JP2002232223A - チップアンテナおよびアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導体の表面電流が少なく、放射効率の高いチ
ップアンテナとアンテナ装置を提供する。 【解決手段】 平行部分２４と、平行部分の２つの導線
を一端で直角に短絡する短絡部分２５とから成るコの字
状の平行二線２２が、誘電体２１の表面に一体的に印刷
される。平行部分の上の導線は、誘電体２１の正面と上
面との境界で直角に上面に延ばされ、その先に容量板２
３が形成される。容量板はチップアンテナの共振周波数
を下げるのに有効である。平行部分の下の導線から給電
され、短絡部分がアンテナとして機能する。このチップ
アンテナ２０は誘電体２１の内部に印刷してもよいし、
誘電体２１の表面または内部に印刷以外の方法で配置し
てもよい。その場合には、平行二線２２は、短絡部分２
５との直交関係を維持される。チップアンテナ２０は回
路基板に実装されコプレーナ方式で給電される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチップアンテナおよ
びアンテナ装置、特にモノポールアンテナ（monopole a
ntenna）の小型化に関する。モノポールアンテナとは、
周知のように、ダイポールアンテナの中央の電流振幅が
最大になる所を接地して残り半分を大地またはグランド
による電気影像で形成するアンテナをいう。なお、ダイ
ポールアンテナは、両端の極性が反対でアンテナに垂直
な方向に極大のある放射パターンを有する。

【０００２】

【従来の技術】近年、多くの電子装置が小型化・軽量化
されてきている中にあって、アンテナは現在でも顕著な
小型化が実現されていない。アンテナは大きく広い面積
を有していると利得は高いが、小型化すると動作利得が
低下するからである。小型化によって、アンテナのイン
ピーダンス特性は悪化し、特に入力抵抗値は低くなる。
その結果、通信装置からの電力がアンテナの入り口で反
射される不整合を生じ、電磁波として放射される電力が
損なわれることになる。しかし、最近のパソコンや携帯
電話の急速な普及によって、パソコン間通信やブルート
ゥース（Bluetooth）によるパーソナルエリア間通信需
要に応じるために、より小型で高性能のアンテナが望ま
れている。

【０００３】アンテナの長さをある程度に維持しつつ小
型化を図る技術として、従来からミアンダ（mianda）ラ
インまたはヘリカル（herical）ライン構成を採用した
アンテナが知られている。Miandaとはうねり路、herica
lとは螺旋の意である。すなわち、アンテナ本体をうね
り状または螺旋状に形成するのである。

【０００４】例えば、特開平９−５５６１８号公報には
「チップアンテナ」(従来技術１)として、ミアンダライ
ン構成のアンテナが記載されている。このチップアンテ
ナ１００は、図１３に斜視図で示すように、誘電材料を
複数に積層した直方体の基体１０１の一方の主面１０７
上に、一端が給電部１０２で、他端が自由端１０３の導
体１０４を１０か所のコーナを有するミアンダ形状にし
て、印刷，蒸着，貼り合わせ，あるいはメッキすること
により形成される。ミアンダ状の導体１０４は、基体１
０１の一方の短い側面から、相対する他方の短い側面に
かけて設けられている。基体１０１の一方の端面１０８
には、導体１０４に対する給電部１０２が接続される給
電用端子１０５が形成され、他方の端面１０９には、チ
ップアンテナ１００を外部回路が設けられた実装基板
（図示せず）等に固定する固定用端子１０６が形成され
ている。

【０００５】ところで、アンテナによって電磁波を放射
するには強い電流が必要であり、通常はこの電流を給電
点付近に発生させる。また、給電側と整合をとるには放
射抵抗を５０オームとするための長さを要する。アンテ
ナ本体の余の部分は、実は、強い電流を所定の周波数で
共振によって発生させるために必要とするだけである。

【０００６】このような観点に立って、上記アンテナの
余の部分をリアクタンス素子で置換することによりアン
テナを短くしようとする技術も知られている。例えば、
特開２０００−１８８５０６号公報には「アンテナ装
置」(従来技術２)として、この種のアンテナが記載され
ている。このアンテナ装置は、図１４に正面図で示すよ
うに、給電点１１３に接続された給電および放射用の直
線状導体パターン１１２の先端に、リアクタンス素子１
１４が電気的に接続されている。リアクタンス素子１１
４は、ミアンダ状導体等のように進行方向の長さがその
直角方向の長さよりも長い導体であって、プリント基板
１１０上のうちで、両面ともＧＮＤパターン１１１が存
在しない部分に設置されている。また、直線状導体パタ
ーン１１２の長手方向とリアクタンス素子１１４の長手
方向とは垂直に配置され、逆Ｌ型を構成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術１では、電磁波を導体線路に沿って通し、導
体線路長を波長の四分の一にすることでアンテナの共振
を得るため、導体線路を多数回往復させるので、線路長
が長くなりアンテナの小型化の障害になるという第１の
問題点がある。

【０００８】また、狭い面積にできるだけ長い導体線路
を入れようとして導体線路を幾重にも折り曲げるため、
導体線路の間隔が小さくなり、導体線路間の電磁界結合
が強まるので、導体表面電流と導体の高周波損失と誘電
体損失の増大をもたらし、結果として、アンテナの放射
効率と利得を低下させるという第２の問題点がある。

【０００９】更に、モノポールアンテナは開空中にある
ため周囲の金属部品などと電磁界結合を起こし易く、特
性が実装環境によって変化し易いので、実装時のずれを
見込んで広帯域幅に設計しておく必要がある。しかし、
従来技術１では、導体線路間隔の短縮によってアンテナ
の小型化を図るため、導体間の電磁界エネルギーの増加
が狭帯域をもたらし、アンテナ実装時に周辺部品の影響
を受けて特性が変化し易くなるという第３の問題点もあ
る。

【００１０】また、上述した従来技術２では、リアクタ
ンス素子を採用しているが、このリアクタンス素子は個
別部品によるものであるため、アンテナトータルの製作
費を増大させるという第１の問題点がある。

【００１１】また、このような異種の２部品構成の下で
は、アンテナ動作の正確な解析が困難となり、現実のア
ンテナが設計どおりの特性を示さない場合があるという
第２の問題点もある。

【００１２】従って、本発明の第１の目的は、小型であ
りながら広帯域幅を有し、ひいては周辺部品の影響を受
け難く、実装性の良いチップアンテナおよびアンテナ装
置を提供することにある。

【００１３】本発明の第２の目的は、小型でありながら
低損失で放射効率と利得の高いチップアンテナおよびア
ンテナ装置を提供することにある。

【００１４】本発明の第３の目的は、構造がシンプルで
製作工数が少なく、したがって低コストかつ正確な解析
が容易なチップアンテナおよびアンテナ装置を提供する
ことにある。

【００１５】本発明の第４の目的は、上記の高性能を維
持しつつ、多周波動作を行えるチップアンテナおよびア
ンテナ装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１の本発明のチップア
ンテナは、一対の平行部分（図１の１４，図２の２４）
と、該平行部分の一端で平行部分を直角に短絡する短絡
部分（図１の１５，図２の２５）とが一体的に形成され
た平行二線（図１の１２）ないしコの字状線路の導体
（図２の平行二線２２）であって、平行部分の一つから
給電されることを特徴とする。

【００１７】第２の本発明のチップアンテナは、一対の
平行部分（図１の１４，図２の２４）と、該平行部分の
一端で平行部分を直角に短絡する短絡部分（図１の１
５，図２の２５）とから成る平行二線（図１の１２）な
いしコの字状線路の導体（図２の平行二線２２）と、平
行部分の一つに短絡部分と平行に接続された給電線（図
１のアンテナ給電線１３）とが一体的に形成され、平行
部分の一つから給電されることを特徴とする。

【００１８】このように、一端短絡の一対の平行二線な
いしコの状字導体を採用したため、導体の電磁界結合お
よび表面電流，分布キャパシタンスが少なく、したがっ
て低損失，高効率，高利得，広帯域のチップアンテナお
よびアンテナ装置が得られることになる。また、導体の
電磁界結合が弱まり、実装環境の影響も比較的小さくな
る。更に、平行二線ないしコの状字導体を一体的に形成
するため、構造がシンプルで製作工数が少なく低コスト
で、かつ正確な解析が容易になる。

【００１９】本発明のチップアンテナは、平行部分の少
なくとも一箇所には、平行二線ないしコの字状線路の導
線および給電線と一体的に形成されたキャパシタンス素
子を設けてもよい。キャパシタンス素子はチップアンテ
ナの共振周波数を下げ、結果としてチップアンテナの小
型化に寄与する。キャパシタンス素子は、平行二線ない
しコの字状線路の導線と共に、回路基板(図１０の７３)
ないし誘電体の表面、または誘電体内部の一つの面に形
成されてもよい。また、単独で（図２の２３）、あるい
は上記のキャパシタンス素子と重畳的に誘電体の上面に
設けられてもよい（図７の４３，図９の６３）。

【００２０】また、キャパシタンス素子は、平行二線な
いしコの字状線路の導線と共に、誘電体の表面、または
誘電体内部に形成され、平行部分の同じ位置で両方から
相手平行部分に向けて延ばされた導線で構成されてもよ
いし（図６のC1，C2）、平行部分の片方から相手平行部
分に向けて延ばされた導線で構成されてもよい（図７の
折返し４２）。更に、誘電体の肉厚方向へ向かい、かつ
平行二線ないしコの字状線路と垂直な平面内に形成され
てもよい（図８）。図６に示すような複数のキャパシタ
ンス素子を形成すれば、複数の共振周波数を得ることが
できる。また、図８に示すように誘電体の肉厚方向へ向
って複数のキャパシタンス素子を形成すれば、平行部分
を短縮することができる。

【００２１】また、給電線が、平行二線ないしはコの字
状線路の導体と同一の面上に形成されていてもよい（図
１のアンテナ給電線１３）し、またはキャパシタンス素
子と回路基板の同一の面上に形成されてもよい。また、
キャパシタンス素子と共に回路基板の同一の面上に形成
されてもよい(図１０)。さらに、平行二線ないしコの字
状線路の導体とキャパシタンス素子とが誘電体表面上あ
るいは内部にあり、給電線が回路基板上にあってもよい
（図４）。

【００２２】また、キャパシタンス素子およびインダク
タンス素子として、平行二線ないしコの字状導体の一方
の平行部分から他方の平行部分に向けて、少なくとも一
つの一端開放のミアンダラインを形成してもよい（図
９）。ミアンダラインの部分的な採用は大きいインダク
タンスを得るのに有効である。

【００２３】平行二線ないしコの字状導体，給電線およ
びキャパシタンス素子は回路基板または誘電体に印刷さ
れることによって形成されてもよい。また、誘電体を積
層構造とし、誘電体層の上に導線を印刷することによ
り、導線を誘電体の内部に組み込んでもよい。誘電体の
形状は直方体，立方体，円筒，円柱(図１２)または多角
柱であってもよい。これによって、チップアンテナの様
々な使用形態に応じることができる。

【００２４】第１の本発明のアンテナ装置は、チップア
ンテナ（図４の２０）と、グランド電極（図４の２８）
を一部除去した非グランド領域を有する回路基板（図４
の２６）とから成り、給電線（図４の２７）が非グラン
ド領域に配置されるようにチップアンテナを回路基板の
表面に実装し、グランド領域をチップアンテナの接地板
として使用するようにしたことを特徴とする。このよう
な構造によって、給電に必要なグランドを確保しつつ、
グランドによる弊害を軽減した。

【００２５】第２の本発明のアンテナ装置は、給電線
（図１１の８３）を有するチップアンテナ（図１１の８
０）と、チップアンテナが表面に実装され、裏面におい
てグランド領域（図１１の８８）を一部除去した非グラ
ンド領域を有する回路基板（図１１の８６）とから成
り、グランド領域と、給電線の裏面に当る領域とをチッ
プアンテナの接地板として使用し、チップアンテナを非
グランド領域の表面に配置するようにしたことを特徴と
する。この結果、通常使用されるグランド裏打ちの回路
基板を使用しながら、給電に必要なグランドを確保しつ
つ、グランドによる弊害を軽減した。

【００２６】

【発明の実施の形態】第１の本発明のチップアンテナ
は、一対の平行部分と該平行部分の一端で平行部分を直
角に短絡する短絡部分とが一体的に形成された平行二線
ないしコの字状線路の導体であって、平行部分の一つか
ら給電されるようにしたものである。

【００２７】第２の本発明のチップアンテナは、一対の
平行部分と該平行部分の一端で平行部分を直角に短絡す
る短絡部分とから成る平行二線ないしコの字状線路の導
体と、平行部分の一つに短絡部分と平行に接続された給
電線とが一体的に形成され、平行部分の一つから給電さ
れるようにしたものである。

【００２８】また、第１の本発明のアンテナ装置は、上
記チップアンテナと、グランド領域を一部除去した非グ
ランド領域を有する回路基板とから成り、給電線が非グ
ランド領域に配置されるようにチップアンテナを回路基
板の表面に実装し、グランド領域をチップアンテナの接
地板として使用するようにしたものである。

【００２９】第２の本発明のアンテナ装置は、上記チッ
プアンテナと、該チップアンテナが表面に実装され、裏
面においてグランド領域を一部除去した非グランド領域
を有する回路基板とから成り、グランド領域と、給電線
の裏面に当る領域とをチップアンテナの接地板として使
用するようにしたものである。

【００３０】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら具体的に説明する。なお、以下の説明では、チッ
プアンテナおよびアンテナ装置は便宜上全て縦に立たさ
れているものとするが、横置きの状態で使用されること
も多い。

【００３１】（第１実施例）図１（Ａ）は本発明のチッ
プアンテナの第１実施例を示す外観図である。このチッ
プアンテナ１０は、例えばセラミック製の直方形の誘電
体１１と、誘電体１１の正面表面に印刷された導体で形
成された平行二線１２と、平行二線１２と接続されたア
ンテナ給電線１３とで構成されている。平行二線１２は
上下二つの導線から成る平行部分１４と、上下二つの導
線を右端で短絡する短絡部分１５とで構成されている。
平行二線１２の内の短絡部分１５もアンテナとして機能
するため、短絡部分１５はアンテナ給電線１３と同方向
に向くように印刷される。平行部分１４の下の導線が開
放端でアンテナ給電線１３と直角に接続される。

【００３２】平行二線１２全体とアンテナ給電線１３と
は一体的に形成される。また、平行二線１２およびアン
テナ給電線１３は、誘電体１１の内部に印刷してもよい
し、誘電体１１の表面または内部に印刷以外の方法で配
置してもよい。その場合でも、平行二線１２はアンテナ
給電線１３との直交関係を維持するように留意される。
平行二線は必ずしも直線である必要はなく、二線間の間
隔が一定に保たれるならば、うねっていてもよい。うね
らすことにより、限られたスペース内で平行二線の長さ
を長くできるため、装荷インダクタンスを大きくでき、
したがってアンテナを小型化することができる。

【００３３】このアンテナ１０をモノポールアンテナと
して使用する場合には、誘電体１１を金属の地板の上に
配置し、誘電体１１と地板（図示省略）との間に給電部
１６（図１（Ｂ）に示す)を配備する。給電部１６の近
傍では、アンテナ給電線１３が地板に垂直となるように
する。給電部１６から供給される電流振幅が給電部１６
の近傍で最大となるように共振させることによって、給
電部１６の近傍に強い電流が流れ、共振周波数の電磁波
となっ大気中に放射されるのである。

【００３４】ここで、一端短絡の平行二線１２の開放端
から見たインピーダンスZ(L)は、平行二線１２の短絡部
分１５までの長さをL、電磁波の波長をλ、線路の特性
インピーダンスをZ0とするとき、線路幅を無視すれば、
Z(L)=jZ0・tan(2πL/λ)と表わせる。従って、一端短絡
の平行二線１２は、長さLが1/4波長以下の場合には０〜
無限大のインダクタンス素子として機能することにな
る。平行二線１２の長さLが1/4波長以下である場合のア
ンテナ線路１３および給電部１６を含めた等化回路を図
１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）においては平行二線１２の
往復のインダクタンスを１つにまとめて示している。

【００３５】ところで、モノポールアンテナでは、アン
テナ給電線１３から電磁波を放射する場合に給電部１６
からアンテナ給電線１３に供給される電流iは、給電部
１６からの距離、すなわちチップアンテナ１０の高さh
によって図１（Ｃ）に示すように、給電部１６の近傍で
最大になるように設定することが知られている。この電
流分布の設定は、放射される電磁波の周波数で共振する
ようにアンテナ給電線１３の長さおよびインピーダンス
Z(L)を調節することによって行なう。すなわち、給電部
１６から見た入力インピーダンスZ(L)のリアクタンス部
が０に近くなるように調整するのである。インピーダン
スZ(L)の値を与える上式は、概略値を示すだけであり、
細かくは線路幅，線路間隔および特性インピーダンスZ0
を調節して定める。平行二線１２のうちの平行部分１４
は細く、短絡部分１５は太いほど放射可能な電磁波の帯
域幅を広くできる。

【００３６】図１（Ｃ）から明らかなように、給電部１
６から離れるにつれて電流iの値は低下し、放射には関
係しなくなる。そこで、このアンテナ給電線１３が無く
てもよくなる部分から先はアンテナ給電線１３の代わり
に平行二線１２を装荷するのである。このような平行二
線１２によるアンテナ給電線１３の部分的な置換をして
も、アンテナ給電線１３の長さおよびインピーダンスZ
(L)の適切な調節によって、給電部１６から見た場合に
アンテナ給電線１３が十全な長さで存在するように見せ
かけることができる。この結果、アンテナ給電線１３を
短くすることができる。

【００３７】また、ミアンダアンテナやヘリカルアンテ
ナに比べて線間の電磁界結合量が少ないため、導体の表
面電流の生成が少なくなり、導体損失も小さく、放射効
率が向上する。インダクタンスの生成能力が緩やかであ
り、導体の表面電流の生成が少なくなり、導体損失が大
きくならず放射効率が向上する。更に、平行二線１２と
アンテナ給電線１３とが同種の線路であるため、チップ
アンテナ１０の解析と製作が容易である。

【００３８】次に、チップアンテナ１０のサイズの決め
方について説明する。チップアンテナ１０と給電部１６
との整合をとり、チップアンテナ１０からの反射電力を
最小にするには、前述のように給電部１６から見た入力
インピーダンスのリアクタンス部を０に近づけるだけで
なく、入力インピーダンスの抵抗分を給電部用同軸ケー
ブルの特性インピーダンス５０オームに一致させる必要
がある。この観点からは、アンテナ給電線１３の近傍ま
で同軸ケーブルなど伝送線路状のもので構成するのが望
ましい。

【００３９】入力抵抗値は、チップアンテナ１０の電力
損失、すなわち熱損失と放射損失の合計を抵抗値に置換
したものになる。熱損失は導体損失と誘電体損失から成
り、放射損失は電波の放射による電力損失である。熱損
失に係る抵抗の値はアンテナ給電線１３の長さに比例す
る。一方、放射損失に係る抵抗（放射抵抗）の値は、線
状アンテナの理論によると、（アンテナ給電線の長さ／
波長）の２乗に比例することが知られており、アンテナ
の放射能力の指標となる。

【００４０】この場合、アンテナ給電線１３上の電波の
波長は、誘電体１１の厚さ，比誘電率，アンテナ導体を
誘電体１１の表面に印刷するか、内部に印刷するかで変
わってくるので、上述の入力抵抗値の定め方にこれらを
も加味してアンテナ給電線１３の長さを決める。すなわ
ち、入力インピーダンスの抵抗分が５０オームとなるよ
うにアンテナ給電線１３の長さを定めるのである。

【００４１】なお、平行二線１２の平行部分１４からの
電波放射はなく、また、短絡部分１５の長さがアンテナ
給電線１３の長さに対して無視できるほど短い場合に
は、給電部１６から見た入力抵抗値を定めるに当って平
行二線１２を考慮する必要はなくなる。

【００４２】また、チップアンテナ１０の入力インピー
ダンスの虚数部については、1/4波長モノポールアンテ
ナでは、０に近いときに共振が得られ、平行二線１２の
長さ，平行部分１４の上下の線路間隔，線幅を調整して
適切な周波数で共振するようにする。ただし、実際に
は、入力インピーダンスの虚数部は、０よりも少し正の
方へずれたときに強い共振を起こす。それは、少し正の
方へずれた場合にアンテナ給電線１３の電流振幅が最大
になり、放射抵抗値が５０オームに近づいて前述の整合
条件により接近するからである。

【００４３】平行二線１２の特性インピーダンスＺ０は
次式で与えられる。 Ｚ０=1/(πη)・Ln(4D/w) ここに、1/η=sqrt(μ/ε)=377sqrt(μs/εs)、μは平
行二線１２の周辺に在る物質の透磁界率、εはその誘電
率、μsはその比透磁界率、εsはその比誘電率、Dは線
の中心間の間隔、wは線幅であり、D>>wとする。なお、
比誘電率εsは平行二線１２周辺物質の比誘電率から定
まる実効比誘電率であり、誘電体１２に印刷された平行
二線１２では、誘電体１２の比誘電率と空気の比誘電率
との平均値となる。したがって、この場合の実効比誘電
率は誘電体１２の比誘電率より小さいので、平行二線１
２が誘電体１２の内部に実装された場合よりは波長短縮
効果が小さくなる。

【００４４】上式によると、誘電率εが高いほど、線の
中心間の間隔Dが近いほど、あるいは線幅wが広いほど特
性インピーダンスＺ０は低インピーダンスになる。逆
に、誘電率εが低いほど、線の中心間の間隔Dが遠いほ
ど、あるいは線幅wが狭いほど特性インピーダンスＺ０
は高インピーダンスになる。特性インピーダンスＺ０が
高いということは、平行二線１２の線間の電磁界結合が
小さいことを意味し、その結果として、平行二線１２の
表面電流を減少させ、導体損失を低減し、放射効率を上
げ、帯域幅を広げる。

【００４５】以上の事項を勘案して、平行二線１２の長
さ，線幅および線間間隔を調整することによって、チッ
プアンテナ１０の装荷インダクタンスを調整し、必要な
周波数での共振を起こさせるようにする。

【００４６】このように、本発明が採用する平行二線装
荷方式は、ミアンダのように線路長をできるだけ長くと
って線路長によりアンテナを共振させる考え方ではな
く、リアクタンス装荷によって短いアンテナ給電線によ
ってアンテナを共振させようとする考え方に基づくもの
である。更に、平行二線の特性インピーダンスを比較的
高くすることにより、二線間の電磁界結合を弱め、アン
テナの高周波特性を改善するものである。

【００４７】（第２実施例）第１実施例における平行二
線１２は高周波電磁界中で電磁界結合し、その短絡部分
１５には大きい短絡電流が流れる。第１実施例の短絡部
分１５は比較的短いため、この部分のアンテナ動作は無
視したが、第２実施例は、短絡部分を長くしてチップア
ンテナをコの字として、短絡電流をアンテナ動作に積極
的に利用しようとするものである。更に、短絡部分を長
くすることにより、平行二線の線間距離が長くなり、そ
の結果、平行二線の特性インピーダンスは大きくなり、
二線間の電磁界結合は弱まり、アンテナの高周波特性が
改善される。

【００４８】図２は本発明のチップアンテナの第２実施
例を示す外観図である。このチップアンテナ２０は、直
方形の誘電体２１と、誘電体２１の正面表面に印刷され
たコの字状の導体で形成された平行二線２２と、誘電体
２１の上面に印刷されたＬ字状の導線で形成された容量
板２３とで構成される。平行二線２２は上下二つの導線
から成る平行部分２４と、上下二つの導線を右端で短絡
する短絡部分２５とで構成されている。短絡部分２５は
第１実施例における短絡部分１５より充分長くされる。

【００４９】平行二線２２の上側の導線は、誘電体２１
の正面と上面の継ぎ目において、その向きを９０度変え
て接続導線として上面で誘電体２１の肉厚方向へ延び、
上面の容量板２３に接続されている。容量板２３は、平
行二線２２の導線や接続導線の幅より広い同種の導線で
あって、接続導線と直角に上面に印刷されている。な
お、平行二線２２と容量板２３は、誘電体２１の内部に
印刷してもよいし、誘電体２１の表面または内部に印刷
以外の方法で配置してもよい。

【００５０】図３は図２に示したチップアンテナ２０の
展開図であり、図３（Ａ）は正面図、図３（Ｂ）は平面
図、図３（Ｃ）は底面図、図３（Ｄ）は左右の側面図、
図３（Ｅ）は背面図を示す。また、図４（Ａ）は、図２
および図３に示したチップアンテナ２０を回路基板２６
に取り付けて、アンテナ装置を構成した場合の外観図で
あり、図５はこのアンテナ装置の側面図である。

【００５１】回路基板２６は、例えばガラスエポキシ樹
脂で形成され、その表面には、チップアンテナ２０と接
続される給電線２７と、広いランドを占めるグランド電
極２８が印刷されている。グランド電極２８は、グラン
ド金属が給電線２７の周辺で取り除かれた形になってい
る。給電線２７とグランド電極２８との間には、チップ
アンテナ２０に同軸ケーブルで給電する給電部２９が挿
入される。給電点から先はコプレーナ（coplanar）状線
路である。

【００５２】図３（Ａ）の正面図に表された平行二線２
２の下側の導線は、誘電体２１の正面と底面の継ぎ目に
おいて、その向きを９０度変えて給電導線として底面で
誘電体２１の肉厚方向へ延びる。誘電体２１は、図３
（Ｅ）の背面図で示す３隅の取付電極によって回路基板
２６と半田付けされて取り付けられる。また、１隅の励
振電極は、上述の底面上の給電導線と接続されており、
給電線２７と半田付けされる。したがって、給電部２９
からは、給電線２７，励振電極および給電導線を経由し
てチップアンテナ２０に給電することになる。

【００５３】給電線２７は、誘電率が誘電体２１より低
い回路基板２６上に印刷されていることから、そのアン
テナ機能は短絡部分２５に比べて希薄であり、給電が主
たる機能となる。したがって、給電線２７を回路基板２
６に印刷して構成せず、給電部２９からの同軸ケーブル
で代用するようにしてもよい。

【００５４】平行二線２２のサイズの定め方は、第１実
施例における方法に準ずる。すなわち、チップアンテナ
２０の入力インピーダンスの実数部に係る短絡部分２５
はアンテナ給電線１３、虚数部に係る平行二線２２は平
行二線１２にそれぞれ対応し、第１実施例におけるそれ
らに関する記述が同様に適用される。

【００５５】この実施例の具体的な数値を挙げると、誘
電体２１は比誘電率が「２１」のセラミックであり、高
さ6ミリメートル、幅4ミリメートル、厚さ1.5ミリメー
トルである。導線の幅は、給電線２７が1ミリメート
ル、平行部分２４が0.4、短絡部分２５が0.5ミリメート
ルである。誘電体２１とグランド電極２８との間隔は4
ミリメートル、グランド電極２８の広さは10ミリメート
ル×30ミリメートル、厚みは0.02ミリメートルである。
この構成のチップアンテナ２０をシミュレーション計算
した結果、共振周波数は2.4GHZ、放射効率は95％、帯域
幅は450MHZであった。

【００５６】このチップアンテナ２０は、同寸法のチッ
プアンテナを導線幅，導線間隔が共に0.5ミリメートル
のミアンダラインで構成した場合に比べて、導体表面電
流が小さく、シミュレーション計算によると導体の熱損
(ジュール損)は1/2であった。一方、ミアンダライン構
成のチップアンテナの放射効率は93％、帯域幅は300MHZ
であった。

【００５７】これは、以下の理由によると考えられる。
ミアンダライン構成では、導線の長さが必要なため、導
線を誘電体上で密に這わせる必要があるのに対して、本
発明の平行二線装荷方式では、平行部分の線間間隔を大
きくとってインダクタンスを得る。このため、平行二線
装荷方式の方が線路間の電磁界結合、したがって分布キ
ャパシタンスも小さくなり、導体表面電流、導体近傍の
誘電体内の電界も小さくなる。更に、アンテナに増幅機
能はないので、低損失で効率が良ければ平均利得は高利
得になるのである。このように、平行二線装荷方式は、
金属との電磁界結合が他の方式に比べて小さいため、他
方式よりもモノポールアンテナ本来の性能である、高利
得，高効率および高帯域幅が得られ易いと考えられる。

【００５８】また、チップアンテナ２０の実装環境によ
る影響を調べるために、グランド電極２８の厚みを2ミ
リメートルにした場合、グランド電極２８の厚みを0.02
ミリメートルとしグランド電極２８の縦方向の長さを短
くした場合、チップアンテナ２０の横にグランド電極２
８を張り出した場合のそれぞれについて解析した結果、
いずれの場合にも、この平行二線装荷方式はミアンダラ
イン構成に比べてアンテナ効率に与える影響が小さいこ
とが分かった。ミアンダライン構成のように導線が密に
配置されると、導線による電磁界も密に相互結合するた
め、グランドの影響が大きく出易いのに対して、平行二
線装荷方式は前述のように平行部分の線間間隔が大きく
とられるため、グランドなどの実装環境の影響が比較的
小さいと考えられることによるものと思われる。

【００５９】図２，図３および図４に表されているよう
に、第２実施例では平行部分２４の先に容量板２３が接
続されている。この容量板２３は、図４（Ｂ）に示すよ
うに平行部分２４の先端でグランド電極２８との間に大
きいキャパシタンスＣを持つことになる。図４（Ｂ）の
２つのインダクタンスは、短絡部分２５で結合された平
行部分２４の上下導線によるものである。したがって、
チップアンテナ２０の等価回路は図４（Ｃ）のようにＬ
Ｃ直列回路となり、その共振周波数は1/(2π・ルートL
C)である。故に、大きいキャパシタンスＣはチップアン
テナ２０の共振周波数を下げ、結果として容量板２３を
装備することによってチップアンテナ２０を小型化でき
る。

【００６０】（第３実施例）次に、複数の共振周波数を
得て、複数の周波数の電磁波を放射できるようにした第
３実施例について説明する。複数の共振周波数を得るた
めの多周波動作は、並列共振回路または直列共振回路に
よって行なうことができる。周知のように、並列共振回
路による方法では、角周波数の変化に対してゼロ点と極
が交互に出るが、直列共振回路による方法ではゼロ点を
隣接させることができるため広帯域にできるという特徴
がある。

【００６１】図６（Ａ）は並列共振回路による第３実施
例のチップアンテナ３０の外観図を示し、図６（Ｂ）は
その等価回路を示す。図６（Ａ）においては、平行二線
３２の平行部分３４の線間間隔を区間ａおよびｄで狭
め、その各部分でキャパシタンスC1，C2を生じさせてい
る。また、区間ｂ，ｃおよびｅでそれぞれインダクタン
スＬ1，Ｌ2およびＬ3を生じさせている。

【００６２】ここで、区間ｄ，ｅのC2，Ｌ3を例えば2.4
GHZで共振するように設定すれば、2.4GHZではチップア
ンテナ３０全体はＬ1，C1で定まる共振周波数で共振す
る。そこで、Ｌ1，C1を2.4GHZで共振するように定め、
更に、チップアンテナ３０全体が例えば1.9GHZで共振す
るようにＬ2を定めると、チップアンテナ３０は1.9GHZ
と2.4GHZの２周波数で共振する。

【００６３】（その他の様々な実施例）上述した３つの
実施例に現れたアイディアを変形し、または取捨選択
し、または組み合わせることによって、多くのチップア
ンテナおよびアンテナ装置の実施例が考えられる。以
下、その代表的なものを挙げていく。

【００６４】第１に、図７に示すように、平行部分４４
の下側の導線をそのまま同一平面上で内側へ折り返す形
でキャパシタンス素子を形成すると共に、第２実施例に
おけるように、誘電体４１の上面の容量板４３も併用す
る。したがって、このチップアンテナ４０では、図７
（Ｂ）の等価回路に示すように、平行部分４４によるイ
ンダクタンスＬと折返し４２によるキャパシタンスC1に
よる並列回路と、容量板４３によるキャパシタンスC2と
の直列接続による直並列回路を生成できる。

【００６５】図７（Ｂ）の給電部４９から見た入力イン
ピーダンスは、Z=-j/ωC2+jωL/（1-LC1ω²）と表せ
る。この式からも明らかなように、LC1の平行根分の１
以下の角周波数では、右辺第２項の分母を分母を０に近
づけることによって、第２項で与えられうインダクタン
スを大きくすることができる。このように、キャパシタ
ンスを使ってインダクタンスの大きさを変換すると、入
力インピーダンスのインダクタンスLを小さくできるた
め、導体の表面電流の生成を抑止し、高効率・低消費電
力化できる。

【００６６】第２に、第３実施例を示した図６における
キャパシタンスC1を、図８に示すように、導体Ａ1およ
びＡ2で、また図６におけるキャパシタンスC2を導体Ｂ1
およびＢ2で構成する。導体Ａ1およびＡ2，導体Ｂ1およ
びＢ2は、それぞれ誘電体５１の肉厚方向へ延ばされて
いる。このような構成は、チップアンテナ５０の平行二
線５２の長さを平行二線３２より短くできるため、第３
実施例の図６（Ａ）に示すように複数のキャパシタンス
生成部分ａ，ｄを備えた実施例では特に有効である。

【００６７】第３に、図９（Ａ）に示すように、図８の
導体Ａ1およびＡ2の代わりにミアンダラインＤ、導体Ｂ
1および導体Ｂ2の代わりにミアンダラインＥを設けると
共に、誘電体６１の上面に容量板６３を備える。図９
（Ａ）はこのチップアンテナ６０の外観図を示し、図９
（Ｂ）はその等価回路を示す。図９（Ａ）において、平
行部分６４の上側の導線から下側の導線に向けて、２個
所にミアンダラインＤおよびＥを形成している。ミアン
ダラインＤおよびＥは大きいインダクタンスを得るため
に導入したのであって、低インダクタンスでよいのなら
直線にしてもよい。

【００６８】図９（Ｂ）中のインダクタンスＬ1，Ｌ2，
Ｌ3，，Ｌ4，Ｌ5は、図９（Ａ）中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅの部分によって生じ、またキャパシタンスC1，C2，C3
は、図９（Ａ）中のＤ，Ｅ，容量板６３によって生成さ
れることを示す。

【００６９】いま、例えばＤを2.4GHZで共振する直列共
振系とし、Ａを2.4GHZで共振する長さにする。そうする
と、2.4GHZではＤは短絡状態になるため、このアンテナ
は2.4GHZで共振する。また、Ｅを1.9GHZで共振する直列
共振系とし、ＡおよびＢを1.9GHZで共振する長さにす
る。そうすると、1.9GHZではＥは短絡状態になるため、
このアンテナは1.9GHZで共振する。Ｄ，Ｅは他の周波数
では短絡状態とならないので、このアンテナは２周波動
作をすることになる。

【００７０】第４に、これまでは誘電率の高い誘電体の
上もしくは内部に導体を印刷するチップアンテナおよび
アンテナ装置についての説明であったが、既に述べてい
る平行二線や容量板等のアンテナ構成要素は、誘電体に
ではなく回路基板上に直接導体印刷してもよい。特に、
回路基板が高誘電率材料で構成される場合には、導体を
回路基板に直接印刷しても、小型のアンテナが得られ
る。この場合、誘電体のチップを後付けする必要がな
く、配線回路を回路基板に印刷するのと一緒にアンテナ
構成要素も印刷できるため工数の大幅な削減ができる。

【００７１】図１０は、容量板７３を備えたチップアン
テナ７０を回路基板７６上の面に印刷した例を示す。こ
の容量板７３による効果は、容量板２３等による前述の
効果と同じである。また、容量板７３は、この例では平
行二線７２の上側の平行部分の左端に設けられている
が、もっと右寄りに設けてもよいし、上面に設けてもよ
い。なお、アンテナ給電線７７は図１のアンテナ給電線
１３、グランド電極７８は図４のグランド電極７８、給
電部７９は図１の給電部１６等と変わるところがない。

【００７２】第５に、以上の実施例で設けられた容量板
は必須ではない。一端短絡の平行二線は、前述のよう
に、線路の長さが1/4波長に当る電磁波は、その周波数
ではインダクタンスが０になって共振するから、線路長
を適切に採ればよいからである。容量板２３，容量板７
３等は、あくまで平行二線２２，平行二線７２等を短く
するためのものである。逆に、図６および図８では誘電
体の上面に容量板が示されていないが、これは容量板の
形成を排除するものではない。

【００７３】第６に、第２実施例で示されたグランド電
極２８をマイクロストリップライン構成にする。通常の
回路基板は部品が搭載される面の裏面はグランドになっ
ていることが多いことから、部品搭載面にチップアンテ
ナを実装するのが自然である。グランド電極はモノポー
ルアンテナの給電には必要不可欠であるが、その一方で
アンテナ導体との電磁界結合によりアンテナ導体上に表
面電流および分布キャパシタンスを生起し、高周波損失
と帯域幅減少を引き起こすという弊害をもたらす。図１
１は、マイクロストリップライン構成における、このよ
う弊害を抑制する構造を採用した一例を示し、図１１
（Ａ）は正面図、図１１（Ｂ）は側面図、図１１（Ｃ）
は背面図である。

【００７４】図１１（Ｃ）に示すように、回路基板８６
の裏面では、誘電体８１の下面から５ミリメートルの範
囲は、給電に必要な最低限のランド幅を残して、他のラ
ンドは印刷を除外している。残されるランド幅は、回路
基板８６表面の給電線８３の線幅をカバーするに足りる
幅である。この構造では、グランド電極８８もチップア
ンテナ８０の一部として機能し、電波を放射する。図１
１におけるチップアンテナ８０，給電部８９は、図４に
示したチップアンテナ２０，給電部２９と変わるところ
がない。

【００７５】第７に、以上に示した実施例の誘電体は直
方体であったが、チップアンテナを回路基板に実装しな
いような使用形態においては、本発明はこれに限定され
ることはなく、誘電体の形状は立方体，円筒，円柱，多
角柱等であってもよい。図１２は図１の誘電体１１がが
円柱である場合のチップアンテナ９０の外観図を示す。
図１２では平行二線９２は誘電体９１の外周を回ってい
る。この実施例によっても他の実施例と同様な効果を得
ることができ、例えば第１実施例との相違はアンテナの
形状のみにあり、給電部９３は図４，図１１に示した給
電部２７，８３と変わるところがない。

【００７６】なお、第１実施例(図１)，第３実施例(図
３)およびその他の実施例（図７，図８,図９）は、チッ
プアンテナを回路基板に実装したアンテナ装置として示
していないが、図４および図５で第２実施例について示
した実装構造や、図１１で示したマイクロストリップ給
電方式を採用することができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明の第１の効果は、線路を密に這わ
せることで線路長を長くし、共振に必要な線路長を作り
出すミアンダラインに代わって、一端短絡の一対の平行
二線ないしコの状字導体を採用したため、線路間が高イ
ンピーダンスになり、導体の電磁界結合および表面電
流，分布キャパシタンスが少なく、したがって低損失，
高効率，高利得，広帯域のチップアンテナおよびアンテ
ナ装置が得られるということである。

【００７８】また、本発明の第２の効果は、一端短絡の
一対の平行二線ないしコの状字導体を採用したため、導
体の電磁界結合が弱まり、実装環境の影響も比較的小さ
い小型のチップアンテナおよびアンテナ装置が得られる
ということである。

【００７９】更に、本発明の第３の効果は、平行二線な
いしコの状字導体を一体的に形成するため、構造がシン
プルで製作工数が少なく低コストで、かつ正確な解析が
容易なチップアンテナおよびアンテナ装置が得られると
いうことである。

【００８０】更に、本発明の第４の効果は、上記の効果
を維持しつつ、多周波動作を行えるチップアンテナおよ
びアンテナ装置を得ることもできるということである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のチップアンテナの第１実施例を示す図

【図２】本発明のチップアンテナの第２実施例の外観図

【図３】図２に示したチップアンテナの展開図

【図４】本発明のアンテナ装置の第１実施例を示す図

【図５】図４に示したアンテナ装置の側面図

【図６】本発明のチップアンテナの第３実施例を示す図

【図７】本発明のチップアンテナの第４実施例を示す図

【図８】本発明のチップアンテナの第５実施例の外観図

【図９】本発明のチップアンテナの第６実施例を示す図

【図１０】本発明のアンテナ装置の第２実施例を示す図

【図１１】本発明のアンテナ装置の第３実施例を示す図

【図１２】本発明のチップアンテナの第７実施例の外観
図

【図１３】従来のチップアンテナの一例を示す斜視図

【図１４】従来のアンテナ装置の一例を示す正面図

【符号の説明】

10,20,30,40,50,60,70,80,90 チップアンテナ 11,21,41,51,61,81,91 誘電体 12,22,32,52,72,92 平行二線 13,93 アンテナ給電線 14,24,34,44,64 平行部分 15,25 短絡部分 16,29,49,69,79,89 給電部 23,43,63,73 容量板 26,76,86 回路基板 27,83 給電線 28,78,88 グランド電極 42 折返し

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の平行部分と該平行部分の一端で平
   行部分を直角に短絡する短絡部分とが一体的に形成され
   た平行二線ないしコの字状線路の導体であって、前記平
   行部分の一つから給電されることを特徴とするチップア
   ンテナ。
2. 【請求項２】 一対の平行部分と該平行部分の一端で平
   行部分を直角に短絡する短絡部分とから成る平行二線な
   いしコの字状線路の導体と、 前記平行部分の一つに前記短絡部分と平行に接続された
   給電線とが一体的に形成され、前記平行部分の一つから
   給電されることを特徴とするチップアンテナ。
3. 【請求項３】 前記平行部分の少なくとも一箇所に、前
   記平行二線ないしコの字状線路の導体と一体的に形成さ
   れたキャパシタンス素子を設けた請求項１または請求項
   ２に記載のチップアンテナ。
4. 【請求項４】 前記平行二線ないしはコの字状線路の導
   体と前記キャパシタンス素子とが回路基板ないし誘電体
   の表面、または前記誘電体内部に形成された請求項１な
   いし請求項３のいずれかに記載のチップアンテナ。
5. 【請求項５】 前記キャパシタンス素子は、前記平行部
   分の同じ位置で両方から相手平行部分に向けて延ばされ
   た導体で構成される請求項４に記載のチップアンテナ。
6. 【請求項６】 前記平行二線ないしコの字状線路の導体
   と前記キャパシタンス素子とが前記回路基板ないし前記
   誘電体に形成され、前記キャパシタンス素子は、前記平
   行部分の片方から相手平行部分に向けて延ばされた導体
   で構成される請求項４に記載のチップアンテナ。
7. 【請求項７】 前記給電線が、前記平行二線ないしコの
   字状線路の導体および前記キャパシタンス素子と前記回
   路基板の同一の面上に形成された請求項４に記載のチッ
   プアンテナ。
8. 【請求項８】 前記キャパシタンス素子は、前記誘電体
   の肉厚方向へ向かい、かつ前記平行二線ないしコの字状
   導体と垂直な平面内に形成された請求項４に記載のチッ
   プアンテナ。
9. 【請求項９】 前記平行二線ないしコの字状導体の一方
   の平行部分から他方の平行部分に向けて、少なくとも一
   つの一端開放のミアンダラインを形成した請求項４に記
   載のチップアンテナ。
10. 【請求項１０】 前記平行二線ないしコの字状導体が実
    装される面もしくは異なる面に、グランドとの間にキャ
    パシタンスを形成する容量板が設けられた請求項４ない
    し請求項９のいずれかに記載のチップアンテナ。
11. 【請求項１１】 前記平行二線ないしコの字状導体，前
    記給電線および前記キャパシタンス素子は前記回路基板
    または前記誘電体に印刷されることによって形成される
    請求項４ないし請求項１０のいずれかに記載のチップア
    ンテナ。
12. 【請求項１２】 前記誘電体の形状は直方体，立方体，
    円筒，円柱または多角柱である請求項４ないし請求項１
    １のいずれかに記載のチップアンテナ。
13. 【請求項１３】 請求項２ないし請求項１２のいずれか
    に記載のチップアンテナと、グランド領域を一部除去し
    た非グランド領域を有する回路基板とから成り、前記給
    電線と前記チップアンテナが前記非グランド領域に配置
    されるように前記チップアンテナを前記回路基板の表面
    に実装し、前記グランド領域を前記チップアンテナの接
    地板として使用するようにしたことを特徴とするアンテ
    ナ装置。
14. 【請求項１４】 請求項２ないし請求項１２のいずれか
    に記載の給電線を有するチップアンテナと、該チップア
    ンテナが表面に実装され、裏面においてグランド領域を
    一部除去した非グランド領域を有する回路基板とから成
    り、前記グランド領域と、前記給電線の裏面に当る領域
    とを前記チップアンテナの接地板として使用し、前記チ
    ップアンテナを前記非グランド領域の表側に配置するよ
    うにしたことを特徴とするアンテナ装置。