JP4285409B2 - アンテナおよびそれを備えた無線通信機 - Google Patents

Description

本発明は、携帯型電話機等の無線通信機に設けられるアンテナおよびそれを備えた無線通信機に関するものである。

図８（ａ）にはアンテナ構造の一例が模式的な斜視図により示され、図８（ｂ）にはそのアンテナ構造が模式的な分解状態により示され、図８（ｃ）には図８（ａ）に示されるアンテナ構造をボトム側から見た状態が示されている。このアンテナ構造１はアンテナ２を有し、このアンテナ２は、回路基板３の非グランド領域Ｚpに搭載されている。つまり、回路基板３には、グランド４が形成されているグランド領域Ｚgと、グランド４が形成されていない非グランド領域Ｚpとが非グランド領域Ｚpを回路基板３の片端側にして隣り合わせに配置されており、このような回路基板３の非グランド領域Ｚpにアンテナ２が設けられている。

アンテナ２は、誘電体基体６と、給電放射電極７と、無給電放射電極８とを有して構成されている。誘電体基体６は直方体状と成し、この誘電体基体６の上面に、給電放射電極７と無給電放射電極８が、それぞれ、互いに間隔を介して並設されており、当該給電放射電極７と無給電放射電極８は、電磁結合して複共振状態を作り出す構成となっている。また、誘電体基体６において回路基板３の片端側の端縁に沿う外向きの側面であってグランド４から離れているトップ側の側面６ａには、給電放射電極７の給電端Ｑと、無給電放射電極８のショート端Ｓとが、それぞれ、形成されている。

さらに、回路基板３の非グランド領域Ｚpには、給電放射電極７の給電端Ｑに連接する給電用電極１０（１０Ｂ）が、誘電体基体６の側面に沿いながらグランド領域Ｚgに向けて伸張形成された電極パターンの態様で形成されている。この給電用電極１０Ｂのグランド領域Ｚg側の端部は、無線通信機の無線通信用の回路（高周波回路）１２に接続されている。また、回路基板３の非グランド領域Ｚpには、無給電放射電極８のショート端Ｓに連接するグランド接続用電極１１（１１Ｂ）が、誘電体基体６の側面に沿いながらグランド領域Ｚgに向けて伸張形成された電極パターンの態様で形成されている。このグランド接続用電極１１Ｂのグランド領域Ｚg側の端部は、グランド４に接地されている。

このようなアンテナ構造１において、例えば、無線通信用の高周波回路１２から無線通信用の信号が給電用電極１０（１０Ｂ）を介して給電放射電極７に供給されると、給電放射電極７が共振する。また、給電放射電極７と電磁結合している無給電放射電極８も共振し、給電放射電極７と無給電放射電極８により複共振状態が作り出されて、信号が無線送信される。

特開２００１−２１７６３１号公報

図８に示されるアンテナ２の構成では、給電放射電極７および無給電放射電極８は、誘電体基体６の上面だけに形成される構成であった。このため、給電放射電極７および無給電放射電極８のそれぞれの電極面積は、誘電体基体６の上面の大きさによって制限されることとなり、電極面積の拡大が難しく、電極面積の狭さによってアンテナ特性の向上が容易ではないという問題がある。

ところで、製造の容易さのために、誘電体基体６を樹脂材料により成形技術を利用して製造することがある。この場合、インサート成形技術等を利用することにより、誘電体基体６を製造すると同時に、給電放射電極７および無給電放射電極８を誘電体基体６に一体的に設けることができる。つまり、例えばインサート成形では、誘電体基体６を形作るための、図９（ａ）の斜視図および当該図９（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図を表した図９（ｂ）に示されるようなモールド上型１３とモールド下型１４との間に、導体板から成る給電放射電極７および無給電放射電極８を配置してモールド上型１３とモールド下型１４を組み合わせる。そして、そのモールド上型１３とモールド下型１４を閉じた後に誘電体基体６を構成するための樹脂材料を注入して固め、保圧、冷却後に、金型を開く。これにより、誘電体基体６を製造できると同時に、当該誘電体基体６に給電放射電極７および無給電放射電極８を一体的に取り付けることができる。このような製造手法を採用することによって、アンテナ２の製造工程の簡略化を図ることができる。

しかしながら、組み合わされたモールド上型１３とモールド下型１４との間に樹脂材料を注入したときに、樹脂材料の流れによって、モールド上型１３とモールド下型１４との間に配置された給電放射電極７や無給電放射電極８の配置位置がずれてしまうと、例えば給電放射電極７と無給電放射電極８との間の電磁結合状態が設定の状態とは異なるものとなって、給電放射電極７や無給電放射電極８の共振周波数が設定値からずれてしまうというような問題が発生する。

本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、製造が簡単で、しかも、アンテナ特性の向上を図ることが容易なアンテナおよびそれを備えた無線通信機を提供することにある。

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、この発明のアンテナは、無線通信用の回路に接続されてアンテナ動作を行う給電放射電極が角柱状の誘電体基体に設けられている構成を備えたアンテナであって、給電放射電極は誘電体基体の１つの面に形成されていると共に、その誘電体基体の面から当該面に隣り合って当該面に垂直な側面に向けて伸長形成され、さらに、当該側面に向けて伸長形成された給電放射電極の伸長先端側は、誘電体基体の側面の下端部乃至中途部の部分において誘電体基体から離れる外向きに折り曲げられて突き出し形成された鍔部と成していることを特徴としている。また、この発明の無線通信機は、この発明において特有な構成を持つアンテナが設けられていることを特徴としている。

この発明によれば、給電放射電極は誘電体基体の１つの面に形成されるだけでなく、その誘電体基体の面から当該面に隣り合う側面に伸長形成されて誘電体基体側面にも形成され、さらに、伸長方向を誘電体基体から離れる外向きに曲げて延設されている構成とした。このため、給電放射電極が誘電体基体の１つの面だけに形成される構成に比べて、給電放射電極が誘電体基体側面にも形成されていると共に鍔部が設けられている分、給電放射電極の電極面積を大幅に拡大することができる。これにより、アンテナ特性の向上を図ることが容易となる。特に、アンテナが回路基板に配設される場合、回路基板のグランドから離れる方向へ鍔部を向けてアンテナを回路基板に配設することにより、アンテナ特性向上の効果が増すものである。また、電極面積が拡大するので、給電放射電極に設定の共振周波数を持たせることも容易となる。このため、この発明において特有な構成を持つアンテナを設けた無線通信機は、無線通信の信頼性を高めることができる。

さらに、給電放射電極の伸長先端側は、誘電体基体の側面から外向きに折り曲げられて突き出し形成された鍔部と成しているので、例えば、その給電放射電極の鍔部部分を、給電放射電極の一部分としてだけでなく、誘電体基体および給電放射電極を例えば回路基板に固定するための固定用電極として利用することも可能である。給電放射電極の鍔部部分を固定用電極としても利用する場合には、例えば給電放射電極とは別個の固定用電極の設置数を削減することができて、アンテナの構成の簡素化を図ることができる。

さらに、誘電体基体および給電放射電極を例えば回路基板に固定する際の位置決め用部材として給電放射電極の鍔部部分を利用することも可能である。このように給電放射電極の鍔部部分を位置決め用部材として利用する場合には、位置決め専用の部材をアンテナに設けなくとも、誘電体基体および給電放射電極を例えば無線通信機の回路基板の設定位置に精度良く設置することが容易となる。

さらに、例えば、インサート成形等の成形技術を利用して、給電放射電極が誘電体基体に一体的に設けられる場合には、給電放射電極の鍔部を利用することで、給電放射電極を誘電体基体に望ましい状態で一体的に設けることが容易となる。つまり、誘電体基体の成形工程では、モールド上型とモールド下型との間に導体板から成る給電放射電極を配置してモールド上型とモールド下型を組み合わせた後に、モールド上型とモールド下型との間に誘電体基体を構成する樹脂材料を注入する。例えば、誘電体基体の成形時にモールド型の可動方向と垂直な面（例えば誘電体基体上面）に位置する給電放射電極部分を、モールド上型とモールド下型によって上下方向から挟み込むことができるようにモールド上型とモールド下型を作製すれば、モールド上型とモールド下型による上下方向の挟持力によってその給電放射電極部分は位置が固定されるので、樹脂材料の注入工程において、樹脂材料の流れによって例えば誘電体基体上面の給電放射電極部分のぶれを防止することができる。また、モールド上型とモールド下型からそれぞれモールド型の可動方向に給電放射電極や無給電放射電極を押さえるためのピンを突出形成して給電放射電極や無給電放射電極を挟み込む構成とすることにより、上記同様に例えば誘電体基体上面の給電放射電極部分のぶれを防止することができる。

これに対して、誘電体基体の側面に位置する給電放射電極部分はモールド上型とモールド下型によって固定することが難しいために、モールド上型とモールド下型との間に注入された樹脂材料の流れによって、誘電体基体側面の給電放射電極部分のぶれが懸念されるが、この発明では、誘電体基体側面に形成されている給電放射電極の伸長先端側は外向きに突き出し形成された鍔部と成しているので、その給電放射電極の鍔部をモールド上型とモールド下型によって上下方向から挟み込むことによって、誘電体基体側面の給電放射電極部分の位置を固定することができる。これにより、樹脂材料の注入工程において、樹脂材料の流れに因る誘電体基体側面の給電放射電極部分のぶれを回避することができる。このようなことから、この発明の構成を備えることによって、給電放射電極をほぼ設計通りに誘電体基体に一体的に設けることが可能となる。

このように、給電放射電極をほぼ設計通りの状態で誘電体基体に設けることができるので、給電放射電極に設定の共振周波数を持たせることが容易となる。また、例えば、インサート成形工程における樹脂材料の流れによって、給電放射電極がぶれて変形し、その状態のまま誘電体基体に固定されてしまうと、給電放射電極に無用な応力が残存し、例えば、その残留応力に起因して、アンテナの周囲温度の変動が繰り返される等の負荷に対する耐久性が劣るという問題が生じる。これに対して、この発明では、誘電体基体の成形工程において、給電放射電極がぶれて給電放射電極が変形することを防止できるので、給電放射電極の残留応力に起因した問題発生を抑制することが可能である。このように、この発明のアンテナは耐久性を高めることができるものであるため、この発明のアンテナを設けた無線通信機にあっては、耐久性に対する信頼性を向上させることができる。

無給電放射電極が設けられている構成にあっては、無給電放射電極を設けることによって、無線通信の周波数帯の広帯域化や、無線通信に利用できる周波数帯の数を増加することが容易となる。また、無給電放射電極にも給電放射電極と同様に鍔部を設ける構成を備えることによって、給電放射電極に鍔部を設けたことによる効果と同様の効果を得ることができる。

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。

図１（ａ）には第１実施形態例のアンテナを有するアンテナ構造が模式的な斜視図により示され、図１（ｂ）にはそのアンテナ構造が模式的な分解状態により示され、図１（ｃ）には図１（ａ）に示されるアンテナ構造をボトム側から見た状態が示されている。なお、この第１実施形態例の説明において、図８に示されるアンテナ構造と同一名称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。

この第１実施形態例のアンテナ２の給電放射電極７は、図２（ａ）の模式的な拡大斜視図および図２（ｂ）の側面図にも示されるように、誘電体基体６の上面６ｂに形成されていると共に、誘電体基体６の上面６ｂからトップ側の側面６ａに向けて伸長形成されてトップ側の側面６ａにも形成され、さらに、そのトップ側の側面６ａに向けて伸長形成された給電放射電極７の伸長先端側は、誘電体基体６のトップ側の側面６ａの下端部において外向きに折り曲げられて突き出し形成された鍔部１６と成している。当該給電放射電極７には、スリット１７が誘電体基体６のトップ側の側面６ａと上面６ｂの二面に渡って形成され、このスリット１７により、給電放射電極７には、給電用電極１０に接続する給電端Ｑから、誘電体基体６のトップ側の側面６ａと上面６ｂの二面に渡るループ状の経路を通って開放端Ｋに至る基本モードの電流経路Ｉが形成される。

なお、給電放射電極７が持つ複数の共振周波数のうち、最も周波数の低い基本共振周波数によるアンテナ動作（共振モード）を基本モードと呼び、また、基本共振周波数よりも高い共振周波数によるアンテナ動作を高次モードと呼ぶ。また、図８の構成では、給電用電極１０Ｂは回路基板３に形成された電極パターンの態様であったが、図１の例では、給電用電極１０は、給電放射電極７と同じ導体板により構成されている。

この第１実施形態例では、無給電放射電極８は、トップ側から給電放射電極７および無給電放射電極８を見たときに、給電放射電極７と左右対称な形状と成している。つまり、無給電放射電極８は、誘電体基体６の上面６ｂに形成されていると共に、誘電体基体６の上面からトップ側の側面６ａに向けて伸長形成されてトップ側の側面６ａにも形成され、さらに、そのトップ側の側面６ａに向けて伸長形成された無給電放射電極８の伸長先端側は、誘電体基体６のトップ側の側面６ａの下端部において外向きに折り曲げられて突き出し形成された鍔部１８と成している。当該無給電放射電極８には、スリット１９が誘電体基体６のトップ側の側面６ａと上面６ｂの二面に渡って形成され、このスリット１９により、無給電放射電極８には、ショート端Ｓから、誘電体基体６のトップ側の側面６ａと上面６ｂの二面に渡るループ状の経路を通って開放端に至る基本モードの電流経路Ｉが形成される。

この第１実施形態例では、上記のように、給電放射電極７には鍔部１６が、また、無給電放射電極８には鍔部１８が、それぞれ、設けられる構成とした。それら鍔部１６，１８は、給電放射電極７や無給電放射電極８の一部分として機能するだけのものであってもよいし、給電放射電極７および無給電放射電極８を備えた誘電体基体６を回路基板３に固定するための固定用電極としても利用する構成としてもよい。例えば、鍔部１６，１８にねじ挿通用の孔部を設け、当該孔部にねじを挿通し当該ねじによって鍔部１６，１８を回路基板３にねじ留めすることにより、給電放射電極７および無給電放射電極８を備えた誘電体基体６を回路基板３に固定する。また、回路基板３の非グランド領域Ｚpにおける鍔部１６，１８の配置領域に、電気的に浮いているランドパターンを形成し、当該ランドパターンと、固定用電極としての鍔部１６，１８とをはんだ等の接合材料によって接合することによって、誘電体基体６を回路基板３に表面実装する構成としてもよい。

また、鍔部１６，１８を位置決め用部材としても利用することができる。例えば、回路基板３の非グランド領域Ｚpにおける鍔部配置領域に位置決め用として突起部を設け、鍔部１６，１８には、その回路基板３の突起部に嵌合する位置決め用の孔部を形成する。これら鍔部１６，１８の位置決め用の孔部に回路基板３の位置決め用の突起部を嵌合させて誘電体基体６を回路基板３に配置するだけで、誘電体基体６（アンテナ２）を回路基板３の設定位置に位置精度良く配設することが可能となる。

この第１実施形態例では、誘電体基体６は、誘電率を高めるための材料を含有した樹脂材料により構成されており、導体板から成る給電放射電極７および無給電放射電極８はインサート成形等の成形技術によって誘電体基体６に一体的に設けられている。

この第１実施形態例では、給電放射電極７および無給電放射電極８には鍔部１６，１８が設けられているので、誘電体基体６の成形工程において次に示すような効果を得ることができる。つまり、図３（ａ）の模式的な斜視図および当該図３（ａ）におけるＡ−Ａ部分の断面図を表した図３（ｂ）に示されるようなモールド上型１３とモールド下型１４を利用して、給電放射電極７および無給電放射電極８が一体的に設けられた誘電体基体６を成形する工程において、図３（ｃ）の模式的な断面図に示されるように、給電放射電極７および無給電放射電極８を間にしてモールド上型１３とモールド下型１４を組み合わせた際に、モールド上型１３の下端縁１３ａと、当該下端縁１３ａに対向するモールド下型１４の端縁部の面１４ａとの間に、給電放射電極７と無給電放射電極８の各鍔部１６，１８を上下方向から挟持する。モールド上型１３とモールド下型１４は、上下方向の力によって組み合わされることから、その力によって、誘電体基体６の上面６ｂに配置される給電放射電極部分および無給電放射電極部分がモールド上型１３とモールド下型１４によって強固に挟持されると共に、給電放射電極７と無給電放射電極８の各鍔部１６，１８も、モールド上型１３とモールド下型１４によって強固に挟持される。

このため、その組み合わされたモールド上型１３とモールド下型１４との間に、誘電体基体６を構成する樹脂材料を注入したときに、その樹脂材料の流れによって、誘電体基体６の上面６ｂに配置される給電放射電極部分および無給電放射電極部分がぶれることを回避でき、かつ、誘電体基体６の側面に配置される給電放射電極部分および無給電放射電極部分のぶれをも防止できる。これにより、給電放射電極７および無給電放射電極８を望ましい状態でもって誘電体基体６に一体的に設けることができる。このため、給電放射電極７および無給電放射電極８に設定の共振周波数を持たせることが容易となったり、図３（ｃ）の点線に示されるような給電放射電極７の変形や無給電放射電極８の変形を回避することができて、電極変形に起因した給電放射電極７および無給電放射電極８の耐久性劣化を抑制することができる。このような効果は、給電放射電極７および無給電放射電極８に鍔部１６，１８を設けるだけという簡単な構成によって得ることができるので、非常に有効である。

なお、図１に示される給電放射電極７は、当該電極７を通電する基本モードの電流が図４のモデル図に示されるようなループ状の電流経路Ｉを描くような形状と成していたが、例えば、給電放射電極７は、図５（ａ）のモデル図に示されるループ状の電流経路Ｉを描くような形状（例えば図５（ｂ）参照）と成していてもよい。

また、例えば給電放射電極７にスリット１７を形成しなくとも給電放射電極７に設定の共振周波数を持たせることができる場合には、給電放射電極７は、図６のモデル図に示されるようなスリット１７が形成されていない構成であってもよい。さらに、図１の例では、給電放射電極７の鍔部１６は、給電放射電極７の幅方向のほぼ全領域に渡って形成されていたが、例えば、図６のモデル図に示されるように、鍔部１６は、給電放射電極７の幅方向に部分的に設けられていてもよい。

さらに、給電放射電極７は、誘電体基体６のトップ側の側面６ａと上面６ｂの二面に渡って形成されていたが、例えば給電放射電極７は、誘電体基体６のトップ側の側面６ａと上面６ｂの二面だけでなく、誘電体基体６のグランド領域Ｚgに面する側面側や、図２に示される左側の側面に食み出し形成されているというように、誘電体基体６の三面以上の面に渡って形成されている構成としてもよい。

さらに、無給電放射電極８も、図５（ｂ）や図６の給電放射電極７と同様な形状、あるいは、図５（ｂ）や図６の給電放射電極７と左右対称な形状であってもよい。また、給電放射電極７は例えば図１に示される形状と成し、無給電放射電極８は例えば図６に示されるような形状と成すという如く、給電放射電極７と無給電放射電極８は全く異なる形状であってもよい。また、給電放射電極７や無給電放射電極８の誘電体基体６からの剥がれを防止するために、給電放射電極７や無給電放射電極８の端縁部分やスリット端縁部分の少なくとも一部分に誘電体基体６が盛り上がって食み出し形成され、当該食み出し誘電体基体部分によって給電放射電極７や無給電放射電極８が誘電体基体６に留められているような構成としてもよいものである。

以下に、第２実施形態例を説明する。この第２実施形態例は無線通信機に関するものである。この第２実施形態例の無線通信機は、第１実施形態例に示したアンテナ構造１が設けられていることを特徴としている。なお、無線通信機におけるアンテナ構造以外の構成には様々な構成があり、ここでは、その何れの構成をも採用してもよく、その説明は省略する。また、第１実施形態例に示したアンテナ構造の説明も前述したので省略する。

なお、この発明は第１や第２の各実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、各実施形態例では、誘電体基体６には給電放射電極７が設けられていると共に、無給電放射電極８が設けられていたが、例えば、給電放射電極７だけで、要求される周波数帯域幅や周波数帯域の数を得ることができる場合には、無給電放射電極８を省略してもよい。

また、各実施形態例では、誘電体基体６は直方体状であったが、例えば、誘電体基体６は、図７のモデル図に示されるような断面Ｌ字形状でもよく、誘電体基体６は直方体状に限定されるものではない。

本発明に係るアンテナの一実施形態例を説明するための図である。 図１に示されるアンテナの構成を説明するための図である。 図１に示される給電放射電極および無給電放射電極を備えた誘電体基体の成形手法の一例を説明するための図である。 図１に示される給電放射電極の基本モードの電流経路を表したモデル図である。 給電放射電極のその他の形態例を説明するための図である。 更に別の給電放射電極の形態例を説明するための図である。 誘電体基体のその他の形態例を表したモデル図である。 アンテナ構造の一従来例を説明するための図である。 誘電体基体の成形手法を説明するための図である。

符号の説明

２ アンテナ
６ 誘電体基体
７ 給電放射電極
８ 無給電放射電極
１６，１８ 鍔部

Claims (4)

1. 無線通信用の回路に接続されてアンテナ動作を行う給電放射電極が角柱状の誘電体基体に設けられている構成を備えたアンテナであって、給電放射電極は誘電体基体の１つの面に形成されていると共に、その誘電体基体の面から当該面に隣り合って当該面に垂直な側面に向けて伸長形成され、さらに、当該側面に向けて伸長形成された給電放射電極の伸長先端側は、誘電体基体の側面の下端部乃至中途部の部分において誘電体基体から離れる外向きに折り曲げられて突き出し形成された鍔部と成していることを特徴とするアンテナ。
2. 給電放射電極と間隔を介して配置され給電放射電極に電磁結合して給電放射電極と共に複共振状態を作り出す無給電放射電極が角柱状の誘電体基体に設けられており、当該無給電放射電極は誘電体基体の１つの面に形成されていると共に、その誘電体基体の面から当該面に隣り合って当該面に垂直な側面に向けて伸長形成され、さらに、当該側面に向けて伸長形成された無給電放射電極の伸長先端側は、誘電体基体の側面の下端部乃至途中部の部分において誘電体基体から離れる外向きに折り曲げられて突き出し形成された鍔部と成していることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
3. グランドが形成されているグランド領域と、グランドが形成されていない非グランド領域とが非グランド領域を片端側にして隣り合わせに配置されている基板の非グランド領域に、あるいは、非グランド領域およびその外側に掛けての領域に、鍔部をグランド領域から離れる外向きに突き出すようにして配設されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアンテナ。
4. 請求項１又は請求項２又は請求項３記載のアンテナが設けられていることを特徴とする無線通信機。

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