JP2001111329A - 誘電体アンテナ - Google Patents

誘電体アンテナ

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JP2001111329A
JP2001111329A JP29027599A JP29027599A JP2001111329A JP 2001111329 A JP2001111329 A JP 2001111329A JP 29027599 A JP29027599 A JP 29027599A JP 29027599 A JP29027599 A JP 29027599A JP 2001111329 A JP2001111329 A JP 2001111329A
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electrode
dielectric
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ground electrode
dielectric antenna
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Takami Hirai
隆己 平井
Kazuyuki Mizuno
和幸 水野
Yasuhiko Mizutani
靖彦 水谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】減衰特性が低下することなく小型化された誘電
体アンテナを提供する。 【解決手段】放射電極4に電気的に接続された矩形状の
内層電極14と、アース電極3に電気的に接続された矩
形状の内層アース電極22を、誘電体基板2の内部に具
備するようにして誘電体アンテナ20を構成する。この
場合、アース電極3と内層電極14との間に容量C1が
形成され、かつ内層電極14と内層アース電極22との
間に容量C2が形成される。これら容量C1、C2が形
成されることにより、誘電体アンテナ20の周波数応答
曲線における共振ピーク出現周波数が低下する。換言す
れば、共振ピーク出現周波数が同じであれば、この誘電
体アンテナ20は、他の誘電体アンテナに比して小寸法
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、誘電体アンテナに
関し、一層詳細には、放射電極とアース電極との間に容
量が形成され、これによりアンテナ効率が低下すること
なく小型化された誘電体アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】衛星測位方式(GPS)の信号を受信す
るGPS信号受信機用のアンテナ等として、例えば、図
14、図15に示す誘電体アンテナ1が広汎に採用され
ている。この誘電体アンテナ1においては、誘電体基板
2の下端面2aにアース電極3が形成され、かつ上端面
2bに略正方形の放射電極4が形成されている。この放
射電極4の外周は上端面2bの各端部から等間隔離間し
ており、したがって、該放射電極4は開放端部を有して
いる。また、誘電体基板2の下端面2aには、アース電
極3の一部が円形状に切り欠かれて入力電極用端子部5
が形成されている。
【0003】入力電極用端子部5には、スルーホール6
を介して放射電極4が電気的に接続されている。そし
て、この入力電極用端子部5には、図示しない入力電極
が接続される。すなわち、空中から到来する電波が放射
電極4にて受信され、受信信号として入力電極およびス
ルーホール6を介して後段に接続されるGPS信号受信
機に入力される。
【0004】この際、誘電体アンテナ1の周波数応答曲
線に共振ピークが出現する。この共振ピークのQ値は誘
電体基板2の厚みt等に依存し、通常、厚みtが大きく
なるほど小さくなる。
【0005】ここで、誘電体アンテナ1を分解斜視図と
して図16に示す。図16に示されるように、誘電体基
板2は、下面にアース電極3が形成された誘電体層7a
と、上面に放射電極4が形成された誘電体層7bと、両
者の間に介装された3枚の誘電体層7c〜7eとが焼成
処理により一体化されたものである。したがって、誘電
体基板2の厚みtは、各誘電体層7a〜7eの厚みを規
定することによって設定することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におい
てはGPS信号受信機を小型化することが要望されてい
るが、これを達成するためには、該GPS信号受信機用
のアンテナである誘電体アンテナ1も小型化する必要が
ある。
【0007】誘電体アンテナ1を小型化するためには、
誘電体層7a、7bの間に介装された誘電体層7c〜7
eを取り除けばよいと考えられる。しかしながらこの場
合、共振ピークのQ値が大きくなる。換言すれば、誘電
体アンテナ1の帯域幅が狭くなるという不具合を招く。
【0008】別の手段としては、高比誘電率を有する素
材を誘電体層7a〜7eの構成材料として採用すること
が考えられる。しかしながら、そのような素材は誘電損
失が大きいので、結果的に誘電体アンテナ1のアンテナ
効率を低下させてしまう。
【0009】このように、アンテナ効率や帯域幅を低下
させることなく誘電体アンテナ1を小型化することは著
しく困難である。
【0010】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、アンテナ効率や帯域幅が低下すること
なく小型化された誘電体アンテナを提供することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、アース電極および放射電極が設けら
れた誘電体基板と、前記誘電体基板の内部に設けられた
内層電極とを有し、前記内層電極は前記放射電極に電気
的に接続され、かつ前記アース電極との間に容量を形成
することを特徴とする。
【0012】このような構成とすることにより、誘電体
アンテナの共振周波数が低下する。換言すれば、共振ピ
ークの出現周波数が同じであれば、この誘電体アンテナ
は、他の誘電体アンテナに比して小寸法である。
【0013】この場合、内層電極と放射電極の開放端部
とを誘電体基板を介して重ね合わせることが好ましい。
これにより、誘電体アンテナの帯域幅が狭くなることを
回避することができる。
【0014】また、前記アース電極に電気的に接続さ
れ、かつ前記内層電極との間に容量を形成する内層アー
ス電極を前記誘電体基板の内部にさらに具備することが
好ましい。この場合、共振周波数がさらに低下する。す
なわち、共振ピークの出現周波数が同じ誘電体アンテナ
であれば、寸法を一層小さくすることができる。
【0015】いずれの場合においても、前記内層電極ま
たは前記内層アース電極の少なくともいずれか一方を環
状にすることが好ましい。このように構成することによ
り、アンテナ効率が低下することを回避することができ
る。なお、ここでいう環状とは、矩形状や円環状等の囲
い巡る形状を指称しており、そのような形状のものであ
れば特に限定されない。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る誘電体アンテ
ナにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照し
て詳細に説明する。なお、図14〜図16に示される構
成要素に対応する構成要素については同一の参照符号を
付し、その詳細な説明を省略する。
【0017】まず、第1の実施の形態に係る誘電体アン
テナの全体の概略構成を図1、図2に示し、その分解斜
視図を図3、図4に示し、その概略縦断面図を図5に示
す。図1〜図5に示されるように、この誘電体アンテナ
10の構成は、複数個のスルーホール12および誘電体
基板2内に内層電極14を具備することを除いては、従
来技術に係る誘電体アンテナ1に準拠している。なお、
放射電極4は、スルーホール6を介して誘電体基板2の
下端面2aに形成された入力電極用端子部5に電気的に
接続されている(図2参照)。
【0018】これらスルーホール12および内層電極1
4について具体的に説明する。
【0019】まず、スルーホール12は、図4に示すよ
うに、誘電体層7bの下面から放射電極4の上面に亘っ
て形成されており、内層電極14と放射電極4とを電気
的に接続している。すなわち、内層電極14と放射電極
4が同電位となる。
【0020】内層電極14は、誘電体層7eの上面にお
いて、放射電極4に対応する位置に矩形状に形成されて
いる(図4参照)。この内層電極14の外周の辺の長さ
は、放射電極4の対応する辺の長さに一致している。し
たがって、誘電体基板2が構成された際には、放射電極
4の開放端部付近と内層電極14とが誘電体基板2(誘
電体層7e)を介して互いに重なり合う。
【0021】この内層電極14は、図5に示すように、
アース電極3との間に容量C1を形成することが可能で
ある。ここで、上記したように内層電極14は放射電極
4の開放端と同電位である。したがって、この状態は、
電気的にはアース電極3と放射電極4の開放端部との間
に容量C1が形成された状態と等価である。
【0022】この容量C1が形成されることにより、誘
電体アンテナ10の周波数応答特性における共振周波数
は、誘電体基板2、アース電極3および放射電極4の各
寸法が等しいものであれば、上記した従来技術に係る誘
電体アンテナ1よりも小さくなる。このことは、共振ピ
ークの出現周波数が互いに等しい場合、誘電体アンテナ
10は、誘電体アンテナ1に比して小寸法であると換言
することができる。
【0023】容量C1の値は、内層電極14の幅および
アース電極3と内層電極14との距離に依存して変化す
る。すなわち、内層電極14の幅が大きいほど、また、
アース電極3と内層電極14との距離が近いほど容量C
1は大きくなる。
【0024】容量C1が大きくなるほど共振ピーク出現
周波数が低下する。したがって、誘電体アンテナ10を
一層小型化することができるが、内層電極14の幅が過
大であると、アンテナ効率が低下する。また、アース電
極3と内層電極14とを近づけるために誘電体層7c〜
7eの厚みを薄くすると、帯域幅が狭くなる。このた
め、内層電極14の幅やアース電極3と内層電極14と
の距離は、アンテナ効率が低下したり帯域幅が狭くなる
ことがないように設定される。これらの値は、放射電極
4の寸法や共振ピークの出現周波数にもより一義的には
決定されないが、具体例を示せば、放射電極4の一辺が
12mm、面積が144.5mm2、内層電極14とア
ース電極3との距離が1.7mmである場合、内層電極
14の幅を0.5〜2.5mmに設定すればよい。この
場合、内層電極14を具備しない誘電体アンテナ1に比
して、共振周波数が20%程度低下する。また、アンテ
ナ効率が低下したり帯域幅が狭くなることがない。
【0025】なお、図6に示すように、放射電極4が円
形である場合には、内層電極14を円環状とすればよ
い。この場合においても、放射電極4はスルーホール6
を介して入力電極用端子部5(図6には図示せず)と電
気的に接続されており、また、図7に示すように、放射
電極4と内層電極14とはスルーホール12を介して互
いに電気的に接続されている。
【0026】また、内層電極14の幅およびアース電極
3(図6および図7には図示せず)と内層電極14との
距離は、アンテナ効率が低下したり帯域幅が狭くなるこ
とのないように設定されることは言うまでもない。
【0027】次に、第2の実施の形態に係る誘電体アン
テナの全体の概略構成を図8、図9に示し、その分解斜
視図を図10〜図12に示し、その概略縦断面図を図1
3に示す。図8〜図13に示されるように、この誘電体
アンテナ20の構成は、誘電体基板2内に内層電極14
および内層アース電極22を具備し、スルーホール24
が形成されていることを除いて、従来技術に係る誘電体
アンテナ1に準拠している。なお、放射電極4は、図1
0に示すようにスルーホール6を介して誘電体基板2の
下端面2aに形成された入力電極用端子部5(図9参
照)に電気的に接続され、かつ、図11に示すようにス
ルーホール12を介して内層電極14に電気的に接続さ
れている。
【0028】この誘電体アンテナ20においては、図1
0に示すように、矩形状の内層電極14は誘電体層7c
の上面に形成されている。この場合も、内層電極14の
外周の辺の長さは、放射電極4の対応する辺の長さに一
致している。したがって、誘電体基板2が構成された際
には、内層電極14と放射電極4の開放端部付近が誘電
体基板2(誘電体層7d、7e、7b)を介して互いに
重なり合う。そして、内層電極14はスルーホール12
を介して放射電極4に電気的に接続されているので、放
射電極4の開放端と同電位である。したがって、この状
態は、電気的にはアース電極3と放射電極4の開放端部
との間に容量C1が形成された状態と等価である。
【0029】一方、内層アース電極22は、図10に示
すように、誘電体層7dに矩形状に形成されている。こ
の内層アース電極22においては、外周の4辺は全て長
さが等しく、その長さは内層電極14の内周の1辺より
もやや長い程度である。このため、誘電体基板2が構成
された際には、内層電極14の内側の開放端部と内層ア
ース電極22の外側の開放端部が誘電体基板2(誘電体
層7d)を介して互いに重なり合う。その結果、図13
に示すように、両者の間に容量C2が形成される。
【0030】この内層アース電極22は、図12に示す
ように、複数個のスルーホール24を介してアース電極
3(図9参照)と電気的に接続されている。すなわち、
内層アース電極22はアース電極3と同電位である。し
たがって、この状態は、電気的にはアース電極3と放射
電極4の開放端部との間に容量C2が形成された状態と
等価である。
【0031】総括すれば、アース電極3と放射電極4の
開放端部との間には、容量C1、C2が形成されてい
る。これら容量C1、C2が形成されることにより、誘
電体アンテナ20の共振周波数は、誘電体基板2、アー
ス電極3および放射電極4の各寸法が等しいものであれ
ば、第1の実施の形態に係る誘電体アンテナ10よりも
小さくなる。このことは、共振ピークの出現周波数が互
いに等しい場合、誘電体アンテナ20は、誘電体アンテ
ナ10に比して小寸法であると換言することができる。
【0032】容量C2の値は、内層アース電極22の幅
および内層電極14と内層アース電極22との距離に依
存して変化する。すなわち、内層アース電極22の幅が
大きいほど、また、内層電極14と内層アース電極22
との距離が近いほど容量C2は大きくなる。
【0033】容量C2が大きくなるほど共振周波数が低
下する。したがって、誘電体アンテナ20を一層小型化
することができるが、内層アース電極22の幅が過大で
ある場合や、内層電極14と内層アース電極22とを近
づけるために誘電体層7c、7dの厚みを薄くした場
合、帯域幅が狭くなる。このため、内層アース電極22
の幅や内層電極14と内層アース電極22との距離は、
帯域幅が狭くならないように設定される。これらの値
は、放射電極4の寸法や共振ピークの出現周波数にもよ
り一義的には決定されないが、具体例を示せば、放射電
極4の一辺が12mm、面積が144.5mm2、アー
ス電極3と内層電極14との距離が1.7mm、内層電
極14と内層アース電極22との距離が0.5mm、内
層電極14の幅が1.0mmである場合、内層アース電
極22の幅を1.0〜2.5mmに設定すればよい。こ
の場合、内層電極14および内層アース電極22を具備
しない誘電体アンテナ1に比して、共振周波数が30%
程度低下する。また、アンテナ効率が低下したり帯域幅
が狭くなることがない。
【0034】第2の実施の形態に係る誘電体アンテナ2
0においても、放射電極4が円形である場合には、内層
電極14および内層アース電極22を円環状とすればよ
い。
【0035】なお、上記した第2の実施の形態において
は、内層電極14の内側の開放端部と内層アース電極2
2の外側の開放端部とを重ね合わせているが、内層アー
ス電極22の外周の1辺の長さを内層電極14の外周の
1辺よりも長くして、内層電極14の外側の開放端部と
内層アース電極22の内側の開放端部とを重ね合わせる
ようにしてもよい。
【0036】また、新たな共振ピークを積極的に出現さ
せることによって帯域幅を広げる場合には、内層電極1
4を放射電極4と同形状、すなわち、略正方形または円
形に形成してもよい。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る誘電
体アンテナによれば、誘電体基板の内部に、放射電極と
電気的に接続された内層電極を具備している。このた
め、放射電極とアース電極との間に容量が形成され、そ
の結果、内層電極を具備しない場合に比して共振周波数
が低下する。すなわち、共振ピークの出現周波数が同じ
である場合、この誘電体アンテナは、他の誘電体アンテ
ナに比して小寸法である。
【0038】この場合、さらに、誘電体基板の内部に、
アース電極と電気的に接続された内層アース電極を具備
することが好ましい。放射電極とアース電極との間に別
の容量が新たに形成され、その結果、共振周波数がさら
に低下するからである。すなわち、誘電体アンテナのさ
らなる小型化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る誘電体アンテナの上面
からの全体概略斜視図である。
【図2】第1の実施の形態に係る誘電体アンテナの下面
からの全体概略斜視図である。
【図3】図1、図2に示す誘電体アンテナの分解斜視図
である。
【図4】図1、図2に示す誘電体アンテナの分解斜視図
である。
【図5】図1、図2に示す誘電体アンテナの概略縦断面
図である。
【図6】第1の実施の形態の変形例に係る誘電体アンテ
ナの分解斜視図である。
【図7】第1の実施の形態の変形例に係る誘電体アンテ
ナの分解斜視図である。
【図8】第2の実施の形態に係る誘電体アンテナの上面
からの全体概略斜視図である。
【図9】第2の実施の形態に係る誘電体アンテナの下面
からの全体概略斜視図である。
【図10】図8、図9に示す誘電体アンテナの分解斜視
図である。
【図11】図8、図9に示す誘電体アンテナの分解斜視
図である。
【図12】図8、図9に示す誘電体アンテナの分解斜視
図である。
【図13】図8、図9に示す誘電体アンテナの概略縦断
面図である。
【図14】従来技術に係る誘電体アンテナの上面からの
全体概略斜視図である。
【図15】従来技術に係る誘電体アンテナの下面からの
全体概略斜視図である。
【図16】図14、図15に示す誘電体アンテナの分解
斜視図である。
【符号の説明】
1、10、20…誘電体アンテナ 2…誘電体
基板 3…アース電極 4…放射電
極 5…入力電極用端子部 6、12、
24…スルーホール 14…内層電極 22…内層
アース電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 Fターム(参考) 5J045 AA05 AB05 DA10 EA08 GA05 HA03 LA01 MA07 NA01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アース電極および放射電極が設けられた誘
    電体基板と、前記誘電体基板の内部に設けられた内層電
    極とを有し、 前記内層電極は前記放射電極に電気的に接続され、かつ
    前記アース電極との間に容量を形成することを特徴とす
    る誘電体アンテナ。
  2. 【請求項2】請求項1記載の誘電体アンテナにおいて、 前記内層電極と前記放射電極の開放端部とが前記誘電体
    基板を構成する誘電体層を介して重なっていることを特
    徴とする誘電体アンテナ。
  3. 【請求項3】請求項1または2記載の誘電体アンテナに
    おいて、 さらに、前記誘電体基板の内部に設けられた内層アース
    電極を有し、 前記内層アース電極は前記アース電極に電気的に接続さ
    れ、かつ前記内層電極との間に容量を形成することを特
    徴とする誘電体アンテナ。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれか1項に記載の誘電
    体アンテナにおいて、 前記内層電極または前記内層アース電極の少なくともい
    ずれか一方が環状であることを特徴とする誘電体アンテ
    ナ。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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