(57)【要約】  【課題】従来技術による平面アンテナでは、小型化に限界があり、さらなる小型化は非常に困難である。しかし、近年の移動体通信の発展とともに、小型、軽量なアンテナが望まれるようになった。  【解決手段】接地導体６と放射導体５とが誘電体層４を介して配置され、上記放射導体５上の中心部を給電点７とした平面アンテナ１０であって、上記放射導体５に９０°回転させても同一な位置となるように少なくとも４個の第１の切り込み１が形成され、各第１の切り込み１から直角に延出する少なくとも１個の第２の切り込み２が形成されるとともに、各第１の切り込み１から延出する第２の切り込み２のうち少なくとも１個が給電点７側に形成され、放射導体５全体が点対称である。  【選択図】図１
2005277756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地導体と放射導体とが誘電体層を介して配置され、上記放射導体上の中心部を給電点とした平面アンテナであって、上記放射導体に９０°回転させても同一な位置となるように少なくとも４個の第１の切り込みが形成され、各第１の切り込みから直角に延出する少なくとも１個の第２の切り込みが形成されるとともに、各第１の切り込みから延出する第２の切り込みのうち少なくとも１個が給電点側に形成され、放射導体全体が点対称であることを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
上記第１の切り込みと、該第１の切り込みから９０°回転させた位置に形成された第１の切り込みから延出する第２の切り込みの少なくとも端部とが対向するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の平面アンテナ。
【請求項３】
上記第２の切り込みから直角に延出する第３の切り込みを形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の平面アンテナ。
【請求項４】
上記放射導体の外形が円形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の平面アンテナ。
【請求項５】
表面に給電電極と接地導体層とが形成された実装基板上に、請求項１〜４のいずれかに記載の平面アンテナを実装するとともに、上記給電点を給電電極に接続したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のアンテナ装置に送信回路および／または受信回路を接続したことを特徴とする無線通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は携帯電話等の移動体通信装置や車載用ナビゲ−ション装置に使用されるＧＰＳ等として作用する小型の平面アンテナ、アンテナ装置およびそれを用いた無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信の発達に伴い、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した様々なシステムが提唱されている。中でも位置情報機能を搭載した通信情報端末が広く使われるようになり、アンテナとしては、構成が簡単で機械的強度が大きく、低背の受信用平面アンテナの需要数量も増加が見込まれている。上記の通信分野では、円偏波が使われており、移動体通信用端末も小型になってきており、その端末に搭載されるアンテナも小型化が望まれている。
【０００３】
しかし、平面アンテナの共振周波数Ｆは、誘電体の比誘電率εrと放射導体のサイズａとの間に下記式で示される関係がある。
【０００４】
Ｆ＝１．８４１ｃ／２πａ√εr（Ｈｚ）
ｃ：光速度  ３×１０-Ｅ１０(ｃｍ／ｓ)
ａ：放射導体の有効直径（ｃｍ）
このため、誘電体として比誘電率εrの小さな材料を用いると、目的の周波数を得るためには、放射導体の有効直径を大きくしなければならず、平面アンテナの小型化が図れない。一方、放射導体の有効直径を小さくすると、誘電体として比誘電率εrの大きな材料を用いなければならない。しかし、比誘電率εrの大きな材料は高価であり、平面アンテナの低コスト化の妨げとなっている。
【０００５】
そこで、アンテナ自体を小型化して、目的の共振周波数を得るために、特許文献１には、図５に示すように、平面アンテナ１００の平面図であり、平面アンテナの小型化のため、接地導体（図示せず）と放射導体２５とが誘電体層２４を介して配される平面アンテナ１００において、放射導体２５は矩形状に形成され、矩形状に形成された放射導体２５には、少なくとも４個の第１のスリット状の切り込み２１が形成され、この第１のスリット状の切り込み２１は、放射導体２５の辺から任意の辺と平行する方向に形成されるとともに、放射導体２５を９０度回転させても同一の形状となるような位置に形成され、第１のスリット状の切り込み２１の任意の部分に、各々第２のスリット状の切り込み２２が形成することで、目的の共振周波数を得るような放射導体２５を有し、給電点２７からの電流を放射導体２５に沿って流す平面アンテナ１００が開示されている。
【特許文献１】特開平６−２５２６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、移動体通信の発展により、端末機のさらなる小型化が要求されており、それに伴い、搭載されるアンテナもさらなる小型化が望まれている。
【０００７】
しかしながら、図５で示した平面アンテナ１００では、各々の第２のスリット状の切り込み２２が、第１のスリット状の切り込み２１の任意の部分に形成されており、その第２のスリット状の切り込み２２の方向や場所が規定されていないため、第１のスリット状の切り込み２１と第２のスリット状の切り込み２２とで囲まれている放射導体２５の端部２５ａが放射導体２５の中心を向く構成となり、これにより、内向きに磁界が閉じこめられ、アンテナ特性を落とすとともに、周波数のバラツキを起こす不具合が生じやすいという問題があった。
【０００８】
また、第１のスリット状の切り込み２１と、第２のスリット状の切り込み２２の方向や場所が規定されていないため、第１のスリット状の切り込み２１と第２のスリット状の切り込み２２が対向する部分がないと、充分に電気長を長くとることができないため、目的の共振周波数を得るために必要な放射導体のサイズをさらに小さくすることができず、アンテナ自体もさらに小型化することができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題を解消するために、接地導体と放射導体とが誘電体層を介して配置され、上記放射導体上の中心部を給電点とした平面アンテナであって、上記放射導体に９０°回転させても同一な位置となるように少なくとも４個の第１の切り込みが形成され、各第１の切り込みから直角に延出する少なくとも１個の第２の切り込みが形成されるとともに、各第１の切り込みから延出する第２の切り込みのうち少なくとも１個が給電点側に形成され、放射導体全体が点対称であることを特徴とする。
【００１０】
また、上記第１の切り込みと、該第１の切り込みから９０度回転させた位置に形成された第１の切り込みから延出する第２の切り込みの少なくとも端部が対向するように形成されたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記第２の切り込みから直角に延出する第３の切り込みを形成したことを特徴とする。
【００１２】
このように、放射導体面上に切り込みを入れることで、放射導体面上を流れる電流の経路を長くし、共振周波数を下げることにより、アンテナのさらなる小型化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の平面アンテナを用いたアンテナ装置は、中心に給電コネクタ−が配置された実装基板に実装され、上記平面アンテナを上記給電コネクタ−に接続したことを特徴とするものである。
【００１４】
そして、本発明のアンテナ装置を用いた無線通信機器は、上記各構成の本発明の平面アンテナまたは、本発明のアンテナ装置と、それに接続された、送信回路および／または受信回路接続したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の平面アンテナは、上記放射導体に９０°回転させても同一な位置となるように少なくとも４個の第１の切り込みが形成され、各第１の切り込みから直角に延出する少なくとも１個の第２の切り込みが形成されるとともに、各第１の切り込みから延出する第２の切り込みのうち少なくとも１個が給電点側に形成され、放射導体全体が点対称であることにより、電気長を長くすることができるため、共振周波数を低くすることができ、平面アンテナの小型化を図ることができる。また、放射導体の開放端が外辺に沿って構成されることから、磁界が閉じこめられることがなく、アンテナ特性を向上させることができ、また、周波数バラツキも抑えることができる。
【００１６】
また、本発明の平面アンテナは、上記第１の切り込みと、該第１の切り込みから９０度回転させた位置に形成された第１の切り込みから延出する第２の切り込みの少なくとも端部が対向するように形成されたことにより、電気長をより長くすることができるため、共振周波数をより低くでき、平面アンテナのさらなる小型化を図ることができる。
【００１７】
さらに、本発明の平面アンテナは、上記第２の切り込みから直角に延出する第３の切り込みを形成したことにより、電気長をさらに長くすることができるため、共振周波数をさらに低くでき、平面アンテナのさらなる小型化を図ることができる。
【００１８】
またさらに、本発明の平面アンテナは、上記放射導体の外形が円形状であることにより、放射導体の寸法バラツキが抑えられるため、共振周波数のバラツキを抑えることができる。
【００１９】
また、本発明の平面アンテナを用いたアンテナ装置は、表面に給電電極と接地導体層とが形成された実装基板上に、上記平面アンテナを実装するとともに、上記給電点を給電電極に接続したことにより、平面アンテナの放射導体および実装基板の接地導体との間で形成される静電容量を調整でき、放射効率が高くアンテナ特性が安定した小型のアンテナ装置を得ることができる。
【００２０】
さらに、本発明の無線通信機器によれば、上記アンテナ装置に送信回路および／または受信回路を接続したことにより、良好なアンテナ特性を有し、良好な無線通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の平面アンテナ、アンテナ装置およびそれを用いた無線通信機器の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、本発明の平面アンテナの一実施形態を示す平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は同図（ａ）、（ｂ）の平面アンテナ１０を実装基板１１に実装してなるアンテナ装置を示す斜視図である。
【００２３】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の平面アンテナ１０は、アルミナ、フォルステライト、ステアタイト、マグネシアカルシアチタン系材料、その他の誘電体材料等から成る誘電体層４と、誘電体層４の上面に外形が略方形で、銀、白金、金、銅、等からなる放射導体５が、厚膜印刷、蒸着、導体貼り付け等によって形成され、その下面に、銀、白金、金、銅、等からなる接地導体６が厚膜印刷、蒸着、導体貼り付け等によって対向して形成されており、給電点７は、誘電体層４を貫通する導体ピン８を通じて、給電ポートとしての給電コネクター９の中心ピンに接続され、給電コネクター９のアース側は接地導体６に接続されている。なお、導体ピン８に代替してスルホールにより接続しても良い。信号電力の入出力は、この給電コネクター９を通じて行われる。
【００２４】
この放射導体５は、全体が点対称に形成されており、外形が四角形状の放射導体５に９０°回転させても同一な位置となるように各辺から１個づつ合計４個の第1の切り込み１が形成され、各第１の切り込み１から直角に延出する少なくとも１個の第２の切り込み２が給電点７側に形成されている。
【００２５】
これにより、給電点７から電流が放射導体５のうち第１および第２の切り込み１、２の外周を沿って流れるため、放射導体５を流れる電流の経路が長くなり、共振周波数を低下させることができ、平面アンテナ１０の小型化を図ることができる。
【００２６】
図１（ｂ）で示すように、給電点７は、インピーダンス整合をとるため原点０の座標から適宣オフセットした位置に形成され、誘電体層４を貫通する導体ピン８を通じて、給電ポートとして給電コネクター９の心線に接続されている。ここで、少なくとも１個の第２の切り込み２が給電点７側に形成されているとは、各第１の切り込み１の長手方向の対抗する２辺のうち、給電点７に近い辺から第２の切り込み２が形成されていることを示す。
【００２７】
このように、各第１の切り込み１から延出した第２の切り込み２が給電点７側に形成されていることから、第1の切り込み１と第２の切り込み２との間に放射導体５の経路が形成され、電流の流れる経路が長くなって電気長を長くすることができる。
【００２８】
なお、図１では第１の切り込み１が、各辺から１個ずつ形成されているが、一辺に対して複数形成されていてもよい。また、第２の切り込み２が第１の切り込み１から直角に形成されているとは、第２の切り込み２と第１の切り込みとのなす角度が８０〜１００°の範囲であればよい。
【００２９】
また、上記放射導体５は、第１の切り込み１と、該第１の切り込み１を９０°回転させた位置に形成された第１の切り込み１から延出する第２の切り込み２の少なくとも端部２ａとが対向するように形成されることが好ましい。
【００３０】
これにより、放射導体５を流れる電流の経路は、対向している部分でより長くなるため共振周波数がさらに下がることにより、アンテナのさらなる小型化を図ることができる。
【００３１】
例えば、図１（ａ）において、放射導体５の上方の横方向の辺Ａから形成された第１の切り込み１と、その辺Ａから９０°回転させた位置となる辺Ｂから形成された第１の切り込み１から延出した第２の切り込み２の端部２ａが対向して形成されていることで、給電点７からの電流が第１の切り込み１と第２の切り込み２の端部２ａの外周を蛇行して流れるため、放射導体５を流れる電流の経路がより長くなり、共振周波数をさらに低下させることができ、平面アンテナ１０のさらなる小型化を図ることができる。
【００３２】
また、第１の切り込み１と、第２の切り込み２の端部２ａとの対向する部位は、第２の切り込み２の長さの１０％以上とすることが好ましく、電気長をより長くすることができるため、アンテナをより小型化することができる。
【００３３】
さらに、図２に示す平面図のように、各第２の切り込み２から直角に延出する第３の切り込み３を形成することが好ましい。
【００３４】
これにより、放射導体５を流れる電流の経路は、第３の切り込み３が形成されたことで、さらに長くなり、共振周波数がさらに下がるため、アンテナのさらなる小型化ができる。
【００３５】
第３の切り込み３は、第1の切り込み１と第２の切り込み２が対向している範囲内で任意の位置に配置されているのが好ましい。また、第３の切り込み３は第２の切り込み２同様給電点７側に形成されることが好ましい。
【００３６】
なお、第３の切り込み３は、各第１の切り込み１から延出した第２の切り込み２のうち少なくとも１個の第２の切り込み２から延出するように形成されていればよい。
【００３７】
また、図３に示すように、上記放射導体５の外形が円形状であることが好ましく、放射導体の寸法バラツキが抑えられるため、共振周波数のバラツキを抑えることができる。
【００３８】
なお、上述の図１〜図３では、各第１の切り込み１からそれぞれ１個の第２の切り込み２が延出するように形成されているが、図４に示す平面アンテナ５０のように各第１の切り込み１から複数の第２の切り込み２が延出するように形成されていてもよく、これにより、放射導体５を流れる電流の経路は、第２の切り込み２が複数形成されたことで、さらに長くなり、共振周波数の低下とアンテナの小型化を図ることがでできる。
【００３９】
また、各第1の切り込み１から延出する第２の切り込み２を複数設ける場合には、第２の切り込み２が給電点７側に形成されることが好ましく、さらに、図４に示すように、９０°回転させた位置に形成された第１の切り込み１を第２の切り込み２が挟むように形成することで、第１の切り込み１、第２の切り込み２の外周を蛇行して電流が流れるため電気長をより長くすることができ、アンテナのさらなる小型化を図ることができる。
【００４０】
なお、平面アンテナ１０、３０、４０、５０における放射導体５は、複数の切り込み１〜３を形成しても、放射導体５全体が点対称となるように形成されている。
【００４１】
このような平面アンテナ１０、３０、４０、５０は、図１（ｃ）に示すように、アンテナ装置２０として好適に用いることがきる。
【００４２】
このアンテナ装置２０は、表面に接地導体が形成された実装基板１１上に、平面アンテナ１０を実装するとともに、上記給電点を給電コネクタ−に接続してなる。
【００４３】
図１（ｃ）は、この平面アンテナ１０を用いてなるアンテナ装置２０であって、表面に接地導体が形成されている実装基板１１の上に、例えば平面アンテナ１０の接地導体６に形成された給電コネクター９と実装基板１１の給電コネクター（図示せず）とを接続させ、これを同軸ケーブル１２で無線装置と接続させてなるものである。
【００４４】
このようなアンテナ装置２０によれば、平面アンテナ１０が小型化されたことにより、アンテナ装置２０も小型化を図ることができる。
【００４５】
また、このアンテナ装置２０は、無線通信機器として好適に用いられ、上述の平面アンテナ１０、３０、４０、５０を実装したアンテナ装置２０と、それに接続された送信回路および／または受信回路を接続したものである。
【００４６】
この無線通信機器によれば、アンテナ装置２０が小型化されたことにより、無線通信機器も小型化を図ることができる。
【００４７】
また、所望に応じて無線通信を可能とするために無線信号処理回路が平面アンテナ、アンテナ装置、送信回路、受信回路に接続されていても良く、その他にも様々な構成を採り得る。
【００４８】
なお、本発明の平面アンテナおよびアンテナ装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更を加えることは何ら差し支えない。
【実施例１】
【００４９】
次いで、本発明の実施例について説明する。
【００５０】
図１に示すような本発明の平面アンテナ１０を作製した。
【００５１】
１辺が２５．０mmの正方形で厚み４mmのアルミナ製の誘電体層４の上面に１辺が２０．１mmの正方形状の放射導体５と、他面に１辺が２５．０mmの接地導体６を設け、放射動体５には対向する１組の辺からは第1の切り込み１として、長さが１０．３５mm、幅１．０mmを、もう１つの対向する１組の辺からは第1の切り込み１として、長さ１０．４mm、幅１．０mmを形成し、各第1の切り込み１からは第２の切り込み２として、長さ３．０mm、幅１．０mmとして形成した。
【００５２】
給電点７は、インピーダンス整合をとるため、中心点よりオフセットした位置に形成され、誘電体層４を貫通する導体ピン８を通じて、給電ポートとしての給電コネクター９の心線に接続されている。給電コネクター９のアース側は接地導体６に接続されている。信号の入出力は、この給電コネクター９を通じて行われる。
【００５３】
そして、この平面アンテナ１０の共振周波数をネットワークアナライザーによって測定したところ、共振周波数は１．５７５ＧＨｚとなった。
【００５４】
また、放射導体５に切り込みのない標準型方形パッチアンテナを形成した場合には、放射導体５の一辺が３５．４mmになるので、本実施例の平面アンテナは、標準方形アンテナに比べサイズで５６．８％の小型化が達成された。
【実施例２】
【００５５】
次いで、図２に示すような本発明の平面アンテナ３０を作製した。
【００５６】
実施例１と同様に１辺が２５．０mmの正方形で厚み４mmのアルミナ製の誘電体層４の上面に１辺が１９．１mmの正方形状の放射導体５と、他面に１辺が２５．０mmの接地導体６を設け、放射動体５には対向する１組の辺からは第1の切り込み１として、長さが１０．３mm、幅１．０mmを、もう１つの対向する１組の辺からは第1の切り込み１として、長さ１０．３５mm、幅１．０mmを形成し、各第1の切り込み１からは第２の切り込み２として、長さ３．０mm、幅１．０mmとして形成し、各第２の切り込み２からは第３の切り込み３として、長さ１．０mm、幅１．０mmとして形成した。
【００５７】
そして、この平面アンテナ３０の共振周波数をネットワークアナライザーによって測定したところ、共振周波数は１．５７ＧＨｚとなった。
【００５８】
また、放射導体５に切り込みのない標準型方形パッチアンテナを形成した場合には、放射導体５の一辺が３５．４mmになるので、本実施例の平面アンテナは、標準方形アンテナに比べサイズで５４．０％の小型化が達成された。
【実施例３】
【００５９】
図３に示すような本発明の平面アンテナ４０を作製した。
【００６０】
実施例１、２と同様に、１辺が２５．０mmの正方形で厚み４mmのアルミナ製の誘電体層４の上面に直径が２０．５mmの円形状の放射導体５と、他面に１辺が２５．０mmの接地導体６を設け、放射動体５には対向する１組の辺からは第1の切り込み１として、長さが１０．５mm、幅１．０mmを、もう１つの対向する１組の辺からは第1の切り込み１として、長さ１０．６mm、幅１．０mmを形成し、各第1の切り込み１からは第２の切り込み２として、長さ３．０mm、幅１．０mmとして形成した。
【００６１】
そして、この平面アンテナ３０の共振周波数をネットワークアナライザーによって測定したところ、共振周波数は１．５７ＧＨｚとなった。
【００６２】
また、放射導体５に切り込みのない標準型円形平面アンテナを形成した場合には、放射導体５の一辺が３６．０mmになるので、本実施例の平面アンテナは、標準円形アンテナに比べサイズで５６．９％の小型化が達成された。
【実施例４】
【００６３】
図４に示すような本発明の平面アンテナ５０を作製した。
【００６４】
実施例１〜３と同様に、１辺が２５．０mmの正方形で厚み４mmのアルミナ製の誘電体層４の上面に１辺が１８．５mmの正方形状の放射導体５と、他面に１辺が２５．０mmの接地導体６を設け、放射動体５には対向する１組の辺からは第1の切り込み１として、長さが１０．３３mm、幅１．０mmを、もう１つの対向する１組の辺からは第1の切り込み１として、長さ１０．３８mm、幅１．０mmを形成し、各第1の切り込み１からは２つの第２の切り込み２として、同じ寸法の長さ３．０mm、幅１．０mmとして形成した。
【００６５】
そして、この平面アンテナ５０の共振周波数をネットワークアナライザーによって測定したところ、共振周波数は１．５７ＧＨｚとなった。
【００６６】
また、放射導体５に切り込みのない標準型方形パッチアンテナを形成した場合には、放射導体５の一辺が３５．４mmになるので、本実施例の平面アンテナは、標準方形アンテナに比べサイズで５２．３％の小型化が達成された。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（ａ）は本発明の平面アンテナの一実施形態を示す平面図、（ｂ）は同図（ａ）の側面図、（ｃ）は同図（ａ）、（ｂ）の平面アンテナを用いたアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の平面アンテナの他の実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明の平面アンテナの他の実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明の平面アンテナの他の実施形態を示す平面図である。
【図５】従来の平面アンテナを示す平面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１、２１：第1の切り込み
２、２２：第２の切り込み
３：第３の切り込み
４、２４：誘電体層
５、２５：放射導体
６：接地導体
７、２７：給電点
１０、３０、４０、５０、１００：平面アンテナ
２０：アンテナ装置
【図１】
2005277756.tif 000003
【図２】
2005277756.tif 000004
【図３】
2005277756.tif 000005
【図４】
2005277756.tif 000006
【図５】
2005277756.tif 000007