JP2000286615A

JP2000286615A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2000286615A
Application number: JP11087264A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Mizuno; 和幸水野; Takami Hirai; 隆己平井; Yasuhiko Mizutani; 靖彦水谷; Hiroyuki Arai; 宏之新井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP3889179B2

Abstract

(57)【要約】【課題】配線基板にアンテナ装置とは別途にインピーダ
ンス整合回路を実装することなくインピーダンス整合が
できるようにして、アンテナ装置を有する電子機器や通
信機器等の小型化を図る。【解決手段】アンテナ部１６とアース電極１８及び２０
とを有する誘電体基板１２に、アンテナ部１６のインピ
ーダンスを給電線路の特性インピーダンスに整合するた
めのインピーダンス整合回路部２２を形成し、アンテナ
部１６とインピーダンス整合回路部２２とを一体化して
構成する。この場合、誘電体基板１２を多数の誘電体層
Ｓ１〜Ｓ４を積層して構成し、アンテナ部１６を誘電体
基板１２の一主面に形成し、インピーダンス整合回路部
２２を誘電体基板１２に内装して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体基体の表面
に電極膜によるアンテナパターンを形成したアンテナ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、アンテナ装置の小型化並びに
通信機の小型化を図るために、例えば誘電体基体の表面
に電極膜によるアンテナパターンを形成したものが多数
提案されている（例えば特開平１０−４１７２２号公
報、特開平９−１６２６３３号公報、特開平１０−３２
４１３号公報参照）。

【０００３】これらのアンテナ装置の多くは、配線基板
に直接実装して使用でき、このことが長所の１つとなっ
ている。

【０００４】一方、基板に実装される電子部品は、特性
インピーダンスが５０オームで使用されることを前提と
して作製されている。従って、アンテナ装置への給電線
路の特性インピーダンスも５０オームとなる。

【０００５】しかし、アンテナ装置のインピーダンス
は、一般に５０オームでないため、インダクタンスやキ
ャパシタンスを並列、直列に組み合わせたもの（インピ
ーダンス整合回路）を前記アンテナ装置とは別途に配線
基板に実装してインピーダンスの整合をとるようにして
いるため、アンテナ装置を有する電子機器や通信機器等
の小型化に限界が生じるという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような課
題を考慮してなされたものであり、配線基板にアンテナ
装置とは別途にインピーダンス整合回路を実装すること
なくインピーダンス整合ができ、アンテナ装置を有する
電子機器や通信機器等の小型化を図ることができるアン
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】本発明に係るアンテナ装
置は、アンテナ部とインピーダンス整合回路部とが１つ
の誘電体基板に一体化されて構成される。そのため、配
線基板にアンテナ装置とは別途にインピーダンス整合回
路を実装することなくインピーダンス整合ができ、アン
テナ装置を有する電子機器や通信機器等の小型化を図る
ことができる。

【０００８】そして、前記構成において、前記誘電体基
板を多数の誘電体層を積層して構成し、前記インピーダ
ンス整合回路部を前記誘電体基板に内装して構成しても
よい。

【０００９】この場合、前記インピーダンス整合回路部
は、前記アンテナ部と前記アース電極間に直列接続され
た２つの容量と、前記２つの容量の接続点と前記給電線
路の給電点との間に接続されたインダクタンスとを有す
るようにしてもよい。

【００１０】具体的には、前記インピーダンス整合回路
部は、前記誘電体基板に内装され、前記アンテナ部と容
量結合される第１の電極と、前記誘電体基板に内装さ
れ、前記アース電極と容量結合される第２の電極と、前
記誘電体基板に内装され、前記第１及び第２の電極とを
電気的に接続するスルーホールと、前記誘電体基板に内
装され、前記スルーホールと前記給電線路の給電点との
間に形成されたインダクタンスとを有して構成すること
ができる。

【００１１】また、前記インピーダンス整合回路部は、
前記アンテナ部と前記給電線路の給電点との間に接続さ
れた容量を有するようにしてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るアンテナ装置
のいくつかの実施の形態例を図１〜図１２を参照しなが
ら説明する。

【００１３】まず、第１の実施の形態に係るアンテナ装
置１０Ａは、図１に示すように、複数枚の板状の誘電体
層が積層、焼成されて構成された誘電体基板１２の上面
に電極膜により形成されたモノポールアンテナ１４から
なるアンテナ部１６と、前記誘電体基板１２の側面や下
面等に形成されたアース電極２０と、前記誘電体基板１
２に内装されたインピーダンス整合回路部２２とを具備
して構成されている。

【００１４】具体的には、前記誘電体基板１２は、図１
に示すように、上から順に、第１の誘電体層Ｓ１〜第４
の誘電体層Ｓ４が積み重ねられて構成されている。これ
ら第１〜第４の誘電体層Ｓ１〜Ｓ４はそれぞれ１枚ある
いは複数枚の層にて構成される。前記インピーダンス整
合回路部２２は、第２の誘電体層Ｓ２の上面から第４の
誘電体層Ｓ４の上面にかけて形成されている。

【００１５】また、図２Ａに示すように、誘電体基板１
２の外周面のうち、例えば一側面に、アンテナ部１６に
給電を行う図示しない給電回路からの給電線路の給電点
（給電用電極）２４が形成され、図２Ｂに示すように、
誘電体基板１２の下面と両側面の一部にかけてアース電
極２０が形成されている。

【００１６】そして、この第１の実施の形態に係るアン
テナ装置１０Ａにおいては、第１の誘電体層Ｓ１の一主
面（誘電体基板１２の上面となる面）に短冊状のモノポ
ールアンテナ１４が形成され、第２の誘電体層Ｓ２の一
主面に前記アンテナ１４と容量結合される第１の電極３
０が形成されている。

【００１７】また、第３の誘電体層Ｓ３の一主面に、一
端が給電点２４に接続されたストリップラインの引き回
しによるインダクタンス３２が形成され、第４の誘電体
層Ｓ４の一主面に該第４の誘電体層Ｓ４の他主面（誘電
体基板１２の下面となる面）に形成されたアース電極２
０と容量結合される第２の電極３４が形成されている。

【００１８】前記第１の電極３０と、インダクタンス３
２の他端と、第２の電極３４とは、第２の誘電体層Ｓ２
と第３の誘電体層Ｓ３を貫通するスルーホール３６を通
じて互いに電気的に接続され、これら第１の電極３０、
インダクタンス３２及び第２の電極３４にてインピーダ
ンス整合回路部２２が構成される。

【００１９】第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０
Ａは、基本的には以上のように構成されるものである
が、ここで、各電極の電気的な結合について図３及び図
４を参照しながら説明する。

【００２０】まず、アンテナ部１６を構成するモノポー
ルアンテナ１４と第１の電極３０との間に静電容量Ｃ１
が形成され、第２の電極３４とアース電極２０との間に
静電容量Ｃ２が形成され、これら第１の電極３０及び第
２の電極３４がスルーホール３６を通じて直列接続され
たかたちとなる。

【００２１】更に、これら２つの静電容量Ｃ１及びＣ２
のスルーホール３６による接続点と給電点２４との間に
インダクタンス３２が接続される。

【００２２】即ち、この第１の実施の形態に係るアンテ
ナ装置１０Ａにおいては、図４に示すように、アンテナ
１４とアース電極２０との間に２つの静電容量Ｃ１及び
Ｃ２が直列接続され、これら２つの静電容量Ｃ１及びＣ
２の接続点ａと給電点２４との間にインダクタンスＬが
接続され、１つの誘電体基板１２においてアンテナ部１
６とインピーダンス整合回路部２２とが一体化されたか
たちとなる。

【００２３】従来のアンテナ装置では、該アンテナ装置
のインピーダンスを給電線路の特性インピーダンスに整
合させるために、インピーダンス整合回路を別途用意し
て配線基板にアンテナ装置とインピーダンス整合回路を
実装するようにしていたが、第１の実施の形態に係るア
ンテナ装置１０Ａでは、アンテナ部１６とインピーダン
ス整合回路部２２とが一体化されているため、アンテナ
装置１０Ａのインピーダンス、即ち、給電点２４でのイ
ンピーダンスは、給電線路の特性インピーダンス（５０
オーム）に整合されており、配線基板に別途インピーダ
ンス整合回路を実装する必要がない。

【００２４】ここで、２つの実験例（便宜的に第１及び
第２の実験例と記す）を説明する。まず、第１の実験例
は、ネットワークアナライザを使用して、比較例と実施
例の１．５〜３ＧＨｚにわたる反射係数がどのように変
化するかを極座標表示して確かめたものである。

【００２５】実施例は、第１の実施の形態に係るアンテ
ナ装置１０Ａと同じ構成を有し、比較例は、第１の実施
の形態に係るアンテナ装置１０Ａにおいてインピーダン
ス整合回路部２２を除去した構成を有する。

【００２６】第１の実験例の結果を図５に示す。実施例
の反射特性を実線ａで示し、比較例の反射特性を破線ｂ
で示す。

【００２７】アンテナ装置１０Ａのインピーダンスを
Ｚ、給電線路の特性インピーダンスをＺ₀とし、正規化
インピーダンスをＺ／Ｚ₀＝ｒ＋ｊｘとしたとき、アン
テナ装置１０ＡのインピーダンスＺが特性インピーダン
スＺ₀に整合するとは、Ｚ／Ｚ ₀＝１となること、即
ち、図５のスミスチャート上において、ｒ＝１であっ
て、かつ、ｘ＝０のポイントＰを通過することが必須と
なる。

【００２８】実施例は、その反射特性中、×で示すよう
に、（ｒ，ｘ）＝（１，０）のポイントＰを通過してお
り、アンテナ装置１０ＡのインピーダンスＺが特性イン
ピーダンスＺ₀に整合されていることがわかる。なお、
ポイントＰでの周波数は２３５２ＭＨｚであった。

【００２９】一方、比較例は、前記ポイントＰを通過し
ておらず、インピーダンスＺが整合されていないことが
わかる。参考のため、比較例の反射特性において周波数
２３５２ＭＨｚのポイントを●で示す。

【００３０】次に、第２の実験例は、前記比較例と実施
例の反射減衰量（リターンロス）をみたものであり、こ
の第２の実験例の結果を図６に示す。図６において、実
施例の周波数特性を実線ｃで示し、比較例の周波数特性
を破線ｄで示す。

【００３１】図６から、比較例においては、前記周波数
２３５２ＭＨｚにおいてわずかに反射減衰量が増加して
いるが、その量は−１０ｄＢまで達せず、アンテナ装置
のインピーダンスＺが特性インピーダンスＺ₀と整合が
とれていないことがわかる。

【００３２】一方、実施例においては、前記周波数２３
５２ＭＨｚにおいて大幅に反射減衰量が増加し、その量
も−５０ｄＢまで達しており、アンテナ装置のインピー
ダンスＺが特性インピーダンスＺ₀と整合がとれている
ことがわかる。

【００３３】このように、第１の実施の形態に係るアン
テナ装置１０Ａは、アンテナ部１６とインピーダンス整
合回路部２２とが１つの誘電体基板１２に一体化されて
構成されているため、配線基板にアンテナ装置１０Ａと
は別途にインピーダンス整合回路を実装することなくイ
ンピーダンス整合ができ、アンテナ装置１０Ａを有する
電子機器や通信機器等の小型化を図ることができる。

【００３４】上述の第１の実施の形態に係るアンテナ装
置１０Ａは、誘電体基板１２の上面にアンテナ部１６を
構成するアンテナを形成するようにしたが、その他、図
７に示す変形例に係るアンテナ装置１０Ａａのように、
アンテナ１４が形成された第１の誘電体層Ｓ１上に別の
誘電体層Ｓ５を積層することにより、アンテナ１４を誘
電体基板１２内に形成するようにしてもよい。

【００３５】次に、第１の実施の形態に係るアンテナ装
置１０Ａの製造方法について説明する。第１の実施の形
態に係るアンテナ装置１０Ａにおいては、各種電極を誘
電体基板１２内に内装することから、これらの電極は、
損失の少ない比抵抗の低いものを用いることが望まし
く、低抵抗のＡｇ系、もしくはＣｕ系の導体を用いるこ
とが好ましい。

【００３６】使用する誘電体としては、信頼性が高く、
誘電率の選択の幅が広いもの、即ち、セラミック誘電体
が好ましい。この場合、アンテナ装置１０Ａの小型化を
有効に図ることができる。

【００３７】また、製造方法としては、セラミック粉末
の成形体に導体ペーストを塗布して電極パターンを形成
した後、各々の成形体を積層し、更に焼成して緻密化
し、導体がその内部に積層された状態でセラミック誘電
体と一体化することが望ましい。

【００３８】Ａｇ系やＣｕ系の導体を使用する場合に
は、それらの導体の融点が低く、通常の誘電体材料と同
時焼成することは困難であることから、それらの融点
（１１００℃以下）よりも低い温度で焼成され得る誘電
体材料を用いる必要がある。

【００３９】このような誘電体材料としては、例えばコ
ージェライト系ガラス粉末とＴｉＯ ₂粉末及びＮｄ₂Ｔ
ｉ₂Ｏ₇粉末との混合物等のガラス系のものや、ＢａＯ
−ＴｉＯ₂−Ｒｅ₂Ｏ₃−Ｂｉ₂Ｏ₃系組成（Ｒｅ：レ
アアース成分）に若干のガラス形成成分やガラス粉末を
添加したもの、酸化バリウム−酸化チタン−酸化ネオジ
ウム系誘電体磁気組成物粉末に若干のガラス粉末を添加
したものがある。

【００４０】一例として、ＭｇＯ（１８ｗｔ％）−Ａｌ
₂Ｏ₃（３７ｗｔ％）−ＳｉＯ₂（３７ｗｔ％）−Ｂ₂
Ｏ₃（５ｗｔ％）−ＴｉＯ₂（３ｗｔ％）なる組成のガ
ラス粉末の７３ｗｔ％と、市販のＴｉＯ₂粉末の１７ｗ
ｔ％と、Ｎｄ₂Ｔｉ₂Ｏ₇粉末の１０ｗｔ％を十分に混
合し、混合粉末を得た。

【００４１】なお、Ｎｄ₂Ｔｉ₂Ｏ₇粉末は、Ｎｄ₂Ｏ
₃粉末とＴｉＯ₂粉末を１２００℃で仮焼した後、粉砕
して得たものを使用した。

【００４２】次いで、この混合粉末に、アクリル系有機
バインダ、可塑剤、トルエン及びアルコール系の溶剤を
加え、アルミナ玉石で十分に混合してスラリーとした。
そして、このスラリーを用いて、ドクターブレード法に
より、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの厚みのグリーンテープ
を作製した。

【００４３】次に、所定の位置にスルーホール用の孔を
形成した後、該孔に銀ペーストを充填する。そして、銀
ペーストを導体ペーストとして、図１に示した導体パタ
ーンをそれぞれ印刷し、次いで、これら導体パターンが
印刷されたグリーンテープの厚みを調整するために必要
なグリーンテープを重ねて図１の構造となるように重
ね、積層した後、例えば９００℃で焼成して、誘電体基
板１２を作製した。

【００４４】上記のように構成した誘電体基板１２の上
面にアンテナ１４のパターンを印刷すると共に、誘電体
基板１２の側面及び下面にアース電極１８及び２０のパ
ターンを印刷し、更に、誘電体基板１２の側面にアース
電極１８から絶縁するように給電点２４のパターンを印
刷し、これら印刷したパターンを８５０℃で焼き付け
た。

【００４５】以上の製造方法を採用することにより、１
つの誘電体基板１２にアンテナ部１６とインピーダンス
整合回路部２２とが一体化されて形成されたアンテナ装
置１０Ａを容易に作製することができる。

【００４６】次に、第２の実施の形態に係るアンテナ装
置１０Ｂについて図８及び図９を参照しながら説明す
る。

【００４７】この第２の実施の形態に係るアンテナ装置
１０Ｂは、図８に示すように、第１及び第２の誘電体層
Ｓ１及びＳ２を積み重ねて焼成することにより、誘電体
基板１２が構成され、更に、第１の誘電体層Ｓ１の一主
面に、短冊状のモノポールアンテナ１４が形成され、第
２の誘電体層Ｓ２の一主面に、一端が給電点２４に接続
され、かつ、アンテナ１４と容量結合される電極４０が
形成されて構成されている。

【００４８】各電極の電気的な結合についてみると、図
９に示すように、アンテナ部１６を構成するモノポール
アンテナ１４と給電点２４との間に電極４０による静電
容量Ｃ１１が形成され、１つの誘電体基板１２において
アンテナ部１６のアンテナ１４と容量Ｃ１１によるイン
ピーダンス整合回路部２２とが一体化されたかたちとな
る。

【００４９】この第２の実施の形態に係るアンテナ装置
１０Ｂにおいても、第１の実施の形態に係るアンテナ装
置１０Ａと同様に、アンテナ部１６とインピーダンス整
合回路部２２とが一体化されているため、アンテナ装置
１０Ｂのインピーダンス、即ち、給電点２４でのインピ
ーダンスを、給電線路の特性インピーダンス（５０オー
ム）に整合させることができ、配線基板に別途インピー
ダンス整合回路を実装する必要がない。

【００５０】上述の例では、誘電体基板１２の上面に短
冊状のアンテナ１４を形成するようにしたが、その他、
図１０に示すように、誘電体基板１２の上面に、誘電体
基板１２の幅とほぼ同じ幅にわたって蛇行するミアンダ
型のアンテナ４２を形成するようにしてもよい。また、
図１１に示すように、ミアンダ型のアンテナ４２を誘電
体基板１２の上面から誘電体基板１２の両側面にかけて
形成するようにしてもよい。

【００５１】また、上述の例では、非平衡入出力方式の
アンテナ装置に適用した例を示したが、その他、平衡入
出力方式のアンテナ装置に適用することもできる。図１
２は、平衡入出力方式のアンテナ装置の例を示すもので
あり、第１の誘電体層Ｓ１の一主面に２本のアンテナ素
子４４ａ及び４４ｂからなるダイポールアンテナ４４が
形成され、第２の誘電体層Ｓ２の一主面にダイポールア
ンテナ４４を構成する各アンテナ素子４４ａ及び４４ｂ
にそれぞれ容量結合される第１及び第２の電極４６ａ及
び４６ｂが形成されて構成されている。

【００５２】この例においても、アンテナ装置のインピ
ーダンス、即ち、給電点２４でのインピーダンスを、給
電線路の特性インピーダンス（５０オーム）に整合させ
ることができ、配線基板に別途インピーダンス整合回路
を実装する必要がない。なお、この発明に係るアンテ
ナ装置は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨
を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもち
ろんである。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るアン
テナ装置によれば、配線基板にアンテナ装置とは別途に
インピーダンス整合回路を実装することなくインピーダ
ンス整合ができ、アンテナ装置を有する電子機器や通信
機器等の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を
示す分解斜視図である。

【図２】図２Ａは第１の実施の形態に係るアンテナ装置
を、上面を主にして示す一部省略斜視図であり、図２Ｂ
は第１の実施の形態に係るアンテナ装置を、底面を主に
して示す一部省略斜視図である。

【図３】第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を
示す縦断面図である。

【図４】第１の実施の形態に係るアンテナ装置の等価回
路図である。

【図５】第１の実験例によって得た実施例と比較例の反
射特性を示すスミスチャートである。

【図６】第２の実験例によって得た実施例と比較例の周
波数特性、特に反射減衰特性を示す図である。

【図７】第１の実施の形態に係るアンテナ装置の変形例
を示す分解斜視図である。

【図８】第２の実施の形態に係るアンテナ装置を示す分
解斜視図である。

【図９】第２の実施の形態に係るアンテナ装置を示す等
価回路図である。

【図１０】アンテナの他の例を示す斜視図である。

【図１１】アンテナの更に他の例を示す斜視図である。

【図１２】平衡入出力方式のアンテナ装置に適用した例
を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１０Ａ、１０Ａａ、１０Ｂ…アンテナ装置１２…誘電体基板１４…モノポールア
ンテナ１６…アンテナ部１８、２０…アース
電極２２…インピーダンス整合回路部２４…給電点３０…第１の電極３２…インダクタン
ス３４…第２の電極３６…スルーホールＳ１〜Ｓ４…第１〜第４の誘電体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平井隆己愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者水谷靖彦愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者新井宏之神奈川県横浜市旭区今宿東町615番地11 Ｆターム(参考） 5J014 CA09 CA42 CA56 5J021 AA01 AB06 CA03 CA04 FA04 FA23 HA05 JA07 JA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンテナ部を有する誘電体基板に、インピ
ーダンス整合回路部が形成され、前記アンテナ部と前記インピーダンス整合回路部とが一
体化されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】請求項１記載のアンテナ装置において、前記誘電体基板は、多数の誘電体層が積層されて構成さ
れ、前記インピーダンス整合回路部は前記誘電体基板に内装
されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】請求項１又は２記載のアンテナ装置におい
て、前記インピーダンス整合回路部は、前記アンテナ部と前記アース電極間に直列接続された２
つの容量と、前記２つの容量の接続点と前記給電線路の給電点との間
に接続されたインダクタンスとを有することを特徴とす
るアンテナ装置。
【請求項４】請求項３記載のアンテナ装置において、前記インピーダンス整合回路部は、前記誘電体基板に内装され、前記アンテナ部と容量結合
される第１の電極と、前記誘電体基板に内装され、前記アース電極と容量結合
される第２の電極と、前記誘電体基板に内装され、前記第１及び第２の電極と
を電気的に接続するスルーホールと、前記誘電体基板に内装され、前記スルーホールと前記給
電線路の給電点との間に形成されたインダクタンスとを
有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】請求項１又は２記載のアンテナ装置におい
て、前記インピーダンス整合回路部は、前記アンテナ部と前記給電線路の給電点との間に接続さ
れた容量を有することを特徴とするアンテナ装置。