JP2014241549A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射電極に対する給電部の構造を複雑化することなく、放射電極および給電電極の形成位置精度に応じた結合容量のばらつきを抑制して安定したアンテナ特性を得る。
【解決手段】誘電体素体１０は、互いに平行な第１主面Ｓ１１、第２主面Ｓ１２、および複数の側面Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ２２，Ｓ３２を有する。誘電体素体１０の複数の側面のうち少なくとも１つの側面Ｓ２１に放射電極１１から延在する側面放射電極２１が形成されていて、給電電極の幅広電極部９ｆは、側面放射電極２１の先端部に対向するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は表面実装型のアンテナ装置に関し、特に安定した特性を得るアンテナ装置に関するものである。

表面実装型の円偏波アンテナが特許文献１に示されている。この特許文献１の表面実装型アンテナは、誘電体素体の上面に放射電極、側面に給電電極がそれぞれ設けられていて、給電電極と放射電極との電磁界的な結合により給電するように構成されている。

特開２００６−５０３４０号公報

特許文献１に示されている表面実装アンテナにおいては、給電構造は簡素化できているが、誘電体素体上面の放射電極と側面の給電電極とは全く別の工程で形成されるものであるので、放射電極および給電電極の形成位置精度に応じて放射電極と給電電極との間に生じる結合容量はばらつく。そのため、特性の安定したアンテナ装置を得にくい、という問題があった。

本発明の目的は、放射電極に対する給電部の構造を複雑化することなく、放射電極および給電電極の形成位置精度に応じた結合容量のばらつきを抑制して安定したアンテナ特性を得ることのできるアンテナ装置を提供することにある。

本発明のアンテナ装置は、
互いに平行な第１主面、第２主面、および複数の側面を有する誘電体素体、前記第１主面に形成された放射電極、前記第２主面に形成されたグランド電極および前記側面に形成された給電電極を備え、
前記誘電体素体の複数の側面のうち少なくとも１つの側面に前記放射電極から延在する側面放射電極が形成されていて、前記給電電極は、前記側面放射電極の先端部に対向するように形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１主面の放射電極から延在する側面放射電極が誘電体素体の側面に形成されているため、側面放射電極と給電電極との間に生じる容量は放射電極と給電電極の相対的な位置関係の影響を受けない。したがって、放射電極と給電電極の相対的な位置関係がばらついても、所定の給電容量を得ることができる。また、側面放射電極が延在することで電気長が長くなって、所定の共振周波数を得るのに要する放射電極を形成する誘電体素体が小型化できる。すなわち小型のアンテナ装置が構成できる。さらに、側面放射電極と給電電極との間に生じる容量が所定値にできるので、給電回路との適正なインピーダンス整合を保てる。

前記給電電極は、前記側面放射電極の先端部に対向する先端部が元部より幅広であり、且つ前記側面放射電極の先端部の辺の長さに相当する電極幅を有することが好ましい。この構造により、側面放射電極と給電電極との間に生じる給電容量を効果的に確保できる。

前記側面放射電極は、前記複数の側面のうち前記給電電極が形成されていない側面にも形成されていることが好ましい。この構造により、誘電体素体の第１主面の放射電極および側面放射電極による放射電極全体の対称性を高めることができ、その結果円偏波特性の低下がなくなる。

前記側面放射電極に、前記誘電体素体の厚み方向に対する直交方向に延びるスリットが形成されていることが好ましい。この構造により、側面放射電極の実効的な電気長が長くなって、アンテナ装置をさらに小型化できる。

前記誘電体素体は六面体であり、前記側面放射電極は、前記誘電体素体の隣接する側面に形成されていて、この隣接する側面に形成されている２つの側面放射電極は、この２つの側面放射電極間に生じる容量で結合することが好ましい。この構造により、互いに直交する２方向に励振され、且つ励振位相差が９０°であるため円偏波の励振がなされる。また、第１主面の放射電極は単純なパターンですむ。

前記誘電体素体は、第１、第２の主面が長方形または正方形であることが好ましい。この構造により、誘電体素体の成型において工程の簡略化のため、辺の長さを僅かに変えて、直方体にすることも可能となる。

本発明によれば、放射電極と給電電極との相対的な位置関係がばらついても、所定の給電容量を得ることができる。また、側面放射電極が延在することで放射電極の電気長が長くなって、それにともない、小型のアンテナ装置が構成できる。さらに、側面放射電極と給電電極との間に生じる容量が所定値にできるので、給電回路との適正なインピーダンス整合を保てる。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の斜視図である。 図２（Ａ）はアンテナ装置１０１の下面（実装面）側を見た斜視図、図２（Ｂ）はアンテナ装置１０１の実装位置の基板の部分斜視図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の斜視図である。 図４は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の斜視図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の斜視図である。

以降、幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための形態を示す。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせによって更なる他の実施形態とし得ることは言うまでもない。

《第１の実施形態》
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の斜視図である。図１（Ａ）と図１（Ｂ）とでは、視線の方向が異なる。図２（Ａ）はアンテナ装置１０１の下面（実装面）側を見た斜視図、図２（Ｂ）はアンテナ装置１０１の実装位置の基板の部分斜視図である。

アンテナ装置１０１は基板４０に表面実装される。アンテナ装置１０１は誘電体素体１０の表面に各種電極パターンが形成されることで構成されている。誘電体素体１０は、互いに平行な第１主面Ｓ１１、第２主面Ｓ１２、および４つの側面Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ３１，Ｓ３２を有する六面体である。誘電体素体１０の第１主面Ｓ１１には放射電極１１が形成されている。この放射電極１１の対角位置の２箇所に、電極非形成部であるコーナーカット部１１Ｃが形成されている。誘電体素体１０の第２主面Ｓ１２にはグランド電極１２が形成されている。誘電体素体１０の側面Ｓ２１には側面放射電極２１が形成されている。この側面放射電極２１は、誘電体素体１０の１つの稜で第１主面Ｓ１１の放射電極１１と繋がっている（連続している）。

図２（Ａ）に表れているように、誘電体素体１０の側面Ｓ２１から第２主面Ｓ１２にかけて、給電電極９が形成されている。給電電極９は底面電極部９ｂ、線路電極部９ｓおよび幅広電極部９ｆで構成されている。側面Ｓ２１において給電電極の先端部である幅広電極部９ｆは側面放射電極２１の先端部の１辺に対向している。図１（Ａ）に示すように、幅広電極部９ｆの電極幅Ｗｆは線路電極部９ｓの電極幅Ｗｓより大きい。線路電極部９ｓの電極幅は、後に示す基板側の給電線路４２の電極幅と等しい。幅広電極部９ｆは側面放射電極２１の先端部の辺の長さに相当する電極幅を有する。側面放射電極２１の幅（給電電極の幅広電極部９ｆの電極幅Ｗｆ）は誘電体素体１０の第１主面Ｓ１１の放射電極１１の幅寸法の１／２〜３／４程度の範囲内（例えば２／３程度）であることが好ましい。この構造により、側面放射電極２１が、主たる放射電極１１に対して悪影響を与えなく、且つ適度な給電容量を形成できる。

図２（Ｂ）に表れているように、実装先の基板４０にはグランド電極４１および給電線路４２が形成されている。給電線路４２およびグランド電極４１によってコプレーナラインが構成されている。給電線路４２には、基板４０上に構成された給電回路が接続されている。図２（Ａ）に示したアンテナ装置１０１の図における上面を基板４０に対向させて表面実装することにより、アンテナ装置１０１の給電電極９のうち底面電極部９ｂが基板４０上の給電線路４２に接続され、グランド電極１２がグランド電極４１に接続される。

本実施形態のアンテナ装置１０１において、コーナーカット部１１Ｃは放射電極１１による励振の縮退を解く縮退分離素子として作用する。したがって、放射電極１１および側面放射電極２１によるｘ軸方向の偏波モードとｙ軸方向の偏波モードが生じ、且つ両者の位相差が９０°であるので、円偏波アンテナとして作用する。

本実施形態のアンテナ装置１０１は例えば次の手順で製造される。

（１）誘電体セラミック材料の成型および焼成によって誘電体マザーボード（後の分割によって多数の誘電体素体となる。）を形成する。

（２）上記誘電体マザーボードの第１主面に、後に放射電極１１となる電極パターンを形成する。または、誘電体マザーボードの第２主面に、後にグランド電極１２および第２主面の給電電極９ｂとなる電極パターンを形成する。例えば銀ペーストのパターン印刷および焼成により形成する。

（３）誘電体マザーボードを個片に分割することで誘電体素体を形成する。

（４）複数の誘電体素体の側面を揃えて重ね、各誘電体素体１０に側面放射電極２１および側面の給電電極（９ｓ，９ｆ）を形成する。

なお、誘電体素体１０は誘電体セラミックに限らず、誘電体樹脂の積層および加熱加圧によって形成される積層体であってもよい。その場合、例えば銅箔張り樹脂シートをエッチングによりパターン化した後に積層することで、第１主面および第２主面の電極を形成すればよい。

本実施形態によれば、誘電体素体１０の第１主面Ｓ１１に対する放射電極１１の形成と、側面Ｓ２１に対する側面放射電極の形成は別工程で行われるので、相対的にある程度の位置ずれが生じる。しかし、誘電体素体１０の側面Ｓ２１に対して側面放射電極２１と同時に給電電極（９ｓ，９ｆ）が形成される。そのため、側面放射電極２１と給電電極の幅広電極部９ｆとの間に生じる容量（給電容量）のばらつきは少ない。一方、第１主面の放射電極１１と側面放射電極２１との位置ずれに対するアンテナの特性変化は少ない。したがって、放射電極１１と給電電極（９ｓ，９ｆ）の相対的な位置関係がばらついても、所定の給電容量を得ることができる。

また、本実施形態によれば、側面放射電極２１が延在することで放射電極の電気長が長くなって、所定の共振周波数を得るのに要する放射電極を形成する誘電体素体が小型ですむ。すなわち小型のアンテナ装置が構成できる。さらに、側面放射電極２１と給電電極の幅広電極部９ｆとの間に生じる容量が安定しているので、アンテナ装置１０１と給電回路との適正なインピーダンス整合を保てる。

前記誘電体素体１０は、第１、第２の主面が長方形または正方形であることが好ましい。この構造により、誘電体素体の成型において工程の簡略化のため、辺の長さを僅かに変えて、直方体にすることも容易となる。このことは、以降に示す別の実施形態においても同様である。

《第２の実施形態》
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の斜視図である。図３（Ａ）と図３（Ｂ）とでは、視線の方向が異なる。

アンテナ装置１０２は基板４０に表面実装される。アンテナ装置１０２は誘電体素体１０の表面に各種電極パターンが形成されることで構成されている。誘電体素体１０は、互いに平行な第１主面Ｓ１１、第２主面、および４つの側面Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ３１，Ｓ３２を有する。誘電体素体１０の第１主面Ｓ１１には放射電極１１、第２主面にはグランド電極が形成されている。誘電体素体１０の側面Ｓ２１には側面放射電極２１が形成されている。誘電体素体１０の側面Ｓ３１には側面放射電極３１が形成されている。同様に、誘電体素体１０の側面Ｓ２２には側面放射電極２２が形成されていて、誘電体素体１０の側面Ｓ３２には側面放射電極３２が形成されている。これらの側面放射電極２１，３１，２２，３２は、誘電体素体１０の稜で第１主面Ｓ１１の放射電極１１と繋がっている（連続している）。すなわち、側面放射電極２１，３１，２２，３２は放射電極１１からそれぞれ延在する。

本実施形態によれば、誘電体素体１０の第１主面の放射電極１１および側面放射電極２１，３１，２２，３２による放射電極全体が９０°回転対称性を有することになる。そのため、円偏波の軸比が高まる。

《第３の実施形態》
図４は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の斜視図である。第２の実施形態で図３（Ａ）（Ｂ）に示したアンテナ装置１０２とは、側面放射電極の形状が異なる。図４に表れているように、側面放射電極２１には、誘電体素体１０の厚み方向に対する直交方向（実装面に平行な方向）に延びるスリット２１ｓが形成されている。同様に、側面放射電極３１にはスリット３１ｓが形成されている。他の２側面にも同様のスリット付き側面電極が形成されている。

本実施形態によれば、図４中に矢印で示すように電流経路が長くなるため、側面放射電極の実効的な電気長が長くなる。そのため、小さな誘電体素体に第１主面および側面の放射電極を形成でき、アンテナ装置をさらに小型化できる。

《第４の実施形態》
図５（Ａ）、図５（Ｂ）は第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の斜視図である。図５（Ａ）と図５（Ｂ）とでは、視線の方向が異なる。第２の実施形態で図３に示したアンテナ装置１０２とは、側面放射電極の形状または形成位置が異なる。

図３に示した例では、各側面放射電極２１，３１，２２，３２を誘電体素体１０の各側面の図における水平方向の中央に形成したが、本実施形態では図５に表れているように、側面放射電極２１と３１とを近接させ、側面放射電極２２と３３とを近接させるように、それらを配置している。

図５（Ａ）（Ｂ）に示した例では、側面放射電極２１と３１とは、側面放射電極２１と３１との間に生じる容量によって容量結合する。同様に、側面放射電極２２と３２とは、側面放射電極２２と３２との間に生じる容量によって容量結合する。

このように、誘電体素体１０の第１主面の放射電極１１および側面放射電極２１，３１，２２，３２による放射素子全体の９０°回転対称性が崩れることで、放射素子の縮退が解かれる。また、側面放射電極２２と３２とは容量結合するので、ｘ軸方向の励振とｙ軸方向の励振は９０°の位相差が生じる。その結果円偏波アンテナとして作用する。

なお、側面放射電極２２と３２は水平方向の中央に位置していてもよい。また、側面放射電極２２と３２は無くてもよい。さらに、側面放射電極２２と３２が近接していて、側面放射電極２１と３１とは水平方向の中央に位置していてもよい。いずれの場合でも、放射素子の縮退が解かれることによってｘ軸方向の偏波モードとｙ軸方向の偏波モードとが生じ、且つ側面放射電極間の容量結合によって状２つの偏波モードの位相差が９０°となり、円偏波アンテナとして作用する。

Ｓ１１…第１主面
Ｓ１２…第２主面
Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ３１，Ｓ３２…側面
Ｗｆ，Ｗｓ…電極幅
９…給電電極
９ｂ…給電電極の底面電極部
９ｆ…給電電極の幅広電極部
９ｓ…給電電極の線路電極部
１０…誘電体素体
１１…放射電極
１１Ｃ…コーナーカット部
１２…グランド電極
２１，３１，２２，３２…側面放射電極
２１ｓ，３１ｓ…スリット
４０…基板
４１…グランド電極
４２…給電線路
１０１〜１０４…アンテナ装置

Claims (7)

1. 互いに平行な第１主面、第２主面、および複数の側面を有する誘電体素体、前記第１主面に形成された放射電極、前記第２主面に形成されたグランド電極および前記側面に形成された給電電極を備えたアンテナ装置において、
   前記誘電体素体の複数の側面のうち少なくとも１つの側面に前記放射電極から延在する側面放射電極が形成されていて、
   前記給電電極は、前記側面放射電極の先端部に対向するように形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記給電電極は、前記側面放射電極の先端部に対向する先端部が元部より幅広であり、且つ前記側面放射電極の先端部の辺の長さに相当する電極幅を有する、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記側面放射電極は、前記複数の側面のうち前記給電電極が形成されていない側面にも形成されている、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記側面放射電極に、前記誘電体素体の厚み方向に対する直交方向に延びるスリットが形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記誘電体素体は六面体であり、前記側面放射電極は、前記誘電体素体の隣接する側面に形成されていて、この隣接する側面に形成されている２つの側面放射電極は、この２つの側面放射電極間に生じる容量で結合する、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記誘電体素体は前記第１、第２の主面が長方形の六面体である、請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記誘電体素体は前記第１、第２の主面が正方形の六面体である、請求項５に記載のアンテナ装置。

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