JP5035323B2

JP5035323B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP5035323B2
Application number: JP2009254970A
Authority: JP
Inventors: 健吾尾仲; 尚石原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: CN102122756B; JP2011101232A; US20110109510A1; US8519896B2; CN102122756A

Description

この発明は、複共振を行うアンテナに関するものである。

従来、この種のアンテナの構成は例えば特許文献１〜特許文献４に開示されている。
特許文献１のアンテナは、実装基板のグランド領域の外側（非グランド領域）へ放射電極（無給電素子）が張り出されている。そして実装基板の上下面又は別体の放射電極を用いて無給電素子が形成されている。

特許文献２のアンテナは、実装基板の外縁に沿って、放射電極が展開されている。
特許文献３のアンテナは、給電素子と無給電素子とが平行に配列されている。
特許文献４のアンテナは、携帯端末において、筺体の背面部に設けられる給電素子と、筺体の側面部に設けられる無給電素子とを備えている。

図１は特許文献２のアンテナの例を示している。地板２１は導電性の回路基板である。給電点２２は、地板２１の一方の側縁部に設けられており、給電点２２に接続されているアンテナ素子２３に給電する。アンテナ素子２３は、給電点２２から電気長で使用周波数帯域の３／８波長程度の長さを有し、地板２１の厚さの範囲内で、給電点２２から地板２１の外縁に沿って配置され、給電点２２が設けられた側縁部とは異なる他方の側縁部に短絡されている。

特許第４１２９８０３号公報特開２００４−１２９２３４号公報特開２００９−１７１０９６号公報再公表特許ＷＯ２００７／０４３１５０号公報

ところが、効率と広帯域化の点でアンテナの性能を把握し、アンテナ性能を向上させようとする場合に、特許文献１〜４に示されているアンテナには何れも課題があった。

特許文献１においては、アンテナ効率を向上させるためには、第２の無給電放射素子の領域を広げることになるが、そのためには実装基板を外側へ拡張するか別体の素子を設ける必要がある。したがって構造的に限界がある。

特許文献２においても、特許文献１と同様に、実装基板を外側へ拡張するか、別体の放射電極を設ける必要があり、構造的に限界がある。

特許文献３においては、アンテナ効率を上げようとすると、アンテナの高さが高くなること、アンテナの幅（給電素子、無給電素子を並べている方向）を小さくする（絞る）と、放射電極が細くなるので損失が発生しやすくなるなどの問題がある。

特許文献４においては、筺体の壁面に放射電極を形成するので、例えば放射電極をフレキシブル基板や銅箔テープで形成しようとすると、それが筺体から浮いたり、貼りつけ位置がばらつきやすくなったりする。そのため、給電方法がばね接点になるなどして、構造が複雑になる。

そこで、この発明の目的は、広帯域で且つアンテナ効率の高いアンテナを提供することにある。

この発明のアンテナは、誘電体又は磁性体若しくはその両方が混在した基体に給電放射電極が形成され、基板の少なくとも一つの端面付近に取り付けられる給電素子と、前記基板に形成され、少なくとも一方の端部が前記基板のグランド電極に導通し、前記給電素子と結合する線状電極からなる無給電素子と、を備え、前記線状電極の少なくとも一部は、前記基板の前記端面に形成されている。

例えば、前記基板は、マザー基板から分断されたものであり、
前記線状電極は、前記マザー基板状態で、前記基板に対して隣接位置の基板との間に形成された、若しくは支持枠との間に形成された、スリット又はホールの内面に形成された導体で構成することができる。
前記線状電極は、例えばメッキ化スルーホール工法により形成される。

前記基板に形成されたグランド電極と前記無給電素子との間には、チップ状のリアクタンス素子が接続されていてもよい。

この発明によれば、基板を拡張することなく、広帯域で且つアンテナ効率の高いアンテナ及びそれを備えた携帯無線通信装置が構成できる。

特許文献２のアンテナの構成例を示す図である。第１の実施形態に係るアンテナ３０１の斜視図である。基板１０１の製造過程での平面図である。給電素子２０１の六面図である。給電素子２０１の別の構成例を示す六面図である。第２の実施形態に係るアンテナ３０２の斜視図である。第３の実施形態に係るアンテナ３０３の斜視図である。第４の実施形態に係るアンテナ３０４の斜視図である。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るアンテナ及び携帯無線通信装置について、図２〜図５を参照して説明する。
図２は第１の実施形態に係るアンテナ３０１の斜視図である。アンテナ３０１は、基板１０１とそれに実装された給電素子２０１とで構成されている。基板１０１は、基材３１とその外面に形成された電極とで構成されている。給電素子２０１は、誘電体基体４１とその外面に形成された電極とで構成されている。

基材３１の上面にはグランド電極３２が形成されている。基材３１の上面にはグランド電極の形成されていない非グランド領域ＮＧＡを備えている。この非グランド領域ＮＧＡ内に給電用電極３６が形成されている。

基材３１の第１の端面（図２における後方の端面）付近の上面には線状電極３３が形成されている。この線状電極３３の第１の端部はグランド電極３２に接地端ＳＣＥで導通している。線状電極３３は、その第２の端部が基材３１の前記第１端面に隣接する第２の端面（図２における左側の端面）にまで延びている。

基材３１の前記第２の端面には線状電極３４が形成されている。この線状電極３４の第１の端部は開放端ＯＥで開放されている。線状電極３４の第２の端部は前記線状電極３３の第２の端部に導通している。

このようにして、一方端が接地端ＳＣＥで接地され、他方端が開放端ＯＥで開放された無給電素子３５が、前記線状電極３３及び線状電極３４によって構成されている。

図３は、前記基板１０１の製造過程での平面図である。基板１０１は図３に示すような一つのマザー基板３００から分断されたものである。図中の破線が分断線である。マザー基板３００には、分断線が通る位置で、且つ非グランド領域ＮＧＡの隣接位置にスリットＳＬａ，ＳＬｂ，ＳＬｃ，ＳＬｄ，ＳＬｅが成形されている。これらの複数のスリットのうち所定のスリットＳＬｂの内面には導体膜が形成されている。この導体膜はメッキ化スルーホール（plated through hole）工法と同じ製造工程で形成する。

このように、内面に導体膜が形成されたスリットを通るラインでマザー基板３００を分断して複数の基板及び支持枠を分離することによって、スリットＳＬｂの内面の導体膜が前記線状電極３４になる。

なお、グランド電極３２は非グランド領域ＮＧＡ以外の全面に形成してもよいが、マザー基板３００から分断した際のエッジ部に電極膜の「バリ」が生じないように、分断線にグランド電極が掛からないようにグランド電極をパターン化してもよい。

また、図３に示した例では、各基板の角部でスリットの端部同士が隣接するため、各基板の角部が出っ張ることになるが、基板の角部にまでスリットを延ばして、又はホールを形成して、角部に出っ張りが生じないようにしてもよい。

図４は前記給電素子２０１の六面図である。誘電体基体４１の上面には給電放射電極４３が形成されている。誘電体基体４１の左側面には給電放射電極４４、及び端子電極４７Ｌ，４８Ｌ，４９Ｌがそれぞれ形成されている。また、誘電体基体４１の右側面には給電放射電極４２，４５、及び端子電極４６Ｒが形成されている。
誘電体基体４１の下面には端子電極４２Ｂ，４５Ｂ，４６Ｂ，４７Ｂ，４８Ｂ，４９Ｂがそれぞれ形成されている。

給電放射電極４２，４３，４４は連続的に導通している。給電放射電極４２の一方の端部（誘電体基体４１の下面に接する端部）は下面の端子電極４２Ｂに導通している。この端子電極４２Ｂは給電点である。給電放射電極４４の一方の端部（誘電体基体４１の正面寄りの端部）は開放端である。

給電放射電極４５の第１の端部は給電放射電極４２の途中に接続されていて、第２の端部４５Ｅは下面の端子電極４５Ｂに導通している。この端子電極４５Ｂは接地端である。

なお、端子電極４７Ｌ，４８Ｌ，４９Ｌは下面の端子電極４７Ｂ，４８Ｂ，４９Ｂに導通している。これらの端子電極はアンテナの電気的特定には特に寄与せず、給電素子２０１の実装用に用いられる。

このように、給電素子２０１を構成することにより、給電放射電極４２，４３，４４はいわゆる逆Ｆ型アンテナの放射電極として作用する。
なお、誘電体基体４１は磁性体材料で構成されてもよい。

図５は前記給電素子２０１の別の構成例を示す六面図である。図４の例と異なるのは、誘電体基体４１の右側面に、図４に示した給電放射電極４５が形成されていない点である。誘電体基体４１の右側面には端子電極４５Ｒが形成されていて、この端子電極４５Ｒは下面の端子電極４５Ｂに導通している。その他の構成は図４に示したものと同様である。

このような給電素子を構成することにより、給電放射電極４２，４３，４４はいわゆる逆Ｌ型アンテナの放射電極として作用する。

図２に示した非グランド領域ＮＧＡ内には、図４に示した端子電極４５Ｂ，４６Ｂ，４８Ｂ，４９Ｂが接続される端子電極が形成されている。基板１０１に給電素子２０１を実装することにより、給電素子２０１の端子電極４２Ｂは給電用電極３６に接続される。

基板１０１に給電素子２０１が実装された状態で、線状電極３３の接地端ＳＣＥから所定距離の部分と、給電素子２０１の給電放射電極４３とが対向して、無給電素子３５と給電素子２０１とは電磁界結合する。
なお、必要に応じて、端子電極４５Ｂとグランドとの間に整合回路を設けてもよい。

このように、給電素子２０１側の給電放射電極４３に基板側の無給電素子３５が結合することにより、複共振化し、放射抵抗も増大するため、広帯域化する。また、放射抵抗が増大するため、アンテナ効率が向上する。

図２に示したアンテナ３０１は、携帯電話端末などの携帯無線通信装置の筐体内に納められる。携帯無線通信装置の通信回路やその他の回路は基板１０１に構成されていてもよい。

《第２の実施形態》
図６は第２の実施形態に係るアンテナ３０２の斜視図である。アンテナ３０２は、基板１０２とそれに実装された給電素子２０１とで構成されている。基板１０２は、基材３１とその外面に形成された電極とで構成されている。給電素子２０１は誘電体基体４１とその外面に形成された電極とで構成されている。

第１の実施形態と異なるのは、線状電極３３が基材３１の第１の端面（図６における後方の端面）付近ではなく、第１の端面より内側に形成されている点である。したがって、線状電極３３は非グランド領域ＮＧＡ内に形成されていることになる。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。
このように、基材３１の一辺にのみ接して非グランド領域が形成された基板１０２にも適用できる。

《第３の実施形態》
図７は第３の実施形態に係るアンテナ３０３の斜視図である。アンテナ３０３は、基板１０３とそれに実装された給電素子２０１とで構成されている。基板１０３は、基材３１とその外面に形成された電極とで構成されている。給電素子２０１は誘電体基体４１とその外面に形成された電極とで構成されている。

第１・第２の実施形態と異なるのは、線状電極３３が給電素子２０１の下部を通らず、給電素子２０１の近傍を通るように形成されていることである。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。

線状電極３３の接地端ＳＣＥから所定距離の部分と、給電素子２０１の給電放射電極４４の給電点から所定距離の部分とが近接して、無給電素子３５と給電素子２０１とは電磁界結合する。
このように、基板上の線状電極の上部を覆わない位置に給電素子２０１を配置することもできる。

《第４の実施形態》
図８は第４の実施形態に係るアンテナ３０４の斜視図である。アンテナ３０４は、基板１０２とそれに実装された給電素子２０１、及びチップ状リアクタンス素子２１１とで構成されている。

第２の実施形態と異なるのは、線状電極３３の第１の端部がグランド電極３２に導通していなくて、線状電極３３の第１の端部とグランド電極３２との間にチップ状リアクタンス素子２１１が接続されている点である。その他の構成は第２の実施形態の場合と同様である。

前記チップ状リアクタンス素子２１１は例えばチップインダクタである。このように無給電素子３５の第１の端部をリアクタンス素子を介して接地することになる。チップ状リアクタンス素子２１１のリアクタンスによって無給電素子３５のリアクタンス成分の設定又は等価的な電気長の設定ができる。そのため、チップ状リアクタンス素子２１１を選定することによって、特性の異なるアンテナを容易に構成できる。

《その他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、非グランド領域ＮＧＡに給電素子２０１を実装したが、給電素子の給電放射電極が基板の線状電極（無給電素子）と結合可能なように線状電極と給電素子を配置すれば、給電素子は基板のグランド領域に実装してもよい。

また、以上に示した各実施形態では、表面実装型のアンテナを給電素子として例示したが、電子機器の筐体に取り付けられる板金アンテナやフィルムアンテナが給電素子として用いられてもよい。

また、以上に示した各実施形態では、給電素子２０１の基体が誘電体であったが、基体は磁性体材料であってもよいし、誘電体と磁性体の両方が混在したものであってもよい。

また、以上に示した各実施形態では、スリットの内面に導体膜を形成することによって、基板の端面に線状電極を形成したが、スリット以外に円筒形のホールであってもよい。若しくはスリットとホールの組み合わせであってもよい。

ＮＧＡ…非グランド領域
ＯＥ…開放端
ＳＣＥ…接地端
ＳＬａ〜ＳＬｅ…スリット
３１…基材
３２…グランド電極
３３，３４…線状電極
３５…無給電素子
３６…給電用電極
４１…誘電体基体
４２，４３，４４，４５…給電放射電極
４２Ｂ，４５Ｂ，４６Ｂ，４７Ｂ，４８Ｂ，４９Ｂ…端子電極
４５Ｅ…端部
４５Ｒ，４６Ｒ…端子電極
４７Ｌ，４８Ｌ，４９Ｌ…端子電極
１０１，１０２，１０３…基板
２０１…給電素子
２１１…チップ状リアクタンス素子
３００…マザー基板
３０１〜３０４…アンテナ

Claims

グランド電極が形成されるとともに少なくとも一辺に接する一部がグランド非形成領域とされた基板と、
誘電体又は磁性体若しくはその両方が混在した基体に給電放射電極が形成され、前記基板のグランド非形成領域に取り付けられた給電素子と、
前記基板に形成され、一方の端部が前記グランド電極に導通し、前記給電素子と結合する線状電極からなる無給電素子と、を備え、
前記線状電極の少なくとも一部は、前記基板の前記端面に形成されていて、
前記基板は、マザー基板から分断されたものであり、
前記線状電極のうち前記基板の端面に形成された部分は、前記マザー基板の状態で、前記基板に対して隣接位置の基板との間に、若しくは支持枠との間に形成されたスリット又はホールの内面に形成された導体であり、
前記線状電極と前記グランド電極とで囲まれるように前記グランド非形成領域が形成され、前記線状電極の他方の端部は前記マザー基板からの分断により形成された前記グランド電極の端縁に近接していることを特徴とするアンテナ。
前記線状電極は、メッキ化スルーホール工法により形成された、請求項１に記載のアンテナ。
前記基板に形成されたグランド電極と前記無給電素子との間に、チップ状のリアクタンス素子が接続された、請求項１又は２に記載のアンテナ。