(57)【要約】【課題】反りの低減が容易なディスク・モノポールアンテナを提供する。【解決手段】ディスク・モノポールアンテナが、絶縁基板と、絶縁基板に配置される誘電体部材と、誘電体基板の主面に配置され、開口部を有し、かつ主面に対する面積比が１０％以上の放射電極と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板に配置される誘電体部材と、
前記誘電体基板の主面またはその内部に配置され、開口部を有し、かつ前記主面に対する面積比が１０％以上の放射電極と、
を具備することを特徴とするディスク・モノポールアンテナ。
【請求項２】
前記主面に対する放射電極の面積比が５０％以下である
ことを特徴とする請求項１記載のディスク・モノポールアンテナ。
【請求項３】
前記絶縁基板が、接地電極が配置される第1の領域と、接地電極が配置されない第２の領域と、を備える第1の主面と、前記第1の主面と対向する第２の主面と、を有し、
前記放射電極が、前記第２の領域に対応して配置され、
前記ディスク・モノポールアンテナが、
前記絶縁基板の前記第２の主面に、前記第１の領域と対応して配置される給電線と、
前記絶縁基板に前記第２の領域と対応して配置され、前記給電線に接続される一端と、前記放射電極に接続される他端とを有する線状の第２の放射電極と、をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１記載のディスク・モノポールアンテナ。
【請求項４】
前記放射電極が、略平板状の放射部を有する
ことを特徴とする請求項３記載のディスク・モノポールアンテナ。
【請求項５】
前記略平板状の放射部の外形が多角形である
ことを特徴とする請求項４記載のディスク・モノポールアンテナ。
【請求項６】
前記放射電極が、線状の放射部をさらに有する
ことを特徴とする請求項４記載のディスク・モノポールアンテナ。
【請求項７】
前記境界に平行な方向での前記略平板状の放射部の長さに対する、前記第１，第２の領域の境界に垂直な方向での前記略平板状の放射部の長さの比が１以下である
ことを特徴とする請求項３記載のディスク・モノポールアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスク・モノポールアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の高速化および無線通信機器の小型化に伴い、広帯域かつ小型のアンテナが要求されるようになってきている。
ここで、円板状（ディスク状）の導体板からなる放射電極により構成されるディスク・モノポールアンテナに関する技術が公開されている（例えば、特許文献１参照）。また、グランドとの間の不要な容量に起因したアンテナ利得の低下を抑制するため、中央部分を除去した放射電極の技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−４５４０７
【特許文献２】特開２００３−１２４７３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、誘電体の積層構造を用いてアンテナを形成すると誘電体の誘電率が大きいことから、その小型化を図ることができる。
しかしながら、誘電体と導体とは異種材料であることから、誘電体の焼成時に収縮特性を一致させることが困難であり、焼成時に反りを生じる可能性がある。
上記に鑑み、本発明は反りの低減が容易なディスク・モノポール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】
【０００４】
本発明に係るディスク・モノポールアンテナは、絶縁基板と、前記絶縁基板に配置される誘電体部材と、前記誘電体基板の主面に配置され、開口部を有し、かつ前記主面に対する面積比が１０％以上の放射電極と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、反りの低減が容易なディスク・モノポールアンテナを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るディスク・モノポールアンテナ１０を分解した状態を表す分解斜視図である。図２は、ディスク・モノポールアンテナ１０の一部を拡大した状態を表す分解斜視図である。
ディスク・モノポールアンテナ１０は、絶縁基板１１、平板接地電極１２，誘電体部材１３，給電線１４，放射電極１５（１５１〜１５３），１６（１６１〜１６３）、層間接続部１７（１７ａ〜１７ｄ）を有する。
【０００７】
絶縁基板１１は、絶縁材料、例えば、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4の略であり、ガラス繊維とエポキシ樹脂の複合材料からなる難燃性のプリント基板材料（比誘電率ε１ｒ＝４．８））からなり、例えば、４０ｍｍ×４５ｍｍ×０．６ｍｍの略平板形状の基板である。
平板接地電極１２は、導体、例えば、銀、白金、銅からなり、絶縁基板１１の裏面上に配置され、例えば、４０ｍｍ×３２ｍｍの平板状の電極である。給電線１４と平板接地電極１２とが近接して対向することから、給電線１４からの電界が平板接地電極１２との間に制限され、給電線１４は放射電極として機能しない。
【０００８】
誘電体部材１３は、絶縁基板１１よりも誘電率が大きい誘電体材料（例えば、ホウケイ酸ガラス系セラミック（比誘電率ε２ｒ＝７．５）等のセラミック材料）からなり、例えば、８ｍｍ×４ｍｍ×０．８ｍｍの直方体状の部材である。誘電体部材１３の誘電率が比較的大きいのは、第１の放射電極の実効長を大きくしてその小型化を図るためである。
【０００９】
給電線１４は、導体、例えば、銀、白金、銅からなる、幅１．１ｍｍの略線状の電極であり、放射電極１５，１６に電力を供給する。給電線１４は平板接地電極１２と対向している。即ち、平板接地電極１２の境界１８と対応する境界１９によって、給電線１４と放射電極１５とが区分される。なお、境界１９は、絶縁基板１１の下面の境界１８に対応する絶縁基板１１の上面上の仮想的な線であり、絶縁基板１１の上面上に現実に存在する訳ではない。
【００１０】
放射電極１５は、導体、例えば、銀、白金、銅からなり、放射電極１５１，１５２，１５３を有する。
放射電極１５１，１５２，１５３は、電磁波を放射する放射電極であると共に、誘電体部材１３を固定する固定部としても機能する。誘電体部材１３と放射電極１５１，１５２，１５３とが導体ペーストで接続されることで、誘電体部材１３が絶縁基板１１に固定される。また、この導体ペーストによって、放射電極１５１，１５２，１５３と、誘電体部材１３の側面上の層間接続部１７とが電気的に接続される。
【００１１】
放射電極１５１は、例えば、幅１．１ｍｍの略線状の電極であり、層間接続部１７ａを介して、給電線１４と放射電極１６とを電気的に接続する。図１に示すように、給電線１４と放射電極１５１とは共に同一の幅の電極から構成することが可能である。前述のように、給電線１４と放射電極１５１とは、境界１９によって区分される。即ち、給電線１４は平板接地電極１２と対向し、放射電極１５１は平板接地電極１２と対向しない。
放射電極１５２、１５３はそれぞれ、略矩形状の電極であり、層間接続部１７を介して放射電極１６に接続される。放射電極１５２、１５３はそれぞれ、１つ（１７ｂ）および２つ（１７ｃおよび１７ｄ）の層間接続部１７に接続される。
【００１２】
放射電極１６は、誘電体部材１３の上面に配置され、導体、例えば、銀、白金、銅からなり、開口部を有する平板電極であり、誘電体部材１３と一体となって、いわゆるチップアンテナとして機能する。
放射電極１６は、略台形状のディスク形状部１６１，線状部１６２、接続部１６３を有する。
【００１３】
ディスク形状部１６１は、例えば、長手方向（境界１９に垂直な方向）で８ｍｍの外形を有する。ディスク形状部１６１が、ある程度の広がりを有する、例えば台形状等の多角形であることから、比較的広帯域の放射特性を有する。
ディスク形状部１６１には、略矩形の開口部１６４が配置される。開口部１６４は、放射電極１６を焼成等で形成する際に、放射電極１６と誘電体部材１３とでの収縮率の相違により反りが生じるのを防止するために設けられる。後述のように、開口部１６４が設けられても放射電極１６の特性はそれほどには変化しない。
【００１４】
線状部１６２は、例えば、線幅０．１５ｍｍの略線状の電極であり、放射電極１５と共に、放射電極全体としての線路長を大きくして、その特性の低周波化が図られる。
接続部１６３（１６３ａ〜１６３ｄ）は、層間接続部１７（１７ａ〜１７ｄ）に接続される。
【００１５】
放射電極１５，１６は、共に電磁波を放射する放射電極として機能する。放射電極１５は、放射電極１６に線路長を付加して、ディスク・モノポールアンテナ１０の放射特性を低周波側にシフトさせる。即ち、放射電極１６によってディスク・モノポールアンテナ１０の放射特性の広帯域化が、放射電極１５によってディスク・モノポールアンテナ１０の放射特性の低周波側へのシフトが図られる。放射電極１５，１６を組み合わせることで、放射電極１６を大きくすることなく、ディスク・モノポールアンテナ１０の広帯域特性と低周波化を両立することが可能となる。
また、放射電極１６を小型化し、これに対応して放射電極１５を配置することで、周波数特性を大きく変えずに、ディスク・モノポールアンテナ１０を小型化することが可能となる。
【００１６】
層間接続部１７（１７ａ〜１７ｄ）は、誘電体部材１３の４隅に配置され、放射電極１５，１６を電気的に接続する。具体的には、層間接続部１７ａ、１７ｂそれぞれが接続部１７ａ、１７ｂと放射電極１５１，１５２を接続する。また、層間接続部１７ｃ、１７ｄが接続部１７ｃ、１７ｄと放射電極１５３とを接続する。
層間接続部１７は、誘電体部材１３の隅に形成された切り込みに導電性ペーストを充填、固化することで、形成される。層間接続部１７が形成された誘電体部材１３を絶縁基板１１上に配置し、導電性ペースト等で接続することで、放射電極１５，１６が互いに電気的に接続される。この接続は、誘電体部材１３と絶縁基板１１との物理的接続をも兼ねることになる。
【００１７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。
図３は、図２に対応し、本発明の第２実施形態に係るディスク・モノポールアンテナ１０ａの一部を拡大した状態を表す分解斜視図である。
本実施形態では、ディスク形状部１６１上に、４つの開口部１６４ａ〜１６４ｄが配置されている。後述のように、開口部１６４ａ〜１６４ｄの個数を複数にしても、ディスク・モノポールアンテナ１０ａの特性はそれほどには変化しない。
開口部１６４ａ〜１６４ｄ以外の点については、ディスク・モノポールアンテナ１０ａは第１の実施形態に係るディスク・モノポールアンテナ１０と本質的に相違する訳ではないので、詳細な説明を省略する。
【００１８】
（実施例）
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
図４は、放射電極１６の形状、寸法を表す上面図である。放射電極１６（１６１，１６２，１６３）が形成される領域にハッチングを付している。このハッチングされた領域に導電性ペーストを印刷、焼成することで、放射電極１６が形成される。具体的には、誘電体部材１３の上面上に放射電極１６の材料（例えば、金属粉を含む導電性ペースト）を印刷等で形成し、焼成することで、チップアンテナが形成される。誘電体部材１３はセラミックが主構成材料であり、放射電極１６は金属が主構成材料である。
【００１９】
放射電極１６は、線状部１６２に垂直な長さＬ，線状部１６２に平行な幅Ｗを有する。また、放射電極１６の外形（外周）と開口部１６４との幅ｄ（線状部１６２側の放射電極１６の外形と開口部１６４との幅はＤ）によって、開口部１６４の大きさを規定している。また、線状部１６２の長さａも放射電極１６を規定する要素である。
一例として、長さＬ＝８ｍｍ、幅Ｗ＝４ｍｍ、幅Ｄ＝２ｍｍ、幅ｄ＝０．１５，０．５，０．８５ｍｍ、長さａ＝２．５ｍｍである。長さＬ、幅Ｗは、誘電体部材１３の上面の長さ、幅とほぼ一致している（誘電体部材１３の上面全体に放射電極１６を形成）。なお、ディスク形状部１６１の斜めの辺は、線状部１６２に対して略２０°の角度θをなす。
ここでは、ホウケイ酸ガラス系低温焼成材料シート（シート厚：１００μｍ）を積層して誘電体部材１３とし（積層型）、銀系ペースト材料を放射電極１６として使用した。焼成材料シートを積層し、その上に厚さ１５μｍのペースト材料を印刷して、焼成することで、チップアンテナを形成した。
【００２０】
Ａ．開口部１６４の大きさの影響
開口部１６４の大きさを変化させた場合のディスク・モノポールアンテナ１０の特性等への影響を考える。
ここでは、開口部無し、幅ｄ＝０．８５，０．５，０．１５ｍｍと開口部１６４の大きさを変化させる（長さＬ＝８ｍｍ、幅Ｗ＝４ｍｍ、幅Ｄ＝２ｍｍ）。このとき、幅ｄを印刷面積比に換算することができる。この印刷面積比は、放射電極１６の外形に対応する矩形領域（長さＬ、幅Ｗの矩形領域、ここでは誘電体部材１３の上面全域）に対する印刷領域（放射電極１６が形成された領域、即ち、図４でハッチングを付した領域）の比で表される。言い換えれば、印刷面積比は、誘電体部材１３（セラミック）に対する放射電極１６（金属）の存在割合（印刷面積）を意味する。
【００２１】
（１）アンテナ特性
図５、図６はそれぞれ、印刷面積比と帯域Ｂ．Ｗ．の対応関係を表す表およびグラフである。
帯域Ｂ．Ｗ．は、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio（電圧定在波比．インピーダンス不整合により，反射波が発生している伝送線路上に発生する電圧振幅分布の山と谷の比））＝２．５となる最低周波数ｆＬ，最大周波数ｆＨの差であり、Ｂ．Ｗ．＝ｆＨ−ｆＬで表される。
図５，図６に示すように、印刷面積比が大きくなると帯域Ｂ．Ｗ．も大きくなる。帯域Ｂ．Ｗ．の変化は、印刷面積が１０％、２０％から大きくなるにつれて緩やかになる。印刷面積が１０％の場合でも１８００ＭＨｚ（ＵＷＢ（Ultra Wide Band）の規格での低周波側バンド（Low Band）帯域（３．１〜４．９ＧＨｚ）の帯域幅）を越え十分広い帯域を有する。これは、即ち、アンテナ特性からすれば、印刷面積として１０％以上が好ましく、２０％以上がさらに好ましいことになる。
【００２２】
（２）反り
誘電体部材１３、放射電極１６を同時に焼成する場合、それぞれの構成材料の相違から焼成時の収縮挙動が異なり、反りが生じる可能性がある。具体的には、誘電体部材１３（セラミック）に対する放射電極１６（金属）の存在割合（印刷面積）が異なると、焼成後の寸法が異なり、反りの原因となる。即ち、1つの焼成体の中に、放射電極１６が存在する場所と存在しない場所が共存する場合、その焼成後の寸法に大きな差があれば、反りが生ずる可能性がある。
【００２３】
図７は、印刷面積と割掛率の対応関係を表すグラフである。
「割掛率」は、焼成収縮率(焼成後寸法／焼成前寸法)の逆数を意味する。即ち、割掛率＝焼成前寸法／焼成後寸法であり、焼成後の目標寸法に、割掛率を掛けることで、焼成前寸法が算出される。
図７に示されるように、印刷面積５０％付近で割掛率の値が大きく変化している。これは、焼成後の反りを考えると、印刷面積は５０％以下が好ましいことを意味する。
（１）のアンテナ特性を考慮すると、印刷面積比として、１０％〜５０％が好ましいことになる。
なお、放射電極１６の材料に銀、白金などの貴金属を使用することを考慮すると、製品コストを抑える意味でも、印刷面積は小さい方が好ましい。
【００２４】
Ｂ．縦横比の影響
ディスク形状部１６１の縦横比を変化させた場合のディスク・モノポールアンテナ１０の特性等への影響を考える。
ここでは、図４の長さＬ、幅Ｗの積（面積）を３２［ｍｍ２］と一定にして、その比（縦横比）Ｌ／Ｗを変化させた。
図８、図９はそれぞれ、縦横比Ｌ／Ｗを変化させた場合のＶＳＷＲ＝２．５となる帯域Ｂ．Ｗ．を表す表およびグラフである。
ここで、図８の表でのｆＬ，ｆＨ，ｆ０がそれぞれ、最小周波数（ＶＳＷＲ＝２．５）、最大周波数（ＶＳＷＲ＝２．５）、および中心周波数であり、ｆ０＝（ｆＨ＋ｆＬ）／２、Ｂ．Ｗ．＝ｆＨ−ｆＬの関係がある。
【００２５】
また、図１０、図１１は、このときの周波数特性を表す。この内、図１０は、周波数とＶＳＷＲの関係を表すグラフであり、図１１は周波数とインピーダンスの関係を表すスミスチャートである。なお、図１１の白丸、黒丸はそれぞれ、周波数３．１ＧＨｚ、４．９ＧＨｚに対応する。
【００２６】
図９に示すように、縦横比Ｌ／Ｗが０から１の間でバンド幅Ｂ．Ｗ．が急激に大きくなり、縦横比Ｌ／Ｗが1以上ではバンド幅Ｂ．Ｗ．の変化の割合が小さくなっている。これから、バンド幅Ｂ．Ｗ．を広くするには、縦横比Ｌ／Ｗとして、1以上が好ましいことが判る。
ここで、縦方向は境界１６に垂直な方向であり、横方向は境界１６に平行な方向である。
【００２７】
本件では、長さＬ、幅Ｗの積（面積）を一定にしていることから、縦横比Ｌ／Ｗが変化することは、長さＬまたは幅Ｗが変化することと同義である。縦横比Ｌ／Ｗが０．５，１，２，４と変化することは、例えば、中心周波数ｆ０を基準として、長さＬを０．０５３，０．０７６，０．１１，０．１５波長に設定したことになる。
なお、縦横比Ｌ／Ｗが１，２のときに、線状部１６２の長さａが同一（２．５ｍｍ）であることから、長さａがバンド幅Ｂ．Ｗ．に与える影響は大きいものではないと推測できる。
【００２８】
図１１に示すように、周波数の変化に対応してインピーダンスが変化する。そして、縦横比Ｌ／Ｗが０．５から４になるにつれて、インピーダンスの変化範囲が小さくなっていることが判る。
【００２９】
一般に、送信機とアンテナとの間で、インピーダンスの整合が取れていることが要求される（インピーダンス・マッチング）。インピーダンスの整合が取れているときに、一方のインピーダンスが変化すると、この整合状態が崩れることになる。例えば、送信機のインピーダンスが固定されているときに（言い換えれば、インピーダンス・マッチングを積極的には行わない）、アンテナのインピーダンスが何らかの原因で変化すると、インピーダンスは不整合状態となる。
【００３０】
アンテナのインピーダンスが周波数によって変化すると、インピーダンスが整合状態から不整合状態へと変動する可能性がある。このとき、周波数に対するインピーダンスの変化の割合（インピーダンスの周波数依存性）が大きいと、整合のとれている（整合状態の）周波数範囲（周波数帯域）は狭くなる。一方、周波数に対するインピーダンスの変化の割合が小さいと、整合のとれている周波数範囲（周波数帯域）は広くなる。このように、インピーダンスの周波数依存性と、周波数帯域の広狭との間に対応関係が有り得る。
【００３１】
図１１に示したように、縦横比Ｌ／Ｗが大きくなるにつれインピーダンスの周波数依存性が小さくなっている。このことは、縦横比Ｌ／Ｗが大きくなるにつれ、周波数帯域が広くなる傾向があることを意味する。
図９に示すように、縦横比Ｌ／Ｗが大きくなるにつれて、バンド幅Ｂ．Ｗ．も大きくなる傾向にある。上述から判るように、この傾向はアンテナインピーダンスの周波数依存性によって説明できる。
【００３２】
Ｃ．開口部１６４の個数の影響
既述のように第1の実施形態では開口部１６４は１つであるが、第2の実施形態では開口部１６４は複数となっている。開口部１６４の個数を変化させた場合のディスク・モノポールアンテナ１０の特性等への影響を考える。
図１２は、図４に対応し、第２の実施形態に係る放射電極１６ａの形状、寸法を表す上面図である。
図１３は、開口部１６４の個数（開口なし、個数１（図１），４（図１２））に対して、ＶＳＷＲ＝２．０，２．５となる最低周波数ｆＬ，最大周波数ｆＨ、中心周波数ｆ０（＝（ｆＨ＋ｆＬ）／２）、帯域Ｂ．Ｗ．（＝ｆＨ−ｆＬ）を表す表である。
図１４は、開口部１６４の個数と、ＶＳＷＲ＝２での中心周波数ｆ０および帯域Ｂ．Ｗ．との関係を表すグラフである。
図１３，図１４に示されるように、開口部１６４の個数は、ディスク・モノポールアンテナ１０の特性にそれほど大きな影響を与えない。
【００３３】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、誘電体部材１３を第1層，第２層に区分し、放射電極１６をこの第1層，第２層に夾んで配置しても良い（放射電極１６を誘電体部材１３内部に配置（内蔵））。
放射電極１６を誘電体部材１３内に配置することで、放射電極１６の実効長をより大きくして、更なる小型化を図ることができる。即ち、放射電極の片側のみに誘電体部材が配置される場合よりも放射電極１６の実効長が大きくなる。
【００３４】
また、放射電極１５，１６への電力の供給に際し、種々の伝送線路を用いることができる。上記実施形態では、給電線１４と平板接地電極１２とが近接して対向しており、いわゆるマイクロストリップ線路によって電力を伝送している。このマイクロストリップ線路に換えて、例えば、コプレーナ線路を採用することが可能である。即ち、平板接地電極１２に加えて、給電線１４と同一平面（絶縁基板１１の上面）にも（より具体的には、給電線１４の両脇に沿って）平板接地電極を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るディスク・モノポールアンテナを分解した状態を表す分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るディスク・モノポールアンテナの一部を分解した状態を表す分解斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るディスク・モノポールアンテナを分解した状態を表す分解斜視図である。
【図４】放射電極の形状、寸法を表す上面図である。
【図５】印刷面積比と帯域の対応関係を表す表である。
【図６】印刷面積比と帯域の対応関係を表すグラフである。
【図７】印刷面積と割掛率の対応関係を表すグラフである。
【図８】縦横比Ｌ／Ｗを変化させた場合の帯域Ｂ．Ｗ．を表す表である。
【図９】縦横比Ｌ／Ｗを変化させた場合の帯域Ｂ．Ｗ．を表すグラフである。
【図１０】縦横比Ｌ／Ｗを変化させた場合の周波数とＶＳＷＲの関係を表すグラフである。
【図１１】縦横比Ｌ／Ｗを変化させた場合の周波数とインピーダンスの関係を表すスミスチャートである。
【図１２】放射電極の形状、寸法を表す上面図である。
【図１３】開口部の個数に対する、最低周波数ｆＬ，最大周波数ｆＨ、中心周波数ｆ０、帯域Ｂ．Ｗ．を表す表である。
【図１４】開口部の個数に対する、中心周波数ｆ０、帯域Ｂ．Ｗ．を表すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ディスク・モノポールアンテナ
１１  絶縁基板
１２  平板接地電極
１３  誘電体部材
１４  給電線
１５，１６  放射電極
１７（１７ａ〜１７ｄ）  層間接続部
１８，１９  境界
１５１  ディスク形状部
１５１，１５２，１５３  放射電極
１６１  ディスク形状部
１６２  線状部
１６３  接続部
１６４（１６４ａ-１６４ｄ）  開口部
【図１】
2007088628.tif 000003
【図２】
2007088628.tif 000004
【図３】
2007088628.tif 000005
【図４】
2007088628.tif 000006
【図５】
2007088628.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007088628.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007088628.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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