給源７に導通接続されている。また、図２中の符号１２は、信号供給源７からの信号を容量を介して給電放射電極５に給電するための給電電極を示している。
【００１１】
無給電放射電極６は給電放射電極５と間隔を介し近接配置されている。当該無給電放射電極６は、給電放射電極５と電磁結合して、信号供給源７からの信号を給電放射電極５を介し受け取ってアンテナ動作を行うものである。
【００１２】
この第１実施形態例では、給電放射電極５と無給電放射電極６は、それぞれ、（２ｎ−１）・λ／４（ｎは自然数）の電気長を有するλ／４タイプの放射電極である。また、給電放射電極５と無給電放射電極６は、複共振状態を作り出すことができるように、例えば給電放射電極５と無給電放射電極６間の間隔等の様々な要素が適宜に設定されている。
【００１３】
誘電体基体４は、給電放射電極５や無給電放射電極６の設定の共振周波数やＱ値などのアンテナ特性や、アンテナ部２の小型化などを考慮した適切な比誘電率を有する誘電材料により構成されている。
【００１４】
基板３の表面にはグランド電極８が給電用電極パッド１１を避けて形成されている。このグランド電極８上に、上記したような誘電体基体４と給電放射電極５と無給電放射電極６を有するアンテナ部２が例えば半田を利用して搭載される。この第１実施形態例では、給電放射電極５と無給電放射電極６は、それぞれ、λ／４タイプの放射電極であり、それら各放射電極５，６は、その一部が直接的に又は容量を介して間接的にグランド電極８に電気的に接続されている。このため、この第１実施形態例のアンテナ構造１では、アンテナ動作を行う際に給電放射電極５および無給電放射電極６に流れる共振電流とは逆向きの電流がグランド電極８に流れる。これにより、グランド電極８は、給電放射電極５と無給電放射電極６と共にアンテナとして機能する。この第１実施形態例では、グランド電極８を有効に利用するために、アンテナ部２は基板３の角部（端部）に搭載されている。
【００１５】
この第１実施形態例のアンテナ構造１において最も特徴的なことは、基板３のグランド電極８には、アンテナ部２が搭載される領域Ｚの一部分に、グランド抜き部１０が形成されていることである。また、誘電体基体４の底面（つまり、基板３に接触する面）にはグランド電極（図示せず）が設けられており、この誘電体基体４の底面のグランド電極にもグランド抜き部が形成されている。この誘電体基体４のグランド電極のグランド抜き部は、アンテナ部２を基板３の設定領域Ｚに実装した際に基板３のグランド電極８のグランド抜き部１０に対向する位置に設けられ、かつ、基板３のグランド抜き部１０以上の広い面積を有して基板３のグランド抜き部１０の全領域に重なるものである。
【００１６】
この第１実施形態例におけるグランド抜き部１０の形成位置は、給電放射電極５や無給電放射電極６を流れる電流が最大となる部分を含む電流最大領域Ｓの近傍となる位置であり、かつ、全周がグランド電極８により囲まれる位置となっている。また、このグランド抜き部１０は、その端縁の周囲長がアンテナ部２の共振周波数の１波長よりも短くなっている。
【００１７】
さらに、グランド抜き部１０は四角形状と成し、給電放射電極５や無給電放射電極６を流れる共振電流の通電方向に沿う辺１０yと、この辺１０yに略直交する方向に沿う辺１０xとを有している。このようなグランド抜き部１０を形成することにより、グランド電極８を流れる電流は、グランド抜き部１０の辺１０xに沿う方向と、辺１０yに沿う方向との２方向に分流して通電することとなる。
【００１８】
この第１実施形態例のアンテナ構造１は上記のように構成されている。本発明者は、この第１実施形態例のアンテナ構造１のアンテナ特性を実験により求めている。図３と図４と表１はその実験結果を表している。
【００１９】
図３は実験により得られたアンテナ構造１のＶＳＷＲと周波数の関係例を示したグラフである。このグラフ中の点線Ａはグランド電極８にグランド抜き部１０が設けられていない場合であり、鎖線Ｂはグランド抜き部１０の幅Ｗが５mmで、長さＬが１０mmである場合であり、実線Ｃは、グランド抜き部１０の幅Ｗが１０mmで、長さＬが１０mmである場合である。表１は、グランド電極８にグランド抜き部１０が設けられていない場合と、グランド抜き部１０の幅Ｗが５mmで、長さＬが１０mmである場合と、グランド抜き部１０の幅Ｗが１０mmで、長さＬが１０mmである場合とのそれぞれに関して、８１０ＭHzと８８５ＭHzと９６０ＭHzの各周波数におけるアンテナ利得が示されている。なお、この表１でのアンテナ利得とは、ｚ−ｘ平面における水平偏波の平均利得と垂直偏波の平均利得との和である。
【００２０】
【表１】

【００２１】
また、図４は、アンテナ構造１を中心としたｚ−ｘ平面における指向性を示すグラフである。グラフ中の鎖線ａは図５（ａ）に示すようにグランド電極８にグランド抜き部１０が設けられていない場合である。実線ｂは図５（ｂ）に示すようにグランド電極８に１０mm角のグランド抜き部１０が設けられている場合である。点線ｃは図５（ｃ）に示すようにグランド電極８にＷ１２mm×Ｌ１０mmの大きさのグランド抜き部１０が設けられているが、基板３の端からグランド抜き部１０となっており、グランド抜き部１０の一部分がグランド電極８により塞がれていない（つまり、グランド抜き部１０の一部分が開放されている）場合である。なお、この指向性を求める実験では、周波数は８１０ＭHzとし、何れの場合にもｚ−ｘ平面における最大利得を０dBとしている。
【００２２】
この第１実施形態例のようにグランド電極８のアンテナ部搭載領域Ｚにグランド抜き部１０を形成することにより、グランド抜き部１０が設けられていない場合に比べて広帯域化が図られ、アンテナ部２と信号供給源７側とのインピーダンス整合が良好となってアンテナ利得が向上していることが図３と表１から分かる。なお、この図３と表１に示される実験結果は、自由空間におけるものである。本発明者は、アンテナ構造１の近傍にグランド導体と見なすことができる物体が配置されている場合に関しても、上記同様の実験を行っている。この場合にも、この第１実施形態例の構成を備えることによるアンテナ利得向上の効果が確認されている。
【００２３】
また、給電放射電極５や無給電放射電極６に対向する位置にグランド電極８を形成することによって、図４の鎖線ａに示されるように、基板３の表面側の指向性を裏面側の指向性よりも強くすることができる。この第１実施形態例では、グランド電極８のアンテナ部搭載領域Ｚの一部分にグランド抜き部１０を形成しているが、図４の実線ｂに示されるように、グランド抜き部１０を設けても、グランド抜き部１０が無い場合と同様の指向性を持たせることができることが分かる。この現象に関して、本発明者は、電波の波長に対してグランド抜き部１０の大きさが小さいので、グランド抜き部１０を設けてもグランド抜き部１０が無い場合と同様の指向性を示すのではないかと考えている。
【００２４】
これに対して、グランド抜き部１０の全周がグランド電極８により囲まれているのではなく、一部分が開放されているグランド抜き部１０が設けられている場合には、図４の点線ｃに示すように、基板３の裏面側への指向性がやや強くなっている。この現象は、次に示すような理由に因るものではないかと本発明者は考えている。つまり、この第１実施形態例の構成では、グランド抜き部１０を設けても基板３の端縁部には全周に渡りグランド電極８が形成されているので、その基板端縁部のグランド電極８によって基板３の表面側から裏面側への電波の回り込みを減少させることができる。これに対して、グランド抜き部１０の一部が開放されている場合には、基板３の端縁部の一部分にグランド電極８が形成されていないので、そのグランド電極８が抜けている基板端縁部から電波が裏面側へ回り込んで裏面側への電波の放射量を増加させているのではないかと本発明者は考えている。
【００２５】
上記のような実験結果から、本発明者は、この第１実施形態例の如くグランド電極８におけるアンテナ部搭載領域Ｚの一部分に、全周がグランド電極８により囲まれているグランド抜き部１０を形成することによって、グランド抜き部１０が設けられていない場合とほぼ同様な指向性を維持したままで、グランド抜き部１０が設けられていない場合よりもアンテナ利得を向上できることを確認した。
【００２６】
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００２７】
この第２実施形態例では、図６に示されるように、グランド抜き部１０は、基板３の表面から裏面に貫通する貫通孔１５により形成されている。なお、図６では、アンテナ構造１が、基板３の裏面を上側にした姿勢で、かつ、アンテナ部２と基板３を分解した状態で示されている。また、図６では、給電放射電極５と無給電放射電極６の図示が省略されている。
【００２８】
この第２実施形態例では、アンテナ部２の誘電体基体４の底部には取り付け用部材１６が設けられている。この取り付け用部材１６は、基板３の貫通孔１５を利用してアンテナ部２を基板３に取り付けるためのものであり、脚部１７と、この脚部１７の先端に設けられている爪部１８とを有して構成されている。この取り付け用部材１６の脚部１７がグランド抜き部１０である貫通孔１５に挿通され、先端の爪部１８が基板３の裏面に係止することで、アンテナ部２が基板３に固定される。
【００２９】
この第２実施形態例に示したように、グランド抜き部１０が貫通孔により構成されている場合にも、第１実施形態例と同様に、グランド電極８に起因した裏面側よりも表面側が強くなる指向性を持ちつつ、グランド抜き部１０が設けられていない場合よりもアンテナ利得を向上させることができる。
【００３０】
ところで、半田を利用してアンテナ部２を基板３に実装する場合には、その半田実装の工程で、半田を溶融するためにアンテナ部２および基板３が加熱される。このため、その加熱に耐えられる材料によりアンテナ部２や基板３を構成する必要があるので、アンテナ部２の誘電体基体４は、半田の融点よりも高い融点を持つ材料により構成される。これに対して、この第２実施形態例では、半田を用いずにアンテナ部２を基板３に取り付けることが可能である。このため、半田の融点以上に加熱しなくて済むことから、誘電体基体４の構成材料に対する融点の規制が緩和されて、例えば、２００℃以下の融点を持つ材料（例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂とセラミックス粉（フィラー）との混合材料）を誘電体基体４の構成材料として採用することができることとなる。
【００３１】
誘電体基体４の構成材料として樹脂を利用する場合には、アンテナ部２をインサート成形手法やアウトサート成形手法により作製することが可能となる。また、そのような成形手法によりアンテナ部２を作製する場合には、様々な形状のアンテナ部２を作製することが容易となるので、例えば、図７に示すようなアンテナ部２（誘電体基体４）の一部分に曲面を有している形状や、誘電体基体４の面の一つとして基板３に対して傾きを持つテーパ平面が形成されている形状や、誘電体基体４の一部分に凹部（窪み部）が形成されている形状や、誘電体基体４には給電放射電極５や無給電放射電極６の伸長方向に交差する方向に沿う貫通孔が形成されている形状などのアンテナ部２が作製し易くなる。
【００３２】
さらに、図８の断面図に示すようなアンテナ部２を形成することも容易となる。このアンテナ部２は給電放射電極５が容量給電タイプのものであり、このアンテナ部２では、給電放射電極５の一端部分５αが誘電体基体４の内部に形成されている。この誘電体基体４内部の給電放射電極端部５αは、基板３の表面に形成された給電用電極パッド１１に対向配置して当該給電用電極パッド１１との間に容量を形成する。信号供給源７からの信号は、その給電用電極パッド１１と給電放射電極端部５α間の容量を介して給電放射電極５に給電される。
【００３３】
その給電放射電極端部５αと給電用電極パッド１１によって挟み込まれている誘電体基体部分４αは誘電体基体４のごく一部分であるし、共振周波数などのアンテナ特性に大きな影響を与えない領域に配置されていることから、当該誘電体基体部分４αは誘電体基体４の他の部分と異なる誘電材料により構成されていてもよい。例えば、給電放射電極端部５αと給電用電極パッド１１間の容量を適宜に設定することにより、信号供給源７側と給電放射電極５との整合を良好にすることが可能であるので、誘電体基体部分４αは、給電放射電極端部５αと給電用電極パッド１１間の容量が良好な整合を得ることができる容量となるための比誘電率を有することが好ましい。図８の構成では、その整合に適切な比誘電率が、アンテナ特性に対して適切な比誘電率と異なる場合には、誘電体基体部分４αは整合に適切な比誘電率を持つ誘電材料により構成し、誘電体基体４の他の部分はアンテナ特性に適切な比誘電率を持つ別の誘電材料により構成することが容易である。具体的には、例えば、誘電体基体４の大部分は、アンテナ特性や小型化を考慮して比誘電率が高いセラミックス等により構成し、誘電体基体部分４αは、整合を考慮した比誘電率を持つ例えば樹脂（２００℃以下の融点を持つ樹脂でもよい）により構成してもよい。なお、もちろん、誘電体基体部分４αは誘電体基体４の他の部分と同じ誘電材料により構成されていてもよい。
【００３４】
また、例えば、誘電体基体４の底部が弾性を持つ材料により形成されていてもよい。その弾性を持つ材料の一例として、例えば、熱可塑性エラストマーを挙げることができる。このように、誘電体基体４の底部を弾性材料により構成することによって、誘電体基体４の底面をほぼ全面に渡り基板３に密着させることが容易となる。そのように誘電体基体４の底面全面を基板３に密着させることにより、給電放射電極５や無給電放射電極６と、グランド電極８との間の間隔が製品毎にばらつくことを防止することができる。これにより、アンテナ特性のばらつきを抑制することができてアンテナ構造１の性能の信頼性を高めることができる。
【００３５】
また、給電放射電極５が容量給電タイプである場合には、給電放射電極５と給電用電極パッド１１間の間隔の製品毎のばらつきを抑えることができるので、給電放射電極５と信号供給源７側との整合状態のばらつきを抑制することができる。さらに、図８に示されるような構成を採用する場合には、例えば、誘電体基体４の底部の全部ではなく、誘電体基体部分４αの底部部分だけを弾性材料により構成してもよい。この場合にも、上記したような給電放射電極５と信号供給源７側との整合状態のばらつきを抑制することができる。
【００３６】
以下に、第３実施形態例を説明する。この第３実施形態例は通信機に関するものである。この第３実施形態例の通信機には、第１と第２の実施形態例に示したアンテナ構造のうちの何れか一つが設けられている。それ以外の通信機構成には様々な構成があり、その中から適宜な構成が採用されている。ここでは、その説明は省略する。また、第１と第２の各実施形態例に示したアンテナ構造に関しても、前述したので、その説明も省略する。
【００３７】
なお、この発明は第１〜第３の各実施形態例の構成に限定されるものではなく、様々な実施の形態をも採り得る。例えば、第１〜第３の各実施形態例では、グランド抜き部１０は四角形状であったが、グランド抜き部１０の形状は特に限定されるものではなく、例えば、図９（ａ）に示すような三角形状であってもよいし、図９（ｂ）に示すような略Ｌ字形状であってもよい。ただ、グランド抜き部１０は、給電放射電極５や無給電放射電極６の電流の通電方向に沿う辺１０yを有することが好ましい。
【００３８】
さらに、グランド抜き部１０の形成位置が、給電放射電極５と無給電放射電極６の電流最大領域Ｓの近傍である例を示したが、グランド抜き部１０の形成位置は、アンテナ部搭載領域Ｚに位置し、かつ、全周がグランド電極８により囲まれる位置であれば、特に限定されるものではない。なお、グランド抜き部１０の一部分がアンテナ部搭載領域Ｚから外にはみ出していてもよい。
【００３９】
さらに、上記各実施形態例では、半田や取り付け部材１６を用いて、アンテナ部２を基板３に取り付ける例を示したが、アンテナ部２の取り付け手法は限定されるものではなく、例えば、かしめによりアンテナ部２を基板３に取り付けてもよいし、また、接着剤を利用してアンテナ部２を基板３に取り付けてもよい。
【００４０】
さらに、給電放射電極５と無給電放射電極６の各パターン形状および基板実装位置に対する電極配置位置は図１等の例に限定されるものではなく、給電放射電極５および無給電放射電極６の形状として、例えば、ミアンダ形状などの他の形状をも採り得るものである。さらに、給電放射電極５と無給電放射電極６の形成数は１個ずつに限定されるものではなく、給電放射電極５と無給電放射電極６は、それぞれ、複数形成してもよい。なお、給電放射電極５と無給電放射電極６は同数でなくともよい。さらにまた、給電放射電極５と無給電放射電極６は、誘電体基体４の外面に形成されていたが、給電放射電極５と無給電放射電極６の一方又は両方が誘電体基体４の内部に形成されている構成としてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によれば、基板のグランド電極には、アンテナ部搭載領域の一部分に、グランド抜き部が形成され、このグランド抜き部はその全周がグランド電極に囲まれている。また、アンテナ部底面にはグランド電極が形成され、このアンテナ部底面のグランド電極には、アンテナ部を基板に実装した際に基板のグランド抜き部に対向する位置に、基板のグランド抜き部以上の面積を持つグランド抜き部が形成されている構成とした。
【００４２】
この発明では、給電放射電極と無給電放射電極に対向する位置にグランド電極を形成し、このグランド電極の一部分にグランド抜き部を形成することによって、グランド電極に起因した指向性を維持したままで、アンテナ利得を向上させることができる。
【００４３】
ところで、特開2000-196341号公報には、パッチ（放射電極に対応）に対向させて地板（グランド電極）が形成され、この地板の一部分に開口が形成されている構成が示されている。しかしながら、本発明のアンテナ構造はλ／４タイプのアンテナであるのに対して、そのパッチアンテナはλ／２タイプのアンテナであり、基本構成が異なる。
【００４４】
また、本発明は、グランド電極に起因した指向性を維持したままで、アンテナ利得向上を図る構成であるのに対して、特開2000-196341号公報に記載のアンテナ構造の構成は無指向性を得るために考え出されたものである。このため、特開2000-196341号公報に記載のパッチアンテナでは、無指向性を得るために、開口の端縁周囲長がパッチアンテナの共振周波数のほぼ１波長と等しい構成が示されている。これに対して、この発明では、グランド抜き部はその周囲長がアンテナ部の共振周波数の１波長よりも小さくても（例えば、０．１波長程度でも）、目標の効果（つまり、グランド電極に起因した指向性を持ちつつ、アンテナ利得を向上させることができる効果）を得ることができる。
【００４５】
また、特開2000-196341号公報に記載のパッチアンテナの構成では、無指向性を得るために開口の形成位置が限定されてしまうが、この発明は、そのパッチアンテナに比べると、グランド抜き部の形成位置の自由度は高く、設計の自由度を高めることができる。さらに、特開2000-196341号公報に記載のパッチアンテナはλ／２タイプのアンテナであり、パッチに電力を供給するための給電線が必要である。このため、パッチの形状が限定され、パッチの形状の自由度が低いものである。これに対して、この発明のアンテナ構造はλ／４タイプのものであり、放射電極の形状の自由度は高いものである。
【００４６】
さらに、この発明のアンテナ構造はλ／４タイプのものであるので、λ／２タイプのアンテナに比べて、アンテナ特性がほぼ同じ状態で半分程度の大きさに小型化することができる。さらに、この発明のアンテナ構造は、給電放射電極と無給電放射電極により複共振状態を作り出すので、広帯域化を図ることが容易となる結果、更なる小型化を図ることができる。
【００４７】
さらに、例えば、回路基板にアンテナ部を実装してアンテナ構造を構成する場合に、この発明の構成では、回路基板の角部にアンテナ部を搭載しても、目標の効果を得ることができる。このため、回路基板の角部にアンテナ部を搭載することによって、回路を構成する部品の配置位置の自由度低下を防止することができる。
【００４８】
基板のグランド電極のグランド抜き部が貫通孔により構成されているものにあっても、上記同様に、グランド電極に起因した指向性を持たせたままで、アンテナ利得を向上させることができる。
【００４９】
また、その貫通孔を利用して、半田を用いずにアンテナ部を基板に搭載する構成を採用することができる。この場合には、例えば、誘電体基体の少なくとも一部分が、２００℃以下の融点を持つ材料により構成することが可能となる。これにより、誘電体基体を構成する材料として選択可能なものが増加するので、設計の自由度を高めることができる。
【００５０】
さらに、誘電体基体が樹脂とセラミックスとの混合材料により構成されているものにあっては、セラミックスの混合割合を変化させることによって、要望する比誘電率を持つ誘電体基体を得ることが容易となる。
【００５１】
さらに、アンテナ部がインサート成形手法とアウトサート成形手法のうちの何れか一方を利用して作製されたものにあっては、様々な形状のアンテナ部を作製することができる。このことから、例えば、アンテナ構造が内蔵される通信機の筐体が、端部にテーパが付けられて薄くなっている形状である場合に、アンテナ部の形状をその筐体端部の形状に合わせた形状とすることによって、筐体端部の薄さに妨げられずに、アンテナ部を回路基板の端部に配置させることができる。
【００５２】
さらに、誘電体基体の少なくとも底部の一部分が弾性を持つ材料（例えば熱可塑性エラストマー）により構成されているものにあっては、誘電体基体を基板に密着させてアンテナ部を基板に搭載することができる。これにより、例えば、基板のアンテナ部搭載領域にグランド電極が形成されている場合には、そのグランド電極と、アンテナ部の給電放射電極や無給電放射電極との間の間隔が製品毎にばらつくという問題を抑制することができて、アンテナ特性のばらつきの小さいアンテナ構造を提供することができる。
【００５３】
この発明のアンテナ構造を内蔵した通信機は、アンテナ構造の小型化に伴って小型化を図ることができるし、また、アンテナ特性の信頼性を高めることができる。また、アンテナ構造は裏面側よりも表面側に強い指向性を持つために、アンテナ構造の裏面側にグランドと見なせる物体が接近しても、電波の送受信の悪化を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例のアンテナ構造を説明するための図である。
【図２】給電放射電極の給電方式を説明するためのモデル図である。
【図３】グランド抜き部の効果を説明するためのＶＳＷＲ特性のグラフである。
【図４】さらに、グランド抜き部の効果を説明するための指向性のグラフである。
【図５】図４に指向性が示されているアンテナ構造の３例の違いを説明するためのモデル図である。
【図６】第２実施形態例を説明するための図である。
【図７】第２実施形態例を採用した場合に採り得る誘電体基体の形状例を示すモデル図である。
【図８】容量給電タイプの給電放射電極の一端部を誘電体基体の内部に形成した場合の一形態例を示したモデル図である。
【図９】グランド抜き部のその他の形状例を示すモデル図である。
【図１０】特開2000-196341号公報に記載のパッチアンテナの一つを示す図である。
【符号の説明】
１アンテナ構造
２アンテナ部
３基板
４誘電体基体
５給電放射電極
６無給電放射電極
８グランド電極
１０グランド抜き部
１５貫通孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna structure incorporated in a device having a communication function such as a portable terminal device and a communication device including the antenna structure.
[0002]
[Background]
FIG. 10A shows a top view of the antenna described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-196341, and FIG. 10B shows a cross-sectional view of the AA portion of the antenna. The patch antenna 30 is of the λ / 2 type, and includes a dielectric plate 31, a patch 32 that performs antenna operation, a feed line 33 that is connected to the patch 32 and supplies a signal to the patch 32, a ground plane 34, It is comprised. That is, in the patch antenna 30, the patch 32 is formed on the surface of the dielectric plate 31, and the feed line 33 is formed. A ground plate 34 is provided on the back surface of the dielectric plate 31. An opening 35 is formed in the ground plane 34 at a site where the electric field is large. The peripheral length of the edge of the opening 35 is set to be one wavelength (1λ) of the resonance frequency of the patch antenna 30.
[0003]
Thus, by providing the opening 35 in the ground plane 34 and making the ground plane 34 asymmetrical, a common mode current is generated, and thereby, the omnidirectionality and wide band of the patch antenna 30 can be achieved.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, for example, there is a demand for downsizing a communication device such as a portable terminal device having a communication function, and accordingly, downsizing is also required for an antenna built in the communication device. However, since the antenna disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-196341 is a λ / 2 type antenna, it is not possible to reduce the size of the antenna to the extent that it can satisfy the demand for miniaturization while maintaining the antenna characteristics. very difficult.
[0005]
In addition, there is a desire to make the directivity of radio waves on the front surface side of the dielectric plate 31 stronger than the directivity on the back surface side, but the antenna of JP 2000-196341 A is omnidirectional, Even if the antenna configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-196341 is employed, the directivity requirement cannot be met.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is that the antenna gain is good and the miniaturization is easy, and the directivity on the front side is more than the directivity on the back side. Another object of the present invention is to provide an antenna structure and a communication device including the antenna structure that can have a directivity of being strong.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the above problems. That is, the present invention provides an antenna structure having an antenna portion in which a radiation electrode for performing an antenna operation is formed on a dielectric substrate and a substrate on which the antenna portion is mounted. A ground electrode is formed, and a dielectric substrate of the antenna section is a radiation electrode for supplying radiation from a signal supply source and a radiation radiation by receiving a signal indirectly through the radiation electrode. An electrode and a parasitic radiation electrode that creates a double resonance state are formed, and each of the feeding radiation electrode and the parasitic radiation electrode has an electrical length of (2n−1) · λ / 4 (n is a natural number). λ / 4 type radiation electrode, each of the feeding radiation electrode and the parasitic radiation electrode is electrically connected to one end of the ground electrode of the substrate, It is configured to function as an antenna together with the feeding radiation electrode and the parasitic radiation electrode of the antenna part. The ground electrode of the substrate is formed with a ground extraction part in a part of a region where the antenna part is mounted. The ground extraction part is surrounded by a ground electrode at the entire periphery, and a ground electrode is formed on the bottom surface of the antenna part. The ground electrode on the bottom surface of the antenna part includes a substrate including all of the ground extraction parts of the substrate when mounted on the substrate. It is characterized in that a ground removal portion having an area larger than that of the ground removal portion is formed.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 (a) schematically shows the antenna structure of the first embodiment, and FIG. 1 (b) shows a schematic exploded view of the antenna structure. The antenna structure 1 according to the first embodiment includes an antenna unit 2 and a substrate 3 on which the antenna unit 2 is mounted. The antenna unit 2 includes a dielectric substrate 4, and a feed radiation electrode 5 and a parasitic radiation electrode 6 that are formed on the dielectric substrate 4 and perform an antenna operation.
[0010]
The feeding radiation electrode 5 is connected to a signal supply source 7 formed on the substrate 3, for example, and a signal is fed from the signal supply source 7. The feeding radiation electrode 5 includes a direct feeding type and a capacitive feeding type depending on a feeding method from the signal supply source 7. Although FIG. 1 shows a direct feed type feeding radiation electrode 5 to which a signal is directly supplied from the signal supply source 7 side, for example, from the signal supply source 7 side as shown in FIG. You may employ | adopt the capacitive feed type feeding radiation electrode 5 to which a signal is supplied through a capacity | capacitance. Note that reference numeral 11 in FIGS. 1 and 2 denotes a power supply electrode pad formed on the substrate 3. The power supply electrode pad 11 is electrically connected to the signal supply source 7 through, for example, a through hole (not shown) and a wiring pattern formed on the back surface of the substrate 3. Further, reference numeral 12 in FIG. 2 denotes a power supply electrode for supplying a signal from the signal supply source 7 to the power supply radiation electrode 5 through a capacitor.
[0011]
The non-feeding radiation electrode 6 is disposed close to the feeding radiation electrode 5 with a gap therebetween. The non-feeding radiation electrode 6 is electromagnetically coupled to the feeding radiation electrode 5 and receives a signal from the signal supply source 7 via the feeding radiation electrode 5 to perform an antenna operation.
[0012]
In the first embodiment, the feeding radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 are λ / 4 type radiation electrodes each having an electrical length of (2n−1) · λ / 4 (n is a natural number). . In addition, the feeding radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 are appropriately set with various elements such as a distance between the feeding radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 so that a double resonance state can be created. Yes.
[0013]
The dielectric substrate 4 is made of a dielectric material having an appropriate relative permittivity in consideration of the antenna characteristics such as the resonance frequency and the Q value set for the feeding radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 and the miniaturization of the antenna unit 2. It is configured.
[0014]
A ground electrode 8 is formed on the surface of the substrate 3 while avoiding the power supply electrode pad 11. On the ground electrode 8, the antenna unit 2 having the dielectric base 4, the feeding radiation electrode 5, and the parasitic radiation electrode 6 as described above is mounted using, for example, solder. In the first embodiment, the feeding radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 are λ / 4 type radiation electrodes, respectively, and each of the

radiation electrodes

5 and 6 is partly directly or capacitive. It is electrically connected to the ground electrode 8 indirectly via For this reason, in the antenna structure 1 of the first embodiment, a current in the direction opposite to the resonance current flowing through the feeding radiation electrode 5 and the non-feeding radiation electrode 6 flows through the ground electrode 8 when performing the antenna operation. Thereby, the ground electrode 8 functions as an antenna together with the feeding radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6. In the first embodiment, the antenna unit 2 is mounted on the corner (end) of the substrate 3 in order to effectively use the ground electrode 8.
[0015]
The most characteristic feature of the antenna structure 1 according to the first embodiment is that the ground electrode 8 of the substrate 3 is provided with a ground removal portion 10 in a part of the region Z where the antenna portion 2 is mounted. It is. In addition, a ground electrode (not shown) is provided on the bottom surface of the dielectric substrate 4 (that is, the surface in contact with the substrate 3), and a ground removal portion is also formed on the ground electrode on the bottom surface of the dielectric substrate 4. Has been. The ground extraction portion of the ground electrode of the dielectric substrate 4 is provided at a position facing the ground extraction portion 10 of the ground electrode 8 of the substrate 3 when the antenna unit 2 is mounted on the setting region Z of the substrate 3, and The substrate 3 has a larger area than the ground removal portion 10 and overlaps the entire area of the ground removal portion 10 of the substrate 3.
[0016]
The formation position of the ground removal portion 10 in the first embodiment is a position that is in the vicinity of the maximum current region S including a portion where the current flowing through the feeding radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 is maximum, and The entire circumference is surrounded by the ground electrode 8. Further, the ground-extracted portion 10 has a peripheral length of the edge shorter than one wavelength of the resonance frequency of the antenna portion 2.
[0017]
Further, the ground removal portion 10 has a quadrangular shape, and has a side 10 y along the energizing direction of the resonance current flowing through the feed radiation electrode 5 and the non-feed radiation electrode 6, and a side 10 x along a direction substantially perpendicular to the side 10 y. is doing. By forming such a ground-extracted portion 10, the current flowing through the ground electrode 8 is divided into two directions, the direction along the side 10x of the ground-extracted portion 10 and the direction along the side 10y. Become.
[0018]
The antenna structure 1 of the first embodiment is configured as described above. The inventor has obtained the antenna characteristics of the antenna structure 1 of the first embodiment by experiments. 3 and 4 and Table 1 show the experimental results.
[0019]
FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the VSWR and the frequency of the antenna structure 1 obtained by experiment. The dotted line A in this graph is the case where the ground extraction portion 10 is not provided on the ground electrode 8, and the chain line B is the case where the width W of the ground extraction portion 10 is 5 mm and the length L is 10 mm. C is the case where the width W of the ground removal portion 10 is 10 mm and the length L is 10 mm. Table 1 shows that the ground electrode 8 is not provided with the ground removal portion 10, the width W of the ground removal portion 10 is 5 mm, the length L is 10 mm, and the width W of the ground removal portion 10 is 10 mm. Thus, antenna gains at frequencies of 810 MHz, 885 MHz, and 960 MHz are shown for each of cases where the length L is 10 mm. The antenna gain in Table 1 is the sum of the average gain of horizontal polarization and the average gain of vertical polarization in the zx plane.
[0020]
[Table 1]

[0021]
FIG. 4 is a graph showing the directivity in the zx plane with the antenna structure 1 as the center. A chain line a in the graph is a case where the ground extraction portion 10 is not provided in the ground electrode 8 as shown in FIG. A solid line b is a case where a 10 mm square ground removal portion 10 is provided in the ground electrode 8 as shown in FIG. As shown in FIG. 5C, the dotted line c is provided with a ground removal portion 10 having a size of W12 mm × L10 mm on the ground electrode 8, but the ground removal portion 10 is formed from the end of the substrate 3. This is a case where a part of the portion 10 is not blocked by the ground electrode 8 (that is, a part of the ground removal portion 10 is opened). In this experiment for obtaining directivity, the frequency is 810 MHz, and the maximum gain in the zx plane is 0 dB in any case.
[0022]
By forming the ground removal portion 10 in the antenna portion mounting region Z of the ground electrode 8 as in the first embodiment, the bandwidth can be increased compared with the case where the ground removal portion 10 is not provided, and the antenna portion. It can be seen from FIG. 3 and Table 1 that the impedance matching between 2 and the signal supply source 7 side is good and the antenna gain is improved. The experimental results shown in FIG. 3 and Table 1 are in free space. The present inventor has also performed the same experiment as described above even when an object that can be regarded as a ground conductor is disposed in the vicinity of the antenna structure 1. Also in this case, the effect of improving the antenna gain by providing the configuration of the first embodiment has been confirmed.
[0023]
Further, by forming the ground electrode 8 at a position facing the feeding radiation electrode 5 and the non-feeding radiation electrode 6, the directivity on the front surface side of the substrate 3 is changed to the directivity on the back surface side as shown by a chain line a in FIG. 4. Can be stronger than sex. In the first embodiment, the ground extraction portion 10 is formed in a part of the antenna portion mounting area Z of the ground electrode 8. However, as shown by the solid line b in FIG. It can be seen that the same directivity as in the case without the ground removal portion 10 can be provided. Regarding this phenomenon, since the size of the ground removal portion 10 is small with respect to the wavelength of the radio wave, the inventor does not exhibit the same directivity as when the ground removal portion 10 is provided even if the ground removal portion 10 is provided. I think that there is not.
[0024]
On the other hand, when the ground extraction portion 10 that is not partially surrounded by the ground electrode 8 but is partially opened is provided, the dotted line c in FIG. As shown, the directivity toward the back side of the substrate 3 is slightly stronger. The present inventor believes that this phenomenon is caused by the following reasons. That is, in the configuration of the first embodiment, the ground electrode 8 is formed over the entire periphery of the edge of the substrate 3 even if the ground removal portion 10 is provided. 8 can reduce the wraparound of radio waves from the front surface side to the back surface side of the substrate 3. On the other hand, when a part of the ground removal portion 10 is open, the ground electrode 8 is not formed on a part of the edge portion of the substrate 3, so that the substrate end from which the ground electrode 8 is missing. The inventor thinks that radio waves may circulate from the edge to the back side to increase the amount of radio waves emitted to the back side.
[0025]
From the experimental results as described above, the present inventor has provided a ground extraction portion 10 whose entire circumference is surrounded by the ground electrode 8 in a part of the antenna portion mounting region Z in the ground electrode 8 as in the first embodiment. It was confirmed that the antenna gain can be improved by forming the antenna gain as compared with the case where the ground removal portion 10 is not provided while maintaining the directivity almost the same as that in the case where the ground removal portion 10 is not provided.
[0026]
The second embodiment will be described below. In the description of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions of common portions are omitted.
[0027]
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the ground removal portion 10 is formed by a through hole 15 penetrating from the front surface of the substrate 3 to the back surface. In FIG. 6, the antenna structure 1 is shown in a posture in which the back surface of the substrate 3 is on the upper side and the antenna unit 2 and the substrate 3 are disassembled. In FIG. 6, illustration of the feeding radiation electrode 5 and the non-feeding radiation electrode 6 is omitted.
[0028]
In the second embodiment, a mounting member 16 is provided on the bottom of the dielectric base 4 of the antenna unit 2. The attachment member 16 is for attaching the antenna unit 2 to the substrate 3 using the through hole 15 of the substrate 3, and includes a leg portion 17 and a claw portion 18 provided at the tip of the leg portion 17. And is configured. The leg portion 17 of the mounting member 16 is inserted into the through hole 15 that is the ground removal portion 10, and the claw portion 18 at the front end is locked to the back surface of the substrate 3, whereby the antenna portion 2 is fixed to the substrate 3. .
[0029]
As shown in the second embodiment, the surface side is stronger than the back side caused by the ground electrode 8 in the same manner as in the first embodiment even when the ground removal portion 10 is constituted by a through hole. The antenna gain can be improved as compared with the case where the ground removal portion 10 is not provided.
[0030]
By the way, when the antenna unit 2 is mounted on the substrate 3 using solder, the antenna unit 2 and the substrate 3 are heated to melt the solder in the solder mounting process. For this reason, since the antenna part 2 and the board | substrate 3 need to be comprised with the material which can endure the heating, the dielectric substrate 4 of the antenna part 2 is comprised with the material which has melting | fusing point higher than the melting | fusing point of solder. On the other hand, in the second embodiment, the antenna unit 2 can be attached to the substrate 3 without using solder. For this reason, since it is not necessary to heat to the melting point of the solder or higher, the restriction of the melting point for the constituent material of the dielectric substrate 4 is relaxed. For example, a material having a melting point of 200 ° C. or less (for example, polyethylene, polypropylene, A mixed material of resin and ceramic powder (filler)) can be used as a constituent material of the dielectric substrate 4.
[0031]
When resin is used as the constituent material of the dielectric substrate 4, the antenna portion 2 can be manufactured by an insert molding method or an outsert molding method. Further, when the antenna unit 2 is manufactured by such a molding method, it becomes easy to manufacture the antenna unit 2 having various shapes. For example, the antenna unit 2 (dielectric substrate) as shown in FIG. 4) a shape having a curved surface in one part, a shape in which a tapered plane inclined with respect to the substrate 3 is formed as one of the surfaces of the dielectric substrate 4, or a recess in a part of the dielectric substrate 4. Antenna portion 2 such as a shape in which a (dent) is formed or a shape in which a through hole is formed in dielectric base 4 along a direction intersecting with the extending direction of feeding radiation electrode 5 and non-feeding radiation electrode 6 Becomes easy to produce.
[0032]
Further, it becomes easy to form the antenna portion 2 as shown in the sectional view of FIG. The antenna unit 2 has a feed radiation electrode 5 of a capacitive feed type. In the antenna unit 2, one end portion 5 α of the feed radiation electrode 5 is formed inside the dielectric substrate 4. The feeding radiation electrode end portion 5α inside the dielectric substrate 4 is disposed opposite to the feeding electrode pad 11 formed on the surface of the substrate 3 to form a capacitance with the feeding electrode pad 11. A signal from the signal supply source 7 is fed to the feed radiation electrode 5 through a capacitance between the feed electrode pad 11 and the feed radiation electrode end 5α.
[0033]
The dielectric substrate portion 4α sandwiched between the feeding radiation electrode end portion 5α and the feeding electrode pad 11 is a very small part of the dielectric substrate 4 and is disposed in a region that does not greatly affect the antenna characteristics such as the resonance frequency. Therefore, the dielectric base portion 4 α may be made of a different dielectric material from the other portions of the dielectric base 4. For example, by appropriately setting the capacitance between the feeding radiation electrode end portion 5α and the feeding electrode pad 11, the matching between the signal supply source 7 side and the feeding radiation electrode 5 can be improved. It is preferable that the body base portion 4α has a relative permittivity for obtaining a capacity capable of obtaining good matching between the capacity of the power supply radiation electrode end 5α and the power supply electrode pad 11. In the configuration of FIG. 8, when the relative dielectric constant suitable for the matching is different from the relative dielectric constant suitable for the antenna characteristics, the dielectric substrate portion 4α is made of a dielectric material having a relative dielectric constant suitable for matching. The other part of the dielectric substrate 4 can be easily made of another dielectric material having a relative dielectric constant suitable for the antenna characteristics. Specifically, for example, most of the dielectric base 4 is made of ceramics having a high relative permittivity in consideration of antenna characteristics and miniaturization, and the dielectric base portion 4α is a relative permittivity in consideration of matching. For example, a resin having a melting point of 200 ° C. or lower may be used. Of course, the dielectric substrate portion 4α may be made of the same dielectric material as the other portions of the dielectric substrate 4.
[0034]
Further, for example, the bottom of the dielectric substrate 4 may be formed of a material having elasticity. An example of the material having elasticity is a thermoplastic elastomer. As described above, the bottom of the dielectric substrate 4 is made of an elastic material, so that the bottom surface of the dielectric substrate 4 can be easily brought into close contact with the substrate 3 over the entire surface. In this way, the entire bottom surface of the dielectric substrate 4 is brought into close contact with the substrate 3 to prevent the gap between the feeding radiation electrode 5 or the parasitic radiation electrode 6 and the ground electrode 8 from being varied for each product. it can. Thereby, the dispersion | variation in an antenna characteristic can be suppressed and the reliability of the performance of the antenna structure 1 can be improved.
[0035]
In addition, when the feed radiation electrode 5 is of a capacitive feed type, it is possible to suppress the variation between the feed radiation electrode 5 and the feed electrode pad 11 for each product, and therefore the feed radiation electrode 5 and the signal supply source 7. The variation in the alignment state with the side can be suppressed. Further, when the configuration shown in FIG. 8 is adopted, for example, not the entire bottom portion of the dielectric base 4 but only the bottom portion of the dielectric base portion 4α may be made of an elastic material. Also in this case, the variation in the alignment state between the feeding radiation electrode 5 and the signal supply source 7 side as described above can be suppressed.
[0036]
The third embodiment will be described below. The third embodiment relates to a communication device. The communication device according to the third embodiment is provided with any one of the antenna structures shown in the first and second embodiments. There are various other communication device configurations, and an appropriate configuration is adopted among them. Here, the description is omitted. Further, since the antenna structures shown in the first and second embodiments are also described above, the description thereof is also omitted.
[0037]
The present invention is not limited to the configurations of the first to third embodiments, and various embodiments can be adopted. For example, in each of the first to third embodiments, the ground removal portion 10 has a quadrangular shape, but the shape of the ground removal portion 10 is not particularly limited. For example, as illustrated in FIG. Such a triangle shape may be sufficient, and a substantially L-shape as shown in FIG.9 (b) may be sufficient. However, it is preferable that the ground removal portion 10 has a side 10 y along the direction of current flow of the feeding radiation electrode 5 and the non-feeding radiation electrode 6.
[0038]
Furthermore, although the example in which the formation position of the ground extraction portion 10 is in the vicinity of the current maximum region S of the feeding radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 is shown, the formation position of the ground removal portion 10 is the antenna portion mounting region Z. As long as the entire circumference is surrounded by the ground electrode 8. A part of the ground removal portion 10 may protrude from the antenna portion mounting area Z.
[0039]
Further, in each of the above-described embodiments, the example in which the antenna unit 2 is attached to the substrate 3 using solder or the attachment member 16 has been described. However, the attachment method of the antenna unit 2 is not limited, for example, by caulking. The antenna unit 2 may be attached to the substrate 3, or the antenna unit 2 may be attached to the substrate 3 using an adhesive.
[0040]
Furthermore, each pattern shape of the feeding radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 and the electrode arrangement position with respect to the substrate mounting position are not limited to the example of FIG. 1 and the like, but the shape of the feeding radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 As another example, other shapes such as a meander shape may be adopted. Furthermore, the number of feed radiation electrodes 5 and parasitic radiation electrodes 6 is not limited to one, and a plurality of feed radiation electrodes 5 and parasitic radiation electrodes 6 may be formed. The feeding radiation electrode 5 and the non-feeding radiation electrode 6 may not be the same number. Furthermore, the feed radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 are formed on the outer surface of the dielectric substrate 4, but one or both of the feed radiation electrode 5 and the parasitic radiation electrode 6 are inside the dielectric substrate 4. It is good also as the structure currently formed.
[0041]
【The invention's effect】
According to the present invention, the ground electrode of the substrate is formed with the ground extraction part in a part of the antenna portion mounting region, and the entire circumference of the ground extraction part is surrounded by the ground electrode. In addition, a ground electrode is formed on the bottom surface of the antenna portion, and the ground electrode on the bottom surface of the antenna portion is located at a position opposite to the ground removal portion of the substrate when the antenna portion is mounted on the substrate. A ground punch portion having an area was formed.
[0042]
In the present invention, the ground electrode is formed at a position facing the feeding radiation electrode and the non-feeding radiation electrode, and the ground cutout is formed in a part of the ground electrode, thereby maintaining the directivity due to the ground electrode. The antenna gain can be improved.
[0043]
By the way, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-196341 shows a configuration in which a ground plate (ground electrode) is formed facing a patch (corresponding to a radiation electrode), and an opening is formed in a part of the ground plate. However, while the antenna structure of the present invention is a λ / 4 type antenna, the patch antenna is a λ / 2 type antenna, and the basic configuration is different.
[0044]
In addition, the present invention is configured to improve the antenna gain while maintaining the directivity due to the ground electrode, whereas the configuration of the antenna structure described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-196341 is omnidirectional. It has been conceived to obtain. For this reason, the patch antenna described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-196341 shows a configuration in which the peripheral length of the edge of the opening is equal to approximately one wavelength of the resonance frequency of the patch antenna in order to obtain omnidirectionality. On the other hand, in the present invention, even if the perimeter of the ground removal portion is smaller than one wavelength of the resonance frequency of the antenna portion (for example, about 0.1 wavelength), the target effect (that is, the ground electrode) The effect that the antenna gain can be improved while having the directivity caused can be obtained.
[0045]
Further, in the configuration of the patch antenna described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-196341, the position where the opening is formed is limited in order to obtain omnidirectionality. The degree of freedom of the formation position is high, and the degree of freedom in design can be increased. Furthermore, the patch antenna described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-196341 is a λ / 2 type antenna and requires a power supply line for supplying power to the patch. For this reason, the shape of the patch is limited, and the degree of freedom of the shape of the patch is low. On the other hand, the antenna structure of the present invention is of the λ / 4 type, and the degree of freedom of the shape of the radiation electrode is high.
[0046]
Furthermore, since the antenna structure of the present invention is of the λ / 4 type, the antenna structure can be reduced to about half the size with the antenna characteristics substantially the same as compared with the λ / 2 type antenna. Furthermore, since the antenna structure of the present invention creates a double resonance state by the feeding radiation electrode and the non-feeding radiation electrode, it is easy to achieve a wide band, and as a result, further miniaturization can be achieved.
[0047]
Furthermore, for example, when an antenna structure is configured by mounting an antenna portion on a circuit board, the target effect can be obtained even if the antenna portion is mounted at a corner of the circuit board. For this reason, by mounting the antenna portion at the corner of the circuit board, it is possible to prevent a reduction in the degree of freedom of the arrangement position of the components constituting the circuit.
[0048]
Even in the case where the ground extraction portion of the ground electrode of the substrate is constituted by a through hole, the antenna gain can be improved while maintaining the directivity due to the ground electrode, as described above.
[0049]
Moreover, the structure which mounts an antenna part in a board | substrate without using solder using the through-hole can be employ | adopted. In this case, for example, at least a part of the dielectric substrate can be made of a material having a melting point of 200 ° C. or lower. This increases the number of materials that can be selected as the material constituting the dielectric substrate, thereby increasing the degree of freedom in design.
[0050]
Furthermore, in the case where the dielectric substrate is made of a mixed material of resin and ceramics, it is easy to obtain a dielectric substrate having a desired dielectric constant by changing the mixing ratio of ceramics. Become.
[0051]
Furthermore, when the antenna portion is manufactured using either one of the insert molding method and the outsert molding method, antenna portions having various shapes can be manufactured. For this reason, for example, when the casing of a communication device with a built-in antenna structure has a thin shape with a tapered end, the shape of the antenna is changed to the shape of the end of the casing. By adopting the combined shape, the antenna portion can be disposed at the end portion of the circuit board without being hindered by the thinness of the end portion of the housing.
[0052]
Further, in the case where at least a part of the bottom portion of the dielectric substrate is made of an elastic material (for example, a thermoplastic elastomer), the antenna portion can be mounted on the substrate by bringing the dielectric substrate into close contact with the substrate. it can. Thereby, for example, when the ground electrode is formed in the antenna portion mounting region of the substrate, the interval between the ground electrode and the feeding radiation electrode and the parasitic radiation electrode of the antenna portion varies for each product. Problems can be suppressed, and an antenna structure with small variations in antenna characteristics can be provided.
[0053]
The communication device incorporating the antenna structure of the present invention can be miniaturized as the antenna structure is miniaturized, and the reliability of the antenna characteristics can be improved. Further, since the antenna structure has a stronger directivity on the front side than on the back side, even when an object that can be regarded as a ground approaches the back side of the antenna structure, deterioration of transmission and reception of radio waves can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an antenna structure according to a first embodiment;
FIG. 2 is a model diagram for explaining a feeding method of a feeding radiation electrode.
FIG. 3 is a graph of VSWR characteristics for explaining the effect of a ground removal portion.
FIG. 4 is a directivity graph for explaining the effect of the ground removal portion.
5 is a model diagram for explaining a difference between three examples of the antenna structure whose directivity is shown in FIG. 4; FIG.
FIG. 6 is a diagram for explaining a second embodiment.
FIG. 7 is a model diagram showing an example of the shape of a dielectric substrate that can be adopted when the second embodiment is adopted.
FIG. 8 is a model diagram showing an example of a case where one end of a capacitive power supply type feeding radiation electrode is formed inside a dielectric substrate.
FIG. 9 is a model diagram showing another example of the shape of the ground removal portion.
FIG. 10 is a diagram showing one of the patch antennas described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-196341.
[Explanation of symbols]
1 Antenna structure
2 Antenna part
3 Substrate
4 Dielectric substrate
5 Feeding radiation electrode
6 Parasitic radiation electrode
8 Ground electrode
10 Ground removal part
15 Through hole

Claims

In an antenna structure having an antenna portion in which a radiation electrode for performing an antenna operation is formed on a dielectric substrate and a substrate on which the antenna portion is mounted, a ground electrode is formed on the substrate surface on which the antenna portion is mounted. In addition, the dielectric substrate of the antenna unit has a feeding radiation electrode to which a signal is supplied from a signal supply source as a radiation electrode, and receives a signal indirectly through the feeding radiation electrode to form a double resonance state with the feeding radiation electrode. A parasitic radiation electrode to be produced is formed, and each of the feeder radiation electrode and the parasitic radiation electrode is a λ / 4 type radiation having an electrical length of (2n−1) · λ / 4 (n is a natural number). One end of each of the feeding radiation electrode and the parasitic radiation electrode is electrically connected to the end of the ground electrode of the substrate, and the ground electrode of the substrate is connected to the feeding radiation of the antenna unit. A structure that functions as an antenna together with the pole and the parasitic radiation electrode is formed, and the ground electrode of the substrate is formed with a ground extraction part in a part of a region where the antenna part is mounted. The entire circumference is surrounded by a ground electrode, and a ground electrode is formed on the bottom surface of the antenna portion. An antenna structure characterized in that a ground-extracted portion of the area is formed.

2. The antenna structure according to claim 1, wherein the ground extraction portion of the ground electrode is constituted by a through hole penetrating from the front surface to the back surface of the substrate.

The antenna structure according to claim 1 or 2, wherein an antenna portion is mounted on an end portion of the substrate.

4. The antenna structure according to claim 1, wherein the dielectric substrate is made of a mixed material of resin and ceramics.

The antenna structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the antenna portion is manufactured using any one of an insert molding method and an outsert molding method. .

The antenna structure according to any one of claims 1 to 5, wherein at least a part of the dielectric substrate is made of a material having a melting point of 200 ° C or lower.

The antenna structure according to any one of claims 1 to 6, wherein at least a part of the bottom of the dielectric substrate is made of an elastic material.

8. The antenna structure according to claim 7, wherein the elastic material is a thermoplastic elastomer.

A communication device comprising the antenna structure according to any one of claims 1 to 8.