JP2002118409A - ミアンダ型アンテナ及びその製造方法 - Google Patents

ミアンダ型アンテナ及びその製造方法

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JP2002118409A
JP2002118409A JP2000308130A JP2000308130A JP2002118409A JP 2002118409 A JP2002118409 A JP 2002118409A JP 2000308130 A JP2000308130 A JP 2000308130A JP 2000308130 A JP2000308130 A JP 2000308130A JP 2002118409 A JP2002118409 A JP 2002118409A
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antenna
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ghz
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Kazuo Watada
一雄 和多田
Shunichi Murakawa
俊一 村川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小型、軽量化されたミアンダ型アンテナの共振
周波数を設計段階で精度良く設定できるアンテナを提供
する。 【解決手段】導体のパターン間の容量成分に密接に関係
するパターン切り返し幅に加え、共振周波数と直接関係
するパターン長、パターン間の容量、結合に密接に関係
するパターン幅、パターンピッチより成り立つ計算式を
用いて共振周波数を求め、この計算式にしたがって設計
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、携帯移動端末用、
ローカルエリアネットワーク(LAN)用などに用いら
れる小型アンテナ及びその設計方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の移動体通信用携帯端末は、例え
ば、図6に示すように、ホイップアンテナ21を携帯端
末の筐体に取り付ける方式が一般的であった。
【0003】移動体通信の発展とサービスの多様化によ
り携帯端末の普及が進み、持ち運びを考慮した筐体の小
型化が進み、これにより内蔵品の小型化、軽量化が進ん
できた。この為、アンテナも同様に小型化、軽量化が望
まれている。
【0004】この様な状況から、ミアンダ構造を有する
小型アンテナが開発されている。図7は特開平9−55
618号公報に開示されているアンテナの透視斜視図で
あり、導体11に設けられた端子電極12の接続部17
とつながったミアンダ状の導体13を有する構造となっ
ている。このように、導体13をミアンダ状にすること
により小型化がなされている。
【0005】このミアンダ構造のアンテナについては、
構造状、アンテナを小型化すると、電極パタ−ン間の容
量増加、電気的結合等の影響により、共振周波数を調整
し設定することが難しく、試行錯誤を行うことにより、
共振周波数の調整をおこなっていた。
【0006】しかし、特開平10-145123号公報
において、所定の共振周波数を、設計段階で決定するこ
とが可能な小型のミアンダラインアンテナを提供する発
明がなされている。
【0007】この発明によると、所望の共振周波数を得
るために必要なミアンダ状の導体の形状、すなわち、導
体のタ−ン数、導体における相対する線路の間隔、導体
の導体長を設計段階で簡単に求めることができ、共振周
波数の設定が簡単にできるとされている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たように、従来のミアンダ型アンテナは小型化されるこ
とにより、電極パターン間の容量増加、電気的結合等の
影響により共振周波数の設定及び調整は一般的に難し
い。
【0009】また、特開平10−145123号公報に
て、ミアンダラインアンテナの設計方法が記載されてい
るが、ミアンダのターン数が多くなったり、誘電率が大
きくなったりすると、計算誤差が大きくなり、共振周波
数の計算値と実測値の誤差が10%を越えるケースが多
く見られ、特に、タ−ン数が10を越えると、誤差が5
0%を越える為、実用上使用出来ないという問題があっ
た。
【0010】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、小型、軽量化されたミアンダ
型アンテナの共振周波数を設計段階で精度±10%で設
定でき、さらに、その調整が簡単に出来る小型ミアンダ
アンテナの提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは研究を重ね
た結果、以下の計算式を用いてアンテナを設計すること
により、上述の課題を解決できることを見出し本発明に
至った。
【0012】即ち、本発明は、誘電体材料及び磁性材料
の少なくとも一方からなる基体と、該基体の表面及び内
部の少なくとも一方にミアンダ状の導体を形成させたア
ンテナであって、前記ミアンダ型アンテナの共振周波数
の計算値fと実測値f0が下記式を満たすことを特徴と
する。
【0013】f(GHz)=AC0/2πabε1 / 2+c 0.9f0 ≦ f ≦1.1f0 ただし f :共振周波数計算値(GHz) f0:共振周波数実測値(GHz) A :定数 C0:光伝搬速度 ε :誘電体基板の誘電率 a :パターン長(mm) b :0.1×d+0.15×e+0.04 c :0.17×e+1.28×g+0.72 d :パターン折り返し幅(mm) e :パターンピッチ(mm) g :パターン幅(mm) また本発明のミアンダ型アンテナの製造方法は、求める
共振周波数fに応じて上記式を満たすように基板の材
質、各寸法を決定することを特徴とする。
【0014】即ち、本発明は、誘電体基板上に電極パタ
ーンを形成してなるミアンダ型アンテナの電極パターン
において、パターン間の容量成分に密接に関係するパタ
ーン切り返し幅に加え、共振周波数と直接関係する誘電
率、パターン長、パターン間の容量、結合に密接に関係
するパターン幅、パターンピッチより成り立つ計算式を
用いることにより、パターン間の容量、結合の影響を考
慮に入れた共振周波数の設定、及び調整を行うことが可
能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図を参照にして本発明の実
施の形態について説明する。
【0016】図1(a)は、本発明の実施形態であるア
ンテナを示す斜視図である。アンテナ1は、移動体通信
またはLANに使用するものであり、該アンテナ1はセ
ラミックからなる直方体状の基体11の表面に、基体1
1の長手方向にミアンダ構造をした線状の導体13を備
えたものであり、この導体13に電圧を印加するための
給電用端子12とを有するものである。
【0017】基体11は、例えば、アルミナを主成分と
する誘電体材料(比誘電率:9.6)からなる粉末を加
圧成形し、焼成されたセラミックにて構成される。但
し、本発明において、基板材料は上記例に限定されたも
のではなく、樹脂、セラミックと樹脂の複合体等、ある
いはフェライト等の磁性材料を用いてもよい。
【0018】基体を誘電体材料で構成することにより信
号の伝搬速度が遅くなり、波長の短縮が生じるため、基
板の比誘電率がεrとすると電極パターンの実効長は
1/εr1/2倍となり、実効長が短くなる。従って、電
流分布の領域が増えるため、放射する電波の量が多くな
り、アンテナの利得を向上することができる。
【0019】また、逆に従来のアンテナ特性と同じ特性
にした場合、パターン長は1/εr 1/2となり、小型化
ができる。
【0020】基体11として磁性材料を用いる理由は、
透磁率μが大きいとインピ−ダンスが高くなり、アンテ
ナQを低下させることにより、帯域を広くすることが出
来るからである。
【0021】電極パターンを構成する導体13はアルミ
ニウム、銅、ニッケル、銀、パラジウム、白金、金のい
ずれか1つを主成分とする金属よりなる。これらの金属
を、印刷、蒸着、貼り合わせ、あるいはメッキによって
電極パターンを形成する。なお導体13は、基体11の
表面あるいは内部のいずれかに設けられていてもよい
し、両方に設けられていてもよい。
【0022】図1(b)にあるようにミアンダ型アンテ
ナの電極パターン13はパターン折り返し幅d、パター
ン長a、パターン幅g、パターンピッチeといったパラ
メーターにて形成されている。いずれのパラメーターも
共振周波数fを決定するパターン長a、パターン間の容
量、結合のいずれかに直接または深く関係している。ま
た、基体11の誘電率についても共振周波数に深く関係
している。
【0023】この事から、これらのパラメーターよりな
る計算式を検討した結果、アンテナの共振周波数は下記
式で算出できることを見出した。そのため、求める共振
周波数fに応じて、以下の計算式を満たすように基体1
1の材質や、導体13のパターンの各寸法を決定すれば
よいことになる。
【0024】f(GHz)=AC0/2πabε1 / 2+c ただし f :共振周波数計算値(GHz) A :定数 C0:光伝搬速度 ε :誘電体基板の誘電率 a :パターン長(mm) b :0.1×d+0.15×e+0.04 c :0.17×e+1.28×g+0.72 d :パターン折り返し幅(mm) e :パターンピッチ(mm) g :パターン幅(mm) そして、このようにして得られたアンテナの共振周波数
の実測値f0は下記式の範囲内とすることができる。
【0025】0.9f0 ≦ f ≦1.1f0 ただし f :共振周波数計算値(GHz) f0:共振周波数実測値(GHz) 即ち、上記計算式に基づいて算出した共振周波数fは実
測値f0の±10%以内とすることができ、非常に精度
良く設計することが可能となる。
【0026】なお、本発明において、さらに高精度にす
るためには、上記製造方法によって作製したアンテナの
共振周波数の実測値f0を計算値fに近づけるように、
得られたアンテナの導体13のパターン等を微調整する
こともできる。その際にも、上述したように共振周波数
の実測値f0と計算値fの差が±10%以内と小さいた
め、微調整を容易に行うことができる。
【0027】
【実施例】上式のパラメーターを表1に示すような値に
設定したアンテナを試作し、その共振周波数の計算値f
及びサンプルの実測値f0を求め、実測値f0に対する計
算値との誤差を算出した結果を表1及び図2〜5に示
す。
【0028】尚、基体11にはセラミック基板(誘電
率:9.6および20)を用いた。また、本実施例にお
いて定数Aは1.841を用い、光伝播速度C0は3×
1011(mm/s)とした。
【0029】また、共振周波数の実測方法は、50×2
5×0.8mmのフッ素樹脂材の片面にグランド面を形
成し、他面にストリップラインを形成した基板に、該ア
ンテナ素子を半田付けし、この反対端から同軸線路で給
電し、HP社製ネットワ−クアナライザーにより共振周
波数を測定した。
【0030】
【表1】
【0031】実施例1 図2に、A=1.841、ε=9.6、d=6.0m
m、e=1.5mm、g=0.50mmとし、aを2
6.05mm、33.05mm、38.05mm、4
0.05mm、47.05mmとしたときの共振周波数
の計算値fと実測値f 0を示す。これより、共振周波数
の誤差が0.3〜1.8%と、小さいことがわかる。
【0032】実施例2 図3に、A=1.841、ε=9.6、d=4.5m
m、e=1.5mm、g=0.30mmとし、aを3
1.85mm、34.55mm、37.55mm、4
0.25mm、43.25mmとしたときの共振周波数
の計算値fと実測値f 0を示す。これより、共振周波数
の誤差が0〜1.3%と小さいことがわかる。
【0033】実施例3 図4に、A=1.841、ε=9.6、d=4.5m
m、e=1.0mm、g=0.10mmとし、aを2
4.75mm、27.15mm、30.15mm、3
3.05mm、35.55mmとしたときの共振周波数
の計算値fと実測値f 0を示す。これより、共振周波数
の誤差が0.4〜2.5%と小さいことがわかる。
【0034】実施例4 図5に、A=1.841、ε=20.0、d=6.0m
m、e=1.0mm、g=0.10mmとし、aを1
3.95mm、17.35mm、19.35mm、2
1.75mm、24.75mmとしたときの共振周波数
の計算値fと実測値f0を示す。これより、共振周波数
の誤差が0.7〜6.0%と小さいことがわかる。
【0035】以上のように、実施例1〜4から明らかな
ように本発明による共振周波数の計算値fと実測値f0
は最大6.0%の誤差で一致する結果となった。
【0036】なお、実施例1〜4のミアンダアンテナに
ついては、誘電率ε=9.6及び20.0の誘電体材料
を用いたが、基体11としては、誘電体材料に限定する
ものでなく、ニッケル、コバルト、鉄を主成分にする磁
性体材料、または、樹脂、セラミックと樹脂の複合体等
を用いてもよい。
【0037】また、基体11としてプレス成形し焼成し
たセラミックスを用いたが、複数のグリーンシートを積
層、スタック、プレスした後焼成したものを用いてもよ
い。
【0038】さらに、導体13は、基体の表面あるいは
内部のいずれかに設けられていてもよいし、両方に設け
られていてもよい。
【0039】
【発明の効果】本発明のミアンダ型アンテナ及びその設
計方法によれば、誘電体基板上に電極パターンを形成し
てなるミアンダ型アンテナにおいて、パターン間の容量
成分に密接に関係するパターン切り返し幅に加え、共振
周波数と直接関係するパターン長、パターン間の容量、
結合に密接に関係するパターン幅、パターンピッチより
成り立つ計算式を用いて共振周波数を求め、この計算式
にしたがって設計することにより、パターン間の容量、
結合の影響を考慮に入れた共振周波数の設定、及び調整
を行うことが可能となり、実測値の誤差を小さくして精
度の高い設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明のミアンダ型アンテナの斜視
図、(b)は導体のパターンを示す拡大図である。
【図2】本発明のアンテナにおける共振周波数の計算値
と実測値を示すグラフである。
【図3】本発明のアンテナにおける共振周波数の計算値
と実測値を示すグラフである。
【図4】本発明のアンテナにおける共振周波数の計算値
と実測値を示すグラフである。
【図5】本発明のアンテナにおける共振周波数の計算値
と実測値を示すグラフである。
【図6】従来のホイップアンテナを搭載した携帯電話機
を示す図である。
【図7】従来のミアンダ型アンテナを示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1、3:アンテナ 2:携帯電話 11:基体 12:給電用端子 13:導体 17:接続部 21:ホイップアンテナ a:パターン長 d:パターン折り返し幅 e:パターンピッチ g:パターン幅

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体材料または磁性体材料のいずれかよ
    りなる基体の表面及び/又は内部にミアンダ状の導体を
    備えたアンテナであって、その共振周波数の計算値fと
    実測値f0が下記式を満たすことを特徴とするミアンダ
    型アンテナ。 f(GHz)=AC0/2πabε1 / 2+c 0.9f0 ≦ f ≦1.1f0 ただし f :共振周波数計算値(GHz) f0:共振周波数実測値(GHz) A :定数 C0:光伝搬速度 ε :誘電体基板の誘電率 a :パターン長(mm) b :0.1×d+0.15×e+0.04 c :0.17×e+1.28×g+0.72 d :パターン折り返し幅(mm) e :パターンピッチ(mm) g :パターン幅(mm)
  2. 【請求項2】誘電体材料または磁性体材料のいずれかよ
    りなる基体の表面及び/又は内部にミアンダ状の導体を
    備えたアンテナであって、求める共振周波数fに応じ
    て、下記式を満たすように材質の選定、各部位の寸法を
    決定することを特徴とするミアンダ型アンテナの製造方
    法。 f(GHz)=AC0/2πabε1 / 2+c ただし f :共振周波数計算値(GHz) A :定数 C0:光伝搬速度 ε :誘電体基板の誘電率 a :パターン長(mm) b :0.1×d+0.15×e+0.04 c :0.17×e+1.28×g+0.72 d :パターン折り返し幅(mm) e :パターンピッチ(mm) g :パターン幅(mm)
  3. 【請求項3】基体の誘電率、導体のパターン長、パター
    ン折り返し幅、パターンピッチ、パターン幅のうち少な
    くとも1つを変更することにより共振周波数の調整を行
    うことを特徴とする請求項2記載のミアンダ型アンテナ
    の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011142542A (ja) * 2010-01-08 2011-07-21 Nec Engineering Ltd パターンアンテナ及びアンテナ装置
JP2018074345A (ja) * 2016-10-28 2018-05-10 株式会社デンソーウェーブ アンテナ

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