JP2006050127A - チップアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、一つの面実装可能な基体からなる、非常に小型でありながら、送受信帯域を広帯域化したチップアンテナを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、基体２と、基体２の外部、もしくは内部、もしくは両方に設けられた複数のアンテナ導体部３と、複数のアンテナ導体部３の少なくとも一つに信号電流が給電される給電端子４を有するチップアンテナ１であって、複数のアンテナ導体部３の各々の電気長が相違する構成により、広帯域のチップアンテナ１が実現される。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体通信やパーソナルコンピュータなどの無線通信を行う電子機器等に好適に用いられるチップアンテナに関するものである。

近年、携帯電話などの携帯端末やノートブックパソコンなどにおいて、データ通信を行うことが増えている。このデータ通信に必要とされるデータ量、すなわち伝送レートは増加の一途をたどっており、伝送レート拡大に対応するため、無線通信に必要とされる送受信帯域が拡大する傾向にある。

このような要求にこたえるためには、アンテナの送受信帯域を広帯域化することが求められており、アンテナの先端部に負荷容量として共振周波数のピークをなだらかにして帯域を拡大することが行われていた（例えば特許文献１参照）。あるいは、一定の帯域を有する複数の狭帯域アンテナで各々受信した信号をそれぞれ復調した後に、復調されたデータをマージすることで結果的に広帯域を実現する（例えば特許文献２参照）ことが行われていた。

図１６は従来の技術におけるチップアンテナの斜視図であり、アンテナ導体部の先端に負荷容量が接続されることで、広帯域化が実現されるものである。１１０はチップアンテナ、１１１はアンテナ導体部、１１２は給電端子、１１３は負荷容量である。

また、図１７は従来の技術におけるアンテナを含む通信装置の構成図である。１００は通信装置、１０１、１０２、１０３、１０４は狭帯域アンテナ、１０５、１０６、１０７、１０８は伝送路、１０９は送受信部である。狭帯域アンテナ１０１〜１０４は一定の帯域をもつアンテナであり、それぞれの共振周波数は少しずつ異なっている。例えば、狭帯域アンテナ１０１の共振周波数が５００ＭＨｚで、狭帯域アンテナ１０２の共振周波数が５１０ＭＨｚで、狭帯域アンテナ１０３の共振周波数が５２０ＭＨｚで、狭帯域アンテナ１０４の共振周波数が５３０ＭＨｚであり、それぞれの送受信帯域が１０ＭＨｚであるとする。ついで、各狭帯域アンテナ１０１〜１０４で受信した信号は、伝送路１０５〜１０８を通じて送受信部１０９に伝達される。伝達された信号は送受信部１０９で各々個別に検波、復調されて、最終的に復調されたデータが結合されて再生に用いられるデータとされる。このような処理により結果的に５００ＭＨｚから５３０ＭＨｚにいたる帯域に変調された、広帯域のデータを受信、復調することができる。送信においても同様である。
特開２０００−１２４８１２号公報 特開２００３−１０１３４２号公報

しかしながら、従来のチップアンテナにおいて、図１６に表されるように負荷容量１１３を利用したものでは、その帯域幅の拡大には限界があった。また、際限なく負荷容量１１３を大きくした場合には、チップアンテナ１１０が非常に非現実的な大きさとなってしまい、小型化が要求される電子機器には組み込むことができない問題があった。

また、実装領域などの関係により、負荷容量１１３の形状や大きさには制約が多く、十分な広帯域化を実現するためには実装領域の不必要な拡大や、筺体形状の変更などの問題があった。

あるいは、図１７のように狭帯域アンテナを複数用いて、個別に受信し復調した後にデータを結合させるアンテナ装置では、伝送路、検波、復調などの回路をアンテナの個数だけ設ける必要があり、アンテナ装置の大型化、通信装置の大型化やコスト高を招く問題があった。また、複数の狭帯域アンテナで受信、復調したデータを結合させることで結果として広帯域化を図る方式では、データの結合時にデータ順の整合処理が必要であったり、送信側であらかじめデータ結合に合致した処理を施しておく必要があったりするなどの問題もあった。このような方式では、広帯域受信のためにアンテナだけでは対応できず、受信装置、送信装置のいずれにも対応が必要であるという問題があった。

本発明は、小型化を実現しつつ広帯域の送受信が可能となるチップアンテナを供給することを目的とする。

本発明は、基体と、基体の外部、もしくは内部、もしくは両方に設けられた複数のアンテナ導体部と、複数のアンテナ導体部の少なくとも一つに信号電流が給電される給電端子を有するチップアンテナであって、複数のアンテナ導体部の各々の電気長が相違する構成とする。

本発明では、複数のアンテナ導体部のうちの少なくとも一つに信号電流が給電され、信号電流が給電されたアンテナ導体部が発生する電磁波により、他の近接して実装されたアンテナ導体部が共振する。このとき、各々のアンテナ導体部の電気長が異なることで、各アンテナ導体部での共振周波数が近接しつつ相違するため、周波数特性において近接する共振点がなだらかにつながり、結果的に広帯域化が実現される。

このとき、従来のように非常に大きな負荷容量を必要としないため、チップアンテナの小型化が実現されるものである。

更に、従来のように、複数のアンテナとこれにそれぞれ接続された復調回路などが不要となるため、装置全体の小型化が実現される。

何よりも、非常に簡易な構成であり、実装が容易なチップアンテナであって、少なくとも一つの素子で近接しつつ相違する複数の共振を実現することで、容易に広帯域化が実現され、広帯域かつ小型で実装容易なチップアンテナの実現が可能となる大きな効果を有する。

以上より、このようなチップアンテナが実装された電子機器においては、広帯域受信が可能となり、大量のデータ通信などに最適となる。

本発明の請求項１に記載の発明は、基体と、基体の外部、もしくは内部、もしくは両方に設けられた複数のアンテナ導体部と、複数のアンテナ導体部の少なくとも一つに信号電流が給電される給電端子を有するチップアンテナであって、複数のアンテナ導体部の各々の電気長が相違することを特徴とするチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項２に記載の発明は、複数のアンテナ導体部が、導電性材料で形成されたパターン導体であることを特徴とする請求項１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項３に記載の発明は、複数のアンテナ導体部が、導電性材料で形成された導電膜であることを特徴とする請求項１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項４に記載の発明は、複数のアンテナ導体部が、基体表面に貼り付け、もしくは埋め込み、もしくは基体内部に積層、もしくは挿入されている立体導電体であることを特徴とする請求項１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項５に記載の発明は、複数のアンテナ導体部が、基体表面上を覆う導電膜に形成されたトリミング溝により形成されたトリミング導電体であることを特徴とする請求項１に記載のチップアンテナであって、精度の高いチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項６に記載の発明は、複数のアンテナ導体部が、線状、もしくは平面状、もしくは棒状、もしくはメアンダ状、もしくはスパイラル状、もしくはくし型状、もしくは波形状、もしくは屈曲状、もしくは立体状の形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項７に記載の発明は、複数のアンテナ導体部が全て電気長の異なる同一形状を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載のチップアンテナであって、アンテナ導体部の設計を容易とすることができる。

本発明の請求項８に記載の発明は、複数のアンテナ導体部が、線状、もしくは平面状、もしくは棒状、もしくはメアンダ状、もしくはスパイラル状、もしくはくし型状、もしくは波型状、もしくは屈曲状、もしくは立体状の形状の内、少なくとも２以上の種類の形状を含むことを特徴とする請求項１〜６いずれか１に記載のチップアンテナであって、アンテナのバリエーションを高めることができる。

本発明の請求項９に記載の発明は、複数のアンテナ導体部が全てパターン導体、もしくは全てが導電膜である、もしくは全てが立体導電体である、もしくは全てがトリミング導電体であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載のチップアンテナであって、精度の高いアンテナを実現することができる。

本発明の請求項１０に記載の発明は、複数のアンテナ導体部が、パターン導体、もしくは導電膜、もしくは立体導体、もしくはトリミング導体のうち、少なくとも２以上の種類を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項１１に記載の発明は、複数のアンテナ導体部が相互に近接することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項１２に記載の発明は、複数のアンテナ導体部の近接は、相互に共振可能である距離をもって近接していることを特徴とする請求項１１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項１３に記載の発明は、複数のアンテナ導体部の近接は、相互に漏れ電流が発生する距離に収まることを特徴とする請求項１１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項１４に記載の発明は、複数のアンテナ導体部の電気長による共振周波数が近接していることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項１５に記載の発明は、複数のアンテナ導体部の共振周波数の相違が１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１４に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項１６に記載の発明は、複数のアンテナ導体部の電気長が相違することで、各アンテナ導体部の有する共振周波数が相違することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項１７に記載の発明は、複数のアンテナ導体部の少なくとも一部が、パターン導体、もしくは導電膜、もしくは立体導電体、もしくはトリミング導電体のいずれかであり、その長さ、もしくは幅、もしくは厚さを異ならせて電気長を相違させたことを特徴とする請求項１〜１６いずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項１８に記載の発明は、複数のアンテナ導体部の少なくとも一部にトリミング導電体が用いられ、トリミング溝の幅、もしくは深さ、もしくは長さを変えることで、複数のアンテナの各々の電気長を相違させたことを特徴とする請求項１〜１６いずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項１９に記載の発明は、複数のアンテナ導体部において、各アンテナ導体部を、線状、もしくは平面状、もしくは棒状、もしくはメアンダ状、もしくはスパイラル状、もしくはくし型状、もしくは波型状、もしくは屈曲状、もしくは立体状の形状のいずれかを使い分けることで、各アンテナ導体部の電気長を異ならせたことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項２０に記載の発明は、基体が柱状であり、複数のアンテナ導体部が、基体の相違する面に形成されていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項２１に記載の発明は、近接して形成された複数のアンテナ導体部において、最も近接するアンテナ導体部の電気長の相違量が、基体に設けられた複数のアンテナ導体部の電気長の相違量の中で最小であることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項２２に記載の発明は、近接して形成された複数のアンテナ導体部において、最も離れたアンテナ導体部の電気長の相違量が、基体に設けられた複数のアンテナ導体部の電気長の相違量の中で最大であることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項２３に記載の発明は、基体において、複数のアンテナ導体部の内、最も電気長の長いアンテナ導体部と、最も電気長の短いアンテナ導体部が最も離れた位置に配置されることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項２４に記載の発明は、給電端子が、複数のアンテナ導体部において、各々相違する複数の共振周波数の中位となる周波数を有するアンテナ導体部に接続されることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項２５に記載の発明は、給電端子が、複数のアンテナ導体部のうち、中位の電気長を有するアンテナ導体部に接続されることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項２６に記載の発明は、給電端子が、基体に形成されていることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項２７に記載の発明は、基体が誘電体から形成されていることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１に記載のチップアンテナであって、容易に広帯域のチップアンテナを実現できる。

本発明の請求項２８に記載の発明は、基体において、少なくともアンテナ導体部に保護膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜２７いずれか１に記載のチップアンテナであって、耐久性を向上させることができる。

以下、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２は、本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図であり、図１３、図１４は本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの周波数特性図である。

１はチップアンテナ、２は基体、３はアンテナ導体部、４は給電端子、５はパターン導体、６は導電膜、７は立体導電体、８はトリミング導電体、９はメアンダ状アンテナ導体部、１０は波状アンテナ導体部、１１は屈曲状アンテナ導電体、２０は保護膜である。

最初に各部の詳細について説明する。

まず、基体２について説明する。

基体２はチップアンテナ１の基礎となる部分であり、基体２にアンテナ導体部３などが形成されることで、実装基板などへの実装が可能となるチップアンテナ１が実現される。

基体２はアルミナもしくはアルミナを主成分とするセラミック材料等の絶縁体もしくは誘電体などをプレス加工，押し出し法等を施して形成される。なお、基体２の構成材料としては、フォルステライト、チタン酸マグネシウム系、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、鉛・カルシウム・チタン系などのセラミック材料を用いてもよく、エポキシ樹脂などの樹脂材料を用いても良い。実施の形態１では、強度や絶縁性或いは加工の容易性の面からアルミナもしくはアルミナを主成分としたセラミック材料が用いられている。

また、アンテナ導体部３として、トリミング導電体８が用いられる場合には、基体２表面には、銅，銀，金，ニッケル等の導電材料で構成された導電膜が単層乃至複数積層され
、導電性を有する導電膜が形成される。導電膜はめっき、蒸着、スパッタ、ペーストなどにより形成され、スパッタが用いられることで、耐落下性能が高まるメリットがある。

次に、給電端子４について説明する。

給電端子４は基体２に設けられており、複数のアンテナ導体部３のいずれか少なくとも一つに接続されて、信号電流の給電、および受信電流の伝達を行う。給電端子４は、接続されるアンテナ導体部３と一体で形成されてもよく、別体で形成された後、接続されてもよい。また、同じ導電材料をもって形成されてもよく、別の導電材料をもって形成されてもよい。例えば、銅、アルミ、銀、すず、鉛、亜鉛、金、白金、パラジウム、ニッケルなどの導電性材料により、膜形成、ペースト形成、めっき、蒸着、スパッタなどの形成方法により形成されればよいものである。

また、給電端子４は基体２の側面のいずれかに形成され、実装時には半田盛りと接続される形態でもよく、基体２の底面にまで達することで、実装基板上の半田ランドなどを用いて容易に面実装可能とすることもよい。

更に、給電端子４は、複数のアンテナ導体部３のいずれか少なくとも一つに接続されていれば良いが、図１１に示されるように、全てのアンテナ導体部３に接続されて、複数のアンテナ導体部３に共通給電してもよい。共通給電される場合には、後で述べるように、各アンテナ導体部３の全てに信号電流が給電されて、電気長の異なる複数のアンテナ導体部３が異なる共振周波数で動作して、給電端子４を通じて、それぞれの共振周波数で受信した信号が受信されることになる。あるいは、複数のアンテナ導体部３のいずれかに接続された場合であっても、アンテナ導体部３同士での共振の結果、漏れ電流が給電端子４、もしくは給電端子４が接続されたアンテナ導体部３に到達して、結果として全てのアンテナ導体部３での信号を受信することができる。このため、給電端子４は、複数のアンテナ導体部３の少なくともいずれかに接続されていればよく、全てに接続されてもよいものである。

また、給電端子４は、アンテナ導体部３が、基体２の表面、あるいは内部のいずれに形成された場合であっても、そのアンテナ導体部３の少なくともいずれかに接続されて、基体２表面に引き出されて、基体２の側面、もしくは底面などに形成されて、実装基板などに実装されるようにされることが好ましいものである。

次に、アンテナ導体部３について説明する。

アンテナ導体部３は、基体２上、もしくは基体２内部のいずれか、もしくは両方に複数設けられ、それぞれの電気長が異なるものである。

複数のアンテナ導体部３は、基体２の表面に設けられてもよく、内部に設けられてもよく、その両方に混合して設けられてもよく、基体２の表面に設けられる場合には、基体２の任意の一面のみに設けられてもよく、あるいは異なる面に形成されてもよい。

電気長が異なるとは、アンテナ導体部３が導電体で形成される場合に、その長さ、あるいは幅、あるいは面積、あるいは厚み、あるいは体積、あるいは材料の相違、あるいは面積や体積などを変化させるパラメーターなどを相違させることで、物理的ではなく、電気的な長さにおいて相違するものである。ここで、電気長が異なることで、各アンテナ導体部３がアンテナとして働く長さが相違することになり、結果として各アンテナ導体部３での共振周波数が相違する。即ち、アンテナ導体部３が、その電気長を相違させて複数形成されることで、異なる共振周波数を有するアンテナ導体部３が、一つの基体２に形成され
ることとなる。即ち、一つの基体２からなるチップアンテナ１においては、複数の共振周波数が含まれることになる。

ここで、アンテナ導体部３は、種々の形態で形成される。これらについて説明する。

一つの形態として、基体２上に導電性材料によるパターンで形成されたパターン導体５によりアンテナ導体部３が実現される。導電性材料としては、給電端子４で用いられたのと同様に、銅、アルミ、銀、すず、鉛、亜鉛、金、白金、パラジウム、ニッケルなどの導電性材料により、膜形成、ペースト形成、めっき、蒸着、スパッタ、あるいは印刷などの形成方法により形成されればよいものである。パターン導体５により実現されることで、基体２表面の凹凸を少なくすることができ、また事後のトリミングなどによる電気長の調整なども可能となるメリットがある。また、比較的容易に形成することが可能である。

パターン導体５が用いられる場合には、これを線状、平面状などの種々の形状にしておき、その長さ、幅、面積を変化させる、あるいは導電性材料を変えることなどにより、電気長を変化させて、共振周波数を相違させることが可能である。

次に別の形態としては、図３に示されるように基体２表面に設けられた導電膜６により、アンテナ導体部３が形成されてもよい。導電膜６は、パターン導体５と同様に銅、アルミ、銀、すず、鉛、亜鉛、金、白金、パラジウム、ニッケルなどの導電性材料により形成されればよい。導電膜６を線状や平面状などに形成し、その面積や長さなどを変化させることで、各々の電気長を相違させればよい。あるいは、形状を線状、平面状、屈曲状、メアンダ状、スパイラル状、くし型状、波形状などの種々のものとすることで、電気長を相違させることも好適である。

次に別の形態として、図４に示されるように、基体２の表面や内部に設けられた立体導電体７によりアンテナ導体部３が形成されてもよい。例えば棒状、あるいは線状の金属線を、基体２の表面や内部に配置することで実現されてもよく、金属板などを基体２の表面に貼り付けたり、内部に挿入したりして、実現されてもよい。

立体導電体７が用いられることで、電気長を決定するパラメーターとして厚みを使うことができるので、共振周波数を相違させるのを容易にすることができるメリットがある。また、立体導電体７であることで、アンテナ導体部３の強度を確保することができるメリットがある。

次に、更なる別形態として、図５に示されるように、トリミング導電体８を用いることも好適である。トリミング導電体８は、基体２の表面にアルミ、銀、すず、鉛、亜鉛、金、白金、パラジウム、ニッケルなどの導電性材料を用いて、めっき、蒸着、スパッタ、塗布などにより導電膜を形成し、この導電膜の余分な部分をレーザーや砥石などで削り取るトリミングにより、残った部分（即ち導電膜が残っている部分）をアンテナ導体部３とすること（同時に、給電端子４とすることも好適である）ができる。

このようなトリミング導電体８により、アンテナ導体部３を実現することにより、非常に精度の高いアンテナ導体部３を形成できるメリットがある。即ち、その長さや幅、あるいは面積などを精度よく形成することができるため、所望の共振周波数を得ることが容易となる。特に、レーザーによるトリミングにより、形状や長さをμ単位で微調整することが可能となり、精度の高いアンテナ導体部３を得ることができるようになる。

複数のアンテナ導体部３を設ける場合には、それぞれの電気長を相違させて共振周波数を相違させるが、このとき、共振周波数は近接して相違させる必要があるため、微調整が
可能であるトリミング導電体８を用いることは、非常に効率的な方式である。

また、アンテナ導体部３は、その形状を種々のものにすることで、電気長の相違を実現し、あるいは、大きさの定まっている基体２にアンテナ導体部８を収める事を可能とする。

波状アンテナ導体部１０やメアンダ状アンテナ導体部９、あるいは屈曲状アンテナ導体部１１などにより、限られた基体２の表面や内部において、必要となる電気長を確保したアンテナ導体部３を形成することができる。

なお、図６においては、メアンダ状アンテナ導体部９、波状アンテナ導体部１０、屈曲状アンテナ導体部１１がそれぞれ基体２の異なる面に形成されているが、同一面に形成されてもよく、あるいは、一部が同一面に形成されて、残りが他の面に形成されてもよいものである。あるいは、複数の面に渡ってアンテナ導体部３が形成されてもよいものである。

あるいは、図７に示されるように基体２内部に形成されてもよいものである。もちろん、基体２の内部から表面につながって形成されてもよいものであり、複数のアンテナ導体部３の一部が基体２表面に形成され、残りが内部に形成される混合形成状態であってもよいものである。

以上のように、種々の形態や形状により、基体２の表面、あるいは内部、あるいは両方に複数のアンテナ導体部３が形成され、これら複数のアンテナ導体部３の電気長を相違させることで、各々のアンテナ導体部３での共振周波数を相違させることが可能となる。

以上より、一つの素子となる基体２において、複数の異なる共振周波数を有するアンテナ導体部３を形成することが可能となるものであり、後で述べるように広帯域化が実現されるものである。

次に、保護膜２０について説明する。

保護膜２０は、少なくとも基体２表面に設けられたアンテナ導体部３を覆うように形成される。

保護膜２０が設けられることで、基体２やアンテナ導体部３への、外部からの損傷などを防止することができ、耐湿性なども向上するものである。あるいは、運搬時や実装時の衝撃や熱から守ることが可能となる。保護膜２０としては、チューブ状の保護膜や、ペースト状の保護膜、あるいは電着膜などが用いられる。

保護膜２０としては、エポキシ樹脂などの樹脂材料が用いられ、基体２の誘電率とのバランスで、アンテナ導体部３の有する電気長への影響が無い材料が用いられる。また、保護膜２０は少なくともアンテナ導体部３を覆うように形成されればよく、アンテナ導体部３が少なくとも保護されればよいものである。また、アンテナ導体部３が立体導電体７やトリミング導電体８などのように、アンテナ導体部３の表面だけでなく、その側面なども保護することも好ましい。

チューブ状保護膜は、チューブ形状をした保護膜を基体２周囲に装着し、熱を加えて圧着させて実現される。チューブ状保護膜は基体２を覆うように形成されるため、アンテナ導電体３の側面などへの張り付を防止でき、アンテナ導体部３の有する電気長を、保護膜２０のもつ誘電率により変動させるなどの影響を低減できる。このため、チューブ状保護
膜を設けることによるアンテナ特性の変動が生じることはない。好ましくはチューブ状保護膜としては樹脂製でしかも熱収縮性のあるものを選ぶことが好ましい。これは、基体２にチューブ状保護膜を被せ、熱処理することでチューブが収縮し、確実にチューブ状保護膜を基体２上に形成することができるからである。

また、保護膜２０と基体２、あるいは給電端子４との色を異ならせることで自動実装時の画像認識が容易となるなどのメリットがある。

次に、チップアンテナ１において、広帯域化が実現されるメカニズムについて説明する。

異なる電気長を有することで共振周波数が異なる複数のアンテナ導体部においては、これら複数のアンテナ導体部３のうちのいずれかに給電端子４が接続される。給電端子４が接続され、信号電流が給電されるアンテナ導体部３は自己発振し、電磁波を放射する。この電磁波の放射を受けて、近接して配置されている他のアンテナ導体部３は（給電端子４が接続されていない場合であっても）共振により発振し、全てのアンテナ導体部３が、その電気長に応じた共振周波数で動作する。

このとき、複数のアンテナ導体部３相互に漏れ電流が生じ、給電端子４の接続されていないアンテナ導体部３での信号が、給電端子４もしくは給電端子４が接続されているアンテナ導体部３に伝達され、全てのアンテナ導体部３における共振周波数での受信信号が、給電端子４を介して受信される。

この給電端子４が接続されていない他のアンテナ導体部３への共振の発生のためには、複数のアンテナ導体部３が相互に近接している必要がある。近接していることで、給電端子４に接続されて自己発振するアンテナ導体部３からの電磁波を受けて、共振が発生するからである。

更に、この複数のアンテナ導体部３同士の近接は、漏れ電流が発生する距離に収まることが好ましい。漏れ電流が発生することで、相互共振により発振した給電端子４に非接続のアンテナ導体部３での受信信号が給電端子４に伝達されて、全てのアンテナ導体部３で受信した信号が受信されることとなって、異なる共振周波数を有する信号の全てが受信されて、広帯域化が実現されるものである。

例えば、欧州で幅広く使われている携帯電話の規格である「ＧＳＭ」では１．８ＧＨｚと１．９ＧＨｚの両方の帯域が用いられるが、これのためにアンテナを二つ設けるよりも、本発明のチップアンテナ１であれば、広帯域化により１００ＭＨｚ以上の帯域を実現することができるため、１．８ＧＨｚと１．９ＧＨｚとの両方を送受信することが可能となる。

なお、広帯域化が実現されるためには異なる共振周波数を有する複数のアンテナ導体部３が必要であるため、アンテナ導体部３において説明したように、基体２に形成された複数のアンテナ導体部３の電気長は、それぞれ異なっておく必要がある。同じ電気長であれば、共振周波数が同じであり、同じ周波数値に極を持つ周波数特性となってしまい、目的とする広帯域化が実現できないからである。

電気長の相違は、アンテナ導体部３において、その形状や形態が異なることで実現される。

以上の結果、複数の共振周波数の極がなだらかにつながった周波数特性を生じ、広帯域
化が実現される。

即ち、中心となる共振周波数の前後に、更に別の共振周波数の極が発生して、これらがつながり、結果として帯域が広がった周波数特性を生じさせることができる。即ち、広帯域化が実現されるものである。

図１３にこの広帯域化が実現された、チップアンテナ１の周波数特性が表されている。図１３に表されるように、中心となる共振周波数ｆ１の前後に、近接する共振周波数ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５が極として発生し、これらがなだらかにつながった周波数特性を示している。

結果として、チップアンテナ１全体としての周波数帯域ｆΔは、共振周波数がｆ１のみである場合よりも（アンテナ導体部３が単一の場合よりも）拡大され、広帯域化が実現されていることがわかる。

なお、図１３では極となる共振周波数が、ｆ１〜ｆ５の５つある場合、即ちアンテナ導体部３が基体２に５つ形成されているチップアンテナ１の周波数特性が表されているが、図１などに表されているように、アンテナ導体部３が３つの場合には、極となる共振周波数が３つ存在する周波数特性を生じさせる。

なお、複数のアンテナ導体部３の電気長の相違、即ち共振周波数の相違は近接していることが好ましい。各々の共振周波数の相違が余りに大きいと図１３に表されるような周波数特性において、極同士があまりにも離れすぎるため、極と極との間の利得の落ち込みが大きくなりすぎて、利得が不十分となってしまい、結果として不十分な性能のチップアンテナ１となってしまうためである。図１４に示される周波数特性のようになってしまい、帯域ｆΔは広がっているが、極間の利得の落ち込みが激しくなってしまい、性能として不十分であることがわかる。

これらより、基体２に設けられた複数のアンテナ導体部３は相互共振でき、漏れ電流が発生する程度の近接距離内に収まって配置されていることが好ましく、更に、共振周波数の相違（即ち電気長の相違）も、一定の周波数に収まっていることが好ましい。具体的には１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の範囲に収まる程度が好ましい。これにより、極間での利得の落ち込みを低減し、利得的にも充分でありながら、広帯域のチップアンテナ１を実現することができる。

このように、一つの基体２に複数のアンテナ導体部３が設けられ、これらの内の少なくとも一つに給電端子４が接続された簡易な構造であっても、複数のアンテナ導体部３の電気長をそれぞれ相違させ、更に相互に近接させて配置することで、図１３に示されるような周波数特性を示す、広帯域のチップアンテナ１が実現されるものである。

なお、基体２に複数のアンテナ導体部３を設けた場合に、その数を多くすればするほど共振周波数の極が多くなって、より帯域を広げることが可能となるが、あまりに極を多くしすぎると全体として利得低下が大きくなってしまったり、アンテナ導体部３において最大間隔が大きくなってしまい、相互共振や漏れ電流を利用した受信が困難となる。このため、一定の数以下にしておくことが好ましい。あるいは、非常に多数のアンテナ導体部３を形成する場合には、一定間隔置きにアンテナ導体部３に対して給電端子４を接続するなども好適である。

次に、このような広帯域のチップアンテナ１を実現する場合に、基体２におけるアンテナ導体部３の配置について説明する。

アンテナ導体部３は、相互共振と漏れ電流の発生を生じさせるために、相互に近接して配置されることが好ましいが、周波数特性上から給電端子４に接続されるアンテナ導体部３が、複数のアンテナ導体部３の中での中央周波数となることが好ましい。

即ち、図１３においては、中位となる周波数であるｆ１が中央周波数であり、これの前後に他の共振周波数の極が広がる形態が好ましい。ｆ１が最も利得が高く、他の共振周波数の極がなだらかにつながることが、広帯域の面でも利得の面でも好ましいからである。

このため、中位となる周波数ｆ１の利得をもっとも高くするためには、この共振周波数ｆ１を有するアンテナ導体部３に給電端子４を接続することが好ましい。即ち、相違する電気長をもつ複数のアンテナ導体部３において、その電気長が中位の長さを有するアンテナ導体部３に給電端子４を接続することが好ましい。

また、共振周波数ｆ１に順々に近い共振周波数が接続されていくことで、広帯域化が実現されるものであるから、ｆ１を有して給電端子４に接続されているアンテナ導体部３と隣接するアンテナ導体部３は、共振周波数が他のアンテナ導体部３の共振周波数よりも近接した状態であることが好ましい。即ち電気長の相違するアンテナ導体部３の配置において、隣接するアンテナ導体部３の電気長の相違量は最小であり、最も離れた位置に配置されるアンテナ導体部３の電気長の相違量は最大であることが好ましい。このように配置することで、給電端子４を基準にして、中位となる周波数ｆ１の前後にｆ２やｆ３の周波数がなだらかにつながることになって、図１３に示されるように広帯域化が実現されたチップアンテナ１の周波数特性を得ることができる。

即ち、基体２において給電端子４に、中位の電気長を有するアンテナ導体部３を接続して配置し、これを中央として、その左右（あるいは上下など周囲に）電気長の相違量の小さい順に並べて配置することが、最適な形態となる。例えば、基体２の上面の一方の端から線状のパターン導体によるアンテナ導体部３を並べ、この並べ方を電気長の短いアンテナ導体部３から、順々に電気長の長いアンテナ導体部３へと並べる。更に、これら並べられたアンテナ導体部３の中で中央部分に位置するアンテナ導体部３に給電端子４を接続することで、最適な共振周波数分布が実現される。

これにより、最適な周波数特性を得ることができる（即ち、利得の減少を最小にしたうえで、広帯域化を実現する）チップアンテナ１が実現される。

なお、これ以外の配置であってもよく、同様に広帯域化が実現されるのはもちろんであり、アンテナ導体部３同士を、基体２の面上だけではなく、内部と表面、あるいは異なる面上に形成することで、最適なアンテナ導体部３の配置を実現することも好適である。

また、アンテナ導体部３の全てに給電端子４を接続して共通給電状態として、図１３に示されるような周波数特性を得て、広帯域化を実現することも好適である。この場合には、アンテナ導体部３の配置において、漏れ電流などを考慮する必要が無くなり、基体２において自由に配置することが可能となって、広帯域化を実現することができる。但し、共通給電ではなく、漏れ電流を利用する場合には、消費電力が少なくて済むというメリットがある。

以上のように、基体２に複数のアンテナ導体部３を形成し、アンテナ導体部３の形状や形態などを相違させて電気長、即ち共振周波数を相違させ、相互共振と漏れ電流により、全てのアンテナ導体部３を動作させることで、図１３に示されるような周波数特性を得ることができて、容易に広帯域化が実現されるものである。

また、このチップアンテナ１は、基本単位として一つの基体２から形成されているので、実装素子として容易に実用でき、特に面実装も可能であって、様々な電子機器への応用が容易に実現されるメリットがある。また、何よりも小型のチップアンテナ１とすることができるものである。

これにより、従来のように複数のアンテナとこれに対応する復調回路などを設けることが不要となって、電子機器の小型化に貢献でき、大量のデータ通信を実現するための広帯域の実装可能なチップアンテナが実現されるものである。

更に、チップアンテナ１は基体２から形成されているので、面実装が可能で、電子基板に直接実装することが可能となる。このため、基板実装が必要な内蔵型アンテナなどに最適であり、自動実装機を用いた実装も可能となるため、製造工程も簡略化でき、機器の低コスト化を実現することもできるものである。

（実施の形態２）
実施の形態２においては、チップアンテナ１を用いた電子機器について説明する。

図１５は本発明の実施の形態２における受信装置の構成図である。４０は受信装置、４１はチップアンテナ、４２は周波数弁別器、４３は検波部、４４はデータ復調部、４５は誤り検出部である。なお、誤り検出部４５が誤り訂正まで行う誤り訂正部に置き換わってもよい。また、チップアンテナ４１は、実施の形態１で説明したチップアンテナ１と同等のものである。

まず、受信装置４０の動作について説明する。

チップアンテナ４１において、電波信号が受信され、受信された信号は周波数弁別器４２に伝送される。このとき、チップアンテナ４１では、実施の形態１で説明したとおり広帯域受信が実現されているので、高伝送レートなどの非常に広い帯域に渡ってデータ通信がなされる場合に適切である。このような広帯域受信が可能なチップアンテナ４１により、必要な帯域のすべてを受信することができ、受信した信号を一括して検波、復調することができるため、余分な回路構成が不要で、復調データの再構築などの処理手順が不要となるメリットがある。

周波数弁別器４２では、受信したい周波数の信号が取り出される。周波数弁別器４２からの信号は検波部４３に伝送される。検波部４３では同期検波や遅延検波などにより、搬送波から必要な信号波形が抽出される。検波部４３で抽出された信号はデータ復調部４４に伝送され、変調されていたデータが復調される。例えば位相変調されていたデジタルデータが、直交平面でのデマッピングにより元のデジタルデータに復調される。あるいは周波数変調されていたデジタルデータが、変調周波数の違いから、２値の信号である「１」、「０」として復調される。データ復調部４４で復調されたデータについては、必要に応じて誤り検出部４５で誤り検出がなされる。例えば、巡回符号検査（以下、「ＣＲＣ」という）やパリティ符号などにより誤り検出がなされる。具体的には、送信側で付されるパリティ符号と、実際に復調されたデータの偶数パリティや奇数パリティなどとの一致を検出する。あるいは、復調されたデータについて生成多項式で除算して、剰余を確認することで検出される。誤りが検出された場合には、データの再送を要求するなどの処理が行われる。

あるいは、ビタビ復号やリードソロモン復号により誤り訂正を行うこともよい。この場合には、検出された誤りを訂正することも可能なので、データの再送要求などが不要とな
り、受信性能が高まる結果となる。

なお、必要に応じてチップアンテナ４１の後段に低ノイズの増幅器を実装したり、ダウンコンバージョン部を実装したりすることも好適である。非常に高周波の無線通信の場合には、検波やデータ復調を行う際に、高周波では困難な場合もあるので、ダウンコンバージョンにより、一旦中間周波数に周波数を低減させることが適切な場合があるからである。

以上のような受信装置４０により、広帯域を必要とする高伝送レートのデータ通信での受信を、少ない回路構成で実現することが可能となる。

また、実施の形態１で説明したとおり、チップアンテナ４１は小型でありながら広帯域を実現しているため、受信装置４０の小型化を阻害することなく大量のデータ伝送処理が実現できる。

更に、チップアンテナ４１は面実装が容易なアンテナであるため、装置内部への組み込みや実装が容易に実現でき、受信装置の製造工程も簡略化できる結果、低コストも実現できるものである。

本発明は、基体と、基体の外部、もしくは内部、もしくは両方に設けられた複数のアンテナ導体部と、複数のアンテナ導体部の少なくとも一つに信号電流が給電される給電端子を有するチップアンテナであって、複数のアンテナ導体部の各々の電気長が相違する構成により、広帯域化を実現することができ、広帯域を必要とする高伝送レートの通信を実現することが必要な用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの斜視図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの周波数特性図 本発明の実施の形態１におけるチップアンテナの周波数特性図 本発明の実施の形態２における受信装置の構成図 従来の技術におけるチップアンテナの斜視図 従来の技術におけるアンテナを含む通信装置の構成図

符号の説明

１ チップアンテナ
２ 基体
３ アンテナ導体部
４ 給電端子
５ パターン導体
６ 導電膜
７ 立体導電体
８ トリミング導電体
９ メアンダ状アンテナ導体部
１０ 波状アンテナ導体部
１１ 屈曲状アンテナ導体部
２０ 保護膜
４０ 受信装置
４１ チップアンテナ
４２ 周波数弁別器
４３ 検波部
４４ データ復調部
４５ 誤り検出部
１００ 通信装置
１０１、１０２、１０３、１０４ 狭帯域アンテナ
１０５、１０６、１０７、１０８ 伝送路
１０９ 送受信部
１１０ チップアンテナ
１１１ アンテナ導体部
１１２ 給電端子
１１３ 負荷容量

Claims (28)

1. 基体と、
   前記基体の外部、もしくは内部、もしくは両方に設けられた複数のアンテナ導体部と、
   前記複数のアンテナ導体部の少なくとも一つに信号電流が給電される給電端子を有するチップアンテナであって、
   前記複数のアンテナ導体部の各々の電気長が相違することを特徴とするチップアンテナ。
2. 前記複数のアンテナ導体部が、導電性材料で形成されたパターン導体であることを特徴とする請求項１に記載のチップアンテナ。
3. 前記複数のアンテナ導体部が、導電性材料で形成された導電膜であることを特徴とする請求項１に記載のチップアンテナ。
4. 前記複数のアンテナ導体部が、前記基体表面に貼り付け、もしくは埋め込み、もしくは前記基体内部に積層、もしくは挿入されている立体導電体であることを特徴とする請求項１に記載のチップアンテナ。
5. 前記複数のアンテナ導体部が、前記基体表面上を覆う導電膜に形成されたトリミング溝により形成されたトリミング導電体であることを特徴とする請求項１に記載のチップアンテナ。
6. 前記複数のアンテナ導体部が、線状、もしくは平面状、もしくは棒状、もしくはメアンダ状、もしくはスパイラル状、もしくはくし型状、もしくは波形状、もしくは屈曲状、もしくは立体状の形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のチップアンテナ。
7. 前記複数のアンテナ導体部が全て電気長の異なる同一形状を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載のチップアンテナ。
8. 前記複数のアンテナ導体部が、線状、もしくは平面状、もしくは棒状、もしくはメアンダ状、もしくはスパイラル状、もしくはくし型状、もしくは波型状、もしくは屈曲状、もしくは立体状の形状の内、少なくとも２以上の種類の形状を含むことを特徴とする請求項１〜６いずれか１に記載のチップアンテナ。
9. 前記複数のアンテナ導体部が全てパターン導体、もしくは全てが導電膜である、もしくは全てが立体導電体である、もしくは全てがトリミング導電体であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載のチップアンテナ。
10. 前記複数のアンテナ導体部が、パターン導体、もしくは導電膜、もしくは立体導体、もしくはトリミング導体のうち、少なくとも２以上の種類を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載のチップアンテナ。
11. 前記複数のアンテナ導体部が相互に近接することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１に記載のチップアンテナ。
12. 前記複数のアンテナ導体部の近接は、相互に共振可能である距離をもって近接していることを特徴とする請求項１１に記載のチップアンテナ。
13. 前記複数のアンテナ導体部の近接は、相互に漏れ電流が発生する距離に収まることを特徴
    とする請求項１１に記載のチップアンテナ。
14. 前記複数のアンテナ導体部の電気長による共振周波数が近接していることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１に記載のチップアンテナ。
15. 前記複数のアンテナ導体部の共振周波数の相違が１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１４に記載のチップアンテナ。
16. 前記複数のアンテナ導体部の電気長が相違することで、各アンテナ導体部の有する共振周波数が相違することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１に記載のチップアンテナ。
17. 前記複数のアンテナ導体部の少なくとも一部が、パターン導体、もしくは導電膜、もしくは立体導電体、もしくはトリミング導電体のいずれかであり、その長さ、もしくは幅、もしくは厚さを異ならせて電気長を相違させたことを特徴とする請求項１〜１６いずれか１に記載のチップアンテナ。
18. 前記複数のアンテナ導体部の少なくとも一部にトリミング導電体が用いられ、前記トリミング溝の幅、もしくは深さ、もしくは長さを変えることで、前記複数のアンテナの各々の電気長を相違させたことを特徴とする請求項１〜１６いずれか１に記載のチップアンテナ。
19. 前記複数のアンテナ導体部において、各アンテナ導体部を、線状、もしくは平面状、もしくは棒状、もしくはメアンダ状、もしくはスパイラル状、もしくはくし型状、もしくは波型状、もしくは屈曲状、もしくは立体状の形状のいずれかを使い分けることで、各アンテナ導体部の電気長を異ならせたことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１に記載のチップアンテナ。
20. 前記基体が柱状であり、前記複数のアンテナ導体部が、前記基体の相違する面に形成されていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１に記載のチップアンテナ。
21. 前記近接して形成された複数のアンテナ導体部において、最も近接するアンテナ導体部の電気長の相違量が、前記基体に設けられた複数のアンテナ導体部の電気長の相違量の中で最小であることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１に記載のチップアンテナ。
22. 前記近接して形成された複数のアンテナ導体部において、最も離れたアンテナ導体部の電気長の相違量が、前記基体に設けられた複数のアンテナ導体部の電気長の相違量の中で最大であることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１に記載のチップアンテナ。
23. 前記基体において、前記複数のアンテナ導体部の内、最も電気長の長いアンテナ導体部と、最も電気長の短いアンテナ導体部が最も離れた位置に配置されることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１に記載のチップアンテナ。
24. 前記給電端子が、前記複数のアンテナ導体部において、各々相違する複数の共振周波数の中位となる周波数を有するアンテナ導体部に接続されることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１に記載のチップアンテナ。
25. 前記給電端子が、前記複数のアンテナ導体部のうち、中位の電気長を有するアンテナ導体部に接続されることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１に記載のチップアンテナ。
26. 前記給電端子が、前記基体に形成されていることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか
    １に記載のチップアンテナ。
27. 前記基体が誘電体から形成されていることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１に記載のチップアンテナ。
28. 前記基体において、少なくとも前記アンテナ導体部に保護膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜２７いずれか１に記載のチップアンテナ。

Images