JPWO2011083502A1 - アンテナ及び無線装置 - Google Patents

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由佳子 堤
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Abstract

給電部と、一端が前記給電部に接続される線状の第1,2金属部と、前記第1及び第2金属部の他端にそれぞれ接続、互いに所定の距離だけ隔てて配置される板状の第3及び第4金属部と、前記第3金属部と前記第4金属部とを接続する第5金属部と、を有し、前記第1乃至第5金属部を合わせた素子長が使用周波数の2分の3波長であることを特徴とするアンテナ装置を提供する。

Description

本発明は、アンテナ及び無線装置に関する。
誘電体基板上に半導体チップ及びアンテナを配置した場合、半導体チップとアンテナとの距離が短くなってしまい、放射効率が低下してしまう。この問題を解決する方法として、特開2008-167036のアンテナ装置が知られている。
特開2008-167036には、誘電体基板上に設けられた金属板の両端と、半導体チップとを2本のボンディングワイヤで接続することで構成されるループアンテナが開示される。このループアンテナのボンディングワイヤからも電波が放射されることで、アンテナの放射源を半導体チップから遠ざけて、放射効率を改善している。
上述した特許文献は、放射効率を改善するアンテナについては開示があるが、半導体チップからアンテナをみたインピーダンス(入力インピーダンス)については開示されていない。
アンテナと半導体チップとの距離が短いとアンテナの入力インピーダンスが低下し、整合特性が悪化するという問題がある。
本発明は、上述した問題を解決することを目的とし、整合特性がよいアンテナ装置及び無線装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点によると、給電部と、一端が前記給電部に接続される線状の第1,2金属部と、前記第1及び第2金属部の他端にそれぞれ接続、互いに所定の距離だけ隔てて配置される板状の第3及び第4金属部と、前記第3金属部と前記第4金属部とを接続する第5金属部と、を有し、前記第1乃至第5金属部を合わせた素子長が使用周波数の2分の3波長であることを特徴とするアンテナ装置及び無線装置を提供する。
本発明によれば、整合特性がよいアンテナ装置及び無線装置を提供することができる。
第1実施形態に係る無線装置1を示す図。 アンテナ装置10の動作原理を説明するための図。 2分の1波長モードで方形ループアンテナ上に現れる電流の定常波を示す図。 1波長モードで方形ループアンテナ上に現れる電流の定常波を示す図。 2分の3波長モードで方形ループアンテナ上に現れる電流の定常波を示す図。 2波長モードで方形ループアンテナ上に現れる電流の定常波を示す図。 2分の5波長モードで方形ループアンテナ上に現れる電流の定常波を示す図。 図2eの方形ループアンテナに不連続点を設けた例を示す図。 図2cの方形ループアンテナに不連続点を設けた例を示す図。 各波長モードが表れる周波数を示す図。 図3aのアンテナ装置を示す図。 アンテナ装置のシミュレーション結果を示す図。 アンテナ装置のシミュレーション結果を示す図。 無線装置1の変形例を示す図。 第2実施形態に係る無線装置4を示す図。 第3実施形態に係る無線装置5を示す図。 第4実施形態に係る無線装置6を示す図。 第5実施形態に係る無線装置7を示す図。 第6実施形態に係る無線装置8を示す図。 第7実施形態に係る半導体パッケージ100を示す図。 第8実施形態に係る通信装置200,300を示す図。
以下、図面を参照し本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例中では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとし、重ねての説明を省略する。
（第1実施形態）
本発明の第1実施形態に係る無線装置1を説明する。図1は、無線装置1の構成を示す図である。無線装置1は、アンテナ装置1０と、該アンテナ装置11を介して無線通信を行う無線チップ20とを備えている。また、無線装置1は、誘電体基板30を有している。無線チップ20は誘電体基板30の一面に配置される。
アンテナ装置10は、無線チップ20上に配置された給電部12と、それぞれの一端が給電部12に接続された第1,2金属部13,14と、誘電体基板30の無線チップ20が配置される面上に形成される第3,4金属部15,16を有している。第3金属部15は、第1金属部13の他端に接続される。第4金属部16は、第2金属部14の他端に接続される。第3,4金属部15,16の幅は、第1,2金属部13,14の幅より広い。アンテナ装置10は、誘電体基板30上に形成され、第3,4金属部15,16を電気的に接続する第5金属部17を有している。また、アンテナ10は、無線チップ20上に地板18を有している。給電部12は、第1，2金属部13,14と地板との接続点である。
無線チップ20は、例えば例えばシリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素等による基板上に絶縁層が形成され、さらにその上に銅やアルミ、金等で回路パターンが形成された矩形状の半導体チップである。無線チップ20は、半導体基板とも呼ばれ、誘電体基板、磁性体基板又は金属であってもこれらを組み合わせたものであってもよい。
誘電体基板30は、例えば矩形のエポキシ基板、ガラス基板、セラミック基板等である。誘電体基板３０は、半導体基板や磁性体基板、もしくはそれらの組み合わせでもよい。
第1,2金属部13.14は、例えば金やアルミ、銅等の導電体で構成される線状の素子である。図1の例では、第1,2金属部13.14はボンディングワイヤで形成される。第1金属部13は、一端が給電部12に、他端が第3金属部16に接続される。第2金属部14は、一端が給電部12に、他端が第4金属部15に接続される。ここで、第1,2金属部13,14の幅とは、線状の素子の幅を意味する。具体的に第1,2金属部13,14がボンディングワイヤの場合は、ボンディングワイヤの直径が、第1,2金属部13,14の幅となる。
第3,4金属部15,16は、例えば金やアルミ、銅等の導電体で構成される素子であり、誘電体基板30の無線チップ20が配置される面上に形成される。図1の例では、第3,4金属部15,16は、方形をした板状素子である。第3,4金属部15,16の幅の広さは、板状素子が長方形の場合は短辺の長さと等しい。図1では、第3,4金属部15,16の一辺の長さが幅の広さと等しくなる。第3及び第4金属部は、第1,2金属部13,14の他端にそれぞれ接続され、互いに所定の距離だけ隔てて配置される。
第5金属部１７は、例えば金やアルミ、銅等の導電体で構成される素子である。図1の例では、第5金属部17は、誘電体基板30の無線チップ20が配置される面上に形成される線状の素子である。第5金属部17は、無線チップ20と平行に設けられた第1線状素子171と、一端が第3金属部15に接続され、他端が第1線状素子の一端に接続された第2線状素子172と、一端が第4金属部15に接続され、他端が第1線状素子171の他端に接続された第3線状素子173を有している。第2,3線状素子172,173は、第3,4金属部15,16をはさんで無線チップ20と反対側に、第1線状素子171と接続されるよう配置される。第5金属部17は、第3金属部15と第4金属部16とを接続する。
アンテナ装置10は、給電部12及び第1〜5金属部13〜17で構成されるループアンテナとして動作する。
また、第1〜5金属部13〜17を合わせた電気的長さ(以下、アンテナ装置10の素子長と称する)d0は、アンテナ装置10の使用周波数の2分の3波長である。第3〜第5金属部15〜17を合わせた電気的長さd1は、アンテナ装置10の素子長d0の4分の1以上、4分の3以下(d0/4≦d1≦3*d0/4)となる。第5金属部17の直線部、即ち第1線状素子171の長さが、第3金属部15と第4金属部16との間の距離より長くなる。
図2を用いてアンテナ装置10の動作原理を説明する。図2(a)は、自由空間中における方形ループアンテナを示している。図1のアンテナ装置10の第3,4金属部15,16が線状の素子であり、第3,4金属部15,16の各一端が第1,2線状素子13,14の各端に接続され、第3,4金属部15,16の各他端が第5金属部17の両端にそれぞれ接続された場合と電気的に等しい。ただし、原理を説明するために、図2に示すアンテナでは、アンテナの素子長d0は2分の3波長に限定していない。
図2(b)〜(ｆ)は、図2(a)に示す方形ループアンテナに周波数の異なる電流を入力した場合に最も強く現れる定常波を示す図である。
図2(b)に示す方形ループアンテナには、電流の節が給電点に1つ存在し、電流の腹が1つ存在する定常波が最も強く現れる。このように半波長の定常波が最も強く現れる場合を2分の1波長モードと称する。図2(c)には、電流の節が2つ、腹が2つ存在する定常波が最も強く現れる。このように1波長の定常波がもっとも強く現れる場合を1波長モードと称する。図2(d)には、電流の節が3つ、腹が3つ存在する定常波が最も強く現れる。このように2分の3波長の定常波がもっとも強く現れる場合を2分の3波長モードと称する。図2(e)には、電流の節が4つ、腹が4つ存在する定常波が最も強く現れる。このように2波長の定常波がもっとも強く現れる場合を2波長モードと称する。図2(ｆ)には、電流の節が5つ、腹が5つ存在する定常波が最も強く現れる。このように2分の5波長の定常波がもっとも強く現れる場合を2分の5波長モードと称する。
図2からわかるように、図2(ｂ)、(d)、(ｆ)に示す方形ループアンテナの給電点には、定常波の節が存在する。従って、図2(ｂ)、(d)、(ｆ)の方形ループアンテナの給電点から見た入力インピーダンスが大きくなる。図2(c)、(e)に示す方形ループアンテナの給電点には、定常波の節は存在しない。従って、図2(c)、(e)の方形ループアンテナの給電点から見た入力インピーダンスは、図2(ｂ)、(d)、(f)の方形ループアンテナに比べて小さくなる。
図2に示す方形ループアンテナに不連続点を設けると、不連続点において電磁界が乱れ、アンテナに容量が付加されたように見える。例えば、アンテナ装置10のように線状の素子の一部に板状の素子を設けることで、第1〜5金属部15〜17の幅が、第1及び第3金属部13,15及び第2及び第4金属部14,16の接続箇所で一定でなくなっている。このようにアンテナの幅が変わる点を不連続点と呼ぶ。不連続点がある場合にアンテナに生じる影響について説明する。
図3に、図2の方形ループアンテナに不連続点を設けた例を示す。図3(a)は、方形ループアンテナが2波長モードで動作する場合の定常電流の節(図2(e)に示す定常電流の節)が不連続点となる場合を示している。つまり、方形ループアンテナが2波長モードで動作する場合の定常電流の節に、第3,4金属部15,16が配置される。図3(ｂ)は、方形ループアンテナが1波長モードで動作する場合の定常電流の節(図2(c)に示す定常電流の節)が不連続点となる場合を示している。方形ループアンテナが1波長モードで動作する場合の定常電流の節に、第3,4金属部15,16が配置される。図3(b)に示す方形ループアンテナと図1に示すアンテナ装置10は電気的に等価である。
図2(a)及び図3のアンテナの物理的な周囲長を132mmとした場合に、各波長モードが現れる周波数を電磁界シミュレーションによって求めた結果を図4に示す。なおアンテナの物理的な周囲長とは、アンテナの素子長の物理的な長さに等しい。
図4の通り、図2(a)の方形ループアンテナに2分の1波長モードが現れる周波数fbはfb=1160MHz、1波長モードが現れる周波数fcはfc=2480MHz、2分の3波長モードが現れる周波数fdはfd=3480MHz、2波長モードが現れる周波数feはｆｅ=4720MHz、2分の5波長モードが現れる周波数ffはｆｆ=5560MHzとなる。
図4の通り、図3(a)の方形ループアンテナに2分の1波長モードが現れる周波数fbはfb=1200MHz、1波長モードが現れる周波数fcはfc=2450MHz、2分の3波長モードが現れる周波数fdはfd=3075MHz、2波長モードが現れる周波数feはfe=3890MHz、2分の5波長モードが現れる周波数ffはff=4875MHzとなる。
図4の通り、図3(b)の方形ループアンテナに2分の1波長モードが現れる周波数fbはfb=1050MHz、1波長モードが現れる周波数fcはfc=1970MHz、2分の3波長モードが現れる周波数fdはfd=3150MHz、2波長モードが現れる周波数feはfe=4950MHz、2分の5波長モードが現れる周波数ffはff=5550MHzとなる。
図3（a）のように2波長モードで動作する場合の定常電流の節に不連続点が存在すると、2波長モードが現れる周波数feが低くなる。具体的には、2波長モードが現れる周波数feは、不連続点がない(図2(a))場合はfe=4720MHzであるのに対し、不連続点がある(図3(a))場合はfe=3890MHzであり、周波数feが830MHz低くなっている。それ以外の波長モードが現れる周波数の変化は比較的小さい。例えば、1波長モードが現れる周波数fｃは、不連続点がない(図2(a))場合はf=2480MHzであるのに対し、不連続点がある(図3(a))場合はfc=2450MHzであり、周波数は30MHｚ低くなっている。
図3（b）のように1波長モードで動作する場合の定常電流の節に不連続点が存在すると1波長モードが現れる周波数fcが低くなる。具体的には、1波長モードが現れる周波数fcは、不連続点がない(図2(a))場合はfc=2480MHzであるのに対し、不連続点がある(図3(b))場合はfc=1970MHzであり、周波数fcが510MHz低くなっている。それ以外の波長モードが現れる周波数の変化は比較的小さい。例えば、2波長モードが現れる周波数feは、不連続点がない(図2(a))場合はfe=4720MHzであるのに対し、不連続点がある(図3(b))場合はfe=4950MHzであり、周波数の変化は230MHｚ程度である。
このようにn/2波長モード（nは整数）で動作する場合の定常電流の節に不連続点が存在すると、その波長モードが現れる周波数が低くなる。
各波長モードは、図4に示す周波数で最も強く現れるが、その前後の周波数でも一定の幅を持って強く現れる。つまり、図2(a)に示す方形ループアンテナの場合、fb=1200MHzで2分の1波長モードが最も強く現れるが、周波数が大きくなるにつれ、2分の1波長モードは徐々に小さくなり、代わって1波長モードが徐々に大きくなる。図2(a)に示す方形ループアンテナの場合、fb=1200MHzを中心として一定の範囲で、2分の1波長モードが主として現れる。また、fc=1970MHzを中心として一定の範囲で、1波長モードが主として現れる。
上述したように、2波長モードで動作する場合の定常電流の節に不連続点を設けると、2波長モードが最も強く現れる周波数feが低くなるが、1波長モードが最も強く現れる周波数fcは大きくは変化しない。従って、2波長モードで動作する場合の定常電流の節に不連続点を設けると、不連続点を設けない場合と比べて、2分の3波長モードが主として現れる周波数の範囲が狭くなる。2波長モードで動作する場合の定常電流の節に不連続点を設けると、不連続点を設けない場合と比べて、2分の3波長モードが主として現れる周波数の範囲は狭くならない。例えば、1波長モードで動作する場合の定常電流の節に不連続点を設けると、1波長モードが最も強く現れる周波数fcが低くなるが、2波長モードが最も強く現れる周波数feは大きくは変化しない。従って、1波長モードで動作する場合の定常電流の節に不連続点を設けると、不連続点を設けない場合と比べて、2分の3波長モードが主として現れる周波数の範囲が広くなる。
線状の素子である第1,2金属部13,14で、無線チップ20上に設けられた給電部12と、誘電体基板30上に設けられた第5金属部17とを接続させるには、非常に高度な製造技術が求められる。そこで、アンテナ装置10では、板状の第3金属部15を介して線状の第1金属部13と第5金属部17とを接続することで、アンテナ装置10を比較的容易に製造することができる。
しかしながら、線状アンテナの一部に板状の素子を設けると、上述したように不連続点が生じ、動作させたい波長モードの周波数範囲(帯域幅)が狭くなってしまう可能性がある。例えば、アンテナ装置10を2分の3波長モードで動作させたい場合に、第3,4金属部15,16を図3(a)のように2波長モードで現れる定常電流の節に配置すると、配置しない場合に比べ、2分の3波長モードが主として現れる周波数範囲が狭くなってしまう。
本実施例に係るアンテナ装置10は、主として2分の3波長モードで動作するように、使用周波数の2分の3波長の素子長d0を有し、第3〜第5金属部15〜17で構成される部分の電気的長さd1が、アンテナ装置10の素子長d0の4分の1以上、4分の3以下(d0/4≦d1＜3*d0/4)となる位置に配置された第3,4金属部15,16を有する。アンテナ装置10を主として2分の3波長モードで動作させることで、アンテナ装置10の入力インピーダンスを大きくすることができる。さらに、第3,4金属部15,16をd0/4≦d1＜3*d0/4となるように配置することで、第3,4金属部15,16が2波長モードの電流の節に配置されないようになる。なお、アンテナ装置10が給電部12を通る直線に対して対称形状となるようにすることで、より確実に第3,4金属部15,16が2波長モードの電流の節に配置されないようになる。
次に、図5〜図7を用いて図3のアンテナのシミュレーション結果を説明する。図5は、図3(a)に示す方形ループアンテナと電気的に等価なアンテナ装置20を有する無線装置2を示す図である。第3,4金属部25,26の配置、及び第5金属部27の形状をのぞき図1に示す無線装置1と同じである。第3,4金属部25,26は、図3(a)に示すように、アンテナ装置20が2波長モードで動作する場合の定常電流の節に設けられる。第5金属部27は、第3,4金属部25,26を接続する直線状の素子である。なお、図3(b)に示す方形ループアンテナと電気的に等価なアンテナ装置は、図1に示すアンテナ装置1であるため説明を省略する。
図6に、図1,5に示すアンテナ装置10,20のスミスチャートを示す。図6(a)は、図5に示すアンテナ装置20の、図6(b)は、図1に示すアンテナ装置10のスミスチャートである。
図6(a)から、アンテナ装置20は、2分の3波長モードが支配的となる周波数範囲が狭く、1波長モードからすぐに2波長モードに移り変わっていることがわかる。また、全体的にアンテナ装置20の入力インピーダンスが低い。一方、図6(b)から、アンテナ装置10は、アンテナ装置20と比較し、2分の3波長モードが支配的となる周波数範囲が広く、2分の3波長モードの並列共振が生じる周波数で、スミスチャートの中心付近を軌跡が通過していることがわかる。
図7に、図1,5に示すアンテナ装置10,20のVSWR(電圧定在波比:Voltage Standing Wave Ｒａｔｉｏ）を示す。図7(a)は、図5に示すアンテナ装置20の、図7(b)は、図1に示すアンテナ装置10のVSWRを示している。
図7(a)から、62.5GHzにおいて2分の3波長モードが最も強く生じているが、VSWRが2以下となる周波数範囲は得られておらず、VSWRが3以下となる周波数範囲は59.4〜64.4GHzで比帯域8.1%（中心周波数:61.9GHz）であることがわかる。図7(b)から58.5GHzにおいて2分の3波長モードが最も強く生じており、VSWRが2以下となる周波数範囲は53.8〜63.7GHzで比帯域16.9％(中心周波数:58.8GHz)、VSWRが3以下となる周波数範囲は51.3〜68.6GHzで比帯域28.9％(中心周波数:60.0GHz）であることがわかる。図7(a)の結果と比較すると、VSWRが3以下となる周波数比帯域が3.7倍と、著しく広帯域化している。
以上のように、第1実施形態に係る無線装置1は、アンテナ装置10の素子長を使用周波数の2分の3波長とすることで、アンテナ装置10の入力インピーダンスを上げることができ、アンテナ装置10の整合特性をよくすることができる。
さらに、第3〜第5金属部15〜17を合わせた電気的長さd1を、アンテナ装置10の素子長d0の4分の1以上、4分の3以下(d0/4≦d1≦3*d0/4)とすることで、アンテナ装置10を広帯域化することができる。
また、第5金属部17の直線部、即ち第1線状素子171の長さが、第3金属部15と第4金属部16との間の距離より長くすることで、第3,4金属部15,16を無線チップ20から遠ざけるために、第3,4金属部15,16の距離を短くした場合でも、第3〜第5金属部15〜17を合わせた電気的長さd1を長くすることができる。
なお、使用周波数とは、無線チップ20から給電部に入力される周波数をさす。
(変形例)
図8に、第1実施形態の変形例に係る無線装置3を示す。無線装置3は、給電部32、第1,2金属部33,34、第5金属部37を有している点、地板18を有していない点を除き、図1の無線装置1と同じ構成である。なお、図8には図示していないが、無線チップ20と誘電体基板30との間に地板を設けてもよい。
図1の給電部12は、無線チップ20の、誘電体基板30と接している面に対向する面(第2面)上に設けられている。本実施形態に係る給電部32は、無線チップ20の、誘電体基板30と接している面又は誘電体基板30と接している面と垂直な面上に設けられる。あるいは、給電部32は、誘電体基板30と接している面及び誘電体基板30と接している面と垂直な面とが接する辺上に設けられていてもよい。
第1,2金属部33,34は、例えば金やアルミ、銅等の導電体で構成される線状の素子である。図8の例では、第1,2金属部33,34は、マイクロストリップ線路で形成される。また、第1,2金属部33,34は、誘電体基板30上に形成される。第1金属部33は、一端が給電部32に、他端が第3金属部15に接続される。第2金属部34は、一端が給電部32に、他端が第4金属部16に接続される。
第5金属部37は、例えば金やアルミ、銅等の導電体で構成される素子である。図8の例では、第5金属部37は、マイクロストリップ線路で形成される。また、第5金属部37は、誘電体基板30上に形成される。第5金属部37は、無線チップ20と平行に設けられた第1線状素子371と、一端が第3金属部15に接続され、他端が第1線状素子371の一端に接続された第2線状素子372と、一端が第4金属部15に接続され、他端が第1線状素子371の他端に接続された第3線状素子373を有している。第2,3線状素子372,373の一端は湾曲している。
以上のように、給電部32の配置や、第1乃至第5給電部の形状は、図1に限定されず、図8のようにアンテナ装置3を誘電体基板30上に形成してもよい。
(第2実施形態)
図9に本発明の第2実施形態に係る無線装置4を示す。無線装置4は、アンテナ装置40の第5金属部47を除き、図1の無線装置1と同じ構成である。
第5金属部47は、例えば金やアルミ、銅等の導電体で構成される板状の素子である。図9の例では、第5金属部47は、マイクロストリップ線路で形成される。また、第5金属部47は、誘電体基板30上に形成される。第5金属部47の幅は、第3,4金属部15,16の幅と等しい。
第5金属部47は、無線チップ20と平行に設けられた第1板状素子471と、一端が第3金属部15に接続され、他端が第1板状素子471の一端に接続された第2板状素子472と、一端が第4金属部15に接続され、他端が第1板状素子471の他端に接続された第3板状素子473を有している。
第1板状素子471の素子長は、第3金属部15と第4金属部16との間の距離より長くしてもよい。図9には、第1板状素子471の素子長が、第3金属部15と第4金属部16との間の距離と等しい場合を図示している。このように第1板状素子471の素子長が、第3金属部15と第4金属部16との間の距離と等しくてもよい。
以上のように、本発明の第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、アンテナ装置40の整合特性をよくすることができる。また、アンテナ装置40の広帯域化が実現できる。さらに、本発明の第2実施形態によれば、第5金属部47を板状とすることで、第5金属部47の幅を調整できるので、例えば設けられる線路の幅が一定幅以上と決まっているような場合でも誘電体基板上にアンテナ装置40を設けることも可能である。
なお、第5金属部47の幅を、第3,4金属部15,16の幅と等しくすることで、第3〜5金属部15,16,47を1つの金属部で形成することも可能である。
(第3実施形態)
図10に本発明の第3実施形態に係る無線装置5を示す。無線装置5は、アンテナ装置50の第5金属部57及びインダクタ58を除き、図1の無線装置1と同じ構成である。
インダクタ58は、例えば金やアルミ、銅等の導電体で構成される素子である。第5金属部57は、例えば金やアルミ、銅等の導電体で構成される線状の素子である。図10の例では、第5金属部57は、マイクロストリップ線路で形成される。また、第5金属部57は、誘電体基板30上に形成される。
第5金属部57は、無線チップ20と平行に設けられた第1線状素子571-1,571-2と、一端が第3金属部15に接続され、他端が第1線状素子571-1の一端に接続された第2線状素子572と、一端が第4金属部15に接続され、他端が第1線状素子571-2の一端に接続された第3線状素子573を有している。第1線状素子571-1の他端及び第1線状素子571-2の他端にインダクタ58が接続されている。即ち、第5金属部57の間にインダクタンス58を設けている。
以上のように、本発明の第3実施形態によれば、第1実施形態と同様にアンテナ装置50の整合特性を改善することができる。また、インダクタ58を設けることで、第5金属部57の電気的長さを長くすることができ、アンテナ装置50を小形化することができる。なお、インダクタ58は、図2(d)に示す電流の腹に設けると最も大きな効果が得られる。即ち、第1金属部13、第3金属部15、第1線状素子571-1、第2線状素子572を合わせた素子長d2-1と、第2金属部14、第5金属部16、第1線状素子571-2、第3線状素子573を合わせた素子長d2-2が等しくなる位置にインダクタ58を設けるようにしてもよい。
なお、インダクタ58の代わりにキャパシタ(図示せず)を設けても第3実施形態と同様の効果が得られる。この場合、キャパシタは、図2(d)に示す電流の節に設けると最も大きな効果が得られる。
(第4実施形態)
図11に本発明の第4実施形態に係る無線装置6を示す。無線装置6は、アンテナ装置60の第5金属部67を除き、図1の無線装置1と同じ構成である。
第5金属部67は、無線チップ20と平行に設けられた第1線状素子671と、一端が第3金属部15に接続され、他端が第1線状素子671の一端に接続された第2線状素子672と、一端が第4金属部15に接続され、他端が第1線状素子671の他端に接続された第3線状素子673を有している。
第2線状素子672は、誘電体基板30の無線チップ20が設けられた面(表面)と対向する面(裏面)、又は誘電体基板30の内部に設けられた線状素子672-1と、線状素子672-1の一端と第3金属部15とを接続するビア672-2と、線状素子672-1の他端と第1線状素子671の一端とを接続するビア672-3と、を有している。
第3線状素子673は、誘電体基板30の無線チップ20が設けられた面と対向する面、又は誘電体基板30の内部に設けられた線状素子673-1と、線状素子673-1の一端と第4金属部16とを接続するビア673-2と、線状素子673-1の他端と第1線状素子671の他端とを接続するビア673-3と、を有している。
以上のように、本発明の第4実施形態によれば、第1実施形態と同様にアンテナ装置60の整合特性を改善することができる。また、第5金属部67の一部を誘電体基板30の裏面又は内部に設けることで、表面に設けられるアンテナ装置60の配線を少なくすることができる。
(第5実施形態)
図12に本発明の第5実施形態に係る無線装置7を示す。無線装置7は、誘電体78を備えている点、アンテナ装置70の第5金属部77の形状を除き、図1の無線装置1と同じ構成である。
第5金属部77は、第1線状素子171の長さが第3,4金属部15,16の距離と等しいかあるいは短い点が図1と異なる。第2,3線状素子772,773は、第1線状素子171と略垂直に接続される。
誘電体78は、誘電体基板30の下部であって、アンテナ装置70の下部に設けられている。図12に示す例では、誘電体78は板状であり、無線チップ20と略平行に設けられている。誘電体基板30の無線チップ20が設けられた面(表面)から見た場合、少なくとも第5金属部77が形成された領域と誘電体78とが重複している。なお、誘電体78を誘電体基板30とは誘電率が異なる誘電体とし、誘電体基板30の内部に設けても良い。
以上のように、本発明の第5実施形態によれば、第1実施形態と同様にアンテナ装置70の整合特性を改善することができる。また、第5金属部77の下部に誘電体78を設けることで、第5金属部77の実効誘電率が増加し、第5金属部77の電気的長さを長くすることができる。これにより、アンテナ装置70を小形化することができる。
なお、本実施形態では、図1に示す無線装置1の誘電体基板30の下部に誘電体78を設けることで、アンテナ装置の小形化を図っているが、図8〜図11の無線装置の誘電体基板30の下部に誘電体78を設けてもよい。図11の無線装置6の場合、線状素子672-1,673-1を誘電体基板30の内部に設け、線状素子672-1,673-1よりさらに下部(無線チップと離れる方向)に誘電体78を設けるようにしても良い。また、誘電体78の代わりに磁性体を設けてもよい。これにより、第5金属部77の実効透磁率が増加し、第5金属部77の電気的長さを長くすることができる。
(第6実施形態)
図13に本発明の第6実施形態に係る無線装置8を示す。無線装置8は、誘電体78の代わりに金属部88を備えている点を除き図12に示す無線装置7と同じ構成である。
金属部88は、図12の誘電体78と同様に、誘電体基板30の下部であって、アンテナ装置70の下部に設けられている。金属部88は、例えば金やアルミ、銅等の導電体で構成される板状の素子である。図13の例では、無線チップ20の下部にも金属部88が配置されているが、図12と同様、第5金属部77の下部のみに配置されていてもよい。つまり、誘電体基板30の無線チップ20が設けられた面(表面)からみて、少なくとも第5金属部77が形成された領域と金属部88とが重複していればよく、金属部88の大きさは任意である。
以上のように、本発明の第6実施形態によれば、第1実施形態と同様にアンテナ装置80の整合特性を改善することができる。また、第5金属部77の下部に金属部88を設けることで、第5金属部77と金属部88との間に浮遊容量が発生し、第5金属部77の電気的長さを長くすることができる。これによりアンテナ80を小形化することができる。
なお、本実施形態では、誘電体基板30の下部に金属部88を設けることで、アンテナ装置の小形化を図っているが、誘電体基板30の内部に金属部88を設けてもよい。
(第7実施形態)
図14に本発明の第7実施形態に係る半導体パッケージ100を示す。半導体パッケージ100は、図14に示す無線装置8と、誘電体基板30上に設けられた金属パッチ110と、金属パッチ110と無線チップ20とを接続するボンディングワイヤ120と、誘電体基板30の裏面に設けられた半田ボール130と、を有する。誘電体基板30の表面に設けられた素子(無線チップ20、アンテナ装置80、金属パッチ110、ボンディングワイヤ120)は封止材140によって封止されている。
誘電体基板30の表面には、図示しないが金属パッチ110と接続された配線が設けられている。無線チップ20は、ボンディングワイヤ120を介して配線と接続されることで、図示しない別の回路チップと接続される。なお、無線チップ20と配線との接続には、ボンディングワイヤ120の代わりにバンプや半田ボールを用いても良い。
以上のように、第7実施形態では、第1実施形態と同様にアンテナ装置80の整合特性を改善すると共に、アンテナ装置80を半導体パッケージ100内に設けることができる。これにより、半導体パッケージとは別にアンテナ装置を設ける必要がなく、プリント基板等の省スペース化を実現できる。
なお、本実施形態では、図12の無線装置8を有する半導体パッケージを示したが、図1、8〜11に示す無線装置を有する半導体パッケージも実現可能である。
(第8実施形態)
図15に、本発明の第8実施形態に係る通信装置200,300を示す。通信装置200,300は、例えばノートPC、携帯電話、PDFなど、近距離通信を行う装置である。図15では、ノートPC200と携帯端末300とが通信する場合の例を示している。本実施形態に係る無線装置200,300は、図14に示す半導体パッケージ100を有している。
半導体パッケージ100は、ノートPC200の例えばキーボードなどが配置される筐体の内部に設けられる。半導体パッケージ100は、アンテナ装置80が例えば筐体に最も近づくように配置される。
また、携帯端末300内にも半導体パッケージ100が設けられる。この場合もアンテナ80が筐体に最も近づくように配置される。
ノートPC200は、携帯端末300と、アンテナ装置80を介して通信を行う。この場合、ノートPC200及び携帯端末300の各アンテナ装置80が対向するように、ノートPC200及び携帯端末300を配置させることで、ノートPC200及び携帯端末300は効率よく通信を行える。
半導体パッケージ100の配置は図15の例に限定されず、例えばノートPC200の液晶ディスプレイが配置される筐体内部に設けても良い。このように、アンテナ装置80を半導体モジュール100内部に設けることで、通信装置の通常は配置できないような箇所にもアンテナ装置を配置することができる。また、半導体パッケージとアンテナ装置を別々に配置する必要がなく、通信装置に容易に無線通信機能を持たせることができる。
なお、図15では、通信装置に無線装置8を有する半導体パッケージ100を搭載する例について示したが、図1,9-14に示す無線装置を有する半導体パッケージを搭載してもよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
10,40,50,60,70,80・・・アンテナ装置、20・・・無線チップ、30・・・誘電体基板、12・・・給電部、13〜17,37,47,57,67,77,88・・・金属部

Claims (5)

  1. 給電部と、
    一端が前記給電部に接続される線状の第1,2金属部と、
    前記第1及び第2金属部の他端にそれぞれ接続、互いに所定の距離だけ隔てて配置される板状の第3及び第4金属部と、
    前記第3金属部と前記第4金属部とを接続する第5金属部と、を有し、
    前記第1乃至第5金属部を合わせた素子長が使用周波数の2分の3波長である
    ことを特徴とするアンテナ装置。
  2. 前記第3乃至第5金属部を合わせた第1の長さが、前記素子長の4分の1以上、4分の3以下であることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
  3. 前記第5金属部は、
    直線状の第1素子と、
    一端が前記第3金属部に接続され他端が前記第1素子の一端に接続された線状の第2素子と、
    一端が前記第4金属部に接続され他端が前記第1素子の他端に接続された線状の第3素子と、を有し、
    前記第1素子の素子長は、前記第3金属部と前記第4金属部との間の前記距離よりも長い
    ことを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。
  4. 誘電体基板と、
    前記誘電体基板の一面に設置された無線チップと、
    前記無線チップ上に設けられた給電部と、一端が前記給電部に接続され、前記一面に形成された線状の第1及び第2金属部と、前記第1及び第2金属部の他端にそれぞれ接続され、前記一面に形成された板状の第3及び第4金属部と、一端が前記第3金属部に、他端が前記第4金属部に接続され、前記一面に形成された第5金属部と、を有し、前記第1乃至第5金属部を合わせた素子長が使用周波数の2分の3波長であるアンテナ装置と、
    を備えることを特徴とする無線装置。
  5. 前記誘電体基板の内部又は前記誘電体基板の前記一面に対向する第2面であって、前記一面を中心に前記第5金属部と対向するように設けられた第6金属部をさらに有することを特徴とする請求項4の無線装置。
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