(57)【要約】【課題】製造ばらつきにより周波数特性が変化しないアンテナを得ることを目的とする。【解決手段】基板に形成されたパターンコイル２と、同一面上に形成され互いに接近して配置された第１および第２の電極パターン３、４で構成されたパターンコンデンサを備え、前記パターンコイル２と前記パターンコンデンサが並列接続または直列接続されて構成されることにより、パターンコイル２のインダクタンス値の変化をパターンコンデンサの容量変化で相殺し、インダクタンス値と容量値の積を一定としている。【選択図】  図１
2004236273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面または内層面に形成されたパターンコイルと、前記基板の表面または内層面の同一面上に形成され互いに接近して配置された第１および第２の電極パターンで構成されたパターンコンデンサを備え、前記パターンコイルと前記パターンコンデンサが並列接続または直列接続されているアンテナ。
【請求項２】
第１および第２の電極パターンを互い違いに組合わさるように接近させてパターンコンデンサを構成した請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
パターンコイルは並行または並列に配置された複数の線状パターンで構成した請求項１または２に記載のアンテナ
【請求項４】
基板の表面または内層面に形成されたパターンコイルと、前記基板の表面または内層面の同一面上に形成され互いに接近して配置された第１および第２の電極パターンで構成されたパターンコンデンサと、前記第１および第２の電極パターンとは異なる表面または内装面にあり互いに接近して配置された第３および第４の電極パターンを備え、前記第１および第３の電極パターンが互いに接続されており、前記第２および第４の電極パターンが互いに接続されており、前記第１および第４の電極パターンが互いに対向した位置に配置され、前記第２および第３の電極パターンが互いに対向した位置に配置され、前記パターンコイルと前記第１および第３の電極パターンが接続されているアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として無線通信機器に用いられるアンテナで、特に基板上にパターンを形成した形式のアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のアンテナについては種々のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。卓上型または携帯型の無線通信機では、小型化およびコスト削減面からガラスエポキシ基板などの誘電体基板上に銅箔パターンを形成するとともにコンデンサを組み合わせてアンテナを構成している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３０５４０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のアンテナでは、コイルパターンのインダクタンス値やコンデンサの容量値の製作時における個体ばらつきにより、アンテナの共振周波数などが変化し、十分な特性が得られない。そのため、実際には、可変コンデンサ等の可変部品を用いて調整を行う必要があった。
【０００５】
通常、無線通信の小型化のためにアンテナ寸法を高周波信号の空間波長より小さくした場合、放射インピーダンスが非常に小さくなる。そしてこのような小さなインピーダンスの整合を取る整合回路の素子感度は非常に高くなる傾向にある。このアンテナを無調整で生産するためには、パターンコイルおよび整合回路のコンデンサの精度は±２％以内である必要がある。ところがコイルパターンは製作段階での銅箔エッチング工程などでインダクタンス値にばらつきが生じる。また、コンデンサは約１ｐＦを用いているが、一般的なチップコンデンサの精度は±１０％程度のものが商品化されているものの、±２％の精度を得ることは困難である。
【０００６】
そこでコンデンサーに可変コンデンサ等の可変部品を用いて調整する方法が採られている。しかし、可変コンデンサなどの可動部品が高価であることと調整工程が生じることより、機器のコストを下げることが難しかった。また可動部品を用いることから、信頼性の確保にも問題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、可変コンデンサなどの可動部品を用いることなく共振周波数ばらつきを抑え、コスト低減と信頼性の確保をはかったアンテナを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のアンテナは、基板の表面または内層面に形成されたパターンコイルと、前記基板の表面または内層面の同一面上に形成され互いに接近して配置された第１および第２の電極パターンで構成されたパターンコンデンサを備え、前記パターンコイルと前記パターンコンデンサが並列接続または直列接続されているものである。
【０００９】
これにより、パターンコイルのインダクタンス値のばらつきをパターンコンデンサの容量変化で相殺してインダクタンス値と容量値の積を一定にしているため、アンテナの共振周波数ばらつきを抑えることができ、可変コンデンサなどの可動部品を用いることなく、コスト低減と信頼性の確保をはかることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、基板の表面または内層面に形成されたパターンコイルと、前記基板の表面または内層面の同一面上に形成され互いに接近して配置された第１および第２の電極パターンで構成されたパターンコンデンサを備え、前記パターンコイルと前記パターンコンデンサが並列接続または直列接続されているアンテナとしたことにより、パターンコイルのインダクタンス値のばらつきをパターンコンデンサの容量変化で相殺してインダクタンス値と容量値の積を一定にしているため、アンテナの共振周波数ばらつきを抑えることができ、可変コンデンサなどの可動部品を用いることなく、コスト低減と信頼性の確保をはかることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、第１および第２の電極パターンを互い違いに組合わさるように接近させてパターンコンデンサを構成した請求項１に記載のアンテナとしたことにより、パターンコンデンサはそのコンデンサ容量を大きくすることがで、パターンコンデンサの面積を小さくすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、パターンコイルは並行または並列に配置された複数の線状パターンで構成した請求項１または２に記載のアンテナとしたことにより、パターンコイルのパターン幅を小さくでき、パターン幅変化時のインダクタンス変化率を大きくすることができるため、パターンコンデンサの容量変化率とバランスを取ることが容易になる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、基板の表面または内層面に形成されたパターンコイルと、前記基板の表面または内層面の同一面上に形成され互いに接近して配置された第１および第２の電極パターンで構成されたパターンコンデンサと、前記第１および第２の電極パターンとは異なる表面または内装面にあり互いに接近して配置された第３および第４の電極パターンを備え、前記第１および第３の電極パターンが互いに接続されており、前記第２および第４の電極パターンが互いに接続されており、前記第１および第４の電極パターンが互いに対向した位置に配置され、前記第２および第３の電極パターンが互いに対向した位置に配置され、前記パターンコイルと前記第１および第３の電極パターンが接続されているアンテナとしたことにより、同一面上で接近した電極パターンに加えて、対向した面上の電極パターン間でもパターンコンデンサを構成するため、パターンコンデンサのパターン面積を小さくすることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるアンテナを示すものである。
【００１６】
図において、１は誘電体の基板、２は波長の１／１０程度の寸法でアンテナパターンを構成しているパターンコイル、３は第１の電極パターン、４は第２の電極パターン、５は基板１に設けたスルーホール、６は信号源、７はグランドパターンである。
【００１７】
前記パターンコイル２および第１および第２の電極パターン３、４は、基板１上の銅箔パターンで形成されている。なお、基板１上には受信回路や送信回路などの無線回路が構成されいるが、簡略化のために信号源６で示した。
【００１８】
また、無線回路が構成されている部分の基板１の裏面にはグランドパターン７が形成されている。また、パターンコイル２は一端がスルーホール５を通じて基板１の裏面のグランドパターン７に接続されており、他端は第１の電極パターン３に接続されている。さらに、第１の電極パターン３に接近にして第２の電極パターン４が配置されている。ここで、第１および第２の電極３、４は櫛形の形状であり、それぞれの櫛を互い違いに組み合わせて配置する構成となっている。櫛形パターンを接近させて構成したコンデンサでは比較的大きな容量を得られるという利点がある。
【００１９】
また、第２の電極パターン４は整合回路を介して信号源６に接続されている。本実施例では、整合回路は並列に設置したコンデンサ１３から成る構成である。
【００２０】
ここで、基板１上のパターン形成は銅箔をエッチング加工するなどにより行われる。そのためエッチングの状態が変化するなどの要因によりパターン幅にばらつきが生じる。パターンコイル２はパターン幅が小さくなるとインダクタンス値が大きくなり、幅が大きくなるとインダクタンス値が小さくなる。一方、第１および第２の電極パターン３、４からなるパターンコンデンサは、パターン幅が小さくなると容量値が小さくなり、幅が大きくなると容量値が大きくなる。すなわち、幅の変化に対する定数変化が逆方向となっている。アンテナの共振周波数は、パターンコイル２のインダクタンス値とコンデンサの容量値の積で決まるが、パターンコイル２と第１および第２の電極パターン３、４からなるパターンコンデンサの形状を適当に調整して設計することにより、パターン幅が変化してもパターンコイル２のインダクタンス値とコンデンサの容量値の積が殆ど変化しないようすることができる。
【００２１】
本実施例では、パターンコイル２のインダクタンス値は８０ｎＨ、パターンコンデンサの容量は１ｐＦである。また、パターンコイルの幅は１．５ｍｍ、第１および第２の電極パターン３、４の櫛幅と間隔はそれぞれ０．６ｍｍである。パターン幅の変化に対するパターンコイル２のインダクタンス値の変化率をキャンセルするようにパターンコンデンサの容量値が変化するように各パターンの幅を設定している。
【００２２】
以上のように、基板１の表面または内層面に形成されたパターンコイル２と、前記基板１の表面または内層面の同一面上に形成され互いに接近して配置された第１および第２の電極パターン３、４で構成されたパターンコンデンサを備え、前記パターンコイル２と前記パターンコンデンサが並列接続または直列接続されて構成されており、パターンコイル２のインダクタンス値の変化をパターンコンデンサの容量値の変化で相殺することにより、インダクタンス値と容量の積を一定にしているため、パターン幅ばらつきがあってもアンテナの共振周波数が変化しない。そのため可変コンデンサなどの可動部品を用いることなく共振周波数ばらつきを抑え、コスト低減と信頼性の確保をはかったアンテナを提供することができる。
【００２３】
なお、本実施例ではパターンコイル２またはパターンコンデンサを基板１の表面に形成したが、基板１の裏面または多層基板の内層面に構成しても良い。また、本実施例ではパターンコンデンサとして櫛形状の電極パターンを用いたが、任意の電極パターンでコンデンサを構成しても良い。
【００２４】
また、誘電体からなる基板１を用いたが、半導体基板上に導体パターンを構成することにより、半導体集積回路に集積したアンテナの無調整化を実現することができる。
【００２５】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２におけるアンテナを示すものである。実施例１と同一要素については同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
本実施例において、実施例１との相違点は、実施例１におけるパターンコイル２が並行または並列に配置された複数の線状パターン１２から構成されていることである。
【００２７】
本実施例では、パターンコイルを幅の大きな１本のパターンで構成した場合に比べて、幅の小さな複数の線状パターン１２を並行または並列に配置すると、パターン幅変化時のインダクタンス変化率を大きくすることができる。このようにインダクタンス変化率の大きなパターンコイルを用いる理由を以下に述べる。
【００２８】
第１および第２の電極パターン３、４によりパターンコンデンサを構成した場合、パターン幅変化時の容量変化率が比較的大きくなってしまう。例えば、櫛形パターンの櫛幅や間隔を大きくすることにより容量変化率を小さくすることが可能であるが、形状が大きくなるという問題がある。そこで、パターンコンデンサの容量変化率に釣り合う様に、パターンコイルのインダクタンス変化率を大きくすることにより、パターン幅変化時のアンテナの共振周波数変化を抑えることができる。これにより、パターンコンデンサの占有面積を小さくすることができる。
【００２９】
なお、パターンコイルを１本の細いパターンではなく並行した複数の細いパターンで構成したのは、抵抗成分を抑えてコイルのＱ値の低下を押させるためである。この構成によれば、パターンコンデンサを小さくすることができるので、半導体基板上の導体パターンでアンテナを構成するのに適している。
【００３０】
なお、本実施例ではパターンコイルの本数は２本の線状パターン１２としたが、３本以上としてもよい。
【００３１】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３におけるアンテナを示すものである。実施例１と同一要素については同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
本実施例において、実施例１との相違点は、基板１の表面１０に形成した電極パターン３、４およびパターンコイル２とは別に、第３および第４の電極パターン８、９とパターンコイル２を基板１の裏面１１にも形成したことである。
【００３３】
すなわち、基板１の表面１０には実施例１と同様にパターンコイル２、第１および第２の電極パターン３、４によりアンテナが構成されている。そして、基板１の裏面１１には第３および第４の電極パターン８、９およびパターンコイル２が形成されており、第３および第４の電極パターン８、９を互いに接近して配置することにより、パターンコンデンサを構成している。第３の電極パターン８はスルーホール５により第１の電極パターン３に接続され、第４の電極パターン９はスルーホール５により第２の電極パターン４に接続されている。また、第３の電極パターン８を第２の電極パターン４に重なるように対向して配置することにより、第２および第３の電極パターン４、８間でコンデンサを構成している。同様に、第４の電極パターン９を第１の電極パターン３に重なるように対向して配置することにより、第１および第３の電極パターン３、９間でコンデンサを構成している。つまり、櫛形の電極パターン間で得られる容量が２箇所分に加えて、表裏で対応した電極パターン間で得られる容量が生じる。これにより、コンデンサ容量は実施例１の構成に比べて約３倍にすることができる。
【００３４】
また、本実施例では、パターンコイル２を表面と裏面にわたって構成することにより、インダクタンス値も大きくしている。
【００３５】
以上のように、パターンコンデンサを表面だけでなく裏面にも形成し、さらに、表面の電極パターンと裏面の電極パターンを対向させて配置することにより、コンデンサ容量を大きくしている。これによりパターンコンデンサの占有面積を小さくすることができ、機器の小型化を実現できる。
【００３６】
なお、本実施例では半導体基板上の表面と裏面にコンデンサの電極パターンを形成したが、内層面に電極パターンを形成しても良い。これによりさらにパターンコンデンサの占有面積を小さくできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のアンテナによれば、パターンコイルのインダクタンス値のばらつきをパターンコンデンサの容量変化で相殺してインダクタンス値と容量値の積を一定にしているため、アンテナの共振周波数ばらつきを抑えることができ、可変コンデンサなどの可動部品を用いることなく、コスト低減と信頼性の確保をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるアンテナの構成図
【図２】本発明の実施例２におけるアンテナの構成図
【図３】（ａ）本発明の実施例３におけるアンテナの構成図
（ｂ）（ａ）の表面側からみた透視図
【符号の説明】
１  基板
２  パターンコイル
３  第１の電極パターン
４  第２の電極パターン
５  スルーホール
６  信号源
７  グランドパターン
８  第３の電極パターン
９  第４の電極パターン
１０  基板の表面
１１  基板の裏面
１２  並行して配置された複数の線状パターン
【図１】
2004236273.tif 000003
【図２】
2004236273.tif 000004
【図３】
2004236273.tif 000005