JPWO2009054438A1 - アンテナ装置及びこれを用いた無線通信機 - Google Patents

Abstract

本発明は、製造バラツキによる歩留まりの低下を抑えることができ、小型で高性能なアンテナ装置を提供することを目的とする。本発明によるアンテナ装置１００は、直接給電型λ／４逆Ｆアンテナであり、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の基体１１に形成された第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。第２の側面導体部１７にはギャップ１８が設けられており、ギャップ１８の形成位置における基体１１の表面にはトレンチが形成されている。第１のランド２３とグランドパターン２２との間には、接地電極としてのインピーダンス調整パターン２７が設けられている。つまり、アンテナブロック自体に接地電極をもたない構造であるため、製造バラツキを抑えることができる。

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、このアンテナ装置を用いた無線通信機に関するものである。

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には、小型化が可能であり、インピーダンス整合も容易な逆Ｆアンテナが好ましく使用されている（特許文献１、図９〜図１０参照）。逆Ｆアンテナの構成は、例えば図１２に示すように、誘電体ブロック２のいずれかの面に給電電極９と接地電極３を備えたものが一般的である。

チップアンテナの実装形態にはグランドクリアランスタイプとオングランドタイプの２種類がある。グランドクリアランスタイプのチップアンテナは、実装基板上のグランドパターンの一部を除去して形成されたチップアンテナよりも大きなグランドクリアランス領域内に実装される。ここで、グランドクリアランスタイプは、グランドクリアランス領域をアンテナの実装面のみならずその裏面又は下層の領域においても確保する形態であり、オングランドタイプは、チップアンテナとほぼ同等のアンテナ使用領域を実装面だけに設ける形態である。

グランドクリアランスタイプの場合、チップアンテナの下方にはグランド面が全く存在しないのでチップアンテナ自体は低背となるが、基板面積が広く占有されるという問題がある。一方、オングランドタイプの場合、実装面および下方の領域にもグランドパターンが設けられていることから、グランドクリアランスタイプに比べてアンテナの背は高いが、多層基板の表面をアンテナの実装面とし、実装面および内層をグランドパターン層とすることで、基板の裏面を部品実装領域として使用することができ、アンテナの実質的な小型化を図ることができる。

一方、チップアンテナの給電方式には直接給電方式とギャップ給電方式がある（特許文献１参照）。オングランドタイプのアンテナ実装においてギャップ給電方式を採用した場合、実装基板上におけるアンテナの位置やグランドパターンとの位置の違いにより結合容量も大きく変化し、アンテナ特性が大きく変化する。そのため、オングランドタイプのアンテナ実装方式においては、直接給電方式が好ましく採用されている。

さらに、自由空間でのλ／４よりも極端に小さい限られた体積の中で所望の共振周波数を得るため、放射電極を折り返した構造のチップアンテナも知られている（特許文献２参照）。
特開２００３−４６３２２号公報 特開２００３−４６３１４号公報

上述の通り、従来の逆Ｆアンテナは、誘電体ブロックのいずれかの面に給電電極及び接地電極を備えた構成を有している。しかしながら、これらの電極パターンは導体ペーストのスクリーン印刷により形成されるため、印刷バラツキによってアンテナの共振周波数やインピーダンス整合にバラツキが生じるという問題がある。また、アンテナ長を確保するため放射電極を折り返し構造とした場合には、電流の向きが互いに打ち消し合うので、効率が劣化するという問題がある。さらに、構造が複雑化するため、量産時において共振周波数のバラツキの原因になり、歩留まりが低下するという問題がある。

また、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、機種ごとにアンテナのインピーダンスや共振周波数を調整する必要があるが、従来のチップアンテナにおいては、機種ごとにアンテナの導体パターンを調整しなくてはならない。

したがって、本発明の目的は、製造バラツキによる歩留まりの低下を抑えることができ、小型で高性能なアンテナ装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、そのようなアンテナ装置を用いて構成された小型で高性能な無線通信機を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のアンテナ装置は、アンテナブロックと、アンテナブロックが実装された実装基板とを備え、アンテナブロックは、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両端部にそれぞれ形成された第１及び第２のパッド電極と、基体の第１の側面に形成され、上面導体部と第１のパッド電極とを直接接続する第１の側面導体部と、基体の第２の側面に形成され、所定幅のギャップを有し、上面導体部と第２のパッド電極とをギャップを介して接続する第２の側面導体部とを備え、実装基板は、一方の主面に設けられたアンテナブロックの実装領域と、第１及び第２のパッド電極の位置に対応してそれぞれ実装領域内に設けられた第１及び第２のランドパターンと、実装領域の周囲に設けられた第１のグランドパターンと、第１のランドパターンに接続された給電ラインと、第１のランドパターンと第１のグランドパターンとを接続する第１のインピーダンス調整手段とを備えることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置によれば、実装基板上に設けられた第１のインピーダンス調整手段が逆Ｆアンテナの接地電極として機能し、アンテナブロック自体が接地電極をもたない構造であることから、接地電極の位置ずれによるアンテナ特性のバラツキを抑えることができる。また、放射電極の先端部にギャップを設け、この容量を調節することで共振周波数を下げることができる。したがって、放射電極を折り返し構造のない直線的なパターンとすることができ、小型で高効率なアンテナを実現できる。

本発明において、実装基板は、実装領域の下方に設けられた第２のグランドパターンをさらに備えることが好ましい。このように、本発明のアンテナ装置はオングランドタイプであり、基板面積を過度に占有しないので、基板面積の有効利用を図ることができ、アンテナ装置の実質的な小型化を図ることができる。

本発明のアンテナ装置は、給電ラインと第１のグランドパターンとを接続する第２のインピーダンス調整手段をさらに備えることが好ましい。これによれば、アンテナブロックを実装基板上に実装した際、インピーダンスをさらに微調整することができる。さらに、アンテナ構造を変えることなく共振周波数を調整することができる。

本発明のアンテナ装置は、第２のランドパターンと第１のグランドパターンとを接続する第１の周波数調整手段をさらに備えることが好ましい。これによれば、アンテナ構造を変えることなく共振周波数を調整することができる。

本発明において、アンテナブロックは、基体の底面の長手方向の中央部に形成された第３のパッド電極をさらに備えることが好ましく、実装基板は、第３のパッド電極の位置に対応して実装領域内に設けられた第３のランドパターンをさらに備えることが好ましい。この場合において、本発明のアンテナ装置は、実装基板上に設けられ、第３のランドパターンと第１のグランドパターンとを接続する第２の周波数調整手段をさらに備えることが好ましい。これによれば、アンテナブロックを実装基板上に実装する際、共振周波数を微調整することができる。

本発明のアンテナ装置は、基体の第２の側面におけるギャップの形成位置にトレンチが設けられていることが好ましい。これによれば、非常に精度の高いギャップを形成することが可能となる。さらに、トレンチの断面形状は略Ｕ字状であることが好ましい。トレンチの断面形状が略Ｕ字状であれば、角部を起点とするクラックが生じることがないため、基体１１の強度を高めることができる。

本発明において、第１の側面導体部は、基体の幅よりも狭いくびれ部分を有することが好ましい。これによれば、第１の側面導体部を略Ｉ字状又は略Ｔ字状の導体パターンとして構成することができ、基体の材料ロット間で生じる誘電率のバラツキを吸収し、アンテナ特性を一定にすることができる。

本発明のアンテナ装置は、前記第１及び第２の側面と異なる基体の第３及び第４の側面に穴部が設けられていることが好ましい。穴部は貫通孔であってもよく、貫通していなくてもよい。基体の第３及び第４の側面に穴部を設けた場合には、基体の軽量化、つまりアンテナ装置全体の軽量化を図ることができる。

本発明において、前記上面導体部は、基体の上面の幅方向中央に設けられた第１の上面導体部と、第１の上面導体部の少なくとも片側において第１の上面導体部と平行に設けられた第２の上面導体部を含み、第１の上面導体部の一端は、第２の側面導体部を介して前記第２の上面導体部の一端に接続されており、第２の上面導体部の他端は開放されていることが好ましい。この場合において、前記上面導体部は、基体の上面の幅方向中央に設けられた第１の上面導体部と、第１の上面導体部の両側において第１の上面導体部と平行に設けられた第２及び第３の上面導体部を含み、第１の上面導体部の一端は、第２の側面導体部を介して第２及び第３の上面導体部の一端に接続されており、第２及び第３の上面導体部の他端は開放されていることが特に好ましい。

この構成によれば、基体の上面に形成された放射導体が折り返し構造であることから、基体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、共振周波数の低いアンテナを実現することができ、良好な放射特性を得ることができる。また、第１の上面導体部と第２及び第３の上面導体部との間の折り返し位置にギャップを有する第２の側面導体部を介在させているので、実装基板上の位置によらず安定したアンテナ特性を得ることができる。また特に、第１の上面導体部の両側に第２及び第３の上面導体部をそれぞれ設けた場合には、左右対称なパターンレイアウトとすることができる。したがって、アンテナ設計が容易となり、実装上の制約を少なくすることができる。

本発明の上記目的はまた、本発明によるアンテナ装置が設けられた無線通信機によっても達成される。

このように、本発明によれば、製造バラツキによる歩留まりの低下を抑えることができ、小型で高性能なアンテナ装置を提供することができる。

また、本発明によれば、上記アンテナ装置を用いて構成された小型で高性能な無線通信機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の実施形態によ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に示すように、本実施形態によるアンテナ装置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。

図２に示すように、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３のパッド電極１３〜１５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１６と、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１７とを備えている。なお、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。

基体１１の大きさは、目的とするアンテナ特性に応じて適宜設定すればよい。特に限定されるものではないが、本実施形態においては１０×２×４（ｍｍ）とすることができる。

基体１１の材料としては、特に限定されるものではないが、Ｂａ−Ｎｄ−Ｔｉ系材料（比誘電率８０〜１２０）、Ｎｄ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系材料（比誘電率４３〜４６）、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓｒ−Ｔｉ（比誘電率３８〜４１）、Ｂａ−Ｔｉ系材料（比誘電率３４〜３６）、Ｂａ−Ｍｇ−Ｗ系材料（比誘電率２０〜２２）、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系材料（比誘電率１９〜２１）、サファイヤ（比誘電率９〜１０）、アルミナセラミックス（比誘電率９〜１０）、コージライトセラミックス（比誘電率４〜６）などを用いることができる。基体１１は、金型を用いてこれらの材料を焼成することによって作製される。

誘電体材料は、目的とする周波数に応じて適宜選択すればよい。比誘電率ε_ｒが大きくなるほど大きな波長短縮効果が得られるので、放射導体の長さをより短くすることができるが、必ずしも比誘電率ε_ｒが大きければよいという分けではなく、適切な値が存在する。したがって、例えば、目的とする周波数が２．４０ＧＨｚである場合、比誘電率ε_ｒが５〜３０程度の材料を用いることが好ましい。これによれば、十分な利得を確保しつつ放射導体の小型化を図ることができる。比誘電率ε_ｒが５〜３０程度である材料としては、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックを好ましく挙げることができる。Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックとしては、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ_２を含有するＭｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックを用いることが特に好ましい。

上面導体部１２は、基体１１の上面１１Ａの略全面に形成された導体パターンである。上面導体部１２の長手方向の一端は、第１の側面導体部１６を介して第１のパッド電極１３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、第２の側面導体部１７を介して第２のパッド電極１４に接続されている。これにより、第１及び第２のパッド電極１３、１４、第１及び第２の側面導体部１６、１７及び上面導体部１２は、連続する略直線状の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、基体１１の底面１１Ｂの長手方向の一端及び他端にそれぞれ形成された矩形状の導体パターンである。また、第３のパッド電極１５は、基体１１の底面１１Ｂの長手方向の中央部に形成された導体パターンであり、第１のパッド電極１３と第２のパッド電極１４との間に設けられている。第１及び第２のパッド電極１３、１４の大きさは同一であることが好ましく、第１乃至第３のパッド電極１３〜１５は、基体１１の上下面１１Ａ、１１Ｂに垂直な軸（Ｚ軸）を基準にして１８０度回転させたとき同一形状となるよう対称性を有することが好ましい。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、アンテナ特性の安定化、信頼性の向上を図ることができる。

第１の側面導体部１６は、基体１１の第１の側面１１Ｃに形成された略Ｉ字型の導体パターンである。つまり、第１の側面１１Ｃの幅よりも狭いくびれ部分１６ａを有している。特に限定されるものではないが、基体１１の幅が２ｍｍであるときの第１の側面導体部１６のくびれ部分１６ａの幅は１ｍｍ程度であることが好ましい。アンテナの共振周波数は、放射導体の幅が狭くなるほど低くなり、給電点に近いところほど放射導体の幅が共振周波数に与える影響は大きい。そのため、第１の側面導体部１６をＩ字型の導体パターンとして形成し、くびれ部分１６ａの幅を調整することにより、基体１１の製造ロッド間で生じる誘電率のバラツキを吸収することができ、アンテナの共振周波数を一定にすることができる。

第２の側面導体部１７は、ギャップ１８の形成領域を除いた基体１１の第２の側面１１Ｄの略全面に形成された導体パターンである。ギャップ１８は、底面に近い位置、つまり給電点から最も離れた先端部分に設けられている。放射導体の先端部分は、アンテナ周波数に対して敏感な部分であるが、この位置にギャップを形成することにより、アンテナの共振周波数を低くすることができるだけでなく、共振周波数の精度を高めることができる。

図３は、ギャップ１８付近の構造を示す略斜視図である。

図３に示すように、ギャップ１８の形成位置における基体１１の表面には、トレンチ１１Ｔが形成されていることが好ましい。このトレンチ１１Ｔは、金型を用いた基体１１の成型時において、基体１１と同時に成型されたものである。通常、基体１１の表面の導体パターンはスクリーン印刷により形成されるが、スクリーン印刷の精度は５０μｍ程度とそれほど高くない。そのため、印刷ずれによってギャップ１８の幅や形状が変化し、アンテナ特性のバラツキが生じやすい。これに対し、金型を用いたトレンチ１１Ｔの加工精度は５μｍ程度と非常に高い。また、焼成体の縮率バラツキによるトレンチ形状のバラツキも、印刷バラツキに比べると非常に小さい。そのため、トレンチ１１Ｔが形成された基体１１の側面にスクリーン印刷を行えば、トレンチ１１Ｔの存在によってギャップ１８が必然的に形成されるだけでなく、ギャップ幅も正確に規定することができる。

図４は、ギャップ１８の形状の他の例を示す略断面図である。

図４に示すように、ギャップ１８の形成位置における基体１１の第２の側面１１Ｄにはトレンチ１１Ｕが形成されているが、このトレンチ１１Ｕは、図３に示した角部を有するトレンチ１１Ｔと異なり、角部のない湾曲面で構成されている点を特徴としている。つまり、このトレンチ１１Ｕの断面形状は略Ｕ字状である。このようなトレンチ１１Ｕがこのような湾曲面を有する場合には、角部を起点にしてクラックが生じることがないため、基体１１の強度を高めることができる。

以上、基体１１の各面に形成されたこれらの導体パターンは、基体１１の第３及び第４の側面１１Ｅ、１１Ｆと平行な平面を基準にして左右対称となるように形成されていることが好ましい。これによれば、Ｚ軸を基準としてアンテナブロックの向きを１８０度回転させても実装基板２０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実質的に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５は、実装基板２０の構成を示す略平面図である。

図５（ａ）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乃至第３のランド２３〜２５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。また、実装基板２０は、第１のランド２３とグランドパターン２２とを接続するインピーダンス調整パターン２７と、第２のランド２４とグランドパターン２２とを接続する周波数調整パターン２８とを備えている。なお、破線で示す領域はアンテナブロック１０の実装領域（アンテナ実装領域）２１ａである。また、図示しないが、実装基板２０には無線通信機を構成するための様々な電子部品が実装されている。

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。グランドパターン２２は、実装基板２０の表面にのみ形成されており、また、図５（ｂ）に示すように、実装基板２０の裏面又は内層にはグランドパターン２９が設けられており、グランドパターン２９はアンテナ実装領域２１ａの直下にも存在している。つまり、本実施形態の実装基板２０はオングランドタイプである。

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２のパッド電極１４に対応しており、第３のランド２５は第３のパッド電極１５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２のパッド電極１４は第２のランド２４、第３のパッド電極１５は第３のランドにそれぞれ半田接続される。

第１のランド２３とグランドパターン２２との間には、第１のインピーダンス調整手段である導体パターン（インピーダンス調整パターン）２７が設けられている。本実施形態のインピーダンス調整パターン２７は矩形状の導体パターンであり、且つ、基板の端部側に位置するインピーダンス調整パターン２７の一辺２７ｂと、基板の端部側に位置する第１のランド２３の一辺２３ｂは、同一直線上に位置している。なお、アンテナのインピーダンスの調整は、インピーダンス調整パターン２７の幅の変更によって行うことができる。

第２のランド２４とグランドパターン２２との間には、第１の周波数調整手段である導体パターン（周波数調整パターン）２８が設けられている。本実施形態の周波数調整パターン２８は矩形状の導体パターンであり、且つ、基板の端部側に位置する周波数調整パターン２８の一辺２８ｂと、基板の端部側に位置する第２のランド２４の一辺２４ｂは、同一直線上に位置している。なお、アンテナの共振周波数の調整は、周波数調整パターン２８の幅の変更によって行うことができる。

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との間には第２のインピーダンス調整手段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３のランド２５とグランドパターン２２との間には第２の周波数調整手段であるチップリアクタ３２が実装されている。チップリアクタ３２は、第３のランド２５のリード部分２５ａ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の外側であって、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。

以上のようなアンテナ装置１００において、給電ライン２６からアンテナブロック１０に供給された電流は、第１のパッド電極１３、第１の側面導体部１６、上面導体部１２、第２の側面導体部１７、及び第２のパッド電極１４を通って最終的にはグランドパターン２２に流れ込む。また、アンテナブロック１０に供給された電流の一部は、インピーダンス調整パターン２７を通って直ちにグランドパターン２２に流れる。このように、第１のパッド電極１３がインピーダンス調整パターン２７を介してグランドパターン２２に接続されており、放射導体が給電点付近において短絡されていることから、アンテナ装置１００は逆Ｆアンテナとしての構成を有している。こうしてアンテナ装置１００に電流が流れることにより所定の電界も発生し、実装基板２０上の導体パターンを含めたアンテナブロック全体がアンテナとして機能する。

図６は、本実施形態のアンテナ装置１００の特性（実施例１）と従来のアンテナ装置（図８参照）の特性との比較を示すグラフであり、横軸は周波数、縦軸はアンテナ効率を示している。

図６に示すように、本実施形態のアンテナ装置１００のアンテナ効率は、測定周波数の範囲において常に従来品よりも良いことが分かる。アンテナの中心周波数は共に２．４ＧＨｚ付近であり、このときのアンテナ装置１００のアンテナ効率は約８５％、従来品のアンテナ装置のアンテナ効率は約８０％である。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置１００によれば、実装基板上に設けられた第１のインピーダンス調整手段が逆Ｆアンテナの接地電極として機能し、アンテナブロック自体に接地電極をもたない構造であることから、アンテナブロックにスクリーン印刷された接地電極の位置ずれによる特性バラツキを抑えることができる。また、放射電極の先端部にギャップを形成し、先端部の容量を調節することで、共振周波数を調整することができるだけでなく、より大きな波長短縮効果を得ることができる。よって、放射導体を折り返すことなく直線的なパターンとすることができ、小型で高効率なアンテナを実現できる。

また、本実施形態のアンテナ装置１００によれば、実装基板側の導体パターンやチップリアクタを用いて共振周波数やインピーダンスを調整するため、アンテナ構造を変えることなく共振周波数を調整することができる。

さらに、本実施形態のアンテナ装置１００によれば、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。

図７は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置２００のアンテナブロック５０の構成を示す展開図である。

図７に示すように、本実施形態のアンテナ装置２００は、アンテナブロック５０を備え、アンテナブロック５０を構成する基体１１の第３及び第４の側面１１Ｅ、１１Ｆに穴部１１Ｈが形成されている点を特徴としている。基体１１の側面には導体パターンが形成されていないことから、穴部１１Ｈを形成して基体１１の軽量化を図ったものである。なお、穴部１１Ｈの深さや数は特に限定されない。また、図示の穴部１１Ｈは貫通していないが、貫通穴を形成することも可能である。このように、本実施形態のアンテナ装置２００によれば、第１の実施形態による発明の効果に加えて、アンテナ装置２００全体の軽量化を図ることができる。また、基体の１１実効誘電率が下がることから、高効率化が可能である。さらに、側面導体部の形状と合わせての特性調整が可能となり、自由度の高い設計が可能となる。

図８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。また、図９は、図８に示すアンテナブロックの展開図である。

図８及び図９に示すように、本実施形態のアンテナ装置３００は、アンテナブロック１０を構成する基体１１の上面に第１〜第３の上面導体部１２Ａ〜１２Ｃが設けられている点を特徴としている。

第１の上面導体部１２Ａは、基体１１の上面１１Ａの幅方向中央に設けられた帯状の導体パターンであり、基体１１の長手方向の全長に亘って延設されている。第１の上面導体部１２Ａの長手方向の一端は、第１の側面導体部１６を介して第１のパッド電極１３に接続されている。また、第１の上面導体部１２Ａの長手方向の他端は、第２の側面導体部１７を介して第２のパッド電極１４に接続されている。

第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃは、第１の上面導体部１１Ａと共に基体１１の上面１１Ａに設けられた帯状の導体パターンであって、第１の上面導体部１２Ａの両側に設けられている。第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃは、基体１１の上面１１Ａのエッジに沿って第２の上面導体部１１Ａと平行に設けられている。第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃの幅は、第１の上面導体部１２Ａよりも狭く設定され、好ましくは上面導体部１１Ａの幅の０．３〜０．６倍程度に設定される。本実施形態において、第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃは基体１１の長手方向の全長に亘って延設されているが、図１０に示すように、基体１１の長手方向の途中まで形成されたものであってもよい。すなわち、第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃの全長は、第１の上面導体部１２Ａよりも短くてもよい。

第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃの一端は、第２の側面導体部１７に接続されており、他端は開放端をなしている。そのため、第１の上面導体部１１Ａの他端は、ギャップ１８を有する第２の側面導体部１７を介して第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃの一端に接続されていることになる。このように、第１の上面導体部１２Ａは、第２の側面導体部１７で折り返して第２の上面導体部１２Ｂに接続されており、また第２の側面導体部１７で折り返して第３の上面導体部１２Ｃにも接続されており、折り返し構造の放射導体を構成している。したがって、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、共振周波数が低いアンテナを実現することができる。

第１の側面導体部１６は、第１の側面１１Ｃの幅よりも狭いくびれ部分１６ａを有しているが、くびれ部分１６ａの幅は上面導体部２１Ａの幅と等しく設定され、くびれ部分１６ａはそのまま第１の上面導体部１２Ａの一端に直結している。つまり、第１の側面導体部１６は、第１の側面１１Ｃの上端部において第１の側面１１Ｃの幅と等しい部分を有していない。第１の実施形態では、上面導体部１２が基体１１の上面１１Ａの幅方向全体に形成されていることから、第１の側面１１Ｃの上端部において上面導体部１２と等しい幅を有することが好ましい。しかし、第３の実施形態では、上面導体部１２Ａの幅が基体１１の上面１１Ａよりも狭いことに加え、第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃの他端を開放端とする必要があることから、本実施形態では、第１の側面１１Ｃの上端部における第１の側面導体部１６の幅を第１の側面１１Ｃの幅よりも狭く設定している。

本実施形態において、第１の上面導体部１１Ａの他端と第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃの一端との間は、第２の側面導体部１７を介して最短距離で接続されているが、図１１に示すように、第２の側面導体部１７にスリット１９ａ，１９ｂを設けることにより、第１の上面導体部１１Ａの他端と第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃの一端との間の距離を引き離してもよい。ここで、スリット１９ａは、第１の上面導体部１１Ａと第２及の上面導体部１２Ｂとを切り分けるスリットがそのまま第２の側面１１Ｄまで延長されたものと考えることができ、スリット１９ｂは、第１の上面導体部１１Ａと第３の上面導体部１２Ｃとを切り分けるスリットがそのまま第２の側面１１Ｄまで延長されたものと考えることができる。このような構成によれば、共振周波数がさらに低いアンテナを実現することができる。

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置３００は、基体１１の上面１１Ａの幅方向中央に設けられたメインの放射導体である第１の上面導体部１２Ａと、その両側に設けられたサブの放射導体である第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃを備え、第１の上面導体部１２Ａの一端に直接給電すると共に、第１の上面導体部１２Ａと第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃとの間の折り返し位置に容量装荷電極である第２の側面導体部１７を介在させているので、実装基板上の位置によらず安定したアンテナ特性を得ることができる。さらに、基体１１の上面１１Ａに形成された放射導体が折り返し構造であることから、第１の実施形態に示した折り返し無しの放射導体パターンからなるアンテナ装置１００よりも低い共振周波数において良好な放射特性を得ることができる。また、共振周波数を一定とした場合には、より小型なアンテナを構成することができる。

なお、本実施形態においては、第１の上面導体部１２Ａの両側に第２及び第３の上面導体部１２Ｂ，１２Ｃを設けた３本の帯状の導体パターンで構成しているが、上面導体部の本数は特に限定されず、例えば、第１の上面導体部１２Ａの片側に第２の上面導体部１２Ｂのみ、或いは第３の上面導体部１２Ｃのみを設け、２本の帯状の導体パターンで構成してもよい。ただし、第１の上面導体部の両側に第２及び第３の上面導体部をそれぞれ設けた場合には、左右対称なパターンレイアウトとなることから、アンテナ設計が容易となり、実装上の制約を少なくすることができる。さらに、本発明においては、中央の帯状の導体パターンの両側に２本ずつ、合計５本の帯状の導体パターンで構成することも可能である。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は上記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言うまでもない。

また、上記各実施形態におけるアンテナ装置は、基体１１が直方体形状を有しているが、厳密な直方体であることは必須でなく、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、上記実施形態においては、基体１１の材料として誘電体を用いているが、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）^１／２｝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を得ることができる。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を高めることができる。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、上記実施形態においては、トレンチ１１Ｔが形成された基体１１にそのまま導体ペーストをスクリーン印刷することにより、第２の側面導体部１７を形成しているが、トレンチ１１Ｔ内に樹脂を充填した後、導体ペーストをスクリーン印刷してもよい。スクリーン印刷後に樹脂を取り除いた場合には、不要な導体ペーストも一緒に除去されることから、導体ペーストがトレンチ１１Ｔ内に入り込むことを防止することができる。したがって、ギャップ１８の加工精度をさらに高めることができる。

また、上記実施形態においては、基体の上下面と平行な直線状のギャップを用いているが、例えば、基体１１の上下面に対して傾斜した直線状のギャップであってもよく、さらにはミアンダ状のギャップであってもよい。

また、上記実施形態においては、基体１１の第１の側面１１Cに形成される導体パターンがＩ字型のパターンであるが、本発明はＩ字型に限定されるものではなく、例えばＴ字状のような、第１の側面１１Cの幅よりも狭い部分を有する他の形状であってもよい。さらには、第１の側面の全面に導体パターンを形成してもよい。また、Ｉ字型パターンの形成位置は、第１の側面１１Cに限定されず、基体１１の上面１１Ａであっても構わない。

また、上記実施形態においては、第１のインピーダンス調整手段として導体パターンを用い、第２のインピーダンス調整手段としてチップリアクタを用いているが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、第１及び第２のインピーダンス調整手段を共に導体パターンとしてもよく、或いは両方ともチップリアクタとしてもよい。ただし、第１のインピーダンス調整手段を導体パターンとしておけば、基板上の他の導体パターンと一緒に形成することができる。また、第２のインピーダンス調整手段をチップ部品としておけば、第１のインピーダンス調整手段で調整しきれなかった部分を撚り高精度に調整することができる。なお、以上の点は、周波数調整手段においても同様である。

図１は、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置１００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、ギャップ１８付近の構造を示す略斜視図である。 図４は、ギャップ１８の形状の他の例を示す略断面図である。 図５は、実装基板２０の構成を示す略平面図である。 図６は、本実施形態のアンテナ装置１００の特性（実施例１）と従来のアンテナ装置（図８参照）の特性との比較を示すグラフである。 図７は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置２００のアンテナブロック５０の構成を示す展開図である。 図８は、本発明の第３の実施形態によるアンテナ装置３００の構成を示す略斜視図である。 図９は、図８に示すアンテナブロック１０の展開図である。 図１０は、アンテナブロック１０の変形例を示す展開図である。 図１１は、アンテナブロック１０の変形例を示す展開図である。 図１２は、従来の一般的な逆Fアンテナ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
１１Ｈ 穴部
１１Ｔ トレンチ
１２ 上面導体部
１２Ａ 第１の上面導体部
１２Ｂ 第２の上面導体部
１２Ｃ 第３の上面導体部
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１の側面導体部
１６ａ くびれ部分
１７ 第２の側面導体部
１８ ギャップ
１９ａ スリット
１９ｂ スリット
２０ 実装基板
２１ａ アンテナ実装領域
２１ グランドクリアランス領域
２２ 第1のグランドパターン
２３ 第１のランド
２３ｂ 第１のランドの一辺
２４ 第２のランド
２４ｂ 第２のランドの一辺
２５ 第３のランド
２５ａ 第３のランドのリード部分
２６ 給電ライン
２７ インピーダンス調整パターン
２７ｂ インピーダンス調整パターンの一辺
２８ 周波数調整パターン
２８ｂ 周波数調整パターンの一辺
２９ 第２のグランドパターン
３１ チップリアクタ
３２ チップリアクタ
５０ アンテナブロック
１００ アンテナ装置
２００ アンテナ装置

Claims (13)

1. アンテナブロックと、前記アンテナブロックが実装された実装基板とを備え、
   前記アンテナブロックは、
   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両端部にそれぞれ形成された第１及び第２のパッド電極と、前記基体の第１の側面に形成され、前記上面導体部と前記第１のパッド電極とを直接接続する第１の側面導体部と、前記基体の第２の側面に形成され、所定幅のギャップを有し、前記上面導体部と第２のパッド電極とを前記ギャップを介して接続する第２の側面導体部とを備え、
   前記実装基板は、
   一方の主面に設けられた前記アンテナブロックの実装領域と、前記第１及び第２のパッド電極の位置に対応してそれぞれ前記実装領域内に設けられた第１及び第２のランドパターンと、前記実装領域の周囲に設けられた第１のグランドパターンと、前記第１のランドパターンに接続された給電ラインと、前記第１のランドパターンと前記第１のグランドパターンとを接続する第１のインピーダンス調整手段とを備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記実装基板は、前記実装領域の下方に設けられた第２のグランドパターンをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記給電ラインと前記第１のグランドパターンとを接続する第２のインピーダンス調整手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記第２のランドパターンと前記第１のグランドパターンとを接続する第１の周波数調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナブロックは、前記基体の底面の長手方向の中央部に形成された第３のパッド電極をさらに備え、
   前記実装基板は、前記第３のパッド電極の位置に対応して前記実装領域内に設けられた第３のランドパターンをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
6. 前記実装基板上に設けられ、前記第３のランドパターンと前記第１のグランドパターンとを接続する第２の周波数調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記基体の前記第２の側面における前記ギャップの形成位置にトレンチが設けら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。
8. 前記トレンチの断面形状が略Ｕ字状であることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記第１の側面導体部は、前記基体の幅よりも狭いくびれ部分を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
10. 前記第１及び第２の側面と異なる前記基体の第３及び第４の側面に穴部が設けら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。
11. 前記上面導体部は、前記基体の上面の幅方向中央に設けられた第１の上面導体部と、前記第１の上面導体部の少なくとも片側において前記第１の上面導体部と平行に設けられた第２の上面導体部を含み、
    前記第１の上面導体部の一端は、前記第２の側面導体部を介して前記第２の上面導体部の一端に接続されており、前記第２の上面導体部の他端は開放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。
12. 前記上面導体部は、前記基体の上面の幅方向中央に設けられた第１の上面導体部と、前記第１の上面導体部の両側において前記第１の上面導体部と平行に設けられた第２及び第３の上面導体部を含み、
    前記第１の上面導体部の一端は、前記第２の側面導体部を介して前記第２及び第３の上面導体部の一端に接続されており、前記第２及び第３の上面導体部の他端は開放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。
13. 請求項１に記載のアンテナ装置が設けられていることを特徴とする無線通信機。

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