(57)【要約】      （修正有）【課題】移動体通信機器などの機器に内蔵可能で、比較的波長の長いＵＨＦテレビ帯域における電波を受信可能な優れた小型のアンテナを提供する。【解決手段】外部からの給電を受ける給電端及びグランドに接続される接地端を有し共振点周波数において共振する放射導体１１と、誘電特性と磁気特性を併せ持ち放射導体１１に近接して配置される磁性体１２ａ、１２ｂと、磁性体１２ａ、１２ｂ及び放射導体１１に直流磁界を印加する磁界印加手段１３とを具備し、磁性体１２ａと磁界印加手段１３との間にギャップ部１４を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの給電を受ける給電端及びグランドに接続される接地端を有し共振点周波数において共振する放射導体と、誘電特性と磁気特性を併せ持ち前記放射導体に近接して配置される磁性体と、該磁性体及び前記放射導体に直流磁界を印加する磁界印加手段とを具備し、所望周波数帯域の電波を受信するアンテナであって、
前記磁性体と磁界印加手段との間にギャップ部を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記ギャップ部の厚みにより、前記放射導体の共振点周波数が調整されてなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記ギャップ部は、非磁性セラミックス、樹脂、磁化されていないバリウムフェライトのうちいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記放射導体は、前記磁性体の内部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記放射導体は、前記磁性体の表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記放射導体は、導電性金属の印刷、金属箔、金属線のうちいずれかの導体からなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記放射導体は、薄膜形成プロセスにより形成された導電性金属薄膜からなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記放射導体は、樹脂フィルムまたは薄い樹脂基板上の導体パターンであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記磁性体の一部は、非磁性セラミックスに置き換えられてなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記磁界印加手段は、永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記永久磁石は、バリウムフェライトからなることを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記磁界印加手段は、電磁石であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信機器に搭載されるアンテナに関するものであり、特に比較的波長の長いＵＨＦＴＶ帯域における電波を受信可能で、共振点周波数が希望の周波数に調整可能な小型のアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機に代表される携帯用無線機器では、機能向上を図りながらも、さらなるセットの小型化、軽量化が求められており、そのためこれら携帯機器に搭載された送受信を行うアンテナに対しても、小型化への要求は益々高まっている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
送受信を行うアンテナの大きさ、すなわちアンテナの素子長と動作周波数との間には密接な関係があり、例えば、放射素子をグランド上に設置するモノポール系のアンテナでは、小型化を図った場合であっても、効率等の観点から素子長は動作周波数の１/４波長程度に設定されることが多い。
【０００４】
一方、誘電体の表面、あるいは誘電体中に放射素子を設けた、いわゆる誘電体チップアンテナや誘電体パッチアンテナも、主にＧＨｚ帯域での小型送受信アンテナとして最近では様々な分野で実用化されている。比誘電率εrをもつ誘電体中での電磁波の波長λは、λ＝λ0/（εr）1/2となり、真空中での波長λ0よりも短くなる。この原理によって、アンテナの放射素子を誘電体に密接して配置することで、アンテナの素子長を短縮したものが上記の誘電体アンテナである。
【０００５】
また、誘電特性と磁気特性とを併せ持つ磁性体の場合には、磁性体中を伝播する電磁波の波長λはλ=λ0/(εr・μr)1/2と表される。ここでεrとμrはそれぞれ磁性体の比誘電率と比透磁率である。従って、原理的には、例えば比誘電率が５、比透磁率が５の材料中では、比誘電率２５の誘電体と等価な波長短縮効果を示す筈である。しかしながらこれまでのところ、磁性体のアンテナへの応用例は極めて限られており、高周波で低損失を示すフェライトであっても、ＡＭ放送受信機のバーアンテナとして用いられているに過ぎず、ＭＨｚ帯以上での周波数領域での応用例は殆ど知られていなかった。
【０００６】
ところで最近になって、少数例ながらアンテナの小型化を図る観点から、磁性材料に対する検討も加えられている。例えば、材料特性をパラメータとするシミュレーションを行い、ある条件を満たす磁性体を用いるならば、パッチアンテナやヘリカルアンテナを小型化し得ることが示唆されている（例えば、非特許文献２参照。）。また大きさ５５ｍｍ×４０ｍｍの９００ＭＨｚ帯の平板逆Ｆアンテナを基準とし、アンテナの基板を磁性体に置き換えることで、その大きさを３４ｍｍ×３０ｍｍ程度まで、すなわち面積比で５０％程度まで縮小できることも最近報告されている（例えば、非特許文献３参照。）。
【０００７】
しかしながら、非特許文献３の報告例では、アンテナの形状が平板状に限られていること、また周波数のさらに低い、例えば５００ＭＨｚ〜８００ＭＨｚ程度のＵＨＦ帯のＴＶ受信等を考えた場合には、その占有面積はこの報告例よりも当然大きくなることが予想される。従って、携帯機器への搭載を考えた場合には、なお一層アンテナを小型化する技術の開発が望まれている。
【０００８】
【非特許文献１】携帯機器向けアンテナ「広帯域でも小さく」に挑む、日経エレクトロニクス，2004.11.22，PP.69−80
【非特許文献２】磁性材料を利用したアンテナに関する研究、角  比呂武，2002年度卒業論文，横浜国立大学工学部
【非特許文献３】磁性材料を用いた携帯端末用アンテナの小型化に関する一検討、田中  智輝、林田  章吾、今村  和史、森下  久、小柳  芳雄、電子情報通信学会論文誌，B  Vol.J87-B, No.9, PP.1327-1335,2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、移動体通信機器などの機器に内蔵可能で、比較的波長の長いＵＨＦテレビ帯域における電波を受信可能な優れた小型のアンテナ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】
【００１０】
本願と同一の出願人により、誘電特性と磁気特性を併せ持つ磁性体に永久磁石を貼り付けて磁界を印加しアンテナの小型化を図る発明がすでに提案されている（特願２００５−２５３０８１号）が、そのままでは希望の共振点周波数が容易には得られなかった。そこで、発明者らが磁性体と永久磁石との関係について調査を行ったところ両者間にギャップを設けることで容易に希望の共振点周波数が得られることを見出し、さらに鋭意検討を行った結果、著しく小型化されるとともに希望の共振点周波数に調整されたアンテナの発明をなすに至った。
【００１１】
すなわち、前記課題を解決するために提供する本発明は、外部からの給電を受ける給電端及びグランドに接続される接地端を有し共振点周波数において共振する放射導体と、誘電特性と磁気特性を併せ持ち前記放射導体に近接して配置される磁性体と、該磁性体及び前記放射導体に直流磁界を印加する磁界印加手段とを具備し、所望周波数帯域の電波を受信するアンテナであって、前記磁性体と磁界印加手段との間にギャップ部を有することを特徴とするアンテナである。
【００１２】
ここで、前記ギャップ部の厚みにより、前記放射導体の共振点周波数が調整されてなることが好ましい。
また、前記ギャップ部は、非磁性セラミックス、樹脂、磁化されていないバリウムフェライトのうちいずれかからなることが好適である。
【００１３】
また、前記放射導体は、前記磁性体の内部に形成されていることが好ましく、あるいは前記磁性体の表面に形成されていることが好ましい。
【００１４】
また、前記放射導体は、導電性金属の印刷、金属箔、金属線のうちいずれかの導体からなることが好ましい。あるいは前記放射導体は、薄膜形成プロセスにより形成された導電性金属薄膜からなることが好ましく、樹脂フィルムまたは薄い樹脂基板上の導体パターンであってもよい。
【００１５】
また、前記磁性体の一部は、非磁性セラミックスに置き換えられてなることが好ましい。
【００１６】
また、前記磁界印加手段は、永久磁石であることが好ましく、とくにバリウムフェライトからなることがよい。
あるいは前記磁界印加手段は、電磁石を用いても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、直流磁界を帯びた磁性体を放射導体に近接させることで得られる波長短縮効果により、共振点周波数をより低い帯域に移動させ、使用帯域での定在波比を改善し、さらに磁性体と磁界印加手段との間のギャップ部の厚みを調整することにより、当該アンテナを著しく小型化するとともに、希望の共振点周波数に容易にあわせることができる。よって、本発明のアンテナは移動体通信機器などの機器に内蔵可能で、比較的波長の長いＵＨＦテレビ帯域における電波を受信可能な優れた小型のアンテナを提供することができ、例えば地上波デジタル放送のワンセグ放送（ＵＨＦ帯）受信用の小型アンテナとして適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るアンテナの構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるチップアンテナの構成を示す概略図である。また、図２は、同チップアンテナを構成部品に分解した図である。また、図３は、各構成部品の寸法の具体例を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、チップアンテナ１０は所望周波数帯域の電波を受信するアンテナであって、外部からの給電を受ける給電端及びグランドに接続される接地端を有し共振点周波数において共振する放射導体１１と、誘電特性と磁気特性を併せ持ち前記放射導体に近接して配置される磁性体１２と、磁性体１２及び放射導体１１の給電端近傍に直流磁界を印加する磁界印加手段１３とを具備し、磁性体１２と磁界印加手段１３との間にギャップ部１４を有することを特徴としている。
【００２０】
ここで、放射導体１１は、銅箔の逆Ｆ字パターンで構成され、２枚の磁性体半体１２ａ及び１２ｂによって挟持されている。また、Ｆ字の突端部は両磁性体半体１２ａ及び１２ｂから露出し、該放射導体１１に給電する給電端１１ａ並びにグランドに接続される接地端１１ｂとなる。
【００２１】
また放射導体１１は、導電性金属の印刷、金属箔、金属線のうちいずれかの導体からなることが好ましい。図３（ｂ）は、厚さ３５μｍの銅箔を逆Ｆ字に切り出した長さ２７ｍｍのパターン例である。あるいは、スパッタ法、蒸着法、めっき法などの薄膜形成プロセスにより析出させた導電性金属薄膜や、フレキシブル配線板やガラスエポキシの配線板などの樹脂フィルムまたは薄い樹脂基板上に描かれた導体パターンを放射導体１１としてもよい。
【００２２】
なお、放射導体１１は、図１及び図２に示した例では、同寸法の両磁性体半体１２ａ，１２ｂに挟持された、電極内蔵型のアンテナであるが、磁性体ブロックの表面に放射電極パターンを形成するタイプであってもよい。
【００２３】
磁性体１２は、該磁性体１２が放射導体１１に近接配置して奏される波長短縮効果により、共振点周波数をより低い帯域に移動させ、使用帯域での定在波比を改善するものであり、例えば、鉄（Ｆｅ）の一部をアルミニウム（Ａｌ）、及びマンガン（Ｍｎ）で置き換えた、飽和磁束密度１，７５０Ｇを有するＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）系フェライトの多結晶体に研削加工を施して作製される磁性体半体１２ａ，１２ｂが組み合わされてなるものである。また、磁性体半体１２ａ，１２ｂは、図３（ａ）に示すように、長さ３０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのブロック材である。
この磁性体１２の一部は、非磁性セラミックスに置き換えられていてもよい。
【００２４】
なお放射導体１１を挟持する両磁性体半体１２ａ及び１２ｂは、例えばポリイミド・テープ（図示しない）を巻設して固定されるが、これらの固定・接着方法は特に限定されない。
【００２５】
１／４波長接地アンテナの場合、電流分布は放射導体１１の給電端が最大であって、開放端では０になる。したがって、磁性体１２の透磁率を効果的に利用するためには、電流密度の高い部位に磁性体１２を配置することが効果的であり、また磁性体１２の損失を低減するために印加する外部磁界も電流密度の高い部位に印加することが効果的である。そこで、本実施形態では、磁性体１２及び放射導体１１の接地端１１ｂ並びに給電端１１ａの近傍（詳しくは２つの突端部の根元である給電部）に直流磁界が加わるように、磁性体半体１２ａの外側に磁界印加部１３を取り付けている。
【００２６】
磁界印加部１３は、永久磁石あるいは電磁石で構成することができる。永久磁石の場合、バリウムフェライトで構成されていればよい。
【００２７】
磁界印加部１３に永久磁石を用いる場合、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系のチップ磁石を利用することができる。図１で用いられる角型チップ磁石の大きさは長さ１５ｍｍ×幅４．６ｍｍ×厚さ１．４ｍｍであり（図３（ｄ））、着磁方向はチップ磁石の板面（すなわち放射電極１１の銅箔パターン表面）に対して垂直とする。
【００２８】
ギャップ部１４は、非磁性セラミックス、樹脂、磁化されていないバリウムフェライトのうちいずれかからなるシートであり、例えば長さ１５ｍｍ、幅４．６ｍｍ、厚さ０．０９ｍｍの両面接着機能を有する樹脂シートである（図３（ｃ））。
【００２９】
ここで、ギャップ部１４の厚みを変化させることにより、電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ：ＶＳＷＲ）を低下させることができ、放射導体１１の共振点周波数を調整することが可能である。
【００３０】
以上の構成とすることにより、磁性体１２と磁界印加手段１３との間のギャップ部１４の厚みを調整して、当該アンテナを著しく小型化するとともに、希望の共振点周波数に容易にあわせることができる。すなわち、仮に空気を誘電体とした場合には１２ｃｍ程度の長さを要するアンテナを、本発明によれば僅か３ｃｍ程度まで短縮可能である。また、従来から知られている通常の誘電体セラミックによって構成した場合に比べても、さらに長さをその１／２程度まで短縮できる。また本発明を例えば携帯用ＴＶ受信機に適用した場合には、従来からの長いロッドアンテナを廃することが可能となり、さらには機器への内蔵も可能であることから、機器の携帯性を格段に高める事ができる。さらにアンテナを内蔵することによって、機器の外観デザインの自由度を高めるとともに、アンテナの折損等への配慮を不要にするなど、副次的な効果も期待できる。
【００３１】
なお、ここで示したチップアンテナは直方体且つ平坦な形のアンテナの総称であり、小型・軽量化に適しているという一般的性質を持つ。但し、本発明の要旨はチップアンテナに限定されるものではなく、それ以外のアンテナにも当然適用することができる。
【実施例】
【００３２】
つぎに、本発明の具体的な実施例を説明する。
（実施例１）
鉄(Ｆｅ)の一部をアルミニウム(Ａｌ)、およびマンガン(Ｍｎ)で置き換えた、飽和磁束密度４００Ｇを有するＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）系フェライトの多結晶体に研削加工を施し、図３（ａ）に示すブロック（長さ３０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）を磁性体半体１２ａ，１２ｂとして作製した。次いで厚さ３５μｍの銅箔を所定の形状にエッチングし、図３（ｂ）に示す放射導体１１を作製した。この放射電極１１を前記磁性体半体１２ａ，１２ｂ間に挟み、さらに磁性体半体１２ａ，１２ｂの外周をポリイミド製の粘着テープで固定することによって磁性体半体１２ａ，１２ｂと放射導体１１とを密接させた。
【００３３】
ついで、放射導体１１の給電部（給電端１１ａの根元）の近傍に磁界が加わるよう、磁性体１２外部に磁界印加部１３としてバリウムフェライトの永久磁石を取り付けた。ここで用いた磁石の大きさは図３（ｄ）に示すように、長さ１５ｍｍ×幅４．６ｍｍ×厚さ１．０ｍｍであり、着磁方向はチップ磁石の板面に垂直とした。この際の磁石中心の磁界強度は約２７０[Ｇ]であった。また、磁性体１２と磁界印加部１３との間に１枚の厚みが０．０９ｍｍの両面接着機能を有するセロハンのシート（長さ１５ｍｍ、幅４．６ｍｍ）を積層して挟み、これをギャップ部１４として図１に示すチップアンテナを完成させた。なお、ギャップ部１４のシートの積層数は３，４，５，６，７，８とし、ギャップ部１４の厚みを０．２７,０．３６,０．４５，０．５４，０．６３，０．７２ｍｍに変化させてサンプルを作製した。
【００３４】
得られたチップアンテナのサンプルの動作特性を評価すべく、周波数２００ＭＨｚから１ＧＨｚの間で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を測定した。
図４は、チップアンテナの動作特性を評価するための評価基板の外観構成である。また、図５は、この評価基板を用いて測定を行なう際の結線図である。
【００３５】
評価基板２１は、４０ｍｍ×７０ｍｍ×１ｍｍの両面銅貼りガラスエポキシ基板で構成され、基板の外周に銅箔テープを貼り、さらに半田付けによって両面銅貼り基板２１の表面及び裏面の導体が接続されている。この銅貼り基板２１は、図４に示すようにチップアンテナ１０を取り付けた際にグランドとして動作する。
【００３６】
チップアンテナ１０の放射導体１１は逆Ｆ字の銅箔パターンからなるが、図５に示すように、このＦ字が持つ２つの突端のうち一方１１ｂをグランドに接続するとともに、他の一端１１ａを１００ｐＦのチップ・コンデンサを介し給電端としている。また、給電端には特性インピーダンス５０Ωのセミリジッド同軸ケーブル２２の中心導体を接続し、同軸ケーブル２２の他端には測定器（図示しない）への接続のため、ＳＭＡコネクタ２３を取り付けている。ＳＭＡ（Ｓｕｂ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｔｙｐｅ Ａ）コネクタは、マイクロ波帯で、最も一般的に使われているコネクタであり、内径が１．２７ｍｍ、外径が４．２ｍｍで、内導体を支持する絶縁物にはテフロン（登録商標）（比誘電率は約２．０）が用いられている。
【００３７】
評価基板２１をネットワーク・アナライザ（図示しない）に接続して、ＳパラメータのうちＳ１１を測定することができる。Ｓ（Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：散乱）パラメータとは、２つのポート（出入り口）を持つブラックボックスに交流信号という波が出入りする状況を想定し、その波の反射や透過の具合によりブラックボックスを表わしたものであり、下式（１）のように定義される。但し、ａ１及びａ２は入力電圧、ｂ１及びｂ２は反射電圧である。
【００３８】
【数１】
2007195014.tif 000003
【００３９】
上式（１）において、ＳパラメータのＳ１１は反射係数、Ｓ２１は結合係数を表す。反射係数Ｓ１１が小さいほどアンテナとしてマッチングが取れていることを示す。また、Ｓ２１は、アンテナの結合特性、すなわち送信機から受信機への送信信号の振幅特性（減衰率）に相当し、所望の周波数帯域で高く且つ平坦であれば、マルチパスの影響が少なくて良い。ここでは、さらにＳ１１から電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ：ＶＳＷＲ）を求めている。ＶＳＷＲは伝送線路の電圧の極大値と極小値の比のことであるが、反射係数が０のときはＶＳＷＲ＝１となり、反射係数が１に近づくとＶＳＷＲが高くなる。
【００４０】
図６に、実施例１のサンプルについて、周波数２００ＭＨｚから１ＧＨｚの間で測定したＶＳＷＲを示す。ギャップ部１４が厚くなるにつれて共振点周波数が低周波側にシフトしていくことがわかる。ここに示した例では、ギャップ部の厚みを０．４５ｍｍとした場合にＶＳＷＲ≦３となる周波数帯域が５０６〜６６８ＭＨｚとなった。磁性体に外部から静磁界を印加する際にギャップの距離（ギャップ部の厚み）を可変することにより共振点周波数を調整することができ、希望の周波数に共振点を合わせることができる。
【００４１】
（比較例１）
実施例１において、ギャップ部１４を設けず、電界印加部１３を磁性体１２に直接貼り付け、それ以外は実施例１と同じ条件でチップアンテナサンプルを作製し、周波数２００ＭＨｚから１ＧＨｚの間で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を測定した。
【００４２】
図７に、その測定結果を示す。共振点周波数は４５０ＭＨｚと５００ＭＨｚの間にあるが、全周波数帯域でＶＳＷＲは３より大きかった。
【００４３】
（実施例２）
実施例１において、ギャップ部１４としてセロハンシートに代えて、長さ１５ｍｍ、幅４．６ｍｍ、厚さ０．４５ｍｍのＡｌ２Ｏ３からなる非磁性セラミックスのブロックを用い、それ以外は実施例１と同じ条件でチップアンテナサンプルを作製し、周波数２００ＭＨｚから１ＧＨｚの間で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を測定した。
【００４４】
図８に、その測定結果を示す。
ＶＳＷＲの曲線は周波数６２０ＭＨｚ付近で極小値をとり、そのＶＳＷＲの値はほぼ１となった。また、ＵＨＦＴＶの放送周波数帯域である４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの間（周波数６２０ＭＨｚを中心とした±１５０ＭＨｚの範囲）でＶＳＷＲの値は３．１を示した。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態であるチップアンテナの構成を示す外観図である。
【図２】図１に示したチップアンテナの分解図である。
【図３】図１に示したチップアンテナの各構成部品の寸法図である。
【図４】図１に示したチップアンテナを評価するための評価基板の構成を示す外観図である。
【図５】図４に示した評価基板を用いて測定を行う際の結線図である。
【図６】実施例１のＶＳＷＲ特性の測定結果を示す図である。
【図７】比較例１のＶＳＷＲ特性の測定結果を示す図である。
【図８】実施例２のＶＳＷＲ特性の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…チップアンテナ、１１…放射導体、１１ａ…給電端、１１ｂ…接地端、１２…磁性体、１２ａ，１２ｂ…磁性体半体、１３…磁界印加部、１４…ギャップ部、２１…グランド、２２…セミリジッドケーブル、２３…ＳＭＡコネクタ
【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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