(57)【要約】【課題】  軸比のよい円偏波を送受信可能なアンテナ装置を提供すること。【解決手段】  アンテナ装置は、上面にアンテナ導体２１および下面に第１の接地導体３１がそれぞれ形成された誘電体基板１１と、上面に第２の接地導体３２が形成されているとともに第２の接地導体３２の中央部３２ａに第１および第２の接地導体３１，３２が電気的に接続されるようにして誘電体基板１１が搭載された配線基板４１とを具備し、第２の接地導体３２は、中央部３２ａが正方形状とされているとともに中央部３２ａの両側に接続線路部５１を介して張出部３２ｂがそれぞれ形成されている。【選択図】  図１
2006067260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にアンテナ導体および下面に第１の接地導体がそれぞれ形成された誘電体基板と、上面に第２の接地導体が形成されているとともに該第２の接地導体の中央部に前記第１および前記第２の接地導体が電気的に接続されるようにして前記誘電体基板が搭載された配線基板とを具備しており、前記第２の接地導体は、前記中央部が正方形状とされているとともに前記中央部の両側に接続線路部を介して張出部がそれぞれ形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナ導体は、円偏波または楕円偏波の電波を送受信するものであり、前記接続線路部は、前記第２の接地導体の前記中央部と前記張出部との間で受信電波の前記円偏波または楕円偏波の回転方向の終端部に設けられていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器、その他の各種通信機器等に使用されるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器、その他の各種通信機器等において使用されるアンテナ装置として、図７に平面図、図８に断面図で示すアンテナ装置が知られている。図７，図８において、１１１は上面にアンテナ導体１２１および下面に第１の接地導体１３１がそれぞれ形成された誘電体基板、１４１は上面に第２の接地導体１３２が形成されているとともに第２の接地導体１３２の中央部に第１および第２の接地導体１３１，１３２が電気的に接続されるようにして誘電体基板１１１が搭載された配線基板である。
【０００３】
図７および図８に示す従来のアンテナ装置においては、アンテナ導体１２１と第１および第２の接地導体１３１，１３２との間に電界が生じることで電波を送受信することができる。
【０００４】
また、第２の接地導体１３２の大きさによって、アンテナ導体１２１と第１および第２の接地導体１３１，１３２との間に生じた電界による電波の空間へ放射パターンが制御される。四角形の第２の接地導体１３２の辺の長さが電波の波長の１／２以上であれば、電波はほぼ第２の接地導体１３２の上方向に放射され、電波の波長の１／２よりも小さくなるに従い第２の接地導体１３２の下方向への放射が強まり、上方向の放射が弱まる。
【０００５】
図７および図８に示す従来のアンテナ装置が直線偏波を送受信するアンテナ装置である場合、偏波が図７に示すＸ方向であれば、アンテナ導体１２１の図７の左右両側と第１および第２の接地導体１３１，１３２との間に電界が生じ、このときの電波の放射パターンは第２の接地導体１３２のＸ方向の長さ（図７中のＬＸ）で制御される。また、偏波が図７に示すＹ方向であれば、アンテナ導体１２１の図７の上下両側と第１および第２の接地導体１３１，１３２との間に電界が生じ、このときの電波の放射パターンは第２の接地導体１３２のＹ方向の長さ（図７中のＬＹ）で制御される。
【０００６】
図７および図８に示す従来のアンテナ装置が円偏波を送受信するアンテナ装置である場合、偏波は図７に示すＸ方向およびＹ方向に、即ち平面内で、時間的に回転しながら向きを変え、上述のＸ方向偏波およびＹ方向偏波の場合に生じた電界がアンテナ導体１２１と第１および第２の接地導体１３１，１３２との間に、時間的に回転しながら生じる。このように円偏波は、上述の直線偏波のように偏波がたとえばＸ方向に固定されていないため、送受信双方のアンテナの偏波を合わせなくても良好な通信が可能で、移動体通信にメリットがある。
【０００７】
ここで、Ｘ方向の偏波の強さとＹ方向の偏波の強さの比は軸比と呼ばれ、円偏波の良さを示すパラメータとして一般に用いられている。完全な円偏波は、Ｘ方向の偏波の強さとＹ方向の偏波の強さが等しく、軸比は１となる。軸比は一般にデシベル値で表し、軸比が１の場合２０Ｌｏｇ１＝０ｄＢとなる。
【０００８】
第２の接地導体１３２が図７に示すような正方形状であれば、図７に示すＸ方向、Ｙ方向の電界による電波の放射パターンは等しくなり、Ｘ方向の偏波の強さとＹ方向の偏波の強さは等しく、軸比はほぼ０ｄＢとなって良好な円偏波を送受信することができる。
【非特許文献１】羽石操著、「最新平面アンテナ技術」、総合技術センター、１９９６年発行、ｐ．７５〜７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、アンテナ装置を搭載する通信機器サイズの小型化や、配線基板１４１上への部品搭載、配線基板１４１内部への配線パターン形成のために、図９に平面図で示す従来のアンテナ装置のように、第２の接地導体１３２の一辺（図９中にＬＹで示す）を電波の波長の１／２以下にせざるを得ない場合がある。このとき、図９のアンテナ装置が円偏波を送受信するアンテナ装置である場合、Ｘ方向の偏波による放射パターンは第２の接地導体１３２の上方向に強いものとなり、Ｙ方向の偏波による放射パターンは、ＬＹが電波の波長の１／２以下であるため放射パターンが第２の接地導体１３２の下方向にやや強まり、上方向は弱くなる。つまり、Ｘ方向の偏波の強さとＹ方向の偏波の強さに差が生じ、軸比が１から外れ劣化する。軸比が劣化すると、楕円偏波となり、円偏波のメリットであった偏波を合わせなくても可能な良好な通信が行なえなくなる。
【００１０】
以上のように、図９の従来のアンテナ装置のように、第２の接地導体１３２の一辺の長さ（図９中にＬＹで示す）を電波の波長の１／２以下にせざるを得ない場合、軸比が劣化するといった問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、例えば軸比のよい円偏波をアンテナ導体の前方に効率的に放射することができ、その結果良好な送受信が可能なアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のアンテナ装置は、上面にアンテナ導体および下面に第１の接地導体がそれぞれ形成された誘電体基板と、上面に第２の接地導体が形成されているとともに該第２の接地導体の中央部に前記第１および前記第２の接地導体が電気的に接続されるようにして前記誘電体基板が搭載された配線基板とを具備しており、前記第２の接地導体は、前記中央部が正方形状とされているとともに前記中央部の両側に接続線路部を介して張出部がそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明のアンテナ装置は、円偏波または楕円偏波の電波を送受信するものであり、前記接続線路部は、前記第２の接地導体の前記中央部と前記張出部との間で受信電波の前記円偏波または楕円偏波の回転方向の終端部に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のアンテナ装置は、上面にアンテナ導体および下面に第１の接地導体がそれぞれ形成された誘電体基板と、上面に第２の接地導体が形成されているとともに第２の接地導体の中央部に第１および第２の接地導体が電気的に接続されるようにして誘電体基板が搭載された配線基板とを具備しており、第２の接地導体は、中央部が正方形状とされていることから、第２の接地導体の一辺の長さを電波の波長の１／２以下にせざるを得ないような場合であっても、アンテナの接地導体として働く第２の接地導体の中央部の部分は正方形状となり、互いに直交する偏波による放射パターンは各々ほぼ等しいものとなるため、軸比のよい円偏波を送受信することができる。
【００１５】
また、第２の接地導体の中央部の両側に接続線路部を介して張出部がそれぞれ形成されていることから、張出部も接地導体として働くため、張出部の上部もしくは下部に、張出部を接地導体として利用する部品を搭載できる。また、配線基板の張出部下方の内層に、張出部を接地導体として利用する配線パターンを形成することができる。
【００１６】
本発明のアンテナ装置は好ましくは、円偏波または楕円偏波の電波を送受信するものであり、接続線路部は、第２の接地導体の中央部と張出部との間で受信電波の円偏波または楕円偏波の回転方向の終端部に設けられているが、例えば右旋円偏波を送受信するものである場合、以下のように作用する。
【００１７】
電波の送信時は、アンテナ装置を平面視したときに偏波が左回りに回転しながら送信電波が放射される、即ちアンテナ導体と第１および第２の接地導体との間に生じた電界が左回りに回転しながら空間に放射され電波となって伝播されるが、接続線路部が、第２の接地導体の中央部と張出部との間で受信電波の円偏波または楕円偏波の回転方向（右回り）の終端部に設けられていることから、第２の接地導体の中央部と張出部との間に形成された切込みは、送信電波に対して左回りに開放され、かつ最も長く切込まれた状態となる。その結果、切込みは電波となる電界が放射される回転方向と一致するとともに第２の接地導体の中央部が電磁気的により正方形状に近くなるため、互いに直交する偏波による放射パターンはより等しいものとなり、より軸比のよい円偏波を送信することができる。
【００１８】
一方、電波の受信時には、到来した受信電波が、アンテナ装置を平面視したときに偏波が右回りに回転しながら受信される、即ち空間から到来した受信電波はアンテナ導体と第１および第２の接地導体との間に生じる右回りに回転する電界となって受信されるが、接続線路部が、第２の接地導体の中央部と張出部との間で受信電波の円偏波または楕円偏波の回転方向（右回り）の終端部に設けられていることから、第２の接地導体の中央部と張出部との間に形成された切込みは、受信電波に対して右回りにかつ最も長く切込まれた状態となる。その結果、切込みは電界となる電波が入射される回転方向と一致するするとともに第２の接地導体の中央部が電磁気的により正方形状に近くなるため、受信アンテナとしてもより軸比がよくなる。
【００１９】
また、アンテナ装置が、左旋円偏波を送受信するものである場合、接続線路部の位置は右旋円偏波を送受信する場合と逆になるが、作用は上記と同様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の第１のアンテナ装置について以下に説明する。図１および図２はそれぞれ本発明の第１のアンテナ装置の実施の形態の一例を示す平面図および断面図である。図１および図２において、１１は、上面にアンテナ導体２１および下面に第１の接地導体３１がそれぞれ形成された誘電体基板、４１は、上面に第２の接地導体３２が形成されているとともに第２の接地導体３２の中央部３２ａに第１および第２の接地導体３１，３２が電気的に接続されるようにして誘電体基板１１が搭載された配線基板である。
【００２１】
本発明の第１のアンテナ装置は、誘電体基板１１と配線基板４１とを具備し、第２の接地導体３２は、中央部３２ａが正方形状とされていることから、第２の接地導体３２の一辺の長さ（図１中に長さＬＹで示す辺）を電波の波長の１／２以下にせざるを得ないような場合であっても、アンテナの接地導体として働く部分（第２の接地導体３２の中央部３２ａ）は正方形状となり、互いに直交する偏波による放射パターンは各々ほぼ等しいものとなるため、軸比のよい円偏波を送受信することができる。
【００２２】
ここで、図１０は、図９に示す第２の接地導体１３２の一辺の長さ（ＬＹ）が電波の波長の１／２以下の場合の従来のアンテナ装置の軸比と、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）の周波数特性とを示すグラフ（線図）である。一般に、アンテナに必要なＶＳＷＲの値は２〜３以下の値である。図１０において、ＶＳＷＲはグラフに示す５．８１ＧＨｚを中心とした周波数帯において２以下の値となっている。しかしながら、軸比は５．８１ＧＨｚにおいて約７ｄＢとなっており劣化している。
【００２３】
一方、図３は、図１および図２に示す本発明の第１のアンテナ装置の軸比とＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。図３において、ＶＳＷＲはグラフに示す５．８１ＧＨｚを中心とした周波数帯において約２以下の値となっている。そして、軸比においても、５．８１ＧＨｚにおいて約５ｄＢとなっており、図１０の従来のアンテナ装置の軸比よりもよい値となっている。
【００２４】
なお、図１および図２に示す本発明の第１のアンテナ装置の形状、材料は、第２の接地導体３２の中央部３２ａと張出部３２ｂとの間に形成された切込み６１および接続線路部５１をのぞいて、図９の従来のアンテナ装置と同じとした。
【００２５】
以上のように、第２の接地導体３２の中央部３２ａを正方形状としたことにより、軸比を改善することができた。
【００２６】
また、第２の接地導体３２の中央部３２ａの両側に接続線路部５１を介して張出部３２ｂがそれぞれ形成されていることから、張出部３２ｂも接地導体として働くため、張出部３２ｂの上部もしくは下部に、張出部３２ｂを接地導体として利用する電子部品を搭載できる。また、配線基板４１の張出部３２ｂ下方の内層に、張出部３２ｂを接地導体として利用する配線パターンを形成することができる。
【００２７】
なお、第２の接地導体３２は、図１に示すように、中央部３２ａおよびその両側に形成された張出部３２ｂを併せた全体形状は長方形状である。また、接続線路部５１は、長さが１０ｍｍ程度、幅が１ｍｍ程度のものである。
【００２８】
本発明の第２のアンテナ装置について以下に説明する。図４は本発明の第２のアンテナ装置の実施の形態の一例を示す上面図である。図４において図１と同一の部分には同じ符号を付した。
【００２９】
本発明の第２のアンテナ装置は、円偏波または楕円偏波の電波を送受信するものであり、接続線路部５１は、第２の接地導体３２の中央部３２ａと張出部３２ｂとの間で受信電波の円偏波または楕円偏波の回転方向の終端部に設けられている。図４の例は、右旋円偏波を送受信するものであり、電波の送信時は、アンテナ装置を平面視したときに偏波が左回りに回転しながら電波が放射される、即ちアンテナ導体２１と第１および第２の接地導体３１，３２との間に生じた電界が左回りに回転しながら空間に放射され電波となって伝播されるが、接続線路部５１が、第２の接地導体３２の中央部３２ａと張出部３２ｂとの間で受信電波の円偏波または楕円偏波の回転方向（右回り）の終端部に設けられていることから、第２の接地導体３２の中央部３２ａと張出部３２ｂとの間に形成された切込み６１は左回りに開放され、かつ最も長く切込まれた状態となっている。その結果、切込み６１は電波となる電界が放射される回転方向と一致するとともに第２の接地導体３２の中央部３２ａが電磁気的により正方形状に近くなるため、互いに直交する偏波による放射パターンはより等しいものとなり、より軸比のよい円偏波を送信することができる。
【００３０】
一方、電波の受信時は、到来した受信電波が、アンテナ装置を平面視したときに偏波が右回りに回転しながら受信される、即ち空間から到来した受信電波は、アンテナ導体２１と第１および第２の接地導体３１，３２との間に生じる右回りに回転する電界となって受信されるが、接続線路部５１が、第２の接地導体３２の中央部３２ａと張出部３２ｂとの間で受信電波の円偏波または楕円偏波の回転方向（右回り）の終端部に設けられていることから、第２の接地導体３２の中央部３２ａと張出部３２ｂとの間に形成された切込み６１は、受信電波に対して右回りにかつ最も長く切込まれた状態となっている。その結果、切込み６１は電界となる電波が入射される回転方向と一致するとともに第２の接地導体３２の中央部３２ａが電磁気的により正方形状に近くなるため、受信アンテナとしてもより軸比がよくなる。
【００３１】
図５は、図４の本発明の第２のアンテナ装置の軸比とＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。図５において、ＶＳＷＲはグラフに示す５．８１ＧＨｚを中心とした周波数帯において２以下の値となっている。また、軸比は５．８１ＧＨｚにおいて約２ｄＢ、その他の周波数においても４ｄＢ以下の値であり、図３の本発明の第１のアンテナ装置の軸比よりもさらよい値となっており、さらに軸比を改善することができた。
【００３２】
本発明のアンテナ装置を構成するに際して、誘電体基板１１、アンテナ導体２１、第１の接地導体３１、第２の接地導体３２および配線基板４１は、以下のような高周波用配線基板に使用される種々の材料から成るものを使用することができる。
【００３３】
例えば、誘電体基板１１、配線基板４１の絶縁基板としては、例えばアルミナセラミックス（アルミナ質焼結体），ムライトセラミックス等のセラミック材料やガラスセラミックス等の無機材料、あるいは四フッ化エチレン−エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂、ポリイミド等の樹脂材料等が用いられる。また、誘電体基板１１の形状や寸法（厚み、幅、長さ）は、使用される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。
【００３４】
また、アンテナ導体２１、第１の接地導体３１、第２の接地導体３２は、高周波信号伝送用の金属材料から成る導体層、例えばＣｕ層、Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ２Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等を用いて形成され、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成法やメッキ法等により形成される。その厚みや幅等は、伝送される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。
【００３５】
本発明のアンテナ装置は以下のようにして作製される。まず、誘電体基板１１を、例えばこれがガラスセラミックスから成る場合、ガラスセラミックスグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して貫通導体を形成するための貫通孔を形成する。その後、スクリーン印刷法によりＣｕ等の導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、アンテナ導体２１、第１の接地導体３１となる導体ペースト層のパターン、および必要に応じてその他の所定の貫通導体となる導体ペースト層のパターンを印刷塗布する。次に、８５０〜１０００℃で焼成を行ない、最後に各導体層の表面にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。
【００３６】
また、配線基板４１も誘電体基板１１と同様にして作製することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更を施すことができる。たとえば、第２の接地導体３２に誘電体基板１１を複数搭載してもよく、複数の偏波に応じたアンテナ装置としてもよい。
【００３８】
また、配線基板４１の下面にさらに接地導体を設け、その接地導体にさらに他の誘電体基板を搭載してもよい。
【００３９】
また、第２の接地導体３２の誘電体基板１１を搭載する部分は正方形状に限らず、円形状としても同様の効果が得られる。
【００４０】
また、図６に示すように、誘電体基板１１を第２の接地導体３２の４角の一角に搭載し、右旋円偏波を送受信するアンテナ装置である場合、第２の接地導体３２に形成される切込み６１を誘電体基板１１を実装する第２の接地導体３２の正方形状の部分の２辺を形成する構造としてもよい。たとえば、携帯電話などのアンテナに対し比較的接地導体の面積が大きく、接地導体の４角の一角に配置せざるを得ない場合においては、図６に示す形態が好適となる。
【００４１】
また、接続部５１はリード線やワイヤ、チップ部品などで代用してもよく、使用する偏波に応じて接続部５１の位置を変更する場合に好適となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１のアンテナ装置の実施の形態の例を示す平面図である。
【図２】図１の第１のアンテナ装置の断面図である。
【図３】本発明の第１のアンテナ装置の軸比およびＶＳＷＲを示す線図である。
【図４】本発明の第２のアンテナ装置の実施の形態の例を示す平面図である。
【図５】本発明の第２のアンテナ装置の軸比およびＶＳＷＲを示す線図である。
【図６】本発明の他のアンテナ装置の実施の形態の例を示す平面図である。
【図７】従来のアンテナ装置の一例を示す平面図である。
【図８】図７のアンテナ装置の断面図である。
【図９】従来のアンテナ装置の他の例を示す平面図である。
【図１０】従来のアンテナ装置の軸比およびＶＳＷＲを示す線図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１・・・誘電体基板
２１・・・アンテナ導体
３１・・・第１の接地導体
３２・・・第２の接地導体
３２ａ・・・第２の接地導体の中央部
３２ｂ・・・第２の接地導体の張出部
４１・・・配線基板
５１・・・接続線路部
【図１】
2006067260.tif 000003
【図２】
2006067260.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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