JP5929365B2

JP5929365B2 - 内蔵アンテナ装置

Info

Publication number: JP5929365B2
Application number: JP2012059934A
Authority: JP
Inventors: 利巳齊藤
Original assignee: サクサ株式会社
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: JP2013197661A

Description

本発明は、内蔵アンテナ装置に関する。

内蔵アンテナとしては、代表的には、次に示す構成のものが知られている。まず、図７に示すように、いわゆる線状素子を使用したもので、接地板１５に対して垂直方向に長さＨで延在した後に該接地板１５と平行に屈曲して長さＬｏを有する金属線材からなる放射素子Ｐを備える構成のものがある。この場合の線状素子を使用したアンテナの共振周波数ｆはＨ＋Ｌｏ＝λ／４を目安に設計するが、線状素子と接地板１５の間隔に影響を受けるため、線状素子の長さＬ_０の調整が必要である。なお、λは共振周波数ｆの自由空間波長である。

また、図８に示すように、いわゆる板状素子を使用したアンテナ(逆Ｆアンテナ)で、接地板１５に対してほぼ平行に配置されるＬ×Ｗの面積の金属板材からなる放射素子Ｐを備える構成のものがある。この場合のアンテナの共振周波数ｆはＬ＋Ｗ＝λ／４を目安に設計するが、板状素子と接地板１５の間隔に影響を受けるため、板状素子の寸法調整が必要である。なお、図８では、板状素子に給電がなされる同軸給電線２５と、放射素子Ｐと接地板１５との間を短絡させる短絡板２とが示されている。

さらに、図９に示すように、たとえば裏面に接地板１５が形成された絶縁基板１２の表面に導電層パターン４が形成され、この導電層パターン４を放射素子Ｐとしたものがある。導電層パターン４は、線幅の小さい括れの部分を備え、この部分を１／４波長変成器５として構成している。

また、本願発明に関連ある従来技術としてたとえば特許文献１を挙げることができる。特許文献１は、矩形の導体からなる放射素子（励振素子）と、該放射素子の少なくとも１辺に対して一定の間隔Ｗをもって近接配置される接地板を備え、これにより小型化を図ったアンテナ装置が開示されている。

特開2003-101332号公報

しかし、図９、および特許文献１に示したアンテナは、絶縁基板上に放射素子が該絶縁基板に貼りついた２次元パターンで形成されているため、たとえば、図７、図８のアンテナと比較した場合に、通信距離を充分に稼ぐことができないという不都合を有する。なお、図９、および特許文献１に示したアンテナは、アンテナ特有の整合回路が基板上に設けられる。整合回路は、たとえばチップコイル（誘導性）やチップコンデンサ（容量性）を用いたものが用いられる。

また、図７、図８に示したアンテナは、それぞれ、放射素子となる金属線材、金属板材を一旦製作してしまうと、特定の周波数のみにしか使用することができず、たとえば負荷側のインピーダンスが変動した場合、あるいは新たな周波数帯で使用したい場合に、新たな金属線材、金属板材を製作し直さなければならなくなる。この場合、金属線材、金属板材は、比較的複雑な構造であるため、製作に手間を有するという不都合を有する。同様に、図９に示したアンテナにおいても、絶縁基板１２の表面の導電層パターン４の変更は、絶縁基板１２の作り直しを余儀なくされてしまう不都合を有する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成にも拘わらず、通信距離を確保できるとともに、入力インピーダンスを広範囲で調整可能とした内蔵アンテナ装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、絶縁基板上のアンテナ装置の形成領域に、たとえば、導電層パターンを放射素子としたアンテナ、および金属板材あるいは金属線材を放射素子としたアンテナを形成するとともに、導電層パターンを放射素子とした前記アンテナにおいて、該導電層パターンと接地板との間隙に形成する短絡点を、該間隙の長手方向に沿って形成し得る複数の箇所のうち、たとえば一つを設定し得るように構成したものである。

このように構成した内蔵アンテナ装置によれば、金属板材あるいは金属線材を放射素子とするアンテナを形成することにより、簡単な構成にも拘わらず、通信距離を確保することができるようになる。また、導電層パターンと接地板との間隙において、その長手方向に沿って任意の位置に短絡点を設けることができるようにすることで、入力インピーダンスを広範囲で調整可能とすることができるようになる。

本発明は、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の内蔵アンテナ装置は、絶縁基板上のアンテナ装置の形成領域に、第１アンテナおよび第２アンテナが形成され、前記絶縁基板の前記アンテナ装置の形成領域の周囲に接地板が形成され、前記第１アンテナは、絶縁基板の表面に形成された導電層パターンを放射素子として構成するとともに、前記導電層パターンと前記導電層パターンと間隙を有して配置される前記接地板との間に短絡点を具備し、前記短絡点は、前記間隙の長手方向に沿って形成し得る複数の箇所のうち、少なくとも一つの箇所を選択できるように構成され、前記第２アンテナは、前記絶縁基板上に配置される金属線材あるいは金属板材のうちの少なくとも一方を放射素子として構成したことを特徴とする。
（２）本発明の内蔵アンテナ装置は、（１）の構成において、前記短絡点は、０Ω抵抗チップを前記導電層パターンと接地板との間に接続することによって形成することを特徴とする。
（３）本発明の内蔵アンテナ装置は、（１）の構成において、前記金属板材は、最少の折り返し回数からなる屈曲部を有することを特徴とする。
（４）本発明の内蔵アンテナ装置は、（１）の構成において、前記導電層パターンと前記接地板との前記間隙は、前記間隙の長手方向に沿って間隔が異なる部分を有することを特徴とする。

このように構成した内蔵アンテナ装置によれば、簡単な構成にも拘わらず、通信距離を確保でき、入力インピーダンスを広範囲で調整可能にすることができる。

本発明の内蔵アンテナ装置の要部を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。本発明の内蔵アンテナ装置が適用される回路基板である。本発明の内蔵アンテナ装置の要部を示し、０Ω抵抗チップの取付箇所によって短絡点の位置を容易に変更できることを示す説明図である。図３の構成を採用した場合、入力インピーダンスを広範囲で調整可能なことをスミスチャートによって示した図である。図１（ａ）のVI−VI線における断面図である。本発明の内蔵アンテナ装置の分布定数による微調整を示す平面図である。従来の線状素子を備えるアンテナの一例を示す斜視図である。従来の板状素子を備えるアンテナ（逆Ｆアンテナ）の一例を示す斜視図である。従来の導電層パターンを備えるアンテナの一例を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
（実施形態１）
図２は、本発明の内蔵アンテナ装置１０が適用される回路基板１１を示している。図２に示すように、内蔵アンテナ装置１０は回路基板１１のたとえば左上の一角に形成されている。内蔵アンテナ装置１０は、回路基板１１の全体の面積に対して極めて小さい面積内に形成されている。回路基板１１は、絶縁基板１２の前記内蔵アンテナ装置１０が形成されていない他の領域において、複数の電子部品１３が搭載されているとともに、これら電子部品１３を電気的に接続させる配線層（図示せず）が形成されている。なお、図２においては、数個の電子部品１３が搭載されていることを示しているが、実際には、図示しない多数の電子部品が搭載され、これらは前記配線層によって電気的に接続されている。

図１（ａ）は、絶縁基板１２に形成された内蔵アンテナ装置１０を示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）を平面的に観た図である。また、図１（ａ）のVI−VI線における断面図を図５に示す。図１（ａ）、（ｂ）において、回路基板１１上の内蔵アンテナ装置１０の形成領域１０’を、回路基板１１の上辺（図中符号１１Ａ）とほぼ平行な仮想線Ｐを境とした場合、その下方にあって、回路基板１１の左辺（図中符号１１Ｂ）から若干離れてたとえば矩形状の導電層パターンが形成されている。この導電層パターンは、たとえば銅箔あるいは銀等からなり、第１アンテナＡ１の第１放射素子Ｐ１を構成するようになっている。

また、回路基板１１の表面に接地板１５が形成され、この接地板１５は、内蔵アンテナ装置１０の形成領域１０’において切り欠き部１５’を有し、この切り欠き部１５’は、平面的に観た場合、前記第１放射素子Ｐ１のたとえば図中上辺を除く他の三辺と僅かな間隔Ｗを有するように形成されている。この場合、たとえば、第１放射素子Ｐ１の他の三辺のそれぞれの接地板１５との距離は異なるように形成されることによって（図中Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３で示す）、それぞれ、異なる容量（分布定数）が存在するようになっている。第１放射素子Ｐ１は、接地板１５との間に給電点２０および短絡点２１が設けられることによって、該接地板１５とともに、第１アンテナＡ１を構成するようになっている。

図３は、図１（ｂ）に対応させて描いた平面図である。第１放射素子Ｐ１と接地板１５との間にたとえば図中ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊのうち少なくともいずれかに前記短絡点２１を構成し得ることを示している。図３では、図中ｈ（斜線で示す）の箇所においてたとえば０Ω抵抗チップ２３を搭載させることによって、前記短絡点２１を構成するようになっている。これによって、第１放射素子Ｐ１の周辺において所定の箇所に容易に短絡点２１を設けることができる効果を奏する。

図４は、スミスチャートを示し、図３において０Ω抵抗チップ２３の搭載箇所（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ）に応じて、対応する同符号を用いて内蔵アンテナ装置１０の入力インピーダンスを示している。図４から明らかとなるように、０Ω抵抗チップ２３のそれぞれの搭載箇所（ａないしｊ）における内蔵アンテナ装置１０の入力インピーダンスが、スミスチャート上において広い範囲に亘って分布していることが判明する。このことから、入力インピーダンスを広範囲で調整可能にすることができる。

なお、０Ω抵抗チップ２３による入力インピーダンスの調整は、ラフな調整となり、必要があれば、その後の分布定数による微調整を経ることによって充分な調整がなされるようになる。ここで、分布定数は、上述したように、第１放射素子Ｐ１の三辺のそれぞれの接地板１５との距離Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３に応じた異なる容量で構成され、これら容量を、たとえば図６を用いて後述するように、調整することにより内蔵アンテナ装置１０の入力インピーダンスを微調整することができる。このため、たとえば、図９に示したアンテナ装置の場合、通常、整合回路が設けられているが、上述したように、第１放射素子Ｐ１と接地板１５との間の短絡点２１の配置箇所を選択できるようにすることにより、入力インピーダンスの正確な調整ができ、上述した整合回路を必要としなくなる効果を奏する。ここで、整合回路は、たとえば、チップコイルあるいはチップコンデンサを用いたもので構成され、比較的調整に時間を要し、また、これらの整合回路は飛び飛びの定数しか入手できないので、細かい微調整には限界が生じる不都合を有する。

図６は、図３に対応付けて描いた平面図で、０Ω抵抗チップ２３を搭載した後の、分布定数による微調整を行う場合の一例を示した説明図である。第１アンテナＡ１の第１放射素子Ｐ１のたとえば図中左下の角部を、二辺の交点から遠ざかる方向へ図中α、β、γ、……というように、順次、該第１放射素子Ｐ１の角部を切り欠くことができるようになっている。この場合、最初に、図中αの箇所で第１放射素子Ｐ１を切り欠き、入力インピーダンスの調整を行い、その調整が所望のものでなかった場合に、図中βの箇所で第１放射素子Ｐ１を切り欠くようにする。図６では、第１放射素子Ｐ１を図中βの箇所で切り欠いた状態を示している。この場合、いまだ調整が充分でない場合には、さらに、図中γの箇所で第１放射素子Ｐ１を切り欠くようにすることができる。

図１に戻り、回路基板１１上の内蔵アンテナ装置１０の形成領域１０’における前記仮想線Ｐの上方に、第２放射素子Ｐ２が備えられている。第２放射素子Ｐ２は、その１辺が前記第１放射素子Ｐ１に電気的に接続された状態で回路基板１１上に配置され、該一辺と対向する他辺が回路基板１１からはみ出して延在する第１板材Ｐ２１と、たとえば、この第１板材Ｐ２１の前記一辺が回路基板１１側にほぼ直角に屈曲され、その屈曲部の一端が回路基板１１の図中上辺に沿って延在する第２板材Ｐ２２と、によって構成されている。この場合、第２放射素子Ｐ２は、その第１板材Ｐ２１において回路基板１１に螺子２７を介してねじ止めされることによって、該回路基板１１に固定されるようになっている。第２放射素子Ｐ２は、上述したように、屈曲部を有する３次元構造とすることによって、本発明の内蔵アンテナ装置の通信距離を大幅に稼ぐようになっている。

このように、アンテナ装置として第１アンテナＡ１の他に第２アンテナＡ２を設けているのは、第１アンテナＡ１のみで構成した場合に、回路基板１１上に第１放射素子Ｐ１が該回路基板１１に貼りついた２次元パターンで形成されていることによって、通信距離を充分に稼ぐことができないという不都合を第２放射素子Ｐ２によって補うようにしたものである。第２アンテナＡ２は、その金属板材からなる第２放射素子Ｐ２が屈曲部を有することから、３次元パターンとして構成され、通信距離を充分に稼ぐことができるようになる。
（実施形態２）
実施形態１では、第２アンテナの第２放射素子は、たとえば金属板材で構成するようにしたものである。しかし、これに限定されることはなく、金属線材で構成するようにしてもよいことはもちろんである。金属線材で第２アンテナを構成するようにしても３次元パターンとして構成され、通信距離を充分に稼ぐことができるようになる。
（実施形態３）
実施形態１に示したアンテナ装置は、上述した効果を奏するものであるが、いわゆるダイバーシチ方式に適用させ、相関性の低い内蔵アンテナ装置１０を複数個使用し、選択あるいは合成することによって、受信電界強度の低下を抑制させたり、基地局への送信信号経路を増やすことで通信品質を向上させる効果を得るようにしてもよいことはもちろんである。ここで、ダイバーシチ方式とは、複数のアンテナを使用して、フェージング（マルチパス）の影響を受ける確率を低減し、通信品質の改善を図る補償技術である。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

２……短絡板、４……導電層パターン、５……１／４波長変成器、１０……内蔵アンテナ装置、１０’……内蔵アンテナ装置の形成領域、１１……回路基板、１１Ａ……上辺（回路基板の）、１１Ｂ……左辺（回路基板の）、１２……絶縁基板、１３……電子部品、１５……接地板、１５’……切り欠き部、２０……給電点、２１……短絡点、２３……０Ω抵抗チップ、２５……同軸給電線、２７……螺子、Ｐ……放射素子、Ｐ１……第１放射素子、Ｐ２……第２放射素子、Ｐ２１……第１板材、Ｐ２２……第２板材、Ａ１……第１アンテナ、Ａ２……第２アンテナ。

Claims

絶縁基板上のアンテナ装置の形成領域に、第１アンテナおよび第２アンテナが形成され、
前記絶縁基板の表裏面のいずれかに前記アンテナ装置の形成領域の周囲に接地板が形成され、
前記第１アンテナは、前記絶縁基板の表面に形成された導電層パターンを放射素子として構成するとともに、前記導電層パターンと前記導電層パターンと間隙を有して配置される前記接地板との間に短絡点を具備し、
前記短絡点は、前記間隙の長手方向に沿って形成し得る複数の箇所のうち、少なくとも一つの箇所を選択できるように構成され、
前記第２アンテナは、前記絶縁基板上に配置される金属線材あるいは金属板材のうちの少なくとも一方を放射素子として構成するとともに、
前記導電層パターンと前記接地板との前記間隙は、前記間隙の長手方向に沿って間隔が異なる部分を有することを特徴とする内蔵アンテナ装置。