(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に高周波及びマイクロ波レンジ用に設計された、少なくともセラミック基板と金属被覆とを有するアンテナであって、
前記金属被覆は、
放射される電磁気エネルギ用のフィード端子と、
少なくとも第一の金属被覆構造と、
前記基板の周囲の少なくとも一部に沿って伸びるコンダクタ・トラックと、から成る表面金属被覆であり、
前記コンダクタ・トラックは、前記フィード端子を少なくとも１つの前記第一の金属被覆構造へ接続し、
前記第一の金属被覆構造は、
前記フィード端子の反対側の前記基板の一側面から該フィード端子へ向けて伸びる第一のコンダクタ・トラック部分と、
第一の金属被覆パッドと、を有し、
前記コンダクタ・トラックの長さ、及び、前記第一の金属被覆構造のうち前記フィード端子と前記金属被覆パッドの間の前記第一のコンダクタ・トラック部分の長さは、前記基板において放射される信号の波長の約半分である、ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のアンテナであって、
前記基板は、２つの主面と４つの小さい側面とを有するほぼ長方形ブロックの形状を有し、
前記第一の金属被覆構造は、第一の主面上に設けられる、ことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
請求項２記載のアンテナであって、
前記フィード端子は、前記基板の第二の主面上の第一の側面の中央領域に位置し、
前記コンダクタ・トラックは、前記基板の第一の側面、第二の側面、及び、第三の側面の少なくとも一部にそれぞれ沿った、第一の部分、第二の部分、及び、第三の部分を有する、ことを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
請求項２記載のアンテナであって、
第二の金属被覆構造は、
前記基板の第二の主面上に設けられ、
前記コンダクタ・トラックに接続され、
前記フィード端子の反対側の前記基板の一側面から該フィード端子へ向けて伸びる第一のコンダクタ・トラック部分と、第二の金属被覆パッドとを有する、ことを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項４記載のアンテナであって、
前記第一及び第二の金属被覆構造は、前記フィード端子の反対側の前記基板の第三の側面への端部に沿ってそれぞれ伸び、それぞれの第一のコンダクタ・トラック部分への延長をそれぞれが有する、第二のコンダクタ・トラック部分をそれぞれが有することを特徴とするアンテナ。
【請求項６】
請求項５記載のアンテナであって、
前記コンダクタ・トラックの第三部分は、前記基板の第四の側面とつながり、その端においてＴ字型端部へマージする前記第三の側面の端まで伸び、
前記Ｔ字型端部の自由端はそれぞれ別々の第二コンダクタ・トラック部分へ接続される、ことを特徴とするアンテナ。
【請求項７】
請求項１記載のアンテナであって、
前記コンダクタ・トラックに、それに対してほぼ横方向に、スロットが設けられ、
前記スロットの長さ及び幅は、該アンテナの具体的な構造状況に対するインピーダンス適応が実現されるように選択される、ことを特徴とするアンテナ。
【請求項８】
請求項１記載のアンテナであって、
複数のセラミック基板から成り、
前記複数のセラミック基板の各々は、前記表面金属被覆を有する、ことを特徴とするアンテナ。
【請求項９】
特に電子機器の表面実装用に設計されたプリント基板であって、
請求項１乃至８のいずれか一項記載のアンテナを有することを特徴とするプリント基板。
【請求項１０】
特にＧＳＭ若しくはＵＭＴＳレンジ用に設計された携帯電話装置であって、
請求項１乃至８のいずれか一項記載のアンテナを有することを特徴とする携帯電話装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に高周波及びマイクロ波レンジ用の、少なくともセラミック基板と金属被覆とを有する小型アンテナに関する。本発明は、更に、プリント回路及び上記アンテナを有する移動通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特に通信技術分野における電子部品の小型化傾向を追い、パッシブ及び／若しくはアクティブな電子部品のすべての製造業者はこの分野での活動を強化している。すると、特に高周波及びマイクロ波技術分野において電子部品を使用する際に、特定の問題が発生する。なぜなら、これら部品の多くの特性は、それらの物理的寸法に依存するからである。これは、信号の波長は周波数を大きくなるほど小さくなるという一般的に知られた事実に基づき、供給信号源は特に反射によって影響を受けるという結果を再び有する。
【０００３】
例えば携帯電話などの電子装置のアンテナの構造は、他の高周波部品よりも用途の所望周波数レンジにより強く依存する。これは、アンテナが、個々の用途、すなわち作動周波数レンジに適応された共振部品であるという事実によって生じる。一般的に、ワイヤ・アンテナが所望データを送信するのに用いられる。これらのアンテナにとって良好な放射及び受信特性のためには特定の物理的長さが絶対的に必要である。
【０００４】
オープン・スペースにおける信号の波長（λ）の半分に対応する長さを有するいわゆるλ／２ダイポール・アンテナは最適な放射特性を有する。このアンテナは、互いに１８０°回転し、それぞれがλ／４長の２つのワイヤから成る。しかし、これらダイポール・アンテナは多くの用途、特に携帯電話、に対して長すぎるため（例えば、ＧＳＭ９００レンジに対する波長は約３２ｃｍである）、別のアンテナ構造が利用される。特に移動通信帯域に対して幅広く使用されているアンテナは、いわゆるλ／４モノポールである。これは、λ／４の長さを有するワイヤから成る。このアンテナの放射動作は、同時にその物理的長さ（ＧＳＭ９００に対して約８ｃｍ）が満足し得るものであるときには許容し得る。加えて、この種のアンテナは、大きなインピーダンス及び放射帯域幅を有することを特徴とするため、比較的大きな帯域幅を必要とするシステムにおいても用いられ得る。５０Ωへの最適な電力適応を実現するために、ほとんどのλ／２ダイポールの場合と同様に、この種のアンテナに対してもパッシブ電気適応回路が選択される。この適応回路は、通常、少なくとも１つのコイルとキャパシタンスとの組み合わせによって形成され、５０Ωとは異なるλ／４モノポールの入力インピーダンスを、適切な寸法を採用することによって、接続された５０Ω部品に対して適応させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種のアンテナが幅広く使われているにもかかわらず、それらは重大な欠点を有する。これらの１つは上記述べたパッシブ適応回路である。
【０００６】
更に、λ／４モノポールは、プリント基板上に直接的にはんだ付けされることができない。なぜなら、ワイヤ・アンテナは、例えば携帯電話において、ほとんどがプルアウト（引っ張り出す）部位として用いられるからである。これは、プリント基板とアンテナとの間で交換される情報に対して高価な接触が必要となることを意味する。
【０００７】
この種のアンテナの別の欠点は、アンテナ自体の機械的不安定さと、この不安定さのために必要となる筐体のアンテナへの適応である。例えば携帯電話が落とされた場合、アンテナは通常折れるか、或いは、アンテナが引っ張り出され得る場所において筐体が損傷を受ける。
【０００８】
基板と少なくとも１つのコンダクタとを有するチップ・アンテナは、実際に、ＥＰ０７６２５３８から知られる。しかし、これらのアンテナは、コンダクタ・トラックの少なくとも一部が基板内部へ伸び、従って基板は複数の層から成り、特定の最低限のサイズを有するように製造されなければならず、比較的高価となる。加えて、コンダクタ・トラックのこの配置を用いると、該コンダクタ・トラックを完成状態における具体的な構造上の状況への電気的適応を実行することができない。なぜなら、該コンダクタ・トラックは、もはやアクセス不可能であるか、或いは一部のみがアクセス可能であるからである。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、少なくともセラミック基板と金属被覆とを有し、特に高周波及びマイクロ波レンジにおいて用いられ、高い機械的安定性を有し、特に小型化に適したアンテナを提供することである。
【００１０】
更に、少なくとも実質的にパッシブ適応回路を必要としないことを可能にし、表面実装装置（ＳＭＤ）技術によるプリント基板上への表面実装にも適した、アンテナを提供することである。
【００１１】
最後に、ＧＳＭ若しくはＵＭＴＳ帯域における作動のために十分に大きい共振周波数及びインピーダンス帯域幅を有するアンテナを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的は、冒頭の段落で述べられた種類のアンテナであって、前記金属被覆は、放射される電磁気エネルギ用のフィード端子と、少なくとも第一の金属被覆構造と、前記基板の周囲の少なくとも一部に沿って伸びるコンダクタ・トラックと、から成る表面金属被覆であり、前記コンダクタ・トラックは、前記フィード端子を少なくとも１つの前記第一の金属被覆構造へ接続し、前記第一の金属被覆構造は、前記フィード端子の反対側の前記基板の一側面から該フィード端子へ向けて伸びる第一のコンダクタ・トラック部分と、第一の金属被覆パッドと、を有する、ことを特徴とするアンテナによって実現される。
【００１３】
この解決策は、多くの利点を組み合わせる。フィード端子が基板の表面上に存在する金属被覆の一部であるため、放射される電磁気エネルギのフィード・イン用の接触ピン若しくは類似のアイテムが不要となる。これは、プリント基板上に（他の構成要素と共に）表面実装（ＳＭＤ技術）によってアンテナを設けることができることを意味する。更に、それによって、このアンテナのサイズを削減することができ、該アンテナは機械的に大幅により安定し、外部からの影響を受けない。
【００１４】
更に、インピーダンス適応用のパッシブ回路も不要であることがわかった。なぜならこのような適応は、組み込まれていないアンテナを有する（例えばレーザー・トリミングで実現された）完全にアクセス可能な金属被覆における変化を通じて、実現され得るからである。更に、該アンテナは、驚くべきことに、大きなインピーダンスと放射帯域幅とを有することもわかった。
【００１５】
本発明の別の有益な実施形態は従属請求項で定義される。
【００１６】
請求項２及び３の実施形態は、基板及び表面金属被覆の製造が技術的に比較的容易であるという利点を有する。
【００１７】
請求項４及び８の実施形態は、特に２つの金属被覆構造が小さい相互差異のみを示す場合のそれら２つの金属被覆構造の組み合わせ、及び／若しくは、このような構造を有する複数の基板のスタック、は共振周波数の幅と同様に位置及び距離の非常に柔軟な調整も可能にする。
【００１８】
これは、請求項７及び８の実施形態に関する周波数上でのアンテナのインピーダンス及びその傾きについても同様の方法を保持する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の更なる詳細、特徴、及び利点は、図面を参照して、好ましい実施形態の確実にする説明から明らかにされる。
【００２０】
以下に説明される実施形態は、ほぼ長方形のブロックから成る基板を有する。このブロックは、長さ若しくは幅よりも約１／３〜１／１０の高さを有する。したがって、以下の説明は、図示する基板の（より広い）上面及び下面を第一の上面及び第二の下面と呼び、それに垂直な面を第一〜第四の側面と呼ぶ。
【００２１】
しかし、別の方法として、その上に等価な共振コンダクタ・トラックが例えば螺旋状に構成された例えば円筒形状などの長方形ブロック形状以外の幾何学的形状を上記基板に対して選択することも可能である。
【００２２】
この基板は、高分子母材にセラミック・パウダを埋め込むことによって製造することができ、εｒ＞１の誘電率及び／若しくはμｒ＞１の透過値を有し得る。
【００２３】
詳述すると、図１に示す第一の実施形態は、共振コンダクタ・トラック構造２０、３０を有する長方形ブロック形状の基板１０を示す。基板１０には、その下面の角において、表面実装（ＳＭＤ技術）によってプリント基板上にはんだ付けされ得る、複数のはんだ付けポイント１１が備えられている。更に、フィード端子１２が、第一側面１３の中央領域の下面に、実装中にプリント基板上の対応するコンダクタ領域へはんだ付けされた金属被覆パッドの形で存在する。放射される電磁気エネルギはフィード端子１２を通って供給される。フィード端子１２から始まり、コンダクタ・トラック２０の第一部分２１は、第一側面１３の高さの約半分まで垂直に伸び、次いで、第一側面１３に沿って水平方向に第二側面１４へ続く。次いで、このコンダクタ・トラックは、第二部分２２として、第二側面１４の高さの約半分において、第二側面１４に沿って、水平方向へ続き、第三部分２３として、第一側面１３の反対側に位置する第三側面１５の高さの約半分において、第三側面１５に沿って続く。次いで、第三側面１５の角領域において、第三コンダクタ・トラック部分２３は、図示するように、上面に設けられた（第一の）金属被覆構造の第一コンダクタ・トラック部分３１へ接続される上面まで垂直に進む。
【００２４】
金属被覆構造３０は、基板のほぼ縦方向へフィード端子１２の方向へ伸びる第一のコンダクタ・トラック部分３１と、第一のコンダクタ・トラック部分３１がその内部へ発せられるほぼ長方形の金属被覆パッド３２と、を有する。
【００２５】
ここでのフィード端子１２と金属被覆パッド３２との間の構造の有効長は、基板において放射される信号の波長の約半分に相当する。
【００２６】
驚くべきことに、このアンテナは複数の有益的特性を組み合わせることが発見された。一方で、本アンテナは、特に高いインピーダンス帯域幅を有し、他方で、本アンテナは、非常に均一で擬似無指向性空間パターンを有する。
【００２７】
ＧＳＭ９００帯域（約８９０〜９６０ＭＨｚ）に対して実現される一実施形態において、セラミック基板の寸法は、約１７×１１×４ｍｍ３であり、コンダクタ・トラック２０及び金属被覆構造３０によって形成される共振構造の全長は約３９ｍｍであった。パッシブ・インピーダンス適応回路は、これらの寸法の場合には省かれ得る。なぜなら、該アンテナの入力インピーダンスは約５０Ωだからである。
【００２８】
図２は、本アンテナに対して判った周波数の関数としてのインピーダンスの傾きを示し、図３は、本アンテナに対して判った方向特性を示し、曲線（ａ）は水平を表し、曲線（ｂ）は垂直空間特性を表す。これら曲線は、該アンテナの動作はダイポール若しくはモノポールのそれにほぼ対応することを示す。
【００２９】
したがって、このアンテナは携帯電話装置における使用に理想的に適する。なぜなら、それは表面実装（ＳＭＤ技術）によってプリント基板上に（他の構成要素と共に）マウントされることができ、よって製造が大幅に簡素化されるからである。特に第一の調波についての、既知のワイヤ・アンテナと比較して更なる小型化及び周波数帯域幅の更なる増加は、セラミック基板１０の形状の変更及び共振コンダクタ・トラック構造２０、３０の別の構成を通じて、実現され得る。
【００３０】
このアンテナの別の利点は、該アンテナの入力インピーダンスは影響を受けることができ、フィード端子１２と、コンダクタ・トラックの第一部分２１の一部であって、長方形ブロック形状の基板１０の第一側面１３に沿って第二側面１４まで水平に延びる部分との間のスロット２１１（エア・ギャップ）の作成を通じて、具体的な構造状況に適応し得るという事実において見つかる。これは、例えばレーザー・トリミングによって、該アンテナがマウントされた状態において可能であり、よってギャップの幅及び／若しくは長さ（及びこれによるフィード端子１２と共振構造２０、３０との間の静電結合）は、最適な適応が実現されるまで、レーザービームを用いて増加される。
【００３１】
デュアル・モード若しくはマルチモードの携帯電話装置における該アンテナの好ましい適用を実現するために、共振周波数の第一調波の特に大きな帯域幅がＧＳＭ帯域を覆うために用いられるようにチューニングが実行されることが好ましい。この方法において、該アンテナは、ＵＭＴＳ帯域（１９７０〜２１７０ＭＨｚ）においても用いられるように構成され得る。
【００３２】
図４は、本アンテナの第二の実施形態を示す。このアンテナは、共振金属コンダクタ・トラック構造２０、３０、４０を有する基板１０により形成される。基板１０は、３つの部品、すなわち、図４ａに準拠した共通コンダクタ・トラック２０、図４ｂに示すような基板の（第一の）上面上の第一の金属被覆構造３０、及び、図４ｃに示すような基板の反対側の（第二の）底面上の第二の金属被覆構造４０、から成る。ここで、構造３０、４０はコンダクタ・トラック２０により供給される。これら３つの部品は、構造を明確にするためにそれぞれ１つの図で別々に示す。
【００３３】
詳述すると、金属被覆パッドの形をしたフィード端子１２は、再び、第一側面１３の中央領域における基板１０の下面に配置され、該アンテナの実装中に該パッドは、該アンテナに供給される電磁気エネルギが通るコンダクタ領域上にはんだ付けされる。
【００３４】
フィード端子１２から始まり、コンダクタ・トラック２０の第一部分２１は、まず、第一側面１３上を上面へ向けて垂直に伸び、次いで、水平方向に第二側面１４まで伸びる。このコンダクタ・トラックは、第二部分２２として、更に第二側面１４に沿って続き、第三部分２３として、第一側面１３の反対の第三側面１５に沿って伸びる。ここで、第三部分は、それに垂直な第四側面１６と隣接する端部におけるＴ字型端部２３１として終わる。
【００３５】
図４ｂにおいて、第一金属被覆構造３０は、上面へ向けて伸びる端部２３１の上部端に接続され、第一実施形態と同様の第一部分３１を有する。この第一部分３１は、基板の縦方向のフィード端子１２の方向へ伸び、最終的にはほぼ長方形の金属被覆パッド３３内へ発する。しかし、この第一部分３１は、第三側面１５に隣接する端部に沿って走る第二のコンダクタ・トラック部分３２を通じて、端部２３１の上部端へ接続される。
【００３６】
最後に、図４ｃは、下面へ向けて伸び、第二の金属被覆構造４０へ接続された端部２３１の下部端を示す。その構造は、フィード端子１２へ向けて基板の縦方向に伸び、最終的に第二のほぼ長方形の金属被覆パッド４３内へ発する第一部分４１による第一金属被覆構造３０と同じ方法で形成される。ここで、更に、第二部分４２は、第三側面１５に隣接する端部に沿って走り、端部２３１の下部端と第一部分４１との間の接続を実現する。
【００３７】
フィード端子１２と第一金属被覆パッド３３との間の構造の有効長は、フィード端子１２と第二金属被覆パッド４３との間と同様に、再び、基板において放射される信号の波長の約半分に相当する。
【００３８】
本アンテナの上記第二の実施形態は、更に、表面実装（ＳＭＤ技術）によってプリント基板上にマウントされることも可能である。更に、非常に均一な擬似無指向性空間パターンが水平方向及びそれに垂直な方向の両方において再び実現され得る。
【００３９】
２つの金属被覆構造３０、４０がわずかに異なる場合、すなわち、接合コンダクタ・トラック２０への異なる結合（例えば、可変幅及び／若しくは長さのギャップ２１１による）と共に、又は、これら差異に基づいて周波数が相互にシフトされる第一及び第二の金属被覆パッド３３、４３の異なる寸法と共に、異なる長さ若しくは幅を有する場合、２つの共振周波数が励磁されることもわかっている。この場合、例えば、第一金属被覆構造３０は、第二金属被覆構造４０よりも幾分低い共振周波数を有する。
【００４０】
これら共振の数は増やすことができる。なぜなら、例えば、共振コンダクタ・トラック構造２０、３０、４０と同一若しくは類似の構造を有する１つ若しくは複数の別の基板が図４に示す基板上に設けられるからである。これは、特にマルチレイヤ技術を用いて、製造技術において比較的容易に実現できる。更に、２つの基板を有する層構造が用いられる場合、別の共振が基板間で生成され得る。
【００４１】
基本的モード及び共振周波数の第一調波の両方に関する該共振周波数の位置及び距離は、基板及び共振構造２０、３０、４０の寸法の適切な選択を通じて、所望通りに調整され得る。これはフィード端子に対するアンテナ・インピーダンスの適応に対しても当てはまる。そのために、例えばレーザービーム（レーザー・トリミング）を用いて可変ギャップ２１１の長さ及び／若しくは幅を変えることを通じて、該ギャップによって実現される静電結合を適切に変化させることを通じて、具体的な構造状況への適応が可能となる。
【００４２】
本実施形態の別の利点は、共振周波数の領域におけるインピーダンスの傾きの急な勾配と共に発生する。例えば該アンテナが２つの共振周波数（送信周波数及び受信周波数）が要求されるデュープレックス・オペレーション用に設計される場合、該アンテナに対するフィルタ効果は、この勾配の急さを通じて、送信周波数と受信周波数との間で実現され得る。これは、上りストリーム若しくは下りストリームに接続されたフィルタ回路上に課される要求を削減するために、又は、これら要求を完全に除去するために、用いられ得る。この用途のために、第一及び第二金属被覆構造３０及び４０に対して別々の供給が提供されることが好ましい。
【００４３】
本実施形態においては、更に、セラミック基板１０の適応的設計と共振コンダクタ・トラック構造２０、３０、４０の対応する構造とを通じて、既知のワイヤ・アンテナと比較して更なる小型化を実現することも可能である。
【００４４】
ＧＳＭ９００帯域（約８９０〜９６０ＭＨｚ）に対して実現される一実施形態において、セラミック基板の寸法は、約１７×１１×４ｍｍ３であり、コンダクタ・トラック２０及び第一金属被覆構造３０の全長、及び、コンダクタ・トラック２０及び第一金属被覆構造４０の全長は、それぞれ約３９ｍｍであった。
【００４５】
これは、図５に示す、２つの共振ピークが明らかに区別し得るインピーダンス・スペクトラムの傾きをもたらした。
【００４６】
図６は、最後に、本発明に係るアンテナ１１０が他の構成要素と共に表面実装（ＳＭＤ）によってプリント基板１００の領域１２０及び１３０に設けられたプリント基板（ＰＣＢ）１００を概略的に示す。これは、ウェーブ・ソルダリング・バス処理若しくはリフロー・ソルダリング処理におけるプレーナー・ソルダリングによって為され、よって、はんだ付け点（フットプリント）１１及びフィード端子１２はボード１００上の対応するはんだ付け点へ接続される。これにより、特に、放射される電磁気エネルギが該アンテナへ供給されるときに通る、ボード１００上のフィード端子１２とコンダクタ・トラック１１１との間の電気的接続が実現される。
【００４７】
適切な寸法が与えられた本発明に係るアンテナは、更に、ＧＳＭ１８００（ＤＣＳ）帯域においても、ＵＭＴＳ帯域においても、ブルートゥース帯域（２４８０ＭＨｚにおけるＢＴ帯域）においても、用いられ得る。
【００４８】
該アンテナは、更に、それぞれが自身の表面金属被覆を有する、同一若しくは異なる誘電及び／若しくは透過特性を有する複数のセラミック基板から成り得る。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくともセラミック基板と金属被覆とを有し、特に高周波及びマイクロ波レンジにおいて用いられ、高い機械的安定性を有し、特に小型化に適したアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態のついて測定されたインピーダンス・スペクトラムを示す図である。
【図３】本実施形態について測定された方向特性を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態を示す図である。
【図５】本実施形態について測定されたインピーダンス・スペクトラムを示す図である。
【図６】本発明に係るアンテナを有するプリント基板を示す図である。
【符号の説明】
１０  基板
１１  はんだ付けポイント
１２  フィード端子
１３  第一側面
１４  第二側面
１５  第三側面
１６  第四側面
２０、３０、４０  共振コンダクタ・トラック構造
２１  第一部分
２２  第二部分
２３  第三部分
３１  第一コンダクタ・トラック部分
３２  金属被覆パッド
３３  金属被覆パッド
４１  第一部分
４２  第二部分
４３  第二金属被覆パッド
１００  プリント基板
１１０  アンテナ
１１１  コンダクタ・トラック
１２０、１３０  領域
２１１  スロット
２３１  Ｔ字型端部
【図１】
0004017852.tif 000002
【図２】
0004017852.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004017852.tif 000007