(57)【要約】【課題】小型化と複数の周波数帯域への対応を同時に実現し得る、誘電体アンテナと、それを用いたアンテナ装置を提供すること。【解決手段】誘電体からなる基体８に、導体幅や導体間距離がことなる部分を有する、螺旋状の導体パターン９ａを形成し、給電点１０以外の部分に、基板などに形成された導体パターンと、前記螺旋状の導体パターン９ａを接続する接続点を設けることにより、２つの共振周波数に対応したアンテナが得られる。また、整合回路を併用することで、アンテナの特性を向上できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなる基体表面に導体パターンが形成され、基板上に実装するための給電点を有する誘電体アンテナにおいて、前記導体パターンの一部に起因する自己共振を利用することにより、複数の異なる周波数帯域でアンテナとして機能する構造が付与されていることを特徴とする誘電体アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の誘電体アンテナにおいて、前記導体パターンの少なくとも一部は、螺旋形状またはミアンダ形状の少なくともいずれかを有することを特徴とする誘電体アンテナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の誘電体アンテナにおいて、前記導体パターンは、導体幅または導体間距離の異なる複合構造の螺旋形状またはミアンダ形状の少なくともいずれかであることを特徴とする誘電体アンテナ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の誘電体アンテナにおいて、前記導体パターンは、給電点以外の少なくとも１箇所に、実装基板に設けられた導体パターンまたは該誘電体アンテナ以外の導電体との接続点を有することを特徴とする誘電体アンテナ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の誘電体アンテナが、実装基板上に設けられたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の誘電体アンテナと、実装基板上に設けられた整合回路を含むことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体からなる基体表面に導体パターンが形成された電体アンテナ及びこれを用いたアンテナ装置に関わり、さらに詳しくは、導体パターンの構造及び整合回路の付加により、複数の周波数帯域に対応し得る誘電体アンテナ及びアンテナ装置に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）（Ｒ）や携帯電話などと呼称される、小型で軽量の無線通信装置が普及しており、さらに高機能を付加するために、部品をより小型化、高性能化する技術が盛に開発されている。このため、電波の送受信に用いられるアンテナ素子も小型化の検討の対象となるが、アンテナ素子上の導体線路の短縮は、共振周波数の上昇に繋がるため、所望の周波数の電波を良好な効率で送受信することが困難となる。
【０００３】
一方で、同一の無線通信装置で、さらに多様な通信方式に対応するため、無線通信装置の多周波数帯域への対応が進んでおり、それに伴いアンテナも多周波数帯域に対応させる必要がある。
【０００４】
現在、実用化されているアンテナの中で、最も小型のものとして、誘電体からなる基体の表面に導体パターンを形成した構造を有する、誘電体アンテナが挙げられる。図１４は、従来の誘電体アンテナ素子の一例を示す斜視図であり、ここでは、誘電体からなる基体８の表面に、螺旋状の導体パターン９ａが形成され、誘電体アンテナ素子６を構成している。
【０００５】
また、図１５は、従来の誘電体アンテナ素子の別の例を示す斜視図であり、ここでは誘電体からなる基体８の表面にミアンダ状の導体パターン９ｂが形成され、誘電体アンテナ素子７を構成している（たとえば特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１１８４０９号公報
【０００７】
ここで開示されている誘電体アンテナは、波長の１／４での共振を利用するように、導体長などが設計されたアンテナであり、基本周波数の３倍付近の周波数域に、２つ目の共振が現れ、アンテナとして機能するが、基本周波数以外の周波数を調整することはできない。図１６は、従来の誘電体アンテナのリターンロス特性の一例を示す図であり、共振周波数が２つ現れている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
アンテナを小型化することは、効率の劣化、および狭帯域化を招くのが一般的である。それが一つの原因ともなり、小型化と任意の周波数での多周波対応を同時に図ることが困難である。そこで、本発明の技術的な課題は、小型化と複数の周波数帯域への対応を同時に実現した誘電体アンテナとそれを用いたアンテナ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題解決のため、誘電体アンテナにおける導体パターンの形状、接続方法、整合回路の併用を検討した結果、なされたものである。
【００１０】
即ち、本発明は、誘電体からなる基体表面に導体パターンが形成され、基板上に実装するための電極を有する誘電体アンテナにおいて、前記導体パターンの一部に起因する自己共振を利用することにより、複数の異なる周波数帯域でアンテナとして機能する構造を付与されていることを特徴とする誘電体アンテナである。
【００１１】
また、本発明は、前記の誘電体アンテナにおいて、前記導体パターンの少なくとも一部が、螺旋形状またはミアンダ形状の少なくともいずれかを有することを特徴とする誘電体アンテナである。
【００１２】
また、本発明は、前記の誘電体アンテナにおいて、前記導体パターンが、導体幅または導体間距離の異なる複合構造の螺旋形状またはミアンダ形状の少なくともいずれかであることを特徴とする誘電体アンテナである。
【００１３】
また、本発明は、前記の誘電体アンテナにおいて、前記導体パターンが、給電点以外の少なくとも１箇所に、実装基板に設けられた導体パターンまたは該誘電体アンテナ以外の導電体との接続点を有することを特徴とする誘電体アンテナである。
【００１４】
また、本発明は、前記の誘電体アンテナが、実装基板上に設けられたことを特徴とするアンテナ装置である。
【００１５】
また、本発明は、前記の誘電体アンテナと、実装基板上に設けられた整合回路を含むことを特徴とするアンテナ装置である。
【００１６】
本発明によれば、誘電体からなる基体の表面に形成される導体パターンを複合化すること、実装基板などへの接続方法、整合回路の併用などにより、誘電体アンテナに対して、複数の周波数帯域に対応する機能を付与することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図５は、本発明の基本的な構成の例を示す図で、導体パターンの給電点以外の箇所に接続点を１箇所設けた例である。図５において、１は誘電体アンテナ素子、１０は給電点、１２は接続点、Ａ及びＢは、誘電体からなる基体の表面に形成された導体パターンを、給電点１０に接続される部分と、接続点１２に接続される部分に分けたものである。
【００１９】
Ｂ部は、ｆ２＞ｆ１なる周波数ｆ２において、Ｂ部の持つ寄生容量と自己インダクタンスにより並列共振、即ち、自己共振お起こす。自己共振点では、インピーダンスが極めて大きくなるため、Ａ部とＢ部の接続点１２からＢ部を見た場合インピーダンスは、無限大と見なすことができ、アンテナの開放端と考えることができる。ここでＡ部が、周波数ｆ２でアンテナとして動作するように設計されていれば、共振周波数ｆ１及びｆ２の両方で動作する２周波数アンテナとなる。
【００２０】
図６は、本発明の基本的な構成の別の例を示す図で、導体パターンの給電点以外の箇所に接続点を２箇所設けた例である。図６において、１は誘電体アンテナ素子、１０は給電点、１２ａ、１２ｂは接続点、Ａ、Ｂ及びＣは、誘電体からなる基体表面に形成された導体パターンを、給電点１０に接続される部分と、接続点１２ａに接続される部分と、接続点１２ｂに接続される部分に分けたものである。
【００２１】
図６のように誘電体アンテナを設計することで、図５の場合と同様の原理により、誘電体アンテナは、３周波アンテナとなる。この場合、周波数ｆ１ではＡ部＋Ｂ部＋Ｃ部が、周波数ｆ２ではＡ部＋Ｂ部が、周波数ｆ３ではＡ部のみが、アンテナとして動作する。
【００２２】
また、実装上の制約などから、誘電体からなる基体表面に形成された導体パターンだけでは周波数が調整できない場合、導体パターンを、給電点以外の部分で、基板などに設けられた導体パターンと接続することにより、自己共振の周波数と共振Ｑを調整することも可能である。
【００２３】
図７、図８は、誘電体アンテナ素子の導体パターンを、給電点以外の部分で、基板に形成された導体パターンに接続した例を示す図である。図７及び図８におおいて、１は誘電体アンテナ素子、１０は給電点、１３は、基板上に形成された導体パターン、１４は基板を示す。図７及び図８に示したように、誘電体アンテナ素子１に設けられている導体パターンを、給電点以外の異なる位置で基板１４に形成された導体パターン１３に接続することで、Ｂ部での自己共振周波数を調整することが可能で、共振周波数ｆ２と帯域幅が調整できる。
【００２４】
また、前記の基板上に形成する導体パターンは、基板の誘電体アンテナ素子が実装された側の裏側や、基板の内部に形成してもよい。その場合は、基板にスルーホールを設けて誘電体アンテナ素子の導体パターンと接続することも可能である。
【００２５】
図９は、基板の誘電体アンテナ素子が実装された側とは反対側に導体パターンが形成された例を示す図である。図９において、１は、誘電体アンテナ素子、１４は、基板、１３は、基板１４に形成された導体パターン、１５は、基板１４に設けられたスルーホールを示す。このようにスルーホールを用いて誘電体アンテナ素子１の導体パターンと、基板１４に形成された導体パターン１３を接続することで、基板上への部品配置の制約を、より少なくすることができる。
【００２６】
【実施例】
次に、より具体的な例を挙げ、本発明の実施例について説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例に係る、誘電体アンテナ素子１の斜視図である。図１において、８は、誘電体からなる基体、９ａは、基体８の表面に形成された螺旋状の導体パターン、１０は、給電点である。螺旋状の導体パターン９ａは、導体幅と導体間距離がそれぞれ異なる、Ａ部とＢ部に分けられている。
【００２８】
いま、図１に示した誘電体アンテナ素子１を用いたアンテナは、基本周波数ｆ１でアンテナとして動作している。このアンテナにおいて、Ｂ部はｆ２＞ｆ１なる周波数ｆ２において、自己共振を起こし、Ｂ部のインピーダンスがきわめて大きくなる。このとき、Ａ部は、周波数ｆ２でアンテナとして動作するように形成されており、異なる周波数ｆ１、ｆ２において、アンテナとして動作する。
【００２９】
図１０は、本実施例のアンテナのリターンロス特性を示す図である。図１０において、１６はリターンロスを示す。図１に示した誘電体アンテナ素子においては、Ａ部、Ｂ部を構成する、螺旋状の導体パターンの、導体幅、導体間距離を調整することで、周波数ｆ１，ｆ２を調整できる。
【００３０】
（実施例２）
図２は、本発明の第２の実施例に係る、誘電体アンテナ素子２の斜視図である。図２において、８は、誘電体からなる基体、１０は、給電点である。そして、基体８の表面には、ミアンダ状の導体パターン９ｂと、螺旋状の導体パターン９ａからなる、異なる形状を組み合わせた導体パターンが形成されている。このよう誘電体アンテナ素子を用いたアンテナは、導体パターンが、Ｂ部と、Ａ部に分けられ、Ｂ部の自己共振により、二周波アンテナとして動作する。
【００３１】
（実施例３）
図３は、本発明の第３の実施例に係る、誘電体アンテナ素子３の斜視図である。図３において、８は、誘電体からなる基体、９ａは、基体７の表面に形成された螺旋状の導体パターン、１０は給電点である。螺旋状の導体パターン９ａは、導体幅と導体間距離がそれぞれ異なる、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部に分けられ、このような構造の誘電体アンテナ素子を用いたアンテナは、３周波アンテナとして動作する。
【００３２】
また、第１ないし第３の実施例における螺旋状の導体パターンを、別形状、たとえばミアンダ状としても、同様の機能を発現することは、勿論である。
【００３３】
（実施例４）
図４は、本発明の第４の実施例に係る、誘電体アンテナ素子４の斜視図である。図４において、８は、誘電体からなる基体、９ａは、基体８の表面に形成された螺旋状の導体パターン、１０は給電点、１１は、基体８の表面の一部に設けられた電極である。螺旋状の導体パターン９ａは、導体幅と導体間距離がそれぞれ異なる、Ａ部とＢ部に分けられ、さらに電極１１からなるＤ部が付加されている。
【００３４】
このＤ部は、周波数ｆ１のみに作用し、ｆ１の共振周波数を独立に調整することができる。このＤ部に相当する機能は、基板上に導体パターンを追加することや、アンテナに追加的な導電体を接続することでも実現できる。
【００３５】
図１１は、本発明による誘電体アンテナの、リターンロスと放射効率の関係の一例を示す図である。図１１において、１６は、リターンロス、１７は、放射効率を示す。図１１に示したように、共振周波数と、放射効率が高い周波数が一致しないことがあり、このような場合には、アンテナの特性が最大限に発揮できない。
【００３６】
このような場合は、給電部に整合回路を設けることで対処できる。図１３は、給電点に整合回路を設けた一例を示す図である。図１３において、５は、誘電体アンテナ素子、１０は、給電点、１４は、基板、１８は整合回路を示す。
【００３７】
図１２は、整合回路の併用により、アンテナの放射効率の高い周波数と共振周波数の帯域を一致させた例を示す図である。図１５において、１６は、リターンロス、１７は、放射効率を示し、整合回路の追加がアンテナの特性向上に寄与していることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、誘電体アンテナ素子の導体パターン、実装基板に形成する導体パターン、整合回路の併用により、小型で複数の周波数帯域に対応可能な誘電体アンテナと、それを用いたアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る誘電体アンテナ素子の斜視図。
【図２】本発明の第２の実施例に係る誘電体アンテナ素子の斜視図。
【図３】本発明の第３の実施例に係る誘電体アンテナ素子の斜視図。
【図４】本発明の第４の実施例に係る誘電体アンテナ素子の斜視図。
【図５】本発明の基本的な構成の例を示す図。
【図６】本発明の基本的な構成の別の例を示す図。
【図７】誘電体アンテナ素子の導体パターンを、給電点以外に部分で、基板に形成された導体パターンに接続した例を示す図。
【図８】誘電体アンテナ素子の導体パターンを、給電点以外に部分で、基板に形成された導体パターンに接続した例を示す図。
【図９】基板の誘電体アンテナ素子が実装された側とは反対側に導体パターンが形成された例を示す図。
【図１０】本発明の第１の実施例のアンテナのリターンロス特性を示す図。
【図１１】本発明による誘電体アンテナの、リターンロスと放射効率の関係の一例を示す図。
【図１２】整合回路の併用により、アンテナの放射効率の高い周波数と共振周波数の帯域を一致させた例を示す図。
【図１３】給電点に整合回路を設けた一例を示す図。
【図１４】従来の誘電体アンテナ素子の一例を示す斜視図。
【図１５】従来の誘電体アンテナ素子の別の例を示す斜視図。
【図１６】従来の誘電体アンテナのリターンロス特性の一例を示す図。
【符号の説明】
１，２，３，４，５，６，７　　誘電体アンテナ素子
８　　基体
９ａ　　螺旋状の導体パターン
９ｂ　　ミアンダ状の導体パターン
１０　　給電点
１１　　電極
１２，１２ａ，１２ｂ　　接続点
１３　　基板上に形成された導体パターン
１４　　基板
１５　　スルーホール
１６　　リターンロス
１７　　放射効率
１８　　整合回路
【図１】
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【図２】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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