(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にグランド層が形成されるとともにこのグランド層の一部に非導体形成部が設けられた基板と、前記基板の非導体形成部上に設けられた絶縁性樹脂からなる第１の基体と、前記第１の基体と前記基板を介して対向する位置に設けられた絶縁性樹脂からなる第２の基体と、前記第１および第２の基体のそれぞれの表面に設けられた第１および第２の導体層と、その一端が前記第１の導体層に接続された第１の給電部と、その一端が前記第１の導体層に接続されるとともにその他端が前記グランド層に接続された第１の短絡部と、その一端が前記第２の導体層に接続されるとともにその他端が前記基板を介して前記グランド層に接続された第２の短絡部とを有し、前記グランド層に対する前記第１の短絡部の取り付け位置と前記グランド層に対する第２の短絡部の取り付け位置とが異なるアンテナ装置。
【請求項２】
第２の短絡部の位置の異なる多数の第２の基体を用意し、これらを第１の基体と基板を介して対向する位置に個々設置することにより、所望のアンテナ特性を満たす最適な第２の基体を選択する事を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
第１の短絡部と第１の給電部の距離が異なる多数の第１の基体を用意し、これらを基板の非導体形成部上に個々設置することにより所望のアンテナ特性を満たす最適な第１の基体を選択する事を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
第１の給電部と容量装荷部との位置関係がほぼ対角線上になるように配置したことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項５】
第１の短絡部を第１の給電部の近傍に配置したことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項６】
基板の非導体形成部以外の上下表面に高周波回路が実装されている事を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記グランド層の周囲に配置された略線状の導体エレメントとその一端に設けられた第２の給電部とを有し、前記第１の給電部または前記第２の給電部と高周波回路との接続をアンテナ切り替えスイッチにより切り替える構成であり、前記アンテナ装置を搭載した通信機器の外部カバー表面の任意の位置に設けられたメカニカルスイッチが押された場合は前記略線状の導体エレメントがアンテナとして機能し、それ以外の場合は前記第１の導体層がアンテナとして機能する請求項１に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型携帯端末やキーレス用のカード端末等の通信機器に用いられるアンテナ装置およびそれを用いた通信機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９にページャ等の移動体通信に使用される従来の小型アンテナを示す（特公平６−９３６３５号公報）。１０１はマイクロストリップアンテナのエレメントであるグランドプレーンとしての金属板である。この金属板１０１上には、無線回路が形成されたプリント基板１０５が搭載されているとともに、導体板１０２が誘電体１０４を介して設置されている。導体板１０２は、金属板１０１より短い幅になっており、金属板１０１と対向する状態で設置されている。誘電体１０４は、この金属板１０１と導体板１０２の間の空隙を埋めるように配設されている。
【０００３】
尚、プリント基板１０５は、金属板１０１と導体板１０２とが互いに対向する部分を避けて搭載されている。また、金属板１０１と導体板１０２とは、一端を連結板１０３で機械的・電気的に接続されている。これにより、金属板１０１、導体板１０２、連結板１０３でコ字状のマイクロストリップアンテナが形成されている。そしてこのマイクロストリップアンテナの希望する周波数に同調されるために、コンデンサ１０６を介して他端が設置されていると共に、給電部１０７を調整して整合を取るようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記構成のマイクロストリップアンテナのアンテナ利得はダイポールアンテナ等の利得と比較して一般的に小さなものとなるため、導体板１０２と金属板１０１の距離をできるだけ離すことによりアンテナ利得を向上させる必要がある。また、更なる小型化を図るために金属板１０１の上面のみでなく、上下両面上に高周波回路を実装し、回路実装面積を約半分に縮小する必要がある。またマイクロストリップアンテナを導体板により構成しているため、量産時における寸法精度の高い金属加工と実装が困難である。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するものであり、小型・高利得であると共に量産に適したアンテナ装置を提供することが目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のアンテナ装置は、グランドプレーンの一部に非導体形成部を設け、前記非導体形成部上面に絶縁性樹脂基板により構成されたアンテナ板を設置し、また前記非導体形成部下面に絶縁性樹脂基板より構成されたグランド板を設置し、また前記非導体形成部以外のグランドプレーン上下面上に高周波回路、電池等を実装することにより構成されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、表面にグランド層が形成されるとともにこのグランド層の一部に非導体形成部が設けられた基板と、前記基板の非導体形成部上に設けられた絶縁性樹脂からなる第１の基体と、前記第１の基体と前記基板を介して対向する位置に設けられた絶縁性樹脂からなる第２の基体と、前記第１および第２の基体のそれぞれの表面に設けられた第１および第２の導体層と、その一端が前記第１の導体層に接続された第１の給電部と、その一端が前記第１の導体層に接続されるとともにその他端が前記グランド層に接続された第１の短絡部と、その一端が前記第２の導体層に接続されるとともにその他端が前記基板を介して前記グランド層に接続された第２の短絡部とを有し、前記グランド層に対する前記第１の短絡部の取り付け位置と前記グランド層に対する第２の短絡部の取り付け位置とが異なることを特徴とするアンテナ装置である。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置おいて、第２の短絡部の位置の異なる多数の第２の基体を用意し、これらを第１の基体と基板を介して対向する位置に個々設置することにより、整合条件を満たす最適な第２の基体を選択する事を特徴とするアンテナ装置であり、簡易で迅速にアンテナ装置の整合を取る事が出来ると共に、第２の短絡部の位置を変更する事によりアンテナ装置の持つ放射パターンを変更する効果も有するため、電波環境に適した最適な放射パターンを選択する事も可能となる。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、第１の短絡部と第１の給電部の距離が異なる多数の第１の基体を用意し、これらを基板の非導体形成部上に個々設置することにより整合条件を満たす最適な第１の基体を選択する事を特徴とするアンテナ装置であり、簡易で迅速にアンテナ装置の整合を取る事が可能であると共に、アンテナ装置の持つ放射パターンを変更する効果も有するため、電波環境に適した最適な放射パターンを選択する事も可能となる。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１記載のアンテナ装置において、第１の給電部と容量装荷部との位置関係がほぼ対角線上になるように配置したことを特徴とするアンテナ装置であり、第１の導体層と第２の導体層間の電界強度が概して大きい位置である第１の給電部に対して対角の位置に容量を装荷する事により、装荷する容量値を小さくする事が可能となり、故に装荷容量におけるロスを小さくする事が出来る。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、第１の短絡部を第１の給電部の近傍に配置したことを特徴とするアンテナ装置であり、短絡部を第１の給電部の近傍に配置する事により、第１の給電部に新たに整合回路を付加する事無くアンテナ装置の整合を取る事が可能となる。
【００１２】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、基板の非導体形成部以外の上下表面に高周波回路が実装されている事を特徴とするアンテナ装置であり、第１の基体の厚みおよび第２の基体の厚みと同等以下の高周波部品および電池等を基板の非導体形成部以外の上下表面に配置する事により、高周波回路部および電池等に必要であった投影面積を約半分に縮小する事が可能となるため、小型でありさらに高利得なアンテナ装置を実現する事が出来る。
【００１３】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記グランド層の周囲に配置された略線状の導体エレメントとその一端に設けられた第２の給電部とを有し、前記第１の給電部または前記第２の給電部と高周波回路との接続をアンテナ切り替えスイッチにより切り替える構成であり、前記アンテナ装置を搭載した通信機器の外部カバー表面の任意の位置に設けられたメカニカルスイッチが押された場合は前記略線状の導体エレメントがアンテナとして機能し、それ以外の場合は前記第１の導体層がアンテナとして機能するアンテナ装置である。これにより、メカニカルスイッチを指にて操作した場合に優れた放射パターンが得られる略線状の導体エレメントをアンテナとして動作させ、胸ポケット挿入時やタバコケースに近接したときに優れたアンテナ特性を有している第１の導体層をアンテナとして機能させることにより、様々な使用環境においても著しい特性劣化を生じる事が無く、安定した通信品質を提供できるアンテナ装置が実現できる。
【００１４】
（実施の形態１）
図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施の形態であり、同図において、表面にグランド層１が形成されるとともにこのグランド層の一部に非導体形成部４が設けられた基板と、前記基板の非導体形成部４の上に配設される絶縁性樹脂からなる第１の基体２と、前記第１の基体２と前記基板を介して対向する位置に設けられた絶縁性樹脂からなる第２の基体３と、前記第１の基体２および第２の基体３のそれぞれの表面に設けられたアンテナ板として機能する第１の導体層５およびグランド板の一部として機能する第２の導体層６と、その一端が前記第１の導体層５に接続された第１の給電部７と、その一端が前記第１の導体層５に接続されるとともにその他端が前記グランド層１に接続された第１の短絡部８と、その一端が前記第２の導体層６に接続されるとともにその他端が前記基板を介して前記グランド層１に接続された第２の短絡部９と、前記第１の給電部７とほぼ対角線上の位置にあり前記第１の導体層５と前記グランド層１とを接続するように設けられた容量装荷部１０とを有するアンテナ装置を示している。
【００１５】
本発明のアンテナ装置の特徴としては、第２の基体３を用いる事によりアンテナ板とグランド板の間隔を大きくする事が可能となるため、高い放射利得と広い帯域幅を実現する事が可能となる。
【００１６】
また、これまでアンテナの材料として金属板が利用されてきたが、金属加工とアンテナ形状の維持が困難であった。本発明に関しては、アンテナの材料として絶縁性樹脂基板を利用しているため、その作製が容易であると共にアンテナ形状の安定的な維持を図る事が可能である。またアンテナのインピーダンス特性の調整をアンテナとして使用する絶縁性樹脂基板の比誘電率、ｔａｎδを変更する事により行う事も可能となる。
【００１７】
尚、前記第１の基体２、前記第２の基体３に使用される絶縁性樹脂基板の比誘電率、ｔａｎδの値は同じものを使用する必要が無い事は言うまでも無い。今回のアンテナ装置の整合を取る方法に関しては、前記第２の短絡部９の位置が異なる前記第２の基体３を多数用意しておき、それらを個々に前記非導体形成部４の上に実装する事により迅速且つ容易に行う事が可能である。また、前記第２の短絡部９の位置変更によりアンテナ装置の放射パターンをも変更する事が可能となるため、アンテナ装置が置かれる電波環境に最適な放射パターンを選択する事が容易となる。
【００１８】
図２に前記第２の短絡部９の位置を変化させた時のアンテナ装置のインピーダンス特性と放射パターンの変化を示すために用いたアンテナモデルを示す。アンテナ板として機能する第１の導体層５、第２の導体層６は３０ｍｍ×３０ｍｍであり、第１の給電部７、第１の短絡部８、第２の短絡部９の長さは２ｍｍとした。
【００１９】
また、グランド層１は８０ｍｍ×８０ｍｍとし、その中央に３０ｍｍ×３０ｍｍの非導体形成部４が設けられ、その上下方向に前記第１の導体層５、第２の導体層６が配設されている。このアンテナモデルにおいて、前記第２の短絡部９の位置を変更（（ａ）…第１の短絡部８の直下、（ｂ）…第１の給電部７の直下、（ｃ）…第１の給電部７から第１の短絡部８と逆の方向に１ｍｍ離した場所の直下）した時のインピーダンス特性、放射パターンの変化を図３に示す。
【００２０】
前記第２の短絡部９の各位置におけるインピーダンス特性に関しては、スミスチャート上に描かれる円の軌跡のサイズが変化すると共に、共振周波数の値も大きく変わっている事が分かる。また放射特性に関しても、（ａ）の位置ではＸ軸またはＹ軸方向へのアンテナ利得が高いのに対して（ｃ）の位置ではＺ軸方向にアンテナ利得が高くなるというように、大きく変化させる事が可能である事が分かる。
【００２１】
同様に図４に第１の短絡部８の位置を変更（（ａ）…第１の給電部７より１ｍｍの位置、（ｂ）…第１の給電部７より２ｍｍの位置）した時のインピーダンス特性、放射パターンの変化を示した。放射パターンの大きな変化は無いものの、スミスチャート上のインピーダンスの軌跡における円のサイズを変更できると共に、共振周波数も調整する事が可能である事が分かる。
【００２２】
尚、今回使用した第１の導体層の形状はフラットな長方形のものであったが、任意の端部に任意の数のスリットを設ける事により、アンテナ装置のインピーダンス特性を調整しても問題ない。
【００２３】
（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態であり、同図（ａ）において本発明であるアンテナ装置の上面図を示し、同図（ｂ）において断面図を示し、同図（ｃ）において下面図を示している。グランド層１の上下面において非導体形成部４以外の部分にメカニカルスイッチ１３や電池１４、第１の高周波回路１２および第２の高周波回路１７を配置している。（ｂ）に示すように、第１の基体２、第２の基体３の厚み以下の部品をグランド層１の上下面に配置する事により、アンテナ装置に必要な投影面積を約半分に縮小する事が可能となる。
【００２４】
（実施の形態３）
図６は本発明の第３の実施の形態であり、同図において略線状の導体エレメント１８をグランド層１の概ね周囲に配置し、その一端を第２の給電部１９を介してアンテナ切り替えスイッチ２０に接続し、また第１の給電部７も同様に前記のアンテナ切り替えスイッチ２０に接続する事により、周囲環境により使用するアンテナを自在に選択できる構成を実現している。
【００２５】
図７（ａ）に本発明のアンテナ装置が内蔵された通信機器の外観形状を示している。通信機器の外側は絶縁性樹脂カバー２１で覆われており、メカニカルスイッチ１３を操作する事が出来るように、前記絶縁性樹脂カバー２１の一部に穴が空けられ、前記メカニカルスイッチを外部より押すことが出来る構造となっている。
【００２６】
図７（ｂ）に実際に通信機器を指にて操作している様子を示している。
【００２７】
図８（ａ）には、図７（ｂ）にて示した状態の第１の導体層５をアンテナとして機能させた時の放射パターンを示している。指にてメカニカルスイッチを押す事により通信機器を動作させたとき、Ｘ方向（体の正面方向）において放射パターンのヌル点が発生し、この方向に通信する相手が存在する場合、通信品質の著しい劣化を生じることも考えられる。よって、図７（ｂ）のような通信機器の使用状態においては略線状の導体エレメント１８のみをアンテナとして動作させることにより、Ｘ方向（体の正面方向）のアンテナ利得を向上させる事が可能となる。図８（ｂ）に前記略線状の導体エレメント１８のみをアンテナとして動作させた時の放射パターンを示す。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＩＤカードやページャなどの携帯端末に内蔵されるアンテナ装置において、高利得で広帯域な特性を実現できると共に、インピーダンス整合を容易に且つ迅速に取る事が可能であり、またアンテナの形状変化が少ないため、長期間にわたる高い品質保持が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の分解斜視図
（ｂ）本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の分解断面図
【図２】  本発明の第１の実施の形態における技術的効果を示すために用いたアンテナモデルを示す透視斜視図
【図３】  本発明の第１の実施の形態における第２の短絡部の位置によるアンテナ特性変化を示す特性図
【図４】  本発明の第１の実施の形態における第１の短絡部の位置によるアンテナ特性変化を示す特性図
【図５】  （ａ）本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の上面図
（ｂ）本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の断面図
（ｃ）本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の下面図
【図６】  本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の上面図
【図７】  （ａ）本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置を内蔵した通信機器外観図
（ｂ）本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置を内蔵した通信機器を使用したときの様子を示す図
【図８】  （ａ）本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置において、第１の導体層５をアンテナとして動作させた時の放射パターンを示す図
（ｂ）本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置において、略線状の導体エレメント１８をアンテナとして動作させた時の放射パターンを示す図
【図９】  従来のアンテナ装置の概要図
【符号の説明】
１  グランド層
２  第１の基体
３  第２の基体
４  非導体形成部
５  第１の導体層
６  第２の導体層
７  第１の給電部
８  第１の短絡部
９  第２の短絡部
１０  容量装荷部
１２  第１の高周波回路
１３  メカニカルスイッチ
１４  電池
１７  第２の高周波回路
１８  略線状の導体エレメント
１９  第２の給電部
２０  アンテナ切り替えスイッチ
２１  絶縁性樹脂カバー
１０１  金属板
１０２  導体板
１０３  連結板
１０４  誘電体
１０５  プリント基板
１０６  コンデンサ
１０７  給電部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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