JP3625191B2 - チップ型アンテナ素子およびアンテナ装置並びにそれを搭載した通信機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ型アンテナ素子とそれを用いたアンテナ装置並びにそれを搭載した通信機器に係わるものであり、特に携帯無線電話や無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等のマイクロ波無線通信機器に好適なチップ型アンテナ素子（以下、単にアンテナ素子或いはアンテナと言うことがある。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波無線通信機器、とりわけ携帯電話などの携帯通信機器では、小形低背化を図るためにアンテナ素子としてモノポールアンテナやマイクロストリップアンテナ等が、一般に用いられている。このうち、最近適用が増加しているマイクロストリップアンテナの構造および原理に関しては、アンテナ工学ハンドブック（ｐ１０９〜１１１ 電子情報通信学会編 オーム社）にその詳しい記載がある。
【０００３】
現在、実用化されているマイクロストリップアンテナ素子は、特開平１０−２０９７４０号公報に記載されているように直方体状の誘電体上面に放射電極を形成し、下面から給電するものが知られている。この概略構成を図２１に示す。アンテナとして動作させる場合、地導体９６を配したプリント基板（図示せず）上にアンテナ素子１００を図示するように配置し、下面側から給電線９４によって給電が行われる。放射電極９０の開放端では図示するように地導体９６間で電気力線が発生し、放射電極の垂直方向に磁流が発生して空間に電波が効率良く放射される。すなわち、放射電極の一辺の長さＤは通常約１／４波長に選ばれ、共振時には放射電極の垂直向きに磁流が発生し、電気力線の向きは放射電極端面から流出する磁流と直交する方向に生じるのである。尚、放射電極９０の形状は長方形電極の他に円形あるいは五角形等の形状が提案されているが、上下あるいは左右対称なものが主に使用される。
【０００４】
携帯通信機器に使用されるアンテナは、小形低背であると同時に放射効率が良く且つ指向性がないことが必要十分条件である。小形低背化のために上述したアンテナ素子は、放射電極を絶縁基板上もしくは内部に配置した構成がとられる。これは、放射電極を流れる電流が隣接する絶縁基板に影響され、その波長を短くする（波長短縮効果）ためで、放射電極を短くしても同一の放射効率が得れることから、小形なアンテナの使用が可能となる。必要なアンテナ長ｄは、絶縁基板の比誘電率をεｒ、共振周波数をｆ_０、また光の速度をｃとするならば、大略
ｄ＝ｃ／（２ｆ_０√εｒ） （１）
と表される。
【０００５】
上式から容易に理解されるように、マイクロストリップ構造のアンテナ素子は、伝搬周波数（＝ｆ_０）を一定とするならば、絶縁基板のεｒが大きければ大きい程、ｄ、即ちアンテナ素子長を短くできる。言い換えると、比誘電率の高い基板を用いることによって、同じ性能で低背なマイクロストリップアンテナ素子を製造することが可能である。特に、携帯電話等には低背化したアンテナ装置は必須であり、従来にない小形で高性能なアンテナ素子の開発が望まれている。
【０００６】
また、携帯通信機器に適用されるマイクロストリップアンテナ以外のアンテナ方式として、逆Ｆ型モノポールアンテナがある。この逆Ｆ型モノポールアンテナは、地導体板に短絡した線状導体を途中で折り曲げて放射電極とするもので、地導体板と放射電極との間に給電端子を接続した方式のアンテナである。この放射電極はおよそ１／４波長あればよいことから、先に引用したマイクロストリップアンテナ素子と比較すると、導体幅方向に展開したアンテナ方式と見なすことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のマイクロストリップアンテナでは、小形低背化に際して次のような課題を有していた。即ち、所定の伝搬周波数ｆ_０に対し絶縁基板の比誘電率εｒを高めることによって、放射電極を短縮化して行くと、共振特性が先鋭化し、狭い周波数領域だけで動作する狭帯域化となる。これは、携帯電話等のアンテナとして好ましいことではなく、通信に利用可能な周波数帯域の制限を意味する。従って、実用的なアンテナを開発するに当たっては、第１に広帯域特性を満足する必要がある。特に、２周波以上を使用する多周波用アンテナでは、この狭帯域化現象が深刻な問題であり、絶縁基体の物性値だけで制御する範囲を超えていた。
【０００８】
一般に、共振特性の帯域幅をＢＷ、アンテナの共振時の良さをＱ値とすると、共振周波数ｆ_０、ＢＷおよびＱとの間には次式のような関係を有する。
ＢＷ＝ｆ_０／Ｑ （２）
一方、マイクロストリップアンテナの高さｈは絶縁基板の厚さと一致し、Ｑとの関係を表すと、
Ｑ∝εｒ／ｈ （３）
となることが知られている。
【０００９】
このように比誘電率εｒの高い絶縁基板を用いると、Ｑ値が増して結果的に帯域幅ＢＷの低下を招くことが、上式から説明できる。一方、背の高いアンテナを使用すれば、Ｑが低下するが、アンテナの小形低背化ができなくなる。要するに、アンテナの小形低背化と性能は互いにトレイドオフの関係にあり、両者を同時に満足することは非常に困難であると考えられていた。
【００１０】
一方、マイクロストリップアンテナの小形化の一手法として、放射電極を中央部で２分割し、一端を短絡させる方式が知られている。この方式は、新アンテナ工学（ｐ１０９〜１１２ 新井宏之著 総合電子出版社発行）に詳しい記載がある。この構成は、線状の放射電極を中央で半分に分割し、その一端と地導体板を電気的に短絡するものである。放射電極の一辺の長さは共振周波長の１／４程度となるため、従来に比べ約５０％の小形化が可能である。また、放射電極を基体の縁部に沿って設けるか、または隣接面に回り込んで設けることによって、帯域幅の拡大を図ることが可能である旨を記載した特開平１１−２５１８１６号公報がある。
【００１１】
ところが、このマイクロストリップアンテナ素子を携帯通信機器に組み込むと、主に放射電極の端部からの放射電波によってその近傍に配置された筐体あるいは回路基板の導体部に電流を誘起し、その導体部が見掛け上アンテナ作用を起こすことになる。この方式のアンテナでは、実装状態や環境によって特性の変動が生じやすく、給電点におけるインピーダンスの不整合、あるいは放射指向性の変動となって現れ、実装上の問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、アンテナ素子の長さや高さを大きくすることなく、Ｑ値を確保し、高利得で且つ帯域幅を広げることの出来るアンテナ素子と、これを回路基板に実装した際に省スペースと実装密度を高めたアンテナ装置及びそれを搭載した携帯情報端末などの通信機器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上述べたように、アンテナ素子の小形低背化と広帯域化を同時に行うことは、従来技術では適用限界を超えていた。しかしながら、本発明者は、従来のアンテナ構成の基本原理に立ち返り、その動作をシミュレーション等を駆使し、細部に亘り深く考究した結果、放射電極と接地電極の形状を選ぶことによって等価的に複数の共振回路をアンテナ素子に発生させることができること、また、電極配置を選ぶことによって高利得の放射指向性と不必要な電界の放射を阻止できること、また、地導体への載置構成を考慮することによって占有面積を小さくしてより良い特性が得られることなどを知見した。これらにより小形低背化と高利得、広帯域特性を得ることが可能であることを想到し、本発明を完成した。
【００１４】
即ち、本発明は、絶縁基体にマイクロストリップ導体を配したチップ型アンテナ素子であって、前記マイクロストリップ導体は、前記絶縁基体の少なくとも上面に形成され、当該絶縁基体の長手方向の一方から他方まで連続的および／または段階的に幅を狭めながら延在し、一方端が幅広の後端部で、他方端が幅狭の先端部である放射電極と、前記放射電極の後端部に直接又は容量結合して接続する接地電極と、前記放射電極と非接触で、前記絶縁基体の長手方向側面の中央よりも前記放射電極の先端部側に偏って形成された給電電極とを備えたものである。但し、前記放射電極の先端部にはギャップを介して対向する接地電極を設けることがないチップ型アンテナ素子である。
【００１６】
本発明において、前記絶縁基体の裏面のほとんどには接地電極を有していないことが好ましい。
また、前記放射電極の先端部の開放端を前記一方端面以外の端面又は側面に延在して設けたチップ型アンテナ素子である。ここで、前記延在して設けた開放端は、基体上面にある幅を狭めた先端部よりも細い幅の電極とすることが出来る。
【００１７】
本発明において、絶縁基体を長方体となし、この絶縁基体の一方端に設けた接地電極は、端面とその廻りの少なくとも三面を覆って形成すること、前記放射電極の先端部の開放端の幅をＳ、接地端の幅をＷとしたとき、Ｗ／Ｓを２以上とすること、さらに、前記放射電極を絶縁基体の隣り合う側面にわたって設けることは、それぞれ望ましい構成である。
【００１８】
本発明は、上記したチップ型アンテナ素子を回路基板に取付けてなるアンテナ装置にも関し、前記絶縁基体の接地電極を回路基板の地導体と接続するように、当該絶縁基体の長手方向を前記地導体の端部境界線と並行に、且つ放射電極の先端部側を前記地導体から遠ざけるように配置し、前記絶縁基体の長手方向の中央よりも前記放射電極の先端部側に偏って形成された給電電極に電力を供給するようにしたアンテナ装置である。このときチップ型アンテナ素子と回路基板の地導体との間に、間隙を設けて接続することが望ましい。
また、本発明は、上記した何れかのアンテナ装置を搭載した通信機器であり、例えば、ブルートゥース用アンテナとして携帯電話、ヘッドフォン、パソコン、ノートパソコン、デジタルカメラ等に搭載した通信機器とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成と動作を図面と共に説明する。図１は本発明を説明するためのアンテナ装置の斜視図であるが、本発明のアンテナ素子の特徴は、先ず、放射電極１３を長手方向の先端部の開放端に向かって導体幅を狭めた形状となしたことである。より具体的には、概略直方体の絶縁基体１１の一方端の端面を含む端部を接地電極１５で覆うように形成し、基体上面には接地電極１５と連続して他方端に向かって連続的に幅を狭めながら延びる放射電極１３を設け、放射電極１３の傾斜の途中に非接触で給電するために放射電極の先端部側に偏って形成された給電電極１４を設けていることである。尚、図１では放射電極１３の開放端にギャップ部を介した対向面に接地電極１７を図示しているが、本発明ではこのような接地電極１７を設けることはしない。
ここで、本発明のアンテナ素子が従来と最も異なる点は、（1）放射電極を先端部の開放端に向かって幅を狭めながら延びる形状としたこと。（2）接地電極は基体端部を取り囲むように設けており、裏面のほとんどには接地電極を設けないこと。（3）回路基板の地導体の端部境界線に対し基体の長手方向を横並び（本発明では並行と言う）に配置し、放射電極の先端部側の開放端が地導体から最も遠ざかるように配置したこと、である。次に、各項目毎にその動作、作用等について説明する。
【００２０】
まず、放射電極の形状は高周波電流の流れに対して垂直方向の電極長さ、即ち幅を一定とせずに、開放端１２側に接近するに従い徐々に減少させる形状にしている。一般に、給電電源１９から給電電極１４を介して供給された高周波電流は、放射電極のインダクタンスと大地との間で形成されるコンデンサ容量で決まる周波数で共振を起こし、空間に電磁エネルギとして放射される。この時、接地電極１５と開放端１２を節と腹とする電流分布モードになる。放射電極の幅が一定ならば、この電流分布モードは１つしか存在しない。しかし、接地電極間に配置する放射電極の幅が一定でないこと、さらに図示する各電極配置と構造であることによって、素子には複数の共振回路が等価的に形成される。また、各共振回路の共振周波数は、構成上かなり接近して複数存在することになり、マクロ的に見ると広帯域な共振特性となる。これはＱ値の低下を示唆するものである。
【００２１】
ここで、図１のアンテナ素子を例にとって放射電極１３を等価回路で示すと、図２（ａ）のようになると考えられる。給電電源１９は、給電電極等によるインダクタンスＬｉとコンデンサ容量Ｃｉを介して、放射電極１３に電流を供給する。供給された電力は共振時に放射抵抗ｒにおいて空間で消費される。この消費される電力が空間に電磁波として放射されることになる。等価回路中、給電電源１９より右側の破線で囲んだ部分が放射電極による部分１３−１、左側が開放端１２を含めた接地電極１７部分に関係し、放射電極１３と接地電極１７間のコンデンサ容量をＣｇとして等価回路中に表示した。
【００２２】
他方、等幅の放射電極を用いた場合を図２（ｂ）の等価回路に示す。この場合は放射電極を単純にインダクタンスＬとコンデンサ容量Ｃで置き換えることができる。一方、等幅でない本発明の場合は、放射電極による動作を考えると分布定数的に扱う必要がある。このため、適当に分割してそれぞれに対応するインダクタンスとコンデンサを接続したものと見なせる。従って、放射電極１３を含む等価回路は、複数のインダクタンスＬｒ１、Ｌｒ２、Ｌｒ３…とコンデンサＣｒ１、Ｃｒ２…による梯子型回路として表示することが最も理に適う。図示の回路では３個以上の共振回路が形成されることになるが、構成上、各共振周波数はかなり接近して発生するため共振が連続して発生するように見られ、結果的に周波数特性では帯域幅が広がった特性となる。
【００２３】
以上説明した実施例の放射電極は、略台形状を想定したものであるが、発明の趣旨から明らかなように台形状に拘束されることはなく、種々の形状が考えられる。本発明が骨子とするところは、等幅のマイクロストリップ導体に対してインダクタンスを分布させることにあり、分布インダクタンスと静電容量によって複数の共振回路の形成をなし、いわば並列多重共振回路の機能を持たせたことにある。これを放射電極の形状に換言すれば、基体の一方端から開放端に向かって流れる電流に対して電極幅が変わることであり、本発明では放射電極幅が連続的およびまたは段階的に実質的に幅を狭めながら延びる形状であると表現している。他の具体的な例を示すと図１２のような放射電極形状が考えられる。しかしながらこれに限定されるものではない。
【００２４】
次に、上述した放射電極の形状寸法について述べる。図３の特性カーブは縦軸にＱ値を、横軸に開放端の幅をＳ、接地端の幅をＷとしたときのＷ／Ｓの比を示しており、Ｗ／Ｓに対するＱ値の変化を示している。この特性カーブからＷ／Ｓが大きく、即ち先端が細くなるに従いＱ値が減少し広帯域化が図られることが分かりＱ値≦２９を満たすＷ／Ｓは３以上である。但し、基体の比誘電率による影響もあるのでＷ／Ｓは２以上でも実用でき、実質的には２〜５の範囲である。この放射電極は下記する実施例に示すように基体の上面だけでなく隣り合う側面にも連続的に形成しても良い。むしろこの方がより小型化されて放射指向性が向上するので望ましい。また、先端部も隣り合う端面又は側面まで延長して設けても良く、他面に設けた先端部はインダクタンスあるいはキャパシタンス成分として作用し放射利得の向上や周波数の調整がやり易くなる。
【００２５】
次に、アンテナ素子の接地電極の構成と回路基板上への配置について述べる。本発明の接地電極１５は図４や図６等に示すように、長方体の基体１１の一方端面とその廻りの少なくとも三面を覆って形成されており、かつ基体の裏面のほとんどにはグランド電極を設けていない。またインピーダンスが整合する個所の側面に給電電極１４が形成されている。図４を例にとれば、アンテナ素子１０は給電線７５を跨ぐように回路基板７１の地導体７３の端部境界線と基体の長手方向を並行に、且つ、放射電極１３の幅狭の先端部の開放端１２が地導体７３から最も遠ざかる方向に向けて面実装したものである。
【００２６】
従来はアンテナ素子を地導体の端部境界線に対して垂直方向（縦方向）、即ちアンテナ基体の長手方向を縦に配置する場合が多かった。このような場合デッドスペースが大きくなり設計の自由度が低いことは言うまでもない。本発明のようにアンテナ基体の長手方向を横方向に並行に置けば占有面積は格段に減少し、実装レイアウトの自由度と密度を上げて省スペース化を図ることが出来る。一方で並行に置いた場合は縦置きに対して利得低下を補う必要があるが、この点で放射電極の形状効果や電極配置による効果を積極的に引き出している。例えば、接地電極１５は基体端部を確実に覆うことにより、接地端から開放端の先端に向かって電解を集中させることができておりグランド間の結合も確保される。また、給電点も容量を介してインピーダンスマッチング部に設けられて確実かつ容易に行われる。
【００２７】
また、回路基板との電気的相互作用としては、アンテナの共振電流が基板に鏡像電流を発生させる現象が挙げられる。この鏡像電流と基板側の電流が逆位相となるとアンテナからの電磁放射を妨げ利得低下や共振周波数のシフトをもたらすことがある。この点で図示の配置とすることによって、アンテナ基体上で共振電流が最も強く流れる放射電極と開放端を地導体から最も遠い位置に配置し、電界を接地導体から離れた位置に誘起できる。これにより鏡像電流を極力弱くでき、また、アンテナ基体の裏面のほとんどには接地電極を設けていないので基板への鏡像電流を減少させることが出来ている。これらによって放射利得も向上するのである。
尚、占有面積の点からは逆行するが、利得向上の点では地導体から所定の間隙をあけて接地電極を載置すると一層利得が向上する。また、回路基板全体の中でのアンテナ素子の配置は、基板の先端部ではあるが、その中でも開放端側は基板の角から半波長程度離して配置することが望ましい。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳しく説明する。まず、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）はアンテナ素子の絶縁基体の寸法（長さＬ、幅Ｗ）と帯域幅（ＢＷ）及び比誘電率（εｒ）と帯域幅の関係の一例を示している。帯域幅は上記したように素子基体の寸法や材料によって変わるものであるから、図５のような素子寸法と帯域幅の関係及び素子材料と帯域幅の関係を予め得ることによって省力かつ効率的に本発明を実施できるものである。尚、ここでは１８０ＭＨｚの帯域幅を得ることを前提に別途検討した結果、絶縁基体として直方体（１５ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍ）の誘電体セラミックスで比誘電率εｒ＝８、Ａｌ_２Ｏ_３系材料を使用することにした。電極はＡｇ電極材料を用い、絶縁基体１１の表面に図６に示すような位置と形状に設けた。この時、放射電極は基体上面の放射電極１３と側面の放射電極１３１とからなり、接地電極１５と接続して二面にわたって略台形状に設け、先端の開放端は折れて側面まで延びている。本例では開放端Ｓと接地端の幅Ｗの比をほぼ１：３とした。給電電極１４（図示せず）は基体の中央よりやや開放端側に寄った側面に非接触で設けている。尚、上記した寸法を有するアンテナ素子は、伝搬周波数２．４〜２．５ＧＨｚ、帯域幅１８０ＭＨｚ、比帯域３．５％、利得０ｄＢｉ以上、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）３以下等の性能を満たすと共に、特定平面内無指向性が要請される携帯電話あるいは無線ＬＡＮ用に設計したものである。
【００２９】
上記の実施例は一例であって設計条件等によっては適宜寸法や構成を選定することができる。例えば、略直方体状の誘電体基体は円柱状でもよく、また材料は磁性体、樹脂体、またこれらの積層基板であっても良い。放射電極の形状や開放端と接地端の幅寸法についても適宜変更ができる。また、帯域幅を広げたり周波数調整のために放射電極あるいは基体をトリミングすることが有効である。
また、放射電極の一端側は必ずしも連続的に接地電極を形成する必要はなく、非連続とした容量結合となし最終的に接地できていれば良い。
また、接地電極は目的からして最小限その端面を覆い、接地面に連接して接地できていれば良いと言える。しかし、基体端面からの電界の放射を抑制する効果を確実に得るために図示するように基体端部において端面とその廻りの四面を確実に覆うように形成しておくものである。
また、給電電極は放射電極の周りで基体の端面あるいは上面にわたって設けても良く接触、非接触を問わないが、容量を介した非接触の方がインピーダンス整合が取りやすく望ましい。
【００３０】
アンテナ素子の製造方法としては、概略次の工程を用いて製造した。まず、誘電体セラミックスのブロックを焼成によって作製し、このブロックから適宜寸法の直方体のチップを複数個に切り出し所定の寸法に研削加工する。その後、この誘電体チップを複数並べた列を作り、これらの表面にＡｇ電極をスクリーン印刷で所定の形状と位置に形成した。次に、これらチップを乾燥させた後、端面電極を印刷形成し電極焼き付け工程を経てアンテナ素子として完成した。本実施例では幅３ｍｍ、高さ３ｍｍの同一寸法の長方体である。高さは低い方が好ましいが、同一寸法であると側面方向の方向性がなくなり、治具等を共通して電極の印刷作業等が簡単かつ安価に出来るという利点がある。
【００３１】
図６は試作したアンテナ素子及びその評価方法を示す。回路基板５０上にアンテナ素子１０を接地導体５５の端部に略並行に、且つ放射電極の開放端１２が地導体より遠ざかるように配置し、回路基板５０の左右の地導体５５の間に位置する給電線７５を介して、電源１９から給電する面実装型の構成である。放射電極１３及び１３１は接地電極１５と接続されており、ここから連続的に幅を狭めながら延びる傾斜面を形成し、先端は隣接する側面まで廻りこんで開放端１２となっている。給電電極は長手方向中央より開放端側に偏っており、基体の側面から裏面にわたって設け給電線７５と半田付けされる。他方、接地電極１５側は突出地導体部５５０の上に置かれて半田付けされアンテナ素子は固定される。尚、接地電極１５と放射電極１３、１３１は別体のように図示しているが一体的に印刷形成している。
【００３２】
特性の評価項目としては、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）と指向性および利得特性を測定し、地導体５５の先端部との間に２ｍｍ程度の間隙を設けてアンテナを設置した場合と間隙を設けない場合とについて評価した。ＶＳＷＲの測定は、給電端子にネットワークアナライザを接続し、端子側からみたインピーダンスを測定することにした。また、利得の測定に際しては、電波無響暗室内で被試験アンテナからの放射電力を受信用基準アンテナで受信し、基準アンテナに対する比として評価した。指向性については、被試験アンテナ素子を回転テーブルに搭載し、回転させながら放射電界の強度を利得の測定と同じ手順で各回転角度における利得を測定した。
【００３３】
図６の被試験アンテナ素子をＸ、ＹおよびＺ軸に関して回転させたときの指向特性を測定したところ、３軸共に利得がほぼ円に近く、指向性のない無指向特性が得られた。また、図７は２ｍｍの間隙を設けた場合の帯域幅特性である。従来と比べて大きな改善が見られ、狙い通り電圧定在波比ＶＳＷＲが３の時の帯域幅を１８０ＭＨｚとすることができた。尚、間隙を設けていない場合でも帯域幅は１２０ＭＨｚとなっており従来例よりも広帯域化が達成できた。但し、このアンテナ装置の場合は若干の占有面積の増加にはなるが所定の間隙、例えば２ｍｍ程度を地導体から距離をおいて配置した方が帯域幅及び放射利得の点でも優位であることが分かった。
【００３４】
次に、本発明の他の実施例を図８〜図１１に示す。図８はアンテナ素子の上面斜視図（ａ）、反対側の上面斜視図（ｂ）、下面側の斜視図（ｃ）を示している。図示から分かるように本例のアンテナ素子は、基体１１の上面に設けた台形状の放射電極１３２に給電電極１４２を接続した直接給電方式である。給電電極１４２は基体の側面と上面の二面にわたって設け下面にも延びている。そして、基体の下面側は給電電極と電気的に絶縁したグランド導体１５０をほぼ全面に配し、接地電極１５と導通した構成としている。
【００３５】
図９〜図１１の斜視図で示す例は、基体寸法を１５ｍｍ（長さ）×３ｍｍ（幅）×２ｍｍ（高さ）と薄型化を図っている。基体の一端端部を覆う接地電極１５を形成し、これに連なる放射電極に特徴を有している。尚、給電電極は基体の背面に位置するのでここでは図示していない。即ち、これらの例は放射電極を上面のみに配置するのではなく、隣り合う側面にも延在させて、またミアンダ状等に設けている。このような構成によって、放射電極を実質的に広げることが可能となり、周方向の放射利得が向上すると共に一層の小形低背化に効果的である。
図９では放射電極１３３と接地電極１５との間に間隙を設けて容量結合の方式としたものである。特に本例では放射電極と接地電極との間隙（ギャップ）が両端に設けられることから、この間隙に発生する電界が広範囲に放射されることによりＱ値が低下し、より広帯域化が期待できる。
図１０に示した例は、放射電極１３４と接地電極１５との間を一部分で接続するようにした構成である。１６１の基体部分はトリミングの要素が兼用して備わっており、よって、この部分の長さを変えるか、また削ったりして共振周波数の調整を行うことが出来る。開放端１２はもう一方の端面まで延在しており、この延長部分はインダクタンス成分あるいは装荷容量成分として利用できる。
また、図１１に示した例は、図示の通り放射電極１３５を二面に亘ってミアンダ状に形成したものである。この実施例ではミアンダ状放射電極に共振電流が流れることからミアンダ状電極の長さが電気長の約１／４に相当する。このため放射電極の長さを短くできることによりアンテナ寸法を更に小型化出来るという効果がある。
【００３６】
図１２は放射電極の形状としての他の実施例を示している。これらの実施例は、本発明の趣旨によって考えられたものであり、開放端側の幅は接地部側のそれよりも実質的に狭いこと、また左右対称である必要がない等の条件を満たすことは図から一目瞭然である。尚、（ｇ）〜（ｌ）までのパターン例は放射電極の下部に接地電極が繋がったあるいは離れた状態を一緒に図示し接地電極との関与も示している。
【００３７】
次に、図１３〜図２０はさらに他の実施例を示し、基体を展開した図である。図１３において塗りつぶした部分がマイクロストリップ導体からなる電極であり、本例は上述した図６の実施例とほぼ同じ構成になっている。基体の一端に接地電極１５を、また長手方向の他端に向かって幅を狭めながら延びる放射電極１３と、同じく他端に向かって幅の狭まる放射電極１３１及び放射電極１３の先端に設けた電極１３６を隣接する側面の二面に渡って形成している。また、給電電極は放射電極１３の途中の側面でインピーダンス整合部に形成している。異なっている点は、本例では接地電極１５を側面の全部を覆わないようにしており、一方側面にトリミング調整部２０を設け、周波数調整がやり易く調整幅が広くとれるようにしていることである。
以下の図示例において、同一構成については同一符号を付してその説明は省略する。
【００３８】
図１４は放射電極１３の先端部に上面から側面にわたって比較的幅広の電極１３７を設けており、容量装荷用の電極を形成したものである。
図１５は放射電極１３の先端部に他方端面まで延びる誘導性の電極１３６を設けたものである。例えば、これは端面全面に設けて容量装荷用にしても良い。
図１６は上面の放射電極１３を小さくし、一方側面側の放射電極１３１を主の放射電極となしている。また、他方端面には放射電極１３１の先端に連続する容量装荷電極１３７を設けている。
図１７は図１６の例に対し放射電極１３の一端側にトリミング調整部２０を設け、他端側に電極１３６を設けている。また、電極１３８は半田付け用のダミー電極で基板とアンテナ素子の固定がより強固に確実となる。
図１８は図１３の例に対し、接地電極１５をほぼ四面で覆い、給電電極１４を下面に延長し半田付け面積を確保し固定強度の向上をはかったものである。
図１９は図１８の例に対し、給電電極１４を延長する代わりにダミー電極１３８を他方端面の下面に設けたものである。
図２０は図１８の例に対し、給電電極１４の延長はせず、浮き電極１３９を設けたものである。浮き電極１３９は放射電極１３１とグランドとの間での容量を増加させ小型化及び周波数の調整を容易にする。
【００３９】
上記してきた実施例では、誘電体としてセラミックスの絶縁基体を用いたが、これを樹脂等の誘電体により構成しても良く、絶縁体である磁性体で構成しても構わない。また樹脂などの場合は基体に孔を形成し、ここに給電点を設けることもできる。また、基体は必ずしも長方体に限るものではなく、正方体、円柱体、多角体あるいは薄板等の形状を含むものであり、本発明ではこれらを総称してチップ型と言う。
本発明によれば上記したアンテナ素子を回路基板上に実装したアンテナ装置を携帯電話等の無線通信情報端末機器に搭載することにより、無指向性で利得や帯域幅などのアンテナ特性の良い通信機器とすることができる。また、上述したように基板の地導体に対して並行に配置することから表面実装型アンテナ装置としては占有面積が小さく自由度の高い設計が可能となり、省スペースと実装密度が上がることから通信機器の小型化にも寄与できる。例えば、本実施例のアンテナ素子（１５ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍ、１５ｍｍ×３ｍｍ×２ｍｍ）を載置したアンテナ装置は、実装時のアンテナ素子の占有面積は５０ｍｍ^２以下となり、従来構造のアンテナ装置に対し１／２以下の省スペース化が達成できた。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、全方位指向性（無指向性）を持ち、広帯域で利得が高く、且つ小形低背化が可能な高性能のチップ型アンテナ素子及びアンテナ装置が得られた。また、このアンテナ素子を回路基板上に実装したときは占有面積を最小化して実装密度を向上することができ、これを携帯型無線通信情報端末機器等の通信機器に搭載した場合の装置自体の小形化に貢献すると共に、装置の位置あるいは姿勢に関係なく安定した通信性能を持つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極構成を説明するためのアンテナ素子の斜視図である。
【図２】（ａ）は図１のアンテナ素子の等価回路図、（ｂ）は従来のアンテナ素子の等価回路図である。
【図３】本発明における放射電極の広幅Ｗと狭幅Ｓの比W/SとＱ値の関係を示す特性線図。
【図４】本発明のアンテナ素子を回路基板に実装したときのアンテナ装置を示す概略実装図。
【図５】本発明を適用するための絶縁基体の一例データであり、（ａ）は基体長さと帯域幅の関係、（ｂ）は基体幅と帯域幅の関係、（ｃ）は基体の誘電率と帯域幅の関係をそれぞれ示す特性図。
【図６】実施例のアンテナ素子を基板に実装した例を示す概略図。
【図７】実施例のアンテナ素子を評価した結果で帯域幅特性。
【図８】本発明による他の実施例を示し、アンテナ素子の（ａ）上面斜視図、（ｂ）反対側の上面斜視図、（ｃ）下面側の斜視図。
【図９】本発明の他の実施例を示す、アンテナ素子の上面斜視図。
【図１０】本発明の他の実施例を示す、アンテナ素子の上面斜視図。
【図１１】本発明の他の実施例を示す、アンテナ素子の上面斜視図。
【図１２】本発明のアンテナ素子の放射電極の他の実施例を示す平面図。
【図１３】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ素子基体の展開図。
【図１４】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ素子基体の展開図。
【図１５】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ素子基体の展開図。
【図１６】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ素子基体の展開図。
【図１７】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ素子基体の展開図。
【図１８】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ素子基体の展開図。
【図１９】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ素子基体の展開図。
【図２０】本発明のさらに他の実施例を示す、アンテナ素子基体の展開図。
【図２１】従来のマイクロストリップアンテナ素子の一例を示す構成図。

Claims (10)

1. 絶縁基体にマイクロストリップ導体を配したチップ型アンテナ素子であって、前記マイクロストリップ導体は、前記絶縁基体の少なくとも上面に形成され、当該絶縁基体の長手方向の一方から他方まで連続的および／または段階的に幅を狭めながら延在し、一方端が幅広の後端部で、他方端が幅狭の先端部である放射電極と、前記放射電極の後端部に直接又は容量結合して接続する接地電極と、前記放射電極と非接触で、前記絶縁基体の長手方向側面の中央よりも前記放射電極の先端部側に偏って形成された給電電極とであり、但し、前記放射電極の先端部にはギャップを介して対向する接地電極を有しないことを特徴とするチップ型アンテナ素子。
2. 前記絶縁基体の裏面のほとんどには接地電極を有していないことを特徴とする請求項１記載のチップ型アンテナ素子。
3. 前記放射電極の先端部の開放端を前記一方端面以外の端面又は側面に延在して設けたことを特徴とする請求項１または２記載のチップ型アンテナ素子。
4. 前記延在して設けた開放端は、絶縁基体上面にある幅狭の先端部よりも細い幅の電極であることを特徴とする請求項３記載のチップ型アンテナ素子。
5. 前記絶縁基体は長方体であり、この絶縁基体の一方端に設けた接地電極は、端面とその廻りの少なくとも三面を覆って形成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のチップ型アンテナ素子。
6. 前記放射電極の先端部の開放端の幅をＳ、接地端の幅をＷとしたとき、Ｗ／Ｓを２以上としたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のチップ型アンテナ素子。
7. 前記放射電極を絶縁基体の隣り合う側面にわたって設けたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のチップ型アンテナ素子。
8. 請求項１〜７の何れかに記載のチップ型アンテナ素子を回路基板に取付けてなるアンテナ装置であって、前記絶縁基体の接地電極を回路基板の地導体と接続するように、当該絶縁基体の長手方向を前記地導体の端部境界線と並行に、且つ放射電極の先端部側を前記地導体から遠ざけるように配置し、前記絶縁基体の長手方向の中央よりも前記放射電極の先端部側に偏って形成された給電電極に電力を供給するようにしたことを特徴とするアンテナ装置。
9. 前記チップ型アンテナ素子と回路基板の地導体の端部境界線との間に、間隙を設けて接続したことを特徴とする請求項８記載のアンテナ装置。
10. 請求項８または９に記載のアンテナ装置を搭載したことを特徴とする通信機器。

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