(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と該第１面とは反対側の第２面とを有する基板と、
前記基板の第１面に形成される第１面側の導線部と、
前記基板の第２面に形成される第２面側の導線部と、
前記第１面側の導線部と前記第２面側の導線部とを接続するスルーホールとを有するアンテナ装置であって、
複数の前記第１面側の導線部と複数の前記第２面側の導線部とが、スルーホールによりヘリカル状に接続され、
前記ヘリカル状に接続された部分において、
主エレメントと、該主エレメントのショートポイントを接続点とする折り返しエレメントとを備える。
【請求項２】
請求項１のアンテナ装置であって、
除去可能なショートポイントを複数備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯端末用のアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３〜１０Ｇの超広帯域を利用し、超高速でデータ送信を行うＵＷＢ（Ultra Wide-band）無線システムの実用化が図られている。該ＵＷＢ用の携帯端末に搭載されるアンテナには、小型軽量であると共に、実装の容易性から平面構造であり、超広帯域性を有し、更に、周波数による指向性の変動が少ないことが要求される。特許文献１には、プリント配線基板上に複数のアンテナ素子を設け、指向性を調整するアダプタブルアレーアンテナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２１６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構成では、複数のアンテナ素子を用いるため、小型化が難しく、また、広帯域性を実現することが困難であった。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、小型で広帯域性を実現できるアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載のアンテナ装置は、第１面と該第１面とは反対側の第２面とを有する基板と、前記基板の第１面に形成される第１面側の導線部と、前記基板の第２面に形成される第２面側の導線部と、前記第１面側の導線部と前記第２面側の導線部とを接続するスルーホールとを有する。そして、複数の前記第１面側の導線部と複数の前記第２面側の導線部とが、スルーホールによりヘリカル状に接続され、前記ヘリカル状に接続された部分において、主エレメントと、該主エレメントのショートポイントを接続点とする折り返しエレメントとを備える。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１のアンテナ装置では、アンテナ素子が、複数の第１面側の導線部と複数の第２面側の導線部とをスルーホールによりヘリカル状に接続してなる。このため、ヘリカルアンテナを平板状のプリント配線基板に形成することが可能となり、アンテナ装置を小型化できる。プリント配線基板の製造技術を用いてアンテナを形成できるので、低コストでアンテナを製造できる。
【００１１】
請求項１のアンテナ装置では、ヘリカル状のアンテナ素子が、主エレメントと、該主エレメントのショートポイントを接続点とする折り返しエレメントとを備えるため、特性の調整が容易である。
【００１２】
請求項２のアンテナ装置では、除去可能なショートポイントを複数備えるため、特定のショートポイントをレーザトリーミングで除去することにより、単体毎に特性を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（Ａ）は第１実施形態のアンテナ装置の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のｂ−ｂ断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【図２】第１実施形態のアンテナ装置の斜視図である。
【図３】アンテナ素子の電気特性を説明するための説明図である。
【図４】図４（Ａ）は第１実施形態の第１改変例に係るアンテナ装置の平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のｂ１−ｂ１断面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）中の楕円ｃ１部の拡大図である。
【図５】図５（Ａ）は第１実施形態の第２改変例に係るアンテナ装置の平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のｂ３−ｂ３断面図である。
【図６】図６は第１実施形態の第３改変例に係るアンテナ装置の平面図である。
【図７】第２実施形態のアンテナ装置の平面図である。
【図８】第２実施形態の改変例に係るアンテナ装置の平面図である。
【図９】第３実施形態のアンテナ装置の平面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は第３実施形態の改変例に係るアンテナ装置の平面図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のｂ４−ｂ４断面図である。
【図１１】第４実施形態のアンテナ装置の断面図である。
【図１２】第４実施形態の改変例に係るアンテナ素子の説明図である。
【図１３】アンテナ素子の搭載例を示す説明図である。
【図１４】アンテナ素子の搭載例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[第１実施形態]
図１〜図３を参照して本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置について説明する。
図１（Ａ）は第１実施形態のアンテナ装置の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のｂ−ｂ断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のｃ−ｃ断面図である。図２は、アンテナ装置のアンテナ素子の斜視図である。
アンテナ装置は、プリント配線基板１２にアンテナ素子が形成されてなる。アンテナ素子は、縦放射エレメント３０と横放射エレメント２０と、接地エレメント４０とを備える。縦放射エレメント３０と横放射エレメント２０とは、給電点５０の一方に接続され、接地エレメント４０は、給電点５０の他方に接続されている。給電点までは、図示しない５０オームのコプレーナ線路で給電が行われる。ここで、コプレーナ線路の代わりにマイクロストリップラインを用いることもできる。
【００１８】
図１（Ｂ）の断面図で示すように、接地エレメント４０は、上面Ｆ側の略矩形形状の導体セル４２Ｆと、下面Ｓ側の略矩形形状の導体セル４２Ｓとをスルーホール５２でクランク状に接続して成る。同様に、横放射エレメント２０は、上面Ｆ側の台形形状の導体セル２２Ｆと、下面Ｓ側の略台形形状の導体セル２２Ｓとをスルーホール５２で横方向へクランク状に接続して成る。縦放射エレメント３０は、上面Ｆ側の略矩形形状の導体セル３２Ｆと、下面Ｓ側の略矩形形状の導体セル３２Ｓとをスルーホール５２で縦方向へクランク状に接続して成る。ここでの縦Ｙ、横Ｘは相対的なもので、横Ｙ方向とは縦Ｘ方向からの垂直方向を意味する。縦方向とは、１方向の意味で、プリント配線基板１２の縦横方向と必ずしも一致するものでは無い。
【００１９】
アンテナ素子は、幅Ｗ１が１４．２mm、長さＬ１が２９．４mm、厚みＤ１が１mmに形成されている。アンテナ素子は、電子部品を実装する送受信基板内に作ることも可能であり、また、アンテナ素子のみから成る小型プリント配線基板（アンテナ装置）を、送受信基板に接続又は搭載することもできる。
【００２０】
第１実施形態のアンテナ装置１０では、アンテナ素子が、複数の上面Ｆ側導体セルとスルーホール５２と１以上の下面Ｓ側導体セルとを断面クランク状に配置して成るため、上面のみにアンテナ素子を配置するのと比較して小型化できる。プリント配線基板の製造技術を用いてアンテナを形成できるので、低コストでアンテナを製造できると共に、アンテナをプリント配線基板内に収容できるので、携帯端末への内蔵が容易である。
【００２１】
また、アンテナ素子を断面クランク状に配置することで、広帯域性を実現できる。
即ち、折り曲げ構造を備えないようにスルーホールクランク分を展開して横方向に大型化した平面状アンテナ素子と比較して、インピーダンス特性及びＶＳＷＲ特性の計算、測定を行った。計算結果、測定結果はほぼ一致して、折り曲げ構造に対して、クランク状に折り曲げた第１実施形態のアンテナ素子では、３．５ＧＨｚから１０．６ＧＨｚに渡ってＶＳＷＲがほぼ２以下になることを確認できた。この結果から、クランク状の折り曲げ構造を用いることで、ＶＳＷＲ特性が改善され、広帯域性が実現できることが明らかになった。
【００２２】
図３は、図１中の円Ｃ１で囲んだ部位における電気特性を説明するための図である。
第１実施形態のアンテナ装置では、横放射エレメント２０の上面Ｆ側と下面Ｓ側とに連続的に設けられる各導体セル２２Ｆ、２２Ｓ、２２Ｆの側辺を曲線２０Ｌ上に位置するように配置する。同様に、接地エレメント４０の上面Ｆ側と下面Ｓ側とに連続的に設けられる各導体セル４２Ｆ、４２Ｓ、４２Ｆの側辺を曲線４０Ｌ上に位置するように配置する。そして、横放射エレメント２０の導体セルを結ぶ曲線２０Ｌと、接地エレメント４０の導体セルを結ぶ曲線４０Ｌとが、給電点から離れるに従い距離が離れるようにする。
【００２３】
ここで、５ＧＨｚを超える高周波においては、横放射エレメント２０の接地エレメント側の辺（曲線２０Ｌ）と、接地エレメント４０の放射エレメント側の辺（曲線４０Ｌ）との間で、等価的に導波路を形成して特性インピーダンスを決定することが明らかになった。このため、これを曲線２０Ｌ、４０Ｌにし、更に、徐々に間が開くように配置することで、テーパー状に広がる導波路を構成し、周波数に対して連続的に特性インピーダンスを変化させ、広帯域性を実現できる。更に、周波数による指向性の変動を小さくすることが可能となる。なお、各導体セル２２Ｆ、２２Ｓ、４２Ｆ、４２Ｓを矩形にし、矩形の短辺（側辺）が直線状になるように配置することも可能である。
【００２４】
更に、第１実施形態のアンテナ装置では、図１中に示すように横放射エレメント２０の台形状各導体セル２２Ｆ、２２Ｓ、２２Ｆの上底、下底を延長した線分は、接地エレメント４０の略矩形状各導体セル４２Ｆ、４２Ｓ、４２Ｆの長辺と重なるように配置されている。これにより、周波数に対して連続的に特性インピーダンスを変化させ、広帯域性を実現している。
【００２５】
[第１実施形態の第１改変例]
図４を参照して本発明の第１実施形態の第１改変例に係るアンテナ装置について説明する。
図４（Ａ）は第１実施形態の第１改変例に係るアンテナ装置の平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のｂ１−ｂ１断面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）中の楕円ｃ１部の拡大図である。
第１実施形態の第１改変例に係るアンテナ装置は、第１実施形態と同様に、アンテナ素子は、縦放射エレメント３０と横放射エレメント２０と、接地エレメント４０とを備える。但し、第１実施形態の第１改変例では、接地エレメント４０を構成する導体セル４２Ｓ、導体セル４２Ｆは、スルーホール５２を超えて、隣接する導体セル側へ延在させることで、隣接する導体層との間でコンダクタンス分を持たせる。同様に、横放射エレメント２０の導体セル２２Ｓ、２２Ｆが形成されている。このコンダクタンス分をトリーミング等により導体セルの延在部分をカットすることで調整できるため、アンテナ装置単体毎のアンテナの特性調整が容易である。第１実施形態の第１改変例では、この延在した導体（ランド）によって導体のエッジ部分までのスペースが広くなり、スルーホールの形成が容易になる。
【００２６】
[第１実施形態の第２改変例]
図５を参照して第１実施形態の第２改変例について説明する。
図５（Ａ）は第１実施形態の第２改変例に係るアンテナ装置の平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のｂ３−ｂ３断面図である。
第１実施形態の第２改変例では、接地エレメント４０を構成する略矩形導体セル４２Ｓ、導体セル４２Ｆの長辺、及び、横放射エレメント２０の略台形導体セル２２Ｓ、２２Ｆの上底、下底からスルーホールのランド部分５３が側方へ突出している。第１実施形態の第２改変例は、ランド部分が突出することで、スルーホールの形成が容易である。縦方向放射エレメント３０に対しても同様なことが言える。
【００２７】
[第１実施形態の第３改変例]
図６を参照して第１実施形態の第３改変例について説明する。
図６は第１実施形態の第３改変例に係るアンテナ装置の平面図である。
第１実施形態の第２改変例では、接地エレメントの縦放射エレメント３０と対応する部位は、縦方向にクランク状に略矩形導体セル４２Ｓ、導体セル４２Ｆが配置されている。
【００２８】
[第２実施形態]
図７を参照して本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置について説明する。
第２実施形態のアンテナ素子は、ヘリカル状放射エレメント６０と、接地エレメント４０とを備える。接地エレメント４０は、第１実施形態と同様に略矩形形状に形成され、ヘリカル状放射エレメント６０は、接地エレメント４０の略矩形長辺に対して垂直方向に配置されている。
【００２９】
第２実施形態では、ヘリカル状放射エレメント６０は、複数の上面側の導線部６２Ｆと複数の下面側の導線部６２Ｓとをスルーホール５２によりヘリカル状に接続してなる。ヘリカル状放射エレメント６０により、ノーマルモードヘリカルアンテナの動作が実現でき、各ループで自己共振するため、低域での動作が可能になる。このため、ヘリカルアンテナを平板状のプリント配線基板に形成することが可能となり、アンテナ装置を小型化できる。プリント配線基板の製造技術を用いてアンテナを形成できるので、低コストでアンテナを製造できる。
【００３０】
[第２実施形態の改変例]
図８を参照して本発明の第２実施形態の改変例に係るアンテナ装置について説明する。
第２実施形態の改変例に係るアンテナ素子は、第２実施形態と同様に、ヘリカル状放射エレメント６０と、接地エレメント４０とを備える。接地エレメント４０は、第１実施形態と同様に略矩形形状に形成され、ヘリカル状放射エレメント６０は、接地エレメント４０の略矩形長辺に対して垂直方向に配置されている。
【００３１】
第２実施形態の改変例では、ヘリカル状放射エレメント６０は、給電点５０側に接続された主エレメント６４Ｍと、接地エレメント４０に接続された折り返しエレメント６４Ｕとから成る。折り返しエレメント６４Ｕは、主エレメント６４Ｍに対して、複数のショートポイント６６ａ、６６ｂ、６６ｃで接続されている。ノーマルモードヘリカルアンテナは、自己共振するものの、放射抵抗は一般的に低い。そのため、ヘリカル状放射エレメントの一部を折り返し構造とすることで、インピーダンスの調整を図れるので、特性の調整が容易である。また、除去可能なショートポイントを複数備えるため、ショートポイント６６ａ、６６ｂ、６６ｃのいずれかをレーザトリーミングで除去することにより、特性を容易に調整することができる。なお、接地エレメント４０をヘリカル状接地エレメントにしてもよい。
【００３２】
[第３実施形態]
図９を参照して本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置について説明する。
第３実施形態のアンテナ素子は、第２実施形態と同様のヘリカル状放射エレメント６０と、第１実施形態と同様の横放射エレメント２０及び接地エレメント４０とを備える。
【００３３】
第１実施形態を参照して上述したように、横放射エレメント２０は、横放射エレメント２０の接地エレメント側の辺と、接地エレメント４０の放射エレメント側の辺との間で、徐々に間が開くように配置することで、テーパー状に広がる導波路を構成し、周波数に対して連続的に特性インピーダンスを変化させ、高周波数での広帯域性を実現できる。一方、ヘリカル状放射エレメント６０で、低域での動作が可能になる。このため、広い周波数に対応しながら、折り返し構成によりアンテナの小型化が可能である。なお、第３実施形態のアンテナ装置において、ヘリカル状放射エレメント６０が、第２実施形態の改変例と同様な主エレメント６４Ｍと、接地エレメント４０とを備えることも好適である。
【００３４】
[第３実施形態の改変例]
図１０を参照して本発明の第３実施形態の改変例に係るアンテナ装置について説明する。
図１０（Ａ）は第３実施形態の改変例に係るアンテナ装置の平面図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のｂ４−ｂ４断面図である。
第３実施形態の改変例では、第１実施形態の第１改変例と同様に接地エレメント４０を構成する導体セル４２Ｓ、導体セル４２Ｆは、スルーホール５２を超えて、隣接する導体セル側へ延在させることで、隣接する導体層との間でコンダクタンス分を持たせる。同様に、横放射エレメント２０の導体セル２２Ｓ、２２Ｆが形成されている。このコンダクタンス分をトリーミング等により導体セルの延在部分をカットすることで調整できるため、アンテナ装置単体毎のアンテナの特性調整が容易である。第３実施形態の改変例では、この延在した導体（ランド）によって導体のエッジ部分までのスペースが広くなり、スルーホールの形成が容易になる。
【００３５】
[第４実施形態]
図１１を参照して第４実施形態について説明する。
図１１は、アンテナ装置の断面図を示している。アンテナ装置は、５層の樹脂製の絶縁層１１２、１１４、１１６、１１８、１１９を積層して成る積層プリント配線基板に形成されている。中央部の第１絶縁層１１６の上面Ｆ側に第２絶縁層１１８が積層され、第１絶縁層１１６の下面Ｓ側に第３絶縁層１１４が積層され、第２絶縁層１１８の上面側に第４絶縁層１１９が積層され、第３絶縁層１１４の下面側に第５絶縁層１１２が積層されている。
【００３６】
アンテナ素子１１０は、第１絶縁層１１６の上面Ｆ側に配置された第１導体層１２２と、第１絶縁層１１６の下面Ｓ側に配置された第２導体層１２６と、第２絶縁層１１８の第１絶縁層側反対面に配置された第３導体層１２４と、第３絶縁層１１４の第１絶縁層側反対面に配置された第４導体層１２８と、第１導体層１２２と第２導体層１２６とを接続する第１絶縁層のビア導体１３４と、第２導体層１２６と第３導体層１２４とを接続する第１絶縁層のビア導体１３４及び第２絶縁層のビア導体１３２と、３導体層１２４と第４導体層１２８とを接続する第２絶縁層のビア導体１３２、第１絶縁層のビア導体１３４及び第３絶縁層のビア導体１３６とを備える。そして、該アンテナ素子１１０は、第１導体層１２２、ビア導体１３４，第２導体層１２６、ビア導体１３４、１３２、第３導体層１２４、ビア導体１３２、１３４、１３６、第４導体層１２８をスパイラル状に配置して成る。
【００３７】
第４実施形態のアンテナ装置では、積層プリント配線基板の絶縁層に第１導体層、第２導体層、第３導体層、第４導体層、及び、ビア導体をスパイラル状に配置することで、スパイラル状アンテナ素子を構成できる。スパイラル状アンテナ素子を小型化できると共に、プリント配線基板の製造技術を用いてアンテナを形成できるので、低コストでアンテナを製造できる。スパイラル状放射エレメント１１０により、各ループで自己共振するため、低域での動作が可能になる。
【００３８】
[第４実施形態の改変例]
図１２を参照して第４実施形態の改変例に係るアンテナ装置について説明する。
図１２は、第４実施形態の改変例に係るアンテナ装置のアンテナ素子の配置を模式的に示している。第４実施形態の改変例では、第４実施形態のスパイラル状アンテナ素子１１０を、図１１を参照して上述した積層プリント配線基板内に３個連結して複合素子アンテナを構成している。
【００３９】
図１１を参照して上述したように、１つのスパイラル状アンテナ素子１１０は、第１導体層１２２、ビア導体１３４，第２導体層１２６、ビア導体１３４、１３２、第３導体層１２４、ビア導体１３２、１３４、１３６、第４導体層１２８をスパイラル状に配置して成る。最外の第４導体層１２８をＹ軸方向に延在させ、ビア導体１３６、１３４を介して、次のスパイラル状アンテナ素子１１０の第１導体層１２２へ接続する。
【００４０】
第４実施形態の改変例では、導体層及びビア導体をスパイラル状に配置したスパイラル状アンテナ素子を複数連結することで複合素子アンテナを構成できる。複合素子アンテナを小型化できると共に、プリント配線基板の製造技術を用いてアンテナを形成できるので、低コストでアンテナを製造できる。複数連結で高集積化することによりアンテナ性能の向上が図れる。
【００４１】
図１３を参照してアンテナ装置のプリント配線基板への搭載例を説明する。
アンテナ装置１０を構成するプリント配線基板１２はポリイミド、テフロン（登録商標）等から成るフレキシブル基板であり、該アンテナ装置１０がエポキシ等から成るリッジド基板２１０の側方に配置され、該リッジド基板２１０に接続されている。該アンテナ装置１０の一端が、リッジド基板２１０の側方から内部に入り込んでおり、該リッジド基板２１０の配線と、該アンテナ装置の配線とは電磁的に結合されている。
【００４２】
図１４を参照してアンテナ装置のプリント配線基板への別搭載例を説明する。
アンテナ装置１０は、フレックスリジッド基板１２であり、相対的に高い周波数の電波を放射する高域アンテナ部１０Ａと、相対的に高い周波数の電波を放射する低域アンテナ部１０Ｂとを備える。高域アンテナ部１０Ａは、リッジド基板２１０上に配置され、低域アンテナ部１０Ｂは、フレックスリジッド基板１２に形成されている。
【００４３】
なお、上述した実施形態で、スルーホールは、金属で充填されていても中空状態であっても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１０  アンテナ装置
２０  横放射エレメント
２２Ｆ、２２Ｓ  導体セル（導体層）
３０  横放射エレメント
３２Ｆ、３２Ｓ  導体セル（導体層）
４０  接地エレメント
４２Ｆ、４２Ｓ  導体セル（導体層）
５０  給電点
５２  スルーホール
６０  ヘリカル状放射エレメント
６２Ｆ、６２Ｓ  導線部
【図１】
0005867163.tif 000002
【図２】
0005867163.tif 000003
【図３】
0005867163.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0005867163.tif 000012
【図１２】
0005867163.tif 000013
【図１３】
0005867163.tif 000014
【図１４】
0005867163.tif 000015