JP2004304783A - 表面実装型チップアンテナ及びアンテナ装置、並びにこれらを搭載した通信機器 - Google Patents
表面実装型チップアンテナ及びアンテナ装置、並びにこれらを搭載した通信機器 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 インピーダンス調整や実装安定性を良好とし、広帯域幅で放射効率を向上させた表面実装型チップアンテナ、このチップアンテナとスピーカ、バイブレータ等の金属機能部品との相互干渉を防止したアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 誘電体、磁性体、またはそれらの混合物でなる基体と、前記基体の実装面に設けられた少なくとも1つの端子部と、前記基体の実装面に前記端子部を除いて設けられた凹部と、この凹部に螺旋状に巻回された平角導電線を具備してなり、例えば、チップアンテナの基体は、高さ５ｍｍ以下、基体の長さ３０ｍｍ以下、凹部は前記基体高さの１／２以下であり、平角導線は、幅２ｍｍ以下、厚さ０．０１〜０．２ｍｍである表面実装型チップアンテナとなす。また、この表面実装型チップアンテナと、スピーカ、バイブレータ、小型ＣＣＤカメラ等の金属機能部品を近接して配置するときは電源側端子にフィルタ回路を接続する。
【選択図】 図１
【解決手段】 誘電体、磁性体、またはそれらの混合物でなる基体と、前記基体の実装面に設けられた少なくとも1つの端子部と、前記基体の実装面に前記端子部を除いて設けられた凹部と、この凹部に螺旋状に巻回された平角導電線を具備してなり、例えば、チップアンテナの基体は、高さ５ｍｍ以下、基体の長さ３０ｍｍ以下、凹部は前記基体高さの１／２以下であり、平角導線は、幅２ｍｍ以下、厚さ０．０１〜０．２ｍｍである表面実装型チップアンテナとなす。また、この表面実装型チップアンテナと、スピーカ、バイブレータ、小型ＣＣＤカメラ等の金属機能部品を近接して配置するときは電源側端子にフィルタ回路を接続する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、携帯電話、携帯端末装置などの通信機器に用いるチップアンテナに係わり、基体表面に導電線を巻回した表面実装型のチップアンテナ及びこれを搭載した通信機器に関するものである。
従来の導電線を用いた表面実装型チップアンテナの一例を図２２に示す（特許文献１）。この図はチップアンテナ９０を透過的に示しており、基体９１の長手方向の内部に螺旋状に巻回された導電線９２と、基体９１の表面に形成されると共に導電線９２の一端が接続された給電用端子９３と、基体９１の内部及び表面の少なくとも一方に形成されたグランド端子９４を具備するものである。なお、符号９５は開放端、符号９６はグランドパターンである。このチップアンテナ９０は、導電線９２を基体９１の内部に形成するため、製造工程が複雑であった。また、導電線９２を基体９１の内部に形成するため、製造後に導電線の長さを変えて共振周波数を調節する、あるいは入力インピーダンスを例えば５０オームに整合することが不可能であった。また、たとえ導電線を基体の外表面に螺旋状に巻いた構造にしたとしても、このチップアンテナを基板に実装するには、導電線がある分、基板上に搭載するときの座りが悪く実装安定性に問題があった。また、実装した後も基板に曲げ力が掛かるとチップアンテナ端子部に応力が発生するほか、基板との熱膨張係数の差異による歪みの影響を受けるといった問題もある。
そこで、このような製造の複雑さ、実装安定性の悪さを解決するものとして例えば特許文献２に開示されたチップアンテナがある。この表面実装型のチップアンテナは、図２３に示すように基体１１０の全周に渡って段差部１２０を設け、この段差部１２０に螺旋状の導電線１３０を巻回し、この導電線１３０の両端を基体１１０の両端の端子部の全周面を覆う導電膜もしくは導電キャップ１４０、１５０を介して接続するものである。
これらの表面実装型アンテナは、携帯電話等の主アンテナとしてだけではなく、無線ＬＡＮ用やＧＰＳ (Global Positioning System)用のチップアンテナとしての用途も多く、携帯電話等のごく限られた小空間内に搭載する必要がある。この場合、表面実装型アンテナで通話するときに使用する電波の周波数帯（800〜900MHz）と、ＧＰＳ電波の周波数帯（1700〜1900MHz）とが異なるため、狭小な空間に通話用アンテナとＧＰＳ情報受信用アンテナを組み込んだものとなる。
また、表面実装型アンテナを搭載した基板にはスピーカやバイブレータ、最近では小型ＣＣＤカメラ等のように電磁波を発生する機器を金属ケースに収納して搭載することが多い。このとき、寸法の制約上、スピーカやバイブレータの近くにアンテナを配設せざるを得ないことも多く、スピーカやバイブレータや小型ＣＣＤカメラ等の金属機能部品とアンテナとの相互干渉を発生することがある。
また、表面実装型アンテナを搭載した基板にはスピーカやバイブレータ、最近では小型ＣＣＤカメラ等のように電磁波を発生する機器を金属ケースに収納して搭載することが多い。このとき、寸法の制約上、スピーカやバイブレータの近くにアンテナを配設せざるを得ないことも多く、スピーカやバイブレータや小型ＣＣＤカメラ等の金属機能部品とアンテナとの相互干渉を発生することがある。
携帯電話などの通信機器では絶えず小型低背であると共に広帯域、且つ高効率であることが望まれる。図２３の表面実装型チップアンテナによれば、実装性については改善されているものの、広帯域幅や高放射利得と言うアンテナ特性の面での配慮がなされていない。例えば、図２３に示すように、段差部１２０は四角柱状の基体全周に渡って設け、端子部１４０、１５０もまた全周に渡って設けられている。これは給電電極に方向性を無くし実装性を向上することにあるが、その為に基体側面の大部分を占める段差部よりも厚い端子部によって基体の高さが制限されてしまう。帯域幅や放射利得の高いアンテナを得るためには、これらの特性と反比例の関係にあるＱ値を低減することが必要である。具体的には比誘電率の小さな材料を用いるか、基体高さを厚くして対応することになる。一方、基体の比誘電率が大きいほど放射電極の長さは短くできる。これらのことより、基体の比誘電率を一定として帯域幅、放射利得を高めようとすると、基体高さを厚くする方向になる。従って、図２３の場合、例え特性を満足する厚さとしても、その上さらに段差部を設けることになるので、さらに基体が厚くなるという問題がある。また、段差部を設ける分基体の断面積が減るので、導電線の巻き長さを確保するためには長手方向の基体寸法を大きくする必要がある。また、製造面でも、従来のものは導電線を導く溝や端子キャップ等が必要となり製造が煩雑でコストのかかるものであった。
また、上述したように小型低背化の要求から、回路基板上ではチップアンテナとスピーカやバイブレータ等の金属機能部品とが近接して配置されることが多い。このとき相互干渉を防止することが望まれる。
また、上述したように小型低背化の要求から、回路基板上ではチップアンテナとスピーカやバイブレータ等の金属機能部品とが近接して配置されることが多い。このとき相互干渉を防止することが望まれる。
そこで、本発明は、インピーダンス調整や実装安定性を良好とし、広帯域幅で放射効率を向上させた表面実装型チップアンテナを提供する。また、チップアンテナとスピーカ、バイブレータ等の金属機能部品との相互干渉を防止したアンテナ装置、及びこれらのチップアンテナやアンテナ装置を用いた通信機器の提供を目的とする。
本発明は、誘電体、磁性体、またはそれらの混合物からなる基体と、この基体の実装面に設けられた少なくとも1つの端子部と、前記基体の実装面に前記端子部を除いて設けられた凹部と、前記基体に螺旋状に巻回された少なくとも１つの導電線を具備してなる表面実装型チップアンテナである。
本発明によれば、凹部の存在によりチップアンテナと、それを実装する基板との間の接触面積が減少するため、実装安定性が良く、実装した後も基板との熱膨張係数の差異による歪みの影響を低減できる効果がある。ここで、実装安定性とは、チップアンテナを基板に半田付け等で固定する際の実装のし易さを言う。実装安定性が良いことから、基板への固定の不確実さが低い。従って、自動組立性が向上する。また、アンテナ特性については導電線の線間容量Ｃｗｓが低減されるため帯域幅が広がる効果もある。その理由は、図４を用いて後述する。更に、同じ比誘電率の基体であれば厚みを小さくでき、電磁波のエネルギーを集中できるので放射効率や利得も向上する効果がある。
本発明によれば、凹部の存在によりチップアンテナと、それを実装する基板との間の接触面積が減少するため、実装安定性が良く、実装した後も基板との熱膨張係数の差異による歪みの影響を低減できる効果がある。ここで、実装安定性とは、チップアンテナを基板に半田付け等で固定する際の実装のし易さを言う。実装安定性が良いことから、基板への固定の不確実さが低い。従って、自動組立性が向上する。また、アンテナ特性については導電線の線間容量Ｃｗｓが低減されるため帯域幅が広がる効果もある。その理由は、図４を用いて後述する。更に、同じ比誘電率の基体であれば厚みを小さくでき、電磁波のエネルギーを集中できるので放射効率や利得も向上する効果がある。
本発明の表面実装型チップアンテナにおいて、前記導電線が平角導電線であることは望ましい。これによると、表皮効果の影響が低減されるため、直流抵抗の低さと相俟って損失が少ない効果がある。その理由は、図６を用いて後述する。
本発明の表面実装型チップアンテナでは、その基体の高さは５ｍｍ以下、基体の長さは３０ｍｍ以下、凹部の高さは基体高さの１／２以下であり、前記平角導線は、幅２ｍｍ以下、厚さ０．０１〜０．２ｍｍであることが望ましい。その理由は後述する。
また、前記導電線を複数備えており、前記端子部を少なくとも２つ有し、複数の周波数帯域に対応できるようにすることができる。これによると、フィルタを必要とせずに複数の周波数帯域、即ち２周波数以上に対応できるマルチバンドアンテナとすることができる。
本発明の表面実装型チップアンテナでは、その基体の高さは５ｍｍ以下、基体の長さは３０ｍｍ以下、凹部の高さは基体高さの１／２以下であり、前記平角導線は、幅２ｍｍ以下、厚さ０．０１〜０．２ｍｍであることが望ましい。その理由は後述する。
また、前記導電線を複数備えており、前記端子部を少なくとも２つ有し、複数の周波数帯域に対応できるようにすることができる。これによると、フィルタを必要とせずに複数の周波数帯域、即ち２周波数以上に対応できるマルチバンドアンテナとすることができる。
また、本発明のもう一つの特徴は、スピーカ、バイブレータ、小型ＣＣＤカメラ等の金属機能部品の近くに、具体的にはチップアンテナから放射される電磁波の波長の４分の１（λ／４）以内の距離に配設される表面実装型チップアンテナと、前記金属機能部品の電源部側端子に接続したフィルタ回路とでなる表面実装型アンテナ装置である。尚、本発明ではチップアンテナと上記金属機能部品等を含めてアンテナ装置と言う。
本発明によれば、配置場所の制約を受けることなく、例えばＧＰＳ情報受信アンテナとスピーカやバイブレータなどの相互干渉をフィルタにより防止でき、且つ通話用アンテナの機能を妨害することもない。
本発明によれば、配置場所の制約を受けることなく、例えばＧＰＳ情報受信アンテナとスピーカやバイブレータなどの相互干渉をフィルタにより防止でき、且つ通話用アンテナの機能を妨害することもない。
ここで用いるチップアンテナとして、誘電体、磁性体、またはそれらの混合物からなる基体と、この基体の実装面に設けられた少なくとも1つの端子部と、前記基体の実装面に前記端子部を除いて設けられた凹部と、前記基体に螺旋状に巻回された少なくとも１つの導電線を具備してなる表面実装型チップアンテナが挙げられる。
また、上記チップアンテナにおいて、導電線が平角導電線であることは望ましい。
このチップアンテナは、その基体の高さは５ｍｍ以下、基体の長さは３０ｍｍ以下、凹部の高さは基体高さの１／２以下であり、前記平角導線は、幅２ｍｍ以下、厚さ０．０１〜０．２ｍｍであることは望ましい。
また、導電線を複数備えており、端子部を少なくとも２つ有し、複数の周波数帯域に対応できるようにしたチップアンテナを用いることが出来る。
また、上記チップアンテナにおいて、導電線が平角導電線であることは望ましい。
このチップアンテナは、その基体の高さは５ｍｍ以下、基体の長さは３０ｍｍ以下、凹部の高さは基体高さの１／２以下であり、前記平角導線は、幅２ｍｍ以下、厚さ０．０１〜０．２ｍｍであることは望ましい。
また、導電線を複数備えており、端子部を少なくとも２つ有し、複数の周波数帯域に対応できるようにしたチップアンテナを用いることが出来る。
もう一つの本発明は、上記した何れかの表面実装型チップアンテナや表面実装型アンテナ装置を搭載したことを特徴とする通信機器である。本発明によると、製造が容易で且つ信号の送受信感度の高いものが得られる効果がある。
本発明によれば、簡単な工程で製造でき且つ調整もでき、実装安定性も良いもので、なお且つ広帯域幅で放射効率が向上したアンテナ特性に優れたチップアンテナが実現できる。また、アンテナ装置周囲のノイズ、相互干渉を防止してアンテナ特性を最大限に引き出すアンテナ装置となすことができる。
［チップアンテナの基本構成］
図１において、表面実装型チップアンテナ８０（以下、単にアンテナと言う。）は、誘電体からなる基体１０と、基体１０の実装面（裏面）１１の一方の端部に設けられた給電用端子２１と、基体１０の実装面１１の他方の端部に設けられた基板固定用端子２２と、基体１０の実装面となる主面１１に給電用端子２１と固定用端子２２を設けた部分を除いて設けられた凹部３０と、基体１０に螺旋状に巻回された導電線４０とから構成されている。
実装面１１に対向する一方の主面１２には凹部を設けない。これは、基体１０の巻線枠の断面積を有効利用して、限られたサイズの中で巻線の自己インダクタンスを最大とすることにより、アンテナのＱ値を下げて広帯域化を図るためである。また、自己インダクタンスが大きくなるに従い、アンテナの共振周波数が低下することから、共振周波数が一定の条件ではチップアンテナの小型化を図ることが可能となる。
給電用端子２１と導電線４０との間の接続は、半田付け、ロウ付け、カシメ、溶接、圧着などにより電気的に接続される。給電用端子２１と固定用端子２２は、予めＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕなどの電極で形成されており、導電ペーストによる印刷法、メッキ、半田メッキなどで形成できる。
図１（ｂ）は、給電用端子２１、固定用端子２２、導電線４０の接続を分かり易くするために基体１０を透視した模式図である。導電線４０は固定用端子２２と接続されず、開放部４２を介して電気的に絶縁されている。従って、導電線４０の一端は接続部４１ｓで給電用端子２１に接続されているが、導電線４０の他端４１ｅは開放端となり電磁波の送受信を行う。
図１（ｃ）は、図１（ａ）で示したチップアンテナ８０を反対側から見た斜視図である。即ち、開放端側側面１４を見たものである。開放部４３を介して導電線４０の他端４１ｅは開放端４２となっていることを示している。
図１において、表面実装型チップアンテナ８０（以下、単にアンテナと言う。）は、誘電体からなる基体１０と、基体１０の実装面（裏面）１１の一方の端部に設けられた給電用端子２１と、基体１０の実装面１１の他方の端部に設けられた基板固定用端子２２と、基体１０の実装面となる主面１１に給電用端子２１と固定用端子２２を設けた部分を除いて設けられた凹部３０と、基体１０に螺旋状に巻回された導電線４０とから構成されている。
実装面１１に対向する一方の主面１２には凹部を設けない。これは、基体１０の巻線枠の断面積を有効利用して、限られたサイズの中で巻線の自己インダクタンスを最大とすることにより、アンテナのＱ値を下げて広帯域化を図るためである。また、自己インダクタンスが大きくなるに従い、アンテナの共振周波数が低下することから、共振周波数が一定の条件ではチップアンテナの小型化を図ることが可能となる。
給電用端子２１と導電線４０との間の接続は、半田付け、ロウ付け、カシメ、溶接、圧着などにより電気的に接続される。給電用端子２１と固定用端子２２は、予めＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕなどの電極で形成されており、導電ペーストによる印刷法、メッキ、半田メッキなどで形成できる。
図１（ｂ）は、給電用端子２１、固定用端子２２、導電線４０の接続を分かり易くするために基体１０を透視した模式図である。導電線４０は固定用端子２２と接続されず、開放部４２を介して電気的に絶縁されている。従って、導電線４０の一端は接続部４１ｓで給電用端子２１に接続されているが、導電線４０の他端４１ｅは開放端となり電磁波の送受信を行う。
図１（ｃ）は、図１（ａ）で示したチップアンテナ８０を反対側から見た斜視図である。即ち、開放端側側面１４を見たものである。開放部４３を介して導電線４０の他端４１ｅは開放端４２となっていることを示している。
［基体と凹部の構成］
図２は、本発明のチップアンテナ８０における凹部３０の作用を説明するための図である。図２（Ａ）は本発明の凹部３０を具備する場合、図２（Ｂ）は具備しない場合を示す。（Ａ）において、基板５０に対向する実装面となる主面１１における導電線４０間の線間容量Ｃｗｓは、誘電率が１の空気を介して形成される。他方、（Ｂ）においては、実装面となる主面１１は全面が基板５０に接触するから、導電線４０間の線間容量Ｃｗｓは基板の比誘電率４〜５程度の実装面となる主面１１を介して形成される。従って、（Ｂ）における導電線４０間の導電線４０の線間容量Ｃｗｓは（Ａ）の場合に比べてはるかに大きく、好ましくない。
次に、図３を用いて、上記した図２（Ａ）と図２（Ｂ）との間のアンテナの帯域幅の大小について説明する。図３は図２のアンテナの等価回路図を示す。実際には図示しない導電線４０などの抵抗Ｒが存在するが、ここでは抵抗分Ｒをゼロとした理想的な状態を示し、導電線４０のインダクタンスＬｗに導電線４０の線間容量Ｃｗｓが並列接続されている。図２（Ｂ）における導電線４０間の線間容量Ｃｗｓは、図２（Ａ）の場合に比べて誘電率の倍数以上は大きいから、アンテナの尖鋭度を示すＱ値が大きくなり、Ｑ値の逆数が関係する帯域幅は狭くなってしまう。それに比べて、図２（Ａ）に示す本発明のチップアンテナ８０ではＱ値が小さく、帯域幅が広い。これについて説明すると、図３のアンテナ等価回路において、巻線間の静電容量をＣｗｓ、巻線と基板上に設けられた接地との静電容量をＣｗｇとすると、基体の比誘電率が真空の比誘電率（＝１）よりも大きいためＣｗｓ＞＞Ｃｗｇとなる。従って、Ｑ∝√（Ｃｗｓ／Ｌｗｓ）、帯域幅ＢＷ∝１／Ｑの関係より、概略ＢＷ∝√（Ｌｗｓ／Ｃｗｓ）が導かれる。すなわち、Ｌを大きく、Ｃを小さくするほど帯域幅ＢＷが広がる。この結果、チップアンテナの周波数ばらつきや、端末周囲の人体（顔や手など）が近接することによって共振周波数が変動しても、安定かつ信頼性の高い無線通信を実現できる。図２（Ａ）のアンテナでは巻線周囲の誘電体が基体のみであり、図２（Ｂ）のアンテナに比べてＣｗｓが小さいため、広帯域化を図れる。そして、さらなる広帯域化のためには、基体を磁性体、あるいは誘電体と磁性体を混合物で構成し、自己インダクタンスＬｗｓを大きくすることが望ましい。
図２は、本発明のチップアンテナ８０における凹部３０の作用を説明するための図である。図２（Ａ）は本発明の凹部３０を具備する場合、図２（Ｂ）は具備しない場合を示す。（Ａ）において、基板５０に対向する実装面となる主面１１における導電線４０間の線間容量Ｃｗｓは、誘電率が１の空気を介して形成される。他方、（Ｂ）においては、実装面となる主面１１は全面が基板５０に接触するから、導電線４０間の線間容量Ｃｗｓは基板の比誘電率４〜５程度の実装面となる主面１１を介して形成される。従って、（Ｂ）における導電線４０間の導電線４０の線間容量Ｃｗｓは（Ａ）の場合に比べてはるかに大きく、好ましくない。
次に、図３を用いて、上記した図２（Ａ）と図２（Ｂ）との間のアンテナの帯域幅の大小について説明する。図３は図２のアンテナの等価回路図を示す。実際には図示しない導電線４０などの抵抗Ｒが存在するが、ここでは抵抗分Ｒをゼロとした理想的な状態を示し、導電線４０のインダクタンスＬｗに導電線４０の線間容量Ｃｗｓが並列接続されている。図２（Ｂ）における導電線４０間の線間容量Ｃｗｓは、図２（Ａ）の場合に比べて誘電率の倍数以上は大きいから、アンテナの尖鋭度を示すＱ値が大きくなり、Ｑ値の逆数が関係する帯域幅は狭くなってしまう。それに比べて、図２（Ａ）に示す本発明のチップアンテナ８０ではＱ値が小さく、帯域幅が広い。これについて説明すると、図３のアンテナ等価回路において、巻線間の静電容量をＣｗｓ、巻線と基板上に設けられた接地との静電容量をＣｗｇとすると、基体の比誘電率が真空の比誘電率（＝１）よりも大きいためＣｗｓ＞＞Ｃｗｇとなる。従って、Ｑ∝√（Ｃｗｓ／Ｌｗｓ）、帯域幅ＢＷ∝１／Ｑの関係より、概略ＢＷ∝√（Ｌｗｓ／Ｃｗｓ）が導かれる。すなわち、Ｌを大きく、Ｃを小さくするほど帯域幅ＢＷが広がる。この結果、チップアンテナの周波数ばらつきや、端末周囲の人体（顔や手など）が近接することによって共振周波数が変動しても、安定かつ信頼性の高い無線通信を実現できる。図２（Ａ）のアンテナでは巻線周囲の誘電体が基体のみであり、図２（Ｂ）のアンテナに比べてＣｗｓが小さいため、広帯域化を図れる。そして、さらなる広帯域化のためには、基体を磁性体、あるいは誘電体と磁性体を混合物で構成し、自己インダクタンスＬｗｓを大きくすることが望ましい。
また、帯域幅を広くとれるため、本発明のチップアンテナにおいては、例えば導電線を２つ形成して、２つの周波数に１個のチップアンテナで対応できるデュアルバンド対応が可能となる。具体的には、アンテナ給電端子を基体上の異なる位置に設け、この端子から基体の廻りに螺旋状に巻線を行う。このとき、両端子は基体の両端、あるいは中央にあっても良く、互いの巻線は接触しない構造となる。この場合、アンテナを切り換えるためのスイッチやフィルタは不要になる利点がある。後に実施例で具体的に説明する。
また、本発明においては、凹部３０を実装面側のみに設けることにより、図２３の従来例で述べたように基体両端の端子部の厚さが基体高さを決定するようなことがない。よって、同じ比誘電率の基体であれば上面に段差部を設けない分高さを減少することができる。また、実装面の凹部３０があることによりチップアンテナ８０と実装する基板５０との間の接触面積が減少する。よって、実装する際の安定性が良く、実装した後も基板との熱膨張係数の差異による歪みの影響を低減できる。
図１に示す実施態様では、基体１０の両端部を除いて、段差により凹部３０が形成されている。基体１０の両端部に形成された給電用端子２１と固定用端子２２を設けた部分を除いて凹部３０が形成されている。ここで「給電用端子２１と固定用端子２２を除いて」とは、給電用端子２１と固定用端子２２以外の全てというのではなく、給電用端子２１と固定用端子２２、及びそれの形成に必要な部分、強度を保持するに必要な部分などを含んだ部分を除いてという意味である。図１に模式的に示したように、給電用端子２１と固定用端子２２の各々から少し内側に段差を形成する。この段差は直角である必要は無く、テーパや丸みを持たせるなど任意の形状とすることができる。
凹部３０は、完成された基体１０から切削、研削などの加工手段で形成しても良いが、金型による粉体加圧成形により基体１０と同時に一体形成することもできる。金型に凹部３０に対応する突起部を設けておくことにより、誘電体の粉末を加圧焼結する際に塑性加工できる。この形状の場合その方が材料歩留まり、生産性が高いと考えられる。
また、本発明においては、凹部３０を実装面側のみに設けることにより、図２３の従来例で述べたように基体両端の端子部の厚さが基体高さを決定するようなことがない。よって、同じ比誘電率の基体であれば上面に段差部を設けない分高さを減少することができる。また、実装面の凹部３０があることによりチップアンテナ８０と実装する基板５０との間の接触面積が減少する。よって、実装する際の安定性が良く、実装した後も基板との熱膨張係数の差異による歪みの影響を低減できる。
図１に示す実施態様では、基体１０の両端部を除いて、段差により凹部３０が形成されている。基体１０の両端部に形成された給電用端子２１と固定用端子２２を設けた部分を除いて凹部３０が形成されている。ここで「給電用端子２１と固定用端子２２を除いて」とは、給電用端子２１と固定用端子２２以外の全てというのではなく、給電用端子２１と固定用端子２２、及びそれの形成に必要な部分、強度を保持するに必要な部分などを含んだ部分を除いてという意味である。図１に模式的に示したように、給電用端子２１と固定用端子２２の各々から少し内側に段差を形成する。この段差は直角である必要は無く、テーパや丸みを持たせるなど任意の形状とすることができる。
凹部３０は、完成された基体１０から切削、研削などの加工手段で形成しても良いが、金型による粉体加圧成形により基体１０と同時に一体形成することもできる。金型に凹部３０に対応する突起部を設けておくことにより、誘電体の粉末を加圧焼結する際に塑性加工できる。この形状の場合その方が材料歩留まり、生産性が高いと考えられる。
アンテナ基体１０の寸法の好ましい範囲について述べる。
アンテナ基体の長さは１０〜３０ｍｍが良く、１０ｍｍ未満だと導電線４０の巻回が困難になり、３０ｍｍを超えると大型となり表面実装型のチップアンテナとして好ましくない。幅は２〜１０ｍｍが良く、２ｍｍ未満だと導電線４０の巻回が困難になり、１０ｍｍを超えると大型となり表面実装型のチップアンテナとして好ましくない。高さは１〜５ｍｍが良く、１ｍｍ未満だと導電線４０の巻回が困難になり、５ｍｍを超えると大型となり表面実装型のチップアンテナとして好ましくない。
また、凹部３０の深さｄｇは、０．０１ｍｍ以上で、基体１０の高さの１／２程度以下が好ましい。０．０１ｍｍ未満だと実装安定性と帯域幅の拡大効果が無く、基体１０の高さの１／２程度を超えると基体１０の断面積が減少して導電線４０の巻枠の断面積が減少しアンテナ利得の低下を招く恐れがある。これについては以下に詳しく述べる。
アンテナの自己インダクタンスをＬ［Ｈ］とすると、Ｌは（１）式で表される。
Ｌ＝ｎ2×Ｔ×Ｗ×μ ・・・（１）
ここで、ｎは導電線の巻数［ターン］、μは透磁率（＝μｃ×μ0）、μｃは基体の比透磁率、μ0は真空の透磁率（1.257×10-6H/m）、Ｈ、Ｔ、Ｗは図１（ａ）参照。
導電線による静電容量Ｃ［Ｆ］は次式（２）で表される。
Ｃ＝（ｎ2／Ｄ）×（Ｔ＋Ｗ）×２×Ｐ×ε ・・・（２）
ここで、εは基体の実効誘電率で次式（３）で表される。
ε＝ε0×√（εc×Ｔ／Ｈ）2＋（１−Ｔ／Ｈ）2 ・・・（３）
ここで、εｃは基体の比誘電率、ε０は真空の誘電率（＝8.855×10−１２F/m）
また、アンテナの共振周波数をｆ０[Hz]とすると、
ｆ０＝２Π／√ＬＣ ・・・（４）
Ｑ＝√Ｃ／Ｌ ・・・（５）
これに（１）（２）式を代入すると、次式（６）となる。
Ｑ＝√（（2×Ｐ）／Ｄ）×（１／Ｗ＋１／Ｔ）×ε／μ ・・・（６）
次に、Ｄ＝３０ｍｍ、Ｐ＝１ｍｍ、Ｗ＝３ｍｍ、Ｈ＝３ｍｍ、εｃ＝３０、μｃ＝１とし、Ｔ／ＨについてＱ値を求めると、図２０のようになる。
また、帯域幅ＢＷは次式（７）で得られる。
ＢＷ＝（１／Ｑ）×（ｆ０／１００） ・・・（７）
ここでｆ０＝８００［MHz］の場合、図２１のようになる。
図２０、図２１より、Ｔ／Ｈの範囲は基体の高さの１／２程度以下が好ましいことが分かる。
アンテナ基体の長さは１０〜３０ｍｍが良く、１０ｍｍ未満だと導電線４０の巻回が困難になり、３０ｍｍを超えると大型となり表面実装型のチップアンテナとして好ましくない。幅は２〜１０ｍｍが良く、２ｍｍ未満だと導電線４０の巻回が困難になり、１０ｍｍを超えると大型となり表面実装型のチップアンテナとして好ましくない。高さは１〜５ｍｍが良く、１ｍｍ未満だと導電線４０の巻回が困難になり、５ｍｍを超えると大型となり表面実装型のチップアンテナとして好ましくない。
また、凹部３０の深さｄｇは、０．０１ｍｍ以上で、基体１０の高さの１／２程度以下が好ましい。０．０１ｍｍ未満だと実装安定性と帯域幅の拡大効果が無く、基体１０の高さの１／２程度を超えると基体１０の断面積が減少して導電線４０の巻枠の断面積が減少しアンテナ利得の低下を招く恐れがある。これについては以下に詳しく述べる。
アンテナの自己インダクタンスをＬ［Ｈ］とすると、Ｌは（１）式で表される。
Ｌ＝ｎ2×Ｔ×Ｗ×μ ・・・（１）
ここで、ｎは導電線の巻数［ターン］、μは透磁率（＝μｃ×μ0）、μｃは基体の比透磁率、μ0は真空の透磁率（1.257×10-6H/m）、Ｈ、Ｔ、Ｗは図１（ａ）参照。
導電線による静電容量Ｃ［Ｆ］は次式（２）で表される。
Ｃ＝（ｎ2／Ｄ）×（Ｔ＋Ｗ）×２×Ｐ×ε ・・・（２）
ここで、εは基体の実効誘電率で次式（３）で表される。
ε＝ε0×√（εc×Ｔ／Ｈ）2＋（１−Ｔ／Ｈ）2 ・・・（３）
ここで、εｃは基体の比誘電率、ε０は真空の誘電率（＝8.855×10−１２F/m）
また、アンテナの共振周波数をｆ０[Hz]とすると、
ｆ０＝２Π／√ＬＣ ・・・（４）
Ｑ＝√Ｃ／Ｌ ・・・（５）
これに（１）（２）式を代入すると、次式（６）となる。
Ｑ＝√（（2×Ｐ）／Ｄ）×（１／Ｗ＋１／Ｔ）×ε／μ ・・・（６）
次に、Ｄ＝３０ｍｍ、Ｐ＝１ｍｍ、Ｗ＝３ｍｍ、Ｈ＝３ｍｍ、εｃ＝３０、μｃ＝１とし、Ｔ／ＨについてＱ値を求めると、図２０のようになる。
また、帯域幅ＢＷは次式（７）で得られる。
ＢＷ＝（１／Ｑ）×（ｆ０／１００） ・・・（７）
ここでｆ０＝８００［MHz］の場合、図２１のようになる。
図２０、図２１より、Ｔ／Ｈの範囲は基体の高さの１／２程度以下が好ましいことが分かる。
［導電線の構成］
本発明において、導電線４０の断面形状は丸や平角、形態は板や箔など種々のものが使用可能であるが、平角の板状電線が好ましい。
図４を用いて、その理由を説明する。本発明に係る平角導電線においては、図４に示すように、Ｗｗ＞Ｔｗの関係がある。ここで、Ｗｗは導電線４０の幅、Ｔｗは導電線４０の厚みである。図４（Ａ）は導電線４０に平角導電線を用いた場合、図４（Ｂ）は丸電線を用いた場合を示す。（Ａ）に示すように平角導電線は基体１０に面接触するから、電気力線ELは基体１０の内部を均一に分布する。他方、（Ｂ）に示すように丸電線は基体１０に点接触するため、電気力線ELは集中する。従って、丸電線の場合には高周波電流が接触点付近に集中して流れるため損失が大きい。それに比べて、平角導電線を用いた場合には電流が全面に流れるために損失が低減され、アンテナ利得が向上する。また、丸電線の場合には点接触に過ぎないから、電線の変位、ずれを防止する為に溝などの固定手段が必要となるが、平角導電線を用いると溝などの固定手段が必ずしも必要でない。
導電線４０の構成材料としては、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル及びその合金などの導電材料からなる導線が挙げられる。この銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル等の材料には、耐候性等を向上させるために所定の元素を添加してもよい。また、導電材料と非金属材料等の合金を用いてもよい。構成材料としてコスト面や耐食性の面及び作り易さの面から銅及びその合金がよく用いられる。
導電線４０に銅またはその合金を用いる場合、導電線４０の厚みＴｗは０．０１〜０．２ｍｍが好ましい。導電線４０の厚みＴｗが０．０１ｍｍ未満だと導体抵抗が増大して損失となり、導電線４０の厚みＴｗが０．２ｍｍを超えると曲げ強度が過大となり、導電線の作業性の悪化や基体１０を損傷する恐れが高くなるからである。導電線４０にアルミニウムや金などを用いる場合には、この数値範囲は、適宜見直される。他方、導電線４０の幅Ｗｗは導電線４０の厚みＴｗの数倍から２ｍｍ程度の範囲で、適宜に選べばよい。
本発明において、導電線４０の断面形状は丸や平角、形態は板や箔など種々のものが使用可能であるが、平角の板状電線が好ましい。
図４を用いて、その理由を説明する。本発明に係る平角導電線においては、図４に示すように、Ｗｗ＞Ｔｗの関係がある。ここで、Ｗｗは導電線４０の幅、Ｔｗは導電線４０の厚みである。図４（Ａ）は導電線４０に平角導電線を用いた場合、図４（Ｂ）は丸電線を用いた場合を示す。（Ａ）に示すように平角導電線は基体１０に面接触するから、電気力線ELは基体１０の内部を均一に分布する。他方、（Ｂ）に示すように丸電線は基体１０に点接触するため、電気力線ELは集中する。従って、丸電線の場合には高周波電流が接触点付近に集中して流れるため損失が大きい。それに比べて、平角導電線を用いた場合には電流が全面に流れるために損失が低減され、アンテナ利得が向上する。また、丸電線の場合には点接触に過ぎないから、電線の変位、ずれを防止する為に溝などの固定手段が必要となるが、平角導電線を用いると溝などの固定手段が必ずしも必要でない。
導電線４０の構成材料としては、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル及びその合金などの導電材料からなる導線が挙げられる。この銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル等の材料には、耐候性等を向上させるために所定の元素を添加してもよい。また、導電材料と非金属材料等の合金を用いてもよい。構成材料としてコスト面や耐食性の面及び作り易さの面から銅及びその合金がよく用いられる。
導電線４０に銅またはその合金を用いる場合、導電線４０の厚みＴｗは０．０１〜０．２ｍｍが好ましい。導電線４０の厚みＴｗが０．０１ｍｍ未満だと導体抵抗が増大して損失となり、導電線４０の厚みＴｗが０．２ｍｍを超えると曲げ強度が過大となり、導電線の作業性の悪化や基体１０を損傷する恐れが高くなるからである。導電線４０にアルミニウムや金などを用いる場合には、この数値範囲は、適宜見直される。他方、導電線４０の幅Ｗｗは導電線４０の厚みＴｗの数倍から２ｍｍ程度の範囲で、適宜に選べばよい。
また、導電線４０の線間容量Ｃｗｓを低減するために、平角線の導電線４０のピッチＰｗは大きくすることが好ましい。また、導電線４０の厚みＴｗを薄くした方が導電線４０の線間容量Ｃｗｓを低減できる。対向する平角線の側面部の面積が減少するからである。これら導電線４０の幅Ｗｗ、導電線４０のピッチＰｗ、導電線４０の厚みＴｗは、複合的に線間容量などの電気的特性に関係するため、必要なアンテナ特性に応じて、これらの値を決定すればよい。すなわち、
Ｃｗｓ∝Ｗｗ×Ｔｗ／（Ｐｗ−Ｗｗ）の関係式が成り立つ。
導電線の断面積をＡｗとすると、Ａｗ＝Ｗｗ×Ｔｗ（＝一定）とすれば、Ｗｗ＝Ａｗ／Ｔｗとなり、これを前式に代入すると、
Ｃｗｓ∝Ａｗ／（Ｐｗ−Ａｗ／Ｔｗ）となる。
従って、理論的にはＴｗを大きくほどＣｗｓは小さくなり、帯域幅は増加するが、実際のアンテナ製作ではＷｗ＜Ｔｗの巻線を行うことは困難であるため、巻線で使用されるＴｗをあらかじめ決めておき、必要な帯域幅からＴｗやＰｗを求めるのが妥当である。
Ｃｗｓ∝Ｗｗ×Ｔｗ／（Ｐｗ−Ｗｗ）の関係式が成り立つ。
導電線の断面積をＡｗとすると、Ａｗ＝Ｗｗ×Ｔｗ（＝一定）とすれば、Ｗｗ＝Ａｗ／Ｔｗとなり、これを前式に代入すると、
Ｃｗｓ∝Ａｗ／（Ｐｗ−Ａｗ／Ｔｗ）となる。
従って、理論的にはＴｗを大きくほどＣｗｓは小さくなり、帯域幅は増加するが、実際のアンテナ製作ではＷｗ＜Ｔｗの巻線を行うことは困難であるため、巻線で使用されるＴｗをあらかじめ決めておき、必要な帯域幅からＴｗやＰｗを求めるのが妥当である。
次に、導電線４０の形成方法の一例を図１を参照して説明する。予めパターン印刷で給電用端子２１、固定用端子２２が形成された基体１０を準備する。基体１０の端面１５、１６を治具（図示せず）で挟持して巻線機（図示せず）にセットする。同じく導電線機に、リールに巻かれた長尺で導電線４０の幅Ｗｗ：０．８ｍｍ、導電線４０の厚みＴｗ：０．１３ｍｍの導電線４０をセットする。給電用端子２１と導電線４０を接続部４１で半田付けして固定する。基体１０を回転すると共に、導電線機を基体１０の長手方向に移動させることにより導電線４０を基体１０に３．５Ｔ（ターン）巻回する。
本発明においては、導電線４０は丸線、角線どちらでも良いが、上述したように平角線を用いることにより基体１０への導電線作業が安定化する。丸線、角線の場合には導電線作業中に導電線４０が基体１０の長手方向にずれる恐れがあり、基体１０に導電線嵌合用の溝を形成しなければならなくなることもあるが、平角線では自身の持つ剛性で、基体１０にぴったりと巻回される効果を呈するからである。以上により、導電線用のボビンを不要とし、基体１０に導電線が嵌るような溝を不要とするため、導電線４０の寸法、すなわち導電線４０の幅Ｗｗ、導電線４０の厚みＴｗ、導電線４０のピッチＰｗ、巻数（ターン数）など、の設計の自由度、巻線機並びに治具の汎用化が容易である。また、巻線の断面積が同じ条件では、基体を平角線に巻いた方が巻線の厚さを薄くできるため、アンテナの薄型・小型化を図ることにより、無線装置の小型化を実現できる。
本発明においては、導電線４０は丸線、角線どちらでも良いが、上述したように平角線を用いることにより基体１０への導電線作業が安定化する。丸線、角線の場合には導電線作業中に導電線４０が基体１０の長手方向にずれる恐れがあり、基体１０に導電線嵌合用の溝を形成しなければならなくなることもあるが、平角線では自身の持つ剛性で、基体１０にぴったりと巻回される効果を呈するからである。以上により、導電線用のボビンを不要とし、基体１０に導電線が嵌るような溝を不要とするため、導電線４０の寸法、すなわち導電線４０の幅Ｗｗ、導電線４０の厚みＴｗ、導電線４０のピッチＰｗ、巻数（ターン数）など、の設計の自由度、巻線機並びに治具の汎用化が容易である。また、巻線の断面積が同じ条件では、基体を平角線に巻いた方が巻線の厚さを薄くできるため、アンテナの薄型・小型化を図ることにより、無線装置の小型化を実現できる。
［アンテナ基体の構成］
基体１０の形状は必要に応じて適宜選択できるが、角柱状とすることによって、実装安定性を向上させることができ、チップアンテナ８０の転がり等を防止できる等の効果を有する。よって、実装安定性や、基板５０上での位置決めを容易にする。
基体１０の材質は誘電体、磁性体、またはそれらの混合物でも良い。
基体１０の材質として誘電体を用いる場合には、波長短縮効果によりアンテナを小型化できる。例えば、アルミナが使える。アルミナの具体的な材料としては、Ａｌ2Ｏ3：９２重量％以上，ＳｉＯ2：６重量％以下，ＭｇＯ：１．５重量％以下，Ｆｅ2Ｏ3：０．１％以下，Ｎａ2Ｏ：０．３重量％以下等が挙げられる。この他にもフォルステライト、チタン酸マグネシウム系やチタン酸カルシウム系、ジルコニア・スズ・チタン系、チタン酸バリウム系や鉛・カルシウム・チタン系、窒化珪素、炭化珪素などのセラミック材料を用いても良い。
基体１０の材質として磁性体を用いる場合には、インダクタンスＬｗを大きくできるため、インピーダンスを大きくしてアンテナのＱ値を低下し、広帯域化できる。
基体１０の材質として誘電体と磁性体の混合物を用いる場合には、波長短縮効果によるチップアンテナの小型化と、アンテナのＱ値を低下できることによる広帯域化が可能である。波長短縮効果は、誘電率ε、透磁率μの両方からチップアンテナの長さをＬとするとＬ∝１／√（εμ）として作用するからである。アンテナのＱ値は、μ／εがインピーダンスを支配して高めるからである。磁性材料として、高透磁率の材料が望ましいが、周波数が高くなるにしたがって損失も増えてくる。このため、携帯電話用アンテナなどでは磁性材料として、高周波でも低損失な材料が望ましく、例えばＭｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、六方晶系フェライトなどが用いられる。また、ラジオ等に用いられる低周波アンテナ用磁性材料としては、パーマロイ、Ｆｅ基アモルファス、Ｃｏ基アモルファス、Ｆｅ基超微結晶材料などの金属軟磁性材料を用いてもよい。
基体１０の形状は必要に応じて適宜選択できるが、角柱状とすることによって、実装安定性を向上させることができ、チップアンテナ８０の転がり等を防止できる等の効果を有する。よって、実装安定性や、基板５０上での位置決めを容易にする。
基体１０の材質は誘電体、磁性体、またはそれらの混合物でも良い。
基体１０の材質として誘電体を用いる場合には、波長短縮効果によりアンテナを小型化できる。例えば、アルミナが使える。アルミナの具体的な材料としては、Ａｌ2Ｏ3：９２重量％以上，ＳｉＯ2：６重量％以下，ＭｇＯ：１．５重量％以下，Ｆｅ2Ｏ3：０．１％以下，Ｎａ2Ｏ：０．３重量％以下等が挙げられる。この他にもフォルステライト、チタン酸マグネシウム系やチタン酸カルシウム系、ジルコニア・スズ・チタン系、チタン酸バリウム系や鉛・カルシウム・チタン系、窒化珪素、炭化珪素などのセラミック材料を用いても良い。
基体１０の材質として磁性体を用いる場合には、インダクタンスＬｗを大きくできるため、インピーダンスを大きくしてアンテナのＱ値を低下し、広帯域化できる。
基体１０の材質として誘電体と磁性体の混合物を用いる場合には、波長短縮効果によるチップアンテナの小型化と、アンテナのＱ値を低下できることによる広帯域化が可能である。波長短縮効果は、誘電率ε、透磁率μの両方からチップアンテナの長さをＬとするとＬ∝１／√（εμ）として作用するからである。アンテナのＱ値は、μ／εがインピーダンスを支配して高めるからである。磁性材料として、高透磁率の材料が望ましいが、周波数が高くなるにしたがって損失も増えてくる。このため、携帯電話用アンテナなどでは磁性材料として、高周波でも低損失な材料が望ましく、例えばＭｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、六方晶系フェライトなどが用いられる。また、ラジオ等に用いられる低周波アンテナ用磁性材料としては、パーマロイ、Ｆｅ基アモルファス、Ｃｏ基アモルファス、Ｆｅ基超微結晶材料などの金属軟磁性材料を用いてもよい。
［アンテナ装置１］
図５は、上記チップアンテナ８０を回路基板５０に実装しアンテナ装置とした一例を示す。導電線４０の一端は給電用電極パターン５１を介して高周波電源に接続される。固定用パターン５２は、チップアンテナ８０を、固定用端子２２を介して基板５０に半田付けで固定するためのものである。固定用パターン５２とグランドパターン５３の間にはギャップを介して静電容量が形成される。この実施態様のチップアンテナ８０では、図１（ｂ）（ｃ）を用いて説明したように、導電線４０の開放端は、固定用端子２２ひいては固定用パターン５２と開放部４２を介して離隔されているから、導電線４０とグランドとの間の静電容量Ｃｗｇがより小さく、アンテナとしての帯域幅は広くなる。
図５（ｂ）は図５（ａ）の基板５０のチップアンテナ８０を実装した側から見た平面図、図５（ｃ）は基板５０の裏面側から見た平面図を示す。図５（ｃ）においてチップアンテナ８０が実装された面に対応する部分は、グランドパターン５３は無く、チップアンテナ８０と基板５０との間で静電容量を形成しないようにしている。それにより帯域幅を広くできる。なお、図５（ｂ）において、給電用端子２１の給電用パターン５１の反対側５１ｂはグランドパターン５３に接続され接地されている。
図５は、上記チップアンテナ８０を回路基板５０に実装しアンテナ装置とした一例を示す。導電線４０の一端は給電用電極パターン５１を介して高周波電源に接続される。固定用パターン５２は、チップアンテナ８０を、固定用端子２２を介して基板５０に半田付けで固定するためのものである。固定用パターン５２とグランドパターン５３の間にはギャップを介して静電容量が形成される。この実施態様のチップアンテナ８０では、図１（ｂ）（ｃ）を用いて説明したように、導電線４０の開放端は、固定用端子２２ひいては固定用パターン５２と開放部４２を介して離隔されているから、導電線４０とグランドとの間の静電容量Ｃｗｇがより小さく、アンテナとしての帯域幅は広くなる。
図５（ｂ）は図５（ａ）の基板５０のチップアンテナ８０を実装した側から見た平面図、図５（ｃ）は基板５０の裏面側から見た平面図を示す。図５（ｃ）においてチップアンテナ８０が実装された面に対応する部分は、グランドパターン５３は無く、チップアンテナ８０と基板５０との間で静電容量を形成しないようにしている。それにより帯域幅を広くできる。なお、図５（ｂ）において、給電用端子２１の給電用パターン５１の反対側５１ｂはグランドパターン５３に接続され接地されている。
［アンテナ装置２］
図６は、表面実装型チップアンテナを実装したアンテナ装置を用いた携帯電話等の通信機器９９の部分概略図である。本発明の第2の目的は、スピーカ等の金属機能部品の近くにチップアンテナが配設された場合の相互干渉を防止することであった。そこで、このアンテナ装置では、スピーカ６０やバイブレータ７０などの金属機能部品と、これに隣接してアンテナから放射される電磁波の４分の１波長（λ／４）以内の距離にチップアンテナ８０、８０’を配置するときには、金属機能部品の電源部６３側の端子にフィルタ回路６１、７１を接続したものである。携帯電話の場合は経験的にはチップアンテナの周囲およそ３０ｍｍ以内の範囲に実装される金属機能部品からの影響が大きいと言えるので３０ｍｍ以内を目安にすれば良い。
尚、ここで用いるチップアンテナは、無論上記したチップアンテナ８０を用いても良いが、これに限るものではない。従来周知の通常のチップアンテナ８０’でもよい。即ち、この発明では、金属機能部品とチップアンテナとが隣接するアンテナ装置において、金属機能部品の電源側端子にフィルタ回路を接続することを要旨とするのでチップアンテナの種類は問わない。また、図６ではチップアンテナ８０又は８０’とフィルタ回路６１、７１とは別体に設けた例を示すが、一体に設けてモジュールにすることもできる。チップアンテナとフィルタを一体化したモジュールや、フィルタと金属機能部品を一体化したモジュールを構築することもできる。
図６は、表面実装型チップアンテナを実装したアンテナ装置を用いた携帯電話等の通信機器９９の部分概略図である。本発明の第2の目的は、スピーカ等の金属機能部品の近くにチップアンテナが配設された場合の相互干渉を防止することであった。そこで、このアンテナ装置では、スピーカ６０やバイブレータ７０などの金属機能部品と、これに隣接してアンテナから放射される電磁波の４分の１波長（λ／４）以内の距離にチップアンテナ８０、８０’を配置するときには、金属機能部品の電源部６３側の端子にフィルタ回路６１、７１を接続したものである。携帯電話の場合は経験的にはチップアンテナの周囲およそ３０ｍｍ以内の範囲に実装される金属機能部品からの影響が大きいと言えるので３０ｍｍ以内を目安にすれば良い。
尚、ここで用いるチップアンテナは、無論上記したチップアンテナ８０を用いても良いが、これに限るものではない。従来周知の通常のチップアンテナ８０’でもよい。即ち、この発明では、金属機能部品とチップアンテナとが隣接するアンテナ装置において、金属機能部品の電源側端子にフィルタ回路を接続することを要旨とするのでチップアンテナの種類は問わない。また、図６ではチップアンテナ８０又は８０’とフィルタ回路６１、７１とは別体に設けた例を示すが、一体に設けてモジュールにすることもできる。チップアンテナとフィルタを一体化したモジュールや、フィルタと金属機能部品を一体化したモジュールを構築することもできる。
さて、図６において携帯電話９９の通信と制御を司る通信・制御部７３には、電源部６３が線路６７、７７で接続され、フィルタ６１、７１を介してスピーカ６０やバイブレータ７０に駆動電流を供給する。一方、チップアンテナ８０または８０’が線路６５を介して接続される。回路基板上に通信・制御部７３や電源部６３のＩＣが配設され、線路６４、６５、６７、７４、７７はプリント配線されている。回路基板５０は、切欠きを設けてスピーカ６０やバイブレータ７０を別体に配設している。そして、スピーカ６０やバイブレータ７０とフィルタ６１、７１との接続は、リード線６２，７２による。このように別体に配設することにより低背化できる。更に携帯電話９９の厚み（Ｚ方向の寸法）を減らす工夫として、チップアンテナ８０または８０’はプリント基板５０の裏面に配設している。フィルタ６１、７１は、図７に示すようにＬＣフィルタ６１１、６１２で構成され、ここでは特定の周波数帯をカットするノッチフィルタとした。このように本発明は、図７に示すように金属機能部品であるスピーカ６０及び／またはバイブレータ７０の電源側端子にノッチフィルタ等のフィルタ回路を接続したものである。
（実施例１）
以下、実施例により本発明のチップアンテナ８０を具体的に説明する。幅３ｍｍ、長さ１５ｍｍ，高さ２ｍｍの誘電体の基体１０に、導電線４０の幅Ｗｗ＝０．８ｍｍ、導電線４０の厚みＴｗ＝０．１３ｍｍの銅線を３．５ターン巻回した。凹部３０の深さｄｇは０．５ｍｍとした。給電用端子２１と固定用端子２２は、予めパターン印刷したＡｇ電極を用いた。
図８は、このようなチップアンテナ８０を基板５０に実装したものを組み込んだ通信機器９９を示す。この通信機器９９を電波暗室で、ネットワークアナライザを用いたアンテナの利得測定装置にかけて、アンテナの電力利得、指向性パターンを測定した。測定したのは図９に示すＺＸ平面においてであり、垂直偏波と水平偏波の振動方向は、図９に示した方向成分である。
図１０に垂直偏波（実線）と水平偏波（破線）の電力利得、指向性パターンを示す。このように実施例のアンテナは良好なアンテナ特性を有することが確認された。
また、平均利得の周波数特性を図１１に示す。平均利得は、図１０に示す垂直偏波の利得の平均値を示す。広い周波数範囲にわたって−４ｄＢｉ以上の良好なアンテナ利得の得られることが分かる。すなわち広帯域であることが分かる。ここで、ｄＢｉは基準アンテナに対するアンテナが放射する出力の測定単位で、デシベルで表示される。
次に、図２３に示す従来のチップアンテナを用いて同様の試験を行った。この場合の平均利得は−７ｄＢｉと低かった。また帯域幅も本発明のアンテナに比べ１／２程度であり狭かった。
以下、実施例により本発明のチップアンテナ８０を具体的に説明する。幅３ｍｍ、長さ１５ｍｍ，高さ２ｍｍの誘電体の基体１０に、導電線４０の幅Ｗｗ＝０．８ｍｍ、導電線４０の厚みＴｗ＝０．１３ｍｍの銅線を３．５ターン巻回した。凹部３０の深さｄｇは０．５ｍｍとした。給電用端子２１と固定用端子２２は、予めパターン印刷したＡｇ電極を用いた。
図８は、このようなチップアンテナ８０を基板５０に実装したものを組み込んだ通信機器９９を示す。この通信機器９９を電波暗室で、ネットワークアナライザを用いたアンテナの利得測定装置にかけて、アンテナの電力利得、指向性パターンを測定した。測定したのは図９に示すＺＸ平面においてであり、垂直偏波と水平偏波の振動方向は、図９に示した方向成分である。
図１０に垂直偏波（実線）と水平偏波（破線）の電力利得、指向性パターンを示す。このように実施例のアンテナは良好なアンテナ特性を有することが確認された。
また、平均利得の周波数特性を図１１に示す。平均利得は、図１０に示す垂直偏波の利得の平均値を示す。広い周波数範囲にわたって−４ｄＢｉ以上の良好なアンテナ利得の得られることが分かる。すなわち広帯域であることが分かる。ここで、ｄＢｉは基準アンテナに対するアンテナが放射する出力の測定単位で、デシベルで表示される。
次に、図２３に示す従来のチップアンテナを用いて同様の試験を行った。この場合の平均利得は−７ｄＢｉと低かった。また帯域幅も本発明のアンテナに比べ１／２程度であり狭かった。
（実施例２）
図１２は別の実施例を示す。図１２（ａ）は、実施例１で固定用端子２２をグランドパターン５３に接続した例を示す。図１２（ｂ）は実装面を見た上面図、図１２（ｃ）はその裏側から見た平面図を示す。この場合には、図１に示した開放端４２とグランドパターン５３との距離が縮まって、形成される静電容量が大きくなる。また、本実施例では、チップアンテナの給電端子と基板側の接地導体を接続している。この構造により、アンテナ入力側インピーダンスを５０Ωに整合した。このようにして帯域幅、アンテナ利得を調整できる。この場合も実施例１と同様、周波数８５０ＭＨｚにおいて帯域幅は１２０ＭＨｚあり、携帯電話の通信帯域には十分である。また、アンテナ利得は０ｄＢであり、従来のホイップアンテナに比較しても同等以上の性能が得られた。
図１２は別の実施例を示す。図１２（ａ）は、実施例１で固定用端子２２をグランドパターン５３に接続した例を示す。図１２（ｂ）は実装面を見た上面図、図１２（ｃ）はその裏側から見た平面図を示す。この場合には、図１に示した開放端４２とグランドパターン５３との距離が縮まって、形成される静電容量が大きくなる。また、本実施例では、チップアンテナの給電端子と基板側の接地導体を接続している。この構造により、アンテナ入力側インピーダンスを５０Ωに整合した。このようにして帯域幅、アンテナ利得を調整できる。この場合も実施例１と同様、周波数８５０ＭＨｚにおいて帯域幅は１２０ＭＨｚあり、携帯電話の通信帯域には十分である。また、アンテナ利得は０ｄＢであり、従来のホイップアンテナに比較しても同等以上の性能が得られた。
（実施例３）
図１３は、導電線４４、４５を２つ巻回してデュアルバンドに対応させた例を示す。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）を反対側から見た図である。第１の導電線４４は、給電用端子２１Ｌから時計方向に基体１０に巻回されて開放端４３Ｌを形成し、第２の導電線４５は、給電用端子２１Ｒから反時計方向に基体１０に巻回されて開放端４３Ｒを形成する。図１３（ｃ）は、アンテナを基板５０に実装したものを示す。表面実装型チップアンテナ８０の両端の給電用端子２１Ｒ、２１Ｌは給電用パターン５１Ｒ、５１Ｌを介して高周波電源に接続される。この場合も実施例１と同様、良好な帯域幅とアンテナ利得が得られた。各々の巻線の巻数を変えることにより、それぞれの共振周波数が異なり、デュアルバンド動作が発生する。また、実施例３の場合には互いの巻線方向が反対方向について述べたが、巻線方向が同じ場合でも、デュアルバンドのアンテナ動作は発生する。
図１３は、導電線４４、４５を２つ巻回してデュアルバンドに対応させた例を示す。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）を反対側から見た図である。第１の導電線４４は、給電用端子２１Ｌから時計方向に基体１０に巻回されて開放端４３Ｌを形成し、第２の導電線４５は、給電用端子２１Ｒから反時計方向に基体１０に巻回されて開放端４３Ｒを形成する。図１３（ｃ）は、アンテナを基板５０に実装したものを示す。表面実装型チップアンテナ８０の両端の給電用端子２１Ｒ、２１Ｌは給電用パターン５１Ｒ、５１Ｌを介して高周波電源に接続される。この場合も実施例１と同様、良好な帯域幅とアンテナ利得が得られた。各々の巻線の巻数を変えることにより、それぞれの共振周波数が異なり、デュアルバンド動作が発生する。また、実施例３の場合には互いの巻線方向が反対方向について述べたが、巻線方向が同じ場合でも、デュアルバンドのアンテナ動作は発生する。
（実施例４）
図１４は、更に別の実施例を示す。第１の導電線４４は、給電用端子２１Ｌから時計方向に基体１０に巻回されて開放端４３Ｌを形成し、第２の導電線４５は、基体１０の中央部に形成された給電用端子２１Ｍから同じく時計方向に巻回されて開放端４３Ｍを形成する。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）を反対側から見た図である。この場合も実施例１と同様、良好な帯域幅とアンテナ利得が得られた。具体的には、周波数８５０ＭＨｚにおいて帯域幅は１１０ＭＨｚ、アンテナ利得は０ｄＢであり、従来のチップアンテナやホイップアンテナに比べても同等以上の性能が得られた。
図１５は、本発明に係る表面実装型チップアンテナの切り替えを説明する模式図である。図１５（Ａ）は実施例１、実施例２に示すようにアンテナ素子が１個の場合、図１５（Ｂ）はアンテナ素子が２個の場合を示す。後者の場合は、実施例３、実施例４に示したように単一の基体１０に巻回された第１の導電線４４、第２の導電線４５から独立に信号を送受信することができ、そのための入出力端子を単一の基体から形成することができる。従って、アンテナ共用器や帯域通過フィルタ、スイッチが不要である。本発明に係る表面実装型チップアンテナが図１１で示したように広い帯域幅を持つから、周波数の離れたＦ１、Ｆ２の異なる信号でも１個の表面実装型チップアンテナで対応できるためである。
図１４は、更に別の実施例を示す。第１の導電線４４は、給電用端子２１Ｌから時計方向に基体１０に巻回されて開放端４３Ｌを形成し、第２の導電線４５は、基体１０の中央部に形成された給電用端子２１Ｍから同じく時計方向に巻回されて開放端４３Ｍを形成する。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）を反対側から見た図である。この場合も実施例１と同様、良好な帯域幅とアンテナ利得が得られた。具体的には、周波数８５０ＭＨｚにおいて帯域幅は１１０ＭＨｚ、アンテナ利得は０ｄＢであり、従来のチップアンテナやホイップアンテナに比べても同等以上の性能が得られた。
図１５は、本発明に係る表面実装型チップアンテナの切り替えを説明する模式図である。図１５（Ａ）は実施例１、実施例２に示すようにアンテナ素子が１個の場合、図１５（Ｂ）はアンテナ素子が２個の場合を示す。後者の場合は、実施例３、実施例４に示したように単一の基体１０に巻回された第１の導電線４４、第２の導電線４５から独立に信号を送受信することができ、そのための入出力端子を単一の基体から形成することができる。従って、アンテナ共用器や帯域通過フィルタ、スイッチが不要である。本発明に係る表面実装型チップアンテナが図１１で示したように広い帯域幅を持つから、周波数の離れたＦ１、Ｆ２の異なる信号でも１個の表面実装型チップアンテナで対応できるためである。
（実施例５）
図１６、図１７は、本発明の表面実装型チップアンテナ８０を実装した通信機器９９の別実施例を示す図である。表面実装型チップアンテナ８０は、図８に示した実装位置のみならず種々の位置に配設することができる。本発明の表面実装型チップアンテナ８０が、図１０で示したように良好な指向性パターンを示すからである。また、いずれもチップアンテナと送受信回路を伝送線路で接続している。この線路は同軸ケーブル、フレキシブル・ケーブル、基板上に形成したマイクロ・ストリップ線路等で構成してもよい。さらに、図１６のようにアンテナを携帯電話のキーボード側のマイク付近に配置した場合、携帯電話を使用したときアンテナから人体頭部が離れるため、アンテナから送信される電磁波の一部が人体（頭部）に吸収されるのを低減することにより、指向性の乱れを軽減し安定に通信できる効果がある。
図１６、図１７は、本発明の表面実装型チップアンテナ８０を実装した通信機器９９の別実施例を示す図である。表面実装型チップアンテナ８０は、図８に示した実装位置のみならず種々の位置に配設することができる。本発明の表面実装型チップアンテナ８０が、図１０で示したように良好な指向性パターンを示すからである。また、いずれもチップアンテナと送受信回路を伝送線路で接続している。この線路は同軸ケーブル、フレキシブル・ケーブル、基板上に形成したマイクロ・ストリップ線路等で構成してもよい。さらに、図１６のようにアンテナを携帯電話のキーボード側のマイク付近に配置した場合、携帯電話を使用したときアンテナから人体頭部が離れるため、アンテナから送信される電磁波の一部が人体（頭部）に吸収されるのを低減することにより、指向性の乱れを軽減し安定に通信できる効果がある。
（実施例６）
本発明のもう一つの発明は、チップアンテナとスピーカ、バイブレータ、小型ＣＣＤカメラ等の金属機能部品を近接して配置した場合のアンテナ装置に関し、この金属機能部品の電源側端子にフィルタ回路を接続したことを要旨とするものである（図６、図７参照）図７に示した等価回路において１．５７５ＧＨｚを中心としたノッチフィルタ６１および７１のコンデンサＣを０．５ｐＦ、インダクタＬを１８ｎＨとした場合の周波数特性をネットワークアナライザで測定した結果を図１８に示す。ノッチフィルタの挿入損失（＝Ｓ２１パラメータ測定値［ｄＢ］の絶対値）は周波数１５７５ＭＨｚ付近で最大４７ｄＢとなった。また、挿入損失が大きくなるほど入力信号を遮断し易くなると共に、この遮断周波数ｆｃ［Ｈｚ］はノッチフィルタの回路素子（Ｌ、Ｃ）の組合せから次式により決定される。
ｆｃ＝２π／√（Ｌ×Ｃ）
このような１５７５ＭＨｚを中心とした周波数特性のフィルタを用いることにより、アンテナの共振周波数１５７５ＭＨｚの共振電流が金属機能部品に流れるのを防止できる。図６に示すノッチフィルタ６１および７１がない場合、チップアンテナを流れる共振電流の電磁結合により、アンテナ周囲の金属部分が接地導体にアンテナ電流を妨げる向きに電流が流れる。この結果、アンテナから空間への電磁波の放射が阻害されることにより、放射効率や利得が低下してしまう。図６のように、金属部品と基板上の接地導体との間に電磁波と同じ周波数帯域のノッチフィルタを設けることにより、金属部分を流れる電流を阻害し、アンテナから効率よく電磁波を放射できる。アンテナの共振電流によって金属部分に電流が誘起される距離は、電磁波の４分の１波長（λ／４）以下で起こりやすい。この距離は、
λ／４＝３００×１０００／４ｆ0
によって求められる。本実施例においてチップアンテナと金属機能部品は、λ／４（約４８ｍｍ）以内の距離に配置されていたので、アンテナの高効率化や高利得化に効果があった。因みに、無線ＬＡＮやブルートゥースで用いられる２４００ＭＨｚ帯では約３０ｍｍ以内、５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮでは約１５ｍｍ以内となる。しかし、８００ＭＨｚ帯の携帯電話システムでは現実的な範囲としてλ／１０程度の３７ｍｍ以内、経験的には３０ｍｍ以内が目安となるであろう。
本発明のもう一つの発明は、チップアンテナとスピーカ、バイブレータ、小型ＣＣＤカメラ等の金属機能部品を近接して配置した場合のアンテナ装置に関し、この金属機能部品の電源側端子にフィルタ回路を接続したことを要旨とするものである（図６、図７参照）図７に示した等価回路において１．５７５ＧＨｚを中心としたノッチフィルタ６１および７１のコンデンサＣを０．５ｐＦ、インダクタＬを１８ｎＨとした場合の周波数特性をネットワークアナライザで測定した結果を図１８に示す。ノッチフィルタの挿入損失（＝Ｓ２１パラメータ測定値［ｄＢ］の絶対値）は周波数１５７５ＭＨｚ付近で最大４７ｄＢとなった。また、挿入損失が大きくなるほど入力信号を遮断し易くなると共に、この遮断周波数ｆｃ［Ｈｚ］はノッチフィルタの回路素子（Ｌ、Ｃ）の組合せから次式により決定される。
ｆｃ＝２π／√（Ｌ×Ｃ）
このような１５７５ＭＨｚを中心とした周波数特性のフィルタを用いることにより、アンテナの共振周波数１５７５ＭＨｚの共振電流が金属機能部品に流れるのを防止できる。図６に示すノッチフィルタ６１および７１がない場合、チップアンテナを流れる共振電流の電磁結合により、アンテナ周囲の金属部分が接地導体にアンテナ電流を妨げる向きに電流が流れる。この結果、アンテナから空間への電磁波の放射が阻害されることにより、放射効率や利得が低下してしまう。図６のように、金属部品と基板上の接地導体との間に電磁波と同じ周波数帯域のノッチフィルタを設けることにより、金属部分を流れる電流を阻害し、アンテナから効率よく電磁波を放射できる。アンテナの共振電流によって金属部分に電流が誘起される距離は、電磁波の４分の１波長（λ／４）以下で起こりやすい。この距離は、
λ／４＝３００×１０００／４ｆ0
によって求められる。本実施例においてチップアンテナと金属機能部品は、λ／４（約４８ｍｍ）以内の距離に配置されていたので、アンテナの高効率化や高利得化に効果があった。因みに、無線ＬＡＮやブルートゥースで用いられる２４００ＭＨｚ帯では約３０ｍｍ以内、５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮでは約１５ｍｍ以内となる。しかし、８００ＭＨｚ帯の携帯電話システムでは現実的な範囲としてλ／１０程度の３７ｍｍ以内、経験的には３０ｍｍ以内が目安となるであろう。
次に、図１９は、平均利得の周波数特性を示す。なお、このときの試験条件は図１８の場合と同様である。測定器はネットワークアナライザである。利得の測定に際しては、電波無響暗室内で送信用アンテナとして用いた被試験アンテナからの放射電力を受信用基準アンテナで受信し、この受信電力と送信用アンテナとして基準アンテナを用いた場合の受信電力に対する比として評価した。単位ｄＢｉｃは、円偏波をすべての方向に一様に電力を放射する仮想的なアンテナに対する利得の表示を示すデシベル値である。実線は本発明、破線は比較例を示す。曲線Ａは金属機能部品としてスピーカ６０のみを搭載してフィルタ６１を設けた場合、曲線Ｂはスピーカ６０とバイブレータ７０を搭載してフィルタ６１、７１を設けた場合である。曲線Ｃは比較例であり、フィルタ６１、７１のいずれも使用しない場合である。
図１９から、比較例の曲線Ｃに比べて、フィルタを入れた曲線Ｂは平均利得で１ｄＢ以上の改善が見られる。これはフィルタ６１、７１を設けた効果である。
図１９から、比較例の曲線Ｃに比べて、フィルタを入れた曲線Ｂは平均利得で１ｄＢ以上の改善が見られる。これはフィルタ６１、７１を設けた効果である。
本発明によれば、簡単な工程で製造でき且つ調整もでき、実装安定性も良いもので、なお且つ広帯域幅で放射効率が向上したアンテナ特性に優れたチップアンテナとアンテナ装置が実現できる。そして、携帯電話システム、無線ＬＡＮ、ブルートゥース等の通信機器に用いるのに好適である。
１０： 基体
１１：実装面となる主面
１２：実装面に対向する主面
１３：給電側側面
１４：開放端側側面
１５、１６：端面
２１：給電用端子
２１ａ，２１ｂ：給電用端子
２２：固定用端子
２３：グランド端子
３０：凹部
４０：導電線
４１：接続部
４２：開放部
４３：開放端
４４：第１の導電線
４５：第２の導電線
５０：基板
５１：給電用パターン
５２：固定用パターン
５３：グランドパターン
６０：スピーカ
６１，７１：フィルタ
６３：電源部
６２、７２：リード線
７０：バイブレータ
７３：通信・制御部
８０、８０’：チップアンテナ
９９：通信機器
Ｃｗｇ：導電線とグランドとの間の静電容量
Ｃｗｓ：導電線の線間容量
ｄｇ：凹部の深さ
Ｌｗ：導電線のインダクタンス
Ｐｗ：導電線のピッチ
Ｗｗ：導電線の幅
Ｔｗ：導電線の厚み
ＥＬ：電気力線
１１：実装面となる主面
１２：実装面に対向する主面
１３：給電側側面
１４：開放端側側面
１５、１６：端面
２１：給電用端子
２１ａ，２１ｂ：給電用端子
２２：固定用端子
２３：グランド端子
３０：凹部
４０：導電線
４１：接続部
４２：開放部
４３：開放端
４４：第１の導電線
４５：第２の導電線
５０：基板
５１：給電用パターン
５２：固定用パターン
５３：グランドパターン
６０：スピーカ
６１，７１：フィルタ
６３：電源部
６２、７２：リード線
７０：バイブレータ
７３：通信・制御部
８０、８０’：チップアンテナ
９９：通信機器
Ｃｗｇ：導電線とグランドとの間の静電容量
Ｃｗｓ：導電線の線間容量
ｄｇ：凹部の深さ
Ｌｗ：導電線のインダクタンス
Ｐｗ：導電線のピッチ
Ｗｗ：導電線の幅
Ｔｗ：導電線の厚み
ＥＬ：電気力線
Claims (10)
- 誘電体、磁性体、またはそれらの混合物でなる基体と、前記基体の実装面に設けられた少なくとも1つの端子部と、前記基体の実装面に前記端子部を除いて設けられた凹部と、前記基体に巻回された少なくとも１つの導電線を具備してなることを特徴とする表面実装型チップアンテナ。
- 前記導電線が平角導電線であって、前記凹部に螺旋状に巻回したことを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップアンテナ。
- 前記チップアンテナの基体は、高さ５ｍｍ以下、基体の長さ３０ｍｍ以下、凹部は前記基体高さの１／２以下であり、前記平角導線は、幅２ｍｍ以下、厚さ０．０１〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の表面実装型チップアンテナ。
- 前記導電線を複数備え、前記端子部が少なくとも２つである、複数の周波数帯域に対応できることを特徴とする請求項１または２記載の表面実装型チップアンテナ。
- 金属機能部品の近くに配設される表面実装型チップアンテナと、前記金属機能部品の電源側端子に接続したフィルタ回路とでなることを特徴とする表面実装型アンテナ装置。
- 前記金属機能部品が、スピーカ、バイブレータ、小型ＣＣＤカメラの少なくとも１つであることを特徴とする請求項５記載の表面実装型アンテナ装置。
- 前記表面実装型チップアンテナと金属機能部品との最も近接した距離が当該チップアンテナから放射、またはアンテナに受信される電磁波の波長λの４分の１（λ／４）以内であることを特徴とする請求項５または６記載の表面実装型アンテナ装置。
- 請求項１〜４の何れかに記載のチップアンテナを用いたことを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の表面実装型アンテナ装置。
- 請求項１〜４の何れかに記載の表面実装型チップアンテナを搭載したことを特徴とする通信機器。
- 請求項５〜８の何れかに記載の表面実装型アンテナ装置を搭載したことを特徴とする通信機器。
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