JP2007067993A - アンテナ装置およびアンテナ用素子 - Google Patents

Abstract

【課題】放射電極１２の途中で基板１４に設けた調整用エレメント３４を介装することで、動作周波数を調整するとともに利得の低下を抑えて、部品の共通化が図れるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】表面に放射電極１２を設けた誘電体ブロック１０を基板１４に搭載して、放射電極１２に設けた給電部１６を基板１４に設けた給電端子２４に電気的接続するアンテナ装置において、放射電極１２の給電部１６と先端部２０との途中に切断部３２を設け、この切断部３２の両端の間に基板１４に設けた調整用エレメント３４を介装する。切断部３２は、給電部１６の近くに配設される。また、放射電極１２の先端部２０は、誘電体ブロック１０の天面に配設される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面に放射電極を設けた誘電体ブロックを、基板に搭載して構成するアンテナ装置に関するものである。また、表面に放射電極を設けた誘電体ブロックからなるアンテナ用素子に関するものである。

ＧＰＳ用やブルートゥース用のアンテナとして、直方体の誘電体ブロックの表面に放射電極を設けてなるチップアンテナを、回路基板等の基板上に搭載し、放射電極に設けた給電部を基板に設けた給電端子に半田付けなどにより電気的接続させたものが広く使用されている。このチップアンテナは、小型アンテナとして優れたものである。しかしながら、通信装置の基板に、同一のチップアンテナが組み込まれても、機種毎に異なる基板の形状などの影響を大きく受けて、機種毎にアンテナ特性が相違するという不具合があった。そこで、機種毎に基板等の影響に応じて放射電極の長さを調整したチップアンテナを用意することで、所望のアンテナ特性が得られている。この結果、チップアンテナの種類が多くなり、部品の共通化を図ることができないという不具合があった。

そこで、かかる不具合を解消する技術として、放射電極の先端部を、基板に設けた調整用エレメントに電気的接続し、放射電極と調整用エレメントにより所望のアンテナ特性を得るようにしたものがある。基板毎に予め調整用エレメントの長さを調整することで、同一のチップアンテナを組み込むことができ、チップアンテナの共通化が図れる。

この従来のチップアンテナの共通化を図る技術を、図１１ないし図１３を参照して、より詳しく説明する。図１１は、従来のアンテナ装置の外観斜視図である。図１２は、図１１に示すアンテナ装置の平面図である。図１３は、従来のアンテナ装置で用いる基板の平面図である。図１１ないし図１３において、直方体の誘電体ブロック１０の側面と天面に渡り導電金属薄膜が適宜に配設されて放射電極１２が設けられる。そして、この誘電体ブロック１０が、回路基板等の基板１４上に搭載される。誘電体ブロック１０の側面で、放射電極１２の基端部側に給電部１６と接地部１８が設けられ、さらに別の側面で、放射電極１２の先端部２０が基板１４に達するように配設されている。なお、誘電体ブロック１０の裏面には、適宜に固定用と電気的接続用の図示しない接続部が設けられている。一方、基板１４には、誘電体ブロック１０の裏面に設けた接続部に対向するように、固定用と電気的接続用の接続マウント２２、２２、２２…が設けられる。しかも、放射電極１２の給電部１６に接続された接続部に対向する接続マウント２２には給電端子２４が接続され、接地部１８に接続された接続部に対向する接続マウント２２には接地端子２６が接続され、さらに放射電極１２の先端部２０に接続された接続部に対向する接続マウント２２には、調整用エレメント２８が接続される。なお、図１１ないし図１３において、３０は基板１４上に設けられたＧＮＤ電極である。そして、図１１ないし図１３にあっては、一例として逆Ｆ型アンテナが構成されている。

かかる構成の従来技術において、誘電体ブロック１０に設けた放射電極１２自体は、アンテナとして動作させる所望の周波数よりも若干高い周波数で動作するように設定される。そして、図１１に示すごとく、基板１４に誘電体ブロック１０が搭載されて適宜に電気的接続され、放射電極１２の先端部２０に調整用エレメント２８が電気的接続されると、アンテナとしての動作周波数が、放射電極１２単体の動作周波数よりも低くなる。そこで、図１２に示す、調整用エレメント２８の長さｃを削るなどして予め調整した基板１４を用意することで、基板１４に搭載された状態で、所望の動作周波数が得られるアンテナ装置を構成することができる。そこで、機種毎の基板１４の形状等の違いに応じて、基板１４に設ける調整用エレメント２８の長さｃを適宜に設定することで、共通のチップアンテナを用いることができ、部品の共通化が図れる。

上述のごとき、放射電極１２の先端部２０に、基板１４に設けた調整用エレメント２８を電気的接続させ、この調整用エレメント２８の長さｃを予め適宜に設定することで、チップアンテナの共通化を図る技術は、他にも、特開２００２−１４１７２５号公報や特開２００４−３５６９７１号公報に開示されている。
特開２００２−１４１７２５号公報 特開２００４−３５６９７１号公報

上述のごとき従来技術において、逆Ｆ型アンテナのごとく放射電極１２の先端部２０が接地されない構造のアンテナにあっては、放射電極１２の先端部２０が誘電体ブロック１０の天面上にあるものと比較して、利得が低下する傾向にある。この利得の低下は、逆Ｆ型アンテナ等にあっては、調整用エレメント２８を含む放射電極１２の先端部に最大電圧点が生じ、この最大電圧点が近くに位置するＧＮＤ電極３０などに容易に容量結合することが要因と推測される。そこで、利得の低下を抑制するには、調整用エレメント２８を含む放射電極１２の先端部からＧＮＤ電極３０を離して配設すれば良いが、そのためには基板１４が大きなものとならざるを得ない、という不具合を生ずる。

本発明は、上述のごとき従来技術の不具合に鑑みてなされたもので、放射電極の途中に基板に設けた調整用エレメントを介装することで、動作周波数を調整して、部品の共通化が図れるアンテナ装置を提供することを目的とする。また、かかるアンテナ装置を構成できるアンテナ用素子を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、表面に放射電極を設けた誘電体ブロックを基板に搭載して、前記放射電極に設けた給電部を前記基板に設けた給電端子に電気的接続するアンテナ装置において、前記放射電極の前記給電部と先端部との途中に切断部を設け、この切断部の両端の間に前記基板に設けた調整用エレメントを介装するように電気的接続して構成されている。

そして、前記放射電極の前記切断部を、前記給電部の近くに配設して構成しても良い。

また、前記放射電極の前記先端部を、前記誘電体ブロックの天面に配設して構成しても良い。

さらに、前記基板に設けた前記調整用エレメントを、搭載される前記誘電体ブロックの下側となる部分に配設しても良い。

そしてまた、前記基板に設けた前記調整用エレメントを、前記放射電極の前記切断部の両端の間に、複数の経路が介装されるように電気的接続して構成しても良い。

また、本発明のアンテナ用素子は、誘電体ブロックの表面に放射電極を設け、前記誘電体ブロックを基板に搭載すると、前記基板に設けた給電端子に電気的接続し得るように前記放射電極に給電部を設けるとともに、前記基板に設けた調整用エレメントを介装して電気的接続し得るように前記放射電極の前記給電部と先端部との途中に切断部を設けて構成されている。

請求項１記載のアンテナ装置にあっては、放射電極の途中に設けた切断部の両端の間に、調整用エレメントを介装するので、この調整用エレメントの長さにより動作周波数が調整され、しかも放射電極の先端部が基板上にあってＧＮＤ電極に近い位置に配設される必要がなく、それだけＧＮＤ電極から離して設けることができ、先端部が接地されないアンテナにおいて利得の低下を抑えることができる。

請求項２記載のアンテナ装置にあっては、調整用エレメントを介装する放射電極の切断部を給電部の近くに配設することで、切断部を給電部位から離して設けたものに比較して利得の低下を抑えることができる。

請求項３記載のアンテナ装置にあっては、放射電極の先端部を誘電体ブロックの天面に配設したので、先端部はＧＮＤ電極から離れており、先端部が接地されなアンテナにおいて利得の低下が抑えられる。

請求項４記載のアンテナ装置にあっては、基板に設ける調整用エレメントを、搭載される誘電体ブロックの下側となる部分に配設したので、それだけ基板の面積を他に有効に利用することができる。

請求項５記載のアンテナ装置にあっては、調整用エレメントが複数の経路で、放射電極の切断部の両端の間に介装されるので、適宜に経路を削るなどにより１つの経路とすることで、調整用エレメントを選択できる。

請求項６記載のアンテナ用素子にあっては、調整用エレメントが設けられた基板に搭載して、放射電極の途中に設けられた切断部に調整用エレメントを介装することで、アンテナ装置を構成できる。そこで、基板に設けた調整用エレメントにより動作周波数の調整を行うことで、共通な部品として用いることができる。

以下、本発明の第１実施例を、図１ないし図５を参照して説明する。図１は、本発明のアンテナ装置の第１実施例の外観斜視図である。図２は、第１実施例のアンテナ装置の平面図である。図３は、第１実施例で用いる基板の平面図である。図４は、ＧＰＳ用のアンテナとして用いたときの調整用エレメントの長さと調整用エレメントを放射電極に介装する位置を変化させた場合の利得を示す特性図である。図５は、ブルートゥース用のアンテナとして用いたときの調整用エレメントの長さと調整用エレメントを放射電極に介装する位置を変化させた場合の利得を示す特性図である。図１ないし図３において、図１１ないし図１３に示すものと同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

図１ないし図３に示す本発明のアンテナ装置の第１実施例にあっては、直方体の誘電体ブロック１０の側面と天面に渡り放射電極１２が設けられる。誘電体ブロック１０の側面で、放射電極１２の基端部側に給電部１６と接地部１８が設けられる。また、放射電極１２の給電部１６と先端部２０の途中で、しかも給電部１６の近くに切断部３２が配設される。さらに、放射電極１２の先端部２０が誘電体ブロック１０の天面に配設される。一方、基板１４には、誘電体ブロック１０の裏面に設けられた固定用と電気的接続用の接続部に対向するように、固定用と電気的接続用の接続マウント２２、２２…が設けられる。そして、所定の接続マウント２２、２２には、給電端子２４と接地端子２６が適宜にそれぞれ接続されることは、従来技術と同様である。さらに、放射電極１２の切断部３２の両端がそれぞれ接続された接続部に対向する接続マウント２２、２２を結ぶように、コ字状の調整用エレメント３４が基板１４上に設けられる。そして、図１に示すごとく、基板１４上に誘電体ブロック１０が搭載されて適宜に電気的接続される。ここで、放射電極１２の切断部３２の両端の間に、調整用エレメント３４が介装されて電気的接続され、放射電極１２は調整用エレメント３４を含む長さで、ある動作周波数のアンテナとして作用する。この第１実施例の放射電極１２は、先端部２０が接地されない逆Ｆ型アンテナを構成している。なお、誘電体ブロック１０の表面に途中に切断部３２が介装される放射電極１２が設けられたものは、基板１４に搭載されて切断部３２の両端の間に調整用エレメント３４が介装されていない状態では、アンテナとして動作し得ないため、本明細書にあっては、アンテナ用素子と称する。

かかる構成の第１実施例において、図２に示す給電部１６から切断部３２が離れている寸法ａと、調整用エレメント３４の長さを変化させる寸法ｂと、を変えてＧＰＳ用のアンテナを種々製造して、利得を測定したものが、図４である。図４において、横軸は、１５７５．４２ＭＨｚのＧＰＳ信号の周波数に対する周波数変化であり、縦軸は、基板に調整用エレメントを全く設けない場合の利得を１００％とした相対的な利得％である。図４にあって、四角で示される特性は、寸法ａを０．５ｍｍに設定して、寸法ｂを０．５ｍｍと１．０ｍｍと１．５ｍｍと異なるものにして測定したものである。また、三角で示される特性は、寸法ａを２．０ｍｍに設定して、寸法ｂを０．５ｍｍと１．０ｍｍと１．５ｍｍと異なるものにして測定したものである。さらに、丸で示される特性は、図１１に示す従来技術のもので、図１２の寸法ｃを０．５ｍｍと１．０ｍｍと１．５ｍｍと２．０ｍｍと異なるものにして測定したものである。そしてさらに、寸法ａとｂを変えて、ブルートゥース用のアンテナを種々製造して、利得を測定したものが、図５である。図５において、横軸は、２４４２ＭＨｚのブルートゥース信号の周波数に対する周波数変化であり、縦軸は、基板に調整用エレメントを全く設けない場合の利得を１００％とした相対的な利得％である。図５にあって、四角で示される特性は、寸法ａを０．５ｍｍに設定して、寸法ｂを０．５ｍｍと１．０ｍｍと１．５ｍｍと異なるものにして測定したものである。また、三角で示される特性は、寸法ａを２．０ｍｍに設定して、寸法ｂを０．５ｍｍと１．０ｍｍと１．５ｍｍと異なるものにして測定したものである。

図４および図５において、寸法ｂを変えて調整用エレメント３４の長さを変えることで、動作周波数が変化している。よって、予め調整用エレメント３４の長さを適宜に設定するならば、異なる機種等にあっても、同じアンテナ用素子を用いることができる。また、図４から、本発明の放射電極１２の途中に切断部３２を設けてその両端の間に調整用エレメント３４を介装するアンテナ装置が、図１１に示す従来技術の放射電極１２の先端部２０に基板１４上に設けられた調整用エレメント２８を電気的接続するアンテナ装置よりも、利得が大きいことが明らかである。これは、放射電極１２の最大電圧点となる先端部２０が誘電体ブロック１０の天面に配設されているので、ＧＮＤ電極３０などから遠くに離して配設することができ、それだけ容量結合などを生じないためである、と推測できる。さらに、図４および図５において、寸法ａを０．５ｍｍに設定したもの、すなわち給電部１６に切断部３２を近づけて配設したアンテナ装置が、寸法ａを２．０ｍｍに設定したもの、すなわち給電部１６から切断部３２をやや遠ざけて配設したアンテナ装置よりも、利得が高くなることが明らかである。これは、寸法ａの違いによる利得の違いの大きさが、図４に比較して図５でより大きくなっており、寸法ａの違いがより周波数の高いブルートゥースでより大きな影響を生じることからも明らかである。よって、給電部１６に切断部３２を近づけて配設するほど、利得が高くなることが、実験的に明らかとなった。

次に、本発明の第２実施例を、図６ないし図７を参照して説明する。図６は、本発明のアンテナ装置の第２実施例の平面図である。図７は、第２実施例で用いる基板の平面図である。図６ないし図７において、図１ないし図３および図１１ないし図１３に示すものと同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

図６ないし図７に示す本発明のアンテナ装置の第２実施例にあっては、放射電極１２の切断部３２の両端の間に介装される調整用エレメント３６が、基板１４の搭載される誘電体ブロック１０の下側となる部分に配設されている。そこで、調整用エレメント３６を配設する基板１４上のスペースが、誘電体ブロック１０を搭載する基板１４上のスペースに含まれ、そのぶん基板１４上を他に有効に利用することができ、基板１４の小型化に好適である。

さらに、本発明の第３実施例を、図８を参照して説明する。図８は、本発明のアンテナ装置の第３実施例の平面図である。図８において、他の図面に示すものと同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

図８に示す本発明のアンテナ装置の第３実施例にあっては、放射電極１２の切断部３２の両端の間に介装される調整用エレメント３８が、２つの桟３８ａ、３８ａを有する梯子型に形成されている。そこで、切断部３２の両端の間が、いずれかの桟３８ａを経る複数の経路で電気的接続されることとなる。かかる構成において、誘電体ブロック１０に近い位置にある一方の桟３８ａを削るなどにより切断すれば、他方の桟３８ａで接続された調整用エレメント３８の長さは長くなり、動作周波数を低く設定することができる。また、誘電体ブロック１０から遠い位置にある他方の桟３８ａを削るなどにより切断すれば、一方の桟３８ａで接続された調整用エレメント３８の長さは短くなり、動作周波数を高く設定することができる。したがって、桟３８ａ、３８ａの１つを切断することで、調整用エレメント３８の長さを長短いずれかに選択することができる。なお、図８にあっては、２本の桟３８ａ、３８ａが示されているが、３つ以上の桟が設けられていて、いずれか１つの桟を残して、他の桟を適宜に切断するようにしても良い。

そしてまた、本発明の第４実施例を、図９ないし図１０を参照して説明する。図９は、本発明のアンテナ装置の第４実施例の外観斜視図である。図１０は、第４実施例の等価回路図である。図９において、他の図面に示すものと同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

図９ないし図１０に示す本発明のアンテナ装置の第４実施例にあっては、誘電体ブロック１０の表面に設けられる放射電極４０は、モノポールアンテナであり、給電部１６と先端部２０の途中でしかも給電部１６に近接させて切断部３２が設けられ、この切断部３２の両端の間に、基板１４に設けられた調整用エレメント３４が介装される。そして、基板１４に設けられた給電端子２４には、適宜なチップタイプの整合回路４２が搭載配設される。この整合回路４２は、一例として、図１０に示すごとく、給電端子２４に直列にインダクタンスが介装されるとともに並列にキャパシタンスを介装してＧＮＤ電極３０に電気的接続される。なお、第１実施例のごとき接地部１８および接地端子２６は設けられていない。かかる構成の本発明の第４実施例にあっては、モノポールアンテナの入出力インピーダンスの調整に、整合回路４２が有効である。

なお、上記実施例において、放射電極１２、４０は、誘電体ブロック１０の側面と天面に渡って配設されるものが示されているが、これに限られず、誘電体ブロック１０の下側の面に渡って配設されていても良く、誘電体ブロック１０の表面のいずれに配設されていても良い。また、放射電極１２、４０の先端部２０は、先端部２０が接地されない逆Ｆ型アンテナやモノポールアンテナ等にあっては天面に配設されることが望ましいが、側面に配設されても良いことは勿論である。この先端部２０が側面に配設される場合には、ＧＮＤ電極３０からなるべく離して設けられることが望ましい。ここで、上記実施例では、基板１４の誘電体ブロック１０が搭載される部分からＧＮＤ電極３０が省かれているが、誘電体ブロック１０が搭載される部分に適宜にＧＮＤ電極３０が設けられていても良い。そして、上記実施例の説明では、寸法ｂを変化させて調整用エレメント３４の長さを調整しているが、調整用エレメント３４のインダクタンス成分の大きさが調整できれば良く、長さ調整に代えてもしくは長さ調整とともに、線路幅を変えることにより、インダクタンス成分の大きさを調整するようにしても良い。さらに、調整用エレメント３４、３６は、第１と第２および第４実施例に示すごときコ字状のものに限られず、半円状やＵ字状やＶ字状などであっても良い。そしてさらに、第３実施例における複数の経路を有する調整用エレメント３８は、梯子型のものに限られず、径が異なる円弧状を重ねるように配設して形成しても良い。さらにまた、上記実施例では、放射電極１２、４０の先端部２０が接地されないアンテナについて説明したが、放射電極の先端部２０が接地されるアンテナに本発明を応用して、基板１４上に設けた調整用エレメントにより動作周波数の調整を図っても良いことは、容易に理解されるであろう。

本発明のアンテナ装置の第１実施例の外観斜視図である。 第１実施例のアンテナ装置の平面図である。 第１実施例で用いる基板の平面図である。 ＧＰＳ用のアンテナとして用いたときの調整用エレメントの長さと調整用エレメントを放射電極に介装する位置を変化させた場合の利得を示す特性図である。 ブルートゥース用のアンテナとして用いたときの調整用エレメントの長さと調整用エレメントを放射電極に介装する位置を変化させた場合の利得を示す特性図である。 本発明のアンテナ装置の第２実施例の平面図である。 第２実施例で用いる基板の平面図である。 本発明のアンテナ装置の第３実施例の平面図である。 本発明のアンテナ装置の第４実施例の外観斜視図である。 第４実施例の等価回路図である。 従来のアンテナ装置の外観斜視図である。 図１１に示すアンテナ装置の平面図である。 従来のアンテナ装置で用いる基板の平面図である。

符号の説明

１０ 誘電体ブロック
１２、４０ 放射電極
１４ 基板
１６ 給電部
１８ 接地部
２０ 先端部
２２ 接続マウント
２４ 給電端子
２６ 接地端子
２８、３４、３６、３８ 調整用エレメント
３０ ＧＮＤ電極
３２ 切断部
３８ａ 桟
４２ 整合回路

Claims (6)

1. 表面に放射電極を設けた誘電体ブロックを基板に搭載して、前記放射電極に設けた給電部を前記基板に設けた給電端子に電気的接続するアンテナ装置において、前記放射電極の前記給電部と先端部との途中に切断部を設け、この切断部の両端の間に前記基板に設けた調整用エレメントを介装するように電気的接続して構成したことを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１記載のアンテナ装置において、前記放射電極の前記切断部を、前記給電部の近くに配設して構成したことを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１記載のアンテナ装置において、前記放射電極の前記先端部を、前記誘電体ブロックの天面に配設して構成したことを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１記載のアンテナ装置において、前記基板に設けた前記調整用エレメントを、搭載される前記誘電体ブロックの下側となる部分に配設して構成したことを特徴とするアンテナ。
5. 請求項１記載のアンテナ装置において、前記基板に設けた前記調整用エレメントを、前記放射電極の前記切断部の両端の間に、複数の経路が介装されるように電気的接続して構成したことを特徴とするアンテナ装置。
6. 誘電体ブロックの表面に放射電極を設け、前記誘電体ブロックを基板に搭載すると、前記基板に設けた給電端子に電気的接続し得るように前記放射電極に給電部を設けるとともに、前記基板に設けた調整用エレメントを介装して電気的接続し得るように前記放射電極の前記給電部と先端部との途中に切断部を設けて構成したことを特徴とするアンテナ用素子。