JP2006033362A - アンテナおよびアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部からのノイズの影響を受けにくく、表面実装可能なアンテナを提供すること。
【解決手段】 アンテナは、第１の誘電体基板１１と、第１の誘電体基板１１上に積層された第２の誘電体基板１２と、第２の誘電体基板１２の上面に形成されたアンテナ導体２１と、第１の誘電体基板１１の下面に形成された接地導体３１と、第１および第２の誘電体基板１１，１２の間に形成された給電導体４１と、第１の誘電体基板１１の下面端部で給電導体４１の下方の部位に、接地導体３１と電気的に独立して形成された外部接続端子５１と、給電導体４１と外部接続端子５１とを電気的に接続する貫通導体６１とを具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器、その他の各種通信機器等に使用されるアンテナに関する。

従来、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器、その他の各種通信機器等において使用されるアンテナとして、図３に示すアンテナが知られている。

図３において、１１１は誘電体基板、１２１は誘電体基板１１１の上面に形成されたアンテナ導体、１３１は誘電体基板１１１の下面に形成された接地導体、１６１は誘電体基板１１１に形成され、アンテナ導体１２１に電気的に接続される貫通導体である。図３に示す従来のアンテナにおいては、貫通導体１６１を介してアンテナ導体１２１に送信信号の送信、アンテナ導体１２１からの受信信号の受信がなされる。

しかしながら、図３に示す従来のアンテナにおいては、アンテナ導体１２１のインピーダンスと貫通導体１６１のインピーダンスとを整合させるために、貫通導体１６１をアンテナ導体１２１の中央付近に接続させる必要があり、そのため、図３の従来のアンテナを外部の配線基板上に実装した際に、貫通導体１６１が配線基板の露出した上面から最も遠い部位にあるため、配線基板の露出した上面に受信信号等を取り出すのが困難であるという問題点があった。

そこで、上記問題点を解消するために、図４に示す構成のアンテナが考えられる。図４において、１１１は第１の誘電体基板、１１２は第１の誘電体基板１１１上に積層された第２の誘電体基板、１２１は第２の誘電体基板１１１の上面に形成されたアンテナ導体、１３１は第１の誘電体基板１１１の下面に形成された接地導体、１４１は第１および第２の誘電体基板１１１，１１２の間に形成された給電導体、１６１は、第１の誘電体基板１１１の側面に形成され、給電導体１４１に電気的に接続される側面導体、１７１はアンテナ基板１１０を実装する配線基板、１７２は配線基板１７１の上面に形成され、側面導体１６１に電気的に接続される配線導体である。

図４に示すアンテナにおいては、アンテナ基板１１０の側面導体１６１と配線基板１７１の上面に形成された配線導体１７２とを電気的に接続することができるため、アンテナ基板１１０を配線基板１７１に表面実装でき、アンテナ導体１２１との信号のやりとりを配線基板１７１の上面に形成された配線導体１７２を通じて行うことができる。
特許公開２００１−３６３３２号公報

しかしながら、図４に示す従来のアンテナにおいては、側面導体１６１がアンテナ基板１１０の表面に形成されているため、側面導体１６１がアンテナで使用する周波数帯域以外の周波数の電波に対して感度を有するアンテナのように動作し、外部からのノイズの影響を受けやすいという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、外部からのノイズの影響を受けにくい、表面実装可能なアンテナを提供することにある。

本発明のアンテナは、第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板上に積層された第２の誘電体基板と、該第２の誘電体基板の上面に形成されたアンテナ導体と、前記第１の誘電体基板の下面に形成された接地導体と、前記第１および第２の誘電体基板の間に形成された給電導体と、前記第１の誘電体基板の下面端部で前記給電導体の下方の部位に、前記接地導体と電気的に独立して形成された外部接続端子と、前記給電導体と前記外部接続端子とを電気的に接続する貫通導体とを具備していることを特徴とする。

本発明のアンテナは好ましくは、前記貫通導体とそれに最も近い前記第１の誘電体基板の側面との間の距離が、前記貫通導体で伝送される高周波信号の実効波長の１／４以下であることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置は、配線基板と、該配線基板の上面に形成された配線導体と、該配線導体の一端に電気的に接続されて前記配線基板の上面に設けられた高周波素子またはアンテナ特性測定用コネクタと、前記配線導体の他端に前記外部接続端子が接続されて前記配線基板の上面に搭載された前記アンテナとを具備していることを特徴とする。

本発明のアンテナは、第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板上に積層された第２の誘電体基板と、第２の誘電体基板の上面に形成されたアンテナ導体と、第１の誘電体基板の下面に形成された接地導体と、第１および第２の誘電体基板の間に形成された給電導体と、第１の誘電体基板の下面端部で給電導体の下方の部位に、接地導体と電気的に独立して形成された外部接続端子と、給電導体と外部接続端子とを電気的に接続する貫通導体とを具備していることから、外部接続端子を、アンテナを実装する配線基板上の配線導体に容易に電気的に接続することができ、アンテナ導体に対する送信信号および受信信号の送受信を容易としてアンテナを配線基板に表面実装することができる。

また、給電導体と外部接続端子とを電気的に接続する貫通導体は、第１の誘電体基板の内部の端部に形成されることとなるため、貫通導体が外部のノイズなどの電磁波の影響を受けにくくなり、アンテナ導体に対する送信信号および受信信号にノイズが入り込むことを大幅に抑制することができる。

本発明のアンテナは好ましくは、貫通導体とそれに最も近い第１の誘電体基板の側面との間の距離が、貫通導体で伝送される高周波信号の実効波長の１／４以下であることから、外部接続端子のインピーダンス不整合による伝送特性劣化が抑えられるとともに、貫通導体が外部のノイズなどの電磁波の影響を受けにくいものとなる。

本発明のアンテナ装置は、配線基板と、配線基板の上面に形成された配線導体と、配線導体の一端に電気的に接続されて配線基板の上面に設けられた高周波素子またはアンテナ特性測定用コネクタと、配線導体の他端に外部接続端子が接続されて配線基板の上面に搭載されたアンテナとを具備していることから、配線基板の上面のみに配線導体や高周波素子あるいはアンテナ特性測定用コネクタ等の回路形成が可能であり、配線基板の内層や裏面に配線を引き回す必要がないので配線における信号の伝送ロスが少なく、また配線設計が容易である。

本発明のアンテナについて以下に説明する。図１は本発明のアンテナの実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１１は第１の誘電体基板、１２は第１の誘電体基板１１上に積層された第２の誘電体基板、２１は第２の誘電体基板１２の上面に形成されたアンテナ導体、３１は第１の誘電体基板１１の下面に形成された接地導体、４１は第１および第２の誘電体基板１１，１２の間に形成された給電導体、５１は第１の誘電体基板１１の下面端部で給電導体４１の下方の部位に、接地導体３１と電気的に独立して形成された外部接続端子、６１は給電導体４１と外部接続端子５１とを電気的に接続する貫通導体である。

また、７１はアンテナ基板１０を実装する配線基板、７２は配線基板７１の上面に形成され、外部接続端子５１に接続される配線導体である。

本発明のアンテナは、外部接続端子５１が第１の誘電体基板１１の下面端部に形成されていることから、外部接続端子５１を、アンテナを実装する配線基板７１上の配線導体７２に容易に電気的に接続することができ、アンテナを配線基板７１に表面実装できる。

また、本発明のアンテナは、貫通導体６１が第１の誘電体基板１１内部に形成されたことから、貫通導体６１が外部のノイズなどの電磁波の影響を受けにくい。

また、本発明のアンテナにおいて好ましくは、貫通導体６１とそれに最も近い第１の誘電体基板１１の側面との間の距離、すなわち貫通導体６１と第１の誘電体基板１１の外部接続端子５１が形成された側の側面との距離（図１にＬで示す）が、貫通導体６１で伝送される高周波信号の実効波長の１／４以下であると、外部接続端子５１のインピーダンス不整合による伝送特性劣化が抑えられるとともに、貫通導体６１が外部のノイズなどの電磁波の影響を受けにくくなる。

たとえば、図３に示す従来のアンテナにおいて、誘電体基板１１１の下面端部から貫通導体１６１の下端にかけて電気的に接続され、かつ接地導体１３１と電気的に独立した外部接続端子を形成した場合、アンテナを実装する配線基板１７１上の配線導体に外部接続端子を容易に電気的に接続することができ、アンテナを配線基板７１に表面実装できる。しかしながら、アンテナ導体１２１のインピーダンスと貫通導体１６１のインピーダンスを整合させるためには、一般に通信に使用されるインピーダンスである５０Ωで整合させる必要があるのに対して、アンテナ導体１２１のインピーダンスが中心部で０Ωで端部で約３００Ωであることから、貫通導体１６１をアンテナ導体１２１の中心部付近に接続させる必要がある。従って、外部接続端子は誘電体基板１１１の側面から中心付近まで形成された長さとなり、長くなることから、外部接続端子のインピーダンスが上部のアンテナ導体１２１に対して不整合となり、伝送特性の劣化が生じる。なお、このときアンテナ導体１２１の１辺の長さが実効波長の約１／２であるため、外部接続端子の長さは約１／４となる。

一方、本発明のアンテナにおいては、外部接続端子５１の給電線路としてのインピーダンスにかかわる部分（図１にＬで示す部分）が実効波長の１／４以下と短くなるため、外部接続端子５１のインピーダンス不整合による影響が少なく伝送特性劣化が抑えられる。なお、実効波長は、高周波信号の波長を誘電体の実効誘電率の平方根で割った値である。

図５は、図４に示す従来のアンテナの利得とＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave ratio：電圧定在波比）の周波数特性を示すグラフ（線図）である。図５において、ＶＳＷＲは５ＧＨｚ付近で２以下の値となっており、この周波数帯が通信に使用される。しかしながら、利得に関しては、６．６ＧＨｚ付近にピークが見られ、この周波数帯に関しても感度が高くなっており、側面導体１６１がアンテナ基板１１０の表面に形成されているため、この周波数のノイズなども受信し影響を受けて、機器の誤動作等が発生し易いことが分かる。

図２は、図１に示す本発明のアンテナの利得とＶＳＷＲの周波数特性を示す線図である。図２においても、ＶＳＷＲは５．２ＧＨｚ付近で２以下の値となっており、この周波数帯が通信に使用される。図５では６．６ＧＨｚ付近に利得のピークが生じていたが、図２においてはピークが抑えられており、貫通導体６１が第１の誘電体基板内部１１に形成されているため、貫通導体６１が外部のノイズなどの電磁波の影響を受けにくくなったことが分かる。以上より、本発明のアンテナは、外部からのノイズの影響を受けにくい、表面実装可能なアンテナとなることが判った。

本発明のアンテナを構成するに際して、第１および第２の誘電体基板１１，１２、アンテナ導体２１、接地導体３１、給電導体４１，外部接続端子５１、貫通導体６１は以下のような高周波用配線基板に使用される種々の材料から成るものを使用することができる。

例えば、第１および第２の誘電体基板１１，１２としては、例えばアルミナセラミックス（アルミナ質焼結体）、ムライトセラミックス等のセラミック材料やガラスセラミックス等の無機材料、あるいは四フッ化エチレン−エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂、ポリイミド等の樹脂材料等が用いられる。また、第１および第２の誘電体基板１１，１２の形状や寸法（厚み、幅、長さ）は、使用される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。

また、アンテナ導体２１、接地導体３１、給電導体４１，外部接続端子５１、貫通導体６１は、高周波信号伝送用の金属材料から成る導体層、例えばＣｕ層、Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ_２Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等を用いて形成され、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成法やメッキ法等により形成される。その厚みや幅等は、伝送される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。

本発明のアンテナは以下のようにして作製される。まず、第１および第２の誘電体基板１１，１２を、例えばこれがガラスセラミックスから成る場合、ガラスセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して貫通導体６１を形成するための貫通孔を形成する。その後、スクリーン印刷法によりＣｕ等の導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、アンテナ導体２１、接地導体３１、給電導体４１，外部接続端子５１となる導体ペースト層のパターン、および必要に応じてその他の所定の貫通導体となる導体ペースト層のパターンを印刷塗布する。次に、８５０〜１０００℃で焼成を行ない、最後に各導体層の表面にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。

なお、本発明は上記実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更を施すことができる。例えば、接地導体３１の下面にさらに誘電体基板を積層し、その誘電体基板に高周波素子を搭載したり、フィルタやバラン等の受動素子、コイル、キャパシタとなるパターンを形成してもよい。

本発明のアンテナの実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のアンテナの利得およびＶＳＷＲを示す線図である。 従来のアンテナの一例を示す断面図である。 従来のアンテナの他の例を示す断面図である。 従来のアンテナの利得およびＶＳＷＲを示す線図である。

符号の説明

１１・・・第１の誘電体基板
１２・・・第２の誘電体基板
２１・・・アンテナ導体
３１・・・接地導体
４１・・・給電導体
５１・・・外部接続端子
６１・・・貫通導体

Claims (3)

1. 第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板上に積層された第２の誘電体基板と、該第２の誘電体基板の上面に形成されたアンテナ導体と、前記第１の誘電体基板の下面に形成された接地導体と、前記第１および第２の誘電体基板の間に形成された給電導体と、前記第１の誘電体基板の下面端部で前記給電導体の下方の部位に、前記接地導体と電気的に独立して形成された外部接続端子と、前記給電導体と前記外部接続端子とを電気的に接続する貫通導体とを具備していることを特徴とするアンテナ。
2. 前記貫通導体とそれに最も近い前記第１の誘電体基板の側面との間の距離が、前記貫通導体で伝送される高周波信号の実効波長の１／４以下であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
3. 配線基板と、該配線基板の上面に形成された配線導体と、該配線導体の一端に電気的に接続されて前記配線基板の上面に設けられた高周波素子またはアンテナ特性測定用コネクタと、前記配線導体の他端に前記外部接続端子が接続されて前記配線基板の上面に搭載された請求項１または請求項２記載のアンテナとを具備していることを特徴とするアンテナ装置。

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