JP2009182786A - 積層アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】１ＧＨｚ以下の周波数帯でも小型なアンテナを実現する。
【解決手段】表面に電極が形成された平行平板状の誘電体基板１，２が２枚重なり形成される積層アンテナにおいて、第１層目の誘電体基板１の第２層目の誘電体基板２と重ならない面に一本の線状で互いに交差や接触しないようにミアンダ状のアンテナ電極３が形成され、第２層目の誘電体基板２の第１層目の誘電体基板１と重なる面に、第１層目に形成されたミアンダ状のアンテナ電極３と直交するようにミアンダ状のアンテナ電極４が形成され、第１層目に形成されたアンテナ電極１の一端が第２層目に形成されたアンテナ電極４の一端と導通接続されるとともに、少なくとも1つの給電点をアンテナ電極上に備えることを特徴とする積層アンテナ。
【選択図】図１

Description

本発明は、超短波、準マイクロ波、マイクロ波、ミリ波の無線通信に使用されるアンテナに関し、とくに移動体通信機器など小型化の要求される無線通信機器に使用されるアンテナに関する。

アンテナは超短波、準マイクロ波、マイクロ波、ミリ波などの無線通信に使用され、とくに携帯電話に代表される移動体通信機器のアンテナは、その特性が得られる限りは小さければ小さい方が良く、現在でもより小型のアンテナが求められている。

この用途で用いられる線状アンテナとして代表的なものに、放射エレメントがミアンダ状に形成されるミアンダアンテナが挙げられる。ミアンダアンテナはアンテナ電極がミアンダ状に折り曲がっているため、モノポールアンテナ等と比較して小型なアンテナを形成出来る。少しでもサイズを小さくするためにミアンダアンテナの電極間隔を密にすると、１／４自由空間波長でアンテナが共振しなくなり、１／２自由空間波長近くでの共振となるため、結果としてアンテナは大きくなってしまう。そこで１ＧＨｚ以下でさらに小型化するため、次の従来技術が検討されてきた。

従来技術１：アンテナを積層構造とすることにより、立体電極とした積層アンテナ（特許文献１参照）
従来技術２：波長短縮効果を狙った高誘電率誘電体材料を使用したアンテナ（特許文献２参照）
従来技術３：インピーダンス調整のための整合回路を設けたアンテナ
従来技術１の積層アンテナは、各層にアンテナ電極を形成し、それぞれを導通させて立体構造とすることでアンテナを小型化することが可能である。しかしミアンダアンテナを積層化した場合、アンテナ電極の折り返し方向が同じであると、電極に流れる電流の向きが同一方向のため互いに干渉しアンテナとして動作し難いという問題がある。

従来技術２の誘電体アンテナは、高誘電率材料を用いることによる波長短縮効果によってアンテナ電極長を短くし、アンテナを小型化することができる。しかしながら、高誘電率材料を用いているため、製造コストが非常に高くなるという問題がある。

従来技術３は、アンテナと高周波回路の間に整合回路を設ける技術で、アンテナ小型化のため電極を折り曲げることで、誘導成分（インダクタンス成分）や容量成分（キャパシタンス成分）などのリアクタンスが発生し、アンテナと高周波回路とのインピーダンスの不整合となる問題を解消する技術である。しかしながら、この整合回路を設けることで、アンテナを含めた実装スペースが大きくなり、また整合回路用のコンデンサおよびインダクタが必要となるため製造コストが高くなるという問題がある。
特開２００５−１８４６９８号公報 特開２００１−３６３２２号公報

本発明が解決しようとする第１の課題は１ＧＨｚ以下の周波数帯でも小型なアンテナを提供することにあり、第２の課題は高誘電率材料を使用することによる製造コストアップを抑えることにあり、第３の課題は別部品で整合回路を設けずにインピーダンス調整することにある。

本発明に係るアンテナの第１の態様を、代表的には図１に示す。すなわち、本発明に係る第１の態様のアンテナは、２枚の平行平板状の基板１と基板２の上に形成されたミアンダ電極３および４をそれぞれ直交するように積層し、このミアンダ電極３および４の端同士を導通接続し、ミアンダ電極３もしくは４の任意の位置に給電するアンテナであって、小型化でき且つ低い周波数で動作することを特徴とする。

ミアンダアンテナは小型化のため隣り合うミアンダ電極のピッチ間隔を狭くして行くと、ミアンダ電極を流れる電流の波長が自由空間の波長より長くなる。アンテナの放射はこの電流の波長の１／４程度で放射しているものと思われるため、自由空間波長と比較した時、１／４自由空間波長以上で放射するようになる。たとえば電流の波長をλ’、自由空間の波長をλとし、あるピッチ間隔でλ’＝２×λの関係になった場合、アンテナの放射はλ’／４で起こると仮定すると、このとき自由空間で評価すると結果的にλ／２で放射すると見なせる。これは丁度導波管のカットオフ現象に類似した動作である。

この現象の具体的な例を以下で説明する。図２０Ａに示す１枚の基板上に形成された単層ミアンダアンテナを小型化のため、図２０Ｂに示すように隣り合うミアンダ電極のピッチ間隔ｉを狭くする。アンテナの全長が同じとすると、図２０Ａと図２０Ｂはミアンダの電極間隔ｉに関わらず同じ共振周波数を得られるはずであるが、実際の共振周波数は図２１Ａのグラフに示すように、図２０Ｂではλ／４の共振周波数が無くなる。これはミアンダ電極のピッチ間隔ｉが狭くなることにより、ミアンダ電極を流れる電流の波長λ’がλ’＝２×λの関係に近づくことにより、自由空間でλ／４での共振が得られなくなった事を示している。

ここでアンテナの全長を同じとし、ミアンダ電極のピッチ間隔ｉを変化させたときの共振周波数の結果を図２１Ｂに示す。図２１Ｂからミアンダ電極のピッチ間隔ｉがλ／６００以上でなければ、アンテナはλ／４では共振せずλ／２の共振となり周波数が高くなる。このためミアンダアンテナでλ／４の共振を得るためにはミアンダ電極のピッチ間隔ｉがλ／６００までしか小型化する事ができない。ミアンダ電極のピッチ間隔ｉをλ／６００以下とする場合はアンテナの全長を長くする必要があり、結果的にアンテナの小型化は困難である。またミアンダ電極のピッチ間隔ｉをλ／６００以下として長くなったアンテナ長を積層化することによりアンテナの小型化を図れるが、積層化したミアンダ電極に流れる電流の向きが同一方向の場合は互いに干渉しアンテナとして動作し難い。しかし、本発明に係る第１の態様のアンテナでは、ミアンダ電極を直交するように積層することで、二つのミアンダ電極の電流の向きが直交しているため互いに干渉せず正常なアンテナとしての動作が得られるとともに、積層化したミアンダ電極の互いに交差する部分でコンデンサが形成され、その容量成分（キャパシタンス成分）により、ミアンダ電極のピッチ間隔ｉを狭くすることで起こる電流の波長λ′が自由空間波長λよりも長くなる現象を抑えることが出来る。この効果によりミアンダ電極間隔ｉをλ／６００以下にしてもλ／４の共振を得ることができ、アンテナの小型化が可能となる。

また、本発明に係るアンテナの第２の態様を、代表的に図２に示す。すなわち、２枚の平行平板状の基板１と基板２の上に形成されたミアンダ電極３および４をそれぞれ直交するように積層し、このミアンダ電極３および４の端同士を導通接続し、ミアンダ電極３もしくは４の任意の位置に給電し、ミアンダ電極３のミアンダ電極４と導通接続していない他方の端部を接地するアンテナであって、第１の態様に比べ更に小型化できることを特徴する。

第２の態様についても第１の態様と同様に、ミアンダ電極を直交するように積層することで、二つのミアンダ電極の電流の向きが直交しているため互いに干渉せず、ミアンダ電極間隔をλ／６００以下にしてもλ／４の共振を得ることができる。またミアンダ電極４のミアンダ電極３と導通接続していない他方の端部に接地することで、インピーダンス整合の効果が得られ、第１の態様のアンテナより小さくすることが可能となる。

また、本発明に係るアンテナの第３の態様を、代表的に図３に示す。すなわち、２枚の平行平板状の基板１と基板２の上に形成されたミアンダ電極３および４をそれぞれ直交するように積層し、このミアンダ電極３および４の端同士を導通接続し、ミアンダ電極４の導通接続とは他方の端を含む最外電極４aの幅をその他の電極の幅よりも広く形成し、基板２に最外電極４aと対向するように接地電極５を形成し、ミアンダ電極３の任意の位置に給電するアンテナであって、ミアンダ電極３および４からなる誘導成分（インダクタンス成分）を接地電極５とミアンダ電極４aからなる容量成分（キャパシタンス成分）で打ち消すことを特徴する。

従来のミアンダアンテナでは、小型化のために電極の間隔を狭くすると誘導成分（インダクタンス成分）が増加し、給電側のインピーダンスと整合が取れない。しかし、本発明に係る第３の態様のアンテナでは、ミアンダ電極の誘導成分（インダクタンス成分）を、ミアンダ電極の最外電極とこれと対向する接地電極からなる容量成分（キャパシタンス成分）で打ち消し、給電側とのインピーダンス整合が取れるようになる。

また、本発明に係るアンテナの第４の態様を、代表的に図４に示す。すなわち、２枚の平行平板状の基板１と基板２の上に形成されたミアンダ電極３および４をそれぞれ直交するように積層し、このミアンダ電極３および４の端同士を導通接続し、ミアンダ電極３のミアンダ電極４と導通接続していない他方の端部を接地し、ミアンダ電極４の導通接続とは他方の端を含む最外電極４aの幅をその他の電極の幅よりも広く形成し、基板２に最外電極４aと対向するように接地電極５を形成し、ミアンダ電極３の任意の位置に給電するアンテナであって、ミアンダ電極３および４からなる誘導成分（インダクタンス成分）を接地電極５とミアンダ電極４aからなる容量成分（キャパシタンス成分）で打ち消すことを特徴する。

従来のミアンダアンテナでは、小型化のために電極の間隔を狭くすると誘導成分（インダクタンス成分）が増加し、給電側のインピーダンスと整合が取れない。しかし、本発明に係る第４の態様のアンテナは、ミアンダ電極の誘導成分（インダクタンス成分）を、ミアンダ電極の最外電極とこれと対向する接地電極の容量成分（キャパシタンス成分）で打ち消し、給電側とのインピーダンス整合が取れる。

本発明に係るアンテナの第５の態様を、代表的に図５に示す。すなわち、２枚の平行平板状の基板１と基板２の上に形成されたミアンダ電極３および４をそれぞれ直交するように積層し、このミアンダ電極３および４の端同士を導通接続し、ミアンダ電極３のミアンダ電極４と導通接続していない他方の端部に給電するアンテナであり、小型化でき且つ低い周波数で動作することを特徴する。

第５の態様のアンテナは、第１の態様のアンテナに含まれるが、ミアンダ電極の端部に給電することで、より小型でより低い周波数のアンテナを得ることができる。

また、本発明に係るアンテナの第６の態様を、代表的に図６に示す。すなわち、２枚の平行平板状の基板１と基板２の上に形成されたミアンダ電極３および４をそれぞれ直交するように積層し、このミアンダ電極３および４の端同士を導通接続し、ミアンダ電極４の導通接続とは他方の端を含む最外電極４aの幅をその他の電極の幅よりも広く形成し、基板２に最外電極４aと対向するように接地電極５を形成し、ミアンダ電極３のミアンダ電極４と導通接続していない他方の端部に給電するアンテナであって、ミアンダ電極３および４からなる誘導成分（インダクタンス成分）を接地電極５とミアンダ電極４aからなる容量成分（キャパシタンス成分）で打ち消すことを特徴する。

ミアンダアンテナにおいて小型化のため、電極の間隔を狭くすると誘導成分（インダクタンス成分）が増加し、給電側のインピーダンスと整合が取れない。しかし、本発明に係る第６の態様のアンテナでは、ミアンダ電極の誘導成分（インダクタンス成分）を、ミアンダ電極の最外電極とこれと対向する接地電極からなる容量成分（キャパシタンス成分）で打ち消し、給電側とのインピーダンス整合が取れる。

また、本発明において、高周波回路基板および誘電体基板としては、その比誘電率εrがεr≦１０の材料を使用することが好ましい。一般的に比誘電率εrがεr≦１０の材料は、εr＞１０の高誘電率材料に比べ、安価である。また比誘電率εrがεr≦１０の材料は、εr＞１０の高誘電率材料に比べ、共振のＱが小さくなるため、共振周波数での帯域幅は広くなる。すなわち、高周波回路基板および誘電体基板として比誘電率εrがεr≦１０の材料を使用することで、価格が安くなるとともに、帯域幅が広く得られるようになる。

本発明において、接地電極とミアンダ電極の最外電極からなる容量成分（キャパシタンス成分）は、接地電極の面積と誘電体基板の厚みと誘電率を適切に設定することで、ミアンダ電極の誘導成分（インダクタンス成分）を打ち消すことが可能となり、インピーダンス整合が取れ、小型で且つ外部の整合回路が不要なアンテナを実現することができる。

接地電極とミアンダ電極の最外電極からなる容量成分（キャパシタンス成分）Ｃは、接地電極と対向するミアンダ電極の最外電極の面積をＳとし、接地電極と対向するミアンダ電極の最外電極との距離（基板の厚み）をｄとし、誘電体基板の誘電率をεとしたとき、
Ｃ＝ε・（Ｓ／ｄ）
と表せる。

すなわち、本発明の好ましい形態は、ミアンダ電極の誘導成分（インダクタンス成分）Ｌと打ち消すように、接地電極とミアンダ電極の最外電極からなる容量成分（キャパシタ成分）Ｃが、上記式のＳ、ｄ、εをそれぞれ適切に設定して規定される。

本発明のアンテナは、次の効果を奏する。

（１）ミアンダアンテナの電極間隔をλ／６００以下にしても、電極を直交積層とすることで、１ＧＨｚ以下の周波数帯でも小型なアンテナを提供することができる。

（２）アンテナ基板に比誘電率εｒ＞１０の高誘電率材料を使用せず、比誘電率εｒ≦１０の低誘電率材料を使用することで製造コストを低く抑えることができる。

（３）ミアンダアンテナの電極間隔を更に密にして誘導成分（インダクタンス成分）が増加しても、これを打ち消すような接地電極を設けることで、インピーダンス調整が可能なアンテナを提供することができる。

図７Ａ〜Ｃは、高周波回路基板上に実装された本発明のアンテナの一例を示す斜視図で、図７Ａは高周波回路基板上に実装されたアンテナを示し、図７Ｂはそれぞれを分解した状態を示し、図７Ｃは分解したアンテナの背面を示す。

積層された誘電体基板１および誘電体基板２は、比誘電率εｒがεｒ≦１０で、比誘電率の安定した特徴を持つ基板の具体例を示すと、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、ＰＴＦＥ基板またはアルミナ基板がよい。これらの材料は原材料が安価で、比較的製造が簡便で、大量生産されていることもあるので、アンテナの製造コストを抑えることができる。

基板１の基板２と重ならない広面にミアンダ電極３を、基板２の基板１と重なる面にミアンダ電極４を、それぞれ電気抵抗が低い銅、金、銀などを印刷もしくはエッチングにて形成する。

ミアンダ電極３とミアンダ電極４はそれぞれが直行する方向に形成されると共に、それぞれの一端がスルーホールもしくは基板１の側面などを介して直接導通接続し形成する。ミアンダ電極３およびミアンダ電極４の電極間隔ｉは小型化のためｉ≦λ／６００となるよう設定する。この直交して積層することで単層のアンテナに比べアンテナの小型化が図れる。

アンテナへの給電はミアンダ電極３より行う。本例では給電位置をミアンダ電極３のミアンダ電極４と導通接続されない一端とした。また、給電方法はアンテナを高周波回路基板８に実装していることから、基板２に給電用接続電極６をミアンダ電極３と同様の材質にて形成するとともにミアンダ電極３とスルーホール接続し、給電用接続電極６と高周波回路の信号線を接続することでミアンダ電極３へ給電を行っている。

また、本例ではミアンダ電極４の最外電極４aがその他の電極の幅よりも広く形成されるとともに、基板２の最外電極４aと対向する位置に接地電極５が電気抵抗の低い銅、金または銀などで印刷もしくはエッチングにて形成される。最外電極４aの面積Ｓおよび接地電極５の最外電極４aと対向する部分の面積Ｓは同じ面積とし、基板２の厚みｄと誘電率εともにＣ＝ε・（Ｓ／ｄ）で規定される容量成分（キャパシタンス成分）を得ることが出来る。小型化のため狭くなった電極間隔ｉによる誘導成分（インダクタンス成分）を打ち消すよう、電極の面積Ｓおよび基板の厚みｄと誘電率を最適に設定することで、アンテナの給電側とのインピーダンス整合が取れるようになる。

以上の効果から、安価で、小型化で、インピーダンス整合が取れ良好な特性なアンテナを実現することができる。

図８Ａ〜Ｃは、高周波回路基板上に実装された本発明のアンテナの一例を示す斜視図で、図８Ａは高周波回路基板上に実装されたアンテナを示す図、図８Ｂはそれぞれを分解した状態を示す図、図８Ｃは分解したアンテナの背面を示す図である。

２枚が積層された誘電体基板１および誘電体基板２は比誘電率εｒがεｒ≦１０で、誘電率の安定した特徴を持つ紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、ＰＴＦＥ基板またはアルミナ基板がよい。これらの材料は原材料が安価で、比較的製造が簡便で、大量生産されていることもあるので、アンテナの製造コストを抑えることができる。

基板１の基板２と重ならない広面にミアンダ電極３を、基板２の基板１と重なる面にミアンダ電極４を、それぞれ電気抵抗が低い銅、金または銀などを印刷もしくはエッチングにて形成する。

ミアンダ電極３とミアンダ電極４はそれぞれが直交する方向に形成されると共に、それぞれの一端がスルーホールもしくは基板１の側面などを介して直接導通接続し形成する。ミアンダ電極３およびミアンダ電極４の電極間隔ｉは小型化のためｉ≦λ／６００となるよう設定する。この直交して積層することで単層のアンテナに比べアンテナの小型化が図れる。

アンテナへの給電はミアンダ電極３より行う。本例ではミアンダ電極３のミアンダ電極４と導通接続されない一端を接地し、ミアンダ電極３上の任意の位置で給電した。また給電方法はアンテナを高周波回路基板８に実装していることから、基板２に給電用接続電極６をミアンダ電極３と同様の材質にて形成するとともにミアンダ電極３とスルーホール接続し、給電用接続電極６と高周波回路の信号線を接続することでミアンダ電極３へ給電を行っている。また接地方法も給電用接続電極６と同様に、基板２に形成された接地用接続電極７とミアンダ電極３スルーホールに接続し、高周波回路基板８に接地される。

また、本例ではミアンダ電極４の最外電極４aがその他の電極の幅よりも広く形成されるとともに、基板２の最外電極４aと対向する位置に接地電極５が電気抵抗の低い銅、金または銀などで印刷もしくはエッチングにて形成される。最外電極４aの面積Ｓおよび接地電極５の最外電極４aと対向する部分の面積Ｓは同じ面積とし、基板２の厚みｄと誘電率εともにＣ＝ε・（Ｓ／ｄ）で規定される容量成分（キャパシタ成分）を得ることが出来る。小型化のため狭くなった電極間隔ｉによる誘導成分（インダクタンス成分）を打ち消すよう、電極面積Ｓおよび基板厚みｄを最適に設定することで、アンテナの給電側とのインピーダンス整合がとれるようになる。

以上の効果から、安価で、小型化で、インピーダンス整合が取れ良好な特性なアンテナを実現することができる。

図９は高周波回路基板に実装された実施例１のアンテナの外観斜視図で、Ａはその表面側、Ｂはその分解図を示す図である。

誘電体基板１および誘電体基板２の寸法をそれぞれ縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．４ｍｍ、材質をガラスエポキシ、ミアンダ電極３、ミアンダ電極４および給電用接続電極６の材質を銅とし、誘電体基板１および誘電体基板２の表面にミアンダ電極３およびミアンダ電極４を電極間隔ｉがｉ＝０．５ｍｍとなるようにエッチングにて形成し、次いで誘電体基板１および誘電体基板２の側面に給電用接続電極６をメッキにて形成した。ミアンダ電極３とミアンダ電極４が直交するように誘電体基板１と誘電体基板２を積層し、ミアンダ電極３とミアンダ電極４の端部をメッキにてスルーホールで導通接続し、ミアンダ電極３と給電用接続電極６をメッキにて導通接続した。

この誘電体基板２の側面に形成した給電用接続電極６を高周波回路基板８上の給電線路９とハンダにて接続し基板実装した。これにより、高周波回路からの電力は給電線路９から給電用接続電極６を介し、ミアンダ電極３へ給電される。

このアンテナを高周波ネットワークアナライザにて測定したＶＳＷＲ特性を図１０Ａに、インピーダンスのスミスチャートを図１０Ｂに示す。図１０ＡのＶＳＷＲ特性より、本実施例のアンテナは共振周波数２２６ＭＨｚにてＶＳＷＲ＝１．０２、ＶＳＷＲ＜２の周波数帯域が約５ＭＨｚと良好な特性が確保できた。この結果、共振周波数２２６ＭＨｚで寸法縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．８ｍｍの小型アンテナを実現することができる。

図１１は高周波回路基板に実装された実施例２のアンテナの外観斜視図で、図１１Ａはその表面側、図１１Ｂはその分解図を示す図である。

誘電体基板１および誘電体基板２の寸法をそれぞれ縦９ｍｍ×横９ｍｍ×厚み０．４ｍｍ、材質をガラスエポキシ、ミアンダ電極３、ミアンダ電極４、給電用接続電極６および接地用接続電極７の材質を銅とし、誘電体基板１および誘電体基板２の表面にミアンダ電極３およびミアンダ電極４を電極間隔ｉがｉ＝０．５ｍｍとなるようにエッチングにて形成し、次いで誘電体基板１および誘電体基板２の側面に給電用接続電極６と接地用接続電極７をそれぞれメッキにて形成した。ミアンダ電極３とミアンダ電極４が直交するように誘電体基板１と誘電体基板２を積層し、ミアンダ電極３とミアンダ電極４をメッキにてスルーホールで導通接続し、ミアンダ電極３と給電用接続電極６、ミアンダ電極３の端部と接地用接続電極７をそれぞれメッキにて導通接続した。

この誘電体基板２の側面に形成した給電用接続電極６を高周波回路基板８上の給電線路９と、接地用接続電極７を高周波回路基板８上の接地電極１１にそれぞれハンダにて接続し基板実装した。これにより、高周波回路からの電力は給電線路９から給電用接続電極６を介しミアンダ電極３へ給電され、ミアンダ電極３の端部が接地される。

このアンテナを高周波ネットワークアナライザにて測定したＶＳＷＲ特性を図１２Ａに、インピーダンスのスミスチャートを図１２Ｂに示す。図１２ＡのＶＳＷＲ特性より、本実施例のアンテナは共振周波数１９４．５ＭＨｚにてＶＳＷＲ＝１．３４、ＶＳＷＲ＜２の周波数帯域が約５ＭＨｚと良好な特性が確保できた。この結果、共振周波数１９４．５ＭＨｚにおいて寸法縦９ｍｍ×横９ｍｍ×厚み０．８ｍｍと更に小型のアンテナを実現することができる。

図１３は高周波回路基板に実装された実施例３のアンテナの外観斜視図で、図１３Ａはその表面側、図１３Ｂはその分解図、図１３Ｃはその裏面側を示す図である。

誘電体基板１および誘電体基板２の寸法をそれぞれ縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．４ｍｍ、材質を紙フェノール、ミアンダ電極３、ミアンダ電極４、給電用接続電極６、接地用接続電極７および接地電極５の材質を金とし、誘電体基板１および誘電体基板２の表面にミアンダ電極３およびミアンダ電極４を電極間隔ｉがｉ＝０．４ｍｍとなるように、またミアンダ電極４の最外電極４ａの幅（面積Ｓ）が広くなるようにエッチングにて形成し、次いで誘電体基板２の裏面に給電用接続電極６と接地用接続電極７と接地電極５をエッチングにて形成した。ここで接地電極５はミアンダ電極４の最外電極４ａの面積Ｓと同一とした。ミアンダ電極３とミアンダ電極４が直交するように誘電体基板１と誘電体基板２を積層し、ミアンダ電極３とミアンダ電極４をメッキにてスルーホールで導通接続し、ミアンダ電極３と給電用接続電極６、ミアンダ電極３の端部と接地用接続電極８もそれぞれスルーホールで導通接続した。

この誘電体基板２の裏面に形成した給電用接続電極６を高周波回路基板８上の給電線路９に、接地用接続電極７を高周波回路基板８上の接地電極１１に、接地電極５を高周波回路基板８上の接地電極１０にそれぞれハンダにて接続し基板実装した。これにより、高周波回路からの電力は給電線路９から給電用接続電極６を介しミアンダ電極３へ給電され、ミアンダ電極３の端部が接地され、接地電極５が接地されミアンダ電極４の最外電極４ａと容量結合する。

このアンテナにおいて、接地電極５とミアンダ電極４の最外電極４ａの幅（面積Ｓ）をさらに広くしたアンテナを図１４Ａおよび図１４Ｂに記載する。

上記のアンテナ図１３およびアンテナ図１４を高周波ネットワークアナライザにて測定したＶＳＷＲ特性をそれぞれ図１５Ａ、図１５Ｂに、インピーダンスのスミスチャートを図１５Ｃに示す。図１５Ａ、図１５ＢのＶＳＷＲ特性より、本実施例のアンテナ図１３は共振周波数３００．２ＭＨｚにてＶＳＷＲ＝１．５１、アンテナ図１４は共振周波数３０４．２ＭＨｚにてＶＳＷＲ＝１．０２、ＶＳＷＲ＜２の周波数帯域がアンテナ図１３は約５ＭＨｚ、アンテナ図１４は約５ＭＨｚとどちらも良好な特性が確保できた。また、図１５Ｃのスミスチャートより、アンテナ図１３およびアンテナ図１４のどちらの周波数もインピーダンスが５０Ωに近づき良好な特性が確保できており、とくにアンテナ図１４の方は５０Ωとなっていることが分かる。この結果からわかるように、ミアンダ電極３およびミアンダ電極４からなる誘導成分（インダクタンス成分）Ｌを、接地電極５とミアンダ電極４の最外電極４ａからなる容量成分（キャパシタンス成分）で小さくすることで、アンテナと高周波回路とのインピーダンス整合が取れるようになる。とくにアンテナ図１４は、接地電極５とミアンダ電極４の最外電極４ａの幅（面積Ｓ）を広げたことにより、容量成分（キャパシタンス成分）が増し、ミアンダ電極３およびミアンダ電極４からなる誘導成分（インダクタンス成分）Ｌをちょうど打ち消し、インピーダンスが５０Ωとなった。この結果、共振周波数３０４．２ＭＨｚにおいて寸法縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．８ｍｍと小型で、インピーダンス調整が可能なアンテナを実現することができる。

図１６は高周波回路基板に実装された実施例４のアンテナの外観斜視図で、図１６Ａはその表面側、図１６Ｂはその分解図、図１６Ｃはその裏面側を示す図である。

誘電体基板１および誘電体基板２の寸法をそれぞれ縦９ｍｍ×横９ｍｍ×厚み０．４ｍｍ、材質をＰＴＦＥ、ミアンダ電極３、ミアンダ電極４、給電用接続電極６、接地電極５の材質を銅とし、誘電体基板１および誘電体基板２の表面にミアンダ電極３およびミアンダ電極４を電極間隔ｉがｉ＝０．４ｍｍとなるように、またミアンダ電極４の最外電極４ａの幅（面積Ｓ）が広くなるようにエッチングにて形成し、次いで誘電体基板２の裏面に給電用接続電極６と接地電極５をエッチングにて形成した。また経時変化による酸化を防ぐ目的でミアンダ電極３、ミアンダ電極４、給電用接続電極６、接地電極５の銅電極の上に金メッキを施した。ここで接地電極５はミアンダ電極４の最外電極の面積Ｓと同一とした。ミアンダ電極３とミアンダ電極４が直交するように誘電体基板１と誘電体基板２を積層し、ミアンダ電極３とミアンダ電極４をメッキにてスルーホールで導通接続し、ミアンダ電極３の端部と給電用接続電極６もメッキにてスルーホールで導通接続した。

この誘電体基板２の裏面に形成した給電用接続電極６を高周波回路基板８上の給電線路９に、接地電極５を高周波回路基板８上の接地電極１０にそれぞれハンダにて接続し基板実装した。これにより、高周波回路からの電力は給電線路９から給電用接続電極６を介しミアンダ電極３へ給電され、接地電極５が接地されミアンダ電極４の最外電極４ａと容量結合する。

このアンテナを高周波ネットワークアナライザにて測定したＶＳＷＲ特性を図１７Ａに、インピーダンスのスミスチャートを図１７Ｂに示す。図１７ＡのＶＳＷＲ特性より、本実施例のアンテナは共振周波数４４４．６ＭＨｚにてＶＳＷＲ＝１．０２、ＶＳＷＲ＜２の周波数帯域が約４ＭＨｚと良好な特性が確保できた。また図１７Ｂのスミスチャートより、本実施例のアンテナの周波数はインピーダンスが５０Ωに近づき良好な特性が確保できている。これはミアンダ電極３およびミアンダ電極４からなる誘導成分（インダクタンス成分）Ｌを、接地電極５とミアンダ電極４の最外電極４ａからなる容量成分（キャパシタンス成分）で小さくした結果、アンテナと高周波回路とのインピーダンス整合が取れるようになる。この結果、共振周波数４４４．６ＭＨｚにおいて寸法縦９ｍｍ×横９ｍｍ×厚み０．８ｍｍと更に小型で、インピーダンス調整が可能なアンテナを実現することができる。

以上の実施例では、矩形のミアンダ状電極を示したが、折り曲がり部が丸形、三角形、多角形などの形状でも同様の結果となった。

また、実施例では誘電体基板の材質に紙フェノール、ガラスエポキシ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を使用したが、紙エポキシ、ガラスエポキシ、アルミナ、ガラスコンポジットでも同様の結果が得られた。

さらに、実施例ではミアンダ電極、接地電極、接続電極、給電用電極に銅、金および銅の上に金メッキを施した複合物を使用したが、銅、金、銀のいずれか、もしくは経時変化による酸化などの劣化を防ぐため銅電極の上に金メッキを形成するなど２種の金属の複合物としても良いし、ソルダーレジストやフラックス等の表面処理を行っても良い。いずれの電極材質においても同様の結果となった。

＜比較例１＞
図１８は高周波回路基板に実装された比較例１のアンテナの外観斜視図で、Ａはその表面側、Ｂはその分解図を示す図である。

誘電体基板１および誘電体基板２の寸法をそれぞれ縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．４ｍｍ、材質をガラスエポキシ、ミアンダ電極３、ミアンダ電極４および給電用接続電極６の材質を銅とし、誘電体基板１および誘電体基板２の表面にミアンダ電極３およびミアンダ電極４を電極間隔ｉがｉ＝０．５ｍｍとなるようにエッチングにて形成し、次いで誘電体基板２の側面に給電用接続電極６をメッキにて形成した。ミアンダ電極３とミアンダ電極４が同一方向となるように誘電体基板１と誘電体基板２を積層し、ミアンダ電極３とミアンダ電極４の端部をメッキにてスルーホールで導通接続し、ミアンダ電極３と給電用接続電極６をメッキにて導通接続した。

この誘電体基板２の裏面に形成した給電用接続電極６を高周波回路基板８上の給電線路９とハンダにて接続し基板実装した。これにより、高周波回路からの電力は給電線路９から給電用接続電極６を介し、ミアンダ電極３へ給電される。

以上のとおり、比較例１のアンテナは実施例１のアンテナのミアンダ電極が同一方向に積層されている形状で、その他の材質および寸法は実施例と同様にしている。

このアンテナを高周波ネットワークアナライザにて測定したＶＳＷＲ特性を図１９Ａに、インピーダンスのスミスチャートを図１９Ｂに示す。図１９ＡのＶＳＷＲ特性より、本比較例のアンテナは共振周波数８２３．１ＭＨｚにてＶＳＷＲ＝２．０５、ＶＳＷＲ＜２の周波数帯域が確保できていない。これは積層したミアンダ電極の電流方向が同一なため干渉し合いアンテナとして動作し難くなる。実施例１と同等の特性を得るためには、ミアンダ電極を直交させ、それぞれの電流が干渉しないようにする必要がある。

本発明に係るアンテナの第１の態様を示す図である。 本発明に係るアンテナの第２の態様を示す図である。 本発明に係るアンテナの第３の態様を示す図である。 本発明に係るアンテナの第４の態様を示す図である。 本発明に係るアンテナの第５の態様を示す図である。 本発明に係るアンテナの第６の態様を示す図である。 高周波回路基板上に実装されたアンテナを示す斜視図である。 図７Ａのアンテナを分解した状態を示し斜視図である。 図７Ａのアンテナの背面を示す斜視図である。 高周波回路基板上に実装されたアンテナを示す図である。 図８Ａのアンテナを分解した状態を示す図である。 図８Ａのアンテナを分解したアンテナの背面を示す図である。 高周波回路基板に実装された実施例１のアンテナの表面側の外観斜視図である。 高周波回路基板に実装された実施例１のアンテナの分解図を示す図である。 実施例１のアンテナのＶＳＷＲ特性の図である。 実施例１のアンテナのスミスチャートを示す図である。 高周波回路基板に実装された実施例２のアンテナの表面側の外観斜視図である 高周波回路基板に実装された実施例２のアンテナの分解図を示す図である。 実施例２のアンテナのＶＳＷＲ特性である。 実施例２のアンテナのスミスチャートを示す図である。 高周波回路基板に実装された実施例３のアンテナの表面側の外観斜視図である。 高周波回路基板に実装された実施例３のアンテナの分解図である。 分解した実施例３のアンテナの背面を示す図である。 高周波回路基板に実装された実施例３のアンテナの電極幅（面積）を広げた外観斜視図である。 図１４Ａのアンテナの背面を示す図である。 実施例３のアンテナのＶＳＷＲ特性である。 図１４ＡのアンテナのＶＳＷＲ特性である。 アンテナ図１３，１４のアンテナのスミスチャートを示す図である。 高周波回路基板に実装された実施例４のアンテナの表面側の外観斜視図である。 実施例４のアンテナの分解図である。 分解した実施例４のアンテナの背面を示す図である。 実施例４のアンテナのＶＳＷＲ特性である。 実施例４のアンテナのインピーダンスのスミスチャートを示す図である。 高周波回路基板に実装された比較例１のアンテナの表面側の外観斜視図である。 比較例１のアンテナの分解図である。 比較例１のアンテナのＶＳＷＲ特性である。 比較例１のアンテナのインピーダンスのスミスチャートを示す図である。 １枚の基板上に形成された単層ミアンダアンテナの電極間隔ｉを疎にした外観斜視図である。 １枚の基板上に形成された単層ミアンダアンテナの電極間隔ｉを密にした外観斜視図である。 １枚の基板上に形成された単層ミアンダアンテナの共振周波数の特性でアンテナ図２０の測定結果を示す。 電極間隔を変更したときの測定結果を示す図である。

符号の説明

１：誘電体基板（第１層）
２：誘電体基板（第２層）
３：ミアンダ電極（第１層）
４：ミアンダ電極（第２層）
４ａ：最外電極（第２層）
５：接地電極
６：給電用接続電極
７：接地用接続電極
８：高周波回路基板
９：給電線路
１０：接地電極
１１：接地電極

Claims (7)

1. 表面に電極が形成された平行平板状の誘電体基板が２枚重なり形成される積層アンテナにおいて、第１層目の誘電体基板の第２層目の誘電体基板と重ならない広面に一本の線状で互いに交差や接触しないようにミアンダ状のアンテナ電極が形成され、第２層目の誘電体基板の第１層目の誘電体基板と重なる面に、第１層目に形成されたミアンダ状のアンテナ電極と直交するようにミアンダ状のアンテナ電極が形成され、第１層目に形成されたアンテナ電極の一端が第２層目に形成されたアンテナ電極の一端と導通接続されるとともに、少なくとも1つの給電点をアンテナ電極上に備えることを特徴とする積層アンテナ。
2. 第1層目の誘電体基板に形成されたアンテナ電極の第２層目に形成されたアンテナ電極の一端と導通接続されない一端に接地点を備えることを特徴とする請求項１に記載の積層アンテナ。
3. インピーダンス調整を目的とした、第２層目の誘電体基板の第１層目の誘電体基板と重なる面に形成されたミアンダ状のアンテナ電極の一端が、第１層目に形成されたアンテナ電極の一端と導通接続され、他の一端を含むアンテナ電極の最外線の幅がその他のアンテナ電極の幅に比べ幅広に形成されるとともに、第２層目の誘電体基板の第１層目と重ならない広面にアンテナ電極の最外線と対向する位置に接地電極が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の積層アンテナ。
4. 前記給電点が第1層目の誘電体基板に形成されたアンテナ電極の第２層目に形成されたアンテナ電極の一端と導通接続されない一端に備えていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の積層アンテナ。
5. 前記誘電体基板の比誘電率εｒがそれぞれεｒ≦１０であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の積層アンテナ。
6. 前記誘電体基板が、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、ＰＴＦＥ基板またはアルミナ基板からなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の積層アンテナ。
7. アンテナ電極、接地電極、給電用電極のそれぞれが銅、金または銀のうち少なくとも１種または２種以上の複合物から形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の積層アンテナ。

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