(57)【要約】【課題】  所望の特性を維持しつつ、アンテナ付きモジュール基板をよりいっそう小型化する。【解決手段】  本発明によるアンテナ付きモジュール基板１００は、基板本体１１０と、基板本体１１０の一方の主面１１１に設けられたループ状の放射導体１１２と、基板本体１１０の他方の主面１２１に設けられたグランドパターン１２２とを備える。かかる構成により、広い帯域と高い利得を確保しつつ、従来に比べて全体のサイズを大幅に小型化することが可能となる。しかも、実使用時において金属上に載置された場合であっても、アンテナ特性の劣化がほとんど生じず、逆に天頂方向への利得が向上する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板本体と、前記基板本体の一方の主面に設けられたループ状の放射導体と、前記基板本体の他方の主面に設けられたグランドパターンとを備えることを特徴とするアンテナ付きモジュール基板。
【請求項２】
前記ループ状の放射導体の内周及び外周は、円弧形であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ付きモジュール基板。
【請求項３】
前記基板本体の前記一方及び他方の主面は、ほぼ円形であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ付きモジュール基板。
【請求項４】
前記ループ状の放射導体の径方向における幅は、前記ループ状の放射導体の前記外周から前記基板本体の前記一方の主面の端部までの距離よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ付きモジュール基板。
【請求項５】
前記グランドパターンは、前記基板本体の前記他方の主面のほぼ全面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ付きモジュール基板。
【請求項６】
前記基板本体は、前記ループ状の放射導体の前記内周よりもさらに内周部分に設けられた貫通孔を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ付きモジュール基板。
【請求項７】
前記基板本体の前記一方の主面に設けられ、前記ループ状の放射導体の一端に隣接する第１のランドパターンと、前記基板本体の前記一方の主面に設けられ、前記ループ状の放射導体の他端に隣接する第２のランドパターンとをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ付きモジュール基板。
【請求項８】
前記基板本体は、内部に少なくともフィルタ素子が内蔵された積層構造を有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のアンテナ付きモジュール基板。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアンテナ付きモジュール基板と、少なくとも前記ループ状の放射導体に接続された半導体ＩＣとを備えることを特徴とする無線モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ付きモジュール基板及びこれを用いた無線モジュールに関し、特に、無線ＩＣタグへの適用が好適なアンテナ付きモジュール基板及びこれを用いた無線モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線を利用した種々の移動体通信機器が開発され、その多くが実用化されているが、なかでも無線ＩＣタグを用いたＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが非常に注目されている。ＲＦＩＤシステムに用いられる無線ＩＣタグは、放射導体を有するアンテナ付きモジュール基板とこれに搭載された半導体ＩＣを含んでおり（特許文献１参照）、このような無線ＩＣタグを荷札やプリペイドカード等に組み込むことによって物流管理や顧客管理、さらには、課金や決済の利便性を飛躍的に高めることができるものと期待されている。
【０００３】
無線ＩＣタグは、その性質上できる限り小型であることが望ましく、そのためにはアンテナ付きモジュール基板のサイズを小型化する必要がある。しかしながら、アンテナ付きモジュール基板を小型化すると、アンテナ付きモジュール基板に設けられる放射導体（アンテナ導体）の面積が小さくなり、その結果、アンテナの帯域が狭くなったり利得が低下するという問題が生じてしまう。
【０００４】
このような背景から、所望の特性を維持しつつ放射導体を小型化する様々な手法が提案されており、例えば特許文献２には、いわゆるボウタイアンテナを構成する放射導体の２辺を内側に窪んだ凹型の円弧形状としたり階段状とすることによって、放射導体を小型化する手法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２９８４６４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３５０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、無線ＩＣタグに対する小型化の要請はますます強くなっており、特許文献２に記載された手法では、アンテナ付きモジュール基板を十分に小型化することは困難である。当然ながら、アンテナ付きモジュール基板の小型化は、適用分野が無線ＩＣタグ以外であっても重要である。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、所望の特性を維持しつつ、よりいっそうの小型化が可能なアンテナ付きモジュール基板及びこれを用いた無線モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるアンテナ付きモジュール基板は、基板本体と、前記基板本体の一方の主面に設けられたループ状の放射導体と、前記基板本体の他方の主面に設けられたグランドパターンとを備えることを特徴とする。かかる構成により、本発明のアンテナ付きモジュール基板によれば、広い帯域と高い利得を確保しつつ、従来に比べて全体のサイズを大幅に小型化することが可能となる。しかも、実使用時において金属上に載置された場合であっても、アンテナ特性の劣化がほとんど生じず、逆に天頂方向への利得が向上する。
【０００８】
本発明において、前記ループ状の放射導体の内周及び外周は円弧形であることが好ましい。これによれば、放射導体の特定の箇所に電流が集中しにくくなるため、良好なアンテナ特性を得ることが可能となる。この場合、前記基板本体の前記一方及び他方の主面は、ほぼ円形であることが好ましく、前記ループ状の放射導体の径方向における幅は、前記ループ状の放射導体の前記外周から前記基板本体の前記一方の主面の端部までの距離よりも大きいことがより好ましい。このように基板本体の一方の主面を有効に活用すれば、広い帯域幅と高い利得を得ることが可能となる。
【０００９】
本発明において、前記グランドパターンは前記基板本体の前記他方の主面のほぼ全面に設けられていることが好ましい。これによれば、実使用時において金属上に載置された場合の効果を最大限に得ることが可能となる。
【００１０】
本発明において、前記基板本体は前記ループ状の放射導体の前記内周よりもさらに内周部分に設けられた貫通孔を有していることが好ましい。このような貫通孔は、アンテナ特性にほとんど影響しないため、材料コストを低減することが可能となるばかりでなく、軽量化することが可能となる。
【００１１】
また、本発明のアンテナ付きモジュール基板は、前記基板本体の前記一方の主面に設けられ、前記ループ状の放射導体の一端に隣接する第１のランドパターンと、前記基板本体の前記一方の主面に設けられ、前記ループ状の放射導体の他端に隣接する第２のランドパターンとをさらに備えることが好ましい。このようなランドパターンを設ければ、前記所定の面上に搭載される半導体ＩＣをより強固に固定することが可能となる。
【００１２】
本発明において、前記基板本体は、内部に少なくともフィルタ素子が内蔵された積層構造を有していることが好ましい。これによれば、アンテナのみならず、バンドパスフィルタ等を内蔵した無線モジュールを構成することが可能となる。
【００１３】
また、本発明による無線モジュールは、上記のアンテナ付きモジュール基板と、少なくとも前記ループ状の放射導体に接続された半導体ＩＣとを備えることを特徴とする。上述の通り、上記のアンテナ付きモジュール基板は、小型且つ高性能であることから、本発明による無線モジュールは無線ＩＣタグへの利用が非常に好適である。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明によれば、アンテナ付きモジュール基板のサイズを小型化しつつ、広帯域・高利得を実現することが可能となる。このため、本発明によるアンテナ付きモジュール基板及びこれを用いた無線モジュールは、特に無線ＩＣタグへの利用が非常に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるアンテナ付きモジュール基板１００の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は底面図である。
【００１７】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態によるアンテナ付きモジュール基板１００は、円柱状の基板本体１１０と、基板本体１１０の一方の主面１１１に設けられたループ状の放射導体１１２、放射導体１１２の一端１１２ａに隣接する第１のランドパターン１１３及び放射導体１１２の他端１１２ｂに隣接する第２のランドパターン１１４と、基板本体１１０の他方の主面１２１に設けられたグランドパターン１２２とを備えている。
【００１８】
基板本体１１０の材料については、目的とするアンテナ特性等に応じて適宜選択すればよいが、基板本体１１０のサイズを小型化するためにはできるだけ誘電率の高い材料を用いることが好ましい。高誘電率をもつ材料としては、例えば、セラミック等を好ましく挙げることができる。本実施形態では、基板本体１１０の一方及び他方の主面１１１，１２１がほぼ円形である。これは、後述するように、ループ状の放射導体１１２の外周１１２ｏｕｔが円弧形であることから、その形状に対応させたためである。
【００１９】
一方、基板本体１１０の表面に形成される放射導体等の材料については、導電性の高い材料であれば特に限定されず、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）及びその合金等を用いることが可能である。
【００２０】
放射導体１１２は上述のとおりループ状であり、いわゆるループアンテナの放射導体として機能する。放射導体１１２は、その一端１１２ａ側及び他端側１１２ｂの内周近傍においてそれぞれ給電部１１２ｃ，１１２ｄが設けられており、これら給電部１１２ｃ，１１２ｄに後述する半導体ＩＣの電極が電気的及び機械的に接続される。
【００２１】
ループ状の放射導体１１２の内周１１２ｉｎ及び外周１１２ｏｕｔはいずれも円弧形であり、したがって、放射導体１１２の径方向における幅Ｗ１は、図１に示すようにほぼ一定とされている。本実施形態においては、放射導体１１２の径方向における幅Ｗ１は、放射導体１１２の外周１１２ｏｕｔから基板本体１１０の一方の主面１１１の端部までの距離Ｗ２よりも大きく設定されている。このことは、放射導体１１２の径方向における幅Ｗ１が十分に広く、基板本体１１０の一方の主面１１１を有効に活用していることを意味する。これにより、本実施形態では、広い帯域幅と高い利得を得ることが可能となっている。
【００２２】
上述のとおり、基板本体１１０の一方の主面１１１には、放射導体１１２の一端１１２ａに隣接する第１のランドパターン１１３及び放射導体１１２の他端１１２ｂに隣接する第２のランドパターン１１４がさらに設けられている。これら第１及び第２のランドパターン１１３，１１４は、後述するように、半導体ＩＣを機械的に保持する役割を果たす。
【００２３】
一方、グランドパターン１２２は、基板本体１１０の他方の主面１２１のほぼ全面に設けられており、これにより、アンテナ付きモジュール基板１００を用いた無線ＩＣタグ等を金属上に載置した場合の特性の変化が抑制される。ループアンテナは本来グランドパターンを必要とせず、このため、通常のループアンテナではこのようなグランドパターンは設けられない。しかしながら、アンテナ付きモジュール基板からグランドパターンを削除すると、これを金属上に載置した際にインピーダンス等のアンテナ特性が著しく変化し、無線ＩＣタグのようにどこに載置されるか予測できないといった用途ではこれが大きな問題となる。この点を考慮し、本実施形態によるアンテナ付きモジュール基板１００では、ループ状の放射導体１１２と対向するグランドパターン１２２が設けられており、これにより実使用時におけるアンテナ特性の劣化が効果的に防止されている。逆に、本実施形態によるアンテナ付きモジュール基板１００は、広い金属面上に載置すると天頂方向の利得が向上する。したがって、本実施形態によるアンテナ付きモジュール基板１００は、無線ＩＣタグへの適用が非常に好適であると言える。
【００２４】
以上が本実施形態によるアンテナ付きモジュール基板１００の構造である。
【００２５】
図２は、上記アンテナ付きモジュール基板１００を用いた無線モジュール１５０の構造を示す略斜視図である。
【００２６】
図２に示す無線モジュール１５０は、図１に示したアンテナ付きモジュール基板１００と、基板本体１１０の一方の主面１１１に搭載された半導体ＩＣ１６０によって構成される。半導体ＩＣ１６０は、信号処理を行うベースバンド部を有しており、給電部１１２ｃ，１１２ｄを介して供給された信号を処理し、さらに、給電部１１２ｃ，１１２ｄを介して外部に信号を出力する。半導体ＩＣ１６０に備えられた第１及び第２の信号端子１６１，１６２は、それぞれ給電部１１２ｃ，１１２ｄに電気的及び機械的に接続されている。これにより半導体ＩＣ１６０は、ループ状の放射導体１１２を介して動作に必要な電力を得ることができるとともに、入出力信号の授受を行うことができる。一方、半導体ＩＣ１６０に備えられたダミー端子１６３は、第１及び第２のランドパターン１１３，１１４に機械的に接続されており、これによって半導体ＩＣ１６０はアンテナ付きモジュール基板１００に対してより強固に固定される。ダミー端子１６３は、半導体ＩＣ１６０をアンテナ付きモジュール基板１００に固定するために設けられた端子であり、入出力信号の授受や電力供給には寄与しない。
【００２７】
このように、本実施形態によるアンテナ付きモジュール基板１００は、円柱状の基板本体１１０の一方の主面１１１にはループ状の放射導体１１２が設けられ、他方の主面１２１にはグランドパターン１２２が設けられていることから、広い帯域と高い利得を確保しつつ、従来に比べて全体のサイズを大幅に小型化することが可能となるばかりでなく、実使用時において金属上に載置された場合であっても、アンテナ特性の劣化がほとんど生じず、逆に天頂方向への利得が向上する。このため、本実施形態によるアンテナ付きモジュール基板１００及び無線モジュール１５０は、無線ＩＣタグへの適用が非常に好適である。
【００２８】
しかも、本実施形態によるアンテナ付きモジュール基板１００は、一般的なベースバンド部と同様、入出力が平衡であることから、ベースバンド部と給電部１１２ｃ，１１２ｄとの間に平衡不平衡変成器（Balanced to Unbalanced Transformer）を介在させる必要が無く、部品点数の削減にも寄与する。
【００２９】
次に、本発明の好ましい他の実施形態について説明する。
【００３０】
図３は、本発明の好ましい他の実施形態によるアンテナ付きモジュール基板２００の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は底面図である。
【００３１】
図３に示すように、本実施形態によるアンテナ付きモジュール基板２００は、ループ状の放射導体１１２の内周１１２ｉｎよりもさらに内周部分において、基板本体１１０に貫通孔２０１が設けられている点において上述したアンテナ付きモジュール基板１００と異なる。その他の点については上述したアンテナ付きモジュール基板１００と同様である。本実施形態によるアンテナ付きモジュール基板２００も、アンテナ付きモジュール基板１００と同様、図４に示すように、基板本体１１０の一方の主面１１１に半導体ＩＣ１６０が搭載されることにより、無線モジュール２５０を構成することができる。
【００３２】
このような貫通孔２０１は、アンテナ特性にほとんど影響しない。このため、本実施形態によれば、上述したアンテナ付きモジュール基板１００と比べて材料コストを低減することが可能となるばかりでなく、全体をより軽量化することが可能となる。
【００３３】
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３４】
例えば、図５に示すように、基板本体１１０の一方及び他方の主面を四角形とし、これに合わせて、ループ状の放射導体１１２の内周１１２ｉｎ及び外周１１２ｏｕｔを直線的としても構わない。但し、上記各実施形態のように、放射導体１１２の内周１１２ｉｎ及び外周１１２ｏｕｔを円弧形とすれば、特定の箇所に電流が集中しにくくなるため、最も良好なアンテナ特性を得ることが可能となる。
【００３５】
さらに、図６に示すように、基板本体１１０の一方の主面１１１と他方の主面１２１の面積が異なっていても構わない。図６は、基板本体１１０の断面形状を台形とした例を示しており、これによれば対象物により安定的に載置することが可能となる。
【００３６】
さらに、上記各実施形態のように基板本体１１０が円柱状である場合、図７に示すようにその側面に切り欠き１１０ａを設けておくことも好ましい。図７に示す例では、２つの切り欠き１１０ａによって基板本体１１０の側面に平行な２つの平面が形成されている。このような切り欠き１１０ａを設けておけば、製造過程において基板本体１１０を位置決めしやすくなるばかりでなく、ハンドリングも非常に容易となる。
【００３７】
また、基板本体１１０は単板である必要はなく、複数の基板が積層されてなる積層構造を有していても構わない。この場合、基板本体の内部に例えばフィルタ素子を内蔵させることが可能となり、これによれば、アンテナのみならず、バンドパスフィルタ等を内蔵した無線モジュールを構成することが可能となる。また、多層構造を有する基板本体１１０を用いる場合、放射導体やグランドパターン等についても基板本体の外部表面ではなく、その内部、つまり、多層基板を構成する単位基板の面上に形成しても構わない。放射導体を多層基板の内部の面に形成すれば、放射導体の天頂方向に誘電体が存在することになるため、アンテナの中心周波数を下げることが可能となる。さらに、基板本体１１０はフレキシブルな基板であっても良く、この場合、放射導体等についてもその厚さを十分に薄く設定すれば、アンテナ付きモジュール基板全体にフレキシビリティを持たせることが可能となる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【００３９】
［実施例１］
【００４０】
図１に示した構造を有するアンテナ付きモジュール基板を作製し、さらにベースバンド部を有する半導体ＩＣを搭載することによって実施例１の無線モジュールを構成した。そして、このような実施例１の無線モジュールの放射パターンを測定した。基板本体の材料としてはバリウムチタン系セラミック（εｒ＝９２）を用い、サイズとしては両主面の直径を５ｍｍ、厚さ（一方の主面から他方の主面までの距離）を３ｍｍとした。また、放射導体の内周の直径については１．８ｍｍ、外周の直径については４．６ｍｍとした。
【００４１】
測定の結果を図８に示す。図８において０°は天頂方向、１８０°はその正反対の方向を指す（図９も同様）。
【００４２】
図８に示すように、実施例１の無線モジュールでは、広範囲に亘り高い利得が得られることが確認された。
【００４３】
［実施例２］
【００４４】
実施例１の無線モジュールを一辺が１５０ｍｍである金属面上に載置し、この状態で放射パターンを測定した。測定の結果を図９に示す。図９に示すように、実施例１の無線モジュールを金属上に載置すると、天頂方向への利得が向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるアンテナ付きモジュール基板１００の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は底面図である。
【図２】アンテナ付きモジュール基板１００を用いた無線モジュール１５０の構造を示す略斜視図である。
【図３】本発明の好ましい他の実施形態によるアンテナ付きモジュール基板２００の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は底面図である。
【図４】アンテナ付きモジュール基板２００を用いた無線モジュール２５０の構造を示す略斜視図である。
【図５】基板本体１１０の両主面を四角形とした例を示す略平面図である。
【図６】基板本体１１０の断面形状を台形とした例を示す略斜視図である。
【図７】基板本体１１０の側面に切り欠き１１０ａを設けた例を示す略斜視図である。
【図８】実施例１の結果を示すグラフである。
【図９】実施例２の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１００，２００    アンテナ付きモジュール基板
１１０        基板本体
１１０ａ      切り欠き
１１１        一方の主面
１１２        放射導体
１１２ａ      放射導体の一端
１１２ｂ      放射導体の他端
１１２ｃ，１１２ｄ    給電部
１１２ｉｎ    放射導体の内周
１１２ｏｕｔ  放射導体の外周
１１３，１１４    ランドパターン
１２１        他方の主面
１２２        グランドパターン
１５０，２５０    無線モジュール
１６０        半導体ＩＣ
１６１，１６２    信号端子
１６３        ダミー端子
２０１        貫通孔
【図１】
2005277920.tif 000003
【図２】
2005277920.tif 000004
【図３】
2005277920.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005277920.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005277920.tif 000009
【図８】
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【図９】
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