(57)【要約】  誘電材料の基板（１００）と、前記基板内に設けられる前記基板の誘電率とは異なる誘電率を有する第１の異誘電率領域（１０２ａ）と、前記基板の表面に設けられる第１のアンテナ素子（１０１ａ）とを有することを特徴とするアンテナが提供される。また、誘電材料の基板（１００）と、前記基板の表面に設けられるＵ字形形状の第１のアンテナ素子（１０１ａ）とを有することを特徴とするアンテナが提供される。
2008099444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電材料の基板と、
前記基板内に設けられる前記基板の誘電率とは異なる誘電率を有する第１の異誘電率領域と、
前記基板の表面に設けられる第１のアンテナ素子と
を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記第１の異誘電率領域は、前記基板内の貫通孔であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１の異誘電率領域は、前記基板内を貫通する領域内に前記異なる誘電率の材料が設けられていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１の異誘電率領域は、前記第１のアンテナ素子に隣接して設けられることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１のアンテナ素子は、Ｕ字形形状であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１のアンテナ素子は、その端部にインピーダンス整合のための折り返しパターンを有することを特徴とする請求項５記載のアンテナ。
【請求項７】
さらに、前記基板の裏面に設けられる第２のアンテナ素子を有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１及び第２のアンテナ素子は、前記基板を介して投影される領域が相互に重なる領域と重ならない領域とを有することを特徴とする請求項７記載のアンテナ。
【請求項９】
前記相互に重なる領域において、前記第１のアンテナ素子は、前記第２のアンテナ素子よりも幅が狭いことを特徴とする請求項８記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記第１のアンテナ素子は通信回路に接続され、前記第２のアンテナ素子はグランドに接続されることを特徴とする請求項７記載のアンテナ。
【請求項１１】
さらに、前記基板の表面及び裏面に設けられるグランド領域を有し、
前記第２のアンテナ素子は、前記グランド領域に接続されることを特徴とする請求項１０記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記第１及び第２のアンテナ素子は、前記基板を介して投影される領域が相互に重なる領域と重ならない領域とを有し、
前記相互に重なる領域の第１のアンテナ素子に前記通信回路との接続点が設けられることを特徴とする請求項１０記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記第１のアンテナ素子の一方の端部に前記通信回路との接続点が設けられることを特徴とする請求項１２記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記第１のアンテナ素子は、その他方の端部にインピーダンス整合のための折り返しパターンを有することを特徴とする請求項１３記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記第２のアンテナ素子は、その端部にインピーダンス整合のための折り返しパターンを有することを特徴とする請求項１４記載のアンテナ。
【請求項１６】
前記第１の異誘電率領域は、前記第１のアンテナ素子のＵ字の中に設けられることを特徴とする請求項５記載のアンテナ。
【請求項１７】
さらに、前記基板内に設けられる前記基板の誘電率とは異なる誘電率を有する第２の異誘電率領域を有し、
前記第１の異誘電率領域は前記第１のアンテナ素子に隣接して設けられ、前記第２の異誘電率領域は前記第２のアンテナ素子に隣接して設けられることを特徴とする請求項７記載のアンテナ。
【請求項１８】
誘電材料の基板と、
前記基板の表面に設けられるＵ字形形状の第１のアンテナ素子と
を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項１９】
さらに、前記基板の裏面に設けられるＵ字形形状の第２のアンテナ素子を有することを特徴とする請求項１８載のアンテナ。
【請求項２０】
前記第１及び第２のアンテナ素子は、前記基板を介して投影される領域が相互に重なる領域と重ならない領域とを有することを特徴とする請求項１９記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信需要の拡大に伴い携帯電話等の小型無線機器が広く実用化されている。小型無線機器の多くは筐体内にアンテナを内蔵している。内蔵アンテナには、小型化及び軽量性に適し、且つ、低コスト、性能に優れている事が要求される。また、日常生活において、人が無線機器を直接触れた際の影響、或いは無線機器近傍における導体の影響により、放射特性への影響が大きく、性能が左右される。そのため、外的影響による特性変化の少ないアンテナの要求が高まっている。【０００３】
従来の主なアンテナの種類では、アンテナサイズを小さくすると、アンテナ利得がとれないので、アンテナを小さくできなかった。また、アンテナ自体が持つ共振周波数も帯域幅が狭いため、外的影響によって共振周波数が変わることにより、電圧定在波比が悪化し、電池の消費量を上げてしまい、無駄に電池を消耗させる、などの現象が見られた。また、小型無線機器を組み込む筐体の影響により、放射パターンに影響を受けるため、アンテナ設計が非常に困難であった。【０００４】
また、アンテナサイズの小型化が容易であり、アンテナを無線機器筐体等に取付けた際に、アンテナの放射特性が、取付けられる筐体によって性能が変らない状態を確保出来るアンテナが求められている。さらに、人体の影響或いはアンテナ周辺に置かれた導体の影響により、共振周波数の変化や電圧定在波比の変化が生じないアンテナを実現する事が課題である。【０００５】
下記の特許文献１には、占有スペースが小さく小型化に適したプリント型クロスダイポールアンテナが記載されている。また、下記の特許文献２には、移動通信における基地局アンテナ装置に用いられ、２共振特性が得られ、しかも小形であり、簡易な構造であり、かつ製造が容易なアンテナ装置が記載されている。また、下記の特許文献３には、複数周波数帯を共用し、そのうちの特定周波数帯について広帯域化されるダイポールアンテナ装置が記載されている。【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１６８６３７号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９４２９号公報
【特許文献３】特開２０００−２７８０２５号公報
【発明の開示】
【０００７】
本発明の目的は、共振周波数帯域幅を広くすることができるアンテナを提供することである。
【０００８】
本発明のアンテナは、誘電材料の基板と、前記基板内に設けられる前記基板の誘電率とは異なる誘電率を有する第１の異誘電率領域と、前記基板の表面に設けられる第１のアンテナ素子とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のアンテナは、誘電材料の基板と、前記基板の表面に設けられるＵ字形形状の第１のアンテナ素子とを有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、基板を透視した基板の表面及び裏面を示す図である。
【図２】図２は、基板の表面を示す図である。
【図３】図３は、基板の裏面を示す図である。
【図４】図４は、アンテナ素子の詳細を説明するための図である。
【図５】図５は、基板の表面の第１のアンテナ素子及び裏面の第２のアンテナ素子を示す斜視図である。
【図６】図６は、第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子が相互に重なる領域の断面図である。
【図７】図７は、本実施形態によるアンテナの測定結果を示すグラフである。
【図８】図８は、本実施形態によるアンテナの測定結果を示すスミスチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１〜図３は、本発明の実施形態によるダイポールアンテナの構成例を示す図であり、それぞれ同一方向から見た図である。図２は基板１００の表面を示す図であり、図３は基板１００の裏面を示す図であり、図１は基板１００を透視した基板１００の表面及び裏面を示す図である。【００１２】
本実施形態のアンテナは、携帯電話機、コードレス電話機、ワイヤレス無線通信ＰＣ（パーソナルコンピュータ）カード、ＵＳＢデータ通信無線機器、ＲＦ−ＩＤ等の小型無線機器等に用いられる。【００１３】
基板１００は、誘電材質の基板であり、例えばガラスエポキシの基板（ＦＲ４）である。基板１００は、高誘電体の基板が好ましい。基板１００は、２個の貫通孔１０２ａ及び１０２ｂを有する。貫通孔１０２ａ及び１０２ｂは、長穴形状を有する。【００１４】
図２を参照しながら、基板１００の表面パターンを説明する。基板１００の表面には、銅箔の第１のアンテナ素子１０１ａ及びグランド領域１０３が設けられる。第１のアンテナ素子１０１ａは、Ｕ字形形状を有する。【００１５】
次に、図３を参照しながら、基板１００の裏面パターンを説明する。基板１００の裏面には、銅箔の第２のアンテナ素子１０１ｂ及びグランド領域１０３が設けられる。第２のアンテナ素子１０１ｂは、Ｕ字形形状を有する。【００１６】
基板１００の表面及び裏面のグランド領域１０３は、グランド領域１０３内の貫通穴を介して、相互に接続される。貫通穴１０２ａは第１のアンテナ素子１０１ａのＵ字の中に設けられ、貫通穴１０２ｂは第２のアンテナ素子１０１ｂのＵ字の中に設けられる。【００１７】
第１のアンテナ素子１０１ａの端部は、スイッチ２０１を介して、通信回路２０２又は２０３に接続される。通信回路２０２は受信回路であり、通信回路２０３は送信回路である。第１のアンテナ素子１０１ａは、送信回路２０３から給電される給電アンテナ素子である。基板１００の裏面では、第２のアンテナ素子１０１ｂの端部は、グランド領域１０３に接続される。第２のアンテナ素子１０１ｂは、無給電アンテナ素子である。【００１８】
図４は、図１に対応し、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂの詳細を説明するための図である。第１のアンテナ素子１０１ａは、電波放射用アンテナ領域４０１ａ及びインピーダンス整合用アンテナ領域４０２ａを有する。第２のアンテナ素子１０１ｂは、電波放射用アンテナ領域４０１ｂ及びインピーダンス整合用アンテナ領域４０２ｂを有する。電波放射用アンテナ領域４０１ａ及び４０１ｂは、電波放射に寄与する領域である。インピーダンス整合用アンテナ領域４０２ａ及び４０２ｂは、インピーダンス整合に寄与する領域である。送信回路２０３の出力端は、５０Ωで整合されている。アンテナの試作段階において、インピーダンス整合用アンテナ領域４０２ａ及び４０２ｂの長さを調整することにより、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂのインピーダンスを５０Ωにして整合をとる。インピーダンス整合により、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂは送信回路２０３からの送信波の反射を防止することができる。【００１９】
第１のアンテナ素子１０１ａ及び第２のアンテナ素子１０１ｂは、基板１００を介して投影される領域が相互に重なる領域４０３とそれ以外の重ならない領域とを有する。領域４０３は、アンテナとして機能しない領域である。領域４０３とそれ以外の領域との境界位置を調整することにより、アンテナとして動作する周波数帯域を調整することができる。【００２０】
図５は、基板１００の表面の第１のアンテナ素子１０１ａ及び裏面の第２のアンテナ素子１０１ｂを示す斜視図である。第１のアンテナ素子１０１ａ及び第２のアンテナ素子１０１ｂは、線５０１を中心として、基板１００を介して投影される領域が相互に重なる領域４０３を有する。【００２１】
図６は、第１のアンテナ素子１０１ａ及び第２のアンテナ素子１０１ｂが相互に重なる領域４０３の断面図である。第１のアンテナ素子１０１ａは基板１００の表面に設けられ、第２のアンテナ素子１０１ｂは基板１００の裏面に設けられる。第１のアンテナ素子１０１ａ及び第２のアンテナ素子１０１ｂは、基板１００を挟むように設けられるコプレーナ構造を有する。これにより、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂを短くすることができ、アンテナを小型化することができる。なお、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂの長さは、共振周波数の波長により決まる。相互に重なる領域４０３において、第１のアンテナ素子１０１ａは、第２のアンテナ素子１０１ｂよりも幅が狭い。これにより、電波６０１の放射を防ぐことができる。【００２２】
相互に重なる領域４０３の第１のアンテナ素子１０１ａに図２の通信回路２０２又は２０３との接続点が設けられる。すなわち、第１のアンテナ素子１０１ａは、その一方の端部に通信回路２０２又は２０３との接続点が設けられ、その他方の端部にインピーダンス整合のための折り返しパターンとしてインピーダンス整合用アンテナ領域４０２ａを有する。【００２３】
同様に、第２のアンテナ素子１０１ｂは、その一方の端部に図３のグランド領域１０３との接続点が設けられ、その他方の端部にインピーダンス整合のための折り返しパターンとしてインピーダンス整合用アンテナ領域４０２ｂを有する。【００２４】
インピーダンス整合用アンテナ領域４０２ａ及び４０２ｂは、上記の相互に重ならない領域の端部に設けられる。【００２５】
本実施形態によれば、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂを誘電材質基板１００の表面及び裏面に配置することにより、誘電材質基板１００の誘電率により信号の電気長が短縮される。これにより、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂを短くし、アンテナを小型化することができる。また、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂを曲げてＵ字形形状にすることにより、アンテナ自体が持つ共振周波数帯域を広げることができる。【００２６】
また、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂの開放端側を内側に曲げてインピーダンス整合用アンテナ領域４０２ａ及び４０２ｂを設ける。インピーダンス整合用アンテナ領域４０２ａ及び４０２ｂは、インピーダンス整合に寄与する領域となる。アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂは、インピーダンス整合に寄与する領域４０２ａ，４０２ｂと電波放射に寄与する領域４０１ａ，４０１ｂとに分離することができる。【００２７】
また、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂに隣接して長穴形状の貫通穴１２０ａ及び１０２ｂを設置することにより、誘電率の不連続性が発生する。ガラスエポキシ基板１０１の誘電率εｒは４．８であり、貫通穴１０２ａ及び１０２ｂに存在する空気の誘電率εｒは１である。この誘電率の不連続性により、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂが高周波数的に独立した単体として存在することによって、アンテナの共振周波数の帯域幅を広げることができる。これにより、アンテナが組込まれる無線機器の筐体の影響、近傍に配置された導体影響、又は人体が触れたときの影響による電波放射特性の影響を受けにくくすることができる。【００２８】
図７及び図８は、本実施形態によるアンテナの共振周波数帯域幅の測定結果を示す図である。図７は周波数及び電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の関係を示すグラフであり、図８はスミスチャートである。【００２９】
測定試験では、周波数を１．４５［ＧＨｚ］から２．９５［ＧＨｚ］まで変化させて、図７の電圧定在波比及び図８のインピーダンスを測定した。電圧定在波比が１であるときには、インピーダンス整合がとれているので、アンテナのインピーダンスが５０Ωになる。図８のスミスチャートの中心（真中）が５０Ωを示す。電圧定在波比が２以下であれば、良好なアンテナ特性であると言える。電圧定在波比が２以下の周波数帯幅は、１．８４〜２．７１［ＧＨｚ］である。その使用可能周波数帯域幅を比帯域幅という。比帯域幅は、次式で表される。【００３０】
ｆ＝（２．７１−１．８４）／｛１．８４＋（２．７１−１．８４）／２｝×１００      ≒３８％【００３１】
なお、図１において、貫通孔１０２ａ及び１０２ｂがなく、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂが直線形状であるアンテナの第１の比較例について同様の測定を行った結果、比帯域幅は２５％であった。【００３２】
また、図１において、貫通孔１０２ａ及び１０２ｂがなく、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂがＵ字形形状であるアンテナの第２の比較例について同様の測定を行った結果、比帯域幅は３０％であった。アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂをＵ字形形状にすることにより、第１の比較例に比べ、比帯域幅を広くすることができる。【００３３】
また、上記の本実施形態のように、貫通孔１０２ａ及び１０２ｂを設け、アンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂをＵ字形形状であるアンテナについて測定を行った結果、被帯域ｆは３８％であった。貫通孔１０２ａ及び１０２ｂを設けることにより、第２の比較例に比べ、比帯域幅をさらに広くすることができる。本実施形態は、第１の比較例に比べ、比帯域幅を１３％以上広くすることができる。【００３４】
なお、貫通孔１０２ａ及び１０２ｂは、基板１００の誘電率の不連続性を発生させるためのものであるので、貫通孔１０２ａ及び１０２ｂには基板１００の誘電率とは異なる誘電率を有する材料を設けてもよい。【００３５】
すなわち、領域１０２ａ及び１０２ｂは、基板１００内に設けられる基板１００の誘電率とは異なる誘電率を有する異誘電率領域であればよい。異誘電率領域１０２ａ及び１０２ｂは、上記実施形態のように、基板１００内の貫通孔であってもよい。また、異誘電率領域１０２ａ及び１０２ｂは、基板１００内を貫通する領域内に前記異なる誘電率の材料が設けられているものでもよい。前記異なる誘電率の材料は、例えばポリテトラフルオロエチレン（誘電率εｒ＝１８．６〜６８．４）、ＡＢＳ（アクリル−ブタジエン−スチロール）樹脂（誘電率εｒ≒３．０）、又はビニール（誘電率εｒ≒２．０）等である。【００３６】
異誘電率領域１０２ａ及び１０２ｂは、Ｕ字形形状である場合を例に説明したが、これに限定されず、Ｌ字形形状等であってもよい。第１の異誘電率領域１０２ａは、第１のアンテナ素子１０１ａに隣接して設けられ、第２の異誘電率領域１０２ｂは、第２のアンテナ素子１０１ｂに隣接して設けられる。【００３７】
本実施形態によれば、異誘電率領域１０２ａ及び１０２ｂを設け、及び／又はアンテナ素子１０１ａ及び１０１ｂをＵ字形形状にすることにより、共振周波数帯域を広くすることができ、外的影響による電波放射特性の変化を低減することができる。【００３８】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
共振周波数帯域を広くすることができ、外的影響による電波放射特性の変化を低減することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月31日(2009.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電材料の基板と、
前記基板内に設けられる前記基板の誘電率とは異なる誘電率を有する第１の異誘電率領域と、
前記基板の表面に設けられる第１のアンテナ素子と
を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記第１の異誘電率領域は、前記基板内の貫通孔であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１の異誘電率領域は、前記基板内を貫通する領域内に前記異なる誘電率の材料が設けられていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１の異誘電率領域は、前記第１のアンテナ素子に隣接して設けられることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１のアンテナ素子は、Ｕ字形形状であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項６】
さらに、前記基板の裏面に設けられる第２のアンテナ素子を有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項７】
前記第１及び第２のアンテナ素子は、前記基板を介して投影される領域が相互に重なる領域と重ならない領域とを有することを特徴とする請求項６記載のアンテナ。
【請求項８】
誘電材料の基板と、
前記基板の表面に設けられるＵ字形形状の第１のアンテナ素子と
を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項９】
さらに、前記基板の裏面に設けられるＵ字形形状の第２のアンテナ素子を有することを特徴とする請求項８載のアンテナ。
【請求項１０】
前記第１及び第２のアンテナ素子は、前記基板を介して投影される領域が相互に重なる領域と重ならない領域とを有することを特徴とする請求項９記載のアンテナ。
【国際調査報告】
2008099444.tif 000011
2008099444.tif 000012
2008099444.tif 000013
2008099444.tif 000014