JPH11340726A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は携帯型通信機器等に用いられる表面実
装型のアンテナ装置に関し、入力インピーダンスの整合
の容易化を図る。 【解決手段】接地導体５と、その接地導体５に対し所定
の間隔を隔てて設置された放射導体３と、その放射導体
３の一部を接地導体５へ短絡する放射−接地短絡導体４
と、電磁結合により放射導体３に高周波電力を供給する
給電導体６と、その給電導体６の、その給電導体６に電
力が供給される側の給電端６ａより所定の距離隔てた給
電−接地分岐点６ｂを接地導体５に短絡する給電−接地
短絡導体７と、これら接地導体５、放射導体３、放射−
接地短絡導体４、給電導体６、および給電−接地短絡導
体７を支持する誘電体基体２とを備えた。

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
用いられる表面実装型のアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話等の通信機器には従来モノポー
ルアンテナ等の線状アンテナが用いられているが、これ
らは通信機器の筐体の外部に取り付けられ、小型化の妨
げになるとともに、外力によるアンテナの破損、特性劣
化等の問題を引き起こす危険性がある。また、その線状
アンテナを実装するには同軸ケーブルやコネクタを介す
るため、部品点数が多くなり、実装コスト面でも好まし
くない。さらに、上記アンテナ装置は、水平面内で無指
向性の放射指向性を示し、通話時、人体頭部方向へも電
磁波を放射するため、人体の存在によるアンテナ特性の
劣化や、電磁波の人体への影響が懸念される。これらを
解決する方法として、表面実装可能でかつ単指向性の放
射特性を有するチップ型アンテナが考えられている（特
願平９−２７１１８６号）。

【０００３】図２０は、このチップ型のアンテナ装置の
構成図である。このアンテナ装置１は、直方体の誘電体
基体２の上面に形成されたＵ字型放射導体３、裏面に形
成された接地導体５、誘電体基体２の側面に形成され、
Ｕ字型放射導体３の両端を接地導体に短絡する２つの短
絡導体４、およびそれら２つの短絡導体４の間、および
Ｕ字型放射導体３の内側に形成され、電磁結合により放
射導体３に高周波電力を供給する給電導体６により構成
されている。このアンテナ装置１は、放射導体３の短絡
端３ａ（短絡導体４と接している辺）と開放端３ｂ（短
絡端３ａに対向する辺）との距離が概ね１／４波長とな
る周波数で共振しアンテナとして動作する。また、誘電
体内波長λｇは誘電体基体２の非誘電率εｒにより概ね
１／√εｒに短縮される。したがって、このアンテナ装
置１は、概ね放射導体３の短絡端３ａと開放端３ｂとの
間の距離Ｌ、および誘電体基体２の非誘電率εｒによ
り、その動作周波数が決定される。

【０００４】したがって、アンテナの動作周波数が低く
なるほど上記Ｌの値が大きくなり、したがってアンテナ
が大型化してしまうという問題がある。これを解消する
には、誘電体基体２として比誘電率の大きな誘電体材料
を用いればよいが、アンテナ用材料に要求される、比誘
電率温度特性に優れ、高周波で低損失な誘電体材料は一
般的に高価であり、そのような高価な誘電体材料を用い
るのは好ましくない。さらに誘電体内波長がほぼ１／√
εｒに短縮されるため、その分アンテナの一層の加工精
度が要求されることになり製造上好ましくない。そこ
で、放射導体形状を工夫することにより小型化すること
が考えられる。図２１は、より小型化されたチップ型の
アンテナ装置の構成図である。

【０００５】この図２１に示すアンテナ装置２１は、Ｕ
字型放射導体３の一端のみ、放射−設置導体４により、
設置導体５に接続されている。このような構造とするこ
とにより、共振に必要な１／４波長の長さを確保するに
あたり、図２０に比較してＬを約半分にすることがで
き、したがって、小型化が可能な構造となる。さらに放
射導体３の形状をミアンダ型等にし、短絡端から開放端
までの距離を稼ぐことによりさらにアンテナサイズの小
型化が可能である。ただし、いずれにしろ図２０、ある
いは図２１に示すような給電構造では、入力インピーダ
ンスの整合が非常に困難であり、実用上必要な反射特性
が得られないという問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み、入力インピーダンスの整合の容易化が図られた
アンテナ装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のアンテナ装置は、接地導体と、その接地導体に対し
所定の間隔を隔てて設置された放射導体と、その放射導
体の一部を接地導体へ短絡する放射−接地短絡導体と、
電磁結合により放射導体に高周波電力を供給する給電導
体と、その給電導体の、その給電導体に電力が供給され
る側の給電端より所定の距離隔てた給電−接地分岐点を
接地導体に短絡する給電−接地短絡導体と、これら接地
導体、放射導体、放射−接地短絡導体、給電導体、およ
び給電−接地短絡導体を支持する誘電体基体とを備えた
ことを特徴とする。

【０００８】本発明は、上記給電−接地短絡導体を備え
たため、その給電−接地短絡導体の分岐位置により入力
インピーダンスが調整される。したがってその分岐位置
を適切に設定することにより、あるいは必要に応じてト
リミングによりその分岐位置を調整することにより、容
易に入力インピーダンスの整合が可能である。しかも、
本発明は、放射導体の形状に関し、方形形状はもちろ
ん、Ｌ字型、Ｕ字型、ミアンダ型、あるいはこれらの組
み合わせ等どのような形状のものであっても適合し、従
って、本発明によれば、わざわざ高誘電率材料を用いる
ことなく、アンテナの小型化が容易に実現できる。ここ
で、本発明のアンテナ装置において、接地導体および放
射導体が、誘電体基体の、それぞれ下面および上面に形
成されるとともに、給電導体が、誘電体基体の側面、あ
るいは側面から上面にかけて形成されてなるものであっ
てもよく、あるいは、接地導体および放射導体が、誘電
体基体の、それぞれ下面および上面に形成されていると
ともに、給電導体の一部が、誘電体基体内部に形成され
てなるものであってもよい。

【０００９】また、上記本発明のアンテナ装置におい
て、接地導体および放射導体が、誘電体基体の、それぞ
れ下面および上面に形成されるとともに、上記放射−接
地短絡導体が、誘電体基体の側面に形成されたものであ
って、このアンテナ装置が、所定の接地板上の、その接
地板の一辺に近接した位置に、放射−接地短絡導体が形
成された側面がその一辺の側を向くように、接地導体を
接地板に接して接地板上に搭載されたものであってもよ
い。ここで、上記接地板は、回路基板上に形成された接
地導体パターンであってもよく、本発明にいう接地板
は、回路基板とは別体の接地板と回路基板上に形成され
た接地導体パターンとの双方を含む概念である。

【００１０】

【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１は、本発明のアンテナ装置の第１実施形
態の斜視図、図２は、その四面図（背面図（Ａ）、平面
図（Ｂ）、正面図（Ｃ）、および底面図（Ｄ））であ
る。また、図３は、図１、図２に示すアンテナ装置の特
性の測定法を示す図である。図１，図２に示す第１実施
形態のアンテナ装置１には、誘電体基体２として、１６
×１４×４ｍｍの直方体形状のアルミナ系誘電体セラミ
ックス（２ＧＨｚにおいて、εｒ＝８．０、Ｑ＝１００
０、τｆ＝−８８ｐｐｍ／℃）が用いられている。その
誘電体基体２の上面には、Ｕ字状の放射導体３、底面に
接地導体５、側面（図１における裏面側（図２における
裏面図（Ａ））の側面）に、放射導体３と接地導体５を
短絡する放射−接地短絡導体４が形成されている。給電
導体６は、誘電体基体２の側面（図１における正面側
（図２における正面図（Ｃ））の側面）から上面（図２
における平面図（Ｂ））にかけて形成されており、その
給電導体６は、給電端６ａより４ｍｍの位置６ｂ（つま
り、誘電体基体２の側面と上面との境界線の位置）にて
幅１ｍｍのストリップ状の給電−接地短絡導体７により
接地導体５に短絡されている。これらの導体は、銀−白
金厚膜導体とスクリーン印刷法により誘電体基体２上に
塗布することにより形成されている。

【００１１】このようにして形成されたアンテナ装置１
の特性を評価するにあたっては、図３に示すように１０
０×１００ｍｍの銅板１１上に、アンテナ装置１の、接
地導体５が形成された裏面を半田付けにより接続・固定
し、ＳＭＡコネクタ９の給電ピン１０で給電した。図４
は、上記第１実施形態のリターンロス周波数特性を示す
図である。この図４に示すように、上記第１実施形態の
構造では、３つの共振点が現われ、それぞれの共振点い
ずれもがアンテナとして動作可能であるが、最低次の共
振モードを利用することにより小型のアンテナ装置の実
現が可能となる。以下では、最低次の共振モードについ
て述べる。図５には、上記第１実施形態において、給電
導体６の、誘電体基体２の上面に形成された部分の長さ
Ｌ（図５（Ｂ）参照）を変化させたときのリターンロス
周波数特性の変化を、図６には、その長さＬに対する共
振周波数の変化が示されている。図６に見られるよう
に、本第１実施形態の給電構造とすることにより、アン
テナの共振周波数が給電導体長Ｌにより大きく変化する
ことがわかる。つまり、同一の誘電体寸法、同一の放射
導体形状であっても、周波数を種々に調整することがで
きる。また、アンテナ装置製造後、あるいはそのアンテ
ナ装置を回路基板に実装した後であっても、給電導体先
端をトリミングして給電導体長Ｌを調整することにより
周波数を調整することが可能である。

【００１２】図７は、上述の第１実施形態において、給
電導体６を接地導体５へ短絡する給電−接地短絡導体７
の分岐位置をトリミングした時のリターンロス−周波数
特性の変化を示す図である。図７からわかるように、給
電導体６の給電端６ａから、給電−接地導体７の、給電
導体６からの分岐位置６ｂまでの距離を大きくするよう
にトリミングしてその分岐位置６ｂを変化させることに
より、共振点における抵抗値を増加させることが可能で
ある。したがって、製造後あるいは基板実装後におい
て、共振点での抵抗値が小さいことによるインピーダン
ス不整合は、トリミングにより、その分岐位置６ｂを変
化させることで調整可能である。図８、図９は、それぞ
れ、図１に示すアンテナ装置（第１実施形態）および図
２０に示したアンテナ装置（比較例）を、１００×１０
０ｍｍの銅板１１の一辺に近接した位置に、給電電極６
を内側に向けて搭載した状態を示す図である。また、図
１０、図１１は、それぞれ、図１，図２０に示すアンテ
ナ装置における、各放射指向性（ＹＺ面Ｅφ成分）の測
定結果を示す図である。図１０、図１１における破線、
実線曲線は、それぞれ、図１，図２０に示すアンテナ装
置を、銅板（１００×１００ｍｍ）の中央に搭載した場
合、および銅板１１上における、図８，図９に示す位置
および向きに搭載した場合の測定結果である。

【００１３】比較例である図２０に示したアンテナ装置
の場合、図１１に示すように、銅板１１の端部に実装す
ることによりその銅板１１の裏側への放射が増加し、ほ
ぼ無指向性の放射パターンを示し、単指向性の放射パタ
ーンが損なわれていることがわかる。一方、図１に示し
た本発明の第１実施形態のアンテナ装置の場合、銅板１
１の端部に実装した場合であっても、銅板１１の中央に
実装した場合と同様に、銅板１１の裏面への放射が抑え
られており、単指向性の放射特性が維持されていること
がわかる。携帯機器等の小型通信端末内の回路基板等へ
アンテナを表面実装する場合、回路基板上にはＲＦ回路
等の回路部品が存在するため、回路基板を大型化せずに
アンテナを実装するには、回路基板の端への実装が効率
よい。このとき、給電はＲＦ回路からストリップライン
等で給電されるため、アンテナ給電部は基板内側方向に
ある必要がある。しかしながら従来技術のアンテナで
は、上述のように基板端への実装により放射端が接地パ
ターンエッジ部にくるため、単指向性が損なわれてしま
う。一方、本実施形態のアンテナ装置の場合、図１，図
２を参照して説明した給電構造によりアンテナ放射端側
からの給電が可能となり、単指向性の放射特性を損なう
ことなく基板端への実装が可能となる。これにより人体
への不要電磁波の放射や人体によるアンテナ特性の劣化
の少ない携帯端末の実現が可能となる。

【００１４】尚、上記実施形態は最低次の共振モードを
利用した単一周波数でのアンテナの利用を述べたが、よ
り高次の共振モードを合わせて利用することにより、２
周波数共用アンテナとしての利用も可能である。図１２
には、本発明のアンテナ装置の第２実施形態の斜視図、
図１３は、その三面図（平面図（Ａ）、正面図（Ｂ）、
および底面図（Ｃ））である。これら図１２，図１３に
示すアンテナ装置１は、誘電体基体２の上面に形成した
Ｕ字型の放射導体４の２つの開放端のうちの一方の開放
端のみを、放射−接地短絡導体４により接地導体５へ短
絡した構造のアンテナ装置であり、上述の第１実施形態
に比較してアンテナ長を概ね１／２に小型化することが
可能である。

【００１５】図１４は、本発明のアンテナ装置の第３実
施形態の斜視図は、図１５は、その三面図（平面図
（Ａ）、正面図（Ｂ）、および底面図（Ｃ））である。
これら図１４，図１５に示すアンテナ装置１は、図１
２，図１３に示す第２実施形態と比べ、放射導体３がミ
アンダ形状となっている。これにより、図１２，図１３
に示す第２実施形態よりもさらに小型化が可能となる。
図１６は、本発明のアンテナ装置の第４実施形態の斜視
図、図１７は、その分解図（背面図（Ａ）、平面図
（Ｂ）、図１６に破線で示す内面の平面図（Ｃ）、正面
図（Ｄ）、および底面図（Ｅ））である。また、図１８
は、本発明のアンテナ装置の第５実施形態の斜視図、図
１９は、その分解図（背面図（Ａ）、平面図（Ｂ）、図
１８に破線で示す内面の平面図（Ｃ）、正面図（Ｄ）、
底面図（Ｅ）、および側面図（Ｆ））である。

【００１６】これら図１６，図１７に示す第４実施形
態、および図１８，図１９に示す第５実施形態は、給電
導体６の一部を誘電体基体２の内部に形成した例であ
る。誘電体基体２の内部に導体パターン（給電導体６の
一部）を形成するには、前述した第１実施形態において
説明した材料系を用い、シート積層工法を採用して製作
することができる。これらの例は、放射導体、給電導体
を別々の誘電体層に形成することにより、設計の自由度
向上の利点がある。以上のような、種々の放射導体形状
に対して本発明の給電構造を適用することにより、容易
にインピーダンスの整合が可能となる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、放射導体形状によらず
容易に入力インピーダンスの整合を得ることができ、し
たがって高価な高誘電率材料を用いることなく、放射導
体の形状を工夫することにより容易に小型アンテナが実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアンテナ装置の第１実施形態の斜視図
である。

【図２】本発明のアンテナ装置の第１実施形態の四面図
（背面図（Ａ）、平面図（Ｂ）、正面図（Ｃ）、および
底面図（Ｄ））である。

【図３】図１、図２に示すアンテナ装置の特性の測定法
を示す図である。

【図４】第１実施形態のリターンロス周波数特性を示す
図である。

【図５】第１実施形態において、給電導体の、誘電体基
体の上面に形成された部分の長さＬを変化させたときの
リターンロス周波数特性の変化を示す図である。

【図６】第１実施形態において、給電導体の、誘電体基
体の長さＬに対する共振周波数の変化を示す図である。

【図７】第１実施形態において、給電導体を接地導体へ
短絡する給電−接地短絡導体の分岐位置をトリミングし
た時のリターンロス−周波数特性の変化を示す図であ
る。

【図８】図１に示すアンテナ装置（第１実施形態）を、
１００×１００ｍｍの銅板の一辺に近接した位置に、給
電電極６を内側に向けて搭載したことを示す図である。

【図９】図２０に示したアンテナ装置（比較例）を、１
００×１００ｍｍの銅板の一辺に近接した位置に、給電
電極６を内側に向けて搭載したことを示す図である。

【図１０】図１に示すアンテナ装置における放射指向性
（ＹＺ面Ｅφ成分）の測定結果を示す図である。

【図１１】図２０に示すアンテナ装置における放射指向
性（ＹＺ面Ｅφ成分）の測定結果を示す図である。

【図１２】本発明のアンテナ装置の第２実施形態の斜視
図である。

【図１３】本発明のアンテナ装置の第２実施形態の三面
図（平面図（Ａ）、正面図（Ｂ）、および底面図
（Ｃ））である。

【図１４】本発明のアンテナ装置の第３実施形態の斜視
図である。

【図１５】本発明のアンテナ装置の第３実施形態の三面
図（平面図（Ａ）、正面図（Ｂ）、および底面図
（Ｃ））である。

【図１６】本発明のアンテナ装置の第４実施形態の斜視
図である。

【図１７】本発明のアンテナ装置の第４実施形態の分解
図（背面図（Ａ）、平面図（Ｂ）、図１６に破線で示す
内面の平面図（Ｃ）、正面図（Ｄ）、および底面図
（Ｅ））である。

【図１８】本発明のアンテナ装置の第５実施形態の斜視
図である。

【図１９】本発明のアンテナ装置の第５実施形態の分解
図（背面図（Ａ）、平面図（Ｂ）、図１８に破線で示す
内面の平面図（Ｃ）、正面図（Ｄ）、底面図（Ｅ）、お
よび側面図（Ｆ））である。

【図２０】このチップ型のアンテナ装置の構成図であ
る。

【図２１】このチップ型のアンテナ装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ アンテナ装置 ２ 誘電体基体 ３ Ｕ字型放射導体 ４ 短絡導体 ５ 接地導体 ６ 給電体 ６ａ 給電導体端 ６ｂ 給電−接地短絡位置 ７ 給電−接地短絡導体 ９ ＳＭＡコネクタ １０ 給電ピン １１ １００×１００ｍｍの銅板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤田 昌久 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 新井 宏之 神奈川県横浜市旭区今宿東町615−11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接地導体と、該接地導体に対し所定の間
   隔を隔てて設置された放射導体と、該放射導体の一部を
   前記接地導体へ短絡する放射−接地短絡導体と、電磁結
   合により前記放射導体に高周波電力を供給する給電導体
   と、該給電導体の、該給電導体に電力が供給される側の
   給電端より所定の距離隔てた給電−接地分岐点を前記接
   地導体に短絡する給電−接地短絡導体と、これら接地導
   体、放射導体、放射−接地短絡導体、給電導体、および
   給電−接地短絡導体を支持する誘電体基体とを備えたこ
   とを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記接地導体および前記放射導体が、前
   記誘電体基体の、それぞれ下面および上面に形成される
   とともに、 前記給電導体が、前記誘電体基体の側面、あるいは側面
   から上面にかけて形成されてなるものであることを特徴
   とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記接地導体および前記放射導体が、前
   記誘電体基体の、それぞれ下面および上面に形成されて
   いるとともに、 前記給電導体の一部が、前記誘電体基体内部に形成され
   てなることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記接地導体および前記放射導体が、前
   記誘電体基体の、それぞれ下面および上面に形成される
   とともに、前記放射−接地短絡導体が、前記誘電体基体
   の側面に形成されたものであって、 前記アンテナ装置が、所定の接地板上の、該接地板の一
   辺に近接した位置に、前記放射−接地短絡導体が形成さ
   れた側面が該一辺の側を向くように、前記接地導体を該
   接地板に接して該接地板上に搭載されたものであること
   を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。