JP4003572B2

JP4003572B2 - Antenna element and antenna using the same

Info

Publication number: JP4003572B2
Application number: JP2002216339A
Authority: JP
Inventors: 武増谷; 進稲継
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP2004064193A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として移動体通信などの無線機器に使用されるアンテナ素子及びこれを用いたアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信などの各種機器に内蔵されるアンテナ素子及びこれを用いたアンテナとして、一般的にセラミック材料などの誘電材を用いた平面アンテナが使用されている。
【０００３】
このような従来のアンテナについて図５を用いて説明する。
【０００４】
図５（ａ）は従来のアンテナの斜視図、図５（ｂ）は同収縮後の断面図であり、同図において、２１はセラミック材料などの粉末を含有した誘電性の基体、２２は基体２１の上面に載置した銅及び銅合金などからなる板状の放射電極で、基体２１と放射電極２２はインサートによって一体成形されている。
【０００５】
そして、２３は基体２１に放射電極２２を固定する複数の固定部で、放射電極２２に設けた丸穴と、基体２１上面から突出しこの丸穴を挿通する挿通部、及び放射電極２２の上面に当接した大径の保持部から形成され、この固定部２３によって放射電極２２が基体２１に対し、垂直方向及び水平方向ともに固定されている。
【０００６】
また、２７は放射電極２２に対向して基体２１の下面に一体形成された導体地板で、この導体地板２７とは絶縁されて基体２１内を貫通した給電端子２８が放射電極２２に接続されて、アンテナが構成されている。
【０００７】
以上の構成において、送信を行う場合には、給電端子２８に接続された高周波回路（図示せず）から高周波信号を放射電極２２に給電して、放射電極２２に高周波電流を励振することによって電波を空中に放射し、送信を行い、受信の場合は、この逆の動作で受信を行うものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のアンテナにおいては、放射電極２２と基体２１が複数の固定部２３によって、垂直方向にも水平方向にも固定されるため、放射電極２２と基体２１とのインサート成形時の熱収縮や、使用環境の温度変化による熱膨張により基体２１に寸法変化が生じた場合、図５（ｂ）に示すように、基体２１と放射電極２２の間に反りや浮きが生じ、誘電率の異なる空気が介在することによって、所望の共振周波数が変化し易いという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、熱収縮や熱膨張による反りや浮きが生じ難く、安定した共振周波数が得られるアンテナ素子及びこれを用いたアンテナを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、放射電極の下面には固定部への方向と直交方向に突出し先端に平坦部を有する略Ｌ字状の複数のアーム部を設け、基体にはこのアーム部の固定部方向の両端と所定の隙間を空けた窪み部、及び平坦部の上面に当接する保持部から形成された結合部を設けてアンテナ素子を構成したものであり、放射電極のアーム部が下方へ突出しているため、アンテナ素子を薄いものにすることができるという作用を有する。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のアンテナ素子に、放射電極と対向する面に導体地板を配置すると共に、放射電極に給電する給電端子を設けてアンテナを構成したものであり、安定した共振周波数が得られるアンテナを実現できるという作用を有する。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、給電端子を固定部に設けたものであり、基体や放射電極の熱収縮や熱膨張によって給電端子の位置が変化しないため、給電端子と放射電極との機械的保持と電気的導通を確保することができるという作用を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１及び３，４記載の発明について説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態によるアンテナ素子の斜視図、図２は同結合部の要部斜視図、図３は同固定部の断面図であり、同図において、１はセラミック材料などの粉末を含有した誘電性の基体で、この基体１の上面には銅合金等の板状の放射電極２が載置され、インサートにより一体成形されている。
【００１８】
そして、３は基体１と放射電極２とで一体形成する複数の結合部、４は基体１に放射電極２を一体に固定する固定部で、固定部４の上端が基体１上面から放射電極２の丸穴を挿通して突出し、垂直方向及び水平方向に放射電極２を基体１に固定している。
【００１９】
また、放射電極２には固定部４への方向が長手となった複数の長穴６が設けられると共に、基体１上面にはこの長穴６の長手方向の両端から所定の隙間を空けて上方へ突出する挿通部３Ａ、及び放射電極２の上面に当接する幅広の保持部３Ｂからなる結合部３が形成されて、アンテナ素子５が構成されている。
【００２０】
さらに、７は放射電極２に対向して基体１の下面に一体成形された導体地板で、この導体地板７とは絶縁されて基体１内を挿通した給電端子８の上端が、放射電極２上面から突出して固定部４が形成されると共に、溶接や半田付けなどによって放射電極２に接続されて、アンテナが構成されている。
【００２１】
以上の構成において、このアンテナで送信を行う場合には、給電端子８に接続された高周波回路（図示せず）から高周波信号が放射電極２に給電され、放射電極２に励振された高周波電流によって電波を空中に放射して送信を行い、受信の場合は、この逆の動作で受信が行われる。
【００２２】
また、基体１と放射電極２のインサート成形時や、アンテナが使用される周囲の温度変化等によって、基体１や放射電極２に熱収縮や熱膨張が生じた場合、一般に、金属である放射電極２に比べ、基体１の熱収縮率が大きいため、基体１が相対的に収縮する。
【００２３】
そして、基体１と放射電極２は固定部４により固定され、この固定部４では基体１と放射電極２との熱収縮率の差による相対的な変化がないため、複数の結合部３はこの固定部４に向かって収縮し、相対的には固定部４に向かって移動する。
【００２４】
この時、放射電極２には固定部４への方向が長手となった長穴６が設けられると共に、結合部３の挿通部３Ａと長穴６の両端の間には所定の隙間が空けられているため、結合部３は長穴６内を固定部４へ向って移動する。
【００２５】
つまり、結合部３は保持部３Ｂによって放射電極２の垂直方向への浮きを防止する一方で、熱収縮や熱膨張が生じた際には、挿通部３Ａが長穴６内を水平方向へ移動して、寸法変化を吸収し、基体１や放射電極２に反り等が生じないように構成されている。
【００２６】
なお、結合部３は基体１と放射電極２との結合強度の面では多いほど望ましいが、結合部３が多いほど放射電極２の実効面積が減少し、アンテナ特性への影響が大きく、所望の共振周波数を得るために放射電極２を大きな面にする必要が生じるため、これらを考慮すると数個に抑える方がよい。
【００２７】
このように本実施の形態によれば、放射電極２に固定部４方向が長手となる長穴６を設けると共に、基体１にはこの長穴６両端と隙間を空けた挿通部３Ａ、及び放射電極２上面に当接する保持部３Ｂからなる結合部３を設けることによって、基体１と放射電極２の熱収縮や熱膨張による反りや浮きを防ぎ、安定した共振周波数が得られるアンテナ素子及びこれを用いたアンテナを得ることができるものである。
【００２８】
また、給電端子８を固定部４に設けることによって、基体１や放射電極２の熱収縮や熱膨張によって給電端子８の位置が変化しないため、給電端子８と放射電極２との電気的及び機械的な接続を確保することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２記載の発明について説明する。
【００３０】
なお、実施の形態１の構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００３１】
図４は本発明の第２の実施の形態による結合部の要部斜視図であり、同図において、実施の形態１の場合と異なるのは、放射電極２が基体１の方向へ突出して結合部１３を構成している点である。
【００３２】
つまり、放射電極２の下面には固定部４への方向と直交方向に突出し先端に平坦部１２Ａを有する略Ｌ字状のアーム部１２が設けられると共に、基体１にはこのアーム部１２の固定部４方向の両端と所定の隙間を設けた窪み部１３Ａ、及び平坦部１２Ａの上面に当接する保持部１３Ｂからなる結合部１３が形成されている。
【００３３】
つまり、放射電極２は基体１に対し、実施の形態１の場合と同様に、平坦部１２Ａに当接した保持部１３Ｂによって、垂直方向には固定されているが、水平方向へは移動可能に構成されている。
【００３４】
従って、インサート成形時や周囲の温度変化等によって、基体１が放射電極２に対して相対的に収縮すると、放射電極２はアーム部１２両端の隙間の窪み部１３Ａの範囲で相対的に水平方向へ移動する。
【００３５】
つまり、放射電極２は基体１との接触面に垂直方向に拘束しつつ水平方向は固定部４の方向に自由度を有しており、基体１と放射電極２との熱収縮や熱膨張の差により、この間の反りや浮きを防止できるものである。
【００３６】
このように本実施の形態によれば、放射電極２下面に平坦部１２Ａを有するアーム部１２を設けると共に、基体１にこのアーム部１２両端と隙間を空けた窪み部１３Ａと、平坦部１２Ａ上面に当接する保持部１３Ｂからなる結合部１３を設けることによって、実施の形態１の場合と同様に、基体１と放射電極２の熱収縮と熱膨張による寸法変化を吸収して、反りや浮きがなく安定した共振周波数が得られるアンテナ素子を得ることができるものである。
【００３７】
さらに、放射電極２のアーム部１２が下方へ突出しているため、アンテナ素子を薄いものとすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基体や放射電極の熱収縮や熱膨張による反りや浮きを防止でき、安定した共振周波数が得られるアンテナ素子及びこれを用いたアンテナを得ることができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ素子の斜視図
【図２】同結合部の要部斜視図
【図３】同固定部の断面図
【図４】本発明の第２の実施の形態における結合部の要部斜視図
【図５】（ａ）従来のアンテナの斜視図
（ｂ）同収縮後の断面図
【符号の説明】
１基体
２放射電極
３結合部
３Ａ挿通部
３Ｂ保持部
４固定部
５アンテナ素子
６長穴
７導体地板
８給電端子
１２アーム部
１２Ａ平坦部
１３結合部
１３Ａ窪み部
１３Ｂ保持部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna element mainly used in radio equipment such as mobile communication and an antenna using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a planar antenna using a dielectric material such as a ceramic material is generally used as an antenna element built in various devices such as mobile communication and an antenna using the antenna element.
[0003]
Such a conventional antenna will be described with reference to FIG.
[0004]
5 (a) is a perspective view of a conventional antenna, FIG. 5 (b) is a cross-sectional view after the shrinkage, in which 21 is a dielectric substrate containing powder such as a ceramic material, and 22 is a substrate. The base 21 and the radiation electrode 22 are integrally formed by an insert, which is a plate-like radiation electrode made of copper, copper alloy or the like placed on the upper surface of the material 21.
[0005]
Reference numeral 23 denotes a plurality of fixing portions for fixing the radiation electrode 22 to the base 21, a round hole provided in the radiation electrode 22, an insertion portion protruding from the top surface of the base 21 and passing through the round hole, and an upper surface of the radiation electrode 22. The radiating electrode 22 is fixed to the base body 21 in both the vertical direction and the horizontal direction by the fixing portion 23.
[0006]
Reference numeral 27 denotes a conductor ground plate integrally formed on the lower surface of the substrate 21 so as to face the radiation electrode 22. A power supply terminal 28 that is insulated from the conductor ground plate 27 and penetrates the substrate 21 is connected to the radiation electrode 22. The antenna is configured.
[0007]
In the above configuration, when transmission is performed, a radio frequency signal is fed from the high frequency circuit (not shown) connected to the power supply terminal 28 to the radiation electrode 22, and the radio frequency current is excited by the radiation electrode 22. In the case of reception, the reception is performed in the reverse operation.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional antenna, the radiation electrode 22 and the base 21 are fixed in the vertical direction and the horizontal direction by the plurality of fixing portions 23. Therefore, heat shrinkage at the time of insert molding of the radiation electrode 22 and the base 21 is performed. In addition, when a dimensional change occurs in the base body 21 due to thermal expansion due to a temperature change in the usage environment, warping or floating occurs between the base body 21 and the radiation electrode 22 as shown in FIG. There is a problem that a desired resonance frequency easily changes due to the presence of air.
[0009]
The present invention solves such a conventional problem, and provides an antenna element that is unlikely to be warped or floated due to thermal contraction or thermal expansion and that can obtain a stable resonance frequency, and an antenna using the antenna element. Objective.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
[0012]
According to the first aspect of the present invention, a plurality of substantially L-shaped arm portions projecting in a direction orthogonal to the direction toward the fixed portion and having a flat portion at the tip are provided on the lower surface of the radiation electrode, and the base is provided with the arm portion. The antenna element is configured by providing a coupling portion formed of a hollow portion with a predetermined gap between both ends in the fixed portion direction and a holding portion that contacts the upper surface of the flat portion, and the arm portion of the radiation electrode is located below Therefore, the antenna element can be made thin.
[0013]
The invention according to claim 2 comprises the antenna element according to claim 1, wherein a conductor ground plane is disposed on a surface facing the radiation electrode, and a power feeding terminal for feeding the radiation electrode is provided to constitute an antenna. It has the effect | action that the antenna which can obtain the stable resonant frequency is realizable.
[0014]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2 , wherein the feeding terminal is provided in the fixed portion, and the position of the feeding terminal does not change due to thermal contraction or thermal expansion of the base body or the radiation electrode. It has the effect | action that the mechanical holding | maintenance and electrical continuity with a terminal and a radiation electrode can be ensured.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0016]
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the first and third and fourth aspects of the present invention.
[0017]
FIG. 1 is a perspective view of an antenna element according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an essential part of the coupling portion, and FIG. 3 is a sectional view of the fixing portion. In FIG. A dielectric substrate containing a powder of material or the like. A plate-shaped radiation electrode 2 made of copper alloy or the like is placed on the upper surface of the substrate 1, and is integrally formed with an insert.
[0018]
Reference numeral 3 denotes a plurality of coupling portions formed integrally with the base 1 and the radiation electrode 2, and 4 denotes a fixing portion for integrally fixing the radiation electrode 2 to the base 1. The upper end of the fixing portion 4 extends from the upper surface of the base 1 to the radiation electrode 2. The radiating electrode 2 is fixed to the base 1 in the vertical and horizontal directions.
[0019]
The radiation electrode 2 is provided with a plurality of elongated holes 6 whose direction toward the fixed portion 4 is long, and the upper surface of the base 1 is spaced above both ends in the longitudinal direction of the elongated hole 6 with a predetermined gap therebetween. The antenna element 5 is configured by the insertion portion 3 </ b> A projecting to the side and the wide holding portion 3 </ b> B contacting the upper surface of the radiation electrode 2.
[0020]
Further, 7 is a conductor ground plate integrally formed on the lower surface of the substrate 1 so as to face the radiation electrode 2, and the upper end of the feed terminal 8 that is insulated from the conductor ground plate 7 and inserted through the substrate 1 is the upper surface of the radiation electrode 2. A fixed portion 4 is formed so as to protrude from the antenna, and is connected to the radiation electrode 2 by welding or soldering to constitute an antenna.
[0021]
In the above configuration, when transmission is performed with this antenna, a high-frequency signal is fed to the radiation electrode 2 from a high-frequency circuit (not shown) connected to the power supply terminal 8, and the high-frequency current excited by the radiation electrode 2 is used. Transmission is performed by radiating radio waves into the air. In the case of reception, reception is performed by the reverse operation.
[0022]
Further, when heat shrinkage or thermal expansion occurs in the base 1 or the radiation electrode 2 due to, for example, insert molding of the base 1 and the radiation electrode 2 or due to a change in the ambient temperature in which the antenna is used, a radiation electrode that is generally a metal is used. Since the thermal contraction rate of the substrate 1 is larger than that of the substrate 2, the substrate 1 relatively contracts.
[0023]
The base 1 and the radiating electrode 2 are fixed by the fixing portion 4. In the fixing portion 4, there is no relative change due to the difference in thermal shrinkage between the base 1 and the radiating electrode 2. It contracts toward the fixed part 4 and relatively moves toward the fixed part 4.
[0024]
At this time, the radiation electrode 2 is provided with a long hole 6 whose direction toward the fixed portion 4 is long, and a predetermined gap is formed between the insertion portion 3A of the coupling portion 3 and both ends of the long hole 6. Therefore, the coupling part 3 moves in the elongated hole 6 toward the fixing part 4.
[0025]
In other words, the coupling portion 3 prevents the radiation electrode 2 from floating in the vertical direction by the holding portion 3B, while the insertion portion 3A moves in the elongated hole 6 in the horizontal direction when thermal contraction or thermal expansion occurs. Thus, the dimensional change is absorbed, and the base 1 and the radiation electrode 2 are configured not to be warped.
[0026]
The coupling portion 3 is more desirable in terms of the coupling strength between the substrate 1 and the radiation electrode 2, but the more coupling portions 3, the smaller the effective area of the radiation electrode 2 and the greater the influence on the antenna characteristics. In order to obtain the resonance frequency, it is necessary to make the radiation electrode 2 a large surface.
[0027]
As described above, according to the present embodiment, the elongated electrode 6 having the longitudinal direction of the fixed portion 4 is provided in the radiation electrode 2, the insertion portion 3 </ b> A having a gap from both ends of the elongated hole 6, and the radiation By providing the coupling portion 3 composed of the holding portion 3B in contact with the upper surface of the electrode 2, an antenna element capable of preventing warpage and floating due to thermal contraction and thermal expansion of the base 1 and the radiation electrode 2 and obtaining a stable resonance frequency is provided. The used antenna can be obtained.
[0028]
Further, since the position of the power supply terminal 8 does not change due to the thermal contraction or thermal expansion of the base 1 or the radiation electrode 2 by providing the power supply terminal 8 on the fixing portion 4, the electrical and mechanical characteristics of the power supply terminal 8 and the radiation electrode 2 are not changed. Secure connection.
[0029]
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention, particularly the invention according to claim 2 will be described.
[0030]
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the structure same as the structure of Embodiment 1, and detailed description is simplified.
[0031]
FIG. 4 is a perspective view of the principal part of the coupling part according to the second embodiment of the present invention. In this figure, the difference from the first embodiment is that the radiation electrode 2 projects in the direction of the base 1 and is coupled. This is a point constituting the part 13.
[0032]
That is, the lower surface of the radiation electrode 2 is provided with a substantially L-shaped arm portion 12 that protrudes in a direction orthogonal to the direction of the fixing portion 4 and has a flat portion 12A at the tip, and the arm 1 is fixed to the base 1. A coupling portion 13 is formed that includes a recess portion 13A having a predetermined gap from both ends in the direction of the portion 4 and a holding portion 13B that contacts the upper surface of the flat portion 12A.
[0033]
That is, the radiation electrode 2 is fixed in the vertical direction with respect to the base 1 by the holding portion 13B in contact with the flat portion 12A, as in the first embodiment, but is movable in the horizontal direction. It is configured.
[0034]
Therefore, when the base 1 contracts relative to the radiation electrode 2 due to insert molding, ambient temperature change, or the like, the radiation electrode 2 is relatively horizontal in the range of the recessed portions 13A of the gaps at both ends of the arm portion 12. Move to.
[0035]
In other words, the radiation electrode 2 is constrained in the vertical direction to the contact surface with the base 1 and has a degree of freedom in the direction of the fixed portion 4 in the horizontal direction. Due to the difference, it is possible to prevent warping and floating during this period.
[0036]
As described above, according to the present embodiment, the arm portion 12 having the flat portion 12A is provided on the lower surface of the radiation electrode 2, the hollow portion 13A having a gap from both ends of the arm portion 12 on the base 1, and the upper surface of the flat portion 12A. By providing the coupling portion 13 composed of the holding portion 13B that comes into contact with the substrate, the dimensional change due to thermal contraction and thermal expansion of the base 1 and the radiation electrode 2 is absorbed and warping and floating are caused as in the case of the first embodiment. Thus, an antenna element that can obtain a stable resonance frequency can be obtained.
[0037]
Furthermore, since the arm part 12 of the radiation electrode 2 protrudes downward, the antenna element can be made thin.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent warpage and floating due to thermal contraction and thermal expansion of the base body and the radiation electrode, and to obtain an antenna element that can obtain a stable resonance frequency and an antenna using the antenna element. Effects can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an antenna element according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of an essential part of the connecting portion. FIG. 3 is a cross-sectional view of the fixing portion. FIG. 5A is a perspective view of a conventional antenna, and FIG. 5B is a cross-sectional view after the contraction.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Radiation electrode 3 Coupling part 3A Insertion part 3B Holding part 4 Fixing part 5 Antenna element 6 Elongate hole 7 Conductor ground plane 8 Feeding terminal 12 Arm part 12A Flat part 13 Coupling part 13A Depression part 13B Holding part

Claims

It comprises a dielectric substrate and a plate-like radiation electrode placed on the upper surface of the substrate. A fixing portion is provided to fix the substrate and the radiation electrode at a predetermined location, and on the lower surface of the radiation electrode. Is provided with a plurality of substantially L-shaped arm portions projecting in a direction orthogonal to the direction toward the fixed portion and having a flat portion at the tip, and the base has a predetermined gap from both ends of the arm portion in the fixed portion direction. The antenna element which provided the coupling | bond part formed from the hollow part and the holding | maintenance part contact | abutted to the upper surface of the said flat part.

The antenna which provided the electric power feeding terminal which supplies a power supply to the said radiation electrode while arrange | positioning a conductor ground plane in the antenna element of Claim 1 in the surface facing a radiation electrode.

The antenna according to claim 2 , wherein the feeding terminal is provided in the fixed portion.