(57)【要約】【課題】  放射電極の中心位置からｘ方向およびｙ方向共に所定の位置のところに給電部を有するパッチアンテナでありながら、実装基板などに給電ピンを貫通させることなく、表面実装をすることができる表面実装型パッチアンテナを提供する。【解決手段】  誘電体基板１の一面である表面に放射電極２が設けられ、誘電体基板１の一面と対向する面である裏面に接地電極５が設けられている。そして、給電ピン３の一端部３ａが放射電極２に接続され、他端部３ｂが誘電体基板１に設けられる貫通孔１ａを介して裏面側に導出されている。この貫通孔１ａの誘電体基板１裏面側には、貫通孔１ａとほぼ同心で、かつ、貫通孔１ａの直径より大きい内周を有する凹部１ｂが形成されると共に、給電ピン３の他端部３ｂが誘電体基板１の裏面に設けられる接地電極５の露出面とほぼ面一で、実装基板表面に直接表面実装され得る構造に形成されている。【選択図】        図１
2005260875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、該誘電体基板の一面である表面に設けられる放射電極と、前記誘電体基板の前記一面と対向する面である裏面に設けられる接地電極と、一端部が前記放射電極に接続され、他端部が前記誘電体基板に設けられる貫通孔を介して前記裏面側に導出される給電ピンとを有するパッチアンテナであって、前記貫通孔の前記誘電体基板裏面側に該貫通孔とほぼ同心で、かつ、該貫通孔の直径より大きい内周を有する凹部が形成されると共に、前記給電ピンの他端部が前記誘電体基板の裏面に設けられる接地電極の露出面とほぼ面一で、実装基板表面に直接表面実装され得る表面実装型パッチアンテナ。
【請求項２】
前記給電ピンの他端部に、前記実装基板との接続を容易にするフランジ部が形成されてなる請求項１記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
誘電体基板と、該誘電体基板の一面である表面に設けられる放射電極と、前記誘電体基板の前記一面と対向する面である裏面に設けられる接地電極とを有し、前記放射電極の給電ピンが接続される位置および該給電ピンが接続される位置に対応する部分の前記誘電体基板に貫通孔が形成され、該貫通孔の前記誘電体基板の裏面側に該貫通孔とほぼ同心で、かつ、該貫通孔の直径より大きい内周を有する凹部が形成されることにより、実装基板表面に設けられた給電ピンを前記貫通孔に挿入して前記放射電極と接続し得る構造の表面実装型パッチアンテナ。
【請求項４】
誘電体基板と、該誘電体基板の一面である表面に設けられる放射電極と、前記誘電体基板の前記一面と対向する面である裏面に設けられる接地電極と、一端部が前記放射電極に接続され、他端部が前記誘電体基板に設けられる貫通孔を介して前記裏面側に導出される給電ピンとを有するパッチアンテナであって、前記給電ピンは、前記他端部がスプリングを介して突出長を可変できる可動ピンで形成され、該可動ピンの先端部が前記接地電極の露出面よりも突出するように設けられ、実装基板上に固定されるとき該可動ピンの可動力により実装基板上に押し付けることにより、実装基板表面に表面実装され得る表面実装型パッチアンテナ。
【請求項５】
前記貫通孔の前記誘電体基板裏面側に該貫通孔より大きい凹部が形成され、前記給電ピンの外周に前記凹部内に挿入される鍔が形成され、該鍔を基準として前記給電ピンの一端部が前記放射電極と接続して固定されてなる請求項４記載の表面実装型パッチアンテナ。
【請求項６】
（ａ）誘電体基板の一面に放射電極、他面に接地電極が形成されると共に、該放射電極に接続される給電ピンが設けられる部分の前記放射電極、誘電体基板および接地電極に貫通孔が形成されたパッチアンテナ用の誘電体基板と電極部との組立体を形成し、
（ｂ）パッチアンテナを実装する実装基板表面の給電端子に給電ピンを立てて固着し、
（ｃ）前記給電ピンが、前記パッチアンテナ用の組立体の貫通孔を貫通するように前記パッチアンテナ用の組立体を前記実装基板表面に装着し、
（ｄ）前記給電ピンの先端部を前記放射電極と電気的に接続する
ことを特徴とする表面実装型パッチアンテナの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体基板表面に送受信する信号の周波数帯における１／２波長の電気長で放射電極が形成され、パッチモードで動作する表面実装型パッチアンテナおよびその実装方法に関する。さらに詳しくは、実装基板にパッチアンテナを実装する場合に、給電ピンが実装基板を貫通して実装基板裏面で接続する構造ではなく、実装基板表面のみで給電ピンも接続することができる表面実装型パッチアンテナおよびその実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パッチアンテナは、たとえばその一例が図１０（ａ）〜（ｂ）に斜視および断面の説明図が示されるように、誘電体基板２１の一表面に導電体膜からなるアンテナ放射電極２２が、一辺がλ／（２εr1/2）（λは送受信する周波数帯の波長、εrは誘電体基板の比誘電率）程度のほぼ正方形状（縦と横の比は、利得、帯域幅などの特性に影響する）に形成され、アンテナ放射電極２２の中心から、ｘ軸方向およびｙ軸方向にそれぞれ変位した位置に給電点２２ａが設けられ、その給電点２２ａに給電ピン２３が接続され、その給電ピン２３の他端部が給電回路に接続される構造になっている。パッチアンテナでは、アンテナ放射電極２２の中心部が電流の最大点となり、端部で電流が最小、すなわち電圧が最大となる分布をするため、中心部からｘ軸方向およびｙ軸方向の両方共に変位したところに、給電側のインピーダンスである５０Ω程度のインピーダンスが存在し、その部分に給電点２２ａが形成されている。そして、誘電体基板２１の裏面には、接地電極２５とする導電膜が形成されている。なお、給電ピン２３は、誘電体基板２１の貫通孔２１ａおよび接地電極２５の貫通孔２５ａを経て、接地電極２５と離間して下側に導出されている。
【０００３】
一方、パッチアンテナで表面実装するタイプとして、たとえば図１１に正面側から見た斜視およびその底面の説明図が示されるように、直線偏波用のパッチアンテナの給電ライン４３を放射電極４２の側壁から誘電体基板４１の側面を介して誘電体基板４１の裏面に引き出してその裏面に給電部４４を形成し、実装基板などに直接リフロー炉などでハンダ付けできる構成にするものも考えられている（たとえば特許文献１参照）。すなわち、直線偏波用であるため、電界の方向は一方向であり、一方向の長さがほぼ１／２波長の電気長を有しその中心部から所定の距離のところに給電されれば、インピーダンス整合をとることができ、その方向と直交する方向である幅方向の位置には余り拘束されないため、放射電極の側部から給電しても問題がなく、誘電体基板の側面を介して給電ライン４３を引き出すことができる。なお、図１１において、４５は接地電極である。
【特許文献１】特開２００２−３１４３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のように、従来の円偏波用パッチアンテナでは、その直交するｘ方向およびｙ方向共に電界成分を有するため、そのｘ方向およびｙ方向共に中心位置から一定の距離にある所定のインピーダンスの位置に給電ピン２３を接続する必要があり、誘電体基板２１を貫通させた貫通孔２１ａを介して給電ピン２３を誘電体基板２１の裏面側に導出しなければならない。そのため、実装基板に搭載する場合でも、図１０（ｃ）に示されるように、実装基板２６に貫通孔２６ａを形成し、給電ピン２３を実装基板２６の貫通孔２６ａに貫通させて実装基板２６の裏面でハンダ付け２７をしなければならない。その結果、実装基板上に載置してリフロー炉などで一括ハンダ付けをするという接合方法を取り難く、実装作業が複雑になり、コストアップの原因になっている。さらに、実装基板を貫通させてその裏面側でハンダ付けすると、実装基板の裏面にｄ＝１.５ｍｍ程度の出っ張りができ、スペースを取り小型化の妨げになると共に、実装基板裏面に部品を搭載するスペースも制約を受けることになる。
【０００５】
一方、近年では、アンテナ性能向上の観点から、携帯電話機など非常に小型で安価な製品にもパッチアンテナが搭載されるようになり、パッチアンテナを用いる場合に、実装基板に搭載する部品の高集積化およびさらなるコストダウンが要求されてきており、そのニーズに応えられないという問題がある。この問題を解決するため、誘電体基板を薄くしたり、給電ピンの出っ張り部の厚さｄを０.５ｍｍ以下などに短くすることが考えられるが、誘電体基板を薄くすると電気特性、とくに帯域が狭くなったり、利得が低くなるという問題があり、また、給電ピンの出っ張り部を短くすると、ハンダ付けの信頼性が低下すると共に、短くしても他の部品を実装基板裏面にできるだけ多く搭載するという要求には応えることができない。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、放射電極の中心位置からｘ方向およびｙ方向共に所定の位置のところに給電部を有するパッチアンテナでありながら、実装基板などに給電ピンを貫通させることなく、表面実装をすることができる表面実装型パッチアンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、給電ピンを有するパッチアンテナを実装基板などに表面実装する場合でも、給電ピンを確実に実装基板に接続させ、接続の信頼性を低下させることのない表面実装型パッチアンテナの実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による表面実装型パッチアンテナは、誘電体基板と、該誘電体基板の一面である表面に設けられる放射電極と、前記誘電体基板の前記一面と対向する面である裏面に設けられる接地電極と、一端部が前記放射電極に接続され、他端部が前記誘電体基板に設けられる貫通孔を介して前記裏面側に導出される給電ピンとを有するパッチアンテナであって、前記貫通孔の前記誘電体基板裏面側に該貫通孔とほぼ同心で、かつ、該貫通孔の直径より大きい内周を有する凹部が形成されると共に、前記給電ピンの他端部が前記誘電体基板の裏面に設けられる接地電極の露出面とほぼ面一で、実装基板表面に直接表面実装され得る構造に形成されている。
【０００９】
ここに「貫通孔とほぼ同心で、かつ、該貫通孔の直径より大きい内周を有する凹部」とは、凹部は断面形状が円形でなくてもよく、それぞれの中心部がほぼ同じ位置になるように凹部が大きく形成されることを意味する。
【００１０】
前記給電ピンの他端部に、前記実装基板との接続を容易にするフランジ部が形成されていることにより、実装基板などにハンダ付けなどにより接続する際に、安定して接続することができ、接続の信頼性が向上する。ここにフランジ部とは、給電ピンの太さより大きい外形を有する平坦部分を意味する。
【００１１】
本発明による表面実装型パッチアンテナの他の形態は、誘電体基板と、該誘電体基板の一面である表面に設けられる放射電極と、前記誘電体基板の前記一面と対向する面である裏面に設けられる接地電極とを有し、前記放射電極の給電ピンが接続される位置および該給電ピンが接続される位置に対応する部分の前記誘電体基板に貫通孔が形成され、該貫通孔の前記誘電体基板の裏面側に該貫通孔とほぼ同心で、かつ、該貫通孔の直径より大きい内周を有する凹部が形成されることにより、実装基板表面に設けられた給電ピンを前記貫通孔に挿入して前記放射電極と接続し得る構造に形成されている。
【００１２】
本発明による表面実装型パッチアンテナのさらに他の形態は、誘電体基板と、該誘電体基板の一面である表面に設けられる放射電極と、前記誘電体基板の前記一面と対向する面である裏面に設けられる接地電極と、一端部が前記放射電極に接続され、他端部が前記誘電体基板に設けられる貫通孔を介して前記裏面側に導出される給電ピンとを有するパッチアンテナであって、前記給電ピンは、前記他端部がスプリングを介して突出長を可変できる可動ピンで形成され、該可動ピンの先端部が前記接地電極の露出面よりも突出するように設けられ、実装基板上に固定されるとき該可動ピンの可動力により実装基板上に押し付けることにより、実装基板表面に表面実装され得る構造になっている。
【００１３】
前記貫通孔の前記誘電体基板裏面側に該貫通孔とほぼ同心で、かつ、該貫通孔の直径より大きい内周を有する凹部が形成され、前記給電ピンの外周に前記凹部内に挿入される鍔が形成され、該鍔を基準として前記給電ピンの一端部が前記放射電極と接続して固定される構造にすることができる。そうすることにより、給電ピンの位置決めをしやすく、給電ピンと放射電極との接続固定を、一定の長さで、しかも治具無しでリフロー炉などにより簡単に行いやすい。
【００１４】
本発明による表面実装型アンテナの実装方法は、（ａ）誘電体基板の一面に放射電極、他面に接地電極が形成されると共に、該放射電極に接続される給電ピンが設けられる部分の前記放射電極、誘電体基板および接地電極に貫通孔が形成されたパッチアンテナ用の誘電体基板と電極部との組立体を形成し、（ｂ）パッチアンテナを実装する実装基板表面の給電端子に給電ピンを立てて固着し、（ｃ）前記給電ピンが、前記パッチアンテナ用の組立体の貫通孔を貫通するように前記パッチアンテナ用の組立体を前記実装基板表面に装着し、（ｄ）前記給電ピンの先端部を前記放射電極と電気的に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、パッチアンテナを構成する放射電極の所定の位置に一端部が接続される給電ピンの他端部は、実装基板を貫通するように長くは形成されないで、その他端部が誘電体基板裏面に設けられる接地電極の露出面とほぼ面一になるように形成さると共に、その他端部近傍の給電ピンを貫通させる貫通孔部分に、貫通孔の直径より大きい内周を有する凹部が形成されているので、給電ピンの他端部を実装基板表面で直接ハンダ付けなどにより固定することができ、実装基板の表面だけで、簡単に実装することができる。すなわち、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、誘電体基板裏面にハンダ付けのためのスペースを確保する凹部を形成しても、その凹部の大きさが直径で（凹部の形状が円形とは限らないが、平均的な大きさで）１０ｍｍ以下程度であれば、アンテナの特性であるＶＳＷＲや放射特性に殆ど影響を与えないことを見出し、放射電極の内部で所定の場所に接続する必要のある給電ピンでも、その他端部を接地電極の露出面の位置と合せて表面実装をすることができることを見出した。
【００１６】
また、給電ピンの他端部を可動ピンで形成することにより、ハンダ付けなどにより実装基板表面に固着しなくても、可動力による接触だけで実装基板の給電部に接触させることができ、同様に実装基板を貫通させることなく表面実装をすることができる。この場合は、ハンダ付けなどをしなくてもよいため、誘電体基板に凹部を形成しなくても貫通孔だけで表面実装をすることができる。しかし、前述のように、小さい凹部であれば、特性的に殆ど影響しないため、凹部を形成して、可動ピンの外周に鍔を形成しておくことにより、放射電極と可動ピンを有する給電ピンとの接続を簡単に、しかも確実に行うことができる。
【００１７】
さらに、給電ピンを予め実装基板側に立てて固着し、パッチアンテナの給電ピンが設けられる部分に貫通孔のみを形成しておき、給電ピンのない誘電体と放射電極や接地電極が形成された誘電体基板と電極部との組立体を挿入することにより実装基板に実装することができる。この場合、パッチアンテナ用の組立体としては、給電ピン以外のパッチアンテナの部分を形成しておき、給電ピンの部分は貫通孔のみを形成しておくことになる。この場合も、誘電体基板裏面には貫通孔の直径より大きい内周を有する凹部を形成しておくことにより、実装基板に給電ピンを立てて固着する場合に、固着部は給電ピンの太さより大きくなる可能性が大きいが、凹部があることにより、その凹部で吸収することができる。
【００１８】
このような構成にすることにより、放射電極のｘ方向およびｙ方向共に放射電極の端部ではなく、内部に給電部が形成されるパッチアンテナであっても、その給電ピンを実装基板の貫通孔に挿入するように伸ばさないで、表面実装をすることができ、実装基板裏面に出っ張りが形成されず、薄型を達成することができたり、実装基板の裏面にも高密度で部品を搭載することができ、実装基板全体の小型化を達成できたりする。また、組み立ててハンダリフロー炉などに流すだけで接続することができ、実装基板への組立を非常に簡単に行うことができる。その結果、携帯電話機などの非常に小型化されてきている電気機器であっても、高性能なパッチアンテナを用いることができ、小型で、安価でありながら、高特性のアンテナを内蔵することができる。
【００１９】
また、パッチアンテナを表面実装する場合、実装基板に接続される給電ピンの他端部は、誘電体基板や放射電極などにより完全に隠れて接着状態を確認することができないが、本発明の実装方法によれば、給電ピンを先に実装基板表面に固着し、その後に誘電体基板と電極部との組立体を給電ピンに挿入して、給電ピンの一端部と放射電極の給電部との接続を行うため、給電ピンのいずれの接続部も確認をすることができ、接続の信頼性を非常に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
つぎに、図面を参照しながら本発明の表面実装型パッチアンテナについて説明をする。本発明による表面実装型パッチアンテナは、図１にその一実施形態の斜視および断面の説明図が示されるように、誘電体基板１の一面である表面に放射電極２が設けられ、誘電体基板１の一面と対向する面である裏面に接地電極５が設けられている。そして、給電ピン３の一端部３ａが放射電極２に接続され、他端部３ｂが誘電体基板１に設けられる貫通孔１ａを介して裏面側に導出されている。この貫通孔１ａの誘電体基板１裏面側には、貫通孔１ａとほぼ同心で、かつ、貫通孔１ａの直径より大きい内周を有する凹部１ｂが形成されると共に、給電ピン３の他端部３ｂが誘電体基板１の裏面に設けられる接地電極５の露出面とほぼ面一で、実装基板表面に直接表面実装され得る構造に形成されている。
【００２１】
誘電体基板１は、たとえばチタン酸バリウム(比誘電率が約２０)などからなる高誘電率のセラミックスが用いられることが、アンテナを小型化し得る点から好ましい。すなわち、パッチアンテナの場合、その一辺は送受信する信号の波長λに対してほぼλ／２の電気長に形成されるが、物理的長さは誘電体基板の比誘電率をεrとすると、１／（εr）1/2に比例することが知られており、比誘電率が４倍になれば、アンテナの一辺の大きさを１／２にすることができる。したがって、高誘電率の誘電体が用いられることにより、アンテナを小型化することができる。また、誘電体基板１は厚いほど帯域特性などの電気特性を向上させることができるため好ましいが、余り厚くしすぎると、                  となり、通常は２〜５ｍｍ程度（図１に示される例では４ｍｍ）のセラミックスが用いられる。
【００２２】
誘電体基板１の大きさは、後述する放射電極２の大きさと同じ大きさでもよいが、通常は放射電極２よりやや大きく形成され、たとえば１.５７５ＧＨｚ用で、誘電体基板１の比誘電率が２０であるとき、放射電極２の大きさが２１ｍｍ角で、誘電体基板１の大きさは２５ｍｍ角程度に形成される。また、誘電体基板１の所定の場所には、後述する給電ピン３を貫通させるための貫通孔１ａが形成されている。この貫通孔１ａは、後述する給電ピン３を貫通させるもので、たとえば１.２ｍｍφ程度に形成されている。さらに、図１に示される例では、誘電体基板１の裏面側で貫通孔１ａとほぼ同心で３.５ｍｍφ程度で、深さが１.５ｍｍ程度の凹部１ｂが形成されている。この凹部１ｂは、後述する給電ピン３を実装基板にハンダ付けなどをして接続する際に、ハンダなどの導電性部材が給電ピン３にしっかりと固着するスペースを確保すると共に、接地電極５との接触を避けるためのもので、断面が円形である必要はないが、円形の方が必要最小限に誘電体を除去することができる。また、後述するハンダ付けなどをしないで電気的に接続する場合は凹部１ｂを必要とはしない。
【００２３】
放射電極２は、銀ペーストなどの良伝導体が印刷されたものを焼成することにより、１０〜２０μｍ程度の厚さの導電体膜として形成される。この放射電極２と対向する誘電体基板１の裏面には、同様に銀ペーストなどの導電体膜が厚膜印刷などにより設けられることにより、接地電極５が形成されている。すなわち、誘電体基板１を挟んで放射電極２と接地電極５とが設けられることにより、パッチアンテナが形成されている。なお、放射電極２や接地電極５の材料は、銀ペーストを焼結して形成するものに限らず、銅などの良伝導体を真空蒸着などにより被膜してパターニングすることにより形成してもよい。この場合は、厚さは０.１〜１μｍ程度に形成される。
【００２４】
この放射電極２は、円偏波用として用いるため、横（ｘ方向）と縦（ｙ方向）の長さＬは共にほぼ１／２波長の電気長を有する正方形状に形成されているが、必ずしも正方形状にする必要はない。この一辺の物理的長さＬは、前述のように、誘電体基板１の比誘電率が大きいほど小さくすることができ、前述の送受信する信号の周波数が１.５７５ＧＨｚである場合に、比誘電率εrが２０の誘電体基板１を用いると、その一辺の長さＬを２１ｍｍ程度で形成することができる。この放射電極２には、その中心部Ｃから若干ｘ方向およびｙ方向共にずれた所定の位置に給電部２ａが設けられ、その給電部２ａに後述する給電ピン３を挿入するための貫通孔が形成されている。しかし、貫通孔を形成しないで、放射電極２の裏面に接続して給電ピン３が設けられてもよい。この給電部２ａは、給電部が接続される回路側の特性インピーダンス（たとえば５０Ω）と整合するインピーダンスの位置に形成され、その中心部Ｃから若干ずれた位置に設けられている。
【００２５】
図１に示される例では、この給電部２ａに設けられた貫通孔に給電ピン３の一端部３ａがハンダ６などにより接続固着されている。給電ピン３は、たとえば太さが１.２ｍｍφ程度の真鍮などからなる線材が用いられ、その他端部３ｂは接地電極５の露出面（下面）とほぼ面一になるように設けらている。その結果、実装基板などの給電ピン３を接続する部分にクリームハンダなどを塗布しておいて、このパッチアンテナを実装基板などに載置し、リフロー炉などに通すだけで、給電ピン３と実装基板とを電気的に接続し固着することができる。なお、誘電体基板１の裏面側には、前述のように凹部１ｂが形成されているため、ハンダが給電ピン３に上ってハンダフィレットを形成しやすく、かつ、接地電極５との接触を防止することができる。
【００２６】
図１に示される例では、給電ピンの他端部３ｂ側は、給電ピン３の太さのままであるが、たとえば図２に示されるように、給電ピン３の他端部側にフランジ（給電ピン３より大きい径の平板部分）３ｃが形成されていることにより、さらに実装基板との接続を確実にすることができるし、図３に示されるように、給電ピン３を先に実装基板７に接続固着してから、後で誘電体基板１および放射電極２や接地電極５の電極部を組み立てたパッチアンテナ用の誘電体基板と電極部との組立体９を、その貫通孔１ａの部分が給電ピン３に挿入されるように嵌め合せて組み立てる実装方法を採用することができる。そうすることにより、給電ピン３と実装基板７との接続を確実に確認してから組立体９を被せることができるため、給電ピン３の接続および接地電極５との非接触の信頼性を向上させることができる。なお、この場合の凹部１ｂの内径も前述と同様の３.５ｍｍφで、フランジ１ｃの大きさは、直径が２.５ｍｍφ程度であった。
【００２７】
すなわち、図３に示されるパッチアンテナの実装方法は、まず、図３（ａ）に示されるように、図１に示される構造と同様の貫通孔１ａや凹部１ｂが形成された誘電体基板１の表面に放射電極２、裏面に接地電極５が形成されたパッチアンテナ用の誘電体基板と電極部との組立体９を形成する。ついで、図３（ｂ）に示されるように実装基板７の給電ピンを接続する場所に給電ピン３を立ててハンダ８により接続固着する。この際、給電ピン３の他端部側にフランジ３ｃが形成されているため、実装基板７上にこのまま立ててリフロー炉などでハンダ付けすることができ、非常に簡単にハンダ付けすることができると共に、そのハンダ付け状態および横への広がりが多すぎて接地電極５と接触する可能性がないかを確認することができる。その後、図３（ｃ）に示されるように、前述の組立体９を被せて給電ピン３の先端部３ａをハンダ６により放射電極２と接続固着することにより、実装基板７に直接パッチアンテナを搭載することができる。
【００２８】
図３に示される実装方法で、実装基板に実装した状態のパッチアンテナのＶＳＷＲおよび放射特性を調べた結果が図６および図７に示されている。すなわち、本発明によると、誘電体基板１に貫通孔１ａだけでなく、凹部１ｂがその裏面側に形成されているが、図６に示されるように、１.５７５ＧＨｚでは、１.５６程度のＶＳＷＲで、従来構造の１.５２程度と殆ど測定誤差程度の差しかなく、また、放射特性も全平均（後述する図７に示される直交する両方向のそれぞれの放射角度３６０°の全平均）が、従来構造では−０.５９ｄＢｉであったのが、図３に示される構造では、−０.７２ｄＢｉで、殆ど変らず（数値が大きいほど良い）、図７に示される放射特性が得られた。なお、図７において、（ａ）は、図８に示されるようにアンテナの放射電極２の正面側をｚ軸とし、放射電極２の中心Ｃに対して給電点２ａが図８に示されるようにｘ軸、ｙ軸を設定した場合のｚ−ｘ面における放射特性で、（ｂ）は、その直交方向であるｙ−ｚ面内における放射特性を示す。（ａ）の放射特性の平均は−０.８５ｄＢｉで、従来構造の−０.７３ｄＢｉであり、（ｂ）の放射特性の平均は−０.５９ｄＢｉで、従来構造の−０.４５ｄＢｉより若干低下したが、殆ど遜色はない。
【００２９】
すなわち、本発明者らは、表面実装をするため誘電体基板裏面１に凹部１ｂを設けることによるアンテナ特性の影響を調べた結果、凹部１ｂの大きさ（誘電体基板１の大きさおよび厚さは前述の例の寸法で、凹部の深さが１.５ｍｍで断面が円形の凹部１ｂとしたときの直径）を種々変化させたときの１.５７５ＧＨｚにおけるＶＳＷＲの変化が図９に示されるように、凹部１ｂの大きさが直径で１０ｍｍ程度までは、殆ど凹部１ｂの影響を受けないことを見出した。その結果、表面実装をしてもハンダ付けのためのスペースを確保することができ、給電ピン３を信頼性よく実装基板に接続することができ、かつ、給電ピン３と接地電極５とを短絡させることなく接続することができるこを見出した。なお、凹部１ｂの大きさに対する放射特性の影響も同様の傾向が得られた。
【００３０】
このように、誘電体基板１の給電ピン３を貫通させる貫通孔１ａの基板裏面側に凹部１ｂを設けて給電ピンの他端部３ｂを接地電極５の露出面とほぼ面一にする構造にすることにより、給電ピン３の他端部３ｂ側を実装基板表面に直接ハンダ付けなどにより接続して実装することができる。すなわち、給電ピン３の他端部３ｂにフランジがなく、細い給電ピン３のままでも、給電ピン３の周囲に凹部１ｂによるスペースがあるため、給電ピン３の他端部側周囲にハンダなどの接着剤を昇らせて接続固着することができる。その結果、実装基板の貫通孔に給電ピン３を貫通させて、実装基板裏面側でハンダ付けなどを一々行わなくても、実装基板表面にパッチアンテナを載置したものを何個も並べて一斉にリフロー炉などを通すだけで実装することができ、非常に実装効率を向上させることができる。
【００３１】
なお、給電ピン３の他端部側にフランジ１ｃが形成されていることにより、凹部１ｂの大きさを若干大きくする必要はあるが、前述のように、凹部１ｂは１０ｍｍ程度の直径の大きさまでは特性的に殆ど影響がなく、このようなフランジ１ｃが設けられることにより、実装基板との接着の信頼性を一層向上させることができる。さらに、図３に示されるように、先に給電ピンのみを実装基板にハンダ付けなどにより接続固定し、その後で誘電体基板と電極部とを形成した組立体の貫通孔を給電ピンに挿入して、リフロー炉などにより給電ピンの一端部と放射電極とを接続することにより、実装基板と給電ピンの接続および給電ピンが接地電極と短絡する危険性のないことを予め確認することができるため、より一層信頼性を向上させることができる。
【００３２】
図４は、本発明による表面実装型パッチアンテナの他の実施形態を示す断面説明図である。すなわち、この例は給電ピン３の他端部３ｂが、たとえばスプリングなどを介して突出長を可変できる可動ピンで形成され、その他端部３ｂが接地電極５の露出面よりも突出するように設けられている。そして、実装基板上に固定されるとき給電ピン３の他端部の可動力により実装基板上に押し付けられ、実装基板表面と電気的接触を保ちながら縮んで、実装基板表面に表面実装され得る構造になっている。換言すると、ハンダ付けなどの接着剤による接続ではなく、押し付けによる接触による接続で行う例である。その結果、ハンダフィレットなど接着剤を溜めるスペースを必要とはせず、図４（ａ）に示されるように、誘電体基板１の裏面側に凹部を必要とはせず、給電ピン３の一端部３ａが放射電極２とハンダ材６などにより接続固定されるだけで、他端部３ｂ側はフリーの状態になっている。
【００３３】
給電ピン３は、具体的には、図４（ｂ）に、その一例の断面説明図が示されるように、一端部３ａ側が閉塞された金属パイプ３１の内部にスプリング３２を介して可動ピン３３が設けられる構造にすることにより、スプリング３２のバネ性により可動ピン３３が押し出され、実装基板の表面などに押し付けられるとスプリング３２が縮み、電気的接触性を確保しながら実装基板表面に実装することができる。なお、可動ピン３３は金属パイプ３１から抜け出ないように金属パイプ３１に設けられたカシメ部３１ａなどにより保持される構造になっている。このように給電ピン３の他端部３ｂ側を可動し得る構造にすることにより、その可動力により実装基板の給電端子と接続することができ、凹部がなくても確実に接触させることができる。なお、スプリングは、図４（ｂ）に示されるようなコイルバネでなくても、板バネなど、バネ性を有するものであれば、他の部材を用いることができるし、可動ピンを抜け出ないようにする手段も、他の手段を用いることができる。
【００３４】
給電ピン３として、このような可動ピンを用いる場合、後述する図５に示される例のように、パッチアンテナを実装基板の表面に押し付ける接続具が必要となるが、この接続具は、図５に示されるような接続具を別途設けなくても、そのスプリング力は僅かな力であるため、従来のパッチアンテナを実装基板上に固定するように、両面接着テープで固定したり、接地電極部でハンダ付けなどにより実装基板に固定したりする従来の実装方法により固定すれば充分である。
【００３５】
図５に示される例は、図４に示される例の変形例である。すなわち、この例は給電ピン３を可動ピンで構成しながら、その下方に鍔３４が形成されると共に、誘電体基板１の貫通孔１ａの裏面側に凹部１ｂが形成されている。前述のように、１.５ｍｍ程度の深さで、直径が１０ｍｍφ以下の凹部１ｂであれば、その放射特性に殆ど影響がないため、給電ピン３の外周に鍔３４を形成するスペースとして、凹部１ｂが形成されている。その結果、給電ピン３を鍔３４が凹部の底に当るように突っ込んで、その一端部３ａを放射電極２とハンダ材６などにより接続固定することにより、給電ピン３の位置を正確に合せて固定することができると共に、非常に作業効率が向上する。
【００３６】
このパッチアンテナの実装方法は、まず、図５（ａ）に示されるように、図１に示される例と同様に、所定の位置に貫通孔１ａと凹部１ｂが形成された誘電体基板１の表面に放射電極２を、裏面に接地電極５をそれぞれ形成し、組立体９を形成する。つぎに、図５（ｂ）に示されるように、図４に示されたのと同様の可動ピン３３とその外周に鍔３４を有する給電ピン３の一端部３ａ側を誘電体基板１の裏面側から貫通孔１ａ内に挿入する。この場合、鍔３４が凹部１ｂの底に当るように挿入したときに、先端部３ａが放射電極２の表面近傍になるように形成されている。その後、図５（ｃ）に示されるように、給電ピン３の一端部３ａと放射電極２とをハンダ材６などにより接続固定する。この場合、放射電極２の接続部にハンダクリームなどを塗布しておいて、誘電体基板１を裏返しにし、可動ピン３３および鍔３４を有する給電ピン３を、鍔３４が凹部１ｂの底に当たるように、貫通孔１ａ内に挿入した状態で、ハンダリフロー炉などに通すことにより、多数個を一括して簡単に固着することができ、パッチアンテナ１０を形成することができる。
【００３７】
一方、図５（ｄ）に示されるように、実装基板７のパッチアンテナを取り付ける場所に、パッチアンテナを固定するための固定具３５を取り付けておく。この固定具３５は、たとえばバネ性のある樹脂などによりパッチアンテナの大きさに合せて形成され、パッチアンテナ１０をその給電ピン３が実装基板７の給電端子と接続される所定の場所に固定できるように形成されている。しかし、このような特別な固定具を設けなくても、従来のパッチアンテナの固定手段である両面テープのような接着剤、接地電極をハンダなどにより固定する導電性接着剤などにより、スプリング力に耐え得る力で固定されていればよい。そして、図５（ｅ）に示されるように、固定具３５によりパッチアンテナ１０を固定することにより、給電ピンを実装基板７の給電部と接続させて搭載することができる。なお、接地電極５が実装基板７の接地部と直接導電性部材により接着されていなくても、高周波的に接続されていればよく、前述のように通常の両面接着テープで接着することができる。
【００３８】
このような可動ピンを有する給電ピンにすることにより、誘電体基板の裏面側に凹部を設けることなく給電ピンを実装基板表面で接続することができ、誘電体基板は従来と同様の構造でありながら、パッチアンテナを実装基板上に表面実装をすることができる。また、ハンダ付けなどをすることなく実装することができるため、非常に簡単な工程でパッチアンテナを実装基板に実装することができる。また、誘電体基板の裏面に凹部を形成することにより、可動ピンを有する給電ピンを鍔付きにすることができ、給電ピンと放射電極とを接続する工程が非常に簡単になり、一定の品質のものを簡単に得ることができる。
【００３９】
本発明によれば、一端部が放射電極と接続固定された給電ピンの他端部を実装基板の表面に直接ハンダ付けなどの接着剤、または接触により接続することができるため、実装基板へのパッチアンテナの搭載が非常に簡単になり、安価に組み立てることができる。また、給電ピンが取り付けられないで貫通孔を有する誘電体基板と電極部との組立体を形成しておき、実装基板に先に給電ピンを接続固定し、その給電ピンに組立体を挿入して実装することもできる。このような実装方法を用いることにより、実装基板の表面にパッチアンテナを簡単に実装しながら、給電ピンと実装基板との接続の確認などを行なうことができ、非常に信頼性の優れたパッチアンテナの搭載をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明によるパッチアンテナの一実施形態を示す斜視および断面の説明図である。
【図２】図１のパッチアンテナの変形例を示す断面説明図である。
【図３】本発明によるパッチアンテナを実装する一実施形態の工程説明図である。
【図４】本発明によるパッチアンテナの他の実施形態を示す説明図である。
【図５】図４に示されるパッチアンテナの製造工程を示す説明図である。
【図６】図３の方法により実装基板に搭載したパッチアンテナのＶＳＷＲを示す図である。
【図７】図３の方法により実装基板に搭載したパッチアンテナの放射特性を示す図である。
【図８】図７の放射特性のときのアンテナの位置関係を示す図である。
【図９】誘電体基板に設ける凹部の大きさを変化させたときのＶＳＷＲの変化を示す図である。
【図１０】従来のパッチアンテナを示す斜視および断面の説明図である。
【図１１】従来の表面実装型パッチアンテナの例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    誘電体基板
１ａ  貫通孔
１ｂ  凹部
２    放射電極
３    給電ピン
３ａ  一端部
３ｂ  他端部
３ｃ  鍔部
５    接地電極
【図１】
2005260875.tif 000003
【図２】
2005260875.tif 000004
【図３】
2005260875.tif 000005
【図４】
2005260875.tif 000006
【図５】
2005260875.tif 000007
【図６】
2005260875.tif 000008
【図７】
2005260875.tif 000009
【図８】
2005260875.tif 000010
【図９】
2005260875.tif 000011
【図１０】
2005260875.tif 000012
【図１１】
2005260875.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月14日(2004.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
誘電体基板１は、たとえば比誘電率が約２０程度の高誘電率のセラミックスが用いられることが、アンテナを小型化し得る点から好ましい。すなわち、パッチアンテナの場合、その一辺は送受信する信号の波長λに対してほぼλ／２の電気長に形成されるが、物理的長さは誘電体基板の比誘電率をεrとすると、１／（εr）1/2に比例することが知られており、比誘電率が４倍になれば、アンテナの一辺の大きさを１／２にすることができる。したがって、高誘電率の誘電体が用いられることにより、アンテナを小型化することができる。また、誘電体基板１は厚いほど帯域特性などの電気特性を向上させることができるため好ましいが、通常は２〜５ｍｍ程度（図１に示される例では４ｍｍ）のセラミックスが用いられる。