JP2003332826A

JP2003332826A - アンテナおよびアンテナモジュール

Info

Publication number: JP2003332826A
Application number: JP2003053374A
Authority: JP
Inventors: Noriyasu Sugimoto; 典康杉本; Koji Kanamori; 孝司金森; Daisuke Nakada; 大介中田; Susumu Wakamatsu; 進若松; Toshikatsu Takada; 俊克高田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】アンテナ電極でのインピーダンスの不整合を
抑え、放射効率の良いアンテナを提供する。【構成】絶縁性基体の表面及び内部の少なくともいず
れかに、アンテナ線路パターンを構成する導電部を有す
るアンテナであって、上記導電部は、一端を自由端とす
る第一導電部と、上記第一導電部の線幅よりも幅広の第
二導電部と、上記第一導電部と上記第二導電部とを接続
し、上記第一導電部側から上記第二導電部側に向かって
線幅が広がるテーパ形状である接続導電部とを備えた構
成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアンテナおよび、ア
ンテナモジュールに関する。特に、携帯電話や無線ＬＡ
Ｎ（ローカルエリアネットワーク）等の無線通信機器に
用いられる小型のアンテナおよびアンテナモジュールに
関する。

【０００２】

【従来の技術】今日の無線通信機器、特に、携帯電話の
高性能化が進む中で、それに内蔵されるアンテナについ
ても、広帯域化や軽量化などの更なる性能向上が要求さ
れている。

【０００３】従来のアンテナとしては、放射電極の電力
損失による発熱を抑え、波長変動の小さいアンテナを得
るために、図５に示すような構造のアンテナが開示され
ている。図５において、アンテナ１００は、絶縁体１０
１の外表面上に形成された螺旋状の放射電極１０２と、
放射電極１０２と電気的に接続され、放射電極１０２の
線路幅より大なる幅の電極１０３と、電極１０３と電気
的に接続され、放射電極１０２と電極１０３に高周波信
号を給電するための給電用端子１０４とを有している。
このような構成とすることで、放射電極１０２の電力損
失による発熱を電極１０３にて放熱させ、放射電極１０
２や絶縁体１０１の温度上昇を抑制し、アンテナ波長の
変動を低減することが可能としている。（特許文献１参
照）

【０００４】

【特許文献１】特開２０００−１３１２６号公報

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
アンテナ１００では、放射電極１０２と電極１０３との
接続部分において、放射電極１０２と電極１０３の線幅
が不連続となっており、インピーダンスの不整合が発生
する可能性があるという問題があった。即ち、インピー
ダンスの不整合が発生すると、給電用端子１０４から給
電された高周波信号を効率良く放射電極１０２に伝える
ことができないという問題があった。

【０００６】アンテナ線路パターンの線幅を狭くするこ
とに伴うインピーダンス不整合が発生し、アンテナ側の
設計変更や特別な整合回路の追加を余儀なくされる場合
があった。その結果、アンテナモジュール自体の小型化
の妨げや、アンテナ自体の高コスト化、ひいてはアンテ
ナモジュール自体の高コスト化になる場合があった。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであって、インピーダンスの不整合を抑え、放射効
率の良いアンテナおよびアンテナモジュールを提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記の課
題を解決するために、本発明のアンテナは、絶縁性基体
の表面及び内部の少なくともいずれかに、アンテナ線路
パターンを構成する導電部を有するアンテナであって、
上記導電部は、一端を自由端とする第一導電部と、上記
第一導電部の線幅よりも幅広の第二導電部と、上記第一
導電部と上記第二導電部とを接続し、上記第一導電部側
から上記第二導電部側に向かって線幅が広がるテーパ形
状である接続導電部と、を備えることを特徴とするもの
である。

【０００９】本発明のアンテナでは、第一導電部と、第
一導電部の線幅よりも幅広の第二導電部とが、接続導電
部を介して電気的に接続される。しかも、接続導電部
が、第一導電部側から第二導電部側に向かって線幅が広
がるテーパ形状となっている。従って、従来のアンテナ
で発生していた第一導電部と第二導電部との接続部分で
インピーダンスの不整合を抑制することができ、高周波
信号を効率良く放射できるアンテナとすることができ
る。

【００１０】更に、上記アンテナであって、前記第一導
電部は、ミアンダ形状であるアンテナとすることができ
る。

【００１１】本発明のアンテナでは、第一導電部がミア
ンダ形状であるため、アンテナの設計等が比較的容易で
あるため、安価なアンテナとすることができる。

【００１２】更に、上記アンテナであって、前記絶縁性
基体の表面に、前記第二導電部と接続し、かつ、前記第
二導電部と同じ線幅の給電用端子を備えるアンテナとす
ることができる。

【００１３】本発明のアンテナでは、絶縁性基体の表面
に、第二導電部と同じ線幅の給電用端子が、第二導電部
と電気的に接続されるように形成されている。そのた
め、給電用端子と第二導電部との接続部分でインピーダ
ンスの不整合を抑制することができ、給電用端子から給
電された高周波信号を効率良く放射できるアンテナとす
ることができる。

【００１４】なお、本発明のアンテナでは、第一導電部
と第二導電部とを、第一導電部側から第二導電部側に向
かって所定のテーパ角度をもって広がるテーパ形状の接
続導電部を介して電気的に接続している。つまり、本発
明でのテーパ角度とは、第一導電部のエッジ線と接続導
電部を構成するエッジ線によって形成される角と補角の
関係にある角度を表す。この接続導電部の所定のテーパ
角度を５°〜７０°（好ましくは８°〜６８°、更に好
ましくは１０°〜６０°）とすることにより、インピー
ダンスの不整合を抑え、高周波信号を効率良く放射でき
るアンテナとすることができる。

【００１５】また、本発明のアンテナでは、接続導電部
を構成するエッジ線によって形成される角度を５〜１４
０°（好ましくは８°〜１３４°、さらに好ましくは１
０°から１２０°）としてもインピーダンスの不整合を
抑え、高周波信号を効率良く放射できるアンテナとする
ことができる。

【００１６】本発明のアンテナモジュールでは、伝送線
路と接地用導体部とからなり前記伝送線路の一端部分が
前記接地用導体部の端縁よりも一定長延出して誘電体基
板上に配置されるアンテナ実装用基板とで構成され、前
記アンテナの給電用端子と前記伝送線路の一端とが接続
して前記アンテナがアンテナ実装用基板に搭載されるこ
とを特徴とする。

【００１７】本発明のアンテナモジュールによると、伝
送線路を、接地用導体層の縁よりも一定長延出させるこ
とにより、その延出部を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、アンテナ線路の特
性インピーダンスの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、伝送線
路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。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例にか
かるアンテナの斜視図を示す。

【００１９】図１において、アンテナ１０は、アルミナ
系セラミックスからなる直方体状の絶縁性基体１と、こ
の絶縁性基体１の一方主面１ｕ上に焼き付け形成された
Ａｇからなり、アンテナ線路パターンを構成する導電部
２０とを備える。導電部２０は、線幅ｗが一定で、一端
が自由端１２となるミアンダ形状のエッジ線２Ａを備え
る第一導電部２と、線幅ｗよりも大きく、線幅ｗ２が一
定で、一端が給電端１４となり第一導電部２よりも幅広
のエッジ線４Ａを備える第二導電部４と、第一導電部２
と第二導電部４とを接続し、第一導電部２側から第二導
電部４側に向かって線幅が広がるテーパ形状であり、第
一エッジ線３Ａと第二エッジ線３Ｂとを備える接続導電
部（「テーパ部」ともいう。）３とからなっている。つ
まり、第一導電部２と第二導電部４とは、所定のテーパ
角度αをもった接続導電部（テーパ部）３を介して電気
的に接続されている。また、絶縁性基体１の側面には、
第二導電部４の（接続導電部３とは反対側の）一端（給
電端）１４に電気的に接続され、かつ、第二導電部４と
同一の線幅の給電用端子５が形成されている。

【００２０】上記のように構成されるアンテナ１０にお
いては、ミアンダ形状である第一導電部２と、それより
も線幅が広い第二導電部４とを、テーパ形状である接続
導電部３を介して接続している。そのため、第一導電部
２と第二導電部４との接続部分で発生するインピーダン
スの不整合が抑えられ、給電用端子５からの高周波信号
を効率良く伝送することができる。また、簡単な構成に
より導電部のインピーダンスの整合が可能となるので、
アンテナ線路パターンの設計が容易となる。

【００２１】更に、第二導電部４と同一の線幅（Ｗ２）
の給電用端子５が第二導電部４と接続されている。その
ため、第二導電部４と給電用端子５との接続部分で発生
するインピーダンスの不整合が抑えられ、給電用端子５
からの高周波信号を更に効率良く伝送することができ
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。絶縁性基体１の原料となるアルミナ、酸化チタン、
酸化スズの粉末を所定量秤量・混合した後、混合粉末を
加圧成形し、成形体を焼成した。その後、切削加工によ
り、幅２．５ｍｍ×長さ１１ｍｍ×高さ０．８ｍｍの直
方体状の絶縁性基体１を形成した。この絶縁性基体１の
主面１ｄにＡｇを主成分とする導電性ペーストをスクリ
ーン印刷法により印刷し、焼き付けを行うことで、アン
テナ線路パターンである導電部２０及び給電用端子５を
形成した。なお、焼き付け後の導電部２０として、線幅
０．３ｍｍ、線間隔０．３ｍｍ、折り返し幅１．５ｍｍ
のミアンダ形状の第一導電部２と、線幅１．５ｍｍの第
二導電部４と、テーパ角度が５°、１６°、３１°、５
０°、７０°である接続導電部３とからなる５種類のア
ンテナ線路パターンを有したアンテナを作製した。この
ようにして５．２ＧＨｚ帯用アンテナ５種類を作製し
た。また、比較例として、実施例と同一の線幅、線間
隔、折り返し幅のミアンダ形状の第一導電部２と、実施
例と同一の線幅の第二導電部４とから構成される（接続
導電部３を有しない構成）アンテナ線路パターンを有す
るアンテナを作製した。

【００２３】作製したアンテナを評価用基板に半田付け
し、その後、ネットワークアナライザにより、５．２Ｇ
Ｈｚにおける反射係数を測定した。その結果を表１に示
す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１によれば、テーパを形成していない比
較例に比べ、テーパ形状の接続導電部を形成することに
より、反射係数が小さくなり、高周波信号を効率良く伝
送することが可能であることが分かる。

【００２６】以上に、本発明を実施形態等に即して説明
したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用
できることはいうまでもない。例えば、アンテナ１０の
アンテナ線路パターンである導電部２０をミアンダ形状
としたが、スパイラル形状など他の形状としても良い。
また、導電部２０を絶縁性基体１の外表面上に形成した
が、内部に形成しても良い。更に、導電部２０を焼き付
け形成したが、絶縁性基体１と同時焼成によって形成し
ても良い。また、導電部２０は、蒸着、貼り合わせ、或
いは、メッキすることにより形成することができる。更
に、アンテナ１０の絶縁性基体１の裏面１ｄには、外部
回路が形成された実装基板（アンテナ実装基板）等に半
田等で固定するための固定用端子が形成されていても良
い。また、接続導電部３の構造として、図２のようにし
ても良い。

【００２７】図１または図２に示した誘電体アンテナ備
えるアンテナモジュール４０を図３と図４を用いて説明
する。アンテナ実装用基板４１は、誘電体基板４２の第
一主表面ＭＰに形成される伝送線路１７と、同じく第二
主表面ＭＰ’に形成される接地用裏面導体層１１とを有
するマイクロストリップライン型の給電部を備える。ア
ンテナ１０は、の第一導電部２と第二導電部４と接続導
体部３とからなるアンテナ線路パターンである導電部２
０を備え、第二導電部４に接続される給電用端子５の一
端が給電部の伝送線路１７の末端に結合され、第一導電
部２の一端が開放とされたモノポール型アンテナであ
る。

【００２８】給電部は、接地用裏面導体層１１が誘電体
基板４２の第二主表面ＭＰ’の一部領域のみを覆い、該
接地用裏面導体層１１の非形成領域１６’に対応する第
一主表面ＭＰ側の領域１６がアンテナ線路の実装スペー
スとして確保されている。そして、伝送線路１７は、接
地用裏面導体層１１の形成領域と非形成領域１６’との
境界ＢＬから、該非形成領域１６’側に末端部が一定長
（β）延出する形で配置され、延出部１７ｅを形成して
いる。

【００２９】そして、アンテナ１０を部品実装用基板４
１の第一主表面ＭＰに実装することにより、上記の延出
部１７ｅの末端に給電用端子５が結合される形となって
いる。具体的には、アンテナ１の裏面に形成された表面
実装用パッド１８が、延出部１７ｅ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１９に半田接合部９を介して接合さ
れる。

【００３０】部品実装用基板４１上にアンテナ１０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、接地用裏
面導体層１１の非形成領域１６’（誘電体アンテナ１０
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、アンテ
ナ１０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。

【００３１】伝送線路１７に延出部１０ｅを設けない場
合、アンテナ線路パターン２０と給電部（伝送線路１７
＋接地用裏面導体層１１）との境界に急峻なＺ0の不連
続部が形成され、信号反射が大きくなるので、アンテナ
線路パターン２０の電波放射特性が悪化する。しかし、
伝送線路１７に延出部１７ｅを設けると、Ｚ0の上記の
ような急峻な不連続が解消され、インピーダンス整合を
図ることができる。

【００３２】これは、以下のように考えることができ
る。分布定数回路において、接地導体（マイクロストリ
ップラインでは接地用裏面導体層）を伴う伝送線路の場
合、その特性インピーダンスＺ0は次式で表されること
がよく知られている。Ｚ0＝｛（Ｒ＋ｊωＬ）／（Ｇ＋ｊωＣ）｝^１／２‥‥ Ｒ：接地導体と伝送線路とを合わせた単位長あたりの抵
抗Ｌ：接地導体と伝送線路とを合わせた単位長あたりのイ
ンダクタンスＧ：接地導体と伝送線路との単位長あたりの線間コンダ
クタンスＣ：接地導体と伝送線路との単位長あたりの線間キャパ
シタンス ω：伝送される信号の角周波数ｊ：虚数単位

【００３３】ここで、ＧＨｚ帯のようにωが十分大きい
周波数帯域においては、ＲとＧは略無視できるから、
式は以下のように、ＣとＬのみを含んだ形に簡略化でき
る。Ｚ0＝（Ｌ／Ｃ）^１／２‥‥ このように、特性インピーダンスＺ0は、ラインの単位
長あたりのＬとＣにより規定されるので、マイクロスト
リップラインの伝送線路１７を接地用裏面導体層１１と
ともに延長した場合、Ｚ0は変化せず、インピーダンス
不整合は解消されない（アンテナ線路パターン２０と給
電部との境界における信号の位相が回転するだけであ
る）。

【００３４】しかし、伝送線路１７のみを延出すると、
その延出部１７ｅは、境界ＢＬで途切れた接地用裏面導
体層１１との間に線間キャパシタンスＣを形成するが、
境界ＢＬから遠い部分ほど接地用裏面導体層１１との距
離が増大するため、該キャパシタンスＣは小さくなる。
つまり、延出部１０ｅのキャパシタンスＣは、長さ方向
において境界ＢＬから遠ざかるほど漸減する分布を有し
たものとなる。その結果、延出部１７ｅのＺ0は、前記
式の分母にＣが含まれていることから明らかなよう
に、長さ方向において境界ＢＬから遠ざかるほど漸増す
る分布を有したものとなる。そこで、延出部１７ｅの末
端位置におけるＺ0の値が、アンテナ線路パターン３の
Ｚ0の値と略等しくなるように、延出部１７ｅの形成長
βを最適長に調整すれば、アンテナ線路パターン２０と
給電部とのＺ0の食い違いを滑らかに接続でき、インピ
ーダンス整合を図ることができると考えられる。なお、
延出部１７ｅの形成長βは、図３に示すように、境界Ｂ
Ｌからアンテナ線路パターン２０の開始位置までの距離
として定義する。

【００３５】延出部１７ｅの形成長βは最適長から多少
ずれても、延出部１７ｅを設けない場合と比較すれば、
伝送線路１７とアンテナ線路パターン２０との境界にお
けるＺ0の不連続値を縮小でき、インピーダンス整合を
改善する効果が得られる。

【００３６】延出部１７ｅの最適長は、伝送線路１７の
線路幅、アンテナ線路パターン２０の線路幅等に応じて
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、各路幅が決まって
いる場合は、延出部１７ｅ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Ｓ１１が最小となる形
成長βを最適長として決定することができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、第一導電部と、第一導
電部の線幅よりも幅広の第二導電部と、第一導電部と第
二導電部とを接続し、第一導電部側から第二導電部側に
向かって線幅が広がるテーパ形状である接続導電部とか
らなる導電部を有するアンテナとすることにより、イン
ピーダンスの不整合を抑え、高周波信号を効率良く放射
できるアンテナとすることができる。また、第一導電部
をミアンダ形状とすることにより、アンテナの設計等が
比較的容易となり、安価なアンテナとすることができ
る。更に、第二導電部と同じ線幅の給電用端子を形成す
ることにより、給電用端子と第二導電部との接続部分で
インピーダンスの不整合を抑制することができ、給電用
端子から給電された高周波信号を効率良く放射できるア
ンテナとすることができる。

【００３８】また、本発明の誘電体アンテナを用いたア
ンテナモジュールを形成することにより、インピーダン
ス調整部としての伝送線路の延出部を備えることで、イ
ンピーダンス調整のために新たに部品を追加する必要が
なく、モジュール自体の小型化の観点において有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアンテナの斜視図である。

【図２】本発明のアンテナの変形例をしめす斜視図であ
る。

【図３】本発明のアンテナを用いたアンテナモジュール
の要部断面図である。

【図４】本発明のアンテナを用いたアンテナモジュール
の斜視図である。

【図５】従来のアンテナの斜視図である。

【符号の説明】

１絶縁性基体１ｕ主面１ｄ裏面２第一導電部３接続導電部（テーパ部）４第二導電部５給電用端子１０アンテナ１２自由端１４給電端２０導電部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者若松進愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者高田俊克愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 5J021 AA01 AB02 CA03 CA04 CA06 HA10 JA07 JA08 5J046 AA03 AA19 AB06 PA04 PA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基体の表面及び内部の少なくとも
いずれかに、アンテナ線路パターンを構成する導電部を
有するアンテナであって、上記導電部は、一端を自由端とする第一導電部と、上記第一導電部の線幅よりも幅広の第二導電部と、上記第一導電部と上記第二導電部とを接続し、上記第一
導電部側から上記第二導電部側に向かって線幅が広がる
テーパ形状である接続導電部と、を備えることを特徴と
するアンテナ。
【請求項２】前記第一導電部は、ミアンダ形状である
ことを特徴とする前記請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】前記絶縁性基体の表面に、前記第二導電
部と接続し、かつ、前記第二導電部と同じ線幅の給電用
端子を備えることを特徴とする前記請求項１又は２に記
載のアンテナ。
【請求項４】請求項１から３のいずれか１項に記載のア
ンテナを備えてなるアンテナモジュールであって、伝送
線路と接地用導体部とからなり前記伝送線路の一端部分
が前記接地用導体部の端縁よりも一定長延出して誘電体
基板上に配置されるアンテナ実装用基板とで構成され、
前記アンテナの給電用端子と前記伝送線路の一端とが接
続して前記アンテナがアンテナ実装用基板に搭載される
ことを特徴とするアンテナモジュール。