JP2001358516A

JP2001358516A - チップ型アンテナ素子およびアンテナ装置並びにそれを搭載した通信機器

Info

Publication number: JP2001358516A
Application number: JP2001045354A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Aoyama; 博志青山; Kenichi Tonomura; 健一外村; Keiko Kikuchi; 慶子菊地; Yuta Sugiyama; 雄太杉山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2001-12-26
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: JP3625191B2

Abstract

(57)【要約】【課題】チップ型アンテナ素子の小形化と高性能化を
図ること。また、回路基板の実装密度を上げたアンテナ
装置とこれを搭載した通信機器を提供する。【解決手段】絶縁基体に放射電極と接地電極と給電電
極を配したチップ型アンテナ素子であって、前記基体の
一方端面に設けた接地電極と、該接地電極と接続あるい
は容量結合して基体の一方端から長手方向の他方端に向
かって連続的および／または段階的に実質的に幅を狭め
ながら延びる放射電極と、前記放射電極の途中に接触ま
たは非接触で設けた給電電極を形成したチップ型アンテ
ナ素子である。これによって広帯域特性が得られると共
に、放射利得が改善できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップ型アンテナ
素子とそれを用いたアンテナ装置並びにそれを搭載した
通信機器に係わるものであり、特に携帯無線電話や無線
ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等のマイクロ波
無線通信機器に好適なチップ型アンテナ素子（以下、単
にアンテナ素子或いはアンテナと言うことがある。）に
関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波無線通信機器、とりわけ携帯
電話などの携帯通信機器では、小形低背化を図るために
アンテナ素子としてモノポールアンテナやマイクロスト
リップアンテナ等が、一般に用いられている。このう
ち、最近適用が増加しているマイクロストリップアンテ
ナの構造および原理に関しては、アンテナ工学ハンドブ
ック（p109〜111 電子情報通信学会編オーム社）にそ
の詳しい記載がある。

【０００３】現在、実用化されているマイクロストリッ
プアンテナ素子は、特開平１０−２０９７４０号公報に
記載されているように直方体状の誘電体上面に放射電極
を形成し、下面から給電するものが知られている。この
概略構成を図２１に示す。アンテナとして動作させる場
合、地導体９６を配したプリント基板（図示せず）上に
アンテナ素子１００を図示するように配置し、下面側か
ら給電線９４によって給電が行われる。放射電極９０の
開放端では図示するように地導体９６間で電気力線が発
生し、放射電極の垂直方向に磁流が発生して空間に電波
が効率良く放射される。すなわち、放射電極の一辺の長
さＤは通常約１／４波長に選ばれ、共振時には放射電極
の垂直向きに磁流が発生し、電気力線の向きは放射電極
端面から流出する磁流と直交する方向に生じるのであ
る。尚、放射電極９０の形状は長方形電極の他に円形あ
るいは五角形等の形状が提案されているが、上下あるい
は左右対称なものが主に使用される。

【０００４】携帯通信機器に使用されるアンテナは、小
形低背であると同時に放射効率が良く且つ指向性がない
ことが必要十分条件である。小形低背化のために上述し
たアンテナ素子は、放射電極を絶縁基板上もしくは内部
に配置した構成がとられる。これは、放射電極を流れる
電流が隣接する絶縁基板に影響され、その波長を短くす
る（波長短縮効果）ためで、放射電極を短くしても同一
の放射効率が得れることから、小形なアンテナの使用が
可能となる。必要なアンテナ長ｄは、絶縁基板の比誘電
率をεr、共振周波数をf₀、また光の速度をcとするなら
ば、大略ｄ＝ｃ／（２f₀√εr）（１）と表される。

【０００５】上式から容易に理解されるように、マイク
ロストリップ構造のアンテナ素子は、伝搬周波数（＝
f₀）を一定とするならば、絶縁基板のεrが大きければ
大きい程、ｄ、即ちアンテナ素子長を短くできる。言い
換えると、比誘電率の高い基板を用いることによって、
同じ性能で低背なマイクロストリップアンテナ素子を製
造することが可能である。特に、携帯電話等には低背化
したアンテナ装置は必須であり、従来にない小形で高性
能なアンテナ素子の開発が望まれている。

【０００６】また、携帯通信機器に適用されるマイクロ
ストリップアンテナ以外のアンテナ方式として、逆Ｆ型
モノポールアンテナがある。この逆Ｆ型モノポールアン
テナは、地導体板に短絡した線状導体を途中で折り曲げ
て放射電極とするもので、地導体板と放射電極との間に
給電端子を接続した方式のアンテナである。この放射電
極はおよそ1/4波長あればよいことから、先に引用した
マイクロストリップアンテナ素子と比較すると、導体幅
方向に展開したアンテナ方式と見なすことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のマイク
ロストリップアンテナでは、小形低背化に際して次のよ
うな課題を有していた。即ち、所定の伝搬周波数f₀に対
し絶縁基板の比誘電率εrを高めることによって、放射
電極を短縮化して行くと、共振特性が先鋭化し、狭い周
波数領域だけで動作する狭帯域化となる。これは、携帯
電話等のアンテナとして好ましいことではなく、通信に
利用可能な周波数帯域の制限を意味する。従って、実用
的なアンテナを開発するに当たっては、第１に広帯域特
性を満足する必要がある。特に、２周波以上を使用する
多周波用アンテナでは、この狭帯域化現象が深刻な問題
であり、絶縁基体の物性値だけで制御する範囲を超えて
いた。

【０００８】一般に、共振特性の帯域幅をＢＷ、アンテ
ナの共振時の良さをＱ値とすると、共振周波数f₀、ＢＷ
およびＱとの間には次式のような関係を有する。ＢＷ＝f₀／Ｑ（２）一方、マイクロストリップアンテナの高さｈは絶縁基板
の厚さと一致し、Ｑとの関係を表すと、Ｑ∝εr／ｈ（３）となることが知られている。

【０００９】このように比誘電率εrの高い絶縁基板を
用いると、Ｑ値が増して結果的に帯域幅ＢＷの低下を招
くことが、上式から説明できる。一方、背の高いアンテ
ナを使用すれば、Ｑが低下するが、アンテナの小形低背
化ができなくなる。要するに、アンテナの小形低背化と
性能は互いにトレイドオフの関係にあり、両者を同時に
満足することは非常に困難であると考えられていた。

【００１０】一方、マイクロストリップアンテナの小形
化の一手法として、放射電極を中央部で２分割し、一端
を短絡させる方式が知られている。この方式は、新アン
テナ工学（p109〜112 新井宏之著総合電子出版社発
行）に詳しい記載がある。この構成は、線状の放射電極
を中央で半分に分割し、その一端と地導体板を電気的に
短絡するものである。放射電極の一辺の長さは共振周波
長の1/4程度となるため、従来に比べ約５０％の小形化
が可能である。また、放射電極を基体の縁部に沿って設
けるか、または隣接面に回り込んで設けることによっ
て、帯域幅の拡大を図ることが可能である旨を記載した
特開平１１−２５１８１６号公報がある。

【００１１】ところが、このマイクロストリップアンテ
ナ素子を携帯通信機器に組み込むと、主に放射電極の端
部からの放射電波によってその近傍に配置された筐体あ
るいは回路基板の導体部に電流を誘起し、その導体部が
見掛け上アンテナ作用を起こすことになる。この方式の
アンテナでは、実装状態や環境によって特性の変動が生
じやすく、給電点におけるインピーダンスの不整合、あ
るいは放射指向性の変動となって現れ、実装上の問題が
あった。

【００１２】そこで、本発明は、アンテナ素子の長さや
高さを大きくすることなく、Ｑ値を確保し、高利得で且
つ帯域幅を広げることの出来るアンテナ素子と、これを
回路基板に実装した際に省スペースと実装密度を高めた
アンテナ装置及びそれを搭載した携帯情報端末などの通
信機器を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以上述べたように、アン
テナ素子の小形低背化と広帯域化を同時に行うことは、
従来技術では適用限界を超えていた。しかしながら、本
発明者は、従来のアンテナ構成の基本原理に立ち返り、
その動作をシミュレーション等を駆使し、細部に亘り深
く考究した結果、放射電極と接地電極の形状を選ぶこと
によって等価的に複数の共振回路をアンテナ素子に発生
させることができること、また、電極配置を選ぶことに
よって高利得の放射指向性と不必要な電界の放射を阻止
できること、また、地導体への載置構成を考慮すること
によって占有面積を小さくしてより良い特性が得られる
ことなどを知見した。これらにより小形低背化と高利
得、広帯域特性を得ることが可能であることを想到し、
本発明を完成した。

【００１４】即ち、本発明の一つの特徴は、絶縁基体に
マイクロストリップ導体を配したチップ型アンテナ素子
であって、この絶縁基体の一方端から長手方向の他方端
に向かって連続的および／または段階的に実質的に幅を
狭めながら延びる放射電極を備えたことである。

【００１５】本発明の具体的な構成としては、絶縁基体
と、この基体の一方端面に設けた接地電極と、該接地電
極と接続あるいは容量結合して基体の一方端から長手方
向の他方端に向かって連続的および／または段階的に実
質的に幅を狭めながら延びる放射電極と、前記放射電極
の途中に接触または非接触で設けた給電電極とを備えた
チップ型アンテナ素子である。

【００１６】また、本発明は、絶縁基体と、この基体の
一方端面に設けた接地電極と、該接地電極と接続あるい
は容量結合して基体の一方端から長手方向の他方端に向
かって連続的および／または段階的に実質的に幅を狭め
ながら延びる放射電極と、前記放射電極の途中に接触ま
たは非接触で設けた給電電極とを有し、前記放射電極の
開放端を前記一方端面以外の端面又は側面に延在して設
けたチップ型アンテナ素子である。ここで、前記延在し
て設けた開放端は、基体上面にある幅を狭めた先端部よ
りも細い幅の電極とすることが出来る。

【００１７】本発明において、絶縁基体を長方体とな
し、その一方端面に設けた接地電極は、端面とその廻り
の少なくとも三面を覆って形成すること、また、前記放
射電極の開放端の幅をＳ、接地端の幅をＷとしたとき、
Ｗ／Ｓを２以上とすること、さらに、前記放射電極を絶
縁基体の隣り合う側面にわたって設けることは、それぞ
れ望ましい構成である。

【００１８】本発明は、上記したチップ型アンテナ素子
を回路基板に載置したアンテナ装置にも関し、具体的に
は放射電極が延びる基体長手方向を回路基板の地導体と
並行となるようになし、且つ前記放射電極の開放端を地
導体から遠ざけるように配置したアンテナ装置である。
このときチップ型アンテナ素子と回路基板の地導体との
間に、間隙を設けて接続することが望ましい。また、本
発明は、上記した何れかのアンテナ装置を搭載した通信
機器であり、例えば、ブルートゥース用アンテナとして
携帯電話、ヘッドフォン、パソコン、ノートパソコン、
デジタルカメラ等に搭載した通信機器とすることができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成と動作を図面
と共に説明する。図１は本発明の原理を説明するための
アンテナ素子の斜視図である。本発明のアンテナ素子の
特徴は、先ず、放射電極１３を長手方向の開放端に向か
って導体幅を狭めた形状となしたことである。より具体
的には、概略直方体の絶縁基体１１の一方端の端面を含
む端部を接地電極１５で覆うように形成し、基体上面に
は接地電極１５と連続して他方端に向かって連続的に幅
を狭めながら延びる放射電極１３を設け、放射電極１３
の傾斜の途中に非接触で給電する給電電極１４を設けて
いることである。尚、図１では放射電極１３の開放端に
ギャップ部１２を介した対向面に接地電極１７を設けた
構造を示している。接地電極１７を設けることは好まし
いことであるが、本発明においては接地電極１７は必須
の構成要件ではない。ここで、本発明のアンテナ素子が
従来と最も異なる点は、放射電極を開放端に向かって
幅を狭めながら延びる形状としたこと。接地電極は基
体端部を取り囲むように設けており、裏面のほとんどに
は接地電極を設けないこと。回路基板の地導体（図示
せず）に対し長手方向を横並び（本発明では並行と言
う）に配置し、開放端が地導体から最も遠ざかるように
配置したこと。である。次に、各項目毎にその動作、作
用等について説明する。

【００２０】まず、放射電極の形状は高周波電流の流れ
に対して垂直方向の電極長さ、即ち幅を一定とせずに、
開放端１２側に接近するに従い徐々に減少させる形状に
している。一般に、給電電源１９から給電電極１４を介
して供給された高周波電流は、放射電極のインダクタン
スと大地との間で形成されるコンデンサ容量で決まる周
波数で共振を起こし、空間に電磁エネルギとして放射さ
れる。この時、接地電極１５と開放端１２を節と腹とす
る電流分布モードになる。放射電極の幅が一定ならば、
この電流分布モードは１つしか存在しない。しかし、接
地電極間に配置する放射電極の幅が一定でないこと、さ
らに図示する各電極配置と構造であることによって、素
子には複数の共振回路が等価的に形成される。また、各
共振回路の共振周波数は、構成上かなり接近して複数存
在することになり、マクロ的に見ると広帯域な共振特性
となる。これはＱ値の低下を示唆するものである。

【００２１】ここで、図１のアンテナ素子を例にとって
放射電極１３を等価回路で示すと、図２（ａ）のように
なると考えられる。給電電源１９は、給電電極等による
インダクタンスＬiとコンデンサ容量Ｃiを介して、放射
電極１３に電流を供給する。供給された電力は共振時に
放射抵抗rにおいて空間で消費される。この消費される
電力が空間に電磁波として放射されることになる。等価
回路中、給電電源１９より右側の破線で囲んだ部分が放
射電極による部分１３-１、左側が開放端１２を含めた
接地電極１７部分に関係し、放射電極１３と接地電極１
７間のコンデンサ容量をＣｇとして等価回路中に表示し
た。

【００２２】他方、等幅の放射電極を用いた場合を図２
（ｂ）の等価回路に示す。この場合は放射電極を単純に
インダクタンスLとコンデンサ容量Ｃで置き換えること
ができる。一方、等幅でない本発明の場合は、放射電極
による動作を考えると分布定数的に扱う必要がある。こ
のため、適当に分割してそれぞれに対応するインダクタ
ンスとコンデンサを接続したものと見なせる。従って、
放射電極１３を含む等価回路は、複数のインダクタンス
Lr1、Lr2、Lr3…とコンデンサCr1、Cr2…による梯子型
回路として表示することが最も理に適う。図示の回路で
は３個以上の共振回路が形成されることになるが、構成
上、各共振周波数はかなり接近して発生するため共振が
連続して発生するように見られ、結果的に周波数特性で
は帯域幅が広がった特性となる。

【００２３】以上説明した実施例の放射電極は、略台形
状を想定したものであるが、発明の趣旨から明らかなよ
うに台形状に拘束されることはなく、種々の形状が考え
られる。本発明が骨子とするところは、等幅のマイクロ
ストリップ導体に対してインダクタンスを分布させるこ
とにあり、分布インダクタンスと静電容量によって複数
の共振回路の形成をなし、いわば並列多重共振回路の機
能を持たせたことにある。これを放射電極の形状に換言
すれば、基体の一方端から開放端に向かって流れる電流
に対して電極幅が変わることであり、本発明では放射電
極幅が連続的およびまたは段階的に実質的に幅を狭めな
がら延びる形状であると表現している。他の具体的な例
を示すと図１２のような放射電極形状が考えられる。し
かしながらこれに限定されるものではない。

【００２４】次に、上述した放射電極の形状寸法につい
て述べる。図３の特性カーブは縦軸にＱ値を、横軸に開
放端の幅をＳ、接地端の幅をＷとしたときのＷ／Ｓの比
を示しており、Ｗ／Ｓに対するＱ値の変化を示してい
る。この特性カーブからＷ／Ｓが大きく、即ち先端が細
くなるに従いＱ値が減少し広帯域化が図られることが分
かりＱ値≦２９を満たすＷ／Ｓは３以上である。但し、
基体の比誘電率による影響もあるのでＷ／Ｓは２以上で
も実用でき、実質的には２〜５の範囲である。この放射
電極は下記する実施例に示すように基体の上面だけでな
く隣り合う側面にも連続的に形成しても良い。むしろこ
の方がより小型化されて放射指向性が向上するので望ま
しい。また、先端部も隣り合う端面又は側面まで延長し
て設けても良く、他面に設けた先端部はインダクタンス
あるいはキャパシタンス成分として作用し放射利得の向
上や周波数の調整がやり易くなる。

【００２５】次に、アンテナ素子の接地電極の構成と回
路基板上への配置について述べる。本発明の接地電極１
５は図４や図６等に示すように、長方体の基体１１の一
方端面とその廻りの少なくとも三面を覆って形成されて
おり、かつ基体の裏面のほとんどにはグランド電極を設
けていない。またインピーダンスが整合する個所の側面
に給電電極１４が形成されている。図４を例にとれば、
アンテナ素子１０は給電線７５を跨ぐように回路基板７
１の接地面（地導体）７３と長手方向を並行に、且つ、
放射電極１３の開放端１２が地導体７３から最も遠ざか
る方向に向けて面実装したものである。

【００２６】従来はアンテナ素子を地導体に対して垂直
（縦方向）に配置する場合が多かった。このような場合
デッドスペースが大きくなり設計の自由度が低いことは
言うまでもない。本発明のように横方向並行に置けば占
有面積は格段に減少し、実装レイアウトの自由度と密度
を上げて省スペース化を図ることが出来る。一方で並行
に置いた場合は縦置きに対して利得低下を補う必要があ
るが、この点で放射電極の形状効果や電極配置による効
果を積極的に引き出している。例えば、接地電極１５は
基体端部を確実に覆うことにより、接地端から開放端の
先端に向かって電解を集中させることができておりグラ
ンド間の結合も確保される。また、給電点も容量を介し
てインピーダンスマッチング部に設けられて確実かつ容
易に行われる。

【００２７】また、回路基板との電気的相互作用として
は、アンテナの共振電流が基板に鏡像電流を発生させる
現象が挙げられる。この鏡像電流と基板側の電流が逆位
相となるとアンテナからの電磁放射を妨げ利得低下や共
振周波数のシフトをもたらすことがある。この点で図示
の配置とすることによって、アンテナ基体上で共振電流
が最も強く流れる放射電極と開放端を地導体から最も遠
い位置に配置し、電界を接地導体から離れた位置に誘起
できる。これにより鏡像電流を極力弱くでき、また、ア
ンテナ基体の裏面のほとんどには接地電極を設けていな
いので基板への鏡像電流を減少させることが出来てい
る。これらによって放射利得も向上するのである。尚、
占有面積の点からは逆行するが、利得向上の点では地導
体から所定の間隙をあけて接地電極を載置すると一層利
得が向上する。また、回路基板全体の中でのアンテナ素
子の配置は、基板の先端部ではあるが、その中でも開放
端側は基板の角から半波長程度離して配置することが望
ましい。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳し
く説明する。まず、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）はアンテナ
素子の絶縁基体の寸法（長さＬ、幅Ｗ）と帯域幅（Ｂ
Ｗ）及び比誘電率（εr）と帯域幅の関係の一例を示し
ている。帯域幅は上記したように素子基体の寸法や材料
によって変わるものであるから、図５のような素子寸法
と帯域幅の関係及び素子材料と帯域幅の関係を予め得る
ことによって省力かつ効率的に本発明を実施できるもの
である。尚、ここでは１８０ＭＨｚの帯域幅を得ること
を前提に別途検討した結果、絶縁基体として直方体（１
５mm×３mm×３mm）の誘電体セラミックスで比誘電率ε
r＝８、Ａｌ₂Ｏ₃系材料を使用することにした。電極は
Ａｇ電極材料を用い、絶縁基体１１の表面に図６に示す
ような位置と形状に設けた。この時、放射電極は基体上
面の放射電極１３と側面の放射電極１３１とからなり、
接地電極１５と接続して二面にわたって略台形状に設
け、先端の開放端は折れて側面まで延びている。本例で
は開放端Ｓと接地端の幅Ｗの比をほぼ１：３とした。給
電電極１４（図示せず）は基体の中央よりやや開放端側
に寄った側面に非接触で設けている。尚、上記した寸法
を有するアンテナ素子は、伝搬周波数２．４〜２．５Ｇ
Ｈｚ、帯域幅１８０ＭＨｚ、比帯域３．５％、利得０ｄ
Ｂｉ以上、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）３以下等の性能を
満たすと共に、特定平面内無指向性が要請される携帯電
話あるいは無線ＬＡＮ用に設計したものである。

【００２９】上記の実施例は一例であって設計条件等に
よっては適宜寸法や構成を選定することができる。例え
ば、略直方体状の誘電体基体は円柱状でもよく、また材
料は磁性体、樹脂体、またこれらの積層基板であっても
良い。放射電極の形状や開放端と接地端の幅寸法につい
ても適宜変更ができる。また、帯域幅を広げたり周波数
調整のために放射電極あるいは基体をトリミングするこ
とが有効である。また、放射電極の一端側は必ずしも連
続的に接地電極を形成する必要はなく、非連続とした容
量結合となし最終的に接地できていれば良い。また、接
地電極は目的からして最小限その端面を覆い、接地面に
連接して接地できていれば良いと言える。しかし、基体
端面からの電界の放射を抑制する効果を確実に得るため
に図示するように基体端部において端面とその廻りの四
面を確実に覆うように形成しておくものである。また、
給電電極は放射電極の周りで基体の端面あるいは上面に
わたって設けても良く接触、非接触を問わないが、容量
を介した非接触の方がインピーダンス整合が取りやすく
望ましい。

【００３０】アンテナ素子の製造方法としては、概略次
の工程を用いて製造した。まず、誘電体セラミックスの
ブロックを焼成によって作製し、このブロックから適宜
寸法の直方体のチップを複数個に切り出し所定の寸法に
研削加工する。その後、この誘電体チップを複数並べた
列を作り、これらの表面にＡｇ電極をスクリーン印刷で
所定の形状と位置に形成した。次に、これらチップを乾
燥させた後、端面電極を印刷形成し電極焼き付け工程を
経てアンテナ素子として完成した。本実施例では幅３ｍ
ｍ、高さ３ｍｍの同一寸法の長方体である。高さは低い
方が好ましいが、同一寸法であると側面方向の方向性が
なくなり、治具等を共通して電極の印刷作業等が簡単か
つ安価に出来るという利点がある。

【００３１】図６は試作したアンテナ素子及びその評価
方法を示す。回路基板５０上にアンテナ素子１０を接地
導体５５の端部に略並行に、且つ放射電極の開放端１２
が地導体より遠ざかるように配置し、回路基板５０の左
右の地導体５５の間に位置する給電線７５を介して、電
源１９から給電する面実装型の構成である。放射電極１
３及び１３１は接地電極１５と接続されており、ここか
ら連続的に幅を狭めながら延びる傾斜面を形成し、先端
は隣接する側面まで廻りこんで開放端１２となってい
る。給電電極は長手方向中央より開放端側に偏ってお
り、基体の側面から裏面にわたって設け給電線７５と半
田付けされる。他方、接地電極１５側は突出地導体部５
５０の上に置かれて半田付けされアンテナ素子は固定さ
れる。尚、接地電極１５と放射電極１３、１３１は別体
のように図示しているが一体的に印刷形成している。

【００３２】特性の評価項目としては、電圧定在波比
（ＶＳＷＲ）と指向性および利得特性を測定し、地導体
５５の先端部との間に２ｍｍ程度の間隙を設けてアンテ
ナを設置した場合と間隙を設けない場合とについて評価
した。ＶＳＷＲの測定は、給電端子にネットワークアナ
ライザを接続し、端子側からみたインピーダンスを測定
することにした。また、利得の測定に際しては、電波無
響暗室内で被試験アンテナからの放射電力を受信用基準
アンテナで受信し、基準アンテナに対する比として評価
した。指向性については、被試験アンテナ素子を回転テ
ーブルに搭載し、回転させながら放射電界の強度を利得
の測定と同じ手順で各回転角度における利得を測定し
た。

【００３３】図６の被試験アンテナ素子をＸ、Ｙおよび
Ｚ軸に関して回転させたときの指向特性を測定したとこ
ろ、３軸共に利得がほぼ円に近く、指向性のない無指向
特性が得られた。また、図７は２ｍｍの間隙を設けた場
合の帯域幅特性である。従来と比べて大きな改善が見ら
れ、狙い通り電圧定在波比ＶＳＷＲが３の時の帯域幅を
１８０ＭＨｚとすることができた。尚、間隙を設けてい
ない場合でも帯域幅は１２０ＭＨｚとなっており従来例
よりも広帯域化が達成できた。但し、このアンテナ装置
の場合は若干の占有面積の増加にはなるが所定の間隙、
例えば２ｍｍ程度を地導体から距離をおいて配置した方
が帯域幅及び放射利得の点でも優位であることが分かっ
た。

【００３４】次に、本発明の他の実施例を図８〜図１１
に示す。図８はアンテナ素子の上面斜視図（ａ）、反対
側の上面斜視図（ｂ）、下面側の斜視図（ｃ）を示して
いる。図示から分かるように本例のアンテナ素子は、基
体１１の上面に設けた台形状の放射電極１３２に給電電
極１４２を接続した直接給電方式である。給電電極１４
２は基体の側面と上面の二面にわたって設け下面にも延
びている。そして、基体の下面側は給電電極と電気的に
絶縁したグランド導体１５０をほぼ全面に配し、接地電
極１５と導通した構成としている。

【００３５】図９〜図１１の斜視図で示す例は、基体寸
法を１５mm（長さ）×３mm（幅）×２mm（高さ）と薄型
化を図っている。基体の一端端部を覆う接地電極１５を
形成し、これに連なる放射電極に特徴を有している。
尚、給電電極は基体の背面に位置するのでここでは図示
していない。即ち、これらの例は放射電極を上面のみに
配置するのではなく、隣り合う側面にも延在させて、ま
たミアンダ状等に設けている。このような構成によっ
て、放射電極を実質的に広げることが可能となり、周方
向の放射利得が向上すると共に一層の小形低背化に効果
的である。図９では放射電極１３３と接地電極１５との
間に間隙を設けて容量結合の方式としたものである。特
に本例では放射電極と接地電極との間隙（ギャップ）が
両端に設けられることから、この間隙に発生する電界が
広範囲に放射されることによりＱ値が低下し、より広帯
域化が期待できる。図１０に示した例は、放射電極１３
４と接地電極１５との間を一部分で接続するようにした
構成である。１６１の基体部分はトリミングの要素が兼
用して備わっており、よって、この部分の長さを変える
か、また削ったりして共振周波数の調整を行うことが出
来る。開放端１２はもう一方の端面まで延在しており、
この延長部分はインダクタンス成分あるいは装荷容量成
分として利用できる。また、図１１に示した例は、図示
の通り放射電極１３５を二面に亘ってミアンダ状に形成
したものである。この実施例ではミアンダ状放射電極に
共振電流が流れることからミアンダ状電極の長さが電気
長の約１／４に相当する。このため放射電極の長さを短
くできることによりアンテナ寸法を更に小型化出来ると
いう効果がある。

【００３６】図１２は放射電極の形状としての他の実施
例を示している。これらの実施例は、本発明の趣旨によ
って考えられたものであり、開放端側の幅は接地部側の
それよりも実質的に狭いこと、また左右対称である必要
がない等の条件を満たすことは図から一目瞭然である。
尚、（ｇ）〜（ｌ）までのパターン例は放射電極の下部
に接地電極が繋がったあるいは離れた状態を一緒に図示
し接地電極との関与も示している。

【００３７】次に、図１３〜図２０はさらに他の実施例
を示し、基体を展開した図である。図１３において塗り
つぶした部分がマイクロストリップ導体からなる電極で
あり、本例は上述した図６の実施例とほぼ同じ構成にな
っている。基体の一端に接地電極１５を、また長手方向
の他端に向かって幅を狭めながら延びる放射電極１３
と、同じく他端に向かって幅の狭まる放射電極１３１及
び放射電極１３の先端に設けた電極１３６を隣接する側
面の二面に渡って形成している。また、給電電極は放射
電極１３の途中の側面でインピーダンス整合部に形成し
ている。異なっている点は、本例では接地電極１５を側
面の全部を覆わないようにしており、一方側面にトリミ
ング調整部２０を設け、周波数調整がやり易く調整幅が
広くとれるようにしていることである。以下の図示例に
おいて、同一構成については同一符号を付してその説明
は省略する。

【００３８】図１４は放射電極１３の先端部に上面から
側面にわたって比較的幅広の電極１３７を設けており、
容量装荷用の電極を形成したものである。図１５は放射
電極１３の先端部に他方端面まで延びる誘導性の電極１
３６を設けたものである。例えば、これは端面全面に設
けて容量装荷用にしても良い。図１６は上面の放射電極
１３を小さくし、一方側面側の放射電極１３１を主の放
射電極となしている。また、他方端面には放射電極１３
１の先端に連続する容量装荷電極１３７を設けている。
図１７は図１６の例に対し放射電極１３の一端側にトリ
ミング調整部２０を設け、他端側に電極１３６を設けて
いる。また、電極１３８は半田付け用のダミー電極で基
板とアンテナ素子の固定がより強固に確実となる。図１
８は図１３の例に対し、接地電極１５をほぼ四面で覆
い、給電電極１４を下面に延長し半田付け面積を確保し
固定強度の向上をはかったものである。図１９は図１８
の例に対し、給電電極１４を延長する代わりにダミー電
極１３８を他方端面の下面に設けたものである。図２０
は図１８の例に対し、給電電極１４の延長はせず、浮き
電極１３９を設けたものである。浮き電極１３９は放射
電極１３１とグランドとの間での容量を増加させ小型化
及び周波数の調整を容易にする。

【００３９】上記してきた実施例では、誘電体としてセ
ラミックスの絶縁基体を用いたが、これを樹脂等の誘電
体により構成しても良く、絶縁体である磁性体で構成し
ても構わない。また樹脂などの場合は基体に孔を形成
し、ここに給電点を設けることもできる。また、基体は
必ずしも長方体に限るものではなく、正方体、円柱体、
多角体あるいは薄板等の形状を含むものであり、本発明
ではこれらを総称してチップ型と言う。本発明によれば
上記したアンテナ素子を回路基板上に実装したアンテナ
装置を携帯電話等の無線通信情報端末機器に搭載するこ
とにより、無指向性で利得や帯域幅などのアンテナ特性
の良い通信機器とすることができる。また、上述したよ
うに基板の地導体に対して並行に配置することから表面
実装型アンテナ装置としては占有面積が小さく自由度の
高い設計が可能となり、省スペースと実装密度が上がる
ことから通信機器の小型化にも寄与できる。例えば、本
実施例のアンテナ素子（15mm×3mm×3mm、15mm×3mm×2
mm）を載置したアンテナ装置は、実装時のアンテナ素子
の占有面積は５０ｍｍ^２以下となり、従来構造のアンテ
ナ装置に対し1/2以下の省スペース化が達成できた。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
全方位指向性（無指向性）を持ち、広帯域で利得が高
く、且つ小形低背化が可能な高性能のチップ型アンテナ
素子及びアンテナ装置が得られた。また、このアンテナ
素子を回路基板上に実装したときは占有面積を最小化し
て実装密度を向上することができ、これを携帯型無線通
信情報端末機器等の通信機器に搭載した場合の装置自体
の小形化に貢献すると共に、装置の位置あるいは姿勢に
関係なく安定した通信性能を持つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するためのアンテナ素子の
斜視図である。

【図２】（ａ）は図１のアンテナ素子の等価回路図、
（ｂ）は従来のアンテナ素子の等価回路図である。

【図３】本発明における放射電極の広幅Ｗと狭幅Ｓの比
W/SとＱ値の関係を示す特性線図。

【図４】本発明のアンテナ素子を回路基板に実装したと
きのアンテナ装置を示す概略実装図。

【図５】本発明を適用するための絶縁基体の一例データ
であり、（ａ）は基体長さと帯域幅の関係、（ｂ）は基
体幅と帯域幅の関係、（ｃ）は基体の誘電率と帯域幅の
関係をそれぞれ示す特性図。

【図６】実施例のアンテナ素子を基板に実装した例を示
す概略図。

【図７】実施例のアンテナ素子を評価した結果で帯域幅
特性。

【図８】本発明による他の実施例を示し、アンテナ素子
の（ａ）上面斜視図、（ｂ）反対側の上面斜視図、
（ｃ）下面側の斜視図。

【図９】本発明の他の実施例を示す、アンテナ素子の上
面斜視図。

【図１０】本発明の他の実施例を示す、アンテナ素子の
上面斜視図。

【図１１】本発明の他の実施例を示す、アンテナ素子の
上面斜視図。

【図１２】本発明のアンテナ素子の放射電極の他の実施
例を示す平面図。

【図１３】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ
素子基体の展開図。

【図１４】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ
素子基体の展開図。

【図１５】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ
素子基体の展開図。

【図１６】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ
素子基体の展開図。

【図１７】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ
素子基体の展開図。

【図１８】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ
素子基体の展開図。

【図１９】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ
素子基体の展開図。

【図２０】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ
素子基体の展開図。

【図２１】従来のマイクロストリップアンテナ素子の一
例を示す構成図。

【符号の説明】

１０：アンテナ素子１１：絶縁基体１２：開放端１３、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５：放射
電極１４、１４２：給電電極、１５：接地電極１９：電源５５、７３、９６：接地面（地導体）５０、７１：回路基板７５：給電線９０：放射電極９２：接地電極９４：給電電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山雄太埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地日立金属株式会社先端エレクトロニクス研究所内Ｆターム(参考） 5J046 AA03 AB13 PA04 PA07 5J047 AA03 AB13 FD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基体にマイクロストリップ導体を配
したチップ型アンテナ素子であって、前記マイクロスト
リップ導体は、前記基体の一方端から長手方向の他方端
に向かって連続的および／または段階的に実質的に幅を
狭めながら延びる放射電極を備えていることを特徴とす
るチップ型アンテナ素子。
【請求項２】絶縁基体にマイクロストリップ導体を配
したチップ型アンテナ素子であって、前記マイクロスト
リップ導体は、前記基体の一方端面に設けた接地電極
と、該接地電極と接続あるいは容量結合して基体の一方
端から長手方向の他方端に向かって連続的および／また
は段階的に実質的に幅を狭めながら延びる放射電極と、
前記放射電極の途中に接触または非接触で設けた給電電
極であることを特徴とするチップ型アンテナ素子。
【請求項３】絶縁基体にマイクロストリップ導体を配
したチップ型アンテナ素子であって、前記マイクロスト
リップ導体は、前記基体の一方端面に設けた接地電極
と、該接地電極と接続あるいは容量結合して基体の一方
端から長手方向の他方端に向かって連続的および／また
は段階的に実質的に幅を狭めながら延びる放射電極と、
前記放射電極の途中に接触または非接触で設けた給電電
極であり、前記放射電極の開放端を前記一方端面以外の
端面又は側面に延在して設けたことを特徴とするチップ
型アンテナ素子。
【請求項４】前記延在して設けた開放端は、基体上面
にある幅を狭めた先端部よりも細い幅の電極であること
を特徴とする請求項３記載のチップ型アンテナ素子。
【請求項５】前記絶縁基体は長方体であり、その一方
端面に設けた接地電極は、端面とその廻りの少なくとも
三面を覆って形成したことを特徴とする請求項１乃至４
の何れかに記載のチップ型アンテナ素子。
【請求項６】前記放射電極の開放端の幅をＳ、接地端
の幅をＷとしたとき、Ｗ／Ｓを２以上としたことを特徴
とする請求項１乃至５の何れかに記載のチップ型アンテ
ナ素子。
【請求項７】前記放射電極を絶縁基体の隣り合う側面
にわたって設けたことを特徴とする請求項１乃至６の何
れかに記載のチップ型アンテナ素子。
【請求項８】請求項１〜７の何れかに記載するチップ
型アンテナ素子を、前記放射電極が延びる基体長手方向
を回路基板の地導体と並行となるようになし、且つ前記
放射電極の開放端を地導体から遠ざけるように配置した
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】前記チップ型アンテナ素子と回路基板の
地導体との間に、間隙を設けて接続したことを特徴とす
る請求項８記載のアンテナ装置。
【請求項１０】請求項８または９に記載のアンテナ装
置を搭載したことを特徴とする通信機器。