JP7024606B2 - アンテナ装置およびアンテナ基板 - Google Patents

Description

本発明は、広帯域で使用可能なアンテナ装置、ならびにこのアンテナ装置を構成するために用いられるアンテナ基板に関する。

無線通信技術の一つとして、ウルトラワイドバンド（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ；以下、ＵＷＢと記す。）が知られている。ＵＷＢでは、例えば５００ＭＨｚ以上の広い帯域幅を使用した無線通信が行われる。

ＵＷＢに適したアンテナすなわち広帯域で使用可能なアンテナとしては、給電点およびグランド面から離れるに従って幅が大きくなる部分を含む板状の放射素子を備えたモノポールアンテナが知られている。上記の給電点およびグランド面から離れるに従って幅が大きくなる部分は、広帯域にわたって放射素子の入力インピーダンスをほぼ一定にする役割を有する。

特許文献１には、上述のようなモノポールアンテナとして、誘電体基板と、この誘電体基板上に形成された薄型導電体によって構成されたアンテナ部とを備えたアンテナ装置が記載されている。

特開２００７－３２９９７４号公報

特に小型の通信機器に用いられるアンテナには、小型化が求められる。しかし、前述のような、給電点およびグランド面から離れるに従って幅が大きくなる部分を含む板状の放射素子を備えたモノポールアンテナでは、放射素子の占有面積が比較的大きくなるため、小型化することが難しいという問題点があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、広帯域で使用可能で且つ小型化可能なアンテナ装置、ならびにこのアンテナ装置を実現することを可能にするアンテナ基板を提供することにある。

本発明のアンテナ装置は、アンテナ基板とアンテナ素子とを備えている。アンテナ基板は、基板本体と、第１のグランド層と、給電線と、平板状の第１の放射素子とを含んでいる。基板本体は、第１の誘電体よりなると共に、互いに反対側に向いた第１の面と第２の面を有している。第１のグランド層および第１の放射素子は、導体よりなると共に、第１の面に配置されている。給電線は、第１の面に配置された第１の接続部を含んでいる。第１の放射素子は、第１のグランド層および給電線に対して分離され、且つ第１のグランド層および第１の接続部に対して第１の面に平行な第１の方向に離れた位置に配置されている。第１の放射素子は、第１の幅変化部分と第２の接続部とを含んでいる。第１の幅変化部分は、第１の方向に第１の接続部から離れるに従って、第１の面に平行で且つ第１の方向に垂直な第２の方向の幅が大きくなる部分である。

アンテナ素子は、素子本体と第１の端子と第２の端子と第２の放射素子とを含んでいる。素子本体は、第１の誘電体よりも比誘電率が大きい第２の誘電体よりなると共に、外面を有している。第１および第２の端子は、素子本体の外面に配置されている。第２の放射素子は、導体よりなり、素子本体内に設けられて、第１の端子と第２の端子とを電気的に接続している。アンテナ素子は、第１の端子が第１の接続部に接続され、第２の端子が第２の接続部に接続されるように、アンテナ基板に搭載されている。

本発明のアンテナ装置において、第１の放射素子は、第１の接続部に最も近い第１端と、第１の方向における第１端とは反対側の端である第２端とを有していてもよい。第１端から第２の接続部までの距離は、第１端から第２端までの距離の１／１０以下であってもよい。

また、本発明のアンテナ装置において、第２の放射素子は、第１の方向に第１の端子から離れるに従って第２の方向の幅が大きくなる第２の幅変化部分を含んでいてもよい。

第２の幅変化部分の第２の方向の幅の最大値は、第１の幅変化部分の第２の方向の幅の最小値よりも小さくてもよい。

また、第２の放射素子は、更に、第２の幅変化部分に対して直列に設けられた線路部分を含んでいてもよい。線路部分は、第１および第２の方向に垂直な第３の方向の軸の周りを回る形状を有していてもよい。また、第２の幅変化部分と線路部分は、第３の方向における互いに異なる位置に配置されていてもよい。

また、本発明のアンテナ装置において、第１のグランド層は、間隔を開けて配置された２つの部分を含んでいてもよい。この場合、給電線は、第１のグランド層の２つの部分の間を通過するように延びていてもよい。

また、本発明のアンテナ装置において、アンテナ基板は、更に、第２の面に配置された導体よりなる第２のグランド層と、基板本体を貫通して、第１のグランド層と第２のグランド層を電気的に接続する複数のスルーホールとを含んでいてもよい。

本発明のアンテナ基板は、アンテナ素子が搭載されるものである。アンテナ素子は、第１の端子と、第２の端子と、第１の端子と第２の端子とを電気的に接続する第２の放射素子とを含むものである。

本発明のアンテナ基板は、基板本体と、第１のグランド層と、給電線と、平板状の第１の放射素子とを備えている。基板本体は、誘電体よりなると共に、互いに反対側に向いた第１の面と第２の面を有している。第１のグランド層および第１の放射素子は、導体よりなると共に、第１の面に配置されている。給電線は、第１の面に配置された第１の接続部を含んでいる。第１の放射素子は、第１のグランド層および給電線に対して分離され、且つ第１のグランド層および第１の接続部に対して第１の面に平行な第１の方向に離れた位置に配置されている。第１の放射素子は、幅変化部分と第２の接続部とを含んでいる。幅変化部分は、第１の方向に第１の接続部から離れるに従って、第１の面に平行で且つ第１の方向に垂直な第２の方向の幅が大きくなる部分である。第１の接続部と第２の接続部は、それぞれアンテナ素子の第１の端子と第２の端子が接続される部分である。

本発明のアンテナ基板において、第１の放射素子は、第１の接続部に最も近い第１端と、第１の方向における第１端とは反対側の端である第２端とを有していてもよい。第１端から第２の接続部までの距離は、第１端から第２端までの距離の１／１０以下であってもよい。

また、本発明のアンテナ基板において、第１のグランド層は、間隔を開けて配置された２つの部分を含んでいてもよい。この場合、給電線は、第１のグランド層の２つの部分の間を通過するように延びていてもよい。

また、本発明のアンテナ基板は、更に、第２の面に配置された導体よりなる第２のグランド層と、基板本体を貫通して、第１のグランド層と第２のグランド層を電気的に接続する複数のスルーホールとを備えていてもよい。

本発明のアンテナ装置では、アンテナ基板の給電線の第１の接続部と、アンテナ基板の第１の放射素子の第２の接続部が、アンテナ素子の第２の放射素子を介して接続される。第２の放射素子は、基板本体を構成する第１の誘電体よりも比誘電率が大きい第２の誘電体よりなる素子本体内に設けられている。これにより、本発明によれば、第１および第２の放射素子の占有面積を小さくすることができ、その結果、広帯域で使用可能で且つ小型化可能なアンテナ装置を実現することができるという効果を奏する。

また、本発明のアンテナ基板によれば、上記の効果を奏するアンテナ装置を実現することが可能になるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の平面図である。 図１に示したアンテナ装置のアンテナ基板を示す平面図である。 図２に示したアンテナ基板の一部を示す平面図である。 図２に示したアンテナ基板の底面図である。 図２に示したアンテナ基板の一部を拡大して示す平面図である。 図１に示したアンテナ装置におけるアンテナ素子およびその周辺を示す斜視図である。 図１に示したアンテナ装置のアンテナ素子を示す斜視図である。 図７に示したアンテナ素子の内部を示す斜視図である。 図７に示したアンテナ素子における主要導体層およびその周辺を示す平面図である。 図７に示したアンテナ素子における線路部分およびその周辺を示す平面図である。 図１に示したアンテナ装置におけるアンテナ素子およびその周辺を示す平面図である。 図７に示したアンテナ素子の素子本体における１層目ないし５層目の誘電体層の各々を示す平面図である。 図７に示したアンテナ素子の素子本体における６層目の誘電体層のパターン形成面を示す平面図である。 図７に示したアンテナ素子の素子本体における７層目の誘電体層のパターン形成面を示す平面図である。 図７に示したアンテナ素子の素子本体における８層目の誘電体層のパターン形成面を示す平面図である。 図７に示したアンテナ素子の素子本体における９層目の誘電体層のパターン形成面を示す平面図である。 図７に示したアンテナ素子の素子本体における１０層目の誘電体層のパターン形成面を示す平面図である。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係るアンテナ装置１の平面図である。図１に示したように、アンテナ装置１は、本実施の形態に係るアンテナ基板１０およびアンテナ素子２０を備えている。アンテナ素子２０は、アンテナ基板１０に搭載されている。

次に、図２ないし図５を参照して、アンテナ基板１０について詳しく説明する。図２は、アンテナ基板１０を示す平面図である。図３は、アンテナ基板１０の一部を示す平面図である。図４は、アンテナ基板１０の底面図である。図５は、アンテナ基板１０の一部を拡大して示す平面図である。

図２に示したように、アンテナ基板１０は、基板本体１１と、第１のグランド層１２と、給電線１３と、平板状の第１の放射素子１４とを含んでいる。図３は、基板本体１１を示している。基板本体１１は、第１の誘電体によって構成されている。第１の誘電体としては、例えば、樹脂、ガラス、セラミックあるいは複合材料が用いられる。複合材料は、樹脂、ガラス、セラミックのうちの１つ以上を含んでいてもよい。第１の誘電体の比誘電率は、空気の比誘電率よりも大きい。基板本体１１は、互いに反対側に向いた第１の面１１Ａと第２の面１１Ｂ（図４参照）を有している。

ここで、図１ないし図４に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する。Ｚ方向は、基板本体１１の第１の面１１Ａに垂直で、第２の面１１Ｂから第１の面１１Ａに向かう方向である。Ｘ方向とＹ方向は、第１の面１１Ａに平行な方向である。Ｘ方向は本発明における第１の方向に対応し、Ｙ方向は本発明における第２の方向に対応し、Ｚ方向は本発明における第３の方向に対応する。また、以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。

図２に示したように、第１のグランド層１２および第１の放射素子１４は、導体よりなると共に、第１の面１１Ａに配置されている。

図５に示したように、給電線１３は、第１の面１１Ａに配置された第１の接続部１３Ｃを含んでいる。第１の接続部１３Ｃの役割については、後で詳しく説明する。

図２に示したように、本実施の形態では特に、第１のグランド層１２は、間隔を開けて配置された２つの部分１２Ａ，１２Ｂを含んでいる。そして、給電線１３は、第１の面１１Ａに配置されて、第１のグランド層１２の２つの部分１２Ａ，１２Ｂの間を通過するように延びている。給電線１３は、２つの部分１２Ａ，１２Ｂの間に位置する線路部１３Ｌと、突出部１３Ｐとを含んでいる。線路部１３Ｌは、第１の放射素子１４に最も近い端部を有している。突出部１３Ｐは、線路部１３Ｌの上記端部から第１の放射素子１４に向けて突出している。図５に示したように、本実施の形態では特に、給電線１３のうちの突出部１３Ｐが、第１の接続部１３Ｃを含んでいる。

第１の放射素子１４は、第１のグランド層１２および給電線１３に対して分離され、且つ第１のグランド層１２および第１の接続部１３Ｃに対して第１の面１１Ａに平行な第１の方向すなわちＸ方向に離れた位置に配置されている。

第１の放射素子１４は、第１の接続部１３Ｃに最も近い第１端１４Ｅ１と、Ｘ方向における第１端１４Ｅ１とは反対側の端である第２端１４Ｅ２とを有している。

また、第１の放射素子１４は、第１の幅変化部分１４Ａと、幅一定部分１４Ｂと、第２の接続部１４Ｃとを含んでいる。第１の幅変化部分１４Ａと幅一定部分１４Ｂは、Ｘ方向に、この順で並んでいる。図１および図２では、第１の幅変化部分１４Ａと幅一定部分１４Ｂとの境界を点線で示している。

第１の幅変化部分１４Ａは、Ｘ方向に第１の接続部１３Ｃから離れるに従って、第１の面１１Ａに平行で且つ第１の方向に垂直な第２の方向すなわちＹ方向の幅が大きくなる部分である。本実施の形態では特に、第１の幅変化部分１４Ａは、台形形状を有している。しかし、第１の幅変化部分１４Ａの形状は、台形形状に限らず、半円形状等の他の形状であってもよい。

幅一定部分１４Ｂは、Ｘ方向の位置に関わらずにＹ方向の幅が一定の部分である。幅一定部分１４ＢのＹ方向の幅は、第１の幅変化部分１４ＡのＹ方向の幅の最大値と等しい。

本実施の形態では特に、第２の接続部１４Ｃは、第１の幅変化部分１４Ａ内に位置している。第２の接続部１４Ｃの役割については、後で詳しく説明する。第２の接続部１４Ｃは、第１端１４Ｅ１の近傍に位置している。ここで、図２に示したように、第１端１４Ｅ１から第２の接続部１４Ｃまでの距離を記号Ｌ１で表し、第１端１４Ｅ１から第２端１４Ｅ２までの距離を記号Ｌ２で表す。距離Ｌ１は、距離Ｌ２の１／１０以下であってもよい。第２の接続部１４Ｃは、第１端１４Ｅ１に接していてもよい。この場合、距離Ｌ１はゼロである。

図１、図２および図５に示したように、アンテナ基板１０は、更に、基板本体１１の第１の面１１Ａに配置された導体よりなる支持部１７，１８を含んでいる。支持部１７，１８は、突出部１３ＰのＹ方向の両側に、突出部１３Ｐに対して間隔を開けて配置されている。

図３および図４に示したように、アンテナ基板１０は、更に、基板本体１１の第２の面１１Ｂに配置された導体よりなる第２のグランド層１５と、基板本体１１を貫通して、第１のグランド層１２と第２のグランド層１５を電気的に接続する複数のスルーホール１６とを含んでいる。図３において、複数の円は、全てスルーホール１６を表している。

次に、図６ないし図１０を参照して、アンテナ素子２０について詳しく説明する。図６は、アンテナ装置１におけるアンテナ素子２０およびその周辺を示す斜視図である。図７は、アンテナ素子２０を示す斜視図である。図８は、アンテナ素子２０の内部を示す斜視図である。

アンテナ素子２０は、素子本体２１を含んでいる。素子本体２１は、外面を有している。素子本体２１は、基板本体１１を構成する第１の誘電体よりも比誘電率が大きい第２の誘電体によって構成されている。第２の誘電体としては、例えばセラミックが用いられる。第２の誘電体の比誘電率は、第１の誘電体の比誘電率の１．２倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であることがより好ましい。また、第２の誘電体の比誘電率は、５以上であることが好ましい。

図６および図７に示したように、素子本体２１は、例えば直方体形状を有している。この場合、素子本体２１の外面は、上面２１Ａと、底面２１Ｂと、４つの側面２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆを有している。上面２１Ａと底面２１Ｂは、Ｚ方向における素子本体２１の両端に位置している。底面２１Ｂは、アンテナ基板１０に対向する対向面である。前述の第１の方向すなわちＸ方向は、底面２１Ｂに平行な方向である。上面２１Ａは、底面２１Ｂの上方に位置している。側面２１Ｃ，２１Ｄは、Ｘ方向における素子本体２１の両端に位置している。側面２１Ｄは、側面２１Ｃに対してＸ方向の先に位置している。側面２１Ｅ，２１Ｆは、Ｙ方向における素子本体２１の両端に位置している。側面２１Ｆは、側面２１Ｅに対してＹ方向の先に位置している。

アンテナ素子２０は、更に、いずれも素子本体２１の外面に配置された第１の端子Ｔ１、第２の端子Ｔ２および他の４つの端子Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６を含んでいる。端子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４は、上面２１Ａから側面２１Ｃを経由して底面２１Ｂにかけて配置されている。端子Ｔ３，Ｔ４は、端子Ｔ１のＹ方向の両側に、端子Ｔ１に対して間隔を開けて配置されている。端子Ｔ２，Ｔ５，Ｔ６は、上面２１Ａから側面２１Ｄを経由して底面２１Ｂにかけて配置されている。端子Ｔ５，Ｔ６は、端子Ｔ２のＹ方向の両側に、端子Ｔ２に対して間隔を開けて配置されている。

図８に示したように、アンテナ素子２０は、更に、第２の放射素子２２を含んでいる。第２の放射素子２２は、導体よりなり、素子本体２１内に設けられて、第１の端子Ｔ１と第２の端子Ｔ２とを電気的に接続している。

第２の放射素子２２は、主要導体層２３と、線路部分２４と、接続導体層３７１，３８１と、スルーホール３６Ｔ１，３７Ｔ１，３８Ｔ１，３８Ｔ２を含んでいる。

図９は、アンテナ素子２０における主要導体層２３およびその周辺を示す平面図である。図９に示したように、主要導体層２３は、幅一定部分２３Ａと、第２の幅変化部分２３Ｂと、幅一定部分２３Ｃとを含んでいる。幅一定部分２３Ａと第２の幅変化部分２３Ｂと幅一定部分２３Ｃは、Ｘ方向に、この順で並んでいる。図９では、幅一定部分２３Ａと第２の幅変化部分２３Ｂとの境界と、第２の幅変化部分２３Ｂと幅一定部分２３Ｃとの境界を、それぞれ点線で示している。

第２の幅変化部分２３Ｂは、第１の方向すなわちＸ方向に第１の端子Ｔ１から離れるに従って、第２の方向すなわちＹ方向の幅が大きくなる部分である。本実施の形態では特に、第２の幅変化部分２３Ｂは、台形形状を有している。しかし、第２の幅変化部分２３Ｂの形状は、台形形状に限らず、半円形状等の他の形状であってもよい。第２の幅変化部分２３Ｂを含む主要導体層２３は、第２の放射素子２２に含まれることから、第２の放射素子２２が第２の幅変化部分２３Ｂを含んでいるとも言える。

幅一定部分２３Ａ，２３Ｃは、いずれも、Ｘ方向の位置に関わらずにＹ方向の幅が一定の部分である。幅一定部分２３ＡのＹ方向の幅は、第２の幅変化部分２３ＢのＹ方向の幅の最小値と等しい。幅一定部分２３ＣのＹ方向の幅は、第２の幅変化部分２３ＢのＹ方向の幅の最大値と等しい。幅一定部分２３Ａは、側面２１Ｃに位置して第１の端子Ｔ１に接する端面２３Ａａを有している。

図１０は、アンテナ素子２０における線路部分２４およびその周辺を示す平面図である。線路部分２４は、１つの導体層によって構成されている。図８および図１０に示したように、線路部分２４は、第１および第２の方向に垂直な第３の方向すなわちＺ方向の軸Ｃの周りを回る形状を有している。

図８に示したように、主要導体層２３と線路部分２４は、第３の方向すなわちＺ方向における互いに異なる位置に配置されている。従って、第２の幅変化部分２３Ｂと線路部分２４は、第３の方向すなわちＺ方向における互いに異なる位置に配置されている。本実施の形態では特に、線路部分２４は、主要導体層２３の下方に配置されている。

図１０に示したように、線路部分２４は、互いに反対側に位置する第１端２４ａと第２端２４ｂを有している。第２端２４ｂは、側面２１Ｄに位置して、第２の端子Ｔ２に接している。

図８に示したように、接続導体層３７１は、Ｚ方向に関して主要導体層２３と線路部分２４の間の位置に配置されている。接続導体層３８１は、Ｚ方向に関して主要導体層２３と接続導体層３７１の間の位置に配置されている。接続導体層３８１は、Ｙ方向に長い形状を有し、主要導体層２３の幅一定部分２３Ｃの下方に位置している。

スルーホール３６Ｔ１は、線路部分２４における第１端２４ａの近傍の部分と、接続導体層３７１とを接続している。スルーホール３７Ｔ１は、接続導体層３７１と接続導体層３８１とを接続している。スルーホール３８Ｔ１，３８Ｔ２は、接続導体層３８１におけるＹ方向の両端の近傍の２つの部分と、幅一定部分２３ＣにおけるＹ方向の両端の近傍の２つの部分とを接続している。

第１の端子Ｔ１は、幅一定部分２３Ａ、第２の幅変化部分２３Ｂ、幅一定部分２３Ｃ、スルーホール３８Ｔ１，３８Ｔ２、接続導体層３８１、スルーホール３７Ｔ１、接続導体層３７１、スルーホール３６Ｔ１および線路部分２４を介して、第２の端子Ｔ２に電気的に接続されている。線路部分２４は、第２の幅変化部分２３Ｂに対して直列に設けられている。

端子Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６には、素子本体２１内のいかなる導体も接続されていない。

次に、図５、図６および図１１を参照して、アンテナ基板１０とアンテナ素子２０の接続関係について説明する。図１１は、アンテナ装置１におけるアンテナ素子２０およびその周辺を示す平面図である。

図５に示した第１の接続部１３Ｃは、アンテナ素子２０の第１の端子Ｔ１が接続される部分である。また、図５に示した第２の接続部１４Ｃは、アンテナ素子２０の第２の端子Ｔ２が接続される部分である。

図６および図１１に示したように、アンテナ素子２０は、第１の端子Ｔ１が第１の接続部１３Ｃ（図５参照）に接続され、第２の端子Ｔ２が第２の接続部１４Ｃ（図５参照）に接続されるように、アンテナ基板１０に搭載されている。アンテナ素子２０がアンテナ基板１０に搭載された状態において、端子Ｔ３は支持部１７に接続され、端子Ｔ４は支持部１８に接続され、端子Ｔ５，Ｔ６は第１の放射素子１４に接続されている。

図１１に示したように、第２の幅変化部分２３ＢのＹ方向の幅の最大値は、第１の幅変化部分１４ＡのＹ方向の幅の最小値よりも小さい。

本実施の形態では、素子本体２１は、積層された複数の誘電体層によって構成されている。以下、図１２ないし図１７を参照して、素子本体２１を構成する複数の誘電体層と、この複数の誘電体層に形成された複数の導体層および複数のスルーホールの構成の一例について説明する。

この例では、素子本体２１は、積層された１０層の誘電体層を有している。以下、この１０層の誘電体層を、下から順に１層目ないし１０層目の誘電体層と呼ぶ。また、１層目ないし１０層目の誘電体層を、符号３１～４０で表す。

図１２は、１層目ないし５層目の誘電体層３１～３５の各々を示す平面図である。誘電体層３１～３５の各々には、導体層もスルーホールも形成されていない。

図１３は、６層目の誘電体層３６のパターン形成面を示している。誘電体層３６のパターン形成面には、線路部分２４が形成されている。また、誘電体層３６には、スルーホール３６Ｔ１が形成されている。スルーホール３６Ｔ１は、線路部分２４における第１端２４ａの近傍の部分に接続されている。

図１４は、７層目の誘電体層３７のパターン形成面を示している。誘電体層３７のパターン形成面には、接続導体層３７１が形成されている。接続導体層３７１には、図１３に示したスルーホール３６Ｔ１が接続されている。また、誘電体層３７には、接続導体層３７１に接続されたスルーホール３７Ｔ１が形成されている。

図１５は、８層目の誘電体層３８のパターン形成面を示している。誘電体層３８のパターン形成面には、接続導体層３８１が形成されている。接続導体層３８１には、図１４に示したスルーホール３７Ｔ１が接続されている。また、誘電体層３８には、接続導体層３８１に接続されたスルーホール３８Ｔ１，３８Ｔ２が形成されている。

図１６は、９層目の誘電体層３９のパターン形成面を示している。誘電体層３９のパターン形成面には、主要導体層２３が形成されている。主要導体層２３の幅一定部分２３Ｃには、図１５に示したスルーホール３８Ｔ１，３８Ｔ２が接続されている。

図１７は、１０層目の誘電体層４０のパターン形成面を示している。誘電体層４０のパターン形成面には、マークとして用いられる導体層４０１が形成されている。なお、図８では、導体層４０１を省略している。

素子本体２１は、６層目ないし１０層目の誘電体層３６～４０の各々のパターン形成面が下を向くように、１層目ないし１０層目の誘電体層３１～４０が積層されて構成される。１０層目の誘電体層４０におけるパターン形成面とは反対側の面は、上面２１Ａになる。

以下、本実施の形態に係るアンテナ装置１の作用について説明する。アンテナ装置１は、アンテナ基板１０とアンテナ素子２０によって構成されている。アンテナ素子２０は、第１の端子Ｔ１が第１の接続部１３Ｃに接続され、第２の端子Ｔ２が第２の接続部１４Ｃに接続されるように、アンテナ基板１０に搭載されている。

第１の端子Ｔ１が接続される第１の接続部１３Ｃは、給電線１３に設けられている。第２の端子Ｔ２が接続される第２の接続部１４Ｃは、第１の放射素子１４に設けられている。第１の放射素子１４は、第１のグランド層１２および給電線１３に対して分離され、且つ第１のグランド層１２および第１の接続部１３Ｃに対してＸ方向に離れた位置に配置されている。

アンテナ素子２０の第２の放射素子２２は、第１の端子Ｔ１と第２の端子Ｔ２とを電気的に接続している。従って、第１の端子Ｔ１が第１の接続部１３Ｃに接続され、第２の端子Ｔ２が第２の接続部１４Ｃに接続されるように、アンテナ素子２０がアンテナ基板１０に搭載されることにより、アンテナ基板１０の給電線１３と第１の放射素子１４が、アンテナ素子２０の第２の放射素子２２を介して接続される。

アンテナ装置１は、モノポールアンテナとして機能する。接続された第１の放射素子１４および第２の放射素子２２は、モノポールアンテナの放射素子に相当する。第１の接続部１３Ｃは、給電点に相当する。第１のグランド層１２は、グランド面を構成する。

第１の放射素子１４は第１の幅変化部分１４Ａを含み、第２の放射素子２２は第２の幅変化部分２３Ｂを含んでいる。第１の幅変化部分１４Ａは、Ｘ方向に第１の接続部１３Ｃから離れるに従ってＹ方向の幅が大きくなる部分である。第２の幅変化部分２３Ｂは、Ｘ方向に第１の端子Ｔ１から離れるに従ってＹ方向の幅が大きくなる部分である。従って、第１の幅変化部分１４Ａと第２の幅変化部分２２Ｂは、いずれも、給電点およびグランド面から離れるに従って幅が大きくなる部分である。第１および第２の幅変化部分１４Ａ，２３Ｂは、広帯域にわたって、モノポールアンテナの放射素子に相当する第１および第２の放射素子１４，２２の入力インピーダンスをほぼ一定にする役割を有する。これにより、アンテナ装置１は、特に、広帯域で使用可能なモノポールアンテナとして機能する。従って、アンテナ装置１は、ＵＷＢに適している。

次に、第１の比較例のアンテナ装置および第２の比較例のアンテナ装置と比較しながら、本実施の形態に係るアンテナ装置１の効果について説明する。

第１の比較例のアンテナ装置は、給電点を含む給電線と、グランド面と、第１の誘電体よりなる基板上に配置された放射素子を備えている。第１の比較例における放射素子は、１つの導体層によって構成され、給電点に直接接続されている。第１の比較例における放射素子は、Ｘ方向に、給電点およびグランド面から離れるに従ってＹ方向の幅が大きくなる部分を含んでいる。第１の比較例における放射素子は、本実施の形態における第１および第２の放射素子１４，２２の代わりとなるものである。

第１の比較例のアンテナ装置では、放射素子の占有面積が比較的大きくなるため、小型化することが難しいという問題点がある。

本実施の形態に係るアンテナ装置１では、前述のように、接続された第１の放射素子１４および第２の放射素子２２がモノポールアンテナの放射素子に相当する。本実施の形態では、第２の放射素子２２は、第２の誘電体よりなる素子本体２１内に設けられているため、第２の放射素子２２と同等の機能を有するが誘電体内に設けられていない放射素子に比べて、小さくすることができる。これにより、アンテナ装置１を小型化することが可能になる。

以下、第１の比較例における放射素子と、本実施の形態における第１および第２の放射素子１４，２２とを詳細に比較する。ここでは、便宜上、第１の比較例における放射素子を、本実施の形態における第１の放射素子１４に対応する第１の部分と、本実施の形態における第２の放射素子２２に対応する第２の部分とに分ける。第１の部分の形状は、第１の放射素子１４の形状と同じかほぼ同じである。

次に、第２の部分と第２の放射素子２２とを比較する。第２の放射素子２２は、第１の誘電体よりも比誘電率が大きい第２の誘電体よりなる素子本体２１内に設けられている。同じ周波数に対応する波長を比較すると、第２の誘電体内における波長は、空気中における波長および第１の誘電体内における波長よりも短い。そのため、第２の部分と第２の放射素子２２とで、同じ電気長に対応する物理長を比較すると、第２の放射素子２２における物理長は、第２の部分における物理長よりも短くなる。また、第２の放射素子２２の第２の幅変化部分２３Ｂの形状は、第２の部分のうちの、第２の幅変化部分２３Ｂに対応する部分よりも小さくなる。

以上のことから、第１および第２の放射素子１４，２２の合計の電気長に対応する物理長は、第１の比較例における放射素子の電気長に対応する物理長よりも短くなる。また、第１および第２の放射素子１４，２２の占有面積は、第１の比較例における放射素子の占有面積よりも小さくなる。そのため、本実施の形態に係るアンテナ装置１は、第１の比較例のアンテナ装置に比べて、小型化することが可能である。

また、本実施の形態では、第２の放射素子２２は、第２の幅変化部分２３Ｂに対して直列に設けられた線路部分２４を含んでいる。線路部分２４も含めた第２の放射素子２２の電気長と第１の放射素子１４の電気長の合計は、アンテナ装置１の最低使用周波数によって決まる。線路部分２４は、Ｚ方向の軸Ｃの周りを回る形状を有している。また、第２の幅変化部分２３Ｂと線路部分２４は、Ｚ方向における互いに異なる位置に配置されている。これらのことから、本実施の形態によれば、第２の放射素子２２が線路部分２４を含まない場合に比べて、給電点である第１の接続部１３Ｃから、第１の放射素子１４の第２端１４Ｅ２までの距離を短くすることができる。これにより、アンテナ装置１をより小型化することが可能になる。

次に、第２の比較例のアンテナ装置について説明する。第２の比較例のアンテナ装置は、給電点を含む給電線と、グランド面と、第２の誘電体よりなる誘電体本体内に設けられた放射素子とを備えている。第２の誘電体はセラミックである。第２の比較例における放射素子は、１つの導体層によって構成され、給電点に直接接続されている。第２の比較例における放射素子は、Ｘ方向に、給電点およびグランド面から離れるに従ってＹ方向の幅が大きくなる部分を含んでいる。第２の比較例における放射素子は、本実施の形態における第１および第２の放射素子１４，２２の代わりとなるものである。

第２の比較例では、第１の比較例に比べて、放射素子を小さくすることができる。しかし、それでも、第２の比較例における放射素子の形状は比較的大きくなる。そのため、誘電体本体も比較的大きくなる。この場合、セラミックよりなる誘電体本体が破損しやすくなる。従って、第２の比較例のアンテナ装置では、構造上の信頼性が劣るという問題点がある。

これに対し、本実施の形態では、比較的大きい第１の放射素子１４は基板本体１１の第１の面１１Ａに配置され、比較的小さい第２の放射素子２２が素子本体２１内に設けられている。そのため、本実施の形態では、素子本体２１は、小さく、破損しにくい。従って、本実施の形態に係るアンテナ装置１は、構造上の信頼性が高い。

以上説明したように、本実施の形態によれば、広帯域で使用可能で且つ小型化可能であると共に、構造上の信頼性の高いアンテナ装置１を実現することができる。

また、本実施の形態に係るアンテナ基板１０では、第１の放射素子１４が第１のグランド層１２および給電線１３に対して分離され、給電線１３に第１の接続部１３Ｃが設けられ、第１の放射素子１４に第２の接続部１４Ｃが設けられている。このような構成のアンテナ基板１０によれば、給電線１３と第１の放射素子１４の間に、アンテナ素子２０の素子本体２１内に設けられた第２の放射素子２２を介在させることが可能になる。これにより、第１の放射素子１４と第２の放射素子２２を含み、広帯域で使用可能で且つ小型化可能なアンテナ装置１を実現することが可能になる。なお、基板本体上に互いに直接接続された放射素子と給電線が設けられた構成のアンテナ基板では、給電線と放射素子の間に、アンテナ素子に設けられた他の放射素子を介在させて、広帯域で使用可能で且つ小型化可能なモノポールアンテナを実現することは不可能である。

また、本実施の形態に係るアンテナ素子２０では、素子本体２１内に設けられた第２の放射素子２２が、素子本体２１の外面に配置された第１の端子Ｔ１と第２の端子Ｔ２とを電気的に接続している。このような構成のアンテナ素子２０によれば、アンテナ基板１０の給電線１３と第１の放射素子１４を、素子本体２１内に設けられた第２の放射素子２２を介して接続することができる。これにより、第１の放射素子１４と第２の放射素子２２を含み、広帯域で使用可能で且つ小型化可能なアンテナ装置１を実現することが可能になる。なお、素子本体内に設けられた放射素子が、給電点に接続される端子にのみ接続された構成のアンテナ素子では、素子本体内に設けられた放射素子を、アンテナ基板に設けられた他の放射素子に接続して、広帯域で使用可能で且つ小型化可能なモノポールアンテナを実現することは不可能である。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、給電線は、基板本体１１の第１の面１１Ａに配置された第１の接続部と、基板本体１１の第２の面１１Ｂに配置された線路部と、基板本体１１を貫通して第１の接続部と線路部とを接続するスルーホールとを含む構成であってもよい。

また、第１の放射素子１４は、幅一定部分１４Ｂを含んでいなくてもよい。また、第２の放射素子２２は、幅一定部分２３Ａ，２３Ｃの少なくとも一方を含んでいなくてもよい。また、第２の放射素子２２は、線路部分２４を含んでいなくてもよい。

１…アンテナ装置、１０…アンテナ基板、１１…基板本体、１２…第１のグランド層、１３…給電線、１３Ｃ…第１の接続部、１４…第１の放射素子、１４Ａ…第１の幅変化部分、１４Ｃ…第２の接続部、１５…第２のグランド層、１６…スルーホール、２０…アンテナ素子、２１…素子本体、Ｔ１…第１の端子、Ｔ２…第２の端子、２２…第２の放射素子、２３…主要導体層、２３Ｂ…第２の幅変化部分、２４…線路部分。

Claims (12)

1. アンテナ基板とアンテナ素子とを備えたアンテナ装置であって、
   前記アンテナ基板は、基板本体と、第１のグランド層と、給電線と、平板状の第１の放射素子とを含み、
   前記基板本体は、第１の誘電体よりなると共に、互いに反対側に向いた第１の面と第２の面を有し、
   前記第１のグランド層および第１の放射素子は、導体よりなると共に、前記第１の面に配置され、
   前記給電線は、前記第１の面に配置された第１の接続部を含み、
   前記第１の放射素子は、前記第１のグランド層および前記給電線に対して分離され、且つ前記第１のグランド層および前記第１の接続部に対して前記第１の面に平行な第１の方向に離れた位置に配置され、
   前記第１の放射素子は、第１の幅変化部分と第２の接続部とを含み、
   前記第１の幅変化部分は、前記第１の方向に前記第１の接続部から離れるに従って、前記第１の面に平行で且つ前記第１の方向に垂直な第２の方向の幅が大きくなる部分であり、
   前記アンテナ素子は、素子本体と第１の端子と第２の端子と第２の放射素子とを含み、
   前記素子本体は、前記第１の誘電体よりも比誘電率が大きい第２の誘電体よりなると共に、外面を有し、
   前記第１および第２の端子は、前記素子本体の前記外面に配置され、
   前記第２の放射素子は、導体よりなり、前記素子本体内に設けられて、前記第１の端子と前記第２の端子とを電気的に接続し、
   前記アンテナ素子は、前記第１の端子が前記第１の接続部に接続され、前記第２の端子が前記第２の接続部に接続されるように、前記アンテナ基板に搭載されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１の放射素子は、前記第１の接続部に最も近い第１端と、前記第１の方向における前記第１端とは反対側の端である第２端とを有し、
   前記第１端から前記第２の接続部までの距離は、前記第１端から前記第２端までの距離の１／１０以下である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２の放射素子は、前記第１の方向に前記第１の端子から離れるに従って前記第２の方向の幅が大きくなる第２の幅変化部分を含むことを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ装置。
4. 前記第２の幅変化部分の前記第２の方向の幅の最大値は、前記第１の幅変化部分の前記第２の方向の幅の最小値よりも小さいことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
5. 前記第２の放射素子は、更に、前記第２の幅変化部分に対して直列に設けられた線路部分を含み、
   前記線路部分は、前記第１および第２の方向に垂直な第３の方向の軸の周りを回る形状を有していることを特徴とする請求項３または４記載のアンテナ装置。
6. 前記第２の幅変化部分と前記線路部分は、前記第３の方向における互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
7. 前記第１のグランド層は、間隔を開けて配置された２つの部分を含み、
   前記給電線は、前記第１のグランド層の前記２つの部分の間を通過するように延びていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 前記アンテナ基板は、更に、前記第２の面に配置された導体よりなる第２のグランド層と、前記基板本体を貫通して、前記第１のグランド層と前記第２のグランド層を電気的に接続する複数のスルーホールとを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 第１の端子と、第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子とを電気的に接続する第２の放射素子とを含むアンテナ素子が搭載されるアンテナ基板であって、
   基板本体と、第１のグランド層と、給電線と、平板状の第１の放射素子とを備え、
   前記基板本体は、誘電体よりなると共に、互いに反対側に向いた第１の面と第２の面を有し、
   前記第１のグランド層および第１の放射素子は、導体よりなると共に、前記第１の面に配置され、
   前記給電線は、前記第１の面に配置された第１の接続部を含み、
   前記第１の放射素子は、前記第１のグランド層および前記給電線に対して分離され、且つ前記第１のグランド層および前記第１の接続部に対して前記第１の面に平行な第１の方向に離れた位置に配置され、
   前記第１の放射素子は、幅変化部分と第２の接続部とを含み、
   前記幅変化部分は、前記第１の方向に前記第１の接続部から離れるに従って、前記第１の面に平行で且つ前記第１の方向に垂直な第２の方向の幅が大きくなる部分であり、
   前記第１の接続部と前記第２の接続部は、それぞれ前記アンテナ素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続される部分であることを特徴とするアンテナ基板。
10. 前記第１の放射素子は、前記第１の接続部に最も近い第１端と、前記第１の方向における前記第１端とは反対側の端である第２端とを有し、
    前記第１端から前記第２の接続部までの距離は、前記第１端から前記第２端までの距離の１／１０以下であることを特徴とする請求項９記載のアンテナ基板。
11. 前記第１のグランド層は、間隔を開けて配置された２つの部分を含み、
    前記給電線は、前記第１のグランド層の前記２つの部分の間を通過するように延びていることを特徴とする請求項９または１０記載のアンテナ基板。
12. 更に、前記第２の面に配置された導体よりなる第２のグランド層と、前記基板本体を貫通して、前記第１のグランド層と前記第２のグランド層を電気的に接続する複数のスルーホールとを備えたことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載のアンテナ基板。

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