JP2003069330A - 表面実装型アンテナ及びそれを搭載した通信機器 - Google Patents

表面実装型アンテナ及びそれを搭載した通信機器

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JP2003069330A JP2001391739A JP2001391739A JP2003069330A JP 2003069330 A JP2003069330 A JP 2003069330A JP 2001391739 A JP2001391739 A JP 2001391739A JP 2001391739 A JP2001391739 A JP 2001391739A JP 2003069330 A JP2003069330 A JP 2003069330A
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radiation electrode
radiation
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保規 高木
Hidetoshi Hagiwara
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高誘電率の基体を使用して小型化を図ると共
にインピーダンス整合がし易く、広帯域幅で放射利得の
高い無指向性の表面実装型アンテナを得ること。 【解決手段】 比誘電率εrが１０以上の高誘電材から
なるアンテナ基体と、一端が接地され、他端が開放され
るストライプ状の放射電極と、放射電極の一端を接地す
る接地電極と、放射電極からギャップを隔てた側面に設
けた給電電極とを有する表面実装型アンテナであって、
門型の給電電極の一端を給電部、他端を接地部、その間
に放射電極と略並行になる部分を設け、その長さ、ギャ
ップ長あるいは門型をコ字状、ミアンダ状、クランク状
等になし給電電極自身が持つキャパシタンス分に加えイ
ンダクタンス分を適宜選ぶことによってインピーダンス
整合を容易にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はセラミック等の誘電
体あるいは磁性体を基体とする小型アンテナに係わり、
特にインピーダンス整合機能を給電電極自体に付与した
表面実装型アンテナ及びそれを搭載した通信機器に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧＨｚ帯を搬送波とするＧＰＳ(Global
Positioning System)や無線ＬＡＮ等には、アンテナ
として表面実装型アンテナが使用されている。携帯端末
機器の軽薄短小化は急激なスピードで進められており、
表面実装型アンテナに関しても例外ではなく、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くて広帯
域であることが要求される。この点で従来の表面実装型
アンテナでは、小形低背化を進めていくと逆に前記アン
テナ特性が劣化する方向にあり、単純には小型低背化は
実現できなかった。
【０００３】一般に、この種のアンテナの放射電極長は
１／４波長に選ばれる。これはアンテナの放射効率を最
大限に引き出すことができるためで、１回の充電による
電池の長時間使用が必須要件となる携帯端末機器では、
特にクリアしなければならない事項である。誘電体の基
体上に放射電極を配置すると、その実効長さは比誘電率
εrの平方根に反比例することが、波長短縮効果として
知られている。この効果を用いれば、アンテナの放射電
極の長さを短くでき、小型低背化の目的を達することが
できる。また、アンテナの伝搬周波数が低くなるほど比
誘電率の大きな材料を用いることにより小型化にも対応
できる。しかしながら、現実には高誘電率材料の使用に
は限度があり、実際には比誘電率εrが８付近までが実
用化されているに過ぎない。比誘電率εrがこれ以上に
なるとインピーダンス整合の問題が生じるためである。
高比誘電率の表面実装型アンテナでは給電点における入
力インピーダンスが大幅に変化し易く、よって、小型化
と共にインピーダンス整合の問題を解決することが困難
であった。
【０００４】例えば、特開平９−２１９６１０号公報に
ある表面実装型アンテナを図１９に示す。このアンテナ
は、略直方体状の基体９０の上面９１に略Ｌ字状もしく
は略コ字状に屈曲し、一端が開放され他端が接地電極９
３に接続された放射電極９２と、この放射電極を励振す
るための給電電極９４をギャップ９６を介して基体上面
に形成し、他端は給電端子電極９５に接続したものであ
る。等価回路的には、図２０に示すように放射電極９２
の放射抵抗ＲとインダクタンスＬ及び放射電極の開放端
９７と地導体間で形成されるキャパシタンスＣ及び放射
電極の開放端９７と給電電極９４間で形成されるキャパ
シタンスＣｉ’からなる並列共振回路を構成している。
このアンテナの送信時の動作としては、送信回路（図示
せず）からの高周波電力が回路基板の給電線９９と給電
端子電極９５を介して給電電極９４に伝達され、さらに
放射電極９２と地導体とで形成する共振回路に入力さ
れ、並列共振して放射電極９２から電磁波となって放射
される。このとき、給電線９９と給電端子電極９５とが
接続された給電点９８において電圧反射を生じないよう
にインピーダンス整合をとる必要がある。
【０００５】ここで、給電端子電極９５の送信回路側か
らみた入力インピーダンス、すなわち給電点９８におけ
る入力インピーダンスを、特性インピーダンス(５０Ω)
に一致させるインピーダンス整合手段が種々提案されて
いる。例えば、図１９に示すアンテナでは放射電極９２
と給電電極９４は物理的に接続されない容量結合方式が
とられ、放射電極９２のインダクタンス分をキャンセル
するように、放射電極９２と給電電極９４間のキャパシ
タンス分が選択される。これを等価回路で表現すると図
２０のようになり、給電電極９４と放射電極９２との間
のキャパシタンス分Ｃｉ’が、放射電極９２のインダク
タンス分Ｌをキャンセルするように選択される。
【０００６】また、インピーダンスの不整合が生じた場
合、整合回路を送受信回路とアンテナ間に挿入する方法
がとられるが、整合回路の新たな追加はアンテナ装置自
体の大型化を意味し、小型化の目的に合致する方法では
ないため採用できない。この点で特開２０００−２８６
６１５号公報には、アンテナ基体を積層構造となし層間
に整合回路を内蔵することによって小型化したアンテナ
が開示されている。しかしながら、これではアンテナの
構造が複雑化すると共に、製造コストの増加を招くと言
う問題がある。また、ＷＯ０１／２４３１６Ａ１号公報
には、基体上面に第１の放射電極（給電側放射電極）と
第２の放射電極（無給電側放射電極）を設け、２つの放
射電極間で複共振状態を作り、さらに基体側面に整合回
路用の電極を設けたアンテナが開示されている。この例
は、第１の放射電極（給電側放射電極）と整合電極とを
インピーダンス整合位置で直接接続したものであり、給
電電極としてはキャパシタンス分を有しておらず、もっ
ぱらインダクタンス分を操作してインピーダンス整合を
はかるものであった。しかしながら、このような整合回
路をなす電極構成は従来公知の逆Ｆアンテナそのもので
あって元々インピーダンス整合が取り易いアンテナ構造
である。
【０００７】一方、特開平８−１８６４３１号公報や特
開平１１−３４０７２６号公報には、単指向性アンテナ
についてのインピーダンス整合技術が開示されている。
これらは基体上面に放射導体を、下面全体に接地導体を
形成した構造で単指向性を持つアンテナである。このよ
うなアンテナはＧＰＳや無線ＬＡＮ等無指向性を必要と
する用途には不向きである。例えば、基体上面に設けた
給電導体を放射導体が取囲む配置となっておりキャパシ
タンス分の結合が強く大きくなる構成であることからも
分かる。また、小型化の点や放射効率、利得および帯域
幅の点でも考慮されておらず、この点でもＧＰＳ等の用
途に使用するには問題が残されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記したインピーダン
ス整合に係わる従来技術では、給電電極をアンテナの等
価回路で置き換えてみると、給電電極あるいは給電導体
は等価的にはコンデンサとして扱うことができる。即
ち、機能上キャパシタンス分だけを持たせれば充分であ
り、インダクタンス分は不要かあるいは有害な存在と見
なされ、積極的にインダクタンス分を導入する考えはな
く、むしろ、抑制する構造がとられている。このような
ことから、従来のものでは、小型低背化を進めると共に
インピーダンス整合が容易で、且つアンテナ特性の高い
ものを得ることが出来ていなかった。また、ＧＰＳや無
線ＬＡＮ等に利用するアンテナでは基本的に無指向性が
必要とされ、放射効率や利得の向上及び帯域幅の拡大も
必要である。従来、この点での配慮や検討が十分ではな
かった。
【０００９】以上のことより、本発明は上記問題点を解
決するもので、まず高誘電率材料を用いた場合でもイン
ピーダンス整合が容易で小型化のできるアンテナであっ
て、特にＧＰＳや無線ＬＡＮ等に用いた場合に高利得、
広帯域で且つ無指向性をもった表面実装型アンテナを提
供することを目的とする。さらに、この表面実装型アン
テナの特性を充分引き出して携帯電話、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
た通信機器を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した従来技
術の欠点に鑑み案出されたもので、その解決手段は給電
電極自体にインピーダンス整合機能を付与するところに
あり、従来の整合回路素子と等価な素子機能を給電電極
自体に持たせたものである。さらに付け加えるならば、
給電電極の形状および放射電極との相対位置関係との組
み合わせによって効果を引き出すことが基本的な考え方
であり、単純な形状を趣旨とするため製造上の問題を生
じるものではない。一方、ＧＰＳ等の用途に求められる
アンテナ特性の観点からは、基体の下面には接地電極等
を設けることなく、一端が接地、他端が開放される放射
電極となしたアンテナに対して、下記の給電電極構造を
実施するのが最も効果的である。また、無指向性、広帯
域、高利得を達成するアンテナ構造を種々検討した結
果、下記する放射電極の構造が好適であることを見出し
たものである。
【００１１】即ち、本発明は、誘電体もしくは磁性体か
らなる基体と、該基体の長手方向に延びる放射電極と、
該放射電極の一方端に接続あるいは容量結合した接地電
極と、前記放射電極とギャップを介して設けた給電電極
とを基体表面に配置した表面実装型アンテナであって、
前記給電電極は、キャパシタンス分に加えインダクタン
ス分を有し、一端が給電部、他端が接地部となる帯状で
あると共に、少なくとも前記放射電極に略並行する部分
を有する表面実装型アンテナである。よって、前記給電
電極の形状および前記給電電極と前記放射電極との相対
位置を調整することにより、給電点におけるインピーダ
ンス整合が得られ易くしたものである。
【００１２】また、本発明は、誘電体もしくは磁性体か
らなる略直方体状の基体と、該基体の上面、あるいは上
面から側面にかけて設けた基体長手方向に延びる放射電
極と、該放射電極の一方端に接続あるいは容量結合し、
基体の端面あるいは側面に設けた接地電極と、前記放射
電極とギャップを介して基体の側面、あるいは側面から
上面にかけて設けた給電電極と、を基体表面に配置した
表面実装型アンテナであって、前記給電電極は、少なく
とも２ヶ所を屈曲した門型に構成し、一端に給電部を、
中央に前記放射電極に略並行な並行部を、他端に接地部
を有する表面実装型アンテナである。
【００１３】また、本発明は、誘電体もしくは磁性体か
らなる略直方体状の基体と、該基体の上面に設けた基体
長手方向に延びる放射電極と、該放射電極の一方端に接
続あるいは容量結合し、基体の端面に設けた接地電極
と、前記放射電極とギャップを介して基体の側面及び端
面に設けた給電電極と、を基体表面に配置した表面実装
型アンテナであって、前記給電電極は、２つのＬ字状電
極と１つのＩ字状電極からなり、前記Ｌ字状電極を側面
に設け一端を給電部とし、対向する側面にもう１つのＬ
字状電極を設け一端を接地部となし、前記両側面の間の
端面にＩ字状電極を設け並行部を形成し、これら電極に
より複数の面に渡って門型の給電電極を構成した表面実
装型アンテナである。
【００１４】以上において給電電極は、基体側面に、一
端に給電部を、中央に前記放射電極に略並行な並行部
を、他端に接地部を有する門型に構成し、さらに端面あ
るいは対向する側面まで延びる電極部を設けても良い。
また、上記給電電極の少なくとも一部にミアンダ状、コ
字状、Ｌ字状、クランク軸状のいずれかの形状を持たせ
ることが出来る。他方、前記放射電極は、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、前記基体の少なくとも１つの面に形成したものであ
ることが望ましい。さらに、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、他方端で略コ字状に屈曲
した放射電極を用いることも望ましい。この場合はコ字
状に屈曲した放射電極に対向して門型の給電電極とす
る、即ち上記した複数の面に渡って構成した給電電極を
用いることが望ましい。また、前記基体の他方端の端面
に、前記放射電極の先端とギャップを介して対向する第
２の接地電極を設けても良い。そして、本発明によれ
ば、前記基体の比誘電率εrは１０〜５０の間のものを
使用することが出来る。
【００１５】また、本発明は、上記何れかに記載した表
面実装型アンテナを回路基板に搭載した通信機器であっ
て、前記放射電極が延びる基体長手方向を回路基板の地
導体端部の境界線と並行となるようになし、且つ前記給
電電極を地導体端部側に配置したことを特徴とする通信
機器である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施形
態と共に詳細に説明する。まず、インピーダンス整合が
困難になる理由について述べておく。基体に放射電極、
接地電極および給電電極等を配置すると、電極間にキャ
パシタンスが生成される。キャパシタンスは比誘電率ε
rに比例して増加するが、給電電極と放射電極間のキャ
パシタンスの増大は入力インピーダンスを低下させ、イ
ンピーダンス不整合を引き起こす。よって、伝搬周波数
を下げるために高誘電率材料を使用する際には、インピ
ーダンスの不整合が顕著になる。従来から誘電体の基体
が使用されてきているが、比誘電率εrの低い材料の使
用に限られ、高々８程度までであった。本発明は、比誘
電率εrが１０以上、好ましくは２０から５０の間にあ
る誘電材の使用を可能とするものである。しかし、この
範囲に限定するものではなく、それ以下の比誘電率のも
のでも使えるし、比誘電率εrが５０以上の場合でも可
能である。
【００１７】本発明は、高誘電率の基体を使用すること
によるキャパシタンス分の増加に伴い、インダクタンス
分を給電電極自体に付与してキャパシタンスの増分を適
宜キャンセルして、インピーダンス整合を図ることを意
図している。従来のこの種のアンテナの給電電極は、等
価回路上キャパシタンス分のみを与える構成であった
が、キャパシタンスに加えインダクタンスが獲得できる
形状を採用し、即ち、給電電極を帯状に形成してインダ
クタンス分を得やすくすると共に、放射電極に対し略並
行になる部分を配置することでキャパシタンス分の増加
あるいは調整を可能とした。また、帯状の給電電極の一
端を給電部（以下、給電点又は給電端と言うことがあ
る）、他端を接地部（以下、接地点又は接地端と言うこ
とがある）としたことによって、等価回路上は図２のよ
うに単純な並列成分Ｌ２と直列成分Ｌ 1、Ｃｉとで置き
換えられるため、インピーダンス整合の設計指針が容易
に立てられ、開発期間の短縮化に貢献できるものであ
る。
【００１８】また、表面実装型アンテナの用途を考える
と、種々様々な形態が考えられる。したがって、インピ
ーダンス整合条件は、広汎な要件を満足する必要があ
る。上記したように、本発明による給電電極は並列成分
Ｌ2と直列成分Ｌ1、Ｃｉとの組合わせと見なせる。この
給電電極をミアンダ状、コ字状、Ｌ字状、クランク軸状
の何れか又はこれらを組合せた形状を特定すると、等価
的なインダクタンスとキャパシタンスを任意に選択でき
る。このため、整合条件に限定される場合が少なく、高
い汎用性が得られる。例えば、キャパシタンス分とイン
ダクダンス分の比率を略同程度にするとか、あるいはど
ちらか一方を大とする等の場合である。このような給電
電極は、電極の長さがインダクタンス分に比例するこ
と、キャパシタンス分が電極の対向長さの関数であるこ
とが言える。従って、本発明の給電電極を用いてインピ
ーダンス整合を行う際は、まず等価回路的にＬ1、Ｌ2、
Ｃｉのパラメータ中、どれを増減し、どちら方向に変更
すべきかの指針を立てることになる。次にＬ1、Ｌ2は電
極長の長さに比例し、Ｃｉは電極の対向長さの関数とし
て扱えることを利用すれば、所望パラメータを満足する
給電電極の形状が容易に導けるため、インピーダンス整
合を手易く行うことができる。
【００１９】次に、本発明の表面実装型アンテナにおけ
る放射電極および接地電極の関係について述べる。発明
の実施対象としては、放射電極は基体の少なくとも上面
に一端が接地され、他端を開放端に形成したもので、基
体下面には接地電極を形成しない無指向性のアンテナの
構成を基本としている。このアンテナ構成は、一端が接
地され、近傍に放射電極が配置される逆Ｆ型アンテナに
近いように見られるが、本発明では放射電極と給電電極
は物理的に隔てた容量結合となし、この結合度合いを、
電極間距離あるいは並行する長さなどで適宜選ぶことを
特徴としている。このことは、帯域幅ＢＷを任意に選択
できることを示唆する。例えば、「小型・平面アンテナ」
(電子情報通信学会 羽石 操他 平成８年８月発行)に
あるように、ＢＷ∝１／Ｑと、Ｑ=Ｒ√（Ｃ／Ｌ）の関
係がある。定性的には上記した結合度合いや電極長さに
基づくＣもしくはＣ／Ｌを制御すれば、帯域幅ＢＷを広
げることが可能となる。また、放射電極の開放端にギャ
ップを介して第２の接地電極を対向配置することもでき
る。この場合は、対向する接地電極との結合が強いた
め、近傍に給電電極を持ち込んでも比較的影響が少な
い、よって、大幅に伝搬周波数を調整するときに主たる
周波数調整を第２の接地電極との結合度を調整すること
によって行い、微調整を給電電極側で行うことが出来
る。
【００２０】次に、比誘電率εrの上限値について触れ
る。本発明によればεr＝１０〜５０の範囲について実
施可能であることがわかった。これは誘電体の温度係数
あるいは基板の加工精度などを配慮して実用領域を決め
たものであるが、材質の改良、加工精度向上等が現在よ
り向上することになれば、当然、上限値を引き上げられ
ることは容易に予測できる。また、高誘電体の基体を使
用すると、放射効率の低下が懸念される。放射効率の低
下を抑制するためには、自由空間への放射を高める放射
電極と接地電極の構成、高誘電体と低誘電体を複合した
基体の使用などの手段がある。また、本発明を実施する
場合、インピーダンス整合が最も実施し易い給電電極を
対象にして行うことが望ましいが、アンテナの全体構成
を考慮して給電電極を含めた他の電極間の実施が可能で
ある。このことは、後述する等価回路から容易に類推で
きる。
【００２１】次に、図面に基づき本発明の実施の形態に
ついて説明する。図１は本発明の第1の実施例を示す表
面実装型アンテナの斜視図である。このアンテナ１Ａ
は、直方体状の基体１の上面に放射電極２を配し、放射
電極２の右端面には接地電極３を配して接地できるよう
にしている。放射電極２の左側は開放端２０となってお
り、側面には放射電極２と所定間隔Ｇ１を介して給電電
極４が配置されている。これは構成上、逆Ｆアンテナに
似ているが、給電電極はギャップを介しており逆Ｆアン
テナとは異なるものである。また、基体の下面（Ａ面）
には地導体等の接地電極が配置されておらず、放射電極
２に対面していないことから、放射電界パターン等の特
性としては全方向に対してほぼ均一な放射パターンを示
す無指向性が得られる。ここで給電電極４は、帯状の電
極を２ヵ所屈曲した門型（横転させたコ字型）に形成
し、放射電極２の側辺２３に略並行して対向する並行部
分４１を有している。さらに、給電電極４の一端は送受
信回路(図示せず)の給電線に接続される給電点４０と、
他端は地導体に接続される接地点４２となっている。主
として、この給電電極４の２つの脚部４３（給電端）、
４４（接地端）はインダクタンス分を、放射電極と並行
する部分４１（並行部）はキャパシタンス分を生成す
る。よって、本発明による表面実装型アンテナを等価回
路で表現すると、図２に示すような等価回路として表す
ことができる。
【００２２】給電電極の脚部４３、４４はインダクタン
スＬ1とＬ2に相当し、コンデンサＣ iは放射電極２と給
電電極４の並行部分４１で形成されるキャパシタンス分
である。従って、この脚部や並行部の長さや形状を適宜
選択し（実例については下述する。）、Ｌ1、Ｌ2および
Ｃiを変化させることによって給電点４０から放射電極
２をみた入力インピーダンスＺinを５０Ωに一致させる
ことができる。このように給電電極部分のキャパシタン
ス分に加えてインダクタンス分を操作して入力インピー
ダンスの整合を独自に行えることに一つの特徴がある。
尚、以下の実施例でも同様であるが給電点４０と接地点
４２の位置は左右逆になっても良い。
【００２３】図３は第２の実施例を示す表面実装型アン
テナの斜視図である。図４は放射電極の展開図、図５は
等価回路図である。本実施例の表面実装型アンテナはＧ
ＰＳ用として製作したものであり、誘電体の基体とし
て、ＭｇＯ：２２wt％、ＣａＣｏ3：５wt％、Ｔｉ
Ｏ２：４８wt％およびＺｎＯ：５wt％からなるセラミッ
ク材を使用し、その比誘電率εrは２１である。このア
ンテナ１Ｂは、直方体状の基体１と、その上面（Ｃ面）
及び隣り合う側面（Ｄ面）に形成した放射電極２と、放
射電極２の一方端に接続され右端面を覆って形成した接
地電極３と、基体の長手方向側面に設けた給電電極４と
からなっている。尚、本例の給電電極４は側面から上面
にかけて門型に形成したものであるが、これは側面のみ
に設けても良い。門型の配置や形状についてはインピー
ダンス整合と広帯域化のバランスをとって決められる。
ところで、本実施例の放射電極２は、基体の一方端から
長手方向に連続的および／または段階的に実質的に幅を
狭めながら延びる形状となしている。図４に展開図で示
すように放射電極２は、基体上面（Ｃ面）に設けた放射
電極２１と、隣り合う側面（Ｄ面）に連続的に形成した
放射電極２２とからなり、放射電極２２も若干ではある
が先端に向かって傾斜している。このように基体の上面
だけでなく隣接する側面に渡って放射電極を形成するこ
とにより、より小型化し、より無指向性に近い放射指向
性が得られる。接地電極３と放射電極２との接続形式
は、非接触の容量結合の形でも良い。また接地電極３
は、基体１の一方端面（Ｅ面）を取り囲む４面にも延長
して設けても良く、下面（Ａ面）には延長の電極５０を
形成し、固定用電極も兼ねて回路基板の地導体に接続で
きるようにしている（図１７の５０参照）。また、給電
電極４も基体下面（Ａ面）に延長電極部分を設け、回路
基板との半田付け用の固定用電極として用いている。
【００２４】給電電極４は、本例ではその幅を１ｍｍ、
等価長さが１０ｍｍで門型（コ字状）に設計した。図６
は給電電極の形状例を示す。同図（ａ）は本実施例と同
様にコ字状の例であり、左右の脚部にて生じるインダク
タンス分Ｌ１とＬ２が略等しい場合である。（ｂ）およ
び（ｃ）に示す形状は大きさをそれぞれ異ならせるもの
で、導体の長さによってインダクタンス分を調整する具
体例である。（ｂ）は一方をミアンダ状となしＬ2を大
となしたもので、また（ｃ）は左側の脚をクランク状
に、他方をミアンダ状としＬ１を大となしたものであ
る。インダクタンス分を用いて調整する際、入力インピ
ーダンスを増加させたい場合にはＬ1を増加させ、逆に
入力インピーダンスを減少させたい場合にはＬ２を増加
させる。Ｌ1、Ｌ2を増加させる時、各々（ｂ）、（ｃ）
のような給電電極の脚部を用いることができる。
【００２５】また、給電電極の中央の並行部Ｗは本発明
の特徴の一つでもある。この並行部によってＣおよびＣ
iを任意に選択可能とする機能が備わる。すなわち、キ
ャパシタンス分Ｃｉはおおむね並行部の長さＷに比例
し、並行部と放射電極との距離に反比例する。従って、
Ｃｉを増加させる場合は、並行部を長くするか放射電極
との距離を縮めることにより、Ｃｉを減少させる場合は
その逆を行って適宜設定する。このように並行部の長さ
や並行部と放射電極との距離を変えることにより、Ｃｉ
も調整できる。
【００２６】次に、本実施例では放射電極にも特徴があ
るのでその作用効果について説明する。まず、放射電極
の基本形状は、高周波電流の流れ（基体長手方向）に対
して垂直方向の電極長さ、すなわち幅を一定とせずに、
開放端側に接近するに従い徐々に減少させた形状として
いる。給電電源から給電電極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
極と開放端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
存在しないが、本発明のように放射電極の幅が一定でな
いこと、さらに図示する各電極を配置することによっ
て、アンテナには図５に示すように複数のインダクタン
スＬr1、Ｌr2、Ｌr3…とキャパシタンスＣr1、Ｃr2、Ｃ
r3…による共振回路が等価的に形成される。各共振回路
の共振周波数は、かなり接近して発生するため共振が連
続して複数存在することになり、結果的に帯域幅が広が
った広帯域な共振特性が得られる。
【００２７】本発明の表面実装型アンテナの第３の実施
例を図７に示す。上記した実施例と同じ構成については
同一符号を付して説明は省略する。本例では放射電極を
上記実施例と同様に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
狭めながら延びる略台形状になし、給電電極４を基体側
面及び上面に渡って設けている。放射電極の作用につい
ては上記実施例と同様であるが、給電電極の並行部４１
をＵ字状となし放射電極２４との間を不等間隔とし、キ
ャパシタンス成分を少なめに設定した。このように放射
電極と給電電極との間は完全に平行でなくても良く、い
わゆる並んでいれば、また並んだ部分があれば良い。こ
れを本発明では略並行と呼んでいる。また、放射電極の
段階的に狭まるとは、例えば階段状に段差を持って狭ま
る形状がある。
【００２８】本発明の表面実装型アンテナの第４の実施
例を図８に示す。上記した実施例と同じ構成については
同一符号を付して説明は省略する。本例では放射電極を
マイクロストリップ状となし、一端を接地、他端を開放
端となしたものである。前記の例はいずれも誘電体基体
の長手方向の長さいっぱいに放射電極を設けていたが、
放射電極長は所望周波数の１／４波長に選べば良く、必
ずしも基体長さいっぱいに設ける必要は無い。本例で
は、基体長さよりも放射電極長が短い場合を例示した。
この実施例によれば伝搬中心周波数を下げるための調整
代をとることが出来る。また、基体端部の寸法不良や欠
け等の欠陥に対し強く小型化にも有利である。
【００２９】本発明の表面実装型アンテナの第５の実施
例を図９に示す。上記した実施例と同じ構成については
同一符号を付して説明は省略する。本例では放射電極先
端の開放端２０に対向する基体端部にギャップＧ２を介
して第２の接地電極５を設けたものである。これによっ
て、放射電極２６の開放端２０と地導体との間に容量装
荷がなされ、このキャパシタンスは大きく安定している
ので大きく周波数を変動する調整が出来る。微調整は給
電電極４のインダクタンス分およびキャパシタンス分で
行えば良い。また、逆に開放端のギャップ部で容量が稼
げる分小さいインダクタンスでも所望周波数が得られる
ので小型化に適している。尚、給電電極４は基体の側面
から上面にかけて形成しているが、これは条件によって
側面のみに設けるようにしても良い。このことは前記実
施例に共通して言えることである。側面のみに設ける場
合はスクリーン印刷等で電極形成する際に繋ぎ目の精度
等に注意を払わなくて良いので製造面でも好ましい。
【００３０】図１０〜図１２は本発明の表面実装型アン
テナの第６〜８の実施例を図の左側に斜視図、右側に展
開図で示している。上記した実施例と同じ構成について
は符号を省略しているし、またその説明も省略する。こ
れらの実施例では放射電極をストライプ状としたもの
で、基体の上面の端部にＬ字状電極２７を設け、隣り合
う奥側の側面にＬ字状電極２８、２９、３０を図示のよ
うに連続して形成したものである。給電電極４は一端に
給電端となる脚部４３、中央に並行部４１、もう一方端
に接地端となる脚部４４を形成した門型（コ字状）であ
り、基体側面の他方端部にのみ形成している。接地電極
３はこれらの例では側面放射電極２８、２９、３０との
区別が付き難いが下面電極３２との接続部付近にあると
言える。電極５１、５２は半田付け用の固定用電極であ
るが、図１１、１２の例では回路基板との接合強度を上
げるために半田固定用の電極５２を追加したものであ
る。また、図１０〜図１２の例は、基本的に放射電極の
インダクタンス成分を稼ぐために電極をＬ字状に形成し
たものであるが、図１１ではＬ字状放射電極３と門型の
給電電極４の屈曲部を丸めた例を示した。丸みＲを持た
せるのは放射電極だけでも良いが、これによる効果につ
いては下記する。また、基体が低背化した場合は図１２
のように固定用電極５２を接続電極３２を介して放射電
極３０と直接連続させることによってアンテナ特性に大
きな変化をきたすことがないという結果が得られた。
【００３１】図１１に示すようにＬ字状電極の屈曲部に
丸みＲあるいは面取りを持たせることは放射利得を上げ
る効果がある。従来、略Ｌ字状もしくは略コ字状もしく
はミアンダ状またはクランク状の屈曲した部分を有する
放射電極では、まず直線部分と屈曲部分とが不等幅であ
り、且つ角張ったままで繋がっていた。このことは電極
線路のインピーダンスに置き換えて見ると、インピーダ
ンスが不連続に変化することを意味しており、その不連
続性により進行波の一部が反射される。さらに、曲がり
角部に注目すると内側の経路長が外側の経路長に比べて
短く、その結果、内側寄りに強い電流が流れ易くインピ
ーダンスの不連続性がここでも生じる。このようなこと
から入力した高周波の反射ロスが大きくなり利得の低下
が見られた。これを改善するために曲がり角部は丸みを
持った面取りあるいは角部を切り落とした角面取りを施
すことが効果的であることを知見した。これによって線
路は略等幅で角部がなくなり、インピーダンスの不連続
性が改善される。すなわち、曲り角部での反射ロスの発
生が抑制されることによりアンテナの放射電極を流れる
共振電流の伝送損失を低減できるため、結果として、利
得が向上する。
【００３２】次に、図１３〜図１４は本発明の表面実装
型アンテナの第９、１０の実施例を図の左側に斜視図、
右側に展開図で示している。上記した実施例と同じ構成
については符号を省略しているし、またその説明も省略
する。この実施例では、放射電極３３と給電電極４に特
徴があり、この放射電極３３は基体上面にのみ設けてお
り、接地電極３から図３に示した例と同様に長手方向の
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３３ａとなし、左端部
分でコ字状に屈曲（あるいはＵ字状にＵターンさせた形
状）した放射電極３３ｂに形成したものである。図のよ
うな放射電極３３によれば台形状の放射電極３３ａ部分
で上述した広帯域な共振特性が得られ、コ字状に屈曲し
た放射電極３３ｂ部分でインダクタンス分を補充でき
る。電極５１は半田付け用の固定用電極であって必要最
小限に設ける。よって、この様な放射電極を基体上面の
みに設ける構成は、側面にも放射電極を設けたものに比
べ高利得が期待できる。このようなことから本実施例
は、一般に放射利得が低下する基体を低背化した場合、
あるいは回路基板の地導体上に直接基体を設置する場合
に適している。
【００３３】また、図１３の給電電極４は、上述してき
た実施例と同様側面に設けた門型の給電電極が放射電極
３３ｂの開放端と対向するように設けているが、図１４
の給電電極は２つのＬ字状電極と１つのＩ字状電極から
なっており、Ｌ字状電極３４は基体側面（Ｂ面）に設
け、その一端を給電端４３となし、Ｉ字状電極３５は端
面（Ｆ面）に設け、Ｌ字状電極３６は対向する側面（Ｄ
面）に設け、その一端を接地端４４となしている。よっ
て斜視図に示すように門型の給電電極４は２側面と端面
に渡って設けられ、これらの電極による並行部４１がコ
字状に屈曲した放射電極３３ｂを囲うように対向して設
けられることになる。このような給電電極とすることに
よって放射電極３３ｂのコ字状部のほぼ全体に渡って容
量結合することができキャパシタンス分をより大きく取
って小型化することが出来る。また、同一のキャパシタ
ンス値に対しては、放射電極との間隔を広くとれ、印刷
ずれ等に起因するキャパシタンス値のばらつきを低減で
きる。
【００３４】図１５に示す例は、また別の実施例を示す
ものである。この例では給電電極の構成が少し異なって
いる。すなわち、基体側面（Ｂ面）に設けた給電電極が
Ｆ字状となっており、給電端４３と接地端４４をこの面
に設け、端面（Ｆ面）と対向する側面（Ｄ面）にストラ
イプ状で開放端を持った延長電極を形成している。よっ
て、この実施例は別の逆Ｆ型アンテナを側面に形成した
ような構成となり、インピーダンス整合と同時に複共振
を用いた広帯域化が可能である。なお、上記した各実施
例のアンテナ構成を組み合わせることも可能であり、本
発明の範囲内で他の実施例を種々構成することが出来
る。
【００３５】次に、図１６は入力インピーダンスＺinと
基体の比誘電率εrとの関係を示す。本発明を実施する
と、高誘電率の基体を使用することにともなうキャパシ
タンス分の増加をインダクタンス分を用いて適宜キャン
セルでき、比誘電率εrを５０程度までの高誘電体を使
用することができる。従来の比誘電率εrが８程度の場
合に比べると、５倍以上のεr材を使用でき、アンテナ
の小型化に大きな効果がある。図１６は現在入手可能な
材料を基礎にシミュレーションした結果であるため、高
温域で安定な材料が開発されたり、加工技術が改善され
ると、この上限値は更に拡大される。また、高誘電材と
低誘電材の複合材が開発された暁にも、上限値は引き上
げられる。
【００３６】次に、上記した表面実装型アンテナを回路
基板に実装する構成について説明する。図１７は図３に
説明したアンテナ１Ｂを回路基板６上に実装した様子を
示している。無論この図ではアンテナの配置のみを示し
他の部品は図示していない。アンテナ１Ｂは、回路基板
６の露出部６５上で地導体６２の端部境界線６３と基体
長手方向が並行となるように、給電電極４を手前側（地
導体側）にし放射電極２の開放端２０を地導体６２から
遠ざけるような向きに配置している。そして、門型の給
電電極４の一方端は給電線６１に接続し、他方端は地導
体６２に接続されている。これによって、給電電源６０
から供給された高周波信号は、給電線６１を介し給電電
極４に供給され給電端４０から並行部４１を介して放射
電極２側に向かう電流と接地端４２を介して地導体６２
に向かう電流とに分かれ、インピーダンスの整合を図る
と共に放射電極２を励振させる。その結果、放射電極先
端の開放端から電磁波が空間に放射される。
【００３７】また、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。横方向（並行）に置くことによ
って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。ま
た、回路基板との電気的相互作用として、アンテナの共
振電流により基板の接地導体に鏡像電流が発生し、この
鏡像電流と基体を流れる電流が逆位相となると、アンテ
ナからの電磁放射が妨げられ、利得低下や共振周波数の
シフトが起こることがある。この点で共振電流が最も強
く流れる放射電極の開放端を地導体から最も遠い位置に
配置しているので電界を接地導体から離れた位置に誘起
でき、鏡像電流を極力弱くできる。また、アンテナの裏
面のほとんどには接地電極を有していないので、接地導
体に鏡像電流が流れることを抑制することができる。
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アンテナを配置すると一
層利得が向上する。
【００３８】また、給電電極のうち給電部と接地部の左
右配置は基板側の給電線と地導体の配置によって変更さ
れ得るが少なくとも手前側を給電電極にして配置するこ
と、及び地導体とアンテナ基体の長手方向が並行となる
ように配置することは、占有面積を小さくして、本発明
の効果を得るためには必要である。また、基板の全面
（基板裏面または表裏面）に地導体が形成されている場
合は、図１３〜図１５に示した実施例を用いることが望
ましい。このようにしてアンテナを実装した回路基板を
図１８に模式的に示した携帯電話やパソコンの内部に搭
載することによりＧＰＳや無線ＬＡＮ機能を備えた通信
機器として利用できる。
【００３９】上記した図３（実施例２）と図１１（実施
例７）についてアンテナの特性試験を行い、また、図３
に対し従来のキャパシタンス分のみの電極構造で且つミ
アンダ状の放射電極としたものを比較例として測定し
た。アンテナ基体は、比誘電率εr＝２１のＡｌ2Ｏ3系
セラミックス材料を使用し、実施例２と比較例は長さ１
５mm×幅３mm×厚さ３mmとし、実施例７は長さ１０mm×
幅３mm×厚さ２mmの基体寸法とした。伝搬周波数の中心
周波数を１.５７５ＧＨｚ±１ＭＨｚとし、電圧定在波
比２（ＶＳＷＲ＝２）での帯域幅ＢＷ（ＭＨｚ）、平均
利得（ｄＢｉ）及び指向性を測定した。また、図１８の
ように通信機器に搭載する場合を想定して特性の金属依
存性を調べた。その結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】以上の結果より実施例２及び実施例７によ
るアンテナは、比較的高い比誘電率の基体でありながら
インピーダンス整合が容易にとれる。そして、従来例に
比べ帯域幅はやや狭いものの高い放射利得が得られ、金
属接近による利得低下も少なく安定した特性が得られ
た。実施例７に至っては基体寸法を約２／３に小型化し
たにもかかわらず帯域幅、利得ともに良好な結果が得ら
れた。尚、無指向性については３者とも良好な結果を示
した。比較例の放射利得が低い原因は、インピーダンス
整合が容易ではなく、整合用のインダクタンス分を稼ぐ
ために放射電極をミアンダ状にしたことが起因している
と考える。また、以上により図１０〜図１５に示したよ
うな放射電極を採用することにより、基体の大きさを、
長さ１０mm×幅３mm×厚さ２mm程度あるいはそれ以下の
小型化ができることが確認された。
【００４２】本発明の他の実施例としては、基体材料を
磁性体、樹脂体、またこれらの積層基板としても良い。
また、帯域幅を広げたり周波数調整のために放射電極側
辺の開放端に形成した並行部２３ａあるいは基体をトリ
ミングすることが有効である。放射電極は、台形状、階
段状、曲線状、ミアンダ状、一部ミアンダ状、クランク
状等種々の形状が考えられるが、長手方向に連続的およ
び／または段階的に実質的に幅を狭めながら延びる形状
を有していることが望ましい。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、第１あるいは第２の接地電極は、最小限その
端面が覆われ接地面に連接して接地できていれば良い
が、基体端面からの電界の放射を抑制する効果を得るた
めには基体端部において端面とその廻りの四面を覆うよ
うに形成しておくと良い。
【００４３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来問題
となっていた高誘電体を基体に使用した場合のインピー
ダンスの整合が容易となり、小型軽量であり高利得、広
帯域で且つ無指向性をもった表面実装型アンテナを得る
ことができる。また、ＧＰＳや無線ＬＡＮ等に用いた場
合にアンテナの特性を充分引き出した通信機器となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す表面実装型アンテ
ナの斜視図である。
【図２】第１実施例のアンテナの等価回路図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す表面実装型アンテ
ナの斜視図である。
【図４】図３の放射電極の展開図である。
【図５】第２実施例のアンテナの等価回路図である。
【図６】本発明における給電電極の他の実施例である。
【図７】本発明の第３の実施例を示す表面実装型アンテ
ナの斜視図である。
【図８】本発明の第４の実施例を示す表面実装型アンテ
ナの斜視図である。
【図９】本発明の第５の実施例を示す表面実装型アンテ
ナの斜視図である。
【図１０】本発明の第６の実施例を示す表面実装型アン
テナの斜視図と展開図である。
【図１１】本発明の第７の実施例を示す表面実装型アン
テナの斜視図と展開図である。
【図１２】本発明の第８の実施例を示す表面実装型アン
テナの斜視図と展開図である。
【図１３】本発明の第９の実施例を示す表面実装型アン
テナの斜視図と展開図である。
【図１４】本発明の第１０の実施例を示す表面実装型ア
ンテナの斜視図と展開図である。
【図１５】本発明の第１１の実施例を示す表面実装型ア
ンテナの斜視図と展開図である。
【図１６】比誘電率と入力インピーダンスの関係であ
る。
【図１７】本発明のアンテナを回路基板に実装した状態
を示す実装図である。
【図１８】本発明のアンテナを通信機器に搭載する概念
図である。
【図１９】従来の表面実装型アンテナの一例を示す斜視
図である。
【図２０】従来のアンテナの等価回路図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１
Ｉ、１Ｊ、１Ｋ：表面実装型アンテナ １、９０：誘電体基体 ２、２１、２４、２５、２６、２７、３３、９２：放射
電極 ２２、２８、２９、３０：側面放射電極 ３、９３：接地電極、４、９４：給電電極、９５：給電
端子電極 ４０、９８：給電点、４１：給電電極の並行部分、４
２：接地点 ４３：給電端となる脚部、４４：接地端となる脚部 ５：第２の接地電極 ６：回路基板、１０：基体の稜線 ６０：給電電源、６１、９９：給電線、６２：接地導体 ６３：接地導体の境界線、６４：接地導体の延長部、６
５：回路基板の露出部 ２０、９７：放射電極の開放端 ２３：放射電極の側辺 ２３ａ：放射電極側辺に形成した並行部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萩原 英俊 鳥取県鳥取市南栄町70番地２号 日立金属 株式会社鳥取工場内 Ｆターム(参考） 5J046 AA00 AA04 AB06 AB13 PA01 PA04 5J047 AA00 AA04 FD01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 誘電体もしくは磁性体からなる基体と、
    該基体の長手方向に延びる放射電極と、該放射電極の一
    方端に接続あるいは容量結合した接地電極と、前記放射
    電極とギャップを介して設けた給電電極とを基体表面に
    配置した表面実装型アンテナであって、前記給電電極
    は、キャパシタンス分に加えインダクタンス分を有し、
    一端が給電部、他端が接地部となる帯状であると共に、
    少なくとも前記放射電極に略並行する部分を有すること
    を特徴とする表面実装型アンテナ。
  2. 【請求項２】 誘電体もしくは磁性体からなる略直方体
    状の基体と、該基体の上面、あるいは上面から側面にか
    けて設けた基体長手方向に延びる放射電極と、該放射電
    極の一方端に接続あるいは容量結合し、基体の端面ある
    いは側面に設けた接地電極と、前記放射電極とギャップ
    を介して基体の側面、あるいは側面から上面にかけて設
    けた給電電極と、を基体表面に配置した表面実装型アン
    テナであって、前記給電電極は、少なくとも２ヶ所を屈
    曲した門型に構成し、一端に給電部を、中央に前記放射
    電極に略並行な並行部を、他端に接地部を有することを
    特徴とする表面実装型アンテナ。
  3. 【請求項３】 誘電体もしくは磁性体からなる略直方体
    状の基体と、該基体の上面に設けた基体長手方向に延び
    る放射電極と、該放射電極の一方端に接続あるいは容量
    結合し、基体の端面に設けた接地電極と、前記放射電極
    とギャップを介して基体の側面に設けた給電電極と、を
    基体表面に配置した表面実装型アンテナであって、前記
    給電電極は、２つのＬ字状電極と１つのＩ字状電極から
    なり、前記Ｌ字状電極を側面に設け一端を給電部とし、
    対向する側面にもう１つのＬ字状電極を設け一端を接地
    部となし、前記両側面の間の端面にＩ字状電極を設け並
    行部を形成し、これら電極により門型の給電電極を構成
    したことを特徴とする表面実装型アンテナ。
  4. 【請求項４】 前記給電電極は、基体側面に、一端に給
    電部を、中央に前記放射電極に略並行な並行部を、他端
    に接地部を有する門型に構成し、さらに端面あるいは対
    向する側面まで延びる電極部を有することを特徴とする
    請求項１乃至３の何れかに記載の表面実装型アンテナ。
  5. 【請求項５】 前記給電電極は、少なくとも一部にミア
    ンダ状、コ字状、Ｌ字状、クランク軸状のいずれかの形
    状を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに
    記載の表面実装型アンテナ。
  6. 【請求項６】 前記放射電極は、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であること
    を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の表面実装
    型アンテナ。
  7. 【請求項７】 前記放射電極は、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、他方端で略コ字状に
    屈曲した放射電極であることを特徴とする請求項１乃至
    ５の何れかに記載の表面実装型アンテナ。
  8. 【請求項８】 前記放射電極の他方端とギャップを介し
    て対向する第２の接地電極を基体端面に設けたことを特
    徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の表面実装型ア
    ンテナ。
  9. 【請求項９】 前記基体の比誘電率εrは１０〜５０の
    間であることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記
    載の表面実装型アンテナ。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９の何れかに記載する表面
    実装型アンテナを回路基板に搭載した通信機器であっ
    て、前記放射電極が延びる基体長手方向を回路基板の地
    導体端部の境界線と並行となるようになし、且つ前記給
    電電極を地導体端部側に配置したことを特徴とする通信
    機器。
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