JP2002141725A

JP2002141725A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2002141725A
Application number: JP2000331455A
Authority: JP
Inventors: Kazusuke Yanagisawa; 和介柳沢; Ryo Horie; 凉堀江; Hironori Okado; 広則岡戸; 俊祥 ▲葛▼; Shiyunsho Katsura
Original assignee: Yokowo Co Ltd; Yokowo Mfg Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】アンテナとしては、常に一定のアンテナを製
造しながら、回路基板などに搭載した際に生ずる周波数
のズレを回路基板に合せて簡単に調整することができる
構造のアンテナおよびアンテナ装置を提供する。【解決手段】一面（表面）側に放射素子１３が設けら
れ、他面（裏面）側に接地導体１１が設けられると共
に、放射素子１３の一端部が他面側まで延出されて接続
部１３ａが形成されるアンテナ１０と、そのアンテナ１
０の接地導体１１部がマウントされると共に、放射素子
１３の接続部１３ａが接続される接続用パターン２３に
スタブ２３が形成される回路基板２０とからなってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブルートゥース
（blue tooth）用またはＧＰＳ（global positioning s
ystem）のように、逆Ｆアンテナやセラミックアンテナ
のような小形アンテナがプリント基板などの回路基板に
搭載されるアンテナ装置に関する。さらに詳しくは、回
路基板などに搭載されることにより生じる共振周波数の
ズレを簡単に調整し得るアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アンテナは、空間を伝播する電波を受信
するため、通常は空間内に配置して四方からの電波を受
信することができるようにして用いられる。しかし、た
とえばブルートゥース用とかＧＰＳ用などのように、機
器の小形化の要請から、信号処理回路などが形成される
回路基板などの一部に直接搭載されて用いられる場合も
ある。このようなアンテナには、アンテナの小形化を図
るため、セラミック基板を用いてその表面にパッチアン
テナ素子を設ける構造のアンテナが知られている。すな
わち、図５にその一例の斜視および断面の構成説明図が
示されるように、セラミック基板２１の表面にパッチア
ンテナ素子２２が配置され、その裏面に接地導体２３が
設けられ、パッチアンテナ素子２２の裏面側に設けられ
た給電部２２ａに、セラミック基板２１および接地導体
２３に設けられた貫通孔を経て、給電ピン２４が接続さ
れる構造になっている。そして、この裏面の接地導体部
分を回路基板などの裏面の接地導体に接続し、給電部が
回路基板に形成された給電部と接続するように接着され
ることにより搭載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のパッチアンテナ
などのように、セラミックスなどの誘電体基板上に導電
体膜を設けるアンテナでは、そのパッチアンテナ素子の
面積および誘電体基板の厚さおよび誘電率により共振周
波数が定まり、所望の受信信号の周波数に対応するよう
に形成されている。しかし、前述のように、回路基板な
どに搭載されると、その回路基板の誘電率や厚さなどに
より共振周波数のズレが生じる。すなわち、回路基板な
どに装着すると、最初にアンテナをチューニングした状
態から、基板の形状、またはレドーム（ケース）の厚さ
や材質もしくは放射素子との距離などの周囲の状態など
が、アンテナを実装する位置により変化し、共振周波数
が変化する。

【０００４】そのため、従来は回路基板に装着した状態
で所望のアンテナとして動作するようにパッチアンテナ
自身を設計して製造するか、可変コンデンサを付加して
装着後に可変コンデンサにより共振周波数を調整する方
法が採られている。しかし、アンテナ自身をその搭載基
板に合せて設計すると、機器の種類により基板の種類が
変り、基板の材料や厚さが変化すると、所望の周波数で
共振しなかったり、その度にアンテナを製造し直さなけ
ればならないという問題がある。また、可変コンデンサ
を外付けすると、部品点数が増えてコストアップになる
と共に、そのスペースが必要となり、近年の電子機器の
軽薄短小化に逆行することになり、小形化する携帯機器
に取り付けるのに不都合が生じるという問題がある。

【０００５】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、アンテナとしては、常に一定のアン
テナを製造しながら、回路基板などに搭載した際に生ず
る周波数のズレを、回路基板などに搭載した状態で簡単
に調整することができる構造のアンテナ、および回路基
板と一体化したアンテナ装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるアンテナ
は、誘電体基板と、該誘電体基板の表面に設けられる放
射素子と、該放射素子に給電する給電部と、前記誘電体
基板の裏面に設けられる接地導体とからなり、前記放射
素子は前記誘電体基板の裏面まで延出されることにより
接続部が形成され、前記誘電体基板の裏面が回路基板上
にマウントされる際に、該回路基板に形成されるスタブ
に前記接続部が電気的に接続し得るように、前記放射素
子が形成されている。

【０００７】この構造にすることにより、回路基板に直
接搭載される場合で、回路基板によってその共振周波数
が変化する場合でも、回路基板側に設けられるスタブの
長さを調整することにより、その基板の特性を加味した
状態で必要な周波数帯に共振させることができる。

【０００８】本発明によるアンテナ装置は、一面側に放
射素子が設けられ、他面側に接地導体が設けられると共
に、前記放射素子の一端部が前記他面側まで延出されて
接続部が形成されるアンテナと、該アンテナの前記接地
導体部がマウントされると共に、前記放射素子の接続部
が接続される接続用パターンにスタブが形成される回路
基板とからなっている。

【０００９】ここに、一面側とは、電波を輻射し、また
は受信する側を意味し、他面側はその反対面を意味し、
誘電体基板に形成される場合はその表面側と裏面側に相
当するが、誘電体基板がなくて、空間を介して放射素子
と接地導体が設けられる場合でも、電波を輻射または受
信する側が一面側であることを意味する。

【００１０】この構成にすることにより、アンテナを搭
載する機器に応じて、回路基板が若干異なり、その共振
周波数がずれるような場合でも、アンテナとしては一定
のままで、回路基板に形成されるスタブの長さを調整す
るだけで、非常に簡単に、しかも確実に所望の周波数帯
で共振させることができる。しかも、回路基板に実装し
た状態で共振周波数を調整できるため、プリント基板な
どの厚さや材質によりその周波数特性が変化するような
場合でも、確実に所望の周波数帯で共振するアンテナと
することができる。一方、回路基板の仕様が定まり、そ
の厚さとか誘電率が一定になれば、その調整後の寸法の
パターンで印刷をすることにより回路基板を形成すれ
ば、その後、一々周波数調整をする必要もなくなる。

【００１１】具体的には、前記放射素子の接続部が前記
他面側で前記接地導体と接続され、前記回路基板に設け
られるスタブは、前記放射素子の接続部と接続される接
続用パターンと反対側の端部が開放されるオープンスタ
ブで形成されたり、前記放射素子の接続部が前記他面側
で前記接地導体とは接続されず、前記回路基板に設けら
れるスタブは、前記放射素子の接続部と接続される接続
用パターンと反対側の端部が、該回路基板に設けられる
接地板と接続されるショートスタブで形成される。

【００１２】たとえばオープンスタブの場合、アンテナ
単独では所望の周波数帯より若干低い周波数帯で共振す
るように形成しておき、回路基板にアンテナを搭載した
状態で、スタブを順次カットして調整することにより、
そのアンテナ搭載基板の特性に合せて正確に共振周波数
を調整することができるし、ショートスタブの場合に
は、アンテナ単独の場合の共振周波数を、所望の周波数
帯より若干高い周波数帯で共振するように形成してお
き、スタブのショート面をずらせてスタブの長さを長く
することにより所望の周波数帯で共振させることができ
る。

【００１３】また、前記放射素子が複数個設けられ、該
複数個の放射素子の共振周波数を僅かに離調することに
より、送受信し得る周波数の広帯域化を図ることがで
き、アンテナを搭載する基板の調整もより行いやすくな
るため好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明のアンテナおよびアンテナ装置について説明をする。
本発明によるアンテナ装置は、図１にその一実施形態の
アンテナと回路基板のアンテナ搭載部分の説明図が示さ
れるように、一面（表面）側に放射素子１３が設けら
れ、他面（裏面）側に接地導体１１が設けられると共
に、放射素子１３の一端部が他面側まで延出されて接続
部１３ａが形成されるアンテナ１０と、そのアンテナ１
０の接地導体１１部がマウントされると共に、放射素子
１３の接続部１３ａが接続される接続用パターン２３ａ
にスタブ２３が形成される回路基板２０とからなってい
る。図１に示される例では、このスタブ２３の先端部が
オープンにされたオープンスタブの例である。

【００１５】本発明によるアンテナは、図１（ａ）およ
び（ｂ）にその一実施形態の説明図が示されるように、
誘電体基板１６の表面に放射素子１３およびその放射素
子１３に給電する励振電極１２が設けられ、誘電体基板
１６の裏面に接地導体１１および給電部１４が設けられ
ている。この放射素子１３の一端部は誘電体基板１６の
裏面まで延出されることにより接続部１３ａが形成され
ており、誘電体基板の裏面が回路基板２０上にマウント
される際に、その回路基板２０に形成されるスタブ２３
に電気的に接続し得るように、放射素子１３が形成され
ている。図１に示される例では、放射素子１３の誘電体
基板１６の裏面に延出される接続部１３ａが接地導体１
１に直接接続されてショート面が形成される構造になっ
ている。

【００１６】図１に示される例では、たとえばセラミッ
クスからなる誘電体基板１６の表面に放射素子１３が設
けられ、裏面に接地導体１１が図１（ｂ）に示されるよ
うに、給電部１４と放射素子１３の一端部である接続部
１３ａを除いたほぼ全面に設けられ、放射素子１３は、
励振電極１２を介して励振されるようになっている。な
お、１５は給電部１４と励振電極１２とを接続する給電
電極である。

【００１７】誘電体基板１６としては、できるだけ誘電
率の大きい材料が、放射素子１３を小さくすることがで
きるため好ましく、たとえばＢａＯ-ＴｉＯ₂-ＳｎＯ₂、
ＭｇＯ-ＣａＯ-ＴｉＯ₂などのセラミックスを用いるこ
とが、比誘電率が３０程度以上となり好ましい。また、
接地導体１１、励振用電極１２および放射素子１３は、
それぞれ誘電体基板１６に設けられる銀被膜などの導電
体膜を印刷または真空蒸着とパターニングなどにより設
ければ、簡単に形成することができて好ましいが、その
例に限らず、銅などの導電線または導体板を誘電体基板
１６上に配列した構造のものでもよい。

【００１８】励振用電極１２は、給電部１４からの信号
を放射素子１３に励振させ、または放射素子１３により
受信した信号を給電部１４に伝達するための電極で、１
／４波長よりかなり小さい長さに形成されると共に、そ
の電圧最大点となる先端部で放射素子１３と容量結合
し、他端部が給電部１４と接続される構造になってい
る。図１に示される例では、その他端部に給電電極１５
を介して誘電体基板１６の裏面に設けられる給電部１４
と接続されている。

【００１９】放射素子１３は、図１に示される例では、
並列に配列された３本からなっており、それぞれが、た
とえば２４１７ＭＨｚ、２４５０ＭＨｚ、２４８３ＭＨ
ｚで共振するような電気長に形成されている。その幅
は、長さに比べて充分に短い幅であればよく、それぞれ
０.５〜１ｍｍ程度に形成されている。また、放射素子
１３それぞれの間隔は、相互に干渉しない程度、たとえ
ば０.５〜１ｍｍ程度に設けられる。すなわち、この例
のように放射素子を複数本にして、それぞれ共振周波数
を若干ずらせることにより、広い帯域で共振させること
ができ、広帯域のアンテナを実現することができる。そ
して、前述のように、各放射素子１３の一端部が誘電体
基板１６の裏面まで延出され、その裏面に回路基板２０
の接続用パターン２３ａと接続し得るように接続部１３
ａが形成されている。

【００２０】図１に示される例では、それぞれの放射素
子１３は、その表面側の端部（他端部）が励振用電極１
２と容量結合をするように一定間隙を設けて配置される
と共に、その長さ（誘電体基板１６裏面の接地導体１１
と接続される部分までの長さ）がλ／４の電気長にされ
て、一端部の接続部１３ａが、前述のように、誘電体基
板１６の側面を経て裏面まで延び、接地導体１と接続さ
れている。この放射素子１３の物理的長さは、誘電体基
板１６の誘電率によっても変化し、誘電体基板１６の比
誘電率をε_rとすると、１／ε_r ^1/2に比例してその物理
的長さを短くすることができる。

【００２１】給電部１４は、図１に示される例では、接
地導体１１と同じ面で、誘電体基板１６の裏面に設けら
れ、誘電体基板１６の側面に設けられる給電電極１５を
介して励振用電極１２と電気的に接続されており、回路
基板２０などに搭載することによりそのまま回路基板の
給電ライン２４と接続できる構造になっている。

【００２２】回路基板２０は、たとえばガラスエポキシ
樹脂などからなる通常のプリント基板が用いられ、その
表面側にプリント配線が施され、トランジスタなどの電
子部品が接続されて信号処理回路などが形成されてい
る。そして、その表面の一部に、図１（ｃ）に示される
ように、ある範囲に亘って金属膜からなる接地板２１が
設けられ、アンテナ１０の搭載部には、アンテナの給電
部１４と接続できるように、給電用ライン２４および放
射素子接続用パターン２３ａが形成されている。放射素
子接続用パターン２３ａは、アンテナ１０の接続部１３
ａの長さより長く、アンテナ１０部から突出するように
形成され、スタブ２３が形成されていることに特徴があ
る。

【００２３】図１に示される例では、このスタブ２３の
先端は、オープンにされて接地板２１と対向するように
形成されており、図２にその等価回路図が示されるよう
に、スタブ２３の長さに伴うインダクタンスＬとスタブ
２３の先端と接地板２１との間のキャパシタンスＣの並
列回路となり、アンテナ１０が搭載されると、このＬＣ
回路が放射素子１３にぶら下がった構造になる。この場
合、スタブ２３の長さが変ってもインダクタンスＬは余
り変化せず、キャパシタンスＣの変化が大きいため、こ
のスタブ２３の長さを変えると図２に示されるように、
キャパシタンスＣが可変となる作用をする。すなわち、
アンテナ１０をこの搭載部に装着した後に、アンテナ特
性を測定しながら、このスタブ２３の先端をカットする
ことにより、キャパシタンスＣが小さくなり、容量性イ
ンピーダンスを下げることになり、共振周波数を上げる
方向に調整することが可能となる。

【００２４】換言すれば、予めアンテナ１０の共振周波
数を所望の受信信号の周波数帯より若干低くなるように
製造しておき、回路基板２０に搭載後に、そのアンテナ
特性を測定しながら、スタブ２３の先端をカットしてい
くことにより、送受信する信号の所望の周波数帯で共振
させることができる。

【００２５】本発明のアンテナ装置によれば、回路基板
などのアンテナを搭載する基板に設けられる放射素子接
続用パターンにスタブを形成しておき、アンテナを搭載
した状態でそのスタブの長さを調整することにより、所
望の周波数帯で共振するように形成されているため、回
路基板の機種による変更やロット変更などによるバラツ
キに拘わらず、常に所望の周波数帯で共振させることが
できる。なお、機種ごとに一定であれば、そのように調
整された寸法のスタブの長さで回路基板を形成すること
により、その後は一々調整することなく、所望の共振特
性を有するアンテナ装置が得られる。

【００２６】前述の例では、アンテナとして、誘電体基
板１６の裏面まで延出される放射素子１３の一端部であ
る接続部１３ａを接地導体１１と接続する構造のもの
で、回路基板２０の接続用パターン２３ａに形成される
スタブ２３の先端をオープンとした例であったが、図３
に図１と同様のアンテナ１０裏面および回路基板２０の
アンテナ１０を搭載する部分の説明図が示されるよう
に、放射素子１３の接続部１３ａを接地導体１１と接続
しないで、回路基板２０に搭載したときに回路基板２０
の接地板２１と接続されるように形成されてもよい。

【００２７】この場合、回路基板２０の接続用パターン
２３ａに形成されるスタブ２３の先端部は、回路基板２
０の接地板２１に連結されており、その連結部であるシ
ョート面Ｓの接地板２１を削ることにより、ショート面
Ｓがアンテナ１０から遠い方に移り、放射素子１３が実
質的に長くなり、周波数を下げる方向に調整することが
できる。すなわち、図１に示される例とは逆に、予め共
振周波数を若干高く設定しておいたアンテナの共振周波
数を低くし、所望の周波数で共振するように調整するこ
とができる。この場合、回路基板２０の接地板２１との
接続部Ｓが、放射素子１３のショート面となるため、回
路基板２０に形成されるスタブ２３も放射素子１３の長
さの一部を構成することになり、その長さが直接変るこ
とになり、周波数の調整に非常に敏感になる。

【００２８】前述の各例では、放射素子が３本の例で、
それぞれの共振周波数を若干ずらせることにより、広帯
域化できるアンテナであったが、その例には限られず、
図４に示されるように、１本の放射素子１３で単一の共
振周波数帯で動作するように形成される場合でも全く同
様に、回路基板に設けられる接続用パターンと放射素子
とを接続し、その接続用パターンに形成されるスタブの
長さを調整することにより、アンテナの共振周波数を所
望の周波数帯に調整することができる。なお、図４に示
されるように、誘電体基板１６の幅より狭い放射素子１
３でもよいし、誘電体基板１６の幅全体に設けられる構
造でもよい。

【００２９】前述の各例では、基板としてセラミック基
板を用い、励振電極を介して励振するセラミックアンテ
ナの例であったが、セラミック基板に限定されず、ま
た、通常のパッチアンテナのようなアンテナでも、逆Ｆ
アンテナのように、その表面に放射素子が形成され、そ
の一端部が裏面側まで延出され、その裏面で回路基板の
接続用パターンなどと接続され得る構造のアンテナであ
れば、同様に適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、回路基板上に搭載され
るアンテナで、回路基板などの厚さや材質などが変って
その電気定数が変化しても、簡単な操作により常に所望
の送受信する周波数帯に共振させることができ、非常に
アンテナ特性の優れたアンテナ装置とすることができ
る。その結果、機種やロットの変化などにより、回路基
板が微妙に変化しても、アンテナを一々設計変更しなく
ても、その回路基板のパターンを調整後のパターンに合
せるだけで、常に共振特性の優れたアンテナとして動作
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアンテナ装置の一実施形態の構成
説明図である。

【図２】図１の放射素子接続用パターンの等価回路図で
ある。

【図３】本発明によるアンテナ装置の他の実施形態を示
す構成説明図である。

【図４】本発明によるアンテナ装置のさらに他の実施形
態を示す構成説明図である。

【図５】従来のセラミック基板を用いたアンテナの一例
を示す図である。

【符号の説明】

１０アンテナ１３放射素子１３ａ接続部１４給電部１６誘電体基板２０回路基板２３スタブ２３ａ接続用パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡戸広則東京都北区滝野川７丁目５番11号株式会社ヨコオ内 (72)発明者 ▲葛▼ 俊祥東京都北区滝野川７丁目５番11号株式会社ヨコオ内Ｆターム(参考） 5E338 AA01 BB75 CC01 CC06 CD13 CD25 EE11 EE32 5J045 AA01 AB06 EA07 HA03 NA01 5J046 AA01 AA07 AA09 AA19 AB13 PA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板と、該誘電体基板の表面に設
けられる放射素子と、該放射素子に給電する給電部と、
前記誘電体基板の裏面に設けられる接地導体とからな
り、前記放射素子は前記誘電体基板の裏面まで延出され
ることにより接続部が形成され、前記誘電体基板の裏面
が回路基板上にマウントされる際に、該回路基板に形成
されるスタブに前記接続部が電気的に接続し得るよう
に、前記放射素子が形成されてなるアンテナ。
【請求項２】一面側に放射素子が設けられ、他面側に
接地導体が設けられると共に、前記放射素子の一端部が
前記他面側まで延出されて接続部が形成されるアンテナ
と、該アンテナの前記接地導体部がマウントされると共
に、前記放射素子の接続部が接続される接続用パターン
にスタブが形成される回路基板とからなるアンテナ装
置。
【請求項３】前記放射素子の接続部が前記他面側で前
記接地導体と接続され、前記回路基板に設けられるスタ
ブは、前記放射素子の接続部と接続される接続用パター
ンと反対側の端部が開放されるオープンスタブである請
求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】前記放射素子の接続部が前記他面側で前
記接地導体とは接続されず、前記回路基板に設けられる
スタブは、前記放射素子の接続部と接続される接続用パ
ターンと反対側の端部が、該回路基板に設けられる接地
板と接続されるショートスタブである請求項２記載のア
ンテナ装置。
【請求項５】前記放射素子が誘電体基板の一面側に複
数個設けられ、該複数個の放射素子の共振周波数を僅か
に離調することにより、送受信し得る周波数の広帯域化
が図られてなる請求項２、３または４記載のアンテナ装
置。