(57)【要約】【課題】低周波化が容易な積層型ヘリカルアンテナを提供する。【解決手段】積層型ヘリカルアンテナが，互いに積層して配置される複数の誘電体層と，前記複数の誘電体層の何れかの第１の面に配置される複数の第１の放射電極と，前記複数の誘電体層の何れかの第２の面に配置される複数の第２の放射電極と，前記複数の第１の放射電極の端部と，前記複数の第２の放射電極の端部と，を互いに接続して，この複数の第１，第２の放射電極と共にヘリカル電極を構成する複数の接続部と，前記第１，第２の面間の，前記複数の誘電体層の何れかの境界たる第３の面に配置され，かつ前記ヘリカル電極と接続されない第１の無給電電極と，を具備する。【選択図】図１
2008294809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに積層して配置される複数の誘電体層と，
前記複数の誘電体層の何れかの第１の面に配置される複数の第１の放射電極と，
前記複数の誘電体層の何れかの第２の面に配置される複数の第２の放射電極と，
前記複数の第１の放射電極の端部と，前記複数の第２の放射電極の端部と，を互いに接続して，この複数の第１，第２の放射電極と共にヘリカル電極を構成する複数の接続部と，
前記第１，第２の面間の，前記複数の誘電体層の何れかの境界たる第３の面に配置され，かつ前記ヘリカル電極と接続されない第１の無給電電極と，
を具備することを特徴とする積層型ヘリカルアンテナ。
【請求項２】
前記無給電電極が，前記第１，第２の面の中央の第４の面と略平行である
ことを特徴とする請求項１に記載の積層型ヘリカルアンテナ。
【請求項３】
前記第３，第４の面間の距離が，前記第１，第２の面間の距離の０．２倍以上である
ことを特徴とする請求項２に記載の積層型ヘリカルアンテナ。
【請求項４】
前記第１，第３の面の間の，前記複数の誘電体層の第５の面に配置される第２の無給電電極，
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の積層型ヘリカルアンテナ。
【請求項５】
前記第３，第４の面間の距離が，前記第４，第５の面間の距離と略等しい
ことを特徴とする請求項４記載の積層型ヘリカルアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，無線通信機器に用いる積層型ヘリカルアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘリカルエレメントを有するヘリカルアンテナの技術が公開されている（特許文献１参照）。ヘリカルエレメント１０と，このヘリカルエレメント１０に電磁気的に結合されている無給電ヘリカルエレメント１１により多周波共用アンテナ１が構成される。ヘリカルエレメント１０はその共振する周波数帯において励振される。また，このヘリカルエレメント１０とほぼ同軸に配置されている無給電ヘリカルエレメント１１に，ヘリカルエレメント１０に流れる電流が誘起され，その共振する周波数帯において励振されるようになる。この結果，多周波共用アンテナ１は，２つの異なる周波数帯で動作する。
【特許文献１】特開２００２−１１８４０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら，この技術では，動作する周波数帯自体を低周波化することは困難である。即ち，この技術では，ヘリカルエレメント１０，無給電ヘリカルエレメント１１それぞれでの周波数帯域で動作するに留まり，無給電ヘリカルエレメント１１を追加することで，ヘリカルエレメント１０の動作周波数帯が低周波化されるという訳ではない。
上記に鑑み，本発明は，低周波化が容易な積層型ヘリカルアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る積層型ヘリカルアンテナは，互いに積層して配置される複数の誘電体層と，前記複数の誘電体層の何れかの第１の面に配置される複数の第１の放射電極と，前記複数の誘電体層の何れかの第２の面に配置される複数の第２の放射電極と，前記複数の第１の放射電極の端部と，前記複数の第２の放射電極の端部と，を互いに接続して，この複数の第１，第２の放射電極と共にヘリカル電極を構成する複数の接続部と，前記第１，第２の面間の，前記複数の誘電体層の何れかの境界たる第３の面に配置され，かつ前記ヘリカル電極と接続されない第１の無給電電極と，を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば，低周波化が容易な積層型ヘリカルアンテナを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る積層型ヘリカルアンテナ１０の一部を分解した状態を表す分解斜視図である。図２は，積層型ヘリカルアンテナ１０の一部（チップアンテナ１３）を拡大した状態を表す拡大斜視図である。図３，図４はそれぞれ，チップアンテナ１３を正面（自由端側）および側面から見た状態を表す正面図および側面図である。
【０００７】
積層型ヘリカルアンテナ１０は，絶縁基板１１，平板接地電極１２，チップアンテナ１３，給電線１４，接続部１５，固定端子１６を有する。
【０００８】
絶縁基板１１は，絶縁材料，例えば，ＦＲ４（Flame Retardant Type 4の略であり，ガラス繊維とエポキシ樹脂の複合材料からなる難燃性のプリント基板材料（比誘電率ε１ｒ＝４．８））からなる略矩形平板形状の基板である。
【０００９】
平板接地電極１２は，銀，白金，銅等からなる略矩形平板状の導体であり，絶縁基板１１の裏面に配置される。給電線１４と平板接地電極１２とが近接して対向することから，給電線１４からの電界が平板接地電極１２との間に制限され，平板接地電極１２と対向する範囲の給電線１４は放射電極として機能しない。
【００１０】
チップアンテナ１３は，直方体状（略平板状）の形状をなし（幅Ｗ０，長さＬ０，高さＨ０），誘電体部材１３１，１３２，ヘリカル電極１３３，無給電電極１３４，パッド１３５，１３６を有する。
【００１１】
誘電体部材１３１，１３２は，絶縁基板１１よりも誘電率が大きい誘電体材料（例えば，ホウケイ酸ガラス系セラミック（比誘電率ε２ｒ＝７．５）等のセラミック材料）からなる直方体状の部材である。誘電体部材１３１，１３２の誘電率が比較的大きいのは，ヘリカル電極１３３，無給電電極１３４の実効長を大きくしてその小型化を図るためである。なお，誘電体部材１３１，１３２それぞれを複数の誘電体層から構成できる。
【００１２】
ヘリカル電極１３３は，放射電極１３７（１３７ａ，１３７ｂ），１３８（１３８ａ，１３８ｂ），層間接続部１３９（１３９ａ〜１３９ｃ）から構成され，全体として略ヘリカル（らせん）形状をなす放射電極として機能する。ヘリカル電極１３３をヘリカル形状としたのは，チップアンテナ１３の体積を有効に利用して，ヘリカル電極１３３の線路長を確保し，チップアンテナ１３を低周波化するためである。なお，本実施形態に係るヘリカル電極１３３は，右巻きであるが，左巻きとしても差し支えない。
【００１３】
放射電極１３７，１３８はそれぞれ，チップアンテナ１３の上面および下面の近傍（誘電体部材１３１の上面の近傍，誘電体部材１３２の下面の近傍，正確には上下面から例えば，０．１ｍｍまでの範囲内）に配置される導体，例えば，銀，白金，銅からなる帯状の平板電極である。なお，放射電極１３７，１３８の一方または片方を誘電体部材１３１，１３２の表面に配置しても良い。なお，中央面ＳＣは，放射電極１３７，１３８から等距離（中央）にある仮想的な面である。
【００１４】
放射電極１３７，１３８がヘリカル電極１３３の一部を構成する関係から，放射電極１３７，１３８はそれぞれ，チップアンテナ１３の側面に対して傾いて配置される（放射電極１３７，１３８がチップアンテナ１３の側面と直交しない）。
【００１５】
放射電極１３７，１３８はそれぞれ，放射電極１３７ａ，１３７ｂ，放射電極１３８ａ，１３８ｂに区分される。ヘリカル電極１３３の給電端および自由端では，パッド１３５，１３６との接続の関係で，他の放射電極１３７ａ，１３８ａと異なる形状の放射電極１３７ｂ，１３８ｂが配置される。放射電極１３７ｂは，層間接続部１３９ｃを介して，パッド１３５に接続される。放射電極１３８ｂは，パッド１３６に接続される。
【００１６】
層間接続部１３９は，誘電体部材１３１，１３２を貫通して配置される導電性材料（例えば，導電性ペースト）からなる一種のビアホールである。層間接続部１３９ａは，放射電極１３７の自由端と放射電極１３８の給電端を接続する。層間接続部１３９ｂは，放射電極１３８の自由端と放射電極１３７の給電端を接続する。層間接続部１３９ｃは，ヘリカル電極１３３の給電端側のパッド１３５と放射電極１３７の給電端を接続する。
【００１７】
パッド１３５，１３６はそれぞれ，給電側，自由端側に配置され，例えば，導体ペーストにより，接続部１５，固定端子１６と接続される。この接続は，電気的接続のみならず，チップアンテナ１３と絶縁基板１１との物理的接続をも兼ねる。
【００１８】
無給電電極１３４は，誘電体部材１３１，１３２の界面に，ヘリカル電極１３３の軸と平行（放射電極１３７，１３８と平行）に配置され，給電線１４と接続されない導体，例えば，銀，白金，銅からなる帯状の平板電極である。無給電電極１３４はヘリカル電極１３３と電磁的に接続され，チップアンテナ１３の共振周波数の低周波化に寄与する。また，無給電電極１３４は，ヘリカル電極１３３の中央面ＳＣからある程度離した方が好ましい。なお，この詳細は後述する。
【００１９】
給電線１４は，導体，例えば，銀，白金，銅からなる，例えば，幅１．１ｍｍの略線状の電極であり，チップアンテナ１３に電力を供給する。給電線１４は平板接地電極１２と対向している。
平板接地電極１２の境界１８によって，給電線１４は区分され，境界１８よりチップアンテナ１３側の給電線１４は放射電極として機能する。なお，境界１８は，絶縁基板１１の下面の境界１７に対応する絶縁基板１１の上面上の仮想的な線であり，絶縁基板１１の上面上に現実に存在する訳ではない。
【００２０】
接続部１５は，導体，例えば，銀，白金，銅からなる略平板状の導体であり，給電線１４と一体的に形成され，パッド１３５，層間接続部１３９ｃを介して，給電線１４とヘリカル電極１３３とを電気的に接続する。
【００２１】
固定端子１６は，導体，例えば，銀，白金，銅からなる略平板状の導体であり，パッド１３６を介してヘリカル電極１３３の開放端側に接続される。
接続部１５および固定端子１６は，チップアンテナ１３を絶縁基板１１に固定するパッドとして機能する。チップアンテナ１３と，接続部１５および固定端子１６とが例えば，導体ペーストで接続されることで，チップアンテナ１３が絶縁基板１１に固定され，かつ電気的に接続される。
固定端子１６は，ヘリカル電極１３３と共に，電磁波を放射する放射電極として機能する。固定端子１６は，ヘリカル電極１３３に線路長を付加して，積層型ヘリカルアンテナ１０の放射特性を低周波側にシフトさせ，かつ広帯域化を図っている。
【００２２】
（アンテナ特性）
以下，無給電電極１３４の付加することによる積層型ヘリカルアンテナ１０の特性の変化を説明する。
ここでは，チップアンテナ１３の幅Ｗ０，長さＬ０，高さＨ０の基準値を１．６ｍｍ＊３．２ｍｍ＊１ｍｍとする。また，固定端子１６を幅１．６ｍｍ，長さ１．０ｍｍとする。
図５，図６，図８〜図１３はそれぞれ，積層型ヘリカルアンテナ１０の周波数特性を表すグラフである。グラフの横軸，縦軸それぞれが周波数［ＧＨｚ］，反射率［ｄＢ］に対応する。
表１〜表４は，無給電電極１３４の長さＬ［ｍｍ］，幅Ｗ［ｍｍ］，距離ｔ［ｍｍ］，ターン数Ｎ［回］，中心周波数Ｆ０［ＭＨｚ］，帯域幅ＢＷ［ＭＨｚ］を表す。この内，表２は，ヘリカル電極１３３の中央面ＳＣからの距離Δｔ（＝ｔ−０．５）をも表す。
【００２３】
距離ｔは，チップアンテナ１３（ヘリカル電極１３３）の底面から無給電電極１３４までの距離を意味し，無給電電極１３４の位置に対応する。
帯域幅ＢＷは，ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio（電圧定在波比．インピーダンス不整合により，反射波が発生している伝送線路上に発生する電圧振幅分布の山と谷の比））＝２．０となる最低周波数ｆＬ，最大周波数ｆＨの差で定義され，ＢＷ＝ｆＨ−ｆＬで表される。
【００２４】
（１）無給電電極１３４の有無
図５のグラフＧ００，Ｇ０１，Ｇ０２それぞれが，以下の場合に対応する。
グラフＧ００：無給電電極１３４，固定端子１６の何れもが接続されていない場合
グラフＧ０１：固定端子１６のみが接続されている場合
グラフＧ０２：無給電電極１３４，固定端子１６の双方が接続されている場合
【００２５】
ヘリカル電極１３３のみの場合（グラフＧ００）に対して，固定端子１６を接続し電極長を増加することで，共振周波数（ピーク）が幾分低周波側に移動する（グラフＧ０１）。さらに，無給電電極１３４を接続することで，共振周波数（ピーク）が低周波側に移動する（グラフＧ０２）。
以上のように，無給電電極１３４を追加することで，共振周波数が低周波側に移動することが判る。
【００２６】
（２）無給電電極１３４の位置
表１は，図６のグラフＧ１０〜Ｇ１４と対応する。
【表１】
2008294809.tif 000003
【００２７】
図７は，ヘリカル電極１３３の中央面ＳＣからの距離Δｔ（＝ｔ−０．５）と中心周波数Ｆ０の変化量（周波数変化量）ΔＦ０（＝Ｆ０（Δｔ）−Ｆ０（０））の対応関係を表すグラフである。表２は，図７と対応する。
【表２】
2008294809.tif 000004
【００２８】
無給電電極１３４の位置をヘリカル電極１３３の中央面ＳＣ（ｔ＝０．５ｍｍ）からずらすことで，中心周波数Ｆ０が低周波側に移動することが判る。また，図７のグラフは距離Δｔ＝０で左右がほぼ対称であり，距離Δｔの正負（中央面ＳＣの上下何れに移動するか）は周波数変化量ΔＦ０にほとんど影響しないことが判る。
【００２９】
無給電電極１３４の位置をヘリカル電極１３３の中央面ＳＣから０．２ｍｍ以上ずらすことで（｜Δｔ｜≧０．２），中心周波数Ｆ０を低周波側に大きく移動できることが判る。チップアンテナ１３の厚さ（ｔ０）からすると，このずらし量の割合（ずらし比率）Ｒ（＝｜Δｔ／ｔ０｜）は０．２ｍｍ／１．０ｍｍ＝０．２である。ずらし比率Ｒは０．２以上であることが好ましい。Ｒ＜０．２の範囲では，中心周波数Ｆ０の変化量ΔＦ０が比較的小さい。
なお，既述のように，放射電極１３７，１３８は，チップアンテナ１３の上下面から０．１ｍｍまでの範囲内であることから，図７および表２での距離Δｔの絶対値の上限を０．４としている（無給電電極１３４と放射電極１３７，１３８とが接触しない範囲）。
【００３０】
以上では，チップアンテナ１３の厚さｔ０を基準として，ずらし比率Ｒを規定している。これに対して，ずらし比率Ｒに替えて，放射電極１３７，１３８間の距離ｔ１を基準とするずらし比率Ｒ１（＝｜Δｔ／ｔ１｜）を用いることができる。この場合でもＲ１＜０．２の範囲で，中心周波数Ｆ０の変化量ΔＦ０が比較的小さいと言える。無給電電極１３４はチップアンテナ１３の上下面近傍に配置されていることから，放射電極１３７，１３８間の距離ｔ１はチップアンテナ１３の厚さｔ０とほぼ等しいからである。
【００３１】
（３）無給電電極１３４の大きさ
図８，図９はそれぞれ，無給電電極１３４の長さＬ，幅Ｗを変化させた場合の積層型ヘリカルアンテナ１０の周波数特性を表すグラフである。
【００３２】
表３，表４はそれぞれ，図８（グラフＧ３０〜Ｇ３３），および図９（グラフＧ４０〜Ｇ４３）と対応する。
【表３】
2008294809.tif 000005
【表４】
2008294809.tif 000006
無給電電極１３４の長さＬ，幅Ｗを大きくすることで，中心周波数Ｆ０が低周波側に移行することが判る。
【００３３】
（４）無給電電極１３４の本数
無給電電極１３４を複数としても積層型ヘリカルアンテナ１０の共振周波数を低周波化できる。
図１０は，本発明の変形例に係る積層型ヘリカルアンテナ２０のチップアンテナ２３を正面（自由端側）から見た状態を表す正面図であり，図３に対応する。チップアンテナ２３は，無給電電極１３に替えて，２つの無給電電極２３４ａ，２３４ｂを有する。無給電電極２３４ａ，２３４ｂに対応して，３層の誘電体部材２３１〜２３３が配置される。無給電電極２３４ａ，２３４ｂは，チップアンテナ２３（ヘリカル電極１３３）の中央面ＳＣに略対称に（中央面ＳＣからの距離が略等しくなるように），配置されている。
【００３４】
図１１は，チップアンテナ２３（ヘリカル電極１３３）の長さＬを変化させた場合の積層型ヘリカルアンテナ２０の周波数特性を表すグラフである。図１１のグラフＧ５１〜Ｇ５３がそれぞれ，無給電電極１３４の長さＬ＝２．２，１．４，０．６ｍｍに対応する。なお，このときの無給電電極１３４の幅Ｗ＝０．２ｍｍ，距離ｔ＝０．２ｍｍ，ターン数Ｎ＝６．７５回である。
表５は，図１１のグラフＧ５１〜Ｇ５３と対応する。
【表５】
2008294809.tif 000007
【００３５】
無給電電極１３４を複数としても中心周波数Ｆ０の低周波化が可能である。また，ヘリカル電極１３３の軸を基準に２つの無給電電極１３４を対称に配置しても中心周波数Ｆ０が低周波側に移行する。
また，図６のグラフＧ１１と図１１のグラフＧ５１を比較することで（長さＬ，幅Ｗ，距離ｔが等しい），無給電電極１３４の本数を１本から２本に増加させることで，中心周波数Ｆ０は幾分低下することが判る。
【００３６】
（５）無給電電極１３４の方向
図１２は，本発明の比較例に係る積層型ヘリカルアンテナ３０のチップアンテナ３３の斜視図であり，図２に対応する。チップアンテナ３３は，無給電電極１３に替えて，３つの無給電電極３３４（３３４ａ〜３３４ｃ）を有する。なお，見やすさのため，放射電極１３７ａの図示を省略している。無給電電極３３４ａ〜３３４ｃはそれぞれ，チップアンテナ３３（ヘリカル電極１３３）の上下方向に（放射電極１３７，１３８の垂直方向に），中央面ＳＣに略対称に，放射電極１３７ａ，１３７ｂと接触しないように配置されている。
図１３のグラフＧ６０，Ｇ６１，Ｇ６２は，無給電電極３３４の本数を０，１，３本としたときの積層型ヘリカルアンテナ３０の周波数特性を表す。
本図に示すように，無給電電極１３４をチップアンテナ１３の上下方向に配置した場合，中心周波数Ｆ０がほとんど低周波化されないことが判る。
【００３７】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）チップアンテナ１３への電力の供給に際し，種々の伝送線路を用いることができる。上記実施形態では，給電線１４と平板接地電極１２とが近接して対向する，いわゆるマイクロストリップ線路によって電力を伝送している。これに替えて，給電線１４が平板接地電極１２と同一平面上に配置される，いわゆるコプレーナ線路を用いても良い。
【００３８】
（２）絶縁基板１１上に，他の素子を配置することも可能である。例えば，他のアンテナ，アンテナを切り替えるためのスイッチ，フィルタ（バンドパスフィルタ等），水晶振動子，受信用のＩＣ（集積回路），送信用のＩＣ，高周波増幅用のＩＣである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層型ヘリカルアンテナの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る積層型ヘリカルアンテナの拡大上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る積層型ヘリカルアンテナの拡大正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る積層型ヘリカルアンテナの拡大側面図である。
【図５】積層型ヘリカルアンテナの周波数特性の一例を表すグラフである。
【図６】積層型ヘリカルアンテナの周波数特性の一例を表すグラフである。
【図７】ヘリカル電極の中央面からの距離Δｔと周波数変化量ΔＦ０対応関係を表すグラフである。
【図８】積層型ヘリカルアンテナの周波数特性の一例を表すグラフである。
【図９】積層型ヘリカルアンテナの周波数特性の一例を表すグラフである。
【図１０】本発明の変形例に係る積層型ヘリカルアンテナの正面図である。
【図１１】積層型ヘリカルアンテナの周波数特性の一例を表すグラフである。
【図１２】本発明の比較例に係る積層型ヘリカルアンテナの斜視図である。
【図１３】積層型ヘリカルアンテナの周波数特性の一例を表すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  積層型ヘリカルアンテナ
１１  絶縁基板
１２  平板接地電極
１３  チップアンテナ
１４  給電線
１５  接続部
１６  固定端子
１７  境界
１８  境界
１３１，１３２  誘電体部材
１３３  ヘリカル電極
１３４  無給電電極
１３５，１３６  パッド
１３７（１３７ａ，１３７ｂ），１３８（１３８ａ，１３８ｂ）  放射電極
１３９（１３９ａ〜１３９ｃ）  層間接続部
【図１】
2008294809.tif 000008
【図２】
2008294809.tif 000009
【図３】
2008294809.tif 000010
【図４】
2008294809.tif 000011
【図５】
2008294809.tif 000012
【図６】
2008294809.tif 000013
【図７】
2008294809.tif 000014
【図８】
2008294809.tif 000015
【図９】
2008294809.tif 000016
【図１０】
2008294809.tif 000017
【図１１】
2008294809.tif 000018
【図１２】
2008294809.tif 000019
【図１３】
2008294809.tif 000020