JP2003023315A - 表面実装型誘電体アンテナ装置及び該誘電体アンテナ装置の特性調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装基板への実装位置の制約が少なく、外部
の影響を受け難く、実装基板のアース電極の寸法の低減
を図ることができ、指向性を有するように構成すること
ができ、外付けのインピーダンス整合回路を省略するこ
とができ、かつ周波数調整が容易な表面実装型誘電体ア
ンテナ装置を提供する。 【解決手段】 誘電体基板２の表面のうち、露出領域を
構成する露出面としての側面２ｅを除く、上面２ａ、下
面２ｂ、端面２ｃ，２ｄ及び側面２ｆがシールド電極３
で覆われており、該シールド電極３に貫通孔３ｂが形成
されており、該貫通孔３ｂ内に誘電体基板２内に延びる
ビアホール電極４が配置されており、該ビアホール電極
４から給電された場合に、誘電体基板２がキャビティ共
振し、該キャビティ共振による共振電磁界の一部が露出
面としての側面２ｅから外部に放射される、表面実装型
誘電体アンテナ装置１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、準マイクロ波〜ミ
リ波帯の通信機に使用されるアンテナ装置に関し、より
詳細には、誘電体基板を用いた表面実装型の誘電体アン
テナ装置、該アンテナ装置の製造方法及び特性調整方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、表面実装型の誘電体アンテナ装置
が種々提案されている。図２６及び図２７を参照して、
従来の表面実装型誘電体アンテナ装置を説明する。

【０００３】従来の表面実装型誘電体アンテナ装置１０
１は、実装基板１０２に実装されてアンテナを構成して
いる。この表面実装型誘電体アンテナ装置１０１は、誘
電体多層基板内に螺旋状の金属導体を埋設した構造を有
し、該螺旋状の金属導体の一端から給電されるように構
成されている。

【０００４】また、実装基板１０２の上面には、アース
電極１０３が、誘電体アンテナ装置１０１が実装される
部分を除いてほぼ全面に形成されている。この場合、誘
電体アンテナ装置１０１は、実装基板１０２のアース電
極１０３が形成されているところを除いて、かつ実装基
板１０２の端縁１０２ａ近傍に実装される。

【０００５】図２７に示すように、この誘電体アンテナ
装置１０１では、実装基板１０２のアース電極１０３
と、誘電体アンテナ装置１０１内の螺旋状の導体部とが
一対となって、図２７に略図的に示すようにダイポール
アンテナのような共振を生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の表面実装型誘電
体アンテナ装置１０１では、実装基板１０２上のアース
電極１０３と誘電体アンテナ装置１０１の螺旋状導体部
とが一対となってダイポールアンテナのように共振する
ものであるため、誘電体アンテナ装置１０１の実装基板
１０２上における実装位置が限定されるという問題があ
った。すなわち、アース電極１０３が設けられていると
ころを除き、かつ実装基板１０２の端縁１０２ａ近傍に
配置されねばならなかった。

【０００７】また、実装基板１０２上のアース電極１０
３がアンテナの一部を構成するため、アース電極１０３
の形状や実装基板１０２の形状によりアンテナ特性が変
動するという問題もあった。加えて、大きな利得を得る
には、実装基板１０２に設けられているアース電極１０
３の面積を大きくする必要があり、従って小型化を進め
ることが困難であった。

【０００８】また、誘電体アンテナ装置１０１の周りに
は強い電磁界が発生するため、他の電子部品、実装基板
１０２のアース電極１０３、電子機器の筐体、人体など
が誘電体アンテナ装置１０１に近づくと、アンテナの特
性が劣化することになる。すなわち、外部の影響を受け
易く、それによってアンテナ特性の劣化が生じがちであ
った。

【０００９】また、ダイポールアンテナと同様の動作原
理によりアンテナとしての動作が行われるため、実装基
板１０２に対して垂直方向の偏波に対しては、上記誘電
体アンテナ装置１０１は感応しない。また、ダイポール
アンテナと同様の動作原理で動作するものであるため、
誘電体アンテナ装置１０１では、Ｆ／Ｂ比（フロント／
バックの利得比）がある程度大きい指向性を得ることが
できなかった。

【００１０】さらに、誘電体アンテナ装置１０１内にイ
ンピーダンス整合を調整する構造を有しないので、イン
ピーダンス整合回路を外付けする必要があった。また、
螺旋状導体が内蔵されているので、トリミングによる周
波数調整を容易に行うことができなかった。

【００１１】本発明の目的は、上述した従来の誘電体ア
ンテナ装置の種々の欠点を解消し、実装基板への実装位
置の制約が少なく、実装基板や外部要因によるアンテナ
特性の変動が生じ難く、実装基板に対して垂直方向の偏
波に感応でき、指向性を与えることができ、さらにイン
ピーダンス調整機能を有し、トリミングによる周波数調
整が容易な表面実装型誘電体アンテナ装置及び該誘電体
アンテナ装置の特性調整方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の広い局面によれ
ば、対向し合う第１，第２の主面と、第１，第２の主面
を結ぶ一対の側面及び一対の端面とを有する誘電体基板
と、前記誘電体基板の外表面を覆うように形成されてお
り、かつ貫通孔と、共振電磁界の一部を放射する露出領
域を形成するための開口とを有するシールド電極と、前
記貫通孔内において、前記シールド電極とは接触しない
ように、誘電体基板外表面から誘電体基板内に延びるビ
アホール電極とを備え、前記ビアホール電極に給電され
た場合、前記誘電体基板がキャビティ共振し、該共振に
よる共振電磁界の一部が前記露出領域から外部に放射さ
れる、表面実装型誘電体アンテナ装置が提供される。

【００１３】本発明に係る表面実装型誘電体アンテナ装
置の特定の局面では、上記キャビティ共振は、ＴＥモー
ドまたはＴＭモードの上記露出領域により変形されたモ
ードの共振である。

【００１４】本発明の別の特定の局面では、前記露出領
域が誘電体基板の１つの側面に構成されており、該露出
領域から放射される電磁界の電界成分が、誘電体基板の
第１，第２の主面に対して略直交する偏波成分を有す
る。

【００１５】本発明に係る表面実装型誘電体アンテナ装
置のさらに他の特定の局面では、前記開口が前記誘電体
基板の１つの側面の全領域に至るように構成されてお
り、該１つの側面が前記露出領域としての露出面を構成
しており、前記シールド電極が前記貫通孔を除いて、前
記露出面とされている側とは反対側の側面、第１，第２
の主面及び一対の端面を覆うように形成されている。

【００１６】本発明に係る表面実装型誘電体アンテナ装
置のさらに別の特定の局面では、前記貫通孔が、前記誘
電体基板の第２の主面に形成されており、該第２の主面
と直交する方向に前記ビアホール電極が形成されてい
る。

【００１７】本発明に係る誘電体アンテナ装置のさらに
他の特定の局面では、前記シールド電極の一部に、前記
キャビティ共振の共振周波数を調整するためのトリミン
グ用溝が形成されている。

【００１８】本発明に係る表面実装型誘電体アンテナ装
置の別の特定の局面では、前記ビアホール電極が、前記
表面実装型誘電体アンテナ装置に接続される外部線路と
インピーダンス整合を図り得る位置に形成されている。

【００１９】本発明に係る表面実装型誘電体アンテナ装
置の製造方法は、本発明の表面実装型誘電体アンテナ装
置の製造方法であって、前記誘電体基板として、所望の
キャビティ共振周波数に応じた外寸法及び比誘電率を有
し、かつ内部に前記ビアホール電極が形成された誘電体
基板を用意する工程と、前記誘電体基板の外表面に前記
シールド電極を形成する工程とを備える。

【００２０】本発明に係る製造方法の特定の局面では、
前記シールド電極の一部に、前記キャビティ共振の共振
周波数調整用トリミング用溝を形成することにより、周
波数調整を行う工程がさらに備えられる。

【００２１】本発明に係る表面実装型誘電体アンテナ装
置の特性調整方法は、本発明に従って構成された表面実
装型誘電体アンテナ装置の特性調整方法であって、前記
表面実装型誘電体アンテナ装置を、グラウンド電位に接
続される部材を有する実装基板に実装するに際し、前記
実装基板のグラウンド電位に接続される部材に表面実装
型誘電体アンテナ装置のシールド電極を接触させるよう
に実装が行われ、それによって表面実装型誘電体アンテ
ナ装置の指向性の調整が行われる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らか
にする。

【００２３】図１は、本発明の一実施例に係る表面実装
型誘電体アンテナ装置を説明するための模式的斜視図で
ある。本実施例の誘電体アンテナ装置１は、実装基板上
のアース電極とは無関係に、表面実装型誘電体アンテナ
装置１のみの共振でアンテナとして動作する。

【００２４】図１に示すように、誘電体アンテナ装置１
は、矩形板状の誘電体基板２と、誘電体基板２の外表面
に形成されたシールド電極３とを有する。本実施例で
は、誘電体基板２は、第１，第２の主面としての上面２
ａ及び下面２ｂと、一対の端面２ｃ，２ｄと、一対の側
面２ｅ，２ｆとを有する。シールド電極３は、側面２ｅ
を除いて、上面２ａ、下面２ｂ、端面２ｃ，２ｄ及び側
面２ｆを覆うように形成されている。従って、側面２ｅ
が、露出されており、該側面２ｅが本発明における露出
領域としての露出面を構成している。言い換えれば、シ
ールド電極３は、誘電体基板２の外表面を覆うように形
成されており、かつ側面２ｅを露出させるための開口３
ａを有する。

【００２５】また、誘電体基板２の下面２ｂにおいて
は、図１に下方に投影して示すように、貫通孔３ｂが形
成されている。貫通孔３ｂ内には、ビアホール電極４が
配置されている。図１では、ビアホール電極４の下端面
のみが略図的に示されているが、図２に示すように、ビ
アホール電極４は、下面２ｂから上方に延ばされてい
る。もっとも、ビアホール電極４の上端４ａは、誘電体
基板２の高さ方向中央よりも下方に位置している。

【００２６】本実施例の誘電体アンテナ装置１では、上
記ビアホール電極４から給電が行われ、その場合、誘電
体基板２がシールド電極３により覆われているので、キ
ャビティ共振し、該共振による共振電磁界の一部が露出
面としての側面２ｅから外部に放射され、アンテナとし
て動作する。

【００２７】従って、共振電磁界の大部分は、誘電体ア
ンテナ装置１内に閉じ込められ、かつ共振電流もシール
ド電極３の内面側を流れることになる。よって、シール
ド電極３は、外部に対する電磁シールド効果を発揮す
る。

【００２８】従って、誘電体アンテナ装置１では、実装
される実装基板のアース電極や、他の電子部品による影
響を受け難い。また、人体等が近づいたとしても、それ
によってアンテナ特性が劣化することもない。

【００２９】加えて、実装基板のアース電極をアンテナ
を構成するために利用する必要がないため、誘電体アン
テナ装置１は、実装基板の任意の位置に表面実装され得
る。本実施例の誘電体アンテナ装置１では、露出面とし
ての側面２ｅの外側に電磁界が形成されるため、側面２
ｅの外側に実装基板のアース電極などの金属部品を配置
すれば、該電磁界の分布を調整することができ、それに
よって指向性を有するアンテナ装置を容易に構成するこ
ともできる。

【００３０】また、表面実装型誘電体アンテナ装置１の
下面２ｂ側を実装基板上に載置して実装した場合には、
露出面としての側面２ｅから露出する電磁界は実装面に
対して垂直な電界成分を有することになる。従って、実
装基板面に対して垂直な方向の偏波成分に感応し得るア
ンテナ装置を構成することができる。

【００３１】また、以下の具体的な実験例から明らかな
ように、誘電体アンテナ装置１では、誘電体基板２内に
共振電磁界を発生させるための励振源としてビアホール
電極４が形成されている。従って、誘電体基板２内にお
いて励振される共振電磁界は、このビアホール電極の位
置及び寸法によって異なることになる。よって、後述す
る実験例から明らかなように、ビアホール電極４の形成
位置を変更することにより、特性インピーダンスを容易
に調整することができる。

【００３２】加えて、誘電体アンテナ装置１では、共振
電流が流れるシールド電極３が、外表面に露出している
ので、シールド電極３をトリミングすることにより、共
振電流の流れ方を変えることができる。従って、共振周
波数を容易に変化させることができ、アンテナ装置１の
特性を容易に調整することができる。

【００３３】次に、上記表面実装型誘電体アンテナ装置
１の具体的な実験例につき説明する。比誘電率２４、ｔ
ａｎδ＝０．００１（５ＧＨｚにおける値）のガラスセ
ラミックスからなる誘電体基板２に、シールド電極３及
びビアホール電極４をＣｕを用いて形成した。この誘電
体アンテナ装置１の製造に際しては、上記ガラスセラミ
ックスを主体とする複数枚のグリーンシートを用意し
た。このうち、ビアホール電極４が形成される部分に位
置されるグリーンシートには貫通孔を形成し、該貫通孔
にＣｕペーストを充填した。また、最上部に積層される
グリーンシート上には、シールド電極３の誘電体基板２
の上面２ａに位置する部分を構成するため、全面にＣｕ
ペーストを印刷した。同様に、最下部に位置するセラミ
ックグリーンシートには、上記ビアホール電極４を構成
するための貫通孔の形成及びＣｕペーストの充填ととも
に、下面に貫通孔３ｂを有するシールド電極部分を形成
するためにＣｕペーストを印刷した。このようにして用
意された複数枚のグリーンシートを積層し、厚み方向に
圧着し、積層体を得た。この積層体を、誘電体基板２の
寸法に切断し、端面２ｃ，２ｄ及び側面２ｆに相当する
部分にＣｕペーストを印刷した後、焼成した。このよう
にして、共振周波数が約５．２ＧＨｚとなるように、焼
結後の寸法が１０×４×高さ１．５ｍｍの誘電体アンテ
ナ装置１を得た。なお、誘電体アンテナ装置１の共振周
波数は、誘電体基板２の外寸法及び誘電体基板２を構成
する材料の比誘電率により調整することができる。これ
を、下記の表１を参照して説明する。

【００３４】すなわち、上記誘電体アンテナ装置１の製
造に際し、誘電体基板２の寸法と、誘電体基板を構成す
るガラスセラミックスの種類を異ならせ、比誘電率を変
化させることにより、下記の表１に示す試料番号１〜９
の各誘電体アンテナ装置を作製した。これらの試料番号
１〜９の誘電体アンテナ装置の共振周波数を下記の表１
に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１から明らかなように、誘電体基板２の
寸法及び誘電体基板を構成する材料の比誘電率を異なら
せることにより、共振周波数を変化させることができ、
それによって任意の周波数のアンテナを容易に構成し得
ることがわかる。

【００３７】次に、上記ビアホール電極４の位置を変化
させた場合の特性の変化を説明する。上記実施例の誘電
体アンテナ装置１の製造に際し、ビアホール電極とし
て、横断面が０．２ｍｍ×０．２ｍｍ、高さが０．７５
ｍｍの角柱状のビアホール電極４を形成した。５０Ωの
外部線路とのインピーダンス整合を行うために、図３に
矢印Ａで示すように、ビアホール電極４の形成位置を変
化させた。図４は、ビアホール電極４の形成位置を図３
の矢印Ａ方向に変化させた場合のリターンロス、すなわ
ちＳ１１パラメータの変化を示すスミスチャートであ
る。図４において、実線Ｘ１〜Ｘ３は、それぞれ、ビア
ホール電極４が誘電体基板２の下面２ｂ上において、端
縁２ｇから１０００μｍ、１２００μｍ及び１４００μ
ｍ隔てられた位置の場合の結果を示す。図４から明らか
なように、ビアホール電極４の形成位置を変化させるこ
とにより、インピーダンス整合を容易に図り得ることが
わかる。

【００３８】従来の誘電体アンテナ装置では、外部の影
響を受けるため、外部線路とインピーダンス整合を図る
ために、外付けのインピーダンス調整回路を取り付けね
ばならなかった。これに対して、上記のように、本実施
例の誘電体アンテナ装置１は、外部の影響を受け難いの
で、上記ビアホール電極４の形成位置を調整することに
より、製造段階で外部線路とのインピーダンス整合を容
易に図ることができる。

【００３９】図５（ａ）及び（ｂ）は、図１に示した実
施例の第１，第２の変形例を説明するための各底面図で
ある。上記実施例の誘電体アンテナ装置１では、図３に
底面図で示されているように、ビアホール電極４は、誘
電体基板２の底面２ｂの中心を通る対称軸Ｂ上に配置さ
れていたが、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ビア
ホール電極４の形成位置は、上記対称軸上に限定される
ものではない。すなわち、図５（ａ）及び（ｂ）に示す
ように、誘電体基板２の底面２ｂの様々な位置に形成す
ることができる。加えて、上記実施例では、底面２ｂ上
にビアホール電極４は露出されていたが、ビアホール電
極の形成位置及びビアホール電極をシールド電極３と分
離するための貫通孔３ｂは、誘電体基板２の上面２ａ、
端面２ｃ，２ｄ及び側面２ｆのいずれに形成されていて
もよい。すなわち、本発明に係る誘電体アンテナ装置に
おいて、給電を行うためのビアホール電極４の位置の自
由度は非常に高く、誘電体アンテナ装置１が実装される
実装基板に応じて適宜に変更することができる。これ
は、ビアホール電極の形成位置を変更した場合であって
も、誘電体アンテナ装置１を動作させるのに十分な共振
電磁界分布が形成されるためである。

【００４０】もっとも、表面実装を容易とするには、上
記実施例及び変形例のように、誘電体基板２の下面２ｂ
にビアホール電極４を露出させることが望ましい。ま
た、上記実施例では、０．２ｍｍ×０．２ｍｍの断面を
有する角柱状のビアホール電極４を形成したが、ビアホ
ール電極４は円柱状などの他の形状であってもよい。ま
た、誘電体基板２内に延ばされており、誘電体基板２を
被覆しているシールド電極３と短絡されない限り、様々
な形状のビアホール電極４を形成することができる。

【００４１】次に、図６を参照して、誘電体アンテナ装
置１への給電方法を説明する。給電に際しては、ビアホ
ール電極４に対し、同軸線路の芯線７またはマイクロス
トリップライン、ストリップラインもしくはコプレナー
ラインのライン部が接続され、シールド電極３には、こ
れらの外部線路のグラウンド電位に接続される部分が電
気的に接続される。

【００４２】なお、外部線路との電気的接続を容易とす
るために、ビアホール電極４に電極パッドを連ねて形成
してもよく、あるいは金属端子などをビアホール電極４
に接合してもよい。

【００４３】図７は、上記実施例の誘電体アンテナ装置
１の単体の共振特性、すなわちＳ１１パラメータの周波
数変化を示す。図７から明らかなように、設計周波数
５．１５ＧＨｚ付近において、インピーダンス整合が図
れたアンテナ共振を得られていることがわかる。

【００４４】図８及び図９は、本実施例の誘電体アンテ
ナ装置の共振点における電磁界分布を示す図である。な
お、この電磁界分布は、ヒューレットパッカード社製、
３次元電磁界シュミレータＨＦＳＳを用いて得られた結
果であり、図８は誘電体基板２の上面及び下面と平行な
面内における磁界ベクトル分布を、図９は、誘電体基板
の前述した対称軸Ｂ（図３参照）に沿った側面断面図に
おける電界ベクトル分布を略図的に示す。

【００４５】図８及び図９から、誘電体アンテナ装置１
では、誘電体基板内に共振電磁界が発生し、露出面２ｅ
から共振電磁界の一部が漏れる形の電磁界分布が構成さ
れることがわかる。また、漏れた電磁界では、誘電体基
板の上面から下面に向かうように電界が分布しているこ
とがわかる。

【００４６】図８及び図９に示されている電磁界分布か
ら、本実施例の誘電体アンテナ装置１内における共振電
磁界の形は、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す方形空洞共
振器５１の共振モードとして知られているＴＥ１１０モ
ードを図１０の破線Ｙ１で分割することにより得られた
形に相当することがわかる。従って、本実施例の誘電体
アンテナ装置１は、方形空洞共振器の共振器を構成する
金属壁を一部取り除くように変形したものに相当すると
考えられる。

【００４７】従って、本実施例の誘電体アンテナ装置
は、ＴＥモードまたはＴＭモードが上記露出面により変
形されたモードの共振を利用したものであるということ
ができる。

【００４８】図１１及び図１２は、本実施例の誘電体ア
ンテナ装置の３次元の放射パターンを説明するための図
であり、図１１は、誘電体アンテナ装置１のＺＸ面内の
利得の指向性を示し、図１２はＸＹ面内における利得の
指向性を示す。なお、Ｘ、Ｙ及びＺ軸は、図１３に示さ
れているように定義される軸であり、誘電体基板２の短
辺方向がＸ軸、長辺方向がＹ軸、高さ方向がＺ軸であ
る。

【００４９】なお、図１１のＺＸ面内の利得とは、ＺＸ
面と平行な偏波に対する利得を示し、図１２はＸＹ面と
垂直な方向の偏波に対する利得を示す。なお、図１１に
おいて、垂直な偏波に対する利得は−２０ｄＢｉ以下で
あるため、図示を省略する。同様に、図１２において、
ＸＹ面内の利得において、水平な偏波に対する利得は−
２０ｄＢｉ以下になるため省略する。

【００５０】図１１及び図１２から明らかなように、Ｚ
Ｘ面内では等方的なパターン、ＸＹ面内では８の字的な
放射パターンとなることがわかる。また、上記のような
偏波に対して利得が生じることは、図８及び図９に示し
た電磁界分布からも理解され得る。

【００５１】上記図１１及び図１２に示した放射パター
ンは、ダイポールアンテナをＹ軸方向に設置した場合の
放射パターンと類似している。しかしながら、図１１及
び図１２から明らかなように、感応する偏波面が、本実
施例の誘電体アンテナ装置とダイポールアンテナとでは
９０度異なっている点において相違している。

【００５２】前述した従来の誘電体アンテナ装置１０１
は、ダイポールアンテナの変形と見なすことができる。
従って、図１４に示すように、従来の誘電体アンテナ装
置１０１をＹ軸方向にその長辺が位置するように配置し
た場合、３次元放射パターンと利得の指向性はダイポー
ルアンテナと同様となる。これに対して、本実施例の誘
電体アンテナ装置では、上記ダイポールアンテナとは、
感応する偏波面が９０度異なっている。すなわち、本実
施例の誘電体アンテナ装置１と、従来の誘電体アンテナ
装置１０１とでは、感応する偏波面が９０度異なること
になる。

【００５３】従って、本実施例の誘電体アンテナ装置１
では、従来例では困難であった実装面に対して垂直な方
向の偏波に対する利得を得ることができる。下記の表２
に、本実施例の誘電体アンテナ装置の特性を示す。

【００５４】

【表２】

【００５５】なお、上述した実験例及び表２の結果は、
誘電体アンテナ装置１単体における特性に基づくもので
ある。従って、本実施例の誘電体アンテナ装置は、単体
でアンテナとして動作していることがわかる。

【００５６】次に、本実施例の誘電体アンテナ装置１を
実装基板に実装した場合の特性を示す。図１５に示すよ
うに、平面形状が３０ｍｍ×長さ方向寸法Ｌｍｍの実装
基板１１上に、上記実施例の誘電体アンテナ装置１を実
装基板１１の短辺１１ａに近接して実装した。なお、実
装基板１１としては、厚み１ｍｍのガラスエポキシ基板
を用いた。また、誘電体アンテナ装置１が実装される面
は、アンテナ装置１への給電ポ―トが形成される部分を
除いては、アース電極により被覆されている。上記実装
基板１１の長さ方向寸法Ｌを変化させた場合のアンテナ
特性の変化を下記の表３に示す。

【００５７】

【表３】

【００５８】表３から明らかなように、本実施例の誘電
体アンテナ装置１は、実装基板１１上に実装した場合
にも特性が劣化しないこと、実装基板１１の大きさを
変化させてもアンテナ特性がアンテナ装置１単体の特性
からほとんど変化しないこと、並びに実装基板１１の
大きさに関わらず十分大きな利得の得られることがわか
る。の効果は、本実施例の誘電体アンテナ装置では、
共振電磁界が誘電体基板内に閉じ込められ、シールド電
極３により外界の影響が遮断されているためであると考
えられる。また、及びの効果は、実装基板のアース
電極がアンテナの一部を構成するものではなく、誘電体
アンテナ装置１単体でアンテナとしての特性が得られる
ためと考えられる。

【００５９】図１６は、３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１ｍ
ｍのガラスエポキシ基板からなる実装基板２１上に誘電
体アンテナ装置１を、実装基板２１の端縁２１ａからの
距離Ｃの位置に実装した状態を示す平面図である。な
お、誘電体アンテナ装置１が実装される面は、アンテナ
装置１への給電ポートが形成される部分を除いては、ア
ース電極により被覆されている。この実装に際しての距
離Ｃを変化させた場合の特性の変化を下記の表４に示
す。また、距離Ｃ＝３ｍｍの場合のＺＸ面内の面に水平
な偏波に対する利得ｄＢｉの指向性を図１７及び図１８
に示す。

【００６０】

【表４】

【００６１】表４及び図１７及び図１８の結果から、誘
電体アンテナ装置１が実装基板２１の端縁２１ａから遠
ざかるにつれて、共振周波数が高くなるが、数ｍｍ程
度離せば共振周波数が高くなる効果は飽和すること、
整合状態は変化しないこと、利得の指向性がＦ／Ｂ比
を有するようになる（なお、アンテナ装置１を実装した
面側がＦｒｏｎｔであり、裏面側がＢａｃｋ）ことがわ
かる。

【００６２】また、上記結果から、誘電体アンテナ装置
１では、実装位置に関わらずアンテナとして動作するこ
とがわかる。従来のアンテナ装置１では、前述したよう
に誘電体アンテナ装置１０１の実装位置は実装基板１０
２の端縁近傍に限定されていた。これは図１９に示すよ
うに、アンテナの一部として利用される実装基板１０２
のアース電極１０３に、誘電体アンテナ装置１０１中の
導体に流れる電流と逆向きの電流が流れるのを防ぐた
め、すなわち利得の劣化を防ぐためである。

【００６３】これに対して、本実施例の誘電体アンテナ
装置１では、上記のように実装基板の端縁２１ａから離
れた位置に実装された場合でも、十分なアンテナ特性を
得られることがわかる。

【００６４】また、ダイポールアンテナの変形例として
考えられる従来の誘電体アンテナ装置１０１では、Ｆ／
Ｂ比を有する指向性を得ることはできなかったのに対
し、上記のように本実施例の誘電体アンテナ装置１で
は、実装基板２１の端縁２１ａから離れた位置に実装さ
れることにより、実装基板２１のアース電極が誘電体基
板の露出面の前方に存在する電磁界中に入ることにな
り、それによってフロント側の近傍電磁界を大きく、バ
ック側の近傍電磁界を小さくすることができる。従っ
て、Ｆ／Ｂ比を有する指向性を実現することができる。

【００６５】図２０は、３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１ｍ
ｍのガラスエポキシ基板からなる実装基板３１上に本実
施例の誘電体アンテナ装置１を実装し、誘電体アンテナ
装置１の後側領域ａあるいは側方領域ｂに、誘電体アン
テナ装置１と接するように１０×４×４ｍｍの金属ブロ
ックを取り付けた実験例を示す。なお、誘電体アンテナ
装置１が実装される面は、アンテナ装置１への給電ポー
トが形成される部分を除いては、アース電極により被覆
されている。この実験例は、誘電体アンテナ装置周りの
金属部材や電子部品による影響を調べるために行った実
験例である。金属ブロックのアンテナ特性に対する影響
を上記金属ブロックの位置を変化させることにより求め
た。結果を下記の表５に示す。

【００６６】

【表５】

【００６７】表５から明らかなように、誘電体アンテナ
装置１の周りに他の部品やシールド部材が配置されたと
しても、アンテナ特性がほとんど変化しないことがわか
る。すなわち、シールド電極３により誘電体アンテナ装
置１が外部の影響を遮断しているため、従来の誘電体ア
ンテナ装置１０１とは異なり、外部の金属部材の影響を
受け難く、誘電体アンテナ装置１自体のアンテナ特性を
確実に利用し得ることがわかる。すなわち、誘電体アン
テナ装置１では、露出面が金属部材により覆われない限
り、アンテナとしての機能を確実に発揮する。

【００６８】また、表５の指向性利得（最大値）の結果
から、実装基板のグラウンド電位に接続される部材とし
ての上記金属ブロックに表面実装型アンテナ装置のシー
ルド用アース電極を接続させるようアンテナ装置を実装
することにより、あるいは、金属ブロックに接続させた
状態で表面実装型アンテナ装置の位置を調整することに
より、指向性を調整し得ることがわかる。

【００６９】例えば、図２１に示すように、誘電体アン
テナ装置１が金属ブロック４１中に半ば埋め込まれた場
合であっても、アンテナ装置１のアンテナ特性はほとん
ど変化しない。従って、電子機器の金属ケースに誘電体
アンテナ装置１を内蔵させ得ることがわかる。

【００７０】前述したように、本実施例の誘電体アンテ
ナ装置１の共振周波数は、誘電体基板の寸法と誘電体基
板を構成する材料の比誘電率により制御することができ
る。さらに、誘電体基板を覆うシールド電極をトリミン
グすることによっても共振周波数を変化させることがで
きる。このようなトリミングにより周波数特性が調整さ
れる例を図２２及び図２３を参照して説明する。

【００７１】図２２は、上記誘電体アンテナ装置１にお
いて、シールド電極３の一部にレーザー等によりトリミ
ングを行い、トリミング用溝としてシールド電極欠如部
３ｃを形成した構造を示す。図２３の破線Ｐは、上記ト
リミング前のアンテナ特性を示し、実線Ｑはトリミング
後の特性を示す。上記のようにトリミングすることによ
り共振周波数を低める方向に容易に調整し得ることがわ
かる。これは、シールド電極３の内側を流れる共振電流
の流れを妨げるようにトリミングが行われたためであ
り、等価回路的にはトリミングによりインダクタンス分
Ｌを装荷したのと同等の効果が得られる。

【００７２】なお、上述した実施例では、誘電体基板２
の一方の側面２ｅが露出領域としての露出面とされてお
り、残りの面がシールド電極３で被覆されていたが、本
発明に係る誘電体アンテナ装置１は、上記実施例の構造
に限定されず、様々に変形することができる。図２４
（ａ）及び（ｂ）並びに図２５（ａ）〜（ｃ）は、本実
施例の誘電体アンテナ装置１の変形例を示す各斜視図で
ある。

【００７３】図２４（ａ）に示すように、誘電体基板の
上面及び下面にシールド電極３Ａ，３Ｂが形成されてお
り、側面２ｅが露出面とされている。ここでは、他方の
側面及び端面にはシールド電極は形成されていないが、
代わりに、上面と下面とを結ぶ多数のシールド用スルー
ホール電極３Ｃが形成されている。多数のシールド用ス
ルーホール電極３Ｃは、図示のように一対の端面及び露
出面とは反対側の側面近傍に該端面及び側面と平行に配
置されている。従って、シールド電極３Ａ，３Ｂと多数
のシールド用スルーホール電極３Ｃで囲まれた空間に電
磁界が閉じ込められる。

【００７４】なお、多数のスルーホール電極３Ｃに代え
て、メッシュ状の電極を用いてもよい。図２４（ｂ）に
示す変形例の誘電体アンテナ装置４１では、シールド電
極３Ｄ〜３Ｈが、誘電体基板２内に内蔵されている。す
なわち、誘電体基板２の上面２ａ、下面２ｂ，端面２
ｃ，２ｄ及び側面２ｆの内側に内部電極の形態で埋設さ
れている。このように、シールド電極は、誘電体基板２
内に埋設されていてもよい。

【００７５】図２５（ａ）に示す誘電体アンテナ装置４
２では、斜線のハッチングを付して示す上面２ａが露出
面とされており、残りの面がシールド電極で被覆されて
いる。また、図２５（ｂ）に示す誘電体アンテナ装置４
４では、露出領域４４ａが、誘電体基板２の一方の端面
２ｃの一部から一方の側面２ｅの一部に至るように形成
されている。

【００７６】また、図２５（ｃ）に示す誘電体アンテナ
装置４５では、露出領域２５ａは、一方の端面２ｃに部
分的に形成されている。このように、本発明の誘電体ア
ンテナ装置における露出領域は、必ずしも、誘電体基板
２の１つの面の全面にわたる必要はなく、１つの面の一
部にのみ構成されていてもよく、複数の面に跨がるよう
に形成されていてもよい。

【００７７】このように、露出領域の位置や大きさを変
えることにより、様々なアンテナ特性を容易に実現する
ことができる。

【００７８】

【発明の効果】本発明にかかる表面実装型誘電体アンテ
ナ装置では、上記露出領域及びビアホール電極形成のた
めの貫通孔を除いて外表面がシールド電極で覆われてお
り、ビアホール電極に給電された場合に、誘電体基板が
キャビティ共振し、該共振による共振電磁界の一部が露
出領域から外部に放射される。従って、上記キャビティ
共振が外部の影響を受け難いため、また、キャビティ共
振により外部に放射される共振電磁界を用いてアンテナ
特性を得るため、実装基板に実装される位置に制約を受
けず、アンテナ装置単体のアンテナ特性を確実に利用す
ることができる。よって、本発明に係るアンテナ装置で
は、実装基板上への実装位置が限定されず、実装位置に
よるアンテナ特性の劣化が生じ難い。また、大きな利得
を得るために、実装基板のアース電極を大きくする必要
がないため、搭載される電子機器の小型化を図ることが
できる。

【００７９】さらに、誘電体アンテナ装置の周囲に、他
の電子部品、金属部材、実装基板のアース電極、電子機
器の筐体やシールド電極などが配置されたとしても、ア
ンテナ特性の劣化が生じず、人体等が近づいた場合でも
アンテナ特性の劣化が生じ難い。

【００８０】加えて、実装基板に対して垂直な偏波に感
応し得るように実装基板上に実装することも可能であ
り、さらにＦ／Ｂ比を有する指向性を得るように構成す
ることも容易である。

【００８１】また、誘電体アンテナ装置自体において、
ビアホール電極の形成位置等の変更によりインピーダン
ス整合を図ることができ、外付けのインピーダンス整合
回路を省略することができる。

【００８２】さらに、上記シールド電極をトリミングす
ることにより、周波数調整を容易に図ることができる。
本発明に係る表面実装型誘電体アンテナ装置の製造方法
では、誘電体基板として、所望のキャビティ共振周波数
に応じた外寸法及び比誘電率を有し、かつ内部にビアホ
ール電極が形成された誘電体基板を用意した後、誘電体
基板の外表面にシールド電極を形成するだけで、本発明
の誘電体アンテナ装置を容易に得ることができる。従っ
て、外部の影響を受け難く、所望とするアンテナ特性を
有するアンテナ装置を容易に提供することができる。

【００８３】シールド電極の一部に、共振周波数調整用
トリミング用溝を形成し、周波数調整を行った場合に
は、該トリミング用溝の形成及び溝の寸法を調整するこ
とにより、周波数特性を容易に調整することができる。

【００８４】また、本発明に係る表面実装型誘電体アン
テナ装置の特性調整方法では、本発明に従って構成され
た表面実装型誘電体アンテナ装置を、グラウンド電位に
接続される部材を有する実装基板に実装するに際し、グ
ラウンド電位に接続される部材にアンテナ装置のシール
ド電極を接触させるように実装が行われ、それによって
アンテナ装置の指向性を容易に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る誘電体アンテナ装置を
説明するための模式的斜視図。

【図２】図１に示した実施例の誘電体アンテナ装置の正
面断面図。

【図３】図１に示した実施例の誘電体アンテナ装置の底
面図。

【図４】実施例の誘電体アンテナ装置におけるビアホー
ル電極形成位置を変化させた場合のリターンロスの変化
を示すスミスチャート図。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示した実施例の誘
電体アンテナ装置の各変形例を示す底面図。

【図６】実施例の誘電体アンテナ装置への給電方法を説
明するための模式的底面図。

【図７】実施例の誘電体アンテナ装置の単体の共振特性
を示す図。

【図８】実施例の誘電体アンテナ装置の上面及び下面と
平行な面内における磁界ベクトル分布を説明するための
略図的底面図。

【図９】実施例の誘電体アンテナ装置における誘電体基
板対称軸に沿った断面における電界ベクトル分布を示す
略図的側面断面図。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、本発明と対比される方
形空洞共振器の共振モードを説明するための模式的平面
図及び模式的正面断面図。

【図１１】実施例の誘電体アンテナ装置におけるＺＸ面
内の利得の指向性を示す図。

【図１２】実施例の誘電体アンテナ装置におけるＸＹ面
内の利得の指向性を示す図。

【図１３】実施例の誘電体アンテナ装置におけるＸ，Ｙ
及びＺ軸を説明するための模式的斜視図。

【図１４】従来の誘電体アンテナ装置における３次元放
射パターンと利得の指向性を説明するための模式的斜視
図。

【図１５】実施例の誘電体アンテナ装置のさらに他の変
形例を説明するための模式的底面図。

【図１６】実施例の誘電体アンテナ装置のさらに別の変
形例を説明するための模式的底面図。

【図１７】実装位置を変化させた場合のＺＸ面内の面に
水平な偏波に対する利得の指向性を示す図。

【図１８】実施例の誘電体アンテナ装置において、実装
位置を変化させた場合のＺＸ面内の面に水平な偏波に対
する利得の指向性を示す図。

【図１９】従来例の誘電体アンテナ装置における実装位
置による特性の変化の理由を説明するための模式的平面
図。

【図２０】実施例の誘電体アンテナ装置の周囲に金属ブ
ロックを実装した例を示す模式的平面図。

【図２１】実施例の誘電体アンテナ装置を金属ブロック
に露出面を除いて埋設した変形例を説明するための略図
的斜視図。

【図２２】本実施例の誘電体アンテナ装置の特性調整方
法を説明するための図であり、トリミング用溝が形成さ
れている状態を示す模式的斜視図。

【図２３】トリミング用溝を形成する前と形成後の実施
例の誘電体アンテナ装置の共振特性を示す図。

【図２４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の誘電体アンテ
ナ装置のさらに他の変形例を説明するための各斜視図。

【図２５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の誘電体アンテナ
装置のさらに別の変形例を説明するための各斜視図。

【図２６】従来の誘電体アンテナ装置を実装基板に実装
した状態を示す斜視図。

【図２７】従来の誘電体アンテナ装置の原理を説明する
ための模式的平面図。

【符号の説明】

１…誘電体アンテナ装置 ２…誘電体基板 ２ａ…上面（第１の主面） ２ｂ…下面（第２の主面） ２ｃ，２ｄ…端面 ２ｅ…露出面としての側面 ２ｆ…側面 ３，３Ａ，３Ｂ…シールド電極 ３Ｃ…スルーホールシールド電極 ３Ｄ〜３Ｈ…シールド電極 ３ａ…開口 ３ｂ…貫通孔 ３ｃ…シールド電極欠如部 ４…ビアホール電極 ４２，４４，４５…誘電体アンテナ装置 ４４ａ，４５ａ…露出領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J045 AA21 AB05 AB06 DA04 EA07 HA06 NA01 5J046 AA04 AA07 AA09 AB08 PA02 5J047 AA04 AA07 AA09 AB08 FD01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向し合う第１，第２の主面と、第１，
   第２の主面を結ぶ一対の側面及び一対の端面とを有する
   誘電体基板と、 前記誘電体基板の外表面を覆うように形成されており、
   かつ貫通孔と、共振電磁界の一部を放射する露出領域を
   形成するための開口とを有するシールド電極と、 前記貫通孔内において、前記シールド電極とは接触しな
   いように、誘電体基板外表面から誘電体基板内に延びる
   ビアホール電極とを備え、 前記ビアホール電極に給電された場合、前記誘電体基板
   がキャビティ共振し、該共振による共振電磁界の一部が
   前記露出領域から外部に放射される、表面実装型誘電体
   アンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記キャビティ共振が、ＴＥモードまた
   はＴＭモードの前記露出領域により変形されたモードの
   共振である、請求項１に記載の表面実装型誘電体アンテ
   ナ装置。
3. 【請求項３】 前記露出領域が誘電体基板の１つの側面
   に構成されており、該露出領域から放射される電磁界の
   電界成分が、誘電体基板の第１，第２の主面に対して略
   直交する偏波成分を有する、請求項１または２に記載の
   表面実装型誘電体アンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記開口が前記誘電体基板の１つの側面
   の全領域に至るように構成されており、該１つの側面が
   前記露出領域としての露出面を構成しており、前記シー
   ルド電極が前記貫通孔を除いて、前記露出面とされてい
   る側とは反対側の側面、第１，第２の主面及び一対の端
   面を覆うように形成されている、請求項１〜３のいずれ
   かに記載の表面実装型誘電体アンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記貫通孔が、前記誘電体基板の第２の
   主面に形成されており、該第２の主面と直交する方向に
   前記ビアホール電極が形成されている、請求項１〜４の
   いずれかに記載の表面実装型誘電体アンテナ装置。
6. 【請求項６】 前記シールド電極の一部に、前記キャビ
   ティ共振の共振周波数を調整するためのトリミング用溝
   が形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の表
   面実装型誘電体アンテナ装置。
7. 【請求項７】 前記ビアホール電極が、前記表面実装型
   誘電体アンテナ装置に接続される外部線路とインピーダ
   ンス整合を図り得る位置に形成されている、請求項１〜
   ６のいずれかに記載の表面実装型誘電体アンテナ装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の表面実
   装型誘電体アンテナ装置の製造方法であって、前記誘電
   体基板として、所望のキャビティ共振周波数に応じた外
   寸法及び比誘電率を有し、かつ内部に前記ビアホール電
   極が形成された誘電体基板を用意する工程と、前記誘電
   体基板の外表面に前記シールド電極を形成する工程とを
   備える、表面実装型誘電体アンテナ装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記シールド電極の一部に、前記キャビ
   ティ共振の共振周波数調整用トリミング用溝を形成する
   ことにより、周波数調整を行う工程をさらに備える、請
   求項８に記載の表面実装型誘電体アンテナ装置の製造方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項１〜７のいずれかに記載の表面
    実装型誘電体アンテナ装置の特性調整方法であって、前
    記表面実装型誘電体アンテナ装置を、グラウンド電位に
    接続される部材を有する実装基板に実装するに際し、前
    記実装基板のグラウンド電位に接続される部材に表面実
    装型誘電体アンテナ装置のシールド電極を接触させるよ
    うに実装が行われ、それによって表面実装型誘電体アン
    テナ装置の指向性の調整を行うことを特徴とする、表面
    実装型誘電体アンテナ装置の特性調整方法。