JP4905537B2

JP4905537B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4905537B2
Application number: JP2009249789A
Authority: JP
Inventors: 泰樹長友; 堅一小崎; 和秀後藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: EP2320516A1; JP2011097392A; EP2320516B1; US20110102270A1; CN202067892U

Description

本発明は、携帯電話などの電子機器に用いられるアンテナ装置に関するものである。

従来、携帯電話などの電子機器に用いられるアンテナとして、チップアンテナが用いられ、一方の端子が給電され、他方の端子を開放端としていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３１９１３号公報

しかしながら、上記従来の技術では、他方の端子を開放端としているため、チップアンテナの近傍に金属板があったり、グランドがあったりすると、通信特性が劣化し、外界の影響を受けるという問題があった。

また、上記外界の影響を小さくしようとするとチップアンテナ自身のサイズが大きくなり、チップアンテナを搭載した機器全体の小型化の妨げになっていた。

そこで、本発明は上記従来の問題を鑑みて、アンテナのサイズを小さくしつつ、外界からの影響を受けにくいアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、基板と、基板上に設けられた基体と、基体に形成された導電膜と、導電膜を第１の導電膜と第２の導電膜とに電気的に分割するギャップ部と、第１の導電膜に接続され、基板上に設けられた給電部と、第２の導電膜に導体を介して接続されるグランド部と、を備え、ギャップ部は基体の中央に配置され、給電部、第１の導電膜、ギャップ部、第２の導電膜、導体、グランド部の順に直列に接続され、ギャップ部の容量成分をＣ、第２の導電膜のインダクタ成分をＬ１、導体のインダクタ成分をＬ２とすると、通信周波数ｆは所定の関係式で成り立つことを特徴とするアンテナ装置とした。

これにより、アンテナのサイズを小さくしつつ、外界からの影響を受けにくいアンテナ装置を提供することができる。

本発明の実施例１におけるアンテナの概観図本発明の実施例１におけるアンテナ装置の概観図本発明の実施例１におけるアンテナ装置の回路図本発明の実施例１におけるアンテナ装置の特性図本発明の実施例１におけるアンテナの概観図本発明の実施例１におけるアンテナの概観図本発明の実施例２におけるアンテナの概観図本発明の実施例２におけるアンテナ装置の概観図本発明の実施例２におけるアンテナ装置の回路図

本発明のアンテナ装置は、基板上に設けられた基体と、基体に形成された導電膜と、導電膜を第１の導電膜と第２の導電膜とに電気的に分割するギャップ部と、を備え、第１の導電膜は基板上に設けられた給電部に接続され、第２の導電膜は導体を介してグランド部に接続され、給電部、第１の導電膜、ギャップ部、第２の導電膜、導体、グランド部の順に直列に接続され、ギャップ部の容量成分をＣ、第２の導電膜のインダクタ成分をＬ₁、導体のインダクタ成分をＬ₂とすると、通信周波数ｆは所定の関係式で成り立つことを特徴とする。

これにより、アンテナのサイズを小さくしつつ、外界からの影響を受けにくくするこができる。

また、基体に形成された第３の導電膜と、基体に形成され第４の導電膜と、第３の導電膜と第４の導電膜との間に設けられた別のギャップ部と、を更に備え、第３の導電膜は基板上に設けられた別の給電部に接続され、第４の導電膜は別の導体を介して別のグランド部に接続され、別の給電部、第３の導電膜、別のギャップ部、第４の導電膜、別の導体、別のグランド部の順に直列に接続され、別のギャップ部の容量成分をＣ₂、第４の導電膜のインダクタ成分をＬ₃、別の導体のインダクタ成分をＬ₄とすると、通信周波数ｆ’は所定の関係式で成り立つことを特徴とする。

これにより、１つのアンテナで複数の周波数を送受信することができる。

また、給電部と別の給電部とは一体であることにより、導体パターンの構造を簡単にすることができ、異なる周波数の調整を容易に行うことができる。

また、導体と別の導体とは、一体であり、かつグランド部と別のグランド部とは一体であることにより、異なる周波数を同時に調整することができる。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

（実施例１）
本発明のアンテナ装置について、図１、２を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１におけるアンテナの概観図、図２は、本発明の実施例１におけるアンテナ装置の概観図である。

図１において、チップアンテナ１は、全面に導電膜を形成した基体２と、基体２の両端に設けられた端子３、４と、基体２の外周に渡って設けられたギャップ５により構成されており、基体２に形成された導電膜は、ギャップ５によって端子３側の第１の導電膜６と、端子４側の第２の導電膜７とに分かれている。

なお、上記チップアンテナ１のサイズは、１ｍｍ×１ｍｍの正方形状で、長さが５ｍｍとなっているが、他のサイズでも構わない。

また、基体２に形成した導電膜は、膜厚が４μｍから２４μｍで平均が１６μｍとなっており、またギャップ５の間隔は１５〜１０００μｍで本実施例では２０μｍとしている。

また、ギャップ５の位置は、本実施例では、チップアンテナ１の中央に配置しているが、設計に応じて適宜変更することができる。

ここで、基体２について詳細に説明する。基体２は絶縁性を有する材料で構成され、基体２の構成材料としては、チタン酸バリウム、アルミナ、アルミナを主成分とした材料、酸化シリコンなどの材料が好適に用いられ、アルミナやアルミナを主成分とする材料を用いることで、高周波に対応できる電子部品を得ることができ、しかも強度なども高く、加工性もよく、本実施例ではアルミナを用いている。

また、上記導電膜は、銅、銀、金、ニッケルなどの導電材料で構成され、単層または複数積層され、導電性を有する表面が形成され、電膜はめっき、蒸着、スパッタ、ペースト、ＣＶＤ法、印刷法などが用いられ、本実施例では、銅めっきにより導電膜を形成している。

ギャップ５については、上記導電膜を形成後、本実施例では、レーザートリミングにより、基体２を回転させながら形成しているが、エッチングなどの他の方法であっても良い。

なお、図１においては、基体２は四角形状で表されているが、円柱状体や多角柱状体でも良い。

また、本実施例では基体２の全面に導電膜を形成しているが、端子３、端子４の端面を除く全周に形成してもよく、第１の導電膜６、第２の導電膜７が形成できれば良い。

また、チップアンテナ１は平板状の板の一面に導電膜を形成し、導電膜にギャップを作って作製することも可能である。

また、本実施例では、基板上に実装する際に実装しやすいように段落ちを設け、第１の導電膜６、第２の導電膜７の部分を端子３、４より低くしてある。

図２は、このチップアンテナ１を基板８上に搭載したときの図であり、基板８にはランドパターンを形成してあり、このランドパターンは、基板８の外周に設けたグランドパターン９と、端子３に接続する導体パターン１０と、端子４に接続する導体パターン１１とにより構成されている。

この基板８上にチップアンテナ１を実装し、導体パターン１０には図示しない給電部から給電され、チップアンテナ１に給電される。また、導体パターン１０には、マッチング素子１２を介してグランドパターン９と接続されている。また、導体パターン１１は、端子４、グランドパターン９と接続されチップアンテナ１をグランドに落としている。

次に、上記構成におけるアンテナ装置の動作を図３、図４を用いて説明する。図３は、本発明の実施例１におけるアンテナ装置の回路図、図４は、本発明の実施例１におけるアンテナ装置の特性図であり、図３の回路図は、例えば１．５ＧＨｚ（ＧＰＳ）や、２．４ＧＨｚなどの高周波における等価回路図である。

なお、本実施例における高周波は、上記周波数に限らず、携帯電話などに用いられる６００ＭＨｚ以上の周波数を指すものである。

つまり、図３に示すように、上記高周波を送受信するアンテナ装置では、チップアンテナ１の第１の導電膜６、第２の導電膜７と給電部から端子３までを電気的に接続する導体パターン１０、端子４からグランドパターン９までを電気的に接続する導体パターン１１をコイルとして見なすことできる。

図３において、チップアンテナ１に電力を供給する給電部１３から、導体パターン１０、第１の導電膜６、ギャップ５、第２の導電膜７、導体パターン１１、グランドパターン９の順に直列に接続され、給電部１３と導体パターン１０との間にはマッチング素子１２が接続され、マッチング素子１２は、グランドパターン９にも接続されている。

上記回路構成において、本実施例のアンテナ装置は、ギャップ５の容量成分をＣ、第２の導電膜７のインダクタ成分をＬ₁、導体パターン１１のインダクタ成分をＬ₂とすると、周波数ｆは（数１）のようになる。

つまり、本実施例におけるアンテナ装置の通信周波数は、給電部１３からギャップ５までのインダクタ成分がほとんど影響せず、ギャップ５からグランドパターン９までの容量およびインダクタ成分、つまり、ギャップ５、第２の導電膜７、導体パターン１１によって決まっている。

ここで、この給電部１３からギャップ５までのインダクタ成分がほとんど影響しない点について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施例１におけるアンテナ装置の特性図である。

なお、図４において、上述したチップアンテナ１を用い、図２のように搭載し、ランドパターンのサイズは、３ｍｍ×８ｍｍとした。

図４（ａ）は、端子４とグランドパターン９との間に２．７ｎＨのチップインダクタを挿入したときの周波数グラフであり、横軸が周波数となっている。

このとき、チップインダクタ挿入前は、２１６７ＭＨｚだったものが、チップインダクタ挿入後は２００８ＭＨｚとなり、チップインダクタを挿入したことで、１５９ＭＨｚ周波数が変動していることがわかる。

次に、図４（ｂ）は、給電部１３と端子３との間に２．７ｎＨのチップインダクタを挿入したときの周波数グラフであり、横軸が周波数となっている。

このとき、チップインダクタ挿入前は、２１６８ＭＨｚだったものが、チップインダクタ挿入後は２１６１ＭＨｚとなり、チップインダクタを挿入したことで、７ＭＨｚ周波数が変動していることがわかる。

つまり、端子４とグランドパターン９との間、つまりギャップ５からグランドパターン９との間にチップインダクタを挿入すると周波数が大きく変動し、給電部１３と端子３との間、つまり給電部１３とギャップ５との間にチップインダクタを挿入すると周波数がほとんど変動しないことから、給電部１３とギャップ５との間のインダクタ成分は、アンテナ装置の周波数を決定する上で、ほとんど無視することができ、上記（数１）のようになることがわかる。

以上のように、アンテナ装置の周波数が決まることから、本実施例の特徴点について以下詳細に説明する。

本実施例において、チップアンテナ１には、アンテナ装置の周波数を決めるギャップ５の容量成分Ｃ、第２の導電膜７のインダクタ成分Ｌ₁を持つため、この値を調整することにより所望の周波数のチップアンテナを作製することができる。

つまり、基板８上の導体パターン１１などを変更することなく、チップアンテナ１の調整のみで容易に周波数を調整することができる。

特に、本実施例のチップアンテナ１は、基体２の表面にめっきにより導電膜を形成し、レーザートリミングで作製しているため、レーザートリミングの位置を変更するだけで、インダクタ成分Ｌ₁を変更でき、レーザートリミングの幅を変更することで、容易に容量成分Ｃを変更することができ、所望の周波数に合わせることができる。

上記チップアンテナ１のギャップ５の形状について、図５、図６を用いて説明する。図５は、本発明の実施例１におけるアンテナの概観図であり、図６は、本発明の実施例１におけるアンテナの概観図である。

図５において、レーザートリミングによるギャップの経路を長くし、ギャップ５の容量成分を稼ぐため、一度基体２の長手方向にトリミングを行い、階段状のギャップ５を形成している。

また、図６も同様に、レーザートリミングによるギャップの経路を長くし、ギャップ５の容量成分を稼ぐため、ジグザグにギャップ５を形成している。

上記のようにすることにより、チップアンテナ１のサイズを変更することなく、ギャップの容量成分を増やすことができるので、比較的低い周波数に調整する際に有用である。

（実施例２）
実施例２は、チップアンテナを２つの周波数に対応させた場合であり、図７〜図９を用いて説明する。なお、実施例１と同様の部分は実施例１を援用する。

図７は、本発明の実施例２におけるアンテナの概観図であり、図８は、本発明の実施例２におけるアンテナ装置の概観図である。

図７に示すように、本実施例では、チップアンテナを２つ結合したような形になっており、チップアンテナ２１は、全面に導電膜を形成した基体２２と、基体２２の両端に設けられた端子２３、端子２４と、端子２３、端子２４の間に設けられた端子２５、端子２３、端子２４、端子２５の間にそれぞれ設けられたギャップ２６、ギャップ２７により構成されている。

また、上記基体２２形成した導電膜は、それぞれギャップ２６、端子２５、ギャップ２７によって、端子２３側から順に第１の導電膜２８、第２の導電膜２９、第３の導電膜３０、第４の導電膜３１に分かれている。

なお、上記チップアンテナ２１のサイズは、１ｍｍ×１ｍｍの正方形状で、長さが８ｍｍとなっており、端子２３から端子２５までの長さが５ｍｍ、端子２５から端子２４までの長さが３ｍｍとなっているが、他のサイズでも構わない。

図８は、このチップアンテナ２１を基板３２上に搭載したときの図であり、基板３２にはランドパターンを形成してあり、このランドパターンは、基板３２の外周に設けたグランドパターン３３と、端子２３とグランドパターン３３を接続する導体パターン３４、端子２５と接続する導体パターン３５、端子２４とグランドパターン３３を接続する導体パターン３４により構成されている。

この基板３２上にチップアンテナ２１を実装し、導体パターン３５には図示しない給電部から給電され、チップアンテナ２１に給電される。また、導体パターン３５には、マッチング素子３７を介してグランドパターン３３と接続されている。

ここで、本実施例のチップアンテナ２１は、２つの周波数に対応しており、本実施例では端子２３から端子２５（左半分）がＧＰＳの１．５ＧＨｚ（以下、第１の周波数とする）のアンテナとして機能し、端子２５から端子２４（右半分）が２．４ＧＨｚ（以下、第２の周波数とする）のアンテナとして機能する。

次に、上記構成におけるアンテナ装置の動作を図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施例２におけるアンテナ装置の回路図であり、図９の回路図は、高周波における等価回路図である。

つまり、図９に示すように、上記高周波を送受信するアンテナ装置では、チップアンテナ２１の第１の導電膜２８、第２の導電膜２９、第３の導電膜３０、第４の導電膜３１、導体パターン３４、導体パターン３５、導体パターン３６をコイルとして見なすことできる。

図９において、まず、チップアンテナ２１の左半分について見るとチップアンテナ２１に電力を供給する給電部３８から、導体パターン３５、第２の導電膜２９、ギャップ２６、第１の導電膜２８、導体パターン３４、グランドパターン３３の順に直列に接続されている。

上記構成において、まず、チップアンテナ２１の左半分が送受信する周波数は、ギャップ２６の容量成分をＣ₁、第１の導電膜２８のインダクタ成分をＬ₁、導体パターン３４のインダクタ成分をＬ₂とすると、周波数ｆ₁は（数２）のようになり、チップアンテナ２１の左半分の構成によって第１の周波数の送受信を行う。

次に図９において、まず、チップアンテナ２１の右半分について見るとチップアンテナ２１に電力を供給する給電部３８から、導体パターン３５、第３の導電膜３０、ギャップ２７、第４の導電膜３１、導体パターン３６、グランドパターン３３の順に直列に接続されている。

上記構成において、まず、チップアンテナ２１の右半分が送受信する周波数は、ギャップ２７の容量成分をＣ₂、第４の導電膜３１のインダクタ成分をＬ₃、導体パターン３６のインダクタ成分をＬ₄とすると、周波数ｆ₂は（数３）のようになり、チップアンテナ２１の右半分の構成によって第２の周波数の送受信を行う。

以上の構成により、本実施例では、２つの周波数を１チップで実現することができる。

ここで、第１の周波数、第２の周波数との関係について、詳細に説明する。

本実施例では、第１の周波数を１．５ＧＨｚ、第２の周波数を２．４ＧＨｚとし、第２の周波数は、第１の周波数と比較して１．６倍となっているので、１チップで実現するために端子２５の位置を端子２４寄りに配置して、第１の導電膜２８の端子２３側の端部から第２の導電膜２９の端子２５側の端部までの長さを、第３の導電膜３０の端子２５側の端部から第４の導電膜３１の端子２４側の端部までの長さより長くして、左半分のインダクタ成分を稼げるようにしてある。

なお、本実施例よりさらに第１の周波数と第２の周波数との比が大きい場合、インダクタ成分を差だけでは、第１の周波数と第２の周波数との差を実現できないため、図５、図６のような形状を取り容量成分を稼ぐことが必要である。

なお、ギャップ２６、ギャップ２７を同じ幅で形成する場合、インダクタ成分で調整することになるため、図７に示すように、ギャップ２６、ギャップ２７の位置を、端子間の中央にするのではなく、中央からずらして調整することになる。

また、ギャップ２６、ギャップ２７を同じ幅で形成する場合、インダクタ成分で調整することになるため、一般的に周波数が異なるため、そのギャップからグランドまでの電気長（線路長）が異なることになる。

なお、本実施例では端子２５に給電しているが、両端の端子２３、端子２４に給電し、端子２５をグランドに接続してもよく、この場合、ギャップ２６、第２の導電膜２９、導体パターン３５によって第１の周波数が決まり、ギャップ２７、第３の導体パターン３０、導体パターン３５によって第２の周波数が決まる。

また、本実施例では、２つの周波数に対応できるようにしているが、端子をさらに設けて、３つ以上の周波数に対応できるようにすることも可能である。

つまり、チップアンテナ本体に、対応する周波数より１つ多い端子を設け、それぞれの端子間にギャップを設けることで、多数の周波数に対応したチップアンテナを提供することができる。

本発明によれば、アンテナのサイズを小さくしつつ、外界からの影響を受けにくいアンテナ装置を提供することができるので、アンテナを搭載する電子機器に有用であり、特に携帯電話などの小型の電子機器に有用である。

１チップアンテナ
２基体
３、４端子
５ギャップ
６第１の導電膜
７第２の導電膜
８基板
９グランドパターン
１０、１１導体パターン
１２マッチング素子
１３給電部
２１チップアンテナ
２２基体
２３、２４、２５端子
２６、２７ギャップ
２８第１の導電膜
２９第２の導電膜
３０第３の導電膜
３１第４の導電膜
３２基板
３３グランドパターン
３４、３５、３６導体パターン
３７マッチング素子
３８給電部

Claims

基板上に設けられた基体と、
前記基体を形成された導電膜と、
前記導電膜を第１の導電膜と第２の導電膜とに電気的に分割するギャップ部と、
前記第１の導電膜に接続され、前記基板上に設けられた給電部と、
前記第２の導電膜に導体を介して接続されるグランド部と、を備え、
前記ギャップ部は前記基体の中央に配置され、
前記給電部、前記第１の導電膜、前記ギャップ部、前記第２の導電膜、前記導体、前記グランド部の順に直列に接続され、前記ギャップ部の容量成分をＣ、前記第２の導電膜のインダクタ成分をＬ１、前記導体のインダクタ成分をＬ２とすると、通信周波数ｆは以下の式で成り立つことを特徴とするアンテナ装置。