JP2008219661A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】工程の簡素化や信頼性を損なわずに広帯域化アンテナ装置の折り曲げられた形状を可能にして、小型の無線装置へ実装するための自由度を向上させる。
【解決手段】アンテナ装置1は、基板2又はフレキシブル基板3のそれぞれなす面に沿って形成された、複数の導体パターンを含むものとして構成される。フレキシブル基板3は、基板2の1の端辺において基板2と略交差するように配設されている。基板2には第1導体パターン11が平面状に形成され、フレキシブル基板3と略交差する上記の端辺を含む範囲には、第2導体パターン12が平面状に形成されている。第2導体パターン12の上記の端辺の反対側の辺が、第1導体パターン11の1の辺と略平行に対向する。第2導体パターン12は、給電線22により無線回路21と給電点23において接続され、給電される。
【選択図】図1
【解決手段】アンテナ装置1は、基板2又はフレキシブル基板3のそれぞれなす面に沿って形成された、複数の導体パターンを含むものとして構成される。フレキシブル基板3は、基板2の1の端辺において基板2と略交差するように配設されている。基板2には第1導体パターン11が平面状に形成され、フレキシブル基板3と略交差する上記の端辺を含む範囲には、第2導体パターン12が平面状に形成されている。第2導体パターン12の上記の端辺の反対側の辺が、第1導体パターン11の1の辺と略平行に対向する。第2導体パターン12は、給電線22により無線回路21と給電点23において接続され、給電される。
【選択図】図1
Description
本発明はアンテナ装置に係り、特に基板等に形成された導体パターンからなるアンテナ装置に関する。
基板等に平面状に形成された導体パターンからなるアンテナ装置は、平面アンテナとも呼ばれ、低背化に向くことから例えば携帯電話機のような小型の無線装置に使用することができる。
そのようなアンテナ装置の1種として、例えば携帯電話、全地球航法システム(GPS)受信機及びテレマティックシステム(緊急通報システム)に併用できるように多共振化を図ったものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
出願人は、そのようなアンテナ装置の多共振化をさらに進めて広帯域化を図ると共にマッチング回路を不要にする発明について、特許出願した(特許文献2参照)。
特開2003−318631号公報(第2、3ページ、図1)
特開2006−33069号公報(第2、4、5ページ、図1)
上述した特許文献1に記載された従来の技術は、個々の共振点において所要のアンテナ特性を実現することができるが、それらの共振点に挟まれた帯域の特性を改善して広帯域化を図ることが難しいという問題がある。
上述した特許文献2に記載された従来の技術は、特許文献1をはじめとする上記の問題点に対して改善を図り、広帯域化を可能にしたものである。ところで携帯電話機のような小型の無線装置では、アンテナ装置の実装スペースが限られるために、アンテナ装置の一部を折り曲げたように形成することが求められる場合がある。このような場合に対応するため、例えばフレキシブル基板のような材料を活用して、特許文献2に記載された従来の技術を発展させることが考えられる。
そのために、例えば特許文献2に記載された平面アンテナをフレキシブル基板に形成することが考えられる。しかし、そのような平面アンテナを単にフレキシブル基板に形成するだけでは、基板(固定の、通常フレキシブルでないもの)に実装された無線回路との間の給電線(例えば同軸ケーブルのような線材)が必要になるという問題がある。
また、基板側に平面状に形成された導体パターンとフレキシブル基板のなす面に沿って形成された導体パターンを、両導体パターンの全幅にわたって電気的に接続する方法が考えられる。しかし、そのような方法には、導体パターンの比較的広い全幅にわたって例えばはんだ付け等を行う必要があり、工程の簡素化や信頼性の観点から問題がある。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、工程の簡素化や信頼性を損なわずに広帯域化アンテナ装置の折り曲げられた形状を可能にして、小型の無線装置へ実装するための自由度を向上させることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、基板に平面状に形成された第1の導体パターンと、前記基板の1の端辺を含む範囲に平面状に形成され、前記端辺の側以外の1の辺が前記第1の導体パターンの1の辺と略平行に対向し、かつ、前記第1の導体パターンの1の辺と対向する辺の近傍において給電されることができる第2の導体パターンと、前記基板と前記端辺において略交差するように配設されたフレキシブル基板のなす面に沿って形成され、前記端辺の近傍において前記第2の導体パターンと接続された第3の導体パターンとを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、工程の簡素化や信頼性を損なわずに広帯域化アンテナ装置の折り曲げられた形状を可能にして、小型の無線装置へ実装するための自由度を向上させることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
以下、図1乃至図13を参照して、本発明の実施例1を説明する。図1は、本発明の実施例1に係るアンテナ装置1の構成を表す斜視図である。アンテナ装置1は、全体を図示しない無線装置の構成に含まれる基板2又はフレキシブル基板3がそれぞれなす面に沿って形成された、複数の導体パターンを含むものとして構成される。フレキシブル基板3は、基板2の1の端辺(図1では上側(又は奥側)に当る。)において基板2と略交差するように配設されている。
ここで「略交差する」とは、基板2とフレキシブル基板3が互いに接触して空間的に交わるか又はそれに近い位置関係(接触しない場合や、フレキシブル基板3が延伸されて多層からなる基板2の1の層をなす場合を含む。)にあることを意味するものとし、交差の角度は何ら限定されない。フレキシブル基板3は基板2に対して垂直の向きでなくてもよく、曲面をなしていてもよい。
基板2には、第1導体パターン11が平面状に形成されている。基板2の、フレキシブル基板3と略交差する上記の端辺を含む範囲には、第2導体パターン12が平面状に形成されている。第2導体パターン12は、上記の端辺の側の辺と、それ以外の辺に囲まれた形状をなす。これらの辺のうち上記の端辺の側以外の1の辺(図1においては、上記の端辺の反対側の辺)が、第1導体パターン11の1の辺と略平行に対向する。
基板2には、無線回路21が設けられている。無線回路21は、破線で表した給電線22を介して第2導体パターン12と電気的に接続される。給電線22は、例えば基板2が多層からなるものとして内側の層の導体パターンにより形成することができる。給電線22は、第2導体パターン12の第1導体パターン11と対向する辺の近傍に位置する給電点23において、第2導体パターン12に接続される。
上記の接続により、第2導体パターン12は給電点23において給電されることができる。なお、第2導体パターン12は第1導体パターン11を接地側として不平衡給電されてもよく、第1導体パターン11と対をなして平衡給電されてもよい。
フレキシブル基板3には、そのなす面に沿って第3導体パターン13が形成されている。第3導体パターン13は、基板2がフレキシブル基板3と略交差する上記の端辺の近傍に位置する接続箇所31及び接続箇所32(それぞれ点線の楕円で囲んで表す。)において、第2導体パターン12に接続される。
接続箇所31及び接続箇所32における上記の接続の方法は、いく通りか考えられる。図2を参照して、それらの接続方法の例を説明する。図2は、基板2とフレキシブル基板3を図1の左方に表したブロック矢印の向きに見て、上記の接続方法の例を説明する図である。図2(a)は、基板2(に形成された第2導体パターン12)とフレキシブル基板3(に形成された第3導体パターン13)とが、接続箇所31及び接続箇所32においてはんだ付けにより接続された状態を表す。
図2(b)は、基板2(に形成された第2導体パターン12)とフレキシブル基板3(に形成された第3導体パターン13)とが、基板2に設けられた給電ピン24により接続箇所31及び接続箇所32において接続された状態を表す。図2(c)は、基板2(に形成された第2導体パターン12)とフレキシブル基板3(に形成された第3導体パターン13)とが、基板2に設けられた板ばね25により接続箇所31及び接続箇所32において接続された状態を表す。図2(b)又は(c)に例示された接続方法は、はんだ付けを必要としないから、工程の簡素化に有効である。
図1に表したように構成されたアンテナ装置1においては、第2導体パターン12と第3導体パターン13が接続箇所31及び接続箇所32で接続され、導体パターンの一部が切除された不連続な箇所を含む面状のアンテナ素子が折り曲げられた状態で形成されると考えることができる。一方、基板2がフレキシブル基板3と略交差する上記の端辺において、第3導体パターン13がその全幅にわたって第2導体パターン12と接続されたと仮定すると、不連続な箇所を含むことのない面状のアンテナ素子が折り曲げられた状態で形成されると考えることができる。
アンテナ装置1が図1に表したように構成された場合と、上記の通り不連続な箇所を含むことのない面状のアンテナ素子が形成された場合の特性をシミュレーションにより比較した結果について、図3乃至図5を参照して説明する。図3は、シミュレーションに用いたアンテナ装置1のモデルを表す図である。
当該モデルは、第2導体パターン12と第3導体パターン13が接続箇所31及び接続箇所32で接続されることにより不連続な箇所(第3導体パターン13の図中最下部の切除された部分)を含んで形成された面状のアンテナ素子を、第1導体パターン11と同一平面上に展開したものに相当する。図中の符号11乃至13及び23を付した構成は、それぞれ図1に表したものと同じである。両向き矢印に付した数字は、該当箇所の寸法(単位はミリメートル)を表す。
図3において、第1導体パターン11と対向する第2導体パターン12の辺の長さは11.4mmである。第1導体パターン11と第2導体パターン12の対向する辺どうしの間隔は、0.5mmである。上記の対向する辺どうしの間隔は、第1導体パターン11と対向する第2導体パターン12の辺の長さの略10分の1以下であることが望ましい(この点については、特許文献2の段落0013参照。)から、このように値を選んだものである。
図4は、図3に表したアンテナ装置1のモデルを用いて、給電点23における電圧定在波比(VSWR)の周波数特性をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数(単位はGHz)、縦軸は真数で表したVSWRである。図4に表されているように、アンテナ装置1のモデルによれば、周波数3GHzから10GHzの帯域にわたってVSWRが1.8以下である。
図5は、図3に表したアンテナ装置1のモデルを上記の不連続な箇所がないように変形した(第3導体パターン13がその全幅にわたって第2導体パターン12と接続された)モデル(図示せず。)を用いて、給電点23におけるVSWRの周波数特性をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸及び縦軸は、図4と共通である。図5においても、周波数3GHzから10GHzの帯域にわたってVSWRが1.8以下である。すなわち、図3に表したアンテナ装置1のモデルに不連続な箇所が含まれていてもいなくても、ほぼ同等のVSWRの周波数特性を示すことがわかる。
アンテナ装置1においては、第2導体パターン12と第3導体パターン13の接続箇所31及び接続箇所32における接続の幅が特性に影響することが考えられる。この点について上記と同様のシミュレーションにより評価した結果を、図6及び図7を参照して説明する。図6は、図3に表したシミュレーションのモデルにおいて、評価のパラメータである上記の接続の幅“d”を表す図である。
図7は、上記のパラメータ“d”に3通りの値を与え、それぞれの値について給電点23におけるVSWRの周波数特性をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸及び縦軸は、図4と共通である。図7においてVSWR特性を表す曲線のうち、実線はd=2mm、点線はd=1mm、一点鎖線はd=0.5mmの場合にそれぞれ対応する。なお、d=2mmの場合は図4に表した特性と一致する。
図7から明らかなように、パラメータ“d”の値が1mm以下であれば、2.5乃至10GHzの周波数帯域にわたってVSWRの値が2以下という特性が得られる。パラメータ“d”の値を0.5mmまで細くすると、4GHz以上の周波数帯域においてVSWRの値が2を超えるが、この場合でも周波数によっては使用することのできる可能性がある。
アンテナ装置1の各種の変形例が示す特性について、図8乃至図13を参照して説明する。図8は、アンテナ装置1の第2導体パターン12と第3導体パターン13が接続箇所31のみで接続され、接続箇所32に相当する箇所で第2導体パターン12と第3導体パターン13が接続されていない変形例を表す図である。
図8において、アンテナ装置1の第3導体パターン13に対応する第3導体パターンは、符号13aを付して表す。その他の符号を付した構成は、それぞれ図1又は図3に表したものと同じである。各部の寸法は図3と同じであるから、記載を省略する。
図9は、図8に表したアンテナ装置1の変形例を用いて、給電点23におけるVSWRの周波数特性をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸及び縦軸は、図4と共通である。図9を図4と対比すれば明らかなように、第2導体パターン12と第3導体パターン13を1箇所のみで接続した場合は、2箇所で接続した場合に比べ、周波数2.5GHzから10GHzの帯域にわたってVSWR特性が劣化する。
しかし、周波数2乃至2.5GHzの帯域では、1箇所のみで接続した場合の方が良好なVSWR特性を示す。この結果から、例えば図8に示したようなアンテナ装置1の変形例でも、使用周波数を限定して使用することのできる可能性のあることがわかる。
図10は、図3に表したアンテナ装置1のモデルを上記の不連続な箇所がないように変形した(第3導体パターン13がその全幅にわたって第2導体パターン12と接続された)モデル(図5にVSWR特性を表したもの)において、第2導体パターン12と第3導体パターン13の図中左半分のみを残した変形例を表す図である。
図10において、アンテナ装置1の第2導体パターン12に対応する第2導体パターンは、符号12bを付して表す。アンテナ装置1の第3導体パターン13に対応する第3導体パターンは、符号13bを付して表す。その他の符号を付した構成は、それぞれ図1又は図3に表したものと同じである。各部の寸法については、図8と同様に記載を省略する。
図11は、図10の変形例において第2導体パターン12bと第3導体パターン13bの接続箇所を図中の左方及び右方の2箇所とし、その間に位置する第3導体パターン13bの図中最下部を切除した変形例を表す図である。アンテナ装置1の第3導体パターン13に対応する第3導体パターンは、符号13cを付して表す。その他の符号を付した構成は、それぞれ図10に表したものと同じである。各部の寸法については、図10と同様に記載を省略する。
図12は、図10の変形例において第2導体パターン12bと第3導体パターン13bの接続箇所を図中の左方に限定し、第3導体パターン13bの図中最下部を切除した変形例を表す図である。アンテナ装置1の第3導体パターン13に対応する第3導体パターンは、符号13dを付して表す。その他の符号を付した構成は、それぞれ図10に表したものと同じである。各部の寸法については、図10と同様に記載を省略する。
図13は、図10乃至図12に表したアンテナ装置1の変形例を用いて、給電点23におけるVSWRの周波数特性をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸及び縦軸は、図4と共通である。図13においてVSWR特性を表す曲線のうち、実線は図10の変形例の特性、点線は図11の変形例の特性、一点鎖線は図12の変形例の特性をそれぞれ表す。
図13から明らかなように、実線で表した図10の変形例の特性と、点線で表した図11の変形例の特性はほとんど差がなく、図11のように第2導体パターン12bと第3導体パターン13bの接続箇所を図中の左方及び右方の2箇所とすれば十分であることがわかる。
また図13の実線又は点線で表した特性を図4又は図5の特性と比較すると、アンテナ装置1の第2導体パターン12と第3導体パターン13の左半分だけを残す変形の結果、3.5乃至7.5GHzの周波数帯域においてVSWRが最大2.3程度まで劣化することがわかる。しかし、図8の変形例について述べたのと同様に、図10乃至図12に係る変形例も周波数によっては使用することのできる可能性がある。
本発明の実施例1によれば、広帯域化アンテナ装置の素子の一部を基板側、他の一部をフレキシブル基板側に設けて効率的に接続することにより、アンテナとしての特性と形状の自由度を両立させることができる。
以下、図14及び図15を参照して、本発明の実施例2を説明する。図14は、本発明の実施例2に係るアンテナ装置5の構成を表す斜視図である。アンテナ装置5は、無線装置の構成に含まれる基板6又は筐体7がそれぞれなす面に沿って形成された、複数の導体パターンを含むものとして構成される(上記の無線装置及び筐体7の全体は図示せず。)。
上記の導体パターンが形成された筐体7の面は、基板6の1の端辺において基板6と略交差するように配設されている。ここで「略交差する」とは、実施例1において説明したのと同じ意味である。上記の導体パターンが形成された筐体7の面は、基板6に対して垂直の向きでなくてもよく、曲面をなしていてもよい。
基板6には、第1導体パターン51が平面状に形成されている。基板6の、導体パターンが形成された筐体7の面と略交差する上記の端辺を含む範囲には、第2導体パターン52が平面状に形成されている。第2導体パターン52は、上記の端辺の側の辺と、それ以外の辺に囲まれた形状をなす。これらの辺のうち上記の端辺の側以外の1の辺(図14においては、上記の端辺の反対側の辺)が、第1導体パターン51の1の辺と略平行に対向する。
基板6には、無線回路61が設けられている。無線回路61は、給電線62を介して第2導体パターン52と電気的に接続される。給電線62は、例えば基板6が多層からなるものとして内側の層の導体パターンにより形成することができる。給電線62は、第2導体パターン52の第1導体パターン51と対向する辺の近傍に位置する給電点63において、第2導体パターン52に接続される。
上記の接続により、第2導体パターン52は給電点63において給電されることができる。なお、第2導体パターン52は第1導体パターン51を接地側として不平衡給電されてもよく、第1導体パターン51と対をなして平衡給電されてもよい。
筐体7の一部には、そのなす面に沿ってめっき又は貼付等の方法により第3導体パターン53が形成されている。第3導体パターン53は、基板6が上記の筐体7の面と略交差する上記の端辺の近傍に位置する接続箇所71及び接続箇所72において、第2導体パターン52に接続される。第3導体パターン53は、図14に表したように手前側の面(筐体7の内面)に形成されてもよく、その反対側の面(筐体7の外面)に形成されてもよい。
接続箇所71及び接続箇所72における上記の接続の方法は、いく通りか考えられる。図15を参照して、それらの接続方法の例を説明する。図15は、基板6と筐体7の一部の面を図14の左方に表したブロック矢印の向きに見て、上記の接続方法の例を説明する図である。
図15(a)は、基板6(に形成された第2導体パターン52)と筐体7の内面に形成された第3導体パターン53とが、面接触により接続された状態を表す。第3導体パターン53は、筐体7の内面に設けられたリブ7aの表面に延伸された部分を有する。その延伸された部分に基板6(に形成された第2導体パターン52)が面接触することにより、接続箇所71及び接続箇所72における接続がされる。基板6が図15(a)において上から下へ向かい押圧されるようにすれば、面接触の確実性を高めることができる。
図15(b)は、基板6(に形成された第2導体パターン52)と筐体7の内面に形成された第3導体パターン53とが、ばねにより接続された状態を表す。第3導体パターン53は、筐体7の内面に設けられたリブ7aの表面に延伸された部分を有する。基板6に設けられ第2導体パターン52に接続されたばね64がその延伸された部分に接触することにより、接続箇所71及び接続箇所72における接続がされる。
図15(c)は、基板6(に形成された第2導体パターン52)と筐体7の内面に形成された第3導体パターン53とが、基板6の筐体7の面との機械的接合を介して接続された状態を表す。第3導体パターン53は、筐体7の内面に設けられた突部7bの先端に設けられた基板挿入孔7cの内側まで延伸された部分を有する。筐体7の面と略交差する基板6の端辺の一部が基板挿入孔7cに挿入されると、上記の延伸された部分に基板6(に形成された第2導体パターン52)が接触することにより、接続箇所71及び接続箇所72における接続がされる。
図15(d)は、基板6(に形成された第2導体パターン52)と筐体7の外面に形成された第3導体パターン53とが、筐体7に設けられたビアホールを通して接続された状態を表す。第3導体パターン53は筐体7の外面にめっき又は貼付されて形成され、ビアホール7dを通して筐体7の内面に設けられたリブ7eの表面に延伸された部分を有する。その延伸された部分に基板6(に形成された第2導体パターン52)が面接触することにより、接続箇所71及び接続箇所72における接続がされる。基板6が図15(d)において下から上へ向かい押圧されるようにすれば、面接触の確実性を高めることができる。
図14に表したように構成されたアンテナ装置5においては、第2導体パターン52と第3導体パターン53が接続箇所71及び接続箇所72で接続され、導体パターンの一部が切除された不連続な箇所を含む面状のアンテナ素子が折り曲げられた状態で形成されると考えることができる。
したがって、アンテナ装置5は実施例1で説明したアンテナ装置1に同等であり、図3乃至図13を参照して説明したアンテナ装置1の特性及び各種の変形例は、アンテナ装置5にもそのまま適用することができる。
本発明の実施例2によれば、フレキシブル基板ではなく無線装置の筐体に形成した導体パターンを放射素子として用いても実施例1と同等のアンテナ装置を構成することができるという、付加的な効果が得られる。
以上の各実施例の説明において、アンテナ素子、基板、筐体、接続箇所の形状、構成、配置等は例示であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形が可能である。
1、5 アンテナ装置
2、6 基板
3 フレキシブル基板
7 筐体
7a、7e リブ
7b 突部
7c 基板挿入孔
7d ビアホール
11、51 第1導体パターン
12、12b、52 第2導体パターン
13、13a、13b、13c、13d、53 第3導体パターン
21、61 無線回路
22、62 給電線
23、63 給電点
24 給電ピン
25 板ばね
31、32、71、72 接続箇所
64 ばね
2、6 基板
3 フレキシブル基板
7 筐体
7a、7e リブ
7b 突部
7c 基板挿入孔
7d ビアホール
11、51 第1導体パターン
12、12b、52 第2導体パターン
13、13a、13b、13c、13d、53 第3導体パターン
21、61 無線回路
22、62 給電線
23、63 給電点
24 給電ピン
25 板ばね
31、32、71、72 接続箇所
64 ばね
Claims (6)
- 基板に平面状に形成された第1の導体パターンと、
前記基板の1の端辺を含む範囲に平面状に形成され、前記端辺の側以外の1の辺が前記第1の導体パターンの1の辺と略平行に対向し、かつ、前記第1の導体パターンの1の辺と対向する辺の近傍において給電されることができる第2の導体パターンと、
前記基板と前記端辺において略交差するように配設されたフレキシブル基板のなす面に沿って形成され、前記端辺の近傍において前記第2の導体パターンと接続された第3の導体パターンとを
備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 筐体と、前記筐体に内蔵された基板とを有する無線装置に使用されるアンテナ装置において、
前記基板に平面状に形成された第1の導体パターンと、
前記基板の1の端辺を含む範囲に平面状に形成され、前記端辺の側以外の1の辺が前記第1の導体パターンの1の辺と略平行に対向し、かつ、前記第1の導体パターンの1の辺と対向する辺の近傍において給電されることができる第2の導体パターンと、
前記基板と前記端辺において略交差するように配設された前記筐体の1の面に沿って形成され、前記端辺の近傍において前記第2の導体パターンと接続された第3の導体パターンとを
備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記第2の導体パターンは、前記端辺の側の1の辺の両端近傍の2箇所において前記第3の導体パターンと電気的に接続されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。
- 前記第1の導体パターンと前記第2の導体パターンの対向する辺どうしの間隔は、前記第1の導体パターンの1の辺と対向する前記第2の導体パターンの辺の長さの略10分の1以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。
- 前記第2の導体パターンは、前記第1の導体パターンを接地側として不平衡給電されることができることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。
- 前記第2の導体パターンは、前記第1の導体パターンと対をなして平衡給電されることができることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20110126259A (ko) * | 2010-05-17 | 2011-11-23 | 엘지전자 주식회사 | 안테나, 이를 포함하는 동글 및 이동 단말기 |
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-
2007
- 2007-03-06 JP JP2007056399A patent/JP2008219661A/ja active Pending
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