JP2008011281A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナ装置において、基板上でＲＦグラウンド導体を広く形成した場合と同様なアンテナ特性を得ることができ、同一基板上で回路用グラウンド導体との共存も可能にすること。
【解決手段】 基板１と、該基板１上の表面に少なくとも一部が形成されアンテナ接地グラウンドとなるＲＦグラウンド導体１３と、ＲＦグラウンド導体１３に一端が接続されたチップアンテナ２とを備え、ＲＦグラウンド導体１３が、少なくとも２方向に分岐して延在している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信機器の小型化に適したアンテナ装置に関する。

携帯電話機や無線通信機能内蔵のノート型パーソナルコンピュータ等の無線通信機器では、その小型化に伴って部品実装密度も高くなってきている。この対策として、例えば、特許文献１には、誘電体又は磁性体からなる基体表面に螺旋導体層を形成した、いわゆるチップアンテナを基板上に設置し、基板上に形成したグラウンド面にチップアンテナを接地させた技術が開示されている。この場合、例えば、図５に示すように、基板１上のチップアンテナ２が接地されるＲＦグラウンド導体３は、充分なアンテナ特性を得るために理想的には基板１上の大部分の面積を必要とする。

また、近年、無線通信機器のデジタル化に伴って、図６に示すように、チップアンテナ２が接地されるＲＦグラウンド導体３と共にデジタル回路用グラウンドとなる回路用グラウンド導体４を基板１上に形成して、ＲＦグラウンド導体３と回路用グラウンド導体４とを同一基板１上に共存させることも検討されている。

特許第３７５８４９５号公報（図６）

しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、アンテナエレメントの電気長が１／４波長（λ）である１／４波長型アンテナでは、アンテナが接地されるグラウンド面の大きさ（特に長さ）が重要であるが、部品実装の高密度に伴ってアンテナ特性を得るために必要なグラウンド面積を、図５に示すような理想的な状態で充分に確保することが困難になってきている。
また、図６に示すように、同一基板１上にＲＦグラウンド導体３と回路用グラウンド導体４とが共存する場合、基板１上のグラウンド面が分割され、ＲＦグラウンド導体３の必要な面積が確保できない不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、基板上でＲＦグラウンド導体を広く形成した場合と同様なアンテナ特性を得ることができ、同一基板上で回路用グラウンド導体との共存も可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のアンテナ装置は、基板と、該基板上の表面に少なくとも一部が形成されアンテナ接地グラウンドとなるＲＦグラウンド導体と、前記ＲＦグラウンド導体に一端が接続されたアンテナ部とを備え、前記ＲＦグラウンド導体が、少なくとも２方向に分岐して延在していることを特徴とする。

このアンテナ装置では、ＲＦグラウンド導体が、少なくとも２方向に分岐して延在しているので、全体のグラウンド面積は少ないが２方向に延びてアンテナ特性に必要な長さを確保することで、一つの大面積のグラウンドと同様の放射効率が得られ、充分なアンテナ特性を有することが可能になる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記ＲＦグラウンド導体が、互いに直交する方向に分岐した逆Ｌ字状に形成されていることを特徴とする。すなわち、このアンテナ装置では、逆Ｌ字状に分岐したＲＦグラウンド導体を有しているので、矩形状の基板を用いた際に、基板の短辺及び長辺に沿ってＲＦグラウンド導体を配することで、基板表面を有効に用いることができる。また、ＲＦグラウンド導体が互いに直交する方向に分岐していることで、全方向的にアンテナ特性に寄与することができる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記アンテナ部が、前記基板上に設置されたチップアンテナであり、前記ＲＦグラウンド導体が、前記チップアンテナに沿って延在する第１グラウンド部と、前記第１グラウンド部の延在方向に対して直交する方向にかつ前記第１グラウンドから前記チップアンテナから離間する方向に延在する第２グラウンド部とを前記基板上に有していることを特徴とする。すなわち、このアンテナ装置では、チップアンテナに沿った第１グラウンド部とチップアンテナに垂直な第２グラウンド部とからＲＦグラウンド導体が構成されるので、チップアンテナとの上記配置関係で小さなスペースでも良好なアンテナ特性を得ることができる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記ＲＦグラウンド導体が、前記基板上に形成された基板グラウンド部と、前記基板グラウンド部に基端が接続され前記基板グラウンド部と異なる方向であって前記基板の外部に延在する外部グラウンド部とで構成されていることを特徴とする。すなわち、このアンテナ装置では、基板グラウンド部と外部グラウンド部とからＲＦグラウンド導体が構成されているので、基板表面で充分なグラウンド面が得られない場合、基板外の例えば金属ワイヤ等の外部グラウンド部を用いてグラウンド長さを確保し、良好なアンテナ特性を得ることができる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記基板上の表面にデジタル回路用グラウンドとなる回路用グランド導体が形成されていることを特徴とする。すなわち、このアンテナ装置では、回路用グラウンド導体がＲＦグラウンド導体と共に基板上に形成されているので、アンテナ特性を維持しつつ充分な回路用グラウンド導体の面積を確保することが可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るアンテナ装置によれば、ＲＦグラウンド導体が、少なくとも２方向に分岐して延在しているので、一つの大面積のグラウンドの場合と同様の放射効率が得られ、充分なアンテナ特性を有することが可能になる。したがって、同一基板上にデジタル回路用グラウンドとなる回路用グランド導体をＲＦグラウンド導体と共存させても充分なアンテナ特性が得られ、高い部品実装面積及び無線通信機器の小型化を実現することができる。

以下、本発明にかかるアンテナ装置の第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
本実施形態のアンテナ装置１は、例えば樹脂などの絶縁性材料からなる長方形の基板１と、基板１上の表面に形成されアンテナ接地グラウンドとなるＲＦグラウンド導体１３と、ＲＦグラウンド導体１３に一端が接続されたチップアンテナ（アンテナ部）２と、基板１上の表面に形成されデジタル回路用グラウンドとなる回路用グラウンド導体４とを備えている。

上記チップアンテナ２は、ローディング素子として機能するアンテナエレメントであって、例えばアルミナなどの誘電体からなる直方体の素体と、この素体の表面に素体の長手方向に対して螺旋形状に巻回された線状の導体パターンとによって構成されている。このチップアンテナ２は、基板１の短辺側の一方に近接した位置にＲＦグラウンド導体１３から所定距離だけ離間されて設置され、基板１上の所定位置に形成されたランド（図示略）上に固定されている。また、チップアンテナ２は、ＲＦグラウンド導体１３と連結導体１４を介して接続されている。なお、チップアンテナ２の導体パターンは、その一端が連結導体１４に接続されている。

また、連結導体１４には、図１及び図２に示すように、周波数調整回路１５が接続されている。この周波数調整回路１５は、チップアンテナ２に直列に接続されたチップインダクタである第１インダクタ１６及び第２インダクタ１７と、第２インダクタ１７に一端が接続され他端がＲＦグラウンド導体１３に接続されたチップインダクタである第３インダクタ１８とを備えている。また、第２インダクタ１７と第３インダクタ１８との間に、給電点が設けられている。なお、第１インダクタ１６及び第２インダクタ１７は、共振周波数調整用であり、第３インダクタ１８は、入射電力の反射低減用に設けられたものである。

上記ＲＦグラウンド導体１３は、例えば基板１上に銅箔等でパターン形成されていると共に高周波回路（図示略）のグラウンドに接続され、チップアンテナ２に沿って延在する第１グラウンド部１９Ａと、第１グラウンド部１９Ａの延在方向に対して直交する方向にかつ第１グラウンド部１９Ａからチップアンテナ２から離間する方向に延在する第２グラウンド部１９Ｂとを有している。すなわち、ＲＦグラウンド導体１３は、互いに直交する２方向に分岐して延在した逆Ｌ字状に形成されている。なお、第２グラウンド部１９Ｂは、回路用グラウンド導体４に沿って連結導体１４側（図中、回路用グラウンド導体４の左側）に配されている。

このように本実施形態では、ＲＦグラウンド導体１３が、２方向に第１グラウンド部１９Ａ及び第２グラウンド部１９Ｂとして分岐して延在しているので、全体のグラウンド面積は少ないが２方向に延びてアンテナ特性に必要な長さを確保することで、一つの大面積のグラウンドと同様の放射効率が得られ、充分なアンテナ特性を有することが可能になる。なお、２方向に分岐したＲＦグラウンド導体１３では、アンテナ部であるチップアンテナ２との組合せによりバイポールアンテナ的な状態となり、電気長としてアンテナ動作波長の１／４に近い長さが構成され、アンテナ特性が向上すると推測される。

また、本アンテナ装置は、逆Ｌ字状に分岐したＲＦグラウンド導体１３を有しているので、基板１の短辺及び長辺に沿って第１グラウンド部１９Ａ及び第２グラウンド部１９Ｂをそれぞれを配することで、基板１表面を有効に用いることができる。特に、回路用グラウンド導体４がＲＦグラウンド導体１３と共に基板１上に形成されているので、アンテナ特性を維持しつつ充分な回路用グラウンド導体４の面積を確保することが可能になる。また、ＲＦグラウンド導体１３が互いに直交する方向に分岐していることで、全方向的にアンテナ特性に寄与することができる。

なお、本実施形態の他の例として、図３に示すように、第２グラウンド部１９Ｂを回路用グラウンド導体４に沿って連結導体１４の反対側（図中、回路用グラウンド導体４の右側）に配しても構わない。

次に、本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態について、以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、ＲＦグラウンド導体１３を構成する第１グラウンド部１９Ａ及び第２グラウンド部１９Ｂが共に基板１上にパターン形成されているのに対し、第２実施形態のアンテナ装置は、図４に示すように、ＲＦグラウンド導体２３が、基板１上に形成された基板グラウンド部２９Ａと、基板グラウンド部２９Ａに基端が接続され基板グラウンド部２９Ａと異なる方向であって基板１の外部に延在する外部グラウンド部２９Ｂとで構成されている点である。

すなわち、第２実施形態では、第１グラウンド部１９Ａと同様に基板１上にパターン形成された基板グラウンド部２９Ａと、基板グラウンド部２９Ａの左端に基端が接続され回路用グラウンド導体４に沿って基板グラウンド部２９Ａの延在方向に直交した方向に延在する外部グラウンド部２９ＢとでＲＦグラウンド導体２３が構成されている。
上記外部グラウンド部２９Ｂとしては、導体が形成されたフレキシブル基板、金属ワイヤ又は金属製粘着テープなどが採用される。

このように第２実施形態では、基板グラウンド部２９Ａと外部グラウンド部２９ＢとからＲＦグラウンド導体２３が構成されているので、回路用グラウンド導体４を確保する等のために基板１表面で充分なグラウンド面が得られない場合、基板１外の外部グラウンド部２９Ｂを用いてグラウンド長さを確保し、良好なアンテナ特性を得ることができる。

次に、本発明に係るアンテナ装置について、シミュレーションツールを用いて効果確認を行った結果を、具体的に説明する。

シミュレーションツールによる計算条件として、周波数調整回路１５における第１インダクタ１６〜第３インダクタ１８の調整回路定数をＡ，Ｂ，Ｃとした。また、各部の構成材料としては、基板１において比誘電率４．９のＦＲ−４を用いると共にチップアンテナ２において比誘電率９のアルミナ素体を用い、導体パターン及び基板１表面の各導体は完全導体とした。

上記計算条件に基づいてシミュレーションツールによる効果確認を、上記第１実施形態（本発明１）及び第１実施形態の他の例（本発明２）について行った評価結果を以下の表１に示す。なお、図５に示す理想的な構成（理想例）及び図６に示す従来の構成（従来例）についても同様にシミュレーションを行った結果も併せて表１に示す。

上記表１に示すように、本発明１及び本発明２は、いずれも従来例よりもアンテナ特性が向上し、理想例とほぼ同様の効果が確認された。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、周波数調整回路１５において、集中定数素子としてインダクタンス成分を有する第１インダクタ１６〜第３インダクタ１８を用いたが、インダクタンス成分に限らず、キャパシタンス成分を有するコンデンサを用いてもよく、これらを組み合わせてもよい。
また、チップアンテナ２の素体として誘電体材料であるアルミナを用いたが、磁性体あるいは誘電体及び磁性体を兼ね備えた複合材料を用いてもよい。
さらに、上記ＲＦグラウンド導体１３、２３は、２方向に分岐して延在しているが、３方向以上に分岐して延在するものでも構わない。

本発明に係る第１実施形態のアンテナ装置を示す平面図である。 第１実施形態において、周波数調整回路を示す回路図である。 第１実施形態において、アンテナ装置の他の例を示す平面図である。 本発明に係る第２実施形態のアンテナ装置を示す平面図である。 理想例のアンテナ装置を示す平面図である。 本発明に係る従来例のアンテナ装置を示す平面図である。

符号の説明

１…基板、２…チップアンテナ（アンテナ部）、３、１３、２３…ＲＦグラウンド導体、４…回路用グラウンド導体、１９Ａ…第１グラウンド部、１９Ｂ…第２グラウンド部、２９Ａ…基板グラウンド部、２９Ｂ…外部グラウンド部

Claims (5)

1. 基板と、
   該基板上の表面に少なくとも一部が形成されアンテナ接地グラウンドとなるＲＦグラウンド導体と、
   前記ＲＦグラウンド導体に一端が接続されたアンテナ部とを備え、
   前記ＲＦグラウンド導体が、少なくとも２方向に分岐して延在していることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記ＲＦグラウンド導体が、互いに直交する方向に分岐した逆Ｌ字状に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項２に記載のアンテナ装置において、
   前記アンテナ部が、前記基板上に設置されたチップアンテナであり、
   前記ＲＦグラウンド導体が、前記チップアンテナに沿って延在する第１グラウンド部と、
   前記第１グラウンド部の延在方向に対して直交する方向にかつ前記第１グラウンドから前記チップアンテナから離間する方向に延在する第２グラウンド部とを前記基板上に有していることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
   前記ＲＦグラウンド導体が、前記基板上に形成された基板グラウンド部と、
   前記基板グラウンド部に基端が接続され前記基板グラウンド部と異なる方向であって前記基板の外部に延在する外部グラウンド部とで構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記基板上の表面にデジタル回路用グラウンドとなる回路用グランド導体が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
   

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