JP2004056580A - チップアンテナ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体通信機器に内蔵容易となるように小型で薄型にでき、且つ広帯域特性を呈するようにする。
【解決手段】誘電体からなる絶縁基体１２と、マイクロストリップ導体からなる放射電極１４と、実装面に形成した給電用端子１６及び固定用端子１８と、給電用端子と放射電極とを接続する給電電極２０を具備するチップアンテナ素子である。放射電極は、１箇所以上の折り返し部分を有し前記給電電極に接続されるミアンダ状導体２２と、該ミアンダ状導体よりも導体幅が広く且つ基端が該ミアンダ状導体に接続され先端が開放されている幅広状導体２４とからなる。幅広状導体は、基端と先端の中間部分に片側若しくは両側から切り込み２６ａ，２６ｂが形成されて局部的に導体幅が狭くなっている形状が好ましい。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロストリップ導体からなる放射電極を有するチップアンテナ素子に関し、更に詳しく述べると、ミアンダ状導体と幅広状導体との組み合わせからなる放射電極を具備するチップアンテナ素子に関するものである。この技術は、移動体通信機器、特に携帯無線電話や無線ＬＡＮ等に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
無線データ通信技術を利用する各種の移動体通信機器に内蔵するチップアンテナ素子としては、ヘリカル型やミアンダ型などがある。ヘリカル型は絶縁基体の内部にヘリカル状の導体を埋設した構造であり、ミアンダ型は絶縁基体の表面にミアンダ状導体を形成した構造である。
【０００３】
その他、表面実装が可能なチップアンテナ素子としては、逆Ｆ型とよばれる構造もある。この逆Ｆ型は、絶縁基体の裏面に接地導体を設け、それに対向する面（表面）に放射電極を設け、放射電極とギャップにより絶縁した給電電極を設けた構造である。放射電極の形状も、矩形状のみならず台形状など種々提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、チップアンテナはロッドアンテナと比較すると帯域幅が狭く、広帯域化が課題である。ヘリカル型やミアンダ型のチップアンテナ素子を広帯域化する手法として、無給電素子を構成する方法があるが、追加素子分である無給電素子の形状の調整、及びアンテナ全体としての調整が困難である。
【０００５】
また、逆Ｆ型のチップアンテナ素子においては、裏面に接地導体が設けられるため、その接地導体と放射電極との間の容量が大きくなり、周波数帯域が狭くなる。帯域幅を広げるためには、チップを厚くして対向面の距離を大きくしなければならず、小型化、薄型化の要求に反する。
【０００６】
本発明の目的は、移動体通信機器などに内蔵容易となるなように小型で薄型にでき、且つ広帯域特性を呈するチップアンテナ素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、誘電体からなる絶縁基体と、マイクロストリップ導体からなる放射電極と、実装面に形成した給電用端子及び固定用端子と、給電用端子と放射電極とを接続する給電電極を具備するチップアンテナ素子において、放射電極は、１箇所以上の折り返し部分を有し前記給電電極に接続されるミアンダ状導体と、該ミアンダ状導体よりも導体幅が広く且つ基端が該ミアンダ状導体に接続され先端が開放されている幅広状導体とからなることを特徴とするチップアンテナ素子である。
【０００８】
放射電極として、ミアンダ状導体の先端に幅広状導体を接続する形状としたことにより、ミアンダ状導体部分で共振する周波数と幅広状導体部分で共振する周波数の総合的な効果により、送受信しうる周波数帯域幅が広がる。
【０００９】
放射電極の幅広状導体は、最も単純には矩形状でよい。その他、放射電極の幅広状導体は、基端から先端に向かっておおよそ段階的に幅が広がる形状、基端から先端に向かって台形状もしくはテーパ状に幅が広がる形状などとしてもよい。
【００１０】
それらの幅広状導体の概略形状を前提として、基端と先端の中間部分に、片側若しくは両側から切り込みが形成されて局部的に幅を狭くするのが好ましい。このような形状にすると、リアクタンスが装荷された状態になり、電流の経路において回り込みが発生し、必要なインダクタンス成分が得られるため、素子全体の小型化を図ることができる。
【００１１】
典型的な例では、放射電極は、実装面の対向面のみに形成されている。しかし放射電極は、実装面以外の２面以上にわたって形成してもよい。その他、放射電極が絶縁基体の内部に埋設されている構造でもよい。
【００１２】
このようなチップアンテナ素子では、絶縁基体は、合成樹脂製の成形品でもよいが、セラミックスのシート積層体もしくは印刷積層体（いずれも焼結品）で構成することが好ましい。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明に係るチップアンテナ素子の一実施例を示す斜視図であり、図２はその各面の電極・導体形状を示す説明図である。このチップアンテナ素子１０は、誘電体からなるチップ状の絶縁基体１２に、マイクロストリップ導体からなる放射電極１４と、実装面（図１では底面）に形成した給電用端子１６及び固定用端子１８と、該給電用端子１６と前記放射電極１４とを接続する給電電極２０を形成した構造である。ここで給電用端子１６は実装面の一隅に設け、固定用端子１８は他の三隅に設ける。給電用端子１６と放電電極１４を接続する給電電極２０は、絶縁基体１２の一側面に形成する。
【００１４】
本実施例では、放射電極１４は、３箇所の折り返し部分を有し一端が前記給電電極２０に接続されるミアンダ状導体２２と、該ミアンダ状導体２２よりも導体幅が広く且つ基端が該ミアンダ状導体２２に接続され先端が開放されている幅広状導体２４とからなる。その幅広状導体２４は、おおよそ２段階で幅が広がる基本形状に対して、その基端と先端の中間部分（１段目の先端寄りの箇所）に両側から矩形状の切り込み２６ａ，２６ｂが形成されて、局部的に幅が狭くなっている形状である。このような放射電極１４は、ここでは実装面に対向する（実装面と反対側の）面のみに形成されている。
【００１５】
絶縁基体１２は、セラミックスや合成樹脂などの誘電体からなる直方体状である。合成樹脂製の成形品でもよいが、セラミックス製の場合は、シート積層体もしくは印刷積層体で成形し焼成した構造が好ましい。各種の電極や端子などは、銀（Ａｇ）等の電極材料を用いて形成する。例えば、銀ペーストで所定の形状にスクリーン印刷し、焼き付けることで形成する。なお、放射電極は、送受信する高周波信号の約１／４波長の電気長になるように形成する。
【００１６】
チップアンテナ素子１０は、図３に示すように、実装回路基板３０に搭載される。実装回路基板３０の端部に形成されている取り付け用ランド（図示せず）に固定用端子１８を載せ、給電線路（５０Ω）３２の先端ランドに給電用端子１６を載せて、半田付けによって接続固定する。
【００１７】
このように放射電極として、１箇所以上の折り返し部分を有するミアンダ状導体の先端に、該ミアンダ状導体の幅よりも広い導体（幅広状導体）を接続する構造にすると、ミアンダ状導体の部分で共振する周波数と幅広状導体の部分で共振する周波数の総合的な効果により、送受信しうる周波数帯域幅を広くすることができる。
【００１８】
従って、原理的には、幅広状導体２４はミアンダ状導体２２よりも広い導体幅を有していればよく、最も単純には図４に示すように、幅広状導体２４を矩形状とすることである。その他、幅広状導体２４は、図５のＡに示すように、基端から先端に向かって段階的に幅が広がる形状、図５のＢに示すように、基端から先端に向かって台形状に幅が広がる形状、もしくは図５のＣに示すように、基端から先端に向かってテーパ状に幅が広がる形状などでもよい。
【００１９】
前記放射電極において、幅広状導体の中間部分に切り込みを形成し局部的に幅の狭い形状にすると、リアクタンスが装荷された状態になり、電流の経路において回り込みが発生し、必要なインダクタンス成分が容易に得られるため、素子全体の小型化が図れる。このような切り込み形状は、図４あるいは図５に示されている形状の幅広状導体にも適用できる。その場合、片側のみに切り込みを形成してもよいし、両側から切り込みを形成してもよい。切り込みの面積を調整することにより、インピーダンス整合や周波数調整が可能となる。
【００２０】
図６は、本発明に係るチップアンテナ素子の他の実施例を示す斜視図である。ここでは、放射電極１４が、実装面以外の１面以上（ここでは実装面と対向する主面と１側面）にわたって形成されている。勿論、それ以外の側面にも形成してよい。この構成は、実質的に放射電極の形成面積が広がり、その電気長を長くできるため、小さな絶縁基体を用いても長波長（即ち低い周波数）に対応可能となり、チップアンテナ素子をより一層小型化できる。
【００２１】
図７は、本発明に係るチップアンテナ素子の更に他の実施例を示す斜視図である。ここでは、放射電極１４が、絶縁基体１２の内部に埋設されている。このような構造は、絶縁基体がセラミックスのシート積層体もしくは印刷積層体からなる場合などに適用できる。放射電極を絶縁基体内部に形成した場合は、導体の周囲が誘電体で囲まれるため、絶縁基体表面に形成した場合に比べて、波長短縮効果が生じ、この構成によってもチップアンテナ素子のより一層の小型化が達成できる。
【００２２】
次に、解析結果について説明する。図８は電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を示している。これは無線ＬＡＮ用のチップアンテナ素子であり、必要な帯域幅は、２．４〜２．５ＧＨｚの１００ＭＨｚである。図８において、細線は従来品のＶＳＷＲ特性、破線は本発明品ａのＶＳＷＲ特性、太線は本発明品ｂのＶＳＷＲ特性をそれぞれ示す。なお図８中の従来品と本発明品ａ，ｂの放射電極形状は次の通りである。
従来品：ミアンダ型、即ちミアンダ状導体のみ
本発明品ａ：ミアンダ状導体と幅広状導体（矩形状）の組み合わせ（図４参照）本発明品ｂ：ミアンダ状導体と幅広状導体（切り込み有り）の組み合わせ（図１参照）
【００２３】
図８から分かるように、本発明品ａ，ｂは従来品に比べて帯域幅特性が大幅に改善され、帯域幅１００ＭＨｚでの電圧定在波比が２以下となっている。本発明品ａとｂを比べると、本発明品ｂの方が本発明品ａよりも帯域幅特性は良好である。
【００２４】
図９は本発明に係るチップアンテナ素子（図１に示す構造）を実装回路基板に搭載した場合の放射指向性を数値計算した結果である。Ａはｘ−ｚ面での放射指向性を表し、Ｂはｙ−ｚ面での放射指向性を表している。本発明に係るチップアンテナ素子では、絶縁基体の裏面には接地導体がないため、放射指向性が無指向性を示す面が得られる。従って機器の姿勢によらず安定した通信が可能となり、移動体端末への搭載に適していることが確認できた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は上記のように、放射電極が、１箇所以上の折り返し部分を有し給電電極に接続されるミアンダ状導体と、該ミアンダ状導体よりも導体幅が広く且つ基端が該ミアンダ状導体に接続され先端が開放されている幅広状導体とからなるため、ミアンダ状導体部分で共振する周波数と幅広状導体部分で共振する周波数の総合的な効果により、小型且つ薄型でありながら広帯域特性を発現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチップアンテナ素子の一実施例を示す斜視図。
【図２】その各面の説明図。
【図３】その実装回路基板への実装状態を示す説明図。
【図４】放射電極の他の例を示す説明図。
【図５】放射電極の更に他の例を示す説明図。
【図６】本発明に係るチップアンテナ素子の他の実施例を示す斜視図。
【図７】本発明に係るチップアンテナ素子の更に他の実施例を示す斜視図。
【図８】電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性図。
【図９】放射指向性の説明図。
【符号の説明】
１０　チップアンテナ素子
１２　絶縁基体
１４　放射電極
１６　給電用端子
１８　固定用端子
２０　給電電極
２２　ミアンダ状導体
２４　幅広状導体
２６ａ，２６ｂ　切り込み

Claims (9)

1. 誘電体からなる絶縁基体と、マイクロストリップ導体からなる放射電極と、実装面に形成した給電用端子及び固定用端子と、給電用端子と放射電極とを接続する給電電極を具備するチップアンテナ素子において、
   放射電極は、１箇所以上の折り返し部分を有し前記給電電極に接続されるミアンダ状導体と、該ミアンダ状導体よりも導体幅が広く且つ基端が該ミアンダ状導体に接続され先端が開放されている幅広状導体とからなることを特徴とするチップアンテナ素子。
2. 幅広状導体が矩形状をなしている請求項１記載のチップアンテナ素子。
3. 幅広状導体が、基端から先端に向かってほぼ段階的に幅が広がる形状をなしている請求項１記載のチップアンテナ素子。
4. 幅広状導体が、基端から先端に向かってほぼ台形状もしくはテーパ状に幅が広がる形状をなしている請求項１記載のチップアンテナ素子。
5. 幅広状導体の基端と先端との中間部に、片側若しくは両側から切り込みが形成されて局部的に幅が狭くなっている形状をなしている請求項１乃至４のいずれかに記載のチップアンテナ素子。
6. 放射電極が、実装面以外の１面以上にわたって形成されている請求項１乃至５のいずれかに記載のチップアンテナ素子。
7. 放射電極が、実装面の対向面のみに形成されている請求項１乃至５のいずれかに記載のチップアンテナ素子。
8. 放射電極が、絶縁基体の内部に埋設されている請求項１乃至５のいずれかに記載のチップアンテナ素子。
9. 絶縁基体がセラミックスのシート積層体もしくは印刷積層体からなる請求項１乃至８のいずれかに記載のチップアンテナ素子。

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