JP2005167762A - 誘電体アンテナおよびそれを用いた通信機能を有する電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナの表面積を大きくすることなく、しかも２つの周波数帯での相互干渉の影響を小さくすることができ、２つの周波数帯を１つの素子で送受信することができる誘電体アンテナおよびそれを用いた通信機能を有する電気機器を提供する。
【解決手段】 直方体形状の誘電体基体１の表面１１と対向する裏面１６に接地電極５が設けられ、表面１１を主体として、第１放射電極２が、主として第１周波数帯ｆ₁用として設けられている。第１放射電極２と電磁界結合して誘電体基体１のいずれかの側面に給電電極３が設けられている。さらに、その給電電極３および／または第１放射電極２と電磁界結合して、誘電体基体１のいずれかの側面（たとえば第２側面１３）に、第２放射電極４が、主として第２周波数帯ｆ₂用として設けられている。そして、給電電極３の端部が第１周波数帯ｆ₁用および第２周波数帯ｆ₂用の給電端子３１とされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１個のアンテナで、２つの周波数帯を送受信することができる誘電体アンテナおよびそれを用いた通信機能を有する電気機器に関する。さらに詳しくは、パーソナルコンピュータや携帯電話機、携帯端末機などに搭載し、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などを行うのに適し、１個の誘電体基体を用いながら、２つの周波数帯間で相互的干渉を弱めた誘電体アンテナおよびそれを用いた通信機能を有する電気機器に関する。

近年、パーソナルコンピュータ同士、パーソナルコンピュータと携帯電話機など、電子機器間でデータの授受などを無線により行う無線ＬＡＮの利用が活発化してきている。この無線ＬＡＮには、従来２.４ＧＨｚ帯の周波数帯のみが用いられ、そのアンテナとしては、一般に小型化のため誘電体基板を用い、導電体膜で放射電極が形成された誘電体アンテナが用いられている。

最近の情報技術の発展に伴い、この無線ＬＡＮで授受されるデータに画像などの情報量の多いデータも含まれるようになってきている。そこで、無線ＬＡＮで授受する情報のうち、情報量の大きいデータを伝送速度の速い５.２ＧＨｚ帯で授受し、通常のデータを通信距離が長い２.４ＧＨｚ帯でデータを授受するという、使い分けの方法が考えられている。そのため、この種の無線通信機能を有する電子機器に搭載される無線ＬＡＮ用アンテナとしては、２.４ＧＨｚ帯用の第１アンテナ（大きさが１５ｍｍ（長さ）×７ｍｍ（幅）×６ｍｍ（高さ））と、５.２ＧＨｚ帯用の第２アンテナ（大きさが１０ｍｍ（長さ）×４ｍｍ（幅）×３ｍｍ（高さ））の２つのアンテナを並べて配置することが考えられている。

一方、導電体膜で形成する放射電極を折返しエレメント（ミアンダ形状）で形成することにより、折返し数やエレメント間隔を調整することにより、１つのアンテナにより所望の２つの周波数帯で共振させ得ることが知られている（たとえば特許文献１参照）。

また、たとえば図１２に平面図が示されるように、２つの周波数帯に対応した１チップタイプのアンテナとして、給電側放射電極５３と無給電側放射電極５４を励振方向Ａ、Ｂが直交するように長方体の誘電体基体５１の上面に並べて形成するアンテナも知られている（たとえば特許文献２参照）。
特開平１０−１３１３５号公報 特開２００１−７６３９号公報

前述の２個のアンテナを並べて配置すると、アンテナ自身を２個製造しなければならないため、コストアップになると共に、２個のアンテナを配置しなければならないため、スペースを取り、電子機器の軽薄短小化が要求される今日のニーズに適合しない。また、１個の放射電極により２倍程度の２つの周波数帯で共振させるためには、綿密な調整が必要となり、製造上のバラツキなどにより一方の共振周波数を調整すると、他方の周波数帯の共振周波数や整合特性にも影響するため、調整工数が多くなり、コストアップになる。

さらに、誘電体基体の表面に２個の放射電極を形成するタイプでは、誘電体基体の表面側に２つの放射電極を並べて配置することになるため、アンテナの表面積が大きくなり小型化の要求を満たせないと共に、たとえ励振方向が直交するように並べても、両者間の間隔が狭いと相互干渉をし、一方の共振周波数を調整すると、他方の周波数帯の整合特性や共振周波数にも影響し、調整が困難になるという問題がある。一方、両者間のアイソレーションの問題をできるだけ避けるためには、両者間の間隔を大きくしなければならないが、２つの放射電極の間隔を大きくすると、益々アンテナの面積が大きくなるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、アンテナの表面積を大きくすることなく、しかも２つの周波数帯での相互干渉の影響を小さくすることができる２つの周波数帯を１つの素子で送受信することができる誘電体アンテナおよびそれを用いた通信機能を有する電気機器を提供することを目的とする。

本発明による誘電体アンテナは、直方体形状の誘電体基体と、該誘電体基体の一面と対向する面である裏面に設けられる接地電極と、前記誘電体基体の前記一面もしくは該一面に隣接する側面の１つまたは該一面もしくは側面の１つに沿った前記誘電体基体中の内面に主体的に設けられる主として第１周波数帯用の第１放射電極と、該第１放射電極と電気的および／または磁気的に結合して前記誘電体基体のいずれかの側面または該側面に沿った前記誘電体基体の内面に設けられる給電電極と、該給電電極および／または前記第１放射電極と電気的および／または磁気的に結合して前記誘電体基体のいずれかの側面または該側面に沿った前記誘電体基体中の内面に主体的に設けられる主として第２周波数帯用の第２放射電極とを有し、前記給電電極の端部が前記第１周波数帯用および第２周波数帯用の給電端子とされている。

ここに「主体的に設けられ」とは、放射電極の主要部が設けられるが、他の面にもその放射電極が連続して設けられ得ることを意味し、「主として第１周波数帯（第２周波数帯）」とは、第１周波数帯（第２周波数帯）で共振するように形成されるが、第２放射電極（第１放射電極）との関係で第２周波数帯（第１周波数帯）にも寄与し得ることを意味する。また、「電気的および／または磁気的に結合」とは、直接接合による結合、容量による結合および磁界による結合のいずれか１つまたはこれらの組合せによる結合を意味し、簡単に電磁界結合ともいう。

前記第１放射電極が、前記一面側の表面または該表面に沿った前記誘電体基体中の内面から前記誘電体基体の少なくとも１つの側面である第１側面または該第１側面に沿った前記誘電体基体中の内面に亘って設けられ、一端部が開放され他端部が前記第１側面または該第１側面に沿った内面を経て前記接地電極と接続され、前記給電電極が、前記誘電体基体の第２側面もしくは該第２側面に沿った前記誘電体基体中の内面または該第２側面側の前記第１側面もしくはその内面に設けられ、前記第２放射電極が、前記誘電体基体の第２側面または該第２側面に沿った内面に設けられる構造にすることができる。

前記第２放射電極が、一端部が開放され、前記誘電体基体の長手方向に沿って設けられると共に、他端部が前記誘電体基体の裏面側に曲げられて前記接地電極と接続して設けられることにより、曲げられた部分の幅を狭くして、第２放射電極の共振周波数を調整することができる。

前記第１放射電極が、前記一面と隣接し、かつ、前記第１側面と隣接する第２側面または第３側面で、前記第１側面側にも、前記第１放射電極と前記接地電極とを電気的に接続する側部放射電極を有するように形成されることにより、その幅を調整することにより第１放射電極の共振周波数や整合特性を調整することができる。

前記第１放射電極および／または第２放射電極が、ミアンダ形状に形成されることにより、同じ周波数に対してもアンテナの物理的大きさを小さくすることができると共に、第１放射電極と第２放射電極との近接する部分の面積が小さくなり、両者間の結合が弱くなって相互に独立して調整しやすくなる。

前記第１放射電極が、前記一面と隣接する１つの側面を主体として設けられ、前記第２放射電極が、前記第１放射電極が主体として設けられる１つの側面と対向する側面を主体として設けられることにより、第１および第２の放射電極の距離がさらに離れるため、よりいっそう両放射電極間の結合を弱くなり、独立して調整しやすくなる。

前記給電電極と前記第１放射電極とが直接接続されることにより結合される構造で形成することができる。

前記給電電極の端部の給電端子が、前記誘電体基体の裏面に前記接地電極と分離して形成されることにより、回路基板などに表面実装するだけで、回路基板の給電部とアンテナの給電端子とを簡単に接続することができる。

本発明による電気機器は、データ通信を行う回路が形成された回路基板と、該回路基板に、または該回路基板の近傍に設けられるアンテナとを有し、通信機能を有する電気機器であって、前記アンテナとして請求項１ないし８のいずれか１項記載の誘電体アンテナが用いられている。

本発明のアンテナによれば、誘電体基体の一面である表面と側面、または相対向する側面をそれぞれ主体として、主として第１周波数帯で共振する第１放射電極および主として第２周波数帯で共振する第２放射電極とが形成されているため、小さな誘電体基体で両放射電極の間隔を大きくすることができ、両者間の干渉は非常に小さくなって、干渉による共振周波数や整合特性（ＶＳＷＲ）に及ぼす影響を抑制することができる。一方、両放射電極の給電端側は近接させても両者の結合に余り大きな影響を与えないため、比較的近接して１個の給電電極に両放射電極を結合させることができるし、また、両放射電極の結合は弱いが、両者間の間隔を狭くすれば、両者を結合させることができ、第２放射電極を直接給電電極と結合させなくても、第１放射電極を介して第２放射電極を１つの給電端と電気的に結合することができる。その結果、両放射電極の共振周波数や整合特性を比較的独立して調整することができながら、２つの周波数帯の信号を１個の給電端を介して送受信することができる。

しかも、誘電体基体の一面には、第１放射電極のみが形成されるか、放射電極は誘電体基体の側面のみに形成されているだけであるため、従来の第１周波数帯用アンテナの面積だけで形成することができ、側面の高さも殆ど従来の高さと同じで第２放射電極、または第１および第２放射電極を形成することができ、大きさを殆ど大きくすることなく、２周波数帯の信号を送受信することができるアンテナとすることができる。

その結果、非常に小型で、しかも２周波数帯間でのアイソレーションの優れたアンテナを得ることができ、近年の無線ＬＡＮで、通常の通信データと画像などの情報量の大きなデータとをそれぞれに適した２つの周波数帯で送受信する方式のアンテナとして有効に利用することができる。

また、本発明による電子機器によれば、従来の電子機器の回路基板における配置を変えたり、スペースを広げることなく、従来の電子機器のままで、通信用データと、画像情報などの情報量の大きいデータとを周波数帯の使い分けにより送受信することができ、無線ＬＡＮなどを利用する場合に、非常に短時間でデータの授受を正確に行うことができる。

つぎに、図面を参照しながら本発明の誘電体アンテナおよびそれを用いた通信機能を有する電気機器について説明をする。本発明による誘電体アンテナは、図１にその一実施形態の構造説明図およびその等価回路図が示されるように、直方体形状の誘電体基体１の一面である表面１１と対向する面である裏面１６に接地電極５が設けられ、誘電体基体１の表面１１もしくはその表面１１に隣接する側面の１つまたはその表面１１もしくは側面の１つに沿った誘電体基体１中の内面を主体として、第１放射電極２が、主として第１周波数帯ｆ₁用として設けられている。この第１放射電極２と電気的および／または磁気的に（電磁界的に）結合して誘電体基体１のいずれかの側面またはその側面に沿った誘電体基体１の内面に給電電極３が設けられている。

さらに本発明では、その給電電極３および／または第１放射電極２と電磁界結合して、誘電体基体１のいずれかの側面（たとえば第２側面１３）またはその第２側面１３に沿った誘電体基体１の内面に、第２放射電極４が、主として第２周波数帯ｆ₂用として設けられている。そして、給電電極３の端部が第１周波数帯ｆ₁用および第２周波数帯ｆ₂用の給電端子３１とされている。

誘電体基体１としては、できるだけ誘電率の大きい材料が、放射電極２を小さくすることができるため好ましく、たとえばＢａＯ-ＴｉＯ₂-ＳｎＯ₂、ＭｇＯ-ＣａＯ-ＴｉＯ₂などのセラミックスを用いることが、比誘電率が２０程度以上となり小型化の点で好ましいが、比誘電率が８程度の通常のセラミックスでも用いることができる。また、この誘電体基体１は、セラミックスなどの誘電体材料により一体に形成されたものでもよいし、薄いセラミックシートなどに適宜導電体膜が設けられたものを積層して焼結したものや適宜導電体膜が設けられたガラスエポキシフィルムなどを積層したものでもよい。

第１放射電極２は、図１に示される例では、１本の放射電極２の一端部２１が誘電体基体１の表面の一端側に開放端として設けられ、直方体の長手方向に繋がる一側面１２にかけて導電体膜が設けられ、誘電体基体１の一面（表面）１１と対向する面である裏面１６に設けられる接地電極５と接続されるように形成されている。この放射電極２の一端部２１から他端部２２までの長さ（長手方向の長さ；Ｌ₁＋Ｌ₂）は、所望の第１周波数帯（波長λ₁）に対し、略λ₁／４の電気長になるように形成されている。この物理的長さは誘電体基体１の比誘電率ε_rの平方根に逆比例（１／ε_r ^1/2に比例）するため、誘電率の大きい誘電体基体１を用いることにより、前述のように、その物理的長さを短くすることができる。

第１放射電極２は、図１に示される例では、誘電体基体１の幅とほぼ同じ幅Ｗで形成された例が示されている。放射電極１の幅Ｗは広いほど帯域特性が広くなるので好ましい。しかし、後述するように、誘電体基体１の幅より狭く形成して、第２放射電極４との結合を小さくすることもできるし、また、表面に露出させないで、セラミックシートの積層構造などにより、誘電体基体１の内部に形成することもできる。

図１に示される例では、表面１１から第１側面１２（表面から長手方向に繋がる側面）に亘って第１放射電極２が形成されるのみではなく、第１側面１２と隣接する第２側面１３および第３側面１４にも側部放射電極２３、２４が形成され、第２側面１３に形成される側部放射電極２３は、給電電極３と接続され、第３側面１４に形成される側部放射電極２４は、そのまま裏面の接地電極５に接続されている。この第２および第３側面１３、１４に形成される側部放射電極２３、２４は、幅ｄを狭くすることにより、共振周波数が低い方向に変り、後述する第２放射電極４との関係で共振周波数が変化する場合に、この第２および第３の側面１３、１４に設けられる側部放射電極２３、２４の幅を変化させることにより調整される。なお、この放射電極２は、この形状に限らず、後述するように、第２放射電極４と余り密に結合しないように設けられれば、表面ではなく、いずれかの側面に設けることも可能である。

給電電極３は、図１に示される例では、第１放射電極２に直接接続される直接給電の構造で示されている。図１に示される例のように直接給電の構造では、必ずしも給電電極３と放射電極２との境界は確定されず、一応図１では、幅の広い部分を第１放射電極２の一部（側部放射電極２３）とし、幅の狭い部分を給電電極３としているが、同じ幅で形成することもできるし、第２側面１３に形成される部分の全体を給電電極３とすることもできる。この給電電極３は、放射電極２の所定のインピーダンスになるところに接続されて、後述するように、逆Ｆアンテナを構成している。

給電電極３の端部は、図１（ｂ）に誘電体基体１の裏面側の斜視説明図が示されるように、接地電極５と分離して設けられて給電端子３１とされ、図示しない回路基板に実装する場合に、回路基板側の給電部と直接ハンダ付けなどにより接続される構造になっている。この給電電極３も、後述するように種々の場所に設けられる。

第２放射電極４は、主として第２周波数帯用の放射電極で、図１に示される例では、誘電体基体２の第２側面１３に、給電電極３および／または第１放射電極２と電磁界結合するように形成され、第２放射電極４を主体としてほぼ第２周波数帯で共振するように形成されている。すなわち、図１に示される例では、給電電極３との結合が大きくなるように給電電極３に近づけて形成され、誘電体基体１の表面に形成されている第１放射電極２の主要部との結合は弱くなるように、できるだけその間隔Ｂが大きくなるように形成されている。このように形成することにより、第１放射電極２および第２放射電極４をそれぞれ殆ど独立して共振周波数および整合特性（ＶＳＷＲ）の調整をすることができるため、製造が容易である。

この第２放射電極４も、長手方向に延びて接地電極５に向けて折り曲げられる方向に沿っての長さＬ₃が、第２周波数帯ｆ₂のほぼ１／４波長の電気長になるように形成される。なお、この場合も、折曲げ部４１の部分を削り取り、幅ｈを小さくすることにより、Ｌ₃が長くなり、共振周波数を低くすることができ、第１放射電極２との結合などにより、共振周波数や整合特性が変化する場合には、この折曲げ部４１の幅ｈを変化させることにより調整することができる。

また、第２周波数帯の周波数が低くて第２放射電極４が長くなる場合には、第２放射電極４は、第２側面１３から第４側面１５（第１側面１２と対向する側面）にかけて形成されてもよいし、後述するようにミアンダ形状に形成することもできる。さらに、第３側面１４に第２放射電極が形成されることにより、給電電極３とは直接には結合しないで、第１放射電極２を介して給電電極３と結合するように形成されてもよい。

接地電極５は、誘電体基体１の第１放射電極２が設けられている表面１１と対向する裏面１５で、給電端子３１が設けられる部分を除いたほぼ全面に設けられている。また、この接地電極５の一部は固定用端子５１として、第２および第３側面１３、１４の一部にも連続して設けられ、たとえば図示しない回路基板などに実装する際に、回路基板のアースラインなどに、ハンダ付けなどにより固定することにより、アンテナの固定と接地電極５の電気的接続とを同時に行えるようになっている。

この接地電極５、第１および第２放射電極２、４および給電電極３などは、それぞれ誘電体基体１の所定の面に銀被膜などの導電体膜を印刷または真空蒸着とパターニングなどにより設ければ、簡単に形成することができて好ましいが、その例に限らず、銅などの導電線または導体板を誘電体基体１上に配設された構造のものでもよい。さらに、前述のように、一部の誘電体シートに導電体膜のパターンを形成し、誘電体シートを積層して焼結することにより、これらの第１および第２放射電極２、４、給電電極３および接地電極５のそれぞれ、またはどれかの少なくとも一部を誘電体基体１の内部に形成することもできる。なお、第２放射電極４や給電電極３のように、誘電体基体１の側面または側面に沿って設けられる電極の場合には、誘電体シートの各々に帯状のビアコンタクトを形成し、積層することにより、縦方向に導電体膜を形成することができるし、誘電体シートの積層体を形成した後に、側面に導電体膜を設けて電極を形成することもできる。また、さらにその表面に誘電体シートを被せて内面に形成することもできる。

図１（ａ）に示される構造の第１放射電極２は、図１（ｃ）に等価回路図が示されるように、逆Ｆアンテナを構成し、第２放射電極４は、給電電極３との間隔Ａおよび第１放射電極２との間隔Ｂとにより、給電電極３、すなわち給電端子３１と電磁界結合をしている。この第２放射電極４と、給電電極３および第１放射電極２との結合の程度により、第１および第２放射電極２、４の共振周波数および整合特性が変化し、その両方が最適になるように、間隔Ａ、Ｂを設定することにより、２つの周波数帯の共振周波数および整合特性を調整することができる。

この構造で、誘電体基体１として、ＳｉＯ₂＋ＭｇＯからなるセラミックス（比誘電率ε_r＝８）を用い、縦（長さ）×横（幅）×高さ（厚さ）が１５ｍｍ×７ｍｍ×６ｍｍのものを用い、第１周波数帯ｆ₁として２.４ＧＨｚ用の第１放射電極２を誘電体基体１の幅と同じ幅でＬ₁＝１１.８ｍｍ程度で、Ｌ₂＝７.８ｍｍ程度（誘電体基体１の厚さ）で形成し、第２周波数帯ｆ₂として５.２ＧＨｚ用の第２放射電極４をＬ₃＝５ｍｍとして、間隔Ａを１.５ｍｍ、間隔Ｂを２ｍｍとして形成した結果、図２に示されるようなＶＳＷＲの周波数特性のアンテナが得られ、２.４ＧＨｚ近傍と５.２ＧＨｚ近傍でＶＳＷＲの小さいアンテナが得られた。このアンテナを得る際に、間隔Ａの調整は、第２放射電極４の給電電極３側端部を削って広げることにより、間隔Ｂの調整は、第２放射電極４の上端部を削って広げることにより行い、最良の結果が得られた状態が上述の寸法である。

上述の寸法例で、間隔Ｂは２ｍｍのままで、間隔Ａを種々変化させたときの２.４ＧＨｚ帯および５.２ＧＨｚ帯における、共振周波数およびＶＳＷＲの変化を調べた結果が図３（ａ）および（ｂ）に示されている。なお、Ａの変化は、前述と同様に給電電極３側端部を削ることにより行った。図３から、２.４ＧＨｚ帯ではＶＳＷＲの変化が殆どなく、５.２ＧＨｚ帯では間隔Ａが１.５ｍｍのときに最良であることが分る。また、Ａの寸法を１.５ｍｍのまま一定にしておき、Ｂの寸法のみを種々変化させたときの、２.４ＧＨｚ帯および５.２ＧＨｚ帯における、共振周波数およびＶＳＷＲの変化を調べた結果が、図４（ａ）および（ｂ）に示されている。なお、Ｂの変化は、第２放射電極４の上端部を削り取ることにより、第１放射電極２との間隔を段々大きくすることにより行った。図４から、２.４ＧＨｚ帯および５.２ＧＨｚ帯共に間隔Ｂを大きくする方がよいことが分る。

この構造にすれば、第１放射電極２は、一端部２１が誘電体基体１の表面１１の端部側で開放端とされ、他端部２２が誘電体基体１の表面１１上を長手方向に沿って延び、第１側面１２を経て接地電極５と接続されており、他端部２２に近い所定のインピーダンスのところで第１放射電極２に接続して給電電極３が設けられているため、図１（ｃ）に等価回路図で示されるように、逆Ｆアンテナとなる。その結果、Ｌ₁＋Ｌ₂＝λ₁／４の電気長で、波長λ₁の第１周波数帯ｆ₁で共振させることができる。一方、第２放射電極４は、第２側面１３に、同様に誘電体基体１の側面の長手方向に、延びて形成されると共に、一端部４２が開放端にされ、他端部４３が接地電極と接続され、接地電極５と接続される部分の近傍で給電電極３と磁気的に結合されているため、同様に逆Ｆアンテナとして動作し、長さＬ₃＝λ₂／４の電気長で、波長λ₂の第２の周波数帯ｆ₂で共振させることができる。

一方、前述のように、第１放射電極２と第２放射電極４とは少なからず結合し、相互に影響し合う。しかし、その結合は、第１放射電極２と第２放射電極４とが、誘電体基体１の互いに直交する表面と側面に設けられているため、その間隔が大きくなり、前述の図３および４に示されるように、僅かな周波数とＶＳＷＲの変化であり、たとえば第１放射電極の第２または第３側面１３、１４に設けられる側部放射電極２３、２４の幅を調整したり、第２放射電極４の縦部分の幅を変えることにより、両放射電極２、４の共振周波数およびＶＳＷＲをそれぞれほぼ独立して調整することができる。

その結果、１個の表面積の小さい誘電体基体を用いたアンテナで、たとえば２.４ＧＨｚと５.２ＧＨｚの２周波数帯の信号を送受信することができ、画像などの情報量の多いデータが含まれるデータを無線ＬＡＮで授受する場合にも、たとえば情報量の大きいデータを伝送速度の速い５.２ＧＨｚ帯で授受し、通常のデータを通信距離が長い２.４ＧＨｚ帯で授受するという使い分けを、従来の２.４ＧＨｚ用アンテナとほぼ同じ大きさのアンテナ１個で行うことができ、無線ＬＡＮを有効に活用することができる。

前述の例は、第１放射電極２が、その一端部の開放端を誘電体基体の表面端部側に設け、他端部側を第１側面に延出することにより、誘電体基体１の表面１１を主体的にして形成されていたが、図５に示されるように、その一端部の開放端が第１側面と対向する側面である第４側面１５側まで延出して第４側面１５に開放端２１が設けられる構造にすることもできる。このような構造にすることにより、第４側面１５部分の第１放射電極２の長さＬ₄と誘電体基体１の縦方向の長さＬ₅と第１側面１２の長さＬ₂の和（Ｌ₄＋Ｌ₅＋Ｌ₂）が前述のλ₁／４の電気長になればよいため、誘電体基体１の長さＬ₅を短くすることができ、アンテナの小型化を図ることができる。他の部分は図１に示される例と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

図６は、給電電極３の構造を変更した例である。すなわち、前述の例では、第２側面１３に給電電極３と第２放射電極４とが形成されていたが、この例では、第１放射電極２の他端部２２が第１側面１２を介して接地電極５に接続されると共に、その第１側面１２の放射電極２の一部は接地電極５には接続されないで給電電極３と接続された構造になっている。すなわち、第１側面１２の放射電極２のうち、第２側面１３側の放射電極２は、接地電極５には接続されないで、第１側面１２に形成される給電電極３に接続され、残りの大部分の放射電極２は接地電極５に接続されている。その結果、放射電極２と結合電極３との結合は前述の構造と同様の構造になっている。このような構造にしても、給電電極３の放射電極２３との接続点が、所定のインピーダンスの位置になるように放射電極２の接地電極５への接続部と給電電極３との距離を設定すれば、前述の例と同様に逆Ｆアンテナとして動作する。

この場合、給電電極３と第２放射電極４とは９０°異なる平面（側面）上に形成されているが、給電電極３と第２放射電極４との結合は磁界による結合が大きいので、第２放射電極４と給電電極３とが同一平面上に設けられていても、今回の例のように９０°異なる平面に設けられていても、その距離が近ければ、殆ど同様に結合させることができる。なお、給電端子３１は誘電体基体１の裏面の第１側面１２側に形成され、その周囲が接地電極５により囲まれている。この構造にすることにより、アンテナの横側から給電することができない場合にも対応することができる。他の構造は図１に示される例と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

図７は、図６の構造の変形例で、図６の構造では、第３側面１４にも第１放射電極２の側部放射電極２４が形成されていたが、図７の構造では、この側部放射電極２４が除去されている。前述のように、第２放射電極４との結合などにより共振周波数やＶＳＷＲなどが変化しても、側部放射電極２４が設けられていれば、その幅を変えることにより、調整することができるが、一旦調整した設計では、同じ構造のものを製作すれば同じ周波数特性やＶＳＷＲ特性が得られ、回路基板などにより変化するインピーダンス調整が、その回路基板に関して完了すれば一定の形状で形成することができる。そのため、側部放射電極が設けられない状態で調整することができれば、そのまま側部放射電極を必要とはしない。

この構造にすることにより、接地電極５と接続されない部分の放射電極の長さを長くすることができるため、同じ周波数帯に対して、誘電体基体１の長手方向の長さＬを短くすることができ、アンテナの小型化を図ることができる。この側部放射電極を設けない構造は、図６の構造に限定されるものではなく、図１など前述の各構造において、同様に側部放射電極無しで調整することもできる。

図８および図９に示される例は、第２放射電極４が帯状に長手方向に延びる形状ではなく、クランク状またはサインカーブ状に折り返されてミアンダ形状に形成されているものである。すなわち、このようなミアンダ形状にすることにより、長手方向の物理的長さＬ₆を短くしながら、電気的には１／４波長を得やすい。その結果、第２周波数帯が低い周波数帯で、第２放射電極４の長さを長くする必要のある場合でも、容易に第２側面１３のみに形成することができる。

さらに、本発明のように、２周波数帯の２つの放射電極２、４を並べる場合、たとえば第２放射電極４をミアンダ形状にすることにより、第２放射電極４の長手方向全体の長さＬ₆が短くなるため、第１放射電極２と近接する第２放射電極４の対向する部分の長さが短くなり、容量を小さくすることができ、相互の結合を小さくすることができる。そのため、前述の図１に示される構造で、両放射電極２、４の間隔Ｂを大きくしたのと同様の効果を得ることができる。しかも、ミアンダ形状にすることにより、両放射電極の間隔は、周期的に近づいたり遠ざかるため、遠ざかる部分４４ではより一層容量が小さくなり、全体としての両放射電極の結合を小さくすることができる。なお、第１放射電極２側をミアンダ形状にすることもでき、また、両放射電極をミアンダ形状にすることもできる。この構造も前述の各例に適用することができる。

図１０は、本発明の他の実施形態を説明する図１と同様の説明図である。すなわち、この例は、第１放射電極２が誘電体基体１の表面１１に設けられるのではなく、１つの側面、すなわち第２放射電極４が設けられる第２側面１３と対向する第３側面１４に主体的に設けられ、表面１１には一切放射電極が形成されていない。第１放射電極２は、第３側面１４から第１側面１２を経て第２側面１３まで延び、第２側面１３の端部側で、給電電極３と接続されている。そして、第１側面１２の一部で、放射電極２の一部が接地電極５と接続されている。その結果、給電電極３の位置がこの接地電極５と接続される部分から所定の距離離れてインピーダンスが所定のインピーダンスになるところに、給電電極３が形成されることにより、前述の各例と同様に逆Ｆアンテナを構成することができる。もちろん、この第１放射電極２の帯状に延びる部分全体の長さは、第１周波数帯ｆ₁で共振するようにその長さが調整されている。第２放射電極４側は前述の各例と同じである。

この構成にしても、給電電極３が第１放射電極２および第２放射電極４と電磁気結合をし、１個のアンテナで２周波数帯に対応することができる。この場合、第１放射電極２および第２放射電極４は、誘電体基体１の対向する側面を主体としてそれぞれ設けられているため、両者の距離は非常に離れ、両者間の結合が疎となり、それぞれの共振周波数や整合特性を比較的独立して調整することができる。しかも、この構造にすることにより、誘電体基体１の表面１１には一切電極を形成しなくてもよいため、電極形成するための導電体膜の印刷を一面省くことができ、工数を減らすことができる。

前述の各例では、誘電体基体１の表面１１上に設けられる第１放射電極２が誘電体基体１の幅全体に設けられていたが、放射電極２の幅が誘電体基体１の幅より狭く形成されていてもよい。誘電体基体１の幅より狭く形成されていると、第２放射電極４との間隔が大きくなり、両放射電極間の結合が弱くなるため好ましい。

また、前述の各例では、放射電極など各電極が誘電体基体１の露出面に形成される例であったが、各電極は、誘電体基体１の内部に形成されていてもよい。すなわち、ブロック状の誘電体基体の露出面に各電極が形成されて、その表面にさらに誘電体膜が形成されることにより、電極が露出しない構造でもよいし、前述のように、誘電体シートに各電極を形成してその誘電体シートを重ね合せて焼結することにより、焼結した誘電体基体１の内部に各電極が形成される構造でもよい。

さらに、前述の各例では、第２放射電極４が直接給電電極３と結合するように、第２放射電極４が給電電極３の近傍に設けられていたが、たとえば第１放射電極２が図１に示される構造で、第２放射電極４が第２側面１３ではなく、第２側面１３と対向する第３側面１４に形成されていてもよい。この場合、給電電極３とは離れるため、直接結合することができないが、第２放射電極４と第１放射電極２とが結合するように相互に近づけて配置することにより、第１放射電極２を介して給電電極３と結合させることができる。この場合、第２周波数帯に対しても第１放射電極２が寄与するため、共振周波数やＶＳＷＲは第１放射電極とも関連するため、複雑になるが、一度調整すれば、同じ構造の再現性はあるため、同様のアンテナを量産することができる。

図１１は、ＬＡＮを構成するため、このアンテナを搭載したパーソナルコンピュータの例が示されている。すなわち、たとえばパーソナルコンピュータ６の側壁６１内部に前述のアンテナ７が搭載され、パーソナルコンピュータ６内に設けられ、図示しない送受信回路に接続されることにより通信機能を具備し、同様の機能を有する他のパソコン、携帯無線機などと無線で通信を行えるようになっている。なお、このように配置する場合、前述の第２放射電極がパーソナルコンピュータの上側に位置するように設けることが好ましい。また、このアンテナ７を搭載する場所は、図１１に示される例の位置に限定されるものではなく、他の側面でもよいし、パーソナルコンピュータ６の後ろ側の側面でもよいし、蓋部６２などに設けることもできる。また、携帯電話機などでは、携帯電話機などに内蔵される回路基板の上方隅などにアンテナ６の接地電極を前述の固定用端子５１などを用いて回路基板にハンダ付けなどにより搭載することができる。

その結果、パーソナルコンピュータにより情報処理を行いながら、他の電気機器との間で情報の授受をすることができ、しかも画像のような情報量の大きい通信は周波数の高い第２周波数帯を用いることができ、非常に短時間で大量の情報の授受を無線で行うことができる。

本発明による誘電体アンテナの一実施形態を示す説明図である。 図１のアンテナの周波数に対するＶＳＷＲの特性図である。 図１に示される構造で、第２放射電極と給電電極との間隔Ａを変えたときの第１放射電極および第２放射電極の共振周波数とＶＳＷＲの変化を示す図である。 図１に示される構造で、第１放射電極と第２放射電極との間隔Ｂを変えたときの第１放射電極および第２放射電極の共振周波数とＶＳＷＲの変化を示す図である。 図１に示されるアンテナの変形例を示す図である。 図１に示されるアンテナの変形例を示す図である。 図１に示されるアンテナの変形例を示す図である。 図１に示されるアンテナの変形例を示す図である。 図１に示されるアンテナの変形例を示す図である。 本発明による誘電体アンテナの他の実施形態を示す説明図である。 本発明によるアンテナを搭載した電気機器の一例を示す説明図である。 従来の２周波帯用のアンテナの例を示す平面説明図である

符号の説明

１ 誘電体基体
２ 第１放射電極
３ 給電電極
４ 第２放射電極
５ 接地電極

Claims (9)

1. 直方体形状の誘電体基体と、該誘電体基体の一面と対向する面である裏面に設けられる接地電極と、前記誘電体基体の前記一面もしくは該一面に隣接する側面の１つまたは該一面もしくは側面の１つに沿った前記誘電体基体中の内面に主体的に設けられる主として第１周波数帯用の第１放射電極と、該第１放射電極と電気的および／または磁気的に結合して前記誘電体基体のいずれかの側面または該側面に沿った前記誘電体基体の内面に設けられる給電電極と、該給電電極および／または前記第１放射電極と電気的および／または磁気的に結合して前記誘電体基体のいずれかの側面または該側面に沿った前記誘電体基体中の内面に主体的に設けられる主として第２周波数帯用の第２放射電極とを有し、前記給電電極の端部が前記第１周波数帯用および第２周波数帯用の給電端子とされてなる誘電体アンテナ。
2. 前記第１放射電極が、前記一面側の表面または該表面に沿った前記誘電体基体中の内面から前記誘電体基体の少なくとも１つの側面である第１側面または該第１側面に沿った前記誘電体基体中の内面に亘って設けられ、一端部が開放され他端部が前記第１側面または該第１側面に沿った内面を経て前記接地電極と接続され、前記給電電極が、前記誘電体基体の第２側面もしくは該第２側面に沿った前記誘電体基体中の内面または該第２側面側の前記第１側面もしくはその内面に設けられ、前記第２放射電極が、前記誘電体基体の第２側面または該第２側面に沿った内面に設けられてなる請求項１記載の誘電体アンテナ。
3. 前記第２放射電極が、一端部が開放され、前記誘電体基体の長手方向に沿って設けられると共に、他端部が前記誘電体基体の裏面側に曲げられて前記接地電極と接続して設けられてなる請求項２記載の誘電体アンテナ。
4. 前記第１放射電極が、前記一面と隣接し、かつ、前記第１側面と隣接する第２側面または第３側面で、前記第１側面側にも、前記第１放射電極と前記接地電極とを電気的に接続する側部放射電極を有するように形成されてなる請求項２または３記載の誘電体アンテナ。
5. 前記第１放射電極および／または第２放射電極が、ミアンダ形状に形成されてなる請求項１ないし４のいずれか１項記載の誘電体アンテナ。
6. 前記第１放射電極が、前記一面と隣接する１つの側面を主体として設けられ、前記第２放射電極が、前記第１放射電極が主体として設けられる１つの側面と対向する側面を主体として設けられてなる請求項１記載の誘電体アンテナ。
7. 前記給電電極と前記第１放射電極とが直接接続されることにより結合される構造である請求項１ないし６のいずれか１項記載の誘電体アンテナ。
8. 前記給電電極の端部の給電端子が、前記誘電体基体の裏面に前記接地電極と分離して形成されてなる請求項１ないし７のいずれか１項記載の誘電体アンテナ。
9. データ通信を行う回路が形成された回路基板と、該回路基板に、または該回路基板の近傍に設けられるアンテナとを有し、通信機能を有する電気機器であって、前記アンテナとして請求項１ないし８のいずれか１項記載の誘電体アンテナが用いられてなる電気機器。

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