JP3886932B2

JP3886932B2 - アンテナ実装基板及びそれを備えたｐｃカード

Info

Publication number: JP3886932B2
Application number: JP2003158892A
Authority: JP
Inventors: 広則岡戸
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP2004363848A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無給電素子を備えるアンテナ実装基板及びそのような基板を備えたアンテナ実装ＰＣカードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで知られている無給電素子を備えたアンテナ実装基板として、たとえば、ダイポール型アンテナであって、共振波長の１／２の長さと等しい長さの無給電素子を対向配置した構造のもの（特許文献１）、ストリップ型アンテナであって、共振波長の１／２の長さと等しい長さの無給電素子を平行配置した構造のもの（特許文献２）、逆Ｆ型アンテナであって、共振波長の１／４の長さと等しい長さの無給電素子を配置した構造のもの（特許文献３）、及び、逆Ｌ型アンテナであって、共振波長の１／２の長さと等しい長さの無給電素子を平行配置した構造のもの（特許文献４）が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−４４６８７号公報（第３図参照）
【特許文献２】
特許第３２５５５７７号公報（図１参照）
【特許文献３】
特開平１１−１２７０１４公報（図１参照）
【特許文献４】
特開２００１−２４４７３１号公報（図１参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したアンテナ実装基板に係る無給電素子は、いずれも給電素子と１対１をなすものであり、その無給電素子は対となる給電素子専用に作られている。このため、このアンテナ実装基板をダイバシティ通信に使用しようとすると、２つの給電素子のそれぞれに無給電素子を備えさせることになり、それによる大型化が避けられない。他方、近年の無線ＬＡＮ普及に伴い、それに使用するアンテナ実装基板をＰＣカードに実装することが行われている。一般的なＰＣカードは、挿入したときにコンピュータ内に収容されるカード本体と、同じくコンピュータ外に位置するアンテナ部、とを有するが、このアンテナ部が大きすぎると、使用時はもとより持ち運び時に邪魔になる。ＰＣカードの使い勝手をよくするためには、特にアンテナ部の小型化が求められる。本発明が解決しようとする課題は、無給電素子を含むダイバシティアンテナの小型化を図ることにより、それを実装するアンテナ実装基板を小型化すること、さらに、そのようなアンテナ実装基板を有するＰＣカードを小型化すること、にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、第１給電素子と第２給電素子のそれぞれに無給電素子を備えさせるのではなく、一つの無給電素子を第１給電素子と第２給電素子に共用させる構成を採用した。ダイバシティの構成を採用する場合には、第１給電素子と第２給電素子とを同時に使用することはなく何れか一方だけを使用するので無給電素子の共用が可能となる。詳しい内容については、項を改めて説明する。なお、いずれかの請求項に係る発明の説明に当たって行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲において他の請求項に係る発明にも適用されるものとする。
【０００６】
（請求項１記載の発明の特徴）
請求項１記載の発明に係るアンテナ実装基板は、グランド部及び余白部分を、一方側の面に有する基板本体と、当該余白部分上に並べて配した当該第１給電素子及び第２給電素子と、当該余白部分にあり、かつ、当該第１給電素子及び第２給電素子が、共用可能な無給電素子と、を含み、当該第１給電素子が当該無給電素子の一方の端部近傍、かつ、当該無給電素子と当該グランド部との間に配され、当該第２給電素子が当該無給電素子の他方の端部近傍、かつ、当該無給電素子とグランド部との間に配され、ていることを特徴とする。第１給電素子の共振周波数（共振波長）と第２給電素子の共振周波数（共振波長）とは、同じでもよいし、無給電素子を共用する上で可能な限り異なっていてもよい。
【０００７】
請求項１のアンテナ実装基板によれば、無給電素子の作用により求める方向に対する通信の効率化を図ることができ、さらに、第１給電素子と第２給電素子との間で無給電素子を共用させることができる。したがって、第１給電素子用の無給電素子と第２給電素子用の無給電素子とを併存させる必要がない。無給電素子を１個とすることにより、それを実装するアンテナ実装基板の小型化を図ることができる。無給電素子は、第１給電素子及び第２給電素子よりもグランド部から遠くに位置することになり、グランド部からできるだけ遠いほうがグランド部から一般に影響を受けづらくなり、より効率よく電波の送受信ができる。
【０００８】
（請求項２記載の発明の特徴）
請求項２記載の発明に係るアンテナ実装基板は、第１給電素子と、前記第１給電素子と並ぶ第２給電素子と、前記第１給電素子及び第２給電素子が、導波器として共用可能な無給電素子と、を含み、前記無給電素子が共振波長１／２より僅かに短い長さに設定してあることを特徴とする。
【０００９】
請求項２のアンテナ実装基板によれば、無給電素子の作用により求める方向に対する通信の効率化を図ることができ、第１給電素子と第２給電素子との間で無給電素子を共用させることができる。したがって、第１給電素子用の無給電素子と第２給電素子用の無給電素子とを併存させる必要がない。無給電素子を１個とすることにより、それを実装するアンテナ実装基板の小型化を図ることができる。さらに、無給電素子が共振波長１／２より僅かに短い長さに設定することにより、比較的効率よく送受信を、行うことができる。
【００１０】
（請求項３記載の発明の特徴）
請求項３記載の発明に係るアンテナ実装基板は、第１給電素子と、前記第１給電素子と並ぶ第２給電素子と、前記第１給電素子及び第２給電素子が、共用可能な無給電素子と、を含み、前記第１給電素子と前記第２給電素子とが、いずれも同じ共振波長に共振可能に構成してあり、前記無給電素子が一端をグランドに接続した一対の対称素子から構成してあり、当該対称素子の各々の長さを当該共振波長の１／４の長さと等しい長さに設定してあることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載のアンテナ実装基板によれば、一対の対称素子のうち第１給電素子又は第２給電素子に対応する一方の素子に切り換えることにより、求める方向に対する通信の効率化を図ることができる。一対の対称素子からなる無給電素子は、その中央付近のインピーダンスがゼロになるため、グランドに接続することができる。
【００１２】
（請求項４記載の発明の特徴）
請求項４記載の発明に係るアンテナ実装基板は、請求項１又は請求項３に記載したアンテナ実装基板であって、前記無給電素子が、前記第１給電素子及び前記第２給電素子の導波器として機能するように構成してあることを特徴とする。導波器として機能するように構成したのは、導波器として機能させれば反射器として機能させるよりも無給電素子の長さが短くて済むからである。スペースに余裕があるのであれば、給電素子を反射器として機能するように構成することを妨げるものではない。
【００１３】
請求項４のアンテナ実装基板によれば、請求項１又は請求項３に記載したアンテナ実装基板の作用効果に加え、無給電素子を導波器として機能するように構成してあるので、無給電素子を比較的短くすることができ、その分、アンテナ実装基板の小型化を図ることができる。
【００１４】
（請求項５記載の発明の特徴）
請求項５に記載した発明に係るアンテナ実装基板は、請求項１乃至４のいずれかに記載したアンテナ実装基板であって、前記第１給電素子が、略直方体形状の第１誘電体に形成してあり、前記第２給電素子が、略直方体形状の第２誘電体に形成してあり、当該第１誘電体と当該第２誘電体とが、各々の長手方向が相異なるように実装してあることを特徴とする。
【００１５】
請求項５のアンテナ実装基板によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載したアンテナ実装基板の作用効果に加え、第１給電素子を第１誘電体に、また、第２給電素子を第２誘電体に、それぞれ形成することにより、両誘電体の誘電率の作用により両給電素子を小型化することができる。さらに、第１誘電体の長手方向と第２誘電体の長手方向とを相異ならせることにより、第１給電素子が持つ指向性パターンと第２給電素子が持つ指向性パターンとを非同一にすることができる。このことは、通信相手の位置や環境等に応じた適切な対応を可能にする。
【００１６】
（請求項６記載の発明の特徴）
請求項６記載の発明に係るＰＣカードは、通信機能付きコンピュータのカードスロットに挿入可能なアンテナ実装ＰＣカードであって、請求項１乃至５のいずれかに記載したアンテナ実装基板を設けてあり、前記無給電素子が、前記第１給電素子及び前記第２給電素子よりも当該カードスロットから離れた位置に配してあることを特徴とする。
【００１７】
請求項６のＰＣカードによれば、それをカードスロットに挿入することによりコンピュータが有する通信機能と相俟って無線ＬＡＮ等の通信を行うことができる。無給電素子がカードスロットから離れた位置に配してあるので、第１給電素子及び第２給電素子の指向性がカードスロットから離れた方向に向く。したがって、コンピュータ本体の影響を受けづらくなるため、それだけ効率のよい通信を期待することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
各図を参照しながら、発明の実施の形態について説明する。図１は、アンテナ実装基板の第１実施形態を示す平面図である。図２は、アンテナ実装基板の第２実施形態を示す平面図である。図３は、アンテナ実装基板の第３実施形態を示す平面図である。図４は、使用状態のＰＣカードの斜視図である。図５は、図４に示すＰＣカードの内部構造を示す斜視図である。図６は、図４に示すＰＣカードの側面図である。
【００１９】
（アンテナ実装基板の第１実施形態）
図１に基づいて説明する。アンテナ実装基板１は、ほぼ矩形に形成した基板本体３と、基板本体３の一方側の面（本実施形態では上面）に形成したグランド部５と、同じく基板本体３の上面の余白部分に並べて配した第１給電素子９及び第２給電素子１１と、を備えている。符合７は、第１給電素子９と第２給電素子１１を介して送受信を行うための送受信部を示す。第１給電素子９は略直方体状の第１誘電体８に、第２給電素子１１は同じく略直方体状の第２誘電体１０に、それぞれ形成してある。第１誘電体８及び第２誘電体１０は、何れも薄いセラミック板を積層してなるものである。第１給電素子９は、第１誘電体８を構成する何れかのセラミック板の上に導電ペーストを塗布して形成してあり、また、第２給電素子１１は、第２誘電体１０に同じく導電ペーストを塗布して形成してある。セラミックのような誘電体を用いたのは、その誘電率が比較的高いため、その分だけ第１給電素子９及び第２給電素子１１を小型化できるからである。セラミック以外の誘電体を使用したり、誘電体に形成せずに基板本体３に直接形成する等の方法により、第１給電素子及び第２給電素子を形成したりしてもよい。
【００２０】
送受信部７は、送信時及び受信時の双方において、求める方角に電波を輻射し、かつ、求める方向から電波を受信することができるように、第１給電素子９と第２給電素子１１とを切り換えて使用できるように構成してある。すなわち、この場合の第１給電素子９と第２給電素子１１は、いずれも略同一の周波数（たとえば、２．５ＧＨｚ帯）に共振するように構成してあり、両者はダイバシティアンテナを構成する。第１給電素子９と第２給電素子１１は、必要に応じて、受信時のみ両者を切り換え使用し、送信時には第１給電素子９又は第２給電素子１１の何れか一方のみを使用するように構成したり、受信時に何れか一方のみを使用し、送信時には両者を切り換え使用するように構成したりしてもよい。送受信部７は、これを基板本体３に実装してもよいし、アンテナ実装基板１以外に設けてもよい。アンテナ実装基板１以外に送受信部７を設ける場合は、外部の送受信部７と接続するための接続部（図示を省略）を基板本体３に設けておくとよい。外部に設けた送受信部として、たとえば、ダイバシティ通信機能を備えたパーソナルコンピュータ、同じくＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｉｄ）がある。
【００２１】
無給電素子１３は、第１給電素子９及び第２給電素子１１が、それらの導波器として共用できるように構成してある。すなわち、無給電素子１３は、基板本体３の余白部分に銅線や帯状の金属箔等の線材を設ける方法や、エッチング等によりパターン形成する方法により形成してあり、その長さは、第１給電素子９及び第２給電素子１１の共振波長λの１／２より僅かに短い長さに設定してある。また、第１給電素子９及び第２給電素子１１との距離は、略０．２λと等しい距離に設定してある。無給電素子１３の長さと各給電素子との距離は、上述の値に制限されるわけではないが、発明者らの実験によると、上述の値のときに比較的効率よく送受信を行うことができた。より具体的には、仮に、共振周波数を２．５ＧＨｚに設定した場合の無給電素子１３の長さは６０ｍｍ前後となり、両給電素子からの距離は１０ｍｍ前後となる。
【００２２】
上記したアンテナ実装基板１によれば、第１給電素子９及び第２給電素子１１が、ダイバシティアンテナとして無給電素子１３を共用する。第１給電素子９と第２給電素子１１とは、送受信部７の切り換え作用により選択的に切り換えられるので、切り換えられた瞬間に無給電素子１３を使用できるのは第１給電素子９又は第２給電素子１１の何れか一方のみである。したがって、無給電素子１３の共用が可能となる。無給電素子１３の存在により、第１給電素子９と第２給電素子１１の送受信をより効率的なものとすることができ、さらに、無給電素子１３の共用により、第１給電素子９と第２給電素子１１が個別に無給電素子を備える場合に比べてアンテナ実装基板自体を小型化することができる。なお、無給電素子１３は、これを反射器として構成することもできるが導波器として構成したのは、前者に比べて後者の方が無給電素子１３をグランド部５よりも離した位置に配することができるからである。すなわち、反射器として構成した無給電素子は、第１給電素子９及び第２給電素子１１よりもグランド部５の近くに位置することになるが、導波器として構成した無給電素子１３は遠くに位置することになり、グランド部５からできるだけ遠いほうがグランド部５から一般に影響を受けづらい。したがって、同じ大きさの基板本体３の中で導波器又は反射器の何れかを設けるのであれば、導波器を設けるほうがより効率よく電波の送受信ができると考えられるので、そのように構成したのである。
【００２３】
（アンテナ実装基板の第２実施形態）
図２に基づいて説明する。アンテナ実装基板２１は基本的に図１に示すアンテナ実装基板１と同様な構成を備えており、異なるのは、第１給電素子（第１誘電体）及び第２給電素子（第２誘電体）の実装方向のみである。したがって、以下においては、主として両者が異なる点についてだけ説明を行い、共通する点については図１に示す部材番号と同じ番号を図２において付するにとめ、それらの説明を省略する。
【００２４】
アンテナ実装基板２１は、基板本体３の一方側の面（本実施形態では上面）に形成したグランド部５と、基板本体３の上面の余白部分に並べて配した第１給電素子２３及び第２給電素子２５と、を備えている。第１給電素子２３は、略直方体状の第１誘電体２２に、第２給電素子２５は、同じく略直方体状の第２誘電体２４に、それぞれ形成してある。第１給電素子２３は前述した第１給電素子９と、第２給電素子２５は前述した第２給電素子１１と、それぞれ同じ構造を備えている。さらに、第１誘電体２２は前述した第１誘電体８と、第２誘電体２４は前述した第２誘電体１０と、それぞれ同じ構造を備えている。
【００２５】
第１実施形態における第１誘電体８と第２誘電体１０とは、図１に示すように、両者の長手方向が、何れも無給電素子１３と略平行に配してあるが、第２実施形態における第１誘電体２２と第２誘電体２４とは、両者の長手方向が相異なるように配してある。すなわち、第１誘電体２２の長手方向は無給電素子１３と略平行に配してあるが、第２誘電体２４の長手方向は無給電素子１３と略垂直に配してある。両者の長手方向の異なりは、上記したように略平行と略垂直という異なり以外のものであっても構わない。何れにしろ、第１誘電体２２と第２誘電体２４の間で長手方向を相異ならせた場合でも、無給電素子１３を共用させることが可能である。
【００２６】
（アンテナ実装基板の第３実施形態）
図３に基づいて説明する。アンテナ実装基板３１は基本的に図２に示すアンテナ実装基板２１と同様な構成を備えており、異なるのは、無給電素子の構造のみである。したがって、以下においては、主として両者が異なる点についてだけ説明を行い、共通する点については図２に示す部材番号と同じ番号を図３において付するにとめ、それらの説明を省略する。
【００２７】
アンテナ実装基板３１は、基板本体３の一方側の面（本実施形態では上面）に形成したグランド部５と、基板本体３の上面の余白部分に並べて配した第１給電素子２３及び第２給電素子２５と、を備えている。無給電素子３５は、逆Ｌ状に屈曲する第１素子３７及び第２素子３９から構成してあり、両素子は、それぞれ第１給電素子２３及び第２給電素子２５の共振波長λの略１／４の長さと等しい長さに設定してある。第１素子３７及び第２素子３９の基端部は、各々グランド部５に接続してあり、両者を合わせた無給電素子３５は、第１給電素子２３及び第２給電素子２５により共用可能に構成してある。なお、第１給電素子２３を有する第１誘電体２２と第２給電素子２５を有する第２誘電体２４とは、それぞれの長手方向が相異なるように配してあるが、図１に示すように、長手方向を一致させることを妨げない。第１素子３７は第１給電素子２３に、第２素子３９は第２給電素子２５に、それぞれ対応させてある。この対応に合わせ、送受信部７の切り換えにより第１給電素子２３を使用するときは第１素子３７を、同じく第２給電素子２５を使用するときは第２素子３９を、それぞれ使用して指向性が出るように構成してある。
【００２８】
（ＰＣカードの構造）
図４乃至６に基づいて説明する。ＰＣカード５１は、カード本体５３と、カード本体５３の一端側に設けたアンテナ収納部５５と、から概ね構成してある。カード本体５３は、磁気シールド可能な金属製ケースであって、その中にアンテナ実装基板６１を収納させてある。アンテナ収納部５５は、電波の送受信に影響が出ないように合成樹脂により構成してある。アンテナ収納部５５にカードスロット１０３に向って下り傾斜する傾斜面５７を設けたのは、主として、挿入したＰＣカード５１を引きぬく際に傾斜面５７に指を引っ掛けさせることにより引き抜きやすくさせるためである。カード本体５３は、通信機能付きコンピュータ１０１のカードスロット１０３に挿入可能な形状に形成してあり、カードスロット１０３に挿入した際に、アンテナ実装基板６１と通信機能付きコンピュータ１０１の通信回路（図示を省略）とが電気的に接続されるように構成してある。アンテナ実装基板６１の一部は、アンテナ収納部５５内に突き出させてあり、その突き出た部分に第１誘電体６５と第２誘電体６９とを並べて実装してある。第１誘電体６５には第１給電素子６７を、第２誘電体６９には第２給電素子７１を、それぞれ設けてある。アンテナ実装基板６１は、前述したアンテナ実装基板１と略同様に構成してあるが、グランド部７５（図６参照）をアンテナ実装基板６１の裏側に設けた点と、後述する無給電素子７３を設ける位置だけが異なっている。
【００２９】
本実施形態におけるＰＣカード５１は、それが有するアンテナ実装基板６１上に無給電素子を有しない。無給電素子を設けると、その分だけアンテナ実装基板６１、すなわち、基板本体６３が大きくなってしまうからである。その代わりに本実施形態では、アンテナ収納部５５の外面に、第１給電素子６７及び第２給電素子７１が共用可能な無給電素子７３を設けることにより、アンテナ実装基板６１の小型化を図っている。無給電素子７３は、アルミニウム箔のような帯状の金属箔により構成してあり、その長さは、第１給電素子６７及び第２給電素子７１の共振波長λの１／２の長さより僅かに短く設定してある。また、第１給電素子６７及び第２給電素子７１との間隔も、略０．２λ程度となるように、アンテナ収納部５５を形成してある。無給電素子７３は金属箔以外の部材により構成可能であることは言うまでもなく、アンテナ収納部５５の内面に配置可能であることも当然である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係るアンテナ実装基板によれば、無給電素子を２つの給電素子により共用可能にしたので、無給電素子を個々に備える場合に比べてアンテナ実装基板自体を小型化することができる。さらに、そのようなアンテナ実装基板を有するＰＣカードを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アンテナ実装基板の第１実施形態を示す平面図である。
【図２】アンテナ実装基板の第２実施形態を示す平面図である。
【図３】アンテナ実装基板の第３実施形態を示す平面図である。
【図４】使用状態のＰＣカードの斜視図である。
【図５】図４に示すＰＣカードの内部構造を示す斜視図である。
【図６】図４に示すＰＣカードの側面図である。
【符合の説明】
１，２１，３１，６１アンテナ実装基板
３，６３基板本体
５，７５グランド部
７送受信部
８，２２，６５第１誘電体
９，２３，６７第１給電素子
１０，２４，６９第２誘電体
１１，２５，７１第２給電素子
１３，３５，７３無給電素子
３７第１素子
３９第２素子
５１ＰＣカード
５３カード本体
５５アンテナ収納部
５７傾斜面
１０１通信機能付きコンピュータ
１０３カードスロット

Claims

グランド部及び余白部分を、一方側の面に有する基板本体と、
当該余白部分上に並べて配した第１給電素子及び第２給電素子と、
当該余白部分にあり、かつ、当該第１給電素子及び第２給電素子が、共用可能な無給電素子と、を含み、
当該第１給電素子が当該無給電素子の一方の端部近傍、かつ、当該無給電素子と当該グランド部との間に配され、
当該第２給電素子が当該無給電素子の他方の端部近傍、かつ、当該無給電素子とグランド部との間に配され、ている
ことを特徴とするアンテナ実装基板。
前記第１給電素子と、
前記第１給電素子と並ぶ第２給電素子と、
前記第１給電素子及び第２給電素子が、導波器として共用可能な無給電素子と、を含み、
前記無給電素子が、共振波長１／２より僅かに短い長さに設定してある
ことを特徴とするアンテナ実装基板。
第１給電素子と、
前記第１給電素子と並ぶ第２給電素子と、
前記第１給電素子及び第２給電素子が、共用可能な無給電素子と、を含み、
前記第１給電素子と前記第２給電素子とが、いずれも同じ共振波長に共振可能に構成してあり、
前記無給電素子が一端をグランドに接続した一対の対称素子から構成してあり、当該対称素子の各々の長さを当該共振波長の１／４の長さと等しい長さに設定してある
ことを特徴とするアンテナ実装基板。
前記無給電素子が、前記第１給電素子及び前記第２給電素子の導波器として機能するように構成してある
ことを特徴とする請求項１又は３に記載したアンテナ実装基板。
前記第１給電素子が、略直方体形状の第１誘電体に形成してあり、
前記第２給電素子が、略直方体形状の第２誘電体に形成してあり、
当該第１誘電体と当該第２誘電体とが、各々の長手方向が相異なるように実装してある
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載したアンテナ実装基板。
通信機能付きコンピュータのカードスロットに挿入可能なアンテナ実装ＰＣカードであって、
請求項１乃至５のいずれかに記載したアンテナ実装基板を設けてあり、
前記無給電素子が、前記第１給電素子及び前記第２給電素子よりも当該カードスロットから離れた位置に配してある
ことを特徴とするアンテナ実装ＰＣカード。