(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に放射電極が、裏面に接地電極がそれぞれ形成され、さらに前記表面から裏面に向かって貫通する貫通孔を有する誘電体基板と、前記貫通孔に挿入され、一端が前記放射電極に接続され、他端が前記裏面から突出した給電ピンとを備え、前記給電ピンと貫通孔との隙間に液体の熱硬化性樹脂または加熱溶融した熱可塑性樹脂からなる誘電体を充填し加熱硬化または固化させたことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記貫通孔の孔径：給電ピンの外径の比が１：０．８〜０．９８の範囲である請求項１記載の平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信分野、特に衛星を利用した移動体通信分野に用いられる小型の平面アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信の発達に伴い、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した様々なシステムが提唱されている。中でも位置情報機能を搭載した通信情報端末が広く使われるようになり、その受信用平面アンテナの需要数量も莫大な増加が見込まれている。
【０００３】
図２は、従来の平面アンテナの概略を示す断面図である。図２に示すように、平面アンテナ２は、表面に放射電極２２が、裏面に接地電極２３がそれぞれ形成され、さらに前記表面から裏面に向かって貫通する貫通孔２６を有する誘電体基板２１を備え、貫通孔２６に挿入された給電ピン２４の一端が放射電極２２に接続され、給電ピン２４の他端が前記裏面から突出する構造を有している。給電ピン２４と放射電極２２は半田２５で電気的に接続されている。
【０００４】
貫通孔２６はインピーダンス整合点に形成されるが、製造上のばらつきにより、貫通孔の形成位置がばらついて所望のアンテナ特性が得られない場合があり、その結果、製品の不良率が高くなって製造歩留まりが低下する。また、貫通孔の孔径および給電ピンの外径も同様にばらつくため製造歩留まりが低下する。さらに、これらのばらつきにより給電ピン２４と貫通孔２６との隙間が大きくなると、この隙間に半田付けの際の半田２５が流れ込むことにより寄生リアクタンスが形成されるため、上記と同様に製造歩留まりが低下する。寄生リアクタンスを打消すために付加容量を実現するための方法が種々提案されているが、これらの方法は製造工程が増加する、構造が複雑になる等の問題があるため、製造上好ましくはない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、安定したアンテナ特性を有し、製造歩留まりを低下させずに安定して製造できる平面アンテナを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の平面アンテナは、表面に放射電極が、裏面に接地電極がそれぞれ形成され、さらに前記表面から裏面に向かって貫通する貫通孔を有する誘電体基板と、前記貫通孔に挿入され、一端が前記放射電極に接続され、他端が前記裏面から突出した給電ピンとを備え、前記給電ピンと貫通孔との隙間に液体の熱硬化性樹脂または加熱溶融した熱可塑性樹脂からなる誘電体を充填し加熱硬化または固化させたことを特徴とする。
【０００７】
このように本発明の平面アンテナでは、給電ピンと貫通孔との隙間に誘電体が充填されるので、貫通孔および給電ピンの各径のばらつきにより形成される寄生リアクタンスの変化が微小なものとなるとともに、給電ピンと貫通孔との隙間に半田が流れ込むのを防止することができるので、アンテナ特性の低下を抑制することができる。これにより、所望のアンテナ特性を有する平面アンテナを安定に製造できるようになり、製造歩留まりが向上する。
さらに、貫通孔の形成位置がばらついたときでも、貫通孔に挿入された給電ピンの挿入位置を誘電体の充填により是正（微調整）することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は本実施形態の平面アンテナの概略を示す断面図である。図１に示すように、平面アンテナ１は、表面に放射電極１２が、裏面に接地電極１３がそれぞれ形成され、さらに前記表面から裏面に向かって貫通する貫通孔１６を有する誘電体基板１１と、貫通孔１６に挿入され、一端が放射電極１２に接続され、他端が前記裏面から突出した給電ピン１４とを備え、この給電ピン１４と貫通孔１６との隙間に誘電体１７が充填されている。給電ピン１４と放射電極１２は半田１５で電気的に接続されている。
【０００９】
前記隙間に充填する誘電体１７としては、誘電率が２以上、好ましくは２〜８の誘電体を使用するのがよく、具体的には例えばフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、メタクリル樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。
【００１０】
誘電体１７を前記隙間に充填する方法としては、熱硬化性樹脂の場合には液体の原料樹脂を前記隙間に充填した後に加熱して硬化させればよく、熱可塑性樹脂の場合には加熱して溶融させた樹脂を前記隙間に充填した後に冷却して固化させればよい。また、予め給電ピン１４と貫通孔１６との隙間の形状に誘電体１７を成形した後で、これを給電ピン１４と同時に貫通孔１６に挿入してもよい。
【００１１】
誘電体基板１１の材料としては、例えばＢａ−Ｎｄ−Ｃａ−Ｔｉ系の誘電体セラミック（比誘電率８０〜１２０）、Ｎｄ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミック（比誘電率４３〜４６）、Ｌａ−Ａｌ−Ｓｒ−Ｔｉ系誘電体セラミック（比誘電率３８〜４１）、Ｂａ−Ｔｉ系誘電体セラミック（比誘電率３４〜３６）、Ｂａ−Ｍｇ−Ｗ系誘電体セラミック（比誘電率２０〜２２）、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミック（比誘電率１９〜２１）、アルミナセラミック（比誘電率９〜１０）、コージライトセラミック（比誘電率４〜６）等を使用することができる。誘電体基板１１は、上記材料を粉末プレス成形により成形し、これを焼成することにより得られる。
【００１２】
放射電極１２および接地電極１３には、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等の導電性材料を使用することができる。この放射電極１２および接地電極１３は、ペースト状の上記導電性材料を誘電体基板１１のそれぞれの面にスクリーン印刷等により印刷し、これを所定の温度で焼き付けることにより得られる。
【００１３】
給電ピン１４は、銅、銅合金等を切削加工等により所定の形状に加工した母材の表面に例えば半田メッキ層等を形成したものである。半田メッキ層は電解半田メッキ等により形成することができる。
【００１４】
貫通孔１６の孔径：給電ピン１４の外径（貫通孔１６に挿入する部分の外径）の比は１：０．８〜０．９８の範囲であるのが給電ピン挿入、誘電体充填のうえで望ましい。前記比が１：０．８を下回る場合には、貫通孔１６と給電ピン１４の位置ズレが大きくなった場合、実装時にプリント基板側の挿入口に給電ピン１４の先端が入らなくなり、実装不良となるおそれがある。一方、前記比が１：０．９８を超えると誘電体が充填される隙間が小さくなりすぎるため、充填不良となるおそれがある。
また、貫通孔１６の孔径は１〜３ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍであるのがよい。これは、孔径が誘電体基板の厚み（通常２〜４ｍｍ）に対して小さすぎると、加工工具の強度上、誘電体基板に貫通孔を設けること自体が困難になり、またピン自体の強度も低下してハンドリングを困難にするためである。一方、孔径が大きすぎる場合は、製造上コストアップにつながるため好ましくない。
また、給電ピン１４および貫通孔１６の断面が円形でない場合には、断面積の比が適用される。すなわち、給電ピン１４の断面積（貫通孔１６に挿入する部分の断面積）：貫通孔１６の断面積の比は１：０．６４〜０．９６の範囲であるのが好ましい。
【００１５】
この給電ピン１４を貫通孔１６に挿入し、それらの隙間に誘電体を充填した後、放射電極１２上の所定の位置に半田１５をスクリーン印刷し、その後、この半田１５を所定の温度でリフローすることにより給電ピン１４の一端を半田１５により放射電極１２上に固定することができる。半田１５の材料としては、共晶半田（Ｓｎ：Ｐｂ＝６３：３７）、Ｓｎ：Ｐｂ：Ａｇ＝６２：３６：２等を使用することができる。
このように、給電ピン１４と貫通孔１６との隙間に誘電体１７を充填することにより、貫通孔１４および給電ピン１６の各径のばらつきにより生じる給電ピン１４と貫通孔１６との隙間がなくなり、さらに充填した誘電体によって給電ピン１４と誘電体基板１１とが接触しなくなるので、寄生リアクタンスの変化が低減される。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００１７】
実施例１
図１に示すような平面アンテナ１を作製した。すなわち、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系（比誘電率：２０）の材料を使用して誘電体基板（縦２５ｍｍ、横２５ｍｍ、厚み４ｍｍ）を作製した。この誘電体基板の両面にそれぞれＡｇを厚膜印刷した後、所定の温度にて大気中で乾燥させ、焼成を行って、厚さ１２〜１５μｍの放射電極および接地電極を形成させた。ここで、放射電極は周波数が１．５７５ＧＨｚになるように寸法を決定した。また、接地電極の寸法は縦２４ｍｍ、横２４ｍｍとした。
誘電体基板に形成する貫通孔は孔径を１ｍｍとし、インピーダンスの整合点に設けた。一方、給電ピンは外径を０．９８ｍｍとし、銅材に半田メッキを施したものを使用した。その結果、貫通孔の孔径：給電ピンの外径の比は１：０．９８となる。
給電ピンを前記貫通孔に挿入した後、それらの隙間に誘電体として誘電率４の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）を充填し、大気中にて乾燥を行い、ついで加熱硬化させた。その後、給電ピンと放射電極とを半田により半田付けすることによって、平面アンテナを作製した。
【００１８】
比較例１
誘電体を給電ピンと貫通孔との隙間に充填していない他は、実施例１と同様にして平面アンテナを作製した。
【００１９】
実施例１および比較例１で得られた各１００個の平面アンテナを用いてインピーダンスのマッチング特性を測定した。マッチング特性はネットワークアナライザーにより測定した。測定の結果、共振周波数のリターンロス値が−１５ｄＢ以上のものを不良とし、不良率を算出した。その結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
0003851219.tif 000002
表１から、給電ピン１４と貫通孔１６との隙間に誘電体１７を充填した実施例１は、比較例１と比較して不良率が大きく低減していることがわかる。これは、製造時に貫通孔１６の外径と給電ピン１４の孔径とがばらつき、設計値である１：０．９８を大きく外れたものがあり、これが原因で比較例１では不良率が高くなったのに対して、実施例１では、給電ピン１４と貫通孔１６との隙間に誘電体１７を充填したため、製造時の給電ピン１４の孔径と貫通孔１６の外径のばらつきが是正され、不良率が低減したと推測される。
【００２１】
実施例２
貫通孔の孔径：給電ピンの外径の比が１：０．９０，１：０．８５および１：０．８０となる給電ピンを用いた他は、実施例１と同様にして平面アンテナを作製した。
【００２２】
比較例２
誘電体を給電ピンと貫通孔との隙間に充填していない他は、実施例２と同様にして平面アンテナを作製した。
実施例２および比較例２で作製した各平面アンテナのマッチング特性を実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２から、比較例２では、貫通孔１６の孔径と給電ピン１４の外径との比が１：０．８０〜０．９０のときにはリターンロス値が−１５ｄＢ以上（不良品）であったのに対して、実施例２では、いずれもリターンロス値が−１８ｄＢ以下であり、マッチング特性が改善されていた。このことから、給電ピンおよび貫通孔の各径のばらつきが、平面アンテナにおけるインピーダンスのマッチング特性に大きな影響を及ぼすこと（比較例２）、および誘電体を給電ピンと貫通孔との隙間に充填することにより、上記径のばらつきによる影響を低減してマッチング特性を向上させることがわかる（実施例２）。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、給電ピンと貫通孔との隙間に液体の熱硬化性樹脂または加熱溶融した熱可塑性樹脂からなる誘電体を充填し加熱硬化または固化させることにより、マッチング特性のばらつきを低減し、アンテナ特性の安定した平面アンテナを得ることができるので、製造歩留まりを向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面アンテナを示す断面図である。
【図２】従来の平面アンテナを示す断面図である。
【符号の説明】
１  ：平面アンテナ
１１：誘電体基板
１２：放射電極
１３：接地電極
１４：給電ピン
１５：半田
１６：貫通孔
１７：誘電体
【図１】
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【図２】
0003851219.tif 000005