WO2012008177A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2012008177A1
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dielectric block
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radiation electrode
antenna device
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前田吉朗
山地和裕
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株式会社村田製作所
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device including an antenna element in which a plurality of electrodes are formed on a rectangular parallelepiped dielectric block, and a substrate on which a ground electrode is formed on a base material.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose an antenna device configured by mounting a surface mount antenna having a radiation electrode formed on a dielectric block on a substrate.
  • the antenna device of Patent Document 1 is an antenna device in which a surface-mounted antenna (antenna element) is mounted on a non-ground area of a substrate. One end of a radiation electrode of the antenna is grounded and the other end is an open end. It has an electrode part that is capacitively fed in the middle from the connection part to the open end.
  • the dielectric block is formed with a ground ground electrode for electrical connection with the open end of the radiation electrode via capacitive coupling.
  • the directivity of the antenna is not considered with respect to the electrode configuration. Therefore, for example, the directivity in the zenith direction, which is superior to GPS applications, is not obtained.
  • the antenna device of Patent Document 2 can control the directivity to some extent, but requires two antenna elements and a circuit for diversity control.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a typical ⁇ / 4 monopole antenna device.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a typical capacitive feeding antenna device.
  • the antenna device shown in FIG. 1 includes an antenna element 101 in which a radiation electrode 11 is formed on a rectangular parallelepiped dielectric block 10 and a substrate 201 in which a ground electrode 21 and a feeding terminal 22 are formed on a base material 20. Yes.
  • One end of the radiation electrode 11 of the antenna element is electrically connected to a power supply terminal 22 on the substrate, and the radiation electrode 11 is directly fed.
  • the antenna device shown in FIG. 2 includes an antenna element 102 in which a radiating electrode 11 and a feeding electrode 12 are formed on a rectangular parallelepiped dielectric block 10, and a substrate 202 in which a ground electrode 21 and a feeding terminal 22 are formed on a base material 20. It is equipped with.
  • the feeding electrode 12 of the antenna element is electrically connected to the feeding terminal 22 on the substrate, and the radiation electrode 11 is capacitively fed.
  • FIG. 3 is a diagram showing the directivity of the antenna device shown in FIG. 1
  • FIGS. 3B and 4B are diagrams showing the electric field strength distribution on the yz plane (plane of the substrate with the z-axis as the zenith direction) of the antenna device, and the electric field strength is expressed by concentration. ing.
  • the directivity in the yz plane can be understood from this density deviation.
  • the null points NP1 and NP2 are present in the symmetric positions with the y axis as the symmetric axis in the vicinity of the z axis, so the gain in the z direction is low.
  • the peak position is rather present in the -y direction.
  • the gain in the z direction is low. If the y direction of the antenna device is directed to the zenith direction, an actual gain in the zenith direction can be obtained. However, since the directivity is sharp, a sufficient gain cannot be obtained in the low elevation angle direction. In consideration of the shape of a general communication terminal, it does not face the zenith direction in use. For example, in a mobile phone terminal, the short side where the antenna is arranged faces the zenith.
  • a high gain is obtained over a wide range in the zenith direction (a wide elevation angle range from a low elevation angle to a high elevation angle). Absent. It is an object of the present invention to provide an antenna device that obtains directivity in the zenith direction, such as a GPS antenna.
  • An antenna device of the present invention includes an antenna element in which a plurality of electrodes are formed on a rectangular parallelepiped dielectric block, and a substrate on which a ground electrode is formed on a base material,
  • the plurality of electrodes include at least a first radiation electrode and a second radiation electrode, A first end of the first radiation electrode is connected to a ground electrode of the substrate;
  • the first end of the second radiation electrode is connected to the power feeding part of the substrate via a capacitor or directly,
  • the second ends of the first and second radiation electrodes face each other with a slit having a predetermined gap therebetween,
  • the antenna element has a longitudinal direction arranged along one side of the substrate and close to one corner, The position of the slit on the dielectric block is deviated from the center of the dielectric block toward the center of one side of the substrate.
  • the substrate includes a ground opening, and the antenna element is mounted in the ground opening.
  • the first radiation electrode is formed from a first end surface to an upper surface of the dielectric block
  • the second radiation electrode is formed from a second end surface to an upper surface of the dielectric block with the first end connected to a ground electrode
  • a power supply electrode for forming the capacitance with the second radiation electrode is formed,
  • the slit is preferably provided on the upper surface of the dielectric block.
  • the first radiation electrode is formed from a first end surface to an upper surface of the dielectric block
  • the second radiation electrode is formed from the second end surface to the upper surface of the dielectric block with the first end connected to the power feeding unit
  • the slit is preferably provided on the upper surface of the dielectric block.
  • an antenna device having directivity in the zenith direction, which is superior to satellite signal reception applications such as a GPS antenna.
  • FIG. 1 is a perspective view of a typical ⁇ / 4 monopole antenna device as a comparative example.
  • FIG. 2 is a perspective view of a typical capacity-fed antenna device as a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing the directivity of the antenna device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the directivity of the antenna device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view of the antenna device 311 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the antenna device 311 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the directivity of the antenna device 311 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic directivity pattern of the antenna device 311.
  • FIG. 1 is a perspective view of a typical ⁇ / 4 monopole antenna device as a comparative example.
  • FIG. 2 is a perspective view of a typical capacity-fed antenna device as a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the mounting position of the antenna element on the substrate and the position of the slit.
  • FIG. 10 is a perspective view of the antenna device 312 according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the antenna device 312 shown in FIG.
  • FIG. 12 is a perspective view of an antenna device 313 according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of the antenna device 313 shown in FIG.
  • FIG. 14 is a perspective view of an antenna device 314 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view of an antenna device 315 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view of the antenna device 311 according to the first embodiment.
  • An antenna device 311 shown in this figure includes an antenna element 111 having various electrodes formed on a rectangular parallelepiped dielectric block 10 and a substrate 211 having various electrodes formed on a base material 20.
  • the dielectric block 10 has a rectangular parallelepiped shape.
  • a radiation electrode 11 ⁇ / b> M that is a part of the first radiation electrode and a radiation electrode 13 ⁇ / b> M that is a part of the second radiation electrode are formed on the upper surface of the dielectric block 10.
  • a feeding electrode 12 and a radiation electrode 13S which is a part of the second radiation electrode are formed on the end face on the right front side of the dielectric block 10.
  • a radiation electrode 11 ⁇ / b> S that is a part of the first radiation electrode is formed on the left rear end face of the dielectric block 10.
  • the radiation electrodes 11S and 11M are conductive at one edge of the dielectric block 10.
  • the radiation electrode 13 ⁇ / b> S and the radiation electrode 13 ⁇ / b> M are electrically connected at one edge of the dielectric block 10.
  • the tips of the radiation electrode 11M and the radiation electrode 13M are opposed to each other through a slit SL having a predetermined gap.
  • the dielectric block 10 On the lower surface of the dielectric block 10 (the mounting surface with respect to the substrate 211), mounting electrodes that are respectively connected to the radiation electrodes 11S and 13S and the feeding electrode 12 are formed.
  • the ground electrode 21 is formed on the base material 20. However, the ground electrode 21 is not formed on both surfaces of the base material 20 in the ground opening NGA, and is electrically open.
  • a power supply terminal 22 is formed in the ground opening NGA. In FIG. 5, the display is simplified.
  • a power feeding circuit is provided (connected) between the power feeding terminal 22 and the ground electrode 21.
  • the mounting electrode that is conductive with the radiation electrodes 11S and 13S is conductive with the ground electrode 21 on the substrate 211. Further, the mounting electrode that is electrically connected to the power supply electrode 12 is electrically connected to the power supply terminal 22 on the substrate 211.
  • the radiation electrodes 13S and 13M of the antenna element 111 and the feeding electrode 12 are close to each other, and a capacitance is generated between them. Further, a capacitance is generated in the slit SL portion where the tips of the radiation electrode 11M and the radiation electrode 13M face each other.
  • FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the antenna device 311 shown in FIG. Corresponding portions of the respective symbols shown in FIG.
  • a capacitor Cs is a capacitance generated in the slit SL portion shown in FIG.
  • the capacitor Cf is a capacitance generated between the radiation electrode 13M and the feeding electrode 12 shown in FIG.
  • the capacitor Csf is a capacitance generated between the feeding electrode 12 and the radiation electrode 13S.
  • the signal of the power feeding circuit FC is fed to the radiation electrode 13M via the capacitors Cf and Csf.
  • the first radiation electrode (11M, 11S) is supplied with power from the second radiation electrode (13M, 13S) via the capacitor Cs.
  • FIG. 7 is a diagram showing the directivity of the antenna device 311 according to the first embodiment.
  • FIG. 7A shows the intensity distribution of the substrate current. The direction of the current flowing through the ground electrode of the substrate is indicated by the direction of the arrow, and the intensity of the current is indicated by the size and concentration of the arrowhead.
  • FIG. 7B is a diagram showing the electric field strength distribution on the yz plane (plane of the substrate with the z-axis as the zenith direction) of the antenna device, where the strength of the electric field is represented by concentration.
  • the current intensity is higher toward the upper side as a whole. This is because the slit SL portion of the antenna element 111 becomes the maximum current point, and the current on the antenna element mounting side is balanced by the position of the slit SL.
  • the position of the slit SL on the dielectric block 10 is deviated from the center of the dielectric block toward the center of the antenna element mounting side. As a result, the maximum current point is closer to the center of the antenna element mounting side of the substrate, and the current intensity of the entire antenna element mounting side is increased.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic directivity pattern of the antenna device 311.
  • a high gain is obtained over a wide range in the zenith direction (a wide elevation angle range from a low elevation angle to a high elevation angle).
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the mounting position of the antenna element on the substrate and the position of the slit SL.
  • FIG. 9A shows an example in which the antenna element 111 is mounted on the upper left corner of the substrate 211 as already shown. In this case, the position of the slit SL on the dielectric block may be shifted from the center of the dielectric block in the center direction of the antenna element mounting side of the substrate (position direction indicated by a one-dot chain line in the figure).
  • FIG. 9B illustrates an example in which the antenna element 111R is mounted on the right corner of the substrate 211R. In this case, the position of the slit SL on the dielectric block may be shifted from the center of the dielectric block in the center direction of the antenna element mounting side of the substrate (position direction indicated by a one-dot chain line in the figure).
  • FIG. 10 is a perspective view of the antenna device 312 according to the second embodiment.
  • An antenna device 312 shown in this figure includes an antenna element 112 having various electrodes formed on a rectangular parallelepiped dielectric block 10 and a substrate 212 having various electrodes formed on a base material 20.
  • the dielectric block 10 has a rectangular parallelepiped shape.
  • a radiation electrode 11 ⁇ / b> M that is a part of the first radiation electrode and a radiation electrode 13 ⁇ / b> M that is a part of the second radiation electrode are formed on the upper surface of the dielectric block 10.
  • a feeding electrode 12 and a radiation electrode 13S which is a part of the second radiation electrode are formed on the end face on the right front side of the dielectric block 10.
  • a radiation electrode 11 ⁇ / b> S that is a part of the first radiation electrode is formed on the left rear end face of the dielectric block 10.
  • the radiation electrodes 11S and 11M are conductive at one edge of the dielectric block 10.
  • the radiation electrodes 13 ⁇ / b> S and 13 ⁇ / b> M are electrically connected at one edge of the dielectric block 10.
  • the distal ends of the radiation electrode 11M and the radiation electrode 13M are close to each other via a slit SL having a predetermined gap along the longitudinal direction of the radiation electrode 11M and the radiation electrode 13M.
  • a capacitor electrode 14 is formed on the lower surface of the dielectric block 10 (the mounting surface with respect to the substrate 212).
  • mounting electrodes are formed which are electrically connected to the radiation electrodes 11S and 13S and the feeding electrode 12, respectively.
  • the mounting electrode 15 conducting to the radiation electrode 11S is divided into two and connected to the ground electrode 21 of the substrate.
  • the ground electrode 21 is formed on the base material 20. However, the ground electrode 21 is not formed on both surfaces of the base material 20 in the ground opening NGA, and is electrically open. In the ground opening NGA, a power supply terminal 22, a capacitor electrode terminal 24, and a lead terminal 25 are formed. A power feeding circuit is provided between the power feeding terminal 22 and the ground electrode 21.
  • a matching element 31 is connected between the power supply terminal 22 and the ground electrode 21 as necessary as shown in FIG.
  • the mounting electrode that is connected to the radiation electrodes 11S and 13S is connected to the ground electrode 21 on the substrate 212. Further, the mounting electrode that is electrically connected to the power supply electrode 12 is electrically connected to the power supply terminal 22 on the substrate 212.
  • the second radiation electrode (13S, 13M) of the antenna element 112 and the feeding electrode 12 are close to each other, and a capacitance is generated between them. Further, a capacitance is generated in the slit SL portion where the tips of the radiation electrode 11M and the radiation electrode 13M face each other.
  • a resonance frequency adjusting element 32 is mounted between the lead terminal 25 and the ground electrode 21 as necessary.
  • FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the antenna device 312 shown in FIG. Corresponding portions of the respective symbols shown in FIG.
  • a capacitor Cs is a capacitance generated in the slit SL portion shown in FIG.
  • the capacitor Cf is a capacitance generated between the radiation electrode 11M and the feeding electrode 12 shown in FIG.
  • the capacitor Cc is a capacitance generated between the radiation electrode 11M and the capacitance electrode 14.
  • the capacitor Csf is a capacitance generated between the feeding electrode 12 and the radiation electrode 13S.
  • the signal of the power feeding circuit FC is fed from the capacitors Cf and Csf to the radiation electrode 11M through the slit SL of the radiation electrode 13M.
  • the second radiation electrode (13M, 13S) is supplied with power from the radiation electrode 11M via the capacitor Cs.
  • the resonance frequency of the antenna device is set to a predetermined value by the capacitor Cc and the resonance frequency adjusting element 32.
  • the slit SL is offset to the right from the center of the dielectric block 10.
  • the antenna element is mounted on the upper right corner of the substrate, it is only necessary to mount the antenna element whose slit is displaced to the left side from the center of the dielectric block.
  • FIG. 12 is a perspective view of an antenna device 313 according to the third embodiment.
  • the antenna device 313 shown in this figure includes an antenna element 113 having various electrodes formed on a rectangular parallelepiped dielectric block 10 and a substrate 213 having various electrodes formed on a base material 20.
  • a radiation electrode 11M which is a part of the first radiation electrode
  • a radiation electrode 13M which is a part of the second radiation electrode
  • a radiation electrode 13 ⁇ / b> S that is a part of the second radiation electrode is formed on the end face on the right front side of the dielectric block 10.
  • a radiation electrode 11 ⁇ / b> S that is a part of the first radiation electrode is formed on the left rear end face of the dielectric block 10.
  • the radiation electrode 11S and the radiation electrode 11M are electrically connected at one edge of the dielectric block 10.
  • the radiation electrode 13 ⁇ / b> S and the radiation electrode 13 ⁇ / b> M are electrically connected at one edge of the dielectric block 10.
  • the tips of the radiation electrode 11M and the radiation electrode 13M are close to each other through the slit SL.
  • the slit SL is not limited to the crank shape, but has a straight slit shape when sufficient capacity can be obtained, such as when the antenna is wide.
  • the ground electrode 21 is formed on the base material 20. However, the ground electrode 21 is not formed on both surfaces of the base material 20 in the ground opening NGA, and is electrically open.
  • a power supply terminal 22 is formed in the ground opening NGA.
  • a power feeding circuit is provided between the power feeding terminal 22 and the ground electrode 21. Here, the power supply terminal 22 and the ground electrode 21 are directly connected to each other as shown in FIG.
  • the radiation electrode 11S is electrically connected to the ground electrode 21 on the substrate 213.
  • the radiation electrode 13S is electrically connected to the power supply terminal 22 on the substrate 213.
  • Capacitance occurs in the slit SL portion where the tips of the radiation electrodes 11M and 13M of the antenna element 113 face each other.
  • FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of the antenna device 313 shown in FIG. Corresponding portions of the respective symbols shown in FIG. In FIG. 12, a capacitor Cs is a capacitance generated in the slit SL portion shown in FIG. The signal from the power feeding circuit FC is directly fed to the radiation electrode 13S.
  • An antenna device 314 shown in FIG. 14 includes an antenna element 114 having various electrodes formed on a rectangular parallelepiped dielectric block 10 and a substrate 211 having various electrodes formed on a base material 20.
  • a radiation electrode 11 ⁇ / b> M that is a part of the first radiation electrode and 13 ⁇ / b> M that is a part of the second radiation electrode are formed on the right rear surface of the dielectric block 10.
  • a feeding electrode 12 and a radiation electrode 13S which is a part of the second radiation electrode are formed on the end face on the right front side of the dielectric block 10.
  • a radiation electrode 11 ⁇ / b> S that is a part of the first radiation electrode is formed on the left rear end face of the dielectric block 10.
  • the radiation electrode 11S and the radiation electrode 11M are electrically connected at one edge of the dielectric block 10.
  • the radiation electrode 13 ⁇ / b> S and the radiation electrode 13 ⁇ / b> M are electrically connected at one edge of the dielectric block 10.
  • the tips of the radiation electrode 11M and the radiation electrode 13M are opposed to each other through a slit SL having a predetermined gap.
  • Other configurations are the same as those of the antenna device shown in FIG. 5 in the first embodiment.
  • the 15 includes an antenna element 115 having various electrodes formed on a rectangular parallelepiped dielectric block 10 and a substrate 213 having various electrodes formed on a base material 20.
  • radiation electrodes 11 ⁇ / b> M and 13 ⁇ / b> M are formed on the right rear surface of the dielectric block 10.
  • a radiation electrode 13 ⁇ / b> S is formed on the right front end face of the dielectric block 10.
  • a radiation electrode 11 ⁇ / b> S is formed on the left rear end face of the dielectric block 10.
  • the radiation electrode 11S and the radiation electrode 11M are electrically connected at one edge of the dielectric block 10.
  • the radiation electrode 13 ⁇ / b> S and the radiation electrode 13 ⁇ / b> M are electrically connected at one edge of the dielectric block 10.
  • the tips of the radiation electrode 11M and the radiation electrode 13M are close to each other via a crank-shaped slit SL.
  • Other configurations are the same as those of the antenna device shown in FIG. 12 in the third embodiment.
  • the ground electrode 21 has the antenna shown in the first to third embodiments.
  • the same current flows as in the case of the device. That is, since the current flowing through the ground electrode of the substrate is dominant, the difference in current intensity distribution is small between the case where the slit is provided on the surface on the zenith side and the case where the slit is provided on the side surface. Therefore, the present invention can also be applied to an antenna device that mounts an antenna element in which a radiation electrode and a slit are formed on a plane perpendicular to the ground electrode of the substrate.
  • the present invention can also be applied to an antenna device in which a ground electrode is formed on the back surface of the substrate on which the antenna element is mounted.
  • the ground electrode flows along the inner periphery of the ground opening on the mounting surface of the board, and radiation due to this current is blocked by the ground electrode on the back surface. Therefore, the directivity can be kept in the direction of the zenith.
  • FC ... feed circuit NGA ... ground openings NP, NP1, NP2 ... null point PP ... peak point SL ... slit 10 ... dielectric block 11 ... radiation electrode 11S, 11M ... first radiation electrode 12 ... feed electrode 13S, 13M ... first 2 radiation electrode 14 ... capacitance electrode 15 ... mounting electrode 20 ... base 21 ... ground electrode 22 ... feed terminal 24 ... capacitance electrode terminal 25 ... extraction terminal 32 ... resonance frequency adjusting elements 101, 102 ... antenna elements 111, 111R ... Antenna elements 112-115 ... Antenna elements 201, 202 ... Substrate 211, 211R ... Substrate 212, 213 ... Substrate 311-315 ... Antenna device

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Abstract

　直方体状の誘電体ブロックに、スリットを隔てて対向する第１放射電極と第２放射電極を備えたアンテナ素子が、その長手方向が基板の一辺に沿って且つ一方の隅部寄りに配置され、第１放射電極の第１の端部は基板のグランド電極に接続され、第２放射電極の第１の端部は基板の給電部に容量を介して又は直接に接続される。アンテナ素子（１１１）を基板（２１１）の左隅に実装する場合には、誘電体ブロック上のスリット（ＳＬ）の位置を、誘電体ブロックの中央より、基板のアンテナ素子実装辺の中央（一点鎖線）方向に偏位させる。これにより、ＧＰＳ用途に優位となる天頂方向の指向性を有するアンテナ装置を構成する。

Description

アンテナ装置
　本発明は、直方体状の誘電体ブロックに複数の電極が形成されたアンテナ素子と、基材にグランド電極が形成された基板と、を備えたアンテナ装置に関するものである。
　誘電体ブロックに放射電極が形成された表面実装型アンテナが基板に実装されることにより構成されたアンテナ装置が特許文献１，２に開示されている。
　特許文献１のアンテナ装置は、基板の非グランド領域に表面実装型アンテナ（アンテナ素子）が搭載されたアンテナ装置であり、アンテナの放射電極の一端はグランドに接地され他端は開放端となり、グランド接続部から開放端に至る途中に容量給電される電極部を有する。誘電体ブロックには放射電極の開放端と容量結合を介して電気的に接続させる為のグランド接地電極が形成されている。
　特許文献２のアンテナ装置は、同一電極を有する２つのチップアンテナを各々の接地電極が回路基板の一辺側に向くように配置され、回路基板上に励振される共振電流の方向を非対称的に略直交するようにしたダイバーシチアンテナ装置である。
再公表特許ＷＯ２００８／０３５５２６号公報 特開２００４－９６２０９号公報
　特許文献１のアンテナ装置においては、電極の構成に関してアンテナの指向性が考慮されていない。そのため、例えばＧＰＳ用途に優位となる天頂方向の指向性を得るものではない。特許文献２のアンテナ装置においては、ある程度の指向性の制御が可能であるが、２個のアンテナ素子とダイバーシチ制御のための回路が必要である。
　ここで、比較例として、典型的なλ／４モノポール型のアンテナ装置の斜視図を図１に示す。また、典型的な容量給電型アンテナ装置の斜視図を図２に示す。
　図１に示すアンテナ装置は、直方体状の誘電体ブロック１０に放射電極１１が形成されたアンテナ素子１０１と、基材２０にグランド電極２１及び給電端子２２が形成された基板２０１と、を備えている。アンテナ素子の放射電極１１の一方端は基板上の給電端子２２に導通していて、放射電極１１は直接給電される。
　図２に示すアンテナ装置は、直方体状の誘電体ブロック１０に放射電極１１および給電電極１２が形成されたアンテナ素子１０２と、基材２０にグランド電極２１及び給電端子２２が形成された基板２０２と、を備えている。アンテナ素子の給電電極１２は基板上の給電端子２２に導通し、放射電極１１が容量給電される。
　図３は図１に示したアンテナ装置の指向性について示す図、図４は図２に示したアンテナ装置の指向性について示す図である。図３（Ａ）・図４（Ａ）は基板のグランド電極に流れる電流（以下、「基板電流」という。）の強度分布を示す図であり、矢印の向きで基板のグランド電極に流れる電流の向きを、矢じりの大きさと濃度で強度をそれぞれ表している。また、図３（Ｂ）・図４（Ｂ）はアンテナ装置のｙ－ｚ面（ｚ軸を天頂方向とする基板の平面）における電界強度分布を示す図であり、電界の強度を濃度で表している。この濃度の偏りでｙ－ｚ面における指向性が分かる。
　λ／４モノポール型のアンテナ装置では、図３から明らかなように、ヌル点ＮＰ１，ＮＰ２がｚ軸の近傍にｙ軸を対称軸とする対称位置にそれぞれ存在するのでｚ方向の利得が低く、ピーク位置はむしろ－ｙ方向に存在している。
　また、容量給電型アンテナ装置では、図４から明らかなように、ピーク点ＰＰがｙ方向、ヌル点ＮＰが－ｙ方向にそれぞれ存在するのでｚ方向の利得は低い。仮に、アンテナ装置のｙ方向を天頂方向に向ければ、現実の天頂方向の利得が得られる。しかし、指向性が鋭いため、低仰角方向に充分な利得が得られない。また、一般的な通信端末の形状を考慮すると、使用状態で天頂方向を向くものではない。例えば携帯電話端末では、アンテナが配置される短辺が天頂を向く。
　このように、表面実装型のアンテナ素子を基板に実装して構成される従来のアンテナ装置では、天頂方向の広い範囲（低仰角から高仰角までの広仰角範囲）に亘って高い利得が得られない。
　本発明は、ＧＰＳアンテナのような天頂方向の指向性を得るアンテナ装置を提供することを目的としている。
（１）本発明のアンテナ装置は、直方体状の誘電体ブロックに複数の電極が形成されたアンテナ素子と、基材にグランド電極が形成された基板と、を備え、
　前記複数の電極は、少なくとも第１放射電極と第２放射電極を備え、
　前記第１放射電極の第１の端部は前記基板のグランド電極に接続され、
　前記第２放射電極の第１の端部は前記基板の給電部に容量を介して又は直接に接続され、
　第１・第２放射電極の第２の端部同士は所定間隙のスリットを隔てて対向し、
　前記アンテナ素子は、長手方向が前記基板の一辺に沿って且つ一方の隅部寄りに配置され、
　前記誘電体ブロック上の前記スリットの位置は、前記誘電体ブロックの中央より前記基板の一辺の中央方向に偏位していることを特徴としている。
（２）(1)において、例えば前記基板はグランド開口部を備え、前記アンテナ素子は前記グランド開口部に実装された構造とする。
（３）(1)または(2)において、前記第１放射電極は前記誘電体ブロックの第１の端面から上面にかけて形成され、
　前記第２放射電極は、前記第１の端部がグランド電極に接続されて前記誘電体ブロックの第２の端面から上面にかけて形成され、
　前記誘電体ブロックの第２の端面に、前記第２放射電極との間で前記容量を生じさせる給電電極が形成され、
　前記スリットは前記誘電体ブロックの上面に設けられていることが好ましい。
（４）また、(1)または(2)において、前記第１放射電極は前記誘電体ブロックの第１の端面から上面にかけて形成され、
　前記第２放射電極は、前記第１の端部が前記給電部に接続されて前記誘電体ブロックの第２の端面から上面にかけて形成され、
　前記スリットは前記誘電体ブロックの上面に設けられていることが好ましい。
　本発明によれば、ＧＰＳ用アンテナのような衛星信号の受信用途に優位となる天頂方向に指向性を有するアンテナ装置が得られる。
図１は比較例としての典型的なλ／４モノポール型のアンテナ装置の斜視図である。 図２は比較例としての典型的な容量給電型アンテナ装置の斜視図である。 図３は図１に示したアンテナ装置の指向性について示す図である。 図４は図２に示したアンテナ装置の指向性について示す図である。 図５は第１の実施形態に係るアンテナ装置３１１の斜視図である。 図６は、図５に示したアンテナ装置３１１の等価回路図である。 図７は第１の実施形態に係るアンテナ装置３１１の指向性について示す図である。 図８はアンテナ装置３１１の概略的な指向性パターンを示す図である。 図９はアンテナ素子の基板への実装位置とスリットの位置との関係を示す図である。 図１０は第２の実施形態に係るアンテナ装置３１２の斜視図である。 図１１は、図１０に示したアンテナ装置３１２の等価回路図である。 図１２は第３の実施形態に係るアンテナ装置３１３の斜視図である。 図１３は、図１２に示したアンテナ装置３１３の等価回路図である。 図１４は第４の実施形態に係るアンテナ装置３１４の斜視図である。 図１５は第４の実施形態に係るアンテナ装置３１５の斜視図である。
《第１の実施形態》
　図５は第１の実施形態に係るアンテナ装置３１１の斜視図である。この図に示すアンテナ装置３１１は、直方体状の誘電体ブロック１０に各種電極が形成されたアンテナ素子１１１と、基材２０に各種電極が形成された基板２１１と、を備えている。
　誘電体ブロック１０は直方体状である。図５に示す状態で、誘電体ブロック１０の上面に第１放射電極の一部である放射電極１１Ｍおよび第２放射電極の一部である放射電極１３Ｍが形成されている。誘電体ブロック１０の右手前の端面に給電電極１２と第２放射電極の一部である放射電極１３Ｓが形成されている。また、誘電体ブロック１０の左後方の端面に第１放射電極の一部である放射電極１１Ｓが形成されている。放射電極１１Ｓと１１Ｍは誘電体ブロック１０の一つの稜で導通している。同様に、放射電極１３Ｓと放射電極１３Ｍは誘電体ブロック１０の一つの稜で導通している。放射電極１１Ｍと放射電極１３Ｍの先端部は所定間隙のスリットＳＬを介して対向している。
　誘電体ブロック１０の下面（基板２１１に対する実装面）には、放射電極１１Ｓ，１３Ｓ及び給電電極１２にそれぞれ導通する実装用電極が形成されている。
　基材２０にはグランド電極２１が形成されている。但し、グランド開口部ＮＧＡには基材２０の両面共にグランド電極２１が形成されていなくて、電気的に開口している。このグランド開口部ＮＧＡには給電端子２２が形成されている。図５では簡略的に表示している。給電端子２２とグランド電極２１との間に給電回路が設けられている（接続されている）。
　前記グランド開口部ＮＧＡにアンテナ素子１１１が実装された状態で、放射電極１１Ｓ，１３Ｓと導通する実装用電極が基板２１１上のグランド電極２１に導通する。また、給電電極１２と導通する実装用電極が基板２１１上の給電端子２２に導通する。
　アンテナ素子１１１の放射電極１３Ｓ，１３Ｍと給電電極１２とは近接していて、両者間に容量が生じる。また、放射電極１１Ｍおよび放射電極１３Ｍの先端同士が対向するスリットＳＬ部分に容量が生じる。
　図６は、図５に示したアンテナ装置３１１の等価回路図である。図５に示した各符号のうち対応する部分には同一符号を付している。図６においてキャパシタＣｓは、図５に示したスリットＳＬ部分に生じる容量である。キャパシタＣｆは、図５に示した放射電極１３Ｍと給電電極１２との間に生じる容量である。キャパシタＣｓｆは給電電極１２と放射電極１３Ｓとの間に生じる容量である。
　このように、給電回路ＦＣの信号はキャパシタＣｆおよびＣｓｆを介して放射電極１３Ｍに給電される。また、第１放射電極（１１Ｍ，１１Ｓ）はキャパシタＣｓを介して第２放射電極（１３Ｍ，１３Ｓ）から給電される。
　図７は第１の実施形態に係るアンテナ装置３１１の指向性について示す図である。図７（Ａ）は基板電流の強度分布を示す図であり、矢印の向きで基板のグランド電極に流れる電流の向きを、矢じりの大きさと濃度で電流の強度をそれぞれ表している。また、図７（Ｂ）はアンテナ装置のｙ－ｚ面（ｚ軸を天頂方向とする基板の平面）における電界強度分布を示す図であり、電界の強度を濃度で表している。
　アンテナ装置３１１では、図７（Ａ）から明らかなように、電流が逆相で打ち消し合う箇所が無い。すなわちヌル点が無い。また、図７（Ａ）に表れているように全体的に上側ほど電流強度が高い。これは、アンテナ素子１１１のスリットＳＬ部が電流最大点となり、このスリットＳＬの位置によりアンテナ素子実装辺の電流のバランスがとられているからである。この例ではアンテナ素子１１１が基板の左上隅に実装されるので、誘電体ブロック１０上のスリットＳＬの位置は、誘電体ブロックの中央より、アンテナ素子実装辺の中央方向に偏位させている。このことにより、電流最大点は基板のアンテナ素子実装辺の中央寄りとなり、アンテナ素子実装辺の全体の電流強度が強くなる。
　このようにアンテナ素子実装辺（天頂方向と定めている基板の一方の短辺）の電流強度が強いため、図７（Ｂ）に表れているように、全体に下半分より上半分の利得が高く、天頂方向にピーク位置が存在する指向性が得られる。
　図８はアンテナ装置３１１の概略的な指向性パターンを示す図である。このように、天頂方向の広い範囲（低仰角から高仰角までの広仰角範囲）に亘って高い利得が得られる。
　図９はアンテナ素子の基板への実装位置とスリットＳＬの位置との関係を示す図である。図９（Ａ）は、既に示したとおりアンテナ素子１１１を基板２１１の左上隅に実装する場合の例である。この場合には、誘電体ブロック上のスリットＳＬの位置を、誘電体ブロックの中央より、基板のアンテナ素子実装辺の中央方向（図中一点鎖線で示す位置方向）に偏位させればよい。図９（Ｂ）は、アンテナ素子１１１Ｒを基板２１１Ｒの右隅に実装する場合の例である。この場合には、誘電体ブロック上のスリットＳＬの位置を、誘電体ブロックの中央より、基板のアンテナ素子実装辺の中央方向（図中一点鎖線で示す位置方向）に偏位させればよい。
《第２の実施形態》
　図１０は第２の実施形態に係るアンテナ装置３１２の斜視図である。この図に示すアンテナ装置３１２は、直方体状の誘電体ブロック１０に各種電極が形成されたアンテナ素子１１２と、基材２０に各種電極が形成された基板２１２と、を備えている。
　誘電体ブロック１０は直方体状である。図１０に示す状態で、誘電体ブロック１０の上面に第１放射電極の一部である放射電極１１Ｍおよび第２放射電極の一部である放射電極１３Ｍが形成されている。誘電体ブロック１０の右手前の端面に給電電極１２と第２放射電極の一部である放射電極１３Ｓが形成されている。また、誘電体ブロック１０の左後方の端面に第１放射電極の一部である放射電極１１Ｓが形成されている。放射電極１１Ｓと１１Ｍは誘電体ブロック１０の一つの稜で導通している。同様に、放射電極１３Ｓと１３Ｍは誘電体ブロック１０の一つの稜で導通している。放射電極１１Ｍと放射電極１３Ｍの先端部は、放射電極１１Ｍおよび放射電極１３Ｍの長手方向に沿った所定間隙のスリットＳＬを介して近接している。
　誘電体ブロック１０の下面（基板２１２に対する実装面）には、容量用電極１４が形成されている。また、放射電極１１Ｓ，１３Ｓ及び給電電極１２にそれぞれ導通する実装用電極が形成されている。放射電極１１Ｓに導通する実装用電極１５は二つに分かれて、基板のグランド電極２１に接続される。このようにそれぞれの実装用電極を対称に配置することによって、半田付け時のセルフアライメント性が高まり、基板２１２に対するアンテナ素子１１２の実装位置精度が高まる。
　基材２０にはグランド電極２１が形成されている。但し、グランド開口部ＮＧＡには基材２０の両面共にグランド電極２１が形成されていなくて、電気的に開口している。このグランド開口部ＮＧＡには給電端子２２、容量電極端子２４及びその引出端子２５が形成されている。給電端子２２とグランド電極２１との間に給電回路が設けられている。
　給電端子２２とグランド電極２１との間には、図１０に示すように整合素子３１が必要に応じて接続される。
　前記グランド開口部ＮＧＡにアンテナ素子１１２が実装された状態で、放射電極１１Ｓ，１３Ｓと導通する実装用電極が基板２１２上のグランド電極２１に導通する。さらに、給電電極１２と導通する実装用電極が基板２１２上の給電端子２２に導通する。
　アンテナ素子１１２の第２放射電極（１３Ｓ，１３Ｍ）と給電電極１２とは近接していて、両者間に容量が生じる。また、放射電極１１Ｍおよび放射電極１３Ｍの先端同士が対向するスリットＳＬ部分に容量が生じる。
　引出端子２５とグランド電極２１との間には共振周波数調整素子３２が必要に応じて実装される。
　図１１は、図１０に示したアンテナ装置３１２の等価回路図である。図１０に示した各符号のうち対応する部分には同一符号を付している。図１１においてキャパシタＣｓは、図１０に示したスリットＳＬ部分に生じる容量である。キャパシタＣｆは、図１０に示した放射電極１１Ｍと給電電極１２との間に生じる容量である。キャパシタＣｃは放射電極１１Ｍと容量用電極１４との間に生じる容量である。キャパシタＣｓｆは給電電極１２と放射電極１３Ｓとの間に生じる容量である。
　このように、給電回路ＦＣの信号はキャパシタＣｆおよびＣｓｆから放射電極１３ＭのスリットＳＬを介して放射電極１１Ｍに給電される。また、第２放射電極（１３Ｍ，１３Ｓ）はキャパシタＣｓを介して放射電極１１Ｍから給電される。さらに、キャパシタＣｃ及び共振周波数調整素子３２によってアンテナ装置の共振周波数が所定値に設定される。
　図１０に示した例では、アンテナ素子１１２は基板の左上隅に実装するので、スリットＳＬは誘電体ブロック１０の中央より右側に偏位している。基板の右上隅にアンテナ素子を実装する場合は、スリットが誘電体ブロックの中央より左側に偏位したアンテナ素子を実装すればよい。
《第３の実施形態》
　図１２は第３の実施形態に係るアンテナ装置３１３の斜視図である。この図に示すアンテナ装置３１３は、直方体状の誘電体ブロック１０に各種電極が形成されたアンテナ素子１１３と、基材２０に各種電極が形成された基板２１３と、を備えている。
　図１２に示す状態で、誘電体ブロック１０の上面に第１放射電極の一部である放射電極１１Ｍおよび第２放射電極の一部である放射電極１３Ｍが形成されている。誘電体ブロック１０の右手前の端面に第２放射電極の一部である放射電極１３Ｓが形成されている。また、誘電体ブロック１０の左後方の端面に第１放射電極の一部である放射電極１１Ｓが形成されている。放射電極１１Ｓと放射電極１１Ｍは誘電体ブロック１０の一つの稜で導通している。同様に、放射電極１３Ｓと放射電極１３Ｍは誘電体ブロック１０の一つの稜で導通している。放射電極１１Ｍと放射電極１３Ｍの先端部はスリットＳＬを介して近接している。スリットＳＬはクランク形状に限らず、アンテナの幅が広い場合など、容量が十分に取れる場合には直線状のスリット形状となる。
　基材２０にはグランド電極２１が形成されている。但し、グランド開口部ＮＧＡには基材２０の両面共にグランド電極２１が形成されていなくて、電気的に開口している。このグランド開口部ＮＧＡには給電端子２２が形成されている。給電端子２２とグランド電極２１との間に給電回路が設けられている。ここで、給電端子２２とグランド電極２１は、図１２に示すように、Ａ部で直接つながっている。
　前記グランド開口部ＮＧＡにアンテナ素子１１３が実装された状態で、放射電極１１Ｓが基板２１３上のグランド電極２１に導通する。放射電極１３Ｓは基板２１３上の給電端子２２に導通する。
　アンテナ素子１１３の放射電極１１Ｍ，１３Ｍの先端同士が対向するスリットＳＬ部分に容量が生じる。
　図１３は、図１２に示したアンテナ装置３１３の等価回路図である。図１２に示した各符号のうち対応する部分には同一符号を付している。図１２においてキャパシタＣｓは、図１２に示したスリットＳＬ部分に生じる容量である。給電回路ＦＣの信号は放射電極１３Ｓに直接給電される。
　このように直接給電であっても、給電端子２２→第２放射電極（１３Ｓ，１３Ｍ）→第１放射電極（１１Ｍ，１１Ｓ）→グランド電極２１、の経路で電流が流れるので、容量給電の場合と同様に基板のグランド電極２１に電流が流れる。給電方式の違いで電流の強度分布は変わらないため、このように容量給電ではなく直接給電であっても同様に適用できる。
《第４の実施形態》
　図１４・図１５は第４の実施形態に係る二種類のアンテナ装置３１４，３１５の斜視図である。
　図１４に示すアンテナ装置３１４は、直方体状の誘電体ブロック１０に各種電極が形成されたアンテナ素子１１４と、基材２０に各種電極が形成された基板２１１と、を備えている。図１４に示す状態で、誘電体ブロック１０の右後方面に第１放射電極の一部である放射電極１１Ｍおよび第２放射電極の一部である１３Ｍが形成されている。誘電体ブロック１０の右手前の端面に給電電極１２と第２放射電極の一部である放射電極１３Ｓが形成されている。また、誘電体ブロック１０の左後方の端面に第１放射電極の一部である放射電極１１Ｓが形成されている。放射電極１１Ｓと放射電極１１Ｍは誘電体ブロック１０の一つの稜で導通している。同様に、放射電極１３Ｓと放射電極１３Ｍは誘電体ブロック１０の一つの稜で導通している。放射電極１１Ｍと放射電極１３Ｍの先端部は所定間隙のスリットＳＬを介して対向している。その他の構成は、第１の実施形態で図５に示したアンテナ装置と同様である。
　図１５に示すアンテナ装置３１５は、直方体状の誘電体ブロック１０に各種電極が形成されたアンテナ素子１１５と、基材２０に各種電極が形成された基板２１３と、を備えている。図１５に示す状態で、誘電体ブロック１０の右後方面に放射電極１１Ｍ，１３Ｍが形成されている。誘電体ブロック１０の右手前の端面に放射電極１３Ｓが形成されている。また、誘電体ブロック１０の左後方の端面に放射電極１１Ｓが形成されている。放射電極１１Ｓと放射電極１１Ｍは誘電体ブロック１０の一つの稜で導通している。同様に、放射電極１３Ｓと放射電極１３Ｍは誘電体ブロック１０の一つの稜で導通している。放射電極１１Ｍと放射電極１３Ｍの先端部は、クランク形状のスリットＳＬを介して近接している。その他の構成は、第３の実施形態で図１２に示したアンテナ装置と同様である。
　このように、放射電極とスリットが基板のグランド電極２１に対して垂直な面に形成されているアンテナ素子を実装した場合でも、グランド電極２１には第１～第３の実施形態で示したアンテナ装置の場合と同様の電流が流れる。すなわち、基板のグランド電極に流れる電流が支配的であるので、天頂側になる面にスリットを設ける場合と側面にスリットを設ける場合とで、電流強度分布の差が小さい。そのため、放射電極とスリットが基板のグランド電極に対して垂直な面に形成されているアンテナ素子を実装するアンテナ装置にも適用できる。
　なお、基板のアンテナ素子実装位置の裏面にグランド電極が形成されているアンテナ装置にも本発明は適用できる。このタイプのアンテナ装置では、基板の実装面のグランド開口部の内周囲に沿ってグランド電極が流れ、この電流による放射が裏面のグランド電極によって阻害されるが、基板電流の強度分布は、グランド開口部にアンテナ素子を実装したタイプと同じ傾向となるので、指向性は天頂方向に保つことが可能である。
ＦＣ…給電回路
ＮＧＡ…グランド開口部
ＮＰ，ＮＰ１，ＮＰ２…ヌル点
ＰＰ…ピーク点
ＳＬ…スリット
１０…誘電体ブロック
１１…放射電極
１１Ｓ，１１Ｍ…第１放射電極
１２…給電電極
１３Ｓ，１３Ｍ…第２放射電極
１４…容量用電極
１５…実装用電極
２０…基材
２１…グランド電極
２２…給電端子
２４…容量電極端子
２５…引出端子
３２…共振周波数調整素子
１０１，１０２…アンテナ素子
１１１，１１１Ｒ…アンテナ素子
１１２～１１５…アンテナ素子
２０１，２０２…基板
２１１，２１１Ｒ…基板
２１２，２１３…基板
３１１～３１５…アンテナ装置

Claims (4)

  1. 　直方体状の誘電体ブロックに複数の電極が形成されたアンテナ素子と、基材にグランド電極が形成された基板と、を備え、
    　前記複数の電極は、少なくとも第１放射電極と第２放射電極を備え、
    　前記第１放射電極の第１の端部は前記基板のグランド電極に接続され、
    　前記第２放射電極の第１の端部は前記基板の給電部に容量を介して又は直接に接続され、
    　第１・第２放射電極の第２の端部同士は所定間隙のスリットを隔てて対向し、
    　前記アンテナ素子は、長手方向が前記基板の一辺に沿って且つ一方の隅部寄りに配置され、
    　前記誘電体ブロック上の前記スリットの位置は、前記誘電体ブロックの中央より前記基板の一辺の中央方向に偏位している、アンテナ装置。
  2. 　前記基板にグランド開口部を備え、前記アンテナ素子は前記グランド開口部に実装された、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記第１放射電極は前記誘電体ブロックの第１の端面から上面にかけて形成され、
    　前記第２放射電極は、前記第１の端部がグランド電極に接続されて前記誘電体ブロックの第２の端面から上面にかけて形成され、
    　前記誘電体ブロックの第２の端面に、前記第２放射電極との間で前記容量を生じさせる給電電極が形成され、
    　前記スリットは前記誘電体ブロックの上面に設けられた、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記第１放射電極は前記誘電体ブロックの第１の端面から上面にかけて形成され、
    　前記第２放射電極は、前記第１の端部が前記給電部に接続されて前記誘電体ブロックの第２の端面から上面にかけて形成され、
    　前記スリットは前記誘電体ブロックの上面に設けられた、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
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