WO2006013740A1

WO2006013740A1 - 表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置

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Publication number: WO2006013740A1
Application number: PCT/JP2005/013492
Authority: WO
Inventors: Yasumasa Harihara
Original assignee: Tdk Corporation
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2006-02-09
Also published as: US7397430B2; JP2006050340A; US20060044191A1

Abstract

　本発明は、表面実装型アンテナを小型化することを目的とする。誘電体ブロック１１と、誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａに形成された放射電極１２と、誘電体ブロック１１の他方の主面１１ｂに形成されたグランド電極１３と、誘電体ブロック１１の側面１１ｃに形成され、放射電極１２と電磁界的に結合する給電電極１４とを備える。このように、本発明では給電電極１４が誘電体ブロック１１の側面１１ｃに形成されていることから、誘電体ブロック１１の一方の主面１１ａのサイズを従来に比べて小さくすることができる。これにより、よりいっそうの小型化を実現することが可能となることから、プリント基板等に実装した場合、従来に比べて実装面積を縮小することが可能となる。

Description

表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置

技術分野

[0001] 本発明は表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置に関し、特に、小型化に適した表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置に関する。

背景技術

[0002] 無線装置に用いられるアンテナとしては、特許文献 1に開示されているように、誘電体ブロックと、その一方の主面に形成された放射電極と、誘電体基板の他方の主面に形成されたグランド電極と、誘電体ブロックの一方の主面から他方の主面へ貫通して配設された給電ピンとを備えたパッチアンテナが最も一般的である。

[0003] し力しながら、特許文献 1に記載されたアンテナは、誘電体ブロックを貫通する給電ピンによって放射電極へ給電を行う構造であることから、プリント基板等への表面実装が困難であるば力りでなぐ給電ピンや、固定のための両面テープなどの部材が必要であり、部品点数が多くなるという問題があった。また、給電ピンを固定するための半田付け工程が必要であることから、製造コストも高くなるという問題もあった。

[0004] このような問題を解決する手法として、特許文献 2には、誘電体ブロックの一方の主面 (放射電極が形成されている面）に、放射電極と所定のギャップを有する給電電極を設ける手法が提案されている。この構造によれば、誘電体ブロックを貫通する給電ピンを用いる必要がなくなることから、表面実装が容易となり、無線装置の小型化や低背化を実現することが可能となる。

特許文献 1：特開 2003— 289219号公報

特許文献 2：特開平 11― 74721号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、特許文献 2に記載された表面実装型アンテナは、誘電体ブロックの一方の主面 (放射電極が形成されてヽる面）に給電電極が設けられて！/ヽることから、その分、誘電体ブロックの主面の面積が大きくなり、実装面積が増大するという問題があった。しかも、円偏波を放射する場合、特許文献 2に記載された表面実装型アンテナでは、誘電体ブロックの一方の主面において、右旋偏波を放射するための導体ノターンと左旋偏波を放射するための導体パターンが互いに異なるため、それぞれ異なるスクリーンマスクを用いてこれら導体パターン (放射電極及び給電電極)を誘電体ブロックの一方の主面に形成する必要があった。

[0006] したがって、本発明の目的は、よりいつそう小型化することが可能な表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置を提供することである。

[0007] また、本発明の他の目的は、右旋偏波用の放射導体と左旋偏波用の放射導体とを同じスクリーンマスクを用いて作製することが可能な表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明による表面実装型アンテナは、誘電体ブロックと、前記誘電体ブロックの一方の主面に形成された放射電極と、前記誘電体ブロックの他方の主面に形成されたグランド電極と、前記誘電体ブロックの前記一方の主面及び前記他方の主面とは異なる面に形成され、前記放射電極と電磁界的に結合する少なくとも一つの給電電極とを備えることを特徴とする。

[0009] 本発明によれば、給電電極が誘電体ブロックの一方の主面及び他方の主面とは異なる面に形成されていることから、誘電体ブロックの一方の主面のサイズを従来に比ベて小さくすることができる。これにより、よりいつそうの小型化を実現することが可能となることから、プリント基板等に実装した場合、従来に比べて実装面積を縮小することが可能となる。さらに、共振周波数の調整と軸比及びインピーダンスの調整をほぼ独立して行うことができることから、設計が容易になると、うメリットを得ることも可能となる

[0010] し力も、誘電体ブロックの一方の主面に形成する電極が放射電極のみであれば、右旋偏波用の放射導体と左旋偏波用の放射導体を同じスクリーンマスクを用いて形成することができる。これによれば、製造コストをほとんど増大させることなぐ右旋偏波用の表面実装型アンテナと左旋偏波用の表面実装型アンテナとを作り分けることが可能となる。 [0011] 給電電極が形成された面は、誘電体ブロックの前記一方の主面及び前記他方の主面に対してほぼ垂直な側面であることが好ましい。これによれば、誘電体ブロックに貫通孔などを形成することなぐ給電電極を配置することが可能となる。

[0012] 給電電極は、略 T字状であることが好ま U、。これによれば、軸比及びインピーダンス調整が容易となるとともに、左右対称であることから配線距離を最短ィ匕することが可能となる。

[0013] 給電電極は、誘電体ブロックの第 1の側面に形成された第 1の給電電極と、誘電体ブロックの第 2の側面に形成された第 2の給電電極とを含んで、ても構わな、。この場合、放射電極が円偏波を放射可能な平面形状を有していれば、第 1の給電電極を介して右旋偏波を送受信することができ、第 2の給電電極を介して左旋偏波を送受信することができる。つまり、右旋偏波用の表面実装型アンテナと左旋偏波用の表面実装型アンテナを作り分けることなぐ同じ構造を有する表面実装型アンテナを右旋偏波用としても左旋偏波用としても使用することが可能となる。一方、放射電極が直線偏波を放射可能な平面形状を有している場合には、第 1及び第 2の給電電極の一方に 90° 位相器を接続することにより、円偏波を放射することが可能となる。

[0014] また、本発明による無線装置は、上述した表面実装型アンテナと、表面実装型アンテナの放射電極に接続された RF部と、 RF部に接続された信号処理部とを備えることを特徴とする。このような無線装置は、実装面積が小さく且つ実装が容易な表面実装型アンテナを用いて!/、ることから、小型化と低コストィ匕を両立させることが可能となる。発明の効果

[0015] このように、本発明によれば、表面実装型アンテナ及びこれを用いた無線装置をよりいつそう小型化することが可能となる。また、右旋偏波用の放射導体と左旋偏波用の放射導体とを同じスクリーンマスクを用いて作製することできるので、低コスト化を実現することも可能となる。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

[0017] 図 1は、本発明の好ましい実施形態による表面実装型アンテナ 10の構造を示す略斜視図であり、（a)は上側斜め方向力も見た図、（b)は下側斜め方向から見た図である。

[0018] 図 1 (a)、 (b)に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ 10は、直方体である板状の誘電体ブロック 11と、誘電体ブロック 11の一方の主面 1 laに形成された放射電極 12と、誘電体ブロック 11の他方の主面 1 lbに形成されたグランド電極 13 と、誘電体ブロック 11の側面 1 lcに形成された給電電極 14とを備えて構成されて、る。

[0019] 誘電体ブロック 11の材料としては、目的とする周波数に応じて適宜選択すればよい力十分な利得を確保しつつ誘電体ブロック 11を小型化するためには、例えば、比誘電率 ε rが 20〜25程度の材料を用いて誘電体ブロック 11を形成することが好ましい。比誘電率 ε rが 20〜25程度である材料としては、 Mg— Ca—Ti系誘電体セラミックを好ましく挙げることができる。 Mg— Ca—Ti系誘電体セラミックとしては、 TiO、

2

MgO、 CaO、 MnO、 SiOを含有する Mg— Ca—Ti系誘電体セラミックを用いること

2

が特に好ましい。

[0020] 放射電極 12は、誘電体ブロック 11の一方の主面 11aに形成されており、その平面形状は、角部の切り欠き 12aを除きほぼ正方形である。切り欠き 12aは、円偏波を発生させるために設けられており、本例では、給電電極 14から見て右側奥の角と左側手前の角に切り欠き 12aが設けられていることから、これにより、右旋偏波を放射可能に構成されている。

[0021] グランド電極 13は、給電電極 14の端部近傍に設けられた切り欠き 13aを除き、誘電体ブロック 11の他方の主面 l ibのほぼ全面に形成されている。切り欠き 13aは、給電電極 14とグランド電極 13とがショートするのを防止するために設けられている。実際にプリント基板等に実装する際には、グランド電極 13が設けられている側がプリント基板等と対向する実装面となる。

[0022] 給電電極 14は、図 1 (a)、 (b)に示すように、その平面形状が略 T字状である。丁字の横棒部分 14aは、放射電極 12の一辺と対向するよう誘電体ブロック 11の一方の主面 11aと隣接する部分に配置されており、 T字の縦棒部分 14bは、横棒部分 14aの長手方向の中央から、誘電体ブロック 11の他方の主面 1 lbと隣接する部分に亘つて配置されている。給電電極 14は放射電極 12と直接接していないが、電磁界的な結合により、放射電極 12に対して給電を行うことができる。

[0023] 尚、放射電極 12、グランド電極 13及び給電電極 14の材料としては、特に限定されるものではな!/、が、金 (Au)、銀 (Ag)、銅（Cu)、パラジウム（Pd)、白金（Pt)、アルミユウム (A1)又はその合金 (銀パラジウム、銀白金等)等を含むペーストなど用いることができ、スクリーン印刷法を用いて形成することが好ま、。

[0024] 以上が本実施形態による表面実装型アンテナ 10の構成である。このように、本実施形態による表面実装型アンテナ 10は、誘電体ブロック 11の一方の主面 1 laには放射電極 12のみが形成されており、給電電極 14は、誘電体ブロック 11の側面 11cに形成されている。これにより、誘電体ブロック 11の一方の主面 11 aのサイズを従来に比べて小さくすることができることから、より!/、つそうの小型化を実現することが可能となる。したがって、プリント基板等に実装した場合、従来に比べ、実装面積を縮小することが可能となる。

[0025] し力も、誘電体ブロック 11の一方の主面 11aに形成されている電極は放射電極 12 のみであることから、放射電極 12の形状を簡単に変更することができる。つまり、図 1 に示した表面実装型アンテナ 10では、給電電極 14から見て右側奥の角と左側手前の角に切り欠き 12aが設けられており、これによつて右旋偏波を放射可能に構成されているが、図 2に示すように、給電電極 14から見て左側奥の角と右側手前の角に切り欠き 12aを設ければ、左旋偏波を放射することが可能となる。この場合、右旋偏波用と同じスクリーンマスクを用い、その向きを変更するだけでよいことから、製造コストをほとんど増大させることなぐ右旋偏波用の表面実装型アンテナと左旋偏波用の表面実装型アンテナとを作り分けることが可能となる。

[0026] 図 3は、本実施形態による表面実装型アンテナ 10を用いた無線装置 100の構成を模式的に示す図である。

[0027] 図 3に示すように、無線装置 100は、給電電極 14に接続された RF部 110と、 RF部 110に接続された信号処理部 120と、信号処理部 120に接続されたインターフエ一ス部 130とを備えている。これにより、表面実装型アンテナ 10が受信した信号は、 RF 部 110によって信号処理可能な形式に変換された後、信号処理部 120によって処理され、インターフェース部 130より出力される。同様に、インターフェース部 130より入力された信号は、信号処理部 120によって処理された後、 RF部 110によって高周波信号に変換された後、表面実装型アンテナ 10より放出される。インターフェース部 13 0としては、スピーカ、ディスプレイ、プリンタなどの出力装置や、マイク、キーボード、マウスなどの入力装置を挙げることができる。また、図示しないが、信号処理部 120には、ハードディスク装置や CD— ROMドライブなどの記録装置をさらに接続することも可能である。

[0028] このような無線装置 100は、実装面積が小さく且つ実装が容易な表面実装型アンテナ 10を用いていることから、円偏波が利用される各種の無線装置、例えば、 GPS 装ま (ulooai Positioning System)、 ETC装 (Electronic Tollし ollection System)、衛星ラジオ等の無線装置を小型化 ·低コストィ匕することが可能となる。

[0029] 尚、上記実施形態による表面実装型アンテナ 10では、角部の切り欠き 12aを除き、放射電極 12の平面形状がほぼ正方形であるが、円偏波を放射するための放射電極 12の形状としては、これ以外の種々の形状を用いることができる。例えば、図 4に示すように、放射電極 12の平面形状を切り欠きや突起のない長方形としたり、図 5に示すように、対向する角部に突起 12bが設けられた正方形としたり、図 6に示すように、対向する位置に切り欠き 12cが設けられた円形としたり、図 7に示すように、対向する位置に突起 12dが設けられた円形としたり、図 8に示すように、切り欠きや突起のない楕円形とすることも可能である。

[0030] 図 4乃至図 8に示した例は、いずれも右旋偏波を放射する例である力これら放射電極 12を 90° 回転させれば左旋偏波を放射させることが可能となる。この場合も、同じスクリーンマスクを用い、その向きを変更するだけでよ!、。

[0031] また、上記実施形態による表面実装型アンテナ 10では、給電電極 14の平面形状が略 T字状であるが、給電電極 14の平面形状については、軸比やインピーダンスなどを考慮して適宜変更しても構わない。例えば、図 9に示すように、給電電極 14の平面形状を略 L字型としても構わなヽし、図 10に示すように一定幅の直線状 (長方形）としても構わな、し、図 11に示すように T字の横棒部分 14a (図 1参照）を半円形に置き換えた形状としても構わな、し、図 12に示すように T字の横棒部分 14a (図 1参照）を三角形に置き換えた形状としても構わない。すなわち、軸比やインピーダンスは給電電極 14の辺のうち、誘電体ブロック 11の一方の主面 11aと隣接する辺の長さによつてほぼ決まることから、この辺が直線的であり且つ誘電体ブロック 11の一方の主面 11aと隣接するように配置されていれば、どのような形状であっても構わない。但し、軸比やインピーダンスの調整が容易である点や、左右対称とすることにより配線距離を最短ィ匕することができる点などを考慮すれば、図 1に示したように、給電電極 14の平面形状を略 T字状とすることが最も好ま、。

[0032] 図 13は、本発明の好ましい他の実施形態による表面実装型アンテナ 20の構造を示す略斜視図であり、（a)は上側斜め方向力も見た図、（b)は下側斜め方向から見た図である。

[0033] 図 13 (a)、 (b)に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ 20は、誘電体ブロック 11の側面 l idに形成された給電電極 15をさらに備え、給電電極 15の近傍にお、てグランド電極 13に切り欠き 13bがさらに設けられて、る点にお、て、上記実施形態による表面実装型アンテナ 10と異なる。その他の点は、上記実施形態による表面実装型アンテナ 10と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

[0034] 給電電極 14 (第 1の給電電極）が設けられて!/、る側面 1 lc (第 1の側面）と給電電極 15 (第 2の給電電極）が設けられている側面 l id (第 2の側面）は互いに隣り合う側面であり、したがって、これらは 90° の角度を成す。このため、本実施形態による表面実装型アンテナ 20は、給電電極 14を介して右旋偏波を送受信することができ、給電電極 15を介して左旋偏波を送受信することができる。すなわち、本実施形態によれば、右旋偏波用の表面実装型アンテナと左旋偏波用の表面実装型アンテナを作り分けることなぐ同じ構造を有する表面実装型アンテナを右旋偏波用としても左旋偏波用としても使用することが可能となる。これにより、さらなる低コストィ匕を実現することが可能となる。

[0035] 図 14は、本発明の好ましいさらに他の実施形態による表面実装型アンテナ 30の構造を示す略斜視図である。

[0036] 図 14に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ 30は、放射電極 12の平面形状が正方形であり、切り欠きが設けられていない点において、上記実施形態による表面実装型アンテナ 20と異なる。その他の点は、上記実施形態による表面実装型アンテナ 20と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図示しないが、本実施形態による表面実装型アンテナ 30を下側斜め方向から見た状態は、図 13 (b)に示す状態と同一である。

[0037] 図 15は、本実施形態による表面実装型アンテナ 30を用いた無線装置 200の構成を模式的に示す図である。

[0038] 図 15に示すように、無線装置 200は、給電電極 14、 15と RF部 110との間に信号分配器 210が設けられ、さら〖こ、信号分配器 210と給電電極 15との間に 90° 位相器 220が設けられている点において、図 3に示した無線装置 100と異なる。これにより、 RF部 110からの信号は信号分配器 210によって 2つに分配された後、給電電極 14 には直接、給電電極 15には 90° 位相器 220により位相を 90° ずらして供給されることから、放射電極 12において直交する 2方向で共振が生じ、これにより円偏波を放射することが可能となる。

[0039] 本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなぐ特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは、うまでもな!/、。

[0040] 例えば、上記各実施形態では、 V、ずれも円偏波を放射する表面実装型アンテナについて説明したが、本発明はこれに限定されず、直線偏波を放射するタイプの表面実装型アンテナに適用することも可能である。この場合は、直線偏波が利用される各種の無線装置、例えば、無線 LAN (Local Area Network)、ブルートゥース機器等の無線装置を小型化'低コストィヒすることが可能となる。

[0041] 図 16は、直線偏波を放射するタイプの表面実装型アンテナ 40の構造を示す略斜視図である。図 16に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ 40は、放射電極 12の平面形状が正方形であり、切り欠きが設けられていない点において、上記実施形態による表面実装型アンテナ 10 (図 1参照）と異なっている。このような構成によれば、上記各実施形態とは異なり、直線偏波を放射することが可能となる。

[0042] 図 17は、直線偏波を放射するタイプの表面実装型アンテナ 50の構造を示す略斜視図である。図 17に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ 50は、誘電体ブロック 11の隣接する側面 11c, l idに略 L字型の給電電極 14, 15をそれぞれ設け、これらを角部で一体化させることにより、全体として給電電極 14, 15を T字状としている点において、上述した表面実装型アンテナ 40 (図 16参照）と異なっている。このような構成においても、直線偏波を放射することが可能となる。

[0043] また、上記各実施形態では、 V、ずれも誘電体ブロック 11が直方体形状であるが、これが円柱状など他の形状であっても構わない。この場合も、給電電極を誘電体ブロックの一方の主面及び他方の主面とは異なる面に形成すれば、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

[0044] 図 18は、誘電体ブロック 11が円柱状である表面実装型アンテナ 60の構造を示す略斜視図である。図 18に示すように、本実施形態による表面実装型アンテナ 60は、円柱状の誘電体ブロック 11の一方の主面 1 laに円形の放射電極 12が設けられており、放射電極 12の対向する位置に突起 12dが設けられている。給電電極 14については略 T字状である。このような構成においても、右旋偏波を放射することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0045] [図 1]本発明の好ましい実施形態による表面実装型アンテナ 10の構造を示す略斜視図であり、（a)は上側斜め方向力も見た図、（b)は下側斜め方向から見た図である。

[図 2]左旋偏波を放射する表面実装型アンテナ 10の構造を示す略斜視図である。

[図 3]表面実装型アンテナ 10を用いた無線装置 100の構成を模式的に示す図である。

[図 4]放射電極 12の平面形状を切り欠きや突起のない長方形とした例を示す図である。

[図 5]放射電極 12の平面形状を角部に突起が設けられた正方形とした例を示す図である。

[図 6]放射電極 12の平面形状を対向する位置に切り欠きが設けられた円形とした例を示す図である。

[図 7]放射電極 12の平面形状を対向する位置に突起が設けられた円形とした例を示す図である。

圆 8]放射電極 12の平面形状を切り欠きや突起のない楕円形とした例を示す図である。

[図 9]給電電極 14の平面形状を略 L字型とした例を示す図である。

[図 10]給電電極 14の平面形状を一定幅の直線状 (長方形）とした例を示す図である圆 11]給電電極 14の平面形状を半円形を含む形状とした例を示す図である。

圆 12]給電電極 14の平面形状を三角形を含む形状とした例を示す図である。

圆 13]本発明の好ましい他の実施形態による表面実装型アンテナ 20の構造を示す略斜視図であり、（a)は上側斜め方向力も見た図、（b)は下側斜め方向から見た図である。

圆 14]本発明の好ましいさらに他の実施形態による表面実装型アンテナ 30の構造を示す略斜視図である。

圆 15]表面実装型アンテナ 30を用いた無線装置 200の構成を模式的に示す図である。

圆 16]直線偏波を放射するタイプの表面実装型アンテナ 40の構造を示す略斜視図である。

圆 17]直線偏波を放射するタイプの表面実装型アンテナ 50の構造を示す略斜視図である。

[図 18]誘電体ブロック 11が円柱状である表面実装型アンテナ 60の構造を示す略斜視図である。

符号の説明

10, 20, 30, 40, 50, 60 表面実装型アンテナ

11 誘電体ブロック

11a 誘電体ブロックの一方の主面

l ib 誘電体ブロックの他方の主面

11c 誘電体ブロックの側面（第 1の側面）

l id 誘電体ブロックの側面 (第 2の側面）放射電極a, 12c 切り欠きb, 12d 突起

グランド電極a, 13b 切り欠き, 15 給電電極a 横棒部分b 縦棒部分

0, 200 無線装置0 RF

0 信号処理部0 インターフェース §0 信号分配器0 位相器

Claims

請求の範囲

[1] 誘電体ブロックと、前記誘電体ブロックの一方の主面に形成された放射電極と、前記誘電体ブロックの他方の主面に形成されたグランド電極と、前記誘電体ブロックの前記一方の主面及び前記他方の主面とは異なる面に形成され、前記放射電極と電磁界的に結合する少なくとも一つの給電電極とを備えることを特徴とする表面実装型アンテナ。

[2] 前記異なる面は、前記誘電体ブロックの前記一方の主面及び前記他方の主面に対してほぼ垂直な側面であることを特徴とする請求項 1に記載の表面実装型アンテナ。

[3] 前記給電電極は、略 T字状であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の表面実装型アンテナ。

[4] 前記給電電極は、前記誘電体ブロックの第 1の側面に形成された第 1の給電電極と

、前記誘電体ブロックの第 2の側面に形成された第 2の給電電極とを含んで、ることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の表面実装型アンテナ。

[5] 前記放射電極は、円偏波を放射可能な平面形状を有していることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の表面実装型アンテナ。

[6] 前記誘電体ブロックの前記一方の主面には、前記放射電極のみが形成されており

、他の電極が形成されていないことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の表面実装型アンテナ。

[7] 誘電体ブロックと、前記誘電体ブロックの一方の主面に形成された放射電極と、前記誘電体ブロックの他方の主面に形成されたグランド電極と、前記誘電体ブロックの前記一方の主面及び前記他方の主面とは異なる面に形成され、前記放射電極と電磁界的に結合する少なくとも一つの給電電極とを備える表面実装型アンテナと、前記表面実装型アンテナの前記放射電極に接続された RF部と、前記 RF部に接続された信号処理部とを備えることを特徴とする無線装置。

[8] 前記異なる面は、前記誘電体ブロックの前記一方の主面及び前記他方の主面に対してほぼ垂直な側面である請求項 7に記載の無線装置。

[9] 前記給電電極は、略 T字状である請求項 7に記載の無線装置。前記給電電極は、前記誘電体ブロックの第 1の側面に形成された第 1の給電電極と、前記誘電体ブロックの第 2の側面に形成された第 2の給電電極とを含んで、る請求項 7に記載の無線装置。