JP3649168B2 - Ｒｆ回路一体型アンテナおよびそれを用いたアンテナモジュールおよびそれを備えた通信機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機の回路基板に搭載することが可能なＲＦ回路一体型アンテナおよびそれを備えたアンテナモジュールおよびそれを用いた通信機に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、車載用通信機や携帯型通信機などの通信機には小型化が要求されており、これに起因してアンテナにも小型化が求められている。このため、表面実装型アンテナ、つまり、通信機の回路基板に表面実装することが可能なチップ状のアンテナの研究開発が盛んに行われている。その表面実装型アンテナは、例えば、誘電体基体に、電波の送信あるいは受信を行う放射電極が形成されているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば、１つの表面実装型アンテナで、複数の周波数帯の電波の送信あるいは受信を行わせるために、誘電体基体に複数の放射電極を形成したものがある。このように同一の誘電体基体に複数の放射電極を形成する場合には、小型化に寄与する誘電体基体の誘電率が放射電極間の結合を強くするため、各放射電極のアイソレーションを確保するために、放射電極間の間隔を広くする必要があり、アンテナが大型化してしまうという問題があった。このようなアンテナの大型化により、通信機の小型化が妨げられるという問題を招いていた。
【０００４】
この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、通信機の小型化を促進させることが容易なＲＦ回路一体型アンテナおよびそれを用いたアンテナモジュールおよびそれを備えた通信機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、誘電体基体を有し、この誘電体基体の上面は略平坦と成し、この誘電体基体上面には、電波の送信と受信の一方又は両方を行う複数の放射電極が互いに間隔を介して配設されると共に、回路パターンを有し放射電極に導通接続又は容量を介して接続するＲＦ回路が少なくとも一部を前記放射電極間の間隙に配置させて形成されており、誘電体基体の底面には前記ＲＦ回路の回路パターン形成領域に対応する部位に凹部が形成され、この凹部により誘電体基体には肉薄部分と肉厚部分が形成されており、ＲＦ回路の回路パターンは前記誘電体基体の肉薄部分に設けられ、放射電極は誘電体基体の肉厚部分に設けられる構成と成し、誘電体基体の底面および凹部の内周面にはグランド電極が形成されていることを特徴としている。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明の構成を備え、複数の放射電極は互いに異なる共振周波数を有していることを特徴としている。
【０００７】
第３の発明は、第１又は第２の発明の構成を備え、受信専用の放射電極と、送信専用の放射電極とが少なくとも１つずつ誘電体基体の上面に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
第４の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つの発明の構成を備え、ＲＦ回路は、各放射電極にそれぞれ一対一に対応させて形成されていることを特徴としている。
【０００９】
第５の発明はアンテナモジュールに関するものであり、第１〜第４の発明の何れか１つの発明のＲＦ回路一体型アンテナが底面を接続面として基板に接合されており、その基板には、ＲＦ回路一体型アンテナの底面側の凹部によって囲まれる領域に、ＲＦ回路一体型アンテナのＲＦ回路に導通接続する回路が形成され、この回路と、前記ＲＦ回路とを導通接続するための接続手段が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
第６の発明は、第５の発明の構成を備え、接続手段は、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体に形成されたスルーホールにより構成されていることを特徴としている。
【００１１】
第７の発明は、第５の発明の構成を備え、接続手段は、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体の側面に形成された配線パターンにより構成されていることを特徴としている。
【００１２】
第８の発明は、第５の発明の構成を備え、接続手段は、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体を上面から底面に向けて貫通配置した金属ピンにより構成されていることを特徴としている。
【００１３】
第９の発明は通信機に関するものであり、第１〜第４の発明の何れか１つの発明のＲＦ回路一体型アンテナ、又は、第５〜第８の発明の何れか１つの発明のアンテナモジュールが設けられていることを特徴としている。
【００１４】
この発明では、誘電体基体の上面には、複数の放射電極が互いに間隔を介して配設されると共に、ＲＦ回路が少なくとも一部を放射電極間の間隙に配置させて形成されている。このように、複数の放射電極間の間隙を有効に利用してＲＦ回路を誘電体基体に形成しているので、誘電体基体の大型化を抑制しつつ、誘電体基体に複数の放射電極だけでなくＲＦ回路をも形成することができる。
【００１５】
また、アンテナにＲＦ回路が形成されているので、通信機の回路基板にＲＦ回路を形成しなくとも済むこととなり、その分、回路基板を小さくすることができて、通信機の小型化を図ることができる。
【００１６】
さらに、図６に示すように、放射電極を誘電体基体の肉厚部分に形成することにより、放射電極は良好に共振動作を行うことができて電波の送信あるいは受信の性能を高めることができる。また、回路パターンを誘電体基体の肉薄部分に形成することにより、回路パターンの電界が閉じ込められて回路パターンから電波が放射されてしまうことに因る放射損失を抑制することができる。また、図７（ａ）に示すように均一の厚みの誘電体基体に複数の放射電極を形成する場合に比べて、図７（ｂ）に示すように放射電極間の誘電体基体部分を凹部により肉薄とすることによって、放射電極間の結合を減らすことができる。さらに、凹部内に別の回路を収納配置することも可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１（ａ）には第１実施形態例の無線機において特徴的なＲＦ回路一体型アンテナが模式的に示され、図１（ｂ）には図１（ａ）に示すＡ−Ａ部分の模式的な断面図が示されている。なお、無線機には様々な構成があり、この第１実施形態例では、以下に述べるＲＦ回路一体型アンテナ以外の無線機の構成は何れの構成を採用してもよく、ここでは、ＲＦ回路一体型アンテナ以外の無線機構成の説明は省略する。
【００１９】
この第１実施形態例のＲＦ回路一体型アンテナ１は、誘電体基体２を有している。この誘電体基体２の上面２ａは凹凸が無い略平坦な面と成しており、この上面２ａには、複数の放射電極３（３ａ，３ｂ）が互いに間隔を介して形成されている。この第１実施形態例では、放射電極３ａ，３ｂは互いに異なる共振周波数を有するものであり、例えば、一方側の放射電極３ａが受信専用の放射電極と成し、他方側の放射電極３ｂが送信専用の放射電極となっている。
【００２０】
また、誘電体基体２の上面２ａには、放射電極３ａに対応するＲＦ回路４（４ａ）と、放射電極３ｂに対応するＲＦ回路４（４ｂ）とが形成されている。この第１実施形態例では、それらＲＦ回路４ａ，４ｂは、回路パターン５から成る整合回路と、回路構成部品（例えば、ＦＥＴなどのスイッチ素子）６とを有して構成されている。各ＲＦ回路４ａ，４ｂの回路パターン５の一部分は放射電極３ａ，３ｂ間の間隙に配置形成されており、そのＲＦ回路４ａの回路パターン５は放射電極３ａに、また、ＲＦ回路４ｂの回路パターン５は放射電極３ｂに、それそれ、容量を介して接続されている。
【００２１】
さらに、この第１実施形態例では、誘電体基体２の側面２ｃには、ＲＦ回路４ｂと外部の回路とを接続するための配線パターン１０Ａ，１０Ｂが形成されている。また、その誘電体基体２の側面２ｃに対向する側面２ｄにも、同様に、ＲＦ回路４ａと外部の回路とを接続するための配線パターン（図示せず）が形成されている。
【００２２】
誘電体基体２の底面２ｂには、ＲＦ回路４ａ，４ｂの回路パターン５の形成領域に対応する部位に凹部７が形成されている。つまり、この第１実施形態例では、凹部７によって、誘電体基体２には肉薄部分と肉厚部分が形成されており、誘電体基体２の肉薄部分の上面に回路パターン５が形成されている。また、放射電極３ａ，３ｂは、それぞれ、誘電体基体２の肉厚部分に設けられている。
【００２３】
誘電体基体２の底面２ｂおよび凹部７の内周面のほぼ全面にはグランド電極８が形成されている。この第１実施形態例では、回路パターン５の形成部分は、グランドと誘電体と導体パターンとが積層された構成と成し、マイクロストリップライン構造となっている。
【００２４】
第１実施形態例のＲＦ回路一体型アンテナ１は上記のように構成されている。このＲＦ回路一体型アンテナ１は誘電体基体２の底面２ｂを実装面として、例えば通信機の回路基板に表面実装される。これにより、例えば、ＲＦ回路一体型アンテナ１の配線パターン１０Ａは回路基板に形成された送信回路に導通接続され、また、配線パターン１０Ｂは回路基板のバイアス部に接続される。さらに、誘電体基体２の側面２ｄの配線パターンは回路基板の受信回路に導通接続される。
【００２５】
そして、回路基板の送信回路から配線パターン１０ＡとＲＦ回路４ｂの回路構成部品６と回路パターン５（整合回路）を介して放射電極３ｂに送信用の信号が供給されると、放射電極３ｂが共振動作を行って電波が放射されることとなる。また、放射電極３ａが電波を受信すると、その受信信号がＲＦ回路４ａの回路パターン５（整合回路）と回路構成部品６と側面２ｄの配線パターンを介して回路基板の受信回路に伝達されることとなる。
【００２６】
なお、図１に示す例では、回路構成部品６はＦＥＴなどのスイッチ素子であり、例えば、そのスイッチ素子は通信機の回路基板に形成されている制御回路によりスイッチング制御が成される。誘電体基体２には、そのスイッチ素子と、回路基板の制御回路とを導通接続させるためのスルーホールが形成されている。図１中の符号１１は、そのスルーホールに連通接続される上部電極を示している。
【００２７】
この第１実施形態例によれば、誘電体基体２の略平坦な上面２ａに複数の放射電極３ａ，３ｂを互いに間隔を介して配置すると共に、それら放射電極３ａ，３ｂ間の間隙にＲＦ回路４の少なくとも一部を配置形成する構成とした。換言すれば、各放射電極３ａ，３ｂは、ＲＦ回路４ａ，４ｂの一部が形成される程の間隔を介して離間配置されるので、各放射電極３ａ，３ｂのアイソレーションを確保することができる。また、この第１実施形態例では、放射電極３ａ，３ｂ間の誘電体基体２部分が凹部７により肉薄となっているので、放射電極３ａ，３ｂ間の電磁結合を低減することができる。このことも、各放射電極３ａ，３ｂのアイソレーションの確保に大きく関与している。
【００２８】
また、放射電極３ａ，３ｂ間の間隙を無駄無く有効に利用してＲＦ回路４を形成しているので、誘電体基体２の大型化を抑制しつつ、当該誘電体基体２に放射電極３ａ，３ｂだけでなくＲＦ回路４をも形成することができることとなる。このように誘電体基体２の大型化を抑えることができるので、コスト増加を防止することができる。
【００２９】
さらに、アンテナ１の誘電体基体２にＲＦ回路４を形成するので、通信機の回路基板にＲＦ回路４を形成しなくて済むこととなり、その分、回路基板を小さくすることができて、通信機の小型化を図ることができる。
【００３０】
さらに、誘電体基体２の底面側に凹部７が形成されているので、この第１実施形態例のＲＦ回路一体型アンテナ１を回路基板に実装した際に、アンテナ１の誘電体基体２の凹部７と、回路基板とによって囲まれる空間が形成される。例えば、凹部７により囲まれる回路基板の部位に、回路パターンや回路部品を搭載して回路（例えば、ＲＦ回路４に導通接続するベースバンド回路など）を構成して、凹部７による空間を有効に利用することが考えられる。
【００３１】
このようにすると、アンテナ１の実装領域に、アンテナ１だけでなく、回路をも設けることができることとなり、その分、回路基板を小型化することができる。このような構成とすると、より一層、通信機の小型化を促進させることができる。
【００３２】
さらに、この第１実施形態例では、放射電極３と、この放射電極３に接続するＲＦ回路４とを誘電体基体２の同一平面上に配置したので、放射電極３と、ＲＦ回路４とが近接し、導通損失を抑制することができる。
【００３３】
さらに、この第１実施形態例では、放射電極３が形成されている誘電体基体２の部位は肉厚としたので、放射電極３は良好に共振動作を行って電波の送信あるいは受信を感度良く行うことが可能となる。また、ＲＦ回路４の回路パターン５が形成されている誘電体基体２の部位は肉薄としたので、その誘電体基体２の肉薄によって回路パターン５の共振動作が抑制されることとなる。これにより、回路パターン５から電波が放射されてしまうことに因る放射損失を抑えることができる。
【００３４】
上記のように、導通損失と、回路パターン５の放射損失との両方を抑制することができるので、放射電極３の送信あるいは受信の効率を向上させることができる。
【００３５】
以下に、第２実施形態例を説明する。この第２実施形態例の通信機では、以下に述べるアンテナモジュールを設けたことに特徴があり、このアンテナモジュール以外の通信機構成はどのような構成を採用してもよく、ここでは、アンテナモジュール以外の通信機の構成の説明は省略する。
【００３６】
図２（ａ）には第２実施形態例において特徴的なアンテナモジュールの一例が模式的な斜視図により示され、図２（ｂ）には図２（ａ）のＢ−Ｂ部分の断面図が模式的に示されている。この第２実施形態例のアンテナモジュール１５は、第１実施形態例に示したＲＦ回路一体型アンテナ１が誘電体基体２の底面を接続面として基板１６に接合されている形態を有している。なお、この第２実施形態例の説明において、ＲＦ回路一体型アンテナ１の構成は第１実施形態例で述べたので、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３７】
ＲＦ回路一体型アンテナ１の底面側には凹部７が形成されており、基板１６には、その凹部７によって囲まれる領域に、回路パターン（図示せず）や回路構成部品１７が設けられて回路１８が形成されている。この回路１８は、ＲＦ回路一体型アンテナ１のＲＦ回路４に、接続手段である配線パターン１０Ａ，１０Ｂなどを介して導通接続される。
【００３８】
ところで、電波の送信あるいは受信に関わる回路として、例えば、ベースバンド回路などの信号処理回路や、必要に応じて設けられる周波数変換回路などがある。この第２実施形態例では、それら回路の中から適宜に選択された回路が、回路１８として基板１６に形成されている。
【００３９】
この第２実施形態例によれば、ＲＦ回路一体型アンテナ１の誘電体基体２の底面に凹部７を設けたことにより、誘電体基体２の底面側に空間が形成されるので、この空間を有効に利用してアンテナモジュール１５を構成した。つまり、ＲＦ回路一体型アンテナ１の底面に基板１６を接合し、この基板１６にはＲＦ回路一体型アンテナ１の底面側の凹部７によって囲まれる領域に回路１８を構成した。これにより、簡単な構造で、コンパクトなアンテナモジュールを提供することができる。
【００４０】
また、通信機の回路基板において、ＲＦ回路一体型アンテナ１を実装する領域に、周波数変換回路や信号処理回路などの回路をも形成されるので、アンテナ実装領域とは別にその回路を形成するための領域を設けなくてよい分、通信機の回路基板の小型化を図ることができて、通信機の小型化を促進させることが可能となる。
【００４１】
さらに、ＲＦ回路一体型アンテナ１では誘電体基体２の凹部７の内周面のほぼ全面にグランド電極８が形成されており、アンテナ１に収納される回路１８はそのグランド電極８によって覆われる構成となっている。このため、そのグランド電極８によって、アンテナ１に収納される回路１８はシールドされることとなる。つまり、グランド電極８は、回路１８のシールド手段となっている。これにより、そのアンテナ１に収納される回路１８は外部からの電磁波の悪影響を受け難く、回路１８の動作を安定化させることができる。
【００４２】
なお、この発明は上記各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、誘電体基体２に形成されるＲＦ回路４の回路構成は特に限定されるものではなく、適宜の回路構成を採り得るものである。これにより、例えばＲＦ回路４の回路パターン５は、図１や図２に示される形状に限定されるものではない。例えば、回路パターン５は放射電極３に直接的に導通接続されていてもよい。また、上記各実施形態例では、誘電体基体２にはスイッチ素子である回路構成部品６が設けられていたが、もちろん、スイッチ素子以外の回路構成部品を誘電体基体２に搭載してもよい。このように、誘電体基体２の上面に形成される回路パターンの形状や、回路構成部品の種類や個数は、ＲＦ回路４の回路構成に応じて適宜に形成されるものである。
【００４３】
また、上記各実施形態例では、誘電体基体２には２個の放射電極３が設けられていたが、放射電極３の配設数は３個以上でもよく、複数であれば、数に限定されるものではない。さらに、上記各実施形態例では、各放射電極３ａ，３ｂにそれぞれ一対一に対応するＲＦ回路４ａ，４ｂが設けられていたが、例えば、受信用の放射電極３ａと、送信用の放射電極３ｂとに加えて、別の受信用の放射電極が誘電体基体２に形成され、この受信用の放射電極が放射電極３ａと共通の受信回路に接続される構成とする場合には、それら受信用の放射電極に共通のＲＦ回路を設けてもよい。このように、各放射電極にそれぞれ一対一に対応させてＲＦ回路を設けなくともよい。
【００４４】
さらに、誘電体基体２の形状は特に限定されるものではなく、適宜の形状を採り得る。例えば、図３に示されるように、誘電体基体２の側面に、凹部７に連通接続する開口部２０を設けてもよい。また、誘電体基体２を図４（ａ）に示されるように略円柱状としてもよい。なお、図４（ｂ）には、その円柱状の誘電体基体２を底面側から見た図が示されている。この図に示されるように、誘電体基体２がどのような形状であっても、少なくとも放射電極３が形成される誘電体基体２の部位は肉厚部分となるように、誘電体基体２の底面側に凹部７が形成されることとなる。
【００４５】
さらに、上記各実施形態例では、誘電体基体２に形成されているＲＦ回路４を他の回路に接続させるための接続手段として、誘電体基体２の側面に形成されている配線パターン１０が設けられていたが、例えば、接続手段としてスルーホールを利用してもよい。また、図５（ａ）に示されるように、接続手段として、誘電体基体２の上面２ａから底面に向けて貫通配置した金属ピン２１を設けてもよい。この場合には、接続手段として配線パターンを利用する場合よりも接続の信頼性を高めることができる。さらに、図５（ｂ）に示されるように、接続手段として、スルーホールを用いた側面電極２２を設けてもよい。
【００４６】
さらに、上記各実施形態例では、誘電体基体２には、受信専用の放射電極と、送信専用の放射電極とが設けられていたが、誘電体基体２に形成されている複数の放射電極の全てが受信専用であってもよいし、また、送信専用であってもよいし、送受信兼用のものであってもよい。さらに、受信専用の放射電極と、送信専用の放射電極と、送受信兼用の放射電極とを適宜に組み合わせてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によれば、誘電体基体の略平坦な上面には複数の放射電極が間隔を介して配置されると共に、ＲＦ回路が少なくとも一部を前記放射電極間の間隙に配置させて形成されている構成とした。これにより、複数の放射電極は、ＲＦ回路が形成される程の間隔を持って離間配置されることとなり、各放射電極のアイソレーションを確保することができる。また、放射電極間の誘電体基体部分を凹部による肉薄部分とすることにより、放射電極間の結合を低減することができる。このことも、各放射電極間のアイソレーションを確保することに大きく関与している。
【００４８】
さらに、複数の放射電極が並設される場合に、従来では、それら放射電極間の間隙はデッドスペースであったが、この発明では、その放射電極間の間隙を有効に利用して、ＲＦ回路を形成している。このため、ＲＦ回路を誘電体基体に設けても、誘電体基体の大型化を抑えることができて、コスト増加を抑制することができる。
【００４９】
さらに、アンテナの誘電体基体にＲＦ回路を形成するので、通信機の回路基板にＲＦ回路を設けなくてよく、その分、回路基板を小型化することができて、通信機の小型化を図ることが容易となる。
【００５０】
さらに、放射電極と、ＲＦ回路とを同一平面上に形成して近接配置したので、放射電極とＲＦ回路間の信号の導通経路が非常に短くなり、導通損失を抑制することができる。
【００５１】
さらに、この発明では、放射電極は誘電体基体の肉厚部分に形成されているので、当該放射電極による電波の送信あるいは受信を良好にすることができる。また、ＲＦ回路の回路パターンは誘電体基体の肉薄部分に形成されているので、回路パターンの電界が閉じ込められて回路パターンの放射損失を抑えることができる。このような回路パターンの放射損失の抑制効果と、前記導通損失の抑制効果とによって、この発明のアンテナは損失を大幅に低減することができ、これにより、送信あるいは受信の感度を高めることができる。このため、ＲＦ回路一体型アンテナや、アンテナモジュールや、通信機の通信の信頼性を向上させることが可能となる。
【００５２】
さらに、複数の放射電極が互いに異なる共振周波数を有しているものにあっては、各放射電極のアイソレーションを高めることができる。
【００５３】
さらに、この発明のＲＦ回路一体型アンテナを利用したアンテナモジュールにおいては、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体の凹部により形成された空間を有効に利用し、その空間にＲＦ回路に接続される回路が形成されている。つまり、アンテナの内部に回路が形成された形態となっている。このため、そのアンテナの内部の回路を通信機の回路基板に形成しなくともよくなり、その分、回路基板を小さくすることができて、通信機の小型化をより促進させることができる。
【００５４】
ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体の上面に形成されたＲＦ回路と、アンテナの内部に収納された回路とを接続するための手段として、スルーホールを設けたものや、誘電体基体の側面に配線パターンを形成したものにあっては、ＲＦ回路一体型アンテナを、回路が形成された基板に接合するだけで、アンテナのＲＦ回路と、基板の回路とを簡単に導通接続させることができて、組み立て効率を良くすることができる。また、接続手段として、金属ピンを用いたものにあっては、ＲＦ回路と、基板の回路との接続の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例において特徴的なＲＦ回路一体型アンテナを説明するための図である。
【図２】第２実施形態例において特徴的なアンテナモジュールを説明するための図である。
【図３】その他の実施形態例を説明するための図である。
【図４】さらに、その他の実施形態例を説明するための図である。
【図５】さらにまた、その他の実施形態例を説明するための図である。
【図６】放射電極を誘電体基体の肉厚部分に設けた場合を模式的に示す図である。
【図７】放射電極間の誘電体基体部分を肉薄部分としたことによる効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１ ＲＦ回路一体型アンテナ
２ 誘電体基体
３ 放射電極
４ ＲＦ回路
５ 回路パターン
７ 凹部
８ グランド電極
１０ 配線パターン
２１ 金属ピン
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機の回路基板に搭載することが可能なＲＦ回路一体型アンテナおよびそれを備えたアンテナモジュールおよびそれを用いた通信機に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、車載用通信機や携帯型通信機などの通信機には小型化が要求されており、これに起因してアンテナにも小型化が求められている。このため、表面実装型アンテナ、つまり、通信機の回路基板に表面実装することが可能なチップ状のアンテナの研究開発が盛んに行われている。その表面実装型アンテナは、例えば、誘電体基体に、電波の送信あるいは受信を行う放射電極が形成されているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば、１つの表面実装型アンテナで、複数の周波数帯の電波の送信あるいは受信を行わせるために、誘電体基体に複数の放射電極を形成したものがある。このように同一の誘電体基体に複数の放射電極を形成する場合には、小型化に寄与する誘電体基体の誘電率が放射電極間の結合を強くするため、各放射電極のアイソレーションを確保するために、放射電極間の間隔を広くする必要があり、アンテナが大型化してしまうという問題があった。このようなアンテナの大型化により、通信機の小型化が妨げられるという問題を招いていた。
【０００４】
この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、通信機の小型化を促進させることが容易なＲＦ回路一体型アンテナおよびそれを用いたアンテナモジュールおよびそれを備えた通信機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、誘電体基体を有し、この誘電体基体の上面は略平坦と成し、この誘電体基体上面には、電波の送信と受信の一方又は両方を行う複数の放射電極が互いに間隔を介して配設されると共に、回路パターンを有し放射電極に導通接続又は容量を介して接続するＲＦ回路が少なくとも一部を前記放射電極間の間隙に配置させて形成されており、誘電体基体の底面には前記ＲＦ回路の回路パターン形成領域に対応する部位に凹部が形成され、この凹部により誘電体基体には肉薄部分と肉厚部分が形成されており、ＲＦ回路の回路パターンは前記誘電体基体の肉薄部分に設けられ、放射電極は誘電体基体の肉厚部分に設けられる構成と成し、誘電体基体の底面および凹部の内周面にはグランド電極が形成されていることを特徴としている。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明の構成を備え、複数の放射電極は互いに異なる共振周波数を有していることを特徴としている。
【０００７】
第３の発明は、第１又は第２の発明の構成を備え、受信専用の放射電極と、送信専用の放射電極とが少なくとも１つずつ誘電体基体の上面に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
第４の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つの発明の構成を備え、ＲＦ回路は、各放射電極にそれぞれ一対一に対応させて形成されていることを特徴としている。
【０００９】
第５の発明はアンテナモジュールに関するものであり、第１〜第４の発明の何れか１つの発明のＲＦ回路一体型アンテナが底面を接続面として基板に接合されており、その基板には、ＲＦ回路一体型アンテナの底面側の凹部によって囲まれる領域に、ＲＦ回路一体型アンテナのＲＦ回路に導通接続する回路が形成され、この回路と、前記ＲＦ回路とを導通接続するための接続手段が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
第６の発明は、第５の発明の構成を備え、接続手段は、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体に形成されたスルーホールにより構成されていることを特徴としている。
【００１１】
第７の発明は、第５の発明の構成を備え、接続手段は、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体の側面に形成された配線パターンにより構成されていることを特徴としている。
【００１２】
第８の発明は、第５の発明の構成を備え、接続手段は、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体を上面から底面に向けて貫通配置した金属ピンにより構成されていることを特徴としている。
【００１３】
第９の発明は通信機に関するものであり、第１〜第４の発明の何れか１つの発明のＲＦ回路一体型アンテナ、又は、第５〜第８の発明の何れか１つの発明のアンテナモジュールが設けられていることを特徴としている。
【００１４】
この発明では、誘電体基体の上面には、複数の放射電極が互いに間隔を介して配設されると共に、ＲＦ回路が少なくとも一部を放射電極間の間隙に配置させて形成されている。このように、複数の放射電極間の間隙を有効に利用してＲＦ回路を誘電体基体に形成しているので、誘電体基体の大型化を抑制しつつ、誘電体基体に複数の放射電極だけでなくＲＦ回路をも形成することができる。
【００１５】
また、アンテナにＲＦ回路が形成されているので、通信機の回路基板にＲＦ回路を形成しなくとも済むこととなり、その分、回路基板を小さくすることができて、通信機の小型化を図ることができる。
【００１６】
さらに、図６に示すように、放射電極を誘電体基体の肉厚部分に形成することにより、放射電極は良好に共振動作を行うことができて電波の送信あるいは受信の性能を高めることができる。また、回路パターンを誘電体基体の肉薄部分に形成することにより、回路パターンの電界が閉じ込められて回路パターンから電波が放射されてしまうことに因る放射損失を抑制することができる。また、図７（ａ）に示すように均一の厚みの誘電体基体に複数の放射電極を形成する場合に比べて、図７（ｂ）に示すように放射電極間の誘電体基体部分を凹部により肉薄とすることによって、放射電極間の結合を減らすことができる。さらに、凹部内に別の回路を収納配置することも可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１（ａ）には第１実施形態例の無線機において特徴的なＲＦ回路一体型アンテナが模式的に示され、図１（ｂ）には図１（ａ）に示すＡ−Ａ部分の模式的な断面図が示されている。なお、無線機には様々な構成があり、この第１実施形態例では、以下に述べるＲＦ回路一体型アンテナ以外の無線機の構成は何れの構成を採用してもよく、ここでは、ＲＦ回路一体型アンテナ以外の無線機構成の説明は省略する。
【００１９】
この第１実施形態例のＲＦ回路一体型アンテナ１は、誘電体基体２を有している。この誘電体基体２の上面２ａは凹凸が無い略平坦な面と成しており、この上面２ａには、複数の放射電極３（３ａ，３ｂ）が互いに間隔を介して形成されている。この第１実施形態例では、放射電極３ａ，３ｂは互いに異なる共振周波数を有するものであり、例えば、一方側の放射電極３ａが受信専用の放射電極と成し、他方側の放射電極３ｂが送信専用の放射電極となっている。
【００２０】
また、誘電体基体２の上面２ａには、放射電極３ａに対応するＲＦ回路４（４ａ）と、放射電極３ｂに対応するＲＦ回路４（４ｂ）とが形成されている。この第１実施形態例では、それらＲＦ回路４ａ，４ｂは、回路パターン５から成る整合回路と、回路構成部品（例えば、ＦＥＴなどのスイッチ素子）６とを有して構成されている。各ＲＦ回路４ａ，４ｂの回路パターン５の一部分は放射電極３ａ，３ｂ間の間隙に配置形成されており、そのＲＦ回路４ａの回路パターン５は放射電極３ａに、また、ＲＦ回路４ｂの回路パターン５は放射電極３ｂに、それそれ、容量を介して接続されている。
【００２１】
さらに、この第１実施形態例では、誘電体基体２の側面２ｃには、ＲＦ回路４ｂと外部の回路とを接続するための配線パターン１０Ａ，１０Ｂが形成されている。また、その誘電体基体２の側面２ｃに対向する側面２ｄにも、同様に、ＲＦ回路４ａと外部の回路とを接続するための配線パターン（図示せず）が形成されている。
【００２２】
誘電体基体２の底面２ｂには、ＲＦ回路４ａ，４ｂの回路パターン５の形成領域に対応する部位に凹部７が形成されている。つまり、この第１実施形態例では、凹部７によって、誘電体基体２には肉薄部分と肉厚部分が形成されており、誘電体基体２の肉薄部分の上面に回路パターン５が形成されている。また、放射電極３ａ，３ｂは、それぞれ、誘電体基体２の肉厚部分に設けられている。
【００２３】
誘電体基体２の底面２ｂおよび凹部７の内周面のほぼ全面にはグランド電極８が形成されている。この第１実施形態例では、回路パターン５の形成部分は、グランドと誘電体と導体パターンとが積層された構成と成し、マイクロストリップライン構造となっている。
【００２４】
第１実施形態例のＲＦ回路一体型アンテナ１は上記のように構成されている。このＲＦ回路一体型アンテナ１は誘電体基体２の底面２ｂを実装面として、例えば通信機の回路基板に表面実装される。これにより、例えば、ＲＦ回路一体型アンテナ１の配線パターン１０Ａは回路基板に形成された送信回路に導通接続され、また、配線パターン１０Ｂは回路基板のバイアス部に接続される。さらに、誘電体基体２の側面２ｄの配線パターンは回路基板の受信回路に導通接続される。
【００２５】
そして、回路基板の送信回路から配線パターン１０ＡとＲＦ回路４ｂの回路構成部品６と回路パターン５（整合回路）を介して放射電極３ｂに送信用の信号が供給されると、放射電極３ｂが共振動作を行って電波が放射されることとなる。また、放射電極３ａが電波を受信すると、その受信信号がＲＦ回路４ａの回路パターン５（整合回路）と回路構成部品６と側面２ｄの配線パターンを介して回路基板の受信回路に伝達されることとなる。
【００２６】
なお、図１に示す例では、回路構成部品６はＦＥＴなどのスイッチ素子であり、例えば、そのスイッチ素子は通信機の回路基板に形成されている制御回路によりスイッチング制御が成される。誘電体基体２には、そのスイッチ素子と、回路基板の制御回路とを導通接続させるためのスルーホールが形成されている。図１中の符号１１は、そのスルーホールに連通接続される上部電極を示している。
【００２７】
この第１実施形態例によれば、誘電体基体２の略平坦な上面２ａに複数の放射電極３ａ，３ｂを互いに間隔を介して配置すると共に、それら放射電極３ａ，３ｂ間の間隙にＲＦ回路４の少なくとも一部を配置形成する構成とした。換言すれば、各放射電極３ａ，３ｂは、ＲＦ回路４ａ，４ｂの一部が形成される程の間隔を介して離間配置されるので、各放射電極３ａ，３ｂのアイソレーションを確保することができる。また、この第１実施形態例では、放射電極３ａ，３ｂ間の誘電体基体２部分が凹部７により肉薄となっているので、放射電極３ａ，３ｂ間の電磁結合を低減することができる。このことも、各放射電極３ａ，３ｂのアイソレーションの確保に大きく関与している。
【００２８】
また、放射電極３ａ，３ｂ間の間隙を無駄無く有効に利用してＲＦ回路４を形成しているので、誘電体基体２の大型化を抑制しつつ、当該誘電体基体２に放射電極３ａ，３ｂだけでなくＲＦ回路４をも形成することができることとなる。このように誘電体基体２の大型化を抑えることができるので、コスト増加を防止することができる。
【００２９】
さらに、アンテナ１の誘電体基体２にＲＦ回路４を形成するので、通信機の回路基板にＲＦ回路４を形成しなくて済むこととなり、その分、回路基板を小さくすることができて、通信機の小型化を図ることができる。
【００３０】
さらに、誘電体基体２の底面側に凹部７が形成されているので、この第１実施形態例のＲＦ回路一体型アンテナ１を回路基板に実装した際に、アンテナ１の誘電体基体２の凹部７と、回路基板とによって囲まれる空間が形成される。例えば、凹部７により囲まれる回路基板の部位に、回路パターンや回路部品を搭載して回路（例えば、ＲＦ回路４に導通接続するベースバンド回路など）を構成して、凹部７による空間を有効に利用することが考えられる。
【００３１】
このようにすると、アンテナ１の実装領域に、アンテナ１だけでなく、回路をも設けることができることとなり、その分、回路基板を小型化することができる。このような構成とすると、より一層、通信機の小型化を促進させることができる。
【００３２】
さらに、この第１実施形態例では、放射電極３と、この放射電極３に接続するＲＦ回路４とを誘電体基体２の同一平面上に配置したので、放射電極３と、ＲＦ回路４とが近接し、導通損失を抑制することができる。
【００３３】
さらに、この第１実施形態例では、放射電極３が形成されている誘電体基体２の部位は肉厚としたので、放射電極３は良好に共振動作を行って電波の送信あるいは受信を感度良く行うことが可能となる。また、ＲＦ回路４の回路パターン５が形成されている誘電体基体２の部位は肉薄としたので、その誘電体基体２の肉薄によって回路パターン５の共振動作が抑制されることとなる。これにより、回路パターン５から電波が放射されてしまうことに因る放射損失を抑えることができる。
【００３４】
上記のように、導通損失と、回路パターン５の放射損失との両方を抑制することができるので、放射電極３の送信あるいは受信の効率を向上させることができる。
【００３５】
以下に、第２実施形態例を説明する。この第２実施形態例の通信機では、以下に述べるアンテナモジュールを設けたことに特徴があり、このアンテナモジュール以外の通信機構成はどのような構成を採用してもよく、ここでは、アンテナモジュール以外の通信機の構成の説明は省略する。
【００３６】
図２（ａ）には第２実施形態例において特徴的なアンテナモジュールの一例が模式的な斜視図により示され、図２（ｂ）には図２（ａ）のＢ−Ｂ部分の断面図が模式的に示されている。この第２実施形態例のアンテナモジュール１５は、第１実施形態例に示したＲＦ回路一体型アンテナ１が誘電体基体２の底面を接続面として基板１６に接合されている形態を有している。なお、この第２実施形態例の説明において、ＲＦ回路一体型アンテナ１の構成は第１実施形態例で述べたので、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３７】
ＲＦ回路一体型アンテナ１の底面側には凹部７が形成されており、基板１６には、その凹部７によって囲まれる領域に、回路パターン（図示せず）や回路構成部品１７が設けられて回路１８が形成されている。この回路１８は、ＲＦ回路一体型アンテナ１のＲＦ回路４に、接続手段である配線パターン１０Ａ，１０Ｂなどを介して導通接続される。
【００３８】
ところで、電波の送信あるいは受信に関わる回路として、例えば、ベースバンド回路などの信号処理回路や、必要に応じて設けられる周波数変換回路などがある。この第２実施形態例では、それら回路の中から適宜に選択された回路が、回路１８として基板１６に形成されている。
【００３９】
この第２実施形態例によれば、ＲＦ回路一体型アンテナ１の誘電体基体２の底面に凹部７を設けたことにより、誘電体基体２の底面側に空間が形成されるので、この空間を有効に利用してアンテナモジュール１５を構成した。つまり、ＲＦ回路一体型アンテナ１の底面に基板１６を接合し、この基板１６にはＲＦ回路一体型アンテナ１の底面側の凹部７によって囲まれる領域に回路１８を構成した。これにより、簡単な構造で、コンパクトなアンテナモジュールを提供することができる。
【００４０】
また、通信機の回路基板において、ＲＦ回路一体型アンテナ１を実装する領域に、周波数変換回路や信号処理回路などの回路をも形成されるので、アンテナ実装領域とは別にその回路を形成するための領域を設けなくてよい分、通信機の回路基板の小型化を図ることができて、通信機の小型化を促進させることが可能となる。
【００４１】
さらに、ＲＦ回路一体型アンテナ１では誘電体基体２の凹部７の内周面のほぼ全面にグランド電極８が形成されており、アンテナ１に収納される回路１８はそのグランド電極８によって覆われる構成となっている。このため、そのグランド電極８によって、アンテナ１に収納される回路１８はシールドされることとなる。つまり、グランド電極８は、回路１８のシールド手段となっている。これにより、そのアンテナ１に収納される回路１８は外部からの電磁波の悪影響を受け難く、回路１８の動作を安定化させることができる。
【００４２】
なお、この発明は上記各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、誘電体基体２に形成されるＲＦ回路４の回路構成は特に限定されるものではなく、適宜の回路構成を採り得るものである。これにより、例えばＲＦ回路４の回路パターン５は、図１や図２に示される形状に限定されるものではない。例えば、回路パターン５は放射電極３に直接的に導通接続されていてもよい。また、上記各実施形態例では、誘電体基体２にはスイッチ素子である回路構成部品６が設けられていたが、もちろん、スイッチ素子以外の回路構成部品を誘電体基体２に搭載してもよい。このように、誘電体基体２の上面に形成される回路パターンの形状や、回路構成部品の種類や個数は、ＲＦ回路４の回路構成に応じて適宜に形成されるものである。
【００４３】
また、上記各実施形態例では、誘電体基体２には２個の放射電極３が設けられていたが、放射電極３の配設数は３個以上でもよく、複数であれば、数に限定されるものではない。さらに、上記各実施形態例では、各放射電極３ａ，３ｂにそれぞれ一対一に対応するＲＦ回路４ａ，４ｂが設けられていたが、例えば、受信用の放射電極３ａと、送信用の放射電極３ｂとに加えて、別の受信用の放射電極が誘電体基体２に形成され、この受信用の放射電極が放射電極３ａと共通の受信回路に接続される構成とする場合には、それら受信用の放射電極に共通のＲＦ回路を設けてもよい。このように、各放射電極にそれぞれ一対一に対応させてＲＦ回路を設けなくともよい。
【００４４】
さらに、誘電体基体２の形状は特に限定されるものではなく、適宜の形状を採り得る。例えば、図３に示されるように、誘電体基体２の側面に、凹部７に連通接続する開口部２０を設けてもよい。また、誘電体基体２を図４（ａ）に示されるように略円柱状としてもよい。なお、図４（ｂ）には、その円柱状の誘電体基体２を底面側から見た図が示されている。この図に示されるように、誘電体基体２がどのような形状であっても、少なくとも放射電極３が形成される誘電体基体２の部位は肉厚部分となるように、誘電体基体２の底面側に凹部７が形成されることとなる。
【００４５】
さらに、上記各実施形態例では、誘電体基体２に形成されているＲＦ回路４を他の回路に接続させるための接続手段として、誘電体基体２の側面に形成されている配線パターン１０が設けられていたが、例えば、接続手段としてスルーホールを利用してもよい。また、図５（ａ）に示されるように、接続手段として、誘電体基体２の上面２ａから底面に向けて貫通配置した金属ピン２１を設けてもよい。この場合には、接続手段として配線パターンを利用する場合よりも接続の信頼性を高めることができる。さらに、図５（ｂ）に示されるように、接続手段として、スルーホールを用いた側面電極２２を設けてもよい。
【００４６】
さらに、上記各実施形態例では、誘電体基体２には、受信専用の放射電極と、送信専用の放射電極とが設けられていたが、誘電体基体２に形成されている複数の放射電極の全てが受信専用であってもよいし、また、送信専用であってもよいし、送受信兼用のものであってもよい。さらに、受信専用の放射電極と、送信専用の放射電極と、送受信兼用の放射電極とを適宜に組み合わせてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によれば、誘電体基体の略平坦な上面には複数の放射電極が間隔を介して配置されると共に、ＲＦ回路が少なくとも一部を前記放射電極間の間隙に配置させて形成されている構成とした。これにより、複数の放射電極は、ＲＦ回路が形成される程の間隔を持って離間配置されることとなり、各放射電極のアイソレーションを確保することができる。また、放射電極間の誘電体基体部分を凹部による肉薄部分とすることにより、放射電極間の結合を低減することができる。このことも、各放射電極間のアイソレーションを確保することに大きく関与している。
【００４８】
さらに、複数の放射電極が並設される場合に、従来では、それら放射電極間の間隙はデッドスペースであったが、この発明では、その放射電極間の間隙を有効に利用して、ＲＦ回路を形成している。このため、ＲＦ回路を誘電体基体に設けても、誘電体基体の大型化を抑えることができて、コスト増加を抑制することができる。
【００４９】
さらに、アンテナの誘電体基体にＲＦ回路を形成するので、通信機の回路基板にＲＦ回路を設けなくてよく、その分、回路基板を小型化することができて、通信機の小型化を図ることが容易となる。
【００５０】
さらに、放射電極と、ＲＦ回路とを同一平面上に形成して近接配置したので、放射電極とＲＦ回路間の信号の導通経路が非常に短くなり、導通損失を抑制することができる。
【００５１】
さらに、この発明では、放射電極は誘電体基体の肉厚部分に形成されているので、当該放射電極による電波の送信あるいは受信を良好にすることができる。また、ＲＦ回路の回路パターンは誘電体基体の肉薄部分に形成されているので、回路パターンの電界が閉じ込められて回路パターンの放射損失を抑えることができる。このような回路パターンの放射損失の抑制効果と、前記導通損失の抑制効果とによって、この発明のアンテナは損失を大幅に低減することができ、これにより、送信あるいは受信の感度を高めることができる。このため、ＲＦ回路一体型アンテナや、アンテナモジュールや、通信機の通信の信頼性を向上させることが可能となる。
【００５２】
さらに、複数の放射電極が互いに異なる共振周波数を有しているものにあっては、各放射電極のアイソレーションを高めることができる。
【００５３】
さらに、この発明のＲＦ回路一体型アンテナを利用したアンテナモジュールにおいては、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体の凹部により形成された空間を有効に利用し、その空間にＲＦ回路に接続される回路が形成されている。つまり、アンテナの内部に回路が形成された形態となっている。このため、そのアンテナの内部の回路を通信機の回路基板に形成しなくともよくなり、その分、回路基板を小さくすることができて、通信機の小型化をより促進させることができる。
【００５４】
ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体の上面に形成されたＲＦ回路と、アンテナの内部に収納された回路とを接続するための手段として、スルーホールを設けたものや、誘電体基体の側面に配線パターンを形成したものにあっては、ＲＦ回路一体型アンテナを、回路が形成された基板に接合するだけで、アンテナのＲＦ回路と、基板の回路とを簡単に導通接続させることができて、組み立て効率を良くすることができる。また、接続手段として、金属ピンを用いたものにあっては、ＲＦ回路と、基板の回路との接続の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例において特徴的なＲＦ回路一体型アンテナを説明するための図である。
【図２】第２実施形態例において特徴的なアンテナモジュールを説明するための図である。
【図３】その他の実施形態例を説明するための図である。
【図４】さらに、その他の実施形態例を説明するための図である。
【図５】さらにまた、その他の実施形態例を説明するための図である。
【図６】放射電極を誘電体基体の肉厚部分に設けた場合を模式的に示す図である。
【図７】放射電極間の誘電体基体部分を肉薄部分としたことによる効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１ ＲＦ回路一体型アンテナ
２ 誘電体基体
３ 放射電極
４ ＲＦ回路
５ 回路パターン
７ 凹部
８ グランド電極
１０ 配線パターン
２１ 金属ピン
Claims (9)
- 誘電体基体を有し、この誘電体基体の上面は略平坦と成し、この誘電体基体上面には、電波の送信と受信の一方又は両方を行う複数の放射電極が互いに間隔を介して配設されると共に、回路パターンを有し放射電極に導通接続又は容量を介して接続するＲＦ回路が少なくとも一部を前記放射電極間の間隙に配置させて形成されており、誘電体基体の底面には前記ＲＦ回路の回路パターン形成領域に対応する部位に凹部が形成され、この凹部により誘電体基体には肉薄部分と肉厚部分が形成されており、ＲＦ回路の回路パターンは前記誘電体基体の肉薄部分に設けられ、放射電極は誘電体基体の肉厚部分に設けられる構成と成し、誘電体基体の底面および凹部の内周面にはグランド電極が形成されていることを特徴としたＲＦ回路一体型アンテナ。
- 複数の放射電極は互いに異なる共振周波数を有していることを特徴とした請求項１記載のＲＦ回路一体型アンテナ。
- 受信専用の放射電極と、送信専用の放射電極とが少なくとも１つずつ誘電体基体の上面に形成されていることを特徴とした請求項１又は請求項２記載のＲＦ回路一体型アンテナ。
- ＲＦ回路は、各放射電極にそれぞれ一対一に対応させて形成されていることを特徴とした請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載のＲＦ回路一体型アンテナ。
- 請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のＲＦ回路一体型アンテナが底面を接続面として基板に接合されており、その基板には、ＲＦ回路一体型アンテナの底面側の凹部によって囲まれる領域に、ＲＦ回路一体型アンテナのＲＦ回路に導通接続する回路が形成され、この回路と、前記ＲＦ回路とを導通接続するための接続手段が設けられていることを特徴としたアンテナモジュール。
- 接続手段は、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体に形成されたスルーホールにより構成されていることを特徴とした請求項５記載のアンテナモジュール。
- 接続手段は、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体の側面に形成された配線パターンにより構成されていることを特徴とした請求項５記載のアンテナモジュール。
- 接続手段は、ＲＦ回路一体型アンテナの誘電体基体を上面から底面に向けて貫通配置した金属ピンにより構成されていることを特徴とした請求項５記載のアンテナモジュール。
- 請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のＲＦ回路一体型アンテナ、又は、請求項５乃至請求項８の何れか１つに記載のアンテナモジュールが設けられていることを特徴とした通信機。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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