JP2004080713A

JP2004080713A - チップアンテナ及び無線通信装置

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Publication number: JP2004080713A
Application number: JP2002242159A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kuga; 久我　宣裕; Nobutomo Sakai; 酒井　信智; Koji Yagio; 柳尾　幸二; Hidenao Matsushima; 松島　秀直; Eiichiro Hirose; 広瀬　英一郎
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP4240953B2

Abstract

【課題】一つのアンテナ素子において、二つの異なる周波数帯の送受信を可能とするチップアンテナ及び無線通信装置を提供し、携帯型無線通信端末等の小型化、軽量化、及び低コスト化を図る。
【解決手段】アンテナ用基体に導体を形成してアンテナ部５を構成したチップアンテナ３であって、第一の共振周波数を示す第一のアンテナ部７と、第二の共振周波数を示す第二のアンテナ部９とを具備し、第一のアンテナ部７は、基端を給電端子１１に接続するとともに、先端を開放端とし、第二のアンテナ部９は、基端を給電端子１１に接続するとともに、先端を接地端子１３に接続した。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話、無線ＬＡＮ等の無線通信を利用する小型無線通信機器、特に周波数帯の異なる二つの通信方式を利用する端末に使用されて好適なチップアンテナ及び無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や無線ＬＡＮ等の小型無線通信機器に用いられるアンテナには小型かつ軽量化に有利なチップアンテナの採用されることが多い。この種のチップアンテナは、例えば誘電体若しくは磁性体のうちの少なくとも一つ、又はその両方から成るアンテナ用基体に、表面、裏面、及び両側面に所定長の導体パターンを周回させることによってアンテナ素子を形成し、所定の周波数に同調するように構成されている。
従って、従来では携帯電話や無線ＬＡＮ等の小型無線通信機器において、周波数帯の異なる複数の無線方式の無線通信を行う場合、それぞれの周波数帯に適合した複数のアンテナを必要としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ブルートゥースに代表される近距離無線通信規格が開発され、従来からの携帯電話等の無線端末、若しくはパソコン等の情報機器間の無線通信への利用が期待されている。無線ＬＡＮでは、従来からある２．４ＧＨｚ帯に加え、５ＧＨｚ帯を利用した規格が開発されている。このため、無線通信端末の利便性の向上を目的として複数の無線方式の通信が可能な無線通信機器の開発が行われている。例えば、従来の２．４ＧＨｚ帯、及び５ＧＨｚ帯のいずれの方式でも使用可能な無線ＬＡＮシステム、或いはブルートゥースを搭載した携帯電話等が挙げられる。
一方、携帯電話や無線ＬＡＮ等の小型無線通信機器に用いられるアンテナは、小型でかつ軽量であることが要求される。
しかしながら、上記のように周波数帯の異なる複数の無線方式の無線通信を行うには、周波数帯に応じた複数のアンテナを必要としていたため、特に小型化、軽量化が必要な携帯型の無線通信端末等では、小型、軽量化の障害となる問題があり、更には、コスト高となる問題もあった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、一つのアンテナ素子において、二つの異なる周波数帯の送受信を可能とするチップアンテナ及び無線通信装置を提供し、もって、携帯型無線通信端末等の小型化、軽量化、及び低コスト化を図ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載のチップアンテナは、アンテナ用基体に導体を形成してアンテナ部を構成したチップアンテナであって、
第一の共振周波数を示す第一のアンテナ部と、第二の共振周波数を示す第二のアンテナ部とを具備し、前記第一のアンテナ部は、基端が給電端子に接続されるとともに、先端が開放端となり、前記第二のアンテナ部は、基端が前記給電端子に接続されるとともに、先端が接地端子に接続されたことを特徴とする。
【０００５】
このチップアンテナでは、第一のアンテナ部、第二のアンテナ部の各共振周波数を調整することで、一つのアンテナ素子において、追加素子を用いずに、それぞれの周波数帯でアンテナとしての動作が可能となる。これにより、従来において使用する周波数帯の数だけ必要であったアンテナ素子が削減でき、携帯型無線通信端末等の小型化、軽量化、及び低コスト化が実現可能となる。
【０００６】
請求項２記載のチップアンテナは、請求項１記載のチップアンテナにおいて、
前記第一のアンテナ部の長さが、前記第一の共振周波数ｆ１の波長をλ_１としたときに、略λ_１／４であることを特徴とする。
【０００７】
このチップアンテナでは、基本共振モードを使用することにより、第一のアンテナ部が最小のアンテナ長にて、所定の周波数帯で動作可能となる。
【０００８】
請求項３記載のチップアンテナは、請求項２記載のチップアンテナにおいて、
前記第二のアンテナ部の長さが、前記第二の共振周波数ｆ２の波長をλ_２としたときに、略λ_２／２であることを特徴とする。
【０００９】
このチップアンテナでは、基本共振モードを使用することにより、第二のアンテナ部が最小のアンテナ長にて、所定の周波数帯で動作可能となる。
【００１０】
請求項４記載のチップアンテナは、請求項１、２又は３記載のチップアンテナにおいて、前記第一のアンテナ部が、螺旋構造であることを特徴とする。
【００１１】
このチップアンテナでは、直線構造のものに比べ、アンテナ全長を短縮してチップの小型化が実現可能となる。
【００１２】
請求項５記載のチップアンテナは、請求項１、２、３又は４記載のチップアンテナにおいて、前記アンテナ用基体に固定用電極部を備え、該固定用電極部を介して回路基板上へ表面実装されることを特徴とする。
【００１３】
このチップアンテナでは、別途の実装手段を用いずに、チップアンテナのみを用いて回路基板への表面実装が可能となり、チップアンテナ実装回路基板の小型・軽量化が可能となる。
【００１４】
請求項６記載の無線通信装置は、請求項１、２、３、４又は５記載のチップアンテナを有した無線通信装置であって、前記給電端子に接続され前記第一の周波数と前記第二の周波数とを切り替える周波数切替手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この無線通信装置では、周波数切替手段を切り替えることで、二共振が得られるようになり、一つのチップアンテナを用いて異なる二つの周波数帯の送受信が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るチップアンテナ及び無線通信装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るチップアンテナを備えた無線通信装置の概念図である。
無線通信装置１は、図示しない回路基板に、チップアンテナ３を表面実装している。チップアンテナ３は、アンテナ用基体に導体を形成してアンテナ部５を構成している。アンテナ用基体には、誘電性若しくは磁性又はその両方を兼ね備えたものを用いることができる。アンテナ部５は、アンテナ用基体の表面若しくは内部、又は表面及び内部に形成することができる。
【００１７】
ここで、アンテナ部５は、第一の共振周波数ｆ１を示す第一のアンテナ部７と、第二の共振周波数ｆ２を示す第二のアンテナ部９とから成る。また、アンテナ用基体には導体の一部に形成された給電端子１１と、接地端子１３とが設けられている。第一のアンテナ部７は、基端が給電端子１１に接続されるとともに、先端が開放端となる。第二のアンテナ部９は、基端が給電端子１１に接続されるとともに、先端が接地端子１３に接続されている。従って、第一のアンテナ部７と第二のアンテナ部９とは、一つの給電端子１１を共有している。
【００１８】
このチップアンテナ３では、第二のアンテナ部９の長さ、巻き数、素材（誘電率）等のパラメータを適宜に調整することにより、給電端子１１から接地端子１３に至る線路を特定の共振周波数（即ち、第二の共振周波数ｆ２）に共振する共振回路として構成している。つまり、一つのアンテナ構成で、二共振を可能としている。
【００１９】
上記したパラメータの調整として、本実施の形態では、第一のアンテナ部７については巻き数、第二のアンテナ部９についてはアンテナ用基体の誘電率を調整することで行われている。ここで、後述の実施例からも明らかとなるように、チップアンテナ３は、第一のアンテナ部７の巻き数を変えることにより第一の共振周波数ｆ１が変化するのに対し、第二の共振周波数ｆ２は殆ど変化しない。また、チップアンテナ３は、アンテナ用基体の誘電率を変化させることにより、第二の共振周波数ｆ２が変化するのに対し、第一の共振周波数ｆ１はほぼ一定を維持する。チップアンテナ３は、この原理を利用することにより、二共振を実現させている。
【００２０】
無線通信装置１には周波数切替手段１５が設けられ、周波数切替手段１５は給電端子１１に接続されている。この周波数切替手段１５には、更に、図示しない送信用伝送トランス、受信用伝送トランスを介して送受信手段、信号処理手段が順次接続される。周波数切替手段１５は、第一の共振周波数ｆ１と第二の共振周波数ｆ２とを切り替えて給電端子１１に送受信手段を接続する。なお、無線通信装置１は、図示しないスイッチにより送信と受信とを交互に切り替える半二重通信での動作を可能としている。これにより、２．４ＧＨｚ帯、及び５ＧＨｚ帯のいずれの周波数帯でも使用可能な無線ＬＡＮシステム或いはブルートゥースを搭載した無線通信装置１が実現可能となっている。
【００２１】
このように、上記したチップアンテナ３及び無線通信装置１によれば、第一のアンテナ部７、第二のアンテナ部９の各共振周波数を調整することで、一つのアンテナ部５において、追加素子を用いずに、それぞれの周波数帯でアンテナとしての動作が可能となる。これにより、従来において使用する周波数帯の数だけ必要であったアンテナ素子が削減でき、携帯型無線通信端末等の小型化、軽量化、及び低コスト化を実現することができるようになる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明に係るチップアンテナのより具体的な実施例を説明する。
［実施例１］
図２は本発明に係るチップアンテナの実施例１を表す斜視図、図３は実施例１のアンテナ用基体及び導体パターンを両側面（ａ）、（ｃ）、平面（ｂ）、底面（ｄ）別に表した外観図、図４は実施例１によるアンテナの入力特性を表した説明図である。
実施例１におけるチップアンテナ３ａは、アンテナ用基体３３として、比誘電率εｒ＝４．８の樹脂基板を用いた。その大きさは、長さＬ＝２４ｍｍ、幅Ｗ＝１４ｍｍ、厚みｔ＝１．６ｍｍとした。アンテナ用基体３３の表面には、厚み３２μｍの銅を貼り付け後、エッチングにより、導体パターン３４を形成した。
【００２３】
第一のアンテナ部７は、アンテナ用基体３３の側面の給電端子１１からアンテナ用基体３３の上面全体に形成し、その先端７ａは開放端とした。第二のアンテナ部９は、給電端子１１から、アンテナ用基体３３の上面、対向する側面を経て折り返し、アンテナ用基体３３の裏面を通って、接地端子１３に至るように形成した。なお、図中、３７は回路基板を示す。
【００２４】
本チップアンテナ３ａの入力特性を図４に示す。入力特性は、二つの共振ピークを示し、低周波側（ｆ１＝１．９ＧＨｚ）のピークは、第一のアンテナ部７による共振であり、高周波側（ｆ２＝３．６ＧＨｚ）のピークは、第二のアンテナ部９による共振である。
【００２５】
各共振周波数ｆ１、ｆ２は、対応する第一のアンテナ部７、第二のアンテナ部９の実効長により決定される。第一のアンテナ部７に対応する第一の共振周波数ｆ１は、第一のアンテナ部７の実効長が当該周波数のλ_１／４又はその整数倍（奇数倍）のとき動作した。また、第二のアンテナ部９に対応する第二の共振周波数ｆ２は、その実効長が当該周波数のλ_２／２又はその整数倍のとき動作した。
【００２６】
［実施例２］
図５は本発明に係るチップアンテナの実施例２のアンテナ用基体及び導体パターンを両側面（ａ）、（ｃ）、平面（ｂ）、底面（ｄ）別に表した外観図、図６はヘリックス巻数と共振周波数との相関関係を表した説明図、図７はアンテナ用基体の誘電率と共振周波数との相関関係を表した説明図である。
【００２７】
実施例２におけるチップアンテナ３ｂは、アンテナ用基体３３として、比誘電率９のアルミナ系誘電体セラミックを用いた。その寸法はＬ＝１３．５ｍｍ、Ｗ＝６ｍｍ、ｔ＝１．６ｍｍとした。アンテナ用基体３３には、第一のアンテナ部７、第二のアンテナ部９、給電端子１１及び接地端子１３を形成した。また、アンテナ用基体３３には、チップアンテナ３ｂを回路基板３７に面実装するための固定用電極３５を形成した。電極材料には、高周波損失の少ないＡｇ系厚膜導体を用いた。
【００２８】
第一のアンテナ部７は、給電端子１１からアンテナ用基体３３の裏面、更には側面に形成された固定用電極部３５を経由してアンテナ基体表面に至り、再び裏面、表面に所定数巻回されたヘリカル構造に形成している。その先端７ａは、アンテナ基体表面にて直線的なパターン部を形成し、開放端としている。本実施例によるチップアンテナ３ｂでは、この直線的に形成されたパターン部の長さを破線部３９でトリミングし、実効長を調整することにより、第一のアンテナ部７の共振周波数を調節可能としている。このチップアンテナ３ｂでは、第一のアンテナ部７をヘリカル状に形成しているため、必要となるアンテナ用基体３３の長さＬを、大幅に短縮・小型化可能としている。
【００２９】
第二のアンテナ部９は、給電端子１１から基体表面を経由して、基体裏面に折り返し、接地端子１３に至る形状にて形成されている。第一のアンテナ部７と同様、アンテナ用基体３３の表面に形成されている第二のアンテナ部９の一部電極をトリミングし、その実効長を調整することにより、第二の共振周波数ｆ２の調整を可能としている。また、第二のアンテナ部９による第二の共振周波数ｆ２は、アンテナ用基体３３の比誘電率により制御可能であり、比誘電率の大きなアンテナ用基体３３を使用することにより、実効長が短縮でき、小型化が可能となる。
【００３０】
第一のアンテナ部７の開放端側に形成している固定用電極部３５は、回路基板３７上に対する面実装の際の固定用電極として使用可能となっている。これにより、別途の実装手段を用いずに、チップアンテナ３ｂのみを用いて回路基板３７への表面実装が行え、チップアンテナ実装回路基板３７の小型・軽量化が可能となる。
【００３１】
第一のアンテナ部７は、その実効長が、２．４５ＧＨｚの波長λ_１の概ね１／４である。一方、第二のアンテナ部９は、その実効長が５．１ＧＨｚの波長λ_２の概ね１／２の長さで設計してあり、その結果、２．４５ＧＨｚ、５．１ＧＨｚの二周波共用アンテナとして動作可能となっている。
【００３２】
この実施例２では、図６に示すように、第一のアンテナ部７のヘリックス巻き数を変えることにより、第一のアンテナ部７の実効長が変化し、これにより第一の共振周波数ｆ１が変化することが分る。
一方、第二の共振周波数ｆ２は、殆ど変化せず、第二の共振周波数ｆ２は第一のアンテナ部７の長さに依存しないことが分る。
【００３３】
また、図７に示すように、アンテナ用基体３３の比誘電率を変化させたとき、第一の共振周波数ｆ１はほぼ一定を維持するが、第二の共振周波数ｆ２は比誘電率により変化することが分る。これにより、アンテナ用基体３３の比誘電率を変化させて、第二の共振周波数ｆ２のみの制御が可能となることが分る。
【００３４】
従って、巻き数を増加させると、ヘリックス巻き数に依存しない高域側の共振と、ヘリックス巻き数に応じて周波数が低下する低域側の共振の二つに帯域が分離することが分る。また、アンテナ用基体３３の比誘電率を変化させると、低域側の共振は変化せず、高域側の共振が低下していくことが分る。この比誘電率に対する依存性が大きな共振は、給電端子１１と接地端子１３との間の線路により構成される第二のアンテナ部９が寄与する共振であると考えられる。この結果、アンテナ共振モードには、ヘリックス巻き数が寄与する共振と、誘電率が寄与する共振の二種類が存在することが明らかとなった。
【００３５】
なお、詳細は述べないが、第一の共振周波数ｆ１の場合と同様、第二の共振周波数ｆ２についても、第二のアンテナ部９の実効長を変えることにより調整が可能となることは言うまでもない。
【００３６】
なお、上記した実施列２では、小型化の手段として、第一のアンテナ部７をアンテナ用基体３３の表面にヘリカル状に形成したが、へリカル形状以外にミアンダ形状等により実効長を長くする手段を採用してよく、また、その形成もアンテナ用基体３３の表面のみに限定するものではなく、例えばアンテナ用基体３３の内部に形成してもよい。このことは、第二のアンテナ部９についても同様のことが言える。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る請求項１記載のチップアンテナによれば、第一のアンテナ部の基端を給電端子に接続するとともに、先端を開放端とし、第二のアンテナ部の基端を給電端子に接続するとともに、先端を接地端子に接続し、第一のアンテナ部が第一の共振周波数を示し、第二のアンテナ部が第二の共振周波数を示すように構成したので、一つのアンテナ素子において、追加素子を用いずに、異なる二つの周波数帯の送受信が可能となる。この結果、使用する周波数帯の数だけ必要であったアンテナ素子を削減することができ、携帯型無線通信端末等の小型化、軽量化、及び低コスト化を実現することができる。
【００３８】
請求項２記載のチップアンテナによれば、第一のアンテナ部の長さが、第一の共振周波数の波長をλとしたときに、略λ／４であるので、基本共振モードを使用することにより、第一のアンテナ部が最小のアンテナ長にて所定の周波数帯で動作可能となる。
【００３９】
請求項３記載のチップアンテナによれば、第二のアンテナ部の長さが、第二の共振周波数の波長をλとしたときに、略λ／２であるので、基本共振モードを使用することにより、第二のアンテナ部が最小のアンテナ長にて所定の周波数帯で動作可能となる。
【００４０】
請求項４記載のチップアンテナによれば、第一のアンテナ部が螺旋構造であるので、直線構造のものに比べ、アンテナ全長を短縮してチップの小型化を可能にすることができる。
【００４１】
請求項５記載のチップアンテナによれば、アンテナ用基体に固定用電極部を備え、この固定用電極部を介して回路基板上へ表面実装されるので、別途の実装手段を用いずに、チップアンテナのみを用いて回路基板への表面実装が可能となり、チップアンテナ実装回路基板の小型・軽量化を可能にすることができる。
【００４２】
請求項６記載の無線通信装置によれば、給電端子に接続され第一の周波数と第二の周波数とを切り替える周波数切替手段を備えたので、周波数切替手段を切り替えることで、二共振を得ることができ、一つのチップアンテナを用いて異なる二つの周波数帯の送受信を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチップアンテナを備えた無線通信装置の概念図である。
【図２】本発明に係るチップアンテナの実施例１を表す斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）　実施例１のアンテナ用基体及び導体パターンを両側面・平面・底面別に表した外観図である。
【図４】実施例１によるアンテナの入力特性を表した説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）　本発明に係るチップアンテナの実施例２のアンテナ用基体及び導体パターンを両側面・表面・裏面別に表した外観図である。
【図６】ヘリックス巻数と共振周波数との相関関係を表した説明図である。
【図７】アンテナ用基体の誘電率と共振周波数との相関関係を表した説明図である。
【符号の説明】
１…無線通信装置
３、３ａ、３ｂ…チップアンテナ
５…アンテナ部
７…第一のアンテナ部
７ａ…先端
９…第二のアンテナ部
１１…給電端子
１３…接地端子
１５…周波数切替手段
３３…アンテナ用基体
３５…固定用電極部
３７…回路基板
ｆ１…第一の共振周波数
ｆ２…第二の共振周波数

Claims

アンテナ用基体に導体を形成してアンテナ部を構成したチップアンテナであって、
第一の共振周波数を示す第一のアンテナ部と、第二の共振周波数を示す第二のアンテナ部とを具備し、
前記第一のアンテナ部は、基端が給電端子に接続されるとともに、先端が開放端となり、
前記第二のアンテナ部は、基端が前記給電端子に接続されるとともに、先端が接地端子に接続されたことを特徴とするチップアンテナ。
請求項１記載のチップアンテナにおいて、
前記第一のアンテナ部の長さが、前記第一の共振周波数ｆ１の波長をλ_１としたときに、略λ_１／４であることを特徴とするチップアンテナ。
請求項２記載のチップアンテナにおいて、
前記第二のアンテナ部の長さが、前記第二の共振周波数ｆ２の波長をλ_２としたときに、略λ_２／２であることを特徴とするチップアンテナ。
請求項１、２又は３記載のチップアンテナにおいて、
前記第一のアンテナ部が、螺旋構造であることを特徴とするチップアンテナ。
請求項１、２、３又は４記載のチップアンテナにおいて、
前記アンテナ用基体に固定用電極部を備え、該固定用電極部を介して回路基板上へ表面実装されることを特徴とするチップアンテナ。
請求項１、２、３、４又は５記載のチップアンテナを有した無線通信装置であって、
前記給電端子に接続され前記第一の周波数と前記第二の周波数とを切り替える周波数切替手段を備えたことを特徴とする無線通信装置。