JP4926141B2

JP4926141B2 - 誘電体アンテナ及びこれを用いた通信機器装置

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Publication number: JP4926141B2
Application number: JP2008217767A
Authority: JP
Inventors: 好正杉本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: JP2010056718A

Description

本発明は、誘電体アンテナ及びこれを用いた通信機器装置に関するものである。通信機器装置は、例えば、携帯電話、無線ＬＡＮのような無線通信機器に好適に用いることができる。

近年、通信機器装置には小型化が求められている。これに伴い、通信機器装置に用いる誘電体アンテナに対しても小型化が求められている。そこで、特許文献１に記載されているように誘電体基板の上面に配設された放射電極と、誘電体基板の下面に配設されたアース電極と、誘電体基板中に位置して放射電極の外周部分と対向する水平電極とを備え、水平電極と放射電極との間に容量が形成された誘電体アンテナが提案されている。

誘電体アンテナを小さくすると共振周波数が大きくなるが、引用文献１においては、水平電極と放射電極との間に容量が形成されたことにより、放射電極を大きくすることなく共振周波数を小さくできる。そのため、誘電体アンテナを小さくすることができる。
特開２００４−２０８２０３号公報

特許文献１に記載されているように、放射電極の外周部分と対向する水平電極を備えることにより、誘電体アンテナを小型化することができる。しかしながら、通信機器装置の実装板に誘電体アンテナを実装することにより、誘電体アンテナは通信機器装置に用いられるが、この実装板が金属性である場合、実装板と誘電体アンテナとの間に生じる隙間により、共振周波数にずれが生じるという問題点がある。

この共振周波数のずれは、誘電体アンテナ裏面のアース電極を大きくして、放射電極とアース電極との寸法差を大きくすることにより抑制できる。しかしながら、共振周波数のずれを抑制できる一方で、誘電体アンテナの大型化を招いてしまっていた。また、上記の共振周波数のずれは、放射電極を小さくして、放射電極とアース電極との寸法差を大きくすることにより抑制できる。しかしながら、共振周波数のずれを抑制できる一方で、放射電極が小さくなる分、共振周波数を合わせるために放射電極と対向する水平電極を大きくしなければならない。このように、水平電極による小型化効果が得られるものの、アンテナ特性の利得が低下してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型でありながらも上記の共振周波数のずれが抑制された高利得な誘電体アンテナを提供することを目的とする。

本発明の誘電体アンテナは、主面及び該主面に対して反対側に位置する裏面を有する第１の誘電体と、該第１の誘電体の裏面上に配設された第１の基準電極と、前記第１の誘電体の主面上に配設され、主面を有する第２の誘電体と、該第２の誘電体の主面上に配設された放射電極と、前記第２の誘電体の主面上であって、前記放射電極の外側に配設された第２の基準電極と、前記第１の誘電体の主面上であって、前記放射電極の一部と前記第２の誘電体を介して対向する第３の基準電極と、前記第１の基準電極と前記第２の基準電極とを電気的に接続する第１の導体と、前記第２の基準電極と前記第３の基準電極とを電気的に接続する第２の導体と、を備えている。

本発明の誘電体アンテナによれば、放射電極の周囲を囲むように配設された第２の基準電極と、第１の誘電体の主面上であって、放射電極の一部と第２の誘電体を介して対向する第３の基準電極とを備えている。そのため、放射電極と第２の基準電極との間及び放射電極と第３の基準電極との間にそれぞれ容量を形成することができる。このように放射電極と第２の基準電極との間に容量が形成されている分、第３の基準電極を小さくすることができるので、放射電極を小さくして、放射電極と第１の基準電極との寸法差を大きくしながらも、アンテナ特性の利得低下を抑制することができる。結果として、小型でありながらも共振周波数のずれが抑制された高利得な誘電体アンテナが得られる。

以下、本発明の誘電体アンテナについて図面を用いて詳細に説明する。

図１〜３に示すように、本発明の第１の実施形態にかかる誘電体アンテナ１は、主面及び主面に対して反対側に位置する裏面を有する第１の誘電体３と、第１の誘電体３の裏面上に配設された第１の基準電極７と、第１の誘電体３の主面上に配設され、主面を有する第２の誘電体５と、第２の誘電体５の主面上に配設された放射電極１３と、を備えている。さらに、第２の誘電体５の主面上であって、放射電極１３の外側に配設された第２の基準電極９と、第１の誘電体３の主面上であって、放射電極１３の一部と第２の誘電体５を介して対向する第３の基準電極１１と、第１の基準電極７と第２の基準電極９とを電気的に接続する第１の導体１５と、第２の基準電極９と第３の基準電極１１とを電気的に接続する第２の導体１７と、を備えている。

このように、本実施形態にかかる誘電体アンテナ１は、第２の誘電体５の主面上であって、放射電極１３の外側に配設された第２の基準電極９と、第１の誘電体３の主面上であって、放射電極１３の一部と第２の誘電体５を介して対向する第３の基準電極１１とを備えている。

そのため、放射電極１３と第２の基準電極９との間及び放射電極１３と第３の基準電極１１との間にそれぞれ容量を形成することができる。このように放射電極１３と第２の基準電極９との間に容量が形成されている分、第３の基準電極１１を小さくすることができるので、放射電極１３を小さくして放射電極１３と第１の基準電極７との寸法差を大きくしながらも、アンテナ特性の利得低下を抑制することができる。結果として、小型でありながらも共振周波数のずれが抑制された高利得な誘電体アンテナ１が得られる。

引用文献１に記載の誘電体アンテナでは、水平電極が誘電体側面に形成された垂直導体を介して接地導体と接続されているため、放射電極を小さくするためには水平電極を大きくしなければならなかった。しかしながら、本実施形態にかかる誘電体アンテナ１では、第３の基準電極１１が、放射電極１３の外側に形成された第２の基準電極９を介して第１の基準電極７と接続されていることから、第３の基準電極１１を大きくせずとも第１の基準電極７を小さくすることができる。

また、本実施形態の誘電体アンテナ１においては、放射電極１３と基準電極との間の容量は、放射電極１３と第３の基準電極１１との間の容量だけでなく、放射電極１３と第２の基準電極９との間の容量によっても形成される。そのため、第３の基準電極１１を小さくしながらも、放射電極１３と基準電極全体との間の容量を大きく維持することができるので、アンテナ特性の利得低下を抑制することができる。

より具体的には、図１〜３に示すように、本実施形態の誘電体アンテナ１は、上面を主面とするとともに下面を裏面とする直方体形状の第１の誘電体３と、第１の誘電体３の主面上に配設され、上面を主面とする直方体形状の第２の誘電体５と、を備えている。なお、本実施形態の誘電体アンテナ１においては、第１の誘電体３及び第２の誘電体５は直方体形状であるが、図４、５に示すように、第１の誘電体３及び第２の誘電体５は円柱形状であってもよい。第１の誘電体３及び第２の誘電体５の形状や寸法は、使用される周波数や用途に応じて設定される。

第１の誘電体３及び第２の誘電体５としては、例えば、セラミック材料のような無機材料及び樹脂材料を用いることができる。具体的には、セラミック材料としては、例えば、アルミナセラミックス、ムライトセラミックス及びガラスセラミックスを用いることができる。また、樹脂材料としては、例えば、四フッ化エチレン―エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン―エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン―エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）及び四フッ化エチレン―パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン―パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）のようなフッ素樹脂、ガラスエポキシ樹脂並びにポリイミドを用いることができる。

また、第２の誘電体５の厚みが、第１の誘電体３の厚みよりも小さいことが好ましい。放射電極１３と第１の基準電極７との距離が大きいほどアンテナ特性の利得が大きくなる。また、放射電極１３と第３の基準電極１１との距離が小さいほど放射電極１３を小型化することができる。そのため、第２の誘電体５の厚みが、第１の誘電体３の厚みよりも小さいことにより、誘電体アンテナ１を小さくしつつアンテナ特性の利得を大きくすることができるからである。

第１の誘電体３の裏面上には第１の基準電極７が配設されている。本実施形態においては、第１の誘電体３の裏面全体に第１の基準電極７が配設されているが、第１の誘電体３の裏面の一部であってもよい。

第１の基準電極７としては、金属材料を用いることができる。具体的には、金属材料としてＣｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ及びこれらの合金を用いることができる。別途形成された第１の基準電極７を第１の誘電体３の裏面上に配設してもよく、これらの金属材料を含有する金属ペーストを第１の誘電体３の裏面上に配設し、焼成することによって第１の基準電極７を形成してもよい。また、これらの金属材料を配設した後にＮｉ，Ａｕメッキを形成してもよい。

また、第２の誘電体５の主面上には放射電極１３及び放射電極１３の外側に位置する第２の基準電極９が配設されている。本実施形態においては、放射電極１３の対向する２辺に対してそれぞれ外側であって放射電極１３と離隔するように、２つの第２の基準電極９が第２の誘電体５の主面上に配設されている。第２の基準電極９は、第１の導体１５を介して第１の基準電極７と電気的に接続されている。

放射電極１３は、第２の誘電体５の主面上に配設される。本実施形態においては、放射電極１３は矩形状に形成されているが、特にこの形状に限定されるものではない。例えば、正方形や楕円形であってもよい。放射電極１３としては、第１の基準電極７と同様の金属材料を用いればよい。

第２の基準電極９は、放射電極１３から離隔するように第２の誘電体５の主面上に配設されている。このとき第２の基準電極９と放射電極１３との距離は小さいほど第２の基準電極９と放射電極１３との間での容量が大きくなるので好ましい。しかしながら、この距離が小さ過ぎると第２の基準電極９と放射電極１３との間で電気的な短絡が生じてしまうので、この短絡が生じない程度の間隔を保つことが必要である。以上のことから、第２の基準電極９は、放射電極１３の外周部分に沿って配設されることが特に好ましい。なお、第２の基準電極９としては、第１の基準電極７と同様の金属材料を用いればよい。

本実施形態において第１の導体１５は、第１の誘電体３及び第２の誘電体５の側面上に配設されている。言い換えれば、第１の導体１５が、第１の誘電体３及び第２の誘電体５の側面に露出している。このように、第１の導体１５が露出していることにより、誘電体アンテナ１の特性の評価が容易となるので好ましい。具体的には、第１の導体１５の寸法を測定することが可能であり、また、第１の導体１５に金属端子を接触させることが可能となるので、誘電体アンテナ１の電気特性を測定することが容易となる。また、第１の導体１５が露出している場合には、第１の導体１５にトリミングなどを施すことにより誘電体アンテナ１の特性を調整することが容易となる。第１の導体１５としては、第１の基準電極７と同様の金属材料を用いればよい。

そして、第１の誘電体３の主面上には、放射電極１３の一部と第２の誘電体５を介して対向する第３の基準電極１１が配設されている。本実施形態の誘電体アンテナ１においては、第３の基準電極１１は、第１の誘電体３と第２の誘電体５との間に埋設されている、と言い換えることもできる。第３の基準電極１１としては、第１の基準電極７と同様の金属材料を用いればよい。また、第２の導体１７についても、第１の基準電極７と同様の金属材料を用いればよい。

特に、第３の基準電極１１は、放射電極１３の外周部分の少なくとも一部と第２の誘電体５を介して対向することが好ましい。放射電極１３の外周部分に電界が集中するため、第３の基準電極１１が、この外周部分の少なくとも一部と第２の誘電体５層を介して対向するように配設されることにより、第３の基準電極１１と放射電極１３との間の容量を大きくすることができるからである。

このとき、第３の基準電極１１は、放射電極１３の外周部分の対向する領域において、それぞれ第２の誘電体５を介して対向することがより好ましい。誘電体アンテナ１を直線偏波アンテナとして用いる場合、放射電極１３を平面視した場合における外周部分の対向する領域に電界が集中するため、第３の基準電極１１が、この外周部分の対向する領域において、第２の誘電体５層を介してそれぞれ対向するように配設されることにより、第３の基準電極１１と放射電極１３との間の容量を更に大きくすることができるからである。

また、図６に示すように、第１の導体１５に対して垂直な方向から誘電体アンテナ１を側面視した場合に、第１の導体１５と第２の導体１７とがずれるように配設されることが好ましい。これにより、第１の導体１５と第２の導体１７の間で短絡が生じる可能性を小さくできるからである。

次に、本発明の第２の実施形態について説明をする。

図７に示すように、本実施形態の誘電体アンテナ１は、第１の実施形態における誘電体アンテナ１と比較して、放射電極１３の周囲を囲うように配設された第２の基準電極９を備えていることを特徴としている。このように、第２の基準電極９が放射電極１３の周囲を囲うように配設されていることにより、第２の基準電極９と放射電極１３の対向する部分を大きくすることができるので、第２の基準電極９と放射電極１３との間の容量を増加させることができる。

また、図８に示すように、互いに離隔する２つの第２の基準電極９を備え、この２つの第２の基準電極９が放射電極１３の周囲を囲うように配設されることによっても、同様に第２の基準電極９と放射電極１３の対向する部分を大きくすることができるので、第２の基準電極９と放射電極１３との間の容量を増加させることができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明をする。

図９に示すように、本実施形態の誘電体アンテナ１は、第１の実施形態における誘電体アンテナ１と比較して、第３の基準電極１１が、放射電極１３の外周部分全体と第２の誘電体５を介して対向することを特徴としている。

既に示したように、放射電極１３の外周部分に電界が集中するため、第３の基準電極１１が、この外周部分全体と第２の誘電体５層を介して対向するように配設されることにより、第３の基準電極１１と放射電極１３との間の容量をより大きくすることができるからである。

特に、誘電体アンテナ１を円偏波アンテナとして用いる場合、電界の集中する部分が回転することから、放射電極１３を平面視した場合における外周部分の全体に電界が集中するため、第３の基準電極１１が、この外周部分の全体と第２の誘電体５層を介して対向するように配設されることにより、第３の基準電極１１と放射電極１３との間の容量を更に大きくすることができるからである。

また、このとき、第３の基準電極１１は、放射電極１３の外周部分全体と第２の誘電体５を介して対向する矩形状であってもよく、また、図１０に示すように、放射電極１３の外周部分全体と第２の誘電体５を介して対向する環状であってもよい。

次に、本発明の第４の実施形態について説明をする。

図１１に示すように、本実施形態の誘電体アンテナ１は、第１の実施形態における誘電体アンテナ１と比較して、第１の導体１５が、第１の誘電体３及び第２の誘電体５に埋設されていることを特徴としている。

外気に触れる環境下で誘電体アンテナ１を使用する場合には、本実施形態の誘電体が特に有効となる。本実施形態のように、第１の導体１５が、第１の誘電体３及び第２の誘電体５に埋設されている場合には、第１の導体１５が誘電体で保護されるので、外気により第１の導体１５が劣化することを抑制できるからである。

次に、本発明の一実施形態にかかる通信機器装置について説明する。

図に示すように、本実施形態の通信機器装置１９は、上記の実施形態に代表される誘電体アンテナ１を送受信手段として備えている。具体的には、本実施形態にかかる通信装置１９は、上記いずれかに記載の誘電体アンテナ１と、誘電体１アンテナに実装されたＩＣチップ２１と、誘電体アンテナ１が実装された実装板２３と、実装板２３が内部に配設された筐体２５とを備えている。このように、本実施形態にかかる通信機器装置１９は、小型でありながらも上記の共振周波数のずれが抑制された誘電体アンテナ１を備えていることから、小型でありながらも精度の高くすることができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。

本発明の第１の実施形態における誘電体アンテナを示す斜視図である。図１に示す誘電体アンテナの分解斜視図である。図１に示す誘電体アンテナの断面図である。本発明の第１の実施形態における誘電体アンテナの変形例を示す斜視図である。図４に示す誘電体アンテナの分解斜視図である。本発明の第１の実施形態における誘電体アンテナの別の変形例を示す側面図である。本発明の第２の実施形態における誘電体アンテナを示す分解斜視図である。本発明の第２の実施形態における誘電体アンテナの変形例を示す分解斜視図である。本発明の第３の実施形態における誘電体アンテナを示す分解斜視図である。本発明の第３の実施形態における誘電体アンテナの変形例を示す分解斜視図である。本発明の第４の実施形態における誘電体アンテナを示す断面図である。本発明の一実施形態にかかる通信機器装置を示す断面図である。

符号の説明

１・・・誘電体アンテナ
３・・・第１の誘電体
５・・・第２の誘電体
７・・・第１の基準電極
９・・・第２の基準電極
１１・・・第３の基準電極
１３・・・放射電極
１５・・・第１の導体
１７・・・第２の導体
１９・・・通信機器装置
２１・・・ＩＣチップ
２３・・・実装板
２５・・・筐体

Claims

主面及び該主面に対して反対側に位置する裏面を有する第１の誘電体と、
該第１の誘電体の裏面上に配設された第１の基準電極と、
前記第１の誘電体の主面上に配設され、主面を有する第２の誘電体と、
該第２の誘電体の主面上に配設された放射電極と、
前記第２の誘電体の主面上であって、前記放射電極の外側に配設された第２の基準電極と、
前記第１の誘電体の主面上であって、前記放射電極の一部と前記第２の誘電体を介して対向する第３の基準電極と、
前記第１の基準電極と前記第２の基準電極とを電気的に接続する第１の導体と、
前記第２の基準電極と前記第３の基準電極とを電気的に接続する第２の導体と、を備えた誘電体アンテナ。
前記第３の基準電極は、前記放射電極の外周部分の少なくとも一部と前記第２の誘電体を介して対向することを特徴とする請求項１に記載の誘電体アンテナ。
前記第３の基準電極は、前記放射電極の外周部分の対向する領域において、それぞれ前記第２の誘電体を介して対向することを特徴とする請求項２に記載の誘電体アンテナ。
前記第３の基準電極は、前記放射電極の外周部分全体と前記第２の誘電体を介して対向することを特徴とする請求項２に記載の誘電体アンテナ。
前記第１の導体が、前記第１の誘電体及び前記第２の誘電体の側面に露出していることを特徴とする請求項１に記載の誘電体アンテナ。
前記第１の導体が、前記第１の誘電体及び前記第２の誘電体に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体アンテナ。
前記第２の誘電体の厚みは、前記第１の誘電体の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の誘電体アンテナ。
請求項１に記載の誘電体アンテナを送受信手段として備えた通信機器装置。