(57)【要約】【課題】アンテナ部のパターンに自由度があり、低消費電力で電磁波の送受信特性を向上させる誘電体アンテナを提供する。【解決手段】第１の誘電率を有する誘電体基板５１と、前記第１の誘電率より大なる第２の誘電率を有し、電磁波を所定の位置に集中させるべく、誘電体基板５１上に積層された複数の円筒形のフレネルゾーン部２３から成る誘電体層５２より構成され、その誘電体層５２に対して前記誘電体基板５１の反対面に、電磁波を励振あるいは入射する変換器３１が結合している【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電率を有する誘電体基板と、前記第１の誘電率より大なる第２の誘電率を有し、電磁波を所定の位置に集中させるべく、誘電体基板上に積層された複数の円筒形のフレネルゾーン部から成る誘電体層より構成され、その誘電体層に対して前記誘電体基板の反対面に、電磁波を励振あるいは入射する変換器が結合していることを特徴とする誘電体アンテナ。
【請求項２】
前記誘電体層は、エッチングによって前記所定のアンテナのパターンに加工されることを特徴とする請求項１記載の誘電体アンテナ。
【請求項３】
円筒形のフレネルゾーン部からなる誘電体層は、その垂直方向に電磁波の放射を行う構成であることを特徴とする請求項１記載の誘電体アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、誘電体アンテナに関し、特に、移動通信体、無線通信機器などの移動用端末に適用される、誘電体で形成されたアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
　従来、通信機能を有する移動用端末などには、その小型化と軽量化を図るために、平面アンテナと高集積回路とを整合をとりながら接続して一体化した集積アンテナが利用されている。
【０００３】
　この集積アンテナは、例えば、誘電体基板上に、アンテナ部となる金属導体板を接着して形成されるマイクロストリップアンテナ、またはこのマイクロストリップアンテナを複数個配列して形成されるマイクロストリップアレイなどで構成され、高集積回路と一体化して作成される。
【０００４】
　金属導体板は、通常、方形、円形、楕円形のような典型的な一定の形状を有している。また、集積アンテナへの給電は、主に、同軸プロープもしくはマイクロストリップ線路によって行われる。
【０００５】
　この様な、従来の集積アンテナによれば、入射した電磁波がアンテナ部となる金属導体板を伝搬してそこから空間中（空気中）に放射される。
【特許文献１】特開昭６３−５００８３８号公報
【特許文献２】特開平５−３０８２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　しかしながら、このような従来の集積アンテナによれば、アンテナ部の配列パターンは、接続される高集積回路の配列により決定されてしまい、また、金属導体板であるアンテナ部自体からの電磁波の伝送損失が大きいため、電磁波の送受信特性の効率が良くならないという問題があった。
【０００７】
　また、集積アンテナの送受信特性を補うために、高集積回路の性能を向上させると、高集積回路が大きくなり、集積アンテナを利用する移動用端末の小型化と軽量化が困難になるという問題があった。
【０００８】
　また、高集積回路の高性能化によって回路の機密化が進み、回路と接続されるアンテナとの間に干渉が発生するという問題があった。
【０００９】
　更に、アンテナ部が、誘電体基板上に形成された金属導体板であるため、アンテナ部の配列パターンに自由度がなく、アンテナの指向性を任意に操作することが困難であるという問題があった。
【００１０】
　従って、本発明の目的は、アンテナ部のパターンに自由度があり、低消費電力で電磁波の送受信特性を向上させる誘電体アンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
　本発明は、以上に述べた目的を実現するため、第１の誘電率を有する誘電体基板と、前記第１の誘電率より大なる第２の誘電率を有し、電磁波を所定の位置に集中させるべく、誘電体基板上に積層された複数の円筒形のフレネルゾーン部から成る誘電体層より構成され、その誘電体層に対して前記誘電体基板の反対面に、電磁波を励振あるいは入射する変換器が結合していることを特徴とする誘電体アンテナを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
　本発明の誘電体アンテナによれば、電磁波の伝送部分を誘電体としたので、アンテナのパターンに自由度があり、低消費電力で電磁波の送受信特性を向上させることができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
　以下本発明の誘電体アンテナを詳細に説明する。
【００１４】
　図１は、本発明の他の実施の形態による誘電体アンテナを示す。図１（ａ）は、本発明の誘電体アンテナの上面図、図１（ｂ）は、側面図、（ｃ）は、ＡＡ’断面図を示す。
【００１５】
　図１において、本発明の誘電体アンテナ１０は、所定の誘電率ε１を有する誘電体チップ（誘電体基板）５１と、所定の誘電率ε２を有する誘電体層５２と、インピーダンス整合用の変換器３１とから成る。
【００１６】
　この誘電体アンテナ１０は、誘電体チップ５１上に誘電体層５２を積層し、エッチングなどによって加工することによって、誘電体チップ５１上に複数の円筒形状を有する誘電体層５２を形成して作成される。
【００１７】
　誘電体チップ５１は、変換器３１に接続され、変換器３１の励振点３２からの電磁波を伝送する。誘電体層５２の複数の円筒形状は、そのままフレネルゾーン２３を構成し、各円筒の間隔およびその断面は、内側の方が大きくなるように形成されている。
【００１８】
　ここで、誘電体チップ５１の誘電率ε１と、誘電体層５２の誘電率ε２と、誘電体アンテナ１の周りの空間（空気）の誘電率ε０のそれぞれの誘電率は、下式（１）の関係にあり、誘電体層５２の誘電率ε２が最も大きい。
【００１９】
　　　　　　　　　　　　ε０＜ε１＜ε２　　…（１）
　上記の変換器３１の励振点３２から電磁波を入射すると、電磁波は、誘電体チップ５１の内部を伝送し、誘電体層５２のフレネルゾーン２３に沿って空間へ放射される。
【００２０】
　誘電体層５２のフレネルゾーン２３を構成する複数の円筒部は、各円筒部の間隔およびその断面が、内側の方が大きくなるように形成されているため、レンズ効果が生じ、フレネルゾーン２３から空間へ放射した電磁波は、一度焦点４へ向かって集中し、さらに焦点４から空間へ放射される。
【００２１】
　ここで、誘電体チップ５１の誘電率ε１と、誘電体層５２の誘電率ε２とを電磁波の励振周波数に応じて任意に決定することによって、焦点４の位置を任意に変化させることができ、また、放射される電磁波の分布の遠方放射界を、所定の角度に絞ることができるので、誘電体アンテナの指向性利得を向上させることができる。
【００２２】
　上述した誘電体アンテナに使用される誘電体の材料は、各材料が各々異なる特有の誘電率を持つ。これら誘電率の異なる誘電体材料の組み合わせによって、各材料の電気特性、加工精度、コスト、取扱性などを考慮して、誘電体アンテナの誘電率分布を任意に設定し、所望するアンテナ特性を持つ誘電体アンテナを得ることができる。
【００２３】
　表１は、本発明の誘電体アンテナに使用することができる誘電体材料（誘電体セラミックス）の一例を示す。
【表１】
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　また、本発明の誘電体アンテナのうち、変換器３１を除いたアンテナ回路部分の大きさは、給電点や誘電率分布などを考慮して、電気的な整合から決定される。即ち、アンテナ回路部以外で高周波回路などによる強制的な整合操作を適用しない場合には、アンテナ回路部分の各部の長さや間隔などは、電磁波の周波数から決定される波長の倍数によって定められる。
【００２４】
　図２は、本発明の誘電体アンテナを高集積回路基板に装着した集積アンテナを示す。集積アンテナ５０は、集積回路のパターン６Ａを有した高集積回路基板６上に、上述したような本発明の誘電体アンテナ３０を配置して構成される。誘電体アンテナ３０の変換器３１に設けられた給電点７と、高集積回路基板６上の給電用電極８とをワイヤ１２で接続して、誘電体アンテナ３０に電力を供給する。
【００２５】
　本発明の誘電体アンテナ３０は、高集積回路基板６に比べて大幅に小さく作成することができるので、集積アンテナ５０のサイズは、高集積回路基板６のサイズとほぼ等しくなり、厚さにおいても数ミリメートル（mm）程度にできる。
【００２６】
　図３は、本発明の誘電体アンテナを高集積回路基板に装着した集積アンテナの他の形態を示す。集積アンテナ６０は、集積回路のパターン１１Ａを有した高集積回路基板１１上に、上述したような本発明の誘電体アンテナ４０を配置して構成される。誘電体アンテナ４０の変換器３１に設けられた給電点７と、高集積回路基板１１上の給電ライン９とを接続して、誘電体アンテナ４０に電力を供給する。
【００２７】
　図４は、図３の集積アンテナ６０を内装したワイヤレスＩＤカード６１を示す。ワイヤレスＩＤカード６１は、集積アンテナ６０を集積アンテナ６０の形状に応じた所定の形状を有する外枠６２で覆うことによって作成される。外枠６２は、誘電体アンテナ４０からの電磁波を遮断しないようにプラスチック材などで作成してもよく、また、誘電体アンテナ４０の電磁波の放射部を露出させるように孔（図示せず）を設けるようにしてもよい。
【００２８】
　この様なワイヤレスＩＤカード６１は、それ自体のサイズが薄く小型なので、例えば、鉄道やスキー場のリフト乗り場などの改札の通過や課金の認識などを、無線によって自動的に行うシステムなどで使用することができる。
【００２９】
　以上、本発明の種々の形態例を示したが、それぞれの誘電体アンテナの誘電体層５２は、１つの層ではなく複数の層の積層でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による誘電体アンテナの実施の一形態を示す概略図である。
【図２】本発明による誘電体アンテナを用いた集積アンテナ実施の一形態を示す概略図である。
【図３】本発明による誘電体アンテナを用いた集積アンテナ実施の一形態を示す概略図である。
【図４】図３の集積アンテナを用いたワイヤレスＩＤカードを示す概略図。
【符号の説明】
【００３１】
　１０　誘電体アンテナ
　１１　高集積回路基板
　２０　誘電体アンテナ
　３１　変換器
　３２　励振点
　５０　集積アンテナ
　５１　誘電体チップ
　５２　誘電体層
　６０　集積アンテナ
　６１　ワイヤレスＩＤカード
　６２　外枠
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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