JP2006050340A - 表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面実装型アンテナを小型化する。
【解決手段】 誘電体ブロック１１と、誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａに形成された放射電極１２と、誘電体ブロック１１の他方の主面１１ｂに形成されたグランド電極１３と、誘電体ブロック１１の側面１１ｃに形成され、放射電極１２と電磁界的に結合する給電電極１４とを備える。このように、本発明では給電電極１４が誘電体ブロック１１の側面１１ｃに形成されていることから、誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａのサイズを従来に比べて小さくすることができる。これにより、よりいっそうの小型化を実現することが可能となることから、プリント基板等に実装した場合、従来に比べて実装面積を縮小することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置に関し、特に、小型化に適した表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置に関する。

無線装置に用いられるアンテナとしては、特許文献１に開示されているように、誘電体ブロックと、その一方の主面に形成された放射電極と、誘電体基板の他方の主面に形成されたグランド電極と、誘電体ブロックの一方の主面から他方の主面へ貫通して配設された給電ピンとを備えたパッチアンテナが最も一般的である。

しかしながら、特許文献１に記載されたアンテナは、誘電体ブロックを貫通する給電ピンによって放射電極へ給電を行う構造であることから、プリント基板等への表面実装が困難であるばかりでなく、給電ピンや、固定のための両面テープなどの部材が必要であり、部品点数が多くなるという問題があった。また、給電ピンを固定するための半田付け工程が必要であることから、製造コストも高くなるという問題もあった。

このような問題を解決する手法として、特許文献２には、誘電体ブロックの一方の主面（放射電極が形成されている面）に、放射電極と所定のギャップを有する給電電極を設ける手法が提案されている。この構造によれば、誘電体ブロックを貫通する給電ピンを用いる必要がなくなることから、表面実装が容易となり、無線装置の小型化や低背化を実現することが可能となる。
特開２００３−２８９２１９号公報 特開平１１−７４７２１号公報

しかしながら、特許文献２に記載された表面実装型アンテナは、誘電体ブロックの一方の主面（放射電極が形成されている面）に給電電極が設けられていることから、その分、誘電体ブロックの主面の面積が大きくなり、実装面積が増大するという問題があった。しかも、円偏波を放射する場合、特許文献２に記載された表面実装型アンテナでは、誘電体ブロックの一方の主面において、右旋偏波を放射するための導体パターンと左旋偏波を放射するための導体パターンが互いに異なるため、それぞれ異なるスクリーンマスクを用いてこれら導体パターン（放射電極及び給電電極）を誘電体ブロックの一方の主面に形成する必要があった。

したがって、本発明の目的は、よりいっそう小型化することが可能な表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、右旋偏波用の放射導体と左旋偏波用の放射導体とを同じスクリーンマスクを用いて作製することが可能な表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置を提供することである。

本発明による表面実装型アンテナは、誘電体ブロックと、前記誘電体ブロックの一方の主面に形成された放射電極と、前記誘電体ブロックの他方の主面に形成されたグランド電極と、前記誘電体ブロックの前記一方の主面及び前記他方の主面とは異なる面に形成され、前記放射電極と電磁界的に結合する少なくとも一つの給電電極とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、給電電極が誘電体ブロックの一方の主面及び他方の主面とは異なる面に形成されていることから、誘電体ブロックの一方の主面のサイズを従来に比べて小さくすることができる。これにより、よりいっそうの小型化を実現することが可能となることから、プリント基板等に実装した場合、従来に比べて実装面積を縮小することが可能となる。さらに、共振周波数の調整と軸比及びインピーダンスの調整をほぼ独立して行うことができることから、設計が容易になるというメリットを得ることも可能となる。

しかも、誘電体ブロックの一方の主面に形成する電極が放射電極のみであれば、右旋偏波用の放射導体と左旋偏波用の放射導体を同じスクリーンマスクを用いて形成することができる。これによれば、製造コストをほとんど増大させることなく、右旋偏波用の表面実装型アンテナと左旋偏波用の表面実装型アンテナとを作り分けることが可能となる。

給電電極が形成された面は、誘電体ブロックの前記一方の主面及び前記他方の主面に対してほぼ垂直な側面であることが好ましい。これによれば、誘電体ブロックに貫通孔などを形成することなく、給電電極を配置することが可能となる。

給電電極は、略Ｔ字状であることが好ましい。これによれば、軸比及びインピーダンス調整が容易となるとともに、左右対称であることから配線距離を最短化することが可能となる。

給電電極は、誘電体ブロックの第１の側面に形成された第１の給電電極と、誘電体ブロックの第２の側面に形成された第２の給電電極とを含んでいても構わない。この場合、放射電極が円偏波を放射可能な平面形状を有していれば、第１の給電電極を介して右旋偏波を送受信することができ、第２の給電電極を介して左旋偏波を送受信することができる。つまり、右旋偏波用の表面実装型アンテナと左旋偏波用の表面実装型アンテナを作り分けることなく、同じ構造を有する表面実装型アンテナを右旋偏波用としても左旋偏波用としても使用することが可能となる。一方、放射電極が直線偏波を放射可能な平面形状を有している場合には、第１及び第２の給電電極の一方に９０°位相器を接続することにより、円偏波を放射することが可能となる。

また、本発明による無線装置は、上述した表面実装型アンテナと、表面実装型アンテナの放射電極に接続されたＲＦ部と、ＲＦ部に接続された信号処理部とを備えることを特徴とする。このような無線装置は、実装面積が小さく且つ実装が容易な表面実装型アンテナを用いていることから、小型化と低コスト化を両立させることが可能となる。

このように、本発明によれば、表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置をよりいっそう小型化することが可能となる。また、右旋偏波用の放射導体と左旋偏波用の放射導体とを同じスクリーンマスクを用いて作製することできるので、低コスト化を実現することも可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による表面実装型アンテナ１０の構造を示す略斜視図であり、（ａ）は上側斜め方向から見た図、（ｂ）は下側斜め方向から見た図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ１０は、直方体である板状の誘電体ブロック１１と、誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａに形成された放射電極１２と、誘電体ブロック１１の他方の主面１１ｂに形成されたグランド電極１３と、誘電体ブロック１１の側面１１ｃに形成された給電電極１４とを備えて構成されている。

誘電体ブロック１１の材料としては、目的とする周波数に応じて適宜選択すればよいが、十分な利得を確保しつつ誘電体ブロック１１を小型化するためには、例えば、比誘電率εｒが２０〜２５程度の材料を用いて誘電体ブロック１１を形成することが好ましい。比誘電率εｒが２０〜２５程度である材料としては、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックを好ましく挙げることができる。Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックとしては、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ_２を含有するＭｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックを用いることが特に好ましい。

放射電極１２は、誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａに形成されており、その平面形状は、角部の切り欠き１２ａを除きほぼ正方形である。切り欠き１２ａは、円偏波を発生させるために設けられており、本例では、給電電極１４から見て右側奥の角と左側手前の角に切り欠き１２ａが設けられていることから、これにより、右旋偏波を放射可能に構成されている。

グランド電極１３は、給電電極１４の端部近傍に設けられた切り欠き１３ａを除き、誘電体ブロック１１の他方の主面１１ｂのほぼ全面に形成されている。切り欠き１３ａは、給電電極１４とグランド電極１３とがショートするのを防止するために設けられている。実際にプリント基板等に実装する際には、グランド電極１３が設けられている側がプリント基板等と対向する実装面となる。

給電電極１４は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、その平面形状が略Ｔ字状である。Ｔ字の横棒部分１４ａは、放射電極１２の一辺と対向するよう誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａと隣接する部分に配置されており、Ｔ字の縦棒部分１４ｂは、横棒部分１４ａの長手方向の中央から、誘電体ブロック１１の他方の主面１１ｂと隣接する部分に亘って配置されている。給電電極１４は放射電極１２と直接接していないが、電磁界的な結合により、放射電極１２に対して給電を行うことができる。

尚、放射電極１２、グランド電極１３及び給電電極１４の材料としては、特に限定されるものではないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）又はその合金（銀パラジウム、銀白金等）等を含むペーストなど用いることができ、スクリーン印刷法を用いて形成することが好ましい。

以上が本実施形態による表面実装型アンテナ１０の構成である。このように、本実施形態による表面実装型アンテナ１０は、誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａには放射電極１２のみが形成されており、給電電極１４は、誘電体ブロック１１の側面１１ｃに形成されている。これにより、誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａのサイズを従来に比べて小さくすることができることから、よりいっそうの小型化を実現することが可能となる。したがって、プリント基板等に実装した場合、従来に比べ、実装面積を縮小することが可能となる。

しかも、誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａに形成されている電極は放射電極１２のみであることから、放射電極１２の形状を簡単に変更することができる。つまり、図１に示した表面実装型アンテナ１０では、給電電極１４から見て右側奥の角と左側手前の角に切り欠き１２ａが設けられており、これによって右旋偏波を放射可能に構成されているが、図２に示すように、給電電極１４から見て左側奥の角と右側手前の角に切り欠き１２ａを設ければ、左旋偏波を放射することが可能となる。この場合、右旋偏波用と同じスクリーンマスクを用い、その向きを変更するだけでよいことから、製造コストをほとんど増大させることなく、右旋偏波用の表面実装型アンテナと左旋偏波用の表面実装型アンテナとを作り分けることが可能となる。

図３は、本実施形態による表面実装型アンテナ１０を用いた無線装置１００の構成を模式的に示す図である。

図３に示すように、無線装置１００は、給電電極１４に接続されたＲＦ部１１０と、ＲＦ部１１０に接続された信号処理部１２０と、信号処理部１２０に接続されたインターフェース部１３０とを備えている。これにより、表面実装型アンテナ１０が受信した信号は、ＲＦ部１１０によって信号処理可能な形式に変換された後、信号処理部１２０によって処理され、インターフェース部１３０より出力される。同様に、インターフェース部１３０より入力された信号は、信号処理部１２０によって処理された後、ＲＦ部１１０によって高周波信号に変換された後、表面実装型アンテナ１０より放出される。インターフェース部１３０としては、スピーカ、ディスプレイ、プリンタなどの出力装置や、マイク、キーボード、マウスなどの入力装置を挙げることができる。また、図示しないが、信号処理部１２０には、ハードディスク装置やＣＤ−ＲＯＭドライブなどの記録装置をさらに接続することも可能である。

このような無線装置１００は、実装面積が小さく且つ実装が容易な表面実装型アンテナ１０を用いていることから、円偏波が利用される各種の無線装置、例えば、ＧＰＳ装置（Global Positioning System）、ＥＴＣ装置（Electronic Toll Collection System）、衛星ラジオ等の無線装置を小型化・低コスト化することが可能となる。

尚、上記実施形態による表面実装型アンテナ１０では、角部の切り欠き１２ａを除き、放射電極１２の平面形状がほぼ正方形であるが、円偏波を放射するための放射電極１２の形状としては、これ以外の種々の形状を用いることができる。例えば、図４に示すように、放射電極１２の平面形状を切り欠きや突起のない長方形としたり、図５に示すように、対向する角部に突起１２ｂが設けられた正方形としたり、図６に示すように、対向する位置に切り欠き１２ｃが設けられた円形としたり、図７に示すように、対向する位置に突起１２ｄが設けられた円形としたり、図８に示すように、切り欠きや突起のない楕円形とすることも可能である。

図４乃至図８に示した例は、いずれも右旋偏波を放射する例であるが、これら放射電極１２を９０°回転させれば左旋偏波を放射させることが可能となる。この場合も、同じスクリーンマスクを用い、その向きを変更するだけでよい。

また、上記実施形態による表面実装型アンテナ１０では、給電電極１４の平面形状が略Ｔ字状であるが、給電電極１４の平面形状については、軸比やインピーダンスなどを考慮して適宜変更しても構わない。例えば、図９に示すように、給電電極１４の平面形状を略Ｌ字型としても構わないし、図１０に示すように一定幅の直線状（長方形）としても構わないし、図１１に示すようにＴ字の横棒部分１４ａ（図１参照）を半円形に置き換えた形状としても構わないし、図１２に示すようにＴ字の横棒部分１４ａ（図１参照）を三角形に置き換えた形状としても構わない。すなわち、軸比やインピーダンスは給電電極１４の辺のうち、誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａと隣接する辺の長さによってほぼ決まることから、この辺が直線的であり且つ誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａと隣接するように配置されていれば、どのような形状であっても構わない。但し、軸比やインピーダンスの調整が容易である点や、左右対称とすることにより配線距離を最短化することができる点などを考慮すれば、図１に示したように、給電電極１４の平面形状を略Ｔ字状とすることが最も好ましい。

図１３は、本発明の好ましい他の実施形態による表面実装型アンテナ２０の構造を示す略斜視図であり、（ａ）は上側斜め方向から見た図、（ｂ）は下側斜め方向から見た図である。

図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ２０は、誘電体ブロック１１の側面１１ｄに形成された給電電極１５をさらに備え、給電電極１５の近傍においてグランド電極１３に切り欠き１３ｂがさらに設けられている点において、上記実施形態による表面実装型アンテナ１０と異なる。その他の点は、上記実施形態による表面実装型アンテナ１０と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

給電電極１４（第１の給電電極）が設けられている側面１１ｃ（第１の側面）と給電電極１５（第２の給電電極）が設けられている側面１１ｄ（第２の側面）は互いに隣り合う側面であり、したがって、これらは９０°の角度を成す。このため、本実施形態による表面実装型アンテナ２０は、給電電極１４を介して右旋偏波を送受信することができ、給電電極１５を介して左旋偏波を送受信することができる。すなわち、本実施形態によれば、右旋偏波用の表面実装型アンテナと左旋偏波用の表面実装型アンテナを作り分けることなく、同じ構造を有する表面実装型アンテナを右旋偏波用としても左旋偏波用としても使用することが可能となる。これにより、さらなる低コスト化を実現することが可能となる。

図１４は、本発明の好ましいさらに他の実施形態による表面実装型アンテナ３０の構造を示す略斜視図である。

図１４に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ３０は、放射電極１２の平面形状が正方形であり、切り欠きが設けられていない点において、上記実施形態による表面実装型アンテナ２０と異なる。その他の点は、上記実施形態による表面実装型アンテナ２０と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図示しないが、本実施形態による表面実装型アンテナ３０を下側斜め方向から見た状態は、図１３（ｂ）に示す状態と同一である。

図１５は、本実施形態による表面実装型アンテナ３０を用いた無線装置２００の構成を模式的に示す図である。

図１５に示すように、無線装置２００は、給電電極１４、１５とＲＦ部１１０との間に信号分配器２１０が設けられ、さらに、信号分配器２１０と給電電極１５との間に９０°位相器２２０が設けられている点において、図３に示した無線装置１００と異なる。これにより、ＲＦ部１１０からの信号は信号分配器２１０によって２つに分配された後、給電電極１４には直接、給電電極１５には９０°位相器２２０により位相を９０°ずらして供給されることから、放射電極１２において直交する２方向で共振が生じ、これにより円偏波を放射することが可能となる。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記各実施形態では、いずれも円偏波を放射する表面実装型アンテナについて説明したが、本発明はこれに限定されず、直線偏波を放射するタイプの表面実装型アンテナに適用することも可能である。この場合は、直線偏波が利用される各種の無線装置、例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、ブルートゥース機器等の無線装置を小型化・低コスト化することが可能となる。

図１６は、直線偏波を放射するタイプの表面実装型アンテナ４０の構造を示す略斜視図である。図１６に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ４０は、放射電極１２の平面形状が正方形であり、切り欠きが設けられていない点において、上記実施形態による表面実装型アンテナ１０（図１参照）と異なっている。このような構成によれば、上記各実施形態とは異なり、直線偏波を放射することが可能となる。

図１７は、直線偏波を放射するタイプの表面実装型アンテナ５０の構造を示す略斜視図である。図１７に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ５０は、誘電体ブロック１１の隣接する側面１１ｃ，１１ｄに略Ｌ字型の給電電極１４，１５をそれぞれ設け、これらを角部で一体化させることにより、全体として給電電極１４，１５をＴ字状としている点において、上述した表面実装型アンテナ４０（図１６参照）と異なっている。このような構成においても、直線偏波を放射することが可能となる。

また、上記各実施形態では、いずれも誘電体ブロック１１が直方体形状であるが、これが円柱状など他の形状であっても構わない。この場合も、給電電極を誘電体ブロックの一方の主面及び他方の主面とは異なる面に形成すれば、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

図１８は、誘電体ブロック１１が円柱状である表面実装型アンテナ６０の構造を示す略斜視図である。図１８に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ６０は、円柱状の誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａに円形の放射電極１２が設けられており、放射電極１２の対向する位置に突起１２ｄが設けられている。給電電極１４については略Ｔ字状である。このような構成においても、右旋偏波を放射することが可能となる。

本発明の好ましい実施形態による表面実装型アンテナ１０の構造を示す略斜視図であり、（ａ）は上側斜め方向から見た図、（ｂ）は下側斜め方向から見た図である。 左旋偏波を放射する表面実装型アンテナ１０の構造を示す略斜視図である。 表面実装型アンテナ１０を用いた無線装置１００の構成を模式的に示す図である。 放射電極１２の平面形状を切り欠きや突起のない長方形とした例を示す図である。 放射電極１２の平面形状を角部に突起が設けられた正方形とした例を示す図である。 放射電極１２の平面形状を対向する位置に切り欠きが設けられた円形とした例を示す図である。 放射電極１２の平面形状を対向する位置に突起が設けられた円形とした例を示す図である。 放射電極１２の平面形状を切り欠きや突起のない楕円形とした例を示す図である。 給電電極１４の平面形状を略Ｌ字型とした例を示す図である。 給電電極１４の平面形状を一定幅の直線状（長方形）とした例を示す図である。 給電電極１４の平面形状を半円形を含む形状とした例を示す図である。 給電電極１４の平面形状を三角形を含む形状とした例を示す図である。 本発明の好ましい他の実施形態による表面実装型アンテナ２０の構造を示す略斜視図であり、（ａ）は上側斜め方向から見た図、（ｂ）は下側斜め方向から見た図である。 本発明の好ましいさらに他の実施形態による表面実装型アンテナ３０の構造を示す略斜視図である。 表面実装型アンテナ３０を用いた無線装置２００の構成を模式的に示す図である。 直線偏波を放射するタイプの表面実装型アンテナ４０の構造を示す略斜視図である。 直線偏波を放射するタイプの表面実装型アンテナ５０の構造を示す略斜視図である。 誘電体ブロック１１が円柱状である表面実装型アンテナ６０の構造を示す略斜視図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０，６０ 表面実装型アンテナ
１１ 誘電体ブロック
１１ａ 誘電体ブロックの一方の主面
１１ｂ 誘電体ブロックの他方の主面
１１ｃ 誘電体ブロックの側面（第１の側面）
１１ｄ 誘電体ブロックの側面（第２の側面）
１２ 放射電極
１２ａ，１２ｃ 切り欠き
１２ｂ，１２ｄ 突起
１３ グランド電極
１３ａ，１３ｂ 切り欠き
１４，１５ 給電電極
１４ａ 横棒部分
１４ｂ 縦棒部分
１００，２００ 無線装置
１１０ ＲＦ部
１２０ 信号処理部
１３０ インターフェース部
２１０ 信号分配器
２２０ 位相器

Claims (7)

1. 誘電体ブロックと、前記誘電体ブロックの一方の主面に形成された放射電極と、前記誘電体ブロックの他方の主面に形成されたグランド電極と、前記誘電体ブロックの前記一方の主面及び前記他方の主面とは異なる面に形成され、前記放射電極と電磁界的に結合する少なくとも一つの給電電極とを備えることを特徴とする表面実装型アンテナ。
2. 前記異なる面は、前記誘電体ブロックの前記一方の主面及び前記他方の主面に対してほぼ垂直な側面であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装型アンテナ。
3. 前記給電電極は、略Ｔ字状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面実装型アンテナ。
4. 前記給電電極は、前記誘電体ブロックの第１の側面に形成された第１の給電電極と、前記誘電体ブロックの第２の側面に形成された第２の給電電極とを含んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表面実装型アンテナ。
5. 前記放射電極は、円偏波を放射可能な平面形状を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表面実装型アンテナ。
6. 前記誘電体ブロックの前記一方の主面には、前記放射電極のみが形成されており、他の電極が形成されていないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表面実装型アンテナ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表面実装型アンテナと、前記表面実装型アンテナの前記放射電極に接続されたＲＦ部と、前記ＲＦ部に接続された信号処理部とを備えることを特徴とする無線装置。

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