(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0014】
<第1実施形態>
〜構成〜
次に、本発明の実施の形態の構成ついて図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るアンテナの概略斜視図である。
図2は、概略平面図である。なお、
図1、
図2では内層の構造を図示するため、誘電体多層基板7の誘電体層9A,9Bを省略している。
図2の概略平面図は、全体図とともに、2層を分解して第1スプリット部6aおよび第2スプリット部6bの詳細を示す。
図3は、概略断面図であり、
図4は補助導体パターンの詳細断面図である。
【0015】
アンテナ10は、誘電体層9A,9Bが積層された誘電体層基板7において、導体層(第1導体層)7Aに、第1スプリットリング部1が形成され、導体層(第2導体層)7Bに、第2スプリットリング部2が形成される。
【0016】
第1スプリットリング部1と第2スプリットリング部2は、誘電体層9A,9Bを挟んで、少なくとも一部が互いに対向するように配置されている。
【0017】
第1スプリットリング部1と第2スプリットリング部2は、略C字状をしており、略C字状は内部に開口部を有する。
【0018】
すなわち、第1スプリットリング部1には長方形の開口部5aが形成されている。また、第2スプリットリング部2には開口部5aと同様の長方形の開口部5bが形成されている。開口部5a、5bは、略C字状開部と連続している。開口部5a、5bは、それぞれ誘電体多層基板7の表面に直交する方向から見たときに、互いに重なるよう形成されている。
【0019】
開口部5aと連続する略C字状開部において、スプリット部(第1スプリット部)6aが形成されている。開口部5bと連続する略C字状開部において、スプリット部(第2スプリット部)6bが形成されている。
【0020】
スプリット部6aは、第1スプリットリング部略C字状一端に形成される補助導体パターン(第1補助導体パターン)11aと、補助導体パターン11aの先端側と略C字状他端との間に形成されるスプリット(第1スプリット)12aを有する。
【0021】
スプリット部6bは、第2スプリットリング部略C字状一端に形成される補助導体パターン(第2補助導体パターン)11bと、補助導体パターン11bの先端側と略C字状他端との間に形成されるスプリット(第2スプリット)12bを有する。
【0022】
補助導体パターン11bは、補助導体パターン11aと対向するよう形成される。すなわち、上面視にて、補助導体パターン11aと補助導体パターン11bとは重なっている。
【0023】
なお、図示の様に、補助導体パターン11b全体が、補助導体パターン11aと対向するよう形成されることが好ましいが、一部のみが対向するように形成されていてもよい。
【0024】
また、図示では、補助導体パターン11a,11bは、長方形であり、略C字状内に食い込むように配置されているが、これに限定されない。
【0025】
スプリット12bは、補助導体パターン11bを挟んでスプリット12a対向位置と反対側に形成される。すなわち、上面視にて、スプリット12aとスプリット12bとは、補助導体パターン11a,11bを挟んで対称位置にある。
【0026】
上記構成を言い換えると、第1スプリットリング部1と第2スプリットリング部2は上面視左右対称に構成される。
【0027】
開口部5aおよび開口部5bの周囲には、開口部5a、開口部5bを上面視で囲むように複数のスルーホール3が形成されており、誘電体層9A,9Bを貫通して第1スプリットリング部1と第2スプリットリング部2とを電気的に接続している。
【0028】
アンテナ給電点4は、電波をロス無く伝達するマイクロストリップラインや同軸ケーブルの(+)(-)を接続(給電)する所で、アンテナの始まりである。給電点(+)側には第1層スプリット用パターンがあり、給電点(-)側には第2層スプリット用パターンがある。
【0029】
第1スプリットリング部1、第2スプリットリング部2、および給電線は、銅箔で形成される場合が一般的であるが、導電性であれば他の素材で形成されてもよく、各々が同一の素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。
【0030】
誘電体多層基板7は、多層基板(ここでは2層)であれば、どのような材料、プロセスのものでもよい。例えば、ガラスエポキシ樹脂を用いたプリント基板であってもよいし、LSI等のインターポーザー基板であってもよいし、LTCCなどのセラミック材料を用いたモジュール基板であってもよいし、当然シリコンなどの半導体基板であってもよい。
【0031】
図2左側点線において、スプリットリング共振器13が構成される。このとき、スプリット部6aの補助導体パターン11aとスプリット部6bの補助導体パターン11bとの間にはスプリット14が構成され、2層間にて大容量のコンデンサとして機能する(後述)。
【0032】
図2右側点線において、インピーダンス整合用ループ15が構成される。アンテナ10と無線回路(図示せず)間のインピーダンス整合をより良くするものである。
【0033】
なお、スプリット12aを介して、コンデンサとして機能するが、スプリット14を介したコンデンサの方が大容量である。スプリット12bを介したコンデンサも同様である。以下、スプリット12a,12bによる効果は省略する。
【0034】
〜動作〜
上記構成のアンテナ10によれば、第1スプリットリング部1、第2スプリットリング部2をリング状に流れる電流によって生じるインダクタンスLと、スプリット部6a、6b(特に補助導体パターン11a,11b)に生じるキャパシタンスCと、からなるLC直列共振回路(スプリットリング共振器13)が形成され、これによってアンテナ10が共振周波数付近でアンテナとして動作する。スプリットリング共振器には、アンテナ給電点4を介してRF回路から高周波信号が給電される。
【0035】
アンテナ給電点4には給電点(+)側と給電点(-)側があり、例えば、補助導体パターン11aには正の電荷が蓄電し、補助導体パターン11bには負の電荷が蓄電し、スプリット14を介して、2層間にてコンデンサとして機能する(図示太い矢印)。
【0036】
〜実証試験〜
図5は、アンテナ10のインピーダンス特性であり、
図6は、リターンロス特性である。両者とも給電点4からアンテナをネットワークアナライザーで計測したものである。
【0037】
インピーダンスとは高周波においてのアンテナの振る舞いを見る1つの見方でありスミスチャートに描かれる。一般的にはスミスチャート円の中心の50Ω(円中心の1の場所)に近い程、アンテナとしての特性が良く更に回路側との整合も良くなる。
図5では、マーカー1(2300MHz)とマーカー2(2520 MHz)との間(おおよそ、2400MHz程度)で円中心の1の場所に近づく。
【0038】
またリターンロスとはインピーダンスと全く同じ測定をするもので単にチャート(図表)が異なるのみである。
図6は、50Ωに近ければ近い程小さな値になることを示し、図示の谷の部分(およそ2400MHz程度)が50Ωに近く、アンテナの特性及び回路とアンテナの整合が良くなる事が分かる。マーカー1(2300MHz)とマーカー2(2520 MHz)との間に形成される谷に相当する周波数はアンテナの共振と呼ばれアンテナの性能が最も良く出る。
【0039】
ちなみにWiFiのアンテナを設計した例であり、2400〜2500MHzに共振を狙ったアンテナであると言える。
【0040】
図7はリターンロスと無線回路との整合損失との関係である。リターンロスが-5dB以上になると整合損失は急激に増加するため、-5dB未満となるように設計する。
図6において、マーカー1(2300MHz)とマーカー2(2520 MHz)との間でリターンロスが-5dB未満となっており、前述したアンテナは、WiFiアンテナとして充分な性能を有すると判断出来る。
【0042】
アンテナを小型化できる理由を説明する。
図8−1は、スプリットリング共振器13と給電点4を簡略した図である。
図8−2は、電気的等価回路を示す図である。すなわち、スプリット部はコンデンサとして機能する。スプリット部以外のパターン長(リング)はコイルとして機能する。給電点から見れば、コンデンサとコイルの直列共振回路に他ならない。
【0043】
直列共振周波数f=1/(2π√L*C)であり、この周波数がアンテナ共振周波数となる。直列共振周波数fを一定にするならば、キャパシタンスCを大きくすれば、インダクタンスLを小さくできる。
【0044】
言い換えると、補助導体パターン11a,11bのパターン幅(面積)を大きくすれば、コンデンサ容量が大きくなり、コイルすなわちパターン長を短くできる。その結果、小型なアンテナが実現可能になる。
【0045】
なお、同様の原理で、補助導体パターン11a,11bのパターン幅(面積)を調整することで、直列共振周波数fを調整することもできる。すなわち、キャパシタンスCを大きくすることで低周波化することができる。
【0046】
〜効果〜
比較例1および比較例2と比較することにより、本実施形態の効果について説明する。
【0047】
図9は、比較例1の平面図である。比較例1は、単層のプリント基板にパターン描画されたアンテナである。スプリット部6は、略C字状一端に形成される補助導体パターン16Aと、略C字状他端に形成される補助導体パターン16Bと、補助導体パターン16Aと補助導体パターン16Bとの間に形成されるスプリット17とを有する。
【0048】
補助導体パターン16Aと補助導体パターン16Bとはスプリット17を介して同一層で対向し、スプリット部6はコンデンサとして機能する。しかし、スプリットリング部は非常に薄い銅箔であり、同一層に形成されたスプリット部6はコンデンサ容量を稼ぎ難い。
【0049】
これに対し、本実施形態は、2層のプリント基板にパターン描画されたアンテナであり、スプリット部6a、6b(特に補助導体パターン11a,11b)はコンデンサ容量を大きくできる。
【0050】
これにより、本実施形態を比較例1に比べて小型化できる。
図9における点線部は、本実施形態のスプリットリング共振器13およびインピーダンス整合用ループ15のサイズである。非常に小さく構成出来る事が分かる。
【0051】
図10は、比較例2の平面図である。比較例2は、多層のプリント基板にパターン描画されたアンテナである。比較例1を積層(図示では6層)したものである。比較例2の概略が判りやすいように、積層を分解して表示している。
図11は、比較例2の補助導体パターンの詳細断面図である。切断箇所を示す平面図を併せて示す。補助導体パターン16において、図示左側をA側とし、図示右側をB側とする。第1〜6層に対応するようにa〜fを付番する。多層化により、コンデンサ容量(図示細い矢印)を大きくできる。その結果、本実施形態と同様に小型化できる。
【0052】
しかしながら、多層のプリント基板にパターン描画されたアンテナは高価である。
【0053】
これに対し、本実施形態は、2層のプリント基板にパターン描画されたアンテナである。比較例2(6層)と同等のサイズで同性能のアンテナを2層で実現できる。すなわち、比較例2と同等のアンテナを、比較例2に比べて安価に製造できる。
【0054】
以上の様に、アンテナの小型化、安価化を図ることにより、更に、アンテナを備える電子装置の小型化、安価化を図ることができる。
【0055】
<第2実施形態>
図12は、第2実施形態に係るアンテナの概略斜視図である。
図13は概略平面図である。内層の構造を図示するため、誘電体多層基板7の誘電体層9A,9Bを省略している。概略平面図は、全体図とともに、2層を分解して、第1スプリット部6aおよび第2スプリット部6bの詳細を示す。
図14は補助導体パターンの詳細断面図である。切断箇所を示す平面図を併せて示す。
【0056】
第2実施形態の概略構成は、第1実施形態と共通である。ただし、スプリット部(第1スプリット部)6aおよびスプリット部(第2スプリット部)6bの詳細構成が異なる。
【0057】
スプリット部6aは、略C字状一端に形成される補助導体パターン18aA(第3A補助導体パターン)と、略C字状他端に形成される補助導体パターン18aB(第3B補助導体パターン)と、補助導体パターン18aAと補助導体パターン18aBとの間に形成されるスプリット19a(第3スプリット)とを有する。
【0058】
スプリット部6bは、略C字状一端に形成される補助導体パターン18bA(第4A補助導体パターン)と、略C字状他端に形成される補助導体パターン18bB(第4B補助導体パターン)と、補助導体パターン18bAと補助導体パターン18bBとの間に形成されるスプリット19b(第4スプリット)とを有する。
【0059】
補助導体パターン18bBは、補助導体パターン18aAと対向するよう形成される。
【0060】
なお、図示の様に、補助導体パターン18bBの一部が、補助導体パターン18aAと対向するよう形成されていてもよいが、全部が対向するように形成されていると更に良い。
【0061】
また、図示では、補助導体パターン18aA,18aB,18bA,18Bbは、長方形であり、略C字状内に食い込むように配置されているが、これに限定されない。
【0062】
スプリット19aとスプリット19bとは上面視にてズレて配置される。
【0063】
上記構成を言い換えると、第1スプリットリング部1と第2スプリットリング部2とは上面視左右対称に構成される。
【0064】
第2実施形態でも、スプリットリング共振器13が構成される。このとき、スプリット部6aの補助導体パターン18aAとスプリット部6bの補助導体パターン18bBとの間にはスプリット20が構成され、2層間にて大容量のコンデンサとして機能する(図示太い矢印)。
【0065】
すなわち、アンテナ給電点4からの給電により、補助導体パターン18aAと補助導体パターン18bBとには、それぞれ正負の異なる電荷が蓄電する。
【0066】
これにより、第2実施形態においても、第1実施形態と同様な効果が得られる。すなわち、小型でありながら、安価に製造可能である。
【0067】
<第3実施形態>
〜構成・動作〜
図15は、第3実施形態に係るアンテナの概略平面図である。概略平面図は、全体図とともに、積層を分解して表示する。
図16は補助導体パターンの詳細断面図である。補助導体パターン18において、図示左側をA側とし、図示右側をB側とする。第1〜6層に対応するようにa〜fを付番する。切断箇所を示す平面図を併せて示す。
【0068】
第3実施形態は、第2実施形態を積層したものである。すなわち、導体層7Aと導体層7Bが交互に積層される(例えば6層)。言い換えると、スプリット19aとスプリット19bとが互い違いになるように配置される。
【0069】
これにより、更に、補助導体パターン18cAは、補助導体パターン18bBと対向するよう形成され、その間には、スプリット20bが構成され、層間にて大容量のコンデンサとして機能する。
【0070】
同様に、スプリット20c〜fが構成され、それぞれ各層間にて大容量のコンデンサとして機能する(図示太い矢印)。その結果、第3実施形態は第2実施形態に比べて、更にコンデンサ容量を大きくできる。
【0071】
〜効果〜
図10および
図11に示す比較例2と比較することにより、第3実施形態の効果について説明する。
【0072】
比較例2は、比較例1(
図9参照)を積層(図示では6層)したものである。比較例1において、補助導体パターン16Aと補助導体パターン16Bとはスプリット17を介して同一層で対向し、スプリット部6はコンデンサとして機能する。しかし、スプリットリング部は非常に薄い銅箔であり、同一層に形成されたスプリット部6はコンデンサ容量を稼ぎ難い。
【0073】
比較例2において、多層化により、コンデンサ容量を大きくできる(図示細い矢印)。しかし、下記の様に大容量化に限界がある。
【0074】
第1層と第2層において、補助導体パターン16aAと補助導体パターン16bAとが対向し、間にスプリットが構成され、補助導体パターン16aBと補助導体パターン16bBとが対向し、間にスプリットが構成されている。
【0075】
アンテナ給電点4からの給電により、補助導体パターン16aAと補助導体パターン16bAとには、同じ正負の電荷が蓄電する。同様に、補助導体パターン16aBと補助導体パターン16bBとには、同じ正負の電荷が蓄電する。したがって、スプリットを介してコンデンサとして機能しない。したがって、大容量化に限界がある。
【0076】
これに対し、第3実施形態では、大容量のコンデンサとして機能する。これにより、比較例2に比べて、更なる小型化を図ることができる。一方、比較例も第3実施形態も、6層のプリント基板にパターン描画されたアンテナであり、同程度の価格で製造可能である。
【0077】
<第4実施形態>
図17は、第4実施形態に係るアンテナの概略平面図である。概略平面図は、全体図とともに、積層を分解して表示する。
図18は補助導体パターンの詳細断面図である。切断箇所を示す平面図を併せて示す。
【0078】
第3実施形態が、第2実施形態を積層したものであるのに対し、第4実施形態は、第1実施形態を積層したものである。
【0079】
これにより、スプリット14a〜fが構成され、それぞれ大容量のコンデンサとして機能する(図示太い矢印)。その結果、第4実施形態は第1実施形態に比べて、更にコンデンサ容量を大きくできる。
【0080】
これにより、第4実施形態においても、第3実施形態と同様な効果が得られる。すなわち、同程度の価格を維持しながら、更なる小型化を図ることができる。
【0081】
<付記>
上記実施形態の一部または全部は、以下の様に付記のようにも記載されうるが、以下に限定されない。
【0082】
本発明のアンテナは、誘電体層9の一面側に位置する第1導体層7Aに形成され、略C字状の第1スプリットリング部1と、前記誘電体層9の他面側に位置する第2導体層7Bに、前記誘電体層9を挟んで前記第1スプリットリング部1と対向するよう形成され、略C字状の第2スプリットリング部2と、前記略C字状の周方向に間隔を隔てて複数備えられ、前記第1スプリットリング部1と前記第2スプリットリング部2とを電気的に接続するスルーホール3と、を含むスプリットリング共振器13を備え、前記第1スプリットリング部1の略C字状開部に第1スプリット部6a(11a,18aA,18aB)が形成され、前記第2スプリットリング部2の略C字状開部に第2スプリット部6b(11b,18bA,18bB)が形成され、前記第1スプリット部と前記第2スプリット部とがスプリット(14,20)を構成し、コンデンサとして機能する。
【0083】
正負の異なる電荷を給電することにより、第1スプリットリング部1,2、すなわち、2層間で、大容量のコンデンサが機能する。スプリットリング共振器はLC直列共振回路であり、キャパシタンスCを大きくすれば、インダクタンスLを小さくできる。すなわち、パターン長を短くできる。その結果、小型なアンテナが実現可能になる。
【0084】
本発明のアンテナにおいて、更に好ましくは、前記第1スプリット部6aは、略C字状一端に形成される第1補助導体パターン11aと、該第1補助導体パターンの先端側と略C字状他端との間に形成される第1スプリット12aとを有し、前記第2スプリット部6bは、略C字状一端に形成される第2補助導体パターン11bと、該第2補助導体パターンの先端側と略C字状他端との間に形成される第2スプリット12bとを有し、前記第2補助導体パターン11bの少なくとも一部は、前記第1補助導体パターン11aと対向するよう形成され、前記第2スプリット12bは、前記第2補助導体パターン11bを挟んで前記第1スプリット対向位置と反対側に形成される。
【0085】
上面視左右対称の構成とすることにより、補助導体パターン11a,11bには、正負の異なる電荷が蓄電され、2層間で、大容量のコンデンサが機能する。
【0086】
本発明は、第1実施形態および第4実施形態に対応する。
【0087】
本発明のアンテナにおいて、更に好ましくは、前記第1スプリット部6aは、略C字状一端に形成される第3A補助導体パターン18aAと、略C字状他端に形成される第3B補助導体パターン18aBと、該第3A補助導体パターンと該第3B補助導体パターンとの間に形成される第3スプリット19aと、を有し、前記第2スプリット部6bは、略C字状一端に形成される第4A補助導体パターン18bAと、略C字状他端に形成される第4B補助導体パターン18bBと、該第4A補助導体パターンと該第4B補助導体パターンとの間に形成される第4スプリット19bとを有し、前記第4B補助導体パターン18bBの少なくとも一部は、前記第3A補助導体パターン18aAと対向するよう形成される。
【0088】
上面視左右対称の構成とすることにより、補助導体パターン18aA,18bBには、正負の異なる電荷が蓄電され、2層間で、大容量のコンデンサが機能する。
【0089】
本発明は、第2実施形態および第3実施形態に対応する。
【0090】
本発明のアンテナにおいて、更に好ましくは、2層のプリント基板にパターン描画される。
【0091】
本発明は、2層構成でも、多層(たとえば6層)構成と同程度に小型化を図れる。しかも、多層構成に比べて安価である。
【0092】
本発明は、第1実施形態および第2実施形態に対応する。
【0093】
本発明のアンテナにおいて、更に好ましくは、3層以上のプリント基板にパターン描画され、前記第1導体層7Aと前記第2導体層7Bが交互に積層される。
【0094】
本発明を多層(3層以上)構成に適用すると、従来の多層構成に比べて、更なる小型化を図ることができる。従来の多層構成と同程度の価格である。
【0095】
本発明は、第3実施形態および第4実施形態に対応する。
【0096】
本発明の電子装置は、アンテナ10を備える。