JP2021019283A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属への近接時にインピーダンスの劣化が少なく、帯域、利得共に優れた特性を有すると共にアンテナ装置の一層の小型化を実現し得るアンテナ装置を提供する。【解決手段】 誘電体基板１の主面上に給電部６を設けた第一の線状導体２と、上記誘電体基板１を介して他面側に上記第一の線状導体２と対向または平行するように配置された第二の線状導体３と、の各両端を、一対の接続導体５ａ、５ｂにて、それぞれ接続する。上記第一の線状導体２ａ、２ｂの両端に、所定のインピーダンス成分を持つチップアンテナ４ａ，４ｂを配置する。上記第一の線状導体２の中間に設けられた給電部６と接地部８との間に給電する。【選択図】 図２

Description

本発明は、金属に近接して設置されるようなテレメータ端末用として好適な小型のアンテナ装置に関するものである。

折り返しダイポールアンテナの小型化に関する技術として、例えば、特開２０１３−１３１８３９号公報（以下、「特許文献１」という）および特開２０１４−１５０３３４号公報（以下、「特許文献２」という）に記載のもの、などがある。またアンテナの一般的な小型として、チップアンテナを用いた小型の手法として、特開２０１０−０７４８４２（以下、「特許文献３」という）に記載のもの、などがあり、チップアンテナは、その小型化に伴い、携帯端末の地板を放射源とするための励振源として動作させるために、インダクタ成分を持つものからキャパシタ成分を持つものまで、様々なものが、開発されてきている。

上記特許文献１に記載の折り返しダイポールアンテナは、所定の間隔寸法をもって離間して左右対称に配設した一対の折り返しメアンダライン部を、相互に平行な第１ストレートライン部と分離部を中央に有する第２ストレートライン部から成る平行線路部にて接続して、略ループ状折り返しダイポールエレメント部を構成し、第２ストレートライン部に直交する方向に設けられ分離部の両端部に連結されると共に左右対称に形成された一対のメアンダ状給電ライン部を有する給電線路部を付設した構成とすることにより、
コンパクトな設計でありながら、広い周波数帯域で安定してＶＳＷＲを小さくできる、としている。

また、上記特許文献２に記載の折り返しダイポールアンテナは、誘電体基板と、誘電体基板の第１の主面または内部に設けられた第１の線路状導体と、誘電体を介して第１の線路状導体と対向するように設けられているとともに、給電線路が接続された第２の線路状導体と、第１の線路状導体および第２の線路状導体の両端を接続する第１の接続導体および第２の接続導体とを有し、第１の線路状導体、第２の線路状導体および誘電体基板で構成される伝送線路の特性インピーダンスが、誘電体基板および第２の線路状導体のみで構成したダイポールアンテナの放射インピーダンスの４倍よりも小さいことを特徴としており、放射抵抗が高いダイポールアンテナを得ることができる、としている。

特開２０１３−１３１８３９号公報 特開２０１４−１５０３３４号公報 特開２０１０−０７４８４２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のダイポールアンテナにおいては、メアンダ構成として、共振周波数を下げることで、小型化することが可能であるが、メアンダ間の寄生容量により放射抵抗が小さくなり、帯域が狭くなったり、放射効率が低下するという課題があった。
また、特許文献２に記載のダイポールアンテナは、第一の線路状導体および第二の線路状導体の各々の中央付近にインダクタが合計４つ装荷されているが、チップインダクタや導体パターンによるインダクタでは、動作周波数により放射抵抗が小さくなり、また４つ必要とするチップインダクタは電流分布の高い給電点付近に配置されており、チップアンテナを用いた際には、インダクタンス値のばらつき等により、折り返しダイポールアンテナの入力インピーダンスのばらつき等が発生するという課題があった。
さらに特許文献３に記載のアンテナモジュールはテレメータに実装された場合、テレメータが金属に近接された際、特許文献１及び特許文献２に記載のダイポールアンテナより更に放射抵抗が小さくなり、帯域が狭くなったり、放射効率が低下するという課題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的とするところは、金属への近接時にインピーダンスの劣化が少なく高利得なアンテナ装置を提供することにあり、第２の目的とするところは、小形化を実現し得るアンテナ装置を提供することにあり、第３の目的とするところは、構成の簡単化を図り、コストの低減化を図り得るアンテナ装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明に係るアンテナ装置は、上述した第１〜第３の目的を達成するために、
誘電体基板の主面上に設けられ、中心部に給電部を設けた第一の線状導体と、前記誘電体基板を介して、他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体の各々の両端を一対の接続導体にてそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、
動作周波数におけるインピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωのチップアンテナを、前記給電部から所定距離以上離れた前記第一の線状導体または前記第二の線状導体の対称位置にそれぞれ配置するように構成したことを特徴としている。

請求項２に記載した発明に係るアンテナ装置は、上述した第１〜第３の目的を達成するために、
誘電体基板の主面上に設けられ中心部に給電部を設けた第一の線状導体と、前記誘電体基板を介して他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体の各々の両端を一対の接続導体にてそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、動作周波数におけるインピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωのチップアンテナを、前記第一の線状導体または前記第二の線状導体のいずれかの両端にそれぞれ配置するように構成したことを特徴としている。

請求項３に記載した発明に係るアンテナ装置は、上述した目的を達成するために、
二層以上の多層誘電体基板上の主面上に設けられた第一の線状導体と、前記多層誘電体基板を介して他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体と、前記多層誘電体基板の中間に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第三の線状導体の各々の両端を一対の接続導体にてそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、動作周波数におけるインピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωのチップアンテナを、前記第一の線状導体または前記第二の線状導体のいずれかの両端にそれぞれ配置するように構成したことを特徴としている。

請求項４に記載した発明に係るアンテナ装置は、
前記多層誘電体基板のうち、第一層の誘電体基板の主面上に設けられた第一の線状導体と、
前記多層誘電体のうち、第二層の誘電体基板の他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体と、
前記第一層の誘電体基板を介して他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第三の線状導体の各両端を一対の接続導体にそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、前記第一層の誘電体基板と、前記第二層の誘電体基板とを、所定の間隔を配して開口部を設けたことを特徴としている。

請求項５に記載した発明に係るアンテナ装置は、
動作周波数における前記インピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωの前記チップアンテナを、前記第一の線状導体および前記第二の線状導体の両端にそれぞれ配置するように構成したことを特徴としている。
請求項６に記載した発明に係るアンテナ装置の前記チップアンテナは、動作周波数におけるインピーダンス成分が４０＋ｊ３００Ω前後であることを特徴としている。

本発明によれば、簡単且つ小型な構成で、金属に近接した状態で使用してもインピーダンス劣化が少なく、帯域、利得共に優れた特性を有するアンテナ装置を提供することができる。
すなわち、請求項１に記載の発明よれば、誘電体基板の主面上に設けられ、中心部に給電部を設けた第一の線状導体と、前記誘電体基板を介して、他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体の各々の両端を一対の接続導体にてそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、
動作周波数におけるインピーダンスが数１０＋ｊ数１００Ωのチップアンテナを、前記給電部から所定距離以上離れた前記第一の線状導体または前記第二の線状導体の対称位置にそれぞれ配置するように構成したことにより、チップアンテナは２個で足り、構成が簡単化されるのみならず、装置全体の小型化低コスト化を図ることが可能であり、特に、金属に近接した状態で使用してもインピーダンスの劣化が少なく、帯域、利得共に優れた特性を有するアンテナ装置を提供することができる。

また、請求項２に記載の発明よれば、誘電体基板の主面上に設けられ中心部に給電部を設けた第一の線状導体と、前記誘電体基板を介して他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体の各々の両端を一対の接続導体にてそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、動作周波数におけるインピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωのチップアンテナを、前記第一の線状導体または前記第二の線状導体のいずれかの両端にそれぞれ配置するように構成したことにより、チップアンテナは２個で足り、構成が簡単化されるのみならず、装置全体の小型化低コスト化を図ることが可能であり、特に、金属に近接した状態で使用してもインピーダンスの劣化が極めて少なく、帯域、利得共に優れた特性を有するアンテナ装置を提供することができる。

また、請求項３に記載した発明によれば、二層以上の多層誘電体基板上の主面上に設けられた第一の線状導体と、前記多層誘電体基板を介して他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体と、前記多層誘電体基板の中間に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第三の線状導体の各々の両端を一対の接続導体にてそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、動作周波数におけるインピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωのチップアンテナを、前記第一の線状導体または前記第二の線状導体のいずれかの両端にそれぞれ配置するように構成したことにより、チップアンテナは２個で足り、構成が簡単化されると共に、多層化によりステップアップ比を向上させ、より一層の小型化が実現化され、また、金属に近接した状態で使用してもインピーダンスの劣化が少なく、帯域、利得共に優れた特性を有するアンテナ装置を提供することができる。

また、請求項４に記載した発明によれば、前記多層誘電体基板のうち、第一層の誘電体基板の主面上に設けられた第一の線状導体と、
前記多層誘電体のうち、第二層の誘電体基板の他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体と、
前記第一層の誘電体基板を介して他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第三の線状導体の各両端を一対の接続導体にそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、前記第一層の誘電体基板と、前記第二層の誘電体基板とを、所定の間隔をもって離間して開口部を設けた構成としたことにより、上記請求項１〜請求項３に記載した発明による効果に加え、大幅に小型化し得るアンテナ装置を提供することができる。

また、請求項５に記載した発明によれば、動作周波数における前記インピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωの前記チップアンテナを、前記第一の線状導体および前記第二の線状導体の両端にそれぞれ配置するように構成したことにより、ステップアップ比を向上させ、更なる小型化を可能とし、金属に近接した状態で使用してもインピーダンスの劣化が極めて少なく、帯域、利得共に優れた特性を有するアンテナ装置を提供することができる。
請求項６に記載した発明によれば、動作周波数におけるインピーダンス成分を、４０＋ｊ３００Ω前後の範囲に限定することで、金属に近接した状態で使用しても、インピーダンスの劣化が極めて少なく、高利得が得られるなど優れた特性を有するアンテナ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の外観構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の外観構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置に無線基板を付加してなる外観構成を示す斜視図である。 図３に示すアンテナ装置の具体的な第１の実施例の構成を示す図で、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、左側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るアンテナ装置の外観構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係るアンテナ装置の外観構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態の変形である第２の実施例の構成を模式的に示す斜視図である。 単体のインピーダンス成分が、４０＋ｊ３００Ω前後となるチップアンテナ単体のインピーダンス特性図である。 図４に示す第１の実施例に係るアンテナ装置において、単体のインピーダンス成分が４０＋ｊ３００Ω前後となるチップアンテナを接続した際のインピーダンス特性図である。 図４に示す第１の実施例に係るアンテナ装置と給電部との間に整合回路を装荷した場合のインピーダンス特性図である。 図４に示す第１の実施例に示すアンテナ装置における放射特性をシミュレーションにより求めた放射特性図である。 図１１および図１３の放射特性図のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向を示すための概略斜視図である。 図４に示す第１の実施例に係るアンテナ装置における放射特性を実際に計測して得た放射特性図である。 第１の実施例に係るアンテナ装置の自由空間における放射特性と、アンテナ装置を金属に近接させたときの放射特性とを対比する図であり、このうち、（ａ）は、アンテナ装置を自由空間においた状態におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向を共に示す概略斜視図であり、（ｂ）は、第１の実施例の自由空間におけるインピーダンス特性図であり、（ｃ）は、第１の実施例のアンテナ装置を、エポキシ樹脂でモールドし、金属板に近接（５ｍｍの間隔）した状態を示す斜視図であり、（ｄ）は、（ｃ）の実施例のインピーダンス特性図、（ｅ）〜（ｈ）は、第１の実施例のアンテナ装置を自由空間においた場合であって、周波数が異なる毎の放射特性をそれぞれ示す放射特性図であり、（ｉ）〜（ｌ）は、上述した（ｃ）図に示すようにアンテナ装置に金属を近接した場合であって、周波数が異なる毎の放射特性をそれぞれ示す放射特性図である。

以下、本発明の実施の形態および実施例に基づき、図面を参照して、本発明のアンテナ装置について、詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置（請求項１に対応する）の要部の構成を示す斜視図である。
図１に示すアンテナ装置は、誘電体基板１、分割された第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）、第二の線状導体３、２つのチップアンテナ４（４ａ，４ｂ）、２つの接続導体５（５ａ，５ｂ）、給電部６、接地部８および無線基板（グランド基板）７を具備している。
誘電体基板１は、ガラスエポキシ樹脂からなる基板であるが、誘電体セラミックやテフロン（登録商標）を代用することもでき、特に材質を限定するものではない。
第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）は、給電部６を境に、中央で二分されており、それぞれ誘電体基板１の主面（図１において、前面側の面）に設けられている。
この第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）の長さ方向の中央に一対の給電線路が接続され、一方の線路が給電部６に接続され、他方の線路が接地部（グラウンド）８に接続されている。

第二の線状導体３は、誘電体基板１を介して、第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）と対向または平行するように、誘電体基板１の他面側（図１における背面側）に設けられている。
第一の接続導体５（５ａ）は、誘電体基板１を貫通するようにスルーホール状に設けられおり、第一の線状導体２（２ａ）の一端（右端）および第二の線状導体３の一方端（右端）同士を接続している。
第二の接続導体５（５ｂ）は、誘電体基板１を、貫通するように同様にスルーホール状に設けられており、第一の線状導体２（２ｂ）の一端（左端）および第二の線状導体３の他方端（左端）同士を接続している。

第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）、第二の線状導体３、給電線路（給電部６、接地部８）、第一および第二の接続導体５ａおよび５ｂは、導電性の良好な種々の材料、例えば、金、銀、銅およびそれ等の合金等の良導性の金属を用いて形成することができる。
第一の線状導体２ａと２ｂの中心部に給電部６が設けられており、この給電部６から所定距離以上離れた第一の線状導体２ａおよび２ｂの中間の対称位置に第一のチップアンテナ４ａおよび第二のチップアンテナ４ｂがそれぞれ回路挿入されている。
チップアンテナ４ａ，４ｂの第一の線状導体２ａ，２ｂ上における配置位置は、給電部６の位置（中心）から所定距離以上離れた中間の対称の位置に設定することが条件とされる。
その理由は、給電部６と接地部８の付近は、電流分布が高く、その近傍にチップアンテナを配置した場合には、インダクタンス値のばらつき等により、折り返しダイポールアンテナの入力インピーダンスのばらつき等が発生する、という弊害が生じるため、このような弊害が生じないような所定の距離以上離れた対称位置を設定する必要があるからである。

本実施の形態におけるアンテナ装置は、給電部６および接地部８に各端部が接続された第一の線状導体２ａおよび２ｂの中間部に配設されたチップアンテナ４ａおよび４ｂと、第一および第二の接続導体５ａおよび５ｂをそれぞれ介して第二の線状導体３の両端に接続される回路構成となっている。
ダイポールアンテナが配設された誘電体基板１から所定間隔（例えば、５mm）を設けて主面側に、無線基板７が重設されている。
また、給電部６と接地部８の入力端側には、アンテナ装置単体のインピーダンスとシステム機器の定格のインピーダンスとを整合させるための整合回路を設けるのが一般的である。整合回路を装荷した場合のインピーダンス特性の改良例については、図８を参照して後述する。
上述のように構成された第１の実施の形態によれば、従来例のものよりも装荷するチップアンテナの数が２個で足り、その分且つ小型化を図ることができ、さらには、金属近接時にインピーダンスの劣化の少ないアンテナ装置を実現することができる。

〔第２の実施の形態〕
図２、図３、図４は、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す。このうち、図２は、第２の実施の形態に係るアンテナ装置の外観構成を模式的に示す斜視図であり、図３は、図２に示すアンテナ装置に、無線基板を付加してなる外観構成を模式的に示す斜視図であり、図４は、図３に示す第２の実施の形態に係るアンテナ装置を具体的な数値をもって示す第１の実施例の構成を示すもので、図４（ａ）は、正面図、図４（ｂ）は、左側面図である。
この第２の実施の形態に係るアンテナ装置は、第１の実施の形態に係るアンテナ装置に対し、第一および第二のチップアンテナの配設位置が異なっているだけで、その他の構成については、共通となっている。即ち、この第２の実施の形態に係るアンテナ装置のチップアンテナ４（４ａ，４ｂ）の配設位置は、第一の線状導体２ａおよび２ｂの両端または第二の線状導体３の両端にそれぞれ配置するように構成した点が異なっている（請求項２に対応する）。

従って、第２の実施の形態に係るアンテナ装置のその他の構成部分については、第１の実施の形態に係るアンテナ装置について記載したところを援用し、重複した説明は、省略する。
上述したように、インピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωのチップアンテナ４（４ａ，４ｂ）を、第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）の両端または第二の線状導体３の両端に配設することで、第１の実施の形態に係るアンテナ装置に比べ、ダイポールアンテナの入力インピーダンスのばらつきがなく、金属に近接した状態で使用してもインピーダンスの劣化が少なく、帯域、利得共に優れた特性を有するアンテナ装置を実現することができる。

〔第１の実施例〕
尚、上述した第２の実施の形態を具体的に示す第１の実施例を、図４に示すアンテナ装置について説明する（請求項４に対応する）。
図４に示すように、誘電体基板１は、ガラスエポキシ基板からなり、正面形状において、幅５２ｍｍ、高さ３３ｍｍ、厚さ２ｍｍに形成されている。
第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）および第二の線状導体３は、（材質：銅箔）からなり、厚さが数１０μｍ、線幅が、２ｍｍに形成されている。
チップアンテナ４（４ａ，４ｂ）は、インピーダンス成分が、４０＋ｊ３００Ω前後であり、動作周波数は、２．４ＧＨｚ帯である。
接続導体５（５ａ，５ｂ）の材質は、銅箔である。
また、無線基板７は、銅箔からなり、正面から見て、幅５２ｍｍ、高さ２６ｍｍ、厚さ２ｍｍに形成され、無線基板７の上端縁からチップアンテナ４（４ａ，４ｂ）までの間隔は、５ｍｍ程度離れている。
尚、本実施例に係るアンテナ装置の放射特性の実測においては、アンテナ装置と金属との近接距離は、５ｍｍに設定するものとする。

次に、本実施例に係る図４に示すアンテナ装置の各種特性について、図８〜図１４に基づいて説明する。
図８は、単体のインピーダンス成分が、４０＋ｊ３００Ωとなるチップアンテナを接続した際のチップアンテナ単体のインピーダンス特性図であり、図９は、図４に示す第１の実施例に係るアンテナ装置のインピーダンス特性図であり、図１０は、図４に示す第１の実施例に係るアンテナ装置と、給電部との間に整合回路を装荷した場合のインピーダンス特性図である。
これら図８〜図１０において、動作周波数帯は、２．４ＧＨｚ帯である。通常、ダイポールアンテナのインピーダンスは、７３．１＋ｊ４２．５Ω、その折り返し構成を有する折り返しダイポールアンテナのインピーダンス特性は、４倍の約２９３Ωとなるが、誘電体基板１と無線基板７とは、５ｍｍの間隔で近接し、且つ折り返し部の開口部が２ｍｍであることから、２つのチップアンテナ４ａ，４ｂを接続した際に、図９に示すように、約２５Ω程度の折り返しダイポールアンテナとなっていることが分かる。

しかしながら、上記構成のままのインピーダンス特性では、未だアンテナとして使えないので、実際には、５０Ωに近づけるために、整合回路を通す必要がある。
アンテナのインピーダンスと、システム（例えば、アンプ）のインピーダンスの整合が取られていないと、アンテナから放射するはずの信号がシステム側に反射することになる。
通常は、ディスクリートインダクタやキャパシタと伝送線路からなる整合回路で、給電線から見たアンテナ側の特性インピーダンスのインピーダンス値を、給電線（システム側）の特性インピーダンスのインピーダンス値（同軸ケーブルは、たいてい５０Ωか７０Ωであるが、本実施例の場合、５０Ωに一致（インピーダンスの整合）させ、給電線とアンテナ間でエネルギーの反射がないようにしている。

そこで、図４（ａ）に示す、アンテナ装置の給電部６と、接地部８との間に整合回路を装荷した場合のインピーダンス特性図を示す。
上記アンテナ装置は、図１０のインピーダンス特性図に示されるように、２．４〜２．５ＧＨｚの周波数帯域において、インピーダンス値は、約５０Ωが実現されており、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）が、１．６以下の広帯域特性を有するアンテナとして動作している。電圧定在波比（Voltage Standing Ware Radio：略して、ＶＳＷＲという）とは、インピーダンスの不整合等により反射信号が発生し、入力信号が影響を受けて生じる信号（定在波）の最大電圧（Ｖmax）と最小電圧（Ｖmin）との比であり、ＶＳＷＲ値が小さい程、反射によるロスが少ないとされる。
一般に、ＶＳＷＲ値は、１．５以下が理想、３以下が実用上の限界とされており、本実施例のように、ＶＳＷＲが、１．６であるということは、理想状態から殆ど損失がないアンテナである、ということができる。

次に、図１１〜図１３を参照して、本実施例のアンテナ装置における放射特性について説明する。
図１１は、図４に示す第１の実施例に示すアンテナ装置におけるシミュレーションにより得た放射特性図である。
また、図１３は、図４に示す第１の実施例に示すアンテナ装置における放射特性を実際に計測して得た放射特性図である。
図１１、図１３において、細い線で描かれている直交偏波成分である水平偏波〔Ｅ（ψ）成分〕の利得は、シミュレーションと実測では、大きく異なっている。
これに対し、図１１、図１３において、太い線で描かれている主偏波成分である〔Ｅ（θ）成分〕は、計算、実測共に良く一致しており、最大利得は、共に、＋１．５ｄＢｉ程度であり、比較的損失が少ないアンテナとなっている。

次に、図１４（ａ）〜（ｌ）を参照して、第１の実施例に係るアンテナ装置の自由空間における放射特性と、当該アンテナ装置を金属に一定距離近接したときの放射特性を対比して説明する。
図１４のうち、（ａ）は、アンテナ装置を自由空間においた状態におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向を共に示す概略斜視図であり、（ｂ）は、第１の実施例の自由空間におけるインピーダンス特性図であり、（ｃ）は、第１の実施例のアンテナ装置を、エポキシ樹脂でモールドし、金属板に近接（５ｍｍの間隔）した状態を示す斜視図であり、（ｄ）は、（ｃ）の実施例のインピーダンス特性図、（ｅ）〜（ｈ）は、第１の実施例のアンテナ装置を自由空間においた場合であって、周波数が異なる毎の放射特性をそれぞれ示す放射特性図であり、（ｉ）〜（ｌ）は、上述した（ｃ）図に示すようにアンテナ装置に金属を近接した場合であって、周波数が異なる毎の放射特性をそれぞれ示す放射特性図である。

図１４に示すように、動作周波数が、２．２ＧＨｚ、２．４ＧＨｚ、２．５ＧＨｚおよび２．６ＧＨｚである場合に分けて、自由空間におかれたときと、金属近接時について、それぞれ放射特性図（放射パターン）対応配列している。
折り返しダイポールアンテナは、自己平衡系のアンテナであるため、主偏波は、水平偏波Ｈ（図１４においては、細線で描かれている）となる筈であるが、本実施例に係るダイポールアンテナは、自由空間における図１４（ｅ）〜（ｈ）に示すように、２．５ＧＨｚ付近を境に、周波数が２．５ＧＨｚ付近より低い場合は、主偏波が垂直偏波Ｖ（図１４においては、太線で描かれている）となり、２．５ＧＨｚ付近より高い場合は、水平偏波Ｈとなっており、動作モードが変化していることを示している。
即ち、２．５ＧＨｚより低い周波数の場合、アンテナエレメントと主偏波は、直交しており、主の放射源は、筐体（無線基板）となる。

図１４（ｉ）〜（ｌ）に見られるように、２．２ＧＨｚ〜２．６ＧＨｚまでの間においては、垂直偏波Ｖの大きさが、次第に小さくなっているのに対し、水平偏波（Ｈ）の大きさが、次第に大きくなっており、これが特徴の１つとなっている。
そのため、金属に近接してアンテナ装置を配置した場合においては、図１４（ｉ）〜（ｌ）に見られるように、インピーダンス特性は、多少低くなるものの、周波数が、２．５ＧＨｚより低い場合は、主偏波がアンテナエレメントと直交している場合においても、垂直偏波成分（Ｖの波形成分）が大きく寄与し、水平偏波成分の不足を補うように作用している。
即ち、自己平衡作用により損失が殆どない、という現象を呈している。従って、本発明によれば、金属に近接（５mmの間隔）した状態で使用しても、インピーダンスの劣化が少なく、帯域、利得共に優れた特性を有するアンテナ装置を提供することができる。

〔第３の実施の形態〕
図５は、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナ装置（請求項３に対応する）の要部の構成を模式的に示す斜視図である。図５に示すアンテナ装置は、二以上の多層誘電体基板１（１ａ、１ｂ）、分割された第一の線状導体２（２ａ、２ｂ）、第二の線状導体３、第三の線状導体９の二つのチップアンテナ４（４ａ、４ｂ）、二つの接続導体５（５ａ、５ｂ）、給電部６、接地部８を具備している。多層誘電体基板１は、主面側（上面側）の誘電体基板１ａと他面側（下面側）の誘電体基板１ｂとの二層からなるが、第三の線状導体９を添着するために薄い誘電体基板１ｃ（図示せず）を、誘電体基板１ａと１ｂの中間に介挿する場合があるので、その場合は、三層構造となる。これら多層誘電体基板１ａ、１ｂ、１ｃの材質は、第１の実施の形態のものと、同じくガラスエポキシ樹脂その他、誘電体セラミックやテフロン（登録商標）であってもよい。

第一の線状導体２（２ａ、２ｂ）は、給電部６を境に、中央で二分されており、それぞれ第一の誘電体基板１ａの主面（図５において、上面側の面）に設けられている。
この第一の線状導体２（２ａ、２ｂ）の長さ方向の中央に一対の給電線路が接続され、一方の線路が給電部６に接続され、他方の線路が接地部（グラウンド）８に接続されている。
第二の線状導体３は、第一および第二の誘電体基板１ａおよび１ｂを介して、第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）と対向または平行するように、第二の誘電体基板１ｂの他面側（図５における下面側）に設けられている。
第三の線状導体９は、第一の誘電体基板１ａを介して、第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）と対向または平行するように、第一の誘電体基板１ａの他面側（下面側）に設けられている。

第一の接続導体５ａは、第一および第二の誘電体基板１ａおよび１ｂを貫通するようにスルーホール状に設けられおり、第一の線状導体２（２ａ）および第三の線状導体９の各一方端同士をそれぞれ接続している。
第二の接続導体５ｂは、第一および第二の誘電体基板１ａおよび１ｂを、貫通するように同様にスルーホール状に設けられており、第一の線状導体２（２ｂ）、第二の線状導体３および第三の線状導体９の他方端同士をそれぞれ接続している。
第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）、第二の線状導体３、第三の線状導体９、給電線路（給電部６、接地部８）、第一および第二の接続導体５ａおよび５ｂは、導電性の良好な種々の材料、例えば、金、銀、銅およびそれ等の合金等の良導性の金属を用いて形成することができる。
尚、第一および第二の接続導体５ａおよび５ｂは、誘電体基板１ａ，１ｂにスルーホール状に設けることに限らず、複数の線状導体を電気的に接続する手段であればよい。

第一の線状導体２ａと２ｂの中心部に給電部８が設けられており、この給電部８を中心としてその両端部の対称位置に、第一のアンテナ４ａと第二のアンテナ４ｂがそれぞれ回路挿入されている。
この第３の実施の形態におけるアンテナ装置は、給電部６および接地部８に各端部が接続された第一の線状導体２ａおよび２ｂの両端部に配設されたチップアンテナ４ａおよび４ｂと、第一および第二の接続導体５ａおよび５ｂをそれぞれ介して第二の線状導体３および第三の線状導体９の両端に接続される回路構成となっている。
また、給電部６と接地部８の入力端側には、アンテナ装置単体のインピーダンスとシステム機器の定格のインピーダンスとを整合させるための整合回路を設ける。

上述のように構成された第３の実施の形態によれば、第１および第２の実施の形態のものよりも多層化された分だけステップアップ比が向上することにより、更なる小型化を実施することができ、第１、第２の実施の形態におけるアンテナ装置と同様、チップアンテナの数が少なく、帯域、利得と共に優れた特性を有するアンテナ装置を実現することができる。

〔第４の実施の形態〕
図６は、本発明の第４の実施の形態に係るアンテナ装置の外観構成を模式的に示す斜視図である。
この第４の実施の形態に係るアンテナ装置は、第３の実施の形態に係るアンテナ装置に対し、チップアンテナの配設個数が増えた点が異なっているだけで、その他の構成については、基本的に共通となっている。即ち、この第４の実施の形態に係るアンテナ装置のチップアンテナ４の配設位置は、第一の線状導体２ａおよび２ｂの両端および第二の線状導体３の両端にそれぞれ回路挿入するように構成した点、即ち、４個のチップアンテナを具備する点が異なっている。
従って、第４の実施の形態に係るアンテナ装置のその他の構成部分については、第３の実施の形態に係るアンテナ装置について記載したところを援用し、重複した説明は、省略する。

上述したように、インピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωの第一、第二のチップアンテナ４（４ａ，４ｂ）を、第一の線状導体２（２ａ，２ｂ）の両端に配設し、第三、第四のチップアンテナ４ｃ、４ｄを第二の線状導体３の両端に配設することで、第３の実施の形態に係るアンテナ装置に比べ、チップアンテナとステップアップ比との相乗効果により、更なる小型化を実現することができ、金属に近接した状態で使用してもインピーダンスの劣化が少なく、帯域、利得共に優れた特性を有するアンテナ装置を実現することができる。

〔第２の実施例〕
図７は、図５に示した本発明の第３の実施の形態の変形である第２の実施例の構成を具体的に示す斜視図である（請求項４に対応する）。
図７に示すように、第１の誘電体基板１ａは、ガラスエポキシ基板からなり、その寸法は、図示を省略したが、図４（ａ）、（ｂ）に示すものと同様とする。
第１の実施例と異なる点は、第一層の誘電体基板１ａと、第二層目の誘電体基板１ｂとの間が、第１の実施例の場合、密着されているが、第２の実施例の場合、４ｍｍの間隔をもって離間して、開口部を設けた点が異なっている。
そして、折り返しダイポールアンテナの正面から見た長さが、第１の実施例においては、図４に示す通り、３３ｍｍであるのに対し、第２の実施例の場合、２０ｍｍに抑えられている点で異なっている。
上述したように、第２の実施例におけるダイポールアンテナの開口径を４ｍｍと大きくしたことにより、そのエレメント長を一層の短縮化を実現することができたのである。
即ち、第１の実施例のダイポールアンテナは、正面寸法と背面寸法が３３ｍｍであり、多層誘電体基板の厚さが２ｍｍであるので、全長は、３３ｍｍ×２＋２ｍｍ×２＝７０ｍｍであった。

これに対し、第２の実施例のダイポールアンテナは、正面寸法と背面寸法が２０ｍｍであり、多層誘電体の厚さが４ｍｍであるので、全長は、２０ｍｍ×２＋４ｍｍ×２＝４８ｍｍまで小型化が可能となった。
以上、詳述したところの各実施の形態によれば、小型化を実現しつつ、金属に近接した状態で使用しても、インピーダンス劣化がなく、帯域、利得と共に優れた特性を有するアンテナ装置を提供することができる。

１（１ａ、１ｂ） 誘電体基板
２（２ａ、２ｂ） 第一の線状導体
３ 第二の線状導体
４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ） チップアンテナ
５（５ａ、５ｂ） 接続導体
６ 給電部
７ 無線基板
８ 接地部
９ 第三の線状導体

Claims (6)

1. 誘電体基板の主面上に設けられ、中心部に給電部を設けた第一の線状導体と、前記誘電体基板を介して、他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体の各々の両端を一対の接続導体にてそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、
   動作周波数におけるインピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωのチップアンテナを、前記給電部から所定距離以上離れた前記第一の線状導体または前記第二の線状導体の対称位置にそれぞれ配置するように構成したことを特徴とするアンテナ装置。
2. 誘電体基板の主面上に設けられ中心部に給電部を設けた第一の線状導体と、前記誘電体基板を介して他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体の各々の両端を一対の接続導体にてそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、動作周波数におけるインピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωのチップアンテナを、前記第一の線状導体または前記第二の線状導体のいずれかの両端にそれぞれ配置するように構成したことを特徴とするアンテナ装置。
3. 二層以上の多層誘電体基板上の主面上に設けられた第一の線状導体と、前記多層誘電体基板を介して他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体と、前記多層誘電体基板の中間に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第三の線状導体の各々の両端を一対の接続導体にてそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、動作周波数におけるインピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωのチップアンテナを、前記第一の線状導体または前記第二の線状導体のいずれかの両端にそれぞれ配置するように構成したことを特徴とするアンテナ装置。
4. 前記多層誘電体基板のうち、第一層の誘電体基板の主面上に設けられた第一の線状導体と、
   前記多層誘電体のうち、第二層の誘電体基板の他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第二の線状導体と、
   前記第一層の誘電体基板を介して他面側に前記第一の線状導体と対向または平行するように配置された第三の線状導体の各両端を一対の接続導体にそれぞれ接続した折り返しダイポールアンテナにおいて、前記第一層の誘電体基板と、前記第二層の誘電体基板とを、所定の間隔をもって離間して開口部を設けたことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 動作周波数における前記インピーダンス成分が数１０＋ｊ数１００Ωの前記チップアンテナを、前記第一の線状導体および前記第二の線状導体の両端にそれぞれ配置するように構成したことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
6. 前記チップアンテナは、動作周波数におけるインピーダンス成分が４０＋ｊ３００Ω前後であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。