JP3640595B2 - 積層パターンアンテナ及びそれを備えた無線通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板に設けられるパターンアンテナに関するもので、特に、小型、軽量であるとともに広帯域で送受信が可能な積層パターンアンテナ及びそれを備えた無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機や室内無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの小型無線機を用いた移動体通信においては、移動体となる小型無線機用に、高性能な小型アンテナが要求される。このような小型アンテナとして、薄型の平面アンテナが、装置への内蔵が可能という点で注目されている。このような平面アンテナとして、マイクロストリップアンテナが用いられる。一般に、このようなマイクロストリップアンテナには、図２０（ａ）のような短絡型マイクロストリップアンテナや、図２０（ｂ）のような板状逆Ｆ形状アンテナが使用される。そして、近年の更なる装置の小型化に対応して、図２０（ａ）のようなマイクロストリップアンテナを更に小型化した平面アンテナが、特開平５−３４７５１１号公報や特開２０００−５９１３２号公報などで提案されている。
【０００３】
又、図２１のような線状逆Ｆ形状アンテナを用いることもある。尚、図２１（ａ）は、接地導体板１０２上に接地導体部１０３が接続された逆Ｆ形状アンテナ１０１の上面図である。又、図２１（ｂ）は、逆Ｆ形状アンテナ１０１の断面図で、この逆Ｆ形状アンテナ１０１の給電導体部１０４に電流が供給される。しかしながら、図２１のような逆Ｆ形状アンテナは、図２２のグラフが示すように、その使用周波数帯域が狭い。尚、図２２は、図２１の逆Ｆ形状アンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示した図である。このような使用周波数帯域を広帯域化した線状アンテナが、特開平６−６９７１５号公報で提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、特開平５−３４７５１１号公報や特開２０００−５９１３２号公報や特開平６−６９７１５号公報で提案されているアンテナは、それぞれ、従来より一般的に使用されている平面アンテナや線状アンテナに比べて小型化されている。しかしながら、いずれのアンテナも、基板上に立体的に構成されるため、その接地される基板上に、それぞれのアンテナが必要とする空間が要求される。よって、このようなアンテナを使用されたとしても、その小型化に限界がある。
【０００５】
又、特開平６−３３４４２１号公報において、逆Ｌ形状プリントパターンアンテナをなどの基板実装アンテナを用いた無線通信製品が提供されているが、逆Ｌ形状プリントパターンアンテナだけでは、前述したように、その使用周波数帯域が狭い。又、この使用周波数帯域を広くするために、マイクロストリップ型平面アンテナと併用しているものも提供されているが、この場合、アンテナに使用される面積が広くなるため、結果的に小型化を妨げることとなる。
【０００６】
このような問題を鑑みて、本発明は、基板表面又は内部にパターンとして形成されるパターンアンテナを使用して小型化された積層パターンアンテナ及びそれを備えた無線装置を提供することを目的とする。又、本発明の他の目的は、複数のパターンアンテナを用いて、使用周波数帯域を広帯域化した積層パターンアンテナ及びそれを備えた無線装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の積層パターンアンテナは、接地電圧が与えられる接地導体部をその表面に備える基板に設けられる積層パターンアンテナにおいて、一端を開放端として備えるとともに前記接地導体部の外周端辺に略平行に形成される長手部パターンと、一端を給電部とするとともに他端が前記長手部パターンの他端と接続されて屈曲部を構成する給電導体パターンと、を備えるとともに、前記基板の第１表面に励振素子として形成される第１アンテナパターンと、一端を開放端として備えるとともに前記接地導体部の外周端辺に略平行に形成される長手部パターンと、前記接地導体部と一端が接続されるとともに他端が前記長手部パターンの他端と接続されて屈曲部を構成する接地導体パターンと、を備えるとともに、前記基板の第２表面に無給電素子として形成される第２アンテナパターンと、を有し、前記第１アンテナパターンの前記長手部パターンと前記第２アンテナパターンの前記長手部パターンとが基板材料を介して重ね合うように形成されるとともに、前記第１アンテナパターンの前記給電導体パターンと前記第２アンテナパターンの前記接地導体パターンとが基板材料を介して重ね合うように形成されることを特徴とする。
【０００８】
このような積層パターンアンテナにおいて、それぞれに、使用周波数帯域の異なる第１アンテナパターン及び第２アンテナパターンを使用することで、励振素子である第１アンテナパターンの影響で、無給電素子である第２アンテナパターンが励振し、相互に作用することで、広帯域の使用周波数帯域を得ることができる。
【０００９】
又、本発明の積層パターンアンテナは、接地電圧が与えられる接地導体部を各層の表面に備える基板に設けられる積層パターンアンテナにおいて、前記基板が多層基板であり、一端を開放端として備えるとともに前記接地導体部の外周端辺に略平行に形成される長手部パターンと、一端を給電部とするとともに他端が前記長手部パターンの他端と接続されて屈曲部を構成する給電導体パターンと、を備えるとともに、前記基板を構成する層の表面又は界面に励振素子として形成された複数の第１アンテナパターンと、一端を開放端として備えるとともに前記接地導体部の外周端辺に略平行に形成される長手部パターンと、前記接地導体部と一端が接続されるとともに他端が前記長手部パターンの他端と接続されて屈曲部を構成する接地導体パターンと、を備えるとともに、前記基板を構成する層の表面又は界面に無給電素子として形成された複数の第２アンテナパターンと、を有し、前記複数の第１及び第２アンテナパターンが形成される層の面が全て異なるとともに、前記第１アンテナパターンの前記長手部パターンと前記第２アンテナパターンの前記長手部パターンとが基板材料を介して重ね合うように形成されるとともに、前記第１アンテナパターンの前記給電導体パターンと前記第２アンテナパターンの前記接地導体パターンとが基板材料を介して重ね合うように形成されることを特徴とする。
【００１０】
このような積層パターンアンテナにおいて、例えば、３層基板となる基板に設けられたとき、第１層の表面及び第３層の表面に第２アンテナパターンを形成し、第１層と第２層の界面及び第２層と第３層の界面に第１アンテナパターンを構成することで、励振素子である第１アンテナパターンの影響で、無給電素子である第２アンテナパターンが励振し、相互に作用することで、広帯域の使用周波数帯域を得ることができる。又、第１アンテナパターンを少なくとも１つ形成することで、複数の第２アンテナパターンを励振させて、相互に作用することで、広帯域の使用周波数帯域を得ることができる。又、このとき、各アンテナパターンの使用周波数帯域を異なるものとしても構わない。
【００１３】
更に、前記基板が接地導体部を備え、前記第１及び第２アンテナパターンにおいて、使用周波数帯域の中心周波数におけるアンテナの実効波長をλとしたとき、前記屈曲部と前記開放端との間で形成されるパターンと該パターンに対向する前記接地導体部の外周端辺との間隔を0.02×λ以上としても構わない。このようにすることで、広帯域の周波数の信号を安定して送受信することができる。
【００１４】
又、前記第１アンテナパターンが、逆Ｆ形状パターンであっても構わない。
【００１６】
又、前記長手部パターンが該長手部パターンに対向する前記接地導体部の外周端辺に略平行に形成されるとともに、前記給電導体パターン及び前記接地導体パターンが、前記長手部パターンと略垂直に構成されるようにしても構わない。
【００１７】
又、前記第１アンテナパターンが、逆Ｌ形状パターンであっても構わない。
【００１８】
このような積層パターンアンテナにおいて、前記第１アンテナパターンにおいて、前記屈曲部と前記給電部との間のパターンを給電導体パターンとし、前記屈曲部と前記開放端との間のパターンを長手部パターンとするとともに、前記長手部パターンが前記基板に設けられた接地導体部に略平行に形成されるとともに、前記給電導体パターンが、前記長手部パターンと略垂直に構成されるようにしても構わない。
【００１９】
又、前記第１アンテナパターンにおいて、前記開放端と前記屈曲部の間のパターンが、前記開放端側を屈曲させた鈎状のパターン、又はその一部がメアンダ状に屈曲されたパターンであることを特徴とする。
【００２０】
又、前記第１アンテナパターンが、前記給電部と前記開放端の間の一点が接地されるようにしても構わない。このように、第１アンテナパターンを鈎状又はメアンダ状に屈曲させることで、第１アンテナパターンが形成される基板上の領域を狭めることができる。
【００２１】
又、前記第２アンテナパターンが、逆Ｌ形状パターンであることを特徴とする。
【００２３】
又、前記第２アンテナパターンにおいて、前記開放端と前記屈曲部の間のパターンが、前記開放端側を屈曲させた鈎状のパターン、又はその一部がメアンダ状に屈曲されたパターンであることを特徴とする。
【００２４】
このようにすることで、第２アンテナパターンを鈎状又はメアンダ状に屈曲させることで、第２アンテナパターンが形成される基板上の領域を狭めることができる。
【００２５】
又、使用周波数帯域の中心周波数におけるアンテナの実効波長をλとしたとき、前記第１アンテナパターンの経路長Ｌ１が、0.236×λ≦Ｌ１＜0.25×λであることを特徴とする。
【００２６】
又、使用周波数帯域の中心周波数におけるアンテナの実効波長をλとしたとき、前記第２アンテナパターンの経路長Ｌ２が、0.25×λ≦Ｌ２＜0.273×λであることを特徴とする。
【００２７】
又、前記第１及び第２アンテナパターンの少なくともいずれか一方のパターン上にチップコンデンサが配設されることを特徴とする。
【００２８】
このような積層パターンアンテナにおいて、チップコンデンサで容量が構成されるため、第１及び第２アンテナパターンの経路長を短くすることができ、結果的に第１及び第２アンテナパターンのそれぞれが形成される領域を狭めることができる。
【００３０】
又、前記第１及び第２アンテナパターンにおいて、それぞれのパターン線幅を0.5mm以上として、パターン形成する際の精度を等しくなるようにして、その特性バラツキを低減させることができる。
【００３１】
又、前記第１アンテナパターン及び前記第２アンテナパターンが、前記基板の端部に構成されることを特徴とする。
【００３２】
又、前記基板がガラスエポキシ基板又はテフロングラス基板であることを特徴とする。
【００３３】
又、前記基板に、他の回路パターンが構成されることを特徴とする。
【００３４】
又、前記基板に、他の基板と電気的に接続するためのランドパターンが設けられることを特徴とする。
【００３５】
本発明の無線装置は、外部への通信信号の送信又は外部からの通信信号の受信の少なくともいずれか一方を行うアンテナを有する無線通信装置において、前記アンテナを、上述のいずれかの積層パターンアンテナとすることを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に説明する。
【００３７】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の積層パターンアンテナの表面図である。図２は、本実施形態の積層パターンアンテナの裏面図である。図３は、本実施形態の積層パターンアンテナの図１及び図２におけるＸ−Ｙ線での断面図である。図４は、本実施形態の積層パターンアンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示すグラフである。
【００３８】
本実施形態の積層パターンアンテナは、図１に示すガラスエポキシ基板６の表面に形成された逆Ｆ形状アンテナパターン１と、図２に示すガラスエポキシ基板６の裏面に形成された逆Ｌ形状アンテナパターン２とによって構成される。又、この逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２は、他の回路パターンなどが形成されるガラスエポキシ基板６の端部において形成される。
【００３９】
このガラスエポキシ基板６の表面には、図１のように、２つの接地用導体部４と、この２つの接地用導体部４に挟まれるように配置された給電伝送路３とが形成され、又、接地用導体部４の外周には、他の回路パターンと接地用導体部４を電気的に接続するためのスルーホール５が設けられている。又、ガラスエポキシ基板６の裏面には、図２のように、ガラスエポキシ基板６の表面と同様、外周にスルーホール５が設けられた接地用導体部４が形成される。このとき、ガラスエポキシ基板６の表面の２つの接地用導体部４が、ガラスエポキシ基板６の裏面の接地用導体部４と基板材料を介して重なり合うように配置される。
【００４０】
このガラスエポキシ基板６の表面に形成された逆Ｆ形状アンテナパターン１は、図１のように、対向する接地用導体部４の外周端辺に対して平行になるように形成された長手部パターン１ａと、長手部パターン１ａの開放端１ｄと逆側の一端に接続されるとともに給電用伝送路３と接続された給電導体パターン１ｂと、長手部パターン１ａにおける開放端１ｄと給電導体パターン１ｂの間の一点に接続されるとともに接地用導体部４に接続された接地導体パターン１ｃとで構成される。
【００４１】
又、ガラスエポキシ基板６の裏面に形成された逆Ｌ形状アンテナパターン２は、図２のように、対向する接地用導体部４の外周端辺に対して平行になるように形成された長手部パターン２ａと、長手部パターン２ａの開放端２ｃと逆側の一端に接続されるとともに接地用導体部４に接続された接地導体パターン２ｂとで構成される。そして、逆Ｌ形状アンテナパターン２の長手部パターン２ａが逆Ｆ形状アンテナパターン１の長手部パターン１ａの直下になるように、逆Ｌ形状アンテナパターン２がガラスエポキシ基板６を挟み、基板材料を介して逆Ｆ形状アンテナパターン１と重なるように形成される。又、図３の断面図のように、逆Ｌ形状アンテナパターン２の接地導体パターン２ｂが逆Ｆ形状アンテナパターン１の給電導体パターン１ｂの直下になるように形成される。
【００４２】
このとき、逆Ｆ形状アンテナパターン１の長手部パターン１ａの開放端１ｄから接地導体パターン１ｃを経て接地導体部４に至る経路長Liよりも、逆Ｌ形状アンテナパターン２の長手部パターン２ａの開放端２ｃから接地導体パターン２ｂを経て接地用導体部４に至る経路長Lpの方が若干長くなるように形成される。詳細には、使用周波数帯域の中心周波数におけるアンテナの実効波長をλとしたとき、0.236×λ≦Li＜0.25×λ、0.25×λ≦Lp＜0.273×λとなるように、経路長Li，Lpを設定する。
【００４３】
又、逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２の長手部パターン１ａ，２ａと接地導体部４との間隔は、それぞれ、0.02×λ以上となるように形成されることが好ましい。これは、逆Ｆ形状アンテナなどにおいて、放射板と接地導体部との間隔が狭くなるほど、その使用周波数帯域が狭くなるのと同様、逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２と接地導体部４との間隔が狭くなるほど、使用周波数帯域が狭くなるためである。（尚、この接地導体部４との間隔と積層パターンアンテナの電圧定在波比の周波数特性との関係を示すシミュレーション結果については、後述する。）更に、この積層パターンアンテナを構成する逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２のパターン線幅は、パターン形成する際の精度より、その線幅を0.5mm以上とすることが好ましい。
【００４４】
このようにして形成される逆Ｆ形状アンテナパターン１と逆Ｌ形状アンテナパターン２が、それぞれ、給電される励振素子、及び、励振素子である逆Ｆ形状アンテナパターン１により励振される無給電素子として、働く。そして、逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２それぞれの経路長の長さを0.25×λを挟んだ２つの値とするため、逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２を個々に見たとき、実効波長λとする使用周波数帯域の中心周波数の低周波数域側と高周波数域側に、それぞれの使用周波数帯域が形成される。
【００４５】
このように、実効波長λとする使用周波数帯域の中心周波数の低周波数域側と高周波数域側のそれぞれに使用周波数帯域を形成する逆Ｆ形状アンテナパターン１と逆Ｌ形状アンテナパターン２が、相互に影響しあうことによって、上記のように構成された積層パターンアンテナの電圧定在波比の周波数特性が、図４のようになり、従来のもの（図２２）と比べて、ＶＳＷＲ＜２となる周波数帯域が広くなる。よって、広い周波数帯域において、良好なインピーダンス整合をとることができ、広い周波数帯域の通信信号を送受信することができる。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態の積層パターンアンテナの表面図である。図６は、本実施形態の積層パターンアンテナの裏面図である。図７は、本実施形態の積層パターンアンテナの図１及び図２におけるＸ−Ｙ線での断面図である。図８は、本実施形態の積層パターンアンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示すグラフである。尚、第１の実施形態の積層パターンアンテナと同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施形態の積層パターンアンテナは、図５に示すガラスエポキシ基板６の表面に形成された逆Ｌ形状アンテナパターン７と、図６に示すガラスエポキシ基板６の裏面に形成された逆Ｌ形状アンテナパターン８とによって構成される。又、この逆Ｌ形状アンテナパターン７及び逆Ｌ形状アンテナパターン８は、他の回路パターンなどが形成されるガラスエポキシ基板６の端部において形成される。このガラスエポキシ基板６の表面には、第１の実施形態（図１）と同様、給電用伝送線路３と、外周にスルーホール５が設けられた接地用導体部４とが形成されている。又、ガラスエポキシ基板６の裏面には、第１の実施形態（図２）と同様、外周にスルーホール５が設けられた接地用導体部４が形成される。
【００４８】
このガラスエポキシ基板６の表面に形成された逆Ｌ形状アンテナパターン７は、図５のように、対向する接地用導体部４の外周端辺に対して平行になるように形成された長手部パターン７ａと、長手部パターン７ａの開放端７ｃと逆側の一端に接続されるとともに給電用伝送路３と接続された給電導体パターン７ｂとで構成される。又、図６に示すように、ガラスエポキシ基板６の裏面に形成された逆Ｌ形状アンテナパターン８は、第１の実施形態と同様、対向する接地用導体部４の外周端辺に対して平行になるように形成された長手部パターン８ａと、長手部パターン８ａの開放端８ｃと逆側の一端に接続されるとともに接地用導体部４に接続された接地導体パターン８ｂとで構成される。
【００４９】
そして、逆Ｌ形状アンテナパターン８の開放端８ｃが逆Ｌ形状アンテナパターン７の開放端７ｃの直下になるように、逆Ｌ形状アンテナパターン８がガラスエポキシ基板６を挟み、基板材料を介して逆Ｌ形状アンテナパターン７と重なるように形成される。又、図７の断面図のように、逆Ｌ形状アンテナパターン８の接地導体パターン８ｂが逆Ｌ形状アンテナパターン７の給電導体パターン７ｂと重なり合わないように形成される。
【００５０】
このとき、第１の実施形態と同様、逆Ｌ形状アンテナパターン７の長手部パターン７ａの開放端７ｃから給電導体パターン７ｂを経て給電用伝送路３に至る経路長Liよりも、逆Ｌ形状アンテナパターン８の長手部パターン８ａの開放端８ｃから接地導体パターン８ｂを経て接地用導体部４に至る経路長Lpの方が若干長くなるように形成される。詳細には、使用周波数帯域の中心周波数におけるアンテナの実効波長をλとしたとき、0.236×λ≦Li＜0.25×λ、0.25×λ≦Lp＜0.273×λとなるように、経路長Li，Lpを設定する。
【００５１】
又、第１の実施形態と同様、逆Ｌ形状アンテナパターン７及び逆Ｌ形状アンテナパターン８の長手部パターン７ａ，８ａと接地導体部４との間隔は、それぞれ、0.02×λ以上となるように形成されることが好ましい。更に、この積層パターンアンテナを構成する逆Ｌ形状アンテナパターン７及び逆Ｌ形状アンテナパターン８のパターン線幅は、パターン形成する際の精度より、その線幅を0.5mm以上とすることが好ましい。
【００５２】
このように構成された積層パターンアンテナは、逆Ｌ形状アンテナパターン７が励振素子として、又、逆Ｌ形状アンテナパターン８が無給電素子として、それぞれ、動作する。よって、この積層パターンアンテナの電圧定在波比の周波数特性が、図８のようになり、第１の実施形態（図４）と同様、従来のもの（図２２）と比べて、ＶＳＷＲ＜２となる周波数帯域が広くなる。よって、広い周波数帯域において、良好なインピーダンス整合をとることができ、広い周波数帯域の通信信号を送受信することができる。
【００５３】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態の積層パターンアンテナの断面図である。図１０は、本実施形態の積層パターンアンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示すグラフである。尚、第１の実施形態の積層パターンアンテナと同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。尚、図９の断面図は、図３の断面図と同様、図１及び図２におけるＸ−Ｙ線での断面図である。
【００５４】
本実施形態の積層パターンアンテナは、図９のように、３層のガラスエポキシ基板６ａ，６ｂ，６ｃ（このガラスエポキシ基板６ａ，６ｂ，６ｃは、ガラスエポキシ基板６に相当する）が重なって構成された多層ガラスエポキシ基板９に形成される。尚、以下、上から第１層ガラスエポキシ基板６ａ、第２層ガラスエポキシ基板６ｂ、第３層ガラスエポキシ基板６ｃとして説明する。又、このように構成される多層ガラスエポキシ基板９には、第１の実施形態のガラスエポキシ基板と同様、他の回路パターンが構成されている。
【００５５】
このような多層エポキシ基板９において、第２層ガラスエポキシ基板６ｂ及び第３層ガラスエポキシ基板６ｃの表面にそれぞれ、図１に示す逆Ｆ形状アンテナパターン１が構成されるとともに、第１層ガラスエポキシ基板６ａの表面及び第３層ガラスエポキシ基板６ｃの裏面にそれぞれ、逆Ｌ形状アンテナパターン２が構成される。尚、第１層ガラスエポキシ基板６ａの表面に形成される逆Ｌ形状アンテナパターン２において、図２の逆Ｌ形状アンテナパターンの形状は、第１層ガラスエポキシ基板６ａの裏面側から透視したときの形状に相当する。
【００５６】
又、この逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２は、他の回路パターンなどが形成される多層ガラスエポキシ基板９の端部において形成される。そして、第２層ガラスエポキシ基板６ｂ及び第３層ガラスエポキシ基板６ｃの表面には、第１の実施形態（図１）と同様、給電用伝送線路３と、外周にスルーホール５が設けられた接地用導体部４とが形成されている。又、第１層ガラスエポキシ基板６ａの表面及び第３層ガラスエポキシ基板６ｃの裏面には、第１の実施形態（図２）と同様、外周にスルーホール５が設けられた接地用導体部４が形成される。
【００５７】
この多層ガラスエポキシ基板９の各層における逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２は、第１の実施形態と同様、対向する接地用導体部４の外周端辺に対して平行になるように配置された長手部パターン１ａ，２ａが基板材料を介して重なり合うように形成される。又、給電用伝送路３と接続された給電導体パターン１ｂと接地用導体部４に接続された接地導体パターン２ｂとが基板材料を介して重なり合うように形成される。
【００５８】
尚、本実施形態の積層パターンアンテナを構成する逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２の特徴は、第１の実施形態と同様のものとし、その詳細な説明については第１の実施形態を参照するものとして省略する。
【００５９】
このようにして、複数の逆Ｆ形状アンテナパターン及び複数の逆Ｌ形状アンテナパターンを用いて積層パターンアンテナを構成したときの電圧定在波比の周波数特性が、図１０のようになり、使用周波数2450MHz付近の極大値となるＶＳＷＲが、第１の実施形態（図４）に比べて小さくなる。よって、ＶＳＷＲ＜２となる広い周波数帯域において、より良好なインピーダンス整合をとることができ、広い周波数帯域の通信信号を送受信することができる。
【００６０】
尚、本実施形態において、複数の逆Ｆ形状アンテナパターンと複数の逆Ｌ形状アンテナパターンとによって構成された積層パターンアンテナを例示して説明したが、多層ガラスエポキシ基板９に第２の実施形態における励振素子である逆Ｌ形状アンテナパターン７と無給電素子である逆Ｌ形状アンテナパターン８とをそれぞれ複数形成することによって構成するようにしても構わない。又、多層ガラスエポキシ基板における励振型のアンテナパターンと無給電型のアンテナパターンの構成は、図９の断面図のような順番に重なるような構成に限定されるものでなく、例えば、１つの励振素子と複数の異なる経路長の無給電素子とで形成されるものでも構わない。
【００６１】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図１１は、本実施形態の積層パターンアンテナの表面図である。図１２は、本実施形態の積層パターンアンテナの裏面図である。図１３は、本実施形態の積層パターンアンテナが搭載される基板のランドパターンを示すための基板の表面図である。図１４は、本実施形態の積層パターンアンテナの図１１〜図１３におけるＸ−Ｙ線での断面図である。図１５は、本実施形態の積層パターンアンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示すグラフである。尚、第１の実施形態の積層パターンアンテナと同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施形態の積層パターンアンテナは、第１〜第３の実施形態の積層パターンアンテナのように、他の回路パターンなどが構成される基板に構成されるものでなく、他の回路パターンなどが構成される回路基板とは別の基板に積層パターンアンテナを構成するとともに、このように積層パターンアンテナが構成された基板が、他の回路パターンなどが構成される基板上に設置されて構成されるものである。
【００６３】
即ち、本実施形態の積層パターンアンテナは、図１１のように、その表面に線状に形成された接地用導体部４ａを有するガラスエポキシ基板６ｄの表面に形成された逆Ｌ形状アンテナパターン２と、図１２のように、その裏面に線状に形成された２つの接地用導体部４ａと後述する回路基板１０の各部と電気的に接続するための複数のランドマーク１１ａとを有するガラスエポキシ基板６ｄの裏面に形成された逆Ｆ形状アンテナパターン１とで構成される。
【００６４】
このとき、第１の実施形態（図１及び図２）と同様、ガラスエポキシ基板６ｄの表面及び裏面に形成された接地用導体部４ａは、ガラスエポキシ基板６ｄを挟み、基板材料を介して重なり合うように形成され、この接地用導体部４ａに、スルーホール５ａが設けられる。又、ガラスエポキシ基板６ｄの裏面に構成される複数のランドマーク１１ａが、ガラスエポキシ基板６ｄの４隅、接地用導体部４ａ上、及び、２つの接地用導体部４ａに挟まれた位置に、それぞれ形成される。
【００６５】
このようなガラスエポキシ基板６ｄに形成される逆Ｆ形状アンテナパターン１と逆Ｌ形状アンテナパターン２は、第１の実施形態においてガラスエポキシ基板に形成された逆Ｆ形状アンテナパターン及び逆Ｌ形状アンテナパターンと同様、長手部パターン１ａと長手部パターン２ａ、及び、給電導電パターン１ｂと接地導電パターン２ｂがそれぞれ、ガラスエポキシ基板６ｄを挟み、基板材料を介して重なり合うように形成される。又、このように形成される逆Ｆ形状アンテナパターン１において、その給電導電パターン１ｂは、接地導電部４ａに挟まれた位置に配置されたランドパターン１１ａに接続される。
【００６６】
尚、本実施形態の積層パターンアンテナを構成する逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２の特徴は、第１の実施形態と同様のものとし、その詳細な説明については第１の実施形態を参照するものとして省略する。
【００６７】
このようにガラスエポキシ基板６ｄに逆Ｆ形状アンテナパターン１及び逆Ｌ形状アンテナパターン２が形成されて成る積層パターンアンテナが、その表面上に設置される回路基板１０について、図１３を参照して、以下に説明する。この回路基板１０は、第１の実施形態のガラスエポキシ基板６（図１）のように、その表面に、スルーホール５ｂが設けられた２つの接地用導体部４ｂと、この２つの接地用導体部４ｂに挟まれるように配置された給電伝送路３ａとが形成される。
【００６８】
又、ガラスエポキシ基板６ｄの裏面に設けられた各ランドパターン１１ａと物理的及び電気的に接続するためのランドパターン１１ｂが回路基板１０の隅、接地用導体部４ｂ上、給電伝送路３ａ上のそれぞれに形成される。よって、ガラスエポキシ６ｄ上、接地用導体部４ａ上、及び接地用導体部４ａに挟まれた位置に形成されたランドパターン１１ａが、回路基板１０上、接地用導体部４ｂ上、及び給電伝送路３ａ上に形成されたランドパターン１１ｂと重なるように、回路基板１０に積層パターンアンテナが設置される。
【００６９】
このとき、ガラスエポキシ基板６ｄの裏面の接地用導体部４ａと回路基板１０表面の接地用導体部４ｂ、及び、接地用導体部４ａに設けられたスルーホール５ａと接地用導体部４ｂに設けられたスルーホール５ｂが重なり合う。又、逆Ｆ形状アンテナパターン１において、給電導体パターン１ｂが、ランドパターン１１ａ，１１ｂを介して、給電伝送路３ａと電気的に接続されるとともに、接地導体パターン１ｃが、接地導体部４ａ及びランドパターン１１ａ，１１ｂを介して、接地導体部４ｂと電気的に接続される。更に、逆Ｌ形状アンテナパターン２において、接地導体パターン１ｃが、接地導体部４ａ、スルーホール５ａ及びランドパターン１１ａ，１１ｂを介して、接地導体部４ｂと電気的に接続される。
【００７０】
このようにして、回路基板１０上に、積層パターンアンテナが設置されるとき、回路基板１０、ガラスエポキシ基板６ｄ、逆Ｆ形状アンテナパターン１、逆Ｌ形状アンテナパターン２の関係は、図１４のような断面で表される。即ち、回路基板１０の表面とガラスエポキシ基板６ｄの裏面の間に逆Ｆ形状アンテナパターン１が形成され、ガラスエポキシ基板６ｄの表面に逆Ｌ形状アンテナパターン２が形成される。
【００７１】
このように構成された積層パターンアンテナの電圧定在波比の周波数特性が、図１５のようになり、第１の実施形態（図４）と同様、従来のもの（図２２）と比べて、ＶＳＷＲ＜２となる周波数帯域が広くなる。よって、広い周波数帯域において、良好なインピーダンス整合をとることができ、広い周波数帯域の通信信号を送受信することができる。
【００７２】
尚、本実施形態では、第１の実施形態と同様の構成の積層パターンアンテナを回路基板上に搭載するような構成としたが、第２又は第３の実施形態と同様の構成の積層パターンアンテナを回路基板上に搭載するような構成としても構わない。
【００７３】
上述した第１〜第４の実施形態の積層パターンアンテナにおける接地用導体部との間隔と、その電圧定在波比の周波数特性との関係は、図１６のように、その間隔が広いほど、ＶＳＲＷ＜２となる使用周波数帯域が広がることがわかる。積層パターンアンテナにおける接地用導体部との間隔を0.02×λよりも狭くしたとき、積層パターンアンテナの使用周波数帯域が、図１６のグラフのものと比べて更に狭くなるため、アンテナとしての機能が劣化することがわかる。
【００７４】
よって、接地用導体部との間隔を0.02×λ以上と、その間隔を広くすることで広い周波数帯域の通信信号を良好に送受信することができる。尚、図１６は、第２の実施形態の積層パターンアンテナを用いたときのシミュレーション結果で、逆Ｌ形状アンテナパターン７，８の長手部パターン７ａ，８ａと接地用導体部４との間隔を、0.02×λ、0.03×λ、0.04×λとしたときの積層パターンアンテナの電圧定在波比の周波数特性を示したグラフである。
【００７５】
尚、第１〜第４の実施形態において、逆Ｆ形状アンテナパターン及び逆Ｌ形状アンテナパターンを、その長手部パターンが直線状のものを例示して説明したが、このような構成に限定されるものではなく、例えば、図１７（ａ）のように、長手部パターンの開放端側が接地用導体部の方に垂直に折れた鈎状パターンを備えるような構成のものでも構わない。又、図１７（ｂ）のように、長手部パターンの開放端側をメアンダ状にしたメアンダ状パターンを備えるような構成のものでも構わない。このような構成にすることによって、各アンテナパターンを設置する領域面積を狭くすることができ、アンテナの小型化を図ることができる。尚、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）には、給電導電パターンと接地導電パターンとを備えた励振素子としたが、給電導電パターンのみを備えた励振素子、又は、接地導電パターンのみを備えた無給電素子に適用しても構わない。
【００７６】
又、図１８（ａ）のように、長手部パターンの開放端と接地導体部との間にチップコンデンサＣ１を設けるような構成としても構わないし、又、図１８（ｂ）のように、長手部パターンを２つに分離し、その間にチップコンデンサＣ２を設けるような構成としても構わない。このように、容量値となるチップコンデンサＣ１，Ｃ２が設けられるため、各アンテナパターンの経路長を短くすることができる。よって、各アンテナパターンを設置する領域面積を狭くすることができ、アンテナの小型化を図ることができる。尚、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）には、給電導電パターンと接地導電パターンとを備えた励振素子としたが、給電導電パターンのみを備えた励振素子、又は、接地導電パターンのみを備えた無給電素子に適用しても構わない。
【００７７】
又、積層パターンアンテナを形成するための基板を、比較的誘電率の低いガラスエポキシ基板としたが、例えば、3GHz以上の高周波信号を送受信するアンテナにおいては、更に誘電率が低く誘電損失の少ないテフロングラス基板を用いることも可能である。
【００７８】
尚、逆Ｆ形状アンテナパターンや逆Ｌ形状アンテナパターンなどの各アンテナパターンは、通常の回路基板における回路パターン形成と同様に、エッチングによるパターニングや印刷形成などを用いて、パターン形成できるものである。
【００７９】
＜本発明のアンテナを備えた無線装置の一例＞
第１〜第４の実施形態のような構成のアンテナが設けられた無線装置について、以下に説明する。図１９は、本実施例の無線装置の内部構成を示すブロック図である。
【００８０】
図１９に示す無線装置は、外部より音声や映像やデータが入力される入力部２０と、入力部２０に入力されたデータを符号化する符号化回路２１と、符号化回路２１で符号化されたデータを変調する変調回路２２と、変調回路２２で変調された信号を増幅して安定した送信信号とする送信回路２３と、信号の送受信を行うアンテナ２４と、アンテナ２４で受信された受信信号を増幅するとともに所定の周波数域の信号を通過させる受信回路２５と、受信回路２５で増幅された受信信号の検波を行って復調する復調回路２６と、復調回路２６より与えられる信号を復号化する復号化回路２７と、復号化回路２７で複合された音声や映像やデータなどを出力する出力部２８とを有する。
【００８１】
このような無線装置によると、まず、マイクやカメラやキーなどのような入力部２０によって入力される音声や映像やデータが、符号化回路２１で符号化される。次に、この符号化されたデータが、変調回路２２において、所定の周波数の搬送波で変調されると、この変調された信号が送信回路２３で増幅される。そして、第１〜第４の実施形態で説明した積層パターンアンテナで構成されたアンテナ２４より、送信信号として放射される。
【００８２】
又、アンテナ２４より受信信号が入射されると、まず、受信回路２５で増幅されるとともに、この受信回路２５に設けられるフィルタ回路などによって、所定の周波数域の信号が通過されて、復調回路２６に送出される。次に、復調回路２６では、受信回路２５より与えられる信号を検波することによって復調を行い、このように復調された信号が復号化回路２７で復号化される。そして、復号化回路２７で復号化されることによって得た音声や映像やデータが、スピーカやディスプレイなどの出力部２８に出力される。
【００８３】
この無線通信装置において、第１〜第３の実施形態のような積層パターンアンテナがアンテナ２４として使用されるとき、このアンテナ２４が形成される基板上には、符号化回路２１、変調回路２２、送信回路２３、受信回路２５、復調回路２６、復号化回路２７が、回路パターンとして形成される。又、第４の実施形態のような積層パターンアンテナがアンテナ２４として使用されるとき、符号化回路２１、変調回路２２、送信回路２３、受信回路２５、復調回路２６、復号化回路２７が、回路パターンとして形成される回路基板上に、アンテナ２４が形成された基板が、それぞれの基板に備えられたランドパターンが接続されることで、設置される。
【００８４】
尚、本例では、第１〜第４の実施形態で説明した積層パターンアンテナを、送受信を行うための送受信用のアンテナとした無線装置を一例に挙げたが、もちろん、受信のみを行うための受信用のアンテナとして使用した無線受信装置としても構わないし、又、送信のみを行うための送信用のアンテナとして使用した無線送信装置としても構わない。
【００８５】
【発明の効果】
本発明の積層パターンアンテナによると、アンテナパターンでアンテナが形成されるため、従来のように、立体的な空間を必要することがなく、又、屈曲させることにより、このようなアンテナパターンを形成する領域を狭めることができる。よって、アンテナ自身の小型化を図ることができるとともに、本発明の積層パターンアンテナを搭載する無線装置の小型化に貢献することができる。又、複数の励振素子や無給電素子となるアンテナパターンで形成されるため、広帯域の周波数帯域でインピーダンス整合をとることができるため、広帯域の周波数の信号送受信するアンテナを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の積層パターンアンテナにおける逆Ｆ形状アンテナパターンの構成を示す平面図。
【図２】第１の実施形態の積層パターンアンテナにおける逆Ｌ形状アンテナパターンの構成を示す平面図。
【図３】第１の実施形態の積層パターンアンテナの構成を示す断面図。
【図４】第１の実施形態の積層パターンアンテナの電圧定在波比の周波数特性を示す図。
【図５】第２の実施形態の積層パターンアンテナにおける逆Ｌ形状アンテナパターンの構成を示す平面図。
【図６】第２の実施形態の積層パターンアンテナにおける逆Ｌ形状アンテナパターンの構成を示す平面図。
【図７】第２の実施形態の積層パターンアンテナの構成を示す断面図。
【図８】第２の実施形態の積層パターンアンテナの電圧定在波比の周波数特性を示す図。
【図９】第３の実施形態の積層パターンアンテナの構成を示す断面図。
【図１０】第３の実施形態の積層パターンアンテナの電圧定在波比の周波数特性を示す図。
【図１１】第４の実施形態の積層パターンアンテナにおける逆Ｌ形状アンテナパターンの構成を示す平面図。
【図１２】第４の実施形態の積層パターンアンテナにおける逆Ｆ形状アンテナパターンの構成を示す平面図。
【図１３】第４の実施形態の積層パターンアンテナが設置される回路基板の表面の構成を示す平面図。
【図１４】第４の実施形態の積層パターンアンテナの構成を示す断面図。
【図１５】第４の実施形態の積層パターンアンテナの電圧定在波比の周波数特性を示す図。
【図１６】積層パターンアンテナの配置位置による電圧定在波比の周波数特性の影響を示す図。
【図１７】鈎状パターン又はメアンダ状パターンを有するアンテナパターンの構成を示す平面図。
【図１８】チップコンデンサが設けられたアンテナパターンの構成を示す平面図。
【図１９】本発明の無線装置の内部構成の一例を示すブロック図。
【図２０】従来の逆Ｆ形状アンテナの構成を示す上面図。
【図２１】従来の逆Ｆ形状アンテナの構成を示す断面図。
【図２２】従来の逆Ｆ形状アンテナの電圧定在波比の周波数特性を示す図。
【符号の説明】
１ 逆Ｆ形状アンテナパターン
２ 逆Ｌ形状アンテナパターン
３ 給電伝送路
４ 接地用導体部
５ スルーホール
６ ガラスエポキシ基板
７ 逆Ｌ形状アンテナパターン
８ 逆Ｌ形状アンテナパターン
９ 多層ガラスエポキシ基板
１０ 回路基板
１１ａ，１１ｂ ランドパターン

Claims (20)

1. 接地電圧が与えられる接地導体部をその表面に備える基板に設けられる積層パターンアンテナにおいて、
   一端を開放端として備えるとともに前記接地導体部の外周端辺に略平行に形成される長手部パターンと、一端を給電部とするとともに他端が前記長手部パターンの他端と接続されて屈曲部を構成する給電導体パターンと、を備えるとともに、前記基板の第１表面に励振素子として形成される第１アンテナパターンと、
   一端を開放端として備えるとともに前記接地導体部の外周端辺に略平行に形成される長手部パターンと、前記接地導体部と一端が接続されるとともに他端が前記長手部パターンの他端と接続されて屈曲部を構成する接地導体パターンと、を備えるとともに、前記基板の第２表面に無給電素子として形成される第２アンテナパターンと、
   を有し、
   前記第１アンテナパターンの前記長手部パターンと前記第２アンテナパターンの前記長手部パターンとが基板材料を介して重ね合うように形成されるとともに、前記第１アンテナパターンの前記給電導体パターンと前記第２アンテナパターンの前記接地導体パターンとが基板材料を介して重ね合うように形成されることを特徴とする積層パターンアンテナ。
2. 接地電圧が与えられる接地導体部を各層の表面に備える基板に設けられる積層パターンアンテナにおいて、
   前記基板が多層基板であり、
   一端を開放端として備えるとともに前記接地導体部の外周端辺に略平行に形成される長手部パターンと、一端を給電部とするとともに他端が前記長手部パターンの他端と接続されて屈曲部を構成する給電導体パターンと、を備えるとともに、前記基板を構成する層の表面又は界面に励振素子として形成された複数の第１アンテナパターンと、
   一端を開放端として備えるとともに前記接地導体部の外周端辺に略平行に形成される長手部パターンと、前記接地導体部と一端が接続されるとともに他端が前記長手部パターンの他端と接続されて屈曲部を構成する接地導体パターンと、を備えるとともに、前記基板を構成する層の表面又は界面に無給電素子として形成された複数の第２アンテナパターンと、
   を有し、
   前記複数の第１及び第２アンテナパターンが形成される層の面が全て異なるとともに、前記第１アンテナパターンの前記長手部パターンと前記第２アンテナパターンの前記長手部パターンとが基板材料を介して重ね合うように形成されるとともに、前記第１アンテナパターンの前記給電導体パターンと前記第２アンテナパターンの前記接地導体パターンとが基板材料を介して重ね合うように形成されることを特徴とする積層パターンアンテナ。
3. 前記基板が接地導体部を備え、
   前記第１及び第２アンテナパターンにおいて、
   使用周波数帯域の中心周波数におけるアンテナの実効波長をλとしたとき、
   前記屈曲部と前記開放端との間で形成されるパターンと該パターンに対向する前記接地導体部の外周端辺との間隔が0.02×λ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層パターンアンテナ。
4. 前記第２アンテナパターンが、逆Ｌ形状パターンであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載された積層パターンアンテナ。
5. 前記第１アンテナパターンが、逆Ｌ形状パターンであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載された積層パターンアンテナ。
6. 前記第１アンテナパターンが、前記給電部と前記開放端の間の一点が接地された逆Ｆ形状パターンであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載された積層パターンアンテナ。
7. 前記第１アンテナパターンにおいて、前記接地導体部に一端が接続されるとともに前記長手部パターンの一点に他端が接続された接地導体パターンが設けられるとともに、当該接地導体パターンが、前記給電導体パターンと比べて、前記開放端から近い位置に形成されることを特徴とする請求項６に記載の積層パターンアンテナ。
8. 前記第１アンテナパターンにおいて、前記給電導体パターンが、前記長手部パターンと略垂直に構成されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の積層パターンアンテナ。
9. 前記第１アンテナパターンにおいて、前記長手部パターンが、前記開放端側を屈曲させた鈎状のパターン、又はその一部がメアンダ状に屈曲されたパターンであることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載された積層パターンアンテナ。
10. 前記第２アンテナパターンにおいて、前記接地導体パターンが、前記長手部パターンと略垂直に構成されることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の積層パターンアンテナ。
11. 前記第２アンテナパターンにおいて、前長手部パターンが、前記開放端側を屈曲させた鈎状のパターン、又はその一部がメアンダ状に屈曲されたパターンであることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載された積層パターンアンテナ。
12. 使用周波数帯域の中心周波数におけるアンテナの実効波長をλとしたとき、
    前記第１アンテナパターンの経路長Ｌ１が、
    0.236×λ≦Ｌ１＜0.25×λ
    であることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の積層パターンアンテナ。
13. 使用周波数帯域の中心周波数におけるアンテナの実効波長をλとしたとき、
    前記第２アンテナパターンの経路長Ｌ２が、
    0.25×λ≦Ｌ２＜0.273×λ
    であることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の積層パターンアンテナ。
14. 前記第１又は第２アンテナパターンの少なくともいずれか一方のパターン上にチップコンデンサが配設されることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の積層パターンアンテナ。
15. 前記第１及び第２アンテナパターンにおいて、それぞれのパターン線幅が0.5mm以上であることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の積層パターンアンテナ。
16. 前記第１アンテナパターン及び前記第２アンテナパターンが、前記基板の端部に構成されることを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の積層パターンアンテナ。
17. 前記基板がガラスエポキシ基板又はテフロングラス基板であることを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の積層パターンアンテナ。
18. 前記基板に、他の回路パターンが構成されることを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の積層パターンアンテナ。
19. 前記基板に、他の基板と電気的に接続するためのランドパターンが設けられることを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれかに記載の積層パターンアンテナ。
20. 外部への通信信号の送信又は外部からの通信信号の受信の少なくともいずれか一方を行うアンテナを有する無線通信装置において、
    前記アンテナを、請求項１〜請求項１９のいずれかに記載の積層パターンアンテナとすることを特徴とする無線通信装置。

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