JP4128129B2

JP4128129B2 - 誘電体共振アンテナ

Info

Publication number: JP4128129B2
Application number: JP2003377471A
Authority: JP
Inventors: 哲也柴田; 宣貴三沢; 秀昭下田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: JP2005142864A

Description

本発明は誘電体共振アンテナに関するものである。

誘電体共振アンテナ（ＤＲＡ：ＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒＡｎｔｅｎｎａ）は、マイクロストリップアンテナに比べて導体損失が少なく、また広帯域化および小型化が容易であることから、無線ＬＡＮの基地局アンテナなどに用いられている。

このような誘電体共振アンテナについては、たとえば特開２０００−２０９０１９号公報、特開２０００−２０９０２０号公報、特開２００１−２９８３１８号公報などに記載がある。

ここで、これらの公報にも記載のように、誘電体共振アンテナは、誘電体共振器（誘電体）とこれが搭載された実装基板とから構成されており、誘電体共振器にはプローブピン、スロット、マイクロストリップライン等の給電線により給電が行われている。
特開２０００−２０９０２０号公報特開２００１−２９８３１８号公報

しかしながら、前述した公報に記載の技術のように単に給電線による給電では、図１７に示すように帯域幅が狭くなり、現在普及している無線ＬＡＮなどのアンテナへの使用には適さない。

そこで、本発明は、広帯域化を実現できる誘電体共振アンテナを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る誘電体共振アンテナは、所定形状の誘電体と、給電線および接地電極が形成され、前記誘電体が実装された実装基板と、前記誘電体の側面を含む領域に形成され、一方端が前記給電線と接続される第１の接続点、他方端が前記接地電極と接続される第２の接続点とされて環状に屈曲した導体線路であるループと、前記誘電体における前記ループから延びて前記実装基板と離間して形成された導体からなるスタブと、を有することを特徴とする。

本発明の好ましい形態において、前記ループと前記スタブとは、前記実装基板を水平にした状態において相互に横同士となる位置関係に形成されていることを特徴とする。

本発明のさらに好ましい形態において、前記第２の接続点よりも前記第１の接続点の方が前記スタブ側に形成されていることを特徴とする。

本発明のさらに好ましい形態において、前記誘電体の上面には、金属導体を所定形状にパターニングしたパッチが形成されていることを特徴とする。

本発明のさらに好ましい形態において、前記は１．６ｍｍ×２．８ｍｍ以上のサイズであることを特徴とする。

本発明によれば以下の効果を奏することができる。

すなわち、本発明によれば、誘電体共振アンテナの広帯域化を図ることが可能になる。

また、第２の接続点よりも第１の接続点の方をスタブ側に形成すれば、２つの共振点が得られてより広帯域化を図ることができる。

さらに、誘電体の上面にパッチを形成すれば、より広帯域化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）

図１は本発明の実施の形態１における誘電体共振アンテナを示す斜視図、図２は図１の誘電体共振アンテナを構成する実装基板の実装面を示す平面図、図３は図１の誘電体共振アンテナにおける誘電体共振器の側面に形成されたループとスタブとを示す説明図、図４は図１の誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す平面図、図５は図１の誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す側面図、図６は図１の誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す底面図、図７は図１の誘電体共振アンテナにおいてパッチを所定寸法にした場合における反射特性を示すグラフ、図８は図１の誘電体共振アンテナにおいてパッチを図７とは異なる寸法にした場合における反射特性を示すグラフ、図９は図１の誘電体共振アンテナにおいてパッチを図７および図８とは異なる寸法にした場合における反射特性を示すグラフである。

図１に示すように、本実施の形態の誘電体共振アンテナ１０は、直方体形状（たとえば、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ３ｍｍ）をしたたとえば（Ｍｇ・Ｃａ）ＴｉＯ_２やＢａ_２Ｔｉ_９Ｏ_２０などの誘電性材料からなる誘電体共振器（誘電体）１１と、この誘電体共振器１１が搭載された実装基板１２とを有している。

図１および図２において、実装基板１２の実装面には、誘電体共振器１１の実装領域を取り囲むようにしてレジスト層１３が形成されており、その内側には導電性薄膜からなる接地電極１２ｂ_１が形成されている。さらに、実装基板１２の実装面には、誘電体共振器１１に給電される信号を伝送してこれを励振する導電性薄膜からなる給電線１２ａがレジスト層の下をくぐって誘電体共振器１１の実装領域まで延びて形成されている。また、実装面と反対側の面には、スルーホール１５を介して前述した接地電極１２ｂ_１と接続された接地電極１２ｂ_２が形成されている。なお、本実施の形態では、実装基板１２にはプローブピン（図示せず）が接続されて給電線１２ａにはこのプローブピンにより信号が伝送されるようになっている。但し、スロットやマイクロストリップラインなど、プローブピン以外で伝送されるようにしてもよい。

図１および図３に示すように、誘電体共振器１１には、金属導体を所定形状（図示する場合には四角形）にパターニングしたパッチ１４が上面に、同じく金属導体を所定形状のパターニングしたループ１６およびスタブ１７が側面に、それぞれ形成されている。

ここで、図３に示すように、ループ１６は、その一方端が実装基板１２との境界における誘電体共振器１１の一辺の中央、すなわちスタブ１７側に位置して給電線１２ａと接続される第１の接続点Ｐ１、他方端がその一辺の端部に位置して接地電極１２ｂ_１と接続される第２の接続点Ｐ２とされ、これら第１の接続点Ｐ１および第２の接続点Ｐ２を両端として環状、つまりループ状に屈曲した導体線路である。したがって、ループ１６の内側は、誘電体共振器１１の表面が露出した領域となっている。

なお、本明細書において、環状やループ状とは無端状の輪の形状したものではなく、このように両端が存在する形状をいう。また、図示する場合には、ループ１６は折れ曲がって角を有する形状となっているが、湾曲した弧状であってもよい。

また、スタブ１７は、このようなループ１６から延びて実装基板１２と離間して形成されている。図示するように、スタブ１７はどこにも接続されていないオープンスタブとなっている。そして、ループ１６とスタブ１７とは、実装基板１２を水平にした状態において相互に横同士となる位置関係に形成されている。なお、図示する場合には、ループ１６が右側、スタブ１７が左側となっているが、ループ１６を左側、スタブ１７を右側に形成してもよい。

そして、本実施の形態において、ループ１６およびスタブ１７は誘電体共振器１１の一つの側面にのみ形成されているが、他の側面あるいは上面にまで及んでいてもよい。つまり、ループ１６およびスタブ１７は誘電体共振器１１の側面を含む領域に形成されていればよい。

図４に示すように、パッチ１４のサイズは１．６ｍｍ×２．８ｍｍとなっている。また、図５に示すように、ループ１６は、第１の接続点Ｐ１から立ち上がった部分の幅が１．１１ｍｍ、第２の接続点Ｐ２から立ち上がった部分の幅が１ｍｍ、これらの立ち上がり部分をつなぐ部分の幅が０．５ｍｍとなっている。また、スタブ１７の幅は１．７ｍｍとなっている。さらに、図６に示すように、誘電体共振器１１の底面には、実装基板１２に搭載されたときにたとえばペースト状ハンダにより接地電極１２ｂ_１と接合する固定用電極１８が形成されている。この固定用電極１８は、第１の接続点Ｐ１における給電線１２ａとループ１６との接続のために４ｍｍ×１ｍｍの広さを除き、これ以外の全体に形成されている。

なお、給電線１２ａ、接地電極１２ｂ_１，１２ｂ_２、パッチ１４、ループ１６、スタブ１７および固定用電極１８は、銅や銀などの金属導体層をパターニングして形成されている。具体的には、たとえば銀等の金属ペーストをパターン印刷して焼き付ける方法、金属パターン層をメッキで形成する方法、薄い金属膜をエッチングによりパターニングする方法などにより形成されている。但し、パッチ１４は金属片で構成してもよい。

以上の構成を有する誘電体共振アンテナ１０の反射特性を図７に示す。図示するように、本実施の形態の誘電体共振アンテナ１０では、２つの共振点が得られて帯域が広くなっていることから、広帯域化が実現される。なお、２つの共振点は、電流が中央のスタブ１７側に位置する第１の接続点Ｐ１よりループ１６を通って端部に位置する第２の接続点Ｐ２から接地電極１２ｂ_１，１２ｂ_２に流れることにより、ループ１６を貫通して誘電体共振器１１の側面に対して垂直に発生した磁界（第１の接続点Ｐ１から第２の接続点Ｐ２に回り込むように形成されたループにより発生する磁界）とオープンスタブにより発生した電界とによりもたらされたものと考えられる。

ここで、パッチ１４のサイズを１．６ｍｍ×２ｍｍとした場合の反射特性を図８に、１．６ｍｍ×１．５ｍｍとした場合の反射特性を図９に、それぞれ示す。図示するように、パッチ１４のサイズが小さくなるに従って帯域が狭くなっていることから、パッチ１４のサイズを変化させることにより反射特性を調節することができる。但し、広帯域化を図るためには少なくとも図７に示す反射特性は必要であり、したがってパッチ１４は少なくとも１．６ｍｍ×２．８ｍｍは必要となる。

（実施の形態２）

図１０は本発明の実施の形態２における誘電体共振アンテナを示す斜視図、図１１は図１０の誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す側面図、図１２は図１０の誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す底面図、図１３は図１０の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。

図示する誘電体共振アンテナ１０は、前述したパッチ１４（図１参照）が形成されていないアンテナである。そして、第２の接続点Ｐ２がスタブ１７側に位置し、第１の接続点Ｐ１がその反対側に位置しているものである。また、図１１に示すように、ループ１６は、第１の接続点Ｐ１から立ち上がった部分の幅が１．１１ｍｍ、第２の接続点Ｐ２から立ち上がった部分の幅も同じく１．１１ｍｍ、これらの立ち上がり部分をつなぐ部分の幅が０．５ｍｍとなっている。また、スタブ１７の幅は１．７ｍｍとなっている。さらに、図１２に示すように、固定用電極１８は、第１の接続点Ｐ１における給電線１２ａとループ１６との接続のために２．５５ｍｍ×１ｍｍの広さを除いた全体に形成されている。

以上の構成を有する誘電体共振アンテナ１０の反射特性を図１３に示す。図示するように、本実施の形態の誘電体共振アンテナ１０では、２つの共振点が重なり、見かけ上１つの共振点しか得られていないようになっているが、実施の形態１における場合よりも帯域はやや狭くなっているものの、従来の誘電体共振アンテナと比べて広帯域化が実現されている（図１７参照）。

このように、第１の接続点Ｐ１よりも第２の接続点Ｐ２の方がスタブ１７側に位置する構成であっても、広帯域化を図ることができる。但し、実施の形態１に示す場合のように、第２の接続点Ｐ２よりも第１の接続点Ｐ１の方がスタブ１７側に位置している方がより広帯域化を図ることができるのは明らかである。

（実施の形態３）

図１４は本発明の実施の形態３における誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す側面図、図１５は比較例としての誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフ、図１６は図１４の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。

本実施の形態もまた、パッチ１４（図１参照）が形成されていない誘電体共振アンテナ１０である。ここで、ループ１６およびスタブ１７のサイズを異ならせた２つの誘電体共振アンテナについて説明する。比較例としての第１の誘電体共振アンテナのループ１６およびスタブ１７のサイズは図５に示す場合と同様である。また、第２の誘電体共振アンテナは、図１４に示すように、ループ１６は、第１の接続点Ｐ１から立ち上がった部分の幅が１．１１ｍｍ、第２の接続点Ｐ２から立ち上がった部分の幅が１ｍｍ、これらの立ち上がり部分をつなぐ部分の幅が０．５ｍｍ、スタブ１７の幅が１．７ｍｍ、スタブ１７の長さが比較例である第１の誘電体共振アンテナよりも短く、第１の接続点Ｐ１から立ち上がった部分の中心から２ｍｍとなっている。なお、他の箇所の寸法は、実施の形態１に示す場合と同じになっている。

第１の誘電体共振アンテナの反射特性を図１５に、第２の誘電体共振アンテナの反射特性を図１６に示す。

これらの図面から分かるように、パッチ１４を設けなくても、スタブ１７の形状を調整することにより、広帯域化を図ることができる。

本発明の実施の形態１における誘電体共振アンテナを示す斜視図である。図１の誘電体共振アンテナを構成する実装基板の実装面を示す平面図ある。図１の誘電体共振アンテナにおける誘電体共振器の側面に形成されたループとスタブとを示す説明図である。図１の誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す平面図である。図１の誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す側面図である。図１の誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す底面図である。図１の誘電体共振アンテナにおいてパッチを所定寸法にした場合における反射特性を示すグラフである。図１の誘電体共振アンテナにおいてパッチを図７とは異なる寸法にした場合における反射特性を示すグラフである。図１の誘電体共振アンテナにおいてパッチを図７および図８とは異なる寸法にした場合における反射特性を示すグラフである。本発明の実施の形態２における誘電体共振アンテナを示す斜視図である。図１０の誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す側面図である。図１０の誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す底面図である。図１０の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。本発明の実施の形態３における誘電体共振アンテナを構成する誘電体共振器を示す側面図である。比較例としての誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。図１４の誘電体共振アンテナの反射特性を示すグラフである。従来の誘電体共振アンテナにおける反射特性を示すグラフである。

符号の説明

１０誘電体共振アンテナ
１１誘電体共振器
１２実装基板
１２ａ給電線
１２ｂ_１，１２ｂ_２接地電極
１３レジスト層
１４パッチ
１５スルーホール
１６ループ
１７スタブ
１８固定用電極
Ｐ１接続点
Ｐ２接続点

Claims

所定形状の誘電体と、
給電線および接地電極が形成され、前記誘電体が実装された実装基板と、
前記誘電体の側面を含む領域に形成され、一方端が前記給電線と接続される第１の接続点、他方端が前記接地電極と接続される第２の接続点とされて環状に屈曲した導体線路であるループと、
前記誘電体における前記ループから延びて前記実装基板と離間して形成された導体からなるスタブと、
を有することを特徴とする誘電体共振アンテナ。
前記ループと前記スタブとは、前記実装基板を水平にした状態において相互に横同士となる位置関係に形成されていることを特徴とする請求項１記載の誘電体共振アンテナ。
前記第２の接続点よりも前記第１の接続点の方が前記スタブ側に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の誘電体共振アンテナ。
前記誘電体の上面には、金属導体を所定形状にパターニングしたパッチが形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の誘電体共振アンテナ。
前記パッチは１．６ｍｍ×２．８ｍｍ以上のサイズであることを特徴とする請求項４記載の誘電体共振アンテナ。