JP2010081000A - 複合アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】放射電極と、この放射電極を励振する誘電体ブロックとを備えた複合アンテナにおいて、前記放射電極と前記誘電体ブロックとの位置関係のずれによる特性変化を抑えるとともに、高効率の複合アンテナを構成する。
【解決手段】複合アンテナ１０１は、放射電極部１９Ａ〜１９Ｆで構成される放射電極と、この放射電極を励振する誘電体ブロック１１とを備えている。放射電極部１９Ａ〜１９Ｆは樹脂成形体２１の表面に形成されている。樹脂成形体２１の下面には空洞部２２が形成されている。誘電体ブロック１１は誘電体セラミックの成形体である。この誘電体ブロック１１は樹脂成形体２１の空洞部内の天面に接着剤で接着されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、放射電極が形成された樹脂成形体と、誘電体セラミック材の誘電体ブロックとを備えた複合アンテナに関するものである。

放射電極とその放射電極を励振する誘電体ブロックとを備え、誘電体ブロックを介して放射電極を励振するようにした複合アンテナが特許文献１に示されている。

図１は特許文献１に示されている複合アンテナの斜視図である。図１に示されているように、ＰＣＢ基板６の角部に誘電体セラミック製のペレット１が備えられている。ＰＣＢ基板６の下面には接地面７が形成されている。ペレット１はＰＣＢ基板６の上面に形成されているマイクロストリップ給電線４によって直接励起される。給電線４にはコネクタ８が接続されている。

また、この複合アンテナにはＰＩＬＡ（板状逆Ｌアンテナ）９が設けられていて、ＰＩＬＡ９の所定位置を接地面７へ電気的に接続するとともにＰＩＬＡ９を保持する短絡バー１０が設けられている。

ＰＩＬＡ９とペレット１の上面２との間は所定の間隔が保たれている。これにより、ペレット１による誘電体アンテナ（ＨＤＡ）と容量結合してＰＩＬＡ９が励振される。
特表２００６−５２７９４９号公報

ところが、図１に示したような複合アンテナにおいては、ＰＩＬＡ９とペレット１の上面２との間隔によって両者の容量結合が変動するので、ＰＣＢ基板６に対するＰＩＬＡ９の保持精度、ペレット１の寸法精度、及び取り付け精度の影響を大きく受けて、安定したアンテナ特性が得にくいという問題があった。

このような問題を解消する方法として、単一の樹脂成形体にＰＩＬＡ９及びペレット１を設け、ＰＩＬＡ９及びペレット１が設けられた樹脂成形体をＰＣＢ基板６に実装するようにすればよい。

しかし、ＰＩＬＡ９は樹脂成形体に対する金属板のモールド成形によって構成できるが、ペレット１は高誘電率を必要とするため、ＰＩＬＡ部分とは異なる材料であって、一体モールド成形することができない。そのため、樹脂成形体に係合用の爪を設けてペレット１を嵌合させることになる。

しかし、樹脂成形体に対して、その樹脂成形体に設けた爪でペレット１を固定するためには、樹脂成形体の曲げ強度が実用上問題とならない程度に高くなければならず、使用可能な樹脂材料の選択範囲が限られてしまう。そのため、たとえばＡＢＳ等の、誘電体損失によるＱ値の低い樹脂材料を使用することになり、高効率のアンテナを得にくいという問題があった。

そこで、この発明の目的は、放射電極と、この放射電極を励振する誘電体ブロックとを備えた複合アンテナにおいて、放射電極と誘電体ブロックとの位置関係のずれによる特性変化を抑えるとともに、高効率の複合アンテナを提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明の複合アンテナは次のように構成する。
（１）放射電極と、前記放射電極を励振する誘電体ブロックとを備え、
前記放射電極は、空洞部を有する樹脂成形体の表面または内部に形成され、
前記誘電体ブロックは、誘電体セラミックの成形体であり、前記放射電極と給電電極との間に配置され、
前記誘電体ブロックが前記樹脂成形体の前記空洞部に接着剤で接着されることによって、前記誘電体ブロックと前記樹脂成形体とが一体化されている。

上述の構成によれば、前記誘電体ブロックが前記樹脂成形体の空洞部に接着剤で接着されるので、樹脂成形体の爪によって誘電体ブロックを固定する場合のように樹脂成形体の材料強度の制約がなく、Ｑ値の高い樹脂材料を用いることができる。その結果、高効率の複合アンテナが得られる。

また、放射電極と誘電体ブロックとが単一の樹脂成形体に設けられるので、この放射電極と誘電体ブロックとを備えた樹脂成形体を実装先の回路基板に実装することによって、特性の安定した複合アンテナを備えた電子機器が構成できる。

（２）前記給電電極は、前記誘電体ブロックの外面のうち、実装先の回路基板に設けられている給電端子が当接する面に形成されている。
この構成により、誘電体ブロックに形成された給電電極と樹脂成形体に設けられた放射電極との位置関係は、樹脂成形体に対する誘電体ブロックの取り付け位置精度だけで決定される。すなわち、回路基板に対して複合アンテナの取り付け位置がずれても、回路基板側の給電端子が誘電体ブロックに形成された給電電極に当接して電気的に導通すれば安定した特性が得られる。

（３）前記接着剤は、誘電体損に関するＱ値が３００以上である。
これにより高効率の複合アンテナが構成できる。

（４）前記樹脂成形体は液晶ポリマーまたはシンジオタックチックポリスチレン樹脂の成形体である。
これらの樹脂材はいずれもＱ値が３００以上であり、且つモールド成形が容易である。

この発明によれば、前記誘電体ブロックが前記樹脂成形体の空洞部に接着剤で接着されるので、樹脂成形体の爪によって誘電体ブロックを固定する場合のように樹脂成形体の材料強度の制約がなく、Ｑ値の高い樹脂材料を用いることができる。その結果、高効率の複合アンテナが得られる。

また、放射電極と誘電体ブロックとが単一の樹脂成形体に設けられるので、この放射電極と誘電体ブロックとを備えた樹脂成形体を実装先の回路基板に実装することによって、特性の安定した複合アンテナを備えた電子機器が構成できる。

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る複合アンテナ１０１の斜視図である。また、図３は複合アンテナ１０１を斜め下から見上げた図である。
複合アンテナ１０１は、放射電極部１９Ａ〜１９Ｆで構成される放射電極と、この放射電極を励振する誘電体ブロック１１とを備えている。放射電極部１９Ａ〜１９Ｆは樹脂成形体２１の表面に形成されている。この例では、直方体の２つの稜部分に丸みを持たせた形状である。樹脂成形体２１の下面には空洞部２２が形成されている。

樹脂成形体２１の上面には、放射電極部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ，１９Ｅが、それらによって渦巻き状になるように形成されている。樹脂成形体２１の１つの側面には放射電極部１９Ｅから連続する放射電極部１９Ｆが形成されている。

樹脂成形体２１は液晶ポリマーまたはシンジオタックチックポリスチレン（ＳＰＳ）樹脂を成形した部材である。誘電体ブロック１１は、誘電体セラミックの成形体である。この例では、誘電体ブロック１１は、直角三角形の直角部分に丸みを持たせた形状を底辺とする柱状体である。この誘電体ブロック１１は樹脂成形体２１の空洞部２２に接着剤で接着されている。図３に表れているように、誘電体ブロック１１の上面が樹脂成形体２１の内天面に、接着剤層２３を介して接着されている。

誘電体ブロック１１の湾曲した側面と、樹脂成形体２１の空洞部２２の湾曲した内側面とはほぼ同一となるようにそれぞれが成形されている。そのため、前記誘電体ブロック１１は樹脂成形体２１の空洞部２２のコーナー部分に沿って当接する。したがって、前記誘電体ブロック１１が樹脂成形体２１の空洞部２２のコーナー部分に沿って当接する状態で、誘電体ブロック１１の上面を樹脂成形体２１の内天面に接着することによって、樹脂成形体２１の定まった位置に誘電体ブロック１１が配置されることになる。

樹脂成形体２１の上面のうち、樹脂成形体２１に対する誘電体ブロック１１の接着位置と対向する位置が、前記放射電極に対する給電部ＦＰである。この給電部ＦＰから延びる放射電極部１９Ａが１つの放射電極として作用し、放射電極部１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆがもう１つの放射電極として作用する。

放射電極部１９Ａの根元部（給電部ＦＰに近い側）には短絡電極２０が形成されている。この短絡電極２０は樹脂成形体２１の上面から側面を経由し、樹脂成形体２１の下面から所定高さ（後述する接地端子３２の高さ）の位置で内部へ折り曲げ成形されている。

回路基板１６の上面には給電線１４及びこの給電線１４の形成領域を除くその他の範囲に接地電極１５が形成されている。回路基板１６の下面にも、図３に示すようにほぼ全面に接地電極１５が形成されている。

回路基板１６の上面には、給電線１４の先端部にその給電線１４と導通する、弾性を有する給電端子３１が設けられている。また、回路基板１６の上面には、上面の接地電極１５に導通する弾性を有する接地端子３２が設けられている。

図３に示されているように、誘電体ブロック１１の下面には、その全面に給電電極１２が形成されている。複合アンテナ１０１が回路基板１６の端部に実装されることにより、給電端子３１は給電電極１２に接触して電気的に導通する。同時に接地端子３２が短絡電極２０の下面に接触して電気的に導通する。

このように、誘電体ブロック１１に形成された給電電極１２に対して給電線１４及び給電端子３１を介して給電されることにより、誘電体ブロック１１は励振されて誘電体アンテナとして作用する。また、誘電体ブロック１１は放射電極の給電部ＦＰに対して容量給電する。これにより放射電極が励振される。

この複合アンテナ１０１は、上述した通り、放射電極部１９Ａによる第１の逆Ｆ型アンテナ、放射電極部１９Ｂ〜１９Ｆによる第２の逆Ｆ型アンテナ、及び誘電体ブロック１１による誘電体アンテナのそれぞれが作用して、所定の周波数帯に亘って高い利得が得られる。

第１の逆Ｆ型アンテナは第２の逆Ｆ型アンテナより共振周波数が高いため、第１の逆Ｆ型アンテナは相対的に高い周波数帯域で利得のあるアンテナとして作用し、第２の逆Ｆ型アンテナは相対的に低い周波数帯域で利得のあるアンテナとして作用する。さらに、前記誘電体ブロック１１は、給電電極１２と給電部ＦＰとの間の容量を最適化する整合構成部品として作用する。したがって、全体として広帯域に亘って高い利得を示す複合アンテナとして作用する。

なお、図２・図３に示した例では、樹脂成形体２１の表面に放射電極を形成したが、放射電極部１９Ａ〜１９Ｆで構成される放射電極は、一体成形により樹脂成形体２１の内部に埋設してもよい。

また、図２・図３に示した例では、給電電極１２を誘電体ブロック１１の下面に直接形成したが、給電電極を回路基板１６の上面に形成して、その給電電極と誘電体ブロック１１の下面とのギャップに生じる容量によって、誘電体ブロック１１を励振するようにしてもよい。

図４は、誘電体ブロック１１を樹脂成形体２１に接着する接着剤のＱ値に対する複合アンテナ１０１のアンテナ効率の関係を示す図である。接着剤のＱ値が約１６０で、８００ＭＨｚ帯の複合アンテナを構成した場合のアンテナ効率は約−５．５ｄＢであり、２ＧＨｚ帯の複合アンテナを構成した場合のアンテナ効率は約−３．２ｄＢである。接着剤のＱ値が約３００で、８００ＭＨｚ帯の複合アンテナを構成した場合のアンテナ効率は約−４．６ｄＢであり、２ＧＨｚ帯の複合アンテナを構成した場合のアンテナ効率は約−２．６ｄＢである。

このように接着剤のＱ値を高くする程、複合アンテナのアンテナ効率は改善される。但し、接着剤のＱ値が３００を超えれば、それ以上に高めてもアンテナ効率の改善はそれほどない。このことからＱ値が３００以上の接着剤を用いて誘電体ブロック１１を樹脂成形体２１に接着すれば、接着剤の誘電体損によるアンテナ効率の低下が抑えられて、高いアンテナ効率を得ることができる。

《第２の実施形態》
第２の実施形態は、図２・図３に示した複合アンテナ１０１の樹脂成形体２１を構成する樹脂材料を変えた時の、複合アンテナ１０１のアンテナ効率の変化を示すものである。

図５は樹脂成形体２１のＱ値に対する複合アンテナ１０１のアンテナ効率の関係を示す図である。図５において、周波数ｆ１は８００ＭＨｚ、周波数ｆ２は９００ＭＨｚ、周波数ｆ３は１７５０ＭＨｚ、周波数ｆ４は２１００ＭＨｚである。また、ＡＢＳ樹脂のＱ値は２００、液晶ポリマーのＱ値は４００、ＳＰＳ樹脂のＱ値は約７７０である。

誘電体ブロック１１を樹脂成形体２１に、爪によって嵌合させる場合には、例えばＡＢＳ樹脂のような、実用的な強度は高いがＱ値の低い樹脂材料を用いざるを得ない。本発明によれば誘電体ブロックをＱ値の高い接着剤で接着するので、ＬＣＰＳ樹脂やＰＰ系樹脂等のＱ値の高い樹脂材料の樹脂成形体２１を用いることができる。そのことによって周波数ｆ２やｆ１等においても複合アンテナ１０１のアンテナ効率は−０．５ｄＢ以上に高めることができる。

以上に示した実施形態では、逆Ｆ型アンテナとして作用する放射電極を樹脂成形体に設けたが、放射電極のタイプは逆Ｆ型に限らず逆Ｌ型アンテナであっても同様に構成でき、誘電体ブロックを介して容量給電するものであればよい。

また、以上に示した実施形態では、誘電体ブロックの下面（放射電極の給電部に対して平行な面）に給電電極１２を形成したが、誘電体ブロックの側面（放射電極の給電部に対して垂直な面）に給電電極を形成してもよい。

特許文献１に示されている複合アンテナの斜視図である。 第１の実施形態に係る複合アンテナ１０１の斜視図である。 複合アンテナ１０１を斜め下から見上げた図である。 樹脂成形体２１に誘電体ブロック１１を接着する接着剤のＱ値に対する複合アンテナ１０１のアンテナ効率の関係を示す図である。 樹脂成形体２１のＱ値に対する複合アンテナ１０１のアンテナ効率の関係を示す図である。

符号の説明

１１…誘電体ブロック
１２…給電電極
１４…給電線
１５…接地電極
１６…回路基板
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ…放射電極部
２０…短絡電極
２１…樹脂成形体
２２…空洞部
２３…接着剤層
３１…給電端子
３２…接地端子
１０１…複合アンテナ
ＦＰ…給電部

Claims (4)

1. 放射電極と、前記放射電極を励振する誘電体ブロックとを備え、
   前記放射電極は、空洞部を有する樹脂成形体の表面または内部に形成され、
   前記誘電体ブロックは、誘電体セラミックの成形体であり、前記放射電極と給電電極との間に配置され、
   前記誘電体ブロックが前記樹脂成形体の前記空洞部に接着剤で接着されることによって、前記誘電体ブロックと前記樹脂成形体とが一体化された複合アンテナ。
2. 前記給電電極は、前記誘電体ブロックの外面のうち、実装先の回路基板に設けられている給電端子が当接する面に形成されている、請求項１に記載の複合アンテナ。
3. 前記接着剤は、誘電体損に関するＱ値が３００以上である、請求項１または２に記載の複合アンテナ。
4. 前記樹脂成形体は液晶ポリマーまたはシンジオタックチックポリスチレン樹脂の成形体である、請求項１〜３のいずれかに記載の複合アンテナ。

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