(57)【要約】薄型で扁平な形状の誘電体積層構造体（１）に、少なくとも１個のフィルタブロック（２５、３５、４５）が形成されている。フィルタブロックに接続して放射素子（２、３）が取り付けられている。そして、フィルタブロックのそれぞれは、低域通過フィルタ、高域通過フィルタおよび帯域除去フィルタの少なくとも１個を含んでいる。この誘電体積層構造体の表面（一主面）側および／または側面に、前記フィルタフィルタブロックと接続される少なくとも１個の放射素子（２、３）が設けられ、その誘電体積層構造体の裏面に放射素子に給電し得る給電部（２８、３８、４８）が設けられている。その結果、アンテナとフィルタブロックとを一体化すると共に、複数の周波数帯の信号を送受信するような場合でも、相互に信号が混信しないような構造の小型で表面実装が可能なフィルタ内蔵アンテナが得られる。
2002067379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に導電体膜が形成される誘電体シートが、少なくとも１個のフィルタブロックを構成するように積層されて形成される誘電体積層構造体と、該誘電体積層構造体に固定されると共に前記フィルタブロックに接続して設けられる放射素子とからなり、前記フィルタブロックが、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、および帯域除去フィルタの少なくとも１個を含み、所望の周波数帯域を通過させるフィルタ内蔵アンテナ。
【請求項２】
前記フィルタブロックが、少なくとも２以上の周波数帯の信号を送受信し得るように２個以上形成され、一のフィルタブロックは、前記２以上の信号のうち、該一のフィルタブロックを通過させる信号とは異なる信号の周波数帯を遮断するように、前記低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、および帯域除去フィルタのいずれかを組合せて形成されてなる請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
一面に導電体膜が形成される誘電体シートが、少なくとも１個のフィルタブロックを構成するように積層されて、薄型で扁平な形状に形成される誘電体積層構造体と、該誘電体積層構造体の一主面側および／または側面に設けられ、前記フィルタブロックと接続される少なくとも１個の放射電極と、前記誘電体積層構造体の裏面に設けられる前記放射電極に給電し得る給電部とからなるフィルタ内蔵アンテナ。
【請求項４】
前記誘電体積層構造体の前記誘電体シートを介して上下に設けられる前記導電体膜間が、前記誘電体シートに形成される帯状のビアコンタクトを介して面状に接続されてなる請求項３記載のアンテナ。
【請求項５】
前記放射電極の少なくとも１個は、前記誘電体積層構造体の側面または側面近傍の前記一主面に設けられ、該側面または前記一主面に前記放射電極と容量結合をするように給電電極が設けられ、該給電電極が前記フィルタブロックを介して前記誘電体積層構造体の裏面に設けられる給電部と接続されてなる請求項３または４記載のアンテナ。
【請求項６】
前記放射電極および給電電極の近傍における前記誘電体積層構造体の一主面、該一主面と対向する裏面および側面には、接地導体が設けられない構造である請求項５記載のアンテナ。
【請求項７】
前記誘電体積層構造体の一主面に、前記放射電極近傍を除いて接地導体が設けられ、該一主面の一部に放射電極接続用の給電電極が前記接地導体と離間して導出されてなる請求項３ないし６のいずれか１項記載のアンテナ。
【請求項８】
前記誘電体積層構造体の一主面側に、絶縁性支持体および空間を介して放射電極が設けられ、該放射電極が前記給電電極と接続されると共に、該放射電極のインピーダンスがマッチングする位置で、前記誘電体積層構造体の接地導体と接続されてなる請求項７記載のアンテナ。
【請求項９】
前記誘電体積層構造体の対向する２つの側面、および該誘電体積層構造体の一主面側のうち、少なくとも２か所に２以上の放射電極が設けられ、２以上の周波数帯の信号を少なくとも受信することができると共に、該２以上の放射電極のそれぞれに電気的に結合して前記フィルタブロックが２以上、前記誘電体積層構造体に形成されてなる請求項３ないし８のいずれか１項記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記フィルタブロックが、少なくとも２以上の周波数帯の信号を送受信し得るように２個以上形成され、該少なくとも２個以上のフィルタブロックが、前記誘電体シートに形成される帯状のビアコンタクトを介して前記誘電体積層構造体の誘電体シートと垂直方向に形成されるシールド壁により相互に干渉しない構造である請求項１または３記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記誘電体積層構造体の側面または一主面に形成されるアンテナが、衛星測位システム用および／またはブルートゥース用であり、前記一主面側に給電電極に接続して設けられる放射電極がセルラ用である請求項９記載のアンテナ。
【請求項１２】
１本のアンテナエレメントが折り返され、隣接するエレメント間で電気的に結合する部分が少なくとも２か所に形成され、該電気的に結合する部分を調整することにより、所望の４周波数帯に対して共振するように放射電極が形成され、前記アンテナエレメントの一端部がマルチプレクサを介してそれぞれの周波数帯のフィルタに接続されてなる請求項３、４または９記載のアンテナ。
【請求項１３】
導電体膜が形成される誘電体シートが複数枚重ねて固着される誘電体積層構造体であって、前記誘電体シートに帯状のビアコンタクトが形成されることにより、上下の誘電体シートに設けられる導電体膜の接続または前記積層構造体内部の厚さ方向にシールド壁が形成されてなる誘電体積層構造体。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、複数の周波数帯を同時に送受信する場合でも、相互に干渉して相手側にノイズを生じさせないようにして、分離機能に優れたフィルタを有し、携帯電話機や携帯端末機などに搭載するのに適した小型でマッチングを採りやすいフィルタ内蔵のアンテナに関する。さらに詳しくは、セルラ用とＧＰＳ用やブルートゥース用など、複数の周波数帯の信号を、一塊（１ブロック）のアンテナで送受信し得るように形成する場合でも、コンパクトで、相互に干渉しないような構造にし得るフィルタ内蔵アンテナに関する。
背景技術
従来、アンテナにより送受信する信号は、帯域通過フィルタなどのフィルタを介して、所望の周波数帯の信号のみを送受信することができるようにされている。このようなフィルタ付きアンテナは、たとえば図９にブロック図が示されるように、放射素子８１にコネクタ８２と接続ケーブル８３を介してバンドパス（帯域通過）フィルタ８４が接続される構造になっている。このようなアンテナに接続されるフィルタとしては、急峻な減衰特性が要求される場合には、分布定数型の同軸共振型モノブロック構造フィルタが、小型化が重要視される場合には、集中定数型の積層構造フィルタがそれぞれ用いられるが、一般には同軸共振型モノブロック構造バンドパスフィルタが用いられている。
フィルタとして、分布定数型フィルタを用いると、使用する波長に応じたサイズ、形状が必要となるため大型化し、また、積層構造型フィルタを用いると、各層の電極間を接続するのにスルーホールを介して接続するが、このスルーホールを介した接続では、信号伝送路が局所的に狭まるため、高周波抵抗やインダクタンスの増加が生じ、伝送信号損失の増加や減衰特性の低下の一因となっている。さらに、層間や層表面に配設される複数のフィルタ用回路素子や伝送路の不要な電気的結合や不要な放射を遮断するために、シールドする必要があるが、積層構造の垂直方向には、セラミックシートに接地導体を設けることにより遮蔽することができるものの、積層構造の面方向（セラミックシートと平行方向）には、スルーホールによる接続部の間隙から横に電波が漏れ、シールド効果を発揮することができない。
一方、近年では、たとえば携帯電話などのセルラ用無線機では、たとえばＡＭＰＳ（アメリカ規格０．８ＧＨｚ帯用）とＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ；アメリカ規格１．８ＧＨｚ帯用、日本のＰＨＳに相当）のように、２つの周波数帯が用いられているが、アンテナとしては、そのいずれの周波数帯でも使用できるようにデュアルバンド化の傾向にある。また、個々の携帯電話機を所有する者の場所を１．５ＧＨｚ帯のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ；衛星測位システム）により検知し得るシステムも考えられており、また、ブルートゥースＢＴ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ；２．４５ＧＨｚ帯）の世界的な規格化により、セルラ用端末機とパーソナルコンピュータなどとを近距離無線で接続する傾向にあり、携帯電話機などにこれらのいずれの周波数帯に対しても送受信するアンテナが必要となってきている。
この場合、たとえば図１０に携帯電話機にアンテナを配置する場合の例が示されるように、セルラ用やＧＰＳ用は携帯電話機の上部に、ＢＴ用のアンテナは携帯電話機の下部に配置することが考えられている。しかし、携帯機器はさらなる小型化が要求されており、携帯機器の種々の場所にアンテナを設けることは、その小型化の要請に反することになる。
前述のように、従来のフィルタ付きアンテナは、アンテナとバンドパスフィルタとを、コネクタおよび接続ケーブルを介して接続しているため、装置が大掛かりになると共に、損失が増大する。また、放射素子とフィルタとが独立して機能するため、放射素子のインピーダンスを整合する必要があり、より一層大型化するという問題がある。そのため、伝送損失を減らし、装置の小型化を図る点から、さらには、ユーザサイドでアンテナとフィルタとの整合を採る作業をしないで最適な性能が得られるという点から、アンテナとフィルタとを一体にすることが好ましい。
一方で、前述のように、小型の携帯機器などに複数の周波数帯に使用し得るアンテナを搭載することが要請されているが、それぞれの用途に応じて、フィルタの特性も分布定数型の同軸共振型モノブロック構造フィルタと集中定数型の積層構造フィルタとが混在しており、これらを同時に製造するには、製造工程も異なりコストアップになると共に、モノブロック構造に伴い大型化するという問題がある。
さらに、前述のような帯域通過フィルタでは、通過周波数帯域を広くしていくと、遮断特性が悪化し、遮断特性の優れた広帯域な帯域通過フィルタを得ることができないという問題がある。
さらに、前述のように、複数の周波数帯用のアンテナで、アンテナとフィルタとを一体化したフィルタ内蔵型にすると、セルラ用とＧＰＳ用やＢＴ用などの複数の周波数帯の放射素子および帯域通過フィルタを１か所にまとめて配置することになり、相互間で干渉したり、他の周波数帯の信号が回り込んで混入するという問題がある。すなわち、セルラ用のデュアルバンドアンテナでは、両方を同時に使用するということはないため、相互間の干渉は余り問題にならないが、セルラ用と、ＧＰＳ用、ブルートゥース用などは同時に使用する場合があり、相互間で干渉して、アンテナ性能を低下させる。
とくに帯域通過フィルタでは、通過させる信号の周波数帯の整数倍であるスプリアスを通過させてしまい、ノイズが入りやすいという問題がある。そのため、たとえばＡＭＰＳの０．８ＧＨｚに対し、１．５ＧＨｚのＧＰＳ用、２．４５ＧＨｚのＢＴ用の信号をそれぞれ送受信しようとすると、ＡＭＰＳの信号の約２倍、３倍の周波数帯の関係となり、スプリアスとして混入しやすいという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、積層体によるフィルタの小型化を図りながらアンテナとフィルタとを一体化すると共に、複数の周波数帯の信号を送受信するような場合でも、相互に信号が混信しないような構造のフィルタ内蔵アンテナを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、複数の周波数帯の信号を送受信するような場合でも、簡単な構成で相互に干渉してフィルタ特性を悪化させないような構造のフィルタ内蔵アンテナを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、小型で表面実装が可能であり、複数の周波数帯のアンテナを複合化し得ると共に、相互間での干渉を抑え得る具体的な構造のフィルタ内蔵アンテナを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、アンテナに内蔵するフィルタを小型にしながら、高周波抵抗やインダクタンスの増加を生じさせないフィルタとしたフィルタ内蔵アンテナを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、セルラ用、ＧＰＳ（衛星測位システム）、ブルートゥース用などのフィルタ内蔵アンテナを一体化する具体的構造を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、誘電体の積層構造体に電気回路を形成する場合に、各層に形成される素子間を高周波に対しても損失を生じさせることなく接続し、または積層体の面方向のシールド特性を向上させ得る誘電体積層構造体を提供することにある。
発明の開示
本発明によるフィルタ内蔵アンテナは、一面に導電体膜が形成される誘電体シートが、少なくとも１個のフィルタブロックを構成するように積層されて形成される誘電体積層構造体と、該誘電体積層構造体に固定されると共に前記フィルタブロックに接続して設けられる放射素子とからなり、前記フィルタブロックが、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、および帯域除去フィルタの少なくとも１個を含み、所望の周波数帯域を通過させる構造になっている。
ここにフィルタブロックとは、１つの周波数帯のアンテナ素子に対応するフィルタ群を意味し、１個のフィルタのみからなる場合も含む意味である。
この構造にすることにより、たとえば高域通過フィルタと低域通過フィルタとの組合せにより、所望の帯域の周波数帯を通過させるフィルタとすることができ、その帯域幅を自由に設定することができる。さらに、必要であれば、特定の周波数帯を除去することができ、所望の周波数帯のみを通過させることができる。さらに、誘電体積層構造体に放射素子が固定され、フィルタと直接に接続されているため、両者間のインピーダンス整合を取りやすいと共に、接続配線も短くてすむため、損失を大幅に減らすことができ、高能率なフィルタ内蔵アンテナになる。
前記フィルタブロックが、少なくとも２以上の周波数帯の信号を送受信し得るように２個以上形成され、一のフィルタブロックは、前記２以上の信号のうち、該一のフィルタブロックを通過させる信号とは異なる信号の周波数帯を遮断するように、前記低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、および帯域除去フィルタを組合せて形成されることにより、たとえばセルラ用とＧＰＳ用やＢＴ用の放射素子とフィルタを１ブロックに形成しても、相互に信号が混信したりすることなく、低ノイズで送受信をすることができる。
本発明によるフィルタ内蔵アンテナの他の形態は、一面に導電体膜が形成される誘電体シートが、少なくとも１個のフィルタブロックを構成するように積層されて、薄型で扁平な形状に形成される誘電体積層構造体と、該誘電体積層構造体の一主面側および／または側面に設けられ、前記フィルタブロックと接続される少なくとも１個の放射電極と、前記誘電体積層構造体の裏面に設けられる前記放射電極に給電し得る給電部とからなっている。ここに一主面側とは、一主面に直接設けられる場合の他、一主面から一定間隔を離間してまたは誘電体ブロック内に設けられる場合を含む意味である。
この構造にすることにより、扁平な誘電体積層構造体によりフィルタを形成し、その側面または表面（一主面）上またはその表面側に放射電極を形成すると共に、積層構造体の裏面（一主面と対向する面）または側面に給電部を形成することによりアンテナを構成しているため、非常に薄型のフィルタ内蔵アンテナを得ることができ、携帯電話機や携帯端末機などでも、僅かなスペースで簡単に取り付けることができる。しかも、後述するように、セルラ用、ＧＰＳ用、ブルートゥース（ＢＴ）用などのアンテナをこの誘電体積層構造体に搭載することができ、４周波数帯のアンテナを扁平な誘電体積層構造体に複合化することができる。
前記誘電体積層構造体の前記誘電体シートを介して上下に設けられる前記導電体膜間が、前記誘電体シートに形成される帯状のビアコンタクトを介して面状に接続されることにより、従来のスルーホールと異なり、接続部の断面積が非常に大きくなるため、高周波に対しても、抵抗の増大やインダクタンスの増大を招くことなく、非常に高性能なフィルタ回路が得られる。ここに帯状とは、ビアコンタクト（接続部）の横断面が細長い形状であることを意味し、たとえば断面の縦横比が２程度以上の関係にあるものを指す。
具体的には、前記放射電極の少なくとも１個は、前記誘電体積層構造体の側面または側面近傍の前記一主面に設けられ、該側面または前記一主面に前記放射電極と容量結合をするように給電電極が設けられ、該給電電極が前記フィルタブロックを介して前記誘電体積層構造体の裏面に設けられる給電部と接続される構造にすることにより、フィルタ内蔵アンテナをアンテナとしてのスペースを殆どとることなく形成することができる。
前記放射電極および給電電極の近傍における前記誘電体積層構造体の一主面、該一主面と対向する裏面および側面には、接地導体が設けられない構造にすることにより、放射電極や給電電極と接地導体との電気的距離を確保することができ、アンテナ放射抵抗の不要な低下を避け、高いアンテナ効率と広いアンテナ帯域特性を得ることができる。ここに近傍とは、たとえば放射電極などから放射電極の幅の１／２〜２倍程度の範囲を意味する。
前記誘電体積層構造体の一主面に、前記放射電極近傍を除いて接地導体が設けられ、該一主面の一部に放射電極接続用の給電電極が前記接地導体と離間して導出され、その給電電極に平板状放射電極、ロッド状放射電極（素子）、コイル状放射電極（素子）などを接続することにより、たとえばセルラ用アンテナを構成することができる。
たとえば、前記誘電体積層構造体の一主面側に、絶縁性支持体および空間を介して放射電極が設けられ、該放射電極が前記給電電極と接続されると共に、該放射電極のインピーダンスがマッチングする位置で、前記誘電体積層構造体の接地導体と接続されることにより、平板状のデュアルバンドセルラ用アンテナを構成することができる。
さらに具体的には、前記誘電体積層構造体の対向する２つの側面、および該誘電体積層構造体の一主面側のうち、少なくとも２か所に２以上の放射電極が設けられ、２以上の周波数帯の信号を少なくとも受信することができると共に、該２以上の放射電極のそれぞれに電気的に結合して前記フィルタブロックが、２以上前記誘電体積層構造体に形成される。
前記フィルタブロックが、少なくとも２以上の周波数帯の信号を送受信し得るように２個以上形成され、該少なくとも２以上のフィルタブロックが、前記誘電体シートに形成される帯状のビアコンタクトを介して前記誘電体積層構造体の誘電体シートと垂直方向に形成されるシールド壁により相互に干渉しない構造に形成されることにより、誘電体積層構造体に複数の周波数帯のフィルタ回路が形成されても、相互に遮蔽することができ、相互間の干渉をなくすることができる。その結果、小さな誘電体積層構造体とその周辺部に複数の周波数帯用の放射電極が形成されても、それぞれが非常に高特性のアンテナとして機能し、小型で高性能な複合アンテナが得られる。
さらに具体的には、前記誘電体積層構造体の側面または一主面に形成されるアンテナが、衛星測位システム用またはＢＴ用であり、前記一主面側に給電電極に接続して設けられる放射電極がセルラ用として形成することができる。
１本のアンテナエレメントが折り返され、隣接するエレメント間で電気的に結合する部分が少なくとも２か所に形成され、該電気的に結合する部分を調整することにより、所望の４周波数帯に対して共振するように放射電極が形成され、前記アンテナエレメントの一端部がマルチプレクサを介してそれぞれの周波数帯のフィルタに接続されることにより、セルラ用、ＧＰＳ用、ＢＴ用の４周波数帯に対しても１個の放射電極で構成することができ、さらに簡潔な構造で小型化することができる。
本発明による誘電体積層構造体は、導電体膜が形成される誘電体シートが複数枚重ねて固着される誘電体積層構造体であって、前記誘電体シートに帯状のビアコンタクトが形成されることにより、上下の誘電体シートに設けられる導電体膜の接続または前記積層構造体内部の厚さ方向にシールド壁が形成されている。この構成にすることにより、誘電体シートに導電体膜を形成した積層構造体であっても、セラミックシートを介した導電体膜間を低抵抗で接続することができると共に、セラミックシートの水平方向に対しても完全にシールドすることができ、コンパクトな形状で相互間の干渉を受けない高性能な回路素子を形成することができる。さらに、この構造を用いることにより、周囲にシールド壁を形成し、同軸線路を形成することもできる。この場合、線路自体も２層以上に亘って接続することにより、太い線路を形成することができ、高周波回路を積層構造体により形成することができる。その結果、同軸共振器などでも積層構造体により形成することができる。
発明を実施するための最良の形態
つぎに、図面を参照しながら本発明のフィルタ内蔵アンテナについて説明をする。本発明によるフィルタ内蔵アンテナは、図１にその一実施形態の構造説明図およびブロック図が示されるように、一面に導電体膜が形成される誘電体シート１１（図２（ａ）参照）が、少なくとも１個のフィルタブロック６３を構成するように積層されて誘電体積層構造体１が形成されている。この誘電体積層構造体１に放射素子６２が取り付けられ、放射素子６２はフィルタブロック６３に接続されている。そして、フィルタブロック６３は、低域通過フィルタ６３ａ、高域通過フィルタ６３ｂ、および帯域除去フィルタ６３ｃの少なくとも１個を含んでいる。図１に示される例では、１個の放射素子６２と１個のフィルタブロック６３のみが図示されているが、前述のように複数の周波数帯の信号を送受信し得るように複数の放射素子と複数のフィルタブロック６３が誘電体積層構造体１に取り付けられたり、作り込まれる。
誘電体積層構造体１は、その断面説明図が図２（ａ）に示されるように、たとえばセラミックシート（グリーンシート）１１の一面に導電体膜が印刷などにより所望の形状に形成され、インダクタ（Ｌ）などを構成するストリップライン２７、３７や、誘電体シート１１を挟んで導電体膜を形成することによりコンデンサ（Ｃ）２６、３６などが形成されるように、所望のパターンに導電体膜が形成されると共に、上面および下面には、ほぼ全面に導電体膜７１、７２が形成されたセラミックシート１１を重ね合せてプレスした状態で切断して、焼結することにより形成されている。外形的には、たとえば３．５ｃｍ×２ｃｍ程度の大きさで、２〜７ｍｍ程度の厚さに形成される。このＬやＣを、たとえば図２（ｃ）に示されるように接続して形成することにより、低域通過フィルタＬＰＦや高域通過フィルタＨＰＦを構成することができる。他のフィルタなども、そのＬ、Ｃの大きさや接続を変えるだけで形成することができる。なお、上面および下面の導電体膜７１、７２は、接地されてシールド板の機能を果している。
セラミックシート１１を挟んで上下の層で接続する場合には、セラミックシート１１に形成されるコンタクト孔内に導電体を埋め込んで接続するビアコンタクト２９により接続されるが、このビアコンタクト２９は、図２（ｂ）に図２（ａ）と直角方向の断面説明図が示されるように、たとえば０．１ｍｍ程度の厚さで、１〜２ｍｍ程度の幅の帯状に形成される。この幅は配線（ストリップライン）などの幅、特性などにより自由に設定することができる。このような帯状に形成することにより、接続の断面積を大きくして高周波抵抗やインダクタンスの増加を防ぐことができ、積層構造でフィルタを形成しながら、高特性のフィルタを形成することができる。ここに帯状とは、前述の例のように、断面の縦横比が１０倍程度以上のものには限定されず、断面の縦横比が２程度以上の関係にあるものを意味する。この帯状のビアコンタクトを形成するには、セラミックシートに設けるコンタクト孔を細長い溝状に形成することにより形成できる。
図２（ａ）に示される例では、後述するＢＴ用フィルタブロック２５とＧＰＳ用フィルタブロック３５の２つのフィルタブロックが形成された例が示されており、その間にシールド壁１２が形成され、相互に遮蔽される構造になっていることに特徴がある。このシールド壁１２は、前述のビアコンタクトと同様に、シールドするのに必要な幅の長さを有する細長いコンタクト孔を各セラミックシートの同じ場所に形成しておいて、そのコンタクト孔内に導電体を埋め込んでおき、セラミックシートを重ねてプレスし、切断して焼結することにより形成される。
フィルタブロックは、後述する図６に示されるＢＴ用フィルタブロック２５、ＧＰＳ用フィルタブロック３５などのように複数のフィルタで構成される場合もあるが、１個のフィルタのみからなる場合もある。また、複数の周波数帯を送受信する場合に、その相手方の信号の周波数帯を除去するようにフィルタを選択して形成することにより、混信などのノイズの混合や干渉を防ぐことができる。
このような誘電体積層構造体１を製造するには、たとえば１００μｍ程度の厚さのセラミックシート１１にビアコンタクト用の細長い溝を成形金型により形成し、その溝内および必要なストリップラインを印刷などにより形成する。その後、前述のようにフィルタ回路などが形成されるように数十枚重ねてプレスして固め、個々の誘電体積層構造体の大きさに切断し、または切断用溝を形成した後、焼結することにより形成される。なお、後述するこの側面に放射素子や接地導体を形成する場合には、その側面に導電体を印刷することなどにより設けられる。
放射素子２は、図１に示される例では、ロッドアンテナとかヘリカルアンテナと称される線状の放射素子が用いられている。しかし、図３に示されるようなパッチアンテナと称される誘電体基板６２ｂ上に導電体膜６２ａが所定の大きさで形成される放射素子６２を用いることもできる。また、後述するように、誘電体積層構造体の表面や側面に放射電極および給電電極を容量結合させる、いわゆる誘電体アンテナを形成して放射素子を形成したり、誘電体積層構造体の給電部と導電性接続手段を介して接続される外部放射電極により形成することもできる。
本発明によれば、セラミックシートなどの誘電体シートを積層した誘電体積層構造体によりフィルタブロックが形成され、フィルタブロックと接続してその誘電体積層構造体に直接放射素子が形成されたり、その近傍に取り付けられているため、インピーダンス整合を一体で取るこができ、放射素子などに個別な整合回路を設ける必要がなく、また、接続用ケーブルやコネクタを介する必要がなく、非常に高効率でコンパクトに形成される。
また、図６で後述する具体例のように、フィルタを所望の周波数帯を通過させる帯域通過フィルタのみではなく、同時に送受信する可能性のある混合しやすい相手方の周波数帯を除去するように、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域除去フィルタの少なくとも２以上を組合せて使用することにより、近接して複数の周波数帯のアンテナを設けても、干渉などに基づくノイズを除去することができる。その結果、携帯電話機などの非常に小型化が要求される携帯機器にもスペースを取ることなく複数の用途のアンテナを実装することができ、セルラ以外の衛星測位システムやＢＴ用などのアンテナも一体に形成することができる。
さらに、各フィルタブロック間にシールド壁を形成することにより、誘電体積層構造体における誘電体シートと平行方向のシールドも確実に行うことができ、周囲のほぼ全周をシールドすることができる。その結果、複数の周波数帯のアンテナに接続するそれぞれのフィルタブロックを上下周囲とも殆ど完全にシールドすることができ、複数の周波数帯のアンテナおよびそのフィルタを一体に形成してコンパクトに構成しても、相互間の干渉を完全に防止することができる。
つぎに、この誘電体積層構造体を用いてフィルタを内蔵し、たとえばブルートゥース用と、ＧＰＳ用と、ＡＭＰＳ／ＰＣＳなどのデュアルセルラ用のように、４周波の複合アンテナを形成するのに適した具体的構造のフィルタ内蔵アンテナの実施形態について、図４を参照しながら説明をする。この実施形態のフィルタ内蔵アンテナは、図４に示されるように、図１および２に示されるのと同様の誘電体積層構造体１が、一面に導電体膜が形成される誘電体シート１１（図２（ａ）参照）を、少なくとも１個のフィルタブロックを構成するように積層することにより、薄型で扁平な形状に形成されている。その誘電体積層構造体１の表面（一主面）側および／または側面に、前記フィルタブロックと接続される少なくとも１個の放射素子２〜４が設けられ、その誘電体積層構造体１の裏面に放射素子２〜４に給電し得る給電部（入出力端子）２８、３８、４８が設けられている。なお、図４において、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）の左側面図、底面図および背面図をそれぞれ示している。
図４に示される例では、複合アンテナの例が示されている。しかし、アンテナとしては、これらの全てを搭載する必要はなく、１個以上の所望のアンテナを搭載することができる。誘電体積層構造体１は、図２（ａ）および（ｂ）に示されるように形成されている。この構造で、たとえば前述の４周波に対応させるフィルタ内蔵アンテナを構成するのに、縦×横が２０ｍｍ×３０ｍｍ程度で、厚さが１〜２ｍｍ程度の大きさに形成される。図２（ａ）に示される例では、コンデンサ２６とストリップライン２７とによりＢＴ用フィルタブロック２５が、コンデンサ３６とストリップライン３７とによりＧＰＳ用フィルタブロック３５がそれぞれ形成されている。
図４に示される例では、誘電体積層構造体１の表面および裏面には、一部を除いて、接地導体７１、７２がそれぞれ形成されている。また、放射素子２、３が設けられない側面にも、給電部を除いて接地導体７３、７４が設けられている。表面側および側面の接地導体７１、７３、７４は、フィルタブロック２５、３５、４５などにノイズが入らないようにする遮蔽板の機能を有すると共に、表面の接地導体７１は、後述するセルラ用アンテナがこの上部に設けられる場合は、その地板としての機能も有する。裏面の接地導体７２は、このアンテナが取り付けられるマザーボードなどに接地板がある場合には、フィルタもシールドされ、必ずしも必要ではなく、設けられない場合もある。
前述の「一部を除いて」とした接地導体７１、７２が設けられていない部分は、ＢＴ用およびＧＰＳ用の放射電極２１、３１と給電電極２２、３２が設けられている部分（放射素子２、３の部分）の近傍、すなわち放射電極幅の１／２〜２倍程度の幅の部分Ａ、Ｂである。これらの放射電極２１、３１や給電電極２２、３２が積層構造体１の側面ではなく、表面の端部側に設けられる場合には、その部分およびその周囲（側面）と裏面の対応する部分において、同様に接地導体が除去される。また、このアンテナが取り付けられるマザーボードに接地板がある場合は、その接地板の該当部分も除去されることが好ましい。この接地導体７１、７２を放射電極２１、３１や給電電極２２、３２の近傍で除去するのは、放射電極２１、３１の近傍に接地導体が存在すると、放射電極と接地導体との間の電気的距離が小さくなり、アンテナ放射抵抗が低下してアンテナ効率が低下すると共に、アンテナ帯域特性が低下するため、それを避けるように間隔を確保するためである。
ＢＴ用放射素子２およびＧＰＳ用放射素子３は、それぞれ放射電極２１、３１と、その放射電極２１、３１の一端部側と容量結合をして共振させる給電電極２２、３２とからなっており、その給電電極２２、３２に、内層の積層シート上に形成された接続用パターン２３、３３を介して、前述のＢＴ用フィルタブロック２５、ＧＰＳ用フィルタブロック３５がそれぞれ接続され、フィルタブロックの他端部はそれぞれの入出力端子２８、３８に接続されている。その入出力端子２８、３８は図４（ｃ）〜（ｄ）に示される例では、誘電体積層構造体１の一側面および裏面に亘って形成されているが、裏面または側面の少なくとも一方に設けられることにより、携帯電話機などのマザーボードなどの搭載基板に搭載する際に、ハンダ付けなどにより直接表面実装し得る構造になる。なお、ＢＴ用入出力端子２８は、送受信共用端子ＴＲＸで、ＧＰＳ用入出力端子３８は受信端子ＲＸとなる。このＢＴ用放射素子２およびＧＰＳ用放射素子３は、誘電体積層構造体１の側面ではなく、側面側の表面（一主面）に設けられてもよい。
セルラ用放射素子４は、たとえばＡＭＰＳ／ＰＣＳ用のデュアルアンテナの一例である平板状アンテナの例が図５に示されるように、誘電体積層構造体１の表面に形成された給電電極４２と外部放射電極４１とが接続されるように、導電性接続手段４３を介して接続されると共に、外部放射電極４１のインピーダンス整合を取るため、外部放射電極４１の一部を誘電体積層構造体１の表面側接地導体７１の一部７１ａと電気的に接触させる導電性接続手段４４を介して接続されると共に、絶縁性支持機構４５を介して保持されている。この外部放射電極４１を誘電体積層構造体１に支持、締結する導電性接続手段４３、４４として、スプリング式コンタクトピン（ポゴピン）を用いることにより、外部放射電極４１の着脱が可能となり、誘電体積層構造体１をマザーボードなどに実装後に、外部放射電極４１を装着することが可能となって、非常に利便性が向上する。
なお、図５に示されるアンテナ構造で、誘電体積層構造体１の大きさは前述と同様であるが、その表面側にセルラ用の放射電極が設けられた状態の全体の厚さは、７ｍｍ程度（誘電体積層構造体１の厚さは２ｍｍ程度）に形成される。図５に示される例では、ＡＭＰＳ（０．８ＧＨｚ）用とＰＣＳ（１．８ＧＨｚ）用のデュアルアンテナを平面状放射電極パターンで形成した例であるが、セルラ用のデュアルバンドを構成する他のアンテナパターンでも良いし、ロッド状アンテナや、メアンダ形状にしたものや、折り返しアンテナで隣接するエレメント間で結合させて共振周波数を調整するワイヤ状アンテナ放射電極などを給電電極４２（誘電体積層構造体１の側面でもよい）に接続する構造でもよい。
この給電電極４２の他端側は、誘電体積層構造体１に形成されたフィルタブロック４５に接続され、そのフィルタブロックの他端部側は、図４（ｃ）〜（ｄ）に示されるように、誘電体積層構造体１の一側面からその裏面に亘って形成される入出力端子４８に接続されている。なお、入出力端子４８は、ＡＭＰＳ用およびＰＣＳ用それぞれについて、送信用端子ＴＸと受信用端子ＲＸが設けられている。
それぞれの周波数帯のフィルタブロック２５、３５、４５は、たとえば図６にブロック図で示されるような構造に、前述の積層体により形成されるコンデンサやストリップラインのインダクタンスなどにより形成される。この場合、一のフィルタブロックは、他のフィルタブロックを通過させる信号の周波数帯を遮断するように、前記低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、および帯域除去フィルタを組合せて形成されることにより、セルラ用とＧＰＳ用やＢＴ用の放射素子とフィルタを１ブロックに形成しても、相互に信号が混信したりすることなく、低ノイズで送受信をすることができる。
たとえばＢＴ（２．４５ＧＨｚ）用フィルタブロック２５は、他のセルラ用（０．８ＧＨｚと１．８ＧＨｚ）やＧＰＳ用（１．５ＧＨｚ）より周波数帯が高いため、１．８ＧＨｚより高い周波数、さらに好ましくは２．４ＧＨｚより高い周波数を通過させるハイパスフィルタＨＰＦを挿入すれば相手方の信号全てをノイズとして混合する虞はないが、この例では、さらにこれら周波数帯の信号以外のノイズを除去するため、従来と同様のバンドパスフィルタＢＰＦを挿入している。
また、ＧＰＳ用フィルタブロック３５は、他のＢＴ用より低く、しかもＰＣＳと近い周波数帯であるため、ＢＴ帯を除外する、たとえば１．６ＧＨｚより高い周波数帯をカットするローパスフィルタＬＰＦ、１．５ＧＨｚに近いＰＣＳ帯を除外する１．８ＧＨｚ帯のバンドエリミネーションフィルタＢＥＦ（帯域除去フィルタ）と、他のノイズを除去するバンドパスフィルタＢＰＦとを形成して、構成されている。
さらに、セルラ用（ＡＭＰＳ／ＰＣＳ）フィルタブロック４５は、同様に、ＢＴ帯を除外するローパスフィルタＬＰＦと、ＧＰＳ帯を除外するバンドエリミネーションフィルタＢＥＦとが挿入され、さらに、ＡＭＰＳとＰＣＳとを分別するダイプレクサＤＩＰＬＥＸＥＲが挿入され、それぞれの信号がさらにデュープレクサＤＵＰＬＥＸＥＲにより送信信号周波数帯ＴＸと受信信号周波数帯ＲＸに分離されて入出力端子４８に接続されている。
これらのフィルタブロック２５、３５および４５が前述の誘電体積層構造体１中に形成された平面的な位置関係は、たとえば図４（ａ）に破線で示されるように、平面的に分離されているが、これらのフィルタ全体の占める平面積は、２ｃｍ２程度である（積層体全体の表面積は２ｃｍ×３ｃｍ程度）。これらのフィルタブロック間に前述のシールド壁を縦方向に形成すれば、相互間の干渉を上下周囲とも完全に防止するこができる。なお、フィルタブロック２５、３５および４５の構成は、前述の例に限定されるものではなく、他のフィルタの組合せにすることもできる。
このように形成されたアンテナを、たとえば携帯電話機のマザーボードなどに取り付ける際に、この誘電体積層構造体をマザーボードの上端部（たとえば携帯電話器の上部）に搭載する場合に、そのマザーボードの上辺および／または側面に前述の放射電極が配置されるように取り付けられることが好ましい。放射電極が携帯電話機などの機器の外側を向くように取り付けることが、ロスなく信号の授受をすることができるからである。
本実施例によれば、セラミックシートなどの誘電体シートを積層した非常に薄型の扁平な誘電体積層構造体によりフィルタブロックを形成し、さらにその誘電体積層構造体に直接アンテナを形成したり、その近傍に取り付けられる構造に形成されているため、非常にコンパクトに形成され、セルラ以外の衛星測位システムやＢＴ用などのアンテナも一体に形成することができる。その結果、携帯電話機などの非常に小型化が要求される携帯機器にもスペースを取ることなく複数の用途のアンテナを実装することができる。しかも、本発明による誘電体積層構造体は、多層膜間の導電体膜の接続を帯状のビアコンタクトを介して行っているため、従来の積層構造体による高周波抵抗の増大やインダクタンスの増大に伴う性能の劣化を生じることなく、高性能なフィルタ処理をすることができる。
さらに、本発明の誘電体積層構造体における帯状のビアコンタクトを用いるこにより、積層構造体における誘電体シートと平行方向のシールドも確実に行うことができ、前述のように、周囲のほぼ全周をシールドすることができる。その結果、複数の周波数帯のアンテナに接続するフィルタブロックを上下周囲とも完全にシールドすることができ、複数の周波数帯のアンテナおよびそのフィルタブロックを一体に形成してコンパクトに構成しても、相互間の干渉を完全に防止することができる。
前述の例では、ＢＴ用、ＧＰＳ用およびセルラ用の放射電極をそれぞれ別個に形成して、誘電体積層構造体の周囲に配置する多素子多給電（ＭＥＭＦ；Ｍｕｌｔｉ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｕｌｔｉ  Ｆｅｅｄ）の例であったが、たとえばアンテナエレメントを隣接するエレメントと容量的および／または誘導的に結合するように折り返すことにより、１本のエレメントで１か所から給電しながら複数の周波数帯に共振させる単素子単給電（ＳＥＳＦ；Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｆｅｅｄ）構造で形成することもできる。この構造では、その隣接するエレメント間の間隔などを調整することにより、前述の４周波のそれぞれに共振させることができる。たとえば図７（ａ）に示されるように、最初の２つのエレメント５１ａと、後の２つのエレメント５１ｂがそれぞれ結合し、最初の２つのエレメント５１ａと後の２つのエレメント５１ｂとの間では結合しないようにし、それぞれの２つのエレメント間での結合度を調整することにより、前述の４周波に対して、１か所の給電で共振させる放射電極５１とすることができる。
このような構造の放射電極を用いれば、放射電極５１は１個で、フィルタのみを前述のそれぞれの周波数帯用に形成されるフィルタに接続すれば、送受信をすることができる。この場合、図７（ｂ）に示されるように、放射電極５１にマルチプレクサＭＰを接続し、これにより各周波数帯に分離し、それぞれの周波数帯の信号のみを各フィルタブロック２５、３５および４５に接続することになる。
さらに、放射電極と給電部との関係は、図８（ａ）に示されるように、たとえば各放射電極をそれぞれ同じ給電部に結合させるように形成した多素子単給電（ＭＥＳＦ；Ｍｕｌｔｉ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｆｅｅｄ）構造や、図８（ｂ）に示されるように、たとえば逆Ｆアンテナ構造で、それぞれの周波数帯でマッチングする位置に給電部を接続する単素子多給電（ＳＥＭＦ；Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｕｌｔｉ  Ｆｅｅｄ）構造などに形成することもできる。
なお、前述の各実施例の変形例として、前述の放射電極や積層構造体の主面のさらに上側に少なくとも一層の積層シートを配置することも可能である。また、前述の例では、セルラ用として、ＡＭＰＳ／ＰＣＳの例を挙げたが、国によりこの構成は変るし、衛星測位システム（ＧＰＳ）とＢＴなどとの組合せに限定されることはなく、他の周波数帯の組合せにしても、本発明による同時に使用し得る他の周波数帯を除去するようにフィルタブロックを構成することにより、アンテナを複合化させる場合でも、ノイズなどの影響を受けることがなくなり、高性能なアンテナになる。
本発明によれば、フィルタブロックを誘電体シートの積層構造により構成しながら、インダクタンスや高周波抵抗の増大を引き起こすことなく構成しているため、非常に小型で、かつ、高性能なフィルタ特性を有するアンテナが得られる。その結果、携帯電話機などの小型化が要求される携帯機器にも簡単に搭載することができる。しかも、複数の周波数帯用に複合化させても、相互間の干渉を防止することができるため、機器に分散して複数のアンテナを取り付けなくても、１個のフィルタ内蔵アンテナとして、たとえばデュアルバンドのセルラ用、ＧＰＳ用、ＢＴ用の４周波のアンテナを非常に小型に形成することができる。そのため、携帯電話機などにセルラ用のみならず、ＧＰＳ用やＢＴ用などを殆ど場所を取ることなく搭載することができる。
さらに、本発明による誘電体積層構造体によれば、各層に設けられる配線などの接続を、高周波に対しても低抵抗で、インダクタンスを殆ど増加させることなく接続することができる。そのため、共振器構造などを用いなくても、非常に高性能なフィルタなどを形成することができ、電子機器のさらなる小型化に大きく寄与する。
産業上の利用性
本発明によれば、複数の周波数帯の信号でも送受信することができるフィルタ内蔵アンテナを非常に小型に形成することができるため、携帯電話機や携帯端末機などの小型の無線機器にも、高性能なアンテナを搭載して利用することができる。さらに、複数周波数帯を使用できるアンテナにすることにより、小型の無線機器により１つの目的のみでなく、種々の利用をすることができる。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）〜（ｂ）は、本発明によるフィルタ内蔵アンテナの一実施形態を示す説明図である。
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示される例の誘電体積層構造体の一例の断面説明図、およびフィルタを形成する例の説明図である。
図３は、放射素子の他の構成例を説明する図である。
図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明によるフィルタ内蔵アンテナの他の実施形態を示す説明図である。
図５（ａ）〜（ｂ）は、図４に示される例のセルラ用放射電極の一例を示す説明図である。
図６は、図４に示される例の各周波数帯のフィルタブロックの構成例を説明する図である。
図７（ａ）〜（ｂ）は、図４に示される４周波の放射電極を１個のアンテナエレメントで構成する例の説明図である。
図８（ａ）〜（ｂ）は、放射素子と給電部との関係の他の例を示す説明図である。
図９は、従来のフィルタ付きアンテナの説明図である。
図１０は、従来の携帯電話機に４周波のアンテナを配置する例の説明図である。
【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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【国際調査報告】
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