WO2006080222A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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dielectric block
short
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radiation electrode
antenna
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French (fr)
Inventor
Akihiko Iguchi
Yuki Satoh
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0421Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/30Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device using a chip antenna.
  • FIG. 4 is a perspective view of a conventional chip antenna used in a small communication device such as a mobile phone.
  • the chip antenna includes a dielectric block 1, a feeding electrode 2 formed on the outer peripheral surface of the dielectric block 1, and a spiral radiating electrode 3 A formed on the outer peripheral surface of the dielectric block 1.
  • the radiation electrode 3A is also formed on the lower surface serving as the mounting surface, and the radiation electrode 3A exists on the circuit board, and this structure deteriorates the radiation characteristics. Furthermore, since the ground plane cannot be formed on the part of the circuit board on which the chip antenna is mounted, the part on which the other parts of the circuit board can be mounted is made narrower, making it difficult to reduce the size of the communication device.
  • the antenna device includes a ground plane having ends and an antenna mounted on the ground plane.
  • the antenna includes a dielectric block having an upper surface, a lower surface, and a side surface, a radiation electrode provided on the upper surface, and a short-circuit electrode provided on the side surface.
  • the radiation electrode has a short-circuit end connected to the short-circuit electrode and a portion extending from the short-circuit end along the outer periphery of the upper surface of the dielectric block. The portion has an open end located on the side of the dielectric block.
  • the side surface of the dielectric block is substantially flush with the edge of the ground plane.
  • This antenna device can improve the radiation characteristics of the chip antenna and reduce the size of the communication device.
  • FIG. 1 is a perspective view of an antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a chip antenna of the antenna device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the antenna device shown in FIG. 1 taken along line 3-3.
  • FIG. 4 is a perspective view of a conventional chip antenna.
  • FIG. 1 is a perspective view of an antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • This antenna device includes a ground plane 5 provided on a circuit board 4 housed in a communication device such as a mobile phone and forming a ground, and a chip antenna 6 mounted on the ground plane 5.
  • FIG. 2 is a perspective view of the chip antenna 6.
  • Chip antenna 6 is made of ceramic
  • a dielectric block 7 made of a dielectric material is provided.
  • a feeding electrode 8, a short-circuit electrode 9, and a radiation electrode 10 are formed on the surface of the dielectric block 7.
  • the strip-shaped short-circuit electrode 9 has an end 9A and an end 9B, and the end 9A is connected to the base plate 5.
  • the radiation electrode 10 has an open end 10A and a short-circuited end 10B, and the short-circuited end 10B is connected to the end 9B of the short-circuited electrode 9.
  • the chip antenna 6 has a structure of an inverted F antenna.
  • the sum of the electrical lengths of the radiation electrode 10 and the short-circuit electrode 9 is set to ⁇ / 4 ( ⁇ is the wavelength of the operating frequency).
  • the feeding electrode 8 is electrically connected to the short-circuited end 10B of the radiation electrode 10, supplies a high-frequency signal of the above-mentioned use frequency to the radiation electrode 10, and takes out the high-frequency signal of the above-mentioned use frequency from the radiation electrode 10.
  • the dielectric block 7 has a rectangular shape, and has an upper surface 7 ⁇ , a lower surface 7 ⁇ opposite to the upper surface 7 ⁇ , a side surface 7C, and a side surface 7 ⁇ connected to the side surface 7C at the side 7D.
  • the upper surface 7mm has an outer periphery 7F.
  • the outer periphery 7F includes a side 7G, a side 7 ⁇ , a side 7J facing the side 7G, and a side 7 ⁇ facing the side 7 ⁇ .
  • Sides 7 and 7 are both connected to sides 7G and 7J.
  • Side 7G connects upper surface 7mm and side surface 7C.
  • Side 7 ⁇ connects top 7 ⁇ and side 7 ⁇ .
  • the strip-shaped short-circuit electrode 9 is provided along the side 7D on the side surface 7C.
  • a strip-shaped power supply electrode 8 is provided on the surface 7C in parallel with the short-circuit electrode 9!
  • the short-circuit end 10B of the radiation electrode 10 is connected to the end 9 ⁇ of the short-circuit electrode 9 at the side 7G.
  • the radiation electrode 10 has four parts 10C ⁇ : LOF. Portion 10C extends along short end 10B force side 7mm. Part 10D extends along part 10C force side 7J. Part 10E also extends part 10D force along side 7 ⁇ . Part 10F also extends part 10E along side 7G. That is, the radiating electrode 10 makes one round along the outer periphery 7F of the upper surface 7 mm from the short-circuit end 10B. The end of the part 10F is open at the side 7G and becomes the open end 10A
  • the antenna chip 6 is mounted on the ground plane 5 with the lower surface 7 mm of the dielectric block 7 in contact with the ground plane 5.
  • the side surface 7C of the dielectric block 7 is substantially flush with the end 5mm of the base plate 5.
  • a communication device including the antenna device has a casing, the circuit board 4 is disposed in a predetermined area in the casing, and the area where the ground plane 5 can be disposed is limited.
  • the ground plane 5 can be placed under the dielectric block 7, the chip antenna 6 of the ground plane 5 is mounted.
  • Other members can be mounted on the parts that are not. That is, a large area can be secured within a limited region where the main plate 5 can be disposed. Thereby, a communication apparatus can be reduced in size.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of the antenna device shown in FIG. 1, and shows the radiation characteristics of the antenna device.
  • Side 7C of dielectric block 7 is the main part that generates an electric field that determines the radiation characteristics of chip antenna 6 and is sandwiched between open end 10A, which has a high potential at radiation electrode 10, and ground plane 5, which forms a ground potential. It is.
  • the side surface 7C is substantially flush with and close to the open end 10A of the radiation electrode 10.
  • the electric field 12 radiated from the chip antenna 6 is attracted to the protruding ground plane 5, and the radiation efficiency of the antenna device is deteriorated.
  • the end 5A of the ground plane 5 is brought close to the side surface 7C of the dielectric block 7. In FIG. 3, the end 5A does not protrude from the side surface 7C, and the side surface 7C is substantially flush with the end 5A of the main plate 5. With this structure, the radiation efficiency of the chip antenna 6 can be increased.
  • the radiation electrode 10 radiates within a predetermined area by rotating around the upper surface 7A along the outer periphery 7F of the dielectric block 7 from the short-circuited end 10B as the portion 10C on the upper surface 7A: LOF.
  • the physical length of the electrode 10 can be secured efficiently.
  • the open end 10A where the potential at the radiation electrode 10 is higher than that of the other part is close to the short-circuited end 10B at which the ground potential is established, and is coupled with a capacitance.
  • This capacitance functions as a loading capacitance that produces an effect of substantially shortening the wavelength of the high-frequency signal of the radiation electrode 10.
  • the physical length of the radiation electrode 10 can be shortened by the shorter wavelength, the chip antenna 6 can be further miniaturized, and the antenna device can be miniaturized.
  • the width W2 of the open end 10A of the radiation electrode 10 is set wider than the width W1 of the short-circuited end 10B.
  • the area near the open end 10A having high radiation efficiency can be increased, and the chip antenna 6 can be used in a wide band.
  • the impedance of the short-circuited end 10B force of the radiation electrode 10 also changes in the path from the portion 10C to 10F and the open end 10A. This change in impedance has the effect of shortening the wavelength of the high-frequency signal, and the chip antenna 6 can be further miniaturized.
  • the antenna device according to the present invention can improve the radiation characteristics and can be miniaturized, it is particularly useful for mobile communication devices such as mobile phones.

Landscapes

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  • Details Of Aerials (AREA)
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Abstract

 アンテナ装置は、端を有する地板と、地板上に実装されたアンテナとを備える。アンテナは、上面と下面と側面とを有する誘電体ブロックと、上面上に設けられた放射電極と、側面上に設けられた短絡電極とを含む。放射電極は、短絡電極に接続された短絡端と、短絡端から誘電体ブロックの上面の外周に沿って延びる部分とを有する。その部分は誘電体ブロックの辺に位置する開放端を有する。誘電体ブロックのその側面は地板の端と略面一である。このアンテナ装置はチップアンテナの放射特性を向上させ、通信装置を小型にできる。

Description

明 細 書
アンテナ装置
技術分野
[0001] 本発明は、チップアンテナを用いたアンテナ装置に関する。
背景技術
[0002] 図 4は携帯電話などの小型通信機器に用いられる従来のチップアンテナの斜視図 である。そのチップアンテナは、誘電体ブロック 1と、誘電体ブロック 1の外周表面に 形成された給電電極 2と、誘電体ブロック 1の外周表面に形成された螺旋状の放射電 極 3Aとを備える。
[0003] 図 4に示すチップアンテナで、放射電極 3Aが実装面となる下面にも形成され、放 射電極 3Aが回路基板上に存在し、この構造により放射特性が劣化する。さらに、チ ップアンテナを実装する回路基板のチップアンテナを実装する部分に地板を形成で きないので、この回路基板の他の部品の実装可能部分を狭くして通信機器の小型化 を困難にする。
発明の開示
[0004] アンテナ装置は、端を有する地板と、地板上に実装されたアンテナとを備える。アン テナは、上面と下面と側面とを有する誘電体ブロックと、上面上に設けられた放射電 極と、側面上に設けられた短絡電極とを含む。放射電極は、短絡電極に接続された 短絡端と、短絡端から誘電体ブロックの上面の外周に沿って延びる部分とを有する。 その部分は誘電体ブロックの辺に位置する開放端を有する。誘電体ブロックのその 側面は地板の端と略面一である。
[0005] このアンテナ装置はチップアンテナの放射特性を向上させ、通信装置を小型にで きる。
図面の簡単な説明
[0006] [図 1]図 1は本発明の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図である。
[図 2]図 2は実施の形態によるアンテナ装置のチップアンテナの斜視図である。
[図 3]図 3は図 1に示すアンテナ装置の線 3— 3における断面図である。 [図 4]図 4は従来のチップアンテナの斜視図である。
符号の説明
[0007] 5 地板
5A 地板の端
6 チップアンテナ
7 誘電体ブロック
7A 誘電体ブロックの上面
7F 誘電体ブロックの外周
7G 誘電体ブロックの辺(第 1の辺)
7H 誘電体ブロックの辺(第 3の辺)
7J 誘電体ブロックの辺(第 2の辺)
7K 誘電体ブロックの辺(第 4の辺)
8 給電電極
9 短絡電極
9A 短絡電極の端 (第 1の端)
9B 短絡電極の端 (第 2の端)
10 放射電極
10A 開放端
10B 短絡端
10C 放射電極の部分 (第 3の部分)
10D 放射電極の部分 (第 1の部分)
10E 放射電極の部分 (第 4の部分)
10F 放射電極の部分 (第 2の部分)
発明を実施するための最良の形態
[0008] 図 1は本発明の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図である。このアンテナ装置 は、携帯電話などの通信機器に収納されている回路基板 4上に設けられてグランドを 形成する地板 5と、地板 5上に実装されたチップアンテナ 6とを備える。
[0009] 図 2はチップアンテナ 6の斜視図である。チップアンテナ 6はセラミックゃ榭脂等の 誘電体材料よりなる誘電体ブロック 7を備える。誘電体ブロック 7の表面上に、給電電 極 8と短絡電極 9と放射電極 10とが形成されて 、る。帯状の短絡電極 9は端 9Aと端 9 Bとを有し、端 9Aは地板 5に接続されている。放射電極 10は開放端 10Aと短絡端 10 Bを有し、短絡端 10Bは短絡電極 9の端 9Bに接続されている。このように、チップアン テナ 6は逆 Fアンテナの構造を有する。放射電極 10と短絡電極 9の電気長の和は λ /4 ( λは使用周波数の波長)に設定されている。給電電極 8が放射電極 10の短絡 端 10Bに電気的に接続され、放射電極 10に上記使用周波数の高周波信号を供給 し、また、放射電極 10から上記使用周波数の高周波信号を取り出す。
[0010] 誘電体ブロック 7は矩形状を有し、上面 7Αと、上面 7Αの反対側の下面 7Βと、側面 7Cと、辺 7Dで側面 7Cと接続されている側面 7Εとを有する。上面 7Αは外周 7Fを有 する。外周 7Fは、辺 7Gと、辺 7Ηと、辺 7Gに対向する辺 7Jと、辺 7Ηに対向する辺 7 Κよりなる。辺 7Η、 7Κは共に辺 7Gと辺 7Jとに接続されている。辺 7Gは上面 7Αと側 面 7Cとを接続する。辺 7Ηは上面 7Αと側面 7Εとを接続する。帯状の短絡電極 9は側 面 7C上で辺 7Dに沿って設けられている。短絡電極 9に平行に面 7C上に帯状の給 電電極 8が設けられて!/、る。放射電極 10の短絡端 10Bは短絡電極 9の端 9Βと辺 7G で接続されている。放射電極 10は、 4つの部分 10C〜: LOFを有する。部分 10Cは短 絡端 10B力 辺 7Ηに沿って延びる。部分 10Dは部分 10C力 辺 7Jに沿って延びる 。部分 10Eは部分 10D力も辺 7Κに沿って延びる。部分 10Fは部分 10E力も辺 7Gに 沿って延びる。すなわち、放射電極 10は短絡端 10Bから上面 7Αの外周 7Fに沿って ほぼ一周する。部分 10Fの端は辺 7Gに位置して開放されており、開放端 10Aとなる
[0011] 図 1に示すように、誘電体ブロック 7の下面 7Βを地板 5に当接させて、アンテナチッ プ 6は地板 5上に実装されている。誘電体ブロック 7の側面 7Cが地板 5の端部 5Αと 略面一である。このように実装することで、アンテナ装置の放射特性を向上でき、アン テナ装置の小型化を図ることができる。
[0012] このアンテナ装置を備えた通信機器は筐体を有し、回路基板 4はその筐体内の所 定の領域に配置され、地板 5を配置できる領域は限られている。このアンテナ装置は 誘電体ブロック 7の下にも地板 5を配置できるので、地板 5のチップアンテナ 6が搭載 されていない部分上に他の部材を搭載できる。すなわち、地板 5が配置できる限られ た領域内で大きな面積を確保できる。これにより通信機器を小型化できる。
[0013] 図 3は図 1に示すアンテナ装置の線 3— 3における断面図であり、アンテナ装置の 放射特性を示す。誘電体ブロック 7の側面 7Cは、放射電極 10における電位が高い 開放端 10Aとアース電位を形成する地板 5とに挟まれており、チップアンテナ 6の放 射特性を決定する電界を発生させる主要部分である。側面 7Cは放射電極 10の開放 端 10Aと略面一であり近接している。誘電体ブロック 7の側面 7Cに地板 5の端部 5A を近接させることで、チップアンテナ 6から放射された電界 11が地板 5の影響を受け 難くなる。地板 5が誘電体ブロック 7の側面 7C力 突出している終端 5Bを有する場合 は、チップアンテナ 6から放射された電界 12が突出する地板 5に引き寄せられ、アン テナ装置の放射効率が劣化する。誘電体ブロック 7の側面 7Cに地板 5の端 5Aを近 接させる。図 3では、端 5Aを側面 7C力 突出させず、側面 7Cは地板 5の端 5Aと略 面一である。この構造により、チップアンテナ 6の放射効率を高めることができる。
[0014] 放射電極 10が短絡端 10Bを基点として誘電体ブロック 7の上面 7Aの外周 7Fに沿 つて上面 7A上で部分 10C〜: LOFとして周回していることで、所定の面積の中で放射 電極 10の物理長を効率よく確保できる。また、開放端 10Aでは放射電極 10における 電位が他の部分より高ぐ開放端 10Aがアース電位となる短絡端 10Bと近接して静 電容量を有して結合する。この静電容量は放射電極 10の高周波信号の波長を実質 的に短くする効果を生むローデイング容量として機能する。波長が短くなつた分だけ 放射電極 10の物理長を短縮でき、チップアンテナ 6をさらに小型化でき、アンテナ装 置を小型化できる。
[0015] 図 2に示すように、放射電極 10の開放端 10Aの幅 W2は短絡端 10Bの幅 W1より広 く設定されている。これにより、放射効率の高い開放端 10A付近の面積を大きくでき 、チップアンテナ 6を広帯域で使用できる。幅 Wl、 W2の差により放射電極 10の短絡 端 10B力も部分 10C〜10F、開放端 10Aに至る経路においてインピーダンスが変化 する。このインピーダンスの変化により高周波信号の波長を短くする効果が生じ、チッ プアンテナ 6をさらに小型化できる。
産業上の利用可能性 本発明に係るアンテナ装置は放射特性を向上させかつ小型化できるので、特に携 帯電話などの移動体通信機器に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 端を有する地板と、
外周を有する上面と、前記上面の反対側の下面と、前記上面と前記下面とに接 続された側面とを有する誘電体ブロックと、
前記上面上に設けられた放射電極と、
前記側面上に設けられ、前記地板に接続された第 1の端と前記放射電極に接 続された第 2の端とを有する短絡電極と、
前記側面上に設けられ、前記放射電極と接続された給電電極と、 を含み、前記誘電体ブロックの前記下面が前記地板と当接するように前記地板上に 実装されたアンテナと、
を備え、
前記誘電体ブロックの前記上面の前記外周は、前記上面と前記側面とを接続する第 1の辺を含み、
前記放射電極は、
前記短絡電極の前記第 2端に接続された短絡端と、
前記短絡端から前記誘電体ブロックの前記上面の前記外周に沿って延び、前 記誘電体ブロックの前記第 1の辺に位置する開放端を有する部分と、
を有し、
前記誘電体ブロックの前記側面は前記地板の前記端と略面一である、アンテナ装置
[2] 前記放射電極の前記開放端の幅は前記短絡端の幅より大きく設定された、請求項 1 に記載のアンテナ装置。
[3] 前記誘電体ブロックの前記上面の前記外周は前記第 1の辺に対向する第 2の辺を有 し、
前記放射電極は、前記第 2の辺に沿って延びる第 1の部分と、前記第 1の辺に沿って 延びる第 2の部分とを有する、請求項 1に記載のアンテナ装置。
[4] 前記誘電体ブロックの前記上面の前記外周は、前記第 1の辺と前記第 2の辺とに接 続された第 3の辺と、前記第 1の辺と前記第 2の辺とに接続されて前記第 3の辺に対 向する第 4の辺とを有し、
前記放射電極は、前記短絡端から前記第 3の辺に沿って延びる第 3の部分と、前記 第 4の辺に沿って延びる第 4の部分とをさらに有し、
前記第 1の部分は前記第 3の部分から前記第 4の部分まで延び、
前記第 2の部分の部分は前記第 4の部分力 延びる、請求項 3に記載のアンテナ装 置。
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