(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ部を有する直方体状の誘電体基板内に、インピーダンス整合回路部が形成され、前記アンテナ部と前記インピーダンス整合回路部とが一体化されたアンテナ装置であって、
前記誘電体基板の上部に前記アンテナ部が形成され、
前記誘電体基板の下面から前記誘電体基板の第１側面並びに前記誘電体基板の下面から前記誘電体基板の前記第１側面と対向する第２側面にかけてアース電極が形成され、
前記誘電体基板の第３側面に給電用電極が形成され、
前記インピーダンス整合回路部は、
前記誘電体基板内の前記アース電極と前記アンテナ部との間に、前記アンテナ部と対向して形成され、且つ、前記アンテナ部と容量結合される第１電極と、
前記誘電体基板内の前記アース電極と前記アンテナ部との間に、前記アース電極と対向して形成され、且つ、前記アース電極と容量結合される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続するスルーホールと、
前記給電用電極と前記スルーホールとの間に形成されたインダクタンス用電極とを有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１記載のアンテナ装置において、
前記給電用電極でのインピーダンスが、給電線路の特性インピーダンスに整合されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のアンテナ装置において、
前記アンテナ部は、前記誘電体基板に形成された電極膜によるモノポールアンテナであることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体基体の表面に電極膜によるアンテナパターンを形成したアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アンテナ装置の小型化並びに通信機の小型化を図るために、例えば誘電体基体の表面に電極膜によるアンテナパターンを形成したものが多数提案されている（例えば特開平１０−４１７２２号公報、特開平９−１６２６３３号公報、特開平１０−３２４１３号公報参照）。
【０００３】
これらのアンテナ装置の多くは、配線基板に直接実装して使用でき、このことが長所の１つとなっている。
【０００４】
一方、基板に実装される電子部品は、特性インピーダンスが５０オームで使用されることを前提として作製されている。従って、アンテナ装置への給電線路の特性インピーダンスも５０オームとなる。
【０００５】
しかし、アンテナ装置のインピーダンスは、一般に５０オームでないため、インダクタンスやキャパシタンスを並列、直列に組み合わせたもの（インピーダンス整合回路）を前記アンテナ装置とは別途に配線基板に実装してインピーダンスの整合をとるようにしているため、アンテナ装置を有する電子機器や通信機器等の小型化に限界が生じるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、配線基板にアンテナ装置とは別途にインピーダンス整合回路を実装することなくインピーダンス整合ができ、アンテナ装置を有する電子機器や通信機器等の小型化を図ることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアンテナ装置は、アンテナ部を有する直方体状の誘電体基板内に、インピーダンス整合回路部が形成され、前記アンテナ部と前記インピーダンス整合回路部とが一体化されたアンテナ装置であって、前記誘電体基板の上部に前記アンテナ部が形成され、前記誘電体基板の下面から前記誘電体基板の第１側面並びに前記誘電体基板の下面から前記誘電体基板の前記第１側面と対向する第２側面にかけてアース電極が形成され、前記誘電体基板の第３側面に給電用電極が形成され、前記インピーダンス整合回路部は、前記誘電体基板内の前記アース電極と前記アンテナ部との間に、前記アンテナ部と対向して形成され、且つ、前記アンテナ部と容量結合される第１電極と、前記誘電体基板内の前記アース電極と前記アンテナ部との間に、前記アース電極と対向して形成され、且つ、前記アース電極と容量結合される第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続するスルーホールと、前記給電用電極と前記スルーホールとの間に形成されたインダクタンス用電極とを有することを特徴とする。そのため、配線基板にアンテナ装置とは別途にインピーダンス整合回路を実装することなくインピーダンス整合ができ、アンテナ装置を有する電子機器や通信機器等の小型化を図ることができる。
【０００８】
そして、前記構成において、前記給電用電極でのインピーダンスが、給電線路の特性インピーダンスに整合されていてもよい。
【０００９】
また、前記アンテナ部は、前記誘電体基板に形成された電極膜によるモノポールアンテナであってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアンテナ装置のいくつかの実施の形態例を図１〜図１２を参照しながら説明する。
【００１３】
まず、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａは、図１に示すように、複数枚の板状の誘電体層が積層、焼成されて構成された誘電体基板１２の上面に電極膜により形成されたモノポールアンテナ１４からなるアンテナ部１６と、前記誘電体基板１２の側面や下面等に形成されたアース電極２０と、前記誘電体基板１２に内装されたインピーダンス整合回路部２２とを具備して構成されている。
【００１４】
具体的には、前記誘電体基板１２は、図１に示すように、上から順に、第１の誘電体層Ｓ１〜第４の誘電体層Ｓ４が積み重ねられて構成されている。これら第１〜第４の誘電体層Ｓ１〜Ｓ４はそれぞれ１枚あるいは複数枚の層にて構成される。前記インピーダンス整合回路部２２は、第２の誘電体層Ｓ２の上面から第４の誘電体層Ｓ４の上面にかけて形成されている。
【００１５】
また、図２Ａに示すように、誘電体基板１２の外周面のうち、例えば一側面に、アンテナ部１６に給電を行う図示しない給電回路からの給電線路の給電点（給電用電極）２４が形成され、図２Ｂに示すように、誘電体基板１２の下面と両側面の一部にかけてアース電極２０が形成されている。
【００１６】
そして、この第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａにおいては、第１の誘電体層Ｓ１の一主面（誘電体基板１２の上面となる面）に短冊状のモノポールアンテナ１４が形成され、第２の誘電体層Ｓ２の一主面に前記アンテナ１４と容量結合される第１の電極３０が形成されている。
【００１７】
また、第３の誘電体層Ｓ３の一主面に、一端が給電点２４に接続されたストリップラインの引き回しによるインダクタンス３２が形成され、第４の誘電体層Ｓ４の一主面に該第４の誘電体層Ｓ４の他主面（誘電体基板１２の下面となる面）に形成されたアース電極２０と容量結合される第２の電極３４が形成されている。
【００１８】
前記第１の電極３０と、インダクタンス３２の他端と、第２の電極３４とは、第２の誘電体層Ｓ２と第３の誘電体層Ｓ３を貫通するスルーホール３６を通じて互いに電気的に接続され、これら第１の電極３０、インダクタンス３２及び第２の電極３４にてインピーダンス整合回路部２２が構成される。
【００１９】
第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａは、基本的には以上のように構成されるものであるが、ここで、各電極の電気的な結合について図３及び図４を参照しながら説明する。
【００２０】
まず、アンテナ部１６を構成するモノポールアンテナ１４と第１の電極３０との間に静電容量Ｃ１が形成され、第２の電極３４とアース電極２０との間に静電容量Ｃ２が形成され、これら第１の電極３０及び第２の電極３４がスルーホール３６を通じて直列接続されたかたちとなる。
【００２１】
更に、これら２つの静電容量Ｃ１及びＣ２のスルーホール３６による接続点と給電点２４との間にインダクタンス３２が接続される。
【００２２】
即ち、この第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａにおいては、図４に示すように、アンテナ１４とアース電極２０との間に２つの静電容量Ｃ１及びＣ２が直列接続され、これら２つの静電容量Ｃ１及びＣ２の接続点ａと給電点２４との間にインダクタンスＬが接続され、１つの誘電体基板１２においてアンテナ部１６とインピーダンス整合回路部２２とが一体化されたかたちとなる。
【００２３】
従来のアンテナ装置では、該アンテナ装置のインピーダンスを給電線路の特性インピーダンスに整合させるために、インピーダンス整合回路を別途用意して配線基板にアンテナ装置とインピーダンス整合回路を実装するようにしていたが、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａでは、アンテナ部１６とインピーダンス整合回路部２２とが一体化されているため、アンテナ装置１０Ａのインピーダンス、即ち、給電点２４でのインピーダンスは、給電線路の特性インピーダンス（５０オーム）に整合されており、配線基板に別途インピーダンス整合回路を実装する必要がない。
【００２４】
ここで、２つの実験例（便宜的に第１及び第２の実験例と記す）を説明する。まず、第１の実験例は、ネットワークアナライザを使用して、比較例と実施例の１．５〜３ＧＨｚにわたる反射係数がどのように変化するかを極座標表示して確かめたものである。
【００２５】
実施例は、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａと同じ構成を有し、比較例は、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａにおいてインピーダンス整合回路部２２を除去した構成を有する。
【００２６】
第１の実験例の結果を図５に示す。実施例の反射特性を実線ａで示し、比較例の反射特性を破線ｂで示す。
【００２７】
アンテナ装置１０ＡのインピーダンスをＺ、給電線路の特性インピーダンスをＺ0 とし、正規化インピーダンスをＺ／Ｚ0 ＝ｒ＋ｊｘとしたとき、アンテナ装置１０ＡのインピーダンスＺが特性インピーダンスＺ0 に整合するとは、Ｚ／Ｚ0 ＝１となること、即ち、図５のスミスチャート上において、ｒ＝１であって、かつ、ｘ＝０のポイントＰを通過することが必須となる。
【００２８】
実施例は、その反射特性中、×で示すように、（ｒ，ｘ）＝（１，０）のポイントＰを通過しており、アンテナ装置１０ＡのインピーダンスＺが特性インピーダンスＺ0 に整合されていることがわかる。なお、ポイントＰでの周波数は２３５２ＭＨｚであった。
【００２９】
一方、比較例は、前記ポイントＰを通過しておらず、インピーダンスＺが整合されていないことがわかる。参考のため、比較例の反射特性において周波数２３５２ＭＨｚのポイントを●で示す。
【００３０】
次に、第２の実験例は、前記比較例と実施例の反射減衰量（リターンロス）をみたものであり、この第２の実験例の結果を図６に示す。図６において、実施例の周波数特性を実線ｃで示し、比較例の周波数特性を破線ｄで示す。
【００３１】
図６から、比較例においては、前記周波数２３５２ＭＨｚにおいてわずかに反射減衰量が増加しているが、その量は−１０ｄＢまで達せず、アンテナ装置のインピーダンスＺが特性インピーダンスＺ0 と整合がとれていないことがわかる。
【００３２】
一方、実施例においては、前記周波数２３５２ＭＨｚにおいて大幅に反射減衰量が増加し、その量も−５０ｄＢまで達しており、アンテナ装置のインピーダンスＺが特性インピーダンスＺ0 と整合がとれていることがわかる。
【００３３】
このように、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａは、アンテナ部１６とインピーダンス整合回路部２２とが１つの誘電体基板１２に一体化されて構成されているため、配線基板にアンテナ装置１０Ａとは別途にインピーダンス整合回路を実装することなくインピーダンス整合ができ、アンテナ装置１０Ａを有する電子機器や通信機器等の小型化を図ることができる。
【００３４】
上述の第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａは、誘電体基板１２の上面にアンテナ部１６を構成するアンテナを形成するようにしたが、その他、図７に示す変形例に係るアンテナ装置１０Ａａのように、アンテナ１４が形成された第１の誘電体層Ｓ１上に別の誘電体層Ｓ５を積層することにより、アンテナ１４を誘電体基板１２内に形成するようにしてもよい。
【００３５】
次に、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａの製造方法について説明する。第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａにおいては、各種電極を誘電体基板１２内に内装することから、これらの電極は、損失の少ない比抵抗の低いものを用いることが望ましく、低抵抗のＡｇ系、もしくはＣｕ系の導体を用いることが好ましい。
【００３６】
使用する誘電体としては、信頼性が高く、誘電率の選択の幅が広いもの、即ち、セラミック誘電体が好ましい。この場合、アンテナ装置１０Ａの小型化を有効に図ることができる。
【００３７】
また、製造方法としては、セラミック粉末の成形体に導体ペーストを塗布して電極パターンを形成した後、各々の成形体を積層し、更に焼成して緻密化し、導体がその内部に積層された状態でセラミック誘電体と一体化することが望ましい。
【００３８】
Ａｇ系やＣｕ系の導体を使用する場合には、それらの導体の融点が低く、通常の誘電体材料と同時焼成することは困難であることから、それらの融点（１１００℃以下）よりも低い温度で焼成され得る誘電体材料を用いる必要がある。
【００３９】
このような誘電体材料としては、例えばコージェライト系ガラス粉末とＴｉＯ2 粉末及びＮｄ2 Ｔｉ2 Ｏ7 粉末との混合物等のガラス系のものや、ＢａＯ−ＴｉＯ2 −Ｒｅ2 Ｏ3 −Ｂｉ2 Ｏ3 系組成（Ｒｅ：レアアース成分）に若干のガラス形成成分やガラス粉末を添加したもの、酸化バリウム−酸化チタン−酸化ネオジウム系誘電体磁気組成物粉末に若干のガラス粉末を添加したものがある。
【００４０】
一例として、ＭｇＯ（１８ｗｔ％）−Ａｌ2 Ｏ3 （３７ｗｔ％）−ＳｉＯ2 （３７ｗｔ％）−Ｂ2 Ｏ3 （５ｗｔ％）−ＴｉＯ2 （３ｗｔ％）なる組成のガラス粉末の７３ｗｔ％と、市販のＴｉＯ2 粉末の１７ｗｔ％と、Ｎｄ2 Ｔｉ2 Ｏ7 粉末の１０ｗｔ％を十分に混合し、混合粉末を得た。
【００４１】
なお、Ｎｄ2 Ｔｉ2 Ｏ7 粉末は、Ｎｄ2 Ｏ3 粉末とＴｉＯ2 粉末を１２００℃で仮焼した後、粉砕して得たものを使用した。
【００４２】
次いで、この混合粉末に、アクリル系有機バインダ、可塑剤、トルエン及びアルコール系の溶剤を加え、アルミナ玉石で十分に混合してスラリーとした。そして、このスラリーを用いて、ドクターブレード法により、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの厚みのグリーンテープを作製した。
【００４３】
次に、所定の位置にスルーホール用の孔を形成した後、該孔に銀ペーストを充填する。そして、銀ペーストを導体ペーストとして、図１に示した導体パターンをそれぞれ印刷し、次いで、これら導体パターンが印刷されたグリーンテープの厚みを調整するために必要なグリーンテープを重ねて図１の構造となるように重ね、積層した後、例えば９００℃で焼成して、誘電体基板１２を作製した。
【００４４】
上記のように構成した誘電体基板１２の上面にアンテナ１４のパターンを印刷すると共に、誘電体基板１２の側面及び下面にアース電極１８及び２０のパターンを印刷し、更に、誘電体基板１２の側面にアース電極１８から絶縁するように給電点２４のパターンを印刷し、これら印刷したパターンを８５０℃で焼き付けた。
【００４５】
以上の製造方法を採用することにより、１つの誘電体基板１２にアンテナ部１６とインピーダンス整合回路部２２とが一体化されて形成されたアンテナ装置１０Ａを容易に作製することができる。
【００４６】
次に、第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ｂについて図８及び図９を参照しながら説明する。
【００４７】
この第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ｂは、図８に示すように、第１及び第２の誘電体層Ｓ１及びＳ２を積み重ねて焼成することにより、誘電体基板１２が構成され、更に、第１の誘電体層Ｓ１の一主面に、短冊状のモノポールアンテナ１４が形成され、第２の誘電体層Ｓ２の一主面に、一端が給電点２４に接続され、かつ、アンテナ１４と容量結合される電極４０が形成されて構成されている。
【００４８】
各電極の電気的な結合についてみると、図９に示すように、アンテナ部１６を構成するモノポールアンテナ１４と給電点２４との間に電極４０による静電容量Ｃ１１が形成され、１つの誘電体基板１２においてアンテナ部１６のアンテナ１４と容量Ｃ１１によるインピーダンス整合回路部２２とが一体化されたかたちとなる。
【００４９】
この第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ｂにおいても、第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａと同様に、アンテナ部１６とインピーダンス整合回路部２２とが一体化されているため、アンテナ装置１０Ｂのインピーダンス、即ち、給電点２４でのインピーダンスを、給電線路の特性インピーダンス（５０オーム）に整合させることができ、配線基板に別途インピーダンス整合回路を実装する必要がない。
【００５０】
上述の例では、誘電体基板１２の上面に短冊状のアンテナ１４を形成するようにしたが、その他、図１０に示すように、誘電体基板１２の上面に、誘電体基板１２の幅とほぼ同じ幅にわたって蛇行するミアンダ型のアンテナ４２を形成するようにしてもよい。また、図１１に示すように、ミアンダ型のアンテナ４２を誘電体基板１２の上面から誘電体基板１２の両側面にかけて形成するようにしてもよい。
【００５１】
また、上述の例では、非平衡入出力方式のアンテナ装置に適用した例を示したが、その他、平衡入出力方式のアンテナ装置に適用することもできる。図１２は、平衡入出力方式のアンテナ装置の例を示すものであり、第１の誘電体層Ｓ１の一主面に２本のアンテナ素子４４ａ及び４４ｂからなるダイポールアンテナ４４が形成され、第２の誘電体層Ｓ２の一主面にダイポールアンテナ４４を構成する各アンテナ素子４４ａ及び４４ｂにそれぞれ容量結合される第１及び第２の電極４６ａ及び４６ｂが形成されて構成されている。
【００５２】
この例においても、アンテナ装置のインピーダンス、即ち、給電点２４でのインピーダンスを、給電線路の特性インピーダンス（５０オーム）に整合させることができ、配線基板に別途インピーダンス整合回路を実装する必要がない。  なお、この発明に係るアンテナ装置は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るアンテナ装置によれば、配線基板にアンテナ装置とは別途にインピーダンス整合回路を実装することなくインピーダンス整合ができ、アンテナ装置を有する電子機器や通信機器等の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２Ａは第１の実施の形態に係るアンテナ装置を、上面を主にして示す一部省略斜視図であり、図２Ｂは第１の実施の形態に係るアンテナ装置を、底面を主にして示す一部省略斜視図である。
【図３】第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す縦断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係るアンテナ装置の等価回路図である。
【図５】第１の実験例によって得た実施例と比較例の反射特性を示すスミスチャートである。
【図６】第２の実験例によって得た実施例と比較例の周波数特性、特に反射減衰特性を示す図である。
【図７】第１の実施の形態に係るアンテナ装置の変形例を示す分解斜視図である。
【図８】第２の実施の形態に係るアンテナ装置を示す分解斜視図である。
【図９】第２の実施の形態に係るアンテナ装置を示す等価回路図である。
【図１０】アンテナの他の例を示す斜視図である。
【図１１】アンテナの更に他の例を示す斜視図である。
【図１２】平衡入出力方式のアンテナ装置に適用した例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１０Ａ、１０Ａａ、１０Ｂ…アンテナ装置
１２…誘電体基板                １４…モノポールアンテナ
１６…アンテナ部                １８、２０…アース電極
２２…インピーダンス整合回路部  ２４…給電点
３０…第１の電極                ３２…インダクタンス
３４…第２の電極                ３６…スルーホール
Ｓ１〜Ｓ４…第１〜第４の誘電体層
【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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