(57)【要約】【課題】本発明は、無線通信などに使用される逆Ｆアンテナにおいて、筐体が大型化することのない逆Ｆアンテナを提供することを目的とする。【解決手段】プリント基板１１の表面と裏面にそれぞれ形成されたアンテナパターン１４とアンテナパターン１５とをスルーホール１６で電気的に接続する。また、アンテナパターン１４を接地パターン１８で接地し、給電ライン１７から給電する。この逆Ｆアンテナは、スルーホール１６を用いて放射素子を折り返したような構造となっており、アンテナの小型化を図ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の表面にパターンとして形成された第１のアンテナ素子と、前記基板の裏面にパターンとして形成される第２のアンテナ素子と、前記基板に設けられ前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とを電気的に接続する接続手段と、前記第１のアンテナに給電する給電端子と、前記第１のアンテナを接地する接地端子とを備えたことを特徴とする逆Ｆアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１のアンテナ素子または前記第２のアンテナ素子を屈曲させてアンテナ長をより長くすることにより、低い周波数に対応できることを特徴とする請求項１記載の逆Ｆアンテナ装置。
【請求項３】
接続手段として基板に設けられたスルーホールを用いたことを特徴とする請求項１記載の逆Ｆアンテナ装置。
【請求項４】
スルーホールを複数個設けたことを特徴とする請求項３に記載の逆Ｆアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１〜４何れか１記載の同種のアンテナかもしくは異種のアンテナを複数個使用して、ダイバーシティを行うことを特徴とする逆Ｆアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信等に用いられる逆Ｆアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や無線ＬＡＮ機器に内蔵されるアンテナとして、逆Ｆアンテナが広く用いられている。図６は従来の逆Ｆアンテナの構成図である。図６において、１はプリント基板、２はプリント基板１上に形成されたグランドプレーン、３はアンテナである。４はアンテナ３に給電を行う給電端子で、プリント基板１を貫いており、プリント基板１の裏面から給電を行うものとする。５はアンテナ３とグランドプレーン２とを電気的に接続する接地端子である。このような逆Ｆアンテナは無指向性で高周波回路とのインピーダンス整合もとりやすく、利得もまずまずであるため、移動体無線用のアンテナとして有効である。しかしながら、図６のようなアンテナは立体的スペースを必要とし、無線機の小型化への足かせとなってしまっていた。
【０００３】
そこで、近年では、特許文献１に示されるように、逆Ｆアンテナをプリント基板上にパターンで実現するものが増えてきた。このようなパターンアンテナを用いると、アンテナ部分を薄型化できるだけでなく、アンテナ寸法の精度向上、実装不要なため実装ずれや半田不良などによる性能劣化の心配がない、工数削減、アンテナコストは実質ゼロ、などのメリットがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−０２２０１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、逆Ｆアンテナは１／４波長程度のアンテナ長を必要とするため、前記従来の構成では、それ相応の基板面積が必要となり、無線機を小型化しにくいという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記した課題に鑑み、アンテナを小型化できる逆Ｆアンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、基板と、基板の表面にパターンとして形成された第１のアンテナ素子と、基板の裏面にパターンとして形成される第２のアンテナ素子と、基板に設けられ第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とを電気的に接続する接続手段と、第１のアンテナに給電する給電端子と、第１のアンテナを接地する接地端子とを備えたものである。
【０００８】
この発明によれば、アンテナを小型化できる逆Ｆアンテナ装置を提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板の表面にパターンとして形成された第１のアンテナ素子と、前記プリント基板の裏面にパターンとして形成される第２のアンテナ素子と、前記基板に設けられ前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とを接続する接続手段と、前記第１のアンテナに給電する給電端子と、前記第１のアンテナを接地する接地端子とを備えたことを特徴とする逆Ｆアンテナ装置であり、前記接続手段を用いてアンテナを折り返す構造とすることにより、通信周波数に対するアンテナ長を確保し、アンテナを小型化できるという作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、前記第１のアンテナ素子または前記第２のアンテナ素子を屈曲させてアンテナ長をより長くする請求項１記載の逆Ｆアンテナ装置であり、低い周波数に対応できるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項３記載の発明は、接続手段として基板に設けられたスルーホールを用いたことを特徴とする請求項１記載の逆Ｆアンテナ装置とすることで、別部品などを用いずに、しかも基板内で電気的に接続可能となるので、部品点数の削減ができ、しかも小型化を実現できる。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、スルーホールを複数個設ける請求項１および請求項２に記載の逆Ｆアンテナ装置であり、インダクタンス成分を減少させ、また、仮にスルーホールのいずれかが破壊されることがあっても、他のスルーホールで補うことができるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜４何れか１記載の同種のアンテナかもしくは異種のアンテナを複数個使用して、ダイバーシティを行う逆Ｆアンテナ装置であり、フェージングの影響を効果的に取り除くことができるという作用を有する。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図１から図５までを用いて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における逆Ｆアンテナ装置の構成図である。図１において、１１は、ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの基材からなるプリント基板である。１２は、プリント基板１１の表面に形成されたグランドプレーンである。１３は、プリント基板１１の裏面に形成されたグランドプレーンであり、図示していないが、グランドプレーン１２とグランドプレーン１３はスルーホールなどで電気的に接続されているものとする。１４は、プリント基板１１の表面に形成された第一のアンテナパターンである。１５は、プリント基板１１の裏面に形成された第二のアンテナパターンである。１６は、第一のアンテナパターン１４と第二のアンテナパターン１５とを電気的に接続するスルーホールである。１７は、アンテナに給電する給電ラインであり、グランドプレーン１３とともにマイクロストリップラインを構成している。１８は、第一のアンテナパターン１４とグランドプレーン１２とを電気的に接続する接地パターンである。１９は、アンテナへ給電を行ったり、またはアンテナからの信号を受け取って処理を行う送受信回路であり、送受信回路１９はグランドプレーン１２と電気的に接合されている。送受信回路１９は、図示していないがフレキシブルプリント基板やその他の電気接続手段にて、他の回路と電気的に接続されている。或いは、図示していないが、他のＩＣ等に直接配線などを用いて接続される。
【００１６】
図１に示したアンテナは、いわゆる逆Ｆアンテナである。通常、逆Ｆアンテナは、そのアンテナ長がおよそ１／４波長となるように設計されるため、パターンアンテナでこれを実現しようとするならば、それ相当の基板面積が必要になる。そこで、図１に示すように、一つのアンテナをプリント基板１１の表と裏に分けて第一のアンテナパターン１４と第二のアンテナパターン１５とを形成し、さらに両者をスルーホール１６を用いて接続して、アンテナを折り返すような構造とする。ここで、第一のアンテナパターン１４の長さと第二のアンテナパターン１５の長さを双方ともおよそ１／８波長とすれば、プリント基板１１に占めるアンテナ部分の面積を、実質およそ半分にできる。
【００１７】
図１で、第一のアンテナパターン１４の長さを１６ｍｍ、幅を１ｍｍ、スルーホール１６の長さ（プリント基板１１の厚さ）を１ｍｍ、直径を０．６ｍｍ、第二のアンテナパターン１５の長さを１５．４ｍｍ、幅を１ｍｍとした場合のＶＳＷＲの特性を図２に示す。図２から、ＶＳＷＲ＜２となる帯域は、２．３７ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ強と、およそ１３０ＭＨｚ以上あり、２．４ＧＨｚ帯を使用する無線ＬＡＮ（使用周波数：２．４００ＧＨｚ〜２．４８５ＧＨｚ）用のアンテナを想定すると、十分な特性であることがわかる。このような特性の逆Ｆアンテナを従来のように一つの層で形成しようとすると、３０ｍｍ以上の長さが必要となってしまう。このことから、本発明のような構成をとれば、アンテナを小型化できるということがわかる。
【００１８】
また、上記送受信回路１９以外のグランドプレーン１２等は通常フォトリソグラフィ技術や印刷技術等で形成される。例えば、プリント基板１１の全周に銅，銅合金，銀，銀合金，金，金合金，ニッケル，ニッケル合金などの導電材料で鍍金法，蒸着法，スパッタリングの少なくとも一つの手法によって導電膜を単層膜或いは積層膜で形成し、その導電膜上に感光性レジストを形成し、不要な箇所の感光性レジストを除去し、ドライエッチングやウエットエッチングによって、不要な導電膜を除去し、最後に全ての感光性レジストを除去する。
【００１９】
この様にプリント基板１１上に所定の形状であって導電膜で形成されたグランドプレーン１２等を形成する。
【００２０】
また、本実施の形態では、スルーホール１６の内壁にのみ導電膜を形成し、第１のアンテナパターン１４と第２のアンテナパターン１５を電気的に接続したが、スルーホール１６を埋めるように導電材を埋設しても良い。更に、本実施の形態では。スルーホール１６で第１のアンテナパターン１４と第２のアンテナパターン１５とを電気的に接続したが、プリント基板１１の側面に導電膜で形成された接続膜を設け、この接続膜で第１のアンテナパターン１４と第２のアンテナパターン１５を電気的に接続しても良く、更にはプリント基板１１の端部に切り欠きや凹部などを設け、この凹部などに接続膜を設ける構成でも良い。
【００２１】
なお、上記各パターンなどの形成等は以下の実施の形態でも適応できる。
【００２２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における逆Ｆアンテナ装置の構成図である。図３において、３１は、ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの基材からなるプリント基板である。３２は、プリント基板３１の表面に形成されたグランドプレーンである。３３は、プリント基板３１の裏面に形成されたグランドプレーンであり、図示していないが、グランドプレーン３２とグランドプレーン３３はスルーホールなどで電気的に接続されているものとする。３４は、プリント基板３１の表面に形成された第一のアンテナパターンである。３５は、プリント基板３１の裏面に形成された第二のアンテナパターンである。３６は、第一のアンテナパターン３４と第二のアンテナパターン３５とを電気的に接続するスルーホールである。３７は、アンテナに給電する給電ラインであり、グランドプレーン３３とマイクロストリップラインを構成している。３８は、第一のアンテナパターン３４とグランドプレーン３２とを電気的に接続する接地パターンである。３９は、アンテナへ給電を行ったり、またはアンテナからの信号を受け取って処理を行う送受信回路である。
【００２３】
図３は、実施の形態１で示したアンテナを屈曲させたものである。このようにアンテナを曲げれば、限られたスペースにおいても、アンテナを長く伸ばすことができ、低い周波数にも対応できるようになる。アンテナの曲げる方向や曲げる角度は図３に示すものに限定するものではない。また、アンテナを複数回曲げることにより、さらにアンテナを長くでき、更に低い周波数に対応できるものとなる。
【００２４】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における逆Ｆアンテナ装置の構成図である。図４において、４１は、ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの基材からなるプリント基板である。４２は、プリント基板４１の表面に形成されたグランドプレーンである。４３は、プリント基板４１の裏面に形成されたグランドプレーンであり、図示していないが、グランドプレーン４２とグランドプレーン４３はスルーホールなどで電気的に接続されているものとする。４４は、プリント基板４１の表面に形成された第一のアンテナパターンである。４５は、プリント基板４１の裏面に形成された第二のアンテナパターンである。４６ａ、４６ｂは、第一のアンテナパターン４４と第二のアンテナパターン４５とを電気的に接続するスルーホールである。４７は、アンテナに給電する給電ラインであり、グランドプレーン４３とマイクロストリップラインを構成している。４８は、第一のアンテナパターン４４とグランドプレーン４２とを電気的に接続する接地パターンである。４９は、アンテナへ給電を行ったり、またはアンテナからの信号を受け取って処理を行う送受信回路である。
【００２５】
図４は実施の形態１において、スルーホールを一個から二個に増やしたものである。このようにスルーホールを増やすことにより、スルーホール部のインダクタンス成分を減らし、また、万一ひとつのスルーホールが破壊されるようなことがあっても、他のスルーホールでカバーできるようになる。図４において、スルーホールは二個に限定するものではなく、三個以上とすれば、前記した効果がさらに増すことになる。また、実施の形態２のようにアンテナを曲げた場合においても、スルーホールを増やすことにより、同様の効果を得ることができる。
【００２６】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における逆Ｆアンテナ装置の構成図である。図５において、５１は、ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの基材からなるプリント基板である。５２は、プリント基板５１の表面に形成されたグランドプレーンである。５３は、プリント基板５１の裏面に形成されたグランドプレーンであり、図示していないが、グランドプレーン５２とグランドプレーン５３はスルーホールなどで電気的に接続されているものとする。５４ａは、プリント基板５１の表面に形成されたアンテナＡの第一のアンテナパターンである。５５ａは、プリント基板５１の裏面に形成されたアンテナＡの第二のアンテナパターンである。５６ａは、アンテナＡの第一のアンテナパターン５４ａとアンテナＡの第二のアンテナパターン５５ａとを電気的に接続するスルーホールである。５７ａは、アンテナＡに給電する給電ラインであり、グランドプレーン５３とマイクロストリップラインを構成している。５８ａは、アンテナＡの第一のアンテナパターン５４ａとグランドプレーン５２とを電気的に接続する接地パターンである。５４ｂは、プリント基板５１の表面に形成されたアンテナＢの第一のアンテナパターンである。５５ｂは、プリント基板５１の裏面に形成されたアンテナＢの第二のアンテナパターンである。５６ｂは、アンテナＢの第一のアンテナパターン５４ｂとアンテナＢの第二のアンテナパターン５５ｂとを電気的に接続するスルーホールである。５７ｂは、アンテナＢに給電する給電ラインであり、グランドプレーン５３とマイクロストリップラインを構成している。５８ｂは、アンテナＢの第一のアンテナパターン５４ｂとグランドプレーン５２とを電気的に接続する接地パターンである。５０は、アンテナＡかアンテナＢを選択するアンテナスイッチである。５９は、アンテナスイッチ５０経由でアンテナへ給電を行ったり、またはアンテナからの信号をアンテナスイッチ５０経由で受け取って処理を行う送受信回路である。
【００２７】
図５は、本発明の実施の形態１のアンテナを二つ用いてダイバーシティアンテナを構成したものであり、通信品質が良い方のアンテナを選択するようにアンテナスイッチ５０を制御して通信を行うことにより、フェージングなどによる通信品質の劣化を軽減する。本発明のアンテナは小型化されているため、限られたスペースにおいても、アンテナを二つ設けることが可能になる。また、十分なダイバーシティ効果を得るためにはアンテナ間の相関が低くなるようにアンテナ間隔を離して配置する必要があるが、前記したように本発明のアンテナは容易に小型化が実現できるため、限られたスペースにおいてもアンテナ同士を離して配置することができる。
【００２８】
本実施の形態において、アンテナは二個に限定するものではなく、三個以上としてもよい。また、図５には選択ダイバーシティの構成を示しているが、複数のアンテナで受信した信号を重み付けして合成する合成ダイバーシティとしてもよい。また、本実施の形態に用いるアンテナは、実施の形態２や実施の形態３に示したアンテナでもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、スルーホールを用いてアンテナを折り返す構造としたことによって、アンテナを小型化することができるので、小型の無線装置を提供できるという効果を有する。
【００３０】
また、アンテナ素子を屈曲させてアンテナ長をより長くすれば、より低い周波数に対応できるという効果がある。
【００３１】
さらに、スルーホールを複数個設ければ、インダクタンス成分を減少させることができ、また、仮にスルーホールのいずれかが破壊されるようなことがあっても、他のスルーホールで補うことができるという効果がある。
【００３２】
さらに、前記したアンテナを複数個使用してダイバーシティを行えば、フェージングなどによる通信品質の劣化を軽減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における逆Ｆアンテナ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における逆ＦアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における逆Ｆアンテナ装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態３における逆Ｆアンテナ装置の構成図
【図５】本発明の実施の形態４における逆Ｆアンテナ装置の構成図
【図６】従来の逆Ｆアンテナの構成図
【符号の説明】
１、１１、３１、４１、５１  プリント基板
２、１２、１３、３２、３３、４２、４３、５２、５３  グランドプレーン
３  従来の逆Ｆアンテナ
４  従来の逆Ｆアンテナの給電端子
５  従来の逆Ｆアンテナの接地端子
１４、３４、４４、５４ａ、５４ｂ  表面に形成したアンテナパターン
１５、３５、４５、５５ａ、５５ｂ  裏面に形成したアンテナパターン
１６、３６、４６ａ、４６ｂ、５６ａ、５６ｂ  スルーホール
１７、３７、４７、５７ａ、５７ｂ  給電ライン
１８、３８、４８、５８ａ、５８ｂ  接地パターン
５０  アンテナスイッチ
５９  送受信回路
【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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