(57)【要約】【課題】  誘電体共振アンテナにおいて、誘電体共振器を実装基板に十分な強度で固定するとともに低背化を図る。【解決手段】  誘電体共振器１１と、実装面に誘電体共振器１１が搭載された実装基板１２と、誘電体共振器１１の実装領域の一部まで延びて実装面に形成され、誘電体共振器１１への給電信号を伝送するとともに誘電体共振器１１と実装基板１２とを固定する給電線１２ａと、給電線１２ａとギャップを介して誘電体共振器１１の実装領域の他の一部を含んだ実装面に形成され、誘電体共振器１１と実装基板１２とを固定する第１の接地電極１２ｂと、実装基板１２における実装面と反対面に形成され、第１の接地電極１２ｂとスルーホール１３を介して電気的に接続された第２の接地電極１２ｃとを有する構成とする。スルーホール１３は、誘電体共振器１１の実装領域を含んだ領域に形成されている。【選択図】        図１
2005142868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状の誘電体と、
実装面に前記誘電体が搭載された実装基板と、
先端が少なくとも前記誘電体の実装領域の一部まで延びて前記実装面に形成され、前記誘電体に給電される信号を伝送するとともに前記誘電体と前記実装基板とを固定する導電性薄膜からなる給電線と、
前記給電線とギャップを介して前記誘電体の実装領域の他の一部を含んだ前記実装面に形成され、前記誘電体と前記実装基板とを固定する導電性薄膜からなる第１の接地電極と、
前記実装基板における前記実装面と反対面に形成され、前記第１の接地電極とスルーホールを介して電気的に接続された第２の接地電極と、
を有することを特徴とする誘電体共振アンテナ。
【請求項２】
前記スルーホールは、前記誘電体の実装領域を含んだ領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載の誘電体共振アンテナ。
【請求項３】
前記誘電体の実装領域の外周であって前記第１の接地電極上にはレジスト層が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の誘電体共振アンテナ。
【請求項４】
前記誘電体の高さは３．１〜３．７ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の誘電体共振アンテナ。
【請求項５】
導電性薄膜からなる給電線および導電性薄膜からなり前記給電線とギャップを介して形成された第１の接地電極を実装面に有し、スルーホールを介して前記第１の接地電極と電気的に接続された第２の接地電極を前記実装面と反対面に有する実装基板を用意し、
前記給電線と接合される導電性薄膜の共振器側給電線および前記第１の接地電極と接合される導電性薄膜の共振器側接地電極を有する誘電体を用意し、
前記誘電体の実装領域の外周であって前記第１の接地電極上にレジスト層を形成し、
前記共振器側給電線および前記誘電体の実装領域における前記給電線の少なくとも何れか一方と前記共振器側接地電極および前記誘電体の実装領域における前記第１の接地電極の少なくとも何れか一方にろう付け用部材を塗布し、
前記共振器側給電線が前記給電線上に位置するようにして前記誘電体を前記実装基板の実装領域に載置し、
前記ろう付け用部材を溶融して前記誘電体を前記実装基板に固着する、
ことを特徴とする誘電体共振アンテナの製造方法。
【請求項６】
前記スルーホールは、前記誘電体の実装領域を含んだ領域に形成されていることを特徴とする請求項５記載の誘電体共振アンテナの製造方法。
【請求項７】
前記共振器側給電線および前記共振器側接地電極は、金属ペーストをスクリーン印刷により塗布して焼成することにより形成することを特徴とする請求項５または６記載の誘電体共振アンテナの製造方法。
【請求項８】
前記ろう付け用部材ははんだペーストであることを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載の誘電体共振アンテナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘電体共振アンテナおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘電体共振アンテナ（ＤＲＡ−Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ａｎｔｅｎｎａ）は、マイクロストリップアンテナに比べて導体損失が少なく、また広帯域化および小型化が容易であることから、無線ＬＡＮの基地局アンテナなどに用いられている。
【０００３】
このような誘電体共振アンテナについては、たとえば特開２０００−２０９０１９号公報、特開２０００−２０９０２０号公報、特開２００１−２９８３１８号公報などに記載がある。
【０００４】
ここで、これらの公報にも記載のように、誘電体共振アンテナは、誘電体共振器（誘電体）とこれが搭載された実装基板とから構成されており、誘電体共振器にはプローブピン、スロット、マイクロストリップ等により給電が行われている。
【特許文献１】特開２０００−２０９０１９号公報
【特許文献２】特開２０００−２０９０２０号公報
【特許文献３】特開２００１−２９８３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
誘電体共振アンテナが所期の周波数特性を得るためには、誘電体共振器が実装基板の所定位置に十分な強度を持って固定されていなければならない。
【０００６】
しかしながら、前述した公報に記載の技術では、誘電体共振器の固定については何ら言及されていない。
【０００７】
そこで、本発明は、誘電体共振アンテナにおいて、誘電体を実装基板の所定位置に十分な強度で固定することのできる技術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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る誘電体共振アンテナは、所定形状の誘電体と、実装面に前記誘電体が搭載された実装基板と、先端が少なくとも前記誘電体の実装領域の一部まで延びて前記実装面に形成され、前記誘電体に給電される信号を伝送するとともに前記誘電体と前記実装基板とを固定する導電性薄膜からなる給電線と、前記給電線とギャップを介して前記誘電体の実装領域の他の一部を含んだ前記実装面に形成され、前記誘電体と前記実装基板とを固定する導電性薄膜からなる第１の接地電極と、前記実装基板における前記実装面と反対面に形成され、前記第１の接地電極とスルーホールを介して電気的に接続された第２の接地電極と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい形態において、前記スルーホールは、前記誘電体の実装領域を含んだ領域に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のさらに好ましい形態において、前記誘電体の実装領域の外周であって前記第１の接地電極上にはレジスト層が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のさらに好ましい形態において、前記誘電体の高さは３．１〜３．７ｍｍであることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係る誘電体共振アンテナの製造方法は、導電性薄膜からなる給電線および導電性薄膜からなり前記給電線とギャップを介して形成された第１の接地電極を実装面に有し、スルーホールを介して前記第１の接地電極と電気的に接続された第２の接地電極を前記実装面と反対面に有する実装基板を用意し、前記給電線と接合される導電性薄膜の共振器側給電線および前記第１の接地電極と接合される導電性薄膜の共振器側接地電極を有する誘電体を用意し、前記誘電体の実装領域の外周であって前記第１の接地電極上にレジスト層を形成し、前記共振器側給電線および前記誘電体の実装領域における前記給電線の少なくとも何れか一方と前記共振器側接地電極および前記誘電体の実装領域における前記第１の接地電極の少なくとも何れか一方にろう付け用部材を塗布し、前記共振器側給電線が前記給電線上に位置するようにして前記誘電体を前記実装基板の実装領域に載置し、前記ろう付け用部材を溶融して前記誘電体を前記実装基板に固着する、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい形態において、前記スルーホールは、前記誘電体の実装領域を含んだ領域に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のさらに好ましい形態において、前記共振器側給電線および前記共振器側接地電極は、金属ペーストをスクリーン印刷により塗布して焼成することにより形成することを特徴とする。
【００１５】
本発明のさらに好ましい形態において、前記ろう付け用部材ははんだペーストであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００１７】
すなわち、誘電体と実装基板とが、給電線に加えて第１の接地電極でも接合して固定されているので、接合強度が向上して誘電体を実装基板の所定位置に十分な強度で固定することが可能になる。
【００１８】
また、誘電体の高さを低くしても良好な共振特性が得られるので、アンテナの低背化を図ることが可能になる。
【００１９】
さらに、実装領域の外周にはギャップが必要ないことから、アンテナ占有面積を削減することが可能になる。
【００２０】
溶融したろう付け部材は共振器側給電線、給電線、共振器側接地電極および第１の接地電極にのみ広がることにより誘電体が実装基板上で正確に位置決めされるので、誘電体を実装基板に十分な強度で、且つ正確な位置に固定することが可能になる。
【００２１】
そして、誘電体共振器の実装領域にスルーホールを形成すれば、ろう付け部材がスルーホールから第２の接地電極にまで回り込むので、誘電体共振器の実装基板に対する固着強度を大幅に増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００２３】
図１は本発明の一形態である誘電体共振アンテナを示す斜視図、図２は図１の誘電体共振アンテナにおける実装基板の実装面を示す説明図、図３は図１の誘電体共振アンテナにおける誘電体共振器を底面から示す説明図、図４は誘電体共振器の高さを３．１ｍｍとした図１の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフ、図５は誘電体共振器の高さを３．３ｍｍとした図１の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフ、図６は誘電体共振器の高さを３．５ｍｍとした図１の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフ、図７は誘電体共振器の高さを３．７ｍｍとした図１の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフ、図８は比較例である誘電体共振アンテナにおける実装基板の実装面を示す説明図、図９は図８の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。
【００２４】
図１および図２に示すように、本実施の形態の誘電体共振アンテナ１０は、直方体形状をしたたとえば（Ｍｇ・Ｃａ）ＴｉＯ２やＢａ２Ｔｉ９Ｏ２０などの誘電性材料からなる誘電体共振器（誘電体）１１と、この誘電体共振器１１が搭載された実装基板１２とを有している。また、本実施の形態において、誘電体共振器１１のサイズは、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ３．１ｍｍとなっている。但し、これ以外のサイズであってもよい。
【００２５】
実装基板１２の実装面には、誘電体共振器１１に給電される信号を伝送してこれを励振する導電性薄膜からなる給電線１２ａが誘電体共振器１１の実装領域の一部にまで延びて形成されている。また、誘電体共振器１１の実装領域の他の一部を含んだ実装面には、誘電体共振器１１と実装基板１２とを固定する導電性薄膜からなる第１の接地電極１２ｂが、給電線１２ａとギャップを介して形成されている。さらに、実装基板１２における実装面と反対面には、第１の接地電極１２ｂとスルーホール１３を介して電気的に接続された第２の接地電極１２ｃが形成されている。そして、誘電体共振器１１の実装領域の外周であって第１の接地電極１２ｂ上にはレジスト層１４が形成されている。
【００２６】
ここで、給電線１２ａの幅は１．１１ｍｍ、レジスト層１４の幅は、給電線１２ａが露出している側が０．５ｍｍ、それ以外の場所が１．５ｍｍとなっている。但し、これ以外の寸法であってもよい。
【００２７】
なお、本実施の形態において、給電線１２ａは角形となった誘電体共振器１１の実装領域における一辺の全長にわたって形成されているが、その先端が当該実装領域の一部にかかっていれば足りる。さらに、先端が実装領域の外部にまで延びていてもよい。つまり、給電線１２ａは、その先端が少なくとも誘電体共振器１１の実装領域の一部まで延びて形成されていればよい。
【００２８】
また、図示する場合において、スルーホール１３は、誘電体共振器１１の実装領域およびそれ以外の領域に形成されている。後述する誘電体共振器１１の固着強度の点から、このようにスルーホール１３は誘電体共振器１１の実装領域にも形成されていることが望ましいが、当該領域には形成されていなくてもよい。
【００２９】
誘電体共振器１１の底面には、図３に示すように、実装領域における給電線１２ａの形状に対応した導電性薄膜からなる共振器側給電線１１ａ、および同じく実装領域における第１の接地電極１２ｂの形状に対応した導電性薄膜からなる共振器側接地電極１１ｂが形成されている。なお、本実施の形態において、共振器側給電線１１ａの幅は１．１１ｍｍ、共振器側接地電極１１ｂの幅は５ｍｍとなっている。但し、これ以外の寸法であってもよい。
【００３０】
そして、後述するようにはんだを介して給電線１２ａと共振器側給電線１１ａとが、第１の接地電極１２ｂと共振器側接地電極１１ｂとがそれぞれ接合されることにより、誘電体共振器１１と実装基板１２とが相互に固定される。このように、誘電体共振器１１と実装基板１２とが、給電線１２ａと共振器側給電線１１ａとの接合に加えて、第１の接地電極１２ｂと共振器側接地電極１１ｂとの接合により固定されるので、両者間の接合強度が向上する。これにより、誘電体共振器１１を実装基板１２の所定位置に十分な強度で固定することが可能になる。
【００３１】
なお、誘電体共振器１１に用いられる誘電性材料は前述したもの以外を適用することができる。また、誘電体共振器１１の形状は直方体に限定されるものではなく、たとえば円柱形、楔形、球形など、種々の形状をとることができる。
【００３２】
ここで、以上の構成を有する誘電体共振アンテナの製造方法について説明する。
【００３３】
先ず、前述した実装基板１２と誘電体共振器１１とを用意する。つまり、給電線１２ａおよび第１の接地電極１２ｂを実装面に有し、スルーホール１３を介して第１の接地電極１２ｂと電気的に接続された第２の接地電極１２ｃを実装面と反対面に有する実装基板１２と、給電線１２ａと接合される共振器側給電線１１ａおよび第１の接地電極１２ｂと接合される共振器側接地電極１１ｂを有する誘電体共振器１１を用意する。なお、実装基板１２においては、誘電体共振器１１の実装領域の外周が位置する第１の接地電極１２ｂにはレジスト層１４を形成する。
【００３４】
なお、共振器側給電線１１ａ、共振器側接地電極１１ｂ、給電線１２ａ、第１の接地電極１２ｂおよび第２の接地電極１２ｃは、銅や銀などの金属導体層をパターニングして形成される。具体的には、たとえば銀等の金属ペーストをスクリーン印刷して焼き付ける方法、金属パターン層をメッキで形成する方法、薄い金属膜をエッチングによりパターニングする方法などにより形成することができる。
【００３５】
次に、誘電体共振器１１の実装領域における給電線１２ａおよび第１の接地電極１２ｂに、たとえばはんだペーストなどのろう付け用部材をスクリーン印刷により塗布する。なお、共振器側給電線１１ａおよび共振器側接地電極１１ｂに塗布してもよく、共振器側給電線１１ａ、給電線１２ａ、共振器側接地電極１１ｂおよび第１の接地電極１２ｂに塗布してもよい。なお、ろう付け用部材には、塗布ができてリフローが可能な導体の部材であれば、はんだペースト以外を用いてもよい。
【００３６】
はんだペーストを塗布したならば、共振器側給電線１１ａが給電線１２ａ上に位置するようにして誘電体共振器１１を実装基板の実装領域に載置し、これらを加熱する。これにより、はんだペーストが溶融され、給電線１２ａと共振器側給電線１１ａとが接合し、第１の接地電極１２ｂと共振器側接地電極１１ｂとが接合する。
【００３７】
このとき、溶融したはんだペーストは、接触角が小さくなる共振器側給電線１１ａ、給電線１２ａ、共振器側接地電極１１ｂおよび第１の接地電極１２ｂには広がるが、接触角が大きくなるこれら導電性薄膜の形成されていない領域には広がらない。したがって、給電線１２ａと共振器側給電線１１ａとが、また第１の接地電極１２ｂと共振器側接地電極１１ｂとが、それぞれ正確に相対するように誘電体共振器１１が実装基板１２上で位置決めされる。
【００３８】
最後に、このように位置決めされた後に常温下におくことではんだペーストが硬化し、誘電体共振器１１は実装基板１２に正確に位置決め固定される。これにより、誘電体共振器１１を実装基板１２に十分な強度で、且つ正確な位置に固定することが可能になる。よって、給電位置を正確にレイアウトすることが可能になり、所望のアンテナ特性を安定して得ることができる。
【００３９】
そして、誘電体共振器１１の実装領域にスルーホール１３が形成されているので、はんだペーストを用いて誘電体共振器１１を実装基板１２に実装すると、はんだがスルーホール１３から第２の接地電極１２ｃにまで回り込む。これにより、誘電体共振器１１の固着強度を大幅に増加させることができる。
【００４０】
ここで、固着強度は誘電体共振器１１の横から荷重を加えていき、この誘電体共振器１１が剥離したときの荷重、つまり最大の加重で求められる。実装領域にスルーホール１３がある実装基板１２では固着強度が８８７（Ｎ）であったのに対し、実装領域にスルーホールがない実装基板では固着強度が６８２（Ｎ）であった。つまり、実装領域にスルーホール１３を形成することにより固着強度が１．３倍に増加した。なお、固着強度の測定装置には、島津製作所製、精密万能試験機ＡＵＴＯ  ＧＲＡＰＨ  ＡＧ−Ｉ／Ｒ  ５０ｋＮを用いた。
【００４１】
さて、本発明者は、誘電体共振器１１の高さと反射特性との関係について検討を行った。
【００４２】
すなわち、前述のように誘電体共振器１１の高さを３．１ｍｍとした場合の反射特性に加えて、誘電体共振器１１の高さを３．３ｍｍとした場合、３．５ｍｍとした場合、３．７ｍｍとした場合の反射特性についてデータを得た。誘電体共振器１１をそれぞれの高さにした場合の反射特性を図４、図５、図６および図７に示す。
【００４３】
図示するように、何れの高さについても、すなわち図４に示す高さ３．１ｍｍの誘電体共振器１１を用いた誘電体共振アンテナ１０においても良好な反射特性が得られ、広帯域化が図られている。そして、誘電体共振器１１の高さを変化させることにより反射特性を調整できることが分かる。
【００４４】
また、比較例として、誘電体共振器１１の高さを３．７ｍｍとした誘電体共振アンテナを作成し、その反射特性についてのデータを得た。比較例である誘電体共振アンテナの実装基板の実装面を図８に、この誘電体共振アンテナの反射特性を図９に、それぞれ示す。
【００４５】
図８において、比較例である誘電体共振アンテナにおける実装基板１２の実装面は、コプレーナウエーブガイドと呼ばれるもので、誘電体共振器１１の実装領域以外には、給電線１２ａおよびこれとギャップを介して接地電極１２ｄが形成されている。また、実装領域には、実装領域外から延びた給電線１２ａ、および給電線１２ａならびに接地電極１２ｄとギャップを介してランド１２ｅが形成されている。したがって、ランド１２ｅは誘電体共振器１１を実装基板１２に固定する役割を果たしているのみであり、その電位は不定になっている。
【００４６】
そして、この誘電体共振器１１の高さを３．７ｍｍとした図８に示す誘電体共振アンテナにおける反射特性（図９）と、誘電体共振器１１の高さを３．１ｍｍとした本願の誘電体共振アンテナ１０の反射特性（図４）とを比較すると、ほぼ同じ共振周波数になっている。
【００４７】
したがって、実装基板１２における誘電体共振器１１の実装領域にスルーホール１３を設けて接地電位とした構造を有する本実施の形態の誘電体共振アンテナ１０によれば、アンテナの低背化を図ることが可能になる。しかも、実装領域の外周にはギャップが必要ないことから、アンテナ占有面積を削減することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一形態である誘電体共振アンテナを示す斜視図である。
【図２】図１の誘電体共振アンテナにおける実装基板の実装面を示す説明図である。
【図３】図１の誘電体共振アンテナにおける誘電体共振器を底面から示す説明図である。
【図４】誘電体共振器の高さを３．１ｍｍとした図１の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。
【図５】誘電体共振器の高さを３．３ｍｍとした図１の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。
【図６】誘電体共振器の高さを３．５ｍｍとした図１の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。
【図７】誘電体共振器の高さを３．７ｍｍとした図１の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。
【図８】比較例である誘電体共振アンテナにおける実装基板の実装面を示す説明図である。
【図９】図８の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  誘電体共振アンテナ
１１  誘電体共振器（誘電体）
１１ａ  共振器側給電線
１１ｂ  共振器側接地電極
１２  実装基板
１２ａ  給電線
１２ｂ  第１の接地電極
１２ｃ  第２の接地電極
１２ｄ  接地電極
１２ｅ  ランド
１３  スルーホール
１４  レジスト層
【図１】
2005142868.tif 000003
【図２】
2005142868.tif 000004
【図３】
2005142868.tif 000005
【図４】
2005142868.tif 000006
【図５】
2005142868.tif 000007
【図６】
2005142868.tif 000008
【図７】
2005142868.tif 000009
【図８】
2005142868.tif 000010
【図９】
2005142868.tif 000011