JP2000223933A

JP2000223933A - アンテナ素子

Info

Publication number: JP2000223933A
Application number: JP11023980A
Authority: JP
Inventors: Yuta Sugiyama; 雄太杉山; Toshimasa Kawamura; 利正河村; Hiroshi Aoyama; 博志青山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】片側短絡型パッチアンテナとほぼ同等の放射
特性を持ちながら、アンテナ素子の共振周波数の調整が
容易で効率的なアンテナ素子を提供すること。【解決手段】概ね直方体の誘電体基板１の上面に形成
された放射導体２と、誘電体裏面に形成された接地導体
３と、前記放射導体２と接地導体３を電気的に短絡する
ために誘電体基板の横側面１０に形成された短絡導体４
と、前記放射導体２と同じ面上に形成され放射導体２と
電気的に接続され且つ誘電体基板の縦側面１１に接する
連絡導体５と、この連絡導体５と接地導体３を接続する
ため縦側面１１に形成された接続導体６とからなるアン
テナ素子であって、前記誘電体基板上面に配置された連
絡導体５に切込みを入れることによって共振周波数の調
整を容易ならしめたアンテナ素子である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信に供する
アンテナに関し、小型で携帯可能なマイクロ波無線通信
機に用いられるアンテナ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年マイクロ波無線通信機に対する軽薄
短小化の要求にともない、マイクロ波無線通信機に搭載
されるアンテナも低廉化に加え小型化の要請が強い。た
とえば携帯電話端末機で使用するアンテナは、電話機筐
体から引き出し可能で、かつ筐体に収容可能なモノポー
ルアンテナ等が使用されているが、さらに携帯性を向上
させる観点から、アンテナは更なる小形軽量化と共に電
話機筐体への内蔵化が望まれている。近年、アンテナ素
子の小型化を目的として、高誘電率を持つ基板上に作成
されたマイクロストリップアンテナが用いられており、
そのなかでも片側短絡型パッチアンテナは、特に小型で
あるという特徴を持つ。この片側短絡型パッチアンテナ
は、方形の放射導体を基板上面に形成し、接地導体を裏
面に形成し、放射導体と接地導体を電気的に短絡する短
絡導体を側面に形成することで作成される。その共振周
波数は、基板が薄い場合には、主に放射導体の長さによ
って決まるので設計も容易という特徴も持つ。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アンテ
ナ素子は実際に機器に実装した場合には、周囲の部品や
機器の筐体の影響を受け、共振周波数が設計よりずれて
しまうことが多い。この現象は片側短絡型パッチアンテ
ナにおいても例外でなく、片側短絡型パッチアンテナが
用いられる可能性の高い小型携帯無線機器では実装が高
密度に行われるため、周辺素子の影響を受けやすく、こ
の現象が顕著になりやすい。このような場合に、アンテ
ナを実装したままで、共振周波数を容易に調整すること
ができれば、設計変更の必要もなくなり、製造上非常に
有利である。

【０００４】ところが、片側短絡型パッチアンテナで
は、図５に示すように放射導体に切り込みを入れること
で調整可能ではあるが、切込み量に対して共振周波数の
変化量が極めて小さく、したがって調整するためには切
込みを大きくいれることが必要であるため、作業が煩雑
となるし、レーザートリミングなどによる調整では時間
もかかりコストが高くなってしまうという問題がある。

【０００５】そこで本発明では、片側短絡型パッチアン
テナとほぼ同等の放射特性を持ちながら、アンテナ素子
の共振周波数の調整が容易で効率的なアンテナ素子を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のアンテナ素子
は、概ね直方体の誘電体基板の上面に形成された放射導
体と、誘電体裏面に形成された接地導体と、前記放射導
体と前記接地導体を電気的に短絡するために前記誘電体
基板の横側面に形成された短絡導体と、前記放射導体と
同じ面上に形成され前記放射導体と電気的に接続され且
つ前記誘電体基板の縦側面に接する連絡導体と、前記連
絡導体と前記接地導体を接続するため前記縦側面に形成
された接続導体とからなるアンテナ素子であって、前記
誘電体基板上面に配置された前記連絡導体に切込みを入
れることによって共振周波数の調整を容易ならしめたこ
とを特徴とする。

【０００７】通常のアンテナ素子は実装状態においては
誘電体側面や裏面には加工を施し難いため、誘電体上面
に共振周波数調整のための手段を形成するとアンテナ素
子を無線装置に実装したあとでも調整が可能となり都合
が良い。ここでは放射導体に隣接する連絡導体を別途設
け、共振時の電流経路が容易に延長されるように前記連
絡導体へ切込みが入れられるように構成した。また、こ
のような前記連絡導体と前記接続導体のような共振周波
数調整のための手段は複数あってもよく、例えば図３の
ように構成しても良い。また、上記した切り込みを入れ
る手段としてはレーザートリミング等があげられ、切り
込みを入れる方向は電流経路が延長する方向に行うもの
である。

【０００８】また、誘電体基板上部に形成された放射導
体が誘電体基板の隣接する横側面及び縦側面に接するよ
うな場合には、前記連絡導体を省くことも可能である。
このような場合には、図４のように前記接続導体を前記
放射導体と前記接地導体を接続するように縦側面に形成
すればよい。共振周波数調整には、この接続導体と前記
放射導体の接続部分に切込みをいれることで上記と同様
な特徴を発揮できる。尚、本発明において、誘電体基板
の横側面および縦側面の名称は便宜的に設けたものであ
って、その位置と構成を特定するものではない。

【０００９】次に、本発明の作用を従来の片側短絡型パ
ッチアンテナと比較しつつ説明する。図５は片側短絡型
パッチアンテナに周波数調整用に切り込み２５’をいれ
たところを示した図である。このように切込みをいれる
ことによって、電流の経路が変化する。図６にこの様子
をアンテナ上部から模式的に見た様子を示す。図６にお
いて点線２０で示した電流経路は、切込みによって最も
大きく変化する電流経路の切込み前のものであり、他方
の実線２１で示した経路は切り込み後のものである。こ
のように、切込みにより電気路長が伸びるため、共振周
波数は低くなり、調整が可能となる。従って、この場合
の切込みは電流経路に対し平行にいれても切込みの幅が
小さいために電流経路の変化はほとんどないため意味を
なさない。電流経路をもっとも大きく変化させるには垂
直に入れるが、この場合電流経路の変化は次式で表され
ることになる。

【００１０】

【数１】

【００１１】ここでΔＬは電流経路の変化量、Rは放射
導体の長さ、ｘは切り込みの長さである。いま、小さい
切込みで共振周波数を調整しようとしているのであるか
ら、ｘはLに比べて小さいとすると、数１の平方根をテ
イラー展開すれば次式で近似される。

【００１２】

【数２】

【００１３】この式からわかるようにｘがRに比べ小さ
い場合には、電流経路の長さの変化ΔLは切込み量ｘに
比して極めて小さく、したがって共振周波数の変化も小
さいことがわかる。

【００１４】これに対して、本発明のアンテナ素子に切
込みを入れた様子を図２に示す。図７はその時の電流の
経路の変化を模式的に示した図であり、点線２２で示し
た電流経路は、切込みによって最も大きく変化する電流
経路の切込み前のものであり、他方の実線２３で示した
経路は切り込み後のものである。本発明の場合は、図か
ら明らかなように電流経路が切込みに沿って延長される
ので、このときの電流経路の長さの変化は、次式のよう
になる。

【００１５】

【数３】

【００１６】すなわち、切込み量ｘと同程度の電流経路
長の変化ΔLが期待され、共振周波数は少ない切込みに
より調整可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係るアン
テナ素子の斜視図であって、（ａ）は正面上部から、
（ｂ）は背面上部から、（ｃ）は裏側からそれぞれ見た
斜視図である。図２は、図１の例に共振周波数調整のた
めに切込みをいれた斜視図である。図３は、本発明の他
の一実施例に係るアンテナ素子の斜視図であって、
（ａ）は正面上部から、（ｂ）は背面上部からそれぞれ
見た斜視図である。図４は、本発明の更に他の実施例に
係るアンテナ素子の斜視図であって、（ａ）は背面上部
から、（ｂ）はこれに切込みを入れた状態を示す斜視図
である。

【００１８】図において、１は概ね直方体の誘電体基板
であって、その上面には放射導体２が、他方の裏面には
接地導体３がそれぞれ形成され、一方の横側面（長手方
向の側面）１０には前記放射導体２と接地導体３を電気
的に短絡する短絡導体４と、縦側面１１には下記する連
絡導体５と連接する接続導体６がそれぞれ形成されてい
る。そして、誘電体基板１の上面には放射導体２と電気
的に接続された連絡導体５と給電線路８が設けられると
いうものである。連絡導体５等に形成する切り込みはレ
ーザトリミングによるのが望ましく、例えばＹＡＧレー
ザ、エキシマレーザ、炭酸ガスレーザ等が考えられる
が、導体の構成材料によってレーザの吸収率が異なるの
で、導体材料によって適宜選択することが好ましい。

【００１９】

【実施例】（実施例１）本発明によるアンテナ素子の実
施例１について説明する。まず、初めに試料の作成方法
について説明する。Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＰｂＯ、Ｃ
ａＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏを所定の組成となるように秤量
し、湿式ボールミルで混合した後、これを乾燥し、解砕
し、さらに仮焼して仮焼粉を作成した。さらにこの仮焼
粉にバインダーとしてＰＶＡ（ポリビニルアルコール）
を添加し圧縮成形して得た成形体を焼結し、得られた焼
結体をダイシングマシンで切削加工して、厚さ４ｍｍで
横２０ｍｍ、縦１０ｍｍとしたものを誘電体基板（比誘
電率εｒ＝８，５．８ＧＨｚにおける誘電損失ｔａｎδ
＝０．０００６）として用いた。この外表面にスクリー
ン印刷法によりＡｇを主体とする導電ペーストを用いて
図１に示すように放射導体２、接地導体３、短絡導体
４、連絡導体６、接続導体５、給電線路８を印刷し、８
５０℃で焼き付けてアンテナ素子を作成した。

【００２０】図１はこのようにして作成したアンテナ素
子の斜視図であるが、放射導体２の大きさは、１６ｍｍ
×８ｍｍである。このように作成したアンテナ素子の共
振周波数は２．９０GHzであって、これに対し図２のよ
うに切込み２５を入れていって、共振周波数の変化量を
測定した。

【００２１】また、本発明の効果を検証するために、同
時に片側短絡型パッチアンテナについても作成した。比
較のため誘電体基板、導体ペーストの材料は同じ物を用
いた。誘電体基板は、前記焼結対を厚さ４ｍｍで横２０
ｍｍ、縦８ｍｍに切削加工した物を用いた。放射導体も
本発明のアンテナ素子と同じペーストを用い、同じスク
リーン印刷により作成した。尚、放射導体の大きさは１
６ｍｍ×６ｍｍである。

【００２２】両者の切込み量に対する共振周波数の変化
量をグラフにしたものが図８である。実線で示したグラ
フが本発明のアンテナ素子であり、点線が従来の片側短
絡型パッチアンテナである。図８から明らかなように、
本発明のアンテナ素子では、少量の切込み量により共振
周波数の調整が幅広く可能となることがわかった。尚、
切り込みは上記したようにレーザーを用いてトリミング
することが望ましいが、場合によっては、グラインダー
などの機械的な切削によることも可能である。どちらに
しても、共振周波数調整のための切込み量が少なくて済
む方が製造上有利である。

【００２３】（実施例２）次に図３に示すように、連絡
導体５と接続導体６を両側にそれぞれ合計２セットもつ
アンテナ素子を作成した。誘電体基板１の材料や大き
さ、導体の材料や形成方法は実施例１と同じとした。本
例では、実施例１のアンテナ素子と比較し、共振周波数
が１１％ほど高く３．２２GHzとなったものの、連絡導
体を２つ設けたことにより、可能な切込み量が増え共振
周波数の調整幅は実施例１と比較し約５０％増加した。

【００２４】（実施例３）次に図４に示すように、放射
導体２が誘電体基板１の縦側面１１及び横側面１０に接
するアンテナ素子を試作した。誘電体基板１の材料や大
きさ、導体の材料や形成方法は実施例１と同じとした。
この場合、共振周波数の調整のための切込みは図３
（ｂ）のように入れ、共振周波数の変化を観測したとこ
ろ、実施例１と同様の良い特性が得られた。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、実装後において
も共振周波数の調整が容易に、かつ効率的に行えるアン
テナ素子を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るアンテナ素子の斜視図
であって、(a)は正面上部から、(b)は背面上部から、
(c)は裏側からそれぞれ見た斜視図である。

【図２】本発明の実施例１におけるアンテナ素子に対し
て共振周波数調整のために切込みをいれたときの斜視図
である。

【図３】本発明の他の一実施例に係るアンテナ素子の斜
視図であって、(a)は正面上部から、(b)は背面上部から
それぞれ見た斜視図である。

【図４】本発明の他の一実施例に係るアンテナ素子の斜
視図であって、(a)は背面上部からみた斜視図であっ
て、(b)はこれに切込みを入れた状態を示す斜視図であ
る。

【図５】従来の片側短絡型パッチアンテナに対して共振
周波数調整のために切込みをいれたときの上部から見た
斜視図である

【図６】従来の片側短絡型パッチアンテナの切込みによ
る共振周波数調整の原理を説明するための模式図である

【図７】本発明のアンテナ素子の切込みによる共振周波
数調整の原理を説明するための模式図である。

【図８】本発明の実施例１において、調整のための切込
みを入れたときの共振周波数の変化を従来の片側短絡型
パッチアンテナと比較したグラフである。

【符号の説明】

１：誘電体基板２：放射導体３：接地導体４：短絡導体５：連絡導体６：接続導体８：給電線路１０：横側面１１：縦側面２０：従来例における切込みを入れる前の電流経路２１：従来例における切込みを入れた後の電流経路２２：実施例における切込みを入れる前の電流経路２３：実施例における切込みを入れた後の電流経路２５：切込み

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】概ね直方体の誘電体基板の上面に形成さ
れた放射導体と、誘電体裏面に形成された接地導体と、
前記放射導体と前記接地導体を電気的に短絡するために
前記誘電体基板の横側面に形成された短絡導体と、前記
放射導体と同じ面上に形成され前記放射導体と電気的に
接続され且つ前記誘電体基板の縦側面に接する連絡導体
と、前記連絡導体と前記接地導体を接続するため前記縦
側面に形成された接続導体とからなるアンテナ素子であ
って、前記誘電体基板上面に配置された前記連絡導体に
切込みを入れることによって共振周波数の調整を容易な
らしめたことを特徴とするアンテナ素子。
【請求項２】前記連絡導体と接続導体が前記放射導体
の両側に設けられていることを特徴とする請求項１記載
のアンテナ素子。
【請求項３】概ね直方体の誘電体基板の上面に形成さ
れた放射導体と、前記誘電体裏面に形成された接地導体
と、前記放射導体と前記接地導体を電気的に短絡するた
めに前記誘電体基板の横側面に形成された短絡導体と、
前記誘電体基板の縦側面に形成された接続導体とからな
るアンテナ素子であって、前記放射導体が前記誘電体基
板の横側面及び縦側面と接している形状を持ち、前記接
続導体は、前記放射導体と前記接地導体を接続するよう
に形成され、前記放射導体と前記接続導体の接続部分に
切込みを入れることによって共振周波数の調整を容易な
らしめたことを特徴とするアンテナ素子。
【請求項４】前記切り込みの方向は、電流経路が延長
する方向に行うことを特徴とする請求項１乃至３記載の
アンテナ素子。