JP3878556B2 - 誘電体アンテナ及びそれを内蔵する移動体通信機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の誘電体層上にエレメントを有する誘電体アンテナ、及びその誘導体アンテナを内蔵する移動体通信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年における移動体通信機の普及とともに、携帯や移動のとき便利なように、その小型軽量化が望まれている。そのような移動体通信機が内蔵する電子部品群のうち、半導体集積回路等の小型化は急速に進んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アンテナの小型化が進まず、これが、移動体通信機を小型軽量化する上で妨げになっている。さらに、そのアンテナにとって理想的な状態、すなわち、そのアンテナが動作する動作原理を忠実に再現可能な状態で移動体通信機に搭載されることは殆どない。このため、アンテナの動作原理の範囲で調整困難なリアクタンス方向の不整合要因が頻繁に発生する。つまり、移動体通信機の小型化を図る都合上、筐体や各種の搭載部品を近接配置せざるを得ないため、アンテナがこれらの筐体や搭載部品の影響を受けてしまうのである。これを解決するための手段として、アンテナの直下にＬＣＲの素子を用いた整合回路（マッチング回路）を設けることが従来から行われている。しかしながら、上記の整合回路を構成するための素子を使用することはアンテナ小型化の妨げとなるとともに、これらの素子特性のバラツキが不可避であるため性能的にも不安定であった。
【０００４】
このような不都合を解消するために、複数の誘電体層上に放射エレメントとともに整合回路を形成する技術が開示されている（特許文献１参照）。この整合回路は、放射エレメントと同じ誘電体層にその一部分を有し、他の誘電体層に他の部分を有する構成になっている。ところが、放射エレメントと整合回路の一部分を同じ誘電体層に形成することにより、放射エレメントを形成するための領域が整合回路の一部分を形成するための領域に侵食され、放射エレメントの設計を自由に行うことが難しかった。逆に整合回路の観点から見れば、十分な整合（マッチング）をとるために必要な領域が放射エレメントの存在に邪魔され確保することができなかった。本発明は、上述した状況を解消するためになされたものであって、その解決課題は、誘電体アンテナの大きさを変えることなく、放射エレメントにせよ整合回路にせよ、形成のために使用可能な領域を可及的に確保可能にすることにある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１００９１５号公報（段落００３８〜００４８、図６参照）
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、放射エレメントと整合用のマッチングエレメントとを複数の誘電体層の相異なる誘電体層に形成することにより、各エレメントが誘電体層上の形成面を自由に使用可能とする構成を備えている。その詳しい内容については、項を改めて説明する。なお、何れかの請求項に係る発明の説明にあたって行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲において他の請求項に係る発明にも適用があるものとする。
【０００７】
（請求項１に記載された発明の特徴）
請求項１に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項１のアンテナ」という）は、複数の誘電体層と、給電点に接続される放射エレメントと、当該放射エレメントに接続されたマッチングエレメントと、を備えている。ここで、
当該放射エレメントと当該マッチングエレメントとが、互いに異なる誘電体層に形成した放射エレメント専用のエレメント形成面とマッチングエレメント専用のエレメント形成面との上に各々分離形成され、かつ、当該各誘電体層を介した接続構造により互いに接続され、当該接続構造が、当該誘電体層の端面に印刷形成した導電体又は誘電体層を介したコンデンサ構造によって構成されている。
【０００８】
（定義）
本明細書における「接続構造」とは、互いに異なる誘電体層に分離形成された放射エレメントとマッチングエレメントとを接続するための構造、すなわち、両エレメント間に介在する誘電体層を介して両エレメントを直流的及び／又は高周波的に接続可能とする構造のことをいう。たとえば、本発明の実施形態の欄で説明するような、誘電体層を積層した端面に導電性ペーストを印刷することにより形成する構造が、この接続構造に該当する。同様に「放射エレメント」とは、電波放射に主として寄与する使用波長の略１／４の長さと等しい長さを持つエレメントのことをいう。放射エレメントは、Ｌ型、ミアンダ型、アレイ型、その他の各種形状に形成することができる。同様に「マッチングエレメント」とは、マッチング機能（整合機能）を目的とするエレメントのことをいう。たとえば、リアクタンス素子Ｌ，Ｃとして機能する導電パターン、放射エレメントとマッチングエレメントとの間に挟まれた誘電体層を誘電体とするコンデンサ構造を介した容量結合（電磁界結合）、導電パターンを部分的に切断又は積極的に形成しないことによる同一誘電体層上（平面上）の容量結合を適宜組み合わせたものが、マッチングエレメントに該当する。
【０００９】
誘電体アンテナを逆Ｆ型とした場合における「放射エレメント」と「マッチングエレメント」との分離は、放射エレメントとマッチングエレメントとなる整合用のＧＮＤパターンとの接続点を境界にして行われる。同じく逆Ｆ型アンテナとした場合において給電ラインにマッチングラインを設けたものについては、マッチング素子として機能させるＬやＣを含む部分までを「マッチングエレメント」とする。したがって、たとえば、誘電体層を介した容量結合による給電パターンを放射エレメントに接続する場合には、当該容量結合部分を境界として当該放射エレメントとマッチングエレメントとが分離される。
【００１０】
放射エレメントを形成する誘電体層を構成する材料と、マッチングエレメントを形成する誘電体層を構成する材料とは、同じでも異なっていてもよい。たとえば、後者の誘電体層を構成する材料の比誘電率を前者の誘電体層を構成する材料の比誘電率と異ならせる構成や、後者をフェライトで構成してＬ（誘導リアクタンス）を稼ぎ、その可変範囲を大きくとれるようにする構成を適宜採用することができる。さらに、放射エレメント自体を複数の誘電体層に分けて形成することや、マッチングエレメント自体を同じく複数の誘電体層に分けて形成すること等は、本発明の範囲内である。
【００１１】
請求項１のアンテナによれば、放射エレメントの形成された誘電体層がマッチングエレメントの形成された誘電体層と異なるため、何れのエレメント形成においても当該誘電体層のエレメント形成領域を自由に使用することができる。エレメント以外の要素、たとえば、放射エレメントとともに、これをアレイ化するための他の放射エレメントやスタブを設ける場合にしても、それらを形成するための領域がマッチングエレメントに侵食されることはない。逆に、マッチングエレメントにとっても、その形成領域を放射エレメントに邪魔されずに形成することができる。つまり、放射エレメントと同じ誘電体層に、少なくともその一部分を形成していた場合に比べ、マッチングエレメントの設計・形成の自由度を極めて高いものとすることができる。自由度が高ければ高いだけマッチングが取り易くなるため、誘電体アンテナを搭載する環境に応じた適切な整合回路の形成が可能となる。さらに、誘電体アンテナ全体の大きさを変えることもないので、小型化の流れに反するものでもない。
【００１２】
（請求項２に記載された発明の特徴）
請求項２に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項２のアンテナ」という）は、請求項１のアンテナであって、前記のマッチングエレメントには、前記放射エレメントを接地可能なＧＮＤ（グランド）パターンが設けられている。「接地可能」としたのは、移動体通信機に搭載されたときに接地できる、という意味である。
【００１３】
請求項２のアンテナによれば、請求項１のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントを接地可能なＧＮＤパターンが設けられているので、接地を必要とする整合回路の形成が可能となる。
【００１４】
（請求項３に記載された発明の特徴）
請求項３に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項３のアンテナ」という）は、請求項２のアンテナであって、前記ＧＮＤパターンには、前記誘電体層を介して前記放射エレメントと誘電体層の厚み方向に交差する交差部が設けられている。
【００１５】
請求項３のアンテナによれば、請求項２のアンテナの作用効果に加え、交差部の存在により、この交差部を介してＧＮＤパターンが放射エレメントに容量結合（電磁界結合）され、これにより、容量リアクタンス成分を含めたインピーダンス補正が可能となる。容量リアクタンスの調整は、たとえば、放射エレメントとマッチングエレメント（ＧＮＤパターン）との間の誘電体層の数を増減したり、同じ誘電体層であってもそれを構成する誘電体の比誘電率を調整したりすることにより可能となる。
【００１６】
（請求項４に記載された発明の特徴）
請求項４に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項４のアンテナ」という）は、請求項２に記載された放射エレメントと前記ＧＮＤパターンとが容量結合（容量接続）されている。
【００１７】
請求項４のアンテナによれば、請求項２のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントとＧＮＤパターンとが、それぞれコンデンサ構造を介して結合（接続）される。
【００１８】
（請求項５に記載された発明の特徴）
請求項５に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項５のアンテナ」という）は、請求項１のアンテナであって、前記のマッチングエレメントには、前記放射エレメントに給電するための給電パターンが設けられている。
【００１９】
請求項５のアンテナによれば、請求項１のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントに給電するための給電パターンが設けられているので、マッチングエレメントを介した給電回路の形成が可能となる。
【００２０】
（請求項６に記載された発明の特徴）
請求項６に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項６のアンテナ」という）は、請求項５のアンテナであって、前記のマッチングエレメントには、前記放射エレメントを接地可能なＧＮＤパターンが設けられている。「接地可能」としたのは、移動体通信機に搭載されたときに接地できる、という意味である。
【００２１】
請求項６のアンテナによれば、請求項５のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントを接地可能なＧＮＤパターンが設けられているので、接地を必要とする整合回路の形成が可能となる。
【００２２】
（請求項７に記載された発明の特徴）
請求項７に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項７のアンテナ」という）は、請求項６のアンテナであって、前記ＧＮＤパターンには、前記誘電体層を介して前記放射エレメントと交差する交差部が設けられている。
【００２３】
請求項７のアンテナによれば、請求項６のアンテナの作用効果に加え、交差部の存在により、この交差部を介してＧＮＤパターンが放射エレメントに容量結合（電磁界結合）され、これにより、容量リアクタンス成分を含めたインピーダンス補正が可能となる。容量リアクタンスの調整は、たとえば、放射エレメントとマッチングエレメント（ＧＮＤパターン）との間の誘電体層の数を増減したり、同じ誘電体層であってもそれを構成する誘電体の比誘電率を調整したりすることにより可能となる。
【００２４】
（請求項８に記載された発明の特徴）
請求項８に記載された発明に係る移動体通信機（以下、「請求項８の通信機」という）は、請求項１乃至７の何れかのアンテナを内蔵している。
【００２５】
請求項８の通信機によれば、請求項１乃至７の何れかのアンテナを内蔵しているので、小型でありながら、アンテナの搭載環境に適切に適応させることができる。このため、搭載アンテナの動作原理を忠実に再現することができ、これが、移動体通信機による快適な通信を可能とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、各図を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図２は、図１に示す誘電体アンテナの斜視図である。図３は、図１に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図４は、第２実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図５は、図４に示す誘電体アンテナの斜視図である。図６は、図４に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図７は、第３実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図８は、図７に示す誘電体アンテナの斜視図である。図９は、図７に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図１０は、第４実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図１１は、図１０に示す誘電体アンテナの斜視図である。図１２は、図１０に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図１３は、第５実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図１４は、図１３に示す誘電体アンテナの斜視図である。図１５は、図１３に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図１６は、第６実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図１７は、図１６に示す誘電体アンテナの斜視図である。図１８は、移動体通信機の一例であるパーソナルコンピューターの正面図である。
【００２７】
（第１実施形態の概略構造）
図１乃至３に基づいて、第１実施形態に係る誘電体アンテナ１について説明する。誘電体アンテナ１は、誘電体セラミック材料からなる絶縁性の上層基板３と中層基板４と下層基板５とを積層した誘電体基体７を備えている。図１及び２に示す各基板３，４，５は、何れも単層で表現してあるが、各々の基板自体が薄い基板を積層したものであってもよい。上層基板３と中層基板４と下層基板５とは、何れも平面視したときに同じ大きさの長方形（矩形）に形成してあるため、これらを積層してなる誘電体基体７は直方体形状になる。誘電体基体７を直方体形状以外の形状に形成することを妨げるものではないので、他の形状に形成することもできる。中層基板４の上面（上層基板３の下面と対向する面）及び下層基板５の上面（中層基板４の下面と対向する面）の全面は、各種のエレメント等を形成するためのエレメント形成面９，１０を構成している。下層基板５の上面の代わりに中層基板４の下面をエレメント形成面としてもよい。中層基板４及び下層基板５が、何れも長方形であることから、エレメント形成面９，１０も長方形（矩形）になる。
【００２８】
誘電体基体７を積層体により構成した主な理由は、エレメント形成面９上に放射エレメント１１（後述）を形成するとともにエレメント形成面１０上にマッチングエレメント１５（後述）を分離形成することにより、各エレメントの存在が他のエレメントの形成領域を互いに侵食させないようにする点にある。すなわち、エレメント形成面９は放射エレメント１１専用に、また、エレメント形成面１０はマッチングエレメント１５専用に使用することにより、何れにおいてもエレメント形成の自由度が高くなる。自由度が高ければ高いほど、放射エレメント１１であれば放射効率及び受信感度をよくすることができ、マッチングエレメント１５であればインピーダンスの補正範囲を広くすることができる。また、積層体であれば、誘電体基体７ひいては誘電体アンテナ１の大きさを変えずに、上記効果が期待できる。
【００２９】
誘電体基体７を積層体により構成した次の理由は、上層基板３により中層基板４のエレメント形成面９を被覆することにより、そこに形成した放射エレメント１１を機械的電気的に保護するためである。何らかの理由により、又は他の方法を手当てすることにより上層基板３を省略し、誘電体基体７を２層構造に構成してもよい。さらに、図示は省略するが、中層基板４の裏面をエレメント形成面とした場合は、下層基板５をも省略することが可能である。逆に、他の層基板（図示を省略）をさらに積層し、誘電体基体７を４層又は５層以上の構造としてもよい。誘電体基体７を直方体形状に形成したのは、いわゆるダイサーカット等による多数個取りをし易くするためであって、これら以外の形状に形成できることはいうまでもない。なお、下層基板５の裏面には、誘電体アンテナ１を、親基板（図示を省略）にしっかりとハンダ付けするためのダミー電極（図示を省略）を設けてある。親基板（図示を省略）に実装する際には、給電導電体（接続構造）１９は親基板の給電部Ｐに、接地導電体２０は同じくグランド部Ｇに、それぞれハンダ付けにより接続する。
【００３０】
（放射エレメントの構成）
図１及び２に示すように、中層基板４のエレメント形成面９には、その外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って延びる線状（帯状）の放射エレメント１１を形成してある。放射エレメント１１を外周に沿わせた（外巻きに形成した）のは、そのようにすることによりエレメント形成面９の中央領域（中庭領域）の有効活用を図るためである。エレメント形成面９と同じ広さのエレメント形成面上に、放射エレメント１１より長い長さの放射エレメントを形成する場合は、その長くなる分を吸収させるために、たとえば、図示は省略するが放射エレメントをミアンダ状（部分的に蛇行させた形状）に形成したり、同じく誘導リアクタンス成分を持たせる形状に形成したりすることを妨げない。さらに、エレメント形成面９の中央領域を使い、スタブやアレイを形成することもできる。以下に述べる他の実施形態における放射エレメントについても同様である。
【００３１】
放射エレメント１１の形成は、どのような方法で行ってもよいが、導電性ペーストを印刷する方法により行うのが便利である。パターンの印刷であれば大量生産に適しているし、大量生産する際のバラツキを少なくすることができるからである。第１実施形態以外の実施形態（後述）において導電性ペーストの印刷を行う場合も、上記と同様な理由による。放射エレメント１１は、使用波長（後述）の略１／４の長さと等しい長さに形成してあり、後述するマッチングエレメント１５と結合することにより、いわゆる逆Ｆ型アンテナを構成する。第１実施形態が逆Ｆ型アンテナを採用したのは、小型でありながら良好な放射効率を得ることができること、さらに、マッチングエレメントの構造が比較的簡単で済むため導電性ペーストによる形成を行いやすいこと、が主たる理由であるが、逆Ｆ型アンテナ以外の形式のアンテナの採用を妨げる趣旨ではない。放射エレメント１１は、エレメント形成面９の外周９ａに沿う基端部１２を有し、この基端部１２の開放端が給電端１３を構成する。放射エレメント１１とマッチングエレメント１５との結合については、後述する。
【００３２】
（マッチングエレメント）
図１及び２に基づいて説明する。マッチングエレメント１５は、下層基板５のエレメント形成面１０上に、導電性ペーストを印刷する方法により形成してある。マッチングエレメント１５をエレメント形成面１０上に形成してエレメント形成面９上に形成していないのは、前述したように、マッチングエレメント１５の形成に自由度を持たせてインピーダンス補正の許容範囲を広げ、これにより、あらゆる搭載環境に柔軟に対応し得るマッチング回路を構成するためである。マッチングエレメント１５は、給電端１６と接地端１７とを備えており、図１から明らかなように全体をコの字状に形成してある。なお、マッチングエレメント１５は、これを図１に示す形状とは異なる形状に形成すること、たとえば、部分的に蛇行させて長さを稼いだりしてもよいことは、前述した放射エレメント１１の場合と同じである。
【００３３】
（接続構造）
図１及び２に示すように、放射エレメント１１とマッチングエレメント１５とを、接続構造を介して接続してある。第１実施形態における接続構造は、中層基板４及び下層基板５の端面に形成した給電導電体（接続構造）１９（１９ｂ，１９ｃ）により構成してある。放射エレメント１１への給電は、この給電導電体１９に接続された給電部Ｐ（図２参照）を介して行われる。給電導電体１９は、中層基板４の端面に形成した給電導電体１９ｂと下層基板５の端面に形成した給電導電体１９ｃだけでも足りるが、上層基板３の端面にも給電導電体１９ａを形成してあり、これらの給電導電体１９ａ，１９ｂ，１９ｃの３者により給電導電体１９全体を構成してある。これは、給電導電体１９ａ，１９ｂ，１９ｃのそれぞれを別個に形成するのではなく、上層基板３と中層基板４と下層基板５とを積層した状態で、３者の端面に導電性ペーストを一括印刷することにより３者を同時形成するためである。上層基板３に形成した給電導電体１９ａは電気的高周波的な機能を有していないが、上記方法により形成する場合、給電導電体１９ａを形成しないよりも、形成したほうが作業が楽だから、そのようにしたのである。可能であれば、給電導電体１９ａの形成は、これを省略しても構わない。給電導電体１９を形成することにより、放射エレメント１１の給電端１３が給電導電体１９ｂに接続され、かつ、マッチングエレメント１５の給電端１６が給電導電体１９ｃに接続されることにより、放射エレメント１１とマッチングエレメント１５とが接続される。
【００３４】
符合２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）は、上記給電導電体１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ）と同じように導電性ペーストの印刷により、上層基板３、中層基板４及び下層基板５の端面に形成した接地導電体を示している。接地導電体２０は、それを構成する接地導電体２０ｃのみがマッチングエレメント１５の接地端１７に接続され、接地導電体２０ａ，２０ｂには何も接続されない。図２に示すように接地導電体２０はグランド部Ｇ（図２参照）に接続されるので、マッチングエレメント１５はＧＮＤパターンを含むことになる。以上の説明から理解されるように、本実施形態において採用した逆Ｆ型アンテナの「放射エレメント」と「マッチングエレメント」とは、ＧＮＤパターンを含むマッチングエレメント１５と放射エレメント１１との接続点、すなわち給電端１３を境に両者が分離されている。
【００３５】
（インピーダンスの調整）
図１及び３に基づいて説明する。インピーダンスの調整は、マッチングエレメント１５の長さを変化させることにより行うのが便利である。図３に示す等価回路のＬ１を調整するための自由度は小さいが、Ｌ２を調整するための自由度は大きい。Ｌ２の調整は、マッチングエレメント１５の長さを変化させることにより行うことができる。すなわち、マッチングエレメント１５の長さを、図１に示すそれより長くしようとするなら、接地端１７の位置を図１に示すそれより右側に移動させ、逆に、短くしようとするなら、接地端１７の位置を左側に移動させればよい。右側に移動すればＬ２の誘導リアクタンスが増加し、逆に左側に移動すれば減少する。接地端１７の移動に代え、又は、その移動とともに給電端１６を左右に移動させることによっても、インピーダンスの調整が可能である。さらに、必要であれば、マッチングエレメント１５の形状を変えることにより、その長さを調整することができる。エレメント形成面１０全体を使用することができるので、自由な形状変更が可能となる。
【００３６】
（第２実施形態の概略構造）
図４乃至６に基づいて説明する。第２実施形態に係る誘電体アンテナ２１が、第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第１実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図４乃至６において使用する。
【００３７】
図４及び５に示す放射エレメント２２は、先に説明した放射エレメント１１と同様に、中層基板４のエレメント形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント２２の基端部２３は外周９ｄに沿って形成してあり、その外周９ｄを含む端面に給電端２４を備えている。給電端２４は、給電導電体１９ｂに接続してある。他方、マッチングエレメント２５は、先に説明したマッチングエレメント１５と同様にコの字状に形成してあり、その給電端２６は給電導電体１９ｃに接続してあり、これらの給電導電体１９ｂ及び給電導電体１９ｃを含む給電導電体（接続構造）１９が、マッチングエレメント２５と放射エレメント２２とを接続している。マッチングエレメント２５は、エレメント形成面１０の外周１０ａに沿う交差部２８を備えている。交差部２８は、放射エレメント２２のうち、外周９ａに沿う部分（被交差部２２ａ）と誘電体層である誘電体基体７の厚み方向に交差可能に配してある。このように配することにより、放射エレメント２２とマッチングエレメント２５との間に、中層基板４を誘電体とするコンデンサ構造が形成され、これにより、両エレメントが容量結合される。
【００３８】
したがって、誘電体アンテナ２１の等価回路は、図６に示すようになり、図３に示す誘電体アンテナ１の等価回路に比べると、容量リアクタンスＣが加わったことになる。容量リアクタンスＣが加わることにより、誘導リアクタンスＬ１及びＬ２に加え、これらと並列に付加された容量リアクタンスＣをも調整対象となる。容量リアクタンスＣの調整は、交差部２８の長さ（幅寸法）を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント２２の被交差部２２ａとの対向面積を増減することにより、中層基板４の厚みを増減したり、また、中層基板４を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【００３９】
（第３実施形態の概略構造）
図７乃至９に基づいて説明する。第３実施形態に係る誘電体アンテナ３１が、第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と異なるのは、マッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第１実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図７乃至９において使用する。
【００４０】
図７及び８に示す放射エレメント３２は、先に説明した放射エレメント１１とほぼ同じ形状であって、中層基板４のエレメント形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント３２の給電端３４は、エレメント形成面９の外周９ｄの左端に配してある。給電端３４は、給電導電体１９ｂに接続させてある。他方、マッチングエレメント３５は、先に説明したマッチングエレメント１５とは異なり、逆Ｌ字状に形成してある。マッチングエレメント３５の給電端部３６には、中層基板４を介して放射エレメントとの間にコンデンサ構造（接続構造）を形成させてあり、これにより、マッチングエレメント３５と放射エレメント３２とが容量結合可能に構成してある。給電端部３６とは反対側にある接地端３７は、接地導電体２０ｃに接続してあり、放射エレメント３２との直流的接続はない。
【００４１】
したがって、誘電体アンテナ３１の等価回路は、図９に示すようになり、図３に示す誘電体アンテナ１の等価回路に比べると、放射エレメント３２と誘導リアクタンスＬ２との間に容量リアクタンスＣが加わったことになる。容量リアクタンスＣが加わることにより、誘導リアクタンスＬ１及びＬ２に加え、容量リアクタンスＣをも調整対象となる。容量リアクタンスＣの調整は、給電端部３６の長さ（幅寸法）を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント３２との対向面積を増減することにより、中層基板４の厚みを増減したり、また、中層基板４を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【００４２】
（第４実施形態の概略構造）
図１０乃至１２に基づいて説明する。第４実施形態に係る誘電体アンテナ４１が、第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第１実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図１０乃至１２において使用する。
【００４３】
図１０及び１１に示す放射エレメント４２は、先に説明した放射エレメント２２とほぼ同じ形状であって、中層基板４のエレメント形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント４２の接地端４３は接地導電体２０ｂに接続してある。他方、マッチングエレメント４５は、逆さＬ字状に形成してあり、その給電端４７は給電導電体１９ｃに接続してある。マッチングエレメント４５の先端部は給電端部４６として機能するように、中層基板４を介して放射エレメント４２の被給電部４２ａとの間にコンデンサ構造（接続構造）を構成させてある。給電導電体１９ｃに給電された高周波電流は、マッチングエレメント４５からコンデンサ構造を介して被給電部４２ａに流れるようになっている。このように、給電ラインにマッチングエレメント４５を有する第４本実施形態においては、コンデンサ構造によって「放射エレメント」と「マッチングエレメント」とを分離させている。
【００４４】
したがって、誘電体アンテナ４１の等価回路は、図１２に示すようになり、図３に示す誘電体アンテナ１の等価回路に比べると、放射エレメント４２の誘導リアクタンスＬ１と直列に容量リアクタンスＣが加わったことになる。容量リアクタンスＣが加わることにより、誘導リアクタンスＬ１及びＬ２に加え、容量リアクタンスＣをも調整対象となる。容量リアクタンスＣの調整は、給電端部４６の長さ（幅寸法）を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント４２との対向面積を増減することにより、中層基板４の厚みを増減したり、また、中層基板４を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【００４５】
（第５実施形態の概略構造）
図１３乃至１５に基づいて説明する。第５実施形態に係る誘電体アンテナ５１が、第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第１実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図１３乃至１５において使用する。
【００４６】
図１３及び１５に示す放射エレメント５２は、先に説明した放射エレメント２２とほぼ同じ形状であって、中層基板４のエレメント形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント５２の給電端部５３は、中層基板４を介して下層基板５（エレメント形成面１０）上の給電ライン５６の一端に接続してある。給電ライン５６はほぼＬ字状に屈曲形成してあり、その他端は給電導電体１９ｃに接続してある。他方、マッチングエレメント５５は、給電ライン５６の途中から分岐する変形逆さＵ字状に形成してある。マッチングエレメント５５の終端は接地導電体２０ｃに接続してある。このように、給電ライン５６にマッチングエレメント５５を有する第５本実施形態においては、コンデンサ構造によって「放射エレメント」と「マッチングエレメント」とを分離させている。
【００４７】
したがって、誘電体アンテナ５１の等価回路は、図１５に示すようになり、図３に示す誘電体アンテナ１の等価回路に比べると、放射エレメント５２と直列に容量リアクタンスＣが加わったことになる。容量リアクタンスＣが加わることにより、誘導リアクタンスＬ１及びＬ２に加え、容量リアクタンスＣをも調整対象となる。容量リアクタンスＣの調整は、たとえば、給電ライン５６の長さ（幅寸法）を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント５２との対向面積を増減することにより、中層基板４の厚みを増減したり、また、中層基板４を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【００４８】
（第６実施形態の概略構造）
図１６及び１７に基づいて説明する。第６実施形態に係る誘電体アンテナ６１は、図１乃至３に示す第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と類似する。両者が異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第１実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図１６及び１７において使用する。
【００４９】
図１６及び１７に示す放射エレメント６２は、先に説明した放射エレメント１１と同様に、中層基板４のエレメント形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って外巻きに形成してある。符合６３は、放射エレメント６２の途中に形成した接続部を示している。他方、マッチングエレメント６５は、ほぼＬ字状に形成してあり、その開放端に形成した接続部６７を形成してある。放射エレメントの接続部６３とマッチングエレメントの接続部６７とは、中層基板４を貫通するビア（接続構造）６９により接続してある。誘電体アンテナ６１の作用効果は、誘電体アンテナ１のそれらと基本的に異ならない。
【００５０】
これまで説明した誘電体アンテナ１，２１，３１，４１，５１及び６１は、各種の移動体通信機に内蔵させることができる。移動体通信機として、たとえば、携帯電話機やアマチュア用・業務用の無線通信機、さらに、図１８に示すようなパーソナルコンピューター１０１等がある。内蔵させる機種や内蔵環境等に合わせて、何れかの誘電体アンテナを選択するとよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る誘電体アンテナによれば、誘電体アンテナの大きさを変えることなく、放射エレメントにせよ整合回路にせよ、形成のために使用可能な領域を可及的に確保可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図２】 図１に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図３】 図１に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図４】 第２実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図５】 図４に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図６】 図４に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図７】 第３実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図８】 図７に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図９】 図７に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図１０】 第４実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図１１】 図１０に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図１２】 図１０に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図１３】 第５実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図１４】 図１３に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図１５】 図１３に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図１６】 第６実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図１７】 図１６に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図１８】 移動体通信機の一例であるパーソナルコンピューターの正面図である。
【符合の説明】
１，２１，３１，４１，５１，６１ 誘電体アンテナ
３ 上層基板
４ 中層基板
５ 下層基板
７ 誘電体基体
９ エレメント形成面
１０ エレメント形成面
１１，２２，３２，４２，５２，６２ 放射エレメント
１２，２３ 基端部
１３，１６，２４，２６，３４，４７ 給電端
１５，２５，３５，４５，５５，６５ マッチングエレメント
１７，２７，３７，４３ 接地端
１９ 給電導電体（接続構造）
２０ 接地導電体（接続構造）
２８ 交差部
３６，４６，５３ 給電端部
５６ 給電ライン
６３，６７ 接続部
６９ ビア（接続構造）
Ｇ グランド部
Ｐ 給電部
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の誘電体層上にエレメントを有する誘電体アンテナ、及びその誘導体アンテナを内蔵する移動体通信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年における移動体通信機の普及とともに、携帯や移動のとき便利なように、その小型軽量化が望まれている。そのような移動体通信機が内蔵する電子部品群のうち、半導体集積回路等の小型化は急速に進んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アンテナの小型化が進まず、これが、移動体通信機を小型軽量化する上で妨げになっている。さらに、そのアンテナにとって理想的な状態、すなわち、そのアンテナが動作する動作原理を忠実に再現可能な状態で移動体通信機に搭載されることは殆どない。このため、アンテナの動作原理の範囲で調整困難なリアクタンス方向の不整合要因が頻繁に発生する。つまり、移動体通信機の小型化を図る都合上、筐体や各種の搭載部品を近接配置せざるを得ないため、アンテナがこれらの筐体や搭載部品の影響を受けてしまうのである。これを解決するための手段として、アンテナの直下にＬＣＲの素子を用いた整合回路（マッチング回路）を設けることが従来から行われている。しかしながら、上記の整合回路を構成するための素子を使用することはアンテナ小型化の妨げとなるとともに、これらの素子特性のバラツキが不可避であるため性能的にも不安定であった。
【０００４】
このような不都合を解消するために、複数の誘電体層上に放射エレメントとともに整合回路を形成する技術が開示されている（特許文献１参照）。この整合回路は、放射エレメントと同じ誘電体層にその一部分を有し、他の誘電体層に他の部分を有する構成になっている。ところが、放射エレメントと整合回路の一部分を同じ誘電体層に形成することにより、放射エレメントを形成するための領域が整合回路の一部分を形成するための領域に侵食され、放射エレメントの設計を自由に行うことが難しかった。逆に整合回路の観点から見れば、十分な整合（マッチング）をとるために必要な領域が放射エレメントの存在に邪魔され確保することができなかった。本発明は、上述した状況を解消するためになされたものであって、その解決課題は、誘電体アンテナの大きさを変えることなく、放射エレメントにせよ整合回路にせよ、形成のために使用可能な領域を可及的に確保可能にすることにある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１００９１５号公報（段落００３８〜００４８、図６参照）
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、放射エレメントと整合用のマッチングエレメントとを複数の誘電体層の相異なる誘電体層に形成することにより、各エレメントが誘電体層上の形成面を自由に使用可能とする構成を備えている。その詳しい内容については、項を改めて説明する。なお、何れかの請求項に係る発明の説明にあたって行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲において他の請求項に係る発明にも適用があるものとする。
【０００７】
（請求項１に記載された発明の特徴）
請求項１に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項１のアンテナ」という）は、複数の誘電体層と、給電点に接続される放射エレメントと、当該放射エレメントに接続されたマッチングエレメントと、を備えている。ここで、
当該放射エレメントと当該マッチングエレメントとが、互いに異なる誘電体層に形成した放射エレメント専用のエレメント形成面とマッチングエレメント専用のエレメント形成面との上に各々分離形成され、かつ、当該各誘電体層を介した接続構造により互いに接続され、当該接続構造が、当該誘電体層の端面に印刷形成した導電体又は誘電体層を介したコンデンサ構造によって構成されている。
【０００８】
（定義）
本明細書における「接続構造」とは、互いに異なる誘電体層に分離形成された放射エレメントとマッチングエレメントとを接続するための構造、すなわち、両エレメント間に介在する誘電体層を介して両エレメントを直流的及び／又は高周波的に接続可能とする構造のことをいう。たとえば、本発明の実施形態の欄で説明するような、誘電体層を積層した端面に導電性ペーストを印刷することにより形成する構造が、この接続構造に該当する。同様に「放射エレメント」とは、電波放射に主として寄与する使用波長の略１／４の長さと等しい長さを持つエレメントのことをいう。放射エレメントは、Ｌ型、ミアンダ型、アレイ型、その他の各種形状に形成することができる。同様に「マッチングエレメント」とは、マッチング機能（整合機能）を目的とするエレメントのことをいう。たとえば、リアクタンス素子Ｌ，Ｃとして機能する導電パターン、放射エレメントとマッチングエレメントとの間に挟まれた誘電体層を誘電体とするコンデンサ構造を介した容量結合（電磁界結合）、導電パターンを部分的に切断又は積極的に形成しないことによる同一誘電体層上（平面上）の容量結合を適宜組み合わせたものが、マッチングエレメントに該当する。
【０００９】
誘電体アンテナを逆Ｆ型とした場合における「放射エレメント」と「マッチングエレメント」との分離は、放射エレメントとマッチングエレメントとなる整合用のＧＮＤパターンとの接続点を境界にして行われる。同じく逆Ｆ型アンテナとした場合において給電ラインにマッチングラインを設けたものについては、マッチング素子として機能させるＬやＣを含む部分までを「マッチングエレメント」とする。したがって、たとえば、誘電体層を介した容量結合による給電パターンを放射エレメントに接続する場合には、当該容量結合部分を境界として当該放射エレメントとマッチングエレメントとが分離される。
【００１０】
放射エレメントを形成する誘電体層を構成する材料と、マッチングエレメントを形成する誘電体層を構成する材料とは、同じでも異なっていてもよい。たとえば、後者の誘電体層を構成する材料の比誘電率を前者の誘電体層を構成する材料の比誘電率と異ならせる構成や、後者をフェライトで構成してＬ（誘導リアクタンス）を稼ぎ、その可変範囲を大きくとれるようにする構成を適宜採用することができる。さらに、放射エレメント自体を複数の誘電体層に分けて形成することや、マッチングエレメント自体を同じく複数の誘電体層に分けて形成すること等は、本発明の範囲内である。
【００１１】
請求項１のアンテナによれば、放射エレメントの形成された誘電体層がマッチングエレメントの形成された誘電体層と異なるため、何れのエレメント形成においても当該誘電体層のエレメント形成領域を自由に使用することができる。エレメント以外の要素、たとえば、放射エレメントとともに、これをアレイ化するための他の放射エレメントやスタブを設ける場合にしても、それらを形成するための領域がマッチングエレメントに侵食されることはない。逆に、マッチングエレメントにとっても、その形成領域を放射エレメントに邪魔されずに形成することができる。つまり、放射エレメントと同じ誘電体層に、少なくともその一部分を形成していた場合に比べ、マッチングエレメントの設計・形成の自由度を極めて高いものとすることができる。自由度が高ければ高いだけマッチングが取り易くなるため、誘電体アンテナを搭載する環境に応じた適切な整合回路の形成が可能となる。さらに、誘電体アンテナ全体の大きさを変えることもないので、小型化の流れに反するものでもない。
【００１２】
（請求項２に記載された発明の特徴）
請求項２に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項２のアンテナ」という）は、請求項１のアンテナであって、前記のマッチングエレメントには、前記放射エレメントを接地可能なＧＮＤ（グランド）パターンが設けられている。「接地可能」としたのは、移動体通信機に搭載されたときに接地できる、という意味である。
【００１３】
請求項２のアンテナによれば、請求項１のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントを接地可能なＧＮＤパターンが設けられているので、接地を必要とする整合回路の形成が可能となる。
【００１４】
（請求項３に記載された発明の特徴）
請求項３に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項３のアンテナ」という）は、請求項２のアンテナであって、前記ＧＮＤパターンには、前記誘電体層を介して前記放射エレメントと誘電体層の厚み方向に交差する交差部が設けられている。
【００１５】
請求項３のアンテナによれば、請求項２のアンテナの作用効果に加え、交差部の存在により、この交差部を介してＧＮＤパターンが放射エレメントに容量結合（電磁界結合）され、これにより、容量リアクタンス成分を含めたインピーダンス補正が可能となる。容量リアクタンスの調整は、たとえば、放射エレメントとマッチングエレメント（ＧＮＤパターン）との間の誘電体層の数を増減したり、同じ誘電体層であってもそれを構成する誘電体の比誘電率を調整したりすることにより可能となる。
【００１６】
（請求項４に記載された発明の特徴）
請求項４に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項４のアンテナ」という）は、請求項２に記載された放射エレメントと前記ＧＮＤパターンとが容量結合（容量接続）されている。
【００１７】
請求項４のアンテナによれば、請求項２のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントとＧＮＤパターンとが、それぞれコンデンサ構造を介して結合（接続）される。
【００１８】
（請求項５に記載された発明の特徴）
請求項５に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項５のアンテナ」という）は、請求項１のアンテナであって、前記のマッチングエレメントには、前記放射エレメントに給電するための給電パターンが設けられている。
【００１９】
請求項５のアンテナによれば、請求項１のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントに給電するための給電パターンが設けられているので、マッチングエレメントを介した給電回路の形成が可能となる。
【００２０】
（請求項６に記載された発明の特徴）
請求項６に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項６のアンテナ」という）は、請求項５のアンテナであって、前記のマッチングエレメントには、前記放射エレメントを接地可能なＧＮＤパターンが設けられている。「接地可能」としたのは、移動体通信機に搭載されたときに接地できる、という意味である。
【００２１】
請求項６のアンテナによれば、請求項５のアンテナの作用効果に加え、放射エレメントを接地可能なＧＮＤパターンが設けられているので、接地を必要とする整合回路の形成が可能となる。
【００２２】
（請求項７に記載された発明の特徴）
請求項７に記載された発明に係る誘電体アンテナ（以下、「請求項７のアンテナ」という）は、請求項６のアンテナであって、前記ＧＮＤパターンには、前記誘電体層を介して前記放射エレメントと交差する交差部が設けられている。
【００２３】
請求項７のアンテナによれば、請求項６のアンテナの作用効果に加え、交差部の存在により、この交差部を介してＧＮＤパターンが放射エレメントに容量結合（電磁界結合）され、これにより、容量リアクタンス成分を含めたインピーダンス補正が可能となる。容量リアクタンスの調整は、たとえば、放射エレメントとマッチングエレメント（ＧＮＤパターン）との間の誘電体層の数を増減したり、同じ誘電体層であってもそれを構成する誘電体の比誘電率を調整したりすることにより可能となる。
【００２４】
（請求項８に記載された発明の特徴）
請求項８に記載された発明に係る移動体通信機（以下、「請求項８の通信機」という）は、請求項１乃至７の何れかのアンテナを内蔵している。
【００２５】
請求項８の通信機によれば、請求項１乃至７の何れかのアンテナを内蔵しているので、小型でありながら、アンテナの搭載環境に適切に適応させることができる。このため、搭載アンテナの動作原理を忠実に再現することができ、これが、移動体通信機による快適な通信を可能とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、各図を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図２は、図１に示す誘電体アンテナの斜視図である。図３は、図１に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図４は、第２実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図５は、図４に示す誘電体アンテナの斜視図である。図６は、図４に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図７は、第３実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図８は、図７に示す誘電体アンテナの斜視図である。図９は、図７に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図１０は、第４実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図１１は、図１０に示す誘電体アンテナの斜視図である。図１２は、図１０に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図１３は、第５実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図１４は、図１３に示す誘電体アンテナの斜視図である。図１５は、図１３に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。図１６は、第６実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。図１７は、図１６に示す誘電体アンテナの斜視図である。図１８は、移動体通信機の一例であるパーソナルコンピューターの正面図である。
【００２７】
（第１実施形態の概略構造）
図１乃至３に基づいて、第１実施形態に係る誘電体アンテナ１について説明する。誘電体アンテナ１は、誘電体セラミック材料からなる絶縁性の上層基板３と中層基板４と下層基板５とを積層した誘電体基体７を備えている。図１及び２に示す各基板３，４，５は、何れも単層で表現してあるが、各々の基板自体が薄い基板を積層したものであってもよい。上層基板３と中層基板４と下層基板５とは、何れも平面視したときに同じ大きさの長方形（矩形）に形成してあるため、これらを積層してなる誘電体基体７は直方体形状になる。誘電体基体７を直方体形状以外の形状に形成することを妨げるものではないので、他の形状に形成することもできる。中層基板４の上面（上層基板３の下面と対向する面）及び下層基板５の上面（中層基板４の下面と対向する面）の全面は、各種のエレメント等を形成するためのエレメント形成面９，１０を構成している。下層基板５の上面の代わりに中層基板４の下面をエレメント形成面としてもよい。中層基板４及び下層基板５が、何れも長方形であることから、エレメント形成面９，１０も長方形（矩形）になる。
【００２８】
誘電体基体７を積層体により構成した主な理由は、エレメント形成面９上に放射エレメント１１（後述）を形成するとともにエレメント形成面１０上にマッチングエレメント１５（後述）を分離形成することにより、各エレメントの存在が他のエレメントの形成領域を互いに侵食させないようにする点にある。すなわち、エレメント形成面９は放射エレメント１１専用に、また、エレメント形成面１０はマッチングエレメント１５専用に使用することにより、何れにおいてもエレメント形成の自由度が高くなる。自由度が高ければ高いほど、放射エレメント１１であれば放射効率及び受信感度をよくすることができ、マッチングエレメント１５であればインピーダンスの補正範囲を広くすることができる。また、積層体であれば、誘電体基体７ひいては誘電体アンテナ１の大きさを変えずに、上記効果が期待できる。
【００２９】
誘電体基体７を積層体により構成した次の理由は、上層基板３により中層基板４のエレメント形成面９を被覆することにより、そこに形成した放射エレメント１１を機械的電気的に保護するためである。何らかの理由により、又は他の方法を手当てすることにより上層基板３を省略し、誘電体基体７を２層構造に構成してもよい。さらに、図示は省略するが、中層基板４の裏面をエレメント形成面とした場合は、下層基板５をも省略することが可能である。逆に、他の層基板（図示を省略）をさらに積層し、誘電体基体７を４層又は５層以上の構造としてもよい。誘電体基体７を直方体形状に形成したのは、いわゆるダイサーカット等による多数個取りをし易くするためであって、これら以外の形状に形成できることはいうまでもない。なお、下層基板５の裏面には、誘電体アンテナ１を、親基板（図示を省略）にしっかりとハンダ付けするためのダミー電極（図示を省略）を設けてある。親基板（図示を省略）に実装する際には、給電導電体（接続構造）１９は親基板の給電部Ｐに、接地導電体２０は同じくグランド部Ｇに、それぞれハンダ付けにより接続する。
【００３０】
（放射エレメントの構成）
図１及び２に示すように、中層基板４のエレメント形成面９には、その外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って延びる線状（帯状）の放射エレメント１１を形成してある。放射エレメント１１を外周に沿わせた（外巻きに形成した）のは、そのようにすることによりエレメント形成面９の中央領域（中庭領域）の有効活用を図るためである。エレメント形成面９と同じ広さのエレメント形成面上に、放射エレメント１１より長い長さの放射エレメントを形成する場合は、その長くなる分を吸収させるために、たとえば、図示は省略するが放射エレメントをミアンダ状（部分的に蛇行させた形状）に形成したり、同じく誘導リアクタンス成分を持たせる形状に形成したりすることを妨げない。さらに、エレメント形成面９の中央領域を使い、スタブやアレイを形成することもできる。以下に述べる他の実施形態における放射エレメントについても同様である。
【００３１】
放射エレメント１１の形成は、どのような方法で行ってもよいが、導電性ペーストを印刷する方法により行うのが便利である。パターンの印刷であれば大量生産に適しているし、大量生産する際のバラツキを少なくすることができるからである。第１実施形態以外の実施形態（後述）において導電性ペーストの印刷を行う場合も、上記と同様な理由による。放射エレメント１１は、使用波長（後述）の略１／４の長さと等しい長さに形成してあり、後述するマッチングエレメント１５と結合することにより、いわゆる逆Ｆ型アンテナを構成する。第１実施形態が逆Ｆ型アンテナを採用したのは、小型でありながら良好な放射効率を得ることができること、さらに、マッチングエレメントの構造が比較的簡単で済むため導電性ペーストによる形成を行いやすいこと、が主たる理由であるが、逆Ｆ型アンテナ以外の形式のアンテナの採用を妨げる趣旨ではない。放射エレメント１１は、エレメント形成面９の外周９ａに沿う基端部１２を有し、この基端部１２の開放端が給電端１３を構成する。放射エレメント１１とマッチングエレメント１５との結合については、後述する。
【００３２】
（マッチングエレメント）
図１及び２に基づいて説明する。マッチングエレメント１５は、下層基板５のエレメント形成面１０上に、導電性ペーストを印刷する方法により形成してある。マッチングエレメント１５をエレメント形成面１０上に形成してエレメント形成面９上に形成していないのは、前述したように、マッチングエレメント１５の形成に自由度を持たせてインピーダンス補正の許容範囲を広げ、これにより、あらゆる搭載環境に柔軟に対応し得るマッチング回路を構成するためである。マッチングエレメント１５は、給電端１６と接地端１７とを備えており、図１から明らかなように全体をコの字状に形成してある。なお、マッチングエレメント１５は、これを図１に示す形状とは異なる形状に形成すること、たとえば、部分的に蛇行させて長さを稼いだりしてもよいことは、前述した放射エレメント１１の場合と同じである。
【００３３】
（接続構造）
図１及び２に示すように、放射エレメント１１とマッチングエレメント１５とを、接続構造を介して接続してある。第１実施形態における接続構造は、中層基板４及び下層基板５の端面に形成した給電導電体（接続構造）１９（１９ｂ，１９ｃ）により構成してある。放射エレメント１１への給電は、この給電導電体１９に接続された給電部Ｐ（図２参照）を介して行われる。給電導電体１９は、中層基板４の端面に形成した給電導電体１９ｂと下層基板５の端面に形成した給電導電体１９ｃだけでも足りるが、上層基板３の端面にも給電導電体１９ａを形成してあり、これらの給電導電体１９ａ，１９ｂ，１９ｃの３者により給電導電体１９全体を構成してある。これは、給電導電体１９ａ，１９ｂ，１９ｃのそれぞれを別個に形成するのではなく、上層基板３と中層基板４と下層基板５とを積層した状態で、３者の端面に導電性ペーストを一括印刷することにより３者を同時形成するためである。上層基板３に形成した給電導電体１９ａは電気的高周波的な機能を有していないが、上記方法により形成する場合、給電導電体１９ａを形成しないよりも、形成したほうが作業が楽だから、そのようにしたのである。可能であれば、給電導電体１９ａの形成は、これを省略しても構わない。給電導電体１９を形成することにより、放射エレメント１１の給電端１３が給電導電体１９ｂに接続され、かつ、マッチングエレメント１５の給電端１６が給電導電体１９ｃに接続されることにより、放射エレメント１１とマッチングエレメント１５とが接続される。
【００３４】
符合２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）は、上記給電導電体１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ）と同じように導電性ペーストの印刷により、上層基板３、中層基板４及び下層基板５の端面に形成した接地導電体を示している。接地導電体２０は、それを構成する接地導電体２０ｃのみがマッチングエレメント１５の接地端１７に接続され、接地導電体２０ａ，２０ｂには何も接続されない。図２に示すように接地導電体２０はグランド部Ｇ（図２参照）に接続されるので、マッチングエレメント１５はＧＮＤパターンを含むことになる。以上の説明から理解されるように、本実施形態において採用した逆Ｆ型アンテナの「放射エレメント」と「マッチングエレメント」とは、ＧＮＤパターンを含むマッチングエレメント１５と放射エレメント１１との接続点、すなわち給電端１３を境に両者が分離されている。
【００３５】
（インピーダンスの調整）
図１及び３に基づいて説明する。インピーダンスの調整は、マッチングエレメント１５の長さを変化させることにより行うのが便利である。図３に示す等価回路のＬ１を調整するための自由度は小さいが、Ｌ２を調整するための自由度は大きい。Ｌ２の調整は、マッチングエレメント１５の長さを変化させることにより行うことができる。すなわち、マッチングエレメント１５の長さを、図１に示すそれより長くしようとするなら、接地端１７の位置を図１に示すそれより右側に移動させ、逆に、短くしようとするなら、接地端１７の位置を左側に移動させればよい。右側に移動すればＬ２の誘導リアクタンスが増加し、逆に左側に移動すれば減少する。接地端１７の移動に代え、又は、その移動とともに給電端１６を左右に移動させることによっても、インピーダンスの調整が可能である。さらに、必要であれば、マッチングエレメント１５の形状を変えることにより、その長さを調整することができる。エレメント形成面１０全体を使用することができるので、自由な形状変更が可能となる。
【００３６】
（第２実施形態の概略構造）
図４乃至６に基づいて説明する。第２実施形態に係る誘電体アンテナ２１が、第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第１実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図４乃至６において使用する。
【００３７】
図４及び５に示す放射エレメント２２は、先に説明した放射エレメント１１と同様に、中層基板４のエレメント形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント２２の基端部２３は外周９ｄに沿って形成してあり、その外周９ｄを含む端面に給電端２４を備えている。給電端２４は、給電導電体１９ｂに接続してある。他方、マッチングエレメント２５は、先に説明したマッチングエレメント１５と同様にコの字状に形成してあり、その給電端２６は給電導電体１９ｃに接続してあり、これらの給電導電体１９ｂ及び給電導電体１９ｃを含む給電導電体（接続構造）１９が、マッチングエレメント２５と放射エレメント２２とを接続している。マッチングエレメント２５は、エレメント形成面１０の外周１０ａに沿う交差部２８を備えている。交差部２８は、放射エレメント２２のうち、外周９ａに沿う部分（被交差部２２ａ）と誘電体層である誘電体基体７の厚み方向に交差可能に配してある。このように配することにより、放射エレメント２２とマッチングエレメント２５との間に、中層基板４を誘電体とするコンデンサ構造が形成され、これにより、両エレメントが容量結合される。
【００３８】
したがって、誘電体アンテナ２１の等価回路は、図６に示すようになり、図３に示す誘電体アンテナ１の等価回路に比べると、容量リアクタンスＣが加わったことになる。容量リアクタンスＣが加わることにより、誘導リアクタンスＬ１及びＬ２に加え、これらと並列に付加された容量リアクタンスＣをも調整対象となる。容量リアクタンスＣの調整は、交差部２８の長さ（幅寸法）を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント２２の被交差部２２ａとの対向面積を増減することにより、中層基板４の厚みを増減したり、また、中層基板４を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【００３９】
（第３実施形態の概略構造）
図７乃至９に基づいて説明する。第３実施形態に係る誘電体アンテナ３１が、第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と異なるのは、マッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第１実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図７乃至９において使用する。
【００４０】
図７及び８に示す放射エレメント３２は、先に説明した放射エレメント１１とほぼ同じ形状であって、中層基板４のエレメント形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント３２の給電端３４は、エレメント形成面９の外周９ｄの左端に配してある。給電端３４は、給電導電体１９ｂに接続させてある。他方、マッチングエレメント３５は、先に説明したマッチングエレメント１５とは異なり、逆Ｌ字状に形成してある。マッチングエレメント３５の給電端部３６には、中層基板４を介して放射エレメントとの間にコンデンサ構造（接続構造）を形成させてあり、これにより、マッチングエレメント３５と放射エレメント３２とが容量結合可能に構成してある。給電端部３６とは反対側にある接地端３７は、接地導電体２０ｃに接続してあり、放射エレメント３２との直流的接続はない。
【００４１】
したがって、誘電体アンテナ３１の等価回路は、図９に示すようになり、図３に示す誘電体アンテナ１の等価回路に比べると、放射エレメント３２と誘導リアクタンスＬ２との間に容量リアクタンスＣが加わったことになる。容量リアクタンスＣが加わることにより、誘導リアクタンスＬ１及びＬ２に加え、容量リアクタンスＣをも調整対象となる。容量リアクタンスＣの調整は、給電端部３６の長さ（幅寸法）を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント３２との対向面積を増減することにより、中層基板４の厚みを増減したり、また、中層基板４を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【００４２】
（第４実施形態の概略構造）
図１０乃至１２に基づいて説明する。第４実施形態に係る誘電体アンテナ４１が、第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第１実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図１０乃至１２において使用する。
【００４３】
図１０及び１１に示す放射エレメント４２は、先に説明した放射エレメント２２とほぼ同じ形状であって、中層基板４のエレメント形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント４２の接地端４３は接地導電体２０ｂに接続してある。他方、マッチングエレメント４５は、逆さＬ字状に形成してあり、その給電端４７は給電導電体１９ｃに接続してある。マッチングエレメント４５の先端部は給電端部４６として機能するように、中層基板４を介して放射エレメント４２の被給電部４２ａとの間にコンデンサ構造（接続構造）を構成させてある。給電導電体１９ｃに給電された高周波電流は、マッチングエレメント４５からコンデンサ構造を介して被給電部４２ａに流れるようになっている。このように、給電ラインにマッチングエレメント４５を有する第４本実施形態においては、コンデンサ構造によって「放射エレメント」と「マッチングエレメント」とを分離させている。
【００４４】
したがって、誘電体アンテナ４１の等価回路は、図１２に示すようになり、図３に示す誘電体アンテナ１の等価回路に比べると、放射エレメント４２の誘導リアクタンスＬ１と直列に容量リアクタンスＣが加わったことになる。容量リアクタンスＣが加わることにより、誘導リアクタンスＬ１及びＬ２に加え、容量リアクタンスＣをも調整対象となる。容量リアクタンスＣの調整は、給電端部４６の長さ（幅寸法）を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント４２との対向面積を増減することにより、中層基板４の厚みを増減したり、また、中層基板４を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【００４５】
（第５実施形態の概略構造）
図１３乃至１５に基づいて説明する。第５実施形態に係る誘電体アンテナ５１が、第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第１実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図１３乃至１５において使用する。
【００４６】
図１３及び１５に示す放射エレメント５２は、先に説明した放射エレメント２２とほぼ同じ形状であって、中層基板４のエレメント形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って外巻きに形成してある。放射エレメント５２の給電端部５３は、中層基板４を介して下層基板５（エレメント形成面１０）上の給電ライン５６の一端に接続してある。給電ライン５６はほぼＬ字状に屈曲形成してあり、その他端は給電導電体１９ｃに接続してある。他方、マッチングエレメント５５は、給電ライン５６の途中から分岐する変形逆さＵ字状に形成してある。マッチングエレメント５５の終端は接地導電体２０ｃに接続してある。このように、給電ライン５６にマッチングエレメント５５を有する第５本実施形態においては、コンデンサ構造によって「放射エレメント」と「マッチングエレメント」とを分離させている。
【００４７】
したがって、誘電体アンテナ５１の等価回路は、図１５に示すようになり、図３に示す誘電体アンテナ１の等価回路に比べると、放射エレメント５２と直列に容量リアクタンスＣが加わったことになる。容量リアクタンスＣが加わることにより、誘導リアクタンスＬ１及びＬ２に加え、容量リアクタンスＣをも調整対象となる。容量リアクタンスＣの調整は、たとえば、給電ライン５６の長さ（幅寸法）を長くしたり短くしたりすることにより、放射エレメント５２との対向面積を増減することにより、中層基板４の厚みを増減したり、また、中層基板４を構成する誘電体の比誘電率を変化させたりすることにより、さらには、これらを適宜組合せたりすることにより、簡単に行うことができる。
【００４８】
（第６実施形態の概略構造）
図１６及び１７に基づいて説明する。第６実施形態に係る誘電体アンテナ６１は、図１乃至３に示す第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と類似する。両者が異なるのは、放射エレメント及びマッチングエレメントの形状と接続構造にある。よって、ここでは、両者が異なる点についてだけ説明し、共通する点については説明を省略する。なお、第１実施形態の部材と共通する部材については、その部材番号と同じ部材番号を図１６及び１７において使用する。
【００４９】
図１６及び１７に示す放射エレメント６２は、先に説明した放射エレメント１１と同様に、中層基板４のエレメント形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に沿って外巻きに形成してある。符合６３は、放射エレメント６２の途中に形成した接続部を示している。他方、マッチングエレメント６５は、ほぼＬ字状に形成してあり、その開放端に形成した接続部６７を形成してある。放射エレメントの接続部６３とマッチングエレメントの接続部６７とは、中層基板４を貫通するビア（接続構造）６９により接続してある。誘電体アンテナ６１の作用効果は、誘電体アンテナ１のそれらと基本的に異ならない。
【００５０】
これまで説明した誘電体アンテナ１，２１，３１，４１，５１及び６１は、各種の移動体通信機に内蔵させることができる。移動体通信機として、たとえば、携帯電話機やアマチュア用・業務用の無線通信機、さらに、図１８に示すようなパーソナルコンピューター１０１等がある。内蔵させる機種や内蔵環境等に合わせて、何れかの誘電体アンテナを選択するとよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る誘電体アンテナによれば、誘電体アンテナの大きさを変えることなく、放射エレメントにせよ整合回路にせよ、形成のために使用可能な領域を可及的に確保可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図２】 図１に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図３】 図１に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図４】 第２実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図５】 図４に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図６】 図４に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図７】 第３実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図８】 図７に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図９】 図７に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図１０】 第４実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図１１】 図１０に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図１２】 図１０に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図１３】 第５実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図１４】 図１３に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図１５】 図１３に示す誘電体アンテナの等価回路を示す図である。
【図１６】 第６実施形態に係る誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図１７】 図１６に示す誘電体アンテナの斜視図である。
【図１８】 移動体通信機の一例であるパーソナルコンピューターの正面図である。
【符合の説明】
１，２１，３１，４１，５１，６１ 誘電体アンテナ
３ 上層基板
４ 中層基板
５ 下層基板
７ 誘電体基体
９ エレメント形成面
１０ エレメント形成面
１１，２２，３２，４２，５２，６２ 放射エレメント
１２，２３ 基端部
１３，１６，２４，２６，３４，４７ 給電端
１５，２５，３５，４５，５５，６５ マッチングエレメント
１７，２７，３７，４３ 接地端
１９ 給電導電体（接続構造）
２０ 接地導電体（接続構造）
２８ 交差部
３６，４６，５３ 給電端部
５６ 給電ライン
６３，６７ 接続部
６９ ビア（接続構造）
Ｇ グランド部
Ｐ 給電部
Claims (8)
- 複数の誘電体層と、給電点に接続される放射エレメントと、当該放射エレメントに接続されたマッチングエレメントと、を備える誘電体アンテナにおいて、
当該放射エレメントと当該マッチングエレメントとが、互いに異なる誘電体層に形成した放射エレメント専用のエレメント形成面とマッチングエレメント専用のエレメント形成面との上に各々分離形成され、かつ、当該各誘電体層を介した接続構造により互いに接続され、
当該接続構造が、当該誘電体層の端面に印刷形成した導電体又は誘電体層を介したコンデンサ構造によって構成されている
ことを特徴とする誘電体アンテナ。 - 前記マッチングエレメントには、前記放射エレメントを接地可能なＧＮＤパターンが設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載された誘電体アンテナ。 - 前記ＧＮＤパターンには、前記誘電体層を介して前記放射エレメントと誘電体層の厚み方向に交差する交差部が設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載された誘電体アンテナ。 - 前記放射エレメントと前記ＧＮＤパターンとが容量結合されている
ことを特徴とする請求項２に記載された誘電体アンテナ。 - 前記マッチングエレメントには、前記放射エレメントに給電するための給電パターンが設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載された誘電体アンテナ。 - 前記マッチングエレメントには、前記放射エレメントを接地可能なＧＮＤパターンが設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載された誘電体アンテナ。 - 前記ＧＮＤパターンには、前記誘電体層を介して前記放射エレメントと交差する交差部が設けられている
ことを特徴とする請求項６に記載された誘電体アンテナ。 - 請求項１乃至７の何れかに記載した誘電体アンテナを内蔵する移動体通信機。
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