JP5263302B2 - チップアンテナ及びアンテナ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、チップアンテナ及びそれを備えたアンテナ装置に関するものであり、特に誘電体基体に給電電極及び無給電電極が所定間隔で対向配置されたチップアンテナ及びアンテナ装置に関するものである。
所定間隔で対向する給電電極及び無給電電極が誘電体基体に形成されたチップアンテナが特許文献1に示されている。図1(A)は特許文献1に示されているチップアンテナの六面図、図1(B)はその等価回路図である。
図1(A)に示すように、直方体形状の誘電体基体31の下面から第4側面を経由して上面まで給電電極34が形成されている。同様に下面から第3側面を経由して上面にかけて無給電電極36が形成されている。給電電極34と無給電電極36とは誘電体基体31の上面において所定間隔で対向するように形成されている。
図1(B)に示すように給電電極34と無給電電極36はそれらの開放端同士が所定間隔で対向することによって結合する。このことによって広帯域特性が得られる。
特開2004−7345号公報
ところが、図1に示した従来のチップアンテナにおいては、そのチップアンテナ30が回路基板上の非グランド領域に実装されるが、回路基板上のグランド電極に対する位置関係にアンテナの共振周波数が強く依存するため、回路基板に対するチップアンテナの実装領域に近接する他の実装部品や筐体等、周囲の環境によっては、例えば非グランド領域の面積を変化させることによってアンテナの共振周波数を調整する必要が生じる。そのため、非グランド領域の面積を一定にできないといった問題があった。
そこで、この発明の目的は、高い自由度のもとでアンテナの共振周波数を設定できるようにしたチップアンテナ及びそれを備えたアンテナ装置を提供することにある。
この発明のチップアンテナは次のように構成する。
下面(実装面)、上面、互いに対向する第1・第2の側面、及び互いに対向する第3・第4の側面(端面)を有する直方体形状の誘電体基体と、前記誘電体基体の外面に形成された電極とを備え、
前記第4の側面から上面にかけて給電電極が形成され、前記第3の側面から上面にかけて、前記給電電極との間に所定間隔で対向する無給電電極が形成され、
前記誘電体基体の第1の側面に、前記給電電極および前記無給電電極の延びる方向に沿って連続し、前記給電電極および前記無給電電極との間でそれぞれ容量が生じる周波数調整電極が形成され、
前記誘電体基体の下面に、実装先の回路基板のグランド電極に接続され、前記周波数調整電極の互いに異なる位置に導通する、複数のグランド電極が形成されたものとする。
前記グランド電極は、前記誘電体基体の下面から前記第2の側面にかけて延設された構造であってもよい。
前記周波数調整電極は、前記誘電体基体の第1の側面だけでなく第2の側面に形成されていてもよい。
前記周波数調整電極は、前記誘電体基体の第3の側面、第4の側面または第3・第4の両方の側面に延設されていてもよい。
また、この発明のチップアンテナは、下面(実装面)、上面、互いに対向する第1・第2の側面、及び互いに対向する第3・第4の側面(端面)を有する直方体形状の誘電体基体と、前記誘電体基体の外面に形成された電極とを備え、
前記第4の側面から上面にかけて給電電極が形成され、前記第3の側面から上面にかけて、前記給電電極との間に所定間隔で対向する無給電電極が形成され、
前記誘電体基体の下面に、前記給電電極および前記無給電電極の延びる方向に沿って連続し、前記給電電極および前記無給電電極との間でそれぞれ容量が生じる周波数調整電極が形成され、
前記誘電体基体の第1の側面または第2の側面もしくは第1・第2の側面に、実装先の基板のグランド電極に接続され、前記周波数調整電極の互いに異なる位置に導通する、複数のグランド電極が形成されたものとする。
また、誘電体基体の第4の側面から上面にかけて給電電極が形成され、誘電体基体の第3の側面から上面にかけて、前記無給電電極との間に所定間隔で対向する無給電電極が形成され、
前記誘電体基体の第1の側面に、前記給電電極および前記無給電電極の延びる方向に沿って連続し、前記給電電極および前記無給電電極との間でそれぞれ容量が生じる周波数調整電極が形成され、
前記誘電体基体の下面に、実装先の回路基板のグランド電極に接続され、前記周波数調整電極の互いに異なる位置に導通する、複数のグランド電極が形成され、
前記二つの無給電電極のうちいずれか一方との間で容量を形成し、実装先の回路基板上の給電ラインに導通する給電電極を前記誘電体基体に備えてもよい。
この発明のアンテナ装置は、以上に示した構成のいずれかのチップアンテナと、それが実装される回路基板とで構成され、前記回路基板に、前記周波数調整電極、前記給電電極、前記無給電電極、前記グランド電極の一つ又は幾つか若しくは全てと前記回路基板のグランド電極との間に接続される周波数調整素子が設けられたものとする。
また、この発明のアンテナ装置は、前記回路基板に、前記給電電極に導通する前記回路基板上の給電ラインと前記回路基板上のグランド電極との間に接続されるインピーダンス素子が設けられたものとする。
この発明によれば、誘電体基体に形成された周波数調整電極はグランド電極に接続され、周波数調整電極と給電電極との間の電極間距離、及び周波数調整電極と無給電電極との間の電極間距離をチップアンテナ単体の状態でそれぞれ定めることができる。
給電電極と周波数調整電極との間、及び無給電電極と周波数調整電極との間にそれぞれ容量が生じ、給電電極及び無給電電極に流れる電流がグランドを介して周波数調整電極に流れ込み、その周波数調整電極が電流経路となるため、前記容量によってアンテナの共振周波数を設定できる。そのため、実装先の回路基板に形成すべき非グランド領域の面積を変えることなくアンテナの共振周波数を設定できる。その結果、周波数を下げることができるので、チップアンテナ及びアンテナ装置の小型化が図れる。
特許文献1に示されているチップアンテナの六面図及び等価回路図である。 図2(A)は第1の実施形態に係るチップアンテナ101の六面図、図2(B)はチップアンテナ101を備えたアンテナ装置201の主要部の斜視図、図2(C)はアンテナ装置201の等価回路図である。 第2の実施形態に係るチップアンテナ102の六面図である。 第3の実施形態に係るチップアンテナ103の六面図である。 第4の実施形態に係るチップアンテナ104の六面図である。 第5の実施形態に係るチップアンテナ105の六面図である。 第6の実施形態に係るチップアンテナ106の六面図である。 図8(A)は第7の実施形態に係るチップアンテナ107の六面図、図8(B)はそのチップアンテナ107を用いたアンテナ装置207の斜視図である。 第8の実施形態に係るチップアンテナ108の六面図である。 第9の実施形態に係るアンテナ装置209の斜視図である。
《第1の実施形態》
図2(A)は第1の実施形態に係るチップアンテナ101の六面図、図2(B)はチップアンテナ101を備えたアンテナ装置201の主要部の斜視図、図2(C)はアンテナ装置201の等価回路図である。
直方体形状の誘電体基体10は、下面(回路基板に対する実装面)、上面、互いに対向する第1側面・第2側面、及び互いに対向する第3側面・第4側面を備えている。
誘電体基体10の下面から第4側面を経由して上面にかけて給電電極11が形成されている。また誘電体基体10の下面から第3側面を経由して上面にかけて無給電電極12が形成されている。給電電極11と無給電電極12の先端(開放端)は誘電体基体10の上面において所定間隔で対向している。誘電体基体10の第1側面には周波数調整電極13が形成されている。さらに、誘電体基体10の下面には実装先の回路基板のグランド電極に接続され、周波数調整電極13に導通するグランド電極14,15が形成されている。
図2(B)に示すように、回路基板50の上面にはグランド電極20が形成されるとともに、非グランド領域NGAが設けられている。この非グランド領域NGA内に図に示すようにチップアンテナ101が実装される。また、非グランド領域NGAには給電ライン21、無給電ライン22、グランドライン24,25、及び給電分岐ライン26がそれぞれ形成されている。チップアンテナ101の実装状態で、給電電極11の基部(誘電体基体10の下面に形成されている給電電極11部分)が給電ライン21に導通する。無給電電極12の基部(誘電体基体10の下面に形成されている無給電電極12部分)が無給電ライン22に導通する。また、下面側のグランド電極14,15がグランドライン24,25にそれぞれ導通する。給電分岐ライン26とグランド電極20と間には、図2(B)には表れていない給電回路が接続される。
アンテナ装置201の等価回路は、図2(C)に示すとおりである。このように、グランド電極に接続された周波数調整電極13が給電電極11及び無給電電極12に沿って近接する。このことにより、周波数調整電極13と給電電極11及び無給電電極12との間の容量が設定されることになる。
この構造により、給電電極と周波数調整電極との間、及び無給電電極と周波数調整電極との間にそれぞれ容量が生じ、給電電極及び無給電電極に流れる電流がグランドを介して周波数調整電極に流れ込み、その周波数調整電極が電流経路となるため、前記容量によってアンテナの共振周波数を設定できる。そのため、実装先の回路基板に形成すべき非グランド領域の面積を変えることなくアンテナの共振周波数を設定できる。その結果、周波数を下げることができるので、チップアンテナの及びアンテナ装置の小型化が図れる。
《第2の実施形態》
図3は第2の実施形態に係るチップアンテナ102の六面図である。
直方体形状の誘電体基体10は、下面(回路基板に対する実装面)、上面、互いに対向する第1側面・第2側面、及び互いに対向する第3側面・第4側面を備えている。
誘電体基体10の下面から第4側面を経由して上面にかけて給電電極11が形成されている。また誘電体基体10の下面から第3側面を経由して上面にかけて無給電電極12が形成されている。給電電極11と無給電電極12の先端(開放端)は誘電体基体10の上面において所定間隔で対向している。
誘電体基体10の第2側面には周波数調整電極13が形成されている。誘電体基体10の下面から第1側面にかけて、実装先の回路基板のグランド電極に接続され、周波数調整電極13に導通するグランド電極14,15が形成されている。
このように周波数調整電極13を誘電体基体10の下面から第2側面にかけて延設するようにしてもよい。
《第3の実施形態》
図4は第3の実施形態に係るチップアンテナ103の六面図である。
直方体形状の誘電体基体10は、下面(回路基板に対する実装面)、上面、互いに対向する第1側面・第2側面、及び互いに対向する第3側面・第4側面を備えている。
誘電体基体10の下面から第4側面を経由して上面にかけて給電電極11が形成されている。また誘電体基体10の下面から第3側面を経由して上面にかけて無給電電極12が形成されている。給電電極11と無給電電極12の先端(開放端)は誘電体基体10の上面において所定間隔で対向している。
誘電体基体10の第1側面には周波数調整電極13が形成されている。また誘電体基体10の第2側面には周波数調整電極16が形成されている。さらに、誘電体基体10の下面には実装先の回路基板のグランド電極に接続され、周波数調整電極13,16にそれぞれ導通するグランド電極14,15が形成されている。
このように、周波数調整電極13,16を誘電体基体10の第1の側面及び第2の側面にそれぞれ形成してもよい。この構造により、給電電極11と周波数調整電極13,16との間、及び無給電電極12と周波数調整電極13,16との間により大きな容量が生じる。前記容量によって、給電電極及び無給電電極に流れる電流がグランドを介して周波数調整電極に流れ込み、その周波数調整電極が電流経路となるため、先に示した実施形態の場合よりさらに周波数を下げることができ、アンテナの共振周波数を設定できる。そのため、実装先の回路基板に形成すべき非グランド領域の面積を変えることなくアンテナの共振周波数を設定できる。
《第4の実施形態》
図5は第4の実施形態に係るチップアンテナ104の六面図である。
直方体形状の誘電体基体10は、下面(回路基板に対する実装面)、上面、互いに対向する第1側面・第2側面、及び互いに対向する第3側面・第4側面を備えている。
誘電体基体10の下面から第4側面を経由して上面にかけて給電電極11が形成されている。また誘電体基体10の下面から第3側面を経由して上面にかけて無給電電極12が形成されている。給電電極11と無給電電極12の先端(開放端)は誘電体基体10の上面において所定間隔で対向している。
誘電体基体10の下面には周波数調整電極13が形成されている。さらに、誘電体基体10の第1側面には実装先の回路基板のグランド電極に接続され、周波数調整電極13に導通するグランド電極14,15が形成されている。
このように誘電体基体10の下面に周波数調整電極13を形成したことにより、この周波数調整電極13と給電電極11との間、及び周波数調整電極13と無給電電極12との間に、誘電体基体10を挟んでそれぞれ容量が生じる。そのため、給電電極及び無給電電極に流れる電流がグランドを介して周波数調整電極に流れ込む。このように、前記周波数調整電極が電流経路となるため、前記容量によってアンテナの共振周波数を設定できる。そのため、実装先の回路基板に形成すべき非グランド領域の面積を変えることなくアンテナの共振周波数を設定できる。
《第5の実施形態》
図6は第5の実施形態に係るチップアンテナ105の六面図である。
直方体形状の誘電体基体10は、下面(回路基板に対する実装面)、上面、互いに対向する第1側面・第2側面、及び互いに対向する第3側面・第4側面を備えている。
誘電体基体10の下面から第4側面を経由して上面にかけて給電電極11が形成されている。また誘電体基体10の下面から第3側面を経由して上面にかけて無給電電極12が形成されている。給電電極11と無給電電極12の先端(開放端)は誘電体基体10の上面において所定間隔で対向している。
第1の実施形態で図2に示した例と異なり、給電電極11のうち第4側面には第4側面の幅より狭く形成されている。また、無給電電極12のうち第3側面には第3側面の幅より狭く形成されている。
誘電体基体10の第1側面には周波数調整電極13が形成されている。誘電体基体10の第3側面及び第4側面には第1側面から周波数調整電極13が延設されている。
誘電体基体10の下面には実装先の回路基板のグランド電極に接続され、周波数調整電極13に導通するグランド電極14,15が形成されている。
このように、誘電体基体10の第3側面及び第4側面に第1側面から周波数調整電極13を延設したことにより、周波数調整電極13と給電電極11との間、及び周波数調整電極13と無給電電極12との間が長い距離に亘って近接することになり、その間に所定の比較的大きな容量を生じさせることができる。
また、第4側面の給電電極11及び第3側面の無給電電極12の線幅をそれぞれ細くしたことにより、それらの部分のインダクタンス成分が増し、所定の共振周波数を得るためのアンテナサイズや電極寸法を小さくすることができ、その分、小型化が図れる。
《第6の実施形態》
図7は第6の実施形態に係る別のチップアンテナ106の六面図である。
直方体形状の誘電体基体10は、下面(回路基板に対する実装面)、上面、互いに対向する第1側面・第2側面、及び互いに対向する第3側面・第4側面を備えている。
誘電体基体10の下面から第4側面にかけて給電電極11が形成されている。また、誘電体基体10の下面から第2側面にかけて給電電極11が形成されている。同様に、誘電体基体10の下面から第3側面にかけて無給電電極12が形成されていて、誘電体基体10の下面から第2側面にかけて無給電電極12が形成されている。給電電極11と無給電電極12の先端(開放端)は誘電体基体10の第2側面において所定間隔で対向している。
このように、第2側面に給電電極11と無給電電極12が形成されている構造であっても、周波数調整電極13と給電電極11との間、及び周波数調整電極13と無給電電極12との間にそれぞれ容量が生じ、給電電極及び無給電電極に流れる電流がグランドを介して周波数調整電極に流れ込み、その周波数調整電極が電流経路となるため、前記容量によってアンテナの共振周波数を設定できる。そのため、実装先の回路基板に形成すべき非グランド領域の面積を変えることなくアンテナの共振周波数を設定できる。その結果、周波数を下げることができるので、チップアンテナ及びアンテナ装置の小型化が図れる。
《第7の実施形態》
図8(A)は第7の実施形態に係るチップアンテナ107の六面図、図8(B)はそのチップアンテナ107を用いたアンテナ装置207の斜視図である。
直方体形状の誘電体基体10は、下面(回路基板に対する実装面)、上面、互いに対向する第1側面・第2側面、及び互いに対向する第3側面・第4側面を備えている。
誘電体基体10の下面から第4側面を経由して上面にかけて無給電電極18が形成されている。また誘電体基体10の下面から第3側面を経由して上面にかけて無給電電極12が形成されている。無給電電極18と無給電電極12の先端(開放端)は誘電体基体10の上面において所定間隔で対向している。
誘電体基体10の第1側面には周波数調整電極13が形成されている。さらに、誘電体基体10の下面には実装先の回路基板のグランド電極に接続され、周波数調整電極13に導通するグランド電極14,15が形成されている。
第1の実施形態で図2に示した例と異なり、第4側面に給電電極19と無給電電極18が近接して形成されている。
図8(B)に示すように、回路基板50の上面にはグランド電極20が形成されるとともに、非グランド領域NGAが設けられている。この非グランド領域NGA内に図に示すようにチップアンテナ107が実装される。また、非グランド領域NGAには無給電ライン22,28、グランドライン24,25、及び給電ライン27がそれぞれ形成されている。チップアンテナ107の実装状態で、給電電極19の基部(誘電体基体10の下面に形成されている給電電極19部分)が給電ライン27に導通する。無給電電極12の基部(誘電体基体10の下面に形成されている無給電電極12部分)が無給電ライン22に導通する。また、下面側のグランド電極14,15がグランドライン24,25にそれぞれ導通する。給電ライン27とグランド電極20と間には、図8(B)には表れていない給電回路が接続される。
この構造により、誘電体基体10の第4側面において無給電電極18と給電電極19との間に所定の容量が生じる。したがって給電ライン27に給電回路を接続することによって、チップアンテナ107に対して容量給電できる。
《第8の実施形態》
図9は第8の実施形態に係るチップアンテナ108の六面図である。
直方体形状の誘電体基体10は、下面(回路基板に対する実装面)、上面、互いに対向する第1側面・第2側面、及び互いに対向する第3側面・第4側面を備えている。
誘電体基体10の下面から第4側面を経由して上面にかけて給電電極11が形成されている。また誘電体基体10の下面から第3側面を経由して上面にかけて無給電電極12が形成されている。給電電極11と無給電電極12の先端(開放端)は誘電体基体10の上面において所定間隔で対向している。誘電体基体10の第1側面には周波数調整電極13が形成されている。さらに、誘電体基体10の下面には実装先の回路基板のグランド電極に接続され、周波数調整電極13に導通するグランド電極14,15が形成されている。
第1の実施形態で図2に示した例と異なり、第1側面に形成された周波数調整電極13は半ループ状に形成されている。
《第9の実施形態》
図10は第9の実施形態に係るアンテナ装置209の斜視図である。
回路基板50の上面にはグランド電極20が形成されるとともに、非グランド領域NGAが設けられている。この非グランド領域NGA内に図に示すようにチップアンテナ101が実装される。このチップアンテナ101は第1の実施形態で示したチップアンテナ101と同じである。回路基板50の非グランド領域NGAには給電ライン21、無給電ライン22、グランドライン24,25、及び給電分岐ライン26がそれぞれ形成されている。
チップアンテナ101の実装状態で、給電電極11の基部(誘電体基体10の下面に形成されている給電電極11部分)が給電ライン21に導通する。無給電電極12の基部(誘電体基体10の下面に形成されている無給電電極12部分)が無給電ライン22に導通する。また、下面側のグランド電極14,15がグランドライン24,25にそれぞれ導通する。給電分岐ライン26とグランド電極20と間には、図10には表れていない給電回路が接続される。
この例では無給電ライン22に対して直列に周波数調整素子63が、グランドライン24に対して直列に周波数調整素子62が、さらに給電ライン21とグランド電極20と間に並列にインピーダンス素子61がそれぞれ接続されている。
このように周波数調整素子62,63、インピーダンス素子61、及びチップアンテナ101を回路基板50に実装することによってアンテナ装置209が構成されている。インピーダンス素子61、周波数調整素子62,63は例えばチップコンデンサやチップインダクタであり、それらのインピーダンスによってアンテナの共振周波数及びインピーダンスの設定が可能となる。例えば無給電電極12の根元部に直列に接続される周波数調整素子63を誘導性素子とすることによってアンテナの共振周波数を下げることができる。また、周波数調整電極13が接続されるグランドライン24に対して直列に接続される周波数調整素子62によって周波数を調整することができる。さらに給電ライン21とグランド電極20との間に接続されるインピーダンス素子61によって給電回路とアンテナ装置209とのインピーダンス整合を図ることができる。
10…誘電体基体
101〜108…チップアンテナ
11…給電電極
12,18…無給電電極
13…周波数調整電極
13,16…周波数調整電極
14,15…グランド電極
19…給電電極
20…グランド電極
21…給電ライン
22,28…無給電ライン
24,25…グランドライン
26…給電分岐ライン
27…給電ライン
30…チップアンテナ
50…回路基板
61…インピーダンス素子
62,63…周波数調整素子
201…アンテナ装置
207,209…アンテナ装置
NGA…非グランド領域

Claims (8)

  1. 下面、上面、互いに対向する第1・第2の側面、及び互いに対向する第3・第4の側面を有する直方体形状の誘電体基体と、前記誘電体基体の外面に形成された電極とを備えた、チップアンテナにおいて、
    前記第4の側面から上面にかけて給電電極が形成され、前記第3の側面から上面にかけて、前記給電電極との間に所定間隔で対向する無給電電極が形成され、
    前記誘電体基体の第1の側面に、前記給電電極および前記無給電電極の延びる方向に沿って連続し、前記給電電極および前記無給電電極との間でそれぞれ容量が生じる周波数調整電極が形成され、
    前記誘電体基体の下面に、実装先の回路基板のグランド電極に接続され、前記周波数調整電極の互いに異なる位置に導通する、複数のグランド電極が形成された、チップアンテナ。
  2. 前記グランド電極は、前記誘電体基体の下面から前記第2の側面にかけて延設された、請求項1に記載のチップアンテナ。
  3. 前記周波数調整電極は、前記誘電体基体の第1の側面及び第2の側面に形成された、請求項1に記載のチップアンテナ。
  4. 前記周波数調整電極は、前記誘電体基体の第3の側面または第4の側面もしくは第3・第4の側面に延設された、請求項1〜3のいずれかに記載のチップアンテナ。
  5. 下面、上面、互いに対向する第1・第2の側面、及び互いに対向する第3・第4の側面を有する直方体形状の誘電体基体と、前記誘電体基体の外面に形成された電極とを備えた、チップアンテナにおいて、
    前記第4の側面から上面にかけて給電電極が形成され、前記第3の側面から上面にかけて、前記給電電極との間に所定間隔で対向する無給電電極が形成され、
    前記誘電体基体の下面に、前記給電電極および前記無給電電極の延びる方向に沿って連続し、前記給電電極および前記無給電電極との間でそれぞれ容量が生じる周波数調整電極が形成され、
    前記誘電体基体の第1の側面または第2の側面もしくは第1・第2の側面に、実装先の基板のグランド電極に接続され、前記周波数調整電極の互いに異なる位置に導通する複数のグランド電極が形成された、チップアンテナ。
  6. 下面、上面、互いに対向する第1・第2の側面、及び互いに対向する第3・第4の側面を有する直方体形状の誘電体基体と、前記誘電体基体の外面に形成された電極とを備えた、チップアンテナにおいて、
    前記第4の側面から上面にかけて給電電極が形成され、前記第3の側面から上面にかけて、前記無給電電極との間に所定間隔で対向する無給電電極が形成され、
    前記誘電体基体の第1の側面に、前記給電電極および前記無給電電極の延びる方向に沿って連続し、前記給電電極および前記無給電電極との間でそれぞれ容量が生じる周波数調整電極が形成され、
    前記誘電体基体の下面に、実装先の回路基板のグランド電極に接続され、前記周波数調整電極の互いに異なる位置に導通する複数のグランド電極が形成され、
    前記二つの無給電電極のうちいずれか一方との間で容量を形成し、実装先の回路基板上の給電ラインに導通する給電電極を前記誘電体基体に備えた、チップアンテナ。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載のチップアンテナと、前記チップアンテナが実装される回路基板とで構成されるアンテナ装置であって、
    前記回路基板に、前記周波数調整電極、前記給電電極、前記無給電電極、前記グランド電極の一つ又は幾つか若しくは全てと前記回路基板のグランド電極との間に接続される周波数調整素子が設けられた、アンテナ装置。
  8. 請求項1〜6のいずれかに記載のチップアンテナと、前記チップアンテナが実装される回路基板とで構成されるアンテナ装置であって、
    前記回路基板に、前記給電電極に導通する前記回路基板上の給電ラインと前記回路基板上のグランド電極との間に接続されるインピーダンス素子が設けられた、アンテナ装置。
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