JP5263383B2 - アンテナ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、アンテナ装置に関するものであり、特に直方体状の誘電体基体の外面に各種電極が形成されたチップアンテナを備えたアンテナ装置に関するものである。
所定間隔で対向する給電電極及び無給電電極が誘電体基体に形成されたチップアンテナが特許文献１に示されている。図１（Ａ）は特許文献１に示されているチップアンテナの六面図、図１（Ｂ）はその等価回路図である。
図１（Ａ）に示すように、直方体形状の誘電体基体３１の下面から第４側面を経由して上面まで給電電極３４が形成されている。同様に下面から第３側面を経由して上面にかけて無給電電極３６が形成されている。給電電極３４と無給電電極３６とは誘電体基体３１の上面において所定間隔で対向するように形成されている。
図１（Ｂ）に示すように給電電極３４と無給電電極３６はそれらの開放端同士が所定間隔で対向することによって結合する。このことによって広帯域特性を得ようとするものである。
特開２００４−７３４５号公報
ところが、図１に示した従来のチップアンテナにおいては、そのチップアンテナ３０が回路基板上の非グランド領域に実装されるが、回路基板上のグランド電極に対する位置関係にアンテナの共振周波数が強く依存する。特に、チップアンテナの下方の近傍にグランド電極が存在すると、そのグランド電極の影響によって周波数特性の変動や利得の劣化という問題があった。
そこで、この発明の目的は、回路基板に実装した状態でチップアンテナの下方に存在するグランド電極の影響を受けにくく、周波数の変動が少なく、アンテナ利得の劣化が少ないアンテナ装置を提供することにある。
この発明のアンテナ装置は次のように構成する。
グランド電極および非グランド領域を有する回路基板と、前記非グランド領域に実装されたチップアンテナとを備えたアンテナ装置において、
前記回路基板は、非グランド領域に、前記グランド電極から前記チップアンテナの実装位置まで延びる二つの無給電ラインおよび給電ラインを備え、
前記チップアンテナは、下面、上面、互いに対向する第１・第２の側面、及び互いに対向する第３・第４の側面を有する直方体形状の誘電体基体と、前記誘電体基体の外面に形成された電極とで構成され、
前記誘電体基体の第１の側面及び第２の側面には電極が形成されず、
前記誘電体基体の前記第４の側面から前記上面にかけて無給電電極が形成され、前記誘電体基体の前記第３の側面から前記上面にかけて、前記無給電電極との間に所定間隔で対向する無給電電極が形成され、
前記誘電体基体の下面に、前記二つの無給電電極にそれぞれ導通し、前記回路基板の無給電ラインにそれぞれ導通する無給電電極用下面電極が形成され、
前記誘電体基体に、前記二つの無給電電極のうちいずれか一方との間で容量を形成する給電電極が形成され、
前記誘電体基体の下面に、前記給電電極に導通し、前記回路基板の給電ラインに導通する給電電極用下面電極が形成されたことを特徴とする。
この発明のアンテナ装置は、以上に示した構成のチップアンテナと、それが実装される回路基板とで構成され、前記回路基板に、前記給電ライン、前記無給電ラインのうちいずれか一つまたは幾つか若しくは全てと前記回路基板のグランド電極との間に接続される周波数調整素子が設けられたものとする。
また、この発明のアンテナ装置は、前記回路基板に、前記給電ラインと前記回路基板のグランド電極との間に接続されるインピーダンス素子が設けられたものとする。
この発明によれば、無給電電極をグランド電極に接続する（接地する）ことで．グランド電極と非グランド領域の境界上に電流が流れ込み、グランド電極と非グランド領域の境界上がアンテナの電流経路となる。その結果、アンテナの電流経路が長く見え（等価的に長くなり）、周波数が下がり、アンテナが小型化できる。さらに、その電流経路によりアンテナが大きく見える（等価的なアンテナの体積が大きくなる）ことで、アンテナ利得が向上する。また、容量給電される無給電電極と給電電極との間に容量が生じるため、給電電極に直接給電される構造と比べて共振周波数を下げることができ、その分、チップアンテナ及びアンテナ装置の小型化が図れる。
特許文献１に示されているチップアンテナの六面図及び等価回路図である。 図２（Ａ）は第１の実施形態に係るチップアンテナ１０１の六面図、図２（Ｂ）はそのチップアンテナ１０１を用いたアンテナ装置２０１の斜視図、図２（Ｃ）はアンテナ装置２０１の等価回路図である。 第２の実施形態に係るアンテナ装置２０２の斜視図である。
《第１の実施形態》
図２（Ａ）は第１の実施形態に係るチップアンテナ１０１の六面図、図２（Ｂ）はチップアンテナ１０１を備えたアンテナ装置２０１の主要部の斜視図、図２（Ｃ）はアンテナ装置２０１の等価回路図である。
直方体形状の誘電体基体１０は、下面（回路基板に対する実装面）、上面、互いに対向する第１側面・第２側面、及び互いに対向する第３側面・第４側面を備えている。
誘電体基体１０の第４側面から上面にかけて無給電電極１８が形成されている。また、誘電体基体１０の第３側面から上面にかけて無給電電極１２が形成されている。無給電電極１８と無給電電極１２の先端（開放端）は誘電体基体１０の上面において所定間隔で対向している。
誘電体基体１０の第４側面には無給電電極１８に近接する給電電極１９が形成されている。
誘電体基体１０の下面には、無給電電極１２，１８に導通する無給電用下面電極１２Ｃ，１８Ｃが形成されている。また、誘電体基体１０の下面には、給電電極１９に導通する給電電極用下面電極１９Ｃが形成されている。
図２（Ｂ）に示すように、回路基板５０の上面にはグランド電極２０が形成されるとともに、非グランド領域ＮＧＡが設けられている。この非グランド領域ＮＧＡ内に図に示すようにチップアンテナ１０１が実装される。また、非グランド領域ＮＧＡには給電ライン２７、及び無給電ライン２２，２８がそれぞれ形成されている。チップアンテナ１０１の実装状態で、給電電極用下面電極１９Ｃが給電ライン２７に導通する。また、無給電電極用下面電極１２Ｃ，１８Ｃが無給電ライン２２，２８にそれぞれ導通する。給電ライン２７とグランド電極２０との間には、図２（Ｂ）には表れていない給電回路が接続される。
アンテナ装置２０１の等価回路は、図２（Ｃ）に示すとおりである。このように無給電電極１８に対して容量給電が行われる容量が無給電電極１８と給電電極１９との間に生じるため、給電電極に直接給電される構造に比べて共振周波数を下げることができる。その分、チップアンテナ及びアンテナ装置の小型化が図れる。
また、無給電電極１２，１８をグランド電極２０に接続する（接地する）ことで．グランド電極２０と非グランド領域ＮＧＡの境界上に電流が流れ込み、グランド電極２０と非グランド領域ＮＧＡの境界上がアンテナの電流経路となる。その結果、アンテナの電流経路が長く見え（等価的に長くなり）、周波数が下がり、アンテナが小型化できる。さらに、その電流経路によりアンテナが大きく見える（等価的なアンテナの体積が大きくなる）ことで、アンテナ利得が向上する。
《第２の実施形態》
図３は第２の実施形態に係るアンテナ装置２０２の斜視図である。
回路基板５０の上面にはグランド電極２０が形成されるとともに、非グランド領域ＮＧＡが設けられている。この非グランド領域ＮＧＡ内に図に示すようにチップアンテナ１０１が実装される。チップアンテナ１０１は第１の実施形態で示したチップアンテナ１０１と同じである。回路基板５０の非グランド領域ＮＧＡには給電ライン２７及び無給電ライン２２，２８が形成されている。
チップアンテナ１０１の実装状態で、給電電極用下面電極１８Ｃが給電ライン２７に導通する。また、無給電電極用下面電極１２Ｃ，１８Ｃは無給電ライン２２，２８にそれぞれ導通する。給電ライン２７とグランド電極２０との間には、図３には表れていない給電回路が接続される。
この例では無給電ライン２２に対して直列に周波数調整素子６３が接続されている。また、給電ライン２７とグランド電極２０と間に並列にインピーダンス素子６１が接続されている。
このように周波数調整素子６３、インピーダンス素子６１、及びチップアンテナ１０１を回路基板５０に実装することによってアンテナ装置２０２が構成される。周波数調整素子６３及びインピーダンス素子６１は例えばチップコンデンサやチップインダクタであり、それらのインピーダンスによってアンテナの共振周波数及びインピーダンスの設定が可能となる。例えば無給電電極１２の根元部に直列に接続される周波数調整素子６３を誘導性素子とすることによってアンテナの共振周波数を下げることができる。また、給電ライン２７とグランド電極２０との間に接続されるインピーダンス素子６１によって給電回路とアンテナ装置２０２とのインピーダンス整合を図ることができる。
１０…誘電体基体
１２，１８…無給電電極
１２Ｃ，１８Ｃ…無給電電極用下面電極
１９…給電電極
１９Ｃ…給電電極用下面電極
２０…グランド電極
２２，２８…無給電ライン
２７…給電ライン
５０…回路基板
６１…インピーダンス素子
６３…周波数調整素子
１０１…チップアンテナ
２０１，２０２…アンテナ装置
ＮＧＡ…非グランド領域

Claims (3)

  1. グランド電極および非グランド領域を有する回路基板と、前記非グランド領域に実装されたチップアンテナとを備えたアンテナ装置において、
    前記回路基板は、非グランド領域に、前記グランド電極から前記チップアンテナの実装位置まで延びる二つの無給電ラインおよび給電ラインを備え、
    前記チップアンテナは、下面、上面、互いに対向する第１・第２の側面、及び互いに対向する第３・第４の側面を有する直方体形状の誘電体基体と、前記誘電体基体の外面に形成された電極とで構成され、
    前記誘電体基体の第１の側面及び第２の側面には電極が形成されず、
    前記誘電体基体の前記第４の側面から前記上面にかけて無給電電極が形成され、前記誘電体基体の前記第３の側面から前記上面にかけて、前記無給電電極との間に所定間隔で対向する無給電電極が形成され、
    前記誘電体基体の下面に、前記二つの無給電電極にそれぞれ導通し、前記回路基板の無給電ラインにそれぞれ導通する無給電電極用下面電極が形成され、
    前記誘電体基体に、前記二つの無給電電極のうちいずれか一方との間で容量を形成する給電電極が形成され、
    前記誘電体基体の下面に、前記給電電極に導通し、前記回路基板の給電ラインに導通する給電電極用下面電極が形成されたことを特徴とするアンテナ装置。
  2. 前記回路基板に、前記給電ライン、前記無給電ラインのうちいずれか一つまたは幾つか若しくは全てと前記回路基板のグランド電極との間に接続される周波数調整素子が設けられた、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 前記回路基板に、前記給電ラインと前記回路基板のグランド電極との間に接続されるインピーダンス素子が設けられた、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
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