JP4924327B2 - アンテナ装置及びその特性調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、携帯電話等に内蔵され、ブルートゥースやＧＰＳ用のアンテナとして好ましく用いられる表面実装型アンテナの導体パターン構造に関するものである。また、本発明は、このようなアンテナ装置のインピーダンス又は共振周波数を調整する特性調整方法に関する。

携帯電話等の小型携帯端末に内蔵されるチップアンテナの共振周波数やインピーダンスは、実装基板の構造や、周囲に実装される各種電子部品、さらには筐体の影響を受けて変化する。そのため、この種のチップアンテナにおいては、各携帯電話の機種毎にインピーダンスや共振周波数を調整する必要がある。

例えば、特許文献１には、容量給電を行うタイプの表面実装型のアンテナにおいて、放射電極、もしくはグランド電極をトリミングすることによって共振周波数を調整する方法が提案されている。この方法によれば、共振周波数を容易に調整することができる。さらに、共振周波数の調整により各電極の形状が変化し、インピーダンスが不整合になったとしても、給電電極の一端に金属箔を貼付し、給電電極の長さを調整することでインピーダンス整合を取ることができる。

また、特許文献２には、誘電体からなる基体の長手方向と平行な側面にインピーダンス整合回路を設けることにより、電気的特性を調整する方法が開示されている。
特開平１０−２５６８２５号公報 特開２００３−４６３２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の表面実装型のアンテナは、放射電極のインピーダンスが高い部分を利用するため、素子感度が非常に高く、アンテナを構成する誘電体ブロックに導体パターンを付与する際の僅かな印刷ずれや位置ずれ等に対しても、アンテナの周波数のみならず整合状態も敏感に反応してしまう。

つまり、特許文献１に記載の表面実装型アンテナにおいては、実際にトリミングを実施しようとしても、僅かな操作で最適値を通り過ぎてしまい、これをさらに修正するためには放射電極の短絡端に近いところの電極を細くして周波数を下げなければならず、非常に複雑な工程が必要であった。さらに、周波数の調整が完了したとしても、放射電極の特性インピーダンスが変化してしまうことから、再度、インピーダンスを調整しなければならないという問題がある。

また、特許文献２に記載の表面実装型アンテナでは、インピーダンス整合回路の形状によって特性が固定されてしまうので、インピーダンスの調整ができないという問題がある。

したがって、本発明の目的は、アンテナのインピーダンスや共振周波数の調整が容易なアンテナ装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、このようなアンテナ装置のインピーダンス又は共振周波数を調整する方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明のアンテナ装置は、略直方体状の誘電体又は磁性体からなる基体と、基体の上面に形成された上面導体部と、基体の底面の長手方向の一端に形成され、所定幅のスリットにより互いに分断された第１及び第２のパッド電極と、上面導体部の長手方向の一端と第１及び第２のパッド電極とを接続する側面導体部とを備え、第１のパッド電極は給電ラインに接続され、第２のパッド電極はグランドパターンに接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、側面導体部が、給電ラインに接続される第１のパッド電極と、グランドパターンに接続される第２のパッド電極の両方と接していることから、側面導体部の形状によってアンテナ装置のインピーダンス及び共振周波数を容易に調整することが可能となる。

本発明において、側面導体部はスリットから連続的に形成された切り欠き部を有していることが好ましい。切り欠き部は、長方形その他の矩形型であってもよく、略十字型であってもよい。つまり、切り欠き部の先端部は、任意の方向に延設又は拡幅されていてもよい。

上述した切り欠き部は、上方に深くすると入力インピーダンスが高い方向に変化する。これは、切り欠きを深くすることにより、放射導体の給電点が第２のパッド電極から離れ、放射導体の開放端側に近づいてくるためである。この構成を採用することにより、従来は実現できなかったアンテナ実装後のインピーダンス整合やトリミングを容易に実施することができる。

本発明のアンテナ装置はまた、基体の底面の長手方向の他端に形成された第３のパッド電極と、基体の底面の長手方向の中央部に設けられた第４のパッド電極をさらに備え、第３のパッド電極はグランドパターンに接続され、第４のパッド電極は周波数調整用素子を介してグランドパターンに接続されていることが好ましい。これによれば、第３および第４のパッドによって基体の機械的な固定強度を確保することが可能となり、さらに第４のパッドと上面導体部との容量結合によって共振周波数を調整することが可能となる。

この場合、上面導体部の長手方向の他端が、所定幅のギャップを介して第３のパッド電極に接続されていることが好ましい。これによれば、当該ギャップにて生じる容量により、共振周波数を調整することが可能となる。

本発明の上記目的はまた、上記特徴を有するアンテナ装置の特性を調整する方法であって、切り欠き部を上方に切り欠いてアンテナのインピーダンスを高くする工程を含むことを特徴とするアンテナ装置の特性調整方法によっても達成される。これによれば、共振周波数に実質的な影響を与えることなく、インピーダンスを調整することが可能となる。

本発明の上記目的はまた、上記特徴を有するアンテナ装置の特性を調整する方法であって、切り欠き部を第２のパッド電極に近づく横方向に切り欠いて共振周波数を低くする工程を含むことを特徴とするアンテナ装置の特性調整方法によっても達成される。これによれば、インピーダンスに実質的な影響を与えることなく、共振周波数を調整することが可能となる。

本発明の上記目的はまた、上記特徴を有するアンテナ装置の特性を調整する方法であって、切り欠き部を第１のパッド電極に近づく横方向に切り欠いてアンテナのインピーダンスを高くする工程を含むことを特徴とするアンテナ装置の特性調整方法によっても達成される。これによれば、共振周波数に実質的な影響を与えることなく、インピーダンスを調整することが可能となる。

このように、本発明によれば、アンテナのインピーダンスや共振周波数の調整が容易なアンテナ装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。また、図２は、図１に示すアンテナブロックの展開図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１００は、アンテナブロック１０と、このアンテナブロック１０が実装された実装基板２０とを備えている。

アンテナブロック１０は、直方体状の誘電体からなる基体１１と、基体１１の上面１１Ａの略全面に形成された上面導体部１２と、基体１１の底面１１Ｂに形成された第１乃至第４のパッド電極１３〜１６と、基体の１１の長手方向と直交する第１の側面１１Ｃに形成された（第１の）側面導体部１７とを備えている。なお、第１の側面１１Ｃと対向する第２の側面１１Ｄ、基体１１の長手方向と平行な第３及び第４の側面１１Ｅ、１１Ｆには導体パターンは形成されていない。

上面導体部１２の長手方向の一端は側面導体部１７を介して第１及び第２のパッド電極１３、１４に接続されている。また、上面導体部１２の長手方向の他端は開放端をなしている。これにより、第１及び第２のパッド電極１３、１４、側面導体部１７及び上面導体部１２は、一本の連続する放射導体を構成している。このように、放射導体が基体１１の複数の面にわたって形成されているので、基体１１自体を小型化しても所望の電気長を確保することができる。

第１及び第２のパッド電極１３、１４は共に矩形状のパターンであり、基体１１の底面１１Ｂの長手方向の一端に形成されている。第１のパッド電極１３と第２のパッド電極１４は所定幅のスリット１８ａで分断されており、独立したパッド電極を構成している。

第３のパッド電極１５は、基体の底面１１Ｂの長手方向の他端に形成された矩形状のパターンである。第３のパッド電極１５の面積は、スリット１８ａを含めた第１及び第２のパッド電極１３、１４全体の面積と等しく設定されていることが好ましい。これによれば、実装基板上のレイアウト設計を容易にすることができ、特性の安定化、信頼性の向上を図ることができる。

第４のパッド電極１６は、基体１１の底面１１Ｂの長手方向の中央部に形成されており、第１及び第２のパッド電極１３、１４と第３のパッド電極１５との間に設けられている。基体１１の各面に形成されたこれらの導体パターンは、できるだけ対称性を有するように形成されていることが好ましい。これによれば、アンテナブロックの向きを水平反転させても実装基板の端部側から見たアンテナブロックの導体パターンの形状が同じになることから、実装する向きによってアンテナ特性が大きく変化することがなく、アンテナ設計を容易にすることができる。

図３は、実装基板２０の構成を示す略平面図である。

図３及び図１に示すように、実装基板２０は、グランドパターンが設けられていないグランドクリアランス領域２１と、グランドクリアランス領域２１の周囲に設けられたグランドパターン２２と、グランドクリアランス領域２１内に設けられた第１及び第２のランド２３、２４と、第１のランド２３に接続された給電ライン２６とを備えている。なお、図３において破線２１ａで示す領域は、アンテナブロック１０の実装領域である。

グランドクリアランス領域２１は実装基板２０の端部に沿って設けられている。そのため、グランドクリアランス領域２１の周囲３方向はグランドパターン２２に囲まれているが、残りの一方向は基板の存在しない開放空間である。

グランドクリアランス領域２１内の第１のランド２３は、アンテナブロック１０の第１のパッド電極１３に対応しており、第２のランド２４は第４のパッド電極１６に対応している。したがって、実装基板２０上にアンテナブロック１０を実装したとき、第１のパッド電極１３は第１のランド２３、第４のパッド電極１６は第２のランド２４にそれぞれ半田接続される。また、アンテナブロック１０の第２のパッド電極１４と接する実装基板２０上の位置にはグランドパターン２２が形成されており、第３のパッド電極１５と接する実装基板２０上の位置にもグランドパターン２２が形成されている。したがって、第２及び第３のパッド電極１４、１５はグランドパターン２２に半田接続される。

給電ライン２６は第１のランド２３に接続されており、給電ライン２６とグランドパターン２２との間にはインピーダンス調整素子であるチップリアクタ３１が実装されている。チップリアクタ３１の実装位置は、グランドクリアランス領域２１の外側であって、このグランドクリアランス領域２１にできるだけ近い位置であることが好ましい。

第２のランド２４とグランドパターン２２との間には周波数調整素子であるチップインダクタ３２が実装されている。チップリアクタ３２は、第２のランド２４のリード部分２４ａとグランドパターン２２との間に直列に挿入されている。チップリアクタ３２の実装位置は、グランドクリアランス領域２１の内側であって、グランドパターン２２にできるだけ近い位置であることが好ましい。

図２に示したように、基体１１の第１の側面１１Ｃに形成された導体パターンは切り欠き部１８ｂを有している。この切り欠き部１８ｂは基体１１の底面１１Ｂに形成されたスリット１８ａとつながっており、切り欠き部１８ｂの長さが長いほどアンテナのインピーダンスを高くする方向に作用する。したがって、切り欠き部１８ｂをゼロ又は適切な長さに設定することでインピーダンスを調整することができる。また、アンテナブロック１０の設計段階で切り欠き部１８を所定の長さに固定しても構わないが、アンテナブロック１０を実装した後にインピーダンス整合が取れない場合には、実装後に切り欠き部１８をトリミングすることでインピーダンスを調整することができる。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、放射導体に接続された第１のパッド電極１３と第２のパッド電極１４がスリット１８ａで分断され、第１のパッド電極１３は給電ライン２６に直接接続され、第２のパッド電極１４はグランドパターン２２に直接接続され、さらにスリット１８ａから連続的に形成された側面導体部１７の切り欠き部１８ｂが形成されているので、アンテナのインピーダンス調整を容易に実現することができる。特に、放射導体の先端部分がギャップを介して他の電極と結合していないので、周波数応答が過敏すぎてオーバートリミングになることがなく、アンテナ特性の調整を容易に実現することができる。さらに、基体１１の長手方向と平行な第３及び第４の側面１１Ｅ、１１Ｆに導体パターンを形成する必要がないので、歩留まりが低下する要素も少なく、製造工程も短くすることができ、比較的安価な直接給電型逆Ｆチップアンテナを提供することができる。

切り欠き部１８ｂの形状は、必ずしも長方形又はこれに類する矩形型である必要はなく、目的とするインピーダンスや共振周波数に応じて適宜設定すればよい。切り欠き部１８ｂの長さを長くすればインピーダンスを高くすることができるだけでなく、切り欠き部１８ｂを横方向に延ばすことで共振周波数やインピーダンスを調整することができる。切り欠き部１８ｂは、設計段階で最初から形成してもよく、その後のトリミングの結果として形成されてもよい。

図４は、切り欠き部１８ｂの変形例を示す略斜視図である。

図４（ａ）に示すように、切り欠き部１８ｂを上方（矢印ａ方向）に深く形成することにより、インピーダンスを高くすることができる。これは切り込みを深くすることにより放射導体の給電点が第２のパッド電極から離れ、開放端側に近づいてくるためである。その一方で、切り欠き部１８ｂの深さは共振周波数にほとんど影響を与えない。このため、切り欠き部１８ｂの深さを調整することにより、インピーダンスを独立して調整することが可能となる。

また、図４（ｂ）に示すように、切り欠き部１８ｂを第２のパッド電極１４に近づく横方向（矢印ｂ方向）に切り欠くことにより、共振周波数を低くすることができる。その一方で、矢印ｂ方向への切り込みはインピーダンスにほとんど影響を与えない。このため、切り欠き部１８ｂを矢印ｂ方向に切り込むことにより、共振周波数を独立して調整することが可能となる。

また、図４（ｃ）に示すように、切り欠き部１８ｂを第１のパッド電極１３に近づく横方向（矢印ｃ方向）に切り欠くことにより、インピーダンスを高くすることができる。その一方で、矢印ｃ方向への切り込みは共振周波数にほとんど影響を与えない。このため、切り欠き部１８ｂを矢印ｃ方向に切り込むことにより、インピーダンスを独立して調整することが可能となる。

さらに、図４（ｄ）に示すように、これらの切り欠き方向を組み合わせることにより、切り欠き部の形状を十字型とすることもでき、このようにすることで全体として最適なインピーダンス及び共振周波数を実現することができる。

なお、切り欠き部の形状は図４（ｄ）に示した十字型に限らず、半円型、長方形の先端部が丸く膨らんだ形状、或いは楓の葉を連想させるような形状であってもよい。つまり、切り欠き部の先端部が任意の方向に延設又は拡幅された形状であればよい。また、共振周波数を上げたい場合には放射電極の開放端、つまり基体１１の上面導体部１２の他方の端部をトリミングすればよい。この場合であっても、放射導体の先端部分はギャップを介して他の電極と結合していないので、周波数応答が過敏になりすぎてオーバートリミングになることはない。

図５は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。また、図６は、図５に示すアンテナブロックの展開図である。

図５及び図６に示すように、アンテナ装置２００は、第１の側面１１Ｃと対向する第２の側面１１Ｄに形成された第２の側面導体部１９を備えている。第２の側面導体部１９の高さ方向の略中間位置には所定幅のギャップ１９ａが形成されており、上面導体部１２はこのギャップを介して第３のパッド電極１５（グランドパターン）に接続されている。その他の構成は第１の実施形態によるアンテナ装置１００と同様であるため、同一の構成要素に同一の符号を付してその説明を省略する。このような構成であっても、本実施形態のアンテナ装置２００は第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

しかも、本実施形態によれば、ギャップ１９ａにより生じる容量成分によって共振周波数がより低下することから、基体１１を大型化することなく、より低い共振周波数を得ることが可能となる。

図７は、本発明の第３の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。

図７に示すように、このアンテナ装置３００は、基体１１の第１の側面１１Ｃに形成された側面導体部１７が、側面１１Ｃの幅よりも狭いライン部分１７Ｌを有する点に特徴を有している。その他の構成は第１の実施形態によるアンテナ装置１００と同様であるため、同一の構成要素に同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態のライン部分は直線的であるが、ミアンダ状に形成されていてもよい。このような構成であっても、本実施形態のアンテナ装置３００は第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

本実施形態においても共振周波数がより低下することから、基体１１を大型化することなく、より低い共振周波数を得ることが可能となる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、アンテナ実装領域の周囲３方向がグランドパターンに囲まれている場合を例に挙げたが、周囲２方向が囲まれていてもよく、さらには一方向のみグランドパターンが存在していてもかまわない。

また、上記実施形態においては、直方体状の誘電体からなる基体１１を用いているが、誘電体以外に誘電性を有する磁性体を用いてもよい。この場合、１／√（ε×μ）の波長短縮効果が得られるので、透磁率μの高い磁性体を用いることによって、大きな波長短縮効果が得られる。また、μ／εが電極のインピーダンスを決定するため、μの高い磁性体を用いることによってインピーダンスが高まる。これにより、高すぎるアンテナのＱを低下させて、広帯域特性を得ることができる。また、直方体状の基体１１は、実質的に直方体であればよく、例えば、直方体の角部にその向きを特定するためのテーパーが設けられていても構わない。

また、上記実施形態では、第４のパッド電極１６及び第２のランド２４が設けられているが、本発明においてこれらを設けることは必須でない。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。 図２は、図１に示すアンテナブロックの展開図である。 図３は、実装基板２０の構成を示す略平面図である。 図４は、切り欠き部１８ｂの変形例を示す略斜視図である。 図５は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。 図６は、図５に示すアンテナブロックの展開図である。 図７は、本発明の第３の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。

符号の説明

１０ アンテナブロック
１１ 基体
１１Ａ 基体の上面
１１Ｂ 基体の底面
１１Ｃ 基体の第１の側面
１１Ｄ 基体の第２の側面
１１Ｅ 基体の第３の側面
１１Ｆ 基体の第４の側面
１２ 上面導体部
１３ 第１のパッド電極
１４ 第２のパッド電極
１５ 第３のパッド電極
１６ 第４のパッド電極
１７ （第１の）側面導体部
１７Ｌ 側面導体部のライン部分
１８ａ スリット
１８ｂ 切り欠き部
１９ 第２の側面導体部
１９ａ ギャップ
２０ 実装基板
２１ グランドクリアランス領域
２２ グランドパターン
２３ 第１のランド
２４ 第２のランド
２４ａ リード部分
２６ 給電ライン
３１ チップリアクタ（インピーダンス調整素子）
３２ チップリアクタ（周波数調整素子）
１００ アンテナ装置
２００ アンテナ装置
３００ アンテナ装置

Claims (7)

1. 略直方体状の誘電体又は磁性体からなる基体と、前記基体の上面に形成された上面導体部と、前記基体の底面の長手方向の一端に形成され、所定幅のスリットにより互いに分断された第１及び第２のパッド電極と、前記基体の底面の長手方向の他端に形成された第３のパッド電極と、前記基体の底面の長手方向の中央部に設けられた第４のパッド電極と、前記上面導体部の長手方向の一端と前記第１及び第２のパッド電極とを接続する側面導体部とを備え、
   前記第１のパッド電極は給電ラインに接続され、前記第２及び第３のパッド電極はグランドパターンに接続され、前記第４のパッド電極は周波数調整用素子を介して前記グランドパターンに接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記上面導体部の長手方向の他端が、所定幅のギャップを介して前記第３のパッド電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記側面導体部は、前記スリットから連続的に形成された切り欠き部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記切り欠き部の先端部が任意の方向に延設又は拡幅されていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 請求項３又は４に記載のアンテナ装置の特性調整方法であって、
   前記切り欠き部を上方に切り欠いてアンテナのインピーダンスを高くする工程を含むことを特徴とするアンテナ装置の特性調整方法。
6. 請求項３又は４に記載のアンテナ装置の特性調整方法であって、
   前記切り欠き部を前記第２のパッド電極に近づく横方向に切り欠いて共振周波数を低くする工程を含むことを特徴とするアンテナ装置の特性調整方法。
7. 請求項３又は４に記載のアンテナ装置の特性調整方法であって、
   前記切り欠き部を前記第１のパッド電極に近づく横方向に切り欠いてアンテナのインピーダンスを高くする工程を含むことを特徴とするアンテナ装置の特性調整方法。

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