アンテナ装置及びその特性調整方法
【課題】共振周波数とインピーダンスをそれぞれ独立して調整することによって、複数機種の小型携帯端末に使用可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナブロック１０が実装される実装基板２０には、アンテナブロック１０の実装領域２１の周囲に設けられたグランドパターン２２と、第１乃至第３のパッド電極１３〜１５の位置に対応して実装領域内に設けられた第１乃至第３のランド２３〜２５と、第１のランド２３に接続された給電ライン２６と、第１のランド２３とグランドパターン２２とを接続するインピーダンス調整用パターン２７と、第２のランド２４とグランドパターン２２とを接続する周波数調整用パターン２８とを備えている。インピーダンス調整用パターン２７の幅を変更することでアンテナのインピーダンスを粗調整でき、周波数調整用パターン２８の幅を変更することで共振周波数を粗調整できる。
【解決手段】アンテナブロック１０が実装される実装基板２０には、アンテナブロック１０の実装領域２１の周囲に設けられたグランドパターン２２と、第１乃至第３のパッド電極１３〜１５の位置に対応して実装領域内に設けられた第１乃至第３のランド２３〜２５と、第１のランド２３に接続された給電ライン２６と、第１のランド２３とグランドパターン２２とを接続するインピーダンス調整用パターン２７と、第２のランド２４とグランドパターン２２とを接続する周波数調整用パターン２８とを備えている。インピーダンス調整用パターン２７の幅を変更することでアンテナのインピーダンスを粗調整でき、周波数調整用パターン２８の幅を変更することで共振周波数を粗調整できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、携帯電話等に内蔵され、ブルートゥースやＧＰＳ用のアンテナとして好ましく用いられる表面実装型アンテナの導体パターン構造に関するものである。また、本発明は、このようなアンテナ装置のインピーダンス又は共振周波数を調整する特性調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の小型携帯端末に内蔵されるチップアンテナの共振周波数やインピーダンスは、実装基板の構造や、周囲に実装される各種電子部品、さらには筐体の影響を受けて変化する。そのため、この種のチップアンテナにおいては、小型携帯端末の機種毎にアンテナのインピーダンスや共振周波数を調整する必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、基板上に設けられた調整用エレメントの長さを変化させることで共振周波数を調整する方法が提案されている。この方法によれば、アンテナブロック上の導体パターンをトリミング等することなく共振周波数を調整できることから、同一構造のチップアンテナを複数機種の小型携帯端末に使用でき、部品の共通化を図ることができる。
【０００４】
また、特許文献２には、アンテナ電極をトリミングすることによって共振周波数やインピーダンスを調整する方法が提案されている。この方法によれば、共振周波数のみならず、アンテナのインピーダンスを調整することができる。
【特許文献１】特開２００７−６７９９３号公報
【特許文献２】特開平１０−２５６８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたアンテナ装置では、共振周波数の調整は可能であるが、アンテナのインピーダンスを調整することはできない。また、特許文献２に記載されたアンテナ装置では、アンテナ電極自体をトリミングする必要があるため、工程が複雑化するという問題がある。特に、放射電極とグランド電極との間にはギャップが設けられており、放射電極やグランド電極をトリミングすることでギャップによる容量成分が調整されるが、こうしたギャップの調整はアンテナ特性に過敏に影響するため、共振周波数とインピーダンスをそれぞれ独立して調整することができない。このため、実際には調整が困難であり、アンテナ特性がばらつきやすいという問題がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、共振周波数とインピーダンスをそれぞれ独立して調整することによって、複数機種の小型携帯端末に使用可能なアンテナ装置を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、このようなアンテナ装置のインピーダンス又は共振周波数を調整する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のアンテナ装置は、アンテナブロックと、アンテナブロックが実装された実装基板とを備え、アンテナブロックは、略直方体状の誘電体又は磁性体からなる基体と、基体の上面に形成された上面導体部と、基体の底面の長手方向の両端部にそれぞれ形成された第１及び第２のパッド電極と、上面導体部と第２のパッド電極とを接続する側面導体部とを備え、実装基板は、アンテナブロックの実装領域と、実装領域の周囲に設けられたグランドパターンと、第１及び第２のパッド電極の位置に対応して実装領域内に設けられた第１及び第２のランドと、第１のランドに接続された給電ラインと、第１のランドとグランドパターンとを接続するインピーダンス調整用パターンと、第２のランドとグランドパターンとを接続する周波数調整用パターンとを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、実装基板にインピーダンス調整用パターンと周波数調整用パターンが設けられていることから、アンテナブロック上の導体パターンをトリミング等することなく、アンテナのインピーダンス及び共振周波数を調整することができる。しかも、インピーダンス調整用パターンを用いたインピーダンス調整を行っても共振周波数は実質的に変化せず、周波数調整用パターンを用いた共振周波数の調整を行ってもインピーダンスは実質的に変化しない。このため、インピーダンスと共振周波数をそれぞれ独立して調整することができ、調整作業が容易となる。
【００１０】
これにより、同じ構造を有するアンテナブロックを複数機種の小型携帯端末において使用することができ、部品コストの削減及びアンテナ設計の効率化を図ることが可能となる。
【００１１】
本発明のアンテナ装置は、実装基板上に実装され、給電ラインとグランドパターンとを接続するインピーダンス調整素子をさらに備えることが好ましい。これによれば、インピーダンス調整用パターンによって粗調整されたインピーダンスを、インピーダンス調整素子によって微調整することが可能となる。
【００１２】
本発明において、アンテナブロックは基体の底面の長手方向の中央部に設けられた第３のパッド電極をさらに備え、実装基板は第３のパッド電極の位置に対応して実装領域内に設けられた第３のランドをさらに備えることが好ましい。これによれば、第３のパッド電極と上面導体部との容量結合により、アンテナ装置の共振周波数を変化させることが可能となる。
【００１３】
この場合、実装基板上に実装され、第３のランドとグランドパターンとを接続する周波数調整素子をさらに備えることが好ましい。これによれば、周波数調整用パターンによって粗調整された共振周波数を、周波数調整素子によって微調整することが可能となる。
【００１４】
本発明のアンテナ装置は、インピーダンス調整用パターン及び周波数調整用パターンの少なくとも一方を複数備えることが好ましい。これによれば、複数のインピーダンス調整用パターンの一つあるいはいくつかをトリミングすることにより、インピーダンスをより細かく調整することが可能となる。また、複数のインピーダンス調整用パターンの一つあるいはいくつかをトリミングすることにより、共振周波数をより細かく調整することが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明のアンテナ装置は、複数のインピーダンス調整用パターン又は複数の周波数調整用パターンの間に設けられたスペースから延設されたグランドパターンのスリットが形成されていることが好ましい。この場合、スリットを複数備え、複数のスリットの長さがそれぞれ異なることが好ましい。これによれば、インピーダンス調整用パターンや周波数調整用パターンの幅を変更する場合よりも大幅な特性変更が可能となる。
【００１６】
本発明によるアンテナ装置の特性調整方法は、上述したアンテナ装置の特性調整方法であって、所定の形状及びサイズを有するインピーダンス調整用パターンが形成された実装基板を用意し、当該実装領域にアンテナブロックを実装する工程と、実装基板上のアンテナブロックのインピーダンスを測定する工程と、測定結果に基づいて適切な定数を持つインピーダンス調整素子を選択し、当該インピーダンス調整素子を実装基板上の所定の位置に実装する工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、アンテナブロック上の導体パターンをトリミング等することなく、アンテナのインピーダンスを調整することができる。このため、同じ構造を有するアンテナブロックを複数機種の小型携帯端末において使用することができ、部品コストの削減及びアンテナ設計の効率化を図ることができる。
【００１８】
本発明によるアンテナ装置の特性調整方法は、上述したアンテナ装置の特性調整方法であって、所定の形状及びサイズを有する周波数調整用パターンが形成された実装基板を用意し、当該実装領域にアンテナブロックを実装する工程と、実装基板上のアンテナブロックの周波数を測定する工程と、測定結果に基づいて適切な定数を持つ周波数調整素子を選択し、当該周波数調整素子を実装基板上の所定の位置に実装する工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、アンテナブロック上の導体パターンをトリミング等することなく、アンテナの共振周波数を調整することができる。このため、同じ構造を有するアンテナブロックを複数機種の小型携帯端末において使用することができ、部品コストの削減及びアンテナ設計の効率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
このように、本発明によれば、実装基板に設けられたインピーダンス調整用パターン及び周波数調整用パターンによって、共振周波数とインピーダンスをそれぞれ独立して調整可能であることから、同じ構造を有するアンテナブロックを複数機種の小型携帯端末において使用することができ、部品コストの削減及びアンテナ設計の効率化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す略分解斜視図である。また、図２は、図１に示すアンテナブロックの展開図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、このアンテナ装置１００は、アンテナブロック１０と、このアンテナブロック１０が実装された実装基板２０とを備えている。
【００２４】
アンテナブロック１０は、直方体状の誘電体からなる基体１１と、基体１１の上面１１Ａの略全面に形成された上面導体部１２と、基体１１の底面１１Ｂに形成された第１乃至第３のパッド電極１３乃至１５と、基体１１の長手方向と直交する第１の側面１１Ｃの略全面に形成された側面導体部１６とを備えている。なお、第１の側面１１Ｃと対向する第２の側面１１Ｄ、基体１１の長手方向と平行な第３及び第４の側面１１Ｅ、１１Ｆには導体パターンは形成されていない。
【００２５】
上面導体部１２の長手方向の一端は開放端をなしているが、実質的には基体１１の高さ相当のギャップ１７を介して第１のパッド電極１３に接続されている。また、上面導体部１２の長手方向の他端は側面導体部１６を介して第２のパッド電極１４に接続されている。これにより、第１のパッド電極１３、ギャップ１７、上面導体部１２、及び側面導体部１６は、一本の連続する放射導体を構成している。このように、放射導体が基体１１の複数の面にわたって形成されているので、基体１１自体を小型化しても所望の電気長を確保することができる。
【００２６】
第１及び第２のパッド電極１３、１４は、基体１１の底面１１Ｂの長手方向の両端部にそれぞれ形成された矩形状のパターンである。また、第３のパッド電極１５は、基体１１の底面１１Ｂの長手方向の中央部に形成されており、第１及び第２のパッド電極１３、１４の間に設けられている。基体１１の各面に形成されたこれらの導体パターンは、できるだけ対称性を有するように形成されていることが好ましい。これによれば、アンテナブロック１０の向きを水平反転させても実装基板２０の端部側から見たアンテナブロック１０上の導体パターンの形状が同じになることから、実装する向きによってアンテナ特性が大きく変化することがなく、アンテナ設計を容易にすることができる。
【００２７】
図３は、実装基板２０の構成を示す略平面図である。
【００２８】
図３及び図１に示すように、実装基板２０は、アンテナブロック１０の実装領域２１と、実装領域２１の周囲に設けられたグランドパターン２２と、実装領域２１内に設けられた第１乃至第３のランド２３〜２５と、第１のランド２３に接続された給電ライン２６と、第１のランド２３とグランドパターン２２とを接続するインピーダンス調整用パターン２７と、第２のランド２４とグランドパターン２２とを接続する周波数調整用パターン２８とを備えている。
【００２９】
実装領域２１は、実装基板２０の端部に沿って設けられている。そのため、実装領域２１の周囲３方向はグランドパターン２２に囲まれているが、残りの一方向は基板の存在しない開放空間である。グランドパターン２２は、実装基板２０の表面のみならず裏面にも同様に形成されているが、少なくとも実装領域２１の裏側部分には、グランドパターンの形成されていないクリアランス領域が存在している。
【００３０】
実装領域２１内の第１のランド２３は、アンテナブロック１０の第１のパッド電極１３に対応しており、第２のランド２４は第２のパッド電極１４に対応しており、第３のランド２５は第３のパッド電極１５に対応している。したがって、実装基板２０上にアンテナブロック１０を実装したとき、第１のパッド電極１３は第１のランド２３、第２のパッド電極１４は第２のランド２４、第３のパッド電極１５は第３のランドにそれぞれ半田接続される。
【００３１】
給電ライン２６は第１のランド２３のリード部分２３ａに接続されており、給電ライン２６とグランドパターン２２との間にはインピーダンス調整素子であるチップリアクタ３１が実装されている。リード部分２３ａの幅は、給電ライン２６よりも十分に狭いことが好ましい。チップリアクタ３１の実装位置は、実装領域２１を含むクリアランス領域の外側であって、このクリアランス領域にできるだけ近い位置であることが好ましい。
【００３２】
第３のランド２５とグランドパターン２２との間には周波数調整素子であるチップリアクタ３２が実装されている。チップリアクタ３２は、第3のランド２５のリード部分２５ａとグランドパターン２２との間に直列に挿入されている。チップリアクタ３２の実装位置は、実装領域２１を含むクリアランス領域の内側であって、グランドパターン２２にできるだけ近い位置であることが好ましい。
【００３３】
第１のランド２３とグランドパターン２２との間には、インピーダンス調整用パターン２７が設けられている。本実施形態のインピーダンス調整用パターン２７は矩形状であり、且つ、基板の端部側に位置するインピーダンス調整用パターン２７の一辺２７ｂと、基板の端部側に位置する第１のランド２３の一辺２３ｂは、同一直線上に位置している。アンテナのインピーダンスの調整は、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１の変更によって行うことができる。
【００３４】
第２のランド２４とグランドパターン２２との間には、周波数調整用パターン２８が設けられている。本実施形態の周波数調整用パターン２８は矩形状であり、且つ、基板の端部側に位置する周波数調整用パターン２８の一辺２８ｂと、基板の端部側に位置する第２のランド２４の一辺２４ｂは、同一直線上に位置している。アンテナの共振周波数の調整は、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２の変更によって行うことができる。
【００３５】
図４は、インピーダンス調整用パターンの変形例を示す平面図である。
【００３６】
図４（ａ）乃至（ｃ）に示すように、アンテナ装置１００のインピーダンスは、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１を変更することによって調整することができる。図４（ａ）では、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１が第１のランド２３の幅Ｗｘの１／３に設定されており（Ｗ１＝Ｗｘ／３）、図４（ｂ）では、Ｗ１＝２Ｗｘ／３に設定されており、図４（ｃ）では、Ｗ１＝Ｗｘに設定されている。アンテナ装置１００のインピーダンスは、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１が広くなるほど低くなることから、図４（ａ）に示すアンテナ装置のインピーダンスが最も大きくなり、図４（ｃ）に示すアンテナ装置のインピーダンスが最も小さくなる。したがって、インピーダンス調整用パターン２７のパターン幅Ｗ１を適切な値に設定するによってインピーダンスを粗調整することができる。
【００３７】
その一方で、インピーダンス調整用パターン２７のパターン幅Ｗ１を変化させても、アンテナ装置１００の共振周波数はほとんど変化しない。すなわち、インピーダンス調整用パターン２７を用いることによって、インピーダンスだけを独立して調整することが可能となる。
【００３８】
なお、アンテナ装置１００のインピーダンスは、所定の大きさのインピーダンス調整用パターンを形成し、設計段階で粗調整することもできるが、予め所定の幅に設定されたインピーダンス調整用パターンをレーザトリミングすることによってさらに調整することもできる。場合によっては、インピーダンス調整用パターン２７をグランドパターン２２に接地させないようオープン状態にしてもよい。このようにすれば、大幅なインピーダンス調整が可能となる。
【００３９】
こうして、インピーダンス調整用パターンによってアンテナインピーダンスを粗調整した後、アンテナブロックのインピーダンスを測定し、この測定結果をもとに、インピーダンス調整素子であるチップリアクタ３１の定数を適切に選択することによって、アンテナインピーダンスを微調整することができる。
【００４０】
図５は、周波数調整用パターンの変形例を示す平面図である。
【００４１】
図５（ａ）乃至（ｃ）に示すように、アンテナ装置１００の共振周波数は、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２を変更することによって調整することができる。図５（ａ）では、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２が第２のランド２４の幅Ｗｘの１／３に設定されており（Ｗ２＝Ｗｘ／３）、図５（ｂ）では、Ｗ２＝２Ｗｘ／３に設定されており、図５（ｃ）では、Ｗ２＝Ｗｘに設定されている。アンテナ装置１００の共振周波数は、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２が広くなるほど高くなることから、図５（ａ）に示すアンテナ装置の共振周波数が最も低くなり、図５（ｃ）に示すアンテナ装置の共振周波数が最も高くなる。したがって、周波数調整用パターン２８のパターン幅Ｗ２を適切な値に設定するによって共振周波数を粗調整することができる。
【００４２】
その一方で、周波数調整用パターン２８のパターン幅Ｗ２を変化させても、アンテナ装置１００のインピーダンスはほとんど変化しない。すなわち、周波数調整用パターン２８を用いることによって、共振周波数だけを独立して調整することが可能となる。
【００４３】
なお、アンテナ装置１００の共振周波数は、所定の大きさの周波数調整用パターンを形成し、設計段階で粗調整することもできるが、予め所定の幅に設定された周波数調整用パターンをレーザトリミングすることによってさらに調整することもできる。場合によっては、周波数調整用パターン２８をグランドパターン２２に接地させないようオープン状態にしてもよい。このようにすれば、大幅なインピーダンス調整が可能となる。
【００４４】
こうして、周波数調整用パターンによってアンテナの共振周波数を粗調整した後、アンテナブロックの共振周波数を測定し、この測定結果をもとに適切な周波数調整素子であるチップリアクタ３２の定数を適切に選択することによって、アンテナの共振周波数を微調整することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置１００は、第１のパッド電極２３とグランドパターン２２とを接続するインピーダンス調整用パターン２７を備えていることから、アンテナブロック１０上の導体パターンをトリミング等することなく、アンテナのインピーダンスを粗調整することができる。さらに、本実施形態によれば、給電ライン２６とグランドパターン２２とを並列接続するインピーダンス調整素子（チップリアクタ）３１を備えていることから、適切な素子値を採用することでアンテナのインピーダンスを微調整することができる。
【００４６】
また、本実施形態のアンテナ装置１００は、第２のパッド電極２４とグランドパターン２２とを接続する周波数調整用パターン２８を備えていることから、アンテナブロック１０上の導体パターンをトリミング等することなく、アンテナの共振周波数を粗調整することができる。さらに、本実施形態によれば、第３のランド２５とグランドパターン２２とを接続する周波数調整素子（チップリアクタ）３２を備えていることから、適切な素子値を採用することでアンテナの共振周波数を微調整することができる。
【００４７】
しかも、インピーダンス調整用パターン２７を用いたインピーダンス調整を行っても共振周波数は実質的に変化せず、周波数調整用パターン２８を用いた共振周波数の調整を行ってもインピーダンスは実質的に変化しないことから、インピーダンスと共振周波数をそれぞれ独立して調整することができる。すなわち、一方が他方に与える影響がほとんどないことから、調整を容易に行うことが可能となる。
【００４８】
さらにまた、本実施形態のアンテナ装置１００によれば、インピーダンス調整用パターン２７及びインピーダンス調整素子３１からなるインピーダンス調整手段と、周波数調整用パターン２８及び周波数調整素子３２からなる周波数調整手段とが共に実装基板２０上にそれぞれ独立して設けられていることから、同じ構造を有するアンテナブロック１０を複数機種の小型携帯端末において使用することができ、部品コストの削減及びアンテナ設計の効率化を図ることができる。
【００４９】
ところで、上述のアンテナ装置１００においては、一つのインピーダンス調整用パターン、或いは一つの周波数調整用パターンの大きさを変えることによって、インピーダンス或いは共振周波数を調整しているが、パターンの数を変えることによってこれらの特性を調整することも可能である。また、パターンの形状も矩形状に限らず、テーパー状、階段状、スリット状等、種々の形状を採用することができる。
【００５０】
図６は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。
【００５１】
図６に示すように、このアンテナ装置２００は、一定の幅Ｗ３を有する矩形状の周波数調整用パターン２８を複数（本例では３つ）用いる点に特徴を有している。これら複数の周波数調整用パターン２８の各々の大きさは等しいことが好ましく、パターン間隔も等しいことが好ましい。インピーダンス調整用パターン２７についても、周波数調整用パターン２８と同様に複数用いてもよい。或いは、インピーダンス調整用パターン２７のみを複数形成してもよい。本実施形態によれば、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ３及び数を適切な値に設定することで共振周波数を粗調整することができる。また、インピーダンス調整用パターン２７の幅及び数を適切な値に設定することでインピーダンスを粗調整することができる。
【００５２】
さらに、上述した複数のインピーダンス調整用パターン２７のいくつかは、その後のトリミング工程にて除去してもよい。このように、複数の周波数調整用パターン２７のいくつかを切断することによって、アンテナのインピーダンスをより細かく調整することができる。
【００５３】
図７は、本発明の第３の実施形態によるアンテナ装置の実装基板の構成を示す略平面図である。
【００５４】
図７に示すように、このアンテナ装置３００の特徴は、グランドパターン２２の一部を切り欠いて形成されたインピーダンス調整用スリット３３及び周波数調整用スリット３４を備える点にある。インピーダンス調整用スリット３３は、インピーダンス調整用パターン２７に隣接して設けられており、基体１１の長手方向と平行に延設されている。周波数調整用スリット３４は、周波数調整用パターン２８と隣接して設けられており、基体１１の長手方向と平行に延設されている。
【００５５】
これらのスリット３３、３４は基板の上面側だけに形成してもよいが、上面側と下面側の両方に形成してよい。スリット３３、３４の長さ及び幅は、目的とするアンテナインピーダンスに応じて適宜設定すればよい。インピーダンス調整用スリット３３を形成した場合には、インピーダンス調整用パターン２７の幅を細くするよりもインピーダンスを上げることができる。また、周波数調整用スリット３４を形成した場合には、周波数調整用パターン２８の幅を細くするよりも共振周波数を下げることができる。
【００５６】
図８は、本発明の第４の実施形態によるアンテナ装置の実装基板の構成を示す略平面図である。
【００５７】
図８に示すように、このアンテナ装置４００の特徴は、複数の周波数調整パターン２８の間にあるスペースから連続する複数のスリット３４ａ、３４ｂがさらに設けられている点にある。これらのスリット３４ａ、３４ｂの長さは同一ではなく、不均一であることが好ましい。こうしたスリット３４ａ、３４ｂが形成されることにより、周波数調整幅をさらに細かく設定することが可能となる。
【００５８】
図９は、本発明の第５の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。
【００５９】
図９に示すように、このアンテナ装置５００は、テーパー状の周波数調整用パターン２８を用いる点に特徴を有している。インピーダンス調整用パターン２７についても、周波数調整用パターン２８と同様にテーパー状のものを用いても構わない。逆に、インピーダンス調整用パターン２７のみをテーパー状としても構わない。本実施形態によれば、インピーダンス調整用パターン２７又は周波数調整用パターン２８のテーパー角度を適切な角度に設定することにより、アンテナのインピーダンス又は共振周波数を粗調整することができる。
【００６０】
本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることはいうまでもない。
【００６１】
例えば、上記実施形態においては、アンテナ実装領域の周囲３方向がグランドパターンに囲まれている場合を例に挙げたが、周囲２方向が囲まれていてもよく、さらには一方向のみグランドパターンが存在していてもかまわない。
【００６２】
また、上記実施形態においては、インピーダンス調整用パターン及び周波数調整用パターンの幅及び長さを調整することにより、インピーダンス及び共振周波数を調整しているが、これらのパターンと並列ないし直列に集中定数素子（Ｌ，Ｃ）を設けることによって調整してもよい。
【００６３】
また、上記実施形態においては、直方体状の誘電体からなる基体１１を用いているが、誘電体以外に誘電性を有する磁性体を用いてもよい。この場合、１／√（ε×μ）の波長短縮効果が得られるので、透磁率μの高い磁性体を用いることによって、大きな波長短縮効果が得られる。また、μ／εが電極のインピーダンスを決定するため、μの高い磁性体を用いることによってインピーダンスが高まる。これにより、高すぎるアンテナのＱを低下させて、広帯域特性を得ることができる。また、直方体状の基体１１は、実質的に直方体であればよく、例えば、直方体の角部にその向きを特定するためのテーパーが設けられていても構わない。
【００６４】
また、上記実施形態では、第３のパッド電極１５及び第３のランド２５が設けられているが、本発明においてこれらを設けることは必須でない。
【実施例１】
【００６５】
まず、図１及び図２に示したアンテナブロック１０を用意した。アンテナブロック１０の基体１１の寸法は、９×３×１（ｍｍ）である。
【００６６】
このようなアンテナブロック１０を図１及び図３に示した実装基板２０に実装した。本実施例では、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２については一定（Ｗ２＝１ｍｍ）とし、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１を、Ｗ１＝Ｗｘ／３＝１ｍｍ、Ｗ１＝２Ｗｘ／３＝２ｍｍ、Ｗ１＝Ｗｘ＝３ｍｍの３段階に変化させたときのアンテナのインピーダンスを測定した。これらの３タイプは、それぞれ図４（ａ）〜（ｃ）に対応している。
【００６７】
測定の結果を図１０に示す。同図において、図１０（ａ）はアンテナ効率を示すグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はアンテナ効率（％）を示している。また、図１０（ｂ）はアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【００６８】
図１０（ａ）に示すように、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１＝１ｍｍのときのアンテナ効率は約８３％であり、Ｗ１＝２ｍｍのときのアンテナ効率は約８１％であり、Ｗ１＝３ｍｍのときのアンテナ効率は約６７％であった。また、図１０（ｂ）に示すように、インピーダンス調整用パターン２７の幅が広くなるほどインピーダンスは低くなった。その一方で、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１が変化しても共振周波数はほとんど変化しなかった。
【００６９】
これにより、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１を変化させることにより、共振周波数を実質的に変化させることなく、インピーダンスを独立して調整できることが確認された。
【実施例２】
【００７０】
次に、実施例１と同じアンテナブロック１０を用意し、これを図１及び図３に示した実装基板２０に実装した。本実施例では、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１を一定（Ｗ１＝１ｍｍ）とし、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２を、Ｗ２＝Ｗｘ／３＝１ｍｍ、Ｗ２＝２Ｗｘ／３＝２ｍｍ、Ｗ２＝Ｗｘ＝３ｍｍの３段階に変化させたときのアンテナの共振周波数を測定した。これらの３タイプは、それぞれ図５（ａ）〜（ｃ）に対応している。
【００７１】
測定の結果を図１１に示す。同図において、図１１（ａ）はアンテナ効率を示すグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はアンテナ効率（％）を示している。また、図１１（ｂ）はアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【００７２】
図１１（ａ）に示すように、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２＝１ｍｍのときの共振周波数は約１．５７０ＧＨｚであり、Ｗ２＝２ｍｍのときの共振周波数は約１．６３０ＧＨｚであり、Ｗ２＝３ｍｍのときの共振周波数は約１．６８０ＧＨｚであった。また、図１１（ｂ）に示すように、周波数調整用パターンの幅が広くなるほどアンテナの共振周波数は高くなった。その一方で、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２が変化してもインピーダンスはほとんど変化しなかった。
【００７３】
これにより、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２を変化させることにより、インピーダンスを実質的に変化させることなく、共振周波数を独立して調整できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す略分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すアンテナブロックの展開図である。
【図３】図３は、アンテナ装置１００の変形例を示す略斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す略分解斜視図である。
【図５】図５は、図４に示すアンテナブロックの展開図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す略分解斜視図である。
【図７】図７は、図６に示すアンテナブロックの展開図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略平面図である。
【図９】図９は、本発明の第５の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）は、インピーダンス調整用パターンの大きさとアンテナ効率との関係を示すグラフであり、図１１（ｂ）はインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図１１】図１１（ａ）は、周波数調整用パターンの大きさとアンテナ効率との関係とを示すグラフであり、図１１（ｂ）はインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
１０ アンテナブロック
１１ 基体
１１Ａ アンテナブロックの上面
１１Ｂ アンテナブロックの底面
１１Ｃ アンテナブロックの第１の側面
１１Ｄ アンテナブロックの第２の側面
１１Ｅ アンテナブロックの第３の側面
１１Ｆ アンテナブロックの第４の底面
１２ 上面導体部
１３ 第１のパッド電極
１４ 第２のパッド電極
１５ 第３のパッド電極
１６ 側面導体部
１７ ギャップ
２０ 実装基板
２１ 実装領域
２２ グランドパターン
２３ 第１のランド
２３ａ 第１のランドのリード部分
２４ 第２のランド
２５ 第３のランド
２５ａ 第３のランドのリード部分
２６ 給電ライン
２７ インピーダンス調整用パターン
２８ 周波数調整用パターン
３１ インピーダンス調整素子（チップリアクタ）
３２ 周波数調整素子（チップリアクタ）
３３ インピーダンス調整用スリット
３４ 周波数調整用スリット
３４ａ 周波数調整用スリット
３４ｂ 周波数調整用スリット
１００ アンテナ装置
２００ アンテナ装置
３００ アンテナ装置
Ｗ１ インピーダンス調整用パターンの幅
Ｗ２ 周波数調整用パターンの幅
Ｗ３ 周波数調整用パターンの幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、携帯電話等に内蔵され、ブルートゥースやＧＰＳ用のアンテナとして好ましく用いられる表面実装型アンテナの導体パターン構造に関するものである。また、本発明は、このようなアンテナ装置のインピーダンス又は共振周波数を調整する特性調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の小型携帯端末に内蔵されるチップアンテナの共振周波数やインピーダンスは、実装基板の構造や、周囲に実装される各種電子部品、さらには筐体の影響を受けて変化する。そのため、この種のチップアンテナにおいては、小型携帯端末の機種毎にアンテナのインピーダンスや共振周波数を調整する必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、基板上に設けられた調整用エレメントの長さを変化させることで共振周波数を調整する方法が提案されている。この方法によれば、アンテナブロック上の導体パターンをトリミング等することなく共振周波数を調整できることから、同一構造のチップアンテナを複数機種の小型携帯端末に使用でき、部品の共通化を図ることができる。
【０００４】
また、特許文献２には、アンテナ電極をトリミングすることによって共振周波数やインピーダンスを調整する方法が提案されている。この方法によれば、共振周波数のみならず、アンテナのインピーダンスを調整することができる。
【特許文献１】特開２００７−６７９９３号公報
【特許文献２】特開平１０−２５６８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたアンテナ装置では、共振周波数の調整は可能であるが、アンテナのインピーダンスを調整することはできない。また、特許文献２に記載されたアンテナ装置では、アンテナ電極自体をトリミングする必要があるため、工程が複雑化するという問題がある。特に、放射電極とグランド電極との間にはギャップが設けられており、放射電極やグランド電極をトリミングすることでギャップによる容量成分が調整されるが、こうしたギャップの調整はアンテナ特性に過敏に影響するため、共振周波数とインピーダンスをそれぞれ独立して調整することができない。このため、実際には調整が困難であり、アンテナ特性がばらつきやすいという問題がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、共振周波数とインピーダンスをそれぞれ独立して調整することによって、複数機種の小型携帯端末に使用可能なアンテナ装置を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、このようなアンテナ装置のインピーダンス又は共振周波数を調整する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のアンテナ装置は、アンテナブロックと、アンテナブロックが実装された実装基板とを備え、アンテナブロックは、略直方体状の誘電体又は磁性体からなる基体と、基体の上面に形成された上面導体部と、基体の底面の長手方向の両端部にそれぞれ形成された第１及び第２のパッド電極と、上面導体部と第２のパッド電極とを接続する側面導体部とを備え、実装基板は、アンテナブロックの実装領域と、実装領域の周囲に設けられたグランドパターンと、第１及び第２のパッド電極の位置に対応して実装領域内に設けられた第１及び第２のランドと、第１のランドに接続された給電ラインと、第１のランドとグランドパターンとを接続するインピーダンス調整用パターンと、第２のランドとグランドパターンとを接続する周波数調整用パターンとを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、実装基板にインピーダンス調整用パターンと周波数調整用パターンが設けられていることから、アンテナブロック上の導体パターンをトリミング等することなく、アンテナのインピーダンス及び共振周波数を調整することができる。しかも、インピーダンス調整用パターンを用いたインピーダンス調整を行っても共振周波数は実質的に変化せず、周波数調整用パターンを用いた共振周波数の調整を行ってもインピーダンスは実質的に変化しない。このため、インピーダンスと共振周波数をそれぞれ独立して調整することができ、調整作業が容易となる。
【００１０】
これにより、同じ構造を有するアンテナブロックを複数機種の小型携帯端末において使用することができ、部品コストの削減及びアンテナ設計の効率化を図ることが可能となる。
【００１１】
本発明のアンテナ装置は、実装基板上に実装され、給電ラインとグランドパターンとを接続するインピーダンス調整素子をさらに備えることが好ましい。これによれば、インピーダンス調整用パターンによって粗調整されたインピーダンスを、インピーダンス調整素子によって微調整することが可能となる。
【００１２】
本発明において、アンテナブロックは基体の底面の長手方向の中央部に設けられた第３のパッド電極をさらに備え、実装基板は第３のパッド電極の位置に対応して実装領域内に設けられた第３のランドをさらに備えることが好ましい。これによれば、第３のパッド電極と上面導体部との容量結合により、アンテナ装置の共振周波数を変化させることが可能となる。
【００１３】
この場合、実装基板上に実装され、第３のランドとグランドパターンとを接続する周波数調整素子をさらに備えることが好ましい。これによれば、周波数調整用パターンによって粗調整された共振周波数を、周波数調整素子によって微調整することが可能となる。
【００１４】
本発明のアンテナ装置は、インピーダンス調整用パターン及び周波数調整用パターンの少なくとも一方を複数備えることが好ましい。これによれば、複数のインピーダンス調整用パターンの一つあるいはいくつかをトリミングすることにより、インピーダンスをより細かく調整することが可能となる。また、複数のインピーダンス調整用パターンの一つあるいはいくつかをトリミングすることにより、共振周波数をより細かく調整することが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明のアンテナ装置は、複数のインピーダンス調整用パターン又は複数の周波数調整用パターンの間に設けられたスペースから延設されたグランドパターンのスリットが形成されていることが好ましい。この場合、スリットを複数備え、複数のスリットの長さがそれぞれ異なることが好ましい。これによれば、インピーダンス調整用パターンや周波数調整用パターンの幅を変更する場合よりも大幅な特性変更が可能となる。
【００１６】
本発明によるアンテナ装置の特性調整方法は、上述したアンテナ装置の特性調整方法であって、所定の形状及びサイズを有するインピーダンス調整用パターンが形成された実装基板を用意し、当該実装領域にアンテナブロックを実装する工程と、実装基板上のアンテナブロックのインピーダンスを測定する工程と、測定結果に基づいて適切な定数を持つインピーダンス調整素子を選択し、当該インピーダンス調整素子を実装基板上の所定の位置に実装する工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、アンテナブロック上の導体パターンをトリミング等することなく、アンテナのインピーダンスを調整することができる。このため、同じ構造を有するアンテナブロックを複数機種の小型携帯端末において使用することができ、部品コストの削減及びアンテナ設計の効率化を図ることができる。
【００１８】
本発明によるアンテナ装置の特性調整方法は、上述したアンテナ装置の特性調整方法であって、所定の形状及びサイズを有する周波数調整用パターンが形成された実装基板を用意し、当該実装領域にアンテナブロックを実装する工程と、実装基板上のアンテナブロックの周波数を測定する工程と、測定結果に基づいて適切な定数を持つ周波数調整素子を選択し、当該周波数調整素子を実装基板上の所定の位置に実装する工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、アンテナブロック上の導体パターンをトリミング等することなく、アンテナの共振周波数を調整することができる。このため、同じ構造を有するアンテナブロックを複数機種の小型携帯端末において使用することができ、部品コストの削減及びアンテナ設計の効率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
このように、本発明によれば、実装基板に設けられたインピーダンス調整用パターン及び周波数調整用パターンによって、共振周波数とインピーダンスをそれぞれ独立して調整可能であることから、同じ構造を有するアンテナブロックを複数機種の小型携帯端末において使用することができ、部品コストの削減及びアンテナ設計の効率化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す略分解斜視図である。また、図２は、図１に示すアンテナブロックの展開図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、このアンテナ装置１００は、アンテナブロック１０と、このアンテナブロック１０が実装された実装基板２０とを備えている。
【００２４】
アンテナブロック１０は、直方体状の誘電体からなる基体１１と、基体１１の上面１１Ａの略全面に形成された上面導体部１２と、基体１１の底面１１Ｂに形成された第１乃至第３のパッド電極１３乃至１５と、基体１１の長手方向と直交する第１の側面１１Ｃの略全面に形成された側面導体部１６とを備えている。なお、第１の側面１１Ｃと対向する第２の側面１１Ｄ、基体１１の長手方向と平行な第３及び第４の側面１１Ｅ、１１Ｆには導体パターンは形成されていない。
【００２５】
上面導体部１２の長手方向の一端は開放端をなしているが、実質的には基体１１の高さ相当のギャップ１７を介して第１のパッド電極１３に接続されている。また、上面導体部１２の長手方向の他端は側面導体部１６を介して第２のパッド電極１４に接続されている。これにより、第１のパッド電極１３、ギャップ１７、上面導体部１２、及び側面導体部１６は、一本の連続する放射導体を構成している。このように、放射導体が基体１１の複数の面にわたって形成されているので、基体１１自体を小型化しても所望の電気長を確保することができる。
【００２６】
第１及び第２のパッド電極１３、１４は、基体１１の底面１１Ｂの長手方向の両端部にそれぞれ形成された矩形状のパターンである。また、第３のパッド電極１５は、基体１１の底面１１Ｂの長手方向の中央部に形成されており、第１及び第２のパッド電極１３、１４の間に設けられている。基体１１の各面に形成されたこれらの導体パターンは、できるだけ対称性を有するように形成されていることが好ましい。これによれば、アンテナブロック１０の向きを水平反転させても実装基板２０の端部側から見たアンテナブロック１０上の導体パターンの形状が同じになることから、実装する向きによってアンテナ特性が大きく変化することがなく、アンテナ設計を容易にすることができる。
【００２７】
図３は、実装基板２０の構成を示す略平面図である。
【００２８】
図３及び図１に示すように、実装基板２０は、アンテナブロック１０の実装領域２１と、実装領域２１の周囲に設けられたグランドパターン２２と、実装領域２１内に設けられた第１乃至第３のランド２３〜２５と、第１のランド２３に接続された給電ライン２６と、第１のランド２３とグランドパターン２２とを接続するインピーダンス調整用パターン２７と、第２のランド２４とグランドパターン２２とを接続する周波数調整用パターン２８とを備えている。
【００２９】
実装領域２１は、実装基板２０の端部に沿って設けられている。そのため、実装領域２１の周囲３方向はグランドパターン２２に囲まれているが、残りの一方向は基板の存在しない開放空間である。グランドパターン２２は、実装基板２０の表面のみならず裏面にも同様に形成されているが、少なくとも実装領域２１の裏側部分には、グランドパターンの形成されていないクリアランス領域が存在している。
【００３０】
実装領域２１内の第１のランド２３は、アンテナブロック１０の第１のパッド電極１３に対応しており、第２のランド２４は第２のパッド電極１４に対応しており、第３のランド２５は第３のパッド電極１５に対応している。したがって、実装基板２０上にアンテナブロック１０を実装したとき、第１のパッド電極１３は第１のランド２３、第２のパッド電極１４は第２のランド２４、第３のパッド電極１５は第３のランドにそれぞれ半田接続される。
【００３１】
給電ライン２６は第１のランド２３のリード部分２３ａに接続されており、給電ライン２６とグランドパターン２２との間にはインピーダンス調整素子であるチップリアクタ３１が実装されている。リード部分２３ａの幅は、給電ライン２６よりも十分に狭いことが好ましい。チップリアクタ３１の実装位置は、実装領域２１を含むクリアランス領域の外側であって、このクリアランス領域にできるだけ近い位置であることが好ましい。
【００３２】
第３のランド２５とグランドパターン２２との間には周波数調整素子であるチップリアクタ３２が実装されている。チップリアクタ３２は、第3のランド２５のリード部分２５ａとグランドパターン２２との間に直列に挿入されている。チップリアクタ３２の実装位置は、実装領域２１を含むクリアランス領域の内側であって、グランドパターン２２にできるだけ近い位置であることが好ましい。
【００３３】
第１のランド２３とグランドパターン２２との間には、インピーダンス調整用パターン２７が設けられている。本実施形態のインピーダンス調整用パターン２７は矩形状であり、且つ、基板の端部側に位置するインピーダンス調整用パターン２７の一辺２７ｂと、基板の端部側に位置する第１のランド２３の一辺２３ｂは、同一直線上に位置している。アンテナのインピーダンスの調整は、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１の変更によって行うことができる。
【００３４】
第２のランド２４とグランドパターン２２との間には、周波数調整用パターン２８が設けられている。本実施形態の周波数調整用パターン２８は矩形状であり、且つ、基板の端部側に位置する周波数調整用パターン２８の一辺２８ｂと、基板の端部側に位置する第２のランド２４の一辺２４ｂは、同一直線上に位置している。アンテナの共振周波数の調整は、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２の変更によって行うことができる。
【００３５】
図４は、インピーダンス調整用パターンの変形例を示す平面図である。
【００３６】
図４（ａ）乃至（ｃ）に示すように、アンテナ装置１００のインピーダンスは、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１を変更することによって調整することができる。図４（ａ）では、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１が第１のランド２３の幅Ｗｘの１／３に設定されており（Ｗ１＝Ｗｘ／３）、図４（ｂ）では、Ｗ１＝２Ｗｘ／３に設定されており、図４（ｃ）では、Ｗ１＝Ｗｘに設定されている。アンテナ装置１００のインピーダンスは、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１が広くなるほど低くなることから、図４（ａ）に示すアンテナ装置のインピーダンスが最も大きくなり、図４（ｃ）に示すアンテナ装置のインピーダンスが最も小さくなる。したがって、インピーダンス調整用パターン２７のパターン幅Ｗ１を適切な値に設定するによってインピーダンスを粗調整することができる。
【００３７】
その一方で、インピーダンス調整用パターン２７のパターン幅Ｗ１を変化させても、アンテナ装置１００の共振周波数はほとんど変化しない。すなわち、インピーダンス調整用パターン２７を用いることによって、インピーダンスだけを独立して調整することが可能となる。
【００３８】
なお、アンテナ装置１００のインピーダンスは、所定の大きさのインピーダンス調整用パターンを形成し、設計段階で粗調整することもできるが、予め所定の幅に設定されたインピーダンス調整用パターンをレーザトリミングすることによってさらに調整することもできる。場合によっては、インピーダンス調整用パターン２７をグランドパターン２２に接地させないようオープン状態にしてもよい。このようにすれば、大幅なインピーダンス調整が可能となる。
【００３９】
こうして、インピーダンス調整用パターンによってアンテナインピーダンスを粗調整した後、アンテナブロックのインピーダンスを測定し、この測定結果をもとに、インピーダンス調整素子であるチップリアクタ３１の定数を適切に選択することによって、アンテナインピーダンスを微調整することができる。
【００４０】
図５は、周波数調整用パターンの変形例を示す平面図である。
【００４１】
図５（ａ）乃至（ｃ）に示すように、アンテナ装置１００の共振周波数は、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２を変更することによって調整することができる。図５（ａ）では、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２が第２のランド２４の幅Ｗｘの１／３に設定されており（Ｗ２＝Ｗｘ／３）、図５（ｂ）では、Ｗ２＝２Ｗｘ／３に設定されており、図５（ｃ）では、Ｗ２＝Ｗｘに設定されている。アンテナ装置１００の共振周波数は、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２が広くなるほど高くなることから、図５（ａ）に示すアンテナ装置の共振周波数が最も低くなり、図５（ｃ）に示すアンテナ装置の共振周波数が最も高くなる。したがって、周波数調整用パターン２８のパターン幅Ｗ２を適切な値に設定するによって共振周波数を粗調整することができる。
【００４２】
その一方で、周波数調整用パターン２８のパターン幅Ｗ２を変化させても、アンテナ装置１００のインピーダンスはほとんど変化しない。すなわち、周波数調整用パターン２８を用いることによって、共振周波数だけを独立して調整することが可能となる。
【００４３】
なお、アンテナ装置１００の共振周波数は、所定の大きさの周波数調整用パターンを形成し、設計段階で粗調整することもできるが、予め所定の幅に設定された周波数調整用パターンをレーザトリミングすることによってさらに調整することもできる。場合によっては、周波数調整用パターン２８をグランドパターン２２に接地させないようオープン状態にしてもよい。このようにすれば、大幅なインピーダンス調整が可能となる。
【００４４】
こうして、周波数調整用パターンによってアンテナの共振周波数を粗調整した後、アンテナブロックの共振周波数を測定し、この測定結果をもとに適切な周波数調整素子であるチップリアクタ３２の定数を適切に選択することによって、アンテナの共振周波数を微調整することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置１００は、第１のパッド電極２３とグランドパターン２２とを接続するインピーダンス調整用パターン２７を備えていることから、アンテナブロック１０上の導体パターンをトリミング等することなく、アンテナのインピーダンスを粗調整することができる。さらに、本実施形態によれば、給電ライン２６とグランドパターン２２とを並列接続するインピーダンス調整素子（チップリアクタ）３１を備えていることから、適切な素子値を採用することでアンテナのインピーダンスを微調整することができる。
【００４６】
また、本実施形態のアンテナ装置１００は、第２のパッド電極２４とグランドパターン２２とを接続する周波数調整用パターン２８を備えていることから、アンテナブロック１０上の導体パターンをトリミング等することなく、アンテナの共振周波数を粗調整することができる。さらに、本実施形態によれば、第３のランド２５とグランドパターン２２とを接続する周波数調整素子（チップリアクタ）３２を備えていることから、適切な素子値を採用することでアンテナの共振周波数を微調整することができる。
【００４７】
しかも、インピーダンス調整用パターン２７を用いたインピーダンス調整を行っても共振周波数は実質的に変化せず、周波数調整用パターン２８を用いた共振周波数の調整を行ってもインピーダンスは実質的に変化しないことから、インピーダンスと共振周波数をそれぞれ独立して調整することができる。すなわち、一方が他方に与える影響がほとんどないことから、調整を容易に行うことが可能となる。
【００４８】
さらにまた、本実施形態のアンテナ装置１００によれば、インピーダンス調整用パターン２７及びインピーダンス調整素子３１からなるインピーダンス調整手段と、周波数調整用パターン２８及び周波数調整素子３２からなる周波数調整手段とが共に実装基板２０上にそれぞれ独立して設けられていることから、同じ構造を有するアンテナブロック１０を複数機種の小型携帯端末において使用することができ、部品コストの削減及びアンテナ設計の効率化を図ることができる。
【００４９】
ところで、上述のアンテナ装置１００においては、一つのインピーダンス調整用パターン、或いは一つの周波数調整用パターンの大きさを変えることによって、インピーダンス或いは共振周波数を調整しているが、パターンの数を変えることによってこれらの特性を調整することも可能である。また、パターンの形状も矩形状に限らず、テーパー状、階段状、スリット状等、種々の形状を採用することができる。
【００５０】
図６は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。
【００５１】
図６に示すように、このアンテナ装置２００は、一定の幅Ｗ３を有する矩形状の周波数調整用パターン２８を複数（本例では３つ）用いる点に特徴を有している。これら複数の周波数調整用パターン２８の各々の大きさは等しいことが好ましく、パターン間隔も等しいことが好ましい。インピーダンス調整用パターン２７についても、周波数調整用パターン２８と同様に複数用いてもよい。或いは、インピーダンス調整用パターン２７のみを複数形成してもよい。本実施形態によれば、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ３及び数を適切な値に設定することで共振周波数を粗調整することができる。また、インピーダンス調整用パターン２７の幅及び数を適切な値に設定することでインピーダンスを粗調整することができる。
【００５２】
さらに、上述した複数のインピーダンス調整用パターン２７のいくつかは、その後のトリミング工程にて除去してもよい。このように、複数の周波数調整用パターン２７のいくつかを切断することによって、アンテナのインピーダンスをより細かく調整することができる。
【００５３】
図７は、本発明の第３の実施形態によるアンテナ装置の実装基板の構成を示す略平面図である。
【００５４】
図７に示すように、このアンテナ装置３００の特徴は、グランドパターン２２の一部を切り欠いて形成されたインピーダンス調整用スリット３３及び周波数調整用スリット３４を備える点にある。インピーダンス調整用スリット３３は、インピーダンス調整用パターン２７に隣接して設けられており、基体１１の長手方向と平行に延設されている。周波数調整用スリット３４は、周波数調整用パターン２８と隣接して設けられており、基体１１の長手方向と平行に延設されている。
【００５５】
これらのスリット３３、３４は基板の上面側だけに形成してもよいが、上面側と下面側の両方に形成してよい。スリット３３、３４の長さ及び幅は、目的とするアンテナインピーダンスに応じて適宜設定すればよい。インピーダンス調整用スリット３３を形成した場合には、インピーダンス調整用パターン２７の幅を細くするよりもインピーダンスを上げることができる。また、周波数調整用スリット３４を形成した場合には、周波数調整用パターン２８の幅を細くするよりも共振周波数を下げることができる。
【００５６】
図８は、本発明の第４の実施形態によるアンテナ装置の実装基板の構成を示す略平面図である。
【００５７】
図８に示すように、このアンテナ装置４００の特徴は、複数の周波数調整パターン２８の間にあるスペースから連続する複数のスリット３４ａ、３４ｂがさらに設けられている点にある。これらのスリット３４ａ、３４ｂの長さは同一ではなく、不均一であることが好ましい。こうしたスリット３４ａ、３４ｂが形成されることにより、周波数調整幅をさらに細かく設定することが可能となる。
【００５８】
図９は、本発明の第５の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。
【００５９】
図９に示すように、このアンテナ装置５００は、テーパー状の周波数調整用パターン２８を用いる点に特徴を有している。インピーダンス調整用パターン２７についても、周波数調整用パターン２８と同様にテーパー状のものを用いても構わない。逆に、インピーダンス調整用パターン２７のみをテーパー状としても構わない。本実施形態によれば、インピーダンス調整用パターン２７又は周波数調整用パターン２８のテーパー角度を適切な角度に設定することにより、アンテナのインピーダンス又は共振周波数を粗調整することができる。
【００６０】
本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることはいうまでもない。
【００６１】
例えば、上記実施形態においては、アンテナ実装領域の周囲３方向がグランドパターンに囲まれている場合を例に挙げたが、周囲２方向が囲まれていてもよく、さらには一方向のみグランドパターンが存在していてもかまわない。
【００６２】
また、上記実施形態においては、インピーダンス調整用パターン及び周波数調整用パターンの幅及び長さを調整することにより、インピーダンス及び共振周波数を調整しているが、これらのパターンと並列ないし直列に集中定数素子（Ｌ，Ｃ）を設けることによって調整してもよい。
【００６３】
また、上記実施形態においては、直方体状の誘電体からなる基体１１を用いているが、誘電体以外に誘電性を有する磁性体を用いてもよい。この場合、１／√（ε×μ）の波長短縮効果が得られるので、透磁率μの高い磁性体を用いることによって、大きな波長短縮効果が得られる。また、μ／εが電極のインピーダンスを決定するため、μの高い磁性体を用いることによってインピーダンスが高まる。これにより、高すぎるアンテナのＱを低下させて、広帯域特性を得ることができる。また、直方体状の基体１１は、実質的に直方体であればよく、例えば、直方体の角部にその向きを特定するためのテーパーが設けられていても構わない。
【００６４】
また、上記実施形態では、第３のパッド電極１５及び第３のランド２５が設けられているが、本発明においてこれらを設けることは必須でない。
【実施例１】
【００６５】
まず、図１及び図２に示したアンテナブロック１０を用意した。アンテナブロック１０の基体１１の寸法は、９×３×１（ｍｍ）である。
【００６６】
このようなアンテナブロック１０を図１及び図３に示した実装基板２０に実装した。本実施例では、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２については一定（Ｗ２＝１ｍｍ）とし、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１を、Ｗ１＝Ｗｘ／３＝１ｍｍ、Ｗ１＝２Ｗｘ／３＝２ｍｍ、Ｗ１＝Ｗｘ＝３ｍｍの３段階に変化させたときのアンテナのインピーダンスを測定した。これらの３タイプは、それぞれ図４（ａ）〜（ｃ）に対応している。
【００６７】
測定の結果を図１０に示す。同図において、図１０（ａ）はアンテナ効率を示すグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はアンテナ効率（％）を示している。また、図１０（ｂ）はアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【００６８】
図１０（ａ）に示すように、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１＝１ｍｍのときのアンテナ効率は約８３％であり、Ｗ１＝２ｍｍのときのアンテナ効率は約８１％であり、Ｗ１＝３ｍｍのときのアンテナ効率は約６７％であった。また、図１０（ｂ）に示すように、インピーダンス調整用パターン２７の幅が広くなるほどインピーダンスは低くなった。その一方で、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１が変化しても共振周波数はほとんど変化しなかった。
【００６９】
これにより、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１を変化させることにより、共振周波数を実質的に変化させることなく、インピーダンスを独立して調整できることが確認された。
【実施例２】
【００７０】
次に、実施例１と同じアンテナブロック１０を用意し、これを図１及び図３に示した実装基板２０に実装した。本実施例では、インピーダンス調整用パターン２７の幅Ｗ１を一定（Ｗ１＝１ｍｍ）とし、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２を、Ｗ２＝Ｗｘ／３＝１ｍｍ、Ｗ２＝２Ｗｘ／３＝２ｍｍ、Ｗ２＝Ｗｘ＝３ｍｍの３段階に変化させたときのアンテナの共振周波数を測定した。これらの３タイプは、それぞれ図５（ａ）〜（ｃ）に対応している。
【００７１】
測定の結果を図１１に示す。同図において、図１１（ａ）はアンテナ効率を示すグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はアンテナ効率（％）を示している。また、図１１（ｂ）はアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【００７２】
図１１（ａ）に示すように、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２＝１ｍｍのときの共振周波数は約１．５７０ＧＨｚであり、Ｗ２＝２ｍｍのときの共振周波数は約１．６３０ＧＨｚであり、Ｗ２＝３ｍｍのときの共振周波数は約１．６８０ＧＨｚであった。また、図１１（ｂ）に示すように、周波数調整用パターンの幅が広くなるほどアンテナの共振周波数は高くなった。その一方で、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２が変化してもインピーダンスはほとんど変化しなかった。
【００７３】
これにより、周波数調整用パターン２８の幅Ｗ２を変化させることにより、インピーダンスを実質的に変化させることなく、共振周波数を独立して調整できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す略分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すアンテナブロックの展開図である。
【図３】図３は、アンテナ装置１００の変形例を示す略斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す略分解斜視図である。
【図５】図５は、図４に示すアンテナブロックの展開図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す略分解斜視図である。
【図７】図７は、図６に示すアンテナブロックの展開図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略平面図である。
【図９】図９は、本発明の第５の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）は、インピーダンス調整用パターンの大きさとアンテナ効率との関係を示すグラフであり、図１１（ｂ）はインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図１１】図１１（ａ）は、周波数調整用パターンの大きさとアンテナ効率との関係とを示すグラフであり、図１１（ｂ）はインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
１０ アンテナブロック
１１ 基体
１１Ａ アンテナブロックの上面
１１Ｂ アンテナブロックの底面
１１Ｃ アンテナブロックの第１の側面
１１Ｄ アンテナブロックの第２の側面
１１Ｅ アンテナブロックの第３の側面
１１Ｆ アンテナブロックの第４の底面
１２ 上面導体部
１３ 第１のパッド電極
１４ 第２のパッド電極
１５ 第３のパッド電極
１６ 側面導体部
１７ ギャップ
２０ 実装基板
２１ 実装領域
２２ グランドパターン
２３ 第１のランド
２３ａ 第１のランドのリード部分
２４ 第２のランド
２５ 第３のランド
２５ａ 第３のランドのリード部分
２６ 給電ライン
２７ インピーダンス調整用パターン
２８ 周波数調整用パターン
３１ インピーダンス調整素子（チップリアクタ）
３２ 周波数調整素子（チップリアクタ）
３３ インピーダンス調整用スリット
３４ 周波数調整用スリット
３４ａ 周波数調整用スリット
３４ｂ 周波数調整用スリット
１００ アンテナ装置
２００ アンテナ装置
３００ アンテナ装置
Ｗ１ インピーダンス調整用パターンの幅
Ｗ２ 周波数調整用パターンの幅
Ｗ３ 周波数調整用パターンの幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナブロックと、前記アンテナブロックが実装された実装基板とを備え、
前記アンテナブロックは、
略直方体状の誘電体又は磁性体からなる基体と、前記基体の上面に形成された上面導体部と、前記基体の底面の長手方向の両端部にそれぞれ形成された第１及び第２のパッド電極と、前記上面導体部と前記第２のパッド電極とを接続する側面導体部とを備え、
前記実装基板は、
前記アンテナブロックの実装領域と、前記実装領域の周囲に設けられたグランドパターンと、前記第１及び第２のパッド電極の位置に対応して前記実装領域内に設けられた第１及び第２のランドと、前記第１のランドに接続された給電ラインと、前記第１のランドと前記グランドパターンとを接続するインピーダンス調整用パターンと、前記第２のランドとグランドパターンとを接続する周波数調整用パターンとを備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記実装基板上に実装され、前記給電ラインと前記グランドパターンとを接続するインピーダンス調整素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナブロックは、前記基体の底面の長手方向の中央部に設けられた第３のパッド電極をさらに備え、
前記実装基板は、前記第３のパッド電極の位置に対応して前記実装領域内に設けられた第３のランドをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記実装基板上に実装され、前記第３のランドと前記グランドパターンとを接続する周波数調整素子をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記インピーダンス調整用パターン及び前記周波数調整用パターンの少なくとも一方を複数備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記複数のインピーダンス調整用パターン又は前記複数の周波数調整用パターンの間に設けられたスペースから延設された前記グランドパターンのスリットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記スリットを複数備え、前記複数のスリットの長さがそれぞれ異なることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれか一項に記載のアンテナ装置の特性調整方法であって、
所定の形状及びサイズを有する前記インピーダンス調整用パターンが形成された前記実装基板を用意し、当該実装領域に前記アンテナブロックを実装する工程と、
前記実装基板上の前記アンテナブロックのインピーダンスを測定する工程と、
前記測定結果に基づいて適切な定数を持つ前記インピーダンス調整素子を選択し、当該インピーダンス調整素子を前記実装基板上の所定の位置に実装する工程とを備えることを特徴とするアンテナ装置の特性調整方法。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれか一項に記載のアンテナ装置の特性調整方法であって、
所定の形状及びサイズを有する前記周波数調整用パターンが形成された前記実装基板を用意し、当該実装領域に前記アンテナブロックを実装する工程と、
前記実装基板上の前記アンテナブロックの周波数を測定する工程と、
前記測定結果に基づいて適切な定数を持つ前記周波数調整素子を選択し、当該周波数調整素子を前記実装基板上の所定の位置に実装する工程とを備えることを特徴とするアンテナ装置の特性調整方法。
【請求項１】
アンテナブロックと、前記アンテナブロックが実装された実装基板とを備え、
前記アンテナブロックは、
略直方体状の誘電体又は磁性体からなる基体と、前記基体の上面に形成された上面導体部と、前記基体の底面の長手方向の両端部にそれぞれ形成された第１及び第２のパッド電極と、前記上面導体部と前記第２のパッド電極とを接続する側面導体部とを備え、
前記実装基板は、
前記アンテナブロックの実装領域と、前記実装領域の周囲に設けられたグランドパターンと、前記第１及び第２のパッド電極の位置に対応して前記実装領域内に設けられた第１及び第２のランドと、前記第１のランドに接続された給電ラインと、前記第１のランドと前記グランドパターンとを接続するインピーダンス調整用パターンと、前記第２のランドとグランドパターンとを接続する周波数調整用パターンとを備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記実装基板上に実装され、前記給電ラインと前記グランドパターンとを接続するインピーダンス調整素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナブロックは、前記基体の底面の長手方向の中央部に設けられた第３のパッド電極をさらに備え、
前記実装基板は、前記第３のパッド電極の位置に対応して前記実装領域内に設けられた第３のランドをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記実装基板上に実装され、前記第３のランドと前記グランドパターンとを接続する周波数調整素子をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記インピーダンス調整用パターン及び前記周波数調整用パターンの少なくとも一方を複数備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記複数のインピーダンス調整用パターン又は前記複数の周波数調整用パターンの間に設けられたスペースから延設された前記グランドパターンのスリットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記スリットを複数備え、前記複数のスリットの長さがそれぞれ異なることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれか一項に記載のアンテナ装置の特性調整方法であって、
所定の形状及びサイズを有する前記インピーダンス調整用パターンが形成された前記実装基板を用意し、当該実装領域に前記アンテナブロックを実装する工程と、
前記実装基板上の前記アンテナブロックのインピーダンスを測定する工程と、
前記測定結果に基づいて適切な定数を持つ前記インピーダンス調整素子を選択し、当該インピーダンス調整素子を前記実装基板上の所定の位置に実装する工程とを備えることを特徴とするアンテナ装置の特性調整方法。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれか一項に記載のアンテナ装置の特性調整方法であって、
所定の形状及びサイズを有する前記周波数調整用パターンが形成された前記実装基板を用意し、当該実装領域に前記アンテナブロックを実装する工程と、
前記実装基板上の前記アンテナブロックの周波数を測定する工程と、
前記測定結果に基づいて適切な定数を持つ前記周波数調整素子を選択し、当該周波数調整素子を前記実装基板上の所定の位置に実装する工程とを備えることを特徴とするアンテナ装置の特性調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−８１７０２（Ｐ２００９−８１７０２Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４９８４６（Ｐ２００７−２４９８４６）
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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