(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の両端部の長手方向に延長される導電パタンと、
前記導電パタンの先端部に設けられ前記基板の裏面に通ずる第１スルーホールと、
前記第１スルーホールの前記裏面から前記導電パタンと前記基板を挟んで重なる位置に逆方向に延長される裏面導電パタンと、
前記裏面導電パタンの先端部に設けられる前記基板の表面に通ずる第２スルーホールと、
前記第２スルーホールの前記表面から前記導電パタンと同方向に延長される表面導電パタンと、
を含む前記基板の両端部に形成されるコイル状部分のアンテナと、
前記導電パタンに給電する差動給電点と
を具備することを特徴とする導電パタンアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載した導電パタンアンテナにおいて、
前記両端部の最も外側の前記裏面導電パタン又は前記表面導電パタンの一方の先端は開放端であることを特徴とする導電パタンアンテナ。
【請求項３】
請求項１に記載した導電パタンアンテナにおいて、
前記両端部の最も外側の前記裏面導電パタン又は前記表面導電パタンの一方は、前記両端部の長手方向に配置される複数の短尺形状の導電パタンであることを特徴とする導電パタンアンテナ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載した導電パタンアンテナにおいて、
前記差動給電点と前記導電パタンとの間に配置されるマッチング回路を具備することを特徴とする導電パタンアンテナ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載した導電パタンアンテナにおいて、
前記導電パタンと前記裏面導電パタンと前記表面導電パタンとの長さを合計したアンテナ長が、前記両端部の一方と他方とに形成される前記アンテナの間で異なることを特徴とする導電パタンアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に配置される導電パタンアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電子部品を実装する基板上に配置されるアンテナとしては、例えば特許文献１や２に開示されたアンテナが知られている。特許文献１に開示されたアンテナは、線間結合が低減された小型で高利得なヘリカルアンテナである。また、特許文献２に開示されたアンテナは、２枚の基板を対向させてコイル状のアンテナを形成し、製造誤差を少なくしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８８０２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−５５２００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に開示されたアンテナは、アンテナとしての性能を高めるためにはアンテナパタンに比較して大きな接地面を必要とする課題がある。また、特許文献２に開示されたアンテナは、巻線が一か所に集中したインダクタンスを構成する構造であるため、電磁波の放射効率が低くなる課題がある。
【０００５】
この発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、大きな接地面を必要とせず、且つ、巻線を一か所に集中させずに電磁波の放射効率を高めた導電パタンアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の導電パタンアンテナは、基板の両端部の長手方向に延長される導電パタンと、前記導電パタンの先端部に設けられ前記基板の裏面に通ずる第１スルーホールと、前記第１スルーホールの前記裏面から前記導電パタンと前記基板を挟んで重なる位置に逆方向に延長される裏面導電パタンと、前記裏面導電パタンの先端部に設けられる前記基板の表面に通ずる第２スルーホールと、前記第２スルーホールの前記表面から前記導電パタンと同方向に延長される表面導電パタンと、を含む前記基板の両端部に形成されるコイル状部分のアンテナと、前記導電パタンに給電する差動給電点とを具備することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の導電パタンアンテナによれば、大きな接地面を必要とせず、且つ、巻線を一か所に集中させずに電磁波の放射効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の導電パタンアンテナ１００の平面図（表面）を示す図である。
【図２】導電パタンアンテナ１００を回路シンボルで表した図である。
【図３】導電パタンアンテナ１００の平面図（裏面）を示す図である。
【図４】第２実施形態の導電パタンアンテナ２００の平面図（裏面）を示す図である。
【図５】第３実施形態の導電パタンアンテナ３００の平面図（裏面）を示す図である。
【図６】第４実施形態の導電パタンアンテナ４００の平面図（表面）を示す図である。
【図７】第５実施形態の導電パタンアンテナ５００の平面図（表面）を示す図である。
【図８】導電パタンアンテナ５００のＶＳＷＲを概念的に示す図である。
【図９】導電パタンアンテナの基板形状とアンテナ配置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものに
は同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
【００１０】
〔第１実施形態〕
図１に、本発明の第１実施形態の導電パタンアンテナ１００の平面図を示す。導電パタンアンテナ１００は、例えば平面が長方形形状の基板１の長手方向の両端部に形成されるアンテナ１１０と１２０とで構成されるアンテナである。
【００１１】
基板１の長手方向の両端部とは、図１に示す例では破線で区切った基板１の中央部分の両外側の部分である。その基板１の中央部分には、チップ形状の各種の受動素子やＩＣ等の電子部品が実装される。図１は、基板１の表面を示す。基板１の裏面側の同じ中央部分に電子部品を実装するようにしてもよい。
【００１２】
導電パタンアンテナ１００は、差動給電点１０，２０と、導電パタン１１，２１と、第１スルーホール１２，２２と、裏面導電パタン１３，２３と、第２スルーホール１４，２４と、表面導電パタン１５，２５とを具備する。差動給電点１０，２０は、基板１の両端部に形成されるアンテナ１１０と１２０とに高周波信号を給電する。差動給電点１０，２０は、基板１の中央付近の基板１の基板縁付近に設けられる。差動給電点１０，２０には、高周波信号源３０から高周波信号が差動（差動入力電圧）で入力される。
【００１３】
導電パタン１１は、差動給電点１０，２０にそれぞれ接続し、基板１の両端部の当該基板１の中央寄りの基板縁付近から両端部の長手方向に延長される。この例での長手方向は、基板１の上記の長手方向とは直交する向き（短辺方向）である。
【００１４】
なお、導電パタンアンテナ１００は、この例では基板１の両端部に対称に形成されるアンテナ１１０とアンテナ１２０とで構成されるダイポールアンテナである。図２に、その構成を示す。導電パタンアンテナ１００は、あえて言えばインダクタを付加したダイポールアンテナと称することができる。
【００１５】
以降の説明では一方のアンテナ１１０の構成のみを説明する。他方のアンテナ１２０の構成は、図１に示すように参照符号を２０番代とすればアンテナ１１０と同様に説明することができる。また、アンテナの参照符号１１０と１２０は、以降で説明する他の実施形態でも変更しないこととする。
【００１６】
第１スルーホール１２は、導電パタン１１の先端部に設けられ基板１の裏面に通ずる貫通孔である。貫通孔の壁面には金属膜が形成され、基板１の表面の導電パタン１１と裏面の裏面導電パタン１３とを電気的に導通させる。なお、基板１がこの例では両面基板であることからスルーホールと称している。スルーホールは、基板１が多層基板の場合はビアホールと称されるものである。
【００１７】
裏面導電パタン１３は、第１スルーホール１２の裏面から上記の長手方向（短辺方向の）と逆方向に延長される導電パタンである。裏面導電パタン１３を延長した先の先端部には第２スルーホール１４が設けられる。
【００１８】
第２スルーホール１４は、裏面導電パタン１３の先端部に設けられ基板１の表面に通ずる貫通孔である。第２スルーホール１４は、第１スルーホール１２と同様に、基板１の裏面の裏面導電パタン１３と表面の表面導電パタン１５とを電気的に導通させる。表面導電パタン１５は、第２スルーホール１４の表面から導電パタン１１と同じ方向に（第１スルーホール１２の方向）延長される導電パタンである。
【００１９】
第１スルーホール１２と裏面導電パタン１３と第２スルーホール１４と表面導電パタン１５とは、それぞれ２個以上の複数を具備してもよい。図１に示す例ではそれぞれ３個ずつ具備する。３個は、添え字のアルファベットで識別する。ここからの説明は、基板１の裏面を示す図３も参照して行う。
【００２０】
一方のアンテナ１１０の差動給電点１０に入力された高周波信号は、導電パタン１１（図１）、第１スルーホール１２ａ（図１）、裏面導電パタン１３ａ（図３）、第２スルーホール１４ａ（図３）、表面導電パタン１５ａ（図１）、第１スルーホール１２ｂ（図１）、裏面導電パタン１３ｂ（図３）、第２スルーホール１４ｂ（図３）、表面導電パタン１５ｂ（図１）、第１スルーホール１２ｃ（図１）、裏面導電パタン１３ｃ（図３）、第２スルーホール１４ｃ（図３）、表面導電パタン１５ｃ（図１）、の順番で伝達し電磁波として放射される。つまり、高周波信号の電流は、上記の伝達順で流れることになる。他方のアンテナ１２０についても同様である。
【００２１】
導電パタンアンテナの共振周波数は、アンテナ１１０の全長とインダクタンス成分とで決まる。アンテナ１１０の全長の長さは、一般的に共振周波数の波長λの４分の１（λ/４）の長さに設定する。アンテナ１１０と１２０の全長を合計した長さは、共振周波数の波長λの２分の１の長さに設定する。
【００２２】
以上説明した導電パタンアンテナ１００の構成によれば、導電パタンアンテナ１００に高周波信号を差動入力電圧で給電するので接地面が不要である。また、コイルの巻線に相当する表面導電パタンと裏面導電パタンとの繰り返し接続によって、アンテナ長とインダクタンス成分とを所望の値に設定することができる。
【００２３】
また、導電パタンアンテナ１００は、導電パタン１１と裏面導電パタン１３と表面導電パタン１５とで構成されるコイル状部分と、当該コイル状部分の先端側に表面導電パタン１５ｃのコイルを形成しない導電パタンとを具備する。表面導電パタン１５ｃが有ることによって巻線を一か所に集中させないので、電磁波の放射効率を高めることができる。
【００２４】
このように、導電パタンアンテナ１００は、大きな接地面を必要とせず、且つ、電磁波の放射効率を高めることができる。また、表面導電パタンと裏面導電パタンとの繰り返し接続によって、アンテナ１１０と１２０とを形成するので基板１の大きさを小型にできる効果も奏する。
【００２５】
導電パタンアンテナ１００のアンテナ１１０と１２０の先端は、表面導電パタン１５ｃと２５ｃであるが、更に導電パタンを延長した本発明の第２実施形態の導電パタンアンテナ２００について説明する。
【００２６】
〔第２実施形態〕
図４に、導電パタンアンテナ１００のアンテナ長を延長した第２実施形態の導電パタンアンテナ２００の平面図（裏面）を示す。本実施形態の導電パタンアンテナ２００は、表面導電パタン１５ｃの先端に４個目の第１スルーホール１２ｄと、４個目の裏面導電パタン１３ｄとを追加した点で、導電パタンアンテナ１００（図１）と異なる。
【００２７】
追加した裏面導電パタン１３ｄと２３ｄは、それぞれ表面導電パタン１５ｃと２５ｃと基板１を挟んで対向する導電パタンである。また、その先端は開放端１６と２６であり、その先はどこにも接続されない。
【００２８】
この先端部の導電パタンを、基板１を挟んで他の導電パタンと対向させるか否かによって、アンテナ特性に与える影響を変えることができる。例えば、本実施形態のように全ての導電パタンを基板１を挟んで対向させると、アンテナ１１０のインダクタンス成分を大きく設定することができる。
【００２９】
また、導電パタンアンテナ１００のように先端の表面導電パタン１５と基板１を挟んで対向する裏面導電パタンが無い構成の場合は、アンテナ１１０のインダクタンス成分を大きく増やさずにアンテナ１１０の全長を延長することができる。
【００３０】
このように両端部の最も外側の裏面導電パタン又は表面導電パタンの一方の先端を、開放端にすることで導電パタンアンテナの設計上の自由度を高めることができる。なお、最も外側の導電パタンが表面導電パタンになるか、また、裏面導電パタンになるかは基板１の大きさ等によって決まる。
【００３１】
次に、アンテナの共振周波数の調整を、容易に行えるようにした本発明の第３実施形態の導電パタンアンテナ３００について説明する。
【００３２】
〔第３実施形態〕
図５に、導電パタンアンテナ２００の共振周波数を容易に調整できるようにした第３実施形態の導電パタンアンテナ３００の平面図（裏面）を示す。本実施形態の導電パタンアンテナ３００は、基板１の両端部の最も外側の裏面導電パタン１３ｄと２３ｄとを、短尺形状の複数の導電パタン１７ａ〜１７ｆと２７ａ〜２７ｆとで構成した点で、上記の実施形態と異なる。
【００３３】
最も外側の第２スルーホール１４ｄと接続する短尺形状の導電パタン１７ａの延長方向には、導電パタン１７ａとほぼ同じ大きさの間隔を空けて、２個目の短尺形状の導電パタン１７ｂが配置されている。以降同様に間隔を空けて同じ短尺形状の導電パタン１７ｃと１７ｄと１７ｅと１７ｆとが配置されている。アンテナ１２０側も同様である。
【００３４】
導電パタンアンテナ３００の共振周波数を下げたい場合、導電パタン１７ａと１７ｂとを導通させる。導通は、導電パタン１７ａと１７ｂとの間に半田を盛ってもよいし、金属箔を導電接着剤で貼ってもよい。
【００３５】
短尺形状の導電パタン１７ａ〜１７ｆを順次接続してアンテナ１１０の全長を延長することで、導電パタンアンテナ３００の共振周波数を下げることができる。また、下げた共振周波数は、短尺形状の導電パタンの間の半田や金属箔を削除することで上げることもできる。
【００３６】
なお、本実施形態では、複数の短尺形状から成る導電パタンを、裏面導電パタン１３ｄの例で説明した。複数の短尺形状から成る導電パタンは、表面導電パタン１５で有ってもよい。基板１の最も外側に配置される複数の短尺形状の導電パタンが、表面に配置されるか裏面に配置されるかは、主に基板１の大きさによって決まる。
【００３７】
以上説明したように、両端部の最も外側の裏面導電パタン又は表面導電パタンの一方を、両端部の長手方向に配置される複数の短尺形状の導電パタンにした導電パタンアンテナ３００は、アンテナの共振周波数を容易に調整可能にする効果を奏する。
【００３８】
次に、マッチング回路を具備する本発明の第４実施形態の導電パタンアンテナ４００について説明する。
【００３９】
〔第４実施形態〕
図６に、第４実施形態の導電パタンアンテナ４００の平面図（表面）を示す。本実施形態の導電パタンアンテナ４００は、差動給電点１０，２０と導電パタン１１，２１との間に配置されるマッチング回路１８，２８を具備する点で、上記の実施形態と異なる。
【００４０】
マッチング回路１８，２８は、高周波信号源３０の出力インピーダンスと、アンテナ１１０，１２０の入力インピーダンスとをマッチング（整合）させるものである。
【００４１】
マッチング回路１８，２８を具備することで、高周波信号源３０の電力を効率よくアンテナ１１０，１２０に伝達することが可能になる。つまり、差動給電点１０，２０と導電パタン１１，２１との間にマッチング回路１８，２８を配置することで、アンテナの放射効率を向上させることができる。
【００４２】
次に、導電パタンアンテナの周波数帯域を広げることができる本発明の第５実施形態の導電パタンアンテナ５００について説明する。
【００４３】
〔第５実施形態〕
図７に、第５実施形態の導電パタンアンテナ５００の平面図（表面）を示す。本実施形態の導電パタンアンテナ５００は、両端部のアンテナ１１０と１２０との間で、アンテナの全長が異なる導電パタンアンテナである。
【００４４】
アンテナ１１０の全長は、導電パタン１１と、裏面導電パタン１３ａと、表面導電パタン１５ａと、裏面導電パタン１３ｂと、表面導電パタン１５ｂとの長さを全て加算した長さである。一方、アンテナ１２０の全長は、導電パタン２１と、裏面導電パタン２３ａと、表面導電パタン２５ａと、裏面導電パタン２３ｂと、表面導電パタン２５ｂと、裏面導電パタン２３ｃと、表面導電パタン２５ｃとの長さを全て加算した長さである。
【００４５】
アンテナ１２０の全長は、アンテナ１１０に対して裏面導電パタン２３ｃと表面導電パタン２５ｃとの長さの合計分だけ長い。よって、アンテナ１２０の共振周波数は、アンテナ１１０より低くなる。
【００４６】
図８に、アンテナ１１０と１２０の周波数特性を概念的に示す。図８の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比：Voltage Standing Wave Ratio）である。ＶＳＷＲは、高周波の伝送線路上の進行波と反射波との関係を表す指標であり、反射波が少ないと小さな値を示す。
【００４７】
図８に示すように、全長の長いアンテナ１２０の共振周波数は、アンテナ１１０より低くなる（図８に破線で示す特性）。また、全長の短いアンテナ１１０の共振周波数は、アンテナ１２０より高くなる（図８に一点鎖線で示す特性）。
【００４８】
この導電パタンアンテナ５００に、高周波信号を差動入力すると、導電パタンアンテナ５００の周波数特性は、図８に実線で示すようにアンテナ１１０と１２０とを合わせた特性に近くなる。このように、両端部の一方と他方とに形成されるアンテナの全長を、異なる長さにすることで、導電パタンアンテナの周波数帯域幅を広げることができる。
【００４９】
なお、図７において、高周波信号源３０をアンテナ１１０寄りの位置に配置した例を示しているが、これはアンテナの全長が異なることを分かり易くするための表記であり、差動給電点の位置を移動させる必要はない。
【００５０】
以上説明したように、導電パタンアンテナ１００〜５００によれば、大きな接地面を必要とせず電磁波の放射効率を高めることができる。また、従来技術と比較して小型化が可能な導電パタンアンテナを提供することができる。
【００５１】
なお、基板１の形状を、長方形を例に説明したが本発明はこの基板形状に限定されない。基板１の形状はどのような外形形状であってもよい。例えば基板１の外形形状は、図９（ａ）に示すように円形であってもよい。図９（ａ）にハッチングで示す領域がアンテナを形成する領域である。
【００５２】
また、図９（ｂ）に示すようにアンテナを上記の例に対して９０度回転した向きに形成してもよい。この場合の両端部の長手方向は、基板の長手方向と同じ方向であり、上記の例と異なる。
【００５３】
また、基板１の材質も何でもよい。例えば、絶縁性を持った薄く柔らかいベースフィルム（ポリイミド等）と銅箔等の導電性金属を貼り合わせた基材に電気回路を形成したフレキシブル基板を用いて、この発明の導電パタンアンテナを構成してもよい。
【００５４】
このように本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ：基板
１０，２０：差動給電点
１１，２１：導電パタン
１２，２２：第１スルーホール
１３，２３：裏面導電パタン
１４，２４：第２スルーホール
１５，２５：表面導電パタン
１６，２６：開放端
１７，２７：短尺形状の導電パタン
１００：導電パタンアンテナ
１１０：アンテナ
１２０：アンテナ
【図１】
0006386944.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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