JP3642276B2 - アンテナ装置および通信機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平衡給電アンテナを備えたアンテナ装置およびそれを用いた通信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の移動体通信システム、特にＴＤＤ（Time Division Duplex）のＴＤＭＡの通信機（携帯電話機）においては、その高周波回路部において、アンテナが直接フィルタに接続される構成のものが増えている。
【０００３】
一方、移動体通信システムの端末機に備えられるアンテナとして、例えばループアンテナや半波長ダイポールアンテナは、半波長のエレメントを用いているため、外部からの影響を受けにくく、１／４波長型のアンテナに比べて安定した特性が得られやすい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記ループアンテナや半波長ダイポールアンテナにおいては、アンテナからの出力が平衡となる平衡給電アンテナであるため、不平衡信号を扱う高周波回路との接続のために、不平衡−平衡変換器（バラン）が必要となる。
【０００５】
このような不平衡−平衡変換器を用いる構造では、部品点数が増大し、基板上の占有面積が増大するだけでなく、変換損失が生じるという問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、上記バランを個別に設けることによる問題を解消したアンテナ装置および通信機を提供することにある。
【０００７】
この発明の他の目的は、上記アンテナとそれに直接接続されるフィルタ部分に要するスペースを縮小化して、全体に小型化できるようにしたアンテナ装置および通信機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のアンテナ装置は、λ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器第１の共振器に不平衡結合する端子電極を、該共振器の一方の開放端付近に設けたフィルタと、第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成する。
【０００９】
また、この発明のアンテナ装置は、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を短絡して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を短絡して成る、第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器に不平衡結合する端子電極を、該共振器の等価的な開放端付近に設けたフィルタと、第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成する。
【００１０】
また、この発明のアンテナ装置は、一端を短絡したλ／４ＴＥＭ共振器から成る第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器に不平衡結合する端子電極を、該共振器の開放端付近に設けたフィルタと、第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成する。
【００１１】
また、この発明のアンテナ装置は、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器に平衡結合する２つの端子電極を、該共振器の開放端付近にそれぞれ設けたフィルタと、第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成する。
【００１２】
これらの構造により、不平衡入出力部と平衡入出力部とを用いて、不平衡−平衡変換を行うとともに所定周波数帯域の通過または減衰を行わせ、且つアンテナに対して平衡給電を行う。すなわち、受信アンテナ装置として用いる場合には、アンテナからの平衡信号がフィルタを通り不平衡信号として出力される。逆に、送信アンテナ装置として用いる場合には、不平衡信号が入力されてフィルタを通りアンテナに平衡給電されて電磁波が放射される。
【００１３】
したがって、専用の不平衡−平衡変換器が不要となり、且つ、フィルタとアンテナとが一体化されているため、部品点数が削減されるとともに、通信機における基板上の占有面積が縮小化される。
【００１４】
上記λ／２ＴＥＭ共振器およびλ／４ＴＥＭ共振器は、それぞれマイクロストリップ線路で構成するか、誘電体ブロックに導体膜を設けて成る誘電体同軸共振器で構成する。
【００１６】
また、この発明は、上記誘電体フィルタにより誘電体デュプレクサを構成して、誘電体デュプレクサ一体型のアンテナ装置を得る。
【００２０】
また、この発明のアンテナ装置は、前記平衡給電アンテナと前記誘電体フィルタとを一体の誘電体ブロックに構成する。これにより部品点数を削減し、通信機の基板上への占有面積を大幅に削減する。
【００２１】
更に、この発明のアンテナ装置は、前記一体の誘電体ブロックにおける平衡給電アンテナ部と誘電体フィルタ部とで、誘電体ブロックの実効誘電率を異なるものとする。これによりアンテナ部と誘電体フィルタ部のそれぞれにおける最適な比誘電率を有する誘電体ブロックに対してアンテナおよびフィルタをそれぞれ構成して、限られたスペースに高効率のアンテナおよび所定周波数帯域に適用した誘電体フィルタを構成できるようにする。
【００２２】
この発明の通信機は、上記アンテナ装置を用いて構成する。これにより小型軽量で安定性に優れた通信機を得る。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を図１および図２を参照して説明する。
図１はアンテナ装置の平面図である。ここで１０，２０はそれぞれストリップライン電極であり、誘電体基板４０の上面に互いに近接配置している。誘電体基板４０の下面には略全面のグランド電極を形成していて、この誘電体基板４０、ストリップライン電極１０，２０およびグランド電極によって、それぞれマイクロストリップ線路共振器を構成している。ストリップライン電極１０，２０は中央部を細く、両端部側（開放端側）を太くすることによって、開放端側におけるストリップライン電極間の静電容量を、等価的な短絡端側（中央部）に比べて相対的に大きくし、奇モードと偶モードの共振周波数に差を持たせて、共振器間を容量性結合させている。１３，２３，２４はそれぞれ端子電極である。ストリップライン電極１０の一方の開放端と端子電極１３との間には静電容量を形成している。またストリップライン電極２０の両方の開放端と端子電極２３，２４との間にそれぞれ静電容量を生じさせている。端子電極２３，２４にはループアンテナ５０を接続している。
【００２４】
図１の（Ｂ）は上記アンテナ装置の等価回路図である。ここでＲ１０，Ｒ２０は（Ａ）に示したストリップライン電極１０，２０による両端開放のλ／２共振器である。Ｃ１１は、ストリップライン電極１０と端子電極１３との間に生じる静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、ストリップライン電極２０と端子電極２３，２４との間にそれぞれ生じる静電容量である。
【００２５】
上記アンテナ装置を通信機のアンテナ部分に設ける場合、不平衡−平衡変換器としてのバランを用いることなく、平衡信号を扱う高周波回路に直接接続する。
【００２６】
図１の（Ｂ）において端子Ａから信号が入力されると、それに結合してλ／２共振器Ｒ１０の両端の電位の極性は反転し、その電位差のままλ／２共振器Ｒ２０と結合するので、その各々の出力端子Ｂ，Ｃには、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。すなわち、Ａは不平衡入力端子、Ｂ，Ｃは平衡出力端子として作用し、且つ、この入出力間は共振器Ｒ１０，Ｒ２０による帯域通過型フィルタ特性を持つことになる。なお、上述したように共振器Ｒ１０，Ｒ２０間は容量性結合するので、通過帯域の低域側に減衰極を備えた特性となる。このようにして、ループアンテナ５０に平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００２７】
逆に、ループアンテナ５０を送信アンテナとして用いる場合には、ループアンテナ５０から出力される平衡信号が端子Ｂ−Ｃ間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振器として共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ａから不平衡信号が出力される。すなわち、Ｂ，Ｃは平衡入力端子、Ａは不平衡出力端子として作用し、且つ、この入出力間は共振器Ｒ２０，Ｒ１０による帯域通過型フィルタ特性を持つことになる。
【００２８】
次に、第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を図２を参照して説明する。
【００２９】
図２はアンテナ装置の平面図である。ここで１０，２０はそれぞれストリップライン電極であり、誘電体基板４０の上面に互いに近接配置している。誘電体基板４０の下面には略全面のグランド電極を形成していて、この誘電体基板４０とストリップライン電極１０，２０およびグランド電極とによってそれぞれマイクロストリップ線路共振器を構成している。ＧＮＤは誘電体基板４０の上面に形成したグランド電極である。Ｓはスルーホールであり、ストリップライン電極２０の中央部を誘電体基板４０の下面のグランド電極に電気的に接続している。１３，２３，２４はそれぞれ端子電極であり、ストリップライン電極１０の一方の開放端付近と端子電極１３との間には静電容量を生じさせていて、また、ストリップライン電極２０の両方の開放端付近と端子電極２３，２４との間にそれぞれ静電容量を生じさせている。端子電極２３，２４にはループアンテナ５０を接続している。
【００３０】
このアンテナ装置では、図２の（Ｂ）に示す等価回路のように、共振器Ｒ１０の両開放端とグランドとの間の静電容量、共振器Ｒ２１，Ｒ２２のそれぞれの開放端とグランドとの間の静電容量により、第１の共振器Ｒ１０と第２の共振器Ｒ２１，Ｒ２２は誘導性結合する。
【００３１】
図２の（Ｂ）において端子Ａから信号が入力されると、それに結合してλ／２共振器Ｒ１０の両端の電位の極性は反転し、その電位差のままλ／２共振器Ｒ２０と結合するので、その各々の出力端子Ｂ，Ｃには、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。すなわち、Ａは不平衡入力端子、Ｂ，Ｃは平衡出力端子として作用し、且つ、この入出力間は共振器Ｒ１０，Ｒ２０による帯域通過型フィルタ特性を持つことになる。なお、上述したように共振器Ｒ１０，Ｒ２０間は誘導性結合するので、通過帯域の高域側に減衰極を備えた特性となる。このようにして、ループアンテナ５０に平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００３２】
逆に、ループアンテナ５０を送信アンテナとして用いる場合には、ループアンテナ５０から出力される平衡信号が端子Ｂ−Ｃ間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振器として共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ａから不平衡信号が出力される。すなわち、Ｂ，Ｃは平衡入力端子、Ａは不平衡出力端子として作用し、且つ、この入出力間は共振器Ｒ２０，Ｒ１０による帯域通過型フィルタ特性を持つことになる。
【００３３】
次に、アンテナ装置の幾つかの構成例を等価回路図として図３〜図６に示す。
【００３４】
図３の（Ａ），（Ｂ）は、請求項２に対応する構成例である。何れも、不平衡端子Ｐ１０と不平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２を備えていて、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２に平衡給電アンテナを接続している。
【００３５】
図３の（Ａ）において、Ｒ１０は、両端を開放させたλ／２共振器であり、第１の共振器として作用する。Ｒ２０も、両端を開放させたλ／２共振器であり、第２の共振器として作用する。Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００３６】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、λ／２共振器Ｒ１０の両端の電位の極性は反転し、その電位差のままλ／２共振器Ｒ２０と結合するので、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００３７】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振器として共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００３８】
図３の（Ｂ）において、Ｒ１０は両端を開放させたλ／２共振器であり、第１の共振器として作用する。Ｒ２１，Ｒ２２は、それぞれ一方端を開放させ、他方端同士を接続させて（連続させて）、その接続部を等価的な短絡端または実質的な短絡端としたλ／４共振器である。この接続した２つのλ／４共振器が第２の共振器として作用する。上述したように、Ｒ２１とＲ２２との接続点は等価的に接地電位となるので、実際に接地しても、接地しなくてもよい。
【００３９】
なお、Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００４０】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、λ／２共振器Ｒ１０の両端の電位の極性は反転し、その電位差のまま、接続された２つのλ／４共振器Ｒ２１，Ｒ２２と結合するので、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００４１】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、接続された２つの共振器Ｒ２１，Ｒ２２はλ／４共振器として共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００４２】
図４は、請求項３に対応する構成例である。図３に示したものとは異なり、この例では、第１の共振器の両端を短絡している。したがって第１の共振器の中央部は等価的な開放端となる。この例では、その等価的開放端を不平衡入出力部としている。
【００４３】
すなわち、（Ａ）において、Ｒ１０は、両端を短絡させたλ／２共振器であり、第１の共振器として作用する。Ｒ２０は、両端を開放させたλ／２共振器であり、第２の共振器として作用する。Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００４４】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／２共振し、これと結合する共振器Ｒ２０もλ／２共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００４５】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００４６】
（Ｂ）において、Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれ一端を短絡させたλ／４共振器であり、他方端同士を接続している。この接続した２つの共振器Ｒ１１，Ｒ１２が第１の共振器として作用する。Ｒ２０は、両端を開放させたλ／２共振器であり、第２の共振器として作用する。Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００４７】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２０がλ／２共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００４８】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１１，Ｒ１２の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００４９】
（Ｃ）において、Ｒ１０は、両端を短絡させたλ／２共振器であり、第１の共振器として作用する。Ｒ２１，Ｒ２２は、それぞれの一端を開放させたλ／４共振器であり、他方端同士を接続している。この接続した共振器Ｒ２１，Ｒ２２が第２の共振器として作用する。なお、Ｒ２１とＲ２２との接続点は等価的に接地電位となるので、実際に接地しても、接地しなくてもよい。
【００５０】
Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００５１】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／２共振し、これと結合する共振器Ｒ２１，Ｒ２２がそれぞれλ／４共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００５２】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２１，Ｒ２２はそれぞれλ／４共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００５３】
（Ｄ）において、Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれ一端を短絡させたλ／４共振器であり、他方端同士を接続している。この接続した２つの共振器Ｒ１１，Ｒ１２が第１の共振器として作用する。Ｒ２１，Ｒ２２は、それぞれの一端を開放させたλ／４共振器であり、他方端同士を接続している。この接続した共振器Ｒ２１，Ｒ２２が第２の共振器として作用する。なお、Ｒ２１とＲ２２との接続点は等価的に接地電位となるので、実際に接地しても、接地しなくてもよい。Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００５４】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２１，Ｒ２２もそれぞれλ／４共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００５５】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２１，Ｒ２２はそれぞれλ／４共振し、これに結合する共振器Ｒ１１，Ｒ１２の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００５６】
図５は、請求項１に対応する構成例である。図３に示した例と異なるのは、第１の共振器を一端短絡のλ／４共振器とし、その開放端付近に結合する端子を不平衡端子とした点である。
【００５７】
（Ａ），（Ｂ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２０がλ／２共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００５８】
（Ｃ），（Ｄ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２１，Ｒ２２がそれぞれλ／４共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００５９】
図６は、請求項４に対応する構成例である。図３に示した例と異なるのは、第１の共振器の両端開放付近にそれぞれ結合する２つの端子を設け、これらを平衡端子とし、平衡入出力のアンテナ装置を構成した点である。
【００６０】
（Ａ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、平衡端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／２共振し、これと結合する共振器Ｒ２０がλ／２共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が出力される。
【００６１】
（Ｂ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、平衡端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２０がλ／２共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１１，Ｒ１２の端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が出力される。
【００６２】
（Ｃ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、平衡端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／２共振し、これと結合する共振器Ｒ２１，Ｒ２２が、それぞれλ／４共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２１，Ｒ２２は、それぞれλ／４共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が出力される。
【００６３】
（Ｄ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、平衡端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２１，Ｒ２２が、それぞれλ／４共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２１，Ｒ２２は、それぞれλ／４共振し、これに結合する共振器Ｒ１１，Ｒ１２が、それぞれλ／４共振し、端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が出力される。
【００６４】
以上のようにして、平衡入出力のアンテナ装置として作用する。
【００６５】
次に、誘電体ブロックを用いたアンテナ装置の例を図７を参照して説明する。図７の（Ａ）はアンテナ装置の主要部の斜視図、（Ｂ）はその断面図である。図７の（Ａ）に示した向きで、図における左手前の面が回路基板に対する表面実装の際に回路基板に対向し、回路基板上の信号入出力電極に端子電極６，７，８が接続され、回路基板上のグランド電極に外導体３が接続される。
【００６６】
誘電体ブロック１は全体に略直方体形状を成し、２つの内導体形成孔２ａ，２ｂを設けている。誘電体ブロック１の図における上下の端面を除く他の外面（四面）には、それぞれ外導体３を形成している。内導体形成孔２ａの内面には内導体４ａを設け、内導体形成孔２ｂの内面には内導体４ｂを形成している。また、誘電体ブロック１の外面には、内導体４ａの一方の端部付近と静電容量を生じさせる端子電極６、内導体４ｂの両端付近との間でそれぞれ静電容量を生じさせる端子電極７，８を、それぞれ外導体３から分離形成している。
【００６７】
この構造により、内導体４ａ、誘電体ブロック１および外導体３によって１つのλ／２同軸共振器を構成し、内導体４ｂ、誘電体ブロック１および外導体３によって、もう１つのλ／２同軸共振器を構成する。また、各内導体形成孔は、開放端側と等価的短絡端側（内導体形成孔の中央部）とで内径を異ならせている。この構造により、隣接する共振器間が容量結合する。したがって、図７の誘電体フィルタは等価的には、図１の（Ｂ）に示したものと同様に表され、端子電極６を不平衡端子、端子電極７，８を平衡端子とする誘電体フィルタとして用いることができる。この例では、平衡端子としての端子電極７，８に半波長のダイポールアンテナ５１を接続している。
【００６８】
なお、図７に示した例では、２段の共振器を構成したが、３段以上の共振器を単一の誘電体ブロックに形成する場合にも本願発明は同様に適用できる。
【００６９】
図７に示した例では、不平衡で入出力するようにしたが、誘電体ブロック１の外面に、内導体４ａの両開放端付近にそれぞれ静電容量結合する端子電極を設ければ、等価回路が図６の（Ａ）のように表せるアンテナ装置を構成することができる。その場合には、平衡入出力のフィルタを有するアンテナ装置として用いることができる。
【００７０】
次に、アンテナを誘電体ブロックに構成した例を図８に示す。図８において１０２は、誘電体ブロック３０に、図における上面に放射電極３１を形成し、図における右手前の端面から下面の一部にかけて端子電極３２，３３を形成している。なお、必要に応じて、これらの端子電極３２，３３の形成領域を除く下面の略全面または一部にグランド電極を形成してもよい。端子電極３２，３３は放射電極３１の開放端付近と静電容量で結合する。また、放射電極３１と下面のグランド電極との間に分布容量が生じて、ストリップライン型のアンテナとして作用する。
【００７１】
一方、１０１は誘電体ブロックを用いた誘電体フィルタであり、基本的には図７で示したものと同様の構成から成る。すなわち、誘電体ブロック１に内導体形成孔２ａ，２ｂを設け、外面に外導体３を設けることによって、２段の両端開放のλ／２同軸共振器を構成している。端子電極６は内導体形成孔２ａによる共振器の一方の開放端付近と静電容量で結合する。また端子電極７，８は内導体形成孔２ｂによる共振器の両開放端付近とそれぞれ静電容量で結合する。
【００７２】
上記アンテナ１０２と誘電体フィルタ１０１とを接合一体化することによって、端子電極３２と７同士、３３と８同士をそれぞれ導通させ、不平衡−平衡変換器およびフィルタを内蔵したアンテナ装置を構成する。
【００７３】
図９は、図８に示した誘電体フィルタとアンテナとを用いて構成した、他のアンテナ装置の斜視図である。この図に示すように、誘電体フィルタ１０１とアンテナ１０２とを誘電体基板４０に搭載することによって、不平衡−平衡変換器およびフィルタを備えた単一の部品としてのアンテナ装置を構成する。すなわち、誘電体基板４０には線路４２，４３を形成していて、この線路を介して、誘電体フィルタ１０１の端子電極（図８に示した７，８）とアンテナの端子電極３２，３３とをそれぞれ接続する。また、誘電体基板４０には端子電極４１を形成していて、誘電体フィルタ１０１の端子電極６を端子電極４１まで引き出す。
【００７４】
次に、単一の誘電体ブロックに誘電体フィルタとアンテナとを設けたいくつかの例を、図１０〜図１２を参照して説明する。
図１０に示す例では、誘電体ブロック１に、内面に内導体を形成した内導体形成孔２ａ，２ｂを設け、外面に外導体３および端子電極６を設けることによって誘電体フィルタ部を構成している。また、同じ誘電体ブロック１の上面に放射電極３１を形成することによってアンテナ部を構成している。この誘電体フィルタ部およびアンテナ部の構成は、図８に示した誘電体フィルタ１０１およびアンテナ１０２の構成と同様である。但し、図８に示した端子電極７，８，３２，３３に相当する電極は、誘電体ブロック１の内部には設けていない。従って、放射電極３１の両開放端付近と、内導体形成孔２ｂによる両端開放のλ／２共振器の両開放端付近とが直接、それぞれ容量結合する。
【００７５】
なお、誘電体ブロック１における誘電体フィルタ部とアンテナ部とで、その実効誘電率が異なるようにしてもよい。例えば、誘電体ブロック１の成形時に、比誘電率の高い誘電体セラミック材料と、比誘電率の比較的低い誘電体セラミック材料とを一体成形し、例えば比誘電率の高い領域を誘電体フィルタ部、比誘電率の低い領域をアンテナ部として使用する。または逆に、比誘電率の高い領域をアンテナ部、比誘電率の低い領域を誘電体フィルタ部として使用する。
【００７６】
図１１の（Ａ）はアンテナ装置の外観斜視図、（Ｂ）は（Ａ）における内導体形成孔の中心軸を通る面での縦断面図である。図１０に示した例では、内導体形成孔２ａ，２ｂの両端の開口面を、外導体３の無い開放面としたが、この図１１に示す例では、内導体形成孔２ａ，２ｂの両端の開口面にも外導体を形成して、開口面付近の内部に電極非形成部ｇを設けて、この部分で内導体４の両端を開放させるとともに、開放端と外導体３（接地）との間に漂遊容量を生じさせるようにしている。この構造により、内導体形成孔２ａ，２ｂによる２つの両端開放のλ／２共振器が誘導性結合する。また、アンテナ部の放射電極３１の両開放端付近と内導体形成孔２ｂの内部の内導体の開放端付近とがそれぞれ容量結合する。
【００７７】
図１２に示す例では、図１０に示した例とは異なり、内導体形成孔２ａ，２ｂの開口部に、内導体から連続する結合用電極５ａ，５ｂ形成していて、この結合用電極５ａ−５ｂ間の静電容量によって共振器間を結合させている。その他の構成は図１０に示したものと同様である。アンテナ部の放射電極３１の両開放端付近は内導体形成孔２ｂの開放端付近にそれぞれ容量結合する。
【００７８】
次に、誘電体デュプレクサを設けたアンテナ装置の構成を図１３および図１４を参照して説明する。
図１３の（Ａ）は誘電体デュプレクサ部分の外観斜視図、（Ｂ）は各内導体形成孔部分を通る面での断面図である。図１３の（Ａ）に示した向きで、図における左手前の面が通信機の回路基板に対する表面実装の際に回路基板に対向し、回路基板上の信号入出力電極に端子電極６，９がそれぞれ接続され、回路基板上のグランド電極に外導体３が接続される。
【００７９】
誘電体ブロック１は全体に略直方体形状を成し、６つの内導体形成孔２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを設けている。また、誘電体ブロック１の図における上下の端面を除く他の外面（四面）にそれぞれ外導体３を形成している。内導体形成孔２ａ〜２ｆの内面には、内導体４ａ〜４ｆをそれぞれ形成している。また誘電体ブロック１の外面には、内導体４ａ，４ｆのそれぞれの一方の端部付近との間で静電容量を生じさせる端子電極６，９を形成している。
【００８０】
この構造により、内導体４ａ〜４ｆと、誘電体ブロック１および外導体３によって、それぞれλ／２同軸共振器が構成される。
【００８１】
これにより、上記内導体４ａ，４ｂ，４ｃによる共振器を送信フィルタとして用い、また、上記内導体４ｄ，４ｅ，４ｆによる共振器を受信フィルタとして用いる。その場合、端子電極６を不平衡の送信信号入力端子、端子電極９を不平衡の受信信号出力端子として用いる。
【００８２】
図１４の（Ａ）は上記誘電体デュプレクサ部分の他の外面を表す斜視図である。ここで、端子電極７，８は、図１３の（Ｂ）に示した内導体４ｃ，４ｄの開放端付近とそれぞれ容量結合する位置に設けている。
【００８３】
図１４の（Ｂ）は、（Ａ）に示した状態から、誘電体ブロックの上部にアンテナ１０２を接合した状態を示している。アンテナ１０２の構成は、図８に示したものと略同様である。この構造により、放射電極３１の両開放端付近が誘電体デュプレクサの端子電極７，８にそれぞれ容量結合する。
【００８４】
このようにして、不平衡の送信信号を入力し、不平衡の受信信号を出力する誘電体デュプレクサと、平衡給電アンテナとから成るアンテナ装置を構成する。
【００８５】
なお、以上に示した誘電体フィルタおよび誘電体デュプレクサでは、単一の誘電体ブロックに同軸共振器を構成することによって、誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを構成したが、予め溝を形成した誘電体基板に内導体を形成したもの同士を接合して同軸共振器を形成し、これにより誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを構成してもよい。
【００８６】
また、図１４に示した例では、アンテナ部と誘電体デュプレクサ部とを接合一体化したが、図１０に示したものと同様にして、単一の誘電体ブロックにアンテナ部とデュプレクサ部とを設けてもよい。
【００８７】
次に、ＴＥＭモード以外の共振モードを利用したフィルタを備えたアンテナ装置の例を、図１５および図１６を参照して説明する。
図１５において１０２は、図８に示したものと同様のストリップライン型のアンテナであり、誘電体ブロック３０の、図における上面に放射電極３１を形成し、図における右手前の端面から下面の一部にかけて端子電極３２，３３を形成している。
【００８８】
一方、１０１は誘電体ブロックを用いた誘電体フィルタであり、基本的には導波管型の共振器を構成した誘電体フィルタである。（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ部分の断面図である。また、（Ｃ）は誘電体フィルタ１０１の動作を説明するための図であり、基本波部分で等価的に２つの誘電体フィルタに分離した状態を示している。（Ｂ）は（Ｃ）におけるＢ−Ｂ部分の断面図でもある。
【００８９】
まず、（Ｃ）に示した２つの誘電体フィルタ１０１ａ，１０１ｂについて説明する。この誘電体フィルタの誘電体ブロックは、それぞれ略直方体形状を成し、その外面に外導体３を形成している。誘電体ブロックの長手方向の途中には、その長手方向を区分する節となる溝２１，２２を形成して、２段の共振器を構成している。この溝２１，２２の内面には外導体３を形成している。溝２１，２２で区分される領域は、それぞれＴＥ１０１モードの共振器として作用する。この共振器領域に、誘電体ブロックの短軸方向に貫通する貫通孔２６，２７，２８，２９を設けている。この貫通孔２６，２７，２８，２９の内面には導電体膜を形成していない。誘電体ブロックの図における右手前の面には、端子電極６，１１を形成している。また、それらに対向する左後方の面にも端子電極を形成している。
【００９０】
誘電体フィルタ１０１ａについて説明すれば、上記２段の共振器の各段の共振器の共振周波数は、貫通孔２６，２７の内径によって定める。また、２段の共振器間の結合係数は、溝２１の大きさ等によって定める。誘電体ブロック内部には、（Ｂ）に示すように、誘電体ブロック１の端面の端子電極６，７から誘電体ブロック１の底面の導電体膜３にかけて、内部に貫通孔３４，３５を形成していて、その貫通孔３４，３５の内面に、ＴＥ１０１モードに結合する結合用電極３６，３７を設けている。この構造により、２つの端子電極６，７を入出力部とする２段の共振器からなる帯域通過特性を有する誘電体導波管型フィルタを得る。このフィルタ特性は、２段の共振器の共振周波数と結合係数によって定める。上述のことは、もう一つの誘電体フィルタ１０１ｂについても同様である。
【００９１】
（Ａ）における誘電体フィルタ１０１は、上記誘電体フィルタ１０１ａ，１０１ｂを側面同士で接合一体化したものに等しい。但し、この例では、接合面に相当する側の溝および接合面に相当する面の外導体は設けていない。このように、ＴＥ１０１モードの２段の共振器からなるフィルタを２つ併設し、それらを位相差１８０度で作動させることにより、平衡入出力型の誘電体フィルタとして作用する。この場合、誘電体フィルタ１０１全体としては、ＴＥ２０１モードの２段の共振器からなるフィルタとして作用する。
【００９２】
図１６は、図１５に示したアンテナ１０２と誘電体フィルタ１０１とを用いて構成したアンテナ装置の斜視図である。このアンテナ装置は、図１５に示したアンテナ１０２と誘電体フィルタ１０１とを接合一体化することによって、誘電体フィルタの図における左後方端面の２つの端子電極をアンテナの端子電極３２，３３にそれぞれ導通させたものである。
【００９３】
この構造により、ＴＥＭモードの共振器ではフィルタが構成し難いような高周波帯において使用可能な、不平衡−平衡変換器およびフィルタ内蔵のアンテナ装置を構成する。
【００９４】
図１５および図１６に示した例では、誘電体フィルタに２つの端子電極６，１１を設け、それを平衡入出力の端子電極としたが、このうち、一方の端子電極のみを設け、または一方の端子電極のみを使うようにして、不平衡入出力のアンテナ装置を構成してもよい。すなわち、例えば端子電極６，１１で示した端子電極のうちいずれか一方に不平衡信号を入力すれば、その端子から溝２１，２２までの領域がＴＥ２０１モードで共振するので、平衡入出力の場合と同様に用いることができる。
【００９５】
また、上述した例では、フィルタ部にＴＥモードの共振モードを利用したが、同様にして、ＴＭモードなど、その他のＴＥＭモード以外の共振モードを利用してもよい。
【００９６】
また、上述した例では、元々別体のアンテナと誘電体フィルタとを接合一体化するようにしたが、単一の誘電体ブロックにアンテナ部と誘電体フィルタ部を設けて、図１６に示したようなアンテナ装置を構成してもよい。但し、アンテナと誘電体フィルタとの接合面に相当する電極は、誘電体ブロックの内部には設ける必要はない。その場合、放射電極３１の両開放端付近と、フィルタの共振器のモードとが直接結合する。
【００９７】
なお、単一の誘電体ブロックにアンテナ部とフィルタ部を構成する場合でも、アンテナ部とフィルタ部とで、その実効誘電率が異なるようにしてもよい。
【００９８】
さらに、図９に示したアンテナ装置と同様に、アンテナと誘電体フィルタとを基板上にそれぞれ実装して、全体としてアンテナ装置を構成してもよい。
【００９９】
次に、上記誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを用いた通信機の構成を図１７を参照して説明する。
同図において四角で囲んだ部分が、デュプレクサＤＰＸと送受信アンテナＡＮＴから成るアンテナ装置である。ＢＰＦａ，ＢＰＦｂ，ＢＰＦｃはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，ＡＭＰｂはそれぞれ増幅回路、ＭＩＸａ，ＭＩＸｂはそれぞれミキサ、ＯＳＣはオシレータ、ＤＩＶは分周器である。ＭＩＸａはＤＩＶから出力される周波数信号を、送信信号の中間周波信号ＩＦで変調し、ＢＰＦａは送信周波数の帯域のみを通過させ、ＡＭＰａはこれを電力増幅してＤＰＸを介しＡＮＴより送信する。ＡＭＰｂはＤＰＸからの受信信号を増幅し、ＢＰＦｂはその増幅された信号のうち受信周波数帯域のみを通過させる。ＭＩＸｂはＢＰＦｃより出力される周波数信号と受信信号とをミキシングして、受信信号の中間周波信号ＩＦを出力する。
【０１００】
図１７に示したデュプレクサＤＰＸを備えたアンテナ装置としては、図１４に示した構造のデュプレクサを用いる。これにより、全体に小型の通信機を構成する。
【０１０１】
【発明の効果】
この発明によれば、不平衡端子と平衡端子とを用いて、不平衡−平衡変換を行うとともに所定周波数帯域の通過または減衰を行わせ、且つアンテナに対して平衡給電を行う。すなわち、受信アンテナ装置として用いる場合には、アンテナからの平衡信号がフィルタを通り不平衡信号として出力される。逆に、送信アンテナ装置として用いる場合には、不平衡信号が入力されてフィルタを通りアンテナに平衡給電されて電磁波が放射される。
【０１０２】
したがって、専用の不平衡−平衡変換器が不要となり、且つ、フィルタとアンテナとが一体化されているため、部品点数が削減されるとともに、通信機における基板上の占有面積が縮小化される。
【０１０４】
また、この発明によれば、誘電体ブロックに導体膜を設けて成る誘電体同軸共振器で構成することにより、低損失・低不要輻射特性を有する小型のアンテナ装置を容易に構成できる。
【０１０９】
また、この発明によれば、平衡給電アンテナと誘電体フィルタとを一体の誘電体ブロックに構成することにより、部品点数が削減されて、通信機の基板上への占有面積が大幅に削減される。
【０１１０】
また、この発明によれば、平衡給電アンテナ部と誘電体フィルタ部とで、誘電体ブロックの実効誘電率を異ならせることにより、アンテナ部と誘電体フィルタ部のそれぞれにおける最適な比誘電率を有する誘電体ブロックに対してアンテナおよびフィルタを構成することができ、限られたスペースに高効率のアンテナおよび所定周波数帯域に適用した誘電体フィルタを構成できる。
【０１１１】
また、この発明によれば、小型軽量で安定性に優れた通信機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置の平面図および等価回路図
【図２】第２の実施形態に係るアンテナ装置の平面図および等価回路図
【図３】第３の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路図
【図４】第４の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路図
【図５】第５の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路図
【図６】第６の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路図
【図７】第７の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図
【図８】第８の実施形態に係るアンテナ装置で用いる誘電体フィルタとアンテナの構成を示す斜視図
【図９】第９の実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図
【図１０】第１０の実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図
【図１１】第１１の実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図
【図１２】第１２の実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図
【図１３】第１３の実施形態に係るアンテナ装置における誘電体デュプレクサ部分の構成を示す図
【図１４】同アンテナ装置の斜視図
【図１５】第１４の実施形態に係るアンテナ装置で用いる誘電体フィルタとアンテナの構成を示す斜視図および断面図
【図１６】同アンテナ装置の外観斜視図
【図１７】第１５の実施形態に係る通信機の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１−誘電体ブロック
２−内導体形成孔
３−外導体
４−内導体
５−結合用電極
６〜９，１１−端子電極
１０，２０−ストリップライン電極
１３，２３，２４−端子電極
２１，２２−溝
２６，２７，２８，２９−貫通孔
３０−誘電体ブロック
３１−放射電極
３２，３３−端子電極
３４，３５−貫通孔
３６，３７−結合用電極
４０−誘電体基板
４１−端子電極
４２，４３−線路
５０−ループアンテナ
５１−ダイポールアンテナ
１００−アンテナ装置
１０１−誘電体フィルタ
１０２−アンテナ
Ｐ１０−不平衡端子
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２−平衡端子
Ｒ１０，Ｒ２０−λ／２共振器
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２−λ／４共振器
【発明の属する技術分野】
この発明は、平衡給電アンテナを備えたアンテナ装置およびそれを用いた通信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の移動体通信システム、特にＴＤＤ（Time Division Duplex）のＴＤＭＡの通信機（携帯電話機）においては、その高周波回路部において、アンテナが直接フィルタに接続される構成のものが増えている。
【０００３】
一方、移動体通信システムの端末機に備えられるアンテナとして、例えばループアンテナや半波長ダイポールアンテナは、半波長のエレメントを用いているため、外部からの影響を受けにくく、１／４波長型のアンテナに比べて安定した特性が得られやすい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記ループアンテナや半波長ダイポールアンテナにおいては、アンテナからの出力が平衡となる平衡給電アンテナであるため、不平衡信号を扱う高周波回路との接続のために、不平衡−平衡変換器（バラン）が必要となる。
【０００５】
このような不平衡−平衡変換器を用いる構造では、部品点数が増大し、基板上の占有面積が増大するだけでなく、変換損失が生じるという問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、上記バランを個別に設けることによる問題を解消したアンテナ装置および通信機を提供することにある。
【０００７】
この発明の他の目的は、上記アンテナとそれに直接接続されるフィルタ部分に要するスペースを縮小化して、全体に小型化できるようにしたアンテナ装置および通信機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のアンテナ装置は、λ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器第１の共振器に不平衡結合する端子電極を、該共振器の一方の開放端付近に設けたフィルタと、第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成する。
【０００９】
また、この発明のアンテナ装置は、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を短絡して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を短絡して成る、第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器に不平衡結合する端子電極を、該共振器の等価的な開放端付近に設けたフィルタと、第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成する。
【００１０】
また、この発明のアンテナ装置は、一端を短絡したλ／４ＴＥＭ共振器から成る第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器に不平衡結合する端子電極を、該共振器の開放端付近に設けたフィルタと、第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成する。
【００１１】
また、この発明のアンテナ装置は、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器に平衡結合する２つの端子電極を、該共振器の開放端付近にそれぞれ設けたフィルタと、第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成する。
【００１２】
これらの構造により、不平衡入出力部と平衡入出力部とを用いて、不平衡−平衡変換を行うとともに所定周波数帯域の通過または減衰を行わせ、且つアンテナに対して平衡給電を行う。すなわち、受信アンテナ装置として用いる場合には、アンテナからの平衡信号がフィルタを通り不平衡信号として出力される。逆に、送信アンテナ装置として用いる場合には、不平衡信号が入力されてフィルタを通りアンテナに平衡給電されて電磁波が放射される。
【００１３】
したがって、専用の不平衡−平衡変換器が不要となり、且つ、フィルタとアンテナとが一体化されているため、部品点数が削減されるとともに、通信機における基板上の占有面積が縮小化される。
【００１４】
上記λ／２ＴＥＭ共振器およびλ／４ＴＥＭ共振器は、それぞれマイクロストリップ線路で構成するか、誘電体ブロックに導体膜を設けて成る誘電体同軸共振器で構成する。
【００１６】
また、この発明は、上記誘電体フィルタにより誘電体デュプレクサを構成して、誘電体デュプレクサ一体型のアンテナ装置を得る。
【００２０】
また、この発明のアンテナ装置は、前記平衡給電アンテナと前記誘電体フィルタとを一体の誘電体ブロックに構成する。これにより部品点数を削減し、通信機の基板上への占有面積を大幅に削減する。
【００２１】
更に、この発明のアンテナ装置は、前記一体の誘電体ブロックにおける平衡給電アンテナ部と誘電体フィルタ部とで、誘電体ブロックの実効誘電率を異なるものとする。これによりアンテナ部と誘電体フィルタ部のそれぞれにおける最適な比誘電率を有する誘電体ブロックに対してアンテナおよびフィルタをそれぞれ構成して、限られたスペースに高効率のアンテナおよび所定周波数帯域に適用した誘電体フィルタを構成できるようにする。
【００２２】
この発明の通信機は、上記アンテナ装置を用いて構成する。これにより小型軽量で安定性に優れた通信機を得る。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を図１および図２を参照して説明する。
図１はアンテナ装置の平面図である。ここで１０，２０はそれぞれストリップライン電極であり、誘電体基板４０の上面に互いに近接配置している。誘電体基板４０の下面には略全面のグランド電極を形成していて、この誘電体基板４０、ストリップライン電極１０，２０およびグランド電極によって、それぞれマイクロストリップ線路共振器を構成している。ストリップライン電極１０，２０は中央部を細く、両端部側（開放端側）を太くすることによって、開放端側におけるストリップライン電極間の静電容量を、等価的な短絡端側（中央部）に比べて相対的に大きくし、奇モードと偶モードの共振周波数に差を持たせて、共振器間を容量性結合させている。１３，２３，２４はそれぞれ端子電極である。ストリップライン電極１０の一方の開放端と端子電極１３との間には静電容量を形成している。またストリップライン電極２０の両方の開放端と端子電極２３，２４との間にそれぞれ静電容量を生じさせている。端子電極２３，２４にはループアンテナ５０を接続している。
【００２４】
図１の（Ｂ）は上記アンテナ装置の等価回路図である。ここでＲ１０，Ｒ２０は（Ａ）に示したストリップライン電極１０，２０による両端開放のλ／２共振器である。Ｃ１１は、ストリップライン電極１０と端子電極１３との間に生じる静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、ストリップライン電極２０と端子電極２３，２４との間にそれぞれ生じる静電容量である。
【００２５】
上記アンテナ装置を通信機のアンテナ部分に設ける場合、不平衡−平衡変換器としてのバランを用いることなく、平衡信号を扱う高周波回路に直接接続する。
【００２６】
図１の（Ｂ）において端子Ａから信号が入力されると、それに結合してλ／２共振器Ｒ１０の両端の電位の極性は反転し、その電位差のままλ／２共振器Ｒ２０と結合するので、その各々の出力端子Ｂ，Ｃには、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。すなわち、Ａは不平衡入力端子、Ｂ，Ｃは平衡出力端子として作用し、且つ、この入出力間は共振器Ｒ１０，Ｒ２０による帯域通過型フィルタ特性を持つことになる。なお、上述したように共振器Ｒ１０，Ｒ２０間は容量性結合するので、通過帯域の低域側に減衰極を備えた特性となる。このようにして、ループアンテナ５０に平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００２７】
逆に、ループアンテナ５０を送信アンテナとして用いる場合には、ループアンテナ５０から出力される平衡信号が端子Ｂ−Ｃ間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振器として共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ａから不平衡信号が出力される。すなわち、Ｂ，Ｃは平衡入力端子、Ａは不平衡出力端子として作用し、且つ、この入出力間は共振器Ｒ２０，Ｒ１０による帯域通過型フィルタ特性を持つことになる。
【００２８】
次に、第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を図２を参照して説明する。
【００２９】
図２はアンテナ装置の平面図である。ここで１０，２０はそれぞれストリップライン電極であり、誘電体基板４０の上面に互いに近接配置している。誘電体基板４０の下面には略全面のグランド電極を形成していて、この誘電体基板４０とストリップライン電極１０，２０およびグランド電極とによってそれぞれマイクロストリップ線路共振器を構成している。ＧＮＤは誘電体基板４０の上面に形成したグランド電極である。Ｓはスルーホールであり、ストリップライン電極２０の中央部を誘電体基板４０の下面のグランド電極に電気的に接続している。１３，２３，２４はそれぞれ端子電極であり、ストリップライン電極１０の一方の開放端付近と端子電極１３との間には静電容量を生じさせていて、また、ストリップライン電極２０の両方の開放端付近と端子電極２３，２４との間にそれぞれ静電容量を生じさせている。端子電極２３，２４にはループアンテナ５０を接続している。
【００３０】
このアンテナ装置では、図２の（Ｂ）に示す等価回路のように、共振器Ｒ１０の両開放端とグランドとの間の静電容量、共振器Ｒ２１，Ｒ２２のそれぞれの開放端とグランドとの間の静電容量により、第１の共振器Ｒ１０と第２の共振器Ｒ２１，Ｒ２２は誘導性結合する。
【００３１】
図２の（Ｂ）において端子Ａから信号が入力されると、それに結合してλ／２共振器Ｒ１０の両端の電位の極性は反転し、その電位差のままλ／２共振器Ｒ２０と結合するので、その各々の出力端子Ｂ，Ｃには、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。すなわち、Ａは不平衡入力端子、Ｂ，Ｃは平衡出力端子として作用し、且つ、この入出力間は共振器Ｒ１０，Ｒ２０による帯域通過型フィルタ特性を持つことになる。なお、上述したように共振器Ｒ１０，Ｒ２０間は誘導性結合するので、通過帯域の高域側に減衰極を備えた特性となる。このようにして、ループアンテナ５０に平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００３２】
逆に、ループアンテナ５０を送信アンテナとして用いる場合には、ループアンテナ５０から出力される平衡信号が端子Ｂ−Ｃ間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振器として共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ａから不平衡信号が出力される。すなわち、Ｂ，Ｃは平衡入力端子、Ａは不平衡出力端子として作用し、且つ、この入出力間は共振器Ｒ２０，Ｒ１０による帯域通過型フィルタ特性を持つことになる。
【００３３】
次に、アンテナ装置の幾つかの構成例を等価回路図として図３〜図６に示す。
【００３４】
図３の（Ａ），（Ｂ）は、請求項２に対応する構成例である。何れも、不平衡端子Ｐ１０と不平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２を備えていて、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２に平衡給電アンテナを接続している。
【００３５】
図３の（Ａ）において、Ｒ１０は、両端を開放させたλ／２共振器であり、第１の共振器として作用する。Ｒ２０も、両端を開放させたλ／２共振器であり、第２の共振器として作用する。Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００３６】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、λ／２共振器Ｒ１０の両端の電位の極性は反転し、その電位差のままλ／２共振器Ｒ２０と結合するので、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００３７】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振器として共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００３８】
図３の（Ｂ）において、Ｒ１０は両端を開放させたλ／２共振器であり、第１の共振器として作用する。Ｒ２１，Ｒ２２は、それぞれ一方端を開放させ、他方端同士を接続させて（連続させて）、その接続部を等価的な短絡端または実質的な短絡端としたλ／４共振器である。この接続した２つのλ／４共振器が第２の共振器として作用する。上述したように、Ｒ２１とＲ２２との接続点は等価的に接地電位となるので、実際に接地しても、接地しなくてもよい。
【００３９】
なお、Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００４０】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、λ／２共振器Ｒ１０の両端の電位の極性は反転し、その電位差のまま、接続された２つのλ／４共振器Ｒ２１，Ｒ２２と結合するので、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００４１】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、接続された２つの共振器Ｒ２１，Ｒ２２はλ／４共振器として共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００４２】
図４は、請求項３に対応する構成例である。図３に示したものとは異なり、この例では、第１の共振器の両端を短絡している。したがって第１の共振器の中央部は等価的な開放端となる。この例では、その等価的開放端を不平衡入出力部としている。
【００４３】
すなわち、（Ａ）において、Ｒ１０は、両端を短絡させたλ／２共振器であり、第１の共振器として作用する。Ｒ２０は、両端を開放させたλ／２共振器であり、第２の共振器として作用する。Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００４４】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／２共振し、これと結合する共振器Ｒ２０もλ／２共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００４５】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００４６】
（Ｂ）において、Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれ一端を短絡させたλ／４共振器であり、他方端同士を接続している。この接続した２つの共振器Ｒ１１，Ｒ１２が第１の共振器として作用する。Ｒ２０は、両端を開放させたλ／２共振器であり、第２の共振器として作用する。Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００４７】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２０がλ／２共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００４８】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１１，Ｒ１２の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００４９】
（Ｃ）において、Ｒ１０は、両端を短絡させたλ／２共振器であり、第１の共振器として作用する。Ｒ２１，Ｒ２２は、それぞれの一端を開放させたλ／４共振器であり、他方端同士を接続している。この接続した共振器Ｒ２１，Ｒ２２が第２の共振器として作用する。なお、Ｒ２１とＲ２２との接続点は等価的に接地電位となるので、実際に接地しても、接地しなくてもよい。
【００５０】
Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００５１】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／２共振し、これと結合する共振器Ｒ２１，Ｒ２２がそれぞれλ／４共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００５２】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２１，Ｒ２２はそれぞれλ／４共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００５３】
（Ｄ）において、Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれ一端を短絡させたλ／４共振器であり、他方端同士を接続している。この接続した２つの共振器Ｒ１１，Ｒ１２が第１の共振器として作用する。Ｒ２１，Ｒ２２は、それぞれの一端を開放させたλ／４共振器であり、他方端同士を接続している。この接続した共振器Ｒ２１，Ｒ２２が第２の共振器として作用する。なお、Ｒ２１とＲ２２との接続点は等価的に接地電位となるので、実際に接地しても、接地しなくてもよい。Ｃ１０は、不平衡端子Ｐ１０と第１の共振器間に生じさせた静電容量、Ｃ２１，Ｃ２２は、第２の共振器と平衡給電アンテナとの間に生じさせた静電容量である。
【００５４】
ここで、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２１，Ｒ２２もそれぞれλ／４共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。
【００５５】
逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２１，Ｒ２２はそれぞれλ／４共振し、これに結合する共振器Ｒ１１，Ｒ１２の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００５６】
図５は、請求項１に対応する構成例である。図３に示した例と異なるのは、第１の共振器を一端短絡のλ／４共振器とし、その開放端付近に結合する端子を不平衡端子とした点である。
【００５７】
（Ａ），（Ｂ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２０がλ／２共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００５８】
（Ｃ），（Ｄ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、不平衡端子Ｐ１０から信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２１，Ｒ２２がそれぞれλ／４共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１０から不平衡信号が出力される。
【００５９】
図６は、請求項４に対応する構成例である。図３に示した例と異なるのは、第１の共振器の両端開放付近にそれぞれ結合する２つの端子を設け、これらを平衡端子とし、平衡入出力のアンテナ装置を構成した点である。
【００６０】
（Ａ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、平衡端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／２共振し、これと結合する共振器Ｒ２０がλ／２共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が出力される。
【００６１】
（Ｂ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、平衡端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２０がλ／２共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２０はλ／２共振し、これに結合する共振器Ｒ１１，Ｒ１２の端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が出力される。
【００６２】
（Ｃ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、平衡端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１０はλ／２共振し、これと結合する共振器Ｒ２１，Ｒ２２が、それぞれλ／４共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２１，Ｒ２２は、それぞれλ／４共振し、これに結合する共振器Ｒ１０の端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が出力される。
【００６３】
（Ｄ）において、アンテナを送信アンテナとして用いる場合、平衡端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が入力されると、それに結合して、共振器Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれλ／４共振し、これと結合する共振器Ｒ２１，Ｒ２２が、それぞれλ／４共振する。その結果、平衡端子Ｐ２１，Ｐ２２には、フィルタ特性を持った１８０度位相の異なる出力が得られる。このようにして、アンテナに平衡給電がなされ、電磁波が送信される。逆に、アンテナを受信アンテナとして用いる場合には、アンテナから出力される平衡信号が端子Ｐ２１，Ｐ２２間に供給されて、共振器Ｒ２１，Ｒ２２は、それぞれλ／４共振し、これに結合する共振器Ｒ１１，Ｒ１２が、それぞれλ／４共振し、端子Ｐ１１，Ｐ１２から平衡信号が出力される。
【００６４】
以上のようにして、平衡入出力のアンテナ装置として作用する。
【００６５】
次に、誘電体ブロックを用いたアンテナ装置の例を図７を参照して説明する。図７の（Ａ）はアンテナ装置の主要部の斜視図、（Ｂ）はその断面図である。図７の（Ａ）に示した向きで、図における左手前の面が回路基板に対する表面実装の際に回路基板に対向し、回路基板上の信号入出力電極に端子電極６，７，８が接続され、回路基板上のグランド電極に外導体３が接続される。
【００６６】
誘電体ブロック１は全体に略直方体形状を成し、２つの内導体形成孔２ａ，２ｂを設けている。誘電体ブロック１の図における上下の端面を除く他の外面（四面）には、それぞれ外導体３を形成している。内導体形成孔２ａの内面には内導体４ａを設け、内導体形成孔２ｂの内面には内導体４ｂを形成している。また、誘電体ブロック１の外面には、内導体４ａの一方の端部付近と静電容量を生じさせる端子電極６、内導体４ｂの両端付近との間でそれぞれ静電容量を生じさせる端子電極７，８を、それぞれ外導体３から分離形成している。
【００６７】
この構造により、内導体４ａ、誘電体ブロック１および外導体３によって１つのλ／２同軸共振器を構成し、内導体４ｂ、誘電体ブロック１および外導体３によって、もう１つのλ／２同軸共振器を構成する。また、各内導体形成孔は、開放端側と等価的短絡端側（内導体形成孔の中央部）とで内径を異ならせている。この構造により、隣接する共振器間が容量結合する。したがって、図７の誘電体フィルタは等価的には、図１の（Ｂ）に示したものと同様に表され、端子電極６を不平衡端子、端子電極７，８を平衡端子とする誘電体フィルタとして用いることができる。この例では、平衡端子としての端子電極７，８に半波長のダイポールアンテナ５１を接続している。
【００６８】
なお、図７に示した例では、２段の共振器を構成したが、３段以上の共振器を単一の誘電体ブロックに形成する場合にも本願発明は同様に適用できる。
【００６９】
図７に示した例では、不平衡で入出力するようにしたが、誘電体ブロック１の外面に、内導体４ａの両開放端付近にそれぞれ静電容量結合する端子電極を設ければ、等価回路が図６の（Ａ）のように表せるアンテナ装置を構成することができる。その場合には、平衡入出力のフィルタを有するアンテナ装置として用いることができる。
【００７０】
次に、アンテナを誘電体ブロックに構成した例を図８に示す。図８において１０２は、誘電体ブロック３０に、図における上面に放射電極３１を形成し、図における右手前の端面から下面の一部にかけて端子電極３２，３３を形成している。なお、必要に応じて、これらの端子電極３２，３３の形成領域を除く下面の略全面または一部にグランド電極を形成してもよい。端子電極３２，３３は放射電極３１の開放端付近と静電容量で結合する。また、放射電極３１と下面のグランド電極との間に分布容量が生じて、ストリップライン型のアンテナとして作用する。
【００７１】
一方、１０１は誘電体ブロックを用いた誘電体フィルタであり、基本的には図７で示したものと同様の構成から成る。すなわち、誘電体ブロック１に内導体形成孔２ａ，２ｂを設け、外面に外導体３を設けることによって、２段の両端開放のλ／２同軸共振器を構成している。端子電極６は内導体形成孔２ａによる共振器の一方の開放端付近と静電容量で結合する。また端子電極７，８は内導体形成孔２ｂによる共振器の両開放端付近とそれぞれ静電容量で結合する。
【００７２】
上記アンテナ１０２と誘電体フィルタ１０１とを接合一体化することによって、端子電極３２と７同士、３３と８同士をそれぞれ導通させ、不平衡−平衡変換器およびフィルタを内蔵したアンテナ装置を構成する。
【００７３】
図９は、図８に示した誘電体フィルタとアンテナとを用いて構成した、他のアンテナ装置の斜視図である。この図に示すように、誘電体フィルタ１０１とアンテナ１０２とを誘電体基板４０に搭載することによって、不平衡−平衡変換器およびフィルタを備えた単一の部品としてのアンテナ装置を構成する。すなわち、誘電体基板４０には線路４２，４３を形成していて、この線路を介して、誘電体フィルタ１０１の端子電極（図８に示した７，８）とアンテナの端子電極３２，３３とをそれぞれ接続する。また、誘電体基板４０には端子電極４１を形成していて、誘電体フィルタ１０１の端子電極６を端子電極４１まで引き出す。
【００７４】
次に、単一の誘電体ブロックに誘電体フィルタとアンテナとを設けたいくつかの例を、図１０〜図１２を参照して説明する。
図１０に示す例では、誘電体ブロック１に、内面に内導体を形成した内導体形成孔２ａ，２ｂを設け、外面に外導体３および端子電極６を設けることによって誘電体フィルタ部を構成している。また、同じ誘電体ブロック１の上面に放射電極３１を形成することによってアンテナ部を構成している。この誘電体フィルタ部およびアンテナ部の構成は、図８に示した誘電体フィルタ１０１およびアンテナ１０２の構成と同様である。但し、図８に示した端子電極７，８，３２，３３に相当する電極は、誘電体ブロック１の内部には設けていない。従って、放射電極３１の両開放端付近と、内導体形成孔２ｂによる両端開放のλ／２共振器の両開放端付近とが直接、それぞれ容量結合する。
【００７５】
なお、誘電体ブロック１における誘電体フィルタ部とアンテナ部とで、その実効誘電率が異なるようにしてもよい。例えば、誘電体ブロック１の成形時に、比誘電率の高い誘電体セラミック材料と、比誘電率の比較的低い誘電体セラミック材料とを一体成形し、例えば比誘電率の高い領域を誘電体フィルタ部、比誘電率の低い領域をアンテナ部として使用する。または逆に、比誘電率の高い領域をアンテナ部、比誘電率の低い領域を誘電体フィルタ部として使用する。
【００７６】
図１１の（Ａ）はアンテナ装置の外観斜視図、（Ｂ）は（Ａ）における内導体形成孔の中心軸を通る面での縦断面図である。図１０に示した例では、内導体形成孔２ａ，２ｂの両端の開口面を、外導体３の無い開放面としたが、この図１１に示す例では、内導体形成孔２ａ，２ｂの両端の開口面にも外導体を形成して、開口面付近の内部に電極非形成部ｇを設けて、この部分で内導体４の両端を開放させるとともに、開放端と外導体３（接地）との間に漂遊容量を生じさせるようにしている。この構造により、内導体形成孔２ａ，２ｂによる２つの両端開放のλ／２共振器が誘導性結合する。また、アンテナ部の放射電極３１の両開放端付近と内導体形成孔２ｂの内部の内導体の開放端付近とがそれぞれ容量結合する。
【００７７】
図１２に示す例では、図１０に示した例とは異なり、内導体形成孔２ａ，２ｂの開口部に、内導体から連続する結合用電極５ａ，５ｂ形成していて、この結合用電極５ａ−５ｂ間の静電容量によって共振器間を結合させている。その他の構成は図１０に示したものと同様である。アンテナ部の放射電極３１の両開放端付近は内導体形成孔２ｂの開放端付近にそれぞれ容量結合する。
【００７８】
次に、誘電体デュプレクサを設けたアンテナ装置の構成を図１３および図１４を参照して説明する。
図１３の（Ａ）は誘電体デュプレクサ部分の外観斜視図、（Ｂ）は各内導体形成孔部分を通る面での断面図である。図１３の（Ａ）に示した向きで、図における左手前の面が通信機の回路基板に対する表面実装の際に回路基板に対向し、回路基板上の信号入出力電極に端子電極６，９がそれぞれ接続され、回路基板上のグランド電極に外導体３が接続される。
【００７９】
誘電体ブロック１は全体に略直方体形状を成し、６つの内導体形成孔２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを設けている。また、誘電体ブロック１の図における上下の端面を除く他の外面（四面）にそれぞれ外導体３を形成している。内導体形成孔２ａ〜２ｆの内面には、内導体４ａ〜４ｆをそれぞれ形成している。また誘電体ブロック１の外面には、内導体４ａ，４ｆのそれぞれの一方の端部付近との間で静電容量を生じさせる端子電極６，９を形成している。
【００８０】
この構造により、内導体４ａ〜４ｆと、誘電体ブロック１および外導体３によって、それぞれλ／２同軸共振器が構成される。
【００８１】
これにより、上記内導体４ａ，４ｂ，４ｃによる共振器を送信フィルタとして用い、また、上記内導体４ｄ，４ｅ，４ｆによる共振器を受信フィルタとして用いる。その場合、端子電極６を不平衡の送信信号入力端子、端子電極９を不平衡の受信信号出力端子として用いる。
【００８２】
図１４の（Ａ）は上記誘電体デュプレクサ部分の他の外面を表す斜視図である。ここで、端子電極７，８は、図１３の（Ｂ）に示した内導体４ｃ，４ｄの開放端付近とそれぞれ容量結合する位置に設けている。
【００８３】
図１４の（Ｂ）は、（Ａ）に示した状態から、誘電体ブロックの上部にアンテナ１０２を接合した状態を示している。アンテナ１０２の構成は、図８に示したものと略同様である。この構造により、放射電極３１の両開放端付近が誘電体デュプレクサの端子電極７，８にそれぞれ容量結合する。
【００８４】
このようにして、不平衡の送信信号を入力し、不平衡の受信信号を出力する誘電体デュプレクサと、平衡給電アンテナとから成るアンテナ装置を構成する。
【００８５】
なお、以上に示した誘電体フィルタおよび誘電体デュプレクサでは、単一の誘電体ブロックに同軸共振器を構成することによって、誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを構成したが、予め溝を形成した誘電体基板に内導体を形成したもの同士を接合して同軸共振器を形成し、これにより誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを構成してもよい。
【００８６】
また、図１４に示した例では、アンテナ部と誘電体デュプレクサ部とを接合一体化したが、図１０に示したものと同様にして、単一の誘電体ブロックにアンテナ部とデュプレクサ部とを設けてもよい。
【００８７】
次に、ＴＥＭモード以外の共振モードを利用したフィルタを備えたアンテナ装置の例を、図１５および図１６を参照して説明する。
図１５において１０２は、図８に示したものと同様のストリップライン型のアンテナであり、誘電体ブロック３０の、図における上面に放射電極３１を形成し、図における右手前の端面から下面の一部にかけて端子電極３２，３３を形成している。
【００８８】
一方、１０１は誘電体ブロックを用いた誘電体フィルタであり、基本的には導波管型の共振器を構成した誘電体フィルタである。（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ部分の断面図である。また、（Ｃ）は誘電体フィルタ１０１の動作を説明するための図であり、基本波部分で等価的に２つの誘電体フィルタに分離した状態を示している。（Ｂ）は（Ｃ）におけるＢ−Ｂ部分の断面図でもある。
【００８９】
まず、（Ｃ）に示した２つの誘電体フィルタ１０１ａ，１０１ｂについて説明する。この誘電体フィルタの誘電体ブロックは、それぞれ略直方体形状を成し、その外面に外導体３を形成している。誘電体ブロックの長手方向の途中には、その長手方向を区分する節となる溝２１，２２を形成して、２段の共振器を構成している。この溝２１，２２の内面には外導体３を形成している。溝２１，２２で区分される領域は、それぞれＴＥ１０１モードの共振器として作用する。この共振器領域に、誘電体ブロックの短軸方向に貫通する貫通孔２６，２７，２８，２９を設けている。この貫通孔２６，２７，２８，２９の内面には導電体膜を形成していない。誘電体ブロックの図における右手前の面には、端子電極６，１１を形成している。また、それらに対向する左後方の面にも端子電極を形成している。
【００９０】
誘電体フィルタ１０１ａについて説明すれば、上記２段の共振器の各段の共振器の共振周波数は、貫通孔２６，２７の内径によって定める。また、２段の共振器間の結合係数は、溝２１の大きさ等によって定める。誘電体ブロック内部には、（Ｂ）に示すように、誘電体ブロック１の端面の端子電極６，７から誘電体ブロック１の底面の導電体膜３にかけて、内部に貫通孔３４，３５を形成していて、その貫通孔３４，３５の内面に、ＴＥ１０１モードに結合する結合用電極３６，３７を設けている。この構造により、２つの端子電極６，７を入出力部とする２段の共振器からなる帯域通過特性を有する誘電体導波管型フィルタを得る。このフィルタ特性は、２段の共振器の共振周波数と結合係数によって定める。上述のことは、もう一つの誘電体フィルタ１０１ｂについても同様である。
【００９１】
（Ａ）における誘電体フィルタ１０１は、上記誘電体フィルタ１０１ａ，１０１ｂを側面同士で接合一体化したものに等しい。但し、この例では、接合面に相当する側の溝および接合面に相当する面の外導体は設けていない。このように、ＴＥ１０１モードの２段の共振器からなるフィルタを２つ併設し、それらを位相差１８０度で作動させることにより、平衡入出力型の誘電体フィルタとして作用する。この場合、誘電体フィルタ１０１全体としては、ＴＥ２０１モードの２段の共振器からなるフィルタとして作用する。
【００９２】
図１６は、図１５に示したアンテナ１０２と誘電体フィルタ１０１とを用いて構成したアンテナ装置の斜視図である。このアンテナ装置は、図１５に示したアンテナ１０２と誘電体フィルタ１０１とを接合一体化することによって、誘電体フィルタの図における左後方端面の２つの端子電極をアンテナの端子電極３２，３３にそれぞれ導通させたものである。
【００９３】
この構造により、ＴＥＭモードの共振器ではフィルタが構成し難いような高周波帯において使用可能な、不平衡−平衡変換器およびフィルタ内蔵のアンテナ装置を構成する。
【００９４】
図１５および図１６に示した例では、誘電体フィルタに２つの端子電極６，１１を設け、それを平衡入出力の端子電極としたが、このうち、一方の端子電極のみを設け、または一方の端子電極のみを使うようにして、不平衡入出力のアンテナ装置を構成してもよい。すなわち、例えば端子電極６，１１で示した端子電極のうちいずれか一方に不平衡信号を入力すれば、その端子から溝２１，２２までの領域がＴＥ２０１モードで共振するので、平衡入出力の場合と同様に用いることができる。
【００９５】
また、上述した例では、フィルタ部にＴＥモードの共振モードを利用したが、同様にして、ＴＭモードなど、その他のＴＥＭモード以外の共振モードを利用してもよい。
【００９６】
また、上述した例では、元々別体のアンテナと誘電体フィルタとを接合一体化するようにしたが、単一の誘電体ブロックにアンテナ部と誘電体フィルタ部を設けて、図１６に示したようなアンテナ装置を構成してもよい。但し、アンテナと誘電体フィルタとの接合面に相当する電極は、誘電体ブロックの内部には設ける必要はない。その場合、放射電極３１の両開放端付近と、フィルタの共振器のモードとが直接結合する。
【００９７】
なお、単一の誘電体ブロックにアンテナ部とフィルタ部を構成する場合でも、アンテナ部とフィルタ部とで、その実効誘電率が異なるようにしてもよい。
【００９８】
さらに、図９に示したアンテナ装置と同様に、アンテナと誘電体フィルタとを基板上にそれぞれ実装して、全体としてアンテナ装置を構成してもよい。
【００９９】
次に、上記誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを用いた通信機の構成を図１７を参照して説明する。
同図において四角で囲んだ部分が、デュプレクサＤＰＸと送受信アンテナＡＮＴから成るアンテナ装置である。ＢＰＦａ，ＢＰＦｂ，ＢＰＦｃはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，ＡＭＰｂはそれぞれ増幅回路、ＭＩＸａ，ＭＩＸｂはそれぞれミキサ、ＯＳＣはオシレータ、ＤＩＶは分周器である。ＭＩＸａはＤＩＶから出力される周波数信号を、送信信号の中間周波信号ＩＦで変調し、ＢＰＦａは送信周波数の帯域のみを通過させ、ＡＭＰａはこれを電力増幅してＤＰＸを介しＡＮＴより送信する。ＡＭＰｂはＤＰＸからの受信信号を増幅し、ＢＰＦｂはその増幅された信号のうち受信周波数帯域のみを通過させる。ＭＩＸｂはＢＰＦｃより出力される周波数信号と受信信号とをミキシングして、受信信号の中間周波信号ＩＦを出力する。
【０１００】
図１７に示したデュプレクサＤＰＸを備えたアンテナ装置としては、図１４に示した構造のデュプレクサを用いる。これにより、全体に小型の通信機を構成する。
【０１０１】
【発明の効果】
この発明によれば、不平衡端子と平衡端子とを用いて、不平衡−平衡変換を行うとともに所定周波数帯域の通過または減衰を行わせ、且つアンテナに対して平衡給電を行う。すなわち、受信アンテナ装置として用いる場合には、アンテナからの平衡信号がフィルタを通り不平衡信号として出力される。逆に、送信アンテナ装置として用いる場合には、不平衡信号が入力されてフィルタを通りアンテナに平衡給電されて電磁波が放射される。
【０１０２】
したがって、専用の不平衡−平衡変換器が不要となり、且つ、フィルタとアンテナとが一体化されているため、部品点数が削減されるとともに、通信機における基板上の占有面積が縮小化される。
【０１０４】
また、この発明によれば、誘電体ブロックに導体膜を設けて成る誘電体同軸共振器で構成することにより、低損失・低不要輻射特性を有する小型のアンテナ装置を容易に構成できる。
【０１０９】
また、この発明によれば、平衡給電アンテナと誘電体フィルタとを一体の誘電体ブロックに構成することにより、部品点数が削減されて、通信機の基板上への占有面積が大幅に削減される。
【０１１０】
また、この発明によれば、平衡給電アンテナ部と誘電体フィルタ部とで、誘電体ブロックの実効誘電率を異ならせることにより、アンテナ部と誘電体フィルタ部のそれぞれにおける最適な比誘電率を有する誘電体ブロックに対してアンテナおよびフィルタを構成することができ、限られたスペースに高効率のアンテナおよび所定周波数帯域に適用した誘電体フィルタを構成できる。
【０１１１】
また、この発明によれば、小型軽量で安定性に優れた通信機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置の平面図および等価回路図
【図２】第２の実施形態に係るアンテナ装置の平面図および等価回路図
【図３】第３の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路図
【図４】第４の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路図
【図５】第５の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路図
【図６】第６の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路図
【図７】第７の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図
【図８】第８の実施形態に係るアンテナ装置で用いる誘電体フィルタとアンテナの構成を示す斜視図
【図９】第９の実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図
【図１０】第１０の実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図
【図１１】第１１の実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図
【図１２】第１２の実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図
【図１３】第１３の実施形態に係るアンテナ装置における誘電体デュプレクサ部分の構成を示す図
【図１４】同アンテナ装置の斜視図
【図１５】第１４の実施形態に係るアンテナ装置で用いる誘電体フィルタとアンテナの構成を示す斜視図および断面図
【図１６】同アンテナ装置の外観斜視図
【図１７】第１５の実施形態に係る通信機の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１−誘電体ブロック
２−内導体形成孔
３−外導体
４−内導体
５−結合用電極
６〜９，１１−端子電極
１０，２０−ストリップライン電極
１３，２３，２４−端子電極
２１，２２−溝
２６，２７，２８，２９−貫通孔
３０−誘電体ブロック
３１−放射電極
３２，３３−端子電極
３４，３５−貫通孔
３６，３７−結合用電極
４０−誘電体基板
４１−端子電極
４２，４３−線路
５０−ループアンテナ
５１−ダイポールアンテナ
１００−アンテナ装置
１０１−誘電体フィルタ
１０２−アンテナ
Ｐ１０−不平衡端子
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２−平衡端子
Ｒ１０，Ｒ２０−λ／２共振器
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２−λ／４共振器
Claims (6)
- 一端を短絡したλ／４ＴＥＭ共振器から成る第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器に不平衡結合する端子電極を、第１の共振器の開放端付近に設けたフィルタと、
第２の共振器の両端部に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、
前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成したアンテナ装置。 - λ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器に不平衡結合する端子電極を、第１の共振器の一方の開放端付近に設けたフィルタと、
第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、
前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成したアンテナ装置。 - 接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を短絡して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を短絡して成る、第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器に不平衡結合する端子電極を、第１の共振器の等価的な開放端付近に設けたフィルタと、
第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、
前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成したアンテナ装置。 - 接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第１の共振器と、接続した２つのλ／４ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、またはλ／２ＴＥＭ共振器の両端を開放して成る、第２の共振器とを備え、第１と第２の共振器を結合させ、第１の共振器に平衡結合する２つの端子電極を、第１の共振器の開放端付近にそれぞれ設けたフィルタと、
第２の共振器に端子電極を介さずに平衡結合する平衡給電アンテナとを、一体の誘電体ブロックに導体膜を設けて構成し、
前記端子電極を前記誘電体ブロックの外面の導体膜で形成し、前記平衡給電アンテナを前記誘電体ブロックの外面の導体膜パターンにより形成したアンテナ装置。 - 前記平衡給電アンテナ部と前記誘電体フィルタ部とで、前記誘電体ブロックの実効誘電率が異なる請求項１〜４のうちいずれかに記載のアンテナ装置。
- 請求項１〜５のうちいずれかに記載のアンテナ装置を備えた通信機。
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