(57)【要約】【課題】高次モードの共振周波数を制御し易くし、かつ、回路基板のグランド電極に起因した放射効率の悪化を抑制する。【解決手段】誘電体基体３に放射電極２をループ状に形成する。これにより、放射電極２の基端側の給電部２ａと、先端側の開放端部２ｂとが間隔を介し配置されて容量結合する構成と成す。誘電体基体３は回路基板６と離間配置し、当該誘電体基体３に形成されている放射電極２の給電部２ａと、回路基板６に形成されている高周波回路７とは、信号導通用部材１０を介して接続する。誘電体基体３と回路基板６の離間配置により、回路基板のグランド電極に起因した放射効率の悪化を抑制できる。放射電極２の給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量を調整することにより、基本モードの共振周波数を殆ど変化させることなく、高次モードの共振周波数を可変制御することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ動作を行う放射電極が誘電体基体に設けられており、この放射電極はループ状に形成されて、当該放射電極の基端側の給電部と、先端側の開放端部とが間隔を介し配置されて容量結合する構成と成し、また、前記誘電体基体は回路基板と離間配置される構成と成しており、離間配置されている誘電体基体側の放射電極の給電部と、回路基板に形成されている高周波回路とは信号導通用部材を介して接続されていることを特徴とするアンテナ構造。
【請求項２】
ループ状の放射電極は誘電体基体の表面に形成されており、誘電体基体の裏面には、放射電極の給電部に接続すると共に放射電極の開放端部との間に容量を持つ裏面側電極が形成されており、当該裏面側電極は放射電極の給電部の一部と成して放射電極の給電部と開放端部との間の容量増加を図る容量増加用電極として機能することを特徴とする請求項１記載のアンテナ構造。
【請求項３】
ループ状の放射電極は誘電体基体の表面に形成されており、誘電体基体の裏面には、放射電極の開放端部に接続すると共に放射電極の給電部との間に容量を持つ裏面側電極が形成されており、当該裏面側電極は放射電極の開放端部の一部と成して放射電極の給電部と開放端部との間の容量増加を図る容量増加用電極として機能することを特徴とする請求項１記載のアンテナ構造。
【請求項４】
信号導通用部材はばね性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載のアンテナ構造。
【請求項５】
誘電体基体は、回路基板に搭載された電子部品の上面に載置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のアンテナ構造。
【請求項６】
誘電体基体は、回路基板の表面側を間隔を介して覆うカバー部材の内壁面上に設けられて、回路基板と離間配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のアンテナ構造。
【請求項７】
誘電体基体は、比誘電率が３以上の誘電体材料により構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１つに記載のアンテナ構造。
【請求項８】
誘電体基体は、誘電損失ｔａｎδが０．０１以下の誘電体材料により構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載のアンテナ構造。
【請求項９】
誘電体基体は、セラミックスと樹脂のうちの一方により構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１つに記載のアンテナ構造。
【請求項１０】
誘電体基体は、樹脂とセラミックスの混合材料と、樹脂と無機フィラーとの混合材料とのうちの何れか一方により構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１つに記載のアンテナ構造。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０の何れか１つに記載のアンテナ構造が設けられていることを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信を行うアンテナ構造およびそれを備えた通信装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図７には特許文献１に記載のアンテナの一つが模式的な斜視図により示されている。このアンテナ３０は例えば通信装置の回路基板に表面実装されて使用されるものであり、誘電体基体３１と、当該誘電体基体３１に形成されている放射電極（アンテナエレメント）３２とを有して構成されている。放射電極３２は電波の送受信（アンテナ動作）を行うものであり、このアンテナ３０の構成では、当該放射電極３２は、誘電体基体３１の一側面３１ａから当該側面３１ａに対向する側面３１ｂに向けて、少なくとも１回以上折り返しながら伸設されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２４７８０６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２９３０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、放射電極３２は複数の共振周波数を有し、このアンテナ３０の構成では、放射電極３２は、それら複数の共振周波数のうちで最も低い共振周波数（基本周波数）の共振を利用したアンテナ動作（ここでは、基本モードと記す）と、それよりも高い共振周波数（高次周波数）の共振を利用したアンテナ動作（ここでは、高次モードと記す）とが可能なものとなっている。
【０００５】
しかしながら、このアンテナ３０では、放射電極３２は電気長だけで基本モードおよび高次モードの共振周波数を調整する構成である。このため、例えば、放射電極３２の基本モードの共振周波数が定まると、必然的に、高次モードの共振周波数も定まってしまうので、高次モードの共振周波数の制御が難しいという問題がある。
【０００６】
また、このアンテナ３０が例えば通信装置の回路基板に表面実装されて使用される際に、回路基板に形成されているグランド電極には、放射電極３２に励振された電流と逆相の電流が誘起する。そのグランド電極の逆相の電流は、放射電極３２の励振電流の一部を打ち消すように作用するので、放射電極３２の放射効率が低下するという問題が発生する。
【０００７】
上記グランド電極に誘起される逆相の電流の大きさは、放射電極３２とグランド電極間の間隔が短くなるに従って大きくなることから、グランド電極の誘起電流に起因した問題を抑制するために、例えば、回路基板におけるアンテナ３０の実装部分にはグランド電極を形成せず、これにより、放射電極３２とグランド電極間の間隔を離して、上記グランド電極の誘起電流を小さく抑えることがある。また、アンテナ３０を回路基板のグランド電極上に実装する場合には、誘電体基体３１を高くすることによって、放射電極３２とグランド電極間の間隔を離して、グランド電極に誘起される逆相の電流を抑制する場合がある。この場合には、アンテナ３０は嵩高な部品となってしまう。例えば携帯型電話機のような携帯型の通信装置は小型化・薄型化の傾向にあり、アンテナ３０にも小型化・薄型化が要求されるが、その小型化・薄型化の要求に合わなくなってしまう。
【０００８】
この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、高次モードの共振周波数の制御を容易にし、また、回路基板のグランド電極に起因した放射効率悪化を防止するアンテナ構造およびそれを備えた通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明のアンテナ構造は、アンテナ動作を行う放射電極が誘電体基体に設けられており、この放射電極はループ状に形成されて、当該放射電極の基端側の給電部と、先端側の開放端部とが間隔を介し配置されて容量結合する構成と成し、また、前記誘電体基体は回路基板と離間配置される構成と成しており、離間配置されている誘電体基体側の放射電極の給電部と、回路基板に形成されている高周波回路とは信号導通用部材を介して接続されていることを特徴としている。また、この発明の通信装置は、この発明における特有な構成を備えたアンテナ構造が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１には第１実施形態例のアンテナ構造が模式的に示されている。この第１実施形態例のアンテナ構造１では、放射電極２は誘電体基体３に形成されている。この第１実施形態例では、その放射電極２は誘電体基体３の表面に形成され当該放射電極２には略Ｌ字形状のスリットＳが形成されている。そのスリットＳによって、放射電極２は、基端側２ａと先端側２ｂが間隔を介して配置されて容量結合するループ状の放射電極と成している。その放射電極２の基端側２ａは給電部として機能するものであり、当該給電部２ａは誘電体基体３の側面に形成された側面電極４を介し誘電体基体３の裏面に形成された接続用電極５に接続されている。また、放射電極２の先端側２ｂは開放端部となっている。
【００１２】
このようなループ状の放射電極２が形成された誘電体基体３は、通信装置の回路基板６と離間配置されている。回路基板６には通信用の高周波回路（ＲＦ回路）７が形成され、また、回路基板６の表面には高周波回路７と接続する導体ランドパターン８が形成されている。離間配置されている誘電体基体３側の接続用電極５と、回路基板６側の導体ランドパターン８とは信号導通用部材である金属端子１０によって接続されている。
【００１３】
これにより、放射電極２と高周波回路７は、側面電極４と接続用電極５と金属端子１０と、回路基板６上の導体ランドパターン８とを介して導通接続される。なお、導体ランドパターン８と高周波回路７間の信号導通経路上には、必要に応じて放射電極２と、高周波回路７側との整合を取るための整合回路１１が設けられる。
【００１４】
そのように、放射電極２と高周波回路７が接続されている状態で、この第１実施形態例では、放射電極２は、予め定められた基本モードと高次モードの２つのモードのアンテナ動作が可能な構成となっている。すなわち、この第１実施形態例では、放射電極２は、基本モードの共振周波数が予め定められた設定の周波数となるための電気長を持つことができるようにスリットＳの形成位置やスリット長さ等が調整されて形成されている。
【００１５】
また、放射電極２の高次モードの共振周波数は、放射電極２が持つ電気長によって基本モードの共振周波数のほぼ整数倍の周波数となるが、この第１実施形態例では、放射電極２はループ状と成して給電部２ａと開放端部２ｂ間が容量結合する構成となっており、その給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量を可変することによって、基本モードの共振周波数を殆ど変化させることなく、高次モードの共振周波数を前記電気長に基づいた周波数に規制されずに可変調整することができる。このことから、この第１実施形態例では、放射電極２の高次モードの共振周波数がほぼ設定の周波数を持ち、かつ、アンテナ利得が良好となるように、放射電極２の給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量が調整されて設定されている。
【００１６】
この第１実施形態例では、誘電体基体３は、誘電損失ｔａｎδが０．０１以下で、かつ、比誘電率が３以上である誘電体材料により構成されている。このように誘電体基体３の誘電損失ｔａｎδを０．０１以下とすることにより、放射電極２の放射効率の向上を図っている。また、比誘電率を３以上とすることにより、放射電極２の電気長が長くなって誘電体基体３のより一層の小型化を図ることができる。
【００１７】
誘電体基体３の構成材料は上記条件を満たせば特に限定されないが、その例を挙げると、例えば、セラミックスや、樹脂や、樹脂とセラミックスの混合材料や、樹脂と無機フィラーの混合材料等がある。セラミックスや、セラミックスが混合されている材料は、高い比誘電率を持つ誘電体基体３が得易い。また、樹脂や、樹脂が混合されている材料は、例えば、インサート成形やアウトサート成形等を利用して誘電体基体３を作製することが容易となる。
【００１８】
ところで、誘電体基体３は、回路基板６と離間配置することができれば、その配設位置は特に限定されるものではないが、その一例を挙げると、例えば、図２（ａ）に示されるように、回路基板６の表面側を間隔を介して覆うカバー部材（例えば通信装置の筐体）１３の内壁面上に設けることが考えられる。この場合、例えば、カバー部材１３における誘電体基体３の配設領域の一部が曲面を有するようなときに、誘電体基体３をインサート成形やアウトサート成形等により作製することにより、誘電体基体３をカバー部材１３の内壁面の形状に合う形状に形成することが容易となる。
【００１９】
また、誘電体基体３は、図２（ｂ）に示されるように、回路基板６に搭載されている電子部品１４（例えば、回路基板６に搭載されている部品のうちの背高な方で且つ広い上面を持つ電子部品）の上面に載置してもよい。
【００２０】
この第１実施形態例では、金属端子１０は次に示すような理由によりばね性を有している。例えば、誘電体基体３やカバー部材１３や電子部品１４は加工精度に起因して僅かではあるが、寸法にばらつきが生じる。このため、その寸法ばらつきに起因して誘電体基体３と回路基板６間の間隔が多少ばらついても、金属端子１０にばね性を持たせ、例えば誘電体基体３と回路基板６が設定の間隔であるときに金属端子１０が付勢された状態となるように設計しておけば、確実に誘電体基体３側の放射電極２と、回路基板６側の高周波回路７とを金属端子１０を介して接続させることができる。
【００２１】
また、誘電体基体３に形成されている放射電極２と、回路基板６に形成されたグランド電極（図示せず）とは高周波的に容量を介して結合されている状態となるが、この第１実施形態例では、誘電体基体３と回路基板６を離間配置したので、放射電極２とグランド電極間の間隔が広がり、これにより、放射電極２とグランド電極間の容量結合が弱くなる。このため、放射電極２の励振電流に起因してグランド電極に誘起される電流量を削減することができる。
【００２２】
そのグランド電極に誘起される電流は、放射電極２の励振電流とは逆相であるため、この逆相の誘起電流の悪影響に因って放射電極２の励振電流の一部が打ち消されたような状態となって放射電極２の放射効率が低下してしまうが、この第１実施形態例では、その逆相の誘起電流を減少させることができるので、そのような逆相の誘起電流に起因した放射電極２の放射効率低下を抑制することができる。
【００２３】
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００２４】
この第２実施形態例では、誘電体基体３の裏面には、図３（ａ）に示されるような裏面側電極１６が形成されている。なお、図３（ｂ）には図３（ａ）に示す方向αから放射電極２の給電部２ａと開放端部２ｂの形成領域部分を見た場合の側面図である。
【００２５】
裏面側電極１６は、側面電極４を介して放射電極２の給電部２ａに接続すると共に、放射電極２の開放端部２ｂとの間に容量を持つものである。この裏面側電極１６は放射電極２の給電部２ａと接続していることから、放射電極２の給電部２ａの一部と見なすことができる。これにより、この第２実施形態例では、放射電極２の給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量Ｃとは、給電部２ａと開放端部２ｂの並設部分の容量Ｃａ（図３（ｂ）参照）に、裏面側電極１６と開放端部２ｂ間の容量Ｃｂが加算された容量（Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ）となる。すなわち、この第２実施形態例では、裏面側電極１６は、放射電極２の給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量の容量増加用電極として機能するものである。この裏面側電極１６以外のアンテナ構造１の構成は、第１実施形態例の構成と同様である。
【００２６】
この第２実施形態例の特有な構成では、第１実施形態例に示した構成よりも放射電極２の給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量を増加させることができる。このため、例えば、第１実施形態例の構成では給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量不足のために高次モードの共振周波数の調整が満足にできないような場合に、この第２実施形態例の特有な構成を採用することにより、その給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量不足の問題を解消することが可能となる。
【００２７】
以下に、第３実施形態例を説明する。なお、この第３実施形態例の説明において、第１や第２の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００２８】
この第３実施形態例においても、第２実施形態例と同様に、放射電極２の給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量不足の問題を解消することが可能なものである。つまり、この第３実施形態例では、誘電体基体３の裏面には図４（ａ）、（ｂ）に示されるような裏面側電極１７が形成されている。なお、図４（ｂ）は、放射電極２の給電部２ａや開放端部２ｂの形成領域を図４（ａ）に示す方向αから見た場合の側面図である。
【００２９】
裏面側電極１７は、側面電極４を介して放射電極２の開放端部２ｂに接続すると共に、放射電極２の給電部２ａとの間に容量を持つものである。この裏面側電極１７は放射電極２の開放端部２ｂと接続していることから、放射電極２の開放端部２ｂの一部と見なすことができる。これにより、この第３実施形態例では、放射電極２の給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量Ｃとは、給電部２ａと開放端部２ｂの並設部分の容量Ｃａ（図４（ｂ）参照）に、裏面側電極１７と給電部２ａ間の容量Ｃｃが加算された容量（Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｃ）となる。すなわち、この第３実施形態例では、裏面側電極１７は、給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量の容量増加用電極として機能するものである。この裏面側電極１７以外のアンテナ構造１の構成は、第１実施形態例の構成と同様である。
【００３０】
以下に、第４実施形態例を説明する。この第４実施形態例は通信装置に関するものである。この第４実施形態例の通信装置は、携帯型電話機やＧＰＳ機能付き通信機等の携帯型通信装置であり、この通信装置において特徴的なことは、第１〜第３の各実施形態例に示したアンテナ構造１のうちの何れか１つが設けられていることである。アンテナ構造１以外の通信装置の構成には様々な構成があり、ここでは、そのアンテナ構造１以外の通信装置の構成は何れの構成を採用してもよく、その説明は省略する。
【００３１】
なお、この発明は第１〜第４の各実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１〜第４の各実施形態例では、誘電体基体３は、誘電損失ｔａｎδが０．０１以下で、かつ、比誘電率が３以上の誘電体材料により構成されていたが、例えば、誘電損失ｔａｎδが０．０１よりも大きい誘電体材料により誘電体基体３を形成してもよい。また、例えば誘電体基体３に対する小型化の規制が緩くて誘電体基体３の比誘電率を高めなくとも済む場合には、比誘電率が３未満である誘電体材料によって誘電体基体３を形成してもよい。
【００３２】
また、第１〜第４の各実施形態例では、放射電極２にスリットＳが形成されてループ状の放射電極２が形成されていたが、例えば、図５（ａ）に示されるように、帯状の電極によりループ状の放射電極２を形成してもよい。また、図５（ｂ）に示されるように、ループ状の放射電極２の一部分をミアンダ状に形成してもよい。このように、放射電極２は給電部２ａと開放端部２ｂとが間隔を介し配置されて容量を持つ形状であれば、その放射電極２のループ形状は特に限定されるものではない。
【００３３】
さらに、第１〜第４の各実施形態例では、誘電体基体３は、回路基板６と対向するように配置されていたが、例えば、誘電体基体３は、回路基板６と離間配置されていれば、その配置位置は限定されるものではなく、例えば、回路基板６に対して傾けて誘電体基体３を配置してもよいし、図６に示されるように、回路基板６の端面に間隔を介して対向するように誘電体基体３を配置してもよい。
【００３４】
さらに、第１〜第４の各実施形態例では、誘電体基体３側の放射電極２と、回路基板６側の高周波回路７とは金属端子１０を介して接続されていたが、例えば、金属端子１０に代えて、信号導通用部材として導線を用いて放射電極２と高周波回路７を接続する構成としてもよい。このように、放射電極２と高周波回路７を接続する信号導通用部材は金属端子に限定されない。
【００３５】
さらに、第２や第３の各実施形態例では、裏面側電極１６，１７は、側面電極４を介して放射電極２の給電部２ａ又は開放端部２ｂに接続されていたが、その裏面側電極１６，１７と、放射電極２の給電部２ａ又は開放端部２ｂとを接続する手段は、側面電極４に限定されず、例えば、スルーホール（ビアホール）を利用して接続してもよい。
【００３６】
また、図３や図４の例では、裏面側電極１６，１７は、容量結合する放射電極２の開放端部２ｂ又は給電部２ａと対向配置する部分を有していたが、裏面側電極１６，１７の形成領域の位置や面積は、高次モードの共振周波数が設定通りとなるための給電部２ａと開放端部２ｂ間の容量に応じて定まるものであり、図示の例に限定されるものではない。
【００３７】
さらに、第４実施形態例では、携帯型通信装置を例にして説明したが、この発明の通信装置は、設置固定タイプの通信装置にも適用することができるものである。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、誘電体基体と回路基板を離間配置したので、誘電体基体に形成されている放射電極と、回路基板に形成されているグランド電極との間の間隔が広がり、これにより、放射電極に起因してグランド電極に誘起される電流量を抑制することができる。そのグランド電極に誘起される電流は放射電極の励振電流と逆相であることから、その逆相の誘起電流が多いと、放射電極の放射効率が悪化してしまうが、この発明では、グランド電極に誘起される逆相の電流量を抑制できるので、グランド電極の誘起電流に起因した放射効率の悪化を防止することができる。
【００３９】
また、放射電極はループ状に形成されて、放射電極の基端側の給電部と、先端側の開放端部とは間隔を介し配置されて容量結合する構成としたので、その放射電極の給電部と開放端部間の容量を可変調整することにより、放射電極の基本モードの共振周波数を殆ど変化させずに、高次モードの共振周波数を可変制御することができる。これにより、基本モードだけでなく、高次モードにおけるアンテナ利得を容易に向上させることが可能となるし、また、例えば、放射電極の設計が容易となり、設計変更等にも迅速に対応することができる。
【００４０】
誘電体基体の裏面に容量増加用電極として機能する裏面側電極が形成されているものにあっては、高次モードの共振周波数の可変制御範囲を広げることができる。このため、高次モードにおけるアンテナ利得のより一層の向上が容易となる。
【００４１】
信号導通用部材がばね性を有するものにあっては、例えば、アンテナ構造を組み立てる際に、加工精度等の問題によって誘電体基体と回路基板間の間隔がばらついても、信号導通用部材のばね性により、誘電体基体と回路基板間を確実に接続させることができる。
【００４２】
誘電体基体が電子部品の上面に載置されているものや、カバー部材の内壁面上に設けられているものにあっては、今まで使用されていなかったデッドスペースに誘電体基体を設けるので、デッドスペースの削減を図ることができ、これにより、この発明のアンテナ構造を備えた通信装置は小型化を図ることができる。
【００４３】
比誘電率が３以上の誘電体材料により誘電体基体が構成されているものにあっては、誘電体基体の小型化を図ることができる。このため、この発明のアンテナ構造を備えた通信装置の小型化を図ることができる。
【００４４】
誘電損失ｔａｎδが０．０１以下の誘電体材料により誘電体基体が形成されているものにあっては、放射電極の励振電流の損失を抑制することができるので、放射効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例のアンテナ構造を説明するための図である。
【図２】誘電体基体の配設例を説明するための図である。
【図３】第２実施形態例のアンテナ構造を説明するための図である。
【図４】第３実施形態例のアンテナ構造を説明するための図である。
【図５】ループ形状の放射電極のその他の形態例を示すモデル図である。
【図６】誘電体基体のその他の配置例を説明するための図である。
【図７】特許文献１に記載のアンテナの一つを示すモデル図である。
【符号の説明】
１  アンテナ構造
２  放射電極
３  誘電体基体
６  回路基板
７  高周波回路
１０  金属端子
１３  カバー部材
１４  電子部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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