JP2001267825A - アンテナ装置 - Google Patents

アンテナ装置

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JP2001267825A
JP2001267825A JP2000074371A JP2000074371A JP2001267825A JP 2001267825 A JP2001267825 A JP 2001267825A JP 2000074371 A JP2000074371 A JP 2000074371A JP 2000074371 A JP2000074371 A JP 2000074371A JP 2001267825 A JP2001267825 A JP 2001267825A
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Japan
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antenna
antenna device
electrode
dielectric substrate
ground electrode
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JP2000074371A
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English (en)
Inventor
Kazuyuki Mizuno
和幸 水野
Takami Hirai
隆己 平井
Yasuhiko Mizutani
靖彦 水谷
Hiroyuki Arai
宏之 新井
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】アンテナ装置の小型化を有効に図り、しかも、
入力インピーダンスの安定化を図るようにして、アンテ
ナ装置の信頼性の向上、並びに電子機器の設計の自由度
の増大化を図る。 【解決手段】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に、外部回路に接続される
一方の入出力用電極14と後述するアンテナ20に接続
される他方の入出力用電極16を有するフィルタ18
と、該フィルタ18の他方の入出力電極16に容量を介
して接続されるアンテナ20とが一体的に形成されたア
ンテナ装置10Aにおいて、第4の誘電体層S4上のう
ち、アンテナ20の開放端20aと第1〜第3の誘電体
層S1〜S3を間に挟んで重なる位置に内層アース電極
60を形成して構成し、アンテナ20の開放端20aと
接地間に容量を形成する。

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することができ、このことが長所の
1つとなっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】携帯電話等の無線通信
システムの多様化に伴い、従来から、積層型誘電体フィ
ルタに対して、小型化の要請が強くなってきている。
【0005】また、従来では、アンテナ装置を配線基板
に実装した際に、接地ラインとの距離に応じて入力イン
ピーダンスが大きく変化し、入力インピーダンスが安定
しないという問題がある。
【0006】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、アンテナ装置の小型化を有効に図ることがで
き、しかも、入力インピーダンスの安定化を図ることが
でき、アンテナ装置の信頼性の向上、並びに電子機器の
設計の自由度の増大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、誘電体基板に形成されたアンテナと、前記誘電体
基板に形成され、かつ、前記アンテナの開放端と容量を
介して結合されたアース電極とを有することを特徴とす
る。
【0008】アンテナを誘電体アンテナとした場合、誘
電体基板に形成されたストリップラインにて構成するこ
とができる。このストリップラインは、例えばフィルタ
を構成する共振器と等価とみることができ、並列共振回
路として等価変換することが可能である。
【0009】そして、本発明では、前記アンテナの開放
端と容量を構成するアース電極を設けるようにしてい
る。この場合、アンテナの開放端とアース電極との間に
形成される静電容量がアンテナを等価変換したときの並
列共振回路の静電容量に付加されることになるため、中
心周波数(共振周波数)を低下させることが可能とな
る。即ち、中心周波数を同一とすれば、該並列共振回路
のインダクタンスは小さくて済むことになり、その結
果、アンテナ長もより短くすることができ、アンテナ装
置全体のサイズを小さくすることができる。
【0010】また、アンテナ装置を配線基板に実装した
際に、該アンテナ装置の入力インピーダンスは、アンテ
ナと接地ラインとの距離にほとんど依存しなくなり、入
力インピーダンスの安定化を実現させることができる。
これは、アンテナ装置の信頼性の向上と、該アンテナ装
置が設けられた電子機器の設計の自由度を増大化させる
ことができる。
【0011】そして、前記構成において、前記アース電
極を、前記誘電体基板の表面から該誘電体基板内の前記
アンテナにおける開放端に対して平面的に重なる位置に
延在するように形成するようにしてもよい。この場合、
配線基板に設けられた接地ラインをアース電極に接続し
やすくなり、アンテナ装置の配線基板への実装が容易に
なる。
【0012】また、前記誘電体基板中に前記アンテナと
一体的に形成されたフィルタを有し、前記アンテナとフ
ィルタとを結合するようにしてもよい。この場合、前記
アース電極は、前記フィルタの一部を囲むように形成さ
れた第1のアース電極と、前記誘電体基板の表面から前
記アンテナの開放端に対して平面的に重なる位置まで延
在してなる第2のアース電極とを有するようにしてもよ
い。もちろん、前記第1及び第2のアース電極を一体化
して形成するようにしてもよい。
【0013】次に、本発明に係るアンテナ装置は、誘電
体基板に形成され、かつ、後端が入出力部分よりも後方
に延長形成されたアンテナと、前記誘電体基板に形成さ
れ、かつ、前記アンテナの後端と電気的に接続されたア
ース電極とを有することを特徴とする。
【0014】この場合も、上述の発明と同様に、アンテ
ナ装置の小型化を有効に図ることができ、しかも、入力
インピーダンスの安定化を図ることができ、アンテナ装
置の信頼性の向上、並びに電子機器の設計の自由度の増
大化を図ることができる。
【0015】そして、前記構成において、前記誘電体基
板中に前記アンテナと一体的に形成されたフィルタを有
し、前記アンテナの入出力部分とフィルタの入出力部分
とを結合するようにしてもよい。この場合、前記アース
電極は、前記フィルタの一部を囲むように誘電体基板の
表面に形成された第1のアース電極と、前記誘電体基板
内に形成され、かつ、アンテナの入出力部分まで延在す
る第2のアース電極とを有し、前記アンテナの後端を、
前記第2のアース電極に電気的に接続するようにしても
よい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るアンテナ装置
の実施の形態例を図1〜図11を参照しながら説明す
る。
【0017】まず、第1の実施の形態に係るアンテナ装
置10Aは、図1、図2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
に、外部回路に接続される一方の入出力用電極14(図
2参照)と後述するアンテナ20に接続される他方の入
出力用電極16(図2参照)を有するフィルタ18と、
該フィルタ18の他方の入出力電極16に容量を介して
接続されるアンテナ20とが一体的に形成されて構成さ
れている。
【0018】フィルタ18は、2本の片端開放型の1/
4波長共振素子(ストリップライン導体)22a及び2
2bがそれぞれ平行に形成された構成を有し、アンテナ
20は、誘電体基板12の上面に電極膜によりミアンダ
ライン形状に形成されている。
【0019】また、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1、図2に示すように、フ
ィルタ18の一方の入出力用電極14に接続される入出
力端子26が形成され、誘電体基板12の右側面及び左
側面に、それぞれフィルタ18に対応した部分に第1の
アース電極28が形成されている。
【0020】具体的には、前記誘電体基板12は、図2
に示すように、上から順に、第1〜第10の誘電体層S
1〜S10が積層されて構成されている。これら第1〜
第10の誘電体層S1〜S10は1枚あるいは複数枚の
層にて構成される。
【0021】アンテナ20とフィルタ18は、誘電体基
板12上の、平面的に互いに分離された領域に形成され
ており、アンテナ20は、第1の誘電体層S1の上面に
形成され、フィルタ18は、第3の誘電体層S3から第
10の誘電体層S10にかけて形成されている。
【0022】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、図2に示すように、第7の
誘電体層S7の一主面に2本の共振素子(第1及び第2
の共振素子22a及び22b)が平行に形成されてお
り、これら第1及び第2の共振素子22a及び22b
は、各一方の端部が開放とされ、各他方の端部がアース
電極28に短絡されている。
【0023】第6の誘電体層S6の一主面には、一端が
入出力端子26に接続され、かつ、第1の共振素子22
aと容量結合される前記一方の入出力用電極14と、一
端がアンテナ20と容量を介して接続され、かつ、他端
が第2の共振素子22bと容量結合される前記他方の入
出力用電極16とが形成されている。
【0024】第5の誘電体層S5の一主面には、2本の
共振素子22a及び22bの各開放端に対向してそれぞ
れ2つの内層アース電極30a及び30bが形成されて
いる。
【0025】第3の誘電体層S3の一主面のうち、フィ
ルタ18に対応した部分に、外側面のアース電極28に
接続された内層アース電極32が形成されている。
【0026】第8の誘電体層S8の一主面には、アース
電極28、フィルタ18の入出力端子26等に対して電
位的にフローティング状態とされた結合調整電極34が
形成されている。
【0027】この結合調整電極34は、第1の共振素子
22aに対向する第1の電極本体34aと第2の共振素
子22bに対向する第2の電極本体34bとが、その間
に形成されたリード電極34cによって電気的に接続さ
れた形状を有する。
【0028】第9の誘電体層S9の一主面には、2本の
共振素子22a及び22bの各開放端に対向してそれぞ
れ2つの内層アース電極36a及び36bが形成されて
いる。
【0029】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、図1、図2に示すように、
第2の誘電体層S2の一主面に、他方の入出力用電極1
6とアンテナ20の一端との間に容量を形成するための
電極38が形成されている。この電極38と他方の入出
力用電極16とはスルーホール40を介して電気的に接
続されている。
【0030】更に、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、第4の誘電体層S4上
のうち、アンテナ20の開放端20aと第1〜第3の誘
電体層S1〜S3を間に挟んで重なる位置に内層アース
電極60が形成されている。内層アース電極60は、例
えば図3に示すように、誘電体基板12のフィルタ18
側の表面に形成されたアース電極28とは別の位置(図
示の例では右側面)に形成された第2のアース電極62
と接続されている。
【0031】ここで、第1の実施の形態に係るアンテナ
装置10Aにおける各電極の電気的な結合について図4
の等価回路図を参照しながら説明する。
【0032】入出力端子26と接地間に第1及び第2の
共振素子22a及び22bによる2つの共振器50a及
び50bがそれぞれ並列に接続され、更に、これら隣接
する共振器50a及び50b同士は互いに誘導結合さ
れ、これにより、等価回路上では、隣接する共振器50
a及び50b間にインダクタンスLが挿入されたかたち
となる。
【0033】また、第1の共振素子22aと第2の共振
素子22b間には、結合調整電極34による合成容量C
が形成され、各共振器50a及び50b間には、インダ
クタンスLと合成容量CによるLC並列共振回路が接続
されたかたちとなる。
【0034】また、第1及び第2の共振素子22a及び
22bの各開放端と対応する内層アース電極(30a、
36a)及び(30b、36b)との間にはそれぞれ容
量(合成容量)C1及びC2が形成される。
【0035】また、第1の共振素子22aと入出力端子
26との間には一方の入出力用電極14を介して静電容
量C3が形成され、接点CNを構成する他方の入出力用
電極16と第2の共振素子22bとの間には静電容量C
4が形成され、接点CN(他方の入出力用電極16)と
アンテナ20との間には電極38を介して静電容量C5
が形成され、接点CN(他方の入出力用電極16)と接
地(内層アース電極32)との間には静電容量C6が形
成される。
【0036】つまり、この第1の実施の形態に係るアン
テナ装置10Aは、フィルタ18とアンテナ20とが容
量C5(及びC4)を介して結合され、特に、フィルタ
18とアンテナ20間に容量C5及びC6からなるイン
ピーダンス整合回路52が挿入接続された回路構成を有
する。なお、静電容量C6の代わりに共振器50a、5
0bの長さを変える、あるいは図3に示す合成容量C
1、C2を異ならせることによってもインピーダンスの
マッチングを実現させることができる。
【0037】更に、この第1の実施の形態においては、
図4に示すように、アンテナ20の開放端20aと内層
アース電極60との間に、静電容量C10が形成され
る。
【0038】このように、第1の実施の形態に係るアン
テナ装置10Aにおいては、アンテナ20を誘電体基板
12に形成されたストリップラインにて構成するように
している。このストリップラインは、フィルタ18に形
成される共振器50a、50bと等価とみることがで
き、並列共振回路として等価変換することが可能であ
る。
【0039】そして、この第1の実施の形態では、上述
のように、アンテナ20の開放端20aとの間に静電容
量C10を形成する内層アース電極60を設けるように
している。この場合、アンテナ20の開放端20aと内
層アース電極60との間に形成される静電容量C10が
アンテナ20を等価変換したときの並列共振回路の静電
容量に付加されることになるため、中心周波数(共振周
波数)を低下させることが可能となる。即ち、中心周波
数を同一とすれば、該並列共振回路のインダクタンスは
小さくて済むことになり、その結果、アンテナ長もより
短くすることができ、アンテナ装置10A全体のサイズ
を小さくすることができる。
【0040】また、アンテナ装置10Aを配線基板に実
装した際に、該アンテナ装置10Aの入力インピーダン
スは、アンテナ20と接地ラインとの距離にほとんど依
存しなくなり、入力インピーダンスの安定化を実現させ
ることができる。これは、アンテナ装置10Aの信頼性
の向上と、該アンテナ装置10Aが設けられた電子機器
の設計の自由度を増大化させることができる。
【0041】なお、前記容量C10を大きくとりたい場
合は、図1に示すように、アンテナの開放端20aにお
ける電極面積を広くとればよい。
【0042】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)を示す。第1の実験例は、アンテ
ナ20の開放端20aに容量C10を付加しない比較例
と、アンテナ20の開放端20aに1.2pFの容量C
10を付加した実施例1と、アンテナ20の開放端20
aに3.5pFの容量C10を付加した実施例2を用意
し、それぞれの中心周波数を測定したものである。測定
結果を図5に示す。
【0043】この測定結果から、アンテナ20の開放端
20aに付加する容量C10が0pF、1.2pF、
3.5pFと大きくなるのに従い、中心周波数が約2G
Hzから約1GHzまで低くなることがわかる。
【0044】次に、第2の実験例は、図6に示すよう
に、配線基板70の1つのコーナー部に幅3.2mmの
アンテナ20が形成されたアンテナ装置10Aを実装
し、更に、その配線基板70に接地電極72がほぼ全面
に形成されたグランド板74を取り付け、このグランド
板74のうち、アンテナ装置10Aに対応する部分に矩
形状の切欠き76を設けたものをサンプルとして多数用
意した。
【0045】アンテナ装置10Aの実装位置と切欠き7
6の位置関係は、図6に示すように、配線基板70の左
端から右端に向かって2.5mmの位置にアンテナ20
の中心が位置するようにアンテナ装置10Aを実装し、
グランド板74の左端(配線基板70の左端)から切欠
き76の端部までの距離を切欠き量Dとして定義した。
従って、アンテナ20の右端から切欠き76の端部まで
の距離mは、切欠き量D−4.1mmとなる。
【0046】これらのサンプルのうち、アンテナ20の
開放端20aに容量C10を付加していないものであっ
て、切欠き量Dを5mm、10mm、20mm、30m
mとしたものを比較例として多数用意し、アンテナ20
の開放端20aに例えば3.5pFの容量C10を付加
したものであって、切欠き量Dを5mm、10mm、2
0mm、30mmとしたものを実施例として多数用意し
た。
【0047】そして、これら比較例と実施例の反射係数
を測定した。測定結果を図7に示す。図7において、比
較例の特性を●のプロットで示し、実施例の特性を■の
プロットで示す。
【0048】この測定結果から、切欠き量Dの変化に対
する反射係数の変化は実施例の方が少ないことがわか
る。これは、実施例の方が、比較例と比して、入力イン
ピーダンスが安定していることを示しており、特に、特
性上、好ましいとされる切欠き量Dが5mmから10m
mの変化については、比較例では急峻に変化している
が、実施例では、その変化は緩やかである。これは、第
1の実施の形態に係るアンテナ装置10Aが実装面でも
有利であることがわかる。
【0049】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〜図11を参照しながら説明す
る。なお、図1及び図2と対応するものについては同符
号を付してその重複説明を省略する。
【0050】この第2の実施の形態に係るアンテナ装置
10Bは、図8及び図9に示すように、上述の第1の実
施の形態に係るアンテナ装置10Aとほぼ同様の構成を
有するが、アンテナ20の後端20bが入出力部分(電
極38と接続される部分)よりも後方に延長形成され、
更に、アンテナ20の後端20bと内層アース電極32
とがスルーホール90を通じて電気的に接続されている
点で異なる。
【0051】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、上述した第1の実施の形態に係るア
ンテナ装置10Aと同様に、アンテナ装置10Bの小型
化を有効に図ることができ、入力インピーダンスの安定
化を図ることができる。
【0052】特に、この第2の実施の形態に係るアンテ
ナ装置10Bにおいては、アンテナ長Laが開放端20
aから後端20bまでの長さにより規定されることか
ら、図10に示すように、アンテナ20の後端20bを
フィルタ18寄りに後方に位置させることで、アンテナ
20の開放端20aをフィルタ18寄りに位置させるこ
とができる。
【0053】つまり、図11に示すように、アンテナ2
0の後端20bを入出力部分とした場合は、誘電体基板
12のうち、アンテナ20を形成する領域として、アン
テナ長Laだけ必要としていたが、この第2の実施の形
態に係るアンテナ装置10Bでは、アンテナ20の開放
端20aをフィルタ18寄りに位置させることができる
ため、前記アンテナ20を形成する領域として、アンテ
ナ長Laよりも短い領域で済む。
【0054】即ち、図10に示すように、第2の実施の
形態に係るアンテナ装置10Bにおいては、図11に示
すアンテナ装置と比べて、誘電体基板12の長さを矢印
Aで示す分だけ縮めることができ、アンテナ装置10B
の大幅なる小型化を達成させることができる。
【0055】上述の例では、アンテナ20の後端20b
とフィルタ18における他方の入出力用電極16間に電
極38を配することにより、これらアンテナ20の後端
とフィルタ18における他方の入出力用電極16とを容
量C5を介して接続するようにしたが、これらを直接接
続するようにしてもよい。
【0056】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。
【0057】
【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、アンテナ装置の小型化を有効に図る
ことができ、しかも、入力インピーダンスの安定化を図
ることができ、アンテナ装置の信頼性の向上、並びに電
子機器の設計の自由度の増大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を一方向
から見て示す斜視図である。
【図2】第1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3】第1の実施の形態に係るアンテナ装置を他の方
向から見て示す斜視図である。
【図4】第1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5】第1の実験例の測定結果(付加容量に対する中
心周波数の変化)を示す特性図である。
【図6】第2の実験例の測定方法を示す説明図である。
【図7】第2の実験例の測定結果(反射係数の切欠き量
依存性)を示す特性図である。
【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分
解斜視図である。
【図10】第2の実施の形態に係るアンテナ装置の効果
を示す説明図である。
【図11】アンテナの後端を入出力部分とした場合のア
ンテナ装置の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
10A、10B…アンテナ装置 12…誘電体基
板 18…フィルタ 20…アンテナ 20a…開放端 20b…後端 22a、22b…共振素子 28…第1のア
ース電極 38…電極 40…スルーホ
ール 50a、50b…共振器 60…内層アー
ス電極 62…第2のアース電極 70…配線基板 90…スルーホール
───────────────────────────────────────────────────── 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) 5J006 HA25 HB01 HB03 JA01 LA21 NA04 NC03 NF02 5J046 AA07 AB06 AB13 PA04 PA07

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体基板に形成されたアンテナと、 前記誘電体基板に形成され、かつ、前記アンテナの開放
    端と容量を介して結合されたアース電極とを有すること
    を特徴とするアンテナ装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のアンテナ装置において、 前記アース電極は、前記誘電体基板の表面から該誘電体
    基板内の前記アンテナにおける開放端に対して平面的に
    重なる位置に延在するように形成されていることを特徴
    とするアンテナ装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載のアンテナ装置におい
    て、 前記誘電体基板中に前記アンテナと一体的に形成された
    フィルタを有し、 前記アンテナとフィルタとが結合されていることを特徴
    とするアンテナ装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載のアンテナ装置において、 前記アース電極は、 前記フィルタの一部を囲むように形成された第1のアー
    ス電極と、 前記誘電体基板の表面から前記アンテナの開放端に対し
    て平面的に重なる位置まで延在してなる第2のアース電
    極とを有することを特徴とするアンテナ装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載のアンテナ装置において、 前記第1及び第2のアース電極が一体化されていること
    を特徴とするアンテナ装置。
  6. 【請求項6】誘電体基板に形成され、かつ、後端が入出
    力部分よりも後方に延長形成されたアンテナと、 前記誘電体基板に形成され、かつ、前記アンテナの後端
    と電気的に接続されたアース電極とを有することを特徴
    とするアンテナ装置。
  7. 【請求項7】請求項6記載のアンテナ装置において、 前記誘電体基板中に前記アンテナと一体的に形成された
    フィルタを有し、 前記アンテナの入出力部分とフィルタの入出力部分とが
    結合されていることを特徴とするアンテナ装置。
  8. 【請求項8】請求項7記載のアンテナ装置において、 前記アース電極は、 前記フィルタの一部を囲むように誘電体基板の表面に形
    成された第1のアース電極と、 前記誘電体基板内に形成され、かつ、アンテナの入出力
    部分まで延在する第2のアース電極とを有し、 前記アンテナの後端は、前記第2のアース電極に電気的
    に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
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