(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子と、前記アンテナ素子が実装されたプリント基板とを備え、
前記プリント基板は、無線通信機器を構成するための回路又は部品が実装され、グランドパターンが含まれる主回路領域と、前記アンテナ素子が実装されるアンテナ実装領域と、前記主回路領域から前記アンテナ実装領域内に引き込まれた給電ラインとを有し、
前記アンテナ素子は、誘電体からなる基体と、前記基体の内部に形成されたインピーダンス整合回路とを備え、
前記インピーダンス整合回路は、前記給電ラインに並列接続された第１のキャパシタと、前記給電ラインに直列接続された第２のキャパシタを含み、前記第１及び第２のキャパシタは垂直方向及び水平方向に対して互いに重ならないように配置されており、
前記アンテナ素子は、前記プリント基板上の前記グランドパターンと協働してアンテナ動作を行うことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナ素子は、前記基体の内部に形成された第１乃至第５のスルーホール導体をさらに備え、
前記第１のキャパシタの一端は、前記第１のスルーホール導体を経由して前記プリント基板上の給電ラインに接続されており、
前記第１のキャパシタの他端は、前記第２のスルーホール導体を経由して接地電位に接続されており、
前記第２のキャパシタの一端は、前記第３のスルーホール導体を経由して第１のキャパシタの一端に接続されると共に、前記第４のスルーホール導体を経由して接地電位に接続されており、
前記第２のキャパシタの他端は前記第５のスルーホール導体を経由して接地電位に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子は、前記第１のキャパシタの一端に接続された引き出し部をさらに備え、
前記引き出し部の先端は前記第２のキャパシタと平面視にて重なる位置まで延びており、
前記第２のキャパシタの一端は、前記第３のスルーホール導体及び前記引き出し部を経由して第１のキャパシタの一端に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナ素子は、前記基体の底面に形成された第１乃至第３の端子電極をさらに備え、
前記第１のキャパシタの一端は、前記第１のスルーホール導体及び前記第１の端子電極を経由して前記プリント基板上の給電ラインに接続されており、前記第１のキャパシタの他端は第２のスルーホール導体及び前記第２の端子電極を経由して接地電位に接続されており、
前記第２のキャパシタの一端は、前記第３のスルーホール導体を経由して第１のキャパシタの一端に接続されると共に、前記第４のスルーホール導体及び前記第２の端子電極を経由して接地電位に接続されており、前記第２のキャパシタの他端は前記第５のスルーホール導体及び前記第３の端子電極を経由して接地電位に接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記プリント基板は、前記アンテナ実装領域内に設けられた第１乃至第３のランドをさらに備え、
前記第１のランドは前記プリント基板上の前記給電ラインに接続されており、
前記第２及び第３のランドは前記プリント基板上の前記グランドパターンに接続されており、
前記アンテナ素子の前記第１乃至第３の端子電極は、前記第１乃至第３のランドにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記アンテナ実装領域は、一辺がプリント基板のエッジに接し、残りの辺が前記グランドパターンのエッジに囲まれた領域であり、
前記グランドパターンの前記エッジは、互いに向かい合う第１及び第２のエッジを含み、
前記第１のキャパシタの他端は前記第１のエッジに接続されており、
前記第２のキャパシタの他端は前記第２のエッジに接続されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記基体の材料が低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記基体は、所定の誘電率を有する第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層よりも低い誘電率を有する第２の誘電体層を有し、前記第２の誘電体層は、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとの間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のアンテナ装置と、前記アンテナ装置の前記アンテナ素子に接続された無線回路部と、少なくとも前記無線回路部を制御する通信制御部とを備え、前記無線回路部及び前記通信制御部は、前記プリント基板の前記主回路領域に設けられていることを特徴とする無線通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、プリント基板上に実装されて使用される積層構造の表面実装アンテナに関するものである。また、本発明は、そのようなアンテナ装置を用いた高性能な無線通信機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アンテナを広帯域化或いはマルチバンド化する技術として、無給電素子を用いる方法や放射素子を分岐させる方法が知られている（特許文献１、２参照）。しかし、これらの方法ではアンテナの体積が増えるため小型化が難しいという問題がある。
【０００３】
また、複数のチップインダクタやチップキャパシタで構成されたインピーダンス整合回路を用いることによって広帯域化又はマルチバンド化を図る技術も知られている。しかし、この技術もプリント基板上において実装面積が大きくなりやすく、多数のチップ部品を使用することによりコストが増加するという問題がある。この問題を解決するため、インダクタ及びキャパシタをワンパッケージ化した積層構造のインピーダンス整合回路及びこのインピーダンス整合回路と放射素子とをさらにワンパッケージ化したアンテナが提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０２２４２１号公報
【特許文献２】特開２００３−２１８６２３号公報
【特許文献３】特開２００４−３３６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、積層構造のインピーダンス整合回路又はアンテナにおいては、インダクタ及びキャパシタは複数存在し且つ近接しているため、それらが互いに干渉し合い、アンテナ損失やアンテナ特性の製造上のばらつきを生じさせるという問題がある。また、たとえ放射素子とインピーダンス整合回路とのワンパッケージ化が可能であったとしても、放射素子自身を小型化しない限り、チップアンテナ全体を小型化することは難しい。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、インピーダンス整合回路として機能するアンテナ素子を用いてプリント基板全体をアンテナとして動作させると共に、アンテナ損失やアンテナ特性のばらつきを低減することが可能なアンテナ装置を提供することにある。また、本発明は、そのようなアンテナ装置を用いた高性能な無線通信機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置は、アンテナ素子と、前記アンテナ素子が実装されたプリント基板とを備え、前記プリント基板は、グランドパターンが含まれる主回路領域と、前記グランドパターンが実質的に排除されたアンテナ実装領域と、前記主回路領域から前記アンテナ実装領域内に引き込まれた給電ラインとを有し、前記アンテナ素子は、誘電体からなる基体と、前記基体の内部に形成されたインピーダンス整合回路とを備え、前記インピーダンス整合回路は、前記給電ラインに並列接続された第１のキャパシタと、前記給電ラインに直列接続された第２のキャパシタを含み、前記第１及び第２のキャパシタは垂直方向及び水平方向に対して互いに重ならないように配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、インピーダンス整合用の第１のキャパシタＣ１と、共振周波数調整用の第２のキャパシタＣ２とを内蔵し、キャパシタＣ１，Ｃ２間の浮遊容量が低減されたアンテナ装置を提供することができる。
【０００９】
本発明において、前記アンテナ素子は、前記基体の内部に形成された第１乃至第５のスルーホール導体をさらに備え、前記第１のキャパシタの一端は、前記第１のスルーホール導体を経由して前記プリント基板上の給電ラインに接続されており、前記第１のキャパシタの他端は第２のスルーホール導体を経由して接地電位に接続されており、前記第２のキャパシタの一端は、前記第３のスルーホール導体を経由して第１のキャパシタの一端に接続されると共に、前記第４のスルーホール導体を経由して接地電位に接続されており、前記第２のキャパシタの他端は前記第５のスルーホール導体を経由して接地電位に接続されていることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、第３のスルーホール導体をインピーダンス整合用の第１のインダクタＬ１として機能させることができ、また第３のスルーホール導体をインピーダンス整合用の第２のインダクタＬ２として機能させることができ、インピーダンス整合回路を内蔵した小型で高性能なアンテナ素子を実現することができる。
【００１１】
本発明において、前記アンテナ素子は、前記第１のキャパシタの一端に接続された引き出し部をさらに備え、前記引き出し部の先端は前記第２のキャパシタと平面視にて重なる位置まで延びており、前記第２のキャパシタの一端は、前記第３のスルーホール導体及び前記引き出し部を経由して第１のキャパシタの一端に接続されていることが好ましい。この構成によれば、給電ラインと第２のキャパシタとの接続を確実に取ることができると共に、第３のスルーホール導体と共に引き出し部をインピーダンス整合用の第１のインダクタンスＬ１として機能させることができ、インピーダンス整合回路を内蔵した小型で高性能なアンテナ素子を実現することができる。
【００１２】
本発明において、前記アンテナ素子は、前記基体の底面に形成された第１乃至第３の端子電極をさらに備え、前記第１のキャパシタの一端は、前記第１のスルーホール導体及び前記第１の端子電極を経由して前記プリント基板上の給電ラインに接続されており、前記第１のキャパシタの他端は第２のスルーホール導体及び前記第２の端子電極を経由して接地電位に接続されており、前記第２のキャパシタの一端は、前記第３のスルーホール導体を経由して第１のキャパシタの一端に接続されると共に、前記第４のスルーホール導体及び前記第２の端子電極を経由して接地電位に接続されており、前記第２のキャパシタの他端は前記第５のスルーホール導体及び前記第３の端子電極を経由して接地電位に接続されていることが好ましい。この構成によれば、プリント基板上にアンテナ素子を容易に実装することができる。
【００１３】
本発明において、前記プリント基板は、前記アンテナ実装領域内に設けられた第１乃至第３のランドをさらに備え、前記第１のランドは前記プリント基板上の前記給電ラインに接続されており、前記第２及び第３のランドは前記プリント基板上の前記グランドパターンに接続されており、前記アンテナ素子の前記第１乃至第３の端子電極は、前記第１乃至第３のランドにそれぞれ接続されていることが好ましい。この構成によれば、プリント基板上のアンテナ実装領域内にアンテナ素子を容易且つ正確に実装することができる。
【００１４】
本発明において、前記アンテナ実装領域は、一辺がプリント基板のエッジに接し、残りの辺が前記グランドパターンのエッジに囲まれた領域であり、前記グランドパターンの前記エッジは、互いに向かい合う第１及び第２のエッジを含み、前記第１のキャパシタの他端は前記第１のエッジに接続されており、前記第２のキャパシタの他端は前記第２のエッジに接続されていることが好ましい。この構成によれば、アンテナ素子はアンテナ実装領域の対向する二辺を画定するグランドパターン間に架設され、アンテナ実装領域をその幅方向に跨いで両側のグランドパターン間を短絡させるものとなる。したがって、アンテナ素子をグランドパターン全体に対するインピーダンス調整素子として機能させることができる。
【００１５】
本発明において、前記基体の材料は、低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）であることが好ましい。基体の材料としてＬＴＣＣを用いた場合には、電気抵抗が低く高周波特性に優れた金属材料を内部電極として使用できる。したがって、基体の内部に小型で高性能なインピーダンス整合回路を内蔵させることが可能である。
【００１６】
本発明において、前記基体は、所定の誘電率を有する第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層よりも低い誘電率を有する第２の誘電体層を有し、前記第２の誘電体層は、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとの間に設けられていることが好ましい。この構成によれば、第１のキャパシタＣ１と第２のキャパシタＣ２との間の浮遊容量をさらに低減することができ、アンテナ特性を向上させることができる。
【００１７】
また、上記課題を解決するため、本発明による無線通信機器は、上述した本発明によるアンテナ装置と、前記アンテナ装置の前記アンテナ素子に接続された無線回路部と、少なくとも前記無線回路部を制御する通信制御部とを備え、前記無線回路部及び前記通信制御部は、前記プリント基板の前記主回路領域に設けられていることを特徴とする。本発明によれば、上記アンテナ装置を用いた小型で高性能な無線通信機器を実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、インピーダンス整合回路を用いてプリント基板全体をアンテナとして動作させると共に、パッケージ内の複数のキャパシタの相互干渉を防止し、アンテナ損失やアンテナ特性のばらつきを低減することが可能なアンテナ装置を提供することができる。また、本発明は、そのようなアンテナ装置を用いた高性能な無線通信機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置１の構成を示す略斜視図である。
【図２】図２は、プリント基板２０上に実装されたアンテナ素子１０の構成を示す略斜視図である。
【図３】図３は、図２に示すアンテナ素子１０の側面断面図である。
【図４】図４は、アンテナ素子１０の各層の電極パターンの平面レイアウトである。
【図５】図５は、プリント基板２０上のアンテナ実装領域のパターンレイアウトを示す略平面図である。
【図６】図６は、アンテナ装置１の等価回路図である。
【図７】図７は、アンテナ装置１のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の第２の好ましい実施形態によるアンテナ装置２の構成を示す略断面図である。
【図９】図９は、上記アンテナ装置１又は２を用いた無線通信機器１００の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置１の構成を示す略斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１は、アンテナ素子１０と、アンテナ素子１０が実装されたプリント基板２０とを備えている。
【００２３】
アンテナ素子１０はプリント基板２０上に設けられたアンテナ実装領域２０Ａ内に実装されている。アンテナ実装領域２０Ａはグランドパターンが実質的に排除された領域であって、プリント基板２０のエッジに接して設けられている。特に、本実施形態によるアンテナ実装領域２０Ａはプリント基板２０の長手方向のエッジ２０ｅに接しており、特に長手方向の中央部に設けられている。
【００２４】
アンテナ実装領域２０Ａの外側の大部分は、無線通信機器を構成するために必要な回路が実装された主回路領域２０Ｂであり、主回路領域２０Ｂ内の任意の位置にはグランドパターンが設けられている。詳細は後述するが、本実施形態によるアンテナ装置１は、アンテナ素子１０のみでアンテナ動作を行うというよりむしろ、プリント基板２０上のグランドパターンと協働してアンテナ動作を行うものである。その意味で、アンテナ素子１０は、プリント基板２０を含むアンテナ全体のインピーダンスを調整するインピーダンス整合素子と言うことができる。
【００２５】
図２は、プリント基板２０上に実装されたアンテナ素子１０の構成を示す略斜視図である。
【００２６】
図２に示すように、アンテナ素子１０は、誘電体からなる基体（誘電体積層ブロック）１１と、基体１１の内部に形成された複数の電極層（電極パターン）によって構成されている。基体１１の形状は略直方体であって、上面１１Ａ、底面１１Ｂ、及び４つの側面１１Ｃ〜１１Ｆを有している。このうち、２つの側面１１Ｃ，１１Ｄは基体１１の長手方向と平行であり、他の２つの側面１１Ｅ，１１Ｆは基体１１の長手方向と直交している。なお、アンテナ素子１０の上下方向はプリント基板２０の主面を基準面にして定義され、基体１１の底面１１ｂは実装時にプリント基板２０に接する面である。
【００２７】
基体１１の材料としては、特に限定されるものではないが、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic：低温焼成セラミック）を用いることが特に好ましい。ＬＴＣＣは１０００℃以下での低温焼成が可能であるため、電気抵抗が低く高周波特性に優れたＡｇ、Ｃｕ等の低融点金属材料を内部電極として使用でき、これにより抵抗損失の少ない電極パターンを実現できる。また、電極パターンを多層構造の内層に形成できるので、ＬＣ回路の小型化、高機能化が可能である。加えて、異なる比誘電率の誘電体シートを積層し、同時焼成できるといった特徴もある。
【００２８】
基体１１の誘電率は、内蔵されるキャパシタが所定のキャパシタンスとなるようにする必要がある。基体１１の誘電率が高いほど大きなキャパシタンスを持たせることができる。
【００２９】
基体１１の底面１１Ｂには第１〜第３の端子電極１２Ａ〜１２Ｃが設けられているが、上面１１Ａ及び４つの側面１１Ｃ〜１１Ｆには電極パターンは設けられていない。すなわち、基体１１の表面に放射電極は設けられていない。
【００３０】
第１及び第３の端子電極１２Ａ，１２Ｃは、底面１１Ｂと第２の側面１１Ｄに共通の辺に沿って形成されている。特に、第１の端子電極１２Ａは、第２の側面１１Ｄと第３の側面１１Ｅが直交するコーナー部に設けられており、第３の端子電極１２Ｃは、第２の側面１１Ｄと第４の側面１１Ｆが直交するコーナー部に設けられている。また、第２の端子電極１２Ｂは、底面１１Ｂと第１の側面１１Ｃに共通の辺に沿って長手方向の全範囲に形成されており、第１及び第３の端子電極１２Ａ，１２Ｃよりも大きな面積を有している。
【００３１】
基体１１の内部には、多層電極構造を有する第１のキャパシタＣ１と、第１のキャパシタＣ１よりも下層に設けられた第２のキャパシタＣ２と、第１のキャパシタＣ１を構成する一対の電極のうちの一方に属する複数の平面電極パターン（第１の電極グループ）と第１の端子電極１２Ａとを接続する第１のスルーホール導体ＴＨ１と、第１のキャパシタＣ１を構成する一対の電極のうちの他方に属する複数の平面電極パターン（第２の電極グループ）と第２の端子電極１２Ｂとを接続する第２のスルーホール導体ＴＨ２と、第１のキャパシタＣ１の第１の電極グループと第２のキャパシタＣ２の一方の平面電極パターンとを接続する第３のスルーホール導体ＴＨ３と、第２のキャパシタＣ２の一方の平面電極パターンと第２の端子電極１２Ｂとを接続する第４のスルーホール導体ＴＨ４と、第２のキャパシタＣ２の他方の平面電極パターンと第３の端子電極１２Ｃとを接続する第５のスルーホール導体ＴＨ５とを備えている。
【００３２】
図３は、図２に示すアンテナ素子１０の側面断面図である。
【００３３】
図３に示すように、第１のキャパシタＣ１は、全部で７層の電極層からなり、第１の電極グループに属する４層の平面電極パターン１３ａ，１３ｃ，１３ｅ，１３ｇと第２の電極グループに属する３層の平面電極パターン１３ｂ，１３ｄ，１３ｆが交互に積層されている。４層の平面電極パターン１３ａ，１３ｃ，１３ｅ，１３ｇはいずれも第１のスルーホール導体ＴＨ１に接続されて同電位に保たれており、３層の平面電極パターン１３ｂ、１３ｄ、１３ｆはいずれも第２のスルーホール導体ＴＨ２に接続されて同電位に保たれている。なお、キャパシタＣ１の平面電極パターンの層数は、目的とするキャパシタンスに合わせて適宜設定すればよい。
【００３４】
第２のキャパシタＣ２は、第１のキャパシタＣ１よりも下層であって、垂直方向及び水平方向に対して第１のキャパシタＣ１と重ならないように設けられている。なお垂直方向及び水平方向はアンテナ素子１０の実装面を基準に定義され、実装面と直交する方向が垂直方向であり、実装面と平行な方向が水平方向である。２つのキャパシタＣ１，Ｃ２は狭い基体１１内に収められてワンチップ化されているため、キャパシタＣ１、Ｃ２は近接し、両者の間には浮遊容量が発生している。特に、両者が非常に近い場合には大きな浮遊容量が発生し、アンテナ特性の低下や製造ばらつきを生じさせる原因となる。しかし、基体１１内において第１及び第２のキャパシタＣ１，Ｃ２の空間的な位置を上記のようにずらして両者を引き離すことにより、キャパシタＣ１，Ｃ２間の浮遊容量を低減することができ、アンテナ特性を向上させることができる。
【００３５】
第１のキャパシタＣ１の最上層の平面電極パターン１３ａは引き出し部１３ｈを有している。この引き出し部１３ｈは第２のキャパシタＣ２と平面視にて重なる位置まで水平方向に延び、第３のスルーホール導体ＴＨ３を経由して第２のキャパシタＣ２の一方の平面電極パターン１４ａの上面に接続されている。そして、この引き出し部１３ｈ及び第３のスルーホール導体ＴＨ３によって後述する第１のインダクタＬ１が構成されている。
【００３６】
第２のキャパシタＣ２の一方の平面電極パターン１４ａの底面には第４のスルーホール導体ＴＨ４の上端が接続されており、平面電極パターン１４ａは第４のスルーホール導体ＴＨ４を経由して第２の端子電極１２Ｂに接続されている。そして、この第４のスルーホール導体ＴＨ４によって後述する第２のインダクタＬ２が構成されている。なお、本実施形態において第４のスルーホール導体ＴＨ４の平面方向の位置は第３のスルーホール導体ＴＨ３の位置と一致している。
【００３７】
第２のキャパシタＣ２の他方の平面電極パターン１４ｂの底面には第５のスルーホール導体ＴＨ５の上端が接続されており、平面電極パターン１４ｂは第５のスルーホール導体ＴＨ５を経由して第３の端子電極１２Ｃに接続されている。
【００３８】
図４は、アンテナ素子１０の各層の電極パターンの平面レイアウトである。
【００３９】
図４に示すように、本実施形態によるアンテナ素子１０は、多数の誘電体層（誘電体シート）を積層してなるもので、各誘電体層の上面及び最下層の誘電体層の底面が電極パターンの形成面となっている。特に限定されるものではないが、本実施形態によるアンテナ素子１０は、全部で２７層の誘電体層を有しており、第１〜第２８の電極層ＬＬ１〜Ｌ２８を有している。ここで、第１層ＬＬ１〜第２７層ＬＬ２７は、対応する誘電体層の上面に形成された電極パターン及びスルーホール導体のレイアウトを示しており、第２８層ＬＬ２８は最下層の誘電体層の底面に形成された第１〜第３の端子電極１２Ａ〜１２Ｃのレイアウトを示している。なお、第１層ＬＬ１〜第３層ＬＬ３は、電極パターンやスルーホール導体が一切形成されていない層である。
【００４０】
第４層ＬＬ４〜第１６層ＬＬ１６には第１のキャパシタＣ１を構成する平面電極パターン１３ａ〜１３ｇが設けられている。第４層ＬＬ４には引き出し部１３ｈを有する平面電極パターン１３ａが設けられており、この平面電極パターン１３ａは、第１のスルーホール導体ＴＨ１を介して、第８層ＬＬ８の平面電極パターン１３ｃ、第１２層ＬＬ１２の平面電極パターン１３ｅ、及び第１６層ＬＬ１６の平面電極パターン１３ｇに接続されると共に、第１の端子電極１２Ｂに接続されている。なお平面電極パターン１３ｃ及び１３ｅの位置及び形状は同じである。
【００４１】
一方、第６層ＬＬ６には平面電極パターン１３ｂが設けられており、この平面電極パターン１３ｂは、第２のスルーホール導体ＴＨ２を介して、第１０層ＬＬ１０の平面電極パターン１３ｄ、及び第１４層ＬＬ１４の平面電極パターン１３ｆに接続されると共に、第２の端子電極１２Ｂに接続されている。なお平面電極パターン１３ｂ，１３ｄ及び１３ｆの位置及び形状は同じである。
【００４２】
このように、第１の電極グループに属する平面電極パターン１３ａ，１３ｃ，１３ｅ，１３ｇと第２の電極グループに属する平面電極パターン１３ｂ，１３ｄ，１３ｆとが誘電体層を介して交互に積層され、部分的に重なり合うことで、静電容量の比較的大きなキャパシタＣ１を構成することができる。
【００４３】
第２２層ＬＬ２２〜第２４層ＬＬ２４には第２のキャパシタＣ２を構成する平面電極パターン１４ａ，１４ｂが設けられている。第２２層ＬＬ２２には平面電極パターン１４ａが設けられており、この平面電極パターン１４ａは、そこから上方に延びる第３のスルーホール導体ＴＨ３を介して平面電極パターン１３ａの引き出し部１３ｈに接続されると共に、そこから下方に延びる第４のスルーホール導体ＴＨ４を介して、第２の端子電極１２Ｂに接続されている。
【００４４】
第３のスルーホール導体ＴＨ３は第４層ＬＬ４〜第２１層ＬＬ２１を貫通しており、第４のスルーホール導体ＴＨ４は第２２層ＬＬ２２〜第２７層ＬＬ２７を貫通している。第３のスルーホール導体ＴＨ３と第４のスルーホール導体ＴＨ４の平面方向の位置は同じであり、一本のスルーホール導体として構成されているが、両者は平面電極パターン１４ａを介して接続されているので、必ずしも同一直線上に配置されていなくてもよい。すなわち、第３のスルーホール導体ＴＨ３は、第４のスルーホール導体ＴＨ４と平面視にて重ならない位置に配置されていてもよい。
【００４５】
一方、第２４層ＬＬ２４には平面電極パターン１４ｂが設けられており、この平面電極パターン１４ｂは、第５のスルーホール導体ＴＨ５を介して、第３の端子電極１２Ｃに接続されている。このように、平面電極パターン１４ａ，１４ｂが誘電体層を介して積層されることでキャパシタＣ２が構成されている。
【００４６】
第１のキャパシタＣ１を構成する平面電極パターン１３ａ〜１３ｇは図中の右寄りに設けられているのに対し、第２のキャパシタＣ２を構成する平面電極パターン１４ａ，１４ｂは左寄りに設けられており、両者は平面視にて重ならないように配置されている。さらに、第１のキャパシタＣ１の最下層の平面電極パターン１３ｇが設けられた第１６層ＬＬ１６と、第２のキャパシタＣ２の平面電極パターン１４ａが設けられた第２２層ＬＬ２２との間には、電極パターンがなくスルーホール導体のみが形成された５層の誘電体層（第１７層ＬＬ１７〜第２１層ＬＬ２１の下地層）が介在している。このように、キャパシタＣ１とキャパシタＣ２との間に複数の誘電体層を介在させて両者の距離を十分に引き離すことにより、浮遊容量を十分に小さくすることができ、アンテナ特性の低下を防止することができる。
【００４７】
図５は、プリント基板２０上のアンテナ実装領域２０Ａのパターンレイアウトを示す略平面図である。
【００４８】
図５に示すように、プリント基板２０はＦＲ４等の絶縁基板２１に導体パターンやスルーホール導体が形成されたものであって、特に、プリント基板２０上にはアンテナ実装領域２０Ａが設けられている。アンテナ実装領域２０Ａは、四辺がプリント基板２０のエッジ２０ｅ又はプリント基板上のグランドパターン２３のエッジ２３ｅに囲まれた略矩形状の領域である。また、アンテナ実装領域２０Ａの外側は、無線通信機器を構成するための回路又は部品が実装された主回路領域２０Ｂであり、アンテナ実装領域２０Ａと主回路領域２０Ｂとの境界を区別するためのグランドパターン２３はこの主回路領域２０Ｂ内に形成されている。
【００４９】
本実施形態によるアンテナ実装領域２０Ａは、三辺がプリント基板２０上のグランドパターン２３のエッジ２３ｅ（２３ｅ１〜２３ｅ３）に囲まれており、残りの一辺がプリント基板２０のエッジ２０ｅに囲まれている。このように、アンテナ実装領域２０Ａをプリント基板のエッジ２０ｅに設けた場合、アンテナ素子１０から見て半分の空間はプリント基板（グランドパターン）の存在しない自由空間であることから、アンテナの放射効率を高めることができる。
【００５０】
アンテナ実装領域２０Ａは、プリント基板２０の長手方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に細長い矩形状の領域である。アンテナ実装領域２０Ａの長辺の長さをＷａとし、短辺の長さをＷｂとするとき、Ｗａ／Ｗｂ≧１．５であることが好ましい。具体的には、短辺Ｗｂ＝３ｍｍとするとき、長辺Ｗａは４．５ｍｍ以上であることが好ましい。アンテナ実装領域２０Ａの縦横比を１．５以上とすることで、プリント基板２０の中心側に流れる電流を増加させることができる。したがって、アンテナの放射効率を高めることができ、特に５０％以上の放射効率を確保することができる。
【００５１】
アンテナ実装領域２０Ａの大部分はグランドパターンが排除されたグランドクリアランス領域である。グランドクリアランス領域は、プリント基板２０の表面のみならず裏面にも設けられており、多層基板の場合には内層にも設けられている。すなわちアンテナ実装領域の直下にはグランドパターンが排除された空間が拡がっている。アンテナ実装領域２０Ａをグランドクリアランス領域とすることで、アンテナ特性の安定化を図ることができ、アンテナ素子１０の放射効率を高めることができる。
【００５２】
図１に示したように、アンテナ実装領域２０Ａは、プリント基板２０の長手方向（Ｙ方向）に沿ったエッジ２０ｅに接して設けられるが、この場合、アンテナ実装領域２０Ａはプリント基板２０の長手方向の中点（基準点）Ｐから±２５％以内の範囲に設けられることが好ましい。なお、アンテナ実装領域２０Ａ側の基準点は短辺の中点である。このように、プリント基板２０の長手方向に対して中心Ｐ０から±２５％の範囲に設けた場合には、アンテナ実装領域２０Ａから見てプリント基板２０の長手方向の両側の領域に流れる電流の均衡を保つことができる。したがって、アンテナの放射効率を高めることができ、特に５０％以上の放射効率を確保することができる。
【００５３】
図５に示すように、アンテナ実装領域２０Ａ内には３つのランド２４Ａ〜２４Ｃが設けられている。ランド２４Ａ〜２４Ｃは、アンテナ素子１０の端子電極１２Ａ〜１２Ｃがそれぞれ接続されるものであり、対応する端子電極１２Ａ〜１２Ｃと略同一幅を有している。ランド２４Ａ〜２４Ｃは、プリント基板２０の長手方向と直交する方向に細長い矩形状のアンテナ実装領域２０Ａ内において、プリント基板２０のエッジ２０ｅからできるだけ近い位置に設けられている。したがって、アンテナ素子１０をプリント基板２０のエッジ２０ｅ寄りに実装することができ、アンテナの放射特性を高めることができる。
【００５４】
ランド２４Ａは、主回路領域２０Ｂからアンテナ実装領域２０Ａ内に引き込まれた給電ライン２７に接続されており、ランド２４Ｂはランド２４Ａが延びる方向にある近接のグランドパターン２３のエッジ２３ｅ１に接続されている。さらに、ランド２４Ｃはランド２４Ａが接続されたグランドパターン２３のエッジ２３ｅ１と向かい合う反対側のエッジ２３ｅ２に接続されている。このようなランド２４Ａ〜２４Ｃの配置により、アンテナ素子１０は、アンテナ実装領域２０Ａをその幅方向（プリント基板のエッジと平行な方向）に跨いで両側のグランドパターン２３，２３間を電磁結合させるものとなり、グランドパターン全体に対するインピーダンス調整素子として機能するようになる。
【００５５】
すなわち、図２に示したように、プリント基板２０上にアンテナ素子１０を実装すると、アンテナ素子１０の長手方向はアンテナ実装領域２０Ａの長手方向と直交し、プリント基板２０の長手方向と平行な関係となる。そして、アンテナ素子１０の端子電極１２Ａはランド２４Ａを介して給電ライン２７に接続され、端子電極１２Ｂはランド２４Ｂを介してグランドパターン２３の一方のエッジ２３ｅ１に接続される。端子電極１２Ｃはランド２４Ｃを介してグランドパターン２３の反対側のエッジ２３ｅ２に接続される。その結果、アンテナ素子１０は、アンテナ実装領域２０Ａの対向する２つのエッジ２３ｅ１，２３ｅ２を画定するグランドパターン間に架設されることとなる。
【００５６】
以下、プリント基板２０上のグランドパターン全体を使用して電磁場を形成する理由について詳細に説明する。
【００５７】
例えば、ブルートゥース用アンテナの場合、共振周波数ｆ＝２．４４２ＧＨｚ（真空中の波長λ＝１２２．７７ｍｍ）、必要とされる比帯域幅ＢＷは３．４％である。ここで、２．００×１．２５×１．００ｍｍの基体を用いて、基体の長手方向をアンテナ長Ｌａとし、Ｌａ＝２ｍｍのブルートゥース用アンテナを構成する場合、アンテナ長の波長比（ａ）は、ａ＝２πＬａ／λ＝０．１０２３となる。また、放射効率（η）を０．５（η＝０．５、放射効率５０％）とするとき、Ｑファクタ（Ｑ）は、Ｑ＝η（１＋３ａ２）／ａ３（１＋ａ２）＝４７６.８３６５となる。さらに、ＶＳＷＲ（Ｓ）を２（Ｓ＝２）とするとき、帯域幅（ＢＷ）は、ＢＷ＝（ｓ−１）×１００／（√ｓ×Ｑ）［％］として求められ、ＢＷ＝０．１％となる。つまり、ブルートゥース用アンテナにおいてアンテナ長Ｌａ＝２とした場合には、上記帯域幅３．４％を満足することができない。
【００５８】
このように、アンテナ長Ｌａがλ／２πよりも小さい超小型チップアンテナにおいては、上記の式より得られるアンテナ特性以上のものをアンテナ素子単体で得ることは理論上不可能である。そのため、超小型チップアンテナの場合にはプリント基板２０上のグランドパターン２３に流れる電流を利用して、グランドパターン２３全体をアンテナとして効率良く動作させることが極めて重要となる。
【００５９】
図６は、アンテナ装置１の等価回路図である。
【００６０】
図６に示すように、アンテナ装置１は、信号源（給電点Ｐ）に並列接続されたインピーダンス整合用の第１のキャパシタンスＣ１と、信号源に直列接続されたインピーダンス整合用の第１のインダクタンスＬ１と、インダクタンスＬ１に直列接続された共振周波数調整用の第２のキャパシタンスＣ２と、インダクタンスＬ１に並列接続されたインピーダンス整合用の第２のインダクタンスＬ２と、キャパシタンスＣ２に直列接続された放射素子のインダクタンス成分Ｌｒと、インダクタンス成分Ｌｒに直列接続された放射抵抗Ｒとを備えている。また、キャパシタンスＣ１とキャパシタンスＣ２との間には浮遊容量Ｃｆが発生している。
【００６１】
キャパシタンスＣ１の一端は給電点Ｐに接続され、その他端は接地電位を提供するプリント基板２０上のグランドパターン２３に接続されている。インダクタンスＬ１の一端もまた給電点Ｐに接続されている。インダクタンスＬ２の一端はインダクタンスＬ１の他端に接続され、インダクタンスＬ２の他端は接地電位を提供するグランドパターン２３に接続されている。キャパシタＣ２の一端はインダクタンスＬ１の他端に接続され、キャパシタＣ２の他端は放射素子として機能するプリント基板２０上のグランドパターン２３に接続されている。放射素子はプリント基板２０上のグランドパターン２３によって実現され、その等価回路はインダクタンス成分Ｌｒ及び放射抵抗Ｒの直列回路として表すことができる。そのため図示のように、キャパシタＣ２の他端には、このインダクタンスＬｒ及び放射抵抗Ｒの直列回路が接続されている。
【００６２】
このように、本実施形態によるアンテナ装置１は浮遊容量Ｃｆを有するが、上記のように、基体１１内のキャパシタンスＣ１、Ｃ２は垂直方向及び水平方向に対して互いに重ならないように配置されているので、キャパシタＣ１，Ｃ２間の浮遊容量Ｃｆを十分に低減することができ、これによりアンテナ特性の製造上のばらつきを低減することができる。さらに、素子間の電磁干渉によって生じるアンテナの入力インピーダンスへの影響を抑制することができる。
【００６３】
図７は、アンテナ装置１のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はＶＳＷＲの値を示している。また、グラフ中の破線ラインはブルートゥース用アンテナ素子の使用周波数帯を示している。
【００６４】
図７に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１のＶＳＷＲは良好であり、２．４４ＧＨｚ付近を中心として約２６４ＭＨｚの広い帯域内で３以下のＶＳＷＲを得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、小型なアンテナ素子１０を用いた高性能なアンテナ装置１を実現することができる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置１は、基体１１内のキャパシタＣ１、Ｃ２は垂直方向及び水平方向に対して互いに重ならないように配置されているので、キャパシタＣ１，Ｃ２間の浮遊容量Ｃｆを十分に低減することができ、アンテナ特性の製造上のばらつきを低減することができる。さらに、素子間の電磁干渉によって生じるアンテナ入力インピーダンスへの影響を抑制することができる。
【００６６】
図８は、本発明の第２の好ましい実施形態によるアンテナ装置２の構成を示す略断面図である。
【００６７】
図８に示すように、第２の実施形態によるアンテナ装置２は、アンテナ素子１０を備え、アンテナ素子１０の基体１１が、誘電率ε１を有する第１の誘電体層１１Ｇと、第１の誘電体層１１Ｇよりも低い誘電率ε２を有する第２の誘電体層１１Ｈとを有している。そして、第２の誘電体層１１Ｈは、第１のキャパシタＣ１と第２のキャパシタＣ２との間に設けられている。その他の構成は第１の実施形態によるアンテナ装置１と実質的に同一であるため、同一の構成要素に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６８】
このように、本実施形態によるアンテナ装置２は、第１のキャパシタＣ１と第２のキャパシタＣ２との間の誘電体層１１Ｈの誘電率ε２は、その上層及び下層に設けられた第１の誘電体層１１Ｇの誘電率ε１よりも低いので、第１のキャパシタＣ１と第２のキャパシタＣ２との間の浮遊容量Ｃｆをさらに小さくすることができ、アンテナ特性を向上させることができる。
【００６９】
図９は、上記アンテナ装置１又は２を用いた無線通信機器１００の構成の一例を示すブロック図である。
【００７０】
図９に示すように、無線通信機器１００は、アンテナ素子１０と、アンテナ素子１０に接続された無線回路部３１と、無線回路部３１を制御する通信制御部３２と、メモリ３３と、入出力インターフェース３４とを備えている。そして、アンテナ素子１０は、プリント基板２０のアンテナ実装領域２０Ａ内に設けられており、無線回路部３１、通信制御部３２、メモリ３３及び入出力インターフェース３４はプリント基板２０の主回路領域２０Ｂ内に設けられている。
【００７１】
本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。
【００７２】
例えば、上記実施形態においては、キャパシタＣ１，Ｃ２を含むアンテナ素子１０を例に挙げたが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、アンテナ素子が３つ以上のキャパシタを内蔵していてもよい。この場合、複数のキャパシタの各々が他の全てのキャパシタに対して本発明のような垂直方向及び水平方向の位置が重ならないような関係を有していてもよく、複数のキャパシタから選ばれたいくつかのキャパシタのみがそのような位置関係を有していてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１，２    アンテナ装置
１０    アンテナ素子
１１    基体
１１Ａ    基体の上面
１１Ｂ    基体の底面
１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ    基体の側面
１１Ｇ    第１の誘電体層
１１Ｈ    第２の誘電体層
１１ｂ    底面
１２Ａ〜１２Ｃ    端子電極
１３ａ〜１３ｇ    平面電極パターン
１３ｈ    引き出し部
１４ａ，１４ｂ    平面電極パターン
２０    プリント基板
２０Ａ    アンテナ実装領域
２０Ｂ    主回路領域
２０ｅ    エッジ
２１    絶縁基板
２３    グランドパターン
２３ｅ，２３ｅ１，２３ｅ２，２３ｅ３    グランドパターンのエッジ
２４Ａ〜２４Ｃ    ランド
２７    給電ライン
３１    無線回路部
３２    通信制御部
３３    メモリ
３４    入出力インターフェース
３５    グランドパターン
１００    無線通信機器
Ｃ１    第１のキャパシタ（キャパシタンス）
Ｃ２    第２のキャパシタ（キャパシタンス）
Ｃｆ    浮遊容量
Ｌ１    第１のインダクタ（インダクタンス）
Ｌ２    第２のインダクタ（インダクタンス）
ＬＬ１〜ＬＬ２８    電極層
Ｌｒ    インダクタンス
Ｐ    給電点
Ｐ０    中心
Ｒ    放射抵抗
ＴＨ１〜ＴＨ５    スルーホール導体
【図１】
0005408187.tif 000002
【図２】
0005408187.tif 000003
【図３】
0005408187.tif 000004
【図４】
0005408187.tif 000005
【図５】
0005408187.tif 000006
【図６】
0005408187.tif 000007
【図７】
0005408187.tif 000008
【図８】
0005408187.tif 000009
【図９】
0005408187.tif 000010