(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
該誘電体基板の一方の面に設けられた矩形状の放射導体と、
前記誘電体基板の他方の面に設けられた接地導体と、
一端が前記放射導体と給電点を介して導通しているとともに、他端が前記誘電体基板および前記接地導体を貫通した給電ピンとを有し、
前記給電点は、前記放射導体の中心からオフセットした位置に設けられており、
前記放射導体は、前記放射導体の給電点がオフセットされた側の辺に設けられ、該放射導体の中心方向に切り込まれた複数のスリットを有する第１のスリット部と、前記第１のスリット部が設けられた辺と対向する辺に設けられ、前記放射導体の中心方向に切り込まれ、前記第１のスリット部のスリット数よりも少数のスリットを有する第２のスリット部とを有し、
前記第１のスリット部の前記スリットは、該スリットが設けられた辺の両端部に設けられた一対の第１のスリットと、該一対の第１のスリット間に設けられ、該第１のスリットのスリット長よりも短いスリット長を有する第２のスリットとを有し、
前記給電点は、前記一対の第１のスリット間に挟まれるようにして、前記第２のスリットの先端に近接した位置に設けられていることを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
前記放射導体の前記第１のスリット部および前記第２のスリット部が設けられた一対の辺と直交する一対の辺のそれぞれに設けられ、前記放射導体の中心方向に切り込まれた互いに等しい数のスリットを有する第３のスリット部が設けられた請求項１に記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパッチアンテナを、該パッチアンテナが受信した信号を増幅するアンプを備えた回路基板に搭載したことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項４】
請求項３に記載のアンテナモジュールを備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッチアンテナ、アンテナモジュールおよび電子機器に関し、より詳しくは、例えば、ＧＰＳ機能付き電子機器に搭載され、ＧＰＳ信号を受信可能なパッチアンテナ、該パッチアンテナを備えたアンテナモジュールおよび該アンテナモジュールを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、デジタルカメラ、携帯ゲーム機器等の携帯電子機器として、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）機能を有するものが開発されている。
【０００３】
このような携帯電子機器には、ＧＰＳ衛星からの電波（ＧＰＳ信号）を受信するためのＧＰＳ用アンテナとして平面アンテナであるパッチアンテナ（マイクロストリップアンテナ）が広く用いられている。
【０００４】
パッチアンテナは、一般的に、誘電体基板と、誘電体基板の一方の面に設けられた放射導体（放射電極）と、誘電体基板の放射導体とは反対側の面に設けられた接地導体（接地電極）と、放射導体の中心からずれた（オフセットされた）位置に設けられた給電点にて、放射導体と導通する給電ピンとから構成されている。このような構成のパッチアンテナは、電波を受信すると、放射導体と接地導体との間で共振する共振器となり、アンテナとして動作する。
【０００５】
このようなパッチアンテナでは、受信する周波数帯域の電波の波長に応じて、放射導体の寸法が決められている。より詳しくは、例えば、放射導体として矩形状の導体を用いた場合には、放射導体の給電点がオフセットされた側の辺と、その辺と対向する辺との距離を、受信する周波数帯域の電波の１／２波長の長さに設定する。これにより、上記の周波数帯域の電波をパッチアンテナが受信すると、受信する電波の１／２波長に設定された放射導体の一対の辺間に、受信した電波に共振する交流電流が流れる（電流分布が生じる）。そして、給電点における電流分布に対応する交流電圧が、給電ピンを介して機器の給電系に電気信号として伝送される。
【０００６】
なお、近年の携帯電子機器の小型化に伴い、機器に搭載されるパッチアンテナの小型化が要求されている。所望の受信周波数帯域を実現しながら、パッチアンテナの小型化を図る技術として、矩形状の放射導体の各辺から中心方向に向かって切り込まれた複数のスリットを放射導体の外周部に設ける技術が知られている（特許文献１参照）。放射導体の外周部に上記のようなスリットを設けることにより、放射導体を流れる電流がスリットを迂回するようにして流れるため、放射導体を流れる電流の経路長が長くなり、アンテナの共振周波数が下がる。したがって、外周部にスリットを設けた放射導体では、受信する電波と共振するための共振周波数（電流の経路長）を得るために、そのサイズを、スリットを設けない放射導体に比べて小さくすることができ、結果として、パッチアンテナ全体のサイズを小さくすることができる。
【０００７】
ところで、このようなパッチアンテナは、給電点が放射導体の中心に設けられた際には、インピーダンス（入力インピーダンス）がほぼ０Ωであり、給電点の位置を放射導体の外周部に近づけるにつれてインピーダンスの値は徐徐に高くなることが知られている。パッチアンテナで受信した電波を電気信号として機器の給電系に伝送する際に、電力損失を抑えるために、パッチアンテナのインピーダンスを機器の給電系のインピーダンス（出力インピーダンス）と整合させる必要がある。そのため、上述したように、放射導体に設けられる給電点は、中心からオフセットされた位置に設けられる。特許文献１に記載されたパッチアンテナでは、放射導体の中心から給電点までのオフセット長を変化させることによりインピーダンス整合（パッチアンテナのインピーダンスと機器の給電系のインピーダンスとを等しくすること）をとるように構成されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたパッチアンテナでは、矩形状の放射導体の各辺から中心方向に向かって切り込まれた複数のスリットがあるため、給電点をオフセットできる位置が制限されてしまう。このように、給電点をオフセットできる位置が制限されるため、パッチアンテナのインピーダンスを所望の値にすることができず、必要とされるインピーダンス整合をとることができないことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−３０４４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、小型化を達成しつつ、所望のインピーダンスを得ることができるパッチアンテナを提供すること、また、該パッチアンテナを備えたアンテナモジュールを提供すること、さらには、該パッチアンテナを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的は以下の（１）〜（４）の本発明により達成される。
（１）  誘電体基板と、
該誘電体基板の一方の面に設けられた矩形状の放射導体と、
前記誘電体基板の他方の面に設けられた接地導体と、
一端が前記放射導体と給電点を介して導通しているとともに、他端が前記誘電体基板および前記接地導体を貫通した給電ピンとを有し、
前記給電点は、前記放射導体の中心からオフセットした位置に設けられており、
前記放射導体は、前記放射導体の給電点がオフセットされた側の辺に設けられ、該放射導体の中心方向に切り込まれた複数のスリットを有する第１のスリット部と、前記第１のスリット部が設けられた辺と対向する辺に設けられ、前記放射導体の中心方向に切り込まれ、前記第１のスリット部のスリット数よりも少数のスリットを有する第２のスリット部とを有し、
前記第１のスリット部の前記スリットは、該スリットが設けられた辺の両端部に設けられた一対の第１のスリットと、該一対の第１のスリット間に設けられ、該第１のスリットのスリット長よりも短いスリット長を有する第２のスリットとを有し、
前記給電点は、前記一対の第１のスリット間に挟まれるようにして、前記第２のスリットの先端に近接した位置に設けられていることを特徴とするパッチアンテナ。
【００１４】
（２）前記放射導体の前記第１のスリット部および前記第２のスリット部が設けられた一対の辺と直交する一対の辺のそれぞれに設けられ、前記放射導体の中心方向に切り込まれた互いに等しい数のスリットを有する第３のスリット部が設けられた上記（１）に記載のパッチアンテナ。
【００１６】
（３）  上記（１）または（２）に記載のパッチアンテナを、該パッチアンテナが受信した信号を増幅するアンプを備えた回路基板に搭載したことを特徴とするアンテナモジュール。
（４）  上記（３）に記載のアンテナモジュールを備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、矩形状の放射導体の外周部にスリット部を設けることにより、所望の受信周波数帯域を実現しながら、パッチアンテナの小型化を図ることができる。また、放射導体の給電点がオフセットされた側の辺に設けられた第１のスリット部のスリット数を、第１のスリット部と対向する側の辺に設けられた第２のスリット部のスリット数よりも多くすることによって、給電点のオフセット位置が制限された場合にも、パッチアンテナのインピーダンスを所望の値にすることができる。
さらに、本発明では、第１のスリット部のスリットが、一対の第１のスリットと、一対の第１のスリット間に設けられ、第１のスリットよりも短いスリット長の第２のスリットとを有しており、放射導体の給電点は、一対の第１のスリット間に挟まれるようにして、第２のスリットの先端に近接した位置に設けられる。このような構成とすることにより、給電点を放射導体の第１のスリット部が設けられた辺方向にオフセットできるオフセット長が長くなり、パッチアンテナのインピーダンスの値の調整がより容易になる。
結果として、パッチアンテナの小型化を達成しつつ、所望のインピーダンスを得ることができ、機器の給電系のインピーダンスと容易にインピーダンス整合をとることができるパッチアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のパッチアンテナの好適な実施形態を説明するための図であり、（ａ）は、本発明のパッチアンテナの好適な実施形態の上面図、（ｂ）は、（ａ）に示すパッチアンテナの側面図、（ｃ）は、（ａ）に示すパッチアンテナの底面図である。
【図２】図１に示すパッチアンテナを備えた本発明のアンテナモジュールの好適な実施形態を説明するための図であり、（ａ）は、本発明のアンテナモジュールの好適な実施形態の上面図、（ｂ）は、（ａ）に示すアンテナモジュールの側面図、（ｃ）は、（ａ）に示すアンテナモジュールの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明のパッチアンテナ、アンテナモジュール、および電子機器を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
【００２０】
まず、本発明のパッチアンテナについて説明する。
図１は、本発明のパッチアンテナの好適な実施形態を説明するための図であり、（ａ）は本発明のパッチアンテナの好適な実施形態の上面図、（ｂ）は、（ａ）に示すパッチアンテナの側面図、（ｃ）は、（ａ）に示すパッチアンテナの底面図である。
【００２１】
図１に示すように、パッチアンテナ１は、誘電体基板２と、誘電体基板２の一方の面（上面２ｕ）に設けられた放射導体３と、誘電体基板２の他方の面（底面２ｄ）に設けられた接地導体４と、放射導体３と導通する給電ピン５とを有している。
【００２２】
誘電体基板２は、略直方体形状を成しており、例えば、チタン酸バリウムや、チタン酸マグネシウム等の高誘電率を有するセラミックス材料から構成されている。図１（ｂ）に示すように、誘電体基板２は、互いに対向する上面２ｕおよび底面２ｄと、側面２ｓとを有している。誘電体基板２の側面２ｓは、パッチアンテナ１を回路基板に搭載する際に衝撃等により誘電体基板２が欠けるのを防止するため、面取りされている。また、誘電体基板２には、後述する放射導体３の給電点３４の設置位置で、上面２ｕから底面２ｄに貫通する貫通孔２１が設けられている。なお、このような誘電体基板２のサイズは、特に限定されるものではないが、例えば、パッチアンテナ１をＧＰＳ信号受信用に用いる場合は、幅：１１ｍｍ、長さ：１１ｍｍ、厚さ：２ｍｍのサイズのものを用いることができる。
【００２３】
放射導体３は、誘電体基板２の上面２ｕ上に設けられ、銀や銅等から構成される矩形状の導電体であり、誘電体基板２の上面２ｕよりも一回り小さいサイズである。放射導体３には、その中心Ｏから図１（ａ）の右側にオフセットした位置に、給電ピン５の一端（給電ピン５の上端部５１）と接続して導通する給電点３４が設けられている。
【００２４】
そして、放射導体３の外周部には、各辺を開口して中心Ｏ方向に切り込まれた複数のスリットが設けられている。すなわち、図１（ａ）に示すように、放射導体３には、放射導体３の給電点３４がオフセットされた側の辺を開口してなる４本のスリットを有する第１のスリット部３１と、第１のスリット部３１が設けられた辺と対向する辺を開口してなる２本のスリットを有する第２のスリット部３２とが設けられている。さらに、放射導体３には、第１のスリット部３１および第２のスリット部３２が設けられた一対の辺と直交する一対の辺のそれぞれを開口してなる、それぞれ３本のスリットを有する第３のスリット部３３とが設けられている。
【００２５】
パッチアンテナ１では、放射導体３の外周部に第１のスリット部３１、第２のスリット部３２、および第３のスリット部３３を設けることにより、放射導体３を流れる電流が各スリットを迂回するように流れるため、放射導体３を流れる電流の経路長を十分に長くすることができる（その結果、パッチアンテナ１の共振周波数が低くなる）。これにより、所望の周波数帯域（例えば、ＧＰＳ信号であれば、約１．５４ＧＨｚ）を受信するために必要となる放射導体３の寸法（周囲長）を小さくすることができ、結果として、パッチアンテナ１全体（誘電体基板２、放射導体３および接地導体４）のサイズを小さくすることができる。
【００２６】
また、パッチアンテナ１では、放射導体３の給電点３４がオフセットされた側の辺に設けられた第１のスリット部３１のスリット数を、第１のスリット部３１が設けられた辺と対向する辺に設けられた第２のスリット部３２のスリット数よりも多くしている。すなわち、給電点３４がオフセットされた側の放射導体３のパターン面積を少なくしている。このような構成にすることにより、放射導体３の各辺から中心Ｏ方向に切り込まれた複数のスリットがあるため、給電点３４のオフセット位置が制限されるにもかかわらず、パッチアンテナ１のインピーダンスを所定の値に設定することができる。より具体的には、放射導体３の第１のスリット部３１のスリット数を増やす、および／または、第２のスリット部３２のスリット数を減らすことにより、パッチアンテナ１のインピーダンスの値を上げることができる。なお、本実施形態のパッチアンテナ１の構成（第１のスリット部３１のスリット数：４、第２のスリット部３２のスリット数：２）では、インピーダンスの値が約５０Ωに設定される。
【００２７】
したがって、上述したような放射導体３を有するパッチアンテナ１は、十分に小型化することができるとともに、所望のインピーダンスを得ることができるものとなる。すなわち、パッチアンテナ１は、小型化を達成しつつ、搭載される電子機器の給電系のインピーダンスと容易に整合をとることができるものとなる。
【００２８】
また、本実施形態において、放射導体３の第１のスリット部３１の４本のスリットは、第１のスリット部３１が設けられた辺の両端部に設けられた一対（２本）の第１のスリット３１１と、一対の第１のスリット３１１間に設けられ、第１のスリット３１１のスリット長ｌ１よりも短いスリット長ｌ２を有する２本の第２のスリット３１２とを有する。そして、図１（ａ）に示すように、給電点３４は、一対の第１のスリット３１１間に挟まれるようにして、第２のスリット３１２の先端３１２ａに近接した位置（オフセット位置）に設けられる。このようなスリット形状にすることにより、給電点３４を放射導体３の第１のスリット部３１が設けられた辺方向にオフセットできるオフセット長が長くなり、パッチアンテナ１のインピーダンスの値の調整がより容易になる。
【００２９】
なお、上記の説明では、放射導体３の給電点３４の位置を基準として、給電点３４がオフセットされた側の辺に設けられた第１のスリット部３１のスリット数を、第１のスリット部３１が設けられた辺と対向する辺に設けられた第２のスリット部３２のスリット数よりも多くすることにより、パッチアンテナ１の小型化と、インピーダンスの値を調整することができることについて述べた。一方で、本発明では、給電点３４の位置を基準にしなくても、上述した説明と同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
より具体的に述べると、給電点３４の位置に関係なく、放射導体３の第１のスリット部３１のスリット数と第２のスリット部３２のスリット数とを異ならせることにより、パッチアンテナ１の小型化と、インピーダンスの値を調整することができる。これにより、例えば、パッチアンテナ１を搭載するアンテナモジュールや電子機器のレイアウトの関係で、放射導体３の給電点３４の位置（給電ピン５の設置位置）が制限されることがあっても（給電点３４を放射導体３の中心Ｏに設けた場合も含む）、小型化を達成しつつ、所望のインピーダンスの値を得ることができるパッチアンテナ１を提供することができる。
【００３１】
また、放射導体３には、図１（ａ）に示すように、対向する一対の頂角部が切り欠かれてなる切り欠き部３５、３５が設けられている。これにより、パッチアンテナ１は、単一の給電点３４のみで、円偏波を受信することができるものとなる。
【００３２】
なお、このような放射導体３のパターン（外周部に設けられる各スリット部、給電点３４等）は、例えば、フォトレジスト法やスクリーン印刷法を用いてパターニングすることができる。
【００３３】
また、各スリット部を構成する各スリットの幅、長さ（各辺からの切り込み長）は、特に限定されないが、その幅は、放射導体３をパターニングした後に各スリットのトリミング（レーザートリミング又はリューター等による切削トリミング）を行って、インピーダンス値・周波数再調整の目的から、０．７ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３４】
また、本実施形態では、放射導体３には、第１のスリット部３１および第２のスリット部３２とは異なる第３のスリット部３３が設けられているが、第３のスリット部３３は設けなくてもよい。すなわち、パッチアンテナの受信周波数帯域および設計サイズに応じて、第３のスリット部を放射導体に設けてもよいし、設けなくてもよい。また、そのスリット数も適宜変更することができる。
【００３５】
接地導体４は、誘電体基板２の底面２ｄ上に設けられ、放射導体３と同様に、銀や銅等から構成される矩形状の導電体である。図１（ｃ）に示すように、この接地導体４には、誘電体基板２に設けられた貫通孔２１とほぼ同心であるとともに、貫通孔２１の直径よりも大きな直径の開口部４１が設けられている。これにより、パッチアンテナ１は、給電ピン５が給電点３４にて放射導体３とのみ導通し、接地導体４とは導通しない構成となる。
【００３６】
給電ピン５は、放射導体３の給電点３４にて放射導体３と導通する上端部５１と、誘電体基板２の貫通孔２１および接地導体４の開口部４１を貫通して図示しない回路基板に電気的に接続される下端部５２とを有している。このような構成のパッチアンテナ１では、放射導体３のパターン、形状に応じた受信周波数帯域の電波を受信すると、放射導体３に電流分布が生じ、給電点３４における電流分布に対応する交流電圧が、給電ピン５を介して電気信号として機器の給電系に伝送される。また、パッチアンテナ１のインピーダンスは、機器の給電系のインピーダンスと整合がとれているため、パッチアンテナ１から機器の給電系に電気信号を伝送する際の電力損失を抑えることができる。
【００３７】
また、給電ピン５の上端部５１と放射導体３との接合には、はんだ６が用いられる。図１（ａ）に示すように、パッチアンテナ１では、給電ピン５の上端部５１を、放射導体３の給電点３４付近の複数箇所（図中では３箇所）ではんだ６により接合（はんだ付け）している。このように、複数箇所に分けて給電ピン５の上端部５１を給電点３４にはんだ付けすることにより、１箇所におけるはんだ６の使用量を抑えることができるとともに、給電ピン５の上端部５１を放射導体３の給電点３４にはんだ付けする際に使用するはんだ量を一定とすることができる。また、給電ピン５の上端部５１上にはんだ６がはみ出すのを抑制することができるため、パッチアンテナ１の高さを抑えることができる。そのため、搭載スペースが制限されるような小型の電子機器にも適用可能なパッチアンテナ１とすることができる。一般的に、給電ピンを放射導体にはんだ付けする際に使用するはんだ量によって、パッチアンテナのインピーダンス特性が変化するため、安定したパッチアンテナの製造には、上記のはんだ付け方法をとるのが望ましい。
【００３８】
なお、上記の説明では、放射導体３の形状が矩形状であるものについて述べたが、本発明は、これに限定されず、例えば、放射導体の形状として円形状のものを用いてもよい。放射導体の形状が円形状である場合には、少なくとも、放射導体の中心から給電点がオフセットされた側の外周部に上述したような第１のスリット部を設けるとともに、第１のスリット部と対向する側に上述したような第２のスリット部を設けることにより、上記したパッチアンテナ１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３９】
次に、パッチアンテナ１を備えた本発明のアンテナモジュールおよび電子機器について説明する。
【００４０】
図２は、図１に示すパッチアンテナ１を備えた本発明のアンテナモジュールの好適な実施形態を説明するための図であり、（ａ）は、本発明のアンテナモジュールの好適な実施形態の上面図、（ｂ）は、（ａ）に示すアンテナモジュールの側面図、（ｃ）は、（ａ）に示すアンテナモジュールの底面図である。
【００４１】
本発明の電子機器（図示せず）は、図２に示すようなアンテナモジュール１００を備えている。
【００４２】
アンテナモジュール１００は、図２に示すように、回路基板１０と、回路基板１０の一方の面（上面）上に搭載された本発明のパッチアンテナ１と、回路基板１０の他方の面（底面）上に搭載され、パッチアンテナ１によってパッチアンテナ１が受信した電波（受信電波）から変換された電気信号を増幅する図示しないロー・ノイズ・アンプ（ＬＮＡ）を含む各種電子部品が組み込まれた信号処理回路ユニット２０とを有する。信号処理回路ユニット２０は、パッチアンテナ１によって受信電波から変換された電気信号を増幅するとともに、電気信号から情報信号を復調する機能を有している。
【００４３】
アンテナモジュール１００は、電波を受信するアンテナとして、上述したような本発明のパッチアンテナ１を用いているため、パッチアンテナ１の小型化に伴い、アンテナモジュール１００のサイズも小さくすることができる。そのため、搭載スペースが制限されるような小型の電子機器にも、搭載可能なアンテナモジュール１００となる。
【００４４】
また、上述したようにパッチアンテナ１は、そのインピーダンスの値を、電子機器（信号処理回路ユニット２０を含む）の給電系のインピーダンスの値に容易に調整可能である（インピーダンス整合が容易である）。そのため、アンテナモジュール１００は、パッチアンテナ１によって受信電波から変換された電気信号を、効率良く電子機器の回路に伝送することができるものとなる。特に、アンテナモジュール１００の信号処理回路ユニット２０が備えるＬＮＡにより、パッチアンテナ１によって受信電波から変換された電気信号が、増幅されてから電子機器の回路に伝送されるため、パッチアンテナ１が受信した受信電波中に含まれるノイズ（不要な周波数成分）の影響が抑えられる。その結果、アンテナモジュール１００は、パッチアンテナ１が受信した電波を変換してなる電気信号を、特に優れた効率で電子機器の回路に伝送することができるものとなる。
【００４５】
なお、信号処理回路ユニット２０は、上記のＬＮＡに加え、パッチアンテナ１が受信した電波に含まれるノイズを除去するフィルタ素子（図示せず）をさらに含むものであってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…パッチアンテナ  ２…誘電体基板  ２ｕ…上面  ２ｓ…側面  ２ｄ…底面  ２１…貫通孔  ３…放射導体  ３１…第１のスリット部  ３１１…第１のスリット  ３１２…第２のスリット  ３１２ａ…先端  ３２…第２のスリット  ３３…第３のスリット  ３４…給電点  ３５…切り欠き部  ４…接地導体  ４１…開口部  ５…給電ピン  ５１…上端部  ５２…下端部  ６…はんだ  １０…回路基板  ２０…信号処理回路ユニット  １００…アンテナモジュール
【図１】
0005589675.tif 000002
【図２】
0005589675.tif 000003