JP3878556B2 - 誘電体アンテナ及びそれを内蔵する移動体通信機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の誘電体層上にエレメントを有する誘電体アンテナ、及びその誘導体アンテナを内蔵する移動体通信機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年における移動体通信機の普及とともに、携帯や移動のとき便利なように、その小型軽量化が望まれている。そのような移動体通信機が内蔵する電子部品群のうち、半導体集積回路等の小型化は急速に進んでいる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アンテナの小型化が進まず、これが、移動体通信機を小型軽量化する上で妨げになっている。さらに、そのアンテナにとって理想的な状態、すなわち、そのアンテナが動作する動作原理を忠実に再現可能な状態で移動体通信機に搭載されることは殆どない。このため、アンテナの動作原理の範囲で調整困難なリアクタンス方向の不整合要因が頻繁に発生する。つまり、移動体通信機の小型化を図る都合上、筐体や各種の搭載部品を近接配置せざるを得ないため、アンテナがこれらの筐体や搭載部品の影響を受けてしまうのである。これを解決するための手段として、アンテナの直下にLCRの素子を用いた整合回路(マッチング回路)を設けることが従来から行われている。しかしながら、上記の整合回路を構成するための素子を使用することはアンテナ小型化の妨げとなるとともに、これらの素子特性のバラツキが不可避であるため性能的にも不安定であった。
【0004】
このような不都合を解消するために、複数の誘電体層上に放射エレメントとともに整合回路を形成する技術が開示されている(特許文献1参照)。この整合回路は、放射エレメントと同じ誘電体層にその一部分を有し、他の誘電体層に他の部分を有する構成になっている。ところが、放射エレメントと整合回路の一部分を同じ誘電体層に形成することにより、放射エレメントを形成するための領域が整合回路の一部分を形成するための領域に侵食され、放射エレメントの設計を自由に行うことが難しかった。逆に整合回路の観点から見れば、十分な整合(マッチング)をとるために必要な領域が放射エレメントの存在に邪魔され確保することができなかった。本発明は、上述した状況を解消するためになされたものであって、その解決課題は、誘電体アンテナの大きさを変えることなく、放射エレメントにせよ整合回路にせよ、形成のために使用可能な領域を可及的に確保可能にすることにある。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−100915号公報(段落0038〜0048、図6参照)
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、放射エレメントと整合用のマッチングエレメントとを複数の誘電体層の相異なる誘電体層に形成することにより、各エレメントが誘電体層上の形成面を自由に使用可能とする構成を備えている。その詳しい内容については、項を改めて説明する。なお、何れかの請求項に係る発明の説明にあたって行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲において他の請求項に係る発明にも適用があるものとする。
【0007】
(請求項1に記載された発明の特徴)
請求項1に記載された発明に係る誘電体アンテナ(以下、「請求項1のアンテナ」という)は、複数の誘電体層と、給電点に接続される放射エレメントと、当該放射エレメントに接続されたマッチングエレメントと、を備えている。ここで、
当該放射エレメントと当該マッチングエレメントとが、互いに異なる誘電体層に形成した放射エレメント専用のエレメント形成面とマッチングエレメント専用のエレメント形成面との上に各々分離形成され、かつ、当該各誘電体層を介した接続構造により互いに接続され、当該接続構造が、当該誘電体層の端面に印刷形成した導電体又は誘電体層を介したコンデンサ構造によって構成されている。
【0008】
(定義)
本明細書における「接続構造」とは、互いに異なる誘電体層に分離形成された放射エレメントとマッチングエレメントとを接続するための構造、すなわち、両エレメント間に介在する誘電体層を介して両エレメントを直流的及び/又は高周波的に接続可能とする構造のことをいう。たとえば、本発明の実施形態の欄で説明するような、誘電体層を積層した端面に導電性ペーストを印刷することにより形成する構造が、この接続構造に該当する。同様に「放射エレメント」とは、電波放射に主として寄与する使用波長の略1/4の長さと等しい長さを持つエレメントのことをいう。放射エレメントは、L型、ミアンダ型、アレイ型、その他の各種形状に形成することができる。同様に「マッチングエレメント」とは、マッチング機能(整合機能)を目的とするエレメントのことをいう。たとえば、リアクタンス素子L,Cとして機能する導電パターン、放射エレメントとマッチングエレメントとの間に挟まれた誘電体層を誘電体とするコンデンサ構造を介した容量結合(電磁界結合)、導電パターンを部分的に切断又は積極的に形成しないことによる同一誘電体層上(平面上)の容量結合を適宜組み合わせたものが、マッチングエレメントに該当する。
【0009】
誘電体アンテナを逆F型とした場合における「放射エレメント」と「マッチングエレメント」との分離は、放射エレメントとマッチングエレメントとなる整合用のGNDパターンとの接続点を境界にして行われる。同じく逆F型アンテナとした場合において給電ラインにマッチングラインを設けたものについては、マッチング素子として機能させるLやCを含む部分までを「マッチングエレメント」とする。したがって、たとえば、誘電体層を介した容量結合による給電パターンを放射エレメントに接続する場合には、当該容量結合部分を境界として当該放射エレメントとマッチングエレメントとが分離される。
【0010】
放射エレメントを形成する誘電体層を構成する材料と、マッチングエレメントを形成する誘電体層を構成する材料とは、同じでも異なっていてもよい。たとえば、後者の誘電体層を構成する材料の比誘電率を前者の誘電体層を構成する材料の比誘電率と異ならせる構成や、後者をフェライトで構成してL(誘導リアクタンス)を稼ぎ、その可変範囲を大きくとれるようにする構成を適宜採用することができる。さらに、放射エレメント自体を複数の誘電体層に分けて形成することや、マッチングエレメント自体を同じく複数の誘電体層に分けて形成すること等は、本発明の範囲内である。
【0011】
請求項1のアンテナによれば、放射エレメントの形成された誘電体層がマッチングエレメントの形成された誘電体層と異なるため、何れのエレメント形成においても当該誘電体層のエレメント形成領域を自由に使用することができる。エレメント以外の要素、たとえば、放射エレメントとともに、これをアレイ化するための他の放射エレメントやスタブを設ける場合にしても、それらを形成するための領域がマッチングエレメントに侵食されることはない。逆に、マッチングエレメントにとっても、その形成領域を放射エレメントに邪魔されずに形成することができる。つまり、放射エレメントと同じ誘電体層に、少なくともその一部分を形成していた場合に比べ、マッチングエレメントの設計・形成の自由度を極めて高いものとすることができる。自由度が高ければ高いだけマッチングが取り易くなるため、誘電体アンテナを搭載する環境に応じた適切な整合回路の形成が可能となる。さらに、誘電体アンテナ全体の大きさを変えることもないので、小型化の流れに反するものでもない。
【0012】
(請求項2に記載された発明の特徴)
請求項2に記載された発明に係る誘電体アンテナ(以下、「請求項2のアンテナ」という)は、請求項1のアンテナであって、前記のマッチングエレメントには、前記放射エレメントを接地可能なGND(グランド)パターンが設けられている。「接地可能」としたのは、移動体通信機に搭載されたときに接地できる、という意味である。
【0013】
請求項2のアンテナによれば、請求項1のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントを接地可能なGNDパターンが設けられているので、接地を必要とする整合回路の形成が可能となる。
【0014】
(請求項3に記載された発明の特徴)
請求項3に記載された発明に係る誘電体アンテナ(以下、「請求項3のアンテナ」という)は、請求項2のアンテナであって、前記GNDパターンには、前記誘電体層を介して前記放射エレメントと誘電体層の厚み方向に交差する交差部が設けられている。
【0015】
請求項3のアンテナによれば、請求項2のアンテナの作用効果に加え、交差部の存在により、この交差部を介してGNDパターンが放射エレメントに容量結合(電磁界結合)され、これにより、容量リアクタンス成分を含めたインピーダンス補正が可能となる。容量リアクタンスの調整は、たとえば、放射エレメントとマッチングエレメント(GNDパターン)との間の誘電体層の数を増減したり、同じ誘電体層であってもそれを構成する誘電体の比誘電率を調整したりすることにより可能となる。
【0016】
(請求項4に記載された発明の特徴)
請求項4に記載された発明に係る誘電体アンテナ(以下、「請求項4のアンテナ」という)は、請求項2に記載された放射エレメントと前記GNDパターンとが容量結合(容量接続)されている。
【0017】
請求項4のアンテナによれば、請求項2のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントとGNDパターンとが、それぞれコンデンサ構造を介して結合(接続)される。
【0018】
(請求項5に記載された発明の特徴)
請求項5に記載された発明に係る誘電体アンテナ(以下、「請求項5のアンテナ」という)は、請求項1のアンテナであって、前記のマッチングエレメントには、前記放射エレメントに給電するための給電パターンが設けられている。
【0019】
請求項5のアンテナによれば、請求項1のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントに給電するための給電パターンが設けられているので、マッチングエレメントを介した給電回路の形成が可能となる。
【0020】
(請求項6に記載された発明の特徴)
請求項6に記載された発明に係る誘電体アンテナ(以下、「請求項6のアンテナ」という)は、請求項5のアンテナであって、前記のマッチングエレメントには、前記放射エレメントを接地可能なGNDパターンが設けられている。「接地可能」としたのは、移動体通信機に搭載されたときに接地できる、という意味である。
【0021】
請求項6のアンテナによれば、請求項5のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントを接地可能なGNDパターンが設けられているので、接地を必要とする整合回路の形成が可能となる。
【0022】
(請求項7に記載された発明の特徴)
請求項7に記載された発明に係る誘電体アンテナ(以下、「請求項7のアンテナ」という)は、請求項6のアンテナであって、前記GNDパターンには、前記誘電体層を介して前記放射エレメントと交差する交差部が設けられている。
【0023】
請求項7のアンテナによれば、請求項6のアンテナの作用効果に加え、交差部の存在により、この交差部を介してGNDパターンが放射エレメントに容量結合(電磁界結合)され、これにより、容量リアクタンス成分を含めたインピーダンス補正が可能となる。容量リアクタンスの調整は、たとえば、放射エレメントとマッチングエレメント(GNDパターン)との間の誘電体層の数を増減したり、同じ誘電体層であってもそれを構成する誘電体の比誘電率を調整したりすることにより可能となる。
【0024】
(請求項8に記載された発明の特徴)
請求項8に記載された発明に係る移動体通信機(以下、「請求項8の通信機」という)は、請求項1乃至7の何れかのアンテナを内蔵している。
【0025】
請求項8の通信機によれば、請求項1乃至7の何れかのアンテナを内蔵しているので、小型でありながら、アンテナの搭載環境に適切に適応させることができる。このため、搭載アンテナの動作原理を忠実に再現することができ、これが、移動体通信機による快適な通信を可能とする。
【0026】
【発明の実施の形態】
次に、各図を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図2は、図1に示す誘電体アンテナの斜視図である。図3は、図1に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図4は、第2実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図5は、図4に示す誘電体アンテナの斜視図である。図6は、図4に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図7は、第3実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図8は、図7に示す誘電体アンテナの斜視図である。図9は、図7に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図10は、第4実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図11は、図10に示す誘電体アンテナの斜視図である。図12は、図10に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図13は、第5実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図14は、図13に示す誘電体アンテナの斜視図である。図15は、図13に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図16は、第6実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図17は、図16に示す誘電体アンテナの斜視図である。図18は、移動体通信機の一例であるパーソナルコンピューターの正面図である。
【0027】
(第1実施形態の概略構造)
図1乃至3に基づいて、第1実施形態に係る誘電体アンテナ1について説明する。誘電体アンテナ1は、誘電体セラミック材料からなる絶縁性の上層基板3と中層基板4と下層基板5とを積層した誘電体基体7を備えている。図1及び2に示す各基板3,4,5は、何れも単層で表現してあるが、各々の基板自体が薄い基板を積層したものであってもよい。上層基板3と中層基板4と下層基板5とは、何れも平面視したときに同じ大きさの長方形(矩形)に形成してあるため、これらを積層してなる誘電体基体7は直方体形状になる。誘電体基体7を直方体形状以外の形状に形成することを妨げるものではないので、他の形状に形成することもできる。中層基板4の上面(上層基板3の下面と対向する面)及び下層基板5の上面(中層基板4の下面と対向する面)の全面は、各種のエレメント等を形成するためのエレメント形成面9,10を構成している。下層基板5の上面の代わりに中層基板4の下面をエレメント形成面としてもよい。中層基板4及び下層基板5が、何れも長方形であることから、エレメント形成面9,10も長方形(矩形)になる。
【0028】
誘電体基体7を積層体により構成した主な理由は、エレメント形成面9上に放射エレメント11(後述)を形成するとともにエレメント形成面10上にマッチングエレメント15(後述)を分離形成することにより、各エレメントの存在が他のエレメントの形成領域を互いに侵食させないようにする点にある。すなわち、エレメント形成面9は放射エレメント11専用に、また、エレメント形成面10はマッチングエレメント15専用に使用することにより、何れにおいてもエレメント形成の自由度が高くなる。自由度が高ければ高いほど、放射エレメント11であれば放射効率及び受信感度をよくすることができ、マッチングエレメント15であればインピーダンスの補正範囲を広くすることができる。また、積層体であれば、誘電体基体7ひいては誘電体アンテナ1の大きさを変えずに、上記効果が期待できる。
【0029】
誘電体基体7を積層体により構成した次の理由は、上層基板3により中層基板4のエレメント形成面9を被覆することにより、そこに形成した放射エレメント11を機械的電気的に保護するためである。何らかの理由により、又は他の方法を手当てすることにより上層基板3を省略し、誘電体基体7を2層構造に構成してもよい。さらに、図示は省略するが、中層基板4の裏面をエレメント形成面とした場合は、下層基板5をも省略することが可能である。逆に、他の層基板(図示を省略)をさらに積層し、誘電体基体7を4層又は5層以上の構造としてもよい。誘電体基体7を直方体形状に形成したのは、いわゆるダイサーカット等による多数個取りをし易くするためであって、これら以外の形状に形成できることはいうまでもない。なお、下層基板5の裏面には、誘電体アンテナ1を、親基板(図示を省略)にしっかりとハンダ付けするためのダミー電極(図示を省略)を設けてある。親基板(図示を省略)に実装する際には、給電導電体(接続構造)19は親基板の給電部Pに、接地導電体20は同じくグランド部Gに、それぞれハンダ付けにより接続する。
【0030】
(放射エレメントの構成)
図1及び2に示すように、中層基板4のエレメント形成面9には、その外周(9a,9b,9c,9d)に沿って延びる線状(帯状)の放射エレメント11を形成してある。放射エレメント11を外周に沿わせた(外巻きに形成した)のは、そのようにすることによりエレメント形成面9の中央領域(中庭領域)の有効活用を図るためである。エレメント形成面9と同じ広さのエレメント形成面上に、放射エレメント11より長い長さの放射エレメントを形成する場合は、その長くなる分を吸収させるために、たとえば、図示は省略するが放射エレメントをミアンダ状(部分的に蛇行させた形状)に形成したり、同じく誘導リアクタンス成分を持たせる形状に形成したりすることを妨げない。さらに、エレメント形成面9の中央領域を使い、スタブやアレイを形成することもできる。以下に述べる他の実施形態における放射エレメントについても同様である。
【0031】
放射エレメント11の形成は、どのような方法で行ってもよいが、導電性ペーストを印刷する方法により行うのが便利である。パターンの印刷であれば大量生産に適しているし、大量生産する際のバラツキを少なくすることができるからである。第1実施形態以外の実施形態(後述)において導電性ペーストの印刷を行う場合も、上記と同様な理由による。放射エレメント11は、使用波長(後述)の略1/4の長さと等しい長さに形成してあり、後述するマッチングエレメント15と結合することにより、いわゆる逆F型アンテナを構成する。第1実施形態が逆F型アンテナを採用したのは、小型でありながら良好な放射効率を得ることができること、さらに、マッチングエレメントの構造が比較的簡単で済むため導電性ペーストによる形成を行いやすいこと、が主たる理由であるが、逆F型アンテナ以外の形式のアンテナの採用を妨げる趣旨ではない。放射エレメント11は、エレメント形成面9の外周9aに沿う基端部12を有し、この基端部12の開放端が給電端13を構成する。放射エレメント11とマッチングエレメント15との結合については、後述する。
【0032】
(マッチングエレメント)
図1及び2に基づいて説明する。マッチングエレメント15は、下層基板5のエレメント形成面10上に、導電性ペーストを印刷する方法により形成してある。マッチングエレメント15をエレメント形成面10上に形成してエレメント形成面9上に形成していないのは、前述したように、マッチングエレメント15の形成に自由度を持たせてインピーダンス補正の許容範囲を広げ、これにより、あらゆる搭載環境に柔軟に対応し得るマッチング回路を構成するためである。マッチングエレメント15は、給電端16と接地端17とを備えており、図1から明らかなように全体をコの字状に形成してある。なお、マッチングエレメント15は、これを図1に示す形状とは異なる形状に形成すること、たとえば、部分的に蛇行させて長さを稼いだりしてもよいことは、前述した放射エレメント11の場合と同じである。
【0033】
(接続構造)
図1及び2に示すように、放射エレメント11とマッチングエレメント15とを、接続構造を介して接続してある。第1実施形態における接続構造は、中層基板4及び下層基板5の端面に形成した給電導電体(接続構造)19(19b,19c)により構成してある。放射エレメント11への給電は、この給電導電体19に接続された給電部P(図2参照)を介して行われる。給電導電体19は、中層基板4の端面に形成した給電導電体19bと下層基板5の端面に形成した給電導電体19cだけでも足りるが、上層基板3の端面にも給電導電体19aを形成してあり、これらの給電導電体19a,19b,19cの3者により給電導電体19全体を構成してある。これは、給電導電体19a,19b,19cのそれぞれを別個に形成するのではなく、上層基板3と中層基板4と下層基板5とを積層した状態で、3者の端面に導電性ペーストを一括印刷することにより3者を同時形成するためである。上層基板3に形成した給電導電体19aは電気的高周波的な機能を有していないが、上記方法により形成する場合、給電導電体19aを形成しないよりも、形成したほうが作業が楽だから、そのようにしたのである。可能であれば、給電導電体19aの形成は、これを省略しても構わない。給電導電体19を形成することにより、放射エレメント11の給電端13が給電導電体19bに接続され、かつ、マッチングエレメント15の給電端16が給電導電体19cに接続されることにより、放射エレメント11とマッチングエレメント15とが接続される。
【0034】
符合20(20a,20b,20c)は、上記給電導電体19(19a,19b,19c)と同じように導電性ペーストの印刷により、上層基板3、中層基板4及び下層基板5の端面に形成した接地導電体を示している。接地導電体20は、それを構成する接地導電体20cのみがマッチングエレメント15の接地端17に接続され、接地導電体20a,20bには何も接続されない。図2に示すように接地導電体20はグランド部G(図2参照)に接続されるので、マッチングエレメント15はGNDパターンを含むことになる。以上の説明から理解されるように、本実施形態において採用した逆F型アンテナの「放射エレメント」と「マッチングエレメント」とは、GNDパターンを含むマッチングエレメント15と放射エレメント11との接続点、すなわち給電端13を境に両者が分離されている。
【0035】
(インピーダンスの調整)
図1及び3に基づいて説明する。インピーダンスの調整は、マッチングエレメント15の長さを変化させることにより行うのが便利である。図3に示す等価回路のL1を調整するための自由度は小さいが、L2を調整するための自由度は大きい。L2の調整は、マッチングエレメント15の長さを変化させることにより行うことができる。すなわち、マッチングエレメント15の長さを、図1に示すそれより長くしようとするなら、接地端17の位置を図1に示すそれより右側に移動させ、逆に、短くしようとするなら、接地端17の位置を左側に移動させればよい。右側に移動すればL2の誘導リアクタンスが増加し、逆に左側に移動すれば減少する。接地端17の移動に代え、又は、その移動とともに給電端16を左右に移動させることによっても、インピーダンスの調整が可能である。さらに、必要であれば、マッチングエレメント15の形状を変えることにより、その長さを調整することができる。エレメント形成面10全体を使用することができるので、自由な形状変更が可能となる。
【0036】
(第2実施形態の概略構造)
図4乃至6に基づいて説明する。第2実施形態に係る誘電体アンテナ21が、第1実施形態に係る誘電体アンテナ1と異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第1実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図4乃至6において使用する。
【0037】
図4及び5に示す放射エレメント22は、先に説明した放射エレメント11と同様に、中層基板4のエレメント形成面9の外周(9a,9b,9c,9d)に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント22の基端部23は外周9dに沿って形成してあり、その外周9dを含む端面に給電端24を備えている。給電端24は、給電導電体19bに接続してある。他方、マッチングエレメント25は、先に説明したマッチングエレメント15と同様にコの字状に形成してあり、その給電端26は給電導電体19cに接続してあり、これらの給電導電体19b及び給電導電体19cを含む給電導電体(接続構造)19が、マッチングエレメント25と放射エレメント22とを接続している。マッチングエレメント25は、エレメント形成面10の外周10aに沿う交差部28を備えている。交差部28は、放射エレメント22のうち、外周9aに沿う部分(被交差部22a)と誘電体層である誘電体基体7の厚み方向に交差可能に配してある。このように配することにより、放射エレメント22とマッチングエレメント25との間に、中層基板4を誘電体とするコンデンサ構造が形成され、これにより、両エレメントが容量結合される。
【0038】
したがって、誘電体アンテナ21の等価回路は、図6に示すようになり、図3に示す誘電体アンテナ1の等価回路に比べると、容量リアクタンスCが加わったことになる。容量リアクタンスCが加わることにより、誘導リアクタンスL1及びL2に加え、これらと並列に付加された容量リアクタンスCをも調整対象となる。容量リアクタンスCの調整は、交差部28の長さ(幅寸法)を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント22の被交差部22aとの対向面積を増減することにより、中層基板4の厚みを増減したり、また、中層基板4を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【0039】
(第3実施形態の概略構造)
図7乃至9に基づいて説明する。第3実施形態に係る誘電体アンテナ31が、第1実施形態に係る誘電体アンテナ1と異なるのは、マッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第1実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図7乃至9において使用する。
【0040】
図7及び8に示す放射エレメント32は、先に説明した放射エレメント11とほぼ同じ形状であって、中層基板4のエレメント形成面9の外周(9a,9b,9c,9d)に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント32の給電端34は、エレメント形成面9の外周9dの左端に配してある。給電端34は、給電導電体19bに接続させてある。他方、マッチングエレメント35は、先に説明したマッチングエレメント15とは異なり、逆L字状に形成してある。マッチングエレメント35の給電端部36には、中層基板4を介して放射エレメントとの間にコンデンサ構造(接続構造)を形成させてあり、これにより、マッチングエレメント35と放射エレメント32とが容量結合可能に構成してある。給電端部36とは反対側にある接地端37は、接地導電体20cに接続してあり、放射エレメント32との直流的接続はない。
【0041】
したがって、誘電体アンテナ31の等価回路は、図9に示すようになり、図3に示す誘電体アンテナ1の等価回路に比べると、放射エレメント32と誘導リアクタンスL2との間に容量リアクタンスCが加わったことになる。容量リアクタンスCが加わることにより、誘導リアクタンスL1及びL2に加え、容量リアクタンスCをも調整対象となる。容量リアクタンスCの調整は、給電端部36の長さ(幅寸法)を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント32との対向面積を増減することにより、中層基板4の厚みを増減したり、また、中層基板4を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【0042】
(第4実施形態の概略構造)
図10乃至12に基づいて説明する。第4実施形態に係る誘電体アンテナ41が、第1実施形態に係る誘電体アンテナ1と異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第1実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図10乃至12において使用する。
【0043】
図10及び11に示す放射エレメント42は、先に説明した放射エレメント22とほぼ同じ形状であって、中層基板4のエレメント形成面9の外周(9a,9b,9c,9d)に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント42の接地端43は接地導電体20bに接続してある。他方、マッチングエレメント45は、逆さL字状に形成してあり、その給電端47は給電導電体19cに接続してある。マッチングエレメント45の先端部は給電端部46として機能するように、中層基板4を介して放射エレメント42の被給電部42aとの間にコンデンサ構造(接続構造)を構成させてある。給電導電体19cに給電された高周波電流は、マッチングエレメント45からコンデンサ構造を介して被給電部42aに流れるようになっている。このように、給電ラインにマッチングエレメント45を有する第4本実施形態においては、コンデンサ構造によって「放射エレメント」と「マッチングエレメント」とを分離させている。
【0044】
したがって、誘電体アンテナ41の等価回路は、図12に示すようになり、図3に示す誘電体アンテナ1の等価回路に比べると、放射エレメント42の誘導リアクタンスL1と直列に容量リアクタンスCが加わったことになる。容量リアクタンスCが加わることにより、誘導リアクタンスL1及びL2に加え、容量リアクタンスCをも調整対象となる。容量リアクタンスCの調整は、給電端部46の長さ(幅寸法)を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント42との対向面積を増減することにより、中層基板4の厚みを増減したり、また、中層基板4を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【0045】
(第5実施形態の概略構造)
図13乃至15に基づいて説明する。第5実施形態に係る誘電体アンテナ51が、第1実施形態に係る誘電体アンテナ1と異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第1実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図13乃至15において使用する。
【0046】
図13及び15に示す放射エレメント52は、先に説明した放射エレメント22とほぼ同じ形状であって、中層基板4のエレメント形成面9の外周(9a,9b,9c,9d)に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント52の給電端部53は、中層基板4を介して下層基板5(エレメント形成面10)上の給電ライン56の一端に接続してある。給電ライン56はほぼL字状に屈曲形成してあり、その他端は給電導電体19cに接続してある。他方、マッチングエレメント55は、給電ライン56の途中から分岐する変形逆さU字状に形成してある。マッチングエレメント55の終端は接地導電体20cに接続してある。このように、給電ライン56にマッチングエレメント55を有する第5本実施形態においては、コンデンサ構造によって「放射エレメント」と「マッチングエレメント」とを分離させている。
【0047】
したがって、誘電体アンテナ51の等価回路は、図15に示すようになり、図3に示す誘電体アンテナ1の等価回路に比べると、放射エレメント52と直列に容量リアクタンスCが加わったことになる。容量リアクタンスCが加わることにより、誘導リアクタンスL1及びL2に加え、容量リアクタンスCをも調整対象となる。容量リアクタンスCの調整は、たとえば、給電ライン56の長さ(幅寸法)を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント52との対向面積を増減することにより、中層基板4の厚みを増減したり、また、中層基板4を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【0048】
(第6実施形態の概略構造)
図16及び17に基づいて説明する。第6実施形態に係る誘電体アンテナ61は、図1乃至3に示す第1実施形態に係る誘電体アンテナ1と類似する。両者が異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第1実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図16及び17において使用する。
【0049】
図16及び17に示す放射エレメント62は、先に説明した放射エレメント11と同様に、中層基板4のエレメント形成面9の外周(9a,9b,9c,9d)に沿って外巻きに形成してある。符合63は、放射エレメント62の途中に形成した接続部を示している。他方、マッチングエレメント65は、ほぼL字状に形成してあり、その開放端に形成した接続部67を形成してある。放射エレメントの接続部63とマッチングエレメントの接続部67とは、中層基板4を貫通するビア(接続構造)69により接続してある。誘電体アンテナ61の作用効果は、誘電体アンテナ1のそれらと基本的に異ならない。
【0050】
これまで説明した誘電体アンテナ1,21,31,41,51及び61は、各種の移動体通信機に内蔵させることができる。移動体通信機として、たとえば、携帯電話機やアマチュア用・業務用の無線通信機、さらに、図18に示すようなパーソナルコンピューター101等がある。内蔵させる機種や内蔵環境等に合わせて、何れかの誘電体アンテナを選択するとよい。
【0051】
【発明の効果】
本発明に係る誘電体アンテナによれば、誘電体アンテナの大きさを変えることなく、放射エレメントにせよ整合回路にせよ、形成のために使用可能な領域を可及的に確保可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図2】 図1に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図3】 図1に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図4】 第2実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図5】 図4に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図6】 図4に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図7】 第3実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図8】 図7に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図9】 図7に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図10】 第4実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図11】 図10に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図12】 図10に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図13】 第5実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図14】 図13に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図15】 図13に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図16】 第6実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図17】 図16に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図18】 移動体通信機の一例であるパーソナルコンピューターの正面図である。
【符合の説明】
1,21,31,41,51,61 誘電体アンテナ
3 上層基板
4 中層基板
5 下層基板
7 誘電体基体
9 エレメント形成面
10 エレメント形成面
11,22,32,42,52,62 放射エレメント
12,23 基端部
13,16,24,26,34,47 給電端
15,25,35,45,55,65 マッチングエレメント
17,27,37,43 接地端
19 給電導電体(接続構造)
20 接地導電体(接続構造)
28 交差部
36,46,53 給電端部
56 給電ライン
63,67 接続部
69 ビア(接続構造)
G グランド部
P 給電部
Claims (8)
- 複数の誘電体層と、給電点に接続される放射エレメントと、当該放射エレメントに接続されたマッチングエレメントと、を備える誘電体アンテナにおいて、
当該放射エレメントと当該マッチングエレメントとが、互いに異なる誘電体層に形成した放射エレメント専用のエレメント形成面とマッチングエレメント専用のエレメント形成面との上に各々分離形成され、かつ、当該各誘電体層を介した接続構造により互いに接続され、
当該接続構造が、当該誘電体層の端面に印刷形成した導電体又は誘電体層を介したコンデンサ構造によって構成されている
ことを特徴とする誘電体アンテナ。 - 前記マッチングエレメントには、前記放射エレメントを接地可能なGNDパターンが設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載された誘電体アンテナ。 - 前記GNDパターンには、前記誘電体層を介して前記放射エレメントと誘電体層の厚み方向に交差する交差部が設けられている
ことを特徴とする請求項2に記載された誘電体アンテナ。 - 前記放射エレメントと前記GNDパターンとが容量結合されている
ことを特徴とする請求項2に記載された誘電体アンテナ。 - 前記マッチングエレメントには、前記放射エレメントに給電するための給電パターンが設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載された誘電体アンテナ。 - 前記マッチングエレメントには、前記放射エレメントを接地可能なGNDパターンが設けられている
ことを特徴とする請求項5に記載された誘電体アンテナ。 - 前記GNDパターンには、前記誘電体層を介して前記放射エレメントと交差する交差部が設けられている
ことを特徴とする請求項6に記載された誘電体アンテナ。 - 請求項1乃至7の何れかに記載した誘電体アンテナを内蔵する移動体通信機。
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