JP4126664B2 - アンテナ装置及びこれを用いた通信機器 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などに用いられ、特にデュアルバンド、トリプルバンド等のマルチバンドに対応できる帯域幅の広いアンテナ装置に関する。

携帯電話やパソコンなどの通信機器、電子機器に対する小型化の要請から、使用されるアンテナ装置も小型化する必要がある。そこで、誘電体や磁性体などの基体の表面或いは内部に、給電用電極、放射電極を設けたチップアンテナが使われるようになってきた。
一方、携帯電話のシステムには、例えば主に欧州で盛んなEGSM(Extended Global System for Mobile Communications)方式およびDCS(Digital Cellular System)方式、米国で盛んなPCS(Personal Communication Service)方式、日本で採用されているPDC(Personal Digital Cellular )方式などの時分割マルチプルアクセス（ＴＤＭＡ）を用いた様々なシステムがある。昨今の携帯電話の急激な普及に伴い、特に先進国の主要な大都市部においては各システムに割り当てられた周波数帯域ではシステム利用者を賄いきれず、接続が困難であったり、通話途中で接続が切断するなどの問題が生じている。そこで、利用者が複数のシステムを利用できるようにして、実質的に利用可能な周波数の増加を図り、さらにサービス区域の拡充や各システムの通信インフラを有効活用することが提唱されている。その為、１個のアンテナで２つ以上の周波数帯を共用するマルチバンド（multi-band）のニーズが増大している。例えば、携帯電話の多機能化のニーズに伴い、通話向けシステムであるセルラ（Cellular：国によって異なるが例えば送信周波数：824〜849 MHz、受信周波数：869〜894 MHz）と、位置検出の機能を果すＧＰＳ（Global Positioning System：中心周波数1575MHz帯）のデュアルバンド（dual-band）、また、あるいはＥＧＳＭ(送信周波数：880〜915MHz、受信周波数：925〜960MHz)と、ＤＣＳ（送信周波数：1710〜1785MHz、受信周波数：1805〜1880MHz）及びＰＣＳ（送信周波数：1850〜1910MHz、受信周波数：1930〜1990MHz）の各システムを取り扱うトリプルバンドに対応できるようなマルチバンド対応の小型アンテナ装置の実現が望まれている。

従来、図１６に示すような、２つの放射電極を備えて２つの共振周波数に対応するチップアンテナを並設したデュアルバンドのアンテナ装置が提案された（例えば、特許文献１参照）。図１６において、アンテナ装置９０は、基板９１と、基板９１の一方主面９２ａに搭載された２つのチップアンテナ９３ａ、９３ｂで構成される。基板９１の一方主面９２ａには給電線９４と接地電極９５が形成されている。接地電極９５と２つのチップアンテナ９３ａ、９３ｂとは近接して配置される。給電線９４の一端は２つに分けられ、それぞれ２つのチップアンテナ９３ａ、９３ｂの給電用電極９６ａ、９６ｂに接続され、他端は高周波信号源（図示せず）に接続されている。チップアンテナ９３ａ、９３ｂの基体上に形成された放射電極の他端は開放端となり、各々、第１放射電極９７ａ、第２放射電極９７ｂを構成してアンテナ装置となしている。

しかし、特許文献１のアンテナ装置では、長方体状のチップアンテナを２個用いている。小型化するために、チップアンテナ９３ｂを基板９１の他方主面９２ｂに搭載することも提案されているが、その場合、実装基板の厚みも加わって薄型化のニーズには合わない。また、このとき接地電極９５とチップアンテナ９３ａとの対向する面積の増加によりこれらの静電容量が大きくなることから帯域幅は減少方向となる。以上のことより、特許文献１では小型化・省スペース化と広帯域化の両立ができていなかった。

他方、特許文献２では、基体に形成された放射電極と、放射電極の一端が接続される給電用電極と、放射電極の他端が接続される端子電極とを備えたチップアンテナと、このチップアンテナを搭載し、その表面上に形成された線状の放射導体を備えた実装基板とからなるアンテナ装置が開示されている。このアンテナ装置によればチップアンテナの放射電極と実装基板の放射導体とを接続するため、導体の実効長を長くすることができ、その結果アンテナ装置の放射電界が強くなり高利得及び広帯域幅が実現できるとある。

さらに、特許文献３に開示されたアンテナ装置では、実装基板上に搭載したチップアンテナとこれに隣接する高周波回路との間のグランド部に切り欠き状のスリットを設けることが提案されている。このアンテナ装置の場合、切り欠きスリットによりチップアンテナから高周波回路側に流れる高周波電流の流れを抑制し、その結果放射特性を改善することができるとある。

特開平１１-４１１７号公報 特開平１１-３３０８３０号公報 特開２００１-２７４７１９号公報

従来のアンテナ装置においては、小型化・省スペース化と広帯域化の両立ができないという問題があった。その点で特許文献２では広帯域化の提案がなされ、特許文献３では高利得化の提案がなされている。しかしながら、さらなる広帯域化やマルチバンド化に対応できるものが求められている。
しかし、従来アンテナ基体に複数の放射電極を形成してマルチバンド化しようとする場合、各放射電極間に生じる静電容量のため、アイソレーションを保つことが困難になると言う問題がある。具体的には、放射電極間の静電容量が増加するほど、互いの高周波電流が反対方向に流れる結果、電磁波の放射を互いに弱め合うことになり、結果、利得（感度）が低下するという問題があった。
また、最近では健康面から、携帯電話等から入放射される電磁波が人体（頭部）に与える影響の軽減が重要視されてきており、電磁波吸収率（ＳＡＲ：Specific Absorption Rate）を低減するアンテナ装置が望まれている。

そこで、本発明は、複数の周波数帯域においてもアイソレーション確保によって利得の低下を防ぐと共に、各周波数帯において帯域幅が広く且つ平均利得も高いマルチバンド対応のアンテナ装置及びこれを用いた通信機器の提供を目的とする。

本発明は、基体と、該基体に形成された第１の放射電極と、該第１の放射電極の他端に接続又は非接続された給電用電極と、前記第１の放射電極の一端が接続又は非接続にされた端子電極とを有するチップアンテナと、グランド部と非グランド部を有する実装基板と、該実装基板とは別体の副基板とを有し、当該副基板に前記チップアンテナを搭載し、前記副基板には、前記チップアンテナの端子電極に接続又は非接続にされた少なくとも１つの第２の放射電極を形成し、前記第２の放射電極は、前記第1の放射電極と上から透過的に見て重ならず、かつ前記実装基板のグランド部からより遠くなる位置に、前記端子電極から折り返して前記第1の放射電極と略並行に設けられており、さらに当該副基板を前記実装基板から離間して配置することにより、前記チップアンテナ及び第２の放射電極と前記実装基板のグランド部との間に空間部分を設けてなるアンテナ装置である。
このように実装基板のグランド部と離間し、その間に空間部分を介在させるようにして、第１の放射電極と、第２の放射電極を立体的に設けたことにより、実装基板のグランド部と前記第１、第２の放射電極間の容量結合量を小さくすることができ、Ｑ値が小さくなると共にアイソレーションが保たれ共振電流の損失が小さくなる。その結果、帯域幅が広く利得の高いアンテナ装置を得ることができる。また、第１、第２の放射電極を実装基板から離して配置することができることにより、液晶ディスプレイや頭部からの距離が遠くなるように配置することが容易となりノイズ低減や人体頭部に与える電界の集中を緩和させることができる。

本発明において、副基板に形成する第２の放射電極は、他端が開放端となる導体パターンを印刷等で形成することが好ましい。この副基板を積層基板としたときは、内部に第２の放射電極を形成することができる。この第２の放射電極を副基板の内部又は裏面に設けたときは、副基板の表面に搭載したチップアンテナの端子電極と内部又は裏面に形成した第２の放射電極との接続をスルーホールを用いて行うことが小型化かつ特性を安定させる上で望ましい。

また、本発明のアンテナ装置では、第１の放射電極と第２の放射電極を設けることにより広帯域化を実現しデュアル、トリプル等のマルチバンドに対応可能となる。そして、前記副基板に搭載したチップアンテナと、副基板の内部又は裏面に形成した第２の放射電極とが、上から透過的に見て重ならず、かつ前記実装基板のグランド部からより遠くなる位置に、前記端子電極から折り返して前記第1の放射電極と略並行に配置すると、さらに帯域幅が広がる方向に作用する。一方、逆に重なるように配置した場合は、中心周波数が下がる方向に作用する。よって、このような周波数変動作用を利用して周波数調整を行うこともできる。このことは、副基板の表面に第２の放射電極を形成した場合、その第２の放射電極と第１の放射電極との距離を近づけたり、遠ざけたりすることでも同様の調整を行うことができる。

また、副基板に第２のチップアンテナを搭載して、マルチバンドへの対応を行い易くすることもできる。
また、前記副基板と実装基板との間の電気的接続は、導電性の板バネを介して行うことが望ましい。

また、本発明は、上記した何れかのアンテナ装置を携帯電話等に用いることによりマ
ルチバンド対応の通信機器を提供することができる。また、このとき、副基板と実装基板との間にバッテリーを配置し、この副基板と実装基板の距離を離すとともに、その間の空間の有効利用を行うこともできる。

本発明に係るアンテナ装置によれば、帯域幅が広く利得の高いアンテナ装置となる。また、本発明に係るアンテナ装置は、他の高周波部品からのノイズを低減し、人体頭部に放射される電磁波の吸収が軽減されＳＡＲ値を小さくできる。
よって、帯域幅が広く且つ平均利得も高いマルチバンド対応のアンテナ装置及びこれを用いた通信機器の提供できる。

本発明に係るアンテナ装置のアンテナ特性について説明する。まず、広帯域化を図るためには、放射電極と実装基板のグランド部との距離を離すことが重要である。本発明では、副基板を設け、これに第1の放射電極と、上から透過的に見て重ならず、かつ実装基板のグランド部からより遠くなる位置に、端子電極から折り返して第1の放射電極と略並行に延びる第２の放射電極を形成した。また放射電極の距離を離すだけではなく空間部分を設けることにより広帯域化と高利得化を実現した。即ち、放射電極と電極間の容量成分で構成されるＬＣ共振回路のうち第１、第２の放射電極と実装基板のグランド電極との間で形成される静電容量に関して、両者間に誘電率及び透磁率が１の空間を設けることにより結合量を減少させてＱ値を小さくした。第２の放射電極は、副基板の内部又は裏面に設けることにより、その副基板の厚みを介して放射電極として機能するので、その副基板の厚みを利用して、第１の放射電極との幾何学的平均距離が大きくなり、両者間の静電容量が減少する。その分両者間の結合が弱まりアイソレーションを確保でき、同時に帯域幅も広がる。例えば、チップアンテナの厚みは３ｍｍ程度であるが、チップアンテナを実装する副基板（比誘電率εｒ＝５の銅張積層基板）を０．６ｍｍ厚さのアンテナ装置とし、第２の放射電極を、副基板の裏面に形成すれば、形成される静電容量における電極間の間隔が３ｍｍから３.６ｍｍになる。その結果、第２の放射電極と第１の放射電極との間の結合は弱まり実装面側に設けた場合よりもさらに広帯域化が達成される。

また、副基板にはグランド部を設けないことが好ましいが、副基板にグランド部を設ける場合には、チップアンテナ並びに第２の放射電極に近接しないように、グランド電極を設けることが良い。少なくとも０．５ｍｍ以上離して形成することが好ましい。

次に、本発明に係るアンテナ装置は、２つ以上の共振モードでお互いに離れた複数の帯域をカバーするマルチバンド化にも適している。例えば、チップアンテナに形成した第１の放射電極の形状、長さ等を調節して第１の周波数帯域において共振するようになし、第２の放射電極は、第1の放射電極と上から透過的に見て重ならず、かつ実装基板のグランド部からより遠くなる位置に、端子電極から折り返して第1の放射電極と略並行に配置した。これにより、第１、第２の放射電極と実装基板のグランド電極との間で形成される静電容量を変えて、さらに各々の周波数帯での電極長を調節して第２、第３の周波数帯域において共振するようになし、よってデュアルバンド以上のマルチバンド対応とすることができる。しかし、それでも第１の放射電極と第２の放射電極の配置によっては複数の周波数帯域間でのアイソレーションがとれず、このため第１の放射電極と第２の放射電極の静電結合が増大し、アンテナからの電磁波の放射が妨げられる結果、利得が低下することがある。そこで、この点については第２の放射電極を基板（ここでは副基板）の厚みを介してその内部又は裏面に設けることが有効であり、これによってアイソレーションを確保できる。

また、本発明のアンテナ装置は、実装基板とは別体の副基板に主要な構成を設けたものである。従って、実装基板と副基板とは別工程で製造できるし、その後任意の場所や工程でアセンブリすれば足りる。アンテナメーカとしては副基板にチップアンテナを搭載し、第２の放射電極と接続した組立品までを設計製造し、実装基板への装着は別途携帯電話機メーカの組立工程に乗せて行えば良い。よって、両者の製造効率が向上し部品管理等の合理化も図られる。また、実装基板と副基板とは立体的に組立てられるので、両者間の空間に他の電子部品を実装することも可能であり、空間部の有効利用が図られ実装密度が向上する。また、必要とするアンテナ特性に合わせて上記副基板の交換やメンテナンスが自由に出来るので都合がよい。

以下、本発明を実施例により説明するが、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明のアンテナ装置の実装基板と副基板及びチップアンテナの形態を示す斜視図、図２は図１の側面図、図３は副基板を上から見た上面図である。この実施例では、副基板２５は厚み０．６ｍｍのＰＣＢ基板でグランド部はなく、非グランド部に相当する実装面（上面）にチップアンテナ１０を搭載している。チップアンテナ１０は基体１１の外周面に螺旋状の放射電極１２を導体パターンで印刷形成しており、その一端は側面まで延び給電電極１３に繋がっている。他端は図示できていないが、図４（ａ）に示すように端子電極１４に非接続であるが、容量結合的に繋がっている。さらに端子電極１４の一部は副基板２５の裏面に設けた第２の放射電極４０に対しスルーホール１９を介して接続されている。この第２の放射電極４０は、第1の放射電極１２と上から透過的に見て重ならず、実装基板２０のグランド部２１（２１ａ、２１ｂ）からより遠くなるように、チップアンテナ１０の後ろ側の位置に、端子電極１４から折り返して第1の放射電極１２と略並行に設けられている。一方、給電用電極１３側は、副基板側の給電電極６１ａを介して実装基板２０から立設する支柱兼用の給電ピン６５に接続されている。この給電ピン６５は給電電極６１ｂを介して給電源６２へと繋がっている。以上のように第１の放射電極と第２の放射電極を設けることにより帯域幅が広がり広帯域化に対応可能となる。

本実施例では、副基板２５は給電ピン６５と他のピン６６を支柱として固定した例を示しているが、台座や他の部品に嵌め込む等種々構造をとることが出来る。この副基板と実装基板との間の電気的接続を行う方法として、図８に示すような板バネ１１０を用いてもよい。この図８は、実装基板１１２の給電線１１３に板バネ１１０の一端１１０ｂを半田付けし、その板バネ１１０を折曲げ、先端部１１０ａを副基板と接触して電気的接続を行うように構成したものである。この場合、副基板は別の固定手段により固定され、この板バネ１１０で電気的接続を行うものである。一例として、携帯電話の一方のケース側に実装基板が固定され、他方のケース側に副基板が固定され、このケース同士を固定する際に、この板バネを介して電気的接続を行うことができる。言うまでもなく、板バネにより、実装基板と副基板の間隔は多少のばらつきがあっても、板バネのバネ作用により吸収できる。

本発明の実施例の最終的な構造として、第１の放射電極と第２の放射電極は、実装基板に対して空間に浮いた状態となっており、実装基板２０のグランド部２１ａとの間に空隙からなる空間部３５を形成する。このような空間部を有することにより、グランド部との結合量が減少するのでＱ値は小さくなり、結果、より広帯域化が図られる。
さらに、第２の放射電極４０を、副基板２５の裏面に設けているので、チップアンテナ１０と第２の放射電極４０との間の静電容量を、副基板２５の厚み分だけ減少でき、アイソレーションが確保できると共に帯域幅やアンテナ利得をより向上できる。更に第２の放射電極４０とチップアンテナ１０の配置関係は、上から見て本実施例のように重ならず、かつ実装基板２０のグランド部からより遠くなる位置に、端子電極１４から折り返して第1の放射電極１２と略並行に配置すると、容量結合分の上昇がなく広帯域と高利得を向上できる。逆に、上から見て第２の放射電極４０をチップアンテナ１０と重なるように配置すると、容量結合が増える分、周波数帯域は下がることになる。よって、このような重なり具合を増減することによって得ようとする中心周波数を調節することも可能である。また、第２の放射電極は複数本設けることも可能であるが、例えば副基板を多層構造にして、その層間に適宜設けて実施することなども出来る。

チップアンテナ１０の他の例を図４に示す。シングルバンド或いは一つの共振で比較的近い複数の帯域をカバーするデュアルバンド対応の場合には、広帯域型のチップアンテナが好ましい。図４（ａ）はヘリカルタイプのモノポールアンテナを示しており、基体１１と、基体１１に形成され一端が開放（開放端１５）となった放射電極１２と、放射電極１２の他端が接続された給電用電極１３とを有している。また、放射電極１２の開放端に対向して端子電極１４がある。端子電極１４は基本的に基体側面に設けられるが、チップアンテナ１０に形成された第１の放射電極１２を第２の放射電極４０と接続するのに使用される。第１の放射電極１２の開放端１５と端子電極１４とは半田付けなどで接続しても良いし、また容量結合的に非接続としても良い。同様に端子電極１４と第２の放射電極４０との間もスルーホールで接続しても良いし非接続でも可能である。非接続とすることにより容量を増やし放射電極長さを短く出来る。また、給電用電極と放射電極とを非接続であるが容量結合的に繋がっている構成としてもよい。
ヘリカルタイプのモノポールアンテナの代わりに例えば図４（ｂ）のようなL字状、あるいはコ字状、クランク状や図４（ｃ）のようなミアンダ状が用いられる。さらに（ｂ）と（ｃ）を組み合わせた形状も可能である。また台形状、階段状、曲線状等の構造を用いることもできる。ヘリカルやミアンダ構造にした場合、放射電極の長さを大きくすることができ、共振周波数の低い周波数まで対応できる。さらに副基板側に延長して第２の放射電極と組み合わせることによりさらに低い周波数まで対応できる。線状の電極の幅、長さを調整することにより共振周波数を容易に調整できる。本発明では、第２の放射電極は、線状の導体パターンを印刷形成することが望ましいが、これに限るものではなく、線の幅や長さには規制はなく、四角形、台形、三角形または曲面を有する種々の形状になることを妨げないものである。これらの形態は個々のアンテナ装置の状況や求める特性によって変化する。さらに導体パターンは、板金やフレキシブル基板などで放射電極となすことも出来る。板金を用いる場合には銅張り基板のエッチング工程が省略でき、フレキシブル基板を用いる場合には実装設計の自由度が向上する。
尚、本発明においては、第１の放射電極、給電用電極、端子電極とそれぞれ機能的な名称で表しているが、実際には電極はパターン印刷により一体形成することが多いので、これらの電極は機能的にも区別されるものではない。

この実装基板と副基板、チップアンテナの別の配置構造を図９に示す。この図９は、携帯電話の断面構造の模式図である。実装基板１２１に給電ピン１２３を介して副基板１２２が接続され、その副基板１２２にチップアンテナ１２０が搭載されている。ここで、１２４はバッテリー、１２５はヒンジ（回転機構）、１２６は液晶表示素子、１２７はスピーカーである。また、この副基板のチップアンテナ実装面の平面図を図１０（ａ）に、その裏面の平面図を図１０（ｂ）に示す。この副基板１２２のチップアンテナ１２０が実装される面には、給電ピン１２３が接続される給電端子１２８が形成され、その給電端子１２８からチップアンテナ１２０を接続する導体１２９が形成され、チップアンテナ１２０の端子電極は、副基板１２２のスルーホール１３０を介して、裏面の第２の放射電極１３１に接続される。この実施例の構造によると、第２の放射電極、特にその先端が実装基板のグランド部や液晶表示素子と十分に離れて配置することができるので、良好なアンテナ特性を得ることができる。
また、このチップアンテナ１２０の斜視図を図１１に示す。このチップアンテナ１２０は、基体１３２に第１の放射電極１３３が形成されており、その一端に給電用電極１３４が形成され、基体の他方端部に端子電極１３５が形成されている。この給電用電極１３４、端子電極１３５は、相対する電極１３６，１３７をそれぞれ用いることもできる。

この実装基板と副基板、チップアンテナの更に別の配置構造を図１２に示す。この図１２（ａ）は携帯電話の断面構造の模式図であり、（ｂ）は平面模式図である。この実施例では、実装基板１４３は比較的小さく構成されており、そこから離れて副基板１４６が配置されている。この実装基板１４３と副基板１４６とは、給電ケーブル１４４で接続されている。そして、この実装基板１４３と副基板１４６との間にバッテリー１４５が配置されている。ここで、１４２はヒンジ（回転機構）、１４１は液晶表示素子、１４０はスピーカーである。この副基板１４６のチップアンテナ実装面の平面図を図１３（ａ）に、その裏面の平面図を図１３（ｂ）に示す。この副基板１４６のチップアンテナ１４７が実装される面には、給電ケーブル１４４が接続される給電端子１４９が形成され、その給電端子１４９からチップアンテナ１４７を接続する導体１４８が形成されている。この例では、給電端子１４９とチップアンテナ１４７の間に整合回路１５１を設けている。また、チップアンテナ１４７の端子電極は、副基板１４６のスルーホール１５２を介して、裏面の第２の放射電極１５３に接続される。また、この副基板１４６には第２のチップアンテナ１５４が搭載されており、その第２のチップアンテナ１５４用に、給電端子１５０、整合回路１５１、導体１４８が形成されている。これらの整合回路は、適宜設ければよく、削除することも可能である。このように、第２のチップアンテナを設けることにより、種々の通信方式に対応したアンテナ装置を構成することができる。
この実施例の構造によると、第１の放射電極を有するチップアンテナ、第２の放射電極、又は第２のチップアンテナを、実装基板のグランド部や液晶表示素子と十分に離れて配置することができるので、良好なアンテナ特性を得ることができる。

本発明に係る別の実施例の副基板にチップアンテナを実装した平面図を図１４に示す。このチップアンテナ１６１は比誘電率ε＝８のセラミックスを基体（外形寸法３０×３×３ｍｍ）としており、この基体側面にＡｇ電極１６２、１６３を配置し、基体表面の一端で互いの電極１６２，１６３を電極１６４で接続することによって折り返し電極（放射電極）を形成した。さらに、副基板１６７裏面に第1の放射電極１６２、１６３と上から透過的に見て重ならず、かつ実装基板のグランド部からより遠くなる位置に、端子電極から折り返して前記第1の放射電極１６２、１６３と略並行に形成した第２の放射電極１６５をスルーホール１６６介して接続した。基板側の給電端子からは、チップアンテナ側面に設けた電極１６８を接続することにより給電を行う。なお、給電側でのインピーダンス整合（一般に特性インピーダンス５０Ω）を図るため、基板上の給電端子の他に接地端子とチップアンテナの電極の一端１６９を接続する構造も有効である。アンテナの放射電極は折り返し構造となっており、各電極はインダクタンス成分があるほか、各々の電極の先端部と基板の接地導体間、あるいは互いの電極間にはそれぞれ静電容量（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）がある。この図１４では、説明の便宜上副基板に接地電極が形成されているように記載しているが、これらの接地電極は通常実装基板側に設けられるものである。もちろん、副基板に設けても良いが、望ましくは実装基板に設けるものである。
本来、これらのアンテナ回路は周波数に依存した分布定数となるが、特定の周波数では図１５に示すような、集中定数回路として等価回路で置き換えられる。この場合、アンテナの等価回路は３つの共振回路を含む系となる。すなわち、チップアンテナとして小形にも関わらず、３つの周波数に対応したトリプルバンド（ＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳ）用アンテナとして機能することが出来た。ここで、図１４に示したように副基板とチップアンテナ側を含む全電極のインダクタンスと、副基板に設けた放射電極１６５の先端の静電容量Ｃ２との共振周波数がＧＳＭ帯に相当する。ＤＣＳ帯では、チップアンテナ側のみの電極のインダクタンスと、静電容量Ｃ１の共振周波数に相当し、ＰＣＳ帯ではチップアンテナ給電側の電極１６２のインダクタンスと、静電容量Ｃ３との共振周波数に相当する。これらの各々の電極長を調整することによって、マルチバンド用アンテナでの最適化が図ることが出来た。この実施例では、上記したトリプルバンド用アンテナとして、十分なアンテナ特性を得ることができた。

本発明において、チップアンテナの基体に用いる材質としては、誘電体、磁性体、またはそれらの混合物などが使える。
チップアンテナの基体に用いる材質として誘電体を用いる場合には、波長短縮効果によりチップアンテナを小型化できる。比誘電率εｒ＝８のアルミナ系誘電体を用いることができるが、それに限定されるものではない。主成分がＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｉの酸化物で構成され、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、ＴｉをそれぞれＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｒＯ、ＴｉＯ２に換算し、合計１００質量％としたとき、Ａｌ2Ｏ3換算で１０〜６０質量％、ＳｉＯ2換算で２５〜６０質量％、ＳｒＯ換算で７．５〜５０質量％、ＴｉＯ２換算で、２０質量％以下のＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｉを含有し、前記合計１００質量％に対し副成分として、Ｂｉ２Ｏ３換算で０．１〜１０質量％のＢｉを含有し、さらにＮａ２Ｏ換算で０．１〜５質量％のＮａ、Ｋ２Ｏ換算で０．１〜５質量％のＫ、ＣｏＯ換算で０．１〜５質量％のＣｏのうち少なくとも１種以上を含有しているものなどが使える。
また、チップアンテナの材質として磁性体を用いる場合には、インダクタンスを大きくできるため、更に小型化できるとともに、さらにアンテナのＱ値は低下し広帯域化できる。
チップアンテナの材質として誘電体と磁性体の混合物を用いる場合には、波長短縮効果によるアンテナの小型化と、アンテナのＱ値を低下できることによる広帯域化が可能である。尚、この実施例の基体１１の寸法は、幅４ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ３ｍｍである。

次に、図１に示すアンテナ装置を通信機器端末（携帯電話）に用いたときのアンテナ特性を測定した結果を説明する。先ず、ネットワークアナライザから信号を入力して、８００〜９６０ＭＨｚの周波数範囲について、周波数-ＶＳＷＲ（電圧定在波比）特性を測定した。ＶＳＷＲの測定方法については、アンテナ測定用の基板の一端に設けた給電端子と、ネットワークアナライザの入力端子とを、同軸ケーブル（特性インピーダンス５０Ω）を介して接続し、前記給電端子においてネットワークアナライザ側からみた、アンテナの散乱パラメータ（Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を測定することにより、この値に基づいてＶＳＷＲを算出した。尚、比較のため同じアンテナ装置を実装基板に実装した場合を比較例とし図５（ａ）に、副基板を用いて実装した本発明の実施例を図５（ｂ）に示す。また、携帯端末は折畳式を用いており、端末を開いた場合（実線）と閉じた場合（点線）についてそれぞれ測定した。尚、ＶＳＷＲは、アンテナと送信機（あるいは受信機）との間での反射の大きさを表す指数である。最も反射が小さい場合が１で、このとき送信機からの供給電力は全く反射せずアンテナに効率よく送り出される。逆に、最も反射が大きい場合は無限大となり、供給電力は完全に反射され無効電力となる。
図５（ｂ）に示すように、本実施例は端末を開いた場合と閉じた場合の差が少なく、しかも広帯域化できている。即ち、端末を開いている場合、全使用周波数範囲においてＶＳＷＲ＝３以下であり、また広い周波数範囲にわたってＶＳＷＲが１に近い良好な特性を示している。例えば反射電力が１０％程度に相当するＶＳＷＲ＝２で比較例よりも帯域幅が１５〜２０％程度広がっている。一方、端末を閉じた場合でも安定しており、ＶＳＷＲ＝２以下の帯域が広がっており、ほぼ全帯域でＶＳＷＲ＝３以下の良好な特性を示している。図５（ａ）に示す比較例では、このような良好な特性は得られていない。

図６は、上記と同じ実施例と比較例におけるアンテナ効率を示し、周波数に対する平均利得曲線を示している。同じく比較例を図６（ａ）に、本発明を図６（ｂ）に示している。
平均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（送信側）の給電端子に信号発生器を接続し、前記アンテナから放射された電力を受信用基準アンテナで受信することにより測定した。被試験アンテナからくる受信電力をＰａとし、既知の利得Ｇｒを有する送信用基準アンテナにより測定した受信電力をＰｒとすると、被試験アンテナの利得Ｇａは、Ｇａ＝Ｇｒ×Pa／Ｐｒで表される。
図６（ｂ）より本実施例のものは端末を閉じたときの利得、特に送信側周波数での利得が向上していることが分かる。比較例では送信帯域で利得が低下するのに比べおよそ２〜３ｄＢ利得が向上している。また、端末を開いている場合の利得も平均して十分な利得が得られており問題はない。
以上のように本発明の副基板を用いたアンテナ装置によれば、携帯端末を開いた場合でも、また閉じた場合でも特性の差が少ないものが得られる。これは、実装基板（主基板）との間に空間部を設けたことによる効果、また実装基板から離して配置したことにより携帯端末を閉じている場合と開いた場合とで、筐体や液晶ディスプレイ等との相対距離があまり変わらないことによる効果であると考えられる。

次に、図７は、アンテナ装置８０を携帯電話ＭＨに実装した一例を示している。携帯電話のキーボード側にある実装基板２０の裏側に実装した構造の模式図である。このアンテナ装置は、基本的には小型にできるので、液晶ディスプレイＬＤ側（例えば折り畳の上側）の実装基板に配置することも可能であるし、スピーカーの周辺部、あるいはマイクの周辺部に実装することも可能である。しかし、どちらにしても実装基板の裏側に空間を介して配置する方が人体頭部からの距離も遠くなるし、また、携帯電話を閉じている場合と開いた場合との両方の場合で、液晶ディスプレイ、スピーカ、マイク等の干渉部品から遠ざかって配置することが出来るのでアンテナ特性に与える影響が少なく望ましい。
また、携帯電話から放射される電磁波（高周波の電界強度）から人体頭部Ｈが近接した状態では一部の電磁波が人体に吸収される。この人体で吸収された電磁波の影響により、頭部方向の空間に放射される電磁波が弱められることから、この方向で利得の低下が起こるといった問題がある。さらに人体の電磁波吸収により、最近では健康への悪影響が懸念されており、比吸収率（ＳＡＲ）の法的規制が行われている。人体の電磁波吸収効果による利得低下を抑止すると共にＳＡＲ値の低減を図るためには、チップアンテナで発生する電界を人体頭部から出来る限り離すことが最も効果的な手段である。このため本発明では本体実装基板に対し、人体頭部と反対面にアンテナ装置を配置し、さらに空間部を介して副基板に実装することにより、より遠くに配置することができるので好ましい。

本発明に係るアンテナ装置によると、帯域幅が広く且つ利得の高いアンテナ装置を得ることができ、シングルバンドのみならず、マルチバンド化することができる。例えば、ＧＳＭ（０．９ＧＨｚ）＋GPS＋PCS（１．８ＧＨｚ）＋DCS（１．９ＧＨｚ）、セルラ（０．８ＧＨｚ）＋ＰＣＳ（１．９ＧＨｚ）＋ＧＰＳ（１．５ＧＨｚ）＋．．．の携帯電話や、広帯域ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access） (2GHz帯)、８０２．１１ａ（５ＧＨｚ帯）+８０２．１１ｂ（２．４ＧＨｚ）の無線LANなどの通信機器に使用することができる。

本発明に係るアンテナ装置によると、携帯電話に限らず、携帯端末、パソコン、自動車等の内部に搭載するＧＰＳ機器や無線LAN他、あらゆる無線通信機器への利用が可能である。

本発明に係るアンテナ装置の実施例を示す斜視図である。 図１のアンテナ装置の側面図である。 図１のアンテナ装置の副基板部分を上から見た上面図である。 本発明のアンテナ装置に用いることができるチップアンテナの他の実施例である。 本発明に係るアンテナ装置の実施例及び比較例における周波数‐ＶＳＷＲ特性線図である。 本発明に係るアンテナ装置の実施例及び比較例における周波数‐平均利得特性線図である。 本発明に係るアンテナ装置を携帯電話に用いた一例を示す模式図である。 本発明に係る実装基板と副基板を電気的接続を行う板バネの斜視図である。 本発明に係る実装基板と副基板、チップアンテナの別の配置構造を示す模式図である。 本発明に係る実施例の副基板のチップアンテナ実装面の平面図（ａ）と、その裏面図である。 本発明に係る実施例のチップアンテナの斜視図である。 本発明に係る実装基板と副基板、チップアンテナの更に別の配置構造を示す模式図である。 本発明に係る実施例の副基板のチップアンテナ実装面の平面図（ａ）と、その裏面図である。 本発明に係る実施例の副基板のチップアンテナ実装面の平面図である。 図１４の等価回路図である。 従来のアンテナ装置の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０、１２０、１４７、１５４、１６１：チップアンテナ
１１、１３２：基体
１２、１３３：放射電極
１３：給電用電極
１４：端子電極
１９、１３０、１５２、１６６：スルーホール
２０、１２１、１４３：実装基板
２１：実装基板のグランド部
２５、１２２、１４６、１６７：副基板
３５：空間部
４０、１３１、１５３、１６５：第２の放射電極
４１：開放端
６１：基板の給電電極
６２：高周波信号源
６５、１２３：給電ピン
８０：アンテナ装置
１４４：給電ケーブル
１５１：整合回路

Claims (6)

1. 基体と、該基体に形成された第１の放射電極と、該第１の放射電極の他端に接続又は非接続された給電用電極と、前記第１の放射電極の一端が接続又は非接続にされた端子電極とを有するチップアンテナと、グランド部と非グランド部を有する実装基板と、該実装基板とは別体の副基板とを有し、当該副基板に前記チップアンテナを搭載し、前記副基板には、前記チップアンテナの端子電極に接続又は非接続にされた少なくとも１つの第２の放射電極を形成し、当該第２の放射電極は、前記第1の放射電極と上から透過的に見て重ならず、かつ前記実装基板のグランド部からより遠くなる位置に、前記端子電極から折り返して前記第1の放射電極と略並行に設けられており、さらに当該副基板を前記実装基板から離間して配置することにより、前記チップアンテナ及び第２の放射電極と前記実装基板のグランド部との間に空間部分を設けてなることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第２の放射電極を前記副基板の内部または裏面に形成し、前記副基板に搭載したチップアンテナの端子電極と前記副基板に形成した第２の放射電極との接続を、前記副基板に形成したスルーホールを用いて行うことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記第1の放射電極と第２の放射電極は、前記副基板および実装基板のグランド電極と上から透過的に見て重ならないことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記副基板に第２のチップアンテナが搭載されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記副基板と実装基板との間の電気的接続は、導電性の板バネを介して行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置を搭載し、前記副基板と前記実装基板との間に、バッテリーを配置したことを特徴とする通信機器。

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