アンテナ構造および電子装置搭載機器
【課題】電子装置搭載機器の実装構造は、励振回路を持つ電子装置の実装面積と放射素子の実装面積とを合わせた実装面積が必要となり、無線回路を有する電子装置搭載機器の小型化が困難となる恐れがある。
【解決手段】プリント回路基板、電子装置及び放射素子からなるアンテナ構造において、プリント回路基板に実装された電子装置のパッケージが放射素子を固定したことを特徴とするアンテナ構造。
【解決手段】プリント回路基板、電子装置及び放射素子からなるアンテナ構造において、プリント回路基板に実装された電子装置のパッケージが放射素子を固定したことを特徴とするアンテナ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ構造と、このアンテナ構造を用いた電子装置搭載機器とに係り、特に、プリント基板上のアンテナ構造、このアンテナ構造を用いた電子装置搭載機器とに係る。
【背景技術】
【０００２】
無線回路を有する電子装置搭載機器は、所望の送信周波数で信号送信するために、無線回路の送信部に接続されたアンテナ回路は、送信周波数で共振するアンテナ構造を有している。
【０００３】
図６は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の斜視図である。図７は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の上面図である。図８は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の、Ｂ−Ｂ’線による断面図である。
図６、図７、図８に示すように、プリント回路基板６１に電子装置６２、電子装置６３及び放射素子６４が搭載されている。そして電子装置６２は、放射素子６４から放射する信号を生成するための、図示されない励振回路を有する。電子装置６２および放射素子６４は、接続回路６５で接続されている。プリント回路基板６１は、電子装置側の表面層として誘電体層６６を有し、その下部にはグランド層６７が構成されている。
【０００４】
電子装置６２の励振回路で生成された送信信号は、接続回路６５を介して放射素子６４へ伝搬する。放射素子６４から送信信号が放射される。放射素子６４の寸法ａ６８と寸法ｂ６９は、送信信号周波数により決定され、更にプリント回路基板６１の誘電体層６６の誘電率も周波数決定に反映されている。
【０００５】
上記に関連して、特許文献１（特開平１１−１２２０３２号公報）には、マイクロストリップアンテナに係る記載が開示されている。このマイクロストリップアンテナは、誘電体基板の一側面にグランド導体を配設し、他側面にふく射素子を配設したものである。このマイクロストリップアンテナは、誘電体基板の一部であって、グランド導体とふく射素子の間に生ずる電界の波長短縮に寄与する部分の一部を、誘電体基板に代えて、誘電体基板と異なる誘電率を有する別の誘電体を配設して構成したことを特徴とする。
【０００６】
特許文献２（特開平１１−１３６０２３号公報）には、マイクロストリップアンテナに係る記載が開示されている。このマイクロストリップアンテナは、誘電体基板を異なる誘電率に取替え可能である。このマイクロストリップアンテナは、誘導体ケーシングを有し、誘電率調整板を備える。ここで、誘電体ケーシングは、放射素子が装着されている誘電体基板と接地導体との間に誘電率調整版を着脱可能に収容する鞘体を呈する。誘電率調整板は、誘導体ケーシングに挿入、抜き去りによる着脱可能な、所要の共振周波数を放射素子に保有せしめる。このマイクロ手とリップアンテナは、指定された誘電率調整板を選択的に装着される。
【０００７】
特許文献３（特開２００２−１４１７２６号公報）には、電子部品一体型のアンテナに係る記載が開示されている。この電子部品一体型のアンテナは、電子部品と、放射素子とからなる。ここで、電子部品は、少なくとも一面側がパッケージで被覆されている。放射素子は、このパッケージの表面に形成されている。また、少なくとも前記放射素子に給電する給電部が前記パッケージから露出するリードの１本に接続されている。
【０００８】
特許文献４（特開２００５−１６７９００号公報）には、アンテナ一体型モジュールに係る記載が開示されている。このアンテナ一体型モジュールは、誘電体基板と、接続ランドと、高周波回路の回路部品群と、放射導体板とを備える。ここで、誘電体基板は、接地導体上に設けられている。接続ランドは、この誘電体基板上に設けられている。高周波回路の回路部品群は、誘電体基板上に搭載されている。放射導体板は、この回路部品群の少なくとも一部を覆う金属板からなる。このアンテナ一体型モジュールは、前記放射導体板に給電端子片と接地端子片および脚片とを折り曲げ形成し、前記給電端子片を前記高周波回路の給電ラインに接続すると共に、前記接地端子片を
前記接地導体に接続し、かつ、前記脚片を前記接続ランドに半田付けして前記放射導体板を支える構成としたことを特徴とする。
【０００９】
特許文献５（特開２００５−２１７６０８号公報）には、アンテナ装置に係る記載が開示されている。このアンテナ装置は、誘電体と、接地導体と、放射素子とを含むことを特徴とする。ここで、誘電体は、天面と底面と側面とを持つ。
接地導体は、誘電体の底面に形成されている。放射素子は、誘電体の天面と側面とに一体的に形成されている。
【００１０】
特許文献６（特開２００７−３２９７３８号公報）には、無線通信装置に係る記載が開示されている。この無線通信装置は、無線モジュール基板と、誘電体部材と、支持部材とを有する。ここで、無線モジュール基板は、無線機能を持つ無線モジュールとアンテナとが実装されるとともに機器筐体内部に設けられるものである。誘電体部材は、一定の誘電率を有するものである。支持部材は、誘電体部材を支持するものである。この無線通信装置は、アンテナ近傍に前記誘電体部材を接触もしくは近接させて配置し、アンテナ周囲の空間インピーダンスを変化させることで、アンテナの共振周波数を変化させる機構を有することを特徴とする。
【００１１】
図６、図７及び図８に示す電子装置搭載機器の実装構造は、無線回路の励振回路を持つ電子装置と放射素子がプリント回路基板の同一面上に配置されており、電子装置の実装面積と放射素子の実装面積とを合わせた実装面積が必要となり、無線回路を有する電子装置搭載機器の小型化が困難となる恐れがある。
【００１２】
無線回路を有する電子装置搭載機器の小型化のためには、励振回路と放射素子の小型化が必要であるのに対し、特許文献１で開示された構造では、放射素子の構造のみの記述であり、誘電率調整板の誘電体ケーシングへ挿入しない余分な誘電体調整板分の面積が必要となり、小型化構造とはなっていない。特許文献２で開示された構造では、誘電体基板にふく射素子を設けた放射素子のみの構造であり、励振回路を含めた小型化構造とはなっていない。特許文献３で開示された構造では、階段的に厚みが異なる誘電体部材により、利用しない厚み以外の誘電体部材部分により小型化構造とはなっていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−１２２０３２号公報
【特許文献２】特開平１１−１３６０２３号公報
【特許文献３】特開２００２−１４１７２６号公報
【特許文献４】特開２００５−１６７９００号公報
【特許文献５】特開２００５−２１７６０８号公報
【特許文献６】特開２００７−３２９７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、放射素子と励振回路を一体化構造とすることで、無線回路を有する電子装置搭載機器の小型化を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によるアンテナ構造は、プリント回路基板と、電子装置と、アンテナ放射素子とを具備する。ここで、プリント回路基板は、グランド層と、誘電体層とを積層して有する。電子装置は、プリント回路基板における前記誘電体層の側に実装されている。アンテナ放射素子は、電気素子の上面に支持されている。アンテナ放射素子における少なくとも１つ寸法は、電子装置のいずれかの寸法よりも大きい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、プリント回路基板上の放射素子を電子装置により固定することで、放射素子と電子装置及びプリント回路基板に一体化構造により、電子装置の実装面積が不要となり、放射素子の実装面積のみで無線回路を有する電子装置搭載機器が実現でき、電子装置搭載機器の小型化構造が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器の上面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態による電子装置搭載機器の断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態による電子装置搭載機器の断面図である。
【図６】図６は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の斜視図である。
【図７】図７は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の上面図である。
【図８】図８は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の断面図である。
【図９】図９は、本発明による電子装置搭載機器の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明による電子装置搭載機器の放射電界強度特性のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
添付図面を参照して、本発明による電子装置搭載機器およびアンテナ構造を実施するための形態を以下に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器の斜視図である。図２は、本実施形態による電子装置搭載機器の上面図である。図３は、本実施形態による電子装置搭載機器の、Ａ−Ａ’線での断面図である。
【００２０】
本実施形態による電子装置搭載機器は、プリント回路基板１と、電子装置２と、電子装置３と、放射素子４とを具備する。プリント回路基板１は、誘電体層５と、グランド層６とを具備する。なお、グランド層６より下層にさらなる要素が構成されていても構わないが、ここではその説明を省略する。
【００２１】
プリント回路基板１において、誘電体層５は、グランド層６の上に積層されている。電子装置２と、電子装置３とは、プリント回路基板１における誘電体層５の上に実装されている。
【００２２】
ここで、電子装置２と、電子装置３との厚さまたは高さは、同じであることが望ましい。電子装置２と、電子装置３との上には、放射素子４が乗っている。グランド層６から放射素子４までの距離を、寸法ｃ（９）とする。
【００２３】
寸法ｃ（９）は、誘電体層５の厚さと、電子装置２および電子装置３の厚さとの合計に等しい。なお、寸法ｃ（９）は一様であることが望ましい。
【００２４】
少なくとも１つの方向において、電子装置２、３の両側で放射素子４がはみ出していれば、別の方向で電子装置２、３が放射素子からはみ出していても構わない。もちろん、電子装置２および電子装置３における上面は、その全てが放射素子４によって覆われていても構わない。
【００２５】
電子装置２は、図示されない励振回路を内蔵する。この励振回路は、送信信号を生成する。この送信信号は、電子装置２と、放射素子４との静電結合によって、放射素子４へ伝搬する。
【００２６】
放射素子４は、長方形であり、縦横の寸法を寸法ａ（７）および寸法ｂ（８）とする。ここで、寸法ａ（７）および寸法ｂ（８）のそれぞれは、送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。また、プリント回路基板１における誘電体層５の誘電率も、同じく送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。
【００２７】
図９は、送信信号周波数に合致させる放射素子寸法について説明する電子装置搭載機器断面図である。この電子装置搭載機器は、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器と同様に、グランド層９５と、誘電体層９４と、電子装置９２と、放射素子９３とを、この順番に積層して具備している。また、放射素子９３と、誘電体層９４との間における空間には、電子装置９２が実装されていない部分において、空気が存在する。
【００２８】
放射素子９３は長方形であって、その縦横の寸法を寸法ａおよび寸法ｂとする。電子装置９２の厚さを、寸法ｔ１とする。誘電体層９４の厚さを、寸法ｔ２とする。
【００２９】
ここで、誘電体を挟む導体間、すなわちグランド層９５と、放射素子９３との間には、容量Ｃが存在する。この容量Ｃは、以下の（１）式で表される。
Ｃ＝ε０εｒＳ／ｄ …（１）
但し、ε０は真空中の誘電率、εｒは比誘電率、Ｓは寸法ａおよび寸法ｂの積となる導体面積、ｄは導体間距離、すなわち寸法ｔ１および寸法ｔ２の和となる距離である。
【００３０】
また、誘電体層９４と、放射素子９３との間の空気層には、容量Ｃ１が存在する。空気層と、グランド層９５の間の誘電体層９４には、容量Ｃ２が存在する。放射素子９３と、誘電体層９４との間の電子装置９２には、容量Ｃ３が存在する。したがって、容量Ｃは、これらの容量Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の合成容量である。これらの容量Ｃ、Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の関係は、以下の（２）式で表される。
Ｃ＝（Ｃ３＋Ｃ１）＊Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３） …（２）
【００３１】
また、これらのＣ１、Ｃ２およびＣ３のそれぞれにおける容量は、（３ａ）〜（３ｃ）式で表される。
Ｃ１＝ε０Ｓ／ｔ１ …（３ａ）
Ｃ２＝ε０・εｒ・１Ｓ／ｔ２ …（３ｂ）
Ｃ３＝ε０・εｒ２・Ｓ１／ｔ１ …（３ｃ）
但し、εｒ１は誘電体層９４の比誘電率、εｒ２は電子装置９２におけるパッケージの誘電率、Ｓ１は電子装置９２のパッケージ上面の面積である。
【００３２】
容量Ｃは、（２）式及び（３ａ）〜（３ｃ）式から求まる。この容量Ｃにより、式（１）の比誘電率εｒが求まる。波長短縮率は１／√εｒであることから、放射素子４の寸法ｂより寸法ａが長い場合、放射素子の基本共振周波数ｆは、以下の（４）式で求めることができる。
ｆ＝（３００／２ａ）＊（１／√εｒ） …（４）
【００３３】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施形態による電子装置搭載機器の断面図である。本実施形態による電子装置搭載機器は、図４に示すように、プリント回路基板４１と、電子装置４２と、放射素子４３とを具備する。プリント回路基板４１は、誘電体層４４と、グランド層４５とを具備する。なお、グランド層４５より下層にさらなる要素が構成されていても構わないが、ここではその説明を省略する。
【００３４】
プリント回路基板４１において、誘電体層４４は、グランド層４５の上に積層されている。電子装置４２は、プリント回路基板における誘電体層４４の上に実装されている。
【００３５】
少なくとも１つの方向において、電子装置４２の両側で放射素子４３がはみ出していれば、別の方向で電子装置４２が放射素子からはみ出していても構わない。もちろん、電子装置４２の上には、放射素子４３が乗っている。電子装置４２における上面は、その全てが放射素子４３によって覆われていても構わない。
【００３６】
電子装置４２は、図示されない励振回路を内蔵する。この励振回路は、送信信号を生成する。この送信信号は、電子装置４２と放射素子４３との静電結合により放射素子４３へ伝搬する。
【００３７】
放射素子４３は、長方形であり、縦横の寸法のそれぞれは、送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。また、プリント回路基板４１の誘電体層４４の誘電率も、同じく送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。
【００３８】
本実施形態のその他の動作は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００３９】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態による電子装置搭載機器の断面図である。本実施形態による電子装置搭載機器は、図５に示すように、プリント回路基板５１と、電子装置５２、５３と、放射素子５４と、誘電体５７，５８及び５９とを具備する。プリント回路基板５１は、グランド層５６と、誘電体層５５とを具備する。なお、グランド層５６より下層にさらなる要素が構成されていても構わないが、ここではその説明を省略する。
【００４０】
プリント回路基板５１において、誘電体層５５は、グランド層５６の上に積層されている。誘電体５７と、電子装置５２と、誘電体５８と、電子装置５３と、誘電体５９とは、プリント回路基板５１における誘電体層５５の上に実装されている。
【００４１】
ここで、誘電体５７と、電子装置５２と、誘電体５８と、電子装置５３と、誘電体５９との厚さまたは高さは、同じであることが望ましい。誘電体５７と、電子装置５２と、誘電体５８と、電子装置５３と、誘電体５９との上には、放射素子５４が乗っている。
【００４２】
ここで、誘電体５７および電子装置５２と、電子装置５２および誘電体５８と、誘電体５８および電子装置５３と、電子装置５３および誘電体５９とは、それぞれ密着している。ただし、これは、アンテナ構造全体の強度を高めるためであって、誘電体５７〜５９と、電子装置５２、５３との間に隙間、すなわち空気が存在しても構わない。
【００４３】
さらに、誘電体５７、電子装置５２、誘電体５８、電子装置５３および誘電体５９の集合体における上面は、放射素子５４の面に等しい。言い換えれば、放射素子５４と、誘電体層５５との間空間の全ては、誘電体５７、電子装置５２、誘電体５８、電子装置５３および誘電体５９の集合体によって完全に占められている。しかし、これも、アンテナ構造全体の強度を高めるためであって、少なくとも１つの方向において、電子装置５２、５３の両側で放射素子５４がはみ出してさえいれば、誘電体５７〜５９と、放射素子５４との位置関係及び寸法の関係には、特に制限は無い。
【００４４】
電子装置５２は、図示されない励振回路を内蔵する。この励振回路は、送信信号を生成する。この送信信号は、電子装置５２と放射素子５４との静電結合により放射素子５４へ伝搬する。
【００４５】
ここで、放射素子５４は、長方形であり、縦横の寸法のそれぞれは、送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。また、プリント回路基板５１における誘電体層５５及び誘電体５７，５８、５９のそれぞれにおける誘電率も、同じく送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。
【００４６】
図１０は、本発明の実施形態による電子装置搭載機器の放射電界強度特性のグラフである。特性Ａのグラフは、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器において、放射素子の寸法が、放射素子と、プリント回路基板における誘電体層との誘電率ならびに電子装置のパッケージ誘電率に適する値に決定されている場合のものである。また、特性Ｂのグラフは、本発明の第３の実景体による電子装置搭載機器において、放射素子の寸法が、放射素子と、プリント回路基板における誘電体層との誘電率ならびに電子装置のパッケージ誘電率に適する値に決定されている場合のものである。このグラフにおいて、横軸は、電子装置の励振回路が生成する送信信号の周波数を表し、縦軸は、放射素子による放射電界強度を表す。
【００４７】
特性Ａと、特性Ｂとを比較すると、特性Ｂにおいての方が、特性Ａにおいてよりも、共振周波数が低下していることがわかる。これは、第１の実施形態に比べて、第３の実施形態の方が、誘電体を追加していることからである。すなわち、放射素子とグランド層で形成される容量が増加し、波長短縮率増加により共振周波数が低下していることがわかる。
【００４８】
これまで説明した各実施形態において、放射素子の形状が長方形である場合について述べた。しかし、放射素子の形状は必ずしも長方形に限定されず、正方形であっても良いし、さらにことなる形状であっても構わない。ただし、放射素子の形状がどうあっても、放射素子の少なくとも１つの寸法は、電子装置のいずれか１つの寸法よりも大きくなければいけない。すなわち、アンテナとして効率よく動作するためには、放射素子が、少なくとも１つの方向において、電子装置の両側からはみ出している必要があるためである。
【００４９】
また、放射素子が電子装置の上面に固定される具体的な方法としては、接着したり、嵌合したりしても良いが、これらの方法に限定されない。いずれの方法においても、本発明では、電子装置と放射素子とは、送信信号を伝播するために、静電結合によって接続されている。
【符号の説明】
【００５０】
１、４１、５１、６１、９１ プリント回路基板
２、３、４２、５２、５３、６２、６３、９２ 電子装置
４、４３、５４、６４、９３ 放射素子
５７、５８、５９ 誘電体
６５ 接続回路
５、４４、５５、６６、９４ 誘電体層
６、４５、５６、６７、９５ グランド層
７、６８ 寸法ａ
８、６９ 寸法ｂ
９ 寸法ｃ
９６ 寸法ｔ１
９７ 寸法ｔ２
９８ Ｃ
９９ Ｃ１
１００ Ｃ２
１０１ Ｃ３
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ構造と、このアンテナ構造を用いた電子装置搭載機器とに係り、特に、プリント基板上のアンテナ構造、このアンテナ構造を用いた電子装置搭載機器とに係る。
【背景技術】
【０００２】
無線回路を有する電子装置搭載機器は、所望の送信周波数で信号送信するために、無線回路の送信部に接続されたアンテナ回路は、送信周波数で共振するアンテナ構造を有している。
【０００３】
図６は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の斜視図である。図７は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の上面図である。図８は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の、Ｂ−Ｂ’線による断面図である。
図６、図７、図８に示すように、プリント回路基板６１に電子装置６２、電子装置６３及び放射素子６４が搭載されている。そして電子装置６２は、放射素子６４から放射する信号を生成するための、図示されない励振回路を有する。電子装置６２および放射素子６４は、接続回路６５で接続されている。プリント回路基板６１は、電子装置側の表面層として誘電体層６６を有し、その下部にはグランド層６７が構成されている。
【０００４】
電子装置６２の励振回路で生成された送信信号は、接続回路６５を介して放射素子６４へ伝搬する。放射素子６４から送信信号が放射される。放射素子６４の寸法ａ６８と寸法ｂ６９は、送信信号周波数により決定され、更にプリント回路基板６１の誘電体層６６の誘電率も周波数決定に反映されている。
【０００５】
上記に関連して、特許文献１（特開平１１−１２２０３２号公報）には、マイクロストリップアンテナに係る記載が開示されている。このマイクロストリップアンテナは、誘電体基板の一側面にグランド導体を配設し、他側面にふく射素子を配設したものである。このマイクロストリップアンテナは、誘電体基板の一部であって、グランド導体とふく射素子の間に生ずる電界の波長短縮に寄与する部分の一部を、誘電体基板に代えて、誘電体基板と異なる誘電率を有する別の誘電体を配設して構成したことを特徴とする。
【０００６】
特許文献２（特開平１１−１３６０２３号公報）には、マイクロストリップアンテナに係る記載が開示されている。このマイクロストリップアンテナは、誘電体基板を異なる誘電率に取替え可能である。このマイクロストリップアンテナは、誘導体ケーシングを有し、誘電率調整板を備える。ここで、誘電体ケーシングは、放射素子が装着されている誘電体基板と接地導体との間に誘電率調整版を着脱可能に収容する鞘体を呈する。誘電率調整板は、誘導体ケーシングに挿入、抜き去りによる着脱可能な、所要の共振周波数を放射素子に保有せしめる。このマイクロ手とリップアンテナは、指定された誘電率調整板を選択的に装着される。
【０００７】
特許文献３（特開２００２−１４１７２６号公報）には、電子部品一体型のアンテナに係る記載が開示されている。この電子部品一体型のアンテナは、電子部品と、放射素子とからなる。ここで、電子部品は、少なくとも一面側がパッケージで被覆されている。放射素子は、このパッケージの表面に形成されている。また、少なくとも前記放射素子に給電する給電部が前記パッケージから露出するリードの１本に接続されている。
【０００８】
特許文献４（特開２００５−１６７９００号公報）には、アンテナ一体型モジュールに係る記載が開示されている。このアンテナ一体型モジュールは、誘電体基板と、接続ランドと、高周波回路の回路部品群と、放射導体板とを備える。ここで、誘電体基板は、接地導体上に設けられている。接続ランドは、この誘電体基板上に設けられている。高周波回路の回路部品群は、誘電体基板上に搭載されている。放射導体板は、この回路部品群の少なくとも一部を覆う金属板からなる。このアンテナ一体型モジュールは、前記放射導体板に給電端子片と接地端子片および脚片とを折り曲げ形成し、前記給電端子片を前記高周波回路の給電ラインに接続すると共に、前記接地端子片を
前記接地導体に接続し、かつ、前記脚片を前記接続ランドに半田付けして前記放射導体板を支える構成としたことを特徴とする。
【０００９】
特許文献５（特開２００５−２１７６０８号公報）には、アンテナ装置に係る記載が開示されている。このアンテナ装置は、誘電体と、接地導体と、放射素子とを含むことを特徴とする。ここで、誘電体は、天面と底面と側面とを持つ。
接地導体は、誘電体の底面に形成されている。放射素子は、誘電体の天面と側面とに一体的に形成されている。
【００１０】
特許文献６（特開２００７−３２９７３８号公報）には、無線通信装置に係る記載が開示されている。この無線通信装置は、無線モジュール基板と、誘電体部材と、支持部材とを有する。ここで、無線モジュール基板は、無線機能を持つ無線モジュールとアンテナとが実装されるとともに機器筐体内部に設けられるものである。誘電体部材は、一定の誘電率を有するものである。支持部材は、誘電体部材を支持するものである。この無線通信装置は、アンテナ近傍に前記誘電体部材を接触もしくは近接させて配置し、アンテナ周囲の空間インピーダンスを変化させることで、アンテナの共振周波数を変化させる機構を有することを特徴とする。
【００１１】
図６、図７及び図８に示す電子装置搭載機器の実装構造は、無線回路の励振回路を持つ電子装置と放射素子がプリント回路基板の同一面上に配置されており、電子装置の実装面積と放射素子の実装面積とを合わせた実装面積が必要となり、無線回路を有する電子装置搭載機器の小型化が困難となる恐れがある。
【００１２】
無線回路を有する電子装置搭載機器の小型化のためには、励振回路と放射素子の小型化が必要であるのに対し、特許文献１で開示された構造では、放射素子の構造のみの記述であり、誘電率調整板の誘電体ケーシングへ挿入しない余分な誘電体調整板分の面積が必要となり、小型化構造とはなっていない。特許文献２で開示された構造では、誘電体基板にふく射素子を設けた放射素子のみの構造であり、励振回路を含めた小型化構造とはなっていない。特許文献３で開示された構造では、階段的に厚みが異なる誘電体部材により、利用しない厚み以外の誘電体部材部分により小型化構造とはなっていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−１２２０３２号公報
【特許文献２】特開平１１−１３６０２３号公報
【特許文献３】特開２００２−１４１７２６号公報
【特許文献４】特開２００５−１６７９００号公報
【特許文献５】特開２００５−２１７６０８号公報
【特許文献６】特開２００７−３２９７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、放射素子と励振回路を一体化構造とすることで、無線回路を有する電子装置搭載機器の小型化を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によるアンテナ構造は、プリント回路基板と、電子装置と、アンテナ放射素子とを具備する。ここで、プリント回路基板は、グランド層と、誘電体層とを積層して有する。電子装置は、プリント回路基板における前記誘電体層の側に実装されている。アンテナ放射素子は、電気素子の上面に支持されている。アンテナ放射素子における少なくとも１つ寸法は、電子装置のいずれかの寸法よりも大きい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、プリント回路基板上の放射素子を電子装置により固定することで、放射素子と電子装置及びプリント回路基板に一体化構造により、電子装置の実装面積が不要となり、放射素子の実装面積のみで無線回路を有する電子装置搭載機器が実現でき、電子装置搭載機器の小型化構造が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器の上面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態による電子装置搭載機器の断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態による電子装置搭載機器の断面図である。
【図６】図６は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の斜視図である。
【図７】図７は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の上面図である。
【図８】図８は、本発明に関連する技術による電子装置搭載機器の断面図である。
【図９】図９は、本発明による電子装置搭載機器の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明による電子装置搭載機器の放射電界強度特性のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
添付図面を参照して、本発明による電子装置搭載機器およびアンテナ構造を実施するための形態を以下に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器の斜視図である。図２は、本実施形態による電子装置搭載機器の上面図である。図３は、本実施形態による電子装置搭載機器の、Ａ−Ａ’線での断面図である。
【００２０】
本実施形態による電子装置搭載機器は、プリント回路基板１と、電子装置２と、電子装置３と、放射素子４とを具備する。プリント回路基板１は、誘電体層５と、グランド層６とを具備する。なお、グランド層６より下層にさらなる要素が構成されていても構わないが、ここではその説明を省略する。
【００２１】
プリント回路基板１において、誘電体層５は、グランド層６の上に積層されている。電子装置２と、電子装置３とは、プリント回路基板１における誘電体層５の上に実装されている。
【００２２】
ここで、電子装置２と、電子装置３との厚さまたは高さは、同じであることが望ましい。電子装置２と、電子装置３との上には、放射素子４が乗っている。グランド層６から放射素子４までの距離を、寸法ｃ（９）とする。
【００２３】
寸法ｃ（９）は、誘電体層５の厚さと、電子装置２および電子装置３の厚さとの合計に等しい。なお、寸法ｃ（９）は一様であることが望ましい。
【００２４】
少なくとも１つの方向において、電子装置２、３の両側で放射素子４がはみ出していれば、別の方向で電子装置２、３が放射素子からはみ出していても構わない。もちろん、電子装置２および電子装置３における上面は、その全てが放射素子４によって覆われていても構わない。
【００２５】
電子装置２は、図示されない励振回路を内蔵する。この励振回路は、送信信号を生成する。この送信信号は、電子装置２と、放射素子４との静電結合によって、放射素子４へ伝搬する。
【００２６】
放射素子４は、長方形であり、縦横の寸法を寸法ａ（７）および寸法ｂ（８）とする。ここで、寸法ａ（７）および寸法ｂ（８）のそれぞれは、送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。また、プリント回路基板１における誘電体層５の誘電率も、同じく送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。
【００２７】
図９は、送信信号周波数に合致させる放射素子寸法について説明する電子装置搭載機器断面図である。この電子装置搭載機器は、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器と同様に、グランド層９５と、誘電体層９４と、電子装置９２と、放射素子９３とを、この順番に積層して具備している。また、放射素子９３と、誘電体層９４との間における空間には、電子装置９２が実装されていない部分において、空気が存在する。
【００２８】
放射素子９３は長方形であって、その縦横の寸法を寸法ａおよび寸法ｂとする。電子装置９２の厚さを、寸法ｔ１とする。誘電体層９４の厚さを、寸法ｔ２とする。
【００２９】
ここで、誘電体を挟む導体間、すなわちグランド層９５と、放射素子９３との間には、容量Ｃが存在する。この容量Ｃは、以下の（１）式で表される。
Ｃ＝ε０εｒＳ／ｄ …（１）
但し、ε０は真空中の誘電率、εｒは比誘電率、Ｓは寸法ａおよび寸法ｂの積となる導体面積、ｄは導体間距離、すなわち寸法ｔ１および寸法ｔ２の和となる距離である。
【００３０】
また、誘電体層９４と、放射素子９３との間の空気層には、容量Ｃ１が存在する。空気層と、グランド層９５の間の誘電体層９４には、容量Ｃ２が存在する。放射素子９３と、誘電体層９４との間の電子装置９２には、容量Ｃ３が存在する。したがって、容量Ｃは、これらの容量Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の合成容量である。これらの容量Ｃ、Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の関係は、以下の（２）式で表される。
Ｃ＝（Ｃ３＋Ｃ１）＊Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３） …（２）
【００３１】
また、これらのＣ１、Ｃ２およびＣ３のそれぞれにおける容量は、（３ａ）〜（３ｃ）式で表される。
Ｃ１＝ε０Ｓ／ｔ１ …（３ａ）
Ｃ２＝ε０・εｒ・１Ｓ／ｔ２ …（３ｂ）
Ｃ３＝ε０・εｒ２・Ｓ１／ｔ１ …（３ｃ）
但し、εｒ１は誘電体層９４の比誘電率、εｒ２は電子装置９２におけるパッケージの誘電率、Ｓ１は電子装置９２のパッケージ上面の面積である。
【００３２】
容量Ｃは、（２）式及び（３ａ）〜（３ｃ）式から求まる。この容量Ｃにより、式（１）の比誘電率εｒが求まる。波長短縮率は１／√εｒであることから、放射素子４の寸法ｂより寸法ａが長い場合、放射素子の基本共振周波数ｆは、以下の（４）式で求めることができる。
ｆ＝（３００／２ａ）＊（１／√εｒ） …（４）
【００３３】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施形態による電子装置搭載機器の断面図である。本実施形態による電子装置搭載機器は、図４に示すように、プリント回路基板４１と、電子装置４２と、放射素子４３とを具備する。プリント回路基板４１は、誘電体層４４と、グランド層４５とを具備する。なお、グランド層４５より下層にさらなる要素が構成されていても構わないが、ここではその説明を省略する。
【００３４】
プリント回路基板４１において、誘電体層４４は、グランド層４５の上に積層されている。電子装置４２は、プリント回路基板における誘電体層４４の上に実装されている。
【００３５】
少なくとも１つの方向において、電子装置４２の両側で放射素子４３がはみ出していれば、別の方向で電子装置４２が放射素子からはみ出していても構わない。もちろん、電子装置４２の上には、放射素子４３が乗っている。電子装置４２における上面は、その全てが放射素子４３によって覆われていても構わない。
【００３６】
電子装置４２は、図示されない励振回路を内蔵する。この励振回路は、送信信号を生成する。この送信信号は、電子装置４２と放射素子４３との静電結合により放射素子４３へ伝搬する。
【００３７】
放射素子４３は、長方形であり、縦横の寸法のそれぞれは、送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。また、プリント回路基板４１の誘電体層４４の誘電率も、同じく送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。
【００３８】
本実施形態のその他の動作は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００３９】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態による電子装置搭載機器の断面図である。本実施形態による電子装置搭載機器は、図５に示すように、プリント回路基板５１と、電子装置５２、５３と、放射素子５４と、誘電体５７，５８及び５９とを具備する。プリント回路基板５１は、グランド層５６と、誘電体層５５とを具備する。なお、グランド層５６より下層にさらなる要素が構成されていても構わないが、ここではその説明を省略する。
【００４０】
プリント回路基板５１において、誘電体層５５は、グランド層５６の上に積層されている。誘電体５７と、電子装置５２と、誘電体５８と、電子装置５３と、誘電体５９とは、プリント回路基板５１における誘電体層５５の上に実装されている。
【００４１】
ここで、誘電体５７と、電子装置５２と、誘電体５８と、電子装置５３と、誘電体５９との厚さまたは高さは、同じであることが望ましい。誘電体５７と、電子装置５２と、誘電体５８と、電子装置５３と、誘電体５９との上には、放射素子５４が乗っている。
【００４２】
ここで、誘電体５７および電子装置５２と、電子装置５２および誘電体５８と、誘電体５８および電子装置５３と、電子装置５３および誘電体５９とは、それぞれ密着している。ただし、これは、アンテナ構造全体の強度を高めるためであって、誘電体５７〜５９と、電子装置５２、５３との間に隙間、すなわち空気が存在しても構わない。
【００４３】
さらに、誘電体５７、電子装置５２、誘電体５８、電子装置５３および誘電体５９の集合体における上面は、放射素子５４の面に等しい。言い換えれば、放射素子５４と、誘電体層５５との間空間の全ては、誘電体５７、電子装置５２、誘電体５８、電子装置５３および誘電体５９の集合体によって完全に占められている。しかし、これも、アンテナ構造全体の強度を高めるためであって、少なくとも１つの方向において、電子装置５２、５３の両側で放射素子５４がはみ出してさえいれば、誘電体５７〜５９と、放射素子５４との位置関係及び寸法の関係には、特に制限は無い。
【００４４】
電子装置５２は、図示されない励振回路を内蔵する。この励振回路は、送信信号を生成する。この送信信号は、電子装置５２と放射素子５４との静電結合により放射素子５４へ伝搬する。
【００４５】
ここで、放射素子５４は、長方形であり、縦横の寸法のそれぞれは、送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。また、プリント回路基板５１における誘電体層５５及び誘電体５７，５８、５９のそれぞれにおける誘電率も、同じく送信信号の周波数に適した値に決定されることが望ましい。
【００４６】
図１０は、本発明の実施形態による電子装置搭載機器の放射電界強度特性のグラフである。特性Ａのグラフは、本発明の第１の実施形態による電子装置搭載機器において、放射素子の寸法が、放射素子と、プリント回路基板における誘電体層との誘電率ならびに電子装置のパッケージ誘電率に適する値に決定されている場合のものである。また、特性Ｂのグラフは、本発明の第３の実景体による電子装置搭載機器において、放射素子の寸法が、放射素子と、プリント回路基板における誘電体層との誘電率ならびに電子装置のパッケージ誘電率に適する値に決定されている場合のものである。このグラフにおいて、横軸は、電子装置の励振回路が生成する送信信号の周波数を表し、縦軸は、放射素子による放射電界強度を表す。
【００４７】
特性Ａと、特性Ｂとを比較すると、特性Ｂにおいての方が、特性Ａにおいてよりも、共振周波数が低下していることがわかる。これは、第１の実施形態に比べて、第３の実施形態の方が、誘電体を追加していることからである。すなわち、放射素子とグランド層で形成される容量が増加し、波長短縮率増加により共振周波数が低下していることがわかる。
【００４８】
これまで説明した各実施形態において、放射素子の形状が長方形である場合について述べた。しかし、放射素子の形状は必ずしも長方形に限定されず、正方形であっても良いし、さらにことなる形状であっても構わない。ただし、放射素子の形状がどうあっても、放射素子の少なくとも１つの寸法は、電子装置のいずれか１つの寸法よりも大きくなければいけない。すなわち、アンテナとして効率よく動作するためには、放射素子が、少なくとも１つの方向において、電子装置の両側からはみ出している必要があるためである。
【００４９】
また、放射素子が電子装置の上面に固定される具体的な方法としては、接着したり、嵌合したりしても良いが、これらの方法に限定されない。いずれの方法においても、本発明では、電子装置と放射素子とは、送信信号を伝播するために、静電結合によって接続されている。
【符号の説明】
【００５０】
１、４１、５１、６１、９１ プリント回路基板
２、３、４２、５２、５３、６２、６３、９２ 電子装置
４、４３、５４、６４、９３ 放射素子
５７、５８、５９ 誘電体
６５ 接続回路
５、４４、５５、６６、９４ 誘電体層
６、４５、５６、６７、９５ グランド層
７、６８ 寸法ａ
８、６９ 寸法ｂ
９ 寸法ｃ
９６ 寸法ｔ１
９７ 寸法ｔ２
９８ Ｃ
９９ Ｃ１
１００ Ｃ２
１０１ Ｃ３
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド層と、誘電体層とを積層して有するプリント回路基板と、
前記プリント回路基板における前記誘電体層の側に実装された電子装置と、
前記電気素子の上面に支持されたアンテナ放射素子と
を具備し、
前記アンテナ放射素子における少なくとも１つ寸法は、前記電子装置のいずれかの寸法よりも大きい
アンテナ構造。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ構造において、
前記プリント回路基板における前記誘電体層の側に実装されて、かつ、前記アンテナ放射素子を上面で支持する、別の電子装置
をさらに具備する
アンテナ構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアンテナ構造において、
前記電気素子と、前記アンテナ放射素子は、静電結合によって接続されている
アンテナ構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ構造において、
前記アンテナ放射素子と、前記プリント回路基板との間の空間は、
誘電体
を具備する
アンテナ構造。
【請求項５】
請求項４に記載のアンテナ構造において、
前記誘電体は、
空気
を含む
アンテナ構造。
【請求項６】
請求項４または５のいずれかに記載のアンテナ構造において、
前記誘電体の誘電率は、
前記電気素子が生成する送信信号の周波数に適する値
を含む
アンテナ構造。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ構造において、
前記放射素子の寸法は、
前記電気素子が生成する送信信号の周波数に適する値
を含む
アンテナ構造。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ構造
を具備する
電子装置搭載機器。
【請求項１】
グランド層と、誘電体層とを積層して有するプリント回路基板と、
前記プリント回路基板における前記誘電体層の側に実装された電子装置と、
前記電気素子の上面に支持されたアンテナ放射素子と
を具備し、
前記アンテナ放射素子における少なくとも１つ寸法は、前記電子装置のいずれかの寸法よりも大きい
アンテナ構造。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ構造において、
前記プリント回路基板における前記誘電体層の側に実装されて、かつ、前記アンテナ放射素子を上面で支持する、別の電子装置
をさらに具備する
アンテナ構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアンテナ構造において、
前記電気素子と、前記アンテナ放射素子は、静電結合によって接続されている
アンテナ構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ構造において、
前記アンテナ放射素子と、前記プリント回路基板との間の空間は、
誘電体
を具備する
アンテナ構造。
【請求項５】
請求項４に記載のアンテナ構造において、
前記誘電体は、
空気
を含む
アンテナ構造。
【請求項６】
請求項４または５のいずれかに記載のアンテナ構造において、
前記誘電体の誘電率は、
前記電気素子が生成する送信信号の周波数に適する値
を含む
アンテナ構造。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ構造において、
前記放射素子の寸法は、
前記電気素子が生成する送信信号の周波数に適する値
を含む
アンテナ構造。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ構造
を具備する
電子装置搭載機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２０６４２５（Ｐ２０１０−２０６４２５Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４８６０５（Ｐ２００９−４８６０５）
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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