(57)【要約】【課題】製造が容易であり、アンテナ特性のばらつきが小さなパッチアンテナを提供する。【解決手段】パッチアンテナ１は、誘電体からなる基板１０と、基板１０の上面１０ａに形成されたパッチ電極１１と、基板１０の底面１０ｂの一部に形成され、パッチ電極１１と容量結合された給電電極１３と、基板１０の底面１０ｂに形成され、給電電極１３から絶縁された接地電極とを備えている。基板のすべての側面１０ｃ〜１０ｆは電極パターンのない絶縁面であるため、側面電極パターンの位置ずれによるアンテナ特性のばらつきを防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなる基板と、
前記基板の上面に形成されたパッチ電極と、
前記基板の底面に形成されたグランド電極と、
前記基板の前記底面の一部に形成され、前記グランド電極から絶縁分離された給電電極とを備え、
前記基板のすべての側面は電極パターンのない絶縁面であり、
前記給電電極は前記パッチ電極と容量結合していることを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
前記給電電極は矩形パターンであり、
前記給電電極の一辺は、前記基板のエッジに接して当該エッジの幅方向の中央部に設けられており、
前記給電電極の他の三辺は、所定幅の絶縁ギャップ領域を介して前記グランド電極と対向していることを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
前記基板の前記底面の四隅に形成され、前記グランド電極から絶縁分離されたコーナー電極をさらに備え、
前記コーナー電極にチップ素子が接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパッチアンテナ。
【請求項４】
前記チップ素子は２つの端子を備え、一方の端子は前記コーナー電極に接続されており、他方の端子はグランドに接続されていることを特徴とする請求項３に記載のパッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッチアンテナに関し、特に、パッチアンテナの電極構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＰＳシステムを用いた位置情報サービスが急速に拡大しつつある。ＧＰＳ用アンテナには"パッチアンテナ"と呼ばれるマイクロストリップアンテナが使用される。従来のパッチアンテナは、略正方形の誘電体基板の上面及び底面に放射電極（パッチ電極）及びグランド電極をそれぞれ形成し、誘電体基板の中心付近に誘電体基板を貫通する給電ピンを設け、この給電ピンを経由してパッチ電極に給電する構造が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、給電ピンを用いたパッチアンテナの場合、給電ピンが必要であるとともに、給電ピンを挿入するための貫通孔を誘電体基板に予め形成しておく必要があり、さらに給電ピンを半田付けする工程も必要であり、製造コストが高くなるという問題がある。また、パッチアンテナをプリント基板上に実装する際、給電ピンの先端部をプリント基板側の給電ラインに半田接続する必要があり、リフロー実装工程を採用できないという問題もある。さらに、給電ピンの上端部（頭部）が放射電極の電極面よりも上方に突出しており、給電ピンの頭部をパッチ電極面に半田付けした場合にはその高さがさらに増すため、パッチアンテナの低背化が妨げられるという問題がある。
【０００４】
そこで、給電ピンを用いないパッチアンテナも提案されている。たとえば、特許文献２に記載のパッチアンテナは、誘電体基板の側面に給電ラインを設けたものであり、パッチ電極への給電はこの給電ラインを通じて行われる。また、特許文献３に記載のパッチアンテナは、誘電体基板の側面に凹部を形成し、この凹部に給電端子（給電ライン）を設けると共に、誘電体基板の上面に給電用導体を設け、パッチ電極に対して容量結合給電を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２８９２１９号公報
【特許文献２】特開２００２−３１４３２５号公報
【特許文献３】特開２００１−２６７８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２、３に記載された従来のパッチアンテナは、誘電体基板の上下面とは別にその側面に電極パターンを印刷する工程が必要であり、工数の増加によって製造コストが増加するという問題がある。また、数ｍｍ程度の薄い誘電体基板の側面の一部に電極パターンを高い位置精度で印刷することは難しく、電極の位置がずれた場合にはアンテナ特性が低下するという問題もある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、少ない工数で製造でき、アンテナ特性のばらつきが小さく、低背化されたパッチアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明によるパッチアンテナは、誘電体からなる基板と、前記基板の上面に形成されたパッチ電極と、前記基板の底面の一部に形成され、前記パッチ電極と電磁界結合された給電電極と、前記基板の前記底面に形成され且つ前記給電電極から絶縁された接地電極とを備え、前記基板のすべての側面は電極パターンのない絶縁面であることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、基板の側面に電極パターンを印刷する工程が不要であり、製造コストを低減することができ、また電極の位置ずれによるアンテナ特性のばらつきも発生しない。また、給電ピンを用いていないので、基板の孔空け加工や給電ピンの半田付け工程も不要であり、リフロー実装を採用することもできる。
【００１０】
本発明において、前記給電電極の一辺は、前記基板のエッジに接して幅方向の中央部に設けられるとともに、他の三辺が所定幅の絶縁ギャップを介して前記接地電極と対向していることが好ましい。この構成によれば、ノイズの影響を受けにくい特性の良好なパッチアンテナを実現することができる。
【００１１】
本発明によるパッチアンテナは、前記基板の前記底面の四隅に形成され、前記グランド電極から絶縁分離されたコーナー電極をさらに備え、前記コーナー電極にチップ素子が接続されていることが好ましい。この場合、前記チップ素子は２つの端子を備え、一方の端子は前記コーナー電極に接続されており、他方の端子はグランドに接続されていることが好ましい。この構成によれば、必要に応じてインピーダンスや周波数を調整するためのチップ素子を接続することができ、パッチアンテナの特性を容易に調整することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少ない工数で製造でき、アンテナ特性のばらつきが小さく、低背化されたパッチアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態によるパッチアンテナ１の構成を示す略斜視図であって、プリント基板２０上に実装された状態を示している。
【図２】図２は、パッチアンテナ１の展開図である。
【図３】図３は、プリント基板２０のアンテナ実装領域２０Ａ内の導体パターンの一例を示す略斜視図である。
【図４】図４は、プリント基板２０のアンテナ実装領域２０Ａ内の導体パターンの他の例を示す略斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態によるパッチアンテナ２の構成を示す略斜視図であって、プリント基板２０上に実装する前の状態を示している。
【図６】図６は、パッチアンテナ２が実装されるプリント基板２０のアンテナ実装領域２０Ａ内の導体パターンの一例を示す略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態によるパッチアンテナ１の構成を示す略斜視図であって、プリント基板２０上に実装された状態を示している。また、図２は、パッチアンテナ１の展開図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、パッチアンテナ１は、基板１０と、基板１０の上面１０ａに形成されたパッチ電極１１と、基板１０の底面１０ｂに形成されたグランド電極１２と、グランド電極１２とともに基板１０の底面１０ｂに形成された給電電極１３とを備えている。
【００１７】
基板１０は上面１０ａ及び底面１０ｂを主面とする薄型な誘電体ブロックである。基板１０の平面サイズはパッチ電極１１の平面サイズよりも少し大きいことが好ましく、特に限定されるものではないが、例えば１２×１２（ｍｍ）とすることができる。また、基板１０の厚さは、アンテナ特性の観点からはできるだけ厚いほうがよいが、低背化の観点からはできるだけ薄いほうがよく、２〜４（ｍｍ）であることが好ましい。基板１０の材料はセラミックであり、パッチアンテナの共振周波数に合わせた適切な誘電率を有している。基板の材料に高誘電率のセラミックを用いることで波長短縮効果を得ることができ、アンテナの小型化が可能となる。
【００１８】
パッチ電極１１は一辺が１／２波長程度の長さを有する矩形パターンである。矩形パターンの縦横比は利得や帯域幅などの特性に合わせて調整される。パッチ電極１１の平面サイズは、例えば１０×１０（ｍｍ）とすることができる。
【００１９】
グランド電極１２は、給電電極１３を除く底面１０ｂの略全面に形成されている。グランド電極１２はプリント基板２０側のグランドパターンに接続されている。
【００２０】
給電電極１３は給電ラインに接続される電極である。給電電極１３は矩形パターンであり、基板１０の底面１０ｂの一辺のエッジに接して設けられている。また、給電電極１３は基板１０の底面１０ｂの幅方向の中央部に配置されており、これにより電極パターンの対称性が確保されている。給電電極１３はプリント基板２０側の給電ライン２１に接続されている。
【００２１】
給電電極１３の一辺は、基板１０の底面１０ｂの一辺のエッジに接しているが、他の三辺は、電極パターンの非形成領域である絶縁ギャップ領域１４を介して、グランド電極１２と対向している。給電電極１３とグランド電極１２との間には一定幅の絶縁ギャップ領域１４が介在しているので、両者の絶縁性を確保することができる。また、給電電極１３の周囲三方向がグランド電極１２に囲まれているので、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【００２２】
本実施形態において、給電電極１３は、底面１０ｂの一辺のエッジに近い領域に小さく形成されているが、底面１０ｂのエッジ側から中心部に向かって延びる細長い矩形パターンであってもよい。この場合、パッチ電極１１と重なる部分が増えるので、容量結合を強めることができる。
【００２３】
基板１０の４つの側面１０ｃ〜１０ｆには電極パターンは形成されていない。そのため、パッチ電極１１は給電電極１３に直接接続されていないが、基板１０の厚み分のギャップ（誘電体）を介して容量結合している。これにより、基板１０の側面の電極パターンを経由することなく給電が可能である。このように、本実施形態によるパッチアンテナ１は、基板１０のすべての側面１０ｃ〜１０ｆが電極パターンのない絶縁面であることから、基板１０の側面への電極印刷工程が不要であり、容易かつ低コストで製造することができる。また、基板の側面に形成した電極パターンの位置ばらつきによるアンテナ特性の低下を防止することができる。
【００２４】
図３は、プリント基板２０のアンテナ実装領域２０Ａ内の導体パターンの一例を示す略斜視図である。
【００２５】
図３に示すように、アンテナ実装領域２０Ａにはグランドパッド２２及び給電パッド２３が設けられている。アンテナ実装時において、グランドパッド２２はパッチアンテナ１のグランド電極１２に接続され、給電パッド２３は給電電極１３に接続される。
【００２６】
プリント基板２０の表面には導体層及びレジスト層が順次形成されており、導体層はレジスト層に覆われているが、レジスト層に覆われていない領域も存在する。アンテナ実装領域２０Ａもレジスト層に覆われていない領域の一つであり、この領域内の導体層はプリント基板２０の表面に露出している。導体層にはグランドパターン及び給電ラインが含まれており、グランドパッド２２はアンテナ実装領域２０Ａ内で露出したグランドパターンの一部であり、給電パッド２３はアンテナ実装領域２０Ａ内で露出した給電ライン２１の先端部である。一方、アンテナ実装領域２０Ａの周囲はレジスト層２４に覆われた領域であるため、アンテナ実装領域２０Ａよりも外側のレジストパターンや給電ライン２１は視認できない。よって、レジスト層２４に覆われた給電ライン２１は破線で表している。
【００２７】
図４は、プリント基板２０のアンテナ実装領域２０Ａ内の導体パターンの他の例を示す略斜視図である。
【００２８】
図４に示すように、アンテナ実装領域２０Ａには、８分割されたグランドパッド２２ａ〜２２ｈ及び給電パッド２３が設けられている。これらの分割グランドパッド２２ａ〜２２ｈは、略格子状の分割ライン上をレジスト層で覆うことにより形成することができる。つまり、表面的には分割パターンであるが、内部的には一体的な導体パターンのままである。このようにグランドパッドの露出パターンを一つの大きなパターンではなく複数の小さなパターンとすることにより、パッチアンテナ１のグランド電極１２の半田接合強度を高めることができる。
【００２９】
図５は、本発明の第２の実施の形態によるパッチアンテナ２の構成を示す略斜視図であって、プリント基板２０上に実装する前の状態を示している。
【００３０】
図５に示すように、パッチアンテナ２の特徴は、基板１０の底面１０ｂの四隅にコーナー電極１５ａ〜１５ｄをさらに備えている点にある。コーナー電極１５ａ〜１５ｄはグランド電極１２から絶縁分離された電極である。そのため、コーナー電極１５ａ〜１５ｄの形成位置にあるグランド電極は削除されている。その他の構成は第１の実施形態によるパッチアンテナ１と実質的に同一であるため、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
図６は、パッチアンテナ２が実装されるプリント基板２０のアンテナ実装領域２０Ａ内の導体パターンの一例を示す略平面図である。
【００３２】
図６に示すように、パッチアンテナ２が搭載されるプリント基板２０上のアンテナ実装領域２０Ａの四隅には、コーナー電極１５ａ〜１５ｄに対応してランド２５ａ〜２５ｄが設けられている。ランド２５ａ〜２５ｄの各々は絶縁領域に囲まれており、周囲のグランドパターンから絶縁分離されている。ランド２５ａ〜２５ｄの主要部はアンテナ実装領域２０Ａ内に収まっているが、一部はアンテナ実装領域２０Ａの外側にはみ出している。このはみ出した部分は、チップキャパシタやチップインダクタ等のチップ素子を実装する際のパッドとして機能する。
【００３３】
調整素子実装領域２０Ｂ〜２０Ｅは、アンテナ実装領域２０Ａと同様、レジスト層が排除された領域であり、導体層が露出している。詳細には、アンテナ実装領域２０Ａからはみ出したランド２５ａ〜２５ｄの一部と、グランドパターンの一部が露出している。ここで、ランド２５ａ〜２５ｄの一部は、二端子構造のチップ素子３０の一方の端子３１ａを半田接続するためのパッドとなり、グランドパターンの一部は、他方の端子３１ｂを半田接続するためのパッドとなる。そして、チップ素子３０が必要に応じて図示のように実装されて、パッチアンテナ２のインピーダンス調整素子又は周波数調整素子として機能する。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によるパッチアンテナ２は、基板１０の底面１０ｂの四隅にコーナー電極１５ａか〜１５ｄが設けられているので、必要に応じてインピーダンスや周波数を調整するためのチップ素子３０を接続することができ、アンテナ特性を容易に調整することができる。
【００３５】
上記実施形態によるパッチアンテナ１及び２は、一個分のサイズに予め形成された基板の上下面に電極を形成することにより形成してもよく、複数個分（例えば４個分）のサイズを有する大きな基板を用意し、この基板の上下面に電極を形成した後、一個分のサイズにダイシングすることにより形成してもよい。上記実施形態によるパッチアンテナ１及び２は基板の側面に電極を持たないことから、分割後に側面のメタライズを実施する必要がない。したがって、一枚の大きな基板からアンテナチップを多数個取りする工程を容易に行うことができる。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲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。
【００３７】
例えば、上記実施形態においては、放射電極が矩形パターンである場合を例に挙げたが、放射電極の形状は矩形パターンに限定されず、その他の多角形や円形であってもよい。
【００３８】
また、上記実施形態においては、給電電極１３が基板１０のエッジの幅方向の中央部に設けられているが、中心部からずれた位置に給電電極１３を設けることも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１，２    パッチアンテナ
１０    基板
１０ａ    基体の上面
１０ｂ    基体の底面
１０ｃ〜１０ｆ    基体の側面
１１    パッチ電極
１２    グランド電極
１３    給電電極
１４    絶縁ギャップ領域
１５ａ〜１５ｄ    コーナー電極
２０    プリント基板
２０Ａ    アンテナ実装領域
２０Ｂ〜２０Ｅ    調整素子実装領域
２１    給電ライン
２２，２２ａ〜２２ｈ    グランドパッド
２３    給電パッド
２４    レジスト層
２５ａ〜２５ｄ    ランド
３０    チップ素子
３１ａ，３１ｂ    チップ素子の端子
【図１】
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【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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