JP3307546B2 - 表面実装型アンテナ - Google Patents

表面実装型アンテナ

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JP3307546B2 JP27614496A JP27614496A JP3307546B2 JP 3307546 B2 JP3307546 B2 JP 3307546B2 JP 27614496 A JP27614496 A JP 27614496A JP 27614496 A JP27614496 A JP 27614496A JP 3307546 B2 JP3307546 B2 JP 3307546B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯型通信機器等
に組み込まれる回路基板に表面実装される表面実装型ア
ンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】携帯型通信機器に用いられるアンテナと
しては、小型、高利得、低コストで、かつ実装の容易な
アンテナが求められている。これに対し、従来より用い
られているダイポールアンテナやモノポールアンテナ等
の線状アンテナは体積が大きいため、通信機器の小型化
の妨げになるとともに、通信機器本体への実装も容易で
はなく、小型化が要求されている携帯型通信機器等に用
いることは困難である。
【0003】このような問題を解決するためにいくつか
のアンテナが提案されている。図9は、特開平7−28
3639号公報に提案されたアンテナを示す斜視図であ
る。アンテナ120を構成する誘電体基体121には、
内壁に放射導体膜が形成されたスルーホール122が形
成されている。また、誘電体基体121の表面には、表
面電極123が形成され、裏面には、コネクタ外部導体
板124が取り付けられており、表面電極123と、コ
ネクタ外部導体板124とは、スルーホール122の内
壁に形成された放射導体膜により、電気的に接続されて
いる。さらに、コネクタ外部導体板124の、誘電体基
体121が取り付けられている面に対する反対側の面
に、同軸コネクタ125が取り付けられており、この同
軸コネクタ125の外部導体および内部導体は、コネク
タ外部導体板124およびスルーホール122内の放射
導体膜にそれぞれ電気的に接続されている。
【0004】このように構成されたアンテナ120は、
同軸コネクタ125が通信機器本体に設けられたコネク
タに接続されることにより通信機器本体の外部に配設さ
れ、通信機器本体から、同軸コネクタ125を経由して
アンテナ120に高周波電力が供給され、スルーホール
122の内壁に形成された放射導体膜から電磁波が放射
される。
【0005】図10は、特開平7−221537号公報
に提案されたアンテナを示す斜視図である。アンテナ1
30を構成する誘電体基板131には、この誘電体基板
131の長辺方向に、放射導体膜が内壁に形成されたス
ルーホール132が形成されている。また、誘電体基板
131の一端面全面には側面電極133が形成され、他
端面の中央部分には給電電極134が形成されており、
側面電極133と給電電極134とは、スルーホール1
32の内壁に形成された放射導体膜により、電気的に接
続されている。さらに、誘電体基板131の、給電電極
134が形成されている面には、給電電極134を挟む
ように、側面電極135,136が形成されている。
【0006】このように構成されたアンテナ130は通
信機器本体に内蔵される回路基板に実装され、その通信
機器本体から、給電電極134を経由してアンテナ13
0に高周波電力が供給され、スルーホール132の内壁
の放射導体膜から電磁波が放出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図9,図10に示すア
ンテナ120,130は、放射導体膜が形成されたスル
ーホールの延びる方向に対して垂直に広がる面内におい
て無指向性である。このようなアンテナが、例えば携帯
電話に実装される場合、一般的に携帯電話は垂直偏波の
電磁波を送受信するため、アンテナは、そのアンテナの
スルーホールの延びる方向と、携帯電話本体の長手方向
とが一致するように携帯電話本体に実装される。したが
って、携帯電話の長手方向が地面に対して垂直に保持さ
れると、アンテナは最も効率よく電磁波を送受信でき
る。
【0008】ところが、携帯電話では、上端部にスピー
カ、下端部にマイクロホンが設けられており、携帯電話
を人間が実際に使用すると、耳と口とを結ぶ線が地面に
対して垂直というよりもむしろ平行に近いため、携帯電
話が地面に対してほぼ平行に保持される。従って、垂直
偏波の電磁波を効率よく送受信することは難しい場合が
あるという問題がある。
【0009】この問題を解決する方法として、図9ない
し図10に示すようなアンテナを、そのアンテナのスル
ーホールが携帯電話の長手方向に対し垂直に保持される
ように携帯電話に実装することが考えられる。ところ
が、携帯電話の待受状態を考えると、一般的に携帯電話
は衣服などのポケットなどに入れられ縦に保持されるた
め、上記のように携帯電話の長手方向に対し垂直にスル
ーホールを配置した場合、待受状態では、スルーホール
が水平になり、電磁波の受信効率が低下するという問題
がある。
【0010】本発明は、上記事情に鑑み、電磁波を効率
よく送受信できる表面実装型アンテナを提供することを
目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の表面実装型アンテナは、 (1)上面、下面および側面を有する誘電体基体 (2)上記誘電体基体の下面に形成された接地導体膜 (3)上記誘電体基体の上面あるいは側面に形成され
た、水平方向に延在し隣接する端どうしがギャップを挟
んで向き合うとともに、全体として等間隔に4つのギャ
ップを形成して一周する4つの放射導体膜 (4)それぞれが上記4つの放射導体膜の各端それぞれ
に接続されて上下方向に延在する8本の給電導体膜を備
上記8本の給電導体膜のうちの、互いに対向する位
置にある2つのギャップを挟む位置に形成された4本の
給電導体膜を給電端子とし、該給電端子から、該2つの
ギャップに対し同一振幅かつ同一位相の電流を供給する
ものであって、給電点を変えることにより、偏波の向き
を制御することを特徴とする。
【0012】本発明の表面実装型アンテナは、全体とし
て一周する放射導体膜を備えているため、ループアンテ
ナ構造を有する。図1は、ループアンテナ構造を有する
アンテナの作用の説明図である。図1は、アンテナ10
の上面図であり、アンテナ10を構成する誘電体基体1
1の表面に、互いに近接した2つの端12a,12bど
うしがギャップを挟んで向き合うとともに、点Oを中心
として円形ループ状に一周してこれら2つの端12a,
12bを結ぶ放射導体膜12が形成されており、この放
射導体膜12の長さは送受信対象の電磁波の共振波長と
同一の長さに調整されている。また、点Aは2つの端1
2a,12bの位置を示す点であり、点B,C,Dは、
それぞれ点Aから時計回りに点Oを中心として90°,
180°,270°回転した位置にある点である。
【0013】このように構成されたアンテナ10では、
2つの端12a,12b間に電圧が印加されると、2つ
の端12a,12bから放射導体膜12に電流が供給さ
れ、放射導体膜12上に定在波が発生し、放射導体膜1
2に流れる電流は、点Aと点Cにおいて最大であって、
点Bと点Dにおいてほとんど0となる。この最大の電流
が流れる点Aおよび点Cにおいては、電流の向きは点B
と点Dとを結ぶ線に沿う方向になる。従って、偏波方向
は点Bと点Dとを結ぶ線に沿う方向となる。
【0014】図2は、図1に示す放射導体膜の代わり
に、図1に示す点Cの位置にも給電点を設けた、全体と
してループ形状をなす放射導体膜を採用して構成された
アンテナの作用の説明図である。このように構成された
アンテナ20では、点Aおよび点Cから同振幅同位相の
電流が供給されると、放射導体膜22上に定在波が発生
し、放射導体膜22に流れる電流は、図1に示すアンテ
ナ10と同様に点Aおよび点Cにおいて最大であって、
点Bおよび点Dにおいてほとんど0となる。この最大の
電流が流れる点Aおよび点Cにおいては、電流の向きは
点Bと点Dとを結ぶ線に沿う方向になる。従って、偏波
方向は図1に示すアンテナ10と同様に点Bと点Dとを
結ぶ線に沿う方向となる。
【0015】図3は、図2に示す放射導体膜の代わり
に、図2に示す点Bおよび点Dの位置にも給電点を設け
た、全体としてループ形状をなす放射導体膜を採用して
構成されたアンテナの作用を説明する図である。このよ
うに構成されたアンテナ30では、このアンテナを構成
する放射導体膜32は、電流のほとんど0になる点Bお
よび点Dの位置でループが切断されているため、図2に
示すアンテナ20と同様に、点Aおよび点Cから、同振
幅同位相の電流が供給されると、放射導体膜32上に定
在波が発生し、放射導体膜32に流れる電流は、点Aと
点Cにおいて最大であって、点Bおよび点Dにおいて0
となる。この最大の電流が流れる点Aおよび点Cにおい
ては、電流の向きは点Bと点Dとを結ぶ線に沿う方向に
なる。従って、偏波方向は図2に示すアンテナ20と同
様に点Bと点Dとを結ぶ線に沿う方向となる。一方、点
Aおよび点Cの代わりに点Bおよび点Dから、同振幅同
位相の電流が供給されると、放射導体膜32上に定在波
が発生し、放射導体膜32に流れる電流は点Bおよび点
Dにおいて最大であって、点Aおよび点Cにおいて0と
なる。この最大の電流が流れる点Bおよび点Dにおいて
は、電流の向きは点Aと点Cとを結ぶ線に沿う方向にな
り、偏波方向は点Aと点Cとを結ぶ線に沿う方向とな
る。
【0016】従って、点Aおよび点Cに同振幅同位相の
電流を供給する状態と、点Bおよび点Dに同振幅同位相
の電流を供給する状態とを切替自在に構成すると、互い
に垂直に交わる偏波方向に切替自在に利得をもつアンテ
ナが得られる。本発明の表面実装型アンテナは、図3に
示すように水平方向に延在し隣接する端どうしがギャッ
プを挟んで向き合うとともに、全体として等間隔に4つ
のギャップを形成して一周する4つの放射導体膜が形成
されているため、互いに垂直に交わる偏波方向に利得を
もつことができ、電磁波を効率よく送受信することがで
きる。
【0017】さらに上記表面実装型アンテナの給電導体
膜が、回路基板への表面実装時の電極を兼ねたものであ
ることが好ましい。給電導体膜が回路基板への表面実装
時の電極を兼ねることにより、この表面実装型アンテナ
を、回路基板に容易に実装することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図4は、本発明の表面実装型アンテナの第1
実施形態を示す斜視図である。図4に示す表面実装型ア
ンテナ40は、正方形の上面および下面を有する直方体
形状の誘電体基体41を備えている。この誘電体基体4
1の上面には、この上面の各辺それぞれに沿うように、
4つの放射導体膜42,43,44,45が形成されて
いる。これら放射導体膜42,43,44,45は、水
平方向に延在し隣接する端どうしがギャップ46,4
7,48,49を挟んで向き合うとともに、全体として
等間隔に4つのギャップ46,47,48,49を形成
して一周している。また放射導体膜42,43,44,
45全体の長さは、送受信対象の電磁波の共振波長と同
一の長さに調整されている。また誘電体基体11の下面
には接地導体膜50が形成されており、この接地導体膜
50は、各角がいずれも切り欠かれた形状を有してい
る。また誘電体基体11の側面には、側面の、上下方向
に延びる辺に沿うように給電導体膜51,52,53,
54,55,56,57,58が形成されている。給電
導体膜51,52は、放射導体膜42の各端に接続さ
れ、給電導体膜53,54は、放射導体膜43の各端に
接続され、給電導体膜55,56は、放射導体膜44の
各端に接続され、給電導体膜57,58は、放射導体膜
45の各端に接続されている。また、これら各給電導体
膜51,52,53,54,55,56,57,58の
下端側は、それぞれ給電電極51a,52a,53a,
54a,55a,56a,57a,58aを兼ねてい
る。さらに誘電体基体11の側面の下部には、2つの接
地電極59,60が形成され、これら接地電極59,6
0はいずれも接地導体膜50に接続されている。
【0019】このように構成された表面実装型アンテナ
40は、全体として1波長ループアンテナ構造を有する
4つの放射導体膜42,43,44,45が形成されて
いるため、給電電極56a,57a,52a,53aを
経由して放射導体膜42,43,44,45に同振幅同
位相の電流を供給すると、4つの放射導体膜42,4
3,44,45からは、誘電体基体11の上面に垂直な
方向に指向性を有し、かつギャップ49とギャップ47
とを結ぶ直線の延びる方向に偏波した電磁波が放射され
る。一方、給電電極58a,51a,54a,55aを
経由して放射導体膜42,43,44,45に同振幅同
位相の電流を供給すると、4つの放射導体膜42,4
3,44,45からは、誘電体基体11の上面に垂直な
方向に指向性を有し、かつギャップ48とギャップ46
とを結ぶ直線の延びる方向に偏波した電磁波が放射され
る。
【0020】従って、偏波方向の切替えが自在なアンテ
ナが得られる。以下、図4に示す表面実装型アンテナ4
0の製造方法について説明する。先ず、誘電体基体41
の材料を選定する。この誘電体基体41の材料は、送受
信される電磁波の周波数帯域において比誘電率が10〜
100程度で安定している材料が好ましく、例えばSr
(Ni1/3 Nb2/3 )O3 系セラミックが好適である。
この材料は,送受信される電磁波の周波数が4GHzの
ときの比誘電率が31であり、Q値が1000である。
【0021】次に、放射導体膜42,43,44,45
の寸法を決定する。この寸法は以下のようにして決定す
ることができる。4つの放射導体膜42,43,44,
45によって形成されるループの長さをλとすると、λ
は以下の式で表すことができる。 λ=λ0 /√(εreff) ……(1) ただし、λ0 :電磁波の真空中の波長 εreff:実効比誘電率 また、実効比誘電率εreffは、図4に示すような4つの
放射導体膜42,43,44,45から放射される電磁
波が、誘電体基体11の、4つの放射導体膜42,4
3,44,45が形成された面に垂直に放射され、4つ
の放射導体膜42,43,44,45の内側および外側
に電界が発生することを考慮すると、以下の式で表すこ
とができる。
【0022】 εreff=(εr +3)/4 ……(2) ただし、εr :誘電体基板の比誘電率 従って、(2)式で実効比誘電率εreffを求め、求めた
εreffを(1)式に代入することによってλを求めるこ
とができる。電磁波の共振周波数を1.9GHzとする
と、λ=54.16mmとなり、図4に示すように放射
導体膜を形成するには、各放射導体膜42,43,4
4,45の長さを13.54mmに決定すればよい。ま
た、1波長ループアンテナのインピーダンスは、一般的
には100Ω以上の高インピーダンスであるが、放射導
体膜の幅や各放射導体膜の間のギャップのギャップ幅を
調整することによりインピーダンスを低下させて給電効
率を向上させることができる。例えば、インピーダンス
を50Ωとするには、各放射導体膜の幅を2mm、各ギ
ャップのギャップ幅を0.5mmとすればよい。
【0023】次に、このように決定された放射導体膜の
寸法から、誘電体基体41の寸法を、長さと幅をいずれ
も15.54mmとし、厚さを、1.9GHzの共振周
波数を有する電磁波の波長の、誘電体基体内での1/4
波長に相当する7.09mmとして誘電体基体を作製す
る。次に、給電導体膜、接地導体膜、接地電極、および
上述した寸法を有する放射導体膜のパターンを銅ペース
トを用いて厚膜印刷法により印刷し、還元雰囲気中で焼
成する。
【0024】このような製造過程を経ることにより、図
4に示す表面実装型アンテナ40が製造される。図5
は、図1に示す表面実装型アンテナを駆動する駆動回路
を示す図である。駆動回路70は2つの電源71,72
を備えており、電源71は4つの端子73,74,7
5,76に電流を供給し、電源72は4つの端子77,
78,79,80に電流を供給する。
【0025】この駆動回路70の端子73,74,7
5,76を、それぞれ図1に示す表面実装型アンテナ4
0の給電電極56a,57a,52a,53aに接続
し、一方、駆動回路70の端子77,78,79,80
を、それぞれ表面実装型アンテナ40の給電電極58
a,51a,54a,55aに接続すると、電源71を
作動させる時には、電源72を休止させ、電源72を作
動させる時には、電源71を休止させることにより、偏
波方向の切替えが自在なアンテナが得られる。
【0026】図6は、本発明の表面実装型アンテナの第
2実施形態を示す斜視図である。図6に示す表面実装型
アンテナ90は、図4に示す表面実装型アンテナ40の
直方体状の誘電体基体41に代え、円柱形状の誘電体基
体91を採用したものであり、それに伴ない放射導体膜
も全体として円形ループ状の放射導体膜92,93,9
4,95が形成され、接地導体膜も円形の接地導体膜9
6が形成されている。
【0027】このように、誘電体基体は円柱形状であっ
てもよい。図7は、本発明の表面実装型アンテナの第3
実施形態を示す斜視図である。図7に示す表面実装型ア
ンテナ100は、正方形の上面および下面を有する直方
体形状の誘電体基体101を備えている。この誘電体基
体101の下面には接地導体膜102が形成されてお
り、この接地導体膜102は、各角がいずれも切り欠か
れた形状を有している。また、誘電体基体101の側面
上部には、この誘電体基体101の上面の各辺それぞれ
に沿うように4つの放射導体膜103が形成されてい
る。これら放射導体膜103は、水平方向に延在し隣接
する端どうしがギャップを挟んで向き合うとともに、全
体として等間隔に4つのギャップを形成して一周してい
る。また、これら4つの放射導体膜103全体の長さは
送受信対象の電磁波の共振波長と同一の長さに調整され
ている。また、誘電体基体101の側面には、上下方向
に延びる各辺に沿うように8本の給電導体膜104が形
成されており、各給電導体膜104は、各放射導体膜1
03の各端に接続されている。また、これら各給電導体
膜104の下端側は、それぞれ給電電極104aを兼ね
ている。さらに誘電体基体101の各側面の下部には、
接地導体膜102と接続するように接地電極105が形
成されている。
【0028】このように、放射導体膜を誘電体基体の側
面に形成してもよい。図8は、本発明の表面実装型アン
テナの第4実施形態を示す斜視図である。図8に示す表
面実装型アンテナ110は、正方形の上面および下面を
有する直方体形状の誘電体基体111を備えている。こ
の誘電体基体111の上面には、この上面の辺に沿うよ
うに4つのL字型の放射導体膜112が形成されてい
る。これら4つの放射導体膜112は、誘電体基体11
1の上面の各辺の中央部にギャップを形成して一周して
いる。これらの4つの放射導体膜112全体の長さは、
送受信対象の電磁波の共振波長と同一の長さに調整され
ている。また誘電体基体111の下面には、接地導体膜
113が形成されており、この接地導体膜113は、各
辺の中央部が切りか欠かれた形状を有している。また誘
電体基体111の側面には、上下方向に延在する8本の
給電導体膜114が形成されており、各給電導体膜11
4は各放射導体膜112の各端に接続されている。ま
た、これら各給電導体膜114の下端側は、それぞれ給
電電極114aを兼ねている。また誘電体基体111の
4つの側面のうちの、互いに平行な2つの側面の接地導
体膜113側の角には接地導体膜113と接続されるよ
うに接地電極115が形成されている。
【0029】このように、給電導体膜と放射導体膜とが
誘電体基体の上面の各辺の中央部分で接続されてもよ
い。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面実装
型アンテナによれば、電磁波を効率よく送受信すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】給電点が1箇所のループアンテナの上面図であ
る。
【図2】給電点が2箇所のループアンテナの上面図であ
る。
【図3】給電点が4箇所のループアンテナの上面図であ
る。
【図4】本発明の表面実装型アンテナの第1実施形態を
示す斜視図である。
【図5】図1に示す表面実装型アンテナを駆動する駆動
回路を示す図である。
【図6】本発明の表面実装型アンテナの第2実施形態を
示す斜視図である。
【図7】本発明の表面実装型アンテナの第3実施形態を
示す斜視図である。
【図8】本発明の表面実装型アンテナの第4実施形態を
示す斜視図である。
【図9】特開平7−283639号公報に提案されたア
ンテナを示す斜視図である。
【図10】特開平7−221537号公報に提案された
平面アンテナを示す斜視図である。
【符号の説明】
10,20,30,40,90,100,110 ア
ンテナ 11,41,91,101,111 誘電体基体 12,22,32,42,43,44,45,92,9
3,94,95,103,112 放射導体膜 12a,12b 端 46,47,48,49 ギャップ 50,96,102,113 接地導体膜 51,52,53,54,55,56,57,58,1
04,114 給電導体膜 51a,52a,53a,54a,55a,56a,5
7a,58a,104a,114a 給電電極 59,60,105,115 接地電極 70 駆動回路 71,72 電源 73,74,75,76,77,78,79,80
端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿曽 健 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三菱マテリアル株式会社 電子技術研究 所内 (72)発明者 後藤 尚久 川崎市宮前区土橋6−15−1−A514 (56)参考文献 特開 昭59−44103(JP,A) 特開 平4−287408(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 7/00 - 7/06 H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 25/00 H01Q 1/38

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面、下面、および側面を有する誘電体
    基体と、 前記誘電体基体の下面に形成された接地導体膜と、 前記誘電体基体の上面あるいは側面に形成された、水平
    方向に延在し隣接する端どうしがギャップを挟んで向き
    合うとともに、全体として等間隔に4つのギャップを形
    成して一周する4つの放射導体膜と、 それぞれが前記4つの放射導体膜の各端それぞれに接続
    されて上下方向に延在する8本の給電導体膜とを備え 前記8本の給電導体膜のうちの、互いに対向する位置に
    ある2つのギャップを挟む位置に形成された4本の給電
    導体膜を給電端子とし、該給電端子から、該2つのギャ
    ップに対し同一振幅かつ同一位相の電流を供給するもの
    であって、給電点を変えることにより、偏波の向きを制
    御する ことを特徴とする表面実装型アンテナ。
  2. 【請求項2】 前記給電導体膜が、回路基板への表面実
    装時の電極を兼ねたものであることを特徴とする請求項
    1記載の表面実装型アンテナ。
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