(57)【要約】【課題】アンテナ素子の放射効率を高める。【解決手段】アンテナ素子１２４上にプリントされる第１放射電極１３２は、第１電極パターン１１２および第２電極パターン１１６と接着される。第１電極パターン１１２は、スルーホール１２０ａを介して裏面の第２放射電極１２６の一端と接続される。第２電極パターン１１６は、スルーホール１２０ｃを介して第２放射電極１２６の他端と接続される。これにより、第１放射電極１３２と第２放射電極１２６は、ループ上の放射電極を形成する。【選択図】図３
2011109568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子と、前記アンテナ素子が取り付けられるプリント基板を備え、
前記アンテナ素子は、
略直方体状の誘電体と、
前記誘電体の第１の側面においてギャップを介して対向する給電電極および第１の放射電極を含み、
前記プリント基板は、
前記アンテナ素子が取り付けられる実装領域と、
前記実装領域の周縁に設けられるグランドパターン領域と、
前記アンテナ素子の取り付け面の裏面に形成される第２の放射電極を含み、
前記第１の放射電極と前記第２の放射電極は、前記プリント基板に設けられる２以上の貫通電極を介して互いに接続されることにより、ループ状の放射電極を形成することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の放射電極の主放射部は、前記誘電体の４つの側面のうち前記プリント基板の外周側に位置する第２の側面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の放射電極の主放射部は、前記第２の側面の上部に形成されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記誘電体の上面は、前記第１の放射電極の非形成領域であることを特徴とする請求項２または３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１の放射電極の一部は、前記実装領域上のランドおよびキャパシタを介して、前記グランドパターン領域と接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、アンテナ装置の放射効率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの小型無線端末に内蔵されるチップ型のアンテナ素子は、ブロック型の誘電体の表面に放射電極と給電電極をプリントすることにより形成される。給電電極に交流電流を供給して電界を発生させると、放射電極にも交流電流が流れ、放射電極から電波が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２８９４１０号公報
【特許文献２】特開平１０−１３１３９公報
【特許文献３】特開平１０−１７３４２７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アンテナ素子には、小型化や高放射効率、広帯域対応などが求められる。このような要請に応えるため、誘電体の材料や放射電極の形状等にさまざまな工夫が施されている（たとえば、特許文献１、２、３参照）。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて完成された発明であり、その主たる目的は、アンテナ素子の放射効率を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るアンテナ装置は、アンテナ素子とプリント基板を備える。アンテナ素子は、略直方体状の誘電体と、誘電体の第１の側面においてギャップを介して対向する給電電極および第１の放射電極を含む。プリント基板は、アンテナ素子が取り付けられる実装領域と、実装領域の周縁に設けられるグランドパターン領域と、その裏面に形成される第２の放射電極を含む。第１の放射電極と第２の放射電極は、プリント基板に設けられる２以上の貫通電極を介して互いに接続されることにより、ループ状の放射電極を形成する。
【０００７】
誘電体上に形成される第１の放射電極と、プリント基板の裏面に形成される第２の放射電極によりループ状の放射電極を形成することにより、全体としての放射面積を大きくできる。また、放射電極を実効的に太くできる。このような構成によれば、アンテナ装置の放射効率を向上させやすくなる。
【０００８】
第１の放射電極の主放射部は、誘電体の４つの側面のうちプリント基板の外周側に位置する第２の側面に形成されてもよい。ここでいう主要部とは、たとえば、第１放射電極の総面積の半分以上を含む領域であればよい。このような態様によれば、第１の放射電極の主放射部からプリント基板のグランドパターン領域までの距離を大きくしやすい。この結果、放射抵抗を大きくし、放射効率を向上させやすくなる。
【０００９】
第１の放射電極の主放射部は、第２の側面の上部に形成されてもよい。このような態様によれば、放射効率をいっそう向上させやすくなる。
【００１０】
誘電体の上面は、第１の放射電極の非形成領域としてもよい。第１の放射電極の一部は、実装領域上のランドおよびキャパシタを介して、グランドパターン領域と接続されてもよい。
【００１１】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アンテナ素子の放射効率をいっそう向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】プリント基板の表面の外観図である。
【図２】プリント基板の裏面の外観図である。
【図３】本実施形態におけるアンテナ装置の外観図である。
【図４】アンテナ素子の展開図である。
【図５】アンテナ装置の等価回路図である。
【図６】比較例１におけるアンテナ装置（上面型）の外観図である。
【図７】側面型と上面型のリターンロスと周波数の関係を示すグラフである。
【図８】側面型と上面型の放射効率と周波数の関係を示すグラフである。
【図９】比較例２におけるアンテナ装置（開放型）の外観図である。
【図１０】ループ型と開放型のリターンロスと周波数の関係を示すグラフである。
【図１１】ループ型と開放型の放射効率と周波数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。本実施の形態においては、携帯電話に内蔵されるアンテナ素子を題材として説明する。アンテナ素子を内蔵する携帯電話としてアンテナ装置が形成される。
【００１５】
図１は、プリント基板１２２の表面の外観図である。アンテナ装置１００は、携帯電話のプリント基板１２２にアンテナ素子１２４を設置することにより形成される。プリント基板１２２の形状は長方形板状である。プリント基板１２２は、ほぼ全面に形成されるグランドパターン領域１０２と一部に形成される実装領域１０４を含む。実装領域１０４は、プリント基板１２２の外周部やコーナー部に設けられる領域である。本実施形態においては、実装領域１０４はプリント基板１２２のコーナー部に形成される。以下、プリント基板１２２の長手方向にｘ軸、短手方向にｙ軸、厚み方向にｚ軸を設定して説明する。
【００１６】
プリント基板１２２の表面において、実装領域１０４には、給電パターン１０６、インピーダンス調整パターン１１０、第１電極パターン１１２、中央電極パターン１１４、第２電極パターン１１６、第１グランド電極接続パターン１１８という６つのパターンが形成される。図３に関連して後述するように、給電パターン１０６、第１電極パターン１１２、中央電極パターン１１４、第２電極パターン１１６と重なる設置領域１０８にアンテナ素子１２４が接着される。すなわち、これらのパターンの全部または一部は、アンテナ素子１２４に対するランドとして機能する。
【００１７】
給電パターン１０６は図示しない給電用の電源ラインと接続される。インピーダンス調整パターン１１０は、給電パターン１０６に隣接し、給電パターン１０６とギャップを形成する。このギャップの大きさにより、アンテナ装置１００のインピーダンスを調整できる。インピーダンス調整パターン１１０と給電パターン１０６の一部をランドとして利用し、そこにチップキャパシタを実装（並列接続）してもよい。
【００１８】
第１電極パターン１１２は、給電パターン１０６に隣接する。また、第１電極パターン１１２はその一部が設置領域１０８と重なる。第１電極パターン１１２は、複数個のスルーホール（貫通電極）１２０ａを介して、プリント基板１２２の裏面に形成される第２放射電極１２６と電気的に接続される。第１電極パターン１１２と第２放射電極１２６は、スルーホール１２０ａ近傍のグランドパターン領域１０２と接続される。第２放射電極１２６については図２に関連して後述する。
【００１９】
中央電極パターン１１４は、設置領域１０８のほぼ中央に設置されるランドである。中央電極パターン１１４は、第１電極パターン１１２、給電パターン１０６、第２電極パターン１１６の各電極パターンと隣接する。
【００２０】
第２電極パターン１１６は、キャパシタＣ１を介して第１グランド電極接続パターン１１８と接続される。第１グランド電極接続パターン１１８は、グランドパターン領域１０２と接続されるグランド電位の電極パターンである。キャパシタＣ１により、アンテナ装置１００の共振周波数を粗調整できる。
【００２１】
第２電極パターン１１６は、スルーホール１２０ｃを介して裏面の第２放射電極１２６と接続される。すなわち、第１電極パターン１１２と第２電極パターン１１６は、プリント基板１２２の表面においては互いに接続されていないが、スルーホール１２０ａ、第２放射電極１２６、スルーホール１２０ｃにより、裏面側において電気的に接続されている。
【００２２】
第１グランド電極接続パターン１１８も複数のスルーホール１２０ｂを含む。第１グランド電極接続パターン１１８はこれらのスルーホール１２０ｂを介して裏面に形成される第２グランド電極接続パターン１２８と接続される。
【００２３】
図２は、プリント基板１２２の裏面の外観図である。実装領域１０４の裏面には、第２放射電極１２６と第２グランド電極接続パターン１２８という２つのパターンが形成される。第２放射電極１２６は複数のスルーホール１２０ａを介して表面の第１電極パターン１１２と電気的に接続される。また、スルーホール１２０ｃを介して第２電極パターン１１６と接続される。第２グランド電極接続パターン１２８は、スルーホール１２０ｂを介して表面の第１グランド電極接続パターン１１８と接続される。第２放射電極１２６の一端と第２グランド電極接続パターン１２８の間にはギャップが形成される。
【００２４】
図３は、本実施形態におけるアンテナ装置１００の外観図である。プリント基板１２２の実装領域１０４にアンテナ素子１２４を設置することにより、アンテナ装置１００が形成される。アンテナ素子１２４は、略直方体の誘電体を基体とし、給電電極１３０と第１放射電極１３２をその表面にプリントすることにより形成される。図４は、アンテナ素子１２４の展開図である。図３および図４を参照しつつ、アンテナ素子１２４とプリント基板１２２の構造を説明する。
【００２５】
本実施形態におけるアンテナ素子１２４のサイズは、ｘ×ｙ×ｚ＝１．８ｍｍ×６．５ｍｍ×２．０ｍｍである。長方形状の底面１３８（１．８ｍｍ×６．５ｍｍ）を実装領域１０４中の設置領域１０８に接着することにより、アンテナ素子１２４はプリント基板１２２に固定される。アンテナ素子１２４の４つの側面をそれぞれ第１側面１４０（１．８ｍｍ×２．０ｍｍ）、第２側面１４２（６．５ｍｍ×２．０ｍｍ）、第３側面１４４（１．８ｍｍ×２．０ｍｍ）、第４側面１４６（６．５ｍｍ×２．０ｍｍ）とする。
【００２６】
給電電極１３０は、第１側面１４０と底面１３８に幅０．５ｍｍにてプリントされる電極である。第１側面１４０においては高さ方向（ｚ方向）全体にプリントされ、底面１３８においては１．３０ｍｍ分だけプリントされる。他の面にはプリントされない。給電電極１３０の底面部分は給電パターン１０６と接着される。
【００２７】
第１放射電極１３２は、第１側面１４０、第２側面１４２、第３側面１４４および底面１３８にプリントされるが、上面１３６や第４側面１４６にはプリントされない。第１側面１４０においては幅０．６ｍｍにて高さ方向（ｚ方向）全体にプリントされる。第２側面１４２においては、第１放射電極１３２の主要部が第２側面１４２の上面側に幅０．８４ｍｍにて長手方向にプリントされる。第１側面１４０および第３側面１４４との隣接部分においては、幅０．５ｍｍにて高さ方向（ｚ方向）にプリントされる。第３側面１４４においては、第２側面１４２と隣接する辺に沿って幅０．６ｍｍにてプリントされる。また、底面１３８と隣接する辺に沿って幅０．４９ｍｍにてプリントされる。更に、底面１３８においては、１．３０ｍｍ分だけプリントされる。第１放射電極１３２の底面部分は、第１電極パターン１１２および第２電極パターン１１６と接続される。
【００２８】
底面１３８の中央部には、中央電極１３４がプリントされる。中央電極１３４は、中央電極パターン１１４と接続される。また、中央電極１３４は、給電電極１３０や第１放射電極１３２との間に０．５ｍｍ程度の幅のギャップを形成している。
【００２９】
第１側面１４０において、給電電極１３０と第１放射電極１３２は、幅０．７ｍｍのギャップ１５２を形成している。このため、給電電極１３０と第１放射電極１３２は第１側面１４０において容量結合する。給電ギャップ１５２の大きさを変えることにより、アンテナ装置１００のインピーダンスを調整できる。また、先述したように、インピーダンス調整パターン１１０によりインピーダンスを調整できる。インピーダンス調整パターン１１０と給電パターン１０６の一部をランドとして利用し、そこへチップキャパシタを実装（並列接続）してもよい。
【００３０】
給電電極１３０が給電されると、給電電極１３０は電界を発生させ、給電ギャップ１５２を介して第１放射電極１３２に交流電流が発生する。これにより、第１放射電極１３２は電波を発生させる。
【００３１】
第１電極パターン１１２と第２電極パターン１１６は、第１放射電極１３２を介して電気的に接続される。第１放射電極１３２の一端は、第１電極パターン１１２とスルーホール１２０ａを介して第２放射電極１２６の一端と接続される。また、第１放射電極１３２の他端は、第２電極パターン１１６とスルーホール１２０ｃを介して第２放射電極１２６の他端と接続される。すなわち、第１放射電極１３２と第２放射電極１２６は、プリント基板１２２を挟んでループ電極を形成している。ループ電極することにより、アンテナが実効的に太くなるため、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）を低下させやすくなる。また、放射電極（第１放射電極１３２および第２放射電極１２６）は、アンテナ素子１２４上の第１放射電極１３２だけでなくプリント基板１２２の裏面の第２放射電極１２６を含むため、放射面積を大きくできる。放射面積が大きいため、放射電極を流れる電流の方向が多様化し、共振周波数帯域を拡げやすくなる。
【００３２】
また、特許文献１〜３は、いずれも誘電体側面のごく一部において放射電極と給電電極の給電ギャップを形成しているため、製造上のばらつきが発生しやすいと考えられる。本実施形態のアンテナ素子１２４の場合、第１側面１４０の高さ方向全体をつかって給電ギャップ１５２を形成している。第１側面１４０において、第１放射電極１３２と給電電極１３０のプリントが多少ずれても、給電ギャップ１５２の幅が同じであればインピーダンスは事実上ほとんど変化しない。このため、本実施形態におけるアンテナ装置１００によれば製造上のばらつきを抑制しやすくなる。
【００３３】
放射電極とグランドパターン領域１０２のグランド距離１４８が近いと、放射電極とグランドパターン領域１０２との間の電磁結合（以下、「対グランド結合」とよぶ）が顕在化しやすい。対グランド結合が大きくなると、放射抵抗が小さくなるため、放射効率が悪化しやすい。本実施形態におけるアンテナ素子１２４の場合、第１放射電極１３２の主要部をグランドパターン領域１０２からもっとも遠い第２側面１４２の上部に形成しているため、グランド距離１４８を確保しやすくなっている。
【００３４】
図５は、アンテナ装置１００の等価回路図である。インダクタＬ１は、第１放射電極１３２と第２放射電極１２６により形成されるループ状の放射電極により形成される。インダクタＬ２は、スルーホール１２０ａ近辺に発生するインダクタンスを示す。Ｒは放射抵抗、Ｃ２は第１側面１４０に形成される給電ギャップ１５２を示す。キャパシタＣ１は、図１に関連して説明した、第２電極パターン１１６と第１グランド電極接続パターン１１８の間のキャパシタンス（静電容量）を示す。交流電源１５０は、給電パターン１０６に交流電流を供給する給電源である。
【００３５】
図６は、比較例１におけるアンテナ装置１０１の外観図である。本実施形態におけるアンテナ装置１００のアンテナ素子１２４（以下、「側面型」ともよぶ）と異なり、比較例１におけるアンテナ装置１０１のアンテナ素子１２５（以下、「上面型」ともよぶ）では、第２側面１４２の上部（上面１３６側）ではなく上面１３６の外周側（第２側面１４２側）に第１放射電極１３２の主要部をプリントしている。このため、側面型と比べて、グランド距離１４８は若干短くなっている。なお、比較例１および後述する比較例２は、いずれも従来技術を示すものではない。
【００３６】
図７は、側面型と上面型のリターンロスと周波数の関係を示すグラフである。側面型、上面型共に、アンテナ素子１２４、１２５のサイズは１．８ｍｍ×６．５ｍｍ×２．０ｍｍ、誘電体の比誘電率は３７であるとする。また、給電電極１３０や第１放射電極１３２の材質は銅（Ｃｕ）であるとする。図７に示すように、ＧＰＳ（Global Positioning System）周波数帯においては、側面型の方が上面型よりもリターンロスが１〜２（ｄＢ）ほど改善している。
【００３７】
図８は、側面型と上面型の放射効率と周波数の関係を示すグラフである。側面型の方が上面型よりも放射効率が若干改善している。側面型の最大放射効率は２８．４（％）、上面型の最大放射効率は２７．６（％）であった。側面型は上面型に比べて最大放射効率は約０．８（％）向上する。
【００３８】
図９は、比較例２におけるアンテナ装置１０３の外観図である。本実施形態におけるアンテナ装置１００のアンテナ素子１２４（以下、「ループ型」ともよぶ）と異なり、比較例２におけるアンテナ装置１０３のアンテナ素子１２７（以下、「開放型」ともよぶ）では、スルーホール１２０ａをカットしている。このため、第１放射電極１３２と第２放射電極１２６は、スルーホール１２０ｃにおいて接続されるもののループを形成していない。
【００３９】
図１０は、ループ型と開放型のリターンロスと周波数の関係を示すグラフである。ループ型、開放型共に、アンテナ素子１２４、１２５のサイズは１．８ｍｍ×６．０ｍｍ×２．０ｍｍ、誘電体の比誘電率は３７であるとする。また、給電電極１３０や第１放射電極１３２の材質は銅（Ｃｕ）であるとする。図１０に示すように、ＧＰＳ周波数帯においては、ループ型は開放型よりも若干リターンロスが小さいが、その差はわずかである。
【００４０】
図１１は、ループ型と開放型の放射効率と周波数の関係を示すグラフである。ループ型の方が開放型よりも放射効率が大きく改善している。ループ型の最大放射効率は２８．４（％）、開放型の最大放射効率は２０．１（％）であった。すなわち、ループ型は、開放型に比べて最大放射効率が約８．３（％）も改善されている。
【００４１】
以上、実施形態に基づいて、アンテナ装置１００、１０１、１０３を説明した。本実施形態におけるアンテナ装置１００（あるいは比較例１のアンテナ装置１０１）のようにループ状の放射電極を形成することにより、放射効率を向上させることができる。また、側面型のアンテナ装置１００と上面型のアンテナ装置１０１を比較した場合、アンテナ装置１００はアンテナ装置１０１に比べてリターンロスの面で優れていることが確認された。
【００４２】
特許文献１、２の場合、給電電極は基体（誘電体）の底面から側面を介して上面に折り返している。給電電極の上面部と底面部が向かい合うためお互いに電界を相殺しやすい構成となっている。特許文献２についても同様である。これに対して、本実施形態におけるアンテナ装置１００等では、給電電極１３０は底面１３８と第１側面１４０のみにプリントされているため、このような電界の相殺が発生しにくくなる。
【００４３】
第１放射電極１３２の主要部と対向する第４側面１４６には、第１放射電極１３２はプリントされていない。このため、第１放射電極１３２の主要部から発生する電波が、第１放射電極１３２の他の部分から発生する電波によって相殺されにくくなる。
【００４４】
第１放射電極１３２の幅やキャパシタＣ１により共振周波数を調整できる。キャパシタＣ１としてはチップキャパシタを利用してもよい。インピーダンス整合は、第１側面１４０における給電電極１３０と第１放射電極１３２の給電ギャップの幅やインピーダンス調整パターン１１０により調整できる。
【００４５】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【符号の説明】
【００４６】
１００、１０１、１０３  アンテナ装置、１０２  グランドパターン領域、１０４  実装領域、１０６  給電パターン、１０８  設置領域、１１０  インピーダンス調整パターン、１１２  第１電極パターン、１１４  中央電極パターン、１１６  第２電極パターン、１１８  第１グランド電極接続パターン、１２０  スルーホール、１２２  プリント基板、１２４、１２５、１２７  アンテナ素子、１２６  第２放射電極、１２８  第２グランド電極接続パターン、１３０  給電電極、１３２  第１放射電極、１３４  中央電極、１５０  交流電源、１５２  給電ギャップ、Ｌ１、Ｌ２  インダクタ、Ｃ１、Ｃ２  キャパシタ、Ｒ  放射抵抗。
【図１】
2011109568.tif 000003
【図２】
2011109568.tif 000004
【図３】
2011109568.tif 000005
【図４】
2011109568.tif 000006
【図５】
2011109568.tif 000007
【図６】
2011109568.tif 000008
【図７】
2011109568.tif 000009
【図８】
2011109568.tif 000010
【図９】
2011109568.tif 000011
【図１０】
2011109568.tif 000012
【図１１】
2011109568.tif 000013