JP2002141738A

JP2002141738A - 誘電体アンテナおよびその共振周波数の調整方法

Info

Publication number: JP2002141738A
Application number: JP2000331453A
Authority: JP
Inventors: Hironori Okado; 広則岡戸; Migiwa Beniya; みぎわ紅谷; 俊祥 ▲葛▼; Shiyunsho Katsura
Original assignee: Yokowo Co Ltd; Yokowo Mfg Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】調整により、またはセットに組み込んだ状態
で共振周波数が高過ぎる場合でも、その共振周波数を所
望の周波数帯に合せ込むことができる誘電体アンテナお
よびその共振周波数の調整方法を提供する。【解決手段】誘電体基板６の表面に放射素子３が設け
られ、その一端３ａ側は励振電極２と結合することによ
り給電され、他端３ｂ部側は誘電体基板６の一側面６ａ
を介して誘電体基板６の裏面に設けられる接地導体１に
接続されている。そして、放射素子３と接地導体１との
接続部に周波数調整手段（たとえば放射素子３と接地導
体１とを連結する連結部８ａ）が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブルートゥース
（blue tooth）用またはＧＰＳ（global positioning s
ystem）用などに用いられる誘電体アンテナ、およびそ
の共振周波数の調整方法に関する。さらに詳しくは、共
振周波数を低く調整する場合にも簡単に調整することが
できる誘電体アンテナ、およびその共振周波数の調整方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のセラミック基板などを用いたアン
テナは、たとえば図４にパッチアンテナの一例の平面図
および側面図が示されるように、誘電体基板２１上に導
電体膜で放射素子２２が形成され、その裏面に給電ピン
２３が接続される構造になっている。この種のアンテナ
の共振周波数ｆｒ（波長λ）は、縦方向の長さａにより
定まり、ほぼａ＝λ／２となる。ここで、共振周波数ｆ
ｒ＝３００／λ（ＧＨｚ）であるため、辺の長さａが短
くなるほどλも小さくなり、結果として共振周波数ｆｒ
が高くなる。すなわち、放射素子２２の一辺Ｂを削って
一辺Ａの長さａを短くすることにより、共振周波数を高
く調整することができる。なお、直線偏波に関しては、
幅ｂは帯域特性に影響するが、共振周波数には余り影響
しない。しかし、円偏波の場合は、ａ／ｂが軸比に影響
するので、ａを短くしたらｂも同じ比率で短くする必要
がある。誘電体アンテナは、このようなパッチアンテナ
に限らず、表面に形成された放射素子の他端部が誘電体
基板の裏面まで延出されて裏面の接地導体と接続される
逆Ｆ型のアンテナでも同様にその長さを削ることによ
り、共振周波数の調整を行って周波数の合せ込みが行わ
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、誘電体
アンテナでは、その表面に設けられる放射素子の一部を
削り取ることにより、その長さを短くして共振周波数を
高くする調整が行われる。しかし、削りすぎて放射素子
の長さが短くなり過ぎたとき、すなわち共振周波数が高
くなりすぎたときは、逆に共振周波数を低く調整するこ
とが特性劣化などを招き困難である。そのため、アンテ
ナが不良になってしまったり、調整の際に非常に神経を
使って慎重に調整をしなければならず、調整時間が多く
かかり、コストアップになるという問題がある。また、
アンテナを組み込む機器などとの相互作用により、調整
する前から共振周波数が高過ぎる場合にも、同様にその
調整手段が困難で、そのアンテナが不良品になるという
問題がある。

【０００４】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、調整により、またはセットに組み込
んだ状態で共振周波数が高過ぎる場合でも、その共振周
波数を所望の周波数帯に合せ込むことができる誘電体ア
ンテナおよびその共振周波数の調整方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による誘電体アン
テナは、誘電体基板と、該誘電体基板の表面に設けら
れ、一端部から給電される放射素子と、前記誘電体基板
の裏面に設けられる接地導体とからなり、前記放射素子
の他端部が前記接地導体と接続される場合に、前記放射
素子と前記接地導体との接続部に周波数調整手段が形成
されている。

【０００６】ここに表面および裏面とは、アンテナにし
た場合に、電波を輻射し、または受信する側の一面を表
面とし、その対向する面が裏面であることを意味する。

【０００７】この構造にすることにより、製造した段階
で所望の共振周波数より高い周波数であったり、放射素
子の給電される側の一端部を削って周波数調整をした場
合に調整し過ぎて共振周波数が高くなり過ぎた場合で
も、接地導体との接続部の周波数調整手段により共振周
波数を調整することにより、所望の周波数で共振させる
ことができる。しかも、放射素子への給電が、放射素子
の一端側からなされ、その反対側の接地導体と接続され
る他端部側に調整手段が設けられているため、給電部へ
のインピーダンスの影響もなく、また、電波を輻射した
り受信する面の放射素子への影響は殆どないため、アン
テナ特性を劣化させることもない。

【０００８】具体的には、前記誘電体基板が直方体形状
に形成され、前記放射素子の他端部が前記誘電体基板の
一側面を介して前記接地導体に接続されると共に、該一
側面から連続して、該一側面に隣接する第２の側面の一
部に前記放射素子と前記接地導体とを連結する連結部が
形成されることにより、その連結部が接地導体となって
いるため、その連結部を削ることにより、放射素子と接
地導体との接続部、すなわちショート面が放射素子の給
電側一端部から遠ざかることになり、放射素子が長くな
るため、共振周波数を下げることができる。ここに側面
とは、直方体の壁面で、放射素子が設けられる表面およ
びその対向面である裏面と垂直な面を意味する。

【０００９】周波数調整手段の別の構造としては、前記
放射素子と前記接地導体との接続部に前記放射素子の幅
より狭い幅狭部が形成されることにより、その幅狭部を
さらに細くすることにより、電流経路が曲げられて長く
なるため、実質的に放射素子が長くなったのと同様に作
用し、共振周波数を下げることができる。

【００１０】本発明による誘電体アンテナの共振周波数
調整方法は、誘電体基板の表面に、導電体からなり、一
端部から給電される放射素子が設けられ、該放射素子の
他端部が前記誘電体基板の裏面に設けられる、導電体か
らなる接地導体と接続される誘電体アンテナの共振周波
数を調整する場合に、前記放射素子の他端部と前記接地
導体との接続部の前記導電体の一部を切除することによ
り、共振周波数を調整することを特徴とする。

【００１１】具体的には、前記放射素子他端部と前記接
地導体との接続部の前記接地導体側の前記導電体を切除
し、前記放射素子を長くしたり、前記放射素子他端部と
前記接地導体との接続部の前記放射素子側の側部を切除
し、前記放射素子の幅を狭くすることにより共振周波数
を調整することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の誘電体アンテナおよびその共振周波数の調整方法に
ついて説明をする。本発明による誘電体アンテナは、図
１にその一実施形態のアンテナの斜視図と底面図が示さ
れるように、誘電体基板６の一面（表面）に放射素子３
が設けられ、その一端３ａ側は励振電極２と結合するこ
とにより給電され、他端３ｂ部側は誘電体基板６の一側
面６ａを介して誘電体基板６の裏面に設けられる接地導
体１に接続されている。そして、放射素子３と接地導体
１との接続部に周波数調整手段８（８ａ、８ｂ）が形成
されている。図１に示される例では、誘電体基板６の一
側面６ａと隣接する第２の側面６ｂに、放射素子３と接
地導体１とを連結する連結部８ａが放射素子と同じ導電
体膜により、一側面６ａ部分の導電体膜から連続して設
けられることにより、周波数調整手段とされている。

【００１３】図１に示される例では、たとえばセラミッ
クスからなる誘電体基板６の表面に放射素子３が設けら
れ、裏面に接地導体１が図１（ｂ）に底面図が示される
ように、給電部４を除いたほぼ全面に設けられ、放射素
子３は、励振電極２を介して励振されるようになってい
る。なお、５は給電部４と励振電極２とを接続する給電
電極である。

【００１４】誘電体基板６としては、できるだけ誘電率
の大きい材料が、放射素子３を小さくすることができる
ため好ましく、たとえばＢａＯ-ＴｉＯ₂-ＳｎＯ₂、Ｍｇ
Ｏ-ＣａＯ-ＴｉＯ₂などのセラミックスを用いること
が、比誘電率が３０程度以上となり好ましい。大きさ
は、たとえばブルートゥース用としては、前述の比誘電
率が３０程度のものであれば、縦×幅×高さが１２ｍｍ
×４ｍｍ×３ｍｍ程度のものが用いられ、比誘電率が８
程度のものであれば、１５ｍｍ×７ｍｍ×６ｍｍ〜１５
ｍｍ×３ｍｍ×２ｍｍ程度のものが用いられる。長さ
（縦）は所望の周波数帯により定まる。

【００１５】接地導体１、励振用電極２および放射素子
３は、それぞれ誘電体基板６に設けられる銀被膜などの
導電体膜を印刷または真空蒸着とパターニングなどによ
り設ければ、簡単に形成することができて好ましいが、
その例に限らず、銅などの導電線または導体板を誘電体
基板６上に配列した構造のものでもよい。

【００１６】励振用電極２は、放射素子３の一端部３ａ
と容量結合をし、給電部４からの信号を放射素子３に励
振させ、または放射素子３により受信した信号を給電部
４に伝達するための電極で、１／４波長よりかなり小さ
い長さに形成されると共に、その電圧最大点となる先端
部で放射素子３と容量結合し、他端部が給電部４と接続
される構造になっている。図１に示される例では、その
他端部に給電電極５を介して誘電体基板６の裏面に設け
られる給電部４と接続されている。

【００１７】放射素子３は、図１に示される例では、１
本の放射素子３が誘電体基板６の表面に誘電体基板６の
幅より若干狭い幅Ｗで形成された例が示されている。し
かし、その幅Ｗは広いほどアンテナの帯域特性が広くな
るので好ましく、誘電体基板６の表面全面に形成されて
いてもよいが、図１に示される例よりもさらに細くても
よい。放射素子３の一端部３ａは、励振電極２と容量結
合をして信号の授受をできるように、励振電極２に近接
して設けられている。また、その他端部３ｂは、誘電体
基板６の一側面６ａを経て裏面の接地導体１と接続さ
れ、表面部での長さがほぼ所望の周波数帯に対し、λ／
４の電気長になるように形成されている。この電気長は
誘電体基板６の比誘電率ε_rの平方根に逆比例（１／ε_r
^1/2に比例）するため、誘電率の大きい基板６を用いる
ことにより、その物理的長さを短くすることができる。

【００１８】本発明では、この放射素子３の他端部３ｂ
側と接地導体１との接続部が、誘電体基板６の励振電極
が設けられる側と反対側の側面である一側面６ａを経て
接続されるだけでなく、その一側面６ａと隣接する第２
の側面６ｂにも放射素子３と接地導体１とを連結する連
結部８ａが、一側面６ａ側の導電体膜と連続して設けら
れていることに特徴がある。その結果、連結部８ａの一
番励磁電極２に近い側がショート面Ｓとなり、誘電体基
板６表面の放射素子３の長さをｃ、一側面６ａからの連
結部８ａの長さをｄとすると、ｃ−ｄが放射素子の長さ
ということになる。この構造になっていると、連結部８
ａのショート面Ｓを削ると、ｃ−ｄが大きくなり放射素
子３の長さが長くなり、共振周波数を下げることができ
る。

【００１９】本発明のアンテナによれば、所望の機器に
搭載したときに、アンテナの共振周波数が所望の周波数
帯に対して、低い場合には、従来も行われているよう
に、放射素子３の励磁電極２に対向する部分（一端部３
ａ）を削ることにより、放射素子３の長さｃ−ｄが短く
なり、共振周波数が高くなるように調整される。この削
除する量は、たとえば前述のブルートゥース用の２.４
５ＧＨｚ帯アンテナで、約０.２ｍｍ程度短くすること
により、共振周波数を約１０ＭＨｚ程度高くすることが
できる。また、削りすぎて共振周波数が高くなり過ぎた
場合、または機器に搭載した状態で共振周波数が所望の
周波数帯より高過ぎる場合には、前述の連結部８ａのシ
ョート面Ｓを削ることにより、連結部８ａの幅ｄが小さ
くなり、放射素子３の長さｃ−ｄが長くなるため、共振
周波数を下げることができる。この場合も、０.２ｍｍ
程度削ることにより、約１０ＭＨｚ程度下げることがで
きる。

【００２０】すなわち、本発明のアンテナによれば、搭
載する機器の状況などにより、その共振周波数が所望の
共振周波数帯と一致しない場合、その共振周波数が高す
ぎても低すぎても、自由に調整することができる。この
場合、放射素子は、その一端部から給電される構造であ
り、調整部がその他端部で接地導体と接続される部分で
あるため、接地導体との接続部を調整することにより共
振周波数を調整しても、その結合特性には影響しない。
したがって、パッチアンテナや給電ピンにより給電され
る逆Ｆアンテナなどに比べて、アンテナ特性に影響を与
えることなく共振周波数帯を調整することができる。な
お、前述の連結部８ａのショート面Ｓを削る場合、図１
に示される第２の側面６ｂの下（基板６の裏面）まで削
らなくても、図１に示されるように、表面まで連結部８
ａが形成されている場合には、その表面部分だけ削れ
ば、長い放射素子として動作する。

【００２１】前述の例では、放射素子３の接地導体１と
の接続側に連結部を形成することにより、その連結部を
削れば、ショート面が移動し、共振周波数帯を調整し得
る共振周波数調整手段が設けられていたが、図２には、
共振周波数調整手段の他の実施形態を説明する図が示さ
れている。すなわち、図２に示される例では、放射素子
３の他端部３ｂが誘電体基板６の一側面６ａを経て裏面
の接地導体１と接続されるが、その一側面６ａに形成さ
れる放射素子３と接地導体１との接続部８ｂの導電体膜
の幅ｆを放射素子３の部分の幅Ｗより狭くしておいて、
その幅を調整できるようにすることにより、周波数調整
手段８が形成されている。このような構造にすることに
より、放射素子３を流れる電流は放射素子３から接地導
体１に向けて接続部８ｂを介して流れるが、その幅ｆが
狭くされると、放射素子３の端部側を流れる電流は、そ
の狭い部分に曲げられることになり、電流長が長くなる
ため、共振周波数帯を下げることができる。この場合
も、０.２ｍｍ程度削って幅ｆを狭くすることにより、
約１０ＭＨｚ程度、共振周波数を下げることができる。
なお、図２に示される例では、放射素子３の幅が誘電体
基板６の幅全面に設けた例で示されているが、狭い幅で
もよい。

【００２２】前述の各例では、放射素子３が１本の例で
あったが、図３に示されるように、放射素子３を複数本
にし、その各々の共振周波数を若干異ならせることによ
り、共振帯域を広くすることができるが、このような場
合でも、図３に示されるように放射素子３の接地導体１
との接続側に連結部８ａを形成したり、図２と同様に接
続部８ｂを形成することもできる。すなわち、図３に示
される例は、放射素子３が並列に配列された３本からな
っており、それぞれが、たとえば３０ＭＨｚ程度の差で
共振するように形成されている。それぞれの幅は、０.
５〜１ｍｍ程度に形成されている。また、放射素子１３
それぞれの間隔は、相互に干渉しない程度、たとえば
０.５〜１ｍｍ程度に設けられる。

【００２３】この場合は、各放射素子３でその共振周波
数を調整することもできるし、３本の場合、その両端部
の放射素子の共振周波数を調整すれば、真中の放射素子
３の共振周波数も相互作用により、若干異動して自動的
に調整される。なお、図３に示される例は、放射素子３
の数を多くして、その帯域を広くしたもので、図１に相
当する部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

【００２４】本発明の共振周波数調整方法によれば、一
端側から給電される放射素子の他端部である接地導体と
の接続側で、放射素子と接地導体とを連結する連結部や
接続部の導電体を削ることにより、放射素子の共振周波
数帯を調整しているため、放射素子の結合特性に殆ど影
響を及ぼすことなく共振周波数のみを調整することがで
きる。しかも、共振周波数を低く調整することができる
ため、従来放射素子を短くして共振周波数を高く調整す
る場合に、削りすぎて共振周波数を高くし過ぎても、共
振周波数を最適な値に設定し直すことができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の調整方法によれば、給電部のイ
ンピーダンスを変化させることなく、誘電体アンテナの
共振周波数を低くする調整をすることができ、ブルート
ゥースにより種々の電子機器との信号のやり取りを行う
ため、種々の電子機器にアンテナが搭載されることによ
り、その電子機器の材質や構造などにより共振周波数帯
がずれても、そのズレが高い方でも低い方でも、簡単に
アンテナの共振周波数帯を調整することができ、最適な
状態でアンテナを動作させることができる。

【００２６】また、本発明の誘電体アンテナによれば、
その共振周波数を調整する手段が設けられているため、
どの電子機器に搭載する場合でも、容易にその機器に合
った状態で共振周波数を調整することができ、どの機器
でも最適な状態で使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による誘電体アンテナの一実施形態の構
成説明図である。

【図２】本発明による誘電体アンテナの他の実施形態を
示す説明図である。

【図３】本発明による誘電体アンテナのさらに他の実施
形態を示す説明図である。

【図４】従来のパッチアンテナの一例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１接地導体３放射素子６誘電体基板６ａ一側面６ｂ第２の側面８ａ連結部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲葛▼ 俊祥東京都北区滝野川７丁目５番11号株式会社ヨコオ内Ｆターム(参考） 5J045 AA01 BA01 DA09 EA07 GA07 HA02 LA07 5J046 AA03 AB13 PA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板と、該誘電体基板の表面に設
けられ、一端部から給電される放射素子と、前記誘電体
基板の裏面に設けられる接地導体とからなり、前記放射
素子の他端部が前記接地導体と接続されるアンテナであ
って、前記放射素子と前記接地導体との接続部に周波数
調整手段が形成されてなる誘電体アンテナ。
【請求項２】前記誘電体基板が直方体形状に形成さ
れ、前記放射素子の他端部が前記誘電体基板の一側面を
介して前記接地導体に接続されると共に、該一側面から
連続して、該一側面に隣接する第２の側面の一部に前記
放射素子と前記接地導体とを連結する連結部が形成され
ることにより、前記周波数調整手段が形成されてなる請
求項１記載の誘電体アンテナ。
【請求項３】前記放射素子と前記接地導体との接続部
に前記放射素子の幅より狭い幅狭部が形成されることに
より、前記周波数調整手段が形成されてなる請求項１記
載の誘電体アンテナ。
【請求項４】誘電体基板の表面に、導電体からなり、
一端部から給電される放射素子が設けられ、該放射素子
の他端部が前記誘電体基板の裏面に設けられる、導電体
からなる接地導体と接続される誘電体アンテナの共振周
波数の調整方法であって、前記放射素子の他端部と前記
接地導体との接続部の前記導電体の一部を切除すること
により、共振周波数を調整することを特徴とする誘電体
アンテナの共振周波数の調整方法。
【請求項５】前記放射素子他端部と前記接地導体との
接続部の前記接地導体側の前記導電体を切除し、前記放
射素子を長くすることにより、共振周波数を調整する請
求項４記載の調整方法。
【請求項６】前記放射素子他端部と前記接地導体との
接続部の前記放射素子側の側部を切除し、前記放射素子
の幅を狭くすることにより共振周波数を調整する請求項
４記載の調整方法。