JP2005203817A

JP2005203817A - 表面実装型アンテナ装置および電子機器

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Publication number: JP2005203817A
Application number: JP2004004868A
Authority: JP
Inventors: Masahide Sato; 当秀佐藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】基板への実装誤差が存在したとしてもアンテナ特性のばらつきを最小限に抑え得る表面実装型アンテナ装置を提供する。
【解決手段】誘電体で平板状に形成された基体１１と、基体１１の一方の面１１ａに形成された放射導体１２と、基体１１の他方の面１１ｂに形成された給電端子１３と、基体１１の表面に形成されて給電端子１３と放射導体１２とを高周波的に接続する給電導体１４とを備え、基体１１の他方の面１１ｂ内であって平面視状態で放射導体１２と重ならない位置において給電端子１３を挟むようにして接地用導体１５，１５が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘電体を基体とする表面実装型アンテナ装置、およびこの表面実装型アンテナ装置を備えた電子機器に関するものである。

本願出願人は、誘電体を基体として指向性を有する表面実装型アンテナ装置として、特開２００２−２９０１４３号公報に表面実装型アンテナを提案している。この表面実装型アンテナは、誘電体ブロックの一方の面に形成された放射導体および給電端子と、誘電体ブロックの他方の面に形成された地板導体（接地用導体）とを備えるサイド給電方式の表面実装型アンテナであって、誘電体ブロックの側面のうち、少なくとも給電端子が形成された側の側面には給電端子に接続されるべき給電導体が形成されていない構成を備えている。この表面実装型アンテナでは、誘電体ブロックの側面のうち、給電端子が形成された側の側面には給電端子に接続されるべき給電導体が形成されていないことから、基板に立てて実装するのに適している。したがって、基板に表面実装型アンテナを立てて実装することにより、誘電体ブロックにおける一方の面側の基板に対して略水平方向が最大放射方向となるため、特に無線ＬＡＮを構成するコンピュータや、プリンタ、スキャナ等の周辺機器への適用が好適となる。

その一方、表面実装型アンテナ装置を搭載した電子機器（例えば無線ＬＡＮを構成するコンピュータ、プリンタおよびスキャナ等）同士が、互いに異なる階に位置して通信を行う状況もある。このため、このような状況においても、双方が良好に通信できるのが好ましい。本願発明者は、実装される基板の両面側においてその垂直方向（上下方向）が最大放射方向となる表面実装型アンテナ装置に対するこのようなニーズにも対応すべく、この種の表面実装型アンテナ装置に対する研究開発も実施している。この結果、発明者は、この種の実装される基板に対する上方向および下方向の双方が最大放射方向となる表面実装型アンテナ装置５１を開発した。この表面実装型アンテナ装置５１は、図９に示すように、ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの誘電体で構成された基体５２と、その一方の面（同図中の上面）５２ａに形成された放射導体５３と、他方の面（同図中の下面）５２ｂに形成された給電端子５４と、基体５２の一方の面５２ａおよび内部に形成されて給電端子５４と放射導体５３とを電気的に接続する給電導体５５とを備えている。また、この表面実装型アンテナ装置５１では、基体５２の他方の面５２ｂにおける放射導体５３と対向する部位において、放射導体５３からの電波の射出および放射導体５３への電波の入射を阻害する接地導体が形成されていない構成を採用するのが好ましいことを見出した。さらに、電子機器の基板６１における表面実装型アンテナ装置５１の実装部位Ａにおいても、放射導体５３と対向する位置において、上記したような電波の射出および入射を阻害するおそれのある接地導体が形成されていない構成を採用するのが好ましいことを見出した。
特開２００２−２９０１４３号公報（第３頁）

ところが、上記の表面実装型アンテナ装置５１には、以下の解決すべき課題がある。すなわち、この表面実装型アンテナ装置５１は、通常、図１０に示すように、コプレーナ線路として基板６１に形成された給電ライン６２の先端部分に給電端子５４を接続するようにして基板６１に実装される。この場合、この表面実装型アンテナ装置５１では、入力インピーダンス等のアンテナ特性が単体状態のときに所定の特性を満たすように設計されている。ところが、基板６１への実装位置が異なったときには、基板６１に形成された接地導体６３に対する放射導体５３の位置も変化して両者間に形成される静電容量が変化するため、アンテナ特性が大きく変化する。このため、所望のアンテナ特性を得るためには、表面実装型アンテナ装置５１を基板６１の実装部位Ａに正確に実装する必要がある。しかしながら、基板６１の実装部位Ａに表面実装型アンテナ装置５１を常に正確に実装するのは難しく、例えば、量産ラインなどのようにある程度の実装誤差を許容せざるを得ない製造工程において実装するのは極めて困難となる。このため、表面実装型アンテナ装置５１を基板６１に実装した際にアンテナ特性が大きくばらつくおそれがあるという解決すべき課題が存在する。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、基板への実装誤差が存在したとしてもアンテナ特性のばらつきを最小限に抑え得る表面実装型アンテナ装置を提供することを主目的とする。また、アンテナ特性のばらつきの少ない電子機器を提供することを他の主目的とする。

上記目的を達成すべく本発明に係る表面実装型アンテナ装置は、誘電体で平板状またはブロック状に形成された基体と、当該基体の一方の面および内部の少なくとも一方に形成された放射導体と、前記基体の他方の面に形成された給電端子と、前記基体の表面および内部の少なくとも一方に形成されて前記給電端子と前記放射導体とを高周波的に接続する給電導体とを備え、前記基体の前記他方の面内であって平面視状態で前記放射導体と重ならない位置において前記給電端子を挟むようにして接地用導体が形成されている。ここで、「高周波的に接続する」とは、給電端子と放射導体とを給電導体を介して直接接続する構成、および給電端子に接続された給電導体と放射導体とをコンデンサカップリング（容量結合）によって接続する構成を含む概念をいうものとする。

この場合、前記基体を平面視長方形に形成し、前記基体の一の側壁側に前記放射導体を配設し、前記基体における前記一の側壁と対向する他の側壁側に前記給電端子を配設し、前記基体の前記他の側壁に沿って前記接地用導体を形成するのが好ましい。

また、本発明に係る電子機器は、上記の表面実装型アンテナ装置と、コプレーナ線路の給電ラインが一方の面に形成された基板とを備え、前記表面実装型アンテナ装置は、前記基板を平面視した状態において、当該基板に形成されて前記給電ラインと共にコプレーナ線路を構成する一対の接地導体と前記放射導体とが重ならず、かつ前記給電端子が前記給電ラインの先端部に接続されると共に前記各接地用導体が対応する前記各接地導体の一部とそれぞれ接続された状態で当該基板の前記一方の面上に配設されている。

本発明に係る表面実装型アンテナ装置によれば、基体の他方の面内であって平面視状態で放射導体と重ならない位置において給電端子を挟むようにして接地用導体を形成したことにより、表面実装型アンテナ装置に対する給電ラインがコプレーナ線路として形成された基板上に実装する際に、その基板を平面視した状態において給電ラインと共にコプレーナ線路を構成する一対の接地導体と放射導体とが重ならず、かつ給電端子が給電ラインの先端部に接続されると共に各接地用導体の少なくとも一部と基板の一方の面に形成された対応する各接地導体とをそれぞれ接続した状態で実装することができる。このため、基板に対して表面実装型アンテナ装置を実装する際に実装位置から多少位置ずれしたとしても、つまり基板への実装誤差が存在したとしても、各接地導体にそれぞれ接続されている各接地用導体と放射導体との位置関係が一定に保たれる。したがって、基板の接地導体と放射導体との間に形成される静電容量をほぼ一定に維持することができる結果、入力インピーダンスなどの表面実装型アンテナ装置におけるアンテナ特性に生じるばらつきを最小限に抑えることができる。

本発明に係る表面実装型アンテナ装置によれば、基体を平面視長方形に形成し、基体の一の側壁側に放射導体を配設し、基体における一の側壁と対向する他の側壁側に給電端子を配設し、基体の他の側壁に沿って接地用導体を形成したことにより、基体の他の側壁と基板に形成された各接地導体の縁部とがそれぞれ平行になるように表面実装型アンテナ装置を基板に実装することで、表面実装型アンテナ装置に形成された各接地用導体と基板に形成された各接地導体とのそれぞれの重なり状態を確実かつ容易に均一化することができる。したがって、基板に形成された各接地導体に対して表面実装型アンテナ装置が傾いて実装されることに起因して生じる入力インピーダンスなどのアンテナ特性のばらつきを一層低減することができる。

また、本発明に係る電子機器によれば、上記した表面実装型アンテナ装置と、給電ラインがコプレーナ線路として一方の面に形成された基板とを備え、その基板を平面視した状態において給電ラインと共にコプレーナ線路を構成する一対の接地導体と放射導体とが重ならず、かつ給電端子が給電ラインの先端部に接続されると共に各接地用導体の少なくとも一部と基板の一方の面に形成された対応する各接地導体とがそれぞれ接続されるようにして表面実装型アンテナ装置を基板上に配設したことにより、基板に対して表面実装型アンテナ装置を実装する際に実装位置から多少位置ずれしていたとしても、つまり基板への実装誤差が存在していたとしても、各接地導体にそれぞれ接続されている各接地用導体と放射導体との位置関係が一定に保たれる。したがって、基板の接地導体と放射導体との間に形成される静電容量をほぼ一定に維持することができるため、入力インピーダンスなどの表面実装型アンテナ装置におけるアンテナ特性に生じるばらつきを最小限に抑えることができる。この結果、アンテナ特性のばらつきの少ない、言い換えればアンテナ特性のほぼ一定な電子機器を提供することができる。

以下、本発明に係る表面実装型アンテナ装置および電子機器の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、電子機器１の構成について、図面を参照して説明する。なお、無線伝送機能を備えたパソコン（以下、「パソコン１」ともいう）を電子機器１の一例として説明する。

パソコン１は、図１に示すように、パソコン１を構成する基板（本発明における「基板」）２上に実装された表面実装型アンテナ装置（以下、「アンテナ装置」ともいう）３を備えて、無線伝送機能を有している。基板２には、ＣＰＵ、メモリ、およびアンテナ装置３に給電を行う給電回路（いずれも図示せず）が実装されている。また、基板２の一方の面には、図４に示すように、給電回路とアンテナ装置３とを接続するための給電ライン４が、この給電ライン４を挟むようにして形成された一対の接地導体（グランドプレーン）５，５と共にコプレーナ線路として形成されている。

アンテナ装置３は、無指向性アンテナであって、図２，３に示すように、基体１１、放射導体１２、給電端子１３、給電導体１４および一対の接地用導体１５，１５を備えて構成されている。この場合、基体１１は、ガラスエポキシ樹脂基板や磁性体等の誘電体を用いて、平面視長方形の平板状またはブロック状（本例では一例として平板状）に形成されている。放射導体１２は、基体１１の一方の面または内部（本例では一例として一方の面（図２中の上面）１１ａ）に形成されている。また、放射導体１２は、一例として、基体１１を平面視した状態において平面視円形に形成されて、基体１１の一の側壁（図２中の右側壁）１１ｃ側に配設されている。給電端子１３は、基体１１における一方の面１１ａと対向する他方の面（図２中の下面）１１ｂ上であって、基体１１の一の側壁と対向する他の側壁（図２中の左側壁）１１ｄ側の中央部分に配設（形成）されている。給電導体１４は、給電端子１３と放射導体１２とを高周波的に接続すべく、基体１１の表面および内部の少なくとも一方に形成されている。一例として、給電導体１４は、スルーホールまたはビアホールによって基体１１を貫通するようにして基体１１の内部に形成されて、その一端側（図２中の上端側）が放射導体１２に直接接続され、その他端側（図２中の下端側）が給電端子１３に直接接続されている。なお、本例では、給電導体１４と放射導体１２とを直接接続する構成を採用しているが、アンテナ装置３から送信したりアンテナ装置３で受信したりする信号が高周波信号のため、直接接続する構成に代えて、コンデンサカップリングによって接続する構成（容量結合の構成）を採用することもできる。一対の接地用導体１５，１５は、図２，３に示すように、基体１１の他方の面１１ｂ内であって平面視状態で放射導体１２と重ならない位置において給電端子１３を挟むようにして形成されている。具体的には、各接地用導体１５は、基体１１の他方の面１１ｂにおける他の側壁（図２中の左側壁）１１ｄ側において、その側壁１１ｄの縁部（延在方向）に沿って形成されている。

このパソコン１では、図５に示すように、アンテナ装置３は、基板２を平面視した状態において、基板２に形成された各接地導体５，５と放射導体１２とが重ならず、かつ他方の面１１ｂに形成された給電端子１３が給電ライン４の先端部に接続されると共に各接地用導体１５，１５が対応する各接地導体５，５の一部とそれぞれ接続された状態で（接触する状態で）、基板２の一方の面上に実装される。ここで、各接地用導体１５，１５に対応する各接地導体５，５とは、図５に示すように、給電端子１３と給電ライン４の先端部とを接続した状態でアンテナ装置３を基板２に実装したときに、給電ライン４および給電端子１３を基準として、一方の接地用導体１５と同じ側に位置する接地導体５をいう。したがって、この基板２では、同図に示すように、給電ライン４および給電端子１３を基準として、その上側に位置する接地用導体１５と接地導体５とが対応し、その下側に位置する接地用導体１５と接地導体５とが対応している。

この場合、アンテナ装置３の実装に際しては、アンテナ装置３の基体１１における他方の面１１ｂ内であって平面視状態で放射導体１２と重ならない位置において給電端子１３を挟むようにして接地用導体１５，１５が形成されているため、確実かつ容易に上記の実装状態で実装することができる。したがって、アンテナ装置３を実装する際に実装位置から多少位置ずれしたとしても（図５に示す距離Ｌ１が変動したとしても）、つまり基板２への実装誤差が存在したとしても、各接地導体５，５にそれぞれ接続されている各接地用導体１５，１５と放射導体１２との位置関係（図５に示す距離Ｌ２）が一定に保たれる。したがって、基板２の接地用導体１５，１５と放射導体１２との間に形成される静電容量をほぼ一定に維持することができる結果、入力インピーダンスなどのアンテナ装置３におけるアンテナ特性に生じるばらつきを最小限に抑えることができる。この結果、アンテナ特性のばらつきの少ない、言い換えればアンテナ特性のほぼ一定なパソコン１が実現される。

また、基板２にアンテナ装置３を実装する際には、アンテナ装置３の基体１１の他の側壁１１ｄと基板２に形成された各接地導体５，５の縁部とがそれぞれ平行になるようにアンテナ装置３を基板２に実装する。この際には、アンテナ装置３に形成された各接地用導体１５，１５と基板２に形成された各接地導体５，５とのそれぞれの重なり状態を確実かつ容易に均一化することができる。したがって、アンテナ装置３が基板２に形成された各接地導体５，５に対して傾いて実装されることに起因して生じる入力インピーダンスなどのアンテナ特性のばらつきを一層低減することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記のアンテナ装置３では、平面視長方形に形成された基体１１の表面に円形の放射導体１２を形成した構成が採用されているが、基体１１の形状は平面視長方形に限定されず、円形、楕円形、多角形等、各種の形状で構成することができる。また、放射導体１２の形状も、長方形、楕円形、多角形等、各種の形状で構成することができる。さらに、必ずしも基体１１の表面に放射導体１２を形成する必要はなく、多層基板の内層（内部）に放射導体１２を形成する構成を採用することもできる。また、上記のアンテナ装置３では、基体１１を貫通するようにして基体１１の内部に給電導体１４を形成する構成が採用されているが、図６に示すアンテナ装置２３のように、基体１１の表面にのみ給電導体２４を形成する構成を採用したアンテナ装置にも本発明を適用することができる。このアンテナ装置２３では、放射導体１２が形成された基体１１の一方の面１１ａから基体１１における給電端子１３が形成された側に位置する側壁１１ｄを経由して給電端子１３に達する給電導体２４が形成されている。なお、アンテナ装置３と同一の構成要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、電子機器の一例としてアンテナ装置３を搭載したパソコン１を例に挙げて説明したが、パソコン以外の電子機器、例えば、カード型などの各種アダプタや、携帯端末に対しても本発明を適用できるのは勿論である。

次に、具体的に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。

図２に示すアンテナ装置３と同一構成のアンテナ装置を作製して実施例とした。また、アンテナ装置３の構成要素のうちの接地用導体１５，１５だけが形成されていない構成のアンテナ装置を作製して比較例とした。

次いで、実施例および比較例に係るアンテナ装置を、図５に示す距離Ｌ１を、０．０ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍというように少しずつずらしながら実装して、各位置におけるＶＳＷＲ（電圧定在波比）を給電ライン４からアンテナ装置に供給する信号の周波数を変えて測定した。実施例に係るアンテナ装置３についてのＶＳＷＲ特性を図７に示し、比較例に係るアンテナ装置についてのＶＳＷＲ特性を図８に示す。

図８によれば、比較例に係るアンテナ装置では、距離Ｌ１が増加するに従ってＶＳＷＲのばらつきが大きくなると共に、「ＶＳＷＲ＝１」から外れる度合いが大きくなるのが確認された。ここで、「ＶＳＷＲ＝１」とは、給電ライン４とアンテナ装置３とが完全な整合状態であることを意味するため、比較例に係るアンテナ装置では、距離Ｌ１が増加するに従ってそのアンテナ特性（入力インピーダンス）に生じるばらつきが大きくなり、その結果として、アンテナ装置と給電ライン４との整合状態が次第に悪化するものと考えられる。これに対して、図７によれば、実施例に係るアンテナ装置３では、距離Ｌ１が増加したとしても、ＶＳＷＲのばらつきがそれほど変動していない。特に、４ＧＨｚ以上１１ＧＨｚ以下の帯域においてはＶＳＷＲを２未満に維持できるのが確認された。つまり、実施例に係るアンテナ装置３では、距離Ｌ１が増加したとしても、そのアンテナ特性（入力インピーダンス）に生じるばらつきが最小限に抑えられるため、同図に示すように、超広帯域（４ＧＨｚ以上１１ＧＨｚ以下の帯域）に亘ってアンテナ装置３のインピーダンスと給電ライン４のインピーダンスとをほぼ整合状態に維持されている。

パソコン１の構成を示す一部切欠きの斜視図である。アンテナ装置３の構成を示す斜視図である。アンテナ装置３の底面図である。基板２におけるアンテナ装置３の実装部位を拡大した平面図である。基板２にアンテナ装置３を実装した状態の平面図である。アンテナ装置２３の構成を示す斜視図である。実施例についてのＶＳＷＲ特性図である。比較例についてのＶＳＷＲ特性図である。本願発明者が既に開発しているアンテナ装置５１の構成を示す斜視図である。電子機器を構成する基板６１にアンテナ装置５１を実装した状態の斜視図である。

符号の説明

１パソコン（電子機器）
２基板
３，２３アンテナ装置
４給電ライン
５接地導体
１１基体
１１ａ基体の一方の面
１１ｂ基体の他方の面
１２放射導体
１３給電端子
１４給電導体
１５接地用導体

Claims

誘電体で平板状またはブロック状に形成された基体と、当該基体の一方の面および内部の少なくとも一方に形成された放射導体と、前記基体の他方の面に形成された給電端子と、前記基体の表面および内部の少なくとも一方に形成されて前記給電端子と前記放射導体とを高周波的に接続する給電導体とを備え、
前記基体の前記他方の面内であって平面視状態で前記放射導体と重ならない位置において前記給電端子を挟むようにして接地用導体が形成されている表面実装型アンテナ装置。
前記基体は平面視長方形に形成され、
前記放射導体は、前記基体の一の側壁側に配設され、
前記給電端子は、前記基体における前記一の側壁と対向する他の側壁側に配設され、
前記接地用導体は、前記基体の前記他の側壁に沿って形成されている請求項１記載の表面実装型アンテナ装置。
請求項１または２記載の表面実装型アンテナ装置と、
コプレーナ線路の給電ラインが一方の面に形成された基板とを備え、
前記表面実装型アンテナ装置は、前記基板を平面視した状態において、当該基板に形成されて前記給電ラインと共にコプレーナ線路を構成する一対の接地導体と前記放射導体とが重ならず、かつ前記給電端子が前記給電ラインの先端部に接続されると共に前記各接地用導体が対応する前記各接地導体の一部とそれぞれ接続された状態で当該基板の前記一方の面上に配設されている電子機器。