JP3883565B1 - チップアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】実効的な比誘電率を上げることでチップサイズを小型化でき、実装面積の縮小も可能なチップアンテナを提供する。
【解決手段】チップアンテナ１０は、誘電体からなる矩形状の基体１１と、基体１１の一方の主面１１ａに形成された給電電極１２と、給電電極１２とギャップｇを介して対峙するように基体１１の主面１１ａに形成された略λ／４の長さを有するストリップライン状の放射電極１３と、基体１１の他方の主面１１ｂに形成された固定電極１４ａ、１４ｂと、基体１１の内部を貫通するスルーホール１５ａ、１５ｂとを備えている。給電電極１２、１３は、基体１１の側面を経由して固定電極１４ａ，１４ｂに接続されているわけではなく、基体１１の一方の主面１１ａから他方の主面１１ｂまでを貫通するスルーホール電極によって上下面の電極間が電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、チップアンテナに関し、特に、小型で高周波特性に優れたチップアンテナの電極構造に関するものである。

従来のチップアンテナとしては例えば特許文献１に示すものがある。このパッチアンテナは、図１０に示すように、誘電体からなる矩形状の基体（誘電体ブロック）１を備え、その表面には、ストリップライン状の長さλ／４近似の放射電極２が形成されている。この放射電極２の一端は一つの辺の近傍まで延びて開放端を構成し、その他端は前記一つの辺に対向する端面１ａを経由して裏面に形成されているグランド電極３に接続されている。前記一つの辺の近傍においては、放射電極２の開放端とギャップｇを介して励振用電極（給電電極）４が形成されている。この励振用電極４は端面１ａに対向する端面１ｂから基体１の裏面まで延びて、グランド電極３から基体素地により電気的に絶縁されている。そして、前記ギャップｇに形成される容量により前記励振用電極４と前記放射電極２とが電磁界結合することになる。

上述のような構成を有するチップアンテナの電気的等価回路は、ギャップｇにより形成される容量Ｃ、放射電極２によるインダクタンスＬおよび放射抵抗Ｒが、グランドを介して直列に接続された形となる。そして、励振用電極４に印加された高周波信号ｆは、ギャップｇにより形成される容量Ｃにより、放射電極２と電磁界結合し、電波となって放射されることになる。したがって、非接触にて励振ができ、かつ、小型にした場合でも容易に整合を取ることができる。
特開平９−９８０１５号公報 特開２００３−３７４２１号公報

しかしながら、上述した従来のチップアンテナは、放射電極２や励振用電極４が基体１の表面のみに形成されているため、基体の実効的な比誘電率が十分でなく、チップサイズのさらなる小型化を図ることができないという問題があった。また、放射電極２や励振用電極４が基体１の側面（端面）にもあるために、実装時に半田を側面にも形成する必要があり、その結果チップアンテナの実装面積が広くなるという欠点があった。

したがって、本発明の目的は、実効的な比誘電率を上げることでチップサイズを小型化でき、実装面積の縮小も可能なチップアンテナを提供することにある。

本発明の上記目的は、誘電体からなる基体と、前記基体の一方の主面に形成された放射電極と、前記一方の主面から他方の主面に貫通するように前記基体内部に形成された少なくとも２つのスルーホール電極と、前記基体の前記他方の主面に形成され、前記スルーホール電極を介して少なくとも前記放射電極と接続された固定電極を備えることを特徴とするチップアンテナによって達成される。

本発明のチップアンテナにおいては、前記基体の前記一方の主面に形成された給電電極をさらに備え、前記放射電極は、前記給電電極とギャップを介して対峙するように形成され、前記固定電極は、前記スルーホール電極を介して前記給電電極と接続されていることが好ましい。

本発明において、前記スルーホール電極は、前記給電電極と電気的に接続された第１のスルーホール電極と、前記放射電極と電気的に接続された第２のスルーホール電極を含み、前記固定電極は、前記基体の他方の主面に形成され、前記第１のスルーホール電極を介して前記給電電極と電気的に接続された第１の固定電極と、前記基体の前記他方の主面に形成され、前記第２のスルーホール電極を介して前記放射電極と電気的に接続された第２の固定電極を含むことが好ましい。

また、本発明において、前記第１の固定電極は、回路基板上の給電ラインに接続され、前記第２の固定電極は、前記回路基板上のグランドラインに接続されることが好ましく、前記第１及び前記第２の固定電極は、前記回路基板上に半田接続されることが好ましい。

本発明においては、前記スルーホール電極が３つ以上形成されていてもよい。これによれば、アンテナの種類に応じて必要なスルーホールを採用すると共に、基体の表面に電極パターンを形成することにより、種々のタイプのチップアンテナを作製することができる。つまり、チップアンテナごとに専用の金型を用意する必要がなくなるので、製造コストの低減を図ることができる。また、特性の調整の幅が広がり、チップアンテナの軽量化も実現できる。

本発明においては、前記放射電極がミアンダ状に形成されていてもよい。これによれば、放射電極１３を長くすることできるので、放射電極１３の長さを一定とした場合には基体１１の寸法を小さくすることができ、チップサイズを小型化することができる。また特に、ギャップを形成せず、放射電極のインダクタンス成分だけでチップアンテナを構成する場合には、放射電極とグランド間の容量が比較的大きな場合でもインピーダンスの調整が容易となる。

本発明によれば、基体の内部にスルーホールを形成することにより、基体の波長短縮効果を高めることができ、チップサイズを小型化することができる。また、スルーホールを採用し、側面電極をなくすことにより、底面端子だけで実装することできるので、チップアンテナの実装面積を縮小することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態に係るチップアンテナの構成を示す略斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿ったチップアンテナの略断面図である。

図１及び図２に示すように、チップアンテナ１０は、誘電体からなる矩形状の基体１１と、基体１１の一方の主面１１ａに形成された給電電極１２と、給電電極１２とギャップｇを介して対峙するように基体１１の主面１１ａに形成された略λ／４の長さを有するストリップライン状の放射電極１３と、基体１１の他方の主面１１ｂに形成された固定電極１４（１４ａ、１４ｂ）と、基体１１の内部を貫通するスルーホール１５（１５ａ、１５ｂ）とを備えている。

一方のスルーホール１５ａは、基体１１の一方の主面１１ａから他方の主面１１ｂまでを貫通しており、その内壁面に形成されたスルーホール電極１６ａによって給電電極１２と固定電極１４ａとが電気的に接続されている。つまり、給電電極１２は、基体１１の側面を経由して固定電極１４ａに接続されているわけではない。回路基板上への実装時には、固定電極１４ａが給電ラインに半田接続され、固定電極１４ａからスルーホール１５ａ経由で給電電極１２に高周波信号が供給される。

他方のスルーホール１５ｂは、基体１１の一方の主面１１ａから他方の主面１１ｂまでを貫通しており、その内壁面に形成されたスルーホール電極１６ｂによって放射電極１３と固定電極１４ｂとが電気的に接続されている。つまり、放射電極１３は、基体１１の側面を経由して固定電極１４ｂに接続されているわけではない。回路基板上への実装時には、固定電極１４ａがグランドラインに半田接続される。

スルーホール１５ａ、１５ｂは、基体の上下面での電気的導通を確保する役割を果たすだけでなく、基体１１の波長短縮効果を高める役割も果たす。スルーホールの形成によって基体１１の波長短縮効果を高めることにより、基体１１の実効的な比誘電率を向上させることができる。換言すれば、実効的な比誘電率を一定とした場合には、基体１１の寸法を小さくすることができ、チップサイズを小型化することができる。

なお、本実施形態においては、スルーホール１５ａ、１５ｂの形成位置を含めた基体１１の形状が左右対称であることが好ましい。これによれば、基体１１の厳密な向きを気にせずに給電電極１２や放射電極１３を形成することができる。

図３は、チップアンテナ１０の電気的等価回路図である。

図３に示すように、チップアンテナ１０の電気的等価回路は、ギャップｇにより形成される容量Ｃ、放射電極１３によるインダクタンスＬおよび放射抵抗Ｒが、グランドを介して直列に接続されると共に、放射電極１３とグランド間の容量Ｃｇが挿入された形となる。そして、給電電極１２に印加された高周波信号ｆは、ギャップｇにより形成される容量Ｃにより、放射電極１３と電磁界結合し、電波となって放射される。

以上説明したように、本実施形態によれば、基体１１に複数のスルーホール１５を形成し、基体１１の表面に形成された給電電極１２及び放射電極１３と、基体１１の裏面に形成された固定電極１４との間をスルーホール電極１６で電気的に接続したので、基体の実効的な比誘電率を向上させることができ、これによりチップサイズの小型化を図ることできる。また、側面の電極をなくすことができ、実装の際に底面端子のみを用いることから、実装時に半田を側面に形成する必要がなくなり、実装面積を縮小することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るチップアンテナ２０の構成を示す略斜視図である。

図４に示すように、このチップアンテナ２０は逆Ｆアンテナとして構成したものであり、その特徴は、３つのスルーホール１５（１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ）を備えると共に、これらのスルーホールに対応した３つの固定電極１４（１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ）を備えている点にある。スルーホール１５ｃは、給電電極１２と固定電極１４ｃとの接続に用いられ、スルーホール１５ｄは、放射電極１３と固定電極１４ｄとの接続に用いられ、スルーホール１５ｅは、放射電極１３と固定電極１４ｅとの接続に用いられている。回路基板上への実装時には、固定電極１４ｃがグランドラインに接続され、固定電極１４ｄが給電ラインに接続され、固定電極１４ｅがオープンラインに接続される。尚、その他の構成については第１の実施形態と略同様であることから、ここでの詳細な説明は省略する。

本実施形態によれば、チップアンテナを逆Ｆアンテナとして構成することができ、この逆Ｆアンテナにおいて第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、基体１１の波長短縮効果を高めることができ、これによりチップサイズの小型化を図ることできる。また、側面の電極をなくすことができ、実装の際に底面端子のみを用いることから、実装時に半田を側面に形成する必要がなくなり、実装面積を縮小することができる。

図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るチップアンテナ３０、４０の構成をそれぞれ示す略斜視図である。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、これらチップアンテナ３０、４０の特徴は、基体１１に形成するスルーホール１５の数をさらに増やした点にある。これらの基体１１の形状は同一であるが、電極の形状はそれぞれ異なっている。

図５（ａ）に示すチップアンテナ３０は、４つのスルーホール１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉのうち、両端のスルーホール１５ｆ、１５ｉには固定電極１４ｆ、１４ｉが設けられ、スルーホール電極１６ｆ、１６ｉを介して上下面の電極間が電気的に接続されている。しかし、中間のスルーホール１５ｇ、１５ｈには対応する固定電極が設けられておらず、単にスルーホールが形成されているだけである。

一方、図５（ｂ）に示すチップアンテナ４０は、４つのスルーホール１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉのうち、３つのスルーホール１５ｆ、１５ｇ、１５ｉには固定電極が設けられ、スルーホール電極１６ｆ、１６ｇ、１６ｉを介して上下面の電極間が電気的に接続されている。しかし、残りのスルーホール１５ｃには対応する電極が設けられておらず、単にスルーホールが形成されているだけである。

これらのチップアンテナ３０、４０の基体１１は共通である。すなわち、複数のスルーホール１５が形成された共通の基体１１を予め用意しておき、アンテナの種類に応じて必要なスルーホールを選択的に使用し、基体１１の主面に電極パターンを形成することにより、種々のタイプのチップアンテナを作製することができる。この場合、チップアンテナごとに専用の金型を用意する必要がなくなるので、製造コストの低減を図ることができる。また、アンテナ特性の調整の幅が広がり、チップアンテナの軽量化も実現できる。なお、第１の実施形態と同様、本実施形態においても、スルーホールの形成位置を含めた基体１１の形状は左右対称であることが好ましい。

図６は、本発明の第４の実施形態に係るチップアンテナ５０の構成を示す略斜視図である。

図６に示すように、このチップアンテナ５０の特徴は、基体１１の一方の主面１１ａに略ミアンダ状の放射電極１３が形成されている点にある。「略ミアンダ状」とは、電極パターンがコの字状に屈曲する場合も含む趣旨である。その他の構成については、第１の実施形態と略同様であることから、ここでの詳細な説明は省略する。本実施形態によれば、放射電極１３を長くすることできるので、放射電極１３の長さを一定とした場合には基体１１の寸法を小さくすることができ、チップサイズを小型化することができる。

上述した各実施形態においては、チップアンテナの配置によってアンテナと基板上のグランドとの間に発生する容量Ｃｇが大きくなる場合がある。この場合、ギャップｇによる容量でのインピーダンス調整は非常に困難であるが、以下に示すチップアンテナであればインピーダンス調整が可能である。

図７は、本発明の第５の実施形態に係るチップアンテナ６０の構成を示す略斜視図である。

図７に示すように、このチップアンテナ６０は、誘電体からなる矩形状の基体１１と、基体１１の一方の主面１１ａの全体に形成された略λ／４の長さを有するストリップライン状の放射電極１３と、基体１１の他方の主面１１ｂに形成された固定電極１４（１４ａ、１４ｂ）と、基体１１の内部を貫通するスルーホール１５（１５ａ、１５ｂ）とを備えている。つまり、このチップアンテナ６０の特徴は、ギャップｇをなくし、主として放射電極１３のインダクタンス成分によりアンテナを構成している点にある。

そのため、放射電極１３はスルーホール電極１６ａによって固定電極１４ａと電気的に接続されており、回路基板上への実装時には固定電極１４ａが給電ラインに半田接続されることにより、固定電極１４ａからスルーホール１６ａ経由で放射電極１３に高周波信号が直接供給される。また、放射電極１３はスルーホール電極１６ｂによって固定電極１４ｂと電気的に接続されており、回路基板上への実装時には固定電極１４ａがグランドラインに半田接続される。

図８は、チップアンテナ６０の電気的等価回路図である。

図８に示すように、チップアンテナ６０の電気的等価回路は、放射電極１３によるインダクタンスＬ１、Ｌ２および放射抵抗Ｒが、グランドを介して直列に接続されると共に、放射電極１３とグランド間の容量Ｃｇが挿入された形となる。そして、給電電極１２に印加された高周波信号ｆは、インダクタンスＬ１、Ｌ２及び放射抵抗Ｒによる共振により、電波となって放射される。

以上説明したように、本実施形態によれば、アンテナと基板のグランドとの間に発生する容量が大きい場合であっても、放射電極１３の形状を調整することにより、インピーダンスを容易に調整することができる。なお、放射電極１３のインダクタンス成分を十分に大きくしたい場合には、図９に示すように、放射電極１３をミアンダ状に形成すればよい。こうすることにより、放射電極１３のインダクタンス成分が大きくなり、アンテナインピーダンスの調整も容易となる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、第１の実施形態においては、放射電極１３がスルーホール電極１６ｂ及び固定電極１５ｂを介してグランドラインに接続される場合について説明したが、固定電極１５ｂを開放端としてもよい。

図１は、本発明の好ましい実施形態に係るチップアンテナの構成を示す略斜視図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線に沿ったチップアンテナの略断面図である。 図３は、チップアンテナ１０の電気的等価回路図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係るチップアンテナ２０の構成を示す略斜視図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るチップアンテナ３０、４０の構成をそれぞれ示す略斜視図である。 図６は、本発明の第４の実施形態に係るチップアンテナ５０の構成を示す略斜視図である。 図７は、本発明の第５の実施形態に係るチップアンテナ６０の構成を示す略断面図である。 図８は、チップアンテナ６０の電気的等価回路図である。 図９は、チップアンテナ６０の変形例を示す略斜視図である。 図１０は、従来のチップアンテナの構成を示す略斜視図である。

符号の説明

１ 基体
１ａ 基体の一方の端面（側面）
１ｂ 基体の他方の端面（側面）
２ 放射電極
３ グランド電極
４ 励振用電極（放射電極）
１０ チップアンテナ
１１ 基体
１１ａ 基体の一方の主面（上面）
１１ｂ 基体の他方の主面（底面）
１２ 給電電極
１３ 放射電極
１４、１４ａ〜１４ｉ 固定電極
１５、１５ａ〜１５ｉ スルーホール
１６、１６ａ〜１６ｉ スルーホール電極
２０ チップアンテナ
３０ チップアンテナ
４０ チップアンテナ
５０ チップアンテナ
ｇ ギャップ

Claims (7)

1. 一方の主面から他方の主面に貫通する第１及び第２のスルーホールが設けられた、誘電体からなる基体と、
   前記基体の前記一方の主面に形成された給電電極及び放射電極と、
   前記基体の前記他方の主面に形成された第１及び第２の固定電極と、
   前記第１のスルーホール内に形成され、前記給電電極と前記第１の固定電極とを接続する第１のスルーホール電極と、
   前記第２のスルーホール内に形成され、前記放射電極と前記第２の固定電極とを接続する第２のスルーホール電極とを備え、
   前記第１及び第２のスルーホールの形成位置を含めた前記基体の形状が左右対称であることを特徴とするチップアンテナ。
2. 前記放射電極は、前記給電電極とギャップを介して対峙するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のチップアンテナ。
3. 前記第１の固定電極は、回路基板上の給電ラインに接続され、前記第２の固定電極は、前記回路基板上のグランドラインに接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載のチップアンテナ。
4. 前記第１及び前記第２の固定電極は、前記回路基板上に半田接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のチップアンテナ。
5. 前記基体の前記一方の主面から前記他方の主面に貫通する第３のスルーホールと、
   前記基体の前記他方の主面に形成された第３の固定電極と、
   前記第３のスルーホール内に形成され、前記放射電極と前記第３の固定電極とを接続する第３のスルーホール電極とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のチップアンテナ。
6. 前記基体の前記一方の主面から前記他方の主面に貫通する第３及び第４のスルーホールをさらに備え、
   前記第１乃至第４のスルーホールの形成位置を含めた前記基体の形状が左右対称であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のチップアンテナ。
7. 前記放射電極が略ミアンダ状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のチップアンテナ。

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