(57)【要約】【課題】アンテナ装置の小型化を有効に図り、しかも、入力インピーダンスの安定化を図るようにして、アンテナ装置の信頼性の向上、並びに電子機器の設計の自由度の増大化を図る。【解決手段】複数枚の板状の誘電体層が積層、焼成されて構成された誘電体基板１２に、外部回路に接続される一方の入出力用電極１４と後述するアンテナ２０に接続される他方の入出力用電極１６を有するフィルタ１８と、該フィルタ１８の他方の入出力電極１６に容量を介して接続されるアンテナ２０とが一体的に形成されたアンテナ装置１０Ａにおいて、第４の誘電体層Ｓ４上のうち、アンテナ２０の開放端２０ａと第１〜第３の誘電体層Ｓ１〜Ｓ３を間に挟んで重なる位置に内層アース電極６０を形成して構成し、アンテナ２０の開放端２０ａと接地間に容量を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板に形成されたアンテナと、
前記誘電体基板に形成され、かつ、前記アンテナの開放端と容量を介して結合されたアース電極とを有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１記載のアンテナ装置において、
前記アース電極は、前記誘電体基板の表面から該誘電体基板内の前記アンテナにおける開放端に対して平面的に重なる位置に延在するように形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のアンテナ装置において、
前記誘電体基板中に前記アンテナと一体的に形成されたフィルタを有し、
前記アンテナとフィルタとが結合されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３記載のアンテナ装置において、
前記アース電極は、
前記フィルタの一部を囲むように形成された第１のアース電極と、
前記誘電体基板の表面から前記アンテナの開放端に対して平面的に重なる位置まで延在してなる第２のアース電極とを有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項４記載のアンテナ装置において、
前記第１及び第２のアース電極が一体化されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
誘電体基板に形成され、かつ、後端が入出力部分よりも後方に延長形成されたアンテナと、
前記誘電体基板に形成され、かつ、前記アンテナの後端と電気的に接続されたアース電極とを有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項６記載のアンテナ装置において、
前記誘電体基板中に前記アンテナと一体的に形成されたフィルタを有し、
前記アンテナの入出力部分とフィルタの入出力部分とが結合されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項７記載のアンテナ装置において、
前記アース電極は、
前記フィルタの一部を囲むように誘電体基板の表面に形成された第１のアース電極と、
前記誘電体基板内に形成され、かつ、アンテナの入出力部分まで延在する第２のアース電極とを有し、
前記アンテナの後端は、前記第２のアース電極に電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体基体に電極膜によるアンテナパターンを形成したアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アンテナ装置の小型化並びに通信機の小型化を図るために、例えば誘電体基体の表面に電極膜によるアンテナパターンを形成したものが多数提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
これらのアンテナ装置の多くは、配線基板に直接実装して使用することができ、このことが長所の１つとなっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−４１７２２号公報
【特許文献２】特開平９−１６２６３３号公報
【特許文献３】特開平１０−３２４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯電話等の無線通信システムの多様化に伴い、従来から、積層型誘電体フィルタに対して、小型化の要請が強くなってきている。
【０００６】
また、従来では、アンテナ装置を配線基板に実装した際に、接地ラインとの距離に応じて入力インピーダンスが大きく変化し、入力インピーダンスが安定しないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、アンテナ装置の小型化を有効に図ることができ、しかも、入力インピーダンスの安定化を図ることができ、アンテナ装置の信頼性の向上、並びに電子機器の設計の自由度の増大化を図ることができるアンテナ装置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】
【０００８】
本発明に係るアンテナ装置は、誘電体基板に形成されたアンテナと、前記誘電体基板に形成され、かつ、前記アンテナの開放端と容量を介して結合されたアース電極とを有することを特徴とする。
【０００９】
アンテナを誘電体アンテナとした場合、誘電体基板に形成されたストリップラインにて構成することができる。このストリップラインは、例えばフィルタを構成する共振器と等価とみることができ、並列共振回路として等価変換することが可能である。
【００１０】
そして、本発明では、前記アンテナの開放端と容量を構成するアース電極を設けるようにしている。この場合、アンテナの開放端とアース電極との間に形成される静電容量がアンテナを等価変換したときの並列共振回路の静電容量に付加されることになるため、中心周波数（共振周波数）を低下させることが可能となる。即ち、中心周波数を同一とすれば、該並列共振回路のインダクタンスは小さくて済むことになり、その結果、アンテナ長もより短くすることができ、アンテナ装置全体のサイズを小さくすることができる。
【００１１】
また、アンテナ装置を配線基板に実装した際に、該アンテナ装置の入力インピーダンスは、アンテナと接地ラインとの距離にほとんど依存しなくなり、入力インピーダンスの安定化を実現させることができる。これは、アンテナ装置の信頼性の向上と、該アンテナ装置が設けられた電子機器の設計の自由度を増大化させることができる。
【００１２】
そして、前記構成において、前記アース電極を、前記誘電体基板の表面から該誘電体基板内の前記アンテナにおける開放端に対して平面的に重なる位置に延在するように形成するようにしてもよい。この場合、配線基板に設けられた接地ラインをアース電極に接続しやすくなり、アンテナ装置の配線基板への実装が容易になる。
【００１３】
また、前記誘電体基板中に前記アンテナと一体的に形成されたフィルタを有し、前記アンテナとフィルタとを結合するようにしてもよい。この場合、前記アース電極は、前記フィルタの一部を囲むように形成された第１のアース電極と、前記誘電体基板の表面から前記アンテナの開放端に対して平面的に重なる位置まで延在してなる第２のアース電極とを有するようにしてもよい。もちろん、前記第１及び第２のアース電極を一体化して形成するようにしてもよい。
【００１４】
次に、本発明に係るアンテナ装置は、誘電体基板に形成され、かつ、後端が入出力部分よりも後方に延長形成されたアンテナと、前記誘電体基板に形成され、かつ、前記アンテナの後端と電気的に接続されたアース電極とを有することを特徴とする。
【００１５】
この場合も、上述の発明と同様に、アンテナ装置の小型化を有効に図ることができ、しかも、入力インピーダンスの安定化を図ることができ、アンテナ装置の信頼性の向上、並びに電子機器の設計の自由度の増大化を図ることができる。
【００１６】
そして、前記構成において、前記誘電体基板中に前記アンテナと一体的に形成されたフィルタを有し、前記アンテナの入出力部分とフィルタの入出力部分とを結合するようにしてもよい。この場合、前記アース電極は、前記フィルタの一部を囲むように誘電体基板の表面に形成された第１のアース電極と、前記誘電体基板内に形成され、かつ、アンテナの入出力部分まで延在する第２のアース電極とを有し、前記アンテナの後端を、前記第２のアース電極に電気的に接続するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明に係るアンテナ装置によれば、アンテナ装置の小型化を有効に図ることができ、しかも、入力インピーダンスの安定化を図ることができ、アンテナ装置の信頼性の向上、並びに電子機器の設計の自由度の増大化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るアンテナ装置の実施の形態例を図１〜図１１を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａは、図１、図２に示すように、複数枚の板状の誘電体層が積層、焼成されて構成された誘電体基板１２に、外部回路に接続される一方の入出力用電極１４（図２参照）と後述するアンテナ２０に接続される他方の入出力用電極１６（図２参照）を有するフィルタ１８と、該フィルタ１８の他方の入出力電極１６に容量を介して接続されるアンテナ２０とが一体的に形成されて構成されている。
【００２０】
フィルタ１８は、２本の片端開放型の１／４波長共振素子（ストリップライン導体）２２ａ及び２２ｂがそれぞれ平行に形成された構成を有し、アンテナ２０は、誘電体基板１２の上面に電極膜によりミアンダライン形状に形成されている。
【００２１】
また、この第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａにおいては、図１、図２に示すように、フィルタ１８の一方の入出力用電極１４に接続される入出力端子２６が形成され、誘電体基板１２の右側面及び左側面に、それぞれフィルタ１８に対応した部分に第１のアース電極２８が形成されている。
【００２２】
具体的には、前記誘電体基板１２は、図２に示すように、上から順に、第１〜第１０の誘電体層Ｓ１〜Ｓ１０が積層されて構成されている。これら第１〜第１０の誘電体層Ｓ１〜Ｓ１０は１枚あるいは複数枚の層にて構成される。
【００２３】
アンテナ２０とフィルタ１８は、誘電体基板１２上の、平面的に互いに分離された領域に形成されており、アンテナ２０は、第１の誘電体層Ｓ１の上面に形成され、フィルタ１８は、第３の誘電体層Ｓ３から第１０の誘電体層Ｓ１０にかけて形成されている。
【００２４】
そして、この第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａにおいては、図２に示すように、第７の誘電体層Ｓ７の一主面に２本の共振素子（第１及び第２の共振素子２２ａ及び２２ｂ）が平行に形成されており、これら第１及び第２の共振素子２２ａ及び２２ｂは、各一方の端部が開放とされ、各他方の端部がアース電極２８に短絡されている。
【００２５】
第６の誘電体層Ｓ６の一主面には、一端が入出力端子２６に接続され、かつ、第１の共振素子２２ａと容量結合される前記一方の入出力用電極１４と、一端がアンテナ２０と容量を介して接続され、かつ、他端が第２の共振素子２２ｂと容量結合される前記他方の入出力用電極１６とが形成されている。
【００２６】
第５の誘電体層Ｓ５の一主面には、２本の共振素子２２ａ及び２２ｂの各開放端に対向してそれぞれ２つの内層アース電極３０ａ及び３０ｂが形成されている。
【００２７】
第３の誘電体層Ｓ３の一主面のうち、フィルタ１８に対応した部分に、外側面のアース電極２８に接続された内層アース電極３２が形成されている。
【００２８】
第８の誘電体層Ｓ８の一主面には、アース電極２８、フィルタ１８の入出力端子２６等に対して電位的にフローティング状態とされた結合調整電極３４が形成されている。
【００２９】
この結合調整電極３４は、第１の共振素子２２ａに対向する第１の電極本体３４ａと第２の共振素子２２ｂに対向する第２の電極本体３４ｂとが、その間に形成されたリード電極３４ｃによって電気的に接続された形状を有する。
【００３０】
第９の誘電体層Ｓ９の一主面には、２本の共振素子２２ａ及び２２ｂの各開放端に対向してそれぞれ２つの内層アース電極３６ａ及び３６ｂが形成されている。
【００３１】
そして、この第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａにおいては、図１、図２に示すように、第２の誘電体層Ｓ２の一主面に、他方の入出力用電極１６とアンテナ２０の一端との間に容量を形成するための電極３８が形成されている。この電極３８と他方の入出力用電極１６とはスルーホール４０を介して電気的に接続されている。
【００３２】
更に、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａは、図１に示すように、第４の誘電体層Ｓ４上のうち、アンテナ２０の開放端２０ａと第１〜第３の誘電体層Ｓ１〜Ｓ３を間に挟んで重なる位置に内層アース電極６０が形成されている。内層アース電極６０は、例えば図３に示すように、誘電体基板１２のフィルタ１８側の表面に形成されたアース電極２８とは別の位置（図示の例では右側面）に形成された第２のアース電極６２と接続されている。
【００３３】
ここで、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａにおける各電極の電気的な結合について図４の等価回路図を参照しながら説明する。
【００３４】
入出力端子２６と接地間に第１及び第２の共振素子２２ａ及び２２ｂによる２つの共振器５０ａ及び５０ｂがそれぞれ並列に接続され、更に、これら隣接する共振器５０ａ及び５０ｂ同士は互いに誘導結合され、これにより、等価回路上では、隣接する共振器５０ａ及び５０ｂ間にインダクタンスＬが挿入されたかたちとなる。
【００３５】
また、第１の共振素子２２ａと第２の共振素子２２ｂ間には、結合調整電極３４による合成容量Ｃが形成され、各共振器５０ａ及び５０ｂ間には、インダクタンスＬと合成容量ＣによるＬＣ並列共振回路が接続されたかたちとなる。
【００３６】
また、第１及び第２の共振素子２２ａ及び２２ｂの各開放端と対応する内層アース電極（３０ａ、３６ａ）及び（３０ｂ、３６ｂ）との間にはそれぞれ容量（合成容量）Ｃ１及びＣ２が形成される。
【００３７】
また、第１の共振素子２２ａと入出力端子２６との間には一方の入出力用電極１４を介して静電容量Ｃ３が形成され、接点ＣＮを構成する他方の入出力用電極１６と第２の共振素子２２ｂとの間には静電容量Ｃ４が形成され、接点ＣＮ（他方の入出力用電極１６）とアンテナ２０との間には電極３８を介して静電容量Ｃ５が形成され、接点ＣＮ（他方の入出力用電極１６）と接地（内層アース電極３２）との間には静電容量Ｃ６が形成される。
【００３８】
つまり、この第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａは、フィルタ１８とアンテナ２０とが容量Ｃ５（及びＣ４）を介して結合され、特に、フィルタ１８とアンテナ２０間に容量Ｃ５及びＣ６からなるインピーダンス整合回路５２が挿入接続された回路構成を有する。なお、静電容量Ｃ６の代わりに共振器５０ａ、５０ｂの長さを変える、あるいは図３に示す合成容量Ｃ１、Ｃ２を異ならせることによってもインピーダンスのマッチングを実現させることができる。
【００３９】
更に、この第１の実施の形態においては、図４に示すように、アンテナ２０の開放端２０ａと内層アース電極６０との間に、静電容量Ｃ１０が形成される。
【００４０】
このように、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａにおいては、アンテナ２０を誘電体基板１２に形成されたストリップラインにて構成するようにしている。このストリップラインは、フィルタ１８に形成される共振器５０ａ、５０ｂと等価とみることができ、並列共振回路として等価変換することが可能である。
【００４１】
そして、この第１の実施の形態では、上述のように、アンテナ２０の開放端２０ａとの間に静電容量Ｃ１０を形成する内層アース電極６０を設けるようにしている。この場合、アンテナ２０の開放端２０ａと内層アース電極６０との間に形成される静電容量Ｃ１０がアンテナ２０を等価変換したときの並列共振回路の静電容量に付加されることになるため、中心周波数（共振周波数）を低下させることが可能となる。即ち、中心周波数を同一とすれば、該並列共振回路のインダクタンスは小さくて済むことになり、その結果、アンテナ長もより短くすることができ、アンテナ装置１０Ａ全体のサイズを小さくすることができる。
【００４２】
また、アンテナ装置１０Ａを配線基板に実装した際に、該アンテナ装置１０Ａの入力インピーダンスは、アンテナ２０と接地ラインとの距離にほとんど依存しなくなり、入力インピーダンスの安定化を実現させることができる。これは、アンテナ装置１０Ａの信頼性の向上と、該アンテナ装置１０Ａが設けられた電子機器の設計の自由度を増大化させることができる。
【００４３】
なお、前記容量Ｃ１０を大きくとりたい場合は、図１に示すように、アンテナの開放端２０ａにおける電極面積を広くとればよい。
【００４４】
ここで、２つの実験例（便宜的に第１及び第２の実験例と記す）を示す。第１の実験例は、アンテナ２０の開放端２０ａに容量Ｃ１０を付加しない比較例と、アンテナ２０の開放端２０ａに１．２ｐＦの容量Ｃ１０を付加した実施例１と、アンテナ２０の開放端２０ａに３．５ｐＦの容量Ｃ１０を付加した実施例２を用意し、それぞれの中心周波数を測定したものである。測定結果を図５に示す。
【００４５】
この測定結果から、アンテナ２０の開放端２０ａに付加する容量Ｃ１０が０ｐＦ、１．２ｐＦ、３．５ｐＦと大きくなるのに従い、中心周波数が約２ＧＨｚから約１ＧＨｚまで低くなることがわかる。
【００４６】
次に、第２の実験例は、図６に示すように、配線基板７０の１つのコーナー部に幅３．２ｍｍのアンテナ２０が形成されたアンテナ装置１０Ａを実装し、更に、その配線基板７０に接地電極７２がほぼ全面に形成されたグランド板７４を取り付け、このグランド板７４のうち、アンテナ装置１０Ａに対応する部分に矩形状の切欠き７６を設けたものをサンプルとして多数用意した。
【００４７】
アンテナ装置１０Ａの実装位置と切欠き７６の位置関係は、図６に示すように、配線基板７０の左端から右端に向かって２．５ｍｍの位置にアンテナ２０の中心が位置するようにアンテナ装置１０Ａを実装し、グランド板７４の左端（配線基板７０の左端）から切欠き７６の端部までの距離を切欠き量Ｄとして定義した。従って、アンテナ２０の右端から切欠き７６の端部までの距離ｍは、切欠き量Ｄ−４．１ｍｍとなる。
【００４８】
これらのサンプルのうち、アンテナ２０の開放端２０ａに容量Ｃ１０を付加していないものであって、切欠き量Ｄを５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍとしたものを比較例として多数用意し、アンテナ２０の開放端２０ａに例えば３．５ｐＦの容量Ｃ１０を付加したものであって、切欠き量Ｄを５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍとしたものを実施例として多数用意した。
【００４９】
そして、これら比較例と実施例の反射係数を測定した。測定結果を図７に示す。図７において、比較例の特性を●のプロットで示し、実施例の特性を■のプロットで示す。
【００５０】
この測定結果から、切欠き量Ｄの変化に対する反射係数の変化は実施例の方が少ないことがわかる。これは、実施例の方が、比較例と比して、入力インピーダンスが安定していることを示しており、特に、特性上、好ましいとされる切欠き量Ｄが５ｍｍから１０ｍｍの変化については、比較例では急峻に変化しているが、実施例では、その変化は緩やかである。これは、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａが実装面でも有利であることがわかる。
【００５１】
次に、第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ｂについて図８〜図１１を参照しながら説明する。なお、図１及び図２と対応するものについては同符号を付してその重複説明を省略する。
【００５２】
この第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ｂは、図８及び図９に示すように、上述の第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、アンテナ２０の後端２０ｂが入出力部分（電極３８と接続される部分）よりも後方に延長形成され、更に、アンテナ２０の後端２０ｂと内層アース電極３２とがスルーホール９０を通じて電気的に接続されている点で異なる。
【００５３】
この第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ｂにおいても、上述した第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａと同様に、アンテナ装置１０Ｂの小型化を有効に図ることができ、入力インピーダンスの安定化を図ることができる。
【００５４】
特に、この第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ｂにおいては、アンテナ長Ｌａが開放端２０ａから後端２０ｂまでの長さにより規定されることから、図１０に示すように、アンテナ２０の後端２０ｂをフィルタ１８寄りに後方に位置させることで、アンテナ２０の開放端２０ａをフィルタ１８寄りに位置させることができる。
【００５５】
つまり、図１１に示すように、アンテナ２０の後端２０ｂを入出力部分とした場合は、誘電体基板１２のうち、アンテナ２０を形成する領域として、アンテナ長Ｌａだけ必要としていたが、この第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ｂでは、アンテナ２０の開放端２０ａをフィルタ１８寄りに位置させることができるため、前記アンテナ２０を形成する領域として、アンテナ長Ｌａよりも短い領域で済む。
【００５６】
即ち、図１０に示すように、第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ｂにおいては、図１１に示すアンテナ装置と比べて、誘電体基板１２の長さを矢印Ａで示す分だけ縮めることができ、アンテナ装置１０Ｂの大幅なる小型化を達成させることができる。
【００５７】
上述の例では、アンテナ２０の後端２０ｂとフィルタ１８における他方の入出力用電極１６間に電極３８を配することにより、これらアンテナ２０の後端とフィルタ１８における他方の入出力用電極１６とを容量Ｃ５を介して接続するようにしたが、これらを直接接続するようにしてもよい。
【００５８】
なお、この発明に係るアンテナ装置は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１の実施の形態に係るアンテナ装置を一方向から見て示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係るアンテナ装置を示す分解斜視図である。
【図３】第１の実施の形態に係るアンテナ装置を他の方向から見て示す斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係るアンテナ装置を示す等価回路図である。
【図５】第１の実験例の測定結果（付加容量に対する中心周波数の変化）を示す特性図である。
【図６】第２の実験例の測定方法を示す説明図である。
【図７】第２の実験例の測定結果（反射係数の切欠き量依存性）を示す特性図である。
【図８】第２の実施の形態に係るアンテナ装置を示す斜視図である。
【図９】第２の実施の形態に係るアンテナ装置を示す分解斜視図である。
【図１０】第２の実施の形態に係るアンテナ装置の効果を示す説明図である。
【図１１】アンテナの後端を入出力部分とした場合のアンテナ装置の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０Ａ、１０Ｂ…アンテナ装置        １２…誘電体基板
１８…フィルタ                      ２０…アンテナ
２０ａ…開放端                      ２０ｂ…後端
２２ａ、２２ｂ…共振素子            ２８…第１のアース電極
３８…電極                          ４０…スルーホール
５０ａ、５０ｂ…共振器              ６０…内層アース電極
６２…第２のアース電極              ７０…配線基板
９０…スルーホール
【図１】
2008252950.tif 000003
【図２】
2008252950.tif 000004
【図３】
2008252950.tif 000005
【図４】
2008252950.tif 000006
【図５】
2008252950.tif 000007
【図６】
2008252950.tif 000008
【図７】
2008252950.tif 000009
【図８】
2008252950.tif 000010
【図９】
2008252950.tif 000011
【図１０】
2008252950.tif 000012
【図１１】
2008252950.tif 000013