JP3639753B2 - 表面実装型アンテナおよびそれを用いた通信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装型アンテナおよびそのアンテナが使用される、例えば携帯電話等の通信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、携帯電話の普及が目覚しく、携帯電話の小型化と性能アップを目指して熾烈な技術開発競争が行われている。
携帯電話の小型化と性能アップを図るためには、装置(携帯電話)に装備する アンテナ自体の小型化と性能アップが欠かせない条件となる。
【0003】
今まで様々な構造のアンテナが提案、提供されてきたが、アンテナ性能と小型化を共に充分満足するものは得られていないのが現状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は高性能で小型化を達成するアンテナの有力候補として表面実装型アンテナに注目し、その研究開発を進めている。
この表面実装型アンテナは、例えばチップ状の誘電体基体の表面に逆Fアンテナの放射電極とマイクロストリップアンテナの放射電極からなる1対の電極を近接配置することによって形成することができ、表面実装型アンテナを小型にするためには誘電体基体の表面に形成される前記1対の放射電極を狭い間隔でもって配置することが必要である。
【0005】
しかしながら、電極配置構造を考慮せずに1対の放射電極を狭い間隔でもって配置すると、両電極間信号の干渉の問題が発生し、通信の広帯域化が図れなくなるという致命的な欠点が生じてしまう。
この欠点を解消するためには前記1対の電極間隔を大きく広げて両電極間信号の干渉を抑制すればよいが、そうすると電極間隔を広げる分、誘電体基体が大型化し、必然的に表面実装型アンテナが大型化してしまう。
つまり、小型化と広帯域化は相反する関係となり、一方を改善すると他方が悪化する関係となり、1対の電極を単に並置するだけの構造では、表面実装型アンテナの小型化と広帯域化を共に満足することは困難である。
【0006】
本発明者は研究開発を通じ、アンテナの小型化と広帯域化をともに満足する画期的なアンテナの電極配置構造を解明することに成功した。
本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、その目的は前記電極配置構造の解明結果に基づき、小型化と広帯域化を共に満足することが可能な表面実装型アンテナおよびそのアンテナを使用した通信装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成をもって課題を解決する手段としている。
すなわち、ベース誘電体基体の上面の一部領域に第1の放射電極が形成され、上記ベース誘電体基体の上面に積層誘電体基体が積層されて上記ベース誘電体基体と上記積層誘電体基体が一体化されており、上記積層誘電体基体の上面には上記第1の放射電極と重なり合わない位置に第2の放射電極が形成され、上記第1の放射電極と上記第2の放射電極の何れか一方の放射電極は給電信号が供給されて励振され、他方の放射電極は上記一方の放射電極との容量結合を介して励振される構成と成し、上記ベース誘電体基体と上記積層誘電体基体の上面は共に四辺形を成しており、上記第1の放射電極は上記ベース誘電体基体上面のほぼ半分側の領域内に形成され、上記第2の放射電極は上記第1の放射電極の形成領域とは反対側の上記積層誘電体基体上面のほぼ半分側の領域内に形成され、上記第1の放射電極と上記第2の放射電極との互いに上記積層誘電体基体を介して対向側となる辺は斜め向きの辺と成し、上記一方の放射電極は斜め向きの辺の一端に連接されている辺側に開放端を形成し、かつ、当該斜め向きの辺の他端に連接されている辺側にショート部を形成して成り、また、上記他方の放射電極は上記斜め向きの辺を開放端と成し、かつ、当該斜め向きの辺の一端に連接される辺側にショート部を形成して成り、上記一方の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトルと上記他方の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトルとが交叉されることで、上記一方の放射電極の励振方向と上記他方の放射電極の励振方向は互いに交叉する方向と成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【0008】
また、表面実装型アンテナの第2の発明は、ベース誘電体基体の上面にギャップを介して第1の放射電極と第2の放射電極が形成され、上記ベース誘電体基体の上面に1枚以上の積層誘電体基体が積層されて上記ベース誘電体基体と上記積層誘電体基体が一体化されており、上記各積層誘電体基体の上面にも第3の放射電極と第4の放射電極がギャップを介して形成され、上記ベース誘電体基体と上記積層誘電体基体の各層の第1の放射電極と第2の放射電極、及び第3の放射電極と第4の放射電極とはそれぞれ上記それぞれのギャップの容量を介してそれぞれ容量結合されており、上記べース誘電体基体と上記積層誘電体基体の各層の第1の放射電極と第3の放射電極に給電信号が供給され、上記第1の放射電極及び上記第3の放射電極は上記ギャップを形成する辺の一端に連接されている辺側に開放端を形成し、かつ、当該ギャップを形成する辺の他端に連接されている辺側にショート部を形成して成り、また、上記給電信号が供給される上記第1の放射電極と上記第3の放射電極と容量結合する側の上記第2の放射電極と上記第4の放射電極はギャップを形成する辺を開放端と成し、かつ、該ギャップを形成する辺の一端に連接される辺側にショート部を形成して成り、上記第1の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトルと上記第2の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトル、及び上記第3の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトルと上記第4の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトルとが交叉されることで、上記ベース誘電体基体と上記各積層誘電体基体のそれぞれの上記第1の放射電極の励振方向と上記第2の放射電極の励振方向、及び上記第3の放射電極の励振方向と上記第4の放射電極の励振方向は互いに交叉する方向と成し、また、上下に隣り合う上記第3の放射電極と上記第1の放射電極の励振方向、および、上下に隣り合う上記第2の放射電極と上記第4の放射電極の励振方向は異なる方向と成してなる構成をもって課題を解決する手段としている。
【0009】
さらに、表面実装型アンテナの第3の発明は、前記第2の発明を備えたものにおいて、上記ベース誘電体基体と上記積層誘電体基体の上面は共に四辺形を成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【0010】
さらに、表面実装型アンテナの第4の発明は、前記第1乃至第3の何れか1つの発明の構成を備えたものにおいて、上記ベース誘電体基体の誘電率よりも上記積層誘電体基体の誘電率を高くしたことをもって課題を解決する手段としている。
【0011】
さらに、表面実装型アンテナの第5の発明は、前記第2又は第3の発明の構成を備えたものにおいて、最上層に配置される上記積層誘電体基体の誘電率は他の層の誘電体基体の誘電率よりも大きくしたことをもって課題を解決する手段としている。
【0012】
さらに、通信装置の発明は、前記第1乃至第5の何れか1つの発明の表面実装型アンテナが装備されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【0013】
本発明において、ベース誘電体基体の上面の一部領域に第1の放射電極を形成し、そのベース誘電体基体の上に積層一体化された積層誘電体基体の上面に前記第1の放射電極と重ならない位置に第2の放射電極を形成し、前記第1の放射電極の励振方向と第2の放射電極の励振方向は互いに交叉する方向と成している表面実装型アンテナにあっては、第1の放射電極と第2の放射電極は積層誘電体基体を介して上下斜め方向に立体的に対向する形態となるので、両放射電極の間隔を平面方向に接近して狭くしても両放射電極間のアイソレーション効果を高い状態に維持でき、両放射電極間信号の干渉が抑制されることで、通信波長の広帯域化が可能となる上に、アンテナの小型化が達成される。
【0014】
また、ベース誘電体基体の上面に1枚以上の積層誘電体基体を積層一体化し、ベース誘電体基体の上面と各積層誘電体基体の上面にそれぞれギャップを介して第1の放射電極と第2の放射電極を形成した本発明の表面実装型アンテナにおいても、それぞれの第1の放射電極の励振方向と第2の放射電極の励振方向が例えば略直交するという如く、交叉方向とされることで、第1と第2の両放射電極間信号の干渉が効果的に抑制されることとなる。
したがって、その分、第1と第2の両放射電極間の間隔を狭くでき、アンテナの小型化が達成されるとともに、前記両放射電極間信号の干渉抑制効果により、通信波長の広帯域化が達成されるものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。
なお、以下の各実施形態例の説明において、共通の構成部分には共通の符号を付し、重複説明は省略又は簡略化する。
【0016】
図1は本発明に係る表面実装型アンテナの第1実施形態例の要部構成を示す。
同図において、ベース誘電体基体1はセラミックスや樹脂等の誘電率の高い材料によって形成され、長方体(直方体)の形態を成している。
ベース誘電体基体1の底面には広面積の接地電極(図示せず)と、この接地電極に絶縁状態の給電接続電極2が形成されており、この給電接続電極2はベース誘電体基体1の底面側から前側面3に伸長形成されている。
なお、この給電接続電極2は信号源4に接続されるようになっている。
【0017】
ベース誘電体基体1の上面5は直角四辺形であり、この上面5の左半分領域内に導電材料により台形状の第1の放射電極6が形成され、この台形状の辺7は斜めの線と成している。
第1の放射電極6と給電接続電極2は容量C1によって結合されており、第1の放射電極6はこの容量結合によって給電接続電極2を介して信号源4の給電信号を導入して共振動作を行う構成となっている。
なお、第1の放射電極6はベース誘電体基体1の背側面(後側面)8に設けられる導通電極(ショート電極)9を介して底面の接地電極に接続されている。
【0018】
前記ベース誘電体基体1の上面5には積層誘電体基体10が積層され、両誘電体基体1、10は接着剤等により一体化されている。
積層誘電体基体10はセラミックスや樹脂等の誘電率の高い材料によって薄型に形成され、その上面11の右半分側領域内に第2の放射電極12が形成されている。
この第2の放射電極12も台形形状に形成され、前記第1の放射電極6の台形形状とは上辺と底辺の前後方向の位置が逆になっている。
台形の辺13は斜めの線と成し、この辺13は前記第1の放射電極6の斜めの辺7と積層誘電体基体10を介して斜め上方向に立体的な間隔をもって対向しており、その平面方向のギャップはδ1と成している。
【0019】
第2の放射電極12は積層誘電体基体10およびベース誘電体基体1の背面(後面)側の側面に形成した導通電極(ショート電極)14を介してベース誘電体基体1の底面の接地電極に接続されている。
なお、ベース誘電体基体1の底面は実装基板(図示せず)の接地面に塔載されることで、第1の放射電極6側の導通電極9と第2の放射電極12側の導通電極14は共に実装基板の接地面に接続される。
【0020】
次に、本実施形態例の表面実装型アンテナの動作を説明する。
信号源4から給電信号が出力されると、その信号は給電接続電極2との容量結合によって第1の放射電極6に供給される一方、第1の放射電極6と第2の放射電極12との容量結合によって給電信号は第2の放射電極12にも供給される。
【0021】
第1の放射電極6側に供給された信号の電流はショート部(導通電極9側)から高電界部の開放端15に向かって流れ、例えば設定周波数f1の低周波数側に近接した周波数f1−Δfでもって共振して電流の流れのベクトルと同じ向きの矢印A方向に励振する。
一方、第2の放射電極12に供給された信号の電流は、ショート部(導通電極14側)から高電界部の開放端16に向かって流れ、設定周波数f1の高周波数側に近接した周波数f1+Δfでもって共振して電流の流れのベクトルと同じ向きの矢印B方向に励振する。
すなわち、第1の放射電極6の励振方向(偏波方向)と第2の放射電極12の励振方向(偏波方向)とは互いに略直交する交叉方向となる。
【0022】
上記第1の放射電極6と第2の放射電極12の複共振により、図3(a)に示すように通信周波数として使用される設定周波数f1の広帯域化が達成されることとなる。
なお、第1の放射電極6の設定周波数f1と第2の放射電極12の設定周波数f2を離すことにより、2つの周波数f1、f2を用いた通信が可能となる。
【0023】
本実施形態例によれば、ベース誘電体基体1に積層誘電体基体10が積層されて一体化された状態で、第1の放射電極6と第2の放射電極12とが重ならない位置となり、その上に、第1の放射電極6の励振方向Aと第2の放射電極12の励振方向Bとが略直交する方向と成し、しかも、第1の放射電極6の辺7と第2の放射電極12の辺13とが積層誘電体基体10を介して上下斜め方向に立体的空間を隔てて対向するようにしたので、第1の放射電極6側の共振信号と第2の放射電極12側の共振信号とのアイソレーション(信号の干渉抑制)を水平方向(平面方向)の電極間間隔δ1を狭くするにも拘らず高めることができる。
したがって、このことにより、設定周波数の広帯域化を図ることができる上に、アンテナの小型化が達成される。
【0024】
また、本実施形態例では、積層体を構成する別個の誘電体基体1、10に第1の放射電極6と第2の放射電極12を形成するようにしたので、誘電体基体1、10の誘電率を選択的に可変することにより、アンテナ特性を改善できるという効果が得られる。
例えば、積層誘電体基体10の誘電率を適宜変えることにより、第1の放射電極6の共振信号と第2の放射電極12の共振信号のアイソレーション特性を制御することができる。
つまり、積層誘電体基体10の誘電率を低くする方向に変化(変更)すると放射電極6、12間の電界強度が低下する方向に変化するので、アイソレーションが高くなり、その逆に積層誘電体基体10の誘電率を高くする方向に変化すると前記アイソレーションが低くなる(ただし、誘電体基体の小型化のためには誘電率は高い方がよい)。
したがって、積層誘電体基体10の誘電率を選択調整することで、放射電極6、12間の前記アイソレーション特性を自在に制御可能となる。
【0025】
また、表面実装型アンテナを実装基板の接地面上に実装すると、その実装基板の接地面と放射電極6、12間に容量(実装基板側容量)が発生し、放射電極の電界がその容量に集中し、アンテナの使用周波数が狭帯域化する傾向となるが、この点、本実施形態例では誘電体基体1、10を積層構造としているので、上側の積層誘電体基体10の誘電率を下側のベース誘電体基体1の誘電率よりも高く(大きく)することにより、積層誘電体基体10側に電界を集中させることができ、これにより、前記実装基板側容量への電界集中を弱め、使用周波数の広帯域化を図ることができるという効果が得られる。
【0026】
ところで、アンテナを小型化すると、必然的に放射電極6、12の電極面積が小さくなり、利得が低下する方向となるが、本実施形態例では上記のように、放射電極6、12の電極間間隔δ1を狭くできる上に、δ1を狭くできる分、放射電極6、12の電極面積を大きくできるので、アンテナの小型化に伴う利得の低下を抑制でき、利得と広帯域化を共に満足する高性能の小型の表面実装型アンテナの提供が可能となる。
【0027】
図2は第2実施形態例の表面実装型アンテナの要部構成を示す。
この第2実施形態例が前記第1実施形態例と異なる点は、放射電極6、12の配置位置を左右逆位置にするとともに、各放射電極6、12の台形形状の向きも逆向きにした逆バージョンの形態としたことである。
そのため、給電接続電極2と第2の放射電極12を容量C2でもって結合し、信号源4の給電信号を第2の放射電極12に容量C2を介して容量給電し、さらに第1の放射電極6が第2の放射電極12に容量結合されることで、信号源4の信号が第2の放射電極12を介して第1の放射電極6に供給される構成となっている。
【0028】
この第2の実施形態例の場合も、第1の放射電極6の辺7と第2の放射電極12の辺13が、積層誘電体基体10を介して上下斜め方向に間隔を隔てて対向し、かつ、第1の放射電極6の励振方向Aと第2の放射電極12の励振方向Bとが略直交する交叉方向となるので、前記第1実施形態例と同様に動作して、第1実施形態例と同様な効果を奏するものである。
【0029】
図4は本発明の第3実施形態例の要部構成を示す。
この実施形態例もベース誘電体基体1の上面5に積層誘電体基体10を積層一体化したものであるが、ベース誘電体基体1と積層誘電体基体10の各上面5、11に第1の放射電極6と第2の放射電極12の一対の電極を対応するギャップδ1、δ2を介して形成した点が前記第1、第2の各実施形態例と異なっている。
ベース誘電体基体1の上面5の左側領域には台形形状を呈した第1の放射電極6が形成され、上面5の右側領域には台形形状の第2の放射電極12が形成され、第1の放射電極6と第2の放射電極12はギャップδ1を介して対向し、その対向辺7、13は斜めの線と成している。
【0030】
第1の放射電極6は給電接続電極2と容量C1によって容量結合し、第2の放射電極12はギャップδ1の容量を介して第1の放射電極6と容量結合している。
第1の放射電極6側の信号(共振信号)と第2の放射電極12側の信号とのアイソレーションの度合いはギャップδ1の間隔(幅)によって設定され、ギャップδ1の間隔が大きくなるに連れアイソレーションが高くなる。
【0031】
前記積層誘電体基体10の上面11においてもその左側に台形形状の第1の放射電極6が形成され、右側に台形形状の第2の放射電極12が形成され、両放射電極6、12のギャップδ2を介して対向する辺7、13は斜めの線となっている。
この1対の放射電極6、12のアイソレーションの度合いもギャップδ2の間隔の大きさによって設定されている。
なお、積層誘電体基体10側の第1の放射電極6はベース誘電体基体1の第1の放射電極6と容量C3によって結合され、積層誘電体基体10側の第1の放射電極6と第2の放射電極12はギャップδ2の容量によって容量結合されている。
【0032】
なお、図4においては、積層誘電体基体10に形成される放射電極6、12のショート部を導通電極9、14を介して接地面(グランド面)に接続しているが、この導通電極9、14を省略し、放射電極6、12のショート部を接地面から浮いた状態に構成することも可能である。
【0033】
この第3実施形態例においては、信号源4から供給される給電信号は容量C1を介してベース誘電体基体1側の第1の放射電極6に供給され、さらにギャップδ1の容量を介してベース誘電体基体1の第2の放射電極12に供給される。
その一方において、給電信号はベース誘電体基体1の第1の放射電極6から容量C3を介して積層誘電体基体10側の第1の放射電極6に供給され、さらに、この第1の放射電極6からギャップδ2の容量を介して積層誘電体基体10の第2の放射電極12へ供給される。
【0034】
ベース誘電体基体1と積層誘電体基体10の各放射電極6、12にはショート部側(導通電極9、14側)から開放端15、13側に向けて電流が流れ、ベース誘電体基体1側の第1の放射電極6はその電流の流れのベクトルと同じA1方向に励振され、第2の放射電極12は同じようにしてB1方向(A1方向と略直交する方向)に励振される。
同様に、積層誘電体基体10側の第1の放射電極6はA2方向に励振され、第2の放射電極12はB2方向(A2方向と略直交する方向)に励振される。
【0035】
このとき、ベース誘電体基体1側の各放射電極6、12と積層誘電体基体10側の各放射電極6、12によりそれぞれ共振動作が行われるので、合計4つの共振動作が行われることとなり、例えば、各放射電極の共振周波数を設定周波数f1の両側近傍に設定することにより、図8(a)に示すように4つの電極の共振の結果として、設定周波数f1の広帯域化が達成される。
【0036】
また、例えば、ベース誘電体基体1側の放射電極6、12の共振周波数を設定周波数f1の近傍に設定し、積層誘電体基体10側の放射電極6、12の共振周波数を設定周波数f2の近傍に設定することにより、ベース誘電体基体1側の放射電極6、12の複共振と、積層誘電体基体10側の放射電極6、12の複共振の結果として、図8(b)に示すように、設定周波数f1とf2の広帯域化が達成される。
【0037】
この第3実施形態例によれば、ベース誘電体基体1の上面5に形成される第1層目の放射電極6、12の相互の励振方向は略直交方向となり、積層誘電体基体10の上面11に形成される第2層目の放射電極6、12の相互の励振方向も略直交方向となるので、ギャップδ1、δ2を狭くするにも関わらず、各層の第1の放射電極6の共振信号と第2の放射電極12の共振信号との干渉が抑制される(アイソレーションが高められる)ことで、広帯域化が実現可能となる。
また、ギャップδ1、δ2を狭くできる分、アンテナの小型化を図ることができる上に、ギャップδ1、δ2を狭くできる分、放射電極の電極面積を大きくして利得アップを図ることが可能となる。
【0038】
ところで、第1の放射電極6と第2の放射電極12をこのように2層構造としたときには、上下に隣り合う第1の放射電極6同士の共振信号のアイソレーションを図るとともに、同じく上下に隣り合う第2の放射電極12同士の共振信号のアイソレーションを図ることが必要である。
この点、この第3実施形態例においては、各層の第1の放射電極6と第2の放射電極12とをギャップδ1、δ2を介して配置し、かつ、そのギャップを介して対向する放射電極6、12の辺7、13を斜めの線としているので、ギャップδ1、δ2の間隔や、ギャップδ1、δ2の角度θを可変設定することにより、上下両層の放射電極間のアイソレーション調整を容易に達成することが可能である。
【0039】
すなわち、ベース誘電体基体1側の第1の放射電極6の励振方向A1と、その上の積層誘電体基体10側の第1の放射電極6の励振方向A2とが平行になる場合には上下両層の第1の放射電極6間に共振信号の干渉が生じる虞があり、また、ベース誘電体基体1側の第2の放射電極12の励振方向B1と、その上の積層誘電体基体10側の第2の放射電極12の励振方向B2とが平行になる場合には上下両層の第2の放射電極12間に共振信号の干渉が生じる虞がある。
【0040】
このような場合は、放射電極6、12間のギャップ(δ1とδ2の一方又は両方)を変えればよい。
そうすると、そのギャップを変えた層の放射電極6、12に流れる電流の向きが微妙に変化し、この電流の向きの変化に応じて励振方向も微妙に変化する結果、上下両層の電極の励振方向が異なる方向(具体的には非平行方向)に調整され、信号干渉が防止できる。
【0041】
また、上下両層の放射電極6、12間のギャップ角度θを変化させた場合も、その角度θを変化させた層の放射電極6、12に流れる電流の向きが微妙に変化し、この電流の向きの変化に応じて励振方向も微妙に変化する結果、上下両層の電極の励振方向が異なる方向(具体的には非平行方向)に調整され、同様に信号干渉が防止される。
【0042】
なお、ギャップ角度θが90度の付近は放射電極6に流れる電流方向と放射電極12に流れる電流方向が平行状になり、この電流の向きに対応して、放射電極6の励振方向と放射電極12の励振方向が平行状になるので、電極6と電極12間の信号干渉が発生する状況となる。
したがって、ギャップ角度の調整を行う場合は、この同一層の放射電極6、12間の信号干渉を避けるために、90度付近の角度を避けた角度範囲で行うことが必要である。
【0043】
上記のように、上下両層の放射電極6、12の励振方向が平行状になる場合は、放射電極6、12間のギャップとギャップ角度の一方又は両方を調整することにより、上下両層の電極間信号のアイソレーション効果を高めて、上下両層電極間信号の干渉を抑制して広帯域化を達成することが可能となる。
【0044】
また、上下両層のアイソレーションの程度は前記第1、第2実施形態例で説明したように、積層誘電体基体10の誘電率を選択変更することにより調整可能であり、したがって、前記放射電極6、12間のギャップとギャップ角度と誘電率の組み合わせ調整によって、上下両層電極間信号の干渉防止を格段に高めることができることとなる。
【0045】
さらに、前記第1、第2実施形態例で説明したように、この第3実施形態例においても、上側の積層誘電体基体10の誘電率をベース誘電体基体1の誘電率よりも高めることにより、実装基板と放射電極間のフリンジング容量に電界が集中する現象を抑制し、上側の積層誘電体基体10に電界を集中させることで、広帯域化を図ることができる。
【0046】
図5は本発明の第4実施形態例の表面実装型アンテナの要部構成を示す。
この第4実施形態例の装置が前記第3実施形態例と異なることは、給電接続電極2の上端をベース誘電体基体1の前側面3の上端まで伸長して、給電接続電極2と積層誘電体基体10の第1の放射電極6とを容量C2で結合するように構成したことであり、それ以外は第3実施形態例と同様であり、第3実施形態例と同様に動作して第3実施形態例と同様な効果を奏するものである。
なお、図5に示される放射電極6、12間のギャップの間隔δ1、δ2とギャップ角度θは図4に示すものと異なっているが、これは、ギャップの間隔δ1、δ2や、ギャップ角度θの可変によって上下両層の放射電極6、12間信号の干渉防止がアイソレーション調整によって行われることを概念的に示したものである。
【0047】
図6は本発明の第5実施形態例の表面実装型アンテナの要部構成を示す。
この第5実施形態例は1層目の放射電極6、12が形成されたベース誘電体基体1の上面5に2枚の積層誘電体基体10(10a、10b)を積層一体化したことを特徴としており、それ以外は前記第3実施形態例と同様である。
積層誘電体基体10aの上面11にはギャップδ2を介して2層目の放射電極6、12が形成され、積層誘電体基体10bの上面11にはギャップδ3を介して3層目の放射電極6、12が形成されている。
【0048】
そして、給電接続電極2とベース誘電体基体1の第1の放射電極6は容量結合され、ベース誘電体基体1の第1の放射電極6と積層誘電体基体10aの第1の放射電極6も容量結合され、さらに、積層誘電体基体10aの第1の放射電極6と積層誘電体基体10bの第1の放射電極6も容量結合されている。
そして、各層の第1の放射電極6と第2の放射電極12は対応するギャップδ1、δ2、δ3の部分の容量を介して結合されている。
この結果、信号源4からの給電信号は前記各容量結合を介して全ての放射電極6、12に供給され、各層の放射電極6、12間で複共振が行われて合計6個の多共振が得られるものである。
【0049】
この第5実施形態例においても、各層の電極間ギャップ(δ1、δ2、δ3)とギャップ角度θを適宜調整することにより、上下に隣り合う各層の電極の励振方向を異なる方向(非平行方向)に調整でき、また、積層誘電体基体10a、10bの誘電率を選択変更することにより、隣り合う上下両層間のアイソレーション調整が図られるものである。
【0050】
また、この第5実施形態例においても、ベース誘電体基体1の誘電率よりも積層誘電体基体10a、10bの誘電率を高めることにより、積層誘電体基体10a、10b側に電界を集中させて、設定周波数の広帯域化を達成することが可能となる。
特に、最も上側の積層誘電体基体10(10b)の誘電率を最も高くすることにより、最上層の積層誘電体基体10(10b)に電界を集中できるので、前記設定周波数の広帯域化をより効果的に達成することができることとなる。
なお、それ以外にも、前述した各実施形態例と同様な効果が得られるものである。
【0051】
なお、この第5実施形態例ではベース誘電体基体1の上に2枚の積層誘電体基体10を積層したが、上面に放射電極6、12が形成された積層誘電体基体10を3枚以上積層一体化することにより、さらに多くの多共振化を達成することが可能である。
【0052】
図7は本発明に係る表面実装型アンテナの第6実施形態例の要部構成を示す。
前記第1乃至第5の各実施形態例は容量給電型のアンテナとしたが、これらの容量給電型のアンテナは給電回路を変更する(容量給電の回路を直接励振の回路に変更する)だけで直接励振型のアンテナに容易に転換できるものであり、この第6実施形態例は、代表例として、図4に示した容量給電型のアンテナを直接励振型のアンテナに転換した構造を示す。
【0053】
この第6実施形態例では、ベース誘電体基体1の側面に給電接続電極2を第1の放射電極6に導通接続して設け、この給電接続電極2の途中部からショート電極17を分岐形成し、さらに、このショート電極17に近接して第2の放射電極12に導通するショート電極18を形成して直接給電型の回路と成している。
なお、ベース誘電体基体1の第1の放射電極6と積層誘電体基体10の第1の放射電極6は容量結合し、積層誘電体基体10の第1の放射電極6と第2の放射電極12はギャップδ2の容量によって結合される。
【0054】
この図7の回路においては、信号源4から供給される給電信号は給電接続電極2を介して直接ベース誘電体基体1側の第1の放射電極6に供給される一方において、ショート電極17とショート電極18が磁界結合することで、給電信号はショート電極18を介してベース誘電体基体1側の第2の放射電極12に供給される。
また、ベース誘電体基体1側の第1の放射電極6に供給された給電信号は容量結合を介して積層誘電体基体10側の第1の放射電極6に供給され、さらにギャップδ2の容量結合を介して積層誘電体基体10の第2の放射電極12に供給されて、各層の各放射電極6、12は前記第3実施形態例の場合と同様に共振動作を行って、第3実施形態例と同様の効果を奏するものである。
【0055】
図9は本発明に係る表面実装型アンテナの第7実施形態例の要部構成を示す。
この第7実施形態例はベース誘電体基体1の上面5に第1の放射電極6を形成し、このベース誘電体基体1の上面5に積層誘電体基体10が積層一体化され、この積層誘電体基体10の上面11に第2の放射電極12が形成されて成るものである。
前記第1の放射電極6はベース誘電体基体1の側面23と24の方向に幅を持ち、この幅は側面22側(前端の側面側)ではほぼ同一の幅と成し、後端側(背面側)においては電極6の側面23側の周縁が側面24側に退避する湾曲面28と成して前端の側面22がわから後端側(背面側)に向かうに連れ扇状に狭幅化する電極パターンと成している。
【0056】
ベース誘電体基体1の側面(前側面)22には給電接続電極2とショート電極27とが縦向きに形成されている。
この給電接続電極2の中間位置からはショート電極部25が分岐され、このショート電極部25は給電接続電極2から水平方向に分岐した後下方に直角に折曲されてショート電極27と近接した平行パターンと成し、その下端はベース誘電体基体1の底面側の接地電極20に導通されている。
給電接続電極2の上端は上面5の第1の放射電極6に接続され、下端は信号源4に接続されている。
この第1の放射電極6は側面(左側面)24側でベース誘電体基体1の底面等に形成される接地電極に容量結合されていて、側面24側が開放端15と成している。
【0057】
ベース誘電体基体1の側面(右側面)23の後端寄りには上端から下方の中間部にかけて電極21が形成されており、この電極21の下端面は底面側から延設された接地電極20の上端と間隔を介して容量Cでもって容量結合している。
【0058】
一方、積層誘電体基体10の上面11に形成されている第2の放射電極12は接続用の電極パターン部分以外は前記第1の放射電極6のパターンとほぼ左右が逆のパターン(ほぼ180度反転したパターン)と成しており、この第2の放射電極12はベース誘電体基体1と同じ側の側面(前側面)22に設けたショート電極17によってベース誘電体基体1側のショート電極27に接続されている。
【0059】
積層誘電体基体10の側面(右側面)23の後端寄りには第2の放射電極12に導通する電極21が設けられ、この積層誘電体基体10側の電極21は同じベース誘電体基体1の側面23に設けられている前記電極21の上端に導通接続されており、その結果、第2の放射電極12は電極21を介して接地電極20と容量Cでもって結合し、この容量結合部が第2の放射電極12の開放端16と成している。
【0060】
この第7実施形態例においては、信号源4から供給される給電信号はショート部として機能する給電接続電極2から第1の放射電極6に供給され、第1の放射電極6にはショート部側から開放端15に向けて電流が流れ、その電流の流れのベクトル方向を励振方向(A方向)として第1の放射電極6は励振駆動される。
【0061】
一方、信号源4から供給される給電信号はショート電極部25とショート電極27の磁界結合を介して第2の放射電極12に導入され、第2の放射電極12にはショート部から開放端16にむけて電流が流れ、この電流の流れのベクトル方向を励振方向(B方向)として、第2の放射電極12の励振駆動が行われる。
【0062】
この第7実施形態例においても、第1の放射電極6の励振方向(A方向)と第2の放射電極12の励振方向(B方向)はほぼ直交する方向となるので、両放射電極6、12間の共振信号の干渉を抑制でき、広帯域化が図れることとなる。
また、前記各実施形態例で説明したように、積層誘電体基体10の誘電率の大きさを選択調整することにより、上下両放射電極6、12間のアイソレーションを調整することが可能となり、さらに、積層誘電体基体10の誘電率をベース誘電体基体1の誘電率よりも高くすることで、より一層の広帯域化を達成できるものである。
【0063】
図10は本発明に係る通信装置の一実施形態例を示す。
同図において、携帯電話等の通信装置30のケース31の中に実装基板50が設けられ、この実装基板50に給電回路32が形成されている。
この実装基板50の接地面(接地電極)33上に上記第1乃至第7の実施形態例に示した何れかの表面実装型アンテナ100が実装される。
そして表面実装型アンテナ100は信号源4を備えた給電回路32と直接又は容量結合によって接続されている。
この給電回路32は切換え回路34を介して送信回路35および受信回路36に接続されている。
この通信装置においては、給電回路32の信号源4の給電信号が表面実装型アンテナ100に供給されて、前述したアンテナ動作(放射電極6、12の励振駆動)が行われ、切換え回路34の切換え動作によって、信号の送受信が円滑に行われるものである。
【0064】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることなく様々な他の実施の形態を採り得るものである。
例えば、上記各実施形態例では、第1の放射電極6の励振方向と第2の放射電極12の励振方向を略直交する方向としたが、第1の放射電極6の励振方向と第2の放射電極12の励振方向の交叉方向は必ずしも略直交する方向で無くてもよく、放射電極6、12間のギャップを小さい状態に確保した上で第1の放射電極6の共振信号と第2の放射電極12の共振信号の干渉を実用上支障を生じない程度に抑制できる交叉角度であればよい。
【0065】
また、第1の放射電極6と第2の放射電極12の電極形状(電極パターン)は上記各実施形態例のものに限定されず、仕様に応じた適宜の電極形態を採り得るものである。
【0066】
さらに、通信装置は、必ずしも携帯電話に限定されることはなく、アンテナを装備して通信を行う様々な通信用の装置に適用されるものである。
【0067】
【発明の効果】
本発明のアンテナおよび通信装置はベース誘電体基体の上面に積層誘電体基体を積層して一体化し、ベース誘電体基体の上面に形成される第1の放射電極と積層誘電体基体の上面に形成される第2の放射電極の励振方向を異なる方向(非平行方向)としたので、上下の第1と第2の放射電極間の共振信号の干渉を効果的に抑制でき、アイソレーション性を高めて使用周波数の広帯域化を図ることができる。
【0068】
特に、ベース誘電体基体の上面に形成する第1の放射電極と積層誘電体基体の上面に形成する第2の放射電極を重ならない位置にすることで、アイソレーションをより高めて広帯域化を図ることができ、しかも、前記の如く上側の第2の放射電極と下側の第1の放射電極の励振方向が異なるので、ベース誘電体基体側の第1の放射電極と積層誘電体基体側の第2の放射電極との水平方向のギャップ間隔を狭くしても十分なアイソレーション性が得られることとなる。
したがって、ギャップ間隔を狭くできる分、アンテナおよびそのアンテナを装備した通信装置の小型化を達成することができる。
【0069】
また、ベース誘電体基体の上面にギャップを介して第1と第2の放射電極(第1層目の放射電極)を形成し、ベース誘電体基体の上面に積層されて一体化される積層誘電体基体の上面にもギャップを介して第1と第2の放射電極(第2層目の放射電極)を形成した本発明のアンテナおよび通信装置にあっても、各層の第1と第2の放射電極の励振方向が異なる方向に形成されるので、各層に形成される第1と第2の放射電極間のギャップ間隔を狭くしても各層の第1と第2の放射電極間信号のアイソレーション性を高めることができ、ギャップ間隔を狭くできる分、装置(アンテナおよび通信装置)の小型化を達成することができる。
しかも、ギャップ間隔を狭くできる分、放射電極の面積を大きくできるという利点を有する。
【0070】
また、上下に隣り合う上側層の放射電極の励振方向と下側層の放射電極の励振方向は異なる方向(非平行方向)に設定されているので、上下両層の放射電極間の高アイソレーションが達成される。
このように、同一層内の電極間および上下に隣り合う層の電極間のアイソレーション性能を共に達成できるので、各層において、信号干渉を抑制した第1と第2の放射電極による複共振が正常に行われ、これにより、十分に満足し得る広帯域化を実現することが可能である。
【0071】
さらに、第1と第2の放射電極はギャップを介して対向する辺が斜めの線と成しているので、第1の放射電極の励振方向と第2の放射電極の励振方向を異なる方向にすることができ、しかも、ギャップの間隔やギャップ角度を可変することで、励振方向を容易、かつ、自在に調整できるという効果が得られる。
【0072】
さらに、ベース誘電体基体の上に積層誘電体基体を積層したので、この積層誘電体基体の誘電率を選択変更することで、ベース誘電体基体側に形成される放射電極と積層誘電体基体側に形成される放射電極間のアイソレーション性を容易に調整することが可能である。
同様に、ベース誘電体基体の上面に複数枚の積層誘電体基体を積層して一体化した場合においても、適宜の層の積層誘電体基体の誘電率を選択変更することにより、その層の積層誘電体基体の上側と下側の放射電極相互のアイソレーション性を容易に調整することが可能である。
【0073】
さらに、ベース誘電体基体の誘電率よりも積層誘電体基体の誘電率を高めることにより、電界を実装基板側の容量に集中させずに積層誘電体基体に集中させることができ、これにより、電界が実装基板側の容量に集中することによって生じる狭帯域化を防止して、設定周波数(使用周波数)での広帯域化を図ることができる。
【0074】
さらに、本発明のアンテナおよび通信装置によれば、上記のように放射電極間のアイソレーション性を高めて通信の広帯域化が達成されることで、通信の信頼性を向上することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 表面実装型アンテナの第1実施形態例の要部構成説明図である。
【図2】 表面実装型アンテナの第2実施形態例の要部構成説明図である。
【図3】 第1第2の各実施形態例に適用される複共振の動作例の説明図である。
【図4】 表面実装型アンテナの第3実施形態例の要部構成説明図である。
【図5】 表面実装型アンテナの第4実施形態例の要部構成説明図である。
【図6】 表面実装型アンテナの第5実施形態例の要部構成説明図である。
【図7】 表面実装型アンテナの第6実施形態例の要部構成説明図である。
【図8】 第3〜第7の各実施形態例に適用される複共振の動作例の説明図である。
【図9】 表面実装型アンテナの第7実施形態例の要部構成説明図である。
【図10】 本発明に係る通信装置の一実施形態例の説明図である。
【符号の説明】
1 ベース誘電体基体
6 第1の放射電極
10 積層誘電体基体
12 第2の放射電極
30 通信装置(携帯電話)
Claims (6)
- ベース誘電体基体の上面の一部領域に第1の放射電極が形成され、上記ベース誘電体基体の上面に積層誘電体基体が積層されて上記ベース誘電体基体と上記積層誘電体基体が一体化されており、上記積層誘電体基体の上面には上記第1の放射電極と重なり合わない位置に第2の放射電極が形成され、上記第1の放射電極と上記第2の放射電極の何れか一方の放射電極は給電信号が供給されて励振され、他方の放射電極は上記一方の放射電極との容量結合を介して励振される構成と成し、上記ベース誘電体基体と上記積層誘電体基体の上面は共に四辺形を成しており、上記第1の放射電極は上記ベース誘電体基体上面のほぼ半分側の領域内に形成され、上記第2の放射電極は上記第1の放射電極の形成領域とは反対側の上記積層誘電体基体上面のほぼ半分側の領域内に形成され、上記第1の放射電極と上記第2の放射電極との互いに上記積層誘電体基体を介して対向側となる辺は斜め向きの辺と成し、上記一方の放射電極は斜め向きの辺の一端に連接されている辺側に開放端を形成し、かつ、当該斜め向きの辺の他端に連接されている辺側にショート部を形成して成り、また、上記他方の放射電極は上記斜め向きの辺を開放端と成し、かつ、当該斜め向きの辺の一端に連接される辺側にショート部を形成して成り、上記一方の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトルと上記他方の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトルとが交叉されることで、上記一方の放射電極の励振方向と上記他方の放射電極の励振方向は互いに交叉する方向と成していることを特徴とする表面実装型アンテナ。
- ベース誘電体基体の上面にギャップを介して第1の放射電極と第2の放射電極が形成され、上記ベース誘電体基体の上面に1枚以上の積層誘電体基体が積層されて上記ベース誘電体基体と上記積層誘電体基体が一体化されており、上記各積層誘電体基体の上面にも第3の放射電極と第4の放射電極がギャップを介して形成され、上記ベース誘電体基体と上記積層誘電体基体の各層の第1の放射電極と第2の放射電極、及び第3の放射電極と第4の放射電極とはそれぞれ上記それぞれのギャップの容量を介してそれぞれ容量結合されており、上記べース誘電体基体と上記積層誘電体基体の各層の第1の放射電極と第3の放射電極に給電信号が供給され、上記第1の放射電極及び上記第3の放射電極は上記ギャップを形成する辺の一端に連接されている辺側に開放端を形成し、かつ、当該ギャップを形成する辺の他端に連接されている辺側にショート部を形成して成り、また、上記給電信号が供給される上記第1の放射電極と上記第3の放射電極と容量結合する側の上記第2の放射電極と上記第4の放射電極はギャップを形成する辺を開放端と成し、かつ、該ギャップを形成する辺の一端に連接される辺側にショート部を形成して成り、上記第1の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトルと上記第2の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトル、及び上記第3の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトルと上記第4の放射電極のショート部から開放端に向けて流れる電流の流れのベクトルとが交叉されることで、上記ベース誘電体基体と上記各積層誘電体基体のそれぞれの上記第1の放射電極の励振方向と上記第2の放射電極の励振方向、及び上記第3の放射電極の励振方向と上記第4の放射電極の励振方向は互いに交叉する方向と成し、また、上下に隣り合う上記第3の放射電極と上記第1の放射電極の励振方向、および、上下に隣り合う上記第2の放射電極と上記第4の放射電極の励振方向は異なる方向と成していることを特徴とする表面実装型アンテナ。
- 上記ベース誘電体基体と上記積層誘電体基体の上面は共に四辺形を成していることを特徴とする請求項2記載の表面実装型アンテナ。
- 上記ベース誘電体基体の誘電率よりも上記積層誘電体基体の誘電率を高くしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載の表面実装型アンテナ。
- 最上層に配置される上記積層誘電体基体の誘電率は他の層の上記誘電体基体の誘電率よりも大きくしたことを特徴とする請求項2又は請求項3記載の表面実装型アンテナ。
- 請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載の表面実装型アンテナが装備されていることを特徴とする通信装置。
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