JP2008178154A - アンテナ - Google Patents

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Abstract

【課題】小型で広帯域を確保できるアンテナを得る。
【解決手段】給電端子５，６と、互いに磁気結合する少なくとも二つのインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を備えたアンテナ。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は層間で接続したコイルでそれぞれ構成され、巻回軸がそれぞれ平行である。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を構成する電極（１６ａ，１７ａ）〜（１６ｄ，１７ｄ）はそれぞれ互いに隣接して配置されている。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は電波の放射に使用する。
【選択図】図２

Description

本発明はアンテナ、特に、小型で広帯域な表面実装型のアンテナに関する。
従来、携帯電話などの移動体通信に使用される小型アンテナとして、特許文献１には、細長い絶縁性の本体部に励振コイルをヘリカル状に巻き付けるとともに、該励振コイルに隣接するように第１、第２の無給電コイルを本体部にヘリカル状に巻き付けることにより、２周波数帯での動作が可能なヘリカルアンテナが開示されている。
しかしながら、前記ヘリカルアンテナは、動作可能な２周波数帯の間隔が数百ＭＨｚ以上離れており、二つの周波数帯を１００ＭＨｚ以下の近傍に近付けることはできない。また、一つの周波数帯の帯域幅は単一コイルで形成したヘリカルアンテナに比較して広くなってはいるものの未だ十分な帯域幅を確保することはできていない。
特開２００３−３７４２６号公報
そこで、本発明の目的は、小型で広帯域を確保できるアンテナを提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明は、
給電端子と少なくとも二つのインダクタンス素子とを備えたアンテナであって、
前記少なくとも二つのインダクタンス素子は、層間で接続したコイルでそれぞれ構成され、巻回軸がそれぞれ平行であり、前記コイルを構成する電極はそれぞれ互いに隣接して配置されていること、
を特徴とする。
本発明に係るアンテナにおいては、少なくとも二つのインダクタンス素子をマッチング回路のインダクタンスとして使用することができる。それゆえ、給電端子に接続される機器のインピーダンスと空間のインピーダンス３７７Ωとを実質的に広帯域でマッチングさせることができ、小型でかつ広帯域のアンテナが達成され、表面実装型とすることも可能になる。
本発明に係るアンテナにおいて、前記巻回軸は同じ位置に配置されていてもよい。さらに、キャパシタンス素子を備え、該キャパシタンス素子と前記インダクタンス素子とで複数の共振回路を構成してもよい。また、前記インダクタンス素子は積層基板の表面及び／又は内部に形成され、前記インダクタンス素子のうち少なくとも一つのインダクタンス素子を構成する環状電極は１軸方向に並べた線状電極にて形成されていてもよい。
本発明によれば、電波の放射に使用する複数のインダクタンス素子にて給電端子に接続される機器のインピーダンスと空間のインピーダンス３７７Ωとを実質的に広帯域でマッチングさせることができ、マッチング回路を別途設ける必要がなく、小型で広帯域のアンテナを得ることができる。
以下に、本発明に係るアンテナの実施例について添付図面を参照して説明する。
（第１実施例、図１〜図６参照）
第１実施例であるアンテナ１Ａは、図１に等価回路として示すように、互いに異なるインダクタンス値を有し、かつ、互いに同相で磁気結合（相互インダクタンスＭで示す）されているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を備え、インダクタンス素子Ｌ１はキャパシタンス素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂを介して給電端子５，６と接続され、かつ、キャパシタンス素子Ｃ２ａ，Ｃ２ｂを介してインダクタンス素子Ｌ２と並列に接続されている。換言すれば、この共振回路は、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂとからなるＬＣ直列共振回路と、インダクタンス素子Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ２ａ，Ｃ２ｂとからなるＬＣ直列共振回路を含んで構成されている。
以上の回路構成からなるアンテナ１Ａは、図２に一例として示す積層構造で構成され、誘電体からなるセラミックシート１１ａ〜１１ｉを積層、圧着、焼成したものである。即ち、シート１１ａには給電端子５，６とビアホール導体１９ａ，１９ｂが形成され、シート１１ｂにはキャパシタ電極１２ａ，１２ｂが形成され、シート１１ｃにはキャパシタ電極１３ａ，１３ｂとビアホール導体１９ｃ，１９ｄが形成され、シート１１ｄにはキャパシタ電極１４ａ，１４ｂとビアホール導体１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆが形成されている。
さらに、シート１１ｅには接続用導体パターン１５ａ，１５ｂ，１５ｃとビアホール導体１９ｄ，１９ｇ，１９ｈ，１９ｉが形成されている。シート１１ｆには導体パターン１６ａ，１７ａとビアホール導体１９ｇ，１９ｉ，１９ｊ，１９ｋが形成されている。シート１１ｇには導体パターン１６ｂ，１７ｂとビアホール導体１９ｇ，１９ｉ，１９ｊ，１９ｋが形成されている。シート１１ｈには導体パターン１６ｃ，１７ｃとビアホール導体１９ｇ，１９ｉ，１９ｊ，１９ｋが形成されている。さらに、シート１１ｉには導体パターン１６ｄ，１７ｄが形成されている。
以上のシート１１ａ〜１１ｉを積層することにより、導体パターン１６ａ〜１６ｄがビアホール導体１９ｊを介して接続されてインダクタンス素子Ｌ１が形成され、導体パターン１７ａ〜１７ｄがビアホール導体１９ｋを介して接続されてインダクタンス素子Ｌ２が形成される。キャパシタンス素子Ｃ１ａは電極１２ａ，１３ａで構成され、キャパシタンス素子Ｃ１ｂは電極１２ｂ，１３ｂで構成される。また、キャパシタンス素子Ｃ２ａは電極１３ａ，１４ａで構成され、キャパシタンス素子Ｃ２ｂは電極１３ｂ，１４ｂで構成される。
そして、インダクタンス素子Ｌ１はその一端がビアホール導体１９ｇ、接続用導体パターン１５ｃ、ビアホール導体１９ｃを介してキャパシタ電極１３ａに接続され、その他端がビアホール導体１９ｄを介してキャパシタ電極１３ｂに接続される。インダクタンス素子Ｌ２はその一端がビアホール導体１９ｉ、接続用導体パターン１５ａ、ビアホール導体１９ｅを介してキャパシタ電極１４ａに接続され、その他端がビアホール導体１９ｈ、接続用導体パターン１５ｂ、ビアホール導体１９ｆを介してキャパシタ電極１４ｂに接続される。
また、給電端子５はビアホール導体１９ａを介してキャパシタ電極１２ａと接続され、給電端子６はビアホール導体１９ｂを介してキャパシタ電極１２ｂと接続される。
以上の構成からなるアンテナ１Ａにおいては、互いに磁気的に結合しているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を含むＬＣ直列共振回路が共振し、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２が放射素子として機能する。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２がキャパシタンス素子Ｃ２ａ，Ｃ２ｂを介して結合することで、給電端子５，６に接続される機器のインピーダンス（通常５０Ω）と空間のインピーダンス（３７７Ω）とのマッチング回路として機能する。
隣接するインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の結合係数ｋは、ｋ2＝Ｍ2／（Ｌ１×Ｌ２）で表され、０．１以上が好ましく、本第１実施例においては、約０．８９７５である。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２のインダクタンス値、並びに、インダクタンス素子Ｌ１とインダクタンス素子Ｌ２の磁気結合の度合（相互インダクタンスＭ）は、所望する帯域幅が得られるように設定されるものである。また、キャパシタンス素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂとインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２とからなるＬＣ共振回路を集中定数型共振回路として構成しているため、積層タイプとして小型化することができ、他の素子からの影響が受けにくくなる。さらに、給電端子５，６には、キャパシタンス素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂが介在されているため、低周波数のサージをカットすることができ、機器をサージから保護することができる。
また、複数のＬＣ直列共振回路を積層基板にて形成したため、携帯電話などの基板に表面実装することのできる小型のアンテナとすることができ、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる無線ＩＣデバイスのアンテナとしても使用することができる。
図１に示した等価回路に基づいて本発明者がシミュレーションした結果、アンテナ１Ａにおいては、図３に示す反射特性を得ることができた。図３から明らかなように、中心周波数は７６０ＭＨｚであり、７００〜８００ＭＨｚの広帯域で−１０ｄＢ以上の反射特性が得られた。なお、このように広帯域な反射特性が得られる理由については、後述の第２実施例において詳述する。
また、図４にアンテナ１Ａの指向性について示し、図５にＸ−Ｙ平面での指向性について示す。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は図２及び図４に示す矢印Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する。図６はインピーダンスを示すスミスチャートである。
（第２実施例、図７〜図１０参照）
第２実施例であるアンテナ１Ｂは、図７に等価回路として示すように、互いに異なるインダクタンス値を有し、かつ、互いに同相で磁気結合（相互インダクタンスＭで示す）されているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を備え、インダクタンス素子Ｌ１は一端がキャパシタンス素子Ｃ１を介して給電端子５と接続されるとともに、キャパシタンス素子Ｃ２を介してインダクタンス素子Ｌ２と接続されている。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の他端はそれぞれ直接に給電端子６と接続されている。換言すれば、この共振回路は、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ１とからなるＬＣ直列共振回路と、インダクタンス素子Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ２とからなるＬＣ直列共振回路を含んで構成されており、第１実施例である前記アンテナ１Ａからキャパシタンス素子Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂを省略したものである。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２のインダクタンス値、並びに、インダクタンス素子Ｌ１とインダクタンス素子Ｌ２の磁気結合の度合（相互インダクタンスＭ）は、所望する帯域幅が得られるように設定されるものである。
以上の回路構成からなるアンテナ１Ｂは、図８に一例として示す積層構造で構成され、誘電体からなるセラミックシート１１ａ〜１１ｉを積層、圧着、焼成したものである。即ち、シート１１ａには給電端子５，６とビアホール導体１９ａ，１９ｂが形成され、シート１１ｂにはキャパシタ電極１２ａとビアホール導体１９ｍが形成され、シート１１ｃにはキャパシタ電極１３ａとビアホール導体１９ｃ，１９ｍが形成され、シート１１ｄにはキャパシタ電極１４ａとビアホール導体１９ｃ，１９ｅ，１９ｍが形成されている。
さらに、シート１１ｅには接続用導体パターン１５ａ，１５ｂ，１５ｃとビアホール導体１９ｄ，１９ｇ，１９ｈ，１９ｉが形成されている。シート１１ｆには導体パターン１６ａ，１７ａとビアホール導体１９ｇ，１９ｉ，１９ｊ，１９ｋが形成されている。シート１１ｇには導体パターン１６ｂ，１７ｂとビアホール導体１９ｇ，１９ｉ，１９ｊ，１９ｋが形成されている。シート１１ｈには導体パターン１６ｃ，１７ｃとビアホール導体１９ｇ，１９ｉ，１９ｊ，１９ｋが形成されている。さらに、シート１１ｉには導体パターン１６ｄ，１７ｄが形成されている。
以上のシート１１ａ〜１１ｉを積層することにより、導体パターン１６ａ〜１６ｄがビアホール導体１９ｊを介して接続されてインダクタンス素子Ｌ１が形成され、導体パターン１７ａ〜１７ｄがビアホール導体１９ｋを介して接続されてインダクタンス素子Ｌ２が形成される。キャパシタンス素子Ｃ１は電極１２ａ，１３ａで構成され、キャパシタンス素子Ｃ２は電極１３ａ，１４ａで構成される。
そして、インダクタンス素子Ｌ１はその一端がビアホール導体１９ｇ、接続用導体パターン１５ｃ、ビアホール導体１９ｃを介してキャパシタ電極１３ａに接続され、その他端がビアホール導体１９ｄ、接続用導体パターン１５ｂ、ビアホール導体１９ｍ，１９ｂを介して給電端子６に接続される。また、キャパシタ電極１２ａはビアホール導体１９ａを介して給電端子５に接続される。
一方、インダクタンス素子Ｌ２はその一端がビアホール導体１９ｉ、接続用導体パターン１５ａ、ビアホール導体１９ｅを介してキャパシタ電極１４ａに接続され、その他端がビアホール導体１９ｈ、接続用導体パターン１５ｂ、ビアホール導体１９ｍ，１９ｂを介して給電端子６に接続される。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の他端はそれぞれ接続用導体パターン１５ｂによって接続されている。
以上の構成からなるアンテナ１Ｂにおいては、互いに磁気的に結合しているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を含むＬＣ直列共振回路が共振し、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２が放射素子として機能する。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２がキャパシタンス素子Ｃ２を介して結合することで、給電端子５，６に接続される機器のインピーダンス（通常５０Ω）と空間のインピーダンス（３７７Ω）とのマッチング回路として機能する。
図７に示した等価回路に基づいて本発明者がシミュレーションした結果、アンテナ１Ｂにおいては、図９に示す反射特性が得られた。
以下に、第２実施例であるアンテナ１Ｂは広帯域な反射特性が得られることについて詳述する。図１０を参照して、同図（Ａ）は本アンテナ１Ｂの回路構成を示し、インダクタンス素子Ｌ１、キャパシタンス素子Ｃ２、インダクタンス素子Ｌ２からなるπ型回路部分をＴ型回路に変換したものが、同図（Ｂ）である。同図（Ｂ）において、Ｌ１＜Ｌ２の場合、相互インダクタンスＭの大きさによりＬ１−Ｍ≦０となる。ここで、Ｌ１−Ｍ＝０の場合には、同図（Ｂ）に示した回路は同図（Ｃ）に示す回路に変換できる。なお、Ｌ１−Ｍ＜０の場合には、同図（Ｃ）に示す回路におけるキャパシタンスＣ２がＣ２'となる。このように回路変換された同図（Ｃ）に示す回路は、キャパシタンスＣ１と相互インダクタンスＭとの直列共振回路と、キャパシタンスＣ２とインダクタンスＬ２−Ｍとの並列共振回路とで構成されることになり、各共振回路の共振周波数の間隔を広げることにより帯域幅を広げて広帯域化が図れる。この帯域幅は各共振周波数、即ち、Ｌ１，Ｌ２，Ｍの値により適宜設定されるものである。
（第３実施例、図１１〜図１３参照）
第３実施例であるアンテナ１Ｃは、図１１に等価回路として示すように、それぞれ二つのＬＣ直列共振回路からなるブロックＡ，Ｂ，Ｃにて構成されている。各ブロックＡ，Ｂ，Ｃに含まれるＬＣ直列共振回路は前記第１実施例であるアンテナ１Ａと同じ回路構成であり、その詳細な説明は省略する。
このアンテナ１Ｃは、図２に示した積層構造をそれぞれブロックＡ，Ｂ，Ｃとして図１２に示すように並置し、各ブロックＡ，Ｂ，ＣのＬＣ直列共振回路を共通の給電端子５，６に接続している。
以上の構成からなるアンテナ１Ｃにおいては、互いに磁気的に結合しているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２、インダクタンス素子Ｌ３，Ｌ４及びインダクタンス素子Ｌ５，Ｌ６を含むＬＣ直列共振回路がそれぞれ共振し、放射素子として機能する。また、それぞれのインダクタンス素子がキャパシタンス素子を介して結合することで、給電端子５，６に接続される機器のインピーダンス（通常５０Ω）と空間のインピーダンス（３７７Ω）とのマッチング回路として機能する。
即ち、第３実施例であるアンテナ１Ｃは第１実施例であるアンテナ１Ａを３個分並列に接続したもので、図１１に示した等価回路に基づいて本発明者がシミュレーションした結果、図１３に示すように、三つの周波数帯域Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３において−１０ｄＢ以上の反射特性が得られた。帯域Ｔ１はＵＨＦテレビ、帯域Ｔ２はＧＳＭ、帯域Ｔ３はワイヤレスＬＡＮに相当する。また、本第３実施例におけるその他の作用効果は前記第１実施例と同様である。
（第４実施例、図１４〜図１６参照）
第４実施例であるアンテナ１Ｄは、図１４に等価回路として示すように、互いに異なるインダクタンス値を有し、かつ、互いに同相で磁気結合（相互インダクタンスＭで示す）されているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を備え、インダクタンス素子Ｌ１はキャパシタンス素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂを介して給電端子５，６と接続され、かつ、インダクタンス素子Ｌ２はキャパシタンス素子Ｃ２ａ，Ｃ２ｂを介して並列に接続され、インダクタンス素子Ｌ３はキャパシタンス素子Ｃ３ａ，Ｃ３ｂを介して並列に接続され、インダクタンス素子Ｌ４はキャパシタンス素子Ｃ４ａ，Ｃ４ｂを介して並列に接続されている。換言すれば、この共振回路は、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂとからなるＬＣ直列共振回路と、インダクタンス素子Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ２ａ，Ｃ２ｂとからなるＬＣ直列共振回路と、インダクタンス素子Ｌ３とキャパシタンス素子Ｃ３ａ，Ｃ３ｂとからなるＬＣ直列共振回路と、インダクタンス素子Ｌ４とキャパシタンス素子Ｃ４ａ，Ｃ４ｂとからなるＬＣ直列共振回路を含んで構成されている。
以上の回路構成からなるアンテナ１Ｄは、図１５に一例として示す積層構造で構成され、誘電体からなるセラミックシート２１ａ〜２１ｊを積層、圧着、焼成したものである。即ち、シート２１ａには給電端子５，６としても機能するキャパシタ電極２２ａ，２２ｂが形成され、シート２１ｂにはキャパシタ電極２３ａ，２３ｂとビアホール導体２９ａ，２９ｂが形成され、シート２１ｃにはキャパシタ電極２４ａ，２４ｂとビアホール導体２９ａ〜２９ｄが形成されている。シート２１ｄにはキャパシタ電極２５ａ，２５ｂとビアホール導体２９ａ〜２９ｆが形成され、シート２１ｅにはキャパシタ電極２６ａ，２６ｂとビアホール導体２９ａ〜２９ｈが形成されている。
さらに、シート２１ｆには接続用導体パターン３０ａ〜３０ｄとビアホール導体２８ａ〜２８ｈが形成されている。シート２１ｇには導体パターン３１ａ〜３１ｄとビアホール導体２７ａ〜２７ｈが形成されている。シート２１ｈには導体パターン３１ａ〜３１ｄとビアホール導体２７ａ〜２７ｈが形成されている。シート２１ｉには導体パターン３１ａ〜３１ｄとビアホール導体２７ａ〜２７ｈが形成されている。さらに、シート２１ｊには接続用導体パターン３２ａ〜３２ｄが形成されている。
以上のシート２１ａ〜２１ｊを積層することにより、導体パターン３１ａ〜３１ｄがそれぞれビアホール導体２７ｅ〜２７ｈを介して接続されてインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４が形成される。インダクタンス素子Ｌ１の一端は、ビアホール導体２７ｅ、接続用導体パターン３２ａ、ビアホール導体２７ａ，２８ａ、接続用導体パターン３０ａ及びビアホール導体２９ａを介してキャパシタ電極２３ａに接続される。インダクタンス素子Ｌ１の他端は、ビアホール導体２８ｅ，２９ｂを介してキャパシタ電極２３ｂに接続される。インダクタンス素子Ｌ２の一端は、ビアホール導体２７ｆ、接続用導体パターン３２ｂ、ビアホール導体２７ｂ，２８ｂ、接続用導体パターン３０ｂ及びビアホール導体２９ｃを介してキャパシタ電極２４ａに接続される。インダクタンス素子Ｌ２の他端は、ビアホール導体２８ｆ，２９ｄを介してキャパシタ電極２４ｂに接続される。
さらに、インダクタンス素子Ｌ３の一端は、ビアホール導体２７ｇ、接続用導体パターン３２ｃ、ビアホール導体２７ｃ，２８ｃ、接続用導体パターン３０ｃ及びビアホール導体２９ｅを介してキャパシタ電極２５ａに接続される。インダクタンス素子Ｌ３の他端は、ビアホール導体２８ｇ，２９ｆを介してキャパシタ電極２５ｂに接続される。インダクタンス素子Ｌ４の一端は、ビアホール導体２７ｈ、接続用導体パターン３２ｄ、ビアホール導体２７ｄ，２８ｄ、接続用導体パターン３０ｄ及びビアホール導体２９ｇを介してキャパシタ電極２６ａに接続される。インダクタンス素子Ｌ４の他端は、ビアホール導体２８ｈ，２９ｈを介してキャパシタ電極２６ｂに接続される。
キャパシタンス素子Ｃ１ａは電極２２ａ，２３ａで構成され、キャパシタンス素子Ｃ１ｂは電極２２ｂ，２３ｂで構成される。キャパシタンス素子Ｃ２ａは電極２３ａ，２４ａで構成され、キャパシタンス素子Ｃ２ｂは電極２３ｂ，２４ｂで構成される。また、キャパシタンス素子Ｃ３ａは電極２４ａ，２５ａで構成され、キャパシタンス素子Ｃ３ｂは電極２４ｂ，２５ｂで構成される。キャパシタンス素子Ｃ４ａは電極２５ａ，２６ａで構成され、キャパシタンス素子Ｃ４ｂは電極２５ｂ，２６ｂで構成される。
以上の構成からなるアンテナ１Ｄにおいては、互いに磁気的に結合しているインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４を含むＬＣ直列共振回路が共振し、インダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４が放射素子として機能する。また、インダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４がそれぞれキャパシタンス素子Ｃ２ａ，Ｃ２ｂとＣ３ａ，Ｃ３ｂとＣ４ａ，Ｃ４ｂを介して結合することで、給電端子５，６に接続される機器のインピーダンス（通常５０Ω）と空間のインピーダンス（３７７Ω）とのマッチング回路として機能する。
隣接するインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の結合係数ｋ１、インダクタンス素子Ｌ２，Ｌ３の結合係数ｋ２、インダクタンス素子Ｌ３，Ｌ４の結合係数ｋ３は、それぞれ、ｋ１2＝Ｍ2／（Ｌ１×Ｌ２）、ｋ２2＝Ｍ2／（Ｌ２×Ｌ３）、ｋ３2＝Ｍ2／（Ｌ３×Ｌ４）で表され、それぞれ０．１以上が好ましい。本第４実施例においては、ｋ１が約０．７６２４、ｋ２が約０．５７５０、ｋ３が約０．６６２７である。これらのインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４のインダクタンス値、並びに、結合係数ｋ１，ｋ２，ｋ３の値は、所望する帯域幅が得られるように設定されるものである。
図１４に示した等価回路に基づいて本発明者がシミュレーションした結果、アンテナ１Ｄにおいては、図１６に示すように、極めて広い周波数帯域Ｔ４において−６ｄＢ以上の反射特性が得られた。また、本第４実施例におけるその他の作用効果は前記第１実施例と同様である。
（第５実施例、図１７及び図１８参照）
第５実施例であるアンテナ１Ｅは、図１７に等価回路として示すように、互いに異なるインダクタンス値を有し、かつ、互いに同相で磁気結合（相互インダクタンスＭで示す）されているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を備え、インダクタンス素子Ｌ１はキャパシタンス素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂを介して給電端子５，６と接続され、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂとからなるＬＣ直列共振回路を構成している。また、インダクタンス素子Ｌ２はキャパシタンス素子Ｃ２と直列に接続されてＬＣ直列共振回路を構成している。
以上の回路構成からなるアンテナ１Ｅは、図１８に一例として示す積層構造で構成され、誘電体からなるセラミックシート４１ａ〜４１ｆを積層、圧着、焼成したものである。即ち、シート４１ａには給電端子５，６としても機能するキャパシタ電極４２ａ，４２ｂが形成され、シート４１ｂにはキャパシタ電極４３ａ，４３ｂとビアホール導体４９ａ，４９ｂが形成されている。
さらに、シート４１ｃには導体パターン４４ａ，４５ａとビアホール導体４９ｃ，４９ｄ，４９ｅ，４９ｆが形成されている。シート４１ｄには導体パターン４４ｂ，４５ｂとビアホール導体４９ｇ，４９ｈが形成されている。シート４１ｅにはキャパシタ電極４６とビアホール導体４９ｉが形成されている。さらに、シート４１ｆにはキャパシタ電極４７が形成されている。
以上のシート４１ａ〜４１ｆを積層することにより、導体パターン４４ａ，４４ｂがビアホール導体４９ｄを介して接続されてインダクタンス素子Ｌ１が形成され、導体パターン４５ａ，４５ｂがビアホール導体４９ｅを介して接続されてインダクタンス素子Ｌ２が形成される。キャパシタンス素子Ｃ１ａは電極４２ａ，４３ａで構成され、キャパシタンス素子Ｃ１ｂは電極４２ｂ，４３ｂで構成される。また、キャパシタンス素子Ｃ２は電極４６，４７で構成される。
そして、インダクタンス素子Ｌ１はその一端がビアホール導体４９ｃ，４９ａを介してキャパシタ電極４３ａに接続され、その他端がビアホール導体４９ｂを介してキャパシタ電極４３ｂに接続される。インダクタンス素子Ｌ２はその一端がビアホール導体４９ｆ，４９ｈを介してキャパシタ電極４６に接続され、その他端がビアホール導体４９ｇ，４９ｉを介してキャパシタ電極４７に接続される。
以上の構成からなるアンテナ１Ｅにおいては、互いに磁気的に結合しているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を含むＬＣ直列共振回路が共振し、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２が放射素子として機能する。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２が磁気的に結合することで、給電端子５，６に接続される機器のインピーダンス（通常５０Ω）と空間のインピーダンス（３７７Ω）とのマッチング回路として機能する。
本第５実施例であるアンテナ１Ｅの作用効果は前記第１実施例であるアンテナ１Ａと基本的に同様である。
（第６実施例、図１９及び図２０参照）
第６実施例であるアンテナ１Ｆは、図１９に等価回路として示すように、互いに異なるインダクタンス値を有し、かつ、互いに同相で磁気結合（相互インダクタンスＭで示す）されているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を備え、インダクタンス素子Ｌ１はキャパシタンス素子Ｃ１を介して給電端子５と接続され、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ１とからなるＬＣ直列共振回路を構成している。また、インダクタンス素子Ｌ２はキャパシタンス素子Ｃ２と直列に接続されてＬＣ直列共振回路を構成している。また、インダクタンス素子Ｌ３は、一端が給電端子６と接続され、他端がインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ接続されている。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のインダクタンス値、並びに、インダクタンス素子Ｌ１とインダクタンス素子Ｌ２の磁気結合の度合（相互インダクタンスＭ）は、所望する帯域幅が得られるように設定されるものである。
以上の回路構成からなるアンテナ１Ｆは、図２０に一例として示す積層構造で構成され、誘電体からなるセラミックシート５１ａ〜５１ｈを積層、圧着、焼成したものである。即ち、シート５１ａには給電端子５，６とビアホール導体５９ａ，５９ｂが形成されている。シート５１ｂにはキャパシタ電極５２ａと導体パターン５６ａとビアホール導体５９ｃが形成されている。シート５１ｃにはキャパシタ電極５２ｂと導体パターン５６ｂとビアホール導体５９ｃ，５９ｄが形成されている。
さらに、シート５１ｄには導体パターン５３，５６ｃとビアホール導体５９ｃ，５９ｅが形成されている。シート５１ｅには導体パターン５６ｄとビアホール導体５９ｃ，５９ｆ，５９ｇが形成されている。シート５１ｆにはキャパシタ電極５４ａと導体パターン５６ｅとビアホール導体５９ｃ，５９ｇが形成されている。シート５１ｇにはキャパシタ電極５４ｂと導体パターン５６ｆとビアホール導体５９ｃ，５９ｇ，５９ｈが形成されている。さらに、シート５１ｈには導体パターン５５が形成され、該導体パターン５５の他端側の端部は導体パターン５６ｇとされている。
以上のシート５１ａ〜５１ｈを積層することにより、導体パターン５３がインダクタンス素子Ｌ１として構成され、導体パターン５５がインダクタンス素子Ｌ２として構成される。また、導体パターン５６ａ〜５６ｇがビアホール導体５９ｃを介して接続されてインダクタンス素子Ｌ３を形成する。さらに、キャパシタンス素子Ｃ１がキャパシタ電極５２ａ，５２ｂで構成され、キャパシタンス素子Ｃ２がキャパシタ電極５４ａ，５４ｂで構成される。
インダクタンス素子Ｌ１は、その一端がビアホール導体５９ｄを介してキャパシタ電極５２ｂに接続され、その他端がビアホール導体５９ｅ，５９ｇを介してインダクタンス素子Ｌ２の他端に接続される。インダクタンス素子Ｌ２は、その一端がビアホール導体５９ｈを介してキャパシタ電極５４ｂに接続され、その他端は前述のようにビアホール導体５９ｇ，５９ｅを介してインダクタンス素子Ｌ１の他端に接続されるとともにインダクタンス素子Ｌ３の一端（導体パターン５６ｇ）に接続されている。インダクタンス素子Ｌ３はその他端がビアホール導体５９ｂを介して給電端子６に接続される。また、キャパシタ電極５２ａはビアホール導体５９ａを介して給電端子５に接続される。
以上の構成からなるアンテナ１Ｆにおいては、互いに磁気的に結合しているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を含むＬＣ直列共振回路が共振し、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２が放射素子として機能する。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２が磁気的に結合することで、給電端子５，６に接続される機器のインピーダンス（通常５０Ω）と空間のインピーダンス（３７７Ω）とのマッチング回路として機能する。
本アンテナ１Ｆにおいては、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の磁気結合が小さくても素子Ｌ１，Ｌ２が直結されているために広帯域を確保することができる。さらに、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の他端がインダクタンス素子Ｌ３を介して給電端子６に接続されているため、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の結合係数ｋを高めることができる。また、インダクタンス素子Ｌ３を付加することにより、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の結合係数が小さくても広帯域化を実現できる。第６実施例であるアンテナ１Ｆの他の作用効果は前記第１実施例であるアンテナ１Ａと基本的に同様である。
（ＬＣ共振回路を備えた他の共振回路、図２１参照）
アンテナを構成する共振回路は前記第１〜第６実施例以外にも、例えば、図２１（Ａ）〜（Ｅ）に等価回路で示す種々の形態を採用することができ、小型で広帯域な特性を得ることができる。
図２１（Ａ）は、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ１とで、及び、インダクタンス素子Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ２とで、それぞれＬＣ直列共振回路を構成し、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を直結するとともに、インダクタンス素子Ｌ１の一端を給電端子５に接続し、キャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２を給電端子６に接続したものである。
図２１（Ｂ）は、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ１とで、及び、インダクタンス素子Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ２とで、それぞれＬＣ直列共振回路を構成し、インダクタンス素子Ｌ１の一端を給電端子５に接続し、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の間にキャパシタンス素子Ｃ２を接続し、キャパシタンス素子Ｃ１とインダクタンス素子Ｌ２の他端を給電端子６に接続したものである。
図２１（Ｃ）は、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ１とで、及び、インダクタンス素子Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ２とで、それぞれＬＣ直列共振回路を構成し、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を直結するとともに、キャパシタンス素子Ｃ１を給電端子５に接続し、キャパシタンス素子Ｃ２とインダクタンス素子Ｌ１の他端を給電端子６に接続したものである。
図２１（Ｄ）は、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ１とで、及び、インダクタンス素子Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ２とで、それぞれＬＣ直列共振回路を構成し、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の一端をキャパシタンス素子Ｃ１を介して接続し、他端を直結したものである。インダクタンス素子Ｌ１の一端が給電端子５に接続され、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の他端が給電端子６に接続されている。
図２１（Ｅ）は、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ１とで、及び、インダクタンス素子Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ２とで、それぞれＬＣ直列共振回路を構成し、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を直結するとともに、インダクタンス素子Ｌ１の一端とキャパシタンス素子Ｃ１の接続点を給電端子５に接続し、インダクタンス素子Ｌ２の他端とキャパシタンス素子Ｃ１の接続点を給電端子６に接続したものである。
（第７実施例、図２２及び図２３参照）
第７実施例であるアンテナ１Ｇは、図２２に等価回路として示すように、互いに異なるインダクタンス値を有し、かつ、互いに同相で磁気結合（相互インダクタンスＭで示す）されているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を備え、該インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は給電端子５，６に互いに並列に接続されている。
以上の回路構成からなるアンテナ１Ｇにおいて、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は互いに異なるインダクタンス値を有し、同相で磁気結合している。そして、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は磁気的な結合により、Ｌ１−Ｌ２＝Ｍの相互インダクタンスが発生し、本発明者のシミュレーションによると、アンテナ１Ｇは図２３に示す広帯域の反射特性を有する放射素子として機能する。
なお、二つのインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２のみでマッチング回路を構成すると、給電端子５，６に接続される機器のインピーダンスやリアクタンスは制約を受けることになるが、図２３に示す広帯域の反射特性を得ることができる。
（第８実施例、図２４及び図２５参照）
第８実施例であるアンテナ１Ｈは、図２４に等価回路として示すように、前記第７実施例に示したインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２に対して、インダクタンス素子Ｌ１の一端と給電端子５との間にキャパシタンス素子Ｃ１を接続したものである。
以上の回路構成からなるアンテナ１Ｈにおいても、互いに異なるインダクタンス値を有するインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の磁気的な結合により、相互インダクタンスＭが発生し、本発明者のシミュレーションによると、図２５に示す広帯域の反射特性を得ることができる。
（第９実施例、図２６及び図２７参照）
第９実施例であるアンテナ１Ｉは、図２６に等価回路として示すように、前記第７実施例に示したインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２に対して、それぞれの一端と給電端子５との間にキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２を接続したものである。
以上の回路構成からなるアンテナ１Ｉにおいても、互いに異なるインダクタンス値を有するインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の磁気的な結合により、相互インダクタンスＭが発生し、本発明者のシミュレーションによると、図２７に示す広帯域の反射特性を得ることができる。
（第１０実施例、図２８〜図３０参照）
第１０実施例であるアンテナ１Ｊは、図２８に等価回路として示すように、前記第２実施例に示したインダクタンス素子Ｌ１にいわゆる中間タップを設け、該中間タップに給電端子５を接続したもので、キャパシタンス素子Ｃ１は省略されている。
その作用効果は第２実施例と同じであるが、給電端子５，６間のインピーダンスに合わせて中間タップを設けることにより、電磁界エネルギーを低下させることなく、空間のインピーダンスと給電端子５，６間に接続される機器のインピーダンスとの整合を取ることができる。ここで、インダクタンス素子Ｌ１はインダクタンスＬ１ａ，Ｌ１ｂに分割されることになる。
以上の回路構成からなるアンテナ１Ｊは、図２９に一例として示す積層構造で構成され、誘電体からなるセラミックシート１１ａ〜１１ｈを積層、圧着、焼成したものである。即ち、シート１１ａには給電端子５，６とビアホール導体１９ａ，１９ｂが形成され、シート１１ｂにはキャパシタ電極１３ａと接続用導体パターン１５ｄとビアホール導体１９ｃ，１９ｍ，１９ｎが形成され、シート１１ｃにはキャパシタ電極１４ａとビアホール導体１９ｃ，１９ｅ，１９ｍ，１９ｎが形成されている。
さらに、シート１１ｄには接続用導体パターン１５ａ，１５ｂ，１５ｃとビアホール導体１９ｄ，１９ｇ，１９ｈ，１９ｉ，１９ｎが形成されている。シート１１ｅには導体パターン１６ａ，１７ａとビアホール導体１９ｇ，１９ｉ，１９ｊ，１９ｋ，１９ｎが形成されている。シート１１ｆには導体パターン１６ｂ，１７ｂとビアホール導体１９ｇ，１９ｉ，１９ｊ，１９ｋ，１９ｎが形成されている。シート１１ｇには導体パターン１６ｃ，１７ｃとビアホール導体１９ｇ，１９ｉ，１９ｊ，１９ｋが形成されている。さらに、シート１１ｈには導体パターン１６ｄ，１７ｄが形成されている。
以上のシート１１ａ〜１１ｈを積層することにより、導体パターン１６ａ〜１６ｄがビアホール導体１９ｊを介して接続されてインダクタンス素子Ｌ１が形成され、かつ、導体パターン１６ｃの分岐部１６ｃ'が中間タップとして機能し、該分岐部１６ｃ'がビアホール導体１９ｎを介して、さらに、接続用導体パターン１５ｄ及びビアホール導体１９ａを介して給電端子５に接続される。また、導体パターン１７ａ〜１７ｄがビアホール導体１９ｋを介して接続されてインダクタンス素子Ｌ２が形成される。キャパシタンス素子Ｃ２は電極１３ａ，１４ａで構成される。
そして、インダクタンス素子Ｌ１はその一端がビアホール導体１９ｇ、接続用導体パターン１５ｃ、ビアホール導体１９ｃを介してキャパシタ電極１３ａに接続され、その他端がビアホール導体１９ｄ、接続用導体パターン１５ｂ、ビアホール導体１９ｍ，１９ｂを介して給電端子６に接続される。
一方、インダクタンス素子Ｌ２はその一端がビアホール導体１９ｉ、接続用導体パターン１５ａ、ビアホール導体１９ｅを介してキャパシタ電極１４ａに接続され、その他端がビアホール導体１９ｈ、接続用導体パターン１５ｂ、ビアホール導体１９ｍ，１９ｂを介して給電端子６に接続される。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の他端はそれぞれ接続用導体パターン１５ｂによって接続されている。
以上の構成からなるアンテナ１Ｊにおいては、互いに磁気的に結合しているインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を含むＬＣ直列共振回路が共振し、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２が放射素子として機能する。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２がキャパシタンス素子Ｃ２を介して結合し、かつ、分岐部１６ｃ'（中間タップ）を設けることで、給電端子５，６に接続される機器のインピーダンス（通常５０Ω）と空間のインピーダンス（３７７Ω）とのマッチング回路として機能する。
図２８に示した等価回路に基づいて本発明者がシミュレーションした結果、アンテナ１Ｊにおいては、図３０に示す反射特性が得られた。
（第１１実施例、図３１及び図３２参照）
第１１実施例であるアンテナ１Ｋは、図３１に等価回路として示すように、前記第１０実施例に示したアンテナ１Ｊにキャパシタンス素子Ｃ１を追加したものである。その作用効果は第１０実施例と同様であり、給電端子５，６間のインピーダンスに合わせて中間タップを設けることにより、電磁界エネルギーを低下させることなく、空間のインピーダンスと給電端子５，６間に接続される機器のインピーダンスとの整合を取ることができる。第１０実施例に対してキャパシタンス素子Ｃ１を追加することで、給電端子５，６間とのインピーダンス整合が取りやすくなる。
以上の回路構成からなるアンテナ１Ｋは、基本的には図８及び図２９に示した積層構造と同様の構成であり、詳細は省略する。また、図３１に示した等価回路に基づいて本発明者がシミュレーションした結果、アンテナ１Ｋにおいては、図３２に示す反射特性が得られた。
前記第１０及び第１１実施例のように、中間タップを設けることで給電端子５，６とのインピーダンス整合が取りやすくなるとリターンが大きくなり、それに応じて帯域が広くなる。つまり、インピーダンス整合の度合が変わると、帯域幅が変わる。従って、所望の帯域を得るために、各インダクタンス素子の定数を設定する際には、インピーダンス整合の度合も考慮する必要がある。
（他の実施例）
なお、本発明に係るアンテナは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、前記各実施例ではＬＣ共振回路を集中定数型共振回路で構成したが、分布定数型共振回路で構成してもよい。また、このＬＣ共振回路を内蔵する積層体は誘電体のみならず絶縁体であってもよく、材料としてはセラミックや樹脂などを使用することができる。
第１実施例であるアンテナの等価回路図。 第１実施例であるアンテナの積層構造を示す平面図。 第１実施例であるアンテナの反射特性を示すグラフ。 第１実施例であるアンテナの指向性を示す模式図。 第１実施例であるアンテナの指向性を示すＸ−Ｙ平面のチャート。 第１実施例であるアンテナのインピーダンスを示すスミスチャート。 第２実施例であるアンテナの等価回路図。 第２実施例であるアンテナの積層構造を示す平面図。 第２実施例であるアンテナの反射特性を示すグラフ。 第２実施例であるアンテナの回路変換した等価回路図。 第３実施例であるアンテナの等価回路図。 第３実施例であるアンテナの外観を示す斜視図。 第３実施例であるアンテナの反射特性を示すグラフ。 第４実施例であるアンテナの等価回路図。 第４実施例であるアンテナの積層構造を示す平面図。 第４実施例であるアンテナの反射特性を示すグラフ。 第５実施例であるアンテナの等価回路図。 第５実施例であるアンテナの積層構造を示す平面図。 第６実施例であるアンテナの等価回路図。 第６実施例であるアンテナの積層構造を示す平面図。 他の実施例であるアンテナの等価回路図。 第７実施例であるアンテナの等価回路図。 第７実施例であるアンテナの反射特性を示すグラフ。 第８実施例であるアンテナの等価回路図。 第８実施例であるアンテナの反射特性を示すグラフ。 第９実施例であるアンテナの等価回路図。 第９実施例であるアンテナの反射特性を示すグラフ。 第１０実施例であるアンテナの等価回路図。 第１０実施例であるアンテナの積層構造を示す平面図。 第１０実施例であるアンテナの反射特性を示すグラフ。 第１１実施例であるアンテナの等価回路図。 第１１実施例であるアンテナの反射特性を示すグラフ。
符号の説明
１Ａ〜１Ｉ…アンテナ
Ｌ１〜Ｌ６…インダクタンス素子
Ｃ１〜Ｃ６…キャパシタンス素子
５，６…給電端子

Claims (4)

  1. 給電端子と少なくとも二つのインダクタンス素子とを備えたアンテナであって、
    前記少なくとも二つのインダクタンス素子は、層間で接続したコイルでそれぞれ構成され、巻回軸がそれぞれ平行であり、前記コイルを構成する電極はそれぞれ互いに隣接して配置されていること、
    を特徴とするアンテナ。
  2. 前記巻回軸は同じ位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
  3. さらに、キャパシタンス素子を備え、該キャパシタンス素子と前記インダクタンス素子とで複数の共振回路を構成していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ。
  4. 前記インダクタンス素子は積層基板の表面及び／又は内部に形成され、
    前記インダクタンス素子のうち少なくとも一つのインダクタンス素子を構成する環状電極は１軸方向に並べた線状電極にて形成されていること、
    を特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のアンテナ。
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