特開 2024-80801 アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024080801

(43)【公開日】2024-06-17

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 5/314 20150101AFI20240610BHJP

【ＦＩ】

H01Q5/314

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022194034

(22)【出願日】2022-12-05

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】後藤 哲三

(57)【要約】

【課題】３以上の共振点を有するアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１００は、基板１１０の表面１１１に設けられたグランドパターン１２０と、基板１１０の表面１１１に搭載されたアンテナ素子１４０と、グランドクリアランス領域１３０に設けられた導体パターン１０，２０とを備える。導体パターン１０はＸ方向に延在し、導体パターン２０はＹ方向に延在する。導体パターン１０の一端はアンテナ素子１４０に接続され、導体パターン１０の他端は導体パターン２０の両端間に位置する接続点２３に接続される。これによれば、シンプルな構成によって、３つの共振周波数を得ることが可能となる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の表面に設けられたグランドパターンと、
前記基板の前記表面に搭載されたアンテナ素子と、
前記基板の前記表面のうち、前記グランドパターンが切り欠かれたグランドクリアランス領域に設けられた第１及び第２の導体パターンと、を備え、
前記第１の導体パターンは、第１の方向に延在し、
前記第２の導体パターンは、前記第１の方向とは異なる方向に延在し、
前記第１の導体パターンの一端は、前記アンテナ素子に接続され、
前記第１の導体パターンの他端は、前記第２の導体パターンの両端間に位置する接続点に接続される、アンテナ装置。

【請求項2】

前記第２の導体パターンは、前記第１の方向と直交する第２の方向に延在する、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記基板は、前記第２の方向に延在するエッジを有し、
前記グランドクリアランス領域は、前記基板の前記エッジによって構成される第１のエッジと、前記第１のエッジと平行に延在する第２のエッジと、前記第１の方向に延在する第３及び第４のエッジとを含み、
前記第２の導体パターンは、前記第１のエッジに沿って設けられている、請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記第３のエッジと向かい合う前記第２の導体パターンの一端と前記グランドパターンとの間に第１の周波数調整用素子が接続されている、請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記第４のエッジと向かい合う前記第２の導体パターンの他端が開放されている、請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記第２の導体パターンの前記他端と前記接続点の間に位置する第１の区間の距離は、前記第２の導体パターンの前記一端と前記接続点の間に位置する第２の区間の距離よりも短い、請求項５に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記第２の導体パターンの前記第１の区間は、第１の分断領域において分断されており、
前記第１の分断領域に第２の周波数調整用素子が配置されている、請求項６に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記第２の導体パターンの前記第２の区間は、第２の分断領域において分断されており、
前記第２の分断領域に第３の周波数調整用素子が配置されている、請求項７に記載のアンテナ装置。

【請求項9】

前記第１の導体パターンは、第３の分断領域において分断されており、
前記第３の分断領域に第４の周波数調整用素子が配置されている、請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項10】

前記第３の分断領域は、前記第１のエッジよりも前記第２のエッジに近い、請求項９に記載のアンテナ装置。

【請求項11】

前記アンテナ素子は、前記第２のエッジから見て前記グランドクリアランス領域の外側に搭載されている、請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項12】

第１の共振周波数と、前記第１の共振周波数よりも高い第２の共振周波数と、前記第２の共振周波数よりも高い第３の共振周波数とを有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はアンテナ装置に関し、特に、複数の共振周波数を有するアンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載されたアンテナ装置は、基板上のグランドクリアランス領域に設けられた複数の導体パターン及びアンテナ素子を備えている。アンテナ素子に接続された２つの導体パターンは互いに長さが異なっており、これにより周波数の異なる２つの共振点を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－０３３０４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

アンテナ装置の用途によっては、周波数の異なる３以上の共振点が求められることがある。

【0005】

本開示においては、３以上の共振点を有するアンテナ装置について説明される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面によるアンテナ装置は、基板と、基板の表面に設けられたグランドパターンと、基板の表面に搭載されたアンテナ素子と、基板の表面のうち、グランドパターンが切り欠かれたグランドクリアランス領域に設けられた第１及び第２の導体パターンとを備え、第１の導体パターンは第１の方向に延在し、第２の導体パターンは第１の方向とは異なる方向に延在し、第１の導体パターンの一端はアンテナ素子に接続され、第１の導体パターンの他端は、第２の導体パターンの両端間に位置する接続点に接続される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、３以上の共振点を有するアンテナ装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示に係る技術の一実施形態によるアンテナ装置１００の外観を示す略斜視図である。

【図2】図２は、グランドクリアランス領域１３０及びその近傍を拡大した平面図である。

【図3】図３は、アンテナ素子１４０の略透視斜視図である。

【図4】図４は、アンテナ素子１４０の略透視平面図である。

【図5】図５は、アンテナ素子１４０の略透視側面図である。

【図6】図６は、アンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照しながら、本開示に係る技術の実施形態について詳細に説明する。

【0010】

図１は、本開示に係る技術の一実施形態によるアンテナ装置１００の外観を示す略斜視図である。

【0011】

図１に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１００は、ＸＹ面を主面とする基板１１０と、基板１１０に搭載されたアンテナ素子２００と、基板１１０に設けられた導体パターン１０，２０とを含んでいる。基板１１０は、エポキシ樹脂などの絶縁材料からなり、その表面１１１及び裏面１１２の大部分には、グランドパターン１２０が形成されている。基板１１０の表面１１１及び裏面１１２には、グランドパターン１２０が切り欠かれたグランドクリアランス領域１３０が設けられている。基板１１０の表面１１１に設けられたグランドクリアランス領域１３０と、基板１１０の裏面１１２に設けられたグランドクリアランス領域１３０は、Ｚ方向から見て重なっている。導体パターン１０，２０は、基板１１０の表面１１１に設けられたグランドクリアランス領域１３０内に形成されている。

【0012】

図２は、グランドクリアランス領域１３０及びその近傍を拡大した平面図である。

【0013】

図２に示すように、グランドクリアランス領域１３０は、Ｙ方向に延在する基板１１０のエッジＥ０によって構成されるエッジＥ１と、エッジＥ１と平行に延在するエッジＥ２と、Ｘ方向に延在するエッジＥ３，Ｅ４に囲まれている。エッジＥ１～Ｅ４はグランドクリアランス領域１３０を区画するものであり、このうちエッジＥ２～Ｅ４は、グランドパターン１２０とグランドクリアランス領域１３０の境界を構成する。図２に示す例では、エッジＥ１，Ｅ２はＹ方向に直線的に延在し、エッジＥ３，Ｅ４はＸ方向に直線的に延在している。このため、エッジＥ３は、エッジＥ１のＹ方向における一端とエッジＥ２のＹ方向における一端を直線的に結んでおり、エッジＥ４は、エッジＥ１のＹ方向における他端とエッジＥ２のＹ方向における他端を直線的に結んでいる。エッジＥ１，Ｅ２のＹ方向における長さは、エッジＥ３，Ｅ４のＸ方向における長さよりも長く、このため、グランドクリアランス領域１３０は長方形状を有している。但し、エッジＥ１，Ｅ２の延在方向がＹ方向に対して傾きを有していても構わないし、エッジＥ３，Ｅ４の延在方向がＸ方向に対して傾きを有していても構わない。また、エッジＥ１～Ｅ４のいずれかに凹凸部分や曲線部分が含まれていても構わない。

【0014】

グランドクリアランス領域１３０内には、導体パターン１０，２０が設けられている。導体パターン１０はＸ方向に延在し、その一端はアンテナ素子１４０に接続される。導体パターン１０のＹ方向における位置は、エッジＥ４側にオフセットしている。つまり、導体パターン１０とエッジＥ４のＹ方向における距離は、導体パターン１０とエッジＥ３のＹ方向における距離よりも短い。導体パターン２０は、エッジＥ１に沿ってＹ方向に延在する。導体パターン２０は、一端と他端の間に位置する接続点２３を有しており、導体パターン１０の他端は、導体パターン２０の接続点２３に接続されている。これにより、導体パターン１０，２０のレイアウトは、略Ｔ字型となる。

【0015】

導体パターン１０は、Ｘ方向に延在する連続的なパターンであっても構わないが、図２に示す例では、導体パターン１０が途中の分断領域４３において分断されており、この分断領域４３に周波数調整用素子３４が配置されている。周波数調整用素子３４は、分断された導体パターン１０を接続するチップ型のインダクタ素子である。分断領域４３のＸ方向における位置は、アンテナ素子１４０側にオフセットしている。つまり、分断領域４３によって２つに分断された導体パターン１０のうち、アンテナ素子１４０に接続される部分の長さは、導体パターン２０の接続点２３に接続される部分の長さよりも短い。言い換えれば、導体パターン１０の分断領域４３は、エッジＥ１よりもエッジＥ２に近い。但し、導体パターン１０が正確にＸ方向に延在している点は必須でなく、Ｘ方向に対して傾きを有する方向に延在していても構わないし、蛇行部分などが存在していても構わない。

【0016】

導体パターン２０は、接続点２３を境界として、区間２１と区間２２に分かれている。区間２１は接続点２３からエッジＥ４に向かって延在し、区間２２は接続点２３からエッジＥ３に向かって延在する。区間２１のＹ方向における長さは、区間２２のＹ方向における長さよりも短い。但し、区間２１と区間２２がいずれもＹ方向に延在している点は必須でなく、一方又は両方がＹ方向に対して傾きを有する方向に延在していても構わないし、蛇行部分などが存在していても構わない。

【0017】

エッジＥ４と向かい合う区間２１の端部は、直接的に又はチップ部品などを介して間接的にグランドパターン１２０と接続されることなく、開放されている。これに対し、エッジＥ３と向かい合う区間２２の端部は、周波数調整用素子３１を介してグランドパターン１２０に接続されている。周波数調整用素子３１は、導体パターン２０とグランドパターン１２０を接続するチップ型のキャパシタ素子である。

【0018】

導体パターン２０の区間２１は、Ｙ方向に延在する連続的なパターンであっても構わないが、図２に示す例では、区間２１が途中の分断領域４１において分断されており、この分断領域４１に周波数調整用素子３２が配置されている。周波数調整用素子３２は、分断された区間２１を接続するチップ型のインダクタ素子である。分断領域４１のＹ方向における位置は、接続点２３側にオフセットしている。つまり、分断領域４１によって２つに分断された区間２１のうち、接続点２３に接続される部分の長さは、エッジＥ４と向かい合う部分の長さよりも短い。

【0019】

導体パターン２０の区間２２は、Ｙ方向に延在する連続的なパターンであっても構わないが、図２に示す例では、区間２２が途中の分断領域４２において分断されており、この分断領域４２に周波数調整用素子３３が配置されている。周波数調整用素子３３は、分断された区間２２を接続するチップ型のキャパシタ素子又はインダクタ素子である。分断領域４２のＹ方向における位置は、接続点２３側にオフセットしている。つまり、分断領域４２によって２つに分断された区間２２のうち、接続点２３に接続される部分の長さは、エッジＥ３と向かい合う部分の長さよりも短い。

【0020】

また、図２に示す例では、エッジＥ２から見てグランドクリアランス領域１３０の外側にアンテナ素子１４０が搭載されている。アンテナ素子１４０をグランドクリアランス領域１３０の外側に配置する点は必須でないが、アンテナ素子１４０をグランドクリアランス領域１３０の外側に配置することにより、グランドクリアランス領域１３０内におけるパターン設計が容易となる。尚、アンテナ素子１４０が搭載される基板１１０の表面１１１には、アンテナ素子１４０に設けられた端子電極に接続するためのランドパターンＰが設けられている。

【0021】

図３～図５はアンテナ素子１４０の構造を説明するための図であり、図３は略透視斜視図、図４は略透視平面図、図５は略透視側面図である。

【0022】

図３～図５に示すように、アンテナ素子１４０は、樹脂などの絶縁材料からなる素体２１０に埋め込まれた導体パターンと、素体２１０の表面に設けられた信号端子２０１，２０２及び複数のグランド端子２０３とを含んでいる。信号端子２０１は、基板１１０に設けられた信号ラインＬを介して、図示しないＲＦＩＣなどに接続される。信号端子２０２は、導体パターン１０の一端に接続される。グランド端子２０３は、グランドパターン１２０に接続される。

【0023】

素体２１０に埋め込まれた導体パターンは、インダクタパターン２２０及びキャパシタパターン２３０，２４０を含んでいる。インダクタパターン２２０の一端は、ビア導体２５１を介して信号端子２０１に接続される。インダクタパターン２２０の他端は、ビア導体２５２を介して、キャパシタパターン２３０を構成する一方の容量電極パターン２３１に接続される。キャパシタパターン２３０を構成する他方の容量電極パターン２３２は、ビア導体２５３を介して信号端子２０２に接続される。また、ビア導体２５２からは、キャパシタパターン２４０を構成する一方の容量電極パターン２４１が分岐している。キャパシタパターン２４０を構成する他方の容量電極パターン２４２は、ビア導体２５４を介して、複数のグランド端子２０３に共通に接続される。

【0024】

このような構成により、アンテナ素子１４０はＬＣ回路を構成し、所望のアンテナ特性を得るためのマッチング素子として機能する。これに対し、グランドクリアランス領域１３０内に搭載される周波数調整用素子３１～３４は、共振周波数を微調整するために用いられる。したがって、周波数調整用素子３１～３４のうち１又は２以上の素子を省略することも可能である。

【0025】

以上が本実施形態によるアンテナ装置１００の構造である。本実施形態によるアンテナ装置１００は、上記の構成により複数の周波数帯域において共振を得ることができる。

【0026】

第１に、本実施形態によるアンテナ装置１００においては、導体パターン１０と導体パターン２０の区間２２によって、低周波数帯域における共振が生じる。その周波数及び帯域幅は、主に、導体パターン１０及び導体パターン２０の区間２２の長さによって決まり、周波数調整用素子３１～３４の位置、並びに、キャパシタンス又はインダクタンスによってさらに微調整することが可能である。第２に、本実施形態によるアンテナ装置１００においては、導体パターン１０と導体パターン２０の区間２１によって、中周波数帯域における共振が生じる。その周波数及び帯域幅は、主に、導体パターン１０及び導体パターン２０の区間２１の長さによって決まり、周波数調整用素子３２，３４の位置、並びに、インダクタンスによってさらに微調整することが可能である。第３に、本実施形態によるアンテナ装置１００においては、導体パターン１０によって高周波数帯域において共振が生じる。その周波数及び帯域幅は、主に、導体パターン１０の長さによって決まり、周波数調整用素子３４の位置、並びに、インダクタンスによってさらに微調整することが可能である。これにより、本実施形態によるアンテナ装置１００は、３つの周波数帯域において共振を得ることができる。

【0027】

図６は、本実施形態によるアンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。

【0028】

図６に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１００は、低周波数帯域である約２．４ＧＨｚ近傍、中周波数帯域である約５ＧＨｚ近傍、並びに、高周波数帯域である約７ＧＨｚ近傍にＶＳＷＲ特性のピークが現れている。ここで、低周波数帯域と中周波数帯域の間の周波数帯域においてはＶＳＷＲ特性が低下しているものの、中周波数帯域と高周波数帯域はほぼ連続的であり、広帯域に亘って良好なＶＳＷＲが得られている。これにより、これにより、低周波数帯域である約２．４ＧＨｚ近傍において高いアンテナ特性を得ることができるとともに、中周波数帯域から高周波数帯域に亘る約５ＧＨｚ～約７ＧＨｚの周波数帯域において高いアンテナ特性を得ることができる。

【0029】

このように、本実施形態によるアンテナ装置１００は、シンプルな構成によって、複数の共振周波数を得ることができるとともに、中周波数帯域から高周波数帯域に亘る広い周波数帯域において高いアンテナ特性を得ることが可能となる。

【0030】

以上、本開示に係る技術の実施形態について説明したが、本開示に係る技術は、上記の実施形態に限定されることなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本開示に係る技術の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【0031】

本開示に係る技術には、以下の構成例が含まれるが、これに限定されるものではない。

【0032】

本開示の一側面によるアンテナ装置は、基板と、基板の表面に設けられたグランドパターンと、基板の表面に搭載されたアンテナ素子と、基板の表面のうち、グランドパターンが切り欠かれたグランドクリアランス領域に設けられた第１及び第２の導体パターンとを備え、第１の導体パターンは第１の方向に延在し、第２の導体パターンは第１の方向とは異なる方向に延在し、第１の導体パターンの一端はアンテナ素子に接続され、第１の導体パターンの他端は、第２の導体パターンの両端間に位置する接続点に接続される。これによれば、シンプルな構成によって、複数の共振周波数を得ることが可能となる。

【0033】

上記のアンテナ装置において、第２の導体パターンは、第１の方向と直交する第２の方向に延在しても構わない。これによれば、高いアンテナ特性を得ることが可能となる。

【0034】

上記のアンテナ装置において、基板は第２の方向に延在するエッジを有し、グランドクリアランス領域は、基板のエッジによって構成される第１のエッジと、第１のエッジと平行に延在する第２のエッジと、第１の方向に延在する第３及び第４のエッジとを含み、第２の導体パターンは第１のエッジに沿って設けられていても構わない。これによれば、より高いアンテナ特性を得ることが可能となる。

【0035】

上記のアンテナ装置において、第３のエッジと向かい合う第２の導体パターンの一端とグランドパターンとの間に第１の周波数調整用素子が接続されていても構わない。これによれば、共振周波数の微調整が可能となる。

【0036】

上記のアンテナ装置において、第４のエッジと向かい合う第２の導体パターンの他端が開放されていても構わない。これによれば、中周波帯域における共振点の形成が容易となる。

【0037】

上記のアンテナ装置において、第２の導体パターンの他端と接続点の間に位置する第１の区間の距離は、第２の導体パターンの一端と接続点の間に位置する第２の区間の距離よりも短くても構わない。これによれば、周波数の異なる２つの共振点を得ることが可能となる。

【0038】

上記のアンテナ装置において、第２の導体パターンの第１の区間は、第１の分断領域において分断されており、第１の分断領域に第２の周波数調整用素子が配置されていても構わない。これによれば、中周波帯域における共振周波数の微調整が可能となる。

【0039】

上記のアンテナ装置において、第２の導体パターンの第２の区間は、第２の分断領域において分断されており、第２の分断領域に第３の周波数調整用素子が配置されていても構わない。これによれば、低周波帯域における共振周波数の微調整が可能となる。

【0040】

上記のアンテナ装置において、第１の導体パターンは、第３の分断領域において分断されており、第３の分断領域に第４の周波数調整用素子が配置されていても構わない。これによれば、高周波帯域における共振周波数の微調整が可能となる。

【0041】

上記のアンテナ装置において、第３の分断領域は、第１のエッジよりも第２のエッジに近くても構わない。これによれば、高周波帯域における共振周波数を高めることが可能となる。

【0042】

上記のアンテナ装置において、アンテナ素子は、第２のエッジから見てグランドクリアランス領域の外側に搭載されていても構わない。これによれば、グランドクリアランス領域内におけるパターン設計が容易となる。

【0043】

上記のアンテナ装置は、第１の共振周波数と、第１の共振周波数よりも高い第２の共振周波数と、第２の共振周波数よりも高い第３の共振周波数とを有していても構わない。これによれば、３つの共振周波数を得ることが可能となる。

【符号の説明】

【0044】

１０，２０ 導体パターン
２１，２２ 区間
２３ 接続点
３１～３４ 周波数調整用素子
４１～４３ 分断領域
１００ アンテナ装置
１１０ 基板
１１１ 表面
１１２ 裏面
１２０ グランドパターン
１３０ グランドクリアランス領域
１４０ アンテナ素子
２０１，２０２ 信号端子
２０３ グランド端子
２１０ 素体
２２０ インダクタパターン
２３０，２４０ キャパシタパターン
２３１，２３２，２４１，２４２ 容量電極パターン
２５１～２５４ ビア導体
Ｅ０～Ｅ４ エッジ
Ｌ 信号ライン
Ｐ ランドパターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】