(57)【要約】【課題】  アンテナの大型化を抑えつつアンテナの動作周波数帯域幅を拡大する。【解決手段】  モノポールアンテナ（１０）は、基板（１２）と、基板の一方の主面（１２ａ）上に設けられた接地導体（２０）と、その主面上に設けられたアンテナ素子（１５）とを備えている。アンテナ素子（１５）は、アンテナ導体（１７）と、アンテナ導体（１７）の中間に接続されたインダクタ（１８）を有している。このインダクタは、アンテナ導体（１７）に電気的に接続された導体（３０）と、この導体（３０）に接する磁性体（３２）とを有している。この磁性体の透磁率は、アンテナ素子から放射され又はアンテナ素子によって受信される電波の周波数に対して負の傾きで変化する。【選択図】  図１
2007096363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ導体と、
前記アンテナ導体の中間又は端部に接続されたインダクタと、
を備えるモノポールアンテナにおいて、
前記インダクタは、前記アンテナ導体に電気的に接続された第１の導体と、この第１の導体の付近に配置された磁性体とを有しており、
前記磁性体の透磁率は、前記アンテナ導体から放射され又は前記アンテナ導体によって受信される電波の周波数に対して負の傾きで変化することを特徴とするモノポールアンテナ。
【請求項２】
基板と、
前記基板の一方の主面上に設けられた接地導体と、
を更に備え、
前記アンテナ導体および前記インダクタが前記主面上に設けられている、請求項１に記載のモノポールアンテナ。
【請求項３】
前記インダクタは、前記第１の導体の一端に電気的に接続された第１の電極と、前記第１の導体の他端に電気的に接続された第２の電極とを更に有しており、
前記第１の導体は、前記第１および第２の電極の少なくとも一方を介して前記アンテナ導体に電気的に接続されている、
請求項２に記載のモノポールアンテナ。
【請求項４】
前記第１の導体は、前記磁性体中に埋設されている、請求項２又は３に記載のモノポールアンテナ。
【請求項５】
前記アンテナ導体は、前記第１の導体の端部に接続された端部を有する第２の導体を含んでおり、
前記第１の導体の前記端部の電流が流れる方向に垂直な断面積は、前記第２の導体の前記端部の電流が流れる方向に垂直な断面積よりも小さい、請求項４に記載のモノポールアンテナ。
【請求項６】
前記第１の導体は、前記磁性体の一つの端部から別の端部に向かって前記磁性体の表面に巻き付けられるように延在している、請求項２又は３に記載のモノポールアンテナ。
【請求項７】
前記アンテナ導体および前記第１の導体が導線である、請求項１に記載のモノポールアンテナ。
【請求項８】
前記インダクタは、前記磁性体の表面に巻き付けられた前記第１の導体を有するコイルである、請求項７に記載のモノポールアンテナ。
【請求項９】
前記第１の導体は、前記磁性体中に埋設されている、請求項７に記載のモノポールアンテナ。
【請求項１０】
前記アンテナ導体は、前記第１の導体の端部に接続された端部を有する第２の導体を含んでおり、
前記第１の導体の前記端部の電流が流れる方向に垂直な断面積は、前記第２の導体の前記端部の電流が流れる方向に垂直な断面積よりも小さい、請求項９に記載のモノポールアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波を放射又は受信するアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
基体上にアンテナ素子としての導体パターンを設けた構造を有する様々なアンテナが知られている。例えば、下記の特許文献１には、磁性体からなる基体を備えるマイクロストリップアンテナが開示されており、下記の特許文献２には、誘電体からなる基体を備えるマイクロストリップアンテナが開示されている。また、下記の特許文献３および４には、誘電材料又は磁性材料からなる基体を備えるアンテナが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−８２９１４号
【特許文献２】特開平９−１２１１１４号
【特許文献３】特開２００４−３６３８５９号
【特許文献４】特開２００２−３７４１２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
移動体など、小型の装置に実装されるアンテナに関しては、物理的な寸法の縮小と広い動作周波数帯域を両立させることが重要な課題である。小型のアンテナを得るためには、アンテナ素子の中間にリアクタンス素子を挿入することが有効である。しかしながら、その場合、動作周波数帯域幅が狭くなるという問題が生じる。
【０００４】
そこで、本発明は、アンテナの大型化を抑えつつアンテナの動作周波数帯域幅を拡大することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るモノポールアンテナは、アンテナ導体と、このアンテナ導体の中間又は端部に接続されたインダクタとを備えている。アンテナ導体は、導線であってもよいし、基体上に設けられた導体パターンであってもよい。インダクタは、アンテナ導体に電気的に接続された第１の導体と、この第１の導体の付近に配置された磁性体とを有している。磁性体の透磁率は、アンテナ導体から放射され又はアンテナ導体によって受信される電波の周波数に対して負の傾きで変化する。
【０００６】
モノポールアンテナにおいて接地面に対するアンテナ導体の高さを一定に保ちつつ十分なアンテナ性能を得るためには、アンテナ導体に接続されたインダクタが有するリアクタンスを、そのモノポールアンテナが扱う電波の周波数が高くなるにつれて減少させる必要がある。インダクタのリアクタンスは透磁率に比例するので、インダクタを構成する磁性体の透磁率が周波数に対して負の傾きで変化すれば、周波数の増加に伴ってリアクタンスを減少させることが可能になる。これにより、アンテナ導体の高さを一定に保ちつつ、より広い周波数帯域にわたって十分なアンテナ性能を得ることができる。この結果、アンテナの大型化を抑えつつ、アンテナの動作周波数帯域幅を拡大することができる。
【０００７】
磁性体の透磁率は、全ての周波数に対して負の傾きで変化する必要はなく、ある周波数領域において負の傾きで変化してもよい。この周波数領域の少なくとも一部を含む周波数帯域でこのモノポールアンテナを使用すれば、その動作周波数帯域幅を拡大することが可能である。
【０００８】
ある態様では、モノポールアンテナは、基板と、その基板の一方の主面上に設けられた接地導体とを更に備えていてもよい。アンテナ導体およびインダクタは、この主面上に設けられていてもよい。この場合、小型の通信装置に適用するのに適した、平面的なモノポールアンテナを得ることができる。
【０００９】
インダクタは、第１の導体の一端に電気的に接続された第１の電極と、第１の導体の他端に電気的に接続された第２の電極とを更に有していてもよい。第１の導体は、第１および第２の電極の少なくとも一方を介して前記アンテナ導体に電気的に接続されていてもよい。このような構成を有するインダクタは、第１および第２の電極の少なくとも一方をアンテナ導体に接続することで、アンテナ導体に容易に接続することができる。
【００１０】
第１の導体は、磁性体中に埋設されていてもよい。第１の導体は、直線状や螺旋状に延在していてもよいし、蛇行していてもよい。アンテナ導体は、第１の導体の端部に接続された端部を有する第２の導体を含んでいてもよい。第１の導体の当該端部の電流が流れる方向に垂直な断面積は、第２の導体の当該端部の電流が流れる方向に垂直な断面積よりも小さくてもよい。第１および第２の導体の当該端部間に電流が流れると、より断面積の小さい端部を有する第１の導体がインダクタンスを生じる。
【００１１】
このほかに、第１の導体は、磁性体の一つの端部から別の端部に向かって磁性体の表面に巻き付けられるように延在していてもよい。
【００１２】
別の態様では、アンテナ導体および第１の導体が導線であってもよい。この場合、製造が容易で応用範囲の広い、線状のモノポールアンテナを得ることができる。
【００１３】
インダクタは、磁性体の表面に巻き付けられた第１の導体を有するコイルであってもよい。このほかに、インダクタの第１の導体が、磁性体中に埋設されていてもよい。第１の導体は、磁性体中で直線状や螺旋状に延在していてもよいし、蛇行していてもよい。アンテナ導体は、第１の導体の端部に接続された端部を有する第２の導体を含んでいてもよい。第１の導体の当該端部の電流が流れる方向に垂直な断面積は、第２の導体の当該端部の電流が流れる方向に垂直な断面積よりも小さくてもよい。第１および第２の導体の当該端部間に電流が流れると、より断面積の小さい端部を有する第１の導体がインダクタンスを生じる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、大型化を抑えつつ動作周波数帯域幅を拡大することの可能なアンテナを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
第１実施形態
図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係るモノポールアンテナを示す概略斜視図および部分平面図である。これらの図には、ｘｙｚ直交座標系も示されている。このモノポールアンテナ１０は、誘電体から構成される基板１２と、その基板１２の一方の主面１２ａ上に設けられたアンテナ素子１５と、主面１２ａ上に設けられた薄膜状の接地導体２０を有している。以下では、主としてアンテナ１０を送信アンテナとして、また、アンテナ素子１５を放射素子として説明する。ただし、当然のことながら、アンテナ１０は電波を受信する能力も有しており、したがって、アンテナ素子１５は受信素子でもある。
【００１７】
アンテナ素子１５は、互いに離間した二つの帯状のアンテナ導体１４ａおよび１６と、これらのアンテナ導体の間に電気的に接続されたインダクタ１８から構成されている。アンテナ導体１４ａおよび１６を、一つのアンテナ導体１７を分割した二つの部分とみなせば、インダクタ１８は、このアンテナ導体１７の中間においてアンテナ導体１７に直列に接続されている。二つのアンテナ導体１４ａおよび１６は、ｘ方向に沿って互いに同軸に延在している。インダクタ１８の両端は、インダクタ１８がこれらのアンテナ導体間を架橋するように、アンテナ導体１４ａおよび１６の上面にそれぞれ固定されている。
【００１８】
導体１４ａは、基板１２の主面１２ａ上に設けられた、より長い帯状の導体１４の一部である。導体１４および１６は、相互に共通した一定の厚さと一定の幅を有している。導体１４ａは、導体１４のうち接地導体２０の一端から突出している部分である。導体１４のうち導体１４ａを除く部分１４ｂは、接地導体２０に設けられた切欠部２１の内側に延在している。この導体１４ｂは、電気信号を伝送するための伝送線路であり、アンテナ素子１５用の給電線として機能する。
【００１９】
以下では、図３および図４を参照しながら、インダクタ１８の構造を説明する。図３は、インダクタ１８を示す平面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った部分断面図である。インダクタ１８は、アンテナ導体１４ａおよび１６の間に電気的に接続された導体３０を内蔵している。本実施形態では、導体３０は、細長い直線状の導体である。導体３０の側面は、その全長にわたって磁性体３２により被覆されている。
【００２０】
インダクタ１８の両端には、二つの電極３４および３６が設けられている。これらの電極は、導体３０の両端に電気的に接続されている。図２及び図４に示されるように、導電性の接着材２６（例えば、半田）によって、電極３４はアンテナ導体１４ａに、また電極３６はアンテナ導体１６にそれぞれ接続されている。これにより、インダクタ１８内の導体３０がアンテナ導体１４ａおよび１６間に電気的に接続される。アンテナ導体１４ａおよび１６の横断面積（電流が流れるｘ方向に垂直な断面積）よりも、導体３０の横断面積が小さいので、これらの導体間に電流が流れると、導体３０はインダクタとして動作する。導体３０に接する磁性体３２は、このインダクタのインダクタンスを高める作用を有している。
【００２１】
再び図１および図２を参照する。接地導体２０は、アンテナ導体１４ａおよび１６の幅に対して十分に広い幅（ｙ方向の長さ）を有している。アンテナ導体１４ａおよび１６の長手方向は、接地導体２０のうちアンテナ素子１５に最も近い側面に対して垂直である。したがって、モノポールアンテナ１０は、いわゆる垂直接地アンテナの一種である。
【００２２】
接地導体２０は、切欠部２１を有しており、導体１４ｂはアンテナ素子１５の一端から切欠部２１内に延びている。基板１２の他方の主面１２ｂには、基板１２を挟んで接地導体２０と重なり合う第２の接地導体２２が設けられている。導体１４ｂは、接地導体２２との間に誘電体である基板１２を挟むように、接地導体２２の上方に配置されている。したがって、導体１４ｂは、マイクロストリップ線路として機能する。
【００２３】
接地導体２０の上には高周波（ＲＦ）回路２４が設けられており、導体１４ｂはこの高周波回路２４に電気的に接続されている。高周波回路２４からアンテナ素子１５に高周波電力を供給すれば、アンテナ素子１５から電波を放射させることができる。アンテナ１０を送信アンテナとして使用する場合は、高周波回路２４として送信機モジュールを設置してもよい。高周波回路２４の周辺には、高周波回路２４に電気的に接続された他の回路が設置されていてもよい。
【００２４】
なお、アンテナ１０を受信アンテナとして使用する場合は、アンテナ素子１５が電波を受信したときに、アンテナ素子１５が電波を高周波の電気信号に変換し、導体１４ｂを通じてその電気信号を高周波回路２４に供給することになる。高周波回路２４は、アンテナ素子１５からの電気信号を処理する受信機モジュールであってもよいし、受信機および送信器の双方として機能するモジュールであってもよい。
【００２５】
上述のように、アンテナ素子１５は、リアクタンス素子であるインダクタがアンテナ導体中に挿入された構造を有している。公知のように、このインダクタは、接地導体に対するアンテナ素子の高さの短縮に貢献する。以下では、図５を参照しながら、このことを説明する。
【００２６】
図５は、アンテナの高さの短縮を説明するための概略平面図であり、ここで（ａ）は、本実施形態のアンテナ素子１５を示す部分平面図、（ｂ）は、インダクタの挿入されていないアンテナ導体４０からなるアンテナ素子を示す部分平面図である。この帯状のアンテナ導体４０は、アンテナ導体１４ａおよび１６と同じ幅ｄを有している。アンテナ導体４０は、連続した三つの部分４１〜４３を含んでおり、部分４１および４３は、それぞれアンテナ導体１４ａおよび１６と同じ長さｈ１、ｈ２を有している。
【００２７】
図５（ａ）および（ｂ）において破線は、アンテナ導体上における電流の振幅を表している。図５（ａ）に示されるように、インダクタ１８が生成するリアクタンスは、アンテナ導体１４ａ、１６での電流振幅分布３８ａ、３８ｃの間に、アンテナ導体の長さ方向に沿って急峻に変化する電流振幅分布３９を与える。図５（ｂ）に示されるように、インダクタ１８を用いずにアンテナ導体４０のみで電流振幅分布３８ａと３８ｃを接続するためには、インダクタ１８よりも長いアンテナ導体４３（長さｈｃ）を用いて、電流振幅分布３８ａと３８ｃを滑らかに接続する電流振幅分布３８ｂを設ける必要がある。このことから、インダクタ１８をアンテナ導体中に挿入することにより、接地導体に対するアンテナ素子の高さを短縮できることが分かる。これは、インダクタ１８が装荷されたアンテナ素子１５が、図５（ｂ）に示されるように、見かけ上は、アンテナ導体４１〜４３のみからなる長さＨのアンテナ素子４０と同様に動作することを意味する。
【００２８】
以下では、インダクタ１８の適切なリアクタンスについて検討する。公知のように、モノポールアンテナのアンテナ導体に接続されるインダクタのリアクタンスは、次の式を満足することが好ましい。
【数１】
2007096363.tif 000003
ここで、ＸＬはインダクタ１８のリアクタンスであり、Ｋａはアンテナ導体１４ａおよび１６の平均特性インピーダンスである。なお、Ｋａは、アンテナ導体１４ａおよび１６の形状、接地導体２０の形状、基板１２の材質などに応じて定まる定数である。Ｈは、図５（ｂ）に示されるように、接地導体２０に対するアンテナ素子１５の見かけ上の高さである。ｈ１はアンテナ導体１４ａの長さ、ｈ２はアンテナ導体１６の長さ、λはアンテナ素子１５によって放射又は受信される電波の波長である。
【００２９】
簡単のため、以下では、Ｈを標準的な（１／４）λに設定する。このとき、（１）式は、
【数２】
2007096363.tif 000004
のように書き換えられる。なお、（１）および（２）式は、「アンテナ・ハンドブック」（角居洋司および吉村裕光、ＣＱ出版社、３９０〜３９１頁、１９８５年）に記載されている。
【００３０】
図６は、（２）式に基づいたｈ１／ｈとＸＬ／Ｋａとの関係を示すグラフである。ここで、ｈ１／ｈは、アンテナ導体中におけるインダクタ１８の挿入位置を表すパラメータである。図６では、アンテナ素子１５の高さｈが波長に対して様々な比例係数（０．０７５、０．１など）を有する場合の各々についてグラフが描かれている。図６に示されるように、ｈ１／ｈを固定すると、比例係数が増加するにつれて、適切なＸＬ／Ｋａの値は減少する。Ｋａは定数であるから、アンテナ素子１５の高さｈの波長λに対する比例係数が高い程、インダクタ１８の適切なリアクタンスＸＬは低くなる。
【００３１】
以下では、適切なＸＬ／Ｋａと、アンテナ素子１５によって放射又は受信される電波の周波数ｆとの関係を検討する。図７は、ｈ１＝ｈ２、ｈ１／ｈ＝０．５、ｈ＝一定という条件の下で、周波数ｆと、（２）式を満たすＸＬ／Ｋａとの関係を示すグラフである。図７において黒い四角で示されるプロット点は、図６においてｈ１／ｈ＝０．５の直線と各グラフとの交点に対応している。
【００３２】
上述のように、インダクタ１８の位置が固定されていれば、ｈのλに対する比例係数が大きくなるにつれて、適切なＸＬ／Ｋａは減少する。一方、波長λに比例係数を乗じたものとして表されるアンテナ素子１５の高さｈを一定に保つためには、比例係数の増加に伴ってλが減少する必要がある。周知のようにλとｆは反比例するため、ｈを一定に保つためには、比例係数の増加に伴ってｆが増加する必要がある。したがって、ＸＬが図７に示されるようにｆの増加に伴って減少すれば、アンテナ素子１５の高さｈを変えずに様々な周波数のもとで適切なＸＬ／Ｋａを得ることができる。これは、広い周波数帯域にわたって動作可能なモノポールアンテナを、そのサイズを増大させることなく得ることができることを意味する。
【００３３】
図６から明らかなように、ＸＬ／Ｋａのこのような性質は、ｈ１／ｈの他の値に対しても同じである。また、Ｈが（１／４）λ以外のときでも、ＸＬ／Ｋａは（１）式に基づいて同様の性質を示す。上記ではｈを一定に保つ観点から検討を行っているが、ＸＬがｆに対して負の傾きで変化すれば、ＸＬ／Ｋａの周波数特性を図７に示されるような理想的な曲線に少なくとも近づけることは可能である。したがって、ＸＬがｆに対して正の傾きで変化する場合に比べて、ｈを一定に保ちつつ、より広い周波数帯域にわたってＸＬ／Ｋａを理想値に近づけて、十分なアンテナ性能を得ることができる。この結果、アンテナ１０の大型化を抑えつつ、アンテナ１０が動作可能な（すなわち、アンテナ１０を使用可能な）周波数帯域幅を拡大することができる。
【００３４】
本実施形態では、リアクタンスＸＬの上記のような周波数特性を実現するため、周波数ｆの増加に伴って負の傾きで変化する透磁率μを有する磁性体３２をインダクタ１８に使用する。以下では、図８を参照しながら、この点を説明する。
【００３５】
周知のように、インダクタのリアクタンスＸＬとインダクタンスＬとの間には、
ＸＬ＝２πｆＬ      （３）
の関係が成り立つ。図８は、磁性体３２の透磁率μの周波数特性に応じたリアクタンスＸＬの周波数特性を示すグラフである。図８中の一点鎖線は、透磁率μが周波数ｆによらず一定の場合におけるＸＬの周波数特性を示している。インダクタ１８のインダクタンスＬは磁性体３２の透磁率μに比例するので、μがｆによらず一定なら、ｆとＸＬとの間に比例関係が成立する。これに対し、図８中の実線は、磁性体３２の透磁率μが一部の周波数領域において周波数ｆに対して負の傾き（微分係数）で変化する場合におけるＸＬの周波数特性を示している。透磁率μが周波数ｆに対して十分に大きな負の傾きで変化する周波数領域では、図８に示されるように、ｆの増加に伴ってＸＬが減少することになる。
【００３６】
本実施形態では、磁性体３２の材料として、図９に示されるような特性を有する六方晶系フェライトを使用する。ここで、図９は、この六方晶系フェライトの透磁率の周波数特性を示している。六方晶系フェライトは、酸化鉄を主成分とする磁性体である。図９において、μ’、μ”は、透磁率μの複素数表示における実数成分、虚数成分をそれぞれ表している。ここで、透磁率μは、μ＝μ’−ｊμ”と表される。透磁率μの大きさは、（μ’２＋μ”２）１／２に等しい。
【００３７】
図９に示されるように、低い周波数の電磁波に対して、μ’は、ほぼ一定である。しかし、周波数が十分に高くなると、μ’は周波数の増加に伴って低下、すなわち、周波数に対して負の傾きで変化する。μ”も、低い周波数のもとでは０であるが、高い周波数のもとでは、周波数に対して負の傾きで変化する。したがって、十分に高い周波数領域では、透磁率μが周波数に対して負の傾きで変化し、その結果、図８において実線で示されるようなリアクタンスＸＬの周波数特性が得られる。
【００３８】
このように、周波数ｆに対して負の傾きで変化する透磁率を有する磁性体３２を備えたインダクタ１８を使用することにより、図７に示される理想的なＸＬ／Ｋａの周波数特性に一致あるいは近似した特性を得ることが可能になる。この結果、アンテナ１０の大型化を抑えつつアンテナ１０の動作周波数帯域幅を拡大することができる。
【００３９】
以下では、アンテナ素子の変形例を説明する。アンテナ素子の平面形状は、上記実施形態のような直線状に限られず、モノポールアンテナを構成しうる他の任意の形状とすることができる。例えば、図１０（ａ）に示されるように、アンテナ素子中の二つの導体５１、５２とそれらの間に接続されたインダクタ１８が逆Ｌ字状を成していてもよい。すなわち、インダクタ１８は、導体５１、５２からなる逆Ｌ字状のアンテナ導体５６の中間に接続されていてもよい。また、図１０（ｂ）に示されるように、アンテナ素子中の二つの導体５３、５４とそれらの間に接続されたインダクタ１８が逆Ｆ字状を成していてもよい。すなわち、インダクタ１８は、導体５３、５４からなる逆Ｆ字状のアンテナ導体５７の中間に接続されていてもよい。
【００４０】
また、インダクタ１８をアンテナ導体の中間に直列接続する代わりに、アンテナ導体の基端部（接地導体２０に隣接する端部）又は先端部（接地導体２０から離れた開放端部）に直列接続してもよい。例えば、図１に示されるアンテナ素子１５では、インダクタ１８を導体１４ａと導体１４ｂとの間に挿入してもよいし、導体１６の開放端に接続してもよい。いずれの場合も、インダクタ１８は導体１４ａまたは導体１６に直列に接続される。図６から明らかなように、アンテナ導体の端部にインダクタが接続されているときも、ｈのλに対する比例係数が大きくなるにつれて適切なＸＬ／Ｋａが減少するので、上記実施形態と同じ利点を得ることができる。
【００４１】
また、アンテナ素子を構成する二つの導体間に接続されるインダクタは、上記実施形態の構造に限られず、他の様々な構造を有することが可能である。以下では、インダクタの様々な変形例を説明する。
【００４２】
図１１はインダクタの第１の変形例を示しており、ここで（ａ）および（ｂ）は、それぞれインダクタの平面図および側面図である。このインダクタ１８Ａは、磁性体３２に埋設される導体の形状が上述したインダクタ１８と異なっている。図１１（ａ）に示されるように、インダクタ１８Ａ内の導体３０Ａは、二つの電極３４および３６間を蛇行しながら延在する線状導体である。
【００４３】
導体３０Ａの横断面積は、導体１４ａおよび１６の横断面積よりも小さいので、導体１４ａおよび１６間に電気的に接続された導体３０Ａはインダクタンスを生じる。蛇行形状の導体３０Ａを使用することによって、直線状の導体を使用する場合よりも長い電流経路を導体１４ａおよび１６間に設けることができる。その結果、より大きなインダクタンスを得ることができる。
【００４４】
図１２はインダクタの第２の変形例を示しており、ここで（ａ）および（ｂ）は、それぞれインダクタの平面図および側面図である。また、図１３は、このインダクタの様々な断面を示しており、ここで（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図１２（ｂ）のＸＩＩＩａ−ＸＩＩＩａ線、ＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線およびＸＩＩＩｃ−ＸＩＩＩｃ線に沿った断面図である。このインダクタ１８Ｂも、磁性体３２に埋設される導体の形状が上述したインダクタ１８と異なっている。図１２に示されるように、インダクタ１８Ｂ内の導体３０Ｂは、二つの電極３４および３６間を螺旋状に延在する線状導体である。図１２（ｂ）および図１３に示されるように、この導体３０Ｂは、４個の導体６１と、ストリップ導体６１の下方に配置された３個の導体６３と、導体６１および６３間に延在するビア６２から構成されている。導体６１は互いに同一の高さに配置されており、そのうちの二つは電極３４および３６に接続されている。導体６３は互いに同一の高さに配置されており、各導体６３の両端部は、それぞれ二つの導体６１の一端部と上下に重なり合っている。これらの重なり部分の間にビア６２が延在しており、それによって導体６１と導体６３とが電気的に接続されている。
【００４５】
導体３０Ｂの横断面積は、導体１４ａおよび１６の横断面積よりも小さいので、導体１４ａおよび１６間に電気的に接続された導体３０Ａはインダクタンスを生じる。螺旋形状の導体３０Ｂを使用することによって、直線状の導体を使用する場合よりも長い電流経路を導体１４ａおよび１６間に設けることができる。その結果、より大きなインダクタンスを得ることができる。なお、図１２及び図１３では導体３０Ｂの巻き数が３であるが、巻き数は任意に定めることができる。
【００４６】
図１４はインダクタの第３の変形例を示す斜視図である。上述したインダクタ１８、１８Ａ、１８Ｂでは導体が磁性体に埋設されているのに対し、このインダクタ１８Ｃでは、電極３４および３６間において、帯状の導体３０Ｃが磁性体３２の表面に螺旋状に巻き付けられるように延在している。導体３０Ｃの両端部７１、７２は、直方体である磁性体３２の上面３２ａにおいて電極３４および３６にそれぞれ接続されている。磁性体３２の上面３２ａ上に配置された導体３０Ｃの帯状部分７３は、磁性体３２の幅方向（ｙ方向）に平行に延在している。同様に、磁性体３２の底面３２ｂ上に配置された帯状部分７４も磁性体３２の幅方向に平行に延在している。一方、磁性体３２の両側面３２ｃ、３２ｄ上に配置された帯状部分７５、７６は、導体３６側から導体３４側に向かって斜めに延在している。なお、磁性体３２の上面および底面においても帯状部分７３、７４が導体３６側から導体３４側に向かって斜めに延在していてもよい。また、これらの帯状部分の全部又は一部が、導体３４側から導体３６側に向かって斜めに延在していてもよい。
【００４７】
二つの電極３４および３６間において導体３０Ｃが磁性体３２の表面に巻き付けられているので、導体３０Ｃに電流が流れると、このインダクタ３０Ｃはコイルとして動作し、インダクタンスを生じる。なお、図１４では導体３０Ｃの巻き数が４であるが、巻き数は任意に定めることができる。
【００４８】
第２実施形態
以下では、本発明の第２の実施形態を説明する。図１５は、本実施形態に係るモノポールアンテナを示す概略側面図である。このモノポールアンテナ８０は、接地面８１に対して垂直に立設される垂直接地アンテナである。モノポールアンテナ８０は、直線状のアンテナ導線８２と、そのアンテナ導線８２の中間においてアンテナ導線８２に直列に接続されたインダクタ８４を有している。アンテナ導線８２は、インダクタ８４の一端に接続された第１の直線部８２ａと、インダクタ８４の他端に接続された第２の直線部８２ｂを含んでいる。これらの直線部は同じ径を有している。
【００４９】
以下では、主としてアンテナ８０を送信アンテナとして、また、アンテナ導線８２を放射素子として説明する。ただし、当然のことながら、アンテナ８０は電波を受信する能力も有しており、したがって、アンテナ導線８２は受信素子でもある。
【００５０】
第１直線部８２ａのうちインダクタ８４の反対側の端部は、給電部８８に接続されている。給電部８８は接地面８１に接続されている。また、第２直線部８２ｂのうちインダクタ８４の反対側の端部は、開放端となっている。
【００５１】
インダクタ８４は、直線部８２ａおよび８２ｂ間に延在する導線８５と、この導線８５が巻き付けられたコア８６を有するコイルである。図１６は、インダクタ８４の構造を示す図であり、ここで（ａ）はインダクタ８４の概略斜視図であり、（ｂ）はインダクタ８４のコア８６の断面図である。図１６に示されるように、コア８６はトロイダル形であり、したがって、インダクタ８４はトロイダルコイルである。導線８５は、第１および第２直線部８２ａ、８２ｂと同じ径を有している。
【００５２】
給電部８８は、高周波（ＲＦ）回路を含んでいる。この高周波回路からアンテナ導線８２に高周波電力を供給すれば、アンテナ導線８２から電波を放射させることができる。なお、アンテナ８０を受信アンテナとして使用する場合は、アンテナ導線８２は到来電波を受信して高周波の電気信号に変換し、その電気信号を第１直線部８２ａから出力することになる。
【００５３】
アンテナ導線８２は、リアクタンス素子であるインダクタがアンテナ導線８２の中間に挿入されたセンター・ローディング・アンテナである。公知のように、このインダクタは、接地面８１に対するアンテナ導線の高さの短縮に貢献する。以下では、図１７を参照しながら、このことを説明する。
【００５４】
図１７は、アンテナ導線の高さの短縮を説明するための概略平面図であり、ここで（ａ）は、本実施形態のアンテナ導線８２を示す部分平面図、（ｂ）は、インダクタの挿入されていないアンテナ導線９０を示す部分平面図である。この直線状のアンテナ導線９０は、アンテナ導線８２と同じ径を有している。アンテナ導線９０は、連続した三つの部分９１〜９３を含んでいる。部分９１および９２は、それぞれアンテナ導線８２の直線部８２ａ、８２ｂと同じ長さｈ１、ｈ２を有している。
【００５５】
図１７（ａ）および（ｂ）において破線は、アンテナ導線上における電流の振幅を表している。図１７（ａ）に示されるように、インダクタ８４が生成するリアクタンスは、第１および第２直線部８２ａ、８２ｂの電流振幅分布３８ａ、３８ｃの間に、アンテナ導線の長さ方向に沿って急峻に変化する電流振幅分布３９を与える。図１７（ｂ）に示されるように、インダクタ８４を用いずにアンテナ導線９０のみで電流振幅分布３８ａと３８ｃを接続するためには、インダクタ８４よりも長いアンテナ導線９３（長さｈｃ）を用いて、電流振幅分布３８ａと３８ｃを滑らかに接続する電流振幅分布３８ｂを設ける必要がある。このことから、インダクタ８４をアンテナ導線中に挿入することにより、接地面８１に対するアンテナ導線の高さを短縮できることが分かる。これは、インダクタ８４が装荷されたアンテナ導線８２が、図１７（ｂ）に示されるように、見かけ上は、長さＨのアンテナ導線９０と同様に動作することを意味する。
【００５６】
以下では、インダクタ８４の適切なリアクタンスについて検討する。公知のように、モノポールアンテナのアンテナ導線に接続されるインダクタのリアクタンスは、以下に再掲する（１）式を満足することが好ましい。
【数１】
2007096363.tif 000005
ここで、ＸＬはインダクタ８４のリアクタンスであり、Ｋａはアンテナ導線８２の平均特性インピーダンスである。なお、Ｋａは、アンテナ導線８２の形状などに応じて定まる定数である。Ｈは、図１７（ｂ）に示されるように、接地面８１に対するアンテナ導線８２の見かけ上の高さである。ｈ１はアンテナ導線８２の第１直線部８２ａの長さ、ｈ２は第２直線部８２ｂの長さ、λはアンテナ導線８２によって放射又は受信される電波の波長である。
【００５７】
簡単のため、以下では、Ｈを標準的な（１／４）λに設定する。このとき、（１）式は、以下に再掲する
【数２】
2007096363.tif 000006
のように書き換えられる。
【００５８】
（２）式に基づいたｈ１／ｈとＸＬ／Ｋａとの関係は、図６に示されている。本実施形態では、ｈ１／ｈは、アンテナ導線８２中におけるインダクタ８４の挿入位置を表すパラメータである。既に説明したように、ｈ１／ｈを固定すると、アンテナ導線８２の高さｈの波長λに対する比例係数が高い程、インダクタ８４の適切なリアクタンスＸＬは低くなる。
【００５９】
ｈ１＝ｈ２、ｈ１／ｈ＝０．５、ｈ＝一定という条件の下で、周波数ｆと、（２）式を満たすＸＬ／Ｋａとの関係は、図７に示されている。上述のように、インダクタ８４の位置が固定されていれば、ｈのλに対する比例係数が大きくなるにつれて、適切なＸＬ／Ｋａは減少する。一方、波長λに比例係数を乗じたものとして表されるアンテナ導線８２の高さｈを一定に保つためには、比例係数の増加に伴ってλが減少する必要がある。周知のようにλとｆは反比例するため、ｈを一定に保つためには、比例係数の増加に伴ってｆが増加する必要がある。したがって、ＸＬが図７に示されるようにｆの増加に伴って減少すれば、アンテナ導線８２の高さｈを変えずに様々な周波数のもとで適切なＸＬ／Ｋａを得ることができる。これは、広い周波数帯域にわたって動作可能なモノポールアンテナを、そのサイズを増大させることなく得ることができることを意味する。
【００６０】
第１実施形態で既に説明したように、ＸＬがｆに対して負の傾きで変化すれば、ＸＬがｆに対して正の傾きで変化する場合に比べて、ｈを一定に保ちつつ、より広い周波数帯域にわたって十分なアンテナ性能を得ることができる。この結果、アンテナ８０の大型化を抑えつつ、アンテナ８０が動作可能な（すなわち、アンテナ８０を使用可能な）周波数帯域幅を拡大することができる。
【００６１】
本実施形態では、リアクタンスＸＬの上記のような周波数特性を実現するため、周波数ｆの増加に伴って負の傾きで変化する透磁率μを有する磁性体をインダクタ８４のコア８６に使用する。具体的には、コア８６の材料として、図９に示されるような特性を有する六方晶系フェライトを使用する。既に述べたように、このフェライトの透磁率μは、十分に高い周波数領域では周波数に対して負の傾きで変化するので、図８において実線で示されるようなリアクタンスＸＬの周波数特性が得られる。
【００６２】
このように、周波数ｆに対して負の傾きで変化する透磁率を有するコア８６を備えたコイル８４を使用することにより、図７に示される理想的なＸＬ／Ｋａの周波数特性に一致あるいは近似した特性を得ることが可能になる。この結果、アンテナ８０の大型化を抑えつつアンテナ８０の動作周波数帯域幅を拡大することができる。
【００６３】
インダクタ８４は、上記実施形態のようなトロイダルコイルに限られず、他の任意のコイルであってもよい。また、コイル以外のインダクタを使用することも可能である。以下では、インダクタの様々な変形例を説明する。
【００６４】
図１８は、第１の変形例に係るインダクタ８４Ａを示しており、ここで（ａ）は、インダクタ８４Ａを備えるモノポールアンテナ８９の概略側面図であり、（ｂ）はインダクタ８４Ａの拡大斜視図である。インダクタ８４Ａは、アンテナ導線８２の二つの直線部８２ａおよび８２ｂ間に接続された直線状の導線８５Ａを有している。この導線８５Ａは、円柱状の磁性体８７の中心軸上に埋設されている。磁性体８７の径は、導線８２の径と同じである。
【００６５】
導線８５Ａの横断面積（電流が流れる方向に垂直な断面積）は、直線部８２ａ、８２ｂの横断面積よりも小さい。したがって、これらの導線を電流が流れると、導線８５Ａはインダクタとして動作する。導線８５Ａの側面を被覆する磁性体８７は、このインダクタのインダクタンスを高める作用を有している。
【００６６】
磁性体８７は、インダクタ８４のコア８６と同じように、周波数に対して負の傾きで変化する透磁率を有する。したがって、アンテナ８９も第１実施形態のアンテナ８０と同じ利点を有する。
【００６７】
アンテナ８９におけるインダクタ８４Ａは、図１９に示されるインダクタ８４Ｂで置き換えることもできる。ここで、図１９は、第２の変形例に係るインダクタ８４Ｂを示す拡大斜視図である。インダクタ８４Ｂは、磁性体８７に埋設される導線の形状がインダクタ８４Ａと異なっている。図１９に示されるように、インダクタ８４Ｂ内の導線８５Ｂは、アンテナ導線８２の二つの直線部８２ａおよび８２ｂ間を蛇行しながら延在する。
【００６８】
導線８５Ｂの横断面積は、アンテナ導線８２の直線部８２ａ、８２ｂの横断面積よりも小さいので、これらの導線を電流が流れると、導線８５Ｂはインダクタンスを生じる。蛇行形状の導線８５Ｂを使用することによって、直線状の導線を使用する場合よりも長い電流経路を直線部８２ａおよび８２ｂ間に設けることができる。その結果、より大きなインダクタンスを得ることができる。
【００６９】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００７０】
上記実施形態では、インダクタ中の導体に磁性体が接触しているが、公知の薄膜インダクタの一部に見られるように、インダクタ中の導体と磁性体との間に絶縁体が介在し、その結果、導体と磁性体とが直接、接触していなくてもよい。すなわち、磁性体は、インダクタ中の導体が生じるインダクタンスに影響を及ぼしうる程度にその導体の近くに配置されていれば、インダクタの磁芯として機能する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１実施形態のアンテナを示す概略斜視図である。
【図２】第１実施形態のアンテナを示す部分平面図である。
【図３】第１実施形態におけるインダクタを示す平面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った部分断面図である。
【図５】アンテナ導体の高さの短縮を説明するための概略平面図である。
【図６】アンテナ導体中におけるインダクタの位置と、そのインダクタのリアクタンスとの関係を示すグラフである。
【図７】インダクタの適切なリアクタンスと周波数との関係を示すグラフである。
【図８】磁性体の透磁率の周波数特性に応じたリアクタンスの周波数特性を示すグラフである。
【図９】磁性体の透磁率の周波数特性の例を示す図である。
【図１０】アンテナ素子の様々な形状を示す平面図である。
【図１１】第１実施形態におけるインダクタの第１の変形例を示す図である。
【図１２】第１実施形態におけるインダクタの第２の変形例を示す図である。
【図１３】図１２に示されるインダクタの様々な断面を示す図である。
【図１４】第１実施形態におけるインダクタの第３の変形例を示す斜視図である。
【図１５】第２実施形態のアンテナを示す概略側面図である。
【図１６】第２実施形態におけるインダクタを説明するための図である。
【図１７】アンテナ導線の高さの短縮を説明するための概略平面図である。
【図１８】第２実施形態におけるインダクタの第１の変形例を説明するための図である。
【図１９】第２実施形態におけるインダクタの第２の変形例を示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０、８０、８９…モノポールアンテナ、１２…基板、１４…導体、１５…アンテナ素子、１４ａ、１６…アンテナ導体、１４ｂ…給電線、１８…インダクタ、２０、２２…接地導体、２４…高周波回路、２６…導電性接着材、３０…導体、３２…磁性体、３４、３６…電極、８２…アンテナ導線、８１…接地面、８２ａ、８２ｂ…直線部、８４…インダクタ、８５…導線、８６…コア、８７…磁性体、８８…給電部。
【図１】
2007096363.tif 000007
【図２】
2007096363.tif 000008
【図３】
2007096363.tif 000009
【図４】
2007096363.tif 000010
【図５】
2007096363.tif 000011
【図６】
2007096363.tif 000012
【図７】
2007096363.tif 000013
【図８】
2007096363.tif 000014
【図９】
2007096363.tif 000015
【図１０】
2007096363.tif 000016
【図１１】
2007096363.tif 000017
【図１２】
2007096363.tif 000018
【図１３】
2007096363.tif 000019
【図１４】
2007096363.tif 000020
【図１５】
2007096363.tif 000021
【図１６】
2007096363.tif 000022
【図１７】
2007096363.tif 000023
【図１８】
2007096363.tif 000024
【図１９】
2007096363.tif 000025