(57)【要約】【課題】小型軽量で且つ、電極パターンの印刷ズレが生じた場合でも中心周波数のばらつきが抑制され、周波数調整の手間が軽減される表面実装型アンテナを提供する。【解決手段】誘電体または磁性体からなる基体１と、該基体１の少なくとも一面に形成された放射電極２と、該放射電極２の一端に直接接続して前記基体１に形成された接地電極３と、前記放射電極２に離間して対向する給電電極４とを有する表面実装型アンテナ９であって、前記放射電極２の少なくとも一辺２２ａ〜２２ｈと前記基体１の稜線１０ａ〜１０ｈが隙間ｄを形成し、前記隙間ｄと前記基体の幅Ｗとの比ｄ／Ｗが０．０５〜０．２とした表面実装型アンテナである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体または磁性体からなる基体と、
該基体の少なくとも一面に形成された放射電極と、
該放射電極の一端に直接接続して前記基体に形成された接地電極と、
前記放射電極に離間して対向する給電電極とを有する表面実装型アンテナであって、
前記放射電極の少なくとも一辺と前記基体の稜線が隙間を形成し、
前記隙間と前記基体の幅との比が０．０５〜０．２であることを特徴とする表面実装型アンテナ。
【請求項２】
誘電体または磁性体からなる基体と、
該基体の少なくとも一面に形成された放射電極と、
該放射電極の一端に容量結合するように前記基体に形成された接地電極と、
前記放射電極に離間して対向する給電電極とを有する表面実装型アンテナであって、
前記放射電極の少なくとも一辺と前記基体の稜線が隙間を形成し、
前記隙間と前記基体の幅との比が０．０５〜０．２であることを特徴とする表面実装型アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）機能を内蔵した携帯電話などに用いられる表面実装型アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に、従来の表面実装型アンテナを示す（例えば、特許文献１参照。）。基体１の下面には、給電電極４に対向する一辺の一部が切り欠かれた形状の接地電極３が、基体１の稜線１０ｅ〜１０ｈにまで延在して形成されている。基体１の上面には、コの字状の放射電極２が、基体１の稜線１０ａ〜１０ｄにまで延在して形成されている。基体１の側面には、放射電極２と接地電極３を短絡する短絡導体７１、７２が形成されている。基体１の下面から側面を経由し上面まで延在する給電電極４が形成され、１／４波長短絡型マイクロストリップ表面実装型アンテナとして働く。
【０００３】
図９に、別の従来例を示す（例えば、特許文献２参照。）。基体１の下面に接地電極３が全面に、基体１の上面には基体１の稜線１０ａ〜１０ｄにまで全面に延在して放射電極２が形成されている。基体１の側面には給電電極４が形成され、給電端子電極４より入力した送信信号により放射電極２が励振され、電波が放射されることにより送信アンテナとして動作する。また、受信電波により放射電極２が励振され、給電電極４より受信信号が出力されて受信アンテナとして動作する。この際、給電電極４は、中心周波数において１／２波長の長さを持つ。
【０００４】
表面実装型アンテナ９の従来からの製造方法を説明する（例えば、特許文献３，４参照。）。複数個の表面実装型アンテナを一度に印刷して、あたかもチョコレートブロックから個々のチップを分離するように、大型基板から切断して得ることが多い。生産性が格段に向上するからである。例えば１６個の表面実装型アンテナを一度に大型基板にパターン印刷して加工し、最後に個々の表面実装型アンテナに切断する。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３６２００２号公報
【特許文献２】
特許第３６２００２号公報
【特許文献３】
特開平１０−１０７５３７号公報
【特許文献４】
特開２００１−１１９２２４号公
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の表面実装型アンテナ９においては、その根拠についてはデータと共に後述するが、本発明者の解析により小型化が不十分だということが判明した。
【０００７】
また、放射電極２が基体１の稜線１０ａ〜１０ｄにまで延在しているため、製造において次のような問題点もあった。
【０００８】
すなわち、製造工程において、基体１に各電極を印刷する際、電極パターンが所望の位置からずれる、いわゆる印刷ズレが生ずる場合があった。基体１の稜線１０ａ〜１０ｄにピッタリと合わせて印刷することは、位置合わせに相当の注意を払う必要があるからである。
電極パターンがずれた場合、放射電極２の開放端と接地電極３との間に発生する容量が増大、または減少し、その結果、中心周波数（共振周波数）は所望値からずれてしまう。
このような中心周波数のばらつきを補正するため、電極パターンのトリミング、切欠等、煩雑な周波数調整の作業が必要であった。
更に、複数個の表面実装型アンテナ９を大型基板から切断して得る場合に、電極パターンが所望の位置からずれる印刷ズレが発生すると、大量に不良品が発生するという問題もあった。
【０００９】
そこで本発明は、電極パターンの印刷ズレが生じた場合でも中心周波数のばらつきが抑制され、周波数調整の手間が軽減され、より一層の小型化が可能な表面実装型アンテナの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１手段は、誘電体または磁性体からなる基体１と、該基体１の少なくとも一面に形成された放射電極２と、該放射電極２の一端に直接接続して前記基体１に形成された接地電極３と、前記放射電極２に離間して対向する給電電極４とを有する表面実装型アンテナ９であって、前記放射電極２の少なくとも一辺２２ａ〜２２ｈと前記基体１の稜線１０ａ〜１０ｈが隙間ｄを形成し、前記隙間ｄと前記基体の幅Ｗとの比ｄ／Ｗが０．０５〜０．２であることを特徴とする表面実装型アンテナ９である。
ここで直接接続とは、放射電極２の一端と接地電極３とが伝送線路、ストリップライン、パターンなどにより電気的に直接に接続されることを言う。
【００１１】
本発明の第２手段は、誘電体または磁性体からなる基体１と、該基体の少なくとも一面に形成された放射電極２と、該放射電極２の一端に容量結合するように前記基体１に形成された接地電極３と、前記放射電極２の開放端に対して離間して対向する給電電極４を有する表面実装型アンテナ９であって、前記放射電極２の少なくとも一辺２２ａ〜２２ｈと前記基体１の稜線１０ａ〜１０ｈが隙間ｄを形成し、前記隙間ｄと前記基体の幅Ｗとの比ｄ／Ｗが０．０５〜０．２であることを特徴とする表面実装型アンテナ９である。
ここで容量結合とは、放射電極２の一端と接地電極３とが離間して形成され、静電容量を介して電気的に接続、結合されることを言う。
【００１２】
本発明者は、表面実装型アンテナにおいてエッジ（端縁）効果を有効に使うことにより、基体１の稜線１０ａ他の近傍での漏れ電磁界によって電極パターンの無い部分でも電極パターンが等価的に存在するかのように取り扱えることを見出した。
また、それを有効活用して、基体１の稜線１０ａ〜１０ｈの少なくとも１つ以上のまで延設するよりも、適切な隙間ｄを形成した方が、電極パターンの印刷ズレの吸収と放射効率の両方が良好となることを知見した。
【００１３】
本発明の第１手段によると、仮に電極パターンの印刷ズレが生じた場合でも、中心周波数のばらつきが抑制できる。エッジ（端縁）効果が有効に作用して、基体１の稜線１０ａ他の近傍での漏れ電磁界によって電極パターンの無い部分でも電極パターンが等価的に存在するかのように取り扱えるからである。
【００１４】
本発明の第２手段によると、仮に電極パターンの印刷ズレが生じた場合でも、中心周波数のばらつきが抑制できるだけでなく、容量結合を用いるため、放射電極２の開放端にギャップを介して第２の接地電極を対向させて配置することもできる。
この場合、対向する接地電極３との容量結合が強いため、近傍に給電電極４を配置しても比較的影響が少ない。従って、大幅に中心周波数を調整する場合、放射電極２と第２の接地電極との結合度を調整することにより周波数の主調整を行い、また放射電極２と給電電極４との結合度を調整することにより周波数の微調整を行なえる。
【００１５】
本発明の表面実装型アンテナは、放射電極２及び／又は給電電極４の角部に丸みを持たせるのが、より好ましい。電磁界の経路に急な変化を生じないので、損失が低下するからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施例による表面実装型アンテナ９を示す斜視図である。図１で放射電極２は、基体１の上面において基体１の稜線１０ａ、１０ｄから隙間ｄを成して配設した。基体１の幅Ｗ＝４ｍｍ、長さＬ＝１０ｍｍ、高さＨ＝３ｍｍ、比誘電率εｒ＝８の表面実装型アンテナ９において、隙間ｄと基体１の幅Ｗとの比ｄ／Ｗを０〜０．３７５の範囲で変化させて、中心周波数ｆ０のシフト量Δｆ０［％］、正規化帯域幅［％］、放射効率［％］を測定した結果を、各々、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す。
ここで、ｄ／Ｗ値＝０の時の共振周波数（中心周波数）をｆ０、それ以外の各ｄ／Ｗ値における共振周波数をｆとした時、中心周波数ｆ０のシフト量Δｆ０＝（ｆ−ｆ０）×１００／ｆ０［％］で定義される。正規化帯域幅［％］は、それ以外の各ｄ／Ｗ値における帯域幅をＢＷとした時、ＢＷ／ｆ×１００で定義される。入力電力をＰｉｎ、放射電力をＰｏｕｔとした時、放射効率＝Ｐｏｕｔ×１００／Ｐｉｎ［％］で定義される。
【００１７】
図２（ａ）から、中心周波数ｆ０のシフト量Δｆ０は、比ｄ／Ｗに対して単調減少関数となる。すなわち、比ｄ／Ｗを大きくすると対応する中心周波数ｆはｆ０よりも小さくできることを意味する。ここで、電波の波長をλ（＝ｃ／ｆ、ｃ：光速で一定値）としたとき、長さＬはλ／√εｒに比例関係にあるので、比ｄ／Ｗを大きくすると長さＬを短縮できる。すなわち表面実装型アンテナの小型化効果がある。
一方、比ｄ／Ｗを大きくすると、図２（ｂ）から正規化帯域幅が減少し、図２（ｃ）から放射効率が低下するので、最適範囲として比ｄ／Ｗ＝０．０５〜０．２が、表面実装型アンテナを小型化しつつ、正規化帯域幅と放射効率の両方を満足する。
【００１８】
図３は、本発明の第２実施例による表面実装型アンテナ９を示す斜視図である。この表面実装型アンテナ９は、直方体状の基体１の上面に配設された放射電極２と、放射電極２の一端に接続された接地電極３と、側面に放射電極２とギャップ１を介して形成された給電電極４とを有する。
表面実装型アンテナ９は、逆Ｆ型アンテナと似た構成を有するが、給電電極４がギャップを介している点で異なる。
基体１の底面１ａには、半田付け用電極以外の電極は配置されておらず、また表面実装型アンテナも回路基板上の地導体のない領域に実装されるので、いかなる方向にもほぼ均一な放射電界パターンを示す無指向性が得られる。
給電電極４は、帯状の電極を２ヵ所で屈曲した門型（コ字型）の形状を有し、放射電極２の稜線１０ａにほぼ並行して対向する並行部４１を有する。給電電極４は、一端の給電部４３に送受信回路（図示せず）の給電線に接続される給電点４０を有するとともに、他端の接地部４４に地導体に接続される接地端４２を有する。給電電極４の給電部４３及び接地部４４は主としてインダクタンスを生成し、放射電極２と並行部４１とは主としてキャパシタンス（静電容量）を形成する。
【００１９】
なお、放射電極２、接地電極３、及び給電電極４は、図３に例示した構造に限定されるものではないが、給電電極４は、基体１の側面の一面に形成する方が、電極を印刷形成する際に印刷ずれ等がなく、製造容易で特性上も安定する。
【００２０】
図３に示す表面実装型アンテナ９において、放射電極２の他端は開放端２０となっている。隙間ｄは基体１の稜線１０ａに平行に配設したが、直交する稜線１０ｂに平行に配設するか、両者を組合わせることもできる。この場合、放射電極２の開放端２０は、基体１の稜線１０ｂより内側に配設される。
【００２１】
図４（Ａ）は第３実施例による表面実装型アンテナを示す斜視図であり、図４（Ｂ）はその展開図である。本発明の第２手段に対応して、基体１の一方主面に形成された放射電極２１と、この放射電極２１の一端に、離間して容量結合するように前記基体１に形成された接地電極３を設けている。
この実施例では、放射電極２１と給電電極４に特徴がある。放射電極２１は主として基体１の上面１ｃに設けられており、接地電極３と接続する一端から長手方向の他端に向かって連続的及び／又は段階的に実質的に幅を狭めながら延びる放射電極部２１ａと、左端部分でコ字状又はＵターン状に屈曲した放射電極部２１ｂとからなる。
【００２２】
このような放射電極２１により、台形状の放射電極部２１ａで広帯域の共振特性が得られ、屈曲した放射電極部２１ｂでインダクタンスを補充できる。
電極６は表面実装型アンテナを回路基板に固定するための半田付け用電極であって、必要最小限に設ける。
放射電極２１の外周と基体１の稜線との間に隙間が設けられている。この隙間により、電極印刷が容易になり、印刷ずれが生じ難くなる。また基体１の稜線部の変形や欠け等による電極剥離を防止できる。
印刷ずれや電極剥離を防ぐことにより、中心周波数のばらつきを抑制することができる。放射電極２１を基体１の上面１ｃのみに設ける構成は、側面にも放射電極を設ける構成に比べて回路基板の地導体との容量結合が減るので、高利得が得られる。
【００２３】
図４に示す表面実装型アンテナ９において、隙間は基体１の四つの稜線のうち三つの稜線１０ａ〜１０ｃに平行に配設している。
また、放射電極２１と給電電極４の角部に丸みを持たせて、損失が軽減する構成とした。例えば、放射電極の一辺２２ａと２２ｂとの角部や放射電極の一辺２２ｂと２２ｃとの角部に丸みを持たせている。
【００２４】
図５（Ａ）は第４実施例による表面実装型アンテナを示す斜視図であり、図５（Ｂ）はその展開図である。給電電極４は、一端に給電端４３を有し側面１ｂに設けられたＬ字状電極部４１と、端面１ｆに設けられたＩ字状電極部４２と、一端に接地端４４を有し側面１ｄに設けられたＬ字状電極部４５とからなる。
門型の給電電極４は、２側面１ｂ、１ｄと端面１ｆに渡って設けられた電極部４１、４２、４５からなるコ字状並行部４１を有し、並行部４１はコ字状放射電極２１ｂに対向している。このような給電電極４により、放射電極２１のコ字状部のほぼ全体に渡って容量結合することができるので、表面実装型アンテナの小型化に有利である。また同一のキャパシタンス値に対しては、放射電極２１との間隔を広くとれ、印刷ずれ等に起因するキャパシタンス値のばらつき、及び中心周波数のばらつきを低減できる。
【００２５】
図５に示す表面実装型アンテナ９において、図４に示した第２実施例と同様、隙間は基体１の四つの稜線のうち三つの稜線１０ａ〜１０ｃに平行に配設している。
【００２６】
図６（Ａ）は第５実施例による表面実装型アンテナを示す斜視図であり、図６（Ｂ）はその展開図である。帯状の放射電極２１は、側面１ｄに長手方向に形成されたクランク軸状の電極部２１ｄと、上面１ｃに形成されたＬ字状電極部２１ｃとからなり、全体的にはコの字状である。このように放射電極２１は基体１の上面から側面まで屈曲状に延在するので、全長を長くすることができる。その結果、同じ帯域幅では表面実装型アンテナ基体１の寸法を小さくすることができる。
給電電極４の給電部４３及び接地部４４の位置関係は上記実施例と逆であり、給電点４０が基体のほぼ中央部に位置し、放射電極２１の開放端の近傍に給電部４３が位置するようにしている。また上面１に形成されたＬ字状電極部２１ｃを下面に投影したとき接地電極３と重ならないようにしている。
これらにより、帯域幅の向上と無指向性が良好でＧＰＳ用表面実装型アンテナとしてバランスのとれたものとなる。
また放射電極２１の開放端と給電電極４の並行部４１とは接近している。幅広の並行部４１とすることにより、インピーダンス整合が容易であり、利得も若干向上する。
【００２７】
本実施例では並行部４１は幅が広くて長方形に近い形状を有するが、給電電極４の形状は、回路基板側の実装位置や導体パターンの配置及び放射電極構造等により種々変更することができる。
また回路基板や放射電極２１の仕様が変更されても、給電点４０と接地点４２との間で給電電極４の配置、形状、大きさ等を適宜設定することにより、インダクタンスとキャパシタンスを適当に調整してインピーダンス整合を容易に取ることができる。
【００２８】
図７（Ａ）は第４実施例による表面実装型アンテナを示す斜視図であり、図７（Ｂ）はその展開図である。この例では給電電極４の構成が他の例のものと異なる。すなわち給電電極４は、基体１の側面１ｂに設けられた給電端４３及び接地端４４を有するＦ字状電極部４１と、端面１ｆ及び側面１ｄに形成された直線状電極部４２、４５とからなる。この実施例の給電電極は、インピーダンス整合と同時に複共振を用いた広帯域化が可能である。
【００２９】
なお、本発明は前記の各実施例に例示した表面実装型アンテナの構成に限定されるものではなく、それらを組み合わせることも可能であり、本発明の範囲内で他の実施例を種々構成することが出来る。
【００３０】
また本発明に係る表面実装型アンテナは、基体１は直方体に限るものでなく適宜の形状がある。材料は磁性体、樹脂体、またこれらの積層基板としても良い。また、帯域幅を広げたり、周波数調整のために放射電極稜線の開放端に形成した並行部あるいは基体をトリミングすることが有効である。
【００３１】
放射電極２は、台形状、階段状、曲線状、ミアンダ状、一部ミアンダ状、クランク状等種々の形状が考えられる。
また、放射電極２の一端側は必ずしも連続的に接地電極を形成する必要はなく、非連続とした容量結合となし最終的に接地できていれば良い。
また、接地電極は、最小限その端面が覆われ接地面に連接して接地できていれば良いが、基体端面からの電界の放射を抑制する効果を得るためには基体端部において端面とその廻りの四面を覆うように形成しておくと良い。
【００３２】
本発明において基体１として誘電体を用いる場合、比誘電率εｒは６〜５０の範囲が好ましい。この比誘電率εｒは、誘電体の温度係数、基体の加工精度等を考慮して決めたものであるが、材質、加工精度等が向上すれば、当然その上限値も引き上げられる。このような比誘電率εｒを有する基体は、例えば２２．２２重量％のＭｇＯ、６３重量％のＣａＣＯ３、４８．１４重量％のＴｉＯ２　及び２４．６重量％のＺｎＯの各原料からなる素体を焼成し、焼成基体として３６．６モル％のＭｇＯ、３．４モル％のＣａＯ、４０モル％のＴｉＯ２　及び２０モル％のＺｎＯからなる誘電セラミック（比誘電率εｒ：２１）により形成することができる。
【００３３】
本発明において、基体の稜線部に面取りを施しても表面実装型アンテナ性能が変化せず、携帯電話の自動組み立てラインなどのハンドリングによる基体チップの稜線部における割れ、欠けなどが発生し難いという効果も期待できる。また本発明に係る表面実装型アンテナにおいては、放射電極２の少なくとも一辺と基体１の稜線１０ａ〜１０ｈが所定の隙間を形成して配設されるため、稜線部での断線、剥がれ、チップのクラックによる信頼性低下の影響が少ないという効果も期待できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、電極パターンの印刷ズレが生じた場合でも中心周波数のばらつきが抑制され、周波数調整の手間が軽減される表面実装型アンテナを提供できる。また、小型軽量であり放射効率が高く、広帯域で且つ無指向性をもった表面実装型アンテナを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す表面実装型アンテナの斜視図である。
【図２】本発明の表面実装型アンテナにおいて、隙間ｄと基体の幅Ｗとの比ｄ／Ｗと中心周波数ｆ０のシフト量Δｆ０、正規化帯域幅、放射効率の関係を示す特性曲線図である。
【図３】図３（Ａ）は本発明の第２実施例を示す表面実装型アンテナの斜視図、図３（Ｂ）はその展開図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明の第３実施例を示す表面実装型アンテナの斜視図、図４（Ｂ）はその展開図である。
【図５】図５（Ａ）は本発明の第４実施例を示す表面実装型アンテナの斜視図、図５（Ｂ）はその展開図である。
【図６】図６（Ａ）は本発明の第５実施例を示す表面実装型アンテナの斜視図、図６（Ｂ）はその展開図である。
【図７】図７（Ａ）は本発明の第６実施例を示す表面実装型アンテナの斜視図、図７（Ｂ）はその展開図である。
【図８】従来の表面実装型アンテナの１例を示す斜視図である。
【図９】従来の表面実装型アンテナの別の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１０ａ〜１０ｈ：基体１の稜線
２：放射電極
２０：放射電極２の開放端
２１：放射電極
２２ａ〜２２ｈ：放射電極の一辺
３：接地電極
４：給電電極
４０：給電点
４１：給電電極４の並行部
４２：接地点
４３：給電端となる脚部（給電部）
４４：接地端となる脚部（接地部）
６：固定用電極
７１，７２：短絡導体
９：表面実装型アンテナ
【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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