JP5461524B2 - アンテナアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナアセンブリに関する。本発明はさらに、誘電体ブロック、プリント配線基板（ＰＷＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｗｉｒｉｎｇ ｂｏａｒｄ）、およびそうしたアンテナアセンブリおよび／または誘電体ブロックおよび／またはＰＷＢを備えた装置に関する。

アンテナは、ラジオ信号、テレビ信号、マイクロ波信号、電話信号およびレーダー信号を送信および／または受信するように設計された変換器である。言い換えれば、アンテナは、特定の周波数の電流を電磁波に、そして電磁波を特定の周波数の電流に変換するものである。アンテナは、印加された交流電圧および対応する交流電流に応答して放射電磁界を発生するように構成された１つまたは複数の導電体、または電磁界に置くことで電磁界がアンテナの交流およびアンテナ端子間の電圧を誘導することができる１つまたは複数の導電体が物理的に配置される。

携帯電話などの携帯型の電子無線通信装置は通常、はんだ付けまたは溶接により導電路に接続されているか、またはプリント配線基板に接触しているアンテナを含む。こうした電子装置の製造者は常に、装置の物理的な大きさおよび重量を小さくしてコストを抑制しつつ、その電気性能を向上させる必要に迫られている。

特定の波長のアンテナの大きさを最小化するため、携帯型の電子無線通信装置内にマイクロストリップアンテナ（プリントアンテナとも呼ばれる）を使用する場合がある。マイクロストリップアンテナは、誘電率（εｒ）が１より大きい誘電体絶縁基板の片面にアンテナパターン（すなわち共振配線構造）をエッチングし、金属層などの連続的な導電層がグラウンド面を形成する誘電体基板の反対面に結合されることで製造される。こうしたアンテナは高さが低く、機械的に凹凸処理されており、単純な二次元形状であることから製造および設計には比較的安価である。

最も多く使われているマイクロストリップアンテナは方形パッチである。方形パッチアンテナは、方形マイクロストリップ線路片の長さが約半波長である。空気がアンテナ基板である場合、方形マイクロストリップアンテナの長さは自由空間波長の約半分である。アンテナに基板として誘電体を充填すると、基板の比誘電率が上昇するにつれてアンテナの長さは短くなる。すなわち誘電体の放射波長は１／√εｒ倍短くなる。したがって、このような誘電体基板を含むアンテナは１／√εｒ倍短縮することができる。

多くの携帯型の電子無線通信装置は、セルラ方式の通信機能、たとえば、ＧＳＭまたはＷＣＤＭＡ通信機能を与えるアンテナ、および非セルラ方式の通信機能、たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗ−ＬＡＮまたはＦＭ−Ｒａｄｉｏ通信機能を与えるアンテナを備えている。対応方式の数により、必要とされるアンテナ数が直接的に増加するため、構成要素の数が大幅に増え、結果として電子装置は大型化し、費用がかさむ。

本発明の目的は、改良されたアンテナアセンブリを提供することにある。

この目的は、プリント配線基板（ＰＷＢ）を含むアンテナアセンブリと、第１のアンテナパターン、すなわちアンテナ放射素子を含み、ＰＷＢに搭載されるように配置される誘電体基板とにより実現される。アンテナアセンブリはまた、周波数変調送信機アンテナ、すなわちＦＭ Ｔｘアンテナまたは近距離無線通信（ＮＦＣ：Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）アンテナの放射素子として使用されるように配置される第２のアンテナパターンを含む。第２のアンテナパターンは、ａ）誘電体基板上／内に、すなわち誘電体基板の表面または誘電体基板の内部に、あるいはｂ）誘電体基板とＰＷＢとの界面のＰＷＢ上に、あるいはｃ）一部が誘電体基板の表面に、一部がＰＷＢの表面に設けられる。

ＦＭ送信機、すなわちＦＭ Ｔｘは、アンテナを利用してラジオ、テレビまたは他の電気通信などの電磁信号を伝える電子装置である。本発明によるアンテナアセンブリでは、ＦＭ Ｔｘアンテナは、装置の構成要素数を増加させたり、または装置を大型化させたりすることなく、無線装置内部でもう１つの誘電体装荷アンテナと一体化される。

従来、ＦＭ ＴＸアンテナは通常金めっきのピンまたはバネを介して電子装置のマザーボードに接続される切り離された要素であった。本発明は、ＦＭ送信機が近距離方式であり、そのアンテナ利得条件が低いため、誘電体基板上／内に含まれるＦＭ Ｔｘアンテナをもう１つのアンテナと一体化できるとの考察に基づく。したがって、ＦＭ Ｔｘアンテナは、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈチップセットに実装してもよく、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈおよびＦＭ Ｔｘアンテナを電子装置の同一要素（単数または複数）に組み込めば、装置は小型化され製造しやすくより安価なものになり得る。

近距離無線通信（ＮＦＣ）は、約１０センチメートルを超える距離にある装置間のデータの交換を可能にする近距離高周波（３〜３０ＭＨｚの無線周波）無線通信技術である。従来、ＮＦＣアンテナもやはり、通常金めっきのピンまたはバネを介して電子装置のマザーボードに接続される切り離された要素であった。

本発明の実施形態によれば、第１のアンテナパターンは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信機能、ＧＰＳ通信機能、Ｒｘダイバーシティ通信機能またはＷ−ＬＡＮ通信機能などの非セルラ方式の通信機能を与えるように配置される。アンテナアセンブリを使用する際に第２のアンテナパターンが信号を送信する周波数帯域が、上記の方式が信号を送受信する周波数帯域と大きく異なるため、このアンテナアセンブリは、第１および第２のアンテナパターン間の絶縁が良好なものとなる。

本発明の別の実施形態によれば、誘電体基板および第１のアンテナパターンは、板状逆Ｆ（ＰＩＦＡ：ｐｌａｎａｒ ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｆ）アンテナの一部を構成する。ＰＩＦＡアンテナは、４分の１波長ハーフパッチアンテナから得られる。ハーフパッチの短絡板は長さが短いため、共振周波数（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が低下する。ＰＩＦＡアンテナは、様々なセルラ帯域で共振する複数の分岐を持つ場合が多い。あるいは、誘電体基板および第１のアンテナパターンは、誘電体共振器（ＤＲＡ：ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）アンテナの一部を構成する。

本発明はさらに、本発明のいずれかの実施形態によるアンテナアセンブリに使用される誘電体基板に関する。誘電体基板は、第１のアンテナパターンと、第２のアンテナパターンの少なくとも一部とを含む。本発明の実施形態によれば、誘電体基板は、フェライトなどの透磁率（μ）の高い材料を含む。

本発明はさらに、こうした誘電体基板を含むプリント配線基板（ＰＷＢ）に関する。あるいは、またはそれに加えて、本発明は、第２のアンテナパターンの少なくとも一部を含むプリント配線基板（ＰＷＢ）に関する。

本文書で使用する場合、プリント配線基板またはＰＷＢ（プリント回路板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）とも呼ばれる）という表現は、可撓性または非可撓性で平面または非平面の、実質的に非導電性である任意の基板を意味するものとする。こうした基板は、基板上にエッチング／プリント／彫刻されたか、または他の方法で設けられた導電路を用いて、少なくとも１つのマイクロチップまたは他の電子要素を機械的に支持するために、ならびに／または基板上に支持されたおよび／もしくは基板に接続された要素を電気的に接続するために使用される。

本発明の実施形態によれば、本発明のいずれかの実施形態によるアンテナアセンブリの誘電体基板は、本発明のいずれかの実施形態によるプリント配線基板の縁端部に沿って、またはプリント配線基板の隅に搭載される。アンテナアセンブリの誘電体基板がＰＷＢの隅にあると、アンテナの製造および組立が容易になる。しかしながら、アンテナアセンブリは、ＰＷＢ上の任意の位置に位置していてもよい。

本発明の別の実施形態によれば、本発明のいずれかの実施形態によるプリント配線基板（ＰＷＢ）は、グラウンド面と、グラウンド面を第２のアンテナアセンブリに接続するための回路系とを含み、回路系は、アンテナアセンブリを使用する際に第２のアンテナパターンが特定の周波数帯域内の信号を送信できるようにする容量および／または誘導結合、すなわちＬＣ負荷を含む。

本発明のさらなる実施形態によれば、アンテナアセンブリはＰＷＢと一体成形され、それによりアンテナアセンブリを含むＰＷＢ全体の製造を１つの製造工程に統合することで、組立時間およびコストを抑え、複雑さを軽減することができる。

本発明はさらに、本発明のいずれかの実施形態によるアンテナアセンブリおよび／または誘電体基板および／またはプリント配線基板（ＰＷＢ）を備えた携帯型電子装置などの装置に関する。電子装置は、電話、メディアプレーヤ、パーソナル通信システム（ＰＣＳ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）端末、パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ラップトップコンピュータ、パームトップ受信機、カメラ、テレビ、レーダー、またはラジオ信号、テレビ信号、マイクロ波信号、電話信号およびレーダー信号を送信および／または受信するように設計された変換器を含む任意の器具など携帯型の装置でも、または非携帯型の装置でもよい。しかしながら、本発明によるアンテナアセンブリ、誘電体基板およびＰＣＢは、専用ではないが、特に高周波無線機器への使用を意図している。

本発明のいずれかの実施形態によるアンテナアセンブリを携帯電話などの小型の携帯型無線通信装置に組み込む場合、その装置により送信または受信される電波の送受信に対するアンテナアセンブリの寄与は部分的なものでしかない点に留意されたい。筐体、電池またはプリント配線基板など装置の他の大型の導電要素も、無線信号の送信および／または受信に影響を与える。アンテナアセンブリのアンテナパターンは、アンテナ全体（すなわちアンテナアセンブリおよび本体ブロック）に所望のインピーダンスが得られるように本体ブロックに容量結合および／または誘導結合されている。そのため、通常「アンテナ」と見なされる要素は、実際にはかかる本体ブロックの励振器として機能しており、したがって「アンテナ」よりむしろ「アンテナアセンブリ」と呼ばれている。ただし、本書において「アンテナ」という表現は、「アンテナ」よりもむしろ「アンテナアセンブリ」と見なし得る要素を含むことを意図している。

以下、添付の図面を参照しながら非限定的な例により本発明をさらに説明する。

本発明の実施形態によるアンテナアセンブリを示す。 本発明の実施形態による誘電体ブロックの底面の概略図である。 本発明の実施形態によるプリント回路板の上面を示す。 本発明の実施形態による電子装置を示す。 各図面はこの縮尺に限定されるものではなく、特徴のあるところは見やすいように寸法を誇張してある場合がある点に留意されたい。

図１は、プリント配線基板（ＰＷＢ）１２と、第１のアンテナパターン（図１には示していない）を含み、ＰＷＢ１２の端に位置する、セラミック基板などの誘電体基板１４とを含むアンテナアセンブリ１０を示す。第１のアンテナパターンは、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信機能、ＧＰＳ通信機能、Ｒｘダイバーシティ通信機能またはＷ−ＬＡＮ通信機能などの非セルラ方式の通信機能を与えるように配置されてもよい。

誘電体基板１４は単層構造でも多層構造でもよく、比誘電率（εｒ）が１より大きいものであり、たとえばＰＴＦＲ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ポリテトラフルオロエチレン）／ガラス繊維複合材料、または比誘電率（εｒ）が１より大きく、最大２０またはそれ以上の他の任意の好適な誘電体材料を含んでもよい。本発明の実施形態によれば、誘電体基板は、透磁率（μ）の高い材料を含んでもよい。

誘電体基板１４はさらに、ＦＭ ＴｘアンテナまたはＮＦＣアンテナの放射素子として使用されるように配置される第２のアンテナパターン（図１には示していない）を含む。第２のアンテナパターンは、誘電体基板１４の任意の表面上、または誘電体基板１４の内部に設けられる。あるいは、第２のアンテナパターンは、誘電体基板１４とＰＷＢとの界面のＰＷＢ１２上に設けられる。第２のアンテナパターンは、一部が誘電体基板１４の表面上に、一部が前記ＰＷＢ１２の表面上に設けられてもよい。第１および第２のアンテナパターンは、たとえばリソグラフィ技術を用いて誘電体基板１４上／内に設けることができる。

図示した実施形態の誘電体基板１４は方形ブロックとして示してある。しかし、誘電体基板１４はどのような形状でもよく、分岐をいくつ有していてもよいことに留意されたい。誘電体基板１４または誘電体基板の分岐は、たとえば正方形断面でも、円形断面でも、三角形断面でも、または楕円形断面でもよいし、あるいは他の任意の等辺等角形の幾何学的形状であっても、等辺等角形でない幾何学的形状でも構わない。誘電体基板１４は、たとえば、らせん状のアンテナパターンを配置してある円筒形でもよい。

ＰＷＢ１２および誘電体基板１４は、１つのユニットとして一体成形してもよい。あるいは、誘電体基板１４は、はんだ付けまたはスポット溶接など従来の任意の手段によりＰＷＢ１２に搭載してもよい。

図２は、誘電体基板１４の底面１４ｂを示す。誘電体基板１４は、誘電体基板１４の上面に、または誘電体基板１４内部に第１のアンテナパターン（図２には示していない）を含む。ＦＭ ＴｘアンテナまたはＮＦＣアンテナの放射素子として使用されるように設けられる第２のアンテナパターン１６は、誘電体基板１４の底面１４ｂ上に設けられる。

図示した実施形態の誘電体基板１４はさらに、第２のアンテナパターン１６を給電ライン（すなわち信号源からの信号エネルギーをアンテナパターンに伝達する媒体）に接続するための給電点１８と、接地点と、アンテナアセンブリを使用する際に第２のアンテナパターン１６が特定の共振周波数を実現し、その結果、特定の周波数帯域内の信号を送信することができる容量および／または誘導結合、すなわちＬＣ負荷を介して第２のアンテナパターン１６を接地に接続するための回路系２０とを含む。

図３は、本発明の実施形態によるプリント配線基板（ＰＷＢ）１２の上面を示す。ＰＷＢ１２は、グラウンド面２２と、グラウンド面２２が取り除かれているかまたは省かれているＰＷＢ１２の表面の一部に設けられる、ＦＭ ＴｘアンテナまたはＮＦＣアンテナの放射素子として使用されるように配置されるアンテナパターン１６とを含む。もう１つのアンテナパターンを含む誘電体基板１４については、ＦＭ ＴｘアンテナまたはＮＦＣアンテナの放射素子として使用されるように配置される第２のアンテナパターン１６の上に設けてもよい。

本発明の実施形態によれば、ＦＭ ＴｘアンテナまたはＮＦＣアンテナの放射素子として使用されるように配置される第２のアンテナパターンの第１の部分１６ａは、誘電体基板１４の底面１４ｂ上に設けられ、ＦＭ ＴｘアンテナまたはＮＦＣアンテナの放射素子として使用されるように配置される第２のアンテナパターンの第２の部分１６ｂは、ＰＷＢ１２の上面に設けられ、アンテナパターン１６全体は、誘電体基板１４がＰＷＢ１２上に搭載されると形成される。

図４は、電子装置２４、すなわち本発明の実施形態による携帯電話機を示す。電子装置２４は、本発明のいずれかの実施形態によるアンテナアセンブリ１０またはプリント配線基板１２または誘電体基板（図４には示していない）を含む。

特許請求の範囲の範囲内における本発明のさらなる改変例が当業者には明らかであろう。たとえば、ＰＷＢは、異なるアンテナアセンブリ間またはアンテナアセンブリの異なるアンテナパターン間で切り換えを行うことで、送信および／または受信した信号の周波数帯域と通信チャネル数とをユーザが使用時に選択できる回路系を含んでもよい。

Claims (11)

1. プリント配線基板（ＰＷＢ）（１２）と、前記ＰＷＢ（１２）上に搭載されるように配置され、第１のアンテナパターンを含む誘電体基板（１４）とを含むアンテナアセンブリ（１０）であって、
   前記アンテナアセンブリ（１０）はさらにＦＭ Ｔｘアンテナまたは近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナの放射素子として使用されるように配置される第２のアンテナパターン（１６）を含み、該第２のアンテナパターンは第１の部分と第２の部分に分離されており、前記誘電体基板（１４）が前記ＰＷＢ（１２）に搭載される前に、前記第２のアンテナパターン（１６）の前記第１の部分が前記誘電体基板（１４）上の前記ＰＷＢ（１２）との境界面に配置され、前記第２のアンテナパターン（１６）の前記第２の部分が前記ＰＷＢ（１２）上の前記誘電体基板（１４）との境界面に配置され、前記誘電体基板（１４）がＰＷＢ（１２）に搭載されることによって前記第２のアンテナパターン（１６）が１つの平面状に形成されることを特徴とするアンテナアセンブリ（１０）。
2. 前記第１のアンテナパターンはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信機能、ＧＰＳ通信機能、Ｒｘダイバーシティ通信機能またはＷ−ＬＡＮ通信機能などの非セルラ方式の通信機能を与えるように配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナアセンブリ（１０）。
3. 前記誘電体基板（１４）および前記第１のアンテナパターンは板状逆Ｆ（ＰＩＦＡ）アンテナの一部を構成することを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナアセンブリ（１０）。
4. 前記誘電体基板（１４）および前記第１のアンテナパターンは誘電体共振器（ＤＲＡ）アンテナの一部を構成することを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナアセンブリ（１０）。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナアセンブリ（１０）に使用される誘電体基板（１４）であって、
   前記第１のアンテナパターンと、前記第２のアンテナパターン（１６）の前記第１の部分とを含むことを特徴とする誘電体基板（１４）。
6. 請求項５に記載の誘電体基板（１４）を含むことを特徴とするプリント配線基板（ＰＷＢ）（１２）。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナアセンブリ（１０）に使用されるプリント配線基板（ＰＷＢ）（１２）であって、
   前記第２のアンテナパターン（１６）の前記第２の部分を含むことを特徴とするプリント配線基板（ＰＷＢ）（１２）。
8. 前記誘電体基板（１４）は前記ＰＷＢ（１２）の縁端部に沿って、または前記ＰＷＢ（１２）の隅に搭載されることを特徴とする請求項６または７に記載のプリント配線基板（ＰＷＢ）（１２）。
9. グラウンド面（２２）と、前記グラウンド面（２２）を前記第２のアンテナパターン（１６）に接続するための回路系（２０）とを含み、前記回路系（２０）は、前記アンテナアセンブリ（１０）を使用する際に前記第２のアンテナパターン（１６）が特定の周波数帯域内の信号を送信できるようにする容量と誘導結合、すなわちＬＣ負荷の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のプリント配線基板（ＰＷＢ）（１２）。
10. 前記誘電体基板（１４）は前記ＰＷＢ（１２）と一体成形されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のプリント配線基板（ＰＷＢ）（１２）。
11. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナアセンブリ（１０）、請求項５に記載の誘電体基板（１４）、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載のプリント配線基板（ＰＷＢ）（１２）の少なくともいずれかを含むことを特徴とする携帯型電子装置などの装置（２４）。

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