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Description
本発明は、良好なアンテナ特性及び高い利得を有する小型の無線通信用アンテナに関する。
近年WLAN（Wireless Local Area Network）、WiMAX（登録商標）、Bluetooth（登録商標）等の様々な無線通信システムが急速に普及し、それらを採用した無線通信装置の小型化、薄型化及び軽量化が要求されるようになった。それに伴い、無線通信装置に用いるアンテナも小型でありながら種々の周波数帯で利用可能であることが要求されるようになった。
特開平09-162633号は、図32に示すように容量結合給電型の表面実装型アンテナを開示している。このアンテナ132は、誘電体又は磁性体からなるほぼ直方体状の基体121の表面に形成された放射電極122、給電端子127、及び接地端子128を備えている。放射電極122は基体121の上面及び側面上にほぼループ状に延在し、基体121の上面にＬ字状端部を有する。給電端子127は基体121の側面から上面にかけて形成されており、上面上のＬ字状端部は放射電極122のＬ字状端部と容量結合する。接地端子128は、放射電極122のもう一つの端部と接続するように基体121の側面に形成されている。アンテナ132が配置された実装基板131には給電電極125及びグランド電極126が形成されている。給電端子127と給電電極125とが接続し、接地端子128とグランド電極126とが接続するように、アンテナ132は実装基板131上に実装される。アンテナ132に覆われる実装基板131の領域124にはグランド電極126が形成されない。
基体121の外面にギャップ123を有する特開平09-162633号のアンテナでは、放射電極122のL字状端部と給電端子127のL字状端部との対向長さ及び間隔をトリミング等により変更することにより結合容量を調整し、もって容易にインピーダンスを変化させることができる。しかし無線通信装置の筐体内では、近接する素子の影響を受け易く、アンテナのインピーダンス調整だけでは良好なアンテナ特性及び高い利得を得られないことが多い。
また基体表面に形成し得る放射電極の長さは限られており、アンテナの小型化に伴って放射電極の線路長が不足することがある。不十分な線路長による利得の低下を補うには信号の増幅が必要であるが、増幅器で消費する電力が増加する。その結果、無線装置に内蔵するバッテリーの大型化を招き、無線装置の小型化を達成できない。さらに特開平09-162633号のアンテナでは、単独で異なる周波数帯域（例えば、異なる通信システム）に対応することはできない。
従って、本発明の第一の目的は、良好なアンテナ特性と高い利得を安定して得ることができる小型で面実装可能なアンテナを提供することである。
本発明の第二の目的は、単独でも異なる周波数帯域に対応できるアンテナを提供することである。
本発明のアンテナは、電極パターンを形成した誘電体セラミック層を積層してなる積層体を有し、前記積層体は、下面に給電線路と接続される第一端子電極と、接地用の第二端子電極及び第三端子電極とを有するとともに、上面又はその近傍の内層に放射電極と、前記下面と前記放射電極との間に結合電極とを有し、前記結合電極はビアホールを介して前記第一端子電極と接続し、前記放射電極の一端は開放端であり、他端はビアホールを介して前記第二端子電極と接続し、前記放射電極は前記誘電体セラミック層を介して前記第三端子電極と積層方向に重なり合い、前記結合電極と前記放射電極とは積層方向に部分的に対向し、容量結合部を形成していることを特徴とする。前記積層体は単体でもアンテナとして機能する。
この構成により第一端子電極から結合電極までの間の経路、容量結合部、及び放射電極と第二端子電極との間の経路を積層体内に構成できるので、他の回路素子等との間の干渉を抑制でき、放射効率及び利得の低下なしにインピーダンス特性が安定なアンテナを得ることができる。また放射電極と結合電極との対向面積だけでなく、それらの間の誘電体セラミック層の材質及び厚さを変えることにより、両者の結合容量を調整することができる。
誘電体セラミック層はドクターブレード法、印刷法等の公知の方法で数μm〜300μm程度の厚さに精度良く形成することができるので、結合容量のばらつきが小さく、インピーダンス特性が安定なアンテナが得られる。また放射電極と結合電極との間隔を狭めても短絡のおそれがないので、容量結合部を小さくでき、もって積層体を小型化できる。
前記放射電極は複数の電極部からなり、前記結合電極と対向する電極部が他の電極部と異なる層に形成されていても良い。例えば、放射電極は、主放射電極部と、主放射電極と異なる層に形成され、前記結合電極と積層方向に対向する副放射電極部とからなる。主放射電極部と副放射電極部とはビアホールを介して直流的に接続されており、前記容量結合部は副放射電極部と結合電極で構成される。
本発明の好ましい一実施形態では、前記第三端子電極は、前記第一端子電極との間でキャパシタンスを形成している。前記第三端子電極を接地すれば、前記第一端子電極との間に形成されたキャパシタンスにより、アンテナの入力インピーダンスを調整することができる。
本発明の好ましい別の実施形態では、前記第三端子電極は、前記第一端子電極に接続されている。前記第一端子電極との接続は、積層体に形成した接続電極、又は基板に形成した接続電極を介して行うことができる。この構成により放射電極が接地された逆F構造のアンテナとすることができ、入力インピーダンスの調整がより容易となる。
前記積層体は下面のほぼ中央部に第五端子電極を備えていても良い。前記第五端子電極は積層方向に前記放射電極及び前記結合電極と重なり合わないのが好ましい。
本発明の好ましいさらに別の実施形態によるアンテナは、前記積層体を実装する基板を備え、前記基板には第一線路電極及び第二線路電極を有するグランド電極が形成されており、前記第二端子電極は前記第一線路電極を介して前記グランド電極に接続され、前記第三端子電極は前記第二線路電極を介して前記グランド電極に接続されているのが好ましい。前記第一線路電極は追加の放射電極として機能するので、利得が向上する。少なくとも前記第一線路電極にリアクタンス素子を設けると、位相を調整できるとともに、高周波信号に対して放射電極の実効長が不足する場合等には利得を向上させることができる。
第三端子電極には、第一端子電極との間に形成されるキャパシタンス、及び放射電極との間に形成されるキャパシタンスを介して高周波電力が現れる。そこで第三端子電極に接続する第二線路電極を前記放射電極と異なる共振周波数の放射電極として用いることにより、複数の周波数帯に対応可能なマルチバンドアンテナとすることができる。
図1は本発明のアンテナに用いる積層体の外観を示し、図2は積層体の内部構造を示し、図3は積層体1の横断面を示し、図4は積層体の下面に設けられた端子電極の配置を示す。積層体１は、上面、下面及び4つの側面（第一及び第二の短手側面1a，1c、及び第一及び第二の長手側面1b，1d）を有する直方体状であり、例えば長さ5 mm以下、幅5 mm以下、及び厚さ1.5 mm以下の外形寸法を有する。上面には積層体の方向を示すマーク200が着色ガラス等で形成されており、マーク200に数字、アルファベット等の識別記号を設けても良い。
積層体1の下面には、第一短手側面1aの近傍で第一長手側面1bに接した第一端子電極80aと、第二短手側面1cの近傍で第二長手側面1dに接した第二端子電極80b（第一端子電極80aに対して対角線上に位置する。）と、第一短手側面1aの近傍で第二長手側面1dに接した第三端子電極80cと、第二短手側面1cの近傍で第一長手側面1bに接した第四端子電極80d（第三端子電極80cに対して対角線上に位置する。）とが形成されている。図4に示す例では、積層体1の下面のほぼ中央部に第五端子電極80eが形成されている。第四及び第五の端子電極80d，80eは実装時に基板との接続強度を増すために設けられた電極で、放射電極及び結合電極と接続されない。端子電極の数が増加したぶん基板との接続面積が増え、接続強度が増加するが、アンテナの特性を考慮する必要もある。例えば、第四及び第五の端子電極80d，80eが放射電極20と積層方向に重なると、放射電極20に流れる共振電流が第四及び第五の端子電極80d，80eを介して帰還し、アンテナ特性が劣化するおそれがある。従って、第四及び第五の端子電極80d，80eを放射電極20又は結合電極と積層方向に重ならないように位置決めするのが好ましい。図示の例では各端子電極80a〜80eは矩形状であるが、円形状のような他の形状でも良く、また全ての端子電極が同じ大きさである必要はない。
積層体1は誘電体セラミックからなるので、外力の作用により隅部が欠けたりすることがある。隅部の欠けにより端子電極の一部が欠落するとアンテナ特性が影響されるので、予め端子電極の隅部に切欠きを設けたり、端子電極の周縁を積層体1の下面外縁より内側にしたりして、端子電極の欠落を防止するのが好ましい。
積層体1の内部には、第一端子電極80aに接続される結合電極10、及び結合電極10と誘電体層を介して部分的に対向して容量結合する放射電極20が形成されている。放射電極20の一端20aは開放端であり、他端20bは第二端子電極80bと接続する。第一端子電極80aと結合電極10との接続、及び放射電極20と第二端子電極80bとの接続は、積層体1に形成されたビアホール90を介して行なわれる。なお積層体1は層L1〜L5以外の層も含むが、省略している。
図2に示すように、結合電極10は層L4上に第一短手側面1aの近傍から第一長手側面1bに沿って延在する幅0.1〜1 mmの帯状電極パターンで形成されており、放射電極20は、層L2上に第二短手側面1cの近傍から第二長手側面1d、第一短手側面1a及び第一長手側面1bに沿って屈曲しながらJ字状に延在する幅0.1〜1 mmの帯状電極パターンで形成されている。放射電極20の線路長（一端20aから他端20bまでの長さ）は動作周波数の波長λの実質的に1/4である。ここで「線路長」は誘電体による波長短縮効果等を含んだ実効長さを意味する。J字状の形状により、放射電極20は限られた面積内で必要な線路長を確保している。ただし放射電極20をミアンダ状に屈曲させると、逆相電流の影響が大きくなり利得の低下を招くので、主に入放射に寄与する放射電極20の第二長手側面1dに沿った電極部は屈曲させないのが好ましい。
結合電極10と放射電極20は積層方向に部分的に重なっている。結合電極10の開放端10aは第二短手側面1c側であり、第一短手側面1a側の端部10bは第一端子電極80aに接続されている。放射電極20を層L2の代わりに層L1（積層体1の上面）に形成する場合、図6に示すように積層体1の上面をオーバーコートガラスの保護層11で覆うのが好ましい。
結合電極10と放射電極20との対向面積及び積層方向の間隔により、結合容量を調整する。結合電極10と放射電極20との間隔は、必要とする容量値にも依るが、300μm以下であるのが好ましい。この間隔が300μmを超えると、結合電極10を大きくして容量値を確保する必要があり、積層体1の大型化を招く。
結合電極10の形状は、単純な帯状矩形体以外に、図7に示すように一部（例えば開放端部10a）を幅広にしても良い。また図8に示すように一方の電極（例えば結合電極10）を他方の電極（例えば放射電極20）より幅広にしても良い。結合電極10を放射電極20より幅広にすることにより、積層の際の面方向のずれに伴うキャパシタンスのばらつきを抑制できる。結合電極10又は放射電極20の一部を積層体1の第一長手側面1bに露出させても良い。この場合、他の部品との干渉は僅かであり、側面に現れた電極をトリミングすることによりキャパシタンスの調整を容易に行うことができる。
図2に示す例では放射電極20は一体的な電極パターンで形成されているが、複数の電極パターンにより構成しても良い。図9は、放射電極20が主放射電極部21と副放射電極部22からなる例を示す。図9の積層体1の基本的な構成は図2に示すものと同じであるので、同じ部分の説明を省略する。誘電体層L4上の第一長手側面1b側に位置する結合電極10は幅0.1〜1 mmのI字状の帯状電極パターンからなり、誘電体層L3上の副放射電極部22は第一長手側面1b側に位置する幅0.1〜1 mmのI字状の帯状電極パターンからなり、誘電体層L2上の主放射電極部21は第二長手側面1d及び第一短手側面1aに沿って延在する幅0.1〜1 mmのL字状の帯状電極パターンからなる。図10に示すように、誘電体層L4上の結合電極10は誘電体層L3上の副放射電極部22と積層方向に対向し、誘電体層L3を介して容量結合部40を形成している。副放射電極部22の第二短手側面1c側は開放端22bであり、第一短手側面1a側の端部22aは誘電体層L2上の主放射電極部21の第一長手側面1b側の端部21aにビアホール90を介して接続されている。主放射電極部21の第二短手側面1c側の端部21bはビアホール90を介して第二端子電極80bに接続されている。
図11は積層体の他の構成例を示す。結合電極10は第一短手側面1a及び第一長手側面1bに沿って延在するL字状の帯状電極パターンからなり、放射電極20は第二長手側面1d、第一短手側面1a及び第一長手側面1bに沿って延在するU字状の帯状電極パターンからなる。放射電極20を長くしても導損を増やすことなく小型化を図るためには容量結合部40を放射電極20の端部に設けるのが好ましいが、図11に示すように容量結合部40を第一短手側面1a及び第一長手側面1bに沿って設けても良い。
図12(a) は積層体1を実装する基板90を示す。基板90には、グランド電極GNDと、グランド電極GNDから一体的に突出する線路電極30と、各端子電極を半田付けする電極92〜94が形成されている。図12(b) に示すように、破線で示す積層体1は、第二長手側面1dが基板90の縁部に面するように実装される。放射電極20の一端部と接続する第二端子電極80bは線路電極30によりグランド電極GNDと接続される。図13の等価回路から明らかなように、このアンテナは、給電線路側に容量結合部40を備え、放射電極20の一端が接地された1/4波長型アンテナである。積層体1の対向隅部に設けられた第一及び第二の端子電極80a、80bに接続された放射電極20はJ字状であり、積層体1の第二長手側面1d側が基板90の縁部に面するので、入放射に寄与する放射電極20の第二長手側面1d側は給電線路から離隔しており、優れたアンテナ特性を発揮できる。
このような構成のアンテナの利得は、グランド電極GNDに流れるイメージ電流により変化する。そこで図22に示すように、長さLがアンテナの動作波長λのほぼ1/2の基板90上に形成されたグランド電極GNDの長辺のほぼ中間部に積層体1を実装するのが好ましい。基板90の長さLが不十分な場合、グランド電極GNDの長辺にスリットを設けて縁部を見掛け上長くしても良い。積層体1の実装位置が基板90の短辺側から中間部に近づくに従い、アンテナ特性が向上する。基板90の一方の端面からグランド電極GNDの切欠き部90aまでの長さLaと、他方の端面からグランド電極GNDの切欠き部90aまでの長さLbはほぼ等しいのが好ましい。この場合も、グランド電極GNDの長辺側にスリットを設けて見掛け長さを調節しても良い。
図14は本発明に用いる基板90の別の例を示す。この例では、基板90上のグランド電極GNDの切欠き部90aに、第一及び第二の線路電極30a，30bがグランド電極GNDから一体的に突出している。第一線路電極30aは積層体1の第二端子電極80bに接続され、第二線路電極30bは積層体1の第三端子電極80cに接続される。この構成により、第一端子電極80aと第三端子電極80cの間にキャパシタンスが生成される。その等価回路を図15に示す。第一端子電極80aと第三端子電極80cの間に発生したキャパシタンス85は容量結合部40と給電線路との間に接続される。キャパシタンス85を調整することにより入力インピーダンスを調整できる。
図16(a) 及び図16(b) は本発明に用いる基板のさらに別の例を示す。この例では、グランド電極GNDから第一及び第二の線路電極30a，30bが一体的に突出しているとともに、第二線路電極30bと電極93との間に第三線路電極30cが形成されている。この構成の基板90に積層体1を実装すると、第一及び第三の端子電極80a，80cはグランド電極GNDと接続することになる。その等価回路を図17に示す。容量結合部40と給電線路との間に接地経路が形成されて、逆Fアンテナのような構成となり、入力インピーダンスを容易に調整できる。
図18は本発明に用いる基板のさらに別の例を示す。この例では、第二端子電極80bは基板90に形成されたグランド電極GNDから延びる長い第一線路電極30aに接続しており、第三端子電極80cはグランド電極GNDから延びる短い第二線路電極30bに接続している。積層体1の小型化により放射電極20の実効長が動作波長に対して不足する場合、長い第一線路電極30aは放射電極20に追加される放射電極として機能する。その等価回路を図19に示す。基板90を構成する材料は通常積層体1を構成する誘電体セラミックより比誘電率が小さく、品質係数Qが大きいので、基板90の第一線路電極30aを追加の放射電極として用いることにより、利得が向上するとともに、位相の調整が容易となる。
図20は本発明に用いる基板のさらに別の例を示す。この例では、第二端子電極80bに接続する第一線路電極30aにリアクタンス素子50が設けられている。その等価回路を図21に示す。放射電極20の実効長が動作波長に対して過不足する場合、リアクタンス素子50により位相調整し、利得を向上させることができる。
積層体1用の誘電体セラミックは、温度特性、損失等を考慮に入れて、目標周波数に対して適宜選択できるが、小型でも十分な利得が得られるように、比誘電率εｒが5〜200程度の誘電体セラミック（例えば、εｒが10程度のアルミナ、εｒが40以下のチタン酸カルシウム及びチタン酸マグネシウム、εｒが200以下のチタン酸バリウム）を用いるのが好ましい。誘電体層はドクターブレード法等により形成することができる。
厚さ数μm〜20μmの放射電極20、結合電極10及び第一〜第四の端子電極80a〜80dは、誘電体セラミックに銀ペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷法等により印刷し、一体的に焼結することにより形成することができる。導電体としては銀の他に、金、銅、パラジウム、白金、銀パラジウム合金、銀白金合金等が挙げられる。
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
実施例1
比誘電率εｒが8のAl-Si-Sr系誘電体セラミックを用いて、周波数帯域が2.4〜2.5 GHzのBluetooth/WLANアンテナ用の積層体（図9に示す基本構造を有する。）を下記の方法により製造した。まず、50質量％のAl2O3、36質量％のSiO2、10質量％のSrO、4質量％のTiO2からなる主成分100質量％に対して、副成分として2.5質量％のBi2O3、2質量％のNa2O、及び0.5質量％のK2Oの焼結体組成となるように、Al2O3粉末、SiO2粉末、SrCO3粉末、TiO2粉末、Bi2O3粉末、Na2CO3粉末、及びK2CO3粉末を秤量し、ボールミルで均一に湿式混合し、仮焼、粉砕及び造粒した後、ドクターブレード法により異なる厚さのセラミックグリーンシートを成形した。
比誘電率εｒが8のAl-Si-Sr系誘電体セラミックを用いて、周波数帯域が2.4〜2.5 GHzのBluetooth/WLANアンテナ用の積層体（図9に示す基本構造を有する。）を下記の方法により製造した。まず、50質量％のAl2O3、36質量％のSiO2、10質量％のSrO、4質量％のTiO2からなる主成分100質量％に対して、副成分として2.5質量％のBi2O3、2質量％のNa2O、及び0.5質量％のK2Oの焼結体組成となるように、Al2O3粉末、SiO2粉末、SrCO3粉末、TiO2粉末、Bi2O3粉末、Na2CO3粉末、及びK2CO3粉末を秤量し、ボールミルで均一に湿式混合し、仮焼、粉砕及び造粒した後、ドクターブレード法により異なる厚さのセラミックグリーンシートを成形した。
各セラミックグリーンシートに銀ペーストを電極パターン状にスクリーン印刷し、図9に示す構成となるように積層し、820℃で焼結して、マザー基板を製造した。主放射電極部21は厚さ5μm、幅0.3 mm及び長さ3.5 mmの帯状電極であり、副放射電極部22は厚さ5μm、幅0.3 mm及び長さ1.5 mmの帯状電極であり、結合電極10は厚さ5μm、幅0.3 mm及び長さ1.5 mmの帯状電極であった。
積層体1の上面から主放射電極部21までの間に、両者の距離が50μmとなるように誘電体層L1を設け、主放射電極部21から副放射電極部22までの間に、両者の距離が200μmとなるように、厚さ100μmの誘電体層L2とビアホール90のみ形成された厚さ100μmの誘電体層（図示せず）とを設けた。副放射電極部22と結合電極10との間に、両者の間隔が200μmとなるように、厚さ100μmの誘電体層L3とビアホール90のみ形成された厚さ100μmの誘電体層（図示せず）とを設けた。下面から結合電極10までは300μmで、誘電体層L4と複数の誘電体層L5で構成した。接続用のビアホールの直径は100μmであった。マザー基板の下面に銀ペーストを印刷して端子電極パターンを形成し、焼き付けた後、所定の寸法に切断し、外形寸法が3.2 mm×1.6 mm×0.7 mmの積層体1を得た。この積層体1を図18及び図22に示す基板90（L＝90 mm、W＝45 mm、La＝41 mm、Lb＝41 mm、L1＝8 mm、L2＝4 mm、及び線路電極30の長さ＝4.5 mm）に実装し、半田付けしてアンテナを製造した。
このアンテナを電波暗室（電波無響室）内の回転するターンテーブル上に配置した。アンテナをネットワークアナライザのポートに同軸ケーブルで接続し、アンテナへの給電をネットワークアナライザで行った。3 m離れた位置から送信された電波をアンテナで受信し、受信電力からVSWR及び平均利得を求めた。図23から明らかなように、このアンテナは2.4〜2.5 GHzの周波数帯域で3以下のVSWRを有していた。図24は、このアンテナの平均利得（X-Y面、Z-X面及びY-Z面の利得を平均）を示す。図24から明らかなように、2.4〜2.5 GHzの周波数帯域で−3.0 dBi以上の平均利得が得られた。図25は基板90のL1及びL2を変更したときの平均利得の変化を示す。図25から明らかなように、間隔L1及びL2が増加するに従って平均利得は増加した。
実施例2
2.4 GHz帯及び5 GHz帯に対応可能なWLAN用アンテナ
実施例1と同じ基本構造を有する積層体1を図26に示す基板90（L＝90 mm、W＝45 mm、La＝38.5 mm、Lb＝38.5 mm、L1＝13 mm、L2＝6 mm。）に半田付けにより実装した。基板90に、積層体1の第二端子電極80bに接続される長さ6 mmの第一線路電極30aと、第三端子電極80cに接続される長さ4 mmの第二線路電極30bを形成した。第一線路電極30aには、リアクタンス素子50としてチップコンデンサC1（1.0 pF）を設けた。このため、第一線路電極30aは追加の放射電極を構成し、アンテナは2.4 GHz帯で利用可能になった。
2.4 GHz帯及び5 GHz帯に対応可能なWLAN用アンテナ
実施例1と同じ基本構造を有する積層体1を図26に示す基板90（L＝90 mm、W＝45 mm、La＝38.5 mm、Lb＝38.5 mm、L1＝13 mm、L2＝6 mm。）に半田付けにより実装した。基板90に、積層体1の第二端子電極80bに接続される長さ6 mmの第一線路電極30aと、第三端子電極80cに接続される長さ4 mmの第二線路電極30bを形成した。第一線路電極30aには、リアクタンス素子50としてチップコンデンサC1（1.0 pF）を設けた。このため、第一線路電極30aは追加の放射電極を構成し、アンテナは2.4 GHz帯で利用可能になった。
積層体1の放射電極20に接続されない第三端子電極80cに半田付けされる第二線路電極30bは、第一端子電極80aと第三端子電極80cとの間のキャパシタンス、及び放射電極20と第三端子電極80cとの間のキャパシタンスにより給電線路に接続された。第二線路電極30bの途中にはリアクタンス素子50としてチップコンデンサC2（0.3 pF）及びC3（0.3 pF）を設けた。このため、第二線路電極30bは追加の放射電極を構成し、アンテナは5 GHz帯で利用可能になった。なお第二線路電極30bに容量値調整用の2つのリアクタンス素子50を設ける代わりに、適当な容量値の１つのチップコンデンサを設けても良い。
得られたアンテナの特性を実施例1と同様に電波暗室内で評価した。図27(a) はアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図27(b) はVSWR特性を示す。図27(b) から明らかなように、2.4 GHz及び5 GHzで3以下のVSWRが得られた。
実施例3
1.5 GHz帯及び2.4 GHz帯に対応可能なGPS/WLAN用アンテナ
実施例1と同じ基本構造を有する積層体1（副放射電極部22の長さ＝2.5 mm、結合電極10の長さ＝2.5 mm、及び副放射電極部22と結合電極10との間隔＝100μm。）を、図28に示す基板90に半田付けにより実装した。基板90には、積層体1の第二端子電極80bと接続される第一線路電極30aと、第三端子電極80cと接続される第二線路電極30bが形成されていた。基板90のL、W、La、Lb、L1及びL2、並びに線路電極30及び第二線路電極30bの長さは実施例2と同じであった。
1.5 GHz帯及び2.4 GHz帯に対応可能なGPS/WLAN用アンテナ
実施例1と同じ基本構造を有する積層体1（副放射電極部22の長さ＝2.5 mm、結合電極10の長さ＝2.5 mm、及び副放射電極部22と結合電極10との間隔＝100μm。）を、図28に示す基板90に半田付けにより実装した。基板90には、積層体1の第二端子電極80bと接続される第一線路電極30aと、第三端子電極80cと接続される第二線路電極30bが形成されていた。基板90のL、W、La、Lb、L1及びL2、並びに線路電極30及び第二線路電極30bの長さは実施例2と同じであった。
積層体1の放射電極20に接続された第二端子電極80bに半田付けされる第一線路電極30aに、リアクタンス素子50としてチップコンデンサC1（10 pF）を設けた。このため、第一線路電極30aは追加の放射電極を構成し、アンテナは2.4 GHz帯で利用可能になった。積層体1の放射電極20に接続されない第三端子電極80cに半田付けされる第二線路電極30bは、積層体1の第一端子電極80aと第三端子電極80cとの間のキャパシタンス、及び放射電極20と第三端子電極80cとの間のキャパシタンスにより給電線路に接続された。このため、第二線路電極30bは追加の放射電極を構成し、アンテナは1.5 GHz帯で利用可能になった。
第二線路電極30bを積層体1の下面中央の第五端子電極80eまで延在させ、第一端子電極80aとキャパシタンス結合を強めた。第二線路電極30bと第二端子電極80bとの間にもキャパシタンスが形成され、積層体1の放射電極20を通過せずに第一線路電極30aに至る経路が形成された。この構成により2.4 GHz帯での周波数帯域が広がった。
積層体1をこの基板90に半田付けにより実装してなるアンテナの特性を、実施例1と同様に電波暗室内で評価した。図29(a) はアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図29(b) はVSWR特性を示す。図29(b) から明らかなように、1.5 GHz及び2.4 GHzで3以下のVSWRが得られた。
実施例4及び5
1.5 GHz帯に対応可能なGPS用アンテナ
実施例4は、図5に示すように下面中央部に第五端子電極80eを備え、第五端子電極80eが放射電極20及び結合電極10と積層方向に重ならない以外実施例3と同じ基本構造を有する積層体1を用い、実施例5は、図30に示すように第五端子電極80eが放射電極20及び結合電極10と積層方向に重なり合うように大きい以外実施例3と同じ基本構造を有する積層体1を用いた。各積層体1を実施例3と同じ基板90に半田付けにより実装してアンテナを製造し、電波暗室内で実施例1と同様に1.5 GHz帯での平均利得を測定した。図31は平均利得の周波数特性を示す。第五端子電極80eが放射電極20と重ならない実施例４のアンテナでは、第五端子電極80eが放射電極20と重なる実施例5のアンテナより0.5 dBi以上大きな平均利得が得られた。なお第五端子電極80eを有さない積層体を用いたアンテナでは実施例4と同等の利得が得られた。
1.5 GHz帯に対応可能なGPS用アンテナ
実施例4は、図5に示すように下面中央部に第五端子電極80eを備え、第五端子電極80eが放射電極20及び結合電極10と積層方向に重ならない以外実施例3と同じ基本構造を有する積層体1を用い、実施例5は、図30に示すように第五端子電極80eが放射電極20及び結合電極10と積層方向に重なり合うように大きい以外実施例3と同じ基本構造を有する積層体1を用いた。各積層体1を実施例3と同じ基板90に半田付けにより実装してアンテナを製造し、電波暗室内で実施例1と同様に1.5 GHz帯での平均利得を測定した。図31は平均利得の周波数特性を示す。第五端子電極80eが放射電極20と重ならない実施例４のアンテナでは、第五端子電極80eが放射電極20と重なる実施例5のアンテナより0.5 dBi以上大きな平均利得が得られた。なお第五端子電極80eを有さない積層体を用いたアンテナでは実施例4と同等の利得が得られた。
Claims (8)
- 電極パターンを形成した誘電体セラミック層を積層してなる積層体を有するアンテナであって、
前記積層体は、下面に給電線路と接続される第一端子電極と、接地用の第二端子電極及び第三端子電極とを有するとともに、上面又はその近傍の内層に放射電極と、前記下面と前記放射電極との間に結合電極とを有し、
前記結合電極はビアホールを介して前記第一端子電極と接続し、
前記放射電極の一端は開放端であり、他端はビアホールを介して前記第二端子電極と接続し、前記放射電極は前記誘電体セラミック層を介して前記第三端子電極と積層方向に重なり合い、
前記結合電極と前記放射電極とは積層方向に部分的に対向し、容量結合部を形成していることを特徴とするアンテナ。 - 請求項1に記載のアンテナにおいて、前記放射電極は複数の電極部からなり、前記結合電極と対向する電極部は他の電極部と異なる層に形成されていることを特徴とするアンテナ。
- 請求項1又は2に記載のアンテナにおいて、前記第三端子電極は、前記第一端子電極との間でキャパシタンスを形成していることを特徴とするアンテナ。
- 請求項1又は2に記載のアンテナにおいて、前記第三端子電極は、前記第一端子電極に接続されていることを特徴とするアンテナ。
- 請求項3又は4に記載のアンテナにおいて、前記積層体は下面のほぼ中央部に第五端子電極を備えていることを特徴とするアンテナ。
- 請求項5に記載のアンテナにおいて、前記第五端子電極は積層方向に前記放射電極及び前記結合電極と重なり合わないことを特徴とするアンテナ。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記積層体を実装する基板を備え、前記基板には第一線路電極及び第二線路電極を有するグランド電極が形成されており、前記第二端子電極は前記第一線路電極を介して前記グランド電極に接続され、前記第三端子電極は前記第二線路電極を介して前記グランド電極に接続されていることを特徴とするアンテナ。
- 請求項7に記載のアンテナにおいて、少なくとも前記第一線路電極にリアクタンス素子が設けられていることを特徴とするアンテナ。
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