JP2003188625A

JP2003188625A - アンテナ、高周波無線通信用回路モジュール及び高周波無線通信装置

Info

Publication number: JP2003188625A
Application number: JP2002292087A
Authority: JP
Inventors: Noriyasu Sugimoto; 典康杉本; Toshikatsu Takada; 俊克高田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】アンテナ線路導体の小型化等に伴うインピー
ダンス不整合を、アンテナ側の設計変更や特別な整合回
路の追加を行なうことなく解消することができるアンテ
ナを提供する。【解決手段】誘電体基板４２の第一主表面ＭＰに形成
される基板側線路導体１０と、同じく第二主表面ＭＰ’
に形成される接地用導体層１１とを有するマイクロスト
リップライン型のアンテナ用伝送線路と、一端が基板側
線路導体１０の末端に結合され、他端が開放とされたア
ンテナ線路導体３とを有する。アンテナ用伝送線路は、
接地用導体層１１が誘電体基板４２の第二主表面ＭＰ’
の一部領域のみを覆う形態にて形成され、該接地用導体
層１１の非形成領域１２’に対応する第一主表面ＭＰ側
の領域がアンテナの実装スペース１２として確保され
る。基板側線路導体１０は、接地用導体層１１の形成領
域と非形成領域１２’との境界ＢＬから該非形成領域１
２’側に末端部が延出する形で配置され、その延出部１
０ｅの末端にアンテナ線路導体３が結合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波領域での無
線通信に好適に使用される誘電体アンテナと、その誘電
体アンテナを用いた高周波無線通信用回路モジュール及
び高周波無線通信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

【特許文献１】特許第３１１４５８２号公報

【特許文献２】特開平９−５５６１８号公報

【特許文献３】特開平９−１３９６２１号公報

【０００３】最近、携帯電話などの移動体通信機器や、
無線ＬＡＮあるいはBluetoothといったワイヤレスネッ
トワークシステムの普及が急速に進んでいる。移動体通
信機器においては、加入者の増加に伴い十分なチャネル
数を確保するために、１ＧＨｚ以上の高周波帯への移行
が目覚しい。他方、ワイヤレスネットワークシステムで
は、国内電波法上の要請により２．４ＧＨｚ帯、５．２
ＧＨｚ帯、１９ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯の各周波数帯の
み使用が許可されている。このうち、２．４ＧＨｚ帯
は、ユーザ免許が不要で低コストであり、通信特性もよ
いので、大多数のワイヤレスネットワークシステムにお
いて採用されているが、近い将来、ユーザの増加による
電波資源の枯渇が懸念され、今後は５．２ＧＨｚ帯の積
極利用も見込まれるところである。

【０００４】上記のような無線通信において、アンテナ
は必要不可欠な機器構成要素であるが、スペースを消費
しやすい。他方、携帯電話やワイヤレスネットワークシ
ステムにおいては、近年、機器の小型化傾向が著しい。
そこで、部品実装基板上にアンテナパターンを直接形成
したり、あるいはチップ化されたアンテナを部品実装基
板上に実装することにより、機器全体のコンパクト化が
図られている。また、アンテナの小型化を図る場合、誘
電体を用いることも有効である。アンテナの物理長は、
誘電体の比誘電率をεｒとすると、（εｒ）^−１／２に
短縮することができる。このことを利用して、回路モジ
ュールの基板を誘電体とし、ここにアンテナパターンを
形成するか、あるいは誘電体基材にアンテナ線路導体と
実装用パッドとを設けたチップアンテナを用いる方法が
採用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような要請によ
りアンテナが小型化すると、アンテナ線路導体の線幅が
小さくなる。また、アンテナ線路導体は直線状に形成す
るとアンテナ物理長の増大を引き起こすため、線路パタ
ーンを蛇行形態に折り曲げて形成することも行なわれて
いる（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献
３）。このようなアンテナにおいては、蛇行によるアン
テナ長縮小効果を図る目的もあって、アンテナ線路導体
の線幅はますます小さくなる傾向にある。

【０００６】通常インピーダンス整合のために、部品点
数が増大するとアンテナが大型化するため、アンテナ小
型化によるインピーダンス整合の制約が発生する。その
結果、部品実装基板側の線路とのインピーダンス不整合
が生じやすくなり、電波放射特性が損なわれることにつ
ながる。すなわち、給電用端子から給電された高周波信
号を効率よくアンテナ線路導体へ伝えることができな
い。こうしたインピーダンス不整合は、通常、アンテナ
線路導体長を調整することにより調整を行なうが、小型
化の要請が背景にある場合は設計上の制約が大きく、ア
ンテナ線路導体長を必ずしも随意には変更できない事情
がある。他方、部品実装基板側の線路とアンテナ線路導
体との間に整合回路を挿入する方法もあるが、整合回路
を追加する分コスト高につながり、また実装スペースが
余分に消費されるので小型化の目的に逆行する。

【０００７】本発明の課題は、アンテナ線路導体の小型
化等に伴うインピーダンス不整合を、アンテナ側の設計
変更や特別な整合回路の追加を行なうことなく解消する
ことができ、ひいてはインピーダンス不整合による電波
放射効率の低下防止を安価にかつ効果的に図ることがで
きるアンテナと、これを用いた高周波無線通信用回路モ
ジュール及び高周波無線通信装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために本発明のアンテナは、誘電体基板に形
成された基板側線路導体と、該基板側線路導体と組み合
わされる形で誘電体基板に形成される接地用導体層とか
らなるアンテナ用伝送線路と、基板側線路導体に結合さ
れ、先端側が開放とされたアンテナ線路導体とを有し、
アンテナ用伝送線路のアンテナ線路導体への結合側端部
において、基板側線路導体の先端部が接地用導体層の端
縁から延出する形で配置され、その延出部にアンテナ線
路導体が結合されてなることを特徴とする。

【０００９】上記の構成によると、基板側線路導体の接
地用導体層の縁からの延出部を、アンテナのインピーダ
ンス調整部として機能させることができる。これによ
り、アンテナ接続先回路とアンテナとのインピーダンス
整合状態を改善でき、電波放射特性を向上させることが
できる。また、アンテナ側の設計変更や特別な整合回路
の追加を行なう必要がなく、基板側線路導体を適当な長
さで延出するのみで安価にインピーダンス整合を図るこ
とができ、スペースの消費も小さいので装置小型化の観
点において有利である。

【００１０】アンテナ用伝送線路は、例えばコプレーナ
ウェーブガイド等の形態で形成することもできるが、誘
電体基板の第一主表面に基板側線路導体が形成され、同
じく第二主表面に接地用導体層が形成されたマイクロス
トリップライン型とすることができる。アンテナ用伝送
線路を含め、誘電体基板上の伝送線路をマイクロストリ
ップライン型に形成することにより、基板上の線路の形
成密度を高めることができ、高周波回路をコンパクトな
基板上に収める上で有利となる。また、アンテナ用伝送
線路をマイクロストリップラインで構成した場合、線路
導体と接地用導体層が比較的薄い基板を挟んで面対向す
る形になっているから、その対向部分のキャパシタンス
は相当大きくなるのに対し、線路導体の延出部は接地用
導体層がなくなっているために、キャパシタンスは接地
用導体層の縁から離れるにつれ急速に小さくなる。従っ
て、両部分の特性インピーダンスの差は、前者における
キャパシタンス項の寄与が大きい分だけコプレーナウェ
ーブガイド等と比較して大きくなる。つまり、延出部の
長さを単位長さだけ変化させたときの特性インピーダン
スの調整代を大きくとることができ、アンテナとアンテ
ナ接続先回路との間に多少大きなインピーダンス不整合
が生じていても、これを容易に解消することができる。

【００１１】他方、アンテナ線路導体は、一端が基板側
線路導体の末端に結合され、他端が開放とされたモノポ
ール型アンテナを形成するものとすることができる。モ
ノポール型アンテナはアンテナ線路導体長が短くて済
み、高周波無線通信装置回路のコンパクト化に同様に寄
与する。アンテナ用伝送線路は、接地用導体層が誘電体
基板の第二主表面の一部領域のみを覆う形態にて形成さ
れ、該接地用導体層の非形成領域に対応する第一主表面
側の領域がアンテナ線路導体の実装スペースとして確保
されるとともに、基板側線路導体が接地用導体層の形成
領域と非形成領域との境界から該非形成領域側に一定長
延出する形で配置され、その延出部の末端にアンテナ線
路導体を結合することができる。接地用導体層の一部を
削除する形でアンテナ線路導体の実装スペースを確保す
ることにより、基板主表面のスペースをより有効活用す
ることができ、周波無線通信装置のコンパクト化に寄与
する。

【００１２】アンテナとアンテナ接続先回路との間にイ
ンピーダンス不整合が生じる要因は種々考えられるが、
設計上の要請により、アンテナ線路導体と基板側線路導
体との線幅が相違するものとなっている場合、特に、ア
ンテナの小型化によりアンテナ線路導体が基板側線路導
体よりも狭幅に形成されている場合に、インピーダンス
不整合の問題が生じやすい。この場合、本発明の適用に
より、アンテナ小型化による省スペース効果を損なうこ
となく、インピーダンス整合を効果的に図ることがで
き、ひいては良好な電波放射特性を確保することができ
る。

【００１３】また、アンテナ線路導体は、誘電体からな
るアンテナ基体とともに誘電体アンテナを構成するもの
とすることができる。誘電体アンテナの採用によりアン
テナ線路導体の実長をより短縮でき、装置の小型化に有
効に寄与する。この場合、基板側線路導体側の基板の誘
電体と、アンテナ側の誘電体との比誘電率の相違もイン
ピーダンス不整合の一要因となりえるが、本発明の適用
によりこれを効果的に解消することができる。

【００１４】次に、本発明の高周波無線通信用回路モジ
ュールは、上記本発明のアンテナと、該アンテナを介し
た高周波信号の送信処理及び／又は受信処理を行なう通
信処理回路の少なくとも一部をなす実装部品とが、部品
実装用基板により一体化されてなることを特徴とする。
また、本発明の高周波無線通信装置は、上記本発明のア
ンテナと、該誘電体アンテナを介した高周波信号の送信
処理及び／又は受信処理を行なう通信処理回路とを有す
ることを特徴とする。

【００１５】アンテナを組み込んだ高周波無線通信用回
路モジュールに、上記本発明のアンテナを用いることに
より、インピーダンス整合による電波放射特性改善と、
回路モジュールあるいは装置全体のコンパクト化を安価
に図ることができ、近年の厳しい小型化の要請にも十分
に対応することができるようになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を用
いて説明する。図１は、本発明に使用する誘電体アンテ
ナの一例を示すものであり、（ａ）は側面図、（ｂ）は
平面図、（ｃ）は底面図である。誘電体アンテナ１は、
誘電体からなり主表面ＭＰを有するアンテナ基体２と、
該アンテナ基体２に対し、主表面と平行に設けられたア
ンテナ線路導体３とを有するものである。アンテナ線路
導体３は、主表面ＭＰと平行な投影面ＰＰに対する正射
投影において、アンテナ長方向に伸びる蛇行形態を有す
る。

【００１７】より詳しくは、図２（ａ）に示すように、
各々アンテナ長方向（Ｏ）と交差する向きに形成され、
かつ該アンテナ長方向に配列した複数の直交方向線路単
位３２を有する。これらの直交方向線路単位３２は、隣
接するもの同士の端が互い違いに連結され、全体として
蛇行形態の連続線路部を形成してなる。

【００１８】アンテナ線路導体３を蛇行形態に形成する
ことによりアンテナ長Ｌを効果的に縮小することができ
る。なお、図から明らかなように、蛇行幅ｄを線路幅ｗ
より小さくすることは幾何学的に不可能である。従っ
て、図２（ｂ）に示すように、線路幅ｗが小さいほど細
かい蛇行を形成することが可能となり、蛇行幅ｄが小さ
くとも、十分なアンテナ長縮小効果が得られる。一定以
上のアンテナ長縮小効果を得るために、その前提条件と
して、上記ｄ／ｗの値を３以上に定めた場合、線路幅ｗ
とは無関係に、蛇行幅ｄの絶対値を３ｍｍ以下に設定す
ることが望ましい。これにより、蛇行形態のパターンを
採用しているにも拘わらず、アンテナ１の電波放射特性
の低下を効果的に抑制することができ、小型でしかも高
性能の誘電体アンテナを実現できる。

【００１９】図２のアンテナ線路導体３は、直交方向線
路単位３２が、各々アンテナ長方向と直交する向きに形
成された直交方向線路単位３２とされている。そして、
隣接する直交方向線路単位３２の端を互い違いに連結す
る連結線路単位３３がアンテナ長方向と平行に形成され
ている。直交方向線路単位３２は、アンテナ長方向の寸
法占有長さが限界値である線路幅ｗに等しくなるため、
アンテナ長縮小効果が大きい利点がある。ただし、本発
明においてアンテナ線路導体の形態はこれに限定される
ものではない。例えば、アンテナ線路導体の実長を縮小
する効果の点では若干劣るが、傾斜した直交方向線路単
位３２を、アンテナ長方向に平行な連結線路単位３３に
より互い違いに連結したアンテナ線路導体や、直交方向
線路単位３２を正弦波曲線状に滑らかに連結したアンテ
ナ線路導体なども考えられる。

【００２０】なお、図１１は、アンテナ基体２をなす誘
電体としてアルミナ焼結体（厚さ：１ｍｍ）を使用する
とともに、共振周波数を２．４ＧＨｚに設定した誘電体
アンテナの、線路幅ｗとアンテナ長との関係を示すもの
である。ただし、蛇行幅ｄは２ｍｍとし、直交方向線路
単位３２の対向縁間隔ｓ（対向縁間距離として定義す
る）を線路幅ｗと等しく設定している。これによると、
アンテナ線路導体３の線路幅ｗが小さくなる程アンテナ
長を顕著に短くできていることがわかる。

【００２１】典型的な従来型のアンテナとして、部品実
装用プリント基板上に、モノポールアンテナを形成した
場合、共振周波数２．４ＧＨｚとなるアンテナ長は２７
ｍｍに達する。蛇行線路パターンを用いる場合において
は、図１１によると、線路幅として０．３ｍｍ以下を採
用すると、モノポールアンテナの約半分（１３．５ｍ
ｍ）にアンテナ長を短縮できることがわかる。ただし、
線路幅ｗが０．０５ｍｍ未満になると、インダクタンス
成分の増加によりアンテナの特性インピーダンスが大き
くなり、アンテナが接続される通信回路側とのインピー
ダンス不整合により、電波放射効率が低下する不具合に
つながる。従って、線路幅ｗは０．０５ｍｍ以上に設定
するのがよい。

【００２２】図１の誘電体アンテナ１は、アンテナ基体
２がアンテナ長方向に長手方向Ｌが一致する細長い直方
体状に形成され、かつ、長手方向Ｌと直交する２つの稜
線方向の一方を厚さ方向Ｔとして、当該厚さ方向Ｔにお
ける主表面ＭＰと平行にアンテナ線路導体３が形成され
ている。そして、２つの主表面の片側ＭＰ’にアンテナ
線路導体３と導通する表面実装用パッド５が形成された
チップアンテナとして構成されている。図１では、厚さ
方向Ｔにおける一方の主表面ＭＰにアンテナ線路導体３
が形成され、他方の主表面（以下、裏面という）ＭＰ’
に表面実装用パッド５が形成されている。該表面実装用
パッド５は、側面ビア４を介してアンテナ線路導体３と
導通している。また、図１（ｃ）に示すように、アンテ
ナ基体２の裏面ＭＰ’には、補助用のパッド６が形成さ
れている。

【００２３】図４（ａ）及び（ｂ）は、該誘電体アンテ
ナ１の部品実装用基板４１への実装状態を示している
（部品実装用基板４１は、アンテナ実装領域の周辺部分
のみが図に表れている）。部品実装用基板４１は、誘電
体基板４２の第一主表面ＭＰに形成される基板側線路導
体１０と、同じく第二主表面ＭＰ’に形成される接地用
導体層１１とを有するマイクロストリップライン型のア
ンテナ用伝送線路を有する。図４（ｃ）に示すように、
誘電体アンテナ１のアンテナ線路導体３（アンテナ線路
導体）は、一端がアンテナ用伝送線路の基板側線路導体
１０の末端に結合され、図２に示すように、他端が開放
とされたモノポール型アンテナである。

【００２４】図４（ｂ）に示すように、アンテナ用伝送
線路は、接地用導体層１１が誘電体基板４２の第二主表
面ＭＰ’の一部領域のみを覆う形態にて形成され、該接
地用導体層１１の非形成領域１２’に対応する第一主表
面ＭＰ側の領域がアンテナの実装スペース１２として確
保されている。そして、基板側線路導体１０は、接地用
導体層１１の形成領域と非形成領域１２’との境界ＢＬ
から、該非形成領域１２’側に末端部が一定長延出する
形で配置され、延出部１０ｅを形成している。

【００２５】そして、誘電体アンテナ１を部品実装用基
板４１の第一主表面ＭＰに実装することにより、上記の
延出部１０ｅの末端にアンテナ線路導体３が結合される
形となっている。具体的には、誘電体アンテナ１の裏面
に形成された表面実装用パッド５が、延出部１０ｅの末
端に半田接合部９を介して接合される。また、補助用の
パッド６は、基板側の支持用パッド１５に半田接合部９
を介して接合される。

【００２６】図１においてアンテナ線路導体３は、全体
がアンテナ基体２の主表面ＭＰ上に配置されている。ア
ンテナ基体２を焼結セラミック誘電体で構成する場合、
アンテナ線路導体３を白金等の高融点金属にて構成し、
セラミック誘電体との同時焼成により製造することがで
きる。しかし、アンテナ線路導体３の線路金属材料を高
価な高融点金属で構成しなければならないことから、コ
スト高を招きやすい問題がある。そこで、アンテナ基体
２を焼成後に、アンテナ線路導体３をアンテナ基体２の
主表面ＭＰ上に２次メタライズ処理して形成する方法を
採用すれば、線路金属材料としてより低融点のものが採
用でき、経済的である。具体的には、焼成後のアンテナ
基体２上にＡｇ系等の比較的低融点の金属ペーストを用
いてパターンを印刷形成し、誘電体焼成時よりも低温で
あって、金属ペーストの焼結が十分進行する温度で二次
焼成する方法を例示できる。この他、化学メッキ法や物
理蒸着法等による線路パターンの形成も可能である。具
体的には、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−金属酸化物（Ｍ
ｎ、Ｖ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ等の酸化物）、Ａｇ−
ガラス添加、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｒｈ
等）、Ｃｕ系（Ｃｕ単体、Ｃｕ−金属酸化物、Ｃｕ−Ｐ
ｄ、Ｃｕ−Ｐｔ、Ｃｕ−Ｒｈ等）等の低抵抗材料から選
ばれるものを用いることができる。なお、図１（ａ）に
示すように、アンテナ基体２の主表面ＭＰ上に形成され
たアンテナ線路導体３を、高分子あるいはガラスセラミ
ック等の低温焼成型セラミックからなる保護誘電体層７
（厚さ例えば５〜５０μｍ程度）により覆うこともでき
る。

【００２７】なお、本発明の誘電体アンテナは、図３に
示すように、アンテナ線路導体３を積層セグメント３ｓ
に分割し、積層体として構成されたアンテナ基体２の各
層に分散配置した構成とすることもできる。各積層セグ
メント３ｓは導電性のビア３ｖにより接続される。この
ようにすると、主表面ＭＰに偏らないアンテナ指向性を
実現することができる。

【００２８】また、図２において、隣接する直交方向線
路単位３２，３２の対向縁間隔ｓは、最低でも０．１ｍ
ｍ以上確保されていることが、電波放射特性を良好に確
保する上で望ましい。他方、該対向縁間隔ｓは、アンテ
ナ長縮小効果を顕著なものとするために、線路幅ｗの２
倍以下の範囲に留めることが望ましい。なお、対向縁間
隔ｓは、アンテナ線路導体３の前記正射投影において、
隣接する直交方向線路単位３２，３２の対向縁が、蛇行
幅ｄに関する中心線Ｏを切り取る長さとして定義する
（図３も参照）。

【００２９】蛇行幅ｄの影響を調べるために行なった実
験結果について、以下に説明する。まず、アンテナ基体
２をなす誘電体としてアルミナ焼結体（厚さ：１ｍｍ）
を使用するとともに、線路全長を３０ｍｍに設定した誘
電体アンテナを、種々の蛇行幅ｄ、線路幅ｗ及び対向縁
間隔ｓを有するものとして作製した。これらのアンテナ
を、市販のネットワークアナライザ（ヒューレットパッ
カード（株）製：ＨＰ−８５１０Ｃ）に接続し、２．４
ＧＨｚにおける反射係数Ｓ_１１を測定した。図９にその
結果を示す。また、図９の個々の測定点データを表１に
まとめている。

【００３０】

【表１】

【００３１】これによると、線路幅ｗ及び対向縁間隔ｓ
とは無関係に、線路幅ｗを小さくするほど反射係数Ｓ
_１１が小さくなり、電波放射効率が向上していることが
わかる。そして、蛇行幅ｄを３ｍｍ以下とすることによ
り、アンテナ利得として十分な−８ｄＢ以下を達成でき
ていることがわかる。

【００３２】次に、アンテナ基体２をなす誘電体は、比
誘電率が大きくなると、アンテナ長縮小効果が大きくな
るが、過度に大きくなった場合は電波放射効率の低下を
招いたり、あるいは無負荷の増大により帯域幅が縮小す
る不具合につながる場合がある。この観点において、ア
ンテナ基体２をなす誘電体は、２．４ＧＨｚでの比誘電
率が１３以下の材質を使用することが望ましい。このよ
うな誘電体材料としては、アルミナ含有量を９８％以上
としたアルミナ質セラミックス、ムライト質セラミック
ス、あるいはガラスセラミックス等が、高周波領域にお
いても誘電損失が小さい材質として、本発明に好適に使
用される。ガラスセラミックとしては、ホウケイ酸系ガ
ラスあるいはホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機
セラミックフィラーを４０〜６０重量部添加した系が、
金属線路部との同時焼結性が良好で好ましい。また、セ
ラミック誘電体以外では、ガラスエポキシ材料などの無
機／高分子複合材料を使用できる。

【００３３】比誘電率の影響を調べるために行なった実
験結果について、以下に説明する。図１に示すタイプの
誘電体アンテナのアンテナ基体２として、以下の材質の
ものを用意した（全て厚さ１ｍｍ）：・チタニア系（２．４ＧＨｚにおける比誘電率：２
１）；・アルミナ系（２．４ＧＨｚにおける比誘電率：１
３）；・ガラスセラミックス（２．４ＧＨｚにおける比誘電
率：８）；・ガラスエポキシ（２．４ＧＨｚにおける比誘電率：
４）。

【００３４】上記のアンテナ基体２を用い、蛇行幅ｄを
２ｍｍ、直交方向線路単位３２の対向縁間隔ｓを線路幅
ｗと等しく設定し、線路全長を共振周波数が２．４ＧＨ
ｚとなるように最適化した種々の誘電体アンテナを作製
した。これらのアンテナを、前記ネットワークアナライ
ザに接続し、２．４ＧＨｚにおける反射係数Ｓ_１１を測
定した。図１０にその結果を示す。これによると、アン
テナ基体２の比誘電率が小さくなるほど反射係数Ｓ_１１
が小さくなり、電波放射効率が向上していることがわか
る。そして、比誘電率を１３以下とすることにより、ア
ンテナ利得として十分な−８ｄＢ以下を達成できている
ことがわかる。

【００３５】基板側線路導体１０の線路幅Ｗｓは例えば
実装の便宜等を考慮して１〜２ｍｍ程度が選択されてい
る。他方、アンテナ線路導体３は、線路幅ｗが０．０５
〜０．３ｍｍに縮小されている。誘電体アンテナ１の実
装先となる、アンテナ用伝送線路を含むアンテナ接続先
回路は、基板側線路導体１０の延出部１０ｅを除いた状
態において、特性インピーダンスが一定の値、例えば５
０Ωに合わせ込まれるように設計がなされる。しかし、
アンテナ線路導体３は、誘電体アンテナ１の小型化が優
先される結果、アンテナ接続先回路と一致しない特性イ
ンピーダンス、具体的には細線化によりアンテナ接続先
回路よりも大きい特性インピーダンスを有したものとな
り、そのままでは誘電体アンテナ１とアンテナ接続先回
路との間にインピーダンス不整合が生ずる。

【００３６】しかし、基板側線路導体１０に上記のよう
な延出部１０ｅを設けると、該延長部１０ｅのインダク
タンスと、接地用裏面導体層との間に形成されるキャパ
シタンスとが加わることにより、アンテナ接続先回路か
ら見たアンテナの特性インピーダンスが変化する。これ
らインダクタンスとキャパシタンスとは、延出部１０ｅ
の幅が一定であれば、その長さに応じて変化する。従っ
て、延出部１０ｅの長さによりアンテナ側の特性インピ
ーダンスを微調整でき、アンテナ接続先回路とのインピ
ーダンス整合が可能となる。なお、延出部１０ｅの形成
長βは、図４（ｃ）に示すように、境界ＢＬからアンテ
ナ線路導体３の開始位置までの距離として定義する。

【００３７】延出部１０ｅの最適長βｐは、基板側線路
導体１０の線路幅Ｗｓ、アンテナ線路導体３の線路幅ｗ
等に応じて変化する。これを見出すためには、理論計算
によるシミュレーションを行なう方法もあるが、各路幅
Ｗｓ，ｗが決まっている場合は、延出部１０ｅの形成長
βを種々に変化させた基板を作り、これにアンテナを接
続して周知のネットワークアナライザにより、目的とす
る周波数での反射係数Ｓ１１を測定するとともに、該Ｓ
１１が最小となる形成長βを最適長βｐとして決定する
ことができる。なお、目安となる数値を例示するなら
ば、例えば基板側線路導体１０の線路幅Ｗｓが１．０〜
２．０ｍｍ、アンテナ線路導体３の線路幅ｗが０．５〜
０．３ｍｍの範囲でそれぞれ調整される場合、延出部１
０ｅの形成長βは２．４〜７．５ｍｍの範囲で調整する
のが適当である。

【００３８】以下、具体例を示す。まず、図１の誘電体
アンテナ１として、アンテナ基体２をなす誘電体として
アルミナ焼結体（幅３ｍｍ、長さ１５ｍｍ、厚さ１ｍ
ｍ）を使用するとともに、蛇行幅ｄを２．４ｍｍ、線路
幅ｗを０．３ｍｍ、対向縁間隔ｓを０．３ｍｍとしたア
ンテナ線路導体を、Ａｇペーストのスクリーン印刷・二
次焼成により形成した。他方、図４に示す実装用基板と
して、長さ５０ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１ｍｍの市販の
ガラスエポキシ基板を用意した。そして、形態にて、そ
の一方の主表面にＣｕ製の接地用導体層１１（厚さ３５
μｍ）を、幅２５ｍｍ、長さ２０ｍｍにて形成する一
方、他方の主表面にＣｕ製の基板側線路導体１０（幅
１．４ｍｍ、厚さ３５μｍ）を、延出部１０ｅの形成長
βが種々の値となるように形成した。なお、延出部１０
ｅを除いたときの該マイクロストリップラインの、２．
４ＧＨｚにおける特性インピーダンスＺ0を前記ネット
ワークアナライザにより測定したところ、略５０Ωとな
っていた。

【００３９】次に、上記の実装用基板上の基板側線路導
体１０に誘電体アンテナ１を、図４（ｂ）に示す形態に
て半田により表面実装し、前記ネットワークアナライに
より、２．４ＧＨｚにおける反射係数Ｓ_１１を測定し
た。図８は、測定したＳ_１１の値を、延出部１０ｅの形
成長βに対し、プロットしたものである。これによる
と、形成長βが１０ｍｍまでの範囲にて、延出部１０ｅ
形成しない場合（β＝０）よりも明らかにＳ_１１が小さ
くなっており、電波放射特性が改善されていることがわ
かる。また、β＝５ｍｍにてＳ_１１は最小となり、該β
の値が前記した最適長βｐに相当するものであることが
わかる。なお、参考のため、基板側線路導体１０を境界
ＢＬよりも接地用導体層１１側に引っ込めた場合につい
てもＳ_１１を測定したが、いずれもＳ_１１が完全反射を
意味する０に近づき、電波放射がほとんど生じなくなる
ことがわかった。

【００４０】図７は、本発明のアンテナを用いた高周波
無線通信装置の回路構成例を示すものである。この装置
５０は、誘電体アンテナ１と、該誘電体アンテナ１を介
した高周波信号の無線送受信処理（必要に応じて送信専
用としたり、受信専用としたりすることももちろん可能
である）を行なう通信処理回路４９とを有する。通信処
理回路４９は受信回路４６と送信回路４５とを有し、誘
電体アンテナ１は、アンテナスイッチ５６によりそれら
のいずれかに選択的に接続される。

【００４１】受信時の動作は以下の通りである。すなわ
ち、誘電体アンテナ１により受信された電波信号（例え
ば中心周波数２．４ＧＨｚ）は、アンテナスイッチ５６
を経てローノイズアンプ６２により増幅され、受信側バ
ンドパスフィルタ６１を経て不要な周波数帯の信号が除
去され、さらに、その除去後の信号と局部発振器５７と
の出力がミキサ６０によりミックスされる。そして、そ
のミックスにより生じた変調信号（ＩＦ信号）は、ＩＦ
バンドパスフィルタ５９により必要な成分（例えば１０
０〜３００ＭＨｚ）が取り出され、復調回路５８により
復調された後、ベースバンド回路５１に入力される。

【００４２】他方、送信時の動作は以下の通りである。
ベースバンド回路５１からのソース信号は低周波のアナ
ログ又はディジタル信号であり、変調回路５２におい
て、該ソース信号により搬送波（例えば１００〜３００
ＭＨｚ）が変調され、さらにミキサ５３により局部発振
器５７の出力信号とミックスされる。この結果生ずる複
数の変調信号は、送信側バンドパスフィルタ５４により
必要な帯域の成分（例えば中心周波数２．４ＧＨｚ）が
取り出され、パワーアンプ５５により増幅された後、ア
ンテナスイッチ５６を経て誘電体アンテナ１から送信さ
れる。

【００４３】図７の回路構成は、携帯電話や、無線ＬＡ
Ｎ及びBluetoothといったワイヤレスネットワークシス
テム用通信装置の基本部分として使用できる。

【００４４】図７の高周波無線通信装置の回路（アンテ
ナ接続先回路）は、図５に示すように、部品実装用基板
４１上に誘電体アンテナ１とその他の実装部品４３を実
装した回路モジュール４０として構成することができ
る。この実施形態では、接地用導体層１１の非形成領域
１２’（誘電体アンテナ１の実装スペースに対応する）
を、基板の１つのコーナーに寄せて切欠き状に形成し、
基板上のスペースを無駄に消費しないよう配慮がなされ
ている。なお、該回路モジュール４０には、図５の回路
構成要素の全てが実装されていてもよいし、該回路モジ
ュール４０の外に、誘電体アンテナ１以外の回路構成要
素の一部をなす部品を分離して設けてもよい。また、図
５に表れない周辺実装部品が搭載されていてもよい。

【００４５】他方、誘電体アンテナ１の利得を向上させ
るには、誘電体アンテナ１の近傍に接地用導体層がなる
べく配置されていないことが望ましい。特に、誘電体ア
ンテナ１がモノポールアンテナである場合は、接地用導
体層がこれに近接していると、オープン状態のアンテナ
線路導体と接地用導体層との間に形成される寄生キャパ
シタンスが大きくなり、アンテナの電波輻射効率が阻害
されて利得の低下につながりやすい。

【００４６】前述のように、誘電体基板４２が長方形状
に形成され、アンテナ用伝送線路が誘電体基板４２の第
一主表面に基板側線路導体１０が形成され、同じく第二
主表面に接地用導体層１１が形成されたマイクロストリ
ップライン型のものとされる場合、アンテナ利得向上に
より有利な態様として、接地用導体層１１を以下のよう
に形成することができる。すなわち、図６Ａ、図６Ｂ及
び図６Ｃに示すように、該誘電体基板４２の長辺方向の
一端側において、第二主表面の短辺方向全幅にまたがる
形で接地用導体層１１の非形成領域を形成し、該接地用
導体層１１の非形成領域に対応する第一主表面側の領域
をアンテナの実装スペース１２として確保する。基板側
線路導体１０は、接地用導体層１１の形成領域と非形成
領域との境界ＢＬ（基板短辺方向にのみ形成される）か
ら該非形成領域側に一定長延出して延出部１０ｅを形成
する。そして、直方体状のチップアンテナとされた前述
の誘電体アンテナ１を、上記延出部１０ｅに接続する形
で実装スペース１２に実装する。

【００４７】図５に示すアンテナ実装形態では、実装ス
ペース１２は、基板４２の長辺方向と短辺方向との両側
にて接地用導体層１１の縁により区切られており、ここ
に誘電体アンテナ１を実装すると、誘電体アンテナ１
も、その長辺方向と短辺方向の両方に、接地用導体層１
１の縁が近接することになる。これに対し、図６Ａ、図
６Ｂ及び図６Ｃの形態では、基板４２の短辺方向には、
誘電体アンテナ１に近接して位置する接地用導体層１１
の縁が生じない。その結果、誘電体アンテナ１の利得を
より向上させることができる。なお、アンテナの実装ス
パース１２には、誘電体アンテナ１以外の回路部品が実
装されることはない。

【００４８】誘電体アンテナ１が直方体状に形成される
場合、図６Ａに示すように、誘電体アンテナ１の長辺方
向を基板４２の長辺方向と一致させて配置することがで
きる。このようにすると、接地用導体層１１の縁ＢＬと
対向するのが誘電体アンテナ１（チップアンテナ）の短
辺となるから、アンテナ線路導体と接地用導体層との間
に形成される寄生キャパシタンスが小さくなり、アンテ
ナ利得を向上する効果がより大きくなる。しかし、実装
スペース１２を、誘電体アンテナ１（チップアンテナ）
の長辺に対応させる形で大きく確保しなければならない
から、基板４２の小型化が求められる場合は不利に作用
する。この場合、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、誘電
体アンテナ１（チップアンテナ）を、その長手方向と誘
電体基板４２の短辺方向とが互いに一致する関係にて配
置するとよい。これにより、誘電体アンテナ１（チップ
アンテナ）の短辺に対応した小さな実装スペース１２を
確保するだけで済み、基板４２の小型化に有利となる。

【００４９】図６Ｂ及び図６Ｃの態様では、接地用導体
層１１の縁ＢＬと対向するのが誘電体アンテナ１（チッ
プアンテナ）の長辺であり、アンテナ利得向上の観点で
は図６Ａの態様には及ばない。しかし、誘電体アンテナ
１（チップアンテナ）の短辺側には接地用導体層１１の
縁が隣接しないので、図５の態様に比べればアンテナ利
得が向上することに変わりはない。また、図５の態様で
は、誘電体アンテナ１（チップアンテナ）の長辺に対
し、接地用導体層１１が基板長辺方向に長く延びる形で
対向しているので、接地用導体層１１に由来した寄生キ
ャパシタンスも大きくなりやすく、アンテナ利得向上の
点では不利である。しかし、図６Ｂ及び図６Ｃの態様で
は、誘電体アンテナ１の同じ長辺に対向する接地用導体
層１１の広がりが基板短辺方向に限られているため、寄
生キャパシタンスも小さくなり、アンテナ利得向上に有
利である。

【００５０】誘電体アンテナ１（チップアンテナ）の長
手方向と誘電体基板４２の短辺方向とを一致させる場
合、図６Ｂに示すように、基板側線路導体１０の延出部
１０ｅを直線的に形成し、その先端に誘電体アンテナ１
（チップアンテナ）の短辺を結合する形態とすることが
できる。この場合、実装スペース１２が、誘電体アンテ
ナ１（チップアンテナ）の短辺に対応する寸法で確保さ
れている関係上、直線的に形成する延出部１０ｅの形成
上限値が小さくなることは止むを得ない。しかし、誘電
体アンテナ１（チップアンテナ）の長辺よりも誘電体基
板４２の短辺が大きく設定されている場合は、図６Ｃに
示すように、基板側線路導体１０の延出部１０ｅを、実
装スペース１２の境界ＢＬから誘電体基板４２の長辺方
向に遠ざかる向きに延出する第一部分１０ａと、該第一
部分１０ａの先端から誘電体基板４２の短辺方向に延び
る第二部分１０ｂとを有するものとして形成できる。誘
電体アンテナ１（チップアンテナ）は、第二部分１０ｂ
の先端に接続される。延出部１０ｅを上記のように２部
分からなるものとして構成することで、限られた実装ス
ペース１２であっても延出部１０ｅの形成可能な長さを
拡大することができ、より広いレンジでインピーダンス
調整を行なうことができる。本実施形態では、基板側線
路導体１０が誘電体基板４２の、幅方向の一方の縁側に
寄せて配置され、延出部１０ｅの第二部分１０ｂは、そ
の一方の縁側から他方の縁側に向けて延びる形で形成さ
れている。

【００５１】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者が
通常有する知識に基づき、請求項の記載を逸脱しない範
囲にて種々の改良ないし変形を加えることができ、これ
らも当然、本発明の技術的範囲に属する。例えば、上記
実施形態では、アンテナ用伝送線路をマイクロストリッ
プラインとしていたが、線路導体と接地用導体層とを有
するものであればマイクロストリップライン以外のも
の、例えばコプレーナウェーブガイドやストリップライ
ン等を使用することもできる。図１２はコプレーナウェ
ーブガイドとして構成した例で、誘電体基板４２の第一
主表面ＭＰに、線路導体１１０と、これを幅方向に挟む
形態の接地用導体層１１１の両方が形成されている。そ
して、線路導体１１０の延伸方向における接地用導体層
１１１の縁から線路導体１１０が延出している部分が、
インピーダンス整合調整を行なうための延出部１１０ｅ
として機能する。図１０では、該延出部１１０ｅの末端
に、モノポール型アンテナのアンテナ線路導体３が接続
されている。

【００５２】また、アンテナ線路導体３は、先端側が開
放（オープン）になっているものであれば、モノポール
型アンテナに限らず、例えば逆Ｆ型アンテナを構成する
ものとなっていてもよい。図１３はその一例を示すもの
である。アンテナ用伝送線路は図１２に示すコプレーナ
ウェーブガイドとして構成されている（図１２との共通
部分には同一の符号を付与し、詳細な説明は省略す
る）。また、接続されているのは誘電体チップアンテナ
１５０であり、アンテナ基体２上に形成されたアンテナ
線路導体３の基端部が延出部１１０ｅに接続される一
方、このアンテナ線路導体３から分岐する接地線路３’
が、アンテナ用伝送線路の接地用導体層１１１に接続さ
れ、逆Ｆ型アンテナが形成されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する誘電体アンテナの一実施形態
を示す説明図。

【図２】図１の誘電体アンテナの、アンテナ線路導体の
一例を示す説明図。

【図３】アンテナ線路導体の別の変形例を示す説明図。

【図４】本発明の一実施形態に係るアンテナの構造を示
す説明図。

【図５】本発明の高周波無線通信装置用回路モジュール
の一例を模式的に示す斜視図。

【図６Ａ】基板の長辺方向端部において、アンテナの実
装スペースを基板全幅にまたがるように形成した第一の
実施形態を示す図。

【図６Ｂ】同じく第二の実施形態を示す図。

【図６Ｃ】同じく第三の実施形態を示す図。

【図７】本発明の誘電体アンテナを用いた高周波無線通
信装置の一例を示す回路図。

【図８】アンテナ用伝送線路の線路導体の延出部形成長
と反射係数との関係を測定した実験結果を示すグラフ。

【図９】アンテナ線路導体の蛇行幅と反射係数Ｓ１１と
の関係を測定した実験結果を示すグラフ。

【図１０】アンテナ基体に用いる誘電体の比誘電率と反
射係数Ｓ１１との関係を測定した実験結果を示すグラ
フ。

【図１１】アンテナ線路導体の線路幅とアンテナ長との
関係を示すグラフ。

【図１２】アンテナ用伝送線路をコプレーナウェーブガ
イドとして構成した例を示す斜視図。

【図１３】アンテナ線路導体を逆Ｆ型アンテナとして構
成した例を示す斜視図。

【符号の説明】

１，１５０誘電体アンテナ２アンテナ基体３アンテナ線路導体１０線路導体１０ｅ延出部１１接地用裏面導体層４０高周波無線通信用回路モジュール４１部品実装用基板４３実装部品４５送信回路（通信処理回路）４６受信回路（通信処理回路）５０高周波無線通信装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J045 AB05 DA09 EA07 HA03 HA05 JA11 NA03 5J046 AA07 AB06 AB13 PA04 PA07 5K011 AA04 AA06 AA16 JA01 JA03 KA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板に形成された基板側線路導体
と、該基板側線路導体と組み合わされる形で前記誘電体
基板に形成される接地用導体層とからなるアンテナ用伝
送線路と、前記基板側線路導体に結合され、先端側が開
放とされたアンテナ線路導体とを有し、前記アンテナ用伝送線路の前記アンテナ線路導体への結
合側端部において、前記基板側線路導体の先端部が前記
接地用導体層の端縁から延出する形で配置され、その延
出部に前記アンテナ線路導体が結合されてなることを特
徴とするアンテナ。
【請求項２】前記アンテナ用伝送線路は、前記誘電体
基板の第一主表面に前記基板側線路導体が形成され、同
じく第二主表面に接地用導体層が形成されたマイクロス
トリップライン型のものであり、前記アンテナ線路導体は、一端が前記基板側線路導体の
末端に結合され、他端が開放とされたモノポール型アン
テナを形成するものであり、前記アンテナ用伝送線路は、前記接地用導体層が前記誘
電体基板の前記第二主表面の一部領域のみを覆う形態に
て形成され、該接地用導体層の非形成領域に対応する第
一主表面側の領域がアンテナの実装スペースとして確保
されるとともに、前記基板側線路導体が前記接地用導体
層の形成領域と非形成領域との境界から該非形成領域側
に一定長延出する形で配置され、その延出部の末端に前
記アンテナ線路導体が結合されてなる請求項１記載のア
ンテナ。
【請求項３】前記アンテナ線路導体と前記基板側線路
導体とは線幅が相違するものとして形成されてなる請求
項１又は２に記載のアンテナ。
【請求項４】前記アンテナ線路導体が前記基板側線路
導体よりも狭幅に形成されてなる請求項３記載のアンテ
ナ。
【請求項５】前記アンテナ線路導体は、誘電体からな
るアンテナ基体とともに誘電体アンテナを構成するもの
である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテ
ナ。
【請求項６】前記アンテナ線路導体の線幅が０．３ｍ
ｍ以下である請求項５記載のアンテナ。
【請求項７】前記アンテナ線路導体は、アンテナ長方
向に伸びる蛇行形態を有する請求項５又は６に記載のア
ンテナ。
【請求項８】前記誘電体アンテナは、前記アンテナ基
体がアンテナ長方向に長手方向が一致する直方体状に形
成され、かつ、長手方向と直交する２つの稜線方向の一
方を厚さ方向として、当該厚さ方向における主表面と平
行に前記アンテナ線路導体が形成されるとともに、２つ
の主表面の片側に前記アンテナ線路導体と導通する表面
実装用パッドが形成されたチップアンテナとして構成さ
れ、前記誘電体基板上に実装されている請求項５ないし
７のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれか１項に記載
のアンテナと、該アンテナを介した高周波信号の送信処
理及び／又は受信処理を行なう通信処理回路の少なくと
も一部をなす実装部品とが、前記誘電体基板により一体
化されてなることを特徴とする高周波無線通信用回路モ
ジュール。
【請求項１０】前記誘電体基板は長方形状に形成さ
れ、前記アンテナ用伝送線路は、前記誘電体基板の第一主表
面に前記基板側線路導体が形成され、同じく第二主表面
に接地用導体層が形成されたマイクロストリップライン
型のものであり、前記接地用導体層は、該誘電体基板の長辺方向の一端側
において、前記第二主表面の短辺方向全幅にまたがる形
で接地用導体層の非形成領域が設けられ、、該接地用導
体層の非形成領域に対応する前記第一主表面側の領域が
アンテナの実装スペースとして確保され、前記基板側線
路導体は前記接地用導体層の形成領域と非形成領域との
境界から該非形成領域側に一定長延出して前記延出部を
形成してなり、請求項８に記載のチップアンテナが、前記延出部に接続
される形で前記実装スペースに実装されてなる請求項９
記載の高周波無線通信用回路モジュール。
【請求項１１】前記チップアンテナは、該チップアン
テナの前記長手方向と前記誘電体基板の短辺方向とが互
いに一致する関係にて配置されてなる請求項１０記載の
高周波無線通信用回路モジュール。
【請求項１２】前記基板側線路導体の前記延出部は、
前記実装スペースの境界から前記誘電体基板の長辺方向
に遠ざかる向きに延出する第一部分と、該第一部分の先
端から前記誘電体基板の短辺方向に延びる第二部分とを
有し、その第二部分の先端に前記チップアンテナが接続
されてなる請求項１１記載の高周波無線通信用回路モジ
ュール。
【請求項１３】請求項１ないし８のいずれか１項に記
載のアンテナと、該誘電体アンテナを介した高周波信号
の送信処理及び／又は受信処理を行なう通信処理回路と
を有することを特徴とする高周波無線通信装置。