(57)【要約】【課題】占有面積の小さなデュアルバンドアンテナを提供する。【解決手段】本デュアルバンドアンテナは、開口部を有するように絶縁基板上に形成されているグランドパターンと、絶縁基板上において、グランドパターンの開口部内に形成されている、第１の周波数帯域のための導電パターンと、第１及び第２の外部電極を有している、第２の周波数帯域のための容量結合型のチップアンテナとを有する。そして、チップアンテナの第１の外部電極は、グランドパターンに接続されており、チップアンテナの第２の外部電極は、導電パターンに接続されている。さらに、チップアンテナは、導電パターンを介して給電される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有するように絶縁基板上に形成されているグランドパターンと、
前記絶縁基板上において、前記グランドパターンの前記開口部内に形成されている、第１の周波数帯域のための導電パターンと、
第１及び第２の外部電極を有している、第２の周波数帯域のための容量結合型のチップアンテナと、
を有し、
前記チップアンテナの前記第１の外部電極は、前記グランドパターンに接続されており、
前記チップアンテナの前記第２の外部電極は、前記導電パターンに接続されており、
前記チップアンテナは、前記導電パターンを介して給電されている
デュアルバンドアンテナ。
【請求項２】
前記第１の外部電極と前記第２の外部電極とが前記チップアンテナの対向する方向に設けられており、
前記導電パターンが、前記第１の外部電極から前記第２の外部電極への方向に伸びている
請求項１記載のデュアルバンドアンテナ。
【請求項３】
前記導電パターンが、前記第１の周波数帯域を実現するための長さを有している
請求項１又は２記載のデュアルバンドアンテナ。
【請求項４】
前記導電パターンが、折り曲げられているか又はミアンダ構造を有する
請求項１乃至３のいずれか１つ記載のデュアルバンドアンテナ。
【請求項５】
前記開口部が２方向に開口している
請求項１乃至４のいずれか１つ記載のデュアルバンドアンテナ。
【請求項６】
前記導電パターンと前記グランドパターンとを接続する第２の導電パターンをさらに有する
請求項１乃至５のいずれか１つ記載のデュアルバンドアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デュアルバンドアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、携帯機器には小型化と同時に多機能化が求められており、部品点数の削減が進められているが、無線に関する部品も同様に小型化及び部品点数の削減が求められている。その中で、無線に関するＩＣ（Integrated Circuit）チップには、１チップに複数の無線規格の機能を内蔵するものが登場している。既に携帯電話については４バンドのＩＣチップがあるが、最近携帯電話以外の分野に関しても同様の動きがある。具体的には、ＧＰＳ（Global Positioing System）及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ（Local Area Network）及び５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ のコンボＩＣなどが開発されている。それに伴い、アンテナも複数の周波数帯に対応する複共振アンテナが求められている。
【０００３】
例えば、特開２００２−３１９８１１号公報には、電気的体積が大きい複共振アンテナを作成するために、給電励振子及び無給電励振子を夫々個別に構成する。この給電励振子及び無給電励振子は、これらとは別に設けた電界結合手段で電界結合する。この構成により、複共振アンテナ全体を１枚の誘電体の基体に構成せずに済む。具体的には、給電励振子及び無給電励振子を夫々誘電体の基体で構成し、通常の回路基板に電界結合手段を形成し、回路基板上で給電励振子及び無給電励振子と電界結合手段を接続する。給電励振子及び無給電励振子を誘電体の基体で構成すれば小型になるが、それ以外に小型化の工夫は見られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１９８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、占有面積の小さな新規のデュアルバンドアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るデュアルバンドアンテナは、（Ａ）開口部を有するように絶縁基板上に形成されているグランドパターンと、（Ｂ）絶縁基板上において、グランドパターンの開口部内に形成されている、第１の周波数帯域のための導電パターンと、（Ｃ）第１及び第２の外部電極を有している、第２の周波数帯域のための容量結合型のチップアンテナとを有する。そして、チップアンテナの第１の外部電極は、グランドパターンに接続されており、チップアンテナの第２の外部電極は、導電パターンに接続されている。さらに、チップアンテナは、導電パターンを介して給電される。
【０００７】
このような構成を採用することで、導電パターンがチップアンテナのグランドパターンとしても作用するので、絶縁基板上の領域を有効活用できるようになっており、全体としての小型化が実現されている。
【０００８】
なお、上で述べた第１の外部電極と第２の外部電極とがチップアンテナの対向する方向に設けられている場合、上で述べた導電パターンが、第１の外部電極から第２の外部電極への方向に伸びるように形成されている場合もある。このようにすれば、チップアンテナと導電パターンの少なくとも一部とが直線上に配置されて、チップアンテナの特性を効率的に向上させることができる。
【０００９】
さらに、上で述べた導電パターンが、第１の周波数帯域を実現するための長さを有している場合もある。チップアンテナの特性を好ましいものにしつつ、第１の周波数帯域を実現する長さに調整される。
【００１０】
さらに、上で述べた導電パターンが、折り曲げられているか又はミアンダ構造を有するようにすれば、さらに省スペースが可能になり且つ所望の特性を得ることができるようになる。
【００１１】
また、上で述べた開口部が２方向の開口を有するようにしてもよい。このように絶縁基板の角に設ける場合には、デュアルバンドアンテナを実装した携帯機器をユーザが手で保持する場合でも、特性劣化を効果的に抑えつつ、絶縁基板上の占有面積を抑えることができる。
【００１２】
また、上で述べた導電パターンとグランドパターンとを接続する第２の導電パターンをさらに有するようにしてもよい。これによってインピーダンスマッチングが、インダクタやキャパシタを別途用意することなく実現される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、占有面積の小さなデュアルバンドアンテナが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１の実施の形態におけるデュアルバンドアンテナの上面図である。
【図２】図２は、チップアンテナの外形を説明するための図である。
【図３】図３は、２．４ＧＨｚ付近におけるＶＳＷＲの周波数特性を表す図である。
【図４】図４は、５ＧＨｚ付近におけるＶＳＷＲの周波数特性を表す図である。
【図５】図５は、導電パターンの一部を削除した場合の例を示す図である。
【図６】図６は、第１の実施の形態におけるデュアルバンドアンテナの変形例を示す図である。
【図７】図７は、第１の実施の形態におけるデュアルバンドアンテナの変形例を示す図である。
【図８】図８は、第１の実施の形態におけるデュアルバンドアンテナの変形例を示す図である。
【図９】図９は、第１の実施の形態におけるデュアルバンドアンテナの変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施の形態におけるデュアルバンドアンテナの上面図である。
【図１１】図１１は、放射部の長さＬ２１＝０ｍｍの場合におけるアンテナの構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、放射部の長さＬ２１＝５ｍｍの場合におけるアンテナの構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、放射部の長さＬ２１＝９ｍｍの場合におけるアンテナの構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、放射部の長さＬ２１＝１１ｍｍの場合におけるアンテナの構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、第２の実施の形態における２．４ＧＨｚ付近におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図１６】図１６は、放射部の長さＬ２１と帯域幅との関係を表す図である。
【図１７】図１７は、第２の実施の形態における５ＧＨｚ付近におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施の形態１］
図１に本発明の第１の実施の形態に係るデュアルバンドアンテナの上面図を示す。
【００１６】
アンテナを実装した携帯機器を手でホールドした時に、手で覆われないようにするため、アンテナを携帯機器の角に配置するのが好ましい場合がある。一方で、一般的に強い容量結合を有するチップアンテナを採用すると、基板上の専有面積を小さくすることができる反面、帯域が狭くなりやすく、基板の角に配置すると性能が低下するという問題が知られている。このような問題を解決して、基板の角にアンテナ、特にデュアルバンドアンテナを配置すれば、携帯機器の小型化を促進できるだけではなく、携帯機器の通常の利用態様においてアンテナ性能を維持できる。
【００１７】
そこで、図１に示すように、縦Ｌ２（例えば２０ｍｍ）横Ｌ１（例えば３５ｍｍ）の絶縁基板上にグランドパターン２を形成し、当該グランドパターン２の右上において、上辺に長さＬ４（例えば１３ｍｍ）及び右辺に長さＬ３（例えば５ｍｍ）の２方向の開口を有する切り欠き部分を設けている。この切り欠き部分に、低周波帯域のための容量結合型チップアンテナ３と、高周波帯域のための導電パターン５と、給電点４を有しておりチップアンテナ３及び導電パターン５へ給電するための給電パターン６と、導電パターン５とグランドパターン２とを繋ぐ導電パターン７とを設けている。
【００１８】
このように、本実施の形態では、右上角にデュアルバンドアンテナを形成する際には、切り欠き内において、左側に低周波帯域のための容量結合型チップアンテナ３を配置する一方、右側に導電パターン５と給電パターン６と導電パターン７とを有する逆Ｆ型アンテナを配置するようになっている。より具体的には、絶縁基板１の上辺における中央寄りにチップアンテナ３を配置する一方、絶縁基板１の右上角寄りに逆Ｆ型アンテナの先端部分を配置している。導電パターン５は、チップアンテナ３の長手方向に延伸しており、導電パターン５の長さは、目標とする周波数帯域に合わせて決定される。
【００１９】
このような配置を採用することで、低周波帯域のためのチップアンテナ３からみて、高周波帯域のための導電パターン５が、電気長の長いグランドパターンのように機能するので、チップアンテナ３の特性が向上する。本来、容量結合型チップアンテナ３の両側には、目標とする周波数の波長λの１／４の長さを有する導電パターンを設けることが好ましいので、チップアンテナ３を絶縁基板１の角の方に配置すると特性が低下していた。しかし、このように導電パターン５を配置すれば、この導電パターン５が、本来の周波数帯域のためのアンテナ要素として機能するだけではなく、低周波帯域のアンテナのグランドパターンとしても機能して、導電パターン５の専有面積分、絶縁基板１上の領域が有効活用されてデュアルバンドアンテナ全体としても小型化が図られている。
【００２０】
チップアンテナ３は、例えば図２に示すような形状を有している。チップアンテナ３は、直方体であり、例えば左側面の一部及び底面の一部に第１の外部電極３１と、右側面の一部及び底面の一部に第２の外部電極３２とを有している。なお、チップアンテナ３自体は既存の物でも良いので、その内部構造については説明を省略する。また、例えば、第１の外部電極３１は、グランドパターン２の端に設けられたランドと接して、はんだ等により導通可能なように接続される。一方、第２の外部電極３２は、導電パターン５の左端に設けられたランドと接して、はんだ等により導通可能なように接続される。これによってチップアンテナ３は、給電パターン６と導電パターン５の一部とを介して給電される。
【００２１】
このようにグランドパターン２と導電パターン５との間にチップアンテナ３を配置して、グランドパターン２に接続されている第１の外部電極３１から第２の外部電極３２への方向に導電パターン５を延伸させている。但し、導電パターン５の先端部分については、主にスペースの関係から、折り曲げたりすることもある。
【００２２】
なお、ここではチップアンテナ３が無線ＬＡＮにおける２．４ＧＨｚ帯を担当し、導電パターン５が無線ＬＡＮにおける５ＧＨｚ帯を担当するものとする。但し、このような組み合わせに限定されるものではない。
【００２３】
次に、図１に示したデュアルバンドアンテナの特性について図３乃至図５を用いて説明する。図３に、デュアルバンドアンテナの２．４ＧＨｚ付近におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す。図３において、横軸は周波数を表しており、縦軸はＶＳＷＲ（Vertical Standing Wave Ratio）を表す。ここで実線カーブは、図１に示したデュアルバンドアンテナの、２．４ＧＨｚ付近における周波数特性を表している。例えばＶＳＷＲが３．０以下の帯域幅Ｗ１を見てみると、おおよそ１６０ＭＨｚとなっていることが分かる。
【００２４】
また、図４に、図１に示したデュアルバンドアンテナの５ＧＨｚ付近におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す。このように、図４においても、横軸は周波数を表しており、縦軸はＶＳＷＲを表している。図４から分かるように、５ＧＨｚ付近では、ＶＳＷＲが３．０以下の帯域幅は、１ＧＨｚ以上となっており、十分に広い帯域幅を有していることが分かる。
【００２５】
ここで、チップアンテナ３に対する導電パターン５の影響を考察する。この際、図５に示すように、給電パターン６の右端に沿って導電パターン５を除去した場合の特性を、図３において点線カーブで表している。カーブ全体が周波数が高い方にシフトしただけではなく、ＶＳＷＲが３．０以下の帯域幅Ｗ２は、おおよそ１２０ＭＨｚとなり、Ｗ１と比較して狭くなっている。このように、導電パターン５を設けることによって、低周波帯域における特性が向上していることが分かる。
【００２６】
なお、図１に示した形状は一例であって、様々な変形が可能である。例えば図６に示すような構成を採用するようにしても良い。図６の例では、グランドパターン２ｂに２方向の開口を設ける点は同じであるが、切り欠きの形状は矩形ではない。このように、開口の横方向の長さをＬ１２（例えば１０ｍｍ）に設定しており、図１のＬ４よりも短くする場合には、右側の開口の長さＬ１１（例えば８ｍｍ）を、図１のＬ３及びＬ１３（例えば５ｍｍ）より長くして、導電パターン５ｂの先端方向にスペースを形成するようにしている。すなわち、導電パターン５ｂは、切り欠きの長手方向の長さを短くしているため、途中で折り曲げられて、その先端が下を向くようになっている。また、先端に給電点４ｂを有する給電パターン６ｂも折り曲げられており、導電パターン７ｂもその形状が調整されている。
【００２７】
さらに、目標とする高周波帯域を下げるためには、導電パターン５の長さを長くすることになるが、そのためには、図７において、導電パターン５ｃのようにミアンダ構造を有するように変形することも可能である。図７の例では、グランドパターン２ｃの角に、矩形の切り欠きを形成して、この切り欠きの中に、低周波帯域のための容量結合型チップアンテナ３と、角に近い先端部分がミアンダ構造となっている導電パターン５ｃと、給電点４ｃを有する給電パターン６ｃと、導電パターン５ｃとグランドパターン２ｃとを繋ぐ導電パターン７ｃとを配置している。ミアンダ構造により導電パターン５ｃの電気長は長くなっており、目標とする高周波帯域は下げられる。
【００２８】
また、絶縁基板１の右上角にデュアルバンドアンテナを設ける例を示したが、図８に示すように、左上角に設けるようにしても良い。この場合、図１の鏡像のような配置を採用すればよい。
【００２９】
さらに、必ずしも絶縁基板１の角に配置しなければならないわけではない。例えば、図９に示すように、絶縁基板１上のグランドパターン２ｄには、上辺の方向にのみ開口を有するように切り欠きが設けられる。すなわち、絶縁基板１の右辺の部分には、グランドパターン２ｄの一部が形成されている。その他の構成については図１のデュアルバンドアンテナと同様であり、同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
［実施の形態２］
第１の実施の形態では、高周波帯域のために逆Ｆ型アンテナを採用していたが、逆Ｆ型アンテナではないアンテナを採用することもできる。例えば図１０に示すように、絶縁基板１上にグランドパターン２ｅを設け、グランドパターン２ｅの右上角の部分に、上辺及び右辺の２方向に開口を設けるように切り欠きを形成している。この点は、第１の実施の形態と同じである。但し、グランドパターン２ｅには、インピーダンスマッチングのための素子を給電パターンとグランドパターン２ｅとを導通可能なように接続するために、突起部１７が設けられている。また、Ｌ１乃至Ｌ３については第１の実施の形態と同じである。
【００３１】
そして、切り欠き部分に、低周波帯域のための容量結合型チップアンテナ３と、チップアンテナ３との接続部に対する給電部１８と高周波帯域のための放射部１５とを有する導電パターン２１と、先端が給電点２２となっている第１の給電パターン２３と、第２の給電パターン１６と、第１の給電パターン２３及び第２の給電パターン１６とを繋ぐ、インピーダンスマッチングのための第１の素子２０と、グランドパターン２ｅの突起部１７と第１の給電パターン２３とを繋ぐ、インピーダンスマッチングのための第２の素子１９とが配置され、デュアルバンドアンテナが構成される。
【００３２】
第１の素子２０及び第２の素子１９とは、インピーダンスマッチングのために用いられるインダクタ又はキャパシタである。このように第１の実施の形態における導電パターン７の代わりに、第１の素子２０及び第２の素子１９でインピーダンスマッチングを実現している。
【００３３】
このように、本実施の形態では、絶縁基板１の右上角にデュアルバンドアンテナを形成する際には、切り欠き部において、左側に低周波帯域のための容量結合型チップアンテナ３を配置する一方、右側に導電パターン２１を有するＴ型アンテナを配置するようになっている。より具体的には、絶縁基板１の上辺における中央寄りにチップアンテナ３を配置する一方、絶縁基板１の右上角寄りにＴ型アンテナの右先端部分を配置している。導電パターン２１の放射部１５は、チップアンテナ３の長手方向に延伸しており、放射部１５の長さＬ２１は、目標とする周波数帯域に合わせて決定される。例えば、チップアンテナ３に２．４ＧＨｚ帯を担当させ、導電パターン２１に５ＧＨｚ帯を担当させる場合には、Ｌ２１はおおよそ７ｍｍが好ましい。
【００３４】
このような配置を採用することで、低周波帯域のためのチップアンテナ３からみて、給電部１８及び放射部１５が、電気長の長いグランドパターンのように機能するので、チップアンテナ３の特性が向上する。そして、このように放射部１５を配置すれば、この放射部１５が、本来の周波数帯域のためのアンテナ要素として機能するだけではなく、低周波帯域のアンテナのグランドパターンとしても機能して、放射部１５の専有面積分、絶縁基板１の領域が有効活用されてデュアルバンドアンテナ全体としても小型化が図られている。
【００３５】
次に、この放射部１５の長さＬ２１が、デュアルバンドアンテナの特性にどのように影響するかについて図１１乃至図１７を用いて説明する。まず、図１１に示す、導電パターン２１の放射部１５の長さＬ２１＝０ｍｍの場合、図１２に示す、導電パターン２１の放射部１５の長さＬ２１＝５ｍｍの場合、図１３に示す、導電パターン２１の放射部１５の長さＬ２１＝９ｍｍの場合、図１４に示す、導電パターン２１の放射部１５の長さＬ２１＝１１ｍｍの場合について周波数特性について比較する。なお、Ｌ２１＝９ｍｍの場合放射部１５の先端は折り曲げられており、Ｌ２１＝１１ｍｍの場合放射部１５の先端は折り曲げられ且つチップアンテナ３側への折り返しをも有している。
【００３６】
図１５に、２．４ＧＨｚ周辺におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す。放射部１５の長さＬ２１が０から１１ｍｍまで変化すると、おおよその周波数帯域はほぼ同じであるが、ＶＳＷＲ＝３．０を基準とした帯域幅を比較すると、Ｌ２１＝０ｍｍの場合は大幅に帯域幅が狭くなっており、Ｌ２１＝５ｍｍの場合にも狭くなっていることが分かる。Ｌ２１＝７ｍｍ以上であれば、十分な帯域幅を確保できている。
【００３７】
より詳細には、図１６に、Ｌ２１と帯域幅との関係をグラフで示す。図１６によれば、Ｌ２１が伸びるほど、ＶＳＷＲ＝３．０における帯域幅が広くなっており、Ｌ２１＝０ｍｍであれば８５ＭＨｚであるのに対して、Ｌ２１＝７ｍｍであれば９５ＭＨｚとなっており、おおよそ１２％広くなっている。このように、放射部１５が低周波帯域の特性に有効に作用していることが分かる。
【００３８】
一方、放射部１５の長さＬ２１は、目標とする周波数をシフトさせるように作用する。図１７に、５ＧＨｚ付近におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す。このように、Ｌ２１が短いほど帯域が上がり、Ｌ２１が長くなると帯域が下がる。５ＧＨｚ帯のアンテナとして用いる場合にはＬ２１＝７ｍｍ程度が適切であることが分かる。
【００３９】
なお、図示しないが、第１の実施の形態で説明したように、絶縁基板１の右上ではなく左上角に設けるようにしても良いし、開口を１つにして角でない部分に配置するようにしても良い。
【００４０】
第２の実施の形態においても、無線ＬＡＮだけではなく、ＧＰＳとＢｌｕｅｔｏｏｔｈといった他の用途に特性を調整することもできる。
【００４１】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、給電パターン６と導電パターン５との接続部の形状も任意であり、所望の特性に応じて調整可能である。さらに、図２ではチップアンテナ３の外部電極を、側面の一部と底面の一部とに設けられる例を示したが、右側面全面と左側面全面とに設けるような場合であっても良い。なお、本実施の形態では、グランドパターン２と導電パターン５とを繋ぐ形でチップアンテナ３を配置するので、チップアンテナ３の両端に外部電極が設けられている方が好ましいが、他の部分に外部電極が設けられていても良い。
【符号の説明】
【００４２】
１  絶縁基板
２〜２ｅ  グランドパターン
３  チップアンテナ
４  給電点
５  導電パターン
６  給電パターン
７  導電パターン
１５  放射部
１６  給電パターン
１７  突起部
１８  給電部
１９，２０  素子
２１  導電パターン
２３  給電パターン
２２  給電点
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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