JP2011521513A - アンテナアッセンブリ、プリント配線基板および装置 - Google Patents

Abstract

比誘電率（ε_r）が１より大きい誘電体基板（１４）を含むアンテナアッセンブリ（１２）。誘電体基板（１４）は、第１のアンテナパターンを含む第１の分岐（１４ａ）と、第１のアンテナパターンを第１の接地（１８ａ）に接続するための第１の接地点（１６ａ）とを含む。誘電体基板（１４）はさらに、第２のアンテナパターンを含む第２の分岐（１４ｂ）と、第２のアンテナパターンを第２の接地（１８ｂ）に接続するための第２の接地点（１６ｂ）とを含む。各アンテナパターンは、前記アンテナアッセンブリ（１２）を使用する際に所定の周波数帯域内の信号を送信および／または受信するように配置される。

Description

本発明は、信号を送信および／または受信するアンテナアッセンブリに関する。本発明はさらに、そうしたアンテナアッセンブリを含むプリント配線基板（ＰＷＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｗｉｒｉｎｇ ｂｏａｒｄ）およびそうしたアンテナアッセンブリまたはＰＷＢを備えた装置に関する。

アンテナは、ラジオ信号、テレビ信号、マイクロ波信号、電話信号およびレーダー信号を送信および／または受信するように設計された変換器である。言い換えれば、アンテナは、特定の周波数の電流を電磁波に、そして電磁波を特定の周波数の電流に変換するものである。アンテナには、印加された交流電圧および対応する交流電流に応答して放射電磁界を発生するように構成された１つまたは複数の導電体、または電磁界に置くことで電磁界がアンテナの交流およびアンテナ端子間の電圧を誘導することができる１つまたは複数の導電体が物理的に配置される。

携帯電話などの携帯型の電子無線通信装置は通常、はんだ付けまたは溶接により導電路に接続されているか、またはプリント配線基板に接触しているアンテナを含む。こうした電子装置の製造者は常に、装置の物理的な大きさおよび重量を小さくしてコストを抑制しつつ、その電気性能を向上させる必要に迫られている。こうした低コストの要求から、電子装置およびそのアンテナの製造および組立は単純かつ安価なものにしなければならない。

特定の波長のアンテナの大きさを最小化するため、携帯型の電子無線通信装置内にマイクロストリップアンテナ（プリントアンテナとも呼ばれる）を使用する場合がある。マイクロストリップアンテナは、誘電率（ε_r）が１より大きい誘電体絶縁基板の内部またはその片面にアンテナパターン（すなわち共振配線構造）をエッチングし、誘電体基板の反対面に金属層などの連続的な導電層が結合され地板を形成することで製造される。こうしたアンテナは扁平で、機械的に凹凸処理されており、単純な二次元形状であることから製造および設計には比較的安価である。

最も多く使われているマイクロストリップアンテナは方形パッチである。方形パッチアンテナは、約半波長の長さの方形マイクロストリップ伝送線路部分がある。空気がアンテナ基板である場合、方形マイクロストリップアンテナの長さは自由空間波長の約半分である。アンテナに素地として誘電体を充填すると、基板の比誘電率が上昇するにつれてアンテナの長さは短くなる。すなわち誘電体の放射波長は１／√ε_r倍短くなる。したがって、このような誘電体基板を含むアンテナは１／√ε_r倍短縮することができる。

製造者が直面しているもう１つの課題は、ＧＰＳ、Ｒｘダイバーシティ、Ｗ−ＬＡＮ、Ｗｉ−Ｆｉ、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈおよびＵＷＢなど様々な無線通信規格を用いて、信号を同時に送信および／または受信できるアンテナ、すなわち小型で製造および組み立てやすいデュアルバンドまたはマルチバンドのアンテナを電子装置に設けることである。

本発明の目的は、デュアルバンドまたはマルチバンド用途に好適な改良されたアンテナを提供することにある。

この目的は、比誘電率（ε_r）が１より大きい誘電体基板を含むアンテナアッセンブリにより実現される。誘電体基板は、第１のアンテナパターンを含む第１の分岐、および第１のアンテナパターンを第１の接地に接続するための第１の接地点を含む。誘電体基板はさらに、第２のアンテナパターンを含む第２の分岐、および第２のアンテナパターンを第２の接地に接続するための第２の接地点を含む。したがって、１つの誘電体基板は２種類のアンテナパターンを含み、それによりアンテナアッセンブリの使用時に各アンテナパターンは所定の周波数帯域内の信号を（同時または非同時に）送信および／または受信するように配置される。

こうしたアンテナアッセンブリはデュアル／マルチバンドが可能なため、電子装置にＧＰＳ機能とＢｌｕｅｔｏｏｔｈ機能とを同時に組み込むために使用することができる。一方、このアンテナアッセンブリは、以下の周波数範囲：ＧＰＳ、Ｒｘダイバーシティ、Ｗ−ＬＡＮ、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＵＷＢまたはこれ以外の任意の周波数範囲の１つまたは複数で機能する場合もある。また、アンテナアッセンブリは小型サイズのため、設計者は最小の電子装置にも組み込むこともできる。さらに、こうしたアンテナアッセンブリは、アンテナの設置スペースが限られている場合に、ある特定の周波数でしか機能することができないマルチアンテナの代わりに使用してもよく、したがってマルチアンテナの設置に代わる、費用効率およびスペース効率の良い選択肢となる。

また、アンテナアッセンブリを使用する場合、２種類のアンテナパターンは、所定の同一周波数帯域内の信号を（同時または非同時に）送信および／または受信するように形成されてもよい点に留意されたい。

本発明のいずれかの実施形態によるアンテナアッセンブリを携帯電話などの小型の携帯型無線通信装置に組み込む場合、その装置により送信または受信される電波の送受信に対するアンテナアッセンブリの寄与は部分的なものでしかない点に留意されたい。筐体、電池またはプリント配線基板など装置の他の大型の導電要素も、無線信号の送信および／または受信に影響を与える。アンテナアッセンブリのアンテナパターンは、アンテナ全体（すなわちアンテナアッセンブリおよび本体ブロック）に所望のインピーダンスが得られるように本体ブロックに容量結合および／または誘導結合されている。そのため、通常「アンテナ」と見なされる要素は、実際にはかかる本体ブロックの励振器として機能しており、したがって「アンテナ」よりむしろ「アンテナアッセンブリ」と呼ばれている。ただし、本書において「アンテナ」という表現は、「アンテナ」よりもむしろ「アンテナアッセンブリ」と見なし得る要素を含むことを意図している。

本発明の実施形態によれば、誘電体基板は３つ以上の分岐を含み、各分岐は、アンテナパターン、およびアンテナパターンを個々の接地に接続するための別々の接地点を含む。

本発明の別の実施形態によれば、各分岐が、同一点から延在するように形成される。

本発明のさらなる実施形態によれば、第１および第２の分岐、すなわち３つ以上の分岐を含む誘電体基板のうち２つの分岐は、Ｌ字を形成するように配置される。こうして直角に配置すると、２つのアンテナパターン間の絶縁が良好なものとなる。さらに、Ｌ字状誘電体基板はプリント配線基板（ＰＷＢ）の角部に実装することができ、したがってアンテナアッセンブリを実装しやすくする。ただし、誘電体基板は、隣接する分岐（単数または複数）に対して任意の角度に位置する分岐を含んでもよい。

本発明の実施形態によれば、各アンテナパターンは、アンテナパターンを給電ライン（すなわち信号源からの信号エネルギーをアンテナアッセンブリに伝達する媒体）に接続するための給電点を含み、給電点は、必ずではないが、好ましくは分岐の末端に位置する。

本発明の別の実施形態によれば、接地点は第１および第２の分岐、または誘電体基板の２つ以上の分岐の接合部に位置する。

本発明のさらなる実施形態によれば、誘電体基板は、セラミック、フェライトなどの透磁率（μ）の高い材料、または比誘電率（ε_r）が１より大きい他の任意の材料を含む。

本発明のさらなる実施形態によれば、誘電体基板の少なくとも２つの分岐は、比誘電率（ε_r）が異なる。すなわち本発明によるアンテナアッセンブリの誘電体基板の比誘電率（ε_r）は、誘電体基板全体で均一であるか、または不均一であるかいずれかである。誘電体基板の各分岐の比誘電率（ε_r）、つまり誘電体基板のどの分岐の比誘電率（ε_r）についても、たとえば異なる量または異なる種類のセラミック粉末を誘電体基板製品上の分岐の一部を構成するポリマーマトリックスに埋め込むことで望ましいように調整することができる。

本発明の実施形態によれば、各アンテナパターン、または３つ以上の分岐を含む誘電体基板の２つの分岐は、アンテナアッセンブリを使用する際に異なる周波数帯域内の信号を送信および／または受信するように配列される。あるいは、各アンテナパターン、または３つ以上の分岐を含む誘電体基板の少なくとも２つの分岐は、特定の周波数帯域内の通信チャネル数を増やすため、同一周波数帯域内の信号を送信および／または受信するように配列してもよい。

本発明の別の実施形態によれば、誘電体基板は、Ｔ字を形成するように配置される３つの分岐を含む。あるいは、誘電体基板は、各分岐が隣接する分岐に対して直角に位置することで、十字を形成するように配置される４つの分岐を含む。

本発明はさらに、本発明のいずれかの実施形態によるアンテナアッセンブリを含むアンテナを含むプリント配線基板（ＰＷＢ）に関する。ＰＷＢは、同一または異なる本発明の実施形態による複数のアンテナアッセンブリを含んでもよい。

プリント配線基板またはＰＷＢ（プリント回路板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）とも呼ばれる）という表現は、可撓性または非可撓性で平面または非平面の、実質的に非導電性である任意の基板を意味するものとする。こうした基板は、基板上にエッチング／プリント／彫刻されたか、または他の方法で設けられた導電路を用いて、少なくとも１つのマイクロチップまたは他の電子要素を機械的に支持するために、ならびに／または基板上に支持されたおよび／もしくは基板に接続された要素を電気的に接続するために使用される。

本発明の実施形態によれば、アンテナアッセンブリは、誘電体基板の少なくとも１つの分岐がＰＷＢの１つの縁部に沿って延在して位置する。あるいは、アンテナアッセンブリはＰＣＢの角部に位置し、誘電体基板の１つの分岐がＰＷＢの１つの縁部に沿って延在し、かつ誘電体基板のもう１つの分岐がＰＷＢのもう１つの縁部に沿って延在する。アンテナアッセンブリがＰＣＢの角部にあると、アンテナの製造および組立が容易になる。ただし、アンテナアッセンブリは、ＰＷＢ上の任意の位置に位置してもよい。

本発明の別の実施形態によれば、ＰＷＢは地板と、地板およびアンテナアッセンブリの接地点に接続するための複数の接地パッドとを含み、各接地パッドと地板との間の接続部は、アンテナアッセンブリを使用する際にアンテナアッセンブリの各アンテナパターンが様々な共振周波数を実現し、その結果、異なる周波数帯域内の信号を送信および／または受信できるように異なる容量および／または誘導結合、すなわち異なるＬＣ負荷を含む。あるいは、特定の周波数帯域内の通信チャネル数を増やす目的で、各接地パッドと地板との間の接続部は、アンテナアッセンブリを使用する際にアンテナアッセンブリのアンテナパターンの少なくとも２つが同一共振周波数を実現し、その結果、同一周波数帯域内の信号を送信および／または受信できるように同一の容量および／または誘導結合を含む。

本発明によるアンテナアッセンブリまたはＰＷＢを用いれば、あらゆる周波数帯域が実現できる点に注目されたい。

本発明のさらなる実施形態によれば、アンテナアッセンブリはＰＷＢと一体成形され、それによりアンテナアッセンブリを含むＰＷＢ全体の製造を１つの製造工程に統合することで、組立時間およびコストを抑え、複雑さを軽減することができる。

本発明はさらに、本発明のいずれかの実施形態によるアンテナアッセンブリまたは本発明のいずれかの実施形態によるプリント配線基板を備えた装置に関する。電子装置は、電話、メディアプレーヤ、パーソナル通信システム（ＰＣＳ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）端末、パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ラップトップコンピュータ、パームトップ受信機、カメラ、テレビ、レーダー、またはラジオ信号、テレビ信号、マイクロ波信号、電話信号およびレーダー信号を送信および／または受信するように設計された変換器を含むあらゆる機器のような携帯型の装置でも、または非携帯型の装置でもよい。しかしながら、本発明によるアンテナアッセンブリおよびＰＣＢは、専用ではないが、特に高周波無線機器への使用を意図している。

以下、添付の概略図を参照しながら限定されない例により本発明をさらに説明する。

本発明の実施形態によるプリント配線基板を示す図。 本発明の実施形態によるアンテナアッセンブリを上から見た図。 本発明の実施形態によるプリント回路基板の上面図。 本発明の実施形態による電子装置を示す図。 各図は必ずしもこの縮尺に限定されるものではなく、特徴のあるところは見やすいように寸法を誇張してある場合がある点に留意されたい。

図１は、プリント配線基板（ＰＷＢ）の角部に設置されたアンテナアッセンブリ１２を含むプリント配線基板（ＰＷＢ）１０を示す。アンテナアッセンブリ１２は、比誘電率（ε_r）が１より大きい単層または多層の誘電体基板１４を含む。誘電体基板１４は、たとえばＰＴＦＲ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ポリテトラフルオロエチレン）／ガラス繊維複合材料または比誘電率（ε_r）が１より大きく、最大２０またはそれ以上の他の任意の好適な誘電体材料を含んでもよい。

図示した実施形態の誘電体基板１４は方形ブロックとして示してある。しかし、誘電体基板１４はどのような形状でもよく、分岐をいくつ有していてもよいことに留意されたい。誘電体基板１４または誘電体基板の分岐は、たとえば正方形断面でも、円形断面でも、三角形断面でも、または楕円形断面でもよいし、あるいは他の任意の等辺等角形の幾何学的形状であっても、等辺等角形でない幾何学的形状でも構わない。誘電体基板１４は、たとえば、らせん状のアンテナパターンを配置してある円筒形でもよい。

ＰＷＢ１０およびアンテナアッセンブリ１２は、１つのユニットとして一体成形してもよい。あるいは、アンテナアッセンブリ１２は、はんだ付けまたはスポット溶接など従来の任意の手段によりＰＷＢ１０に搭載してもよい。

図２は、図１に示したＰＷＢ１０の右下の角部を上から見た図である。誘電体基板の第１の分岐１４ａは、らせん状パターン（図１または図２には示していない）などの第１のアンテナパターンを含み、かつ所望のアンテナ機能を与える第１の所定の電気的長さおよび幅と、第１のアンテナパターンを第１の接地１８ａに接続するための第１の接地点１６ａとを有する。誘電体基板の第２の分岐１４ｂは、第２のアンテナパターン（図１または図２には示していない）を含み、かつ所望のアンテナ機能を与える第２の所定の電気的長さおよび幅と、第２のアンテナパターンを第２の接地１８ｂに接続するための第２の接地点１６ｂとを有する。アンテナパターンは、たとえばリソグラフィ技術を用いて誘電体基板１４上／内に設けてもよく、その電気的長さは、半波長など信号の共振周波数（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の波長の数分の１に合わせて設定すればよい。

本発明のいずれかの実施形態によるアンテナアッセンブリの第１および第２の分岐１４ａおよび１４ｂは、分岐していても、あるいは非分岐、すなわち各分岐自体が分岐を含んでいてもよい点に留意されたい。

その結果、各アンテナパターンは、アンテナアッセンブリを使用する際に所定の周波数帯域内の信号を同時または非同時に送信および／または受信するように配置される。各アンテナパターンは、たとえばアンテナアッセンブリを使用する際に同一周波数帯域内の信号を送信および／または受信するように配置されても、あるいは異なる周波数帯域内の信号を送信および／または受信するように配置されてもよい。

図示した実施形態では、別々の接地点１８ａ、１８ｂが第１および第２の分岐１４ａ、１４ｂの接合部に位置する。さらに、各アンテナパターンは、アンテナパターンをそれぞれ別の給電ライン（図示せず）に接続するための給電点２０ａ、２０ｂを含み、図２に示した実施形態では給電点２０ａ、２０ｂは、分岐１４ａ、１４ｂの末端に位置する。接地点１６ａ、１６ｂおよび給電点２０ａ、２０ｂは、図２に示すように誘電体基板１４の上面に位置するか、あるいは誘電体基板１４の分岐１４ａ、１４ｂそれぞれの末端に位置するとは限らず、誘電体基板１４内／上の、およびそれに沿ったどこかに位置していればよい点に留意されたい。

誘電体基板１４は、同一点から延在するように配置される３つ以上の分岐を含んでもよい。たとえば、誘電体基板は、各分岐が、隣接する分岐に対して直角に位置して、Ｔ字を形成するように配置される３つの分岐を含んでもよいし、または十字を形成するように配置される４つの分岐を含んでもよい。ただし、誘電体基板の分岐は、必ずしも隣接する分岐（単数または複数）に対して直角に位置するものではなく、相互に任意の角度で配置されもよい。

図３は、図１および図２に示したＰＷＢ１０の上面を示す。ＰＷＢ１０は、地板２２と、地板２２およびアンテナアッセンブリ１２の接地点１６ａ、１６ｂに接合するための金属トレースなど複数の接地パッド２４ａ、２４ｂとを含む。接地パッド２４ａ、２４ｂは、ＰＷＢ１０の表面に設けてもよいし、または誘電体スペーサーを用いて地板２２上に吊り下げてもよい。各接地パッド２４ａ、２４ｂと地板２２との接続部２６ａ、２６ｂは、アンテナアッセンブリを使用する際にアンテナアッセンブリ１２の各アンテナパターンが様々な共振周波数を実現し、その結果、異なる周波数帯域内の信号を送信および／または受信できるように異なる容量および／または誘導結合、すなわち異なるＬＣ負荷を含む。

図４は、本発明の実施形態による電子装置２８、すなわち携帯電話機を示す。電子装置２８は、本発明のいずれかの実施形態によるアンテナアッセンブリ１２またはプリント配線基板１０（図４には示していない）を含む。

特許請求の範囲の範囲内における本発明のさらなる改変例が当業者には明らかであろう。たとえば、ＰＷＢは、異なるアンテナアッセンブリ間またはアンテナアッセンブリの異なるアンテナパターン間で切り換えを行うことで、送信および／または受信した信号の周波数帯域と通信チャネル数とをユーザが使用時に選択できる回路系を含んでもよい。

Claims (17)

1. 第１のアンテナパターンおよび前記第１のアンテナパターンを第１の接地（１８ａ）に接続するための第１の接地点（１６ａ）を含む第１の分岐（１４ａ）を含む、比誘電率（ε_r）が１より大きい誘電体基板（１４）を含むアンテナアッセンブリ（１２）であって、前記誘電体基板（１４）はさらに第２のアンテナパターンおよび前記第２のアンテナパターンを第２の接地（１８ｂ）に接続するための第２の接地点（１６ｂ）を含む第２の分岐（１４ｂ）を含み、各アンテナパターンは、前記アンテナアッセンブリ（１２）を使用する際に所定の周波数帯域内の信号を送信および／または受信するように配置される、アンテナアッセンブリ（１２）。
2. 前記誘電体基板（１４）は、２つの分岐（１４ａ、１４ｂ）を上回る分岐を含み、各分岐はアンテナパターンおよび前記アンテナパターンを別々の接地（１８ａ、１８ｂ）に接続するための異なる接地点（１６ａ、１６ｂ）を含む、請求項１に記載のアンテナアッセンブリ（１２）。
3. 前記分岐（１４ａ、１４ｂ）は同一点から延在するように配置される、請求項１または２に記載のアンテナアッセンブリ（１２）。
4. 前記第１および第２の分岐（１４ａ、１４ｂ）、または３つ以上の分岐を含む前記誘電体基板（１４）の２つの分岐は、Ｌ字を形成するように配置される、請求項１ないし３のいずれかに記載のアンテナアッセンブリ（１２）。
5. 各アンテナパターンは前記アンテナパターンを給電ラインに接続するための給電点（２０ａ、２０ｂ）を含み、前記給電点（２０ａ、２０ｂ）は分岐の末端に位置する、請求項１ないし４のいずれかに記載のアンテナアッセンブリ（１２）。
6. 前記接地点（１６ａ、１６ｂ）は、前記第１および第２の分岐（１４ａ、１４ｂ）、または前記誘電体基板（１４）の２つ以上の分岐の接合部に位置する、請求項１ないし５のいずれかに記載のアンテナアッセンブリ（１２）。
7. 前記誘電体基板（１４）はセラミックを含む、請求項１ないし６のいずれかに記載のアンテナアッセンブリ（１２）。
8. 前記誘電体基板（１４）の少なくとも２つの分岐（１４ａ、１４ｂ）は比誘電率（ε_r）が異なる、請求項１ないし７のいずれかに記載のアンテナアッセンブリ（１２）。
9. 各アンテナパターンは、前記アンテナアッセンブリ（１２）を使用する際に異なる周波数帯域内の信号を送信および／または受信するように配置される、請求項１ないし８のいずれかに記載のアンテナアッセンブリ（１２）。
10. 前記誘電体基板（１４）はＴ字を形成するように配置される３つの分岐を含む、請求項２ないし９のいずれかに記載のアンテナアッセンブリ（１２）。
11. 前記誘電体基板（１４）は、各分岐が、隣接する前記分岐に対して直角に位置することで、十字を形成するように配置される４つの分岐を含む、請求項２ないし９のいずれかに記載のアンテナアッセンブリ（１２）。
12. アンテナを含むプリント配線基板（ＰＷＢ）（１０）であって、前記アンテナは請求項１ないし１１のいずれかに記載のアンテナアッセンブリ（１２）を含む、プリント配線基板（ＰＷＢ）（１０）。
13. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の前記アンテナアッセンブリ（１２）は、前記誘電体基板（１４）の少なくとも１つの分岐（１４ａ、１４ｂ）が前記ＰＷＢ（１０）の１つの縁部（１０ａ、１０ｂ）に沿って延在して位置する、請求項１２に記載のプリント配線基板（ＰＷＢ）（１０）。
14. 請求項１ないし９のいずれかに記載の前記アンテナアッセンブリ（１２）は、前記誘電体基板（１４）の１つの分岐（１４ａ）が前記ＰＷＢ（１０）の１つの縁部（１０ａ）に沿って延在し、かつ前記誘電体基板（１４）のもう１つの分岐（１４ｂ）が前記ＰＷＢ（１０）のもう１つの縁部（１０ｂ）に沿って延在して前記ＰＣＢ（１０）の角部に位置する、請求項１４に記載のプリント配線基板（ＰＷＢ）（１０）。
15. 前記プリント配線基板（ＰＷＢ）（１０）は、地板（２２）と、前記地板（２２）および前記アンテナアッセンブリ（１２）の前記接地点（１６ａ、１６ｂ）を接続するための複数の接地パッド（２４ａ、２４ｂ）とを含み、各接地パッド（２４ａ、２４ｂ）と前記地板（２２）との接続部（２６ａ、２６ｂ）は、前記アンテナアッセンブリ（１２）を使用する際に前記アンテナアッセンブリ１２の各アンテナパターンが異なる周波数帯域内の信号を送信および／または受信できるように、異なる容量および／または誘導結合、すなわち異なるＬＣ負荷を含む、請求項１２ないし１４のいずれかに記載のプリント配線基板（ＰＷＢ）（１０）。
16. 前記アンテナアッセンブリ（１２）は、前記ＰＷＢ（１０）と一体成形される、請求項１２ないし１５のいずれかに記載のプリント配線基板（ＰＷＢ）（１０）。
17. 請求項１ないし１１のいずれかに記載のアンテナアッセンブリ（１２）または請求項１２ないし１６のいずれかに記載のプリント配線基板（１０）を含む、携帯型電子装置のような装置（２８）。

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