JP3551368B2

JP3551368B2 - チップアンテナ

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Publication number: JP3551368B2
Application number: JP2000263760A
Authority: JP
Inventors: 晶夫倉本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: JP2002076736A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチップアンテナに関し、特に、無線ＬＡＮや携帯電話用のアンテナに適した小型、軽量、無調整の高性能偏波特性を有するチップアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話や無線ＬＡＮ機器の普及により、小型、軽量で、簡単に実装ができ、かつ調整の不要なチップアンテナのニ−ズが高まっている。
【０００３】
元来、アンテナは、その放射効率や利得性能、帯域に重点を置く場合、波長相当、またはそれ以上の大きさが必要である。かつ、携帯電話や無線ＬＡＮ機器に実装する場合、アンテナ独自の形状を保持する必要があったり、周囲の影響をおさえるために、カバ−部分のプラシチックの厚みを含めて設計する必要があったり、近傍に不用意に金属などの導体を配置することに制限が生じることがあった。
【０００４】
一方、最近は、ＣＤＭＡやＯＦＤＭなど、種々フェ−ジングを含み、さまざまな妨害波がある多重伝搬路環境においても良好な通信が可能なディジタル通信方式が実用化されるようになってきている。これに伴い、アンテナは、波長相当の大きさを維持し、上記のような様々なアンテナの制約を受け入れて無線ＬＡＮ装置等を設計する必要がなくなり、多少、能率や利得が悪くても、小型、軽量で、簡単に実装ができるチップアンテナが用いられるようになってきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような動向によって、種々のチップアンテナが発明され、販売されるようになったが、これらは、従来の波長相当の大きさのアンテナをチップ大の大きさにすることに特化しすぎていて、偏波についての考慮がなされていない。
【０００６】
元来多重伝搬路環境では、例えば、垂直偏波で通信することが前提であっても、実際の通信では、直交する水平偏波も生じている。これは、携帯電話で話をするときに、電話を傾けて話すため、アンテナが斜めになり、実際は垂直と水平の成分が放射されている例や、無線ＬＡＮ機器の設置に関しても、設置場所の都合から、やや斜めに傾けて設置されたりする例、あるいは、多重の伝搬の過程で偏波が回転してしまうなどの例からも明らかである。そしてこのような条件下では、垂直以外に、直交する水平偏波も送受できるようなアンテナを用いれば、アンテナの実効的な利得は向上し、おなじ回線設計であれば、回線品質が向上すると言える。
【０００７】
（目的）
本発明の目的は、チップアンテナでありながら、複数の種類の直線偏波を送信／受信することが可能なチップアンテナを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、アンテナの実効的な利得及び回線品質を向上させることが可能なチップアンテナを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のチップアンテナは、誘電体の基体の地導体側に設けた電極端子と、前記基体の地導体と反対側に前記地導体と平行に設けたアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントと前記電極端子の間の基体内に設けられ、前記アンテナエレメントに一端が接続された前記アンテナエレメントに垂直な導体エレメントと、前記導体エレメントの他端と前記電極端子の間に設けられ、前記アンテナエレメントと平行な延在部分を有する給電線と、からなり、前記導体エレメントと前記給電線の延在部分のト−タルの長さをλｇ／４〜λｏ／４（λｏ：使用する高周波信号の自由空間波長、λｇ：誘電体内での波長）に選び、電界成分として前記アンテナエレメント及び給電線から水平偏波成分を放射するとともに、前記導体エレメントから垂直偏波成分を放射することを特徴とする。
【００１０】
前記アンテナエレメントは、正方形、長方形、楕円形、菱形又は平行四辺形の何れかの形状を有することを特徴とする。更に、前記導体エレメントの一端は、前記給電線の延在部分の延在方向における前記アンテナエレメントの最大長の中央より端部側において前記アンテナエレメントと接続されていることを特徴とする。
【００１１】
前記アンテナエレメントは、前記給電線の延在部分の延在方向に延びる線状アンテナエレメントであることを特徴とし、また、前記線状アンテナエレメントの両端部が地導体と平行で互いに反対方向に折れ曲がっていることを特徴とする。更に、前記導体エレメントの一端は、前記線状アンテナエレメントの中央より端部側において前記線状アンテナエレメントと接続されていることを特徴とする。
【００１２】
前記アンテナエレメントは、地導体と平行で互いに一部を交差する複数の導体の直線部からなり、前記交差点が前記導体エレメントの一端に接続されているか、又は地導体と平行で互いに端部が接続された複数の導体の直線部からなり、前記接続部が前記導体エレメントの一端に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記チップアンテナの前記給電線の延在部分はマイクロストリップラインで構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のチップアンテナは、誘電体の基体の地導体側に設けた電極端子と、前記基体の地導体と反対側に前記地導体と平行に設けたアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントと前記電極端子の間の基体内に設けられ、前記アンテナエレメントに一端が接続され前記基体に他端が接続された直線状の導体エレメントと、からなり、前記導体エレメントの長さをλｇ／４〜λｏ／４（λｏ：使用する高周波信号の自由空間波長、λｇ：誘電体内での波長）に選び、電界成分として前記アンテナエレメントから水平偏波成分を放射するとともに、前記導体エレメントから垂直偏波成分を含む偏波成分を放射することを特徴とする。
【００１５】
前記アンテナエレメントは、正方形、長方形、楕円形、菱形又は平行四辺形の何れかの形状を有することを特徴とし、前記導体エレメントは前記基体の地導体及び前記アンテナエレメントと垂直となるように、前記アンテナエレメント、前記導体エレメント及び前記電極端子が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
更に前記チップアンテナは、前記アンテナエレメント及び導体エレメントの近傍に、地導体に平行な直線部分と地導体と垂直な直線部分からなる１乃至４個のＬ形状の導体エレメント、又は前記アンテナエレメント及び導体エレメントの近傍に、地導体に平行で互いに直交する直線部の対と地導体に対して垂直な直線部からなる１乃至４個の三脚状の導体エレメント、又は前記アンテナエレメント及び導体エレメントの近傍に、地導体に平行で弧状の曲線部と該曲線部に一端が接続された地導体に対して垂直な直線部とからなる導体エレメントが設けられたことを特徴とする。
【００１７】
前記導体エレメントは前記基体の地導体及び前記アンテナエレメントと垂直となるように、前記アンテナエレメント、前記導体エレメント及び前記電極端子が配置され、前記アンテナエレメントの近傍に、地導体と平行な直線部と地導体に対して垂直なＬ形状の直線部からなり、地導体と平行な２つの直線部が所定角を形成する導体エレメント、又は前記アンテナエレメントの近傍に、地導体と平行な直線部と、前記直線部の端部と接続された地導体と平行でコの字状の導体の直線部からなる導体エレメントが設られていることを特徴とする。
【００１８】
正方形、長方形、楕円形、菱形又は平行四辺形の何れかの形状を有する前記アンテナエレメントと地導体の反対側の前記電極端子とは地導体と垂直方向で互いにずれた位置に配置され、又は、前記電極端子は地導体側の端部に設けられ、前記アンテナエレメントは地導体の反対側の対角方向の端部に設けられ、又は前記基体は直方体でなり、前記電極端子は地導体側の端部に設けられ、前記アンテナエレメントは地導体の反対側の面に長軸が対角方向に配置され楕円形に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
以上のチップアンテナの基体は、複数の誘電体基板を積層して構成し、前記地導体、前記電極端子及び前記アンテナエレメントは前記誘電体基板上に形成される。より具体的には、複数の誘電体基板を積層して構成し、それぞれの基板の表面、裏面、側面、内部の貫通穴等に導体パターンを形成し、それら積層して所望の形状、長さのアンテナ放射エレメントを形成することを特徴とする。
【００２０】
（作用）
誘電体の基体の地導体側の電極と、前記地導体と反対側のアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントと前記電極との間の導体エレメントとによりアンテナエレメントを構成する。特に、アンテナエレメントと前記導体エレメントとにより複数の直線偏波成分の電磁波の送信及び受信を可能とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明のチップアンテナの一実施の形態を図１〜図３に示す。図１は、本発明のチップアンテナの斜視図を、図２は展開図を、図３は、誘電体基板を積層して構成する場合の詳細を示す斜視図をそれぞれ示す図である。
【００２２】
図１に示すように、チップアンテナ１は、導体よりなる地導体２上の誘電体４の内部または表面に、電極３、エレメント５、６、給電線７、８を有する構造となっている。誘電体４が複数の誘電体板で構成される場合、図３に示すような複数の誘電体板４１〜４６を積層したものが、図１の誘電体４に相当する。
【００２３】
（実施の形態の構成）
図１において、チップアンテナ１は、導体よりなる地導体２と、同一平面状の端部に絶縁されて配置され、導体よりなる電極３と、誘電体よりなる誘電体４より構成される。誘電体４の表面及び内部には、導体よりなるエレメント５、６及び、導体よりなる給電線７、８が配置されている。
【００２４】
エレメント５は、誘電体４の上面の中央に配置した正方形の面状の導体よりなり、その中心から下方に延びるように導体のエレメント６が接続される。なお、エレメント５の形状は、正方形以外に、長方形、円形、楕円形、菱形、平行四辺形などでもよいが、何れの場合もエレメント５の中心（重心）にエレメント６が接続される。つまり、長方形、円形、平行四辺形等の場合には対角線の交点とすることができ、その他の形状では給電線７の方向及び給電線７の方向と直角方向のいずれもの最長距離の中間位置等にエレメントの一端が接続されるように構成することができる。
【００２５】
また、エレメント５を配置する位置は、誘電体４の上面の中央である必要はなく、何れかの角または辺にシフトしていてもかまわない。あるいは、端部（角、辺）に偏っていてもかまわない。
【００２６】
エレメント６の下端には、導体よりなる給電線７が、地導体２と平行となるように配置される。給電線７の他端は、電極３上部まで延び、そこから導体よりなる給電線８により、給電線７と電極３が接続される。これらの位置関係は図１及び図２より確認できる。
【００２７】
図２は、図１に示すチップアンテナの展開図であり、前述の構成に基づく各側面から観たエレメント５、６及び給電線７、８の位置関係が示されている。
【００２８】
図３は、図１の誘電体４を、複数の誘電体板４１〜４６を積層して構成した場合の詳細の斜視図である。エレメント５は一番上の誘電体板４１上に配置されている。この成形方法は、例えば、銅箔を貼った誘電体板４１をエッチングして製造するような方法をとってもよい。エレメント６は、誘電体板４１〜４４のスルーホール穴の内部に配置した導体により接続、構成される。給電線７との接続は、誘電体板４５上の導体パターンによって行われる。同様に、給電線８は、誘電体板４５〜４６のスルーホール穴の内部に配置した導体により接続、構成され、電極３に接続される。
【００２９】
図４は、給電線７の代わりに中間の誘電体板４５上に帯状の形状の給電線７１が配置され、所望の幅を持つ導体パターンより形成されている場合を示している。これは、給電線７１が幅をもつことにより、所望のインピーダンスを有するマイクロストリップ線路として動作させるものである。
【００３０】
図５は、図１〜図３に示すエレメント５の代わりに、直線の導体よりなり誘電体上において、地導体２に平行におかれたエレメント５１を配置した実施の形態である。この場合、エレメント６はエレメント５１の中心に接続される。
【００３１】
図６は、図５におけるエレメント５１の代わりに、エレメント５１の両端を折り曲げた構造のエレメント５２を配置した実施の形態である。この場合も、エレメント６はエレメント５２の中心に接続される。
【００３２】
図７は、直線状のエレメントを交差させてアンテナエレメントを構成した例を示す図である。図５におけるエレメント５１の代わりに、エレメント５１を２つ直交させた構造のエレメント５３を配置した実施の形態である。この場合も、エレメント６はエレメント５３の中心に接続される。
【００３３】
図８は、図５におけるエレメント５１の代わりに、エレメント５１を４本、隣接するエレメントが互いに約４５度の角度で放射状にならべた構造のエレメント５４を配置した実施の形態である。放射状に配置する場合、この本数は特に４本である必要はなく、Ｎ本でよい。従って、Ｎ本の場合は、隣のエレメントとなす角度は、３６０／Ｎ度となる。この場合も、エレメント６はエレメント５４の中心に接続される。
【００３４】
図９は、図１におけるエレメント５に相当するエレメント５０１が、中心（重心）よりシフトした位置でエレメント６の先端と接続されている実施の形態を示す図である。この場合、エレメント５０１は長方形で、エレメント６の先端とエレメント５０１上の任意の位置に接続されている場合を示している。図９において、エレメント５０１は、長方形以外に正方形、菱形、平行四辺形、台形などでもよいが、いずれの場合もそれらの中心または重心以外の任意の場所にエレメント６の先端が接続されていることを特徴としている。
【００３５】
図１０は、図１におけるエレメント５に相当するエレメント５０２が楕円形で、かつ、楕円形のエレメント５０２の中心（重心）よりシフトした位置でエレメント６の先端と接続されている実施の形態である。この場合、エレメント６の先端はエレメント５０２上の任意の位置に接続されている場合を示している。図１０において、エレメント５０２は、楕円形以外に円形でもよいが、いずれの場合もそれらの中心または重心以外の任意の場所にエレメント６の先端が接続されていることを特徴としている。
【００３６】
図１１は、図１におけるエレメント５に相当するエレメント５０３が任意の形状で形成された実施の形態である。
【００３７】
図１２は、図５におけるエレメント５１に相当するエレメントが、中心（２等分点）以外の場所で、エレメント６の先端と接続点を有するエレメント５０４を用いた実施の形態である。
【００３８】
図１３には、図１２のエレメント５０４の代わりに用いることのできるエレメント形状を４種示している。これらのエレメント、すなわち、（１）エレメントタイプ１〜（４）エレメントタイプ４は、図１２のエレメント６とエレメント５０４の組合せの代わりに用いるものである。
【００３９】
図１４は、図１に示す実施の形態に、Ｌ型形状のエレメント５５を付加したものである。Ｌ型形状のエレメント５５は、地導体２と平行な直線部と、地導体２に対して垂直な直線部から構成される。Ｌ型形状のエレメント５５は、直接的には給電されない構造（導体などで接続されていない）で、１組み〜４組みの場合がある。
【００４０】
図１５は、図１４のエレメント５５の代わりに、三脚状のエレメント５６を付加したものである。三脚状のエレメント５６は、地導体２と平行で互いに直交する直線部の対と、地導体２に対して垂直な直線部から構成される。三脚状のエレメント５６も前記同様、直接的には給電されない構造（導体などで接続されていない）で、１組み〜４組みの場合がある。
【００４１】
図１６は、図１５のエレメント５６の代わりに、変形した三脚状のエレメント５８を付加したものである。変形した三脚状のエレメント５８は、地導体２と平行なエレメントが弧状になっており、その弧状の任意の点と、地導体２に対して垂直な直線部を接続して構成される。変形した三脚状のエレメント５８も前記同様、直接的には給電されない構造（導体などで接続されていない）で、必要に応じて任意の数量を配置する。また、中心に配置されている円形形状のエレメント５７は、楕円形、正方形、長方形、菱形、平行四辺形、台形などの形状でもよい。
【００４２】
図１７は、図１のエレメント５に相当するエレメント６０を誘電体の上面の端部に配置し、下部の端部の電極３からのエレメント６１を垂直に伸ばして接続した構造を有する実施の形態である。
【００４３】
図１８は、図１７の実施の形態に、Ｌ型形状のエレメント６２、６３を付加したものである。Ｌ型形状のエレメント６２、６３は、地導体２と平行な直線部と、地導体２に対して垂直な直線部から構成される。Ｌ型形状のエレメント６２と６３の地導体２と平行な直線部は、任意の角度を持っているが通常４５度程度とするのがよい。Ｌ型形状のエレメント６２、６３は、直接的には給電されない構造（導体などで接続されていない）となっている。
【００４４】
図１９は、図１８のＬ型形状のエレメント６２、６３の代わりに、ル−プ形状のエレメント６４を付加したものである。ル−プ形状のエレメント６４は、地導体２と平行でコの字状の線状の導体と、その一端またはコの字状導体状の任意の一点に接続される、地導体２に対して垂直な直線部導体から構成される。エレメント６４のコの字状の部分は弧状でも問題ない。また、エレメント６４は、直接的には給電されない構造（導体などで接続されていない）となっている。
【００４５】
図２０は、図１で、電極３とエレメント５を最短距離の直線の導体で斜めに接続するエレメント６０１を用いた実施の形態である。この場合においても、エレメント５の形状は、正方形以外に、長方形、菱形、平行四辺形、台形、円形、楕円形のいずれの形状でもよい。
【００４６】
図２１は、電極３１を下面の角の端部に配置し、エレメント５を、上面の、電極３と相対する端部に配置し、エレメント５と電極３１を接続するエレメント６０２を配置した実施の形態である。
【００４７】
図２２は、図２１のエレメント５の形状が楕円形の場合の実施の形態である。この場合、楕円の長軸が、電極３とエレメント５の対角の方向と一致している構造となっている。
【００４８】
（動作の説明）
本発明のチップアンテナの各実施の形態の電気的動作を以下に説明する。
【００４９】
図１において、本チップアンテナの給電は、電極３と地導体２の間に高周波信号を加えることによって行う。地導体２をア−ス側電極とすると、電極３に加えられた高周波信号は、給電線８から給電線７を経てエレメント６に給電される。
【００５０】
いま、使用する波長の自由空間波長をλｏ、誘電体内での波長をλｇとするとき、エレメント６の長さは、概ねλｇ／４未満の長さに選定される。
【００５１】
給電線７は、エレメント６への高周波信号の給電を行うが、同時に、この部分からの放射も起こるため、エレメント６と給電線７のト−タルの長さを、概ねλｇ／４〜λｏ／４に選ぶことが多い。
【００５２】
エレメント６に給電された高周波信号は、エレメント６上で電流分布２０１のような励振分布を形成する。電流分布２０１において、エレメント６の先端部で零とならないのは、エレメント５が容量性の負荷として動作するからである。
【００５３】
本実施の形態における電磁波の輻射の原理はアンテナエレメントで生じる電流分布のアンバランス分によるものである。これは本発明の図２〜図２２に示す実施の形態で共通的に利用している。
【００５４】
図２３には本発明の電流分布の原理を示している。（Ａ）はエレメン５の中心にエレメント６の先端（一端）が接続されている場合であり、（Ｂ）は中心からずれた位置でエレメントの先端（一端）が接続されている場合である。（Ａ）のような場合、電流分布は、中心から放射状に電流が分布する。（Ａ）では代表で４つの電流分布９０１〜９０４を示しており、これらの分布によって、放射される電界は、天頂方向（Ｚ軸方向）で観たとき、ベクトル和が零になる。一方（Ｂ）の場合では、電流分布９１１と９１３は、大きさが等しく逆向きの電流のためキャンセルされるが、電流分布９１２と９１４では、大きさが異なるから電流分布の大きな成分が生き残る。アンテナエレメントが線状の導体の場合も基本的には同じである。
【００５５】
本実施の形態の図１のケ−スでは、給電線７の影響により、（Ａ）でいうところの電流分布９０２と９０４で振幅、位相がキャンセルしない状態になっているから、エレメント５上の電流分布は、電流分布２０２のような励振となる。
【００５６】
このように、本来、エレメント５は対称な形状をしているため、放射状に電流が分布し放射状の電流の影響がキャンセルされるように考えられるが、給電線７と平行な部分については、給電線７の影響により大地（地導体２）との関係が他と異なり、バランスが崩れて、電流分布２０２のような電流が励振され放射に寄与することになる。
【００５７】
従って、本アンテナの放射する電界成分は、エレメント５よりＸ軸に平行な水平偏波成分が、エレメント６よりＺ軸に平行な垂直偏波成分が、給電線７よりＸ軸に平行な水平偏波成分が、それぞれ放射される。
【００５８】
図４では、図１の給電線７の代わりに給電線７１が用いられている。給電線７１は、特定の幅をもっており、マイクロストリップ線路を地導体２との間で形成するものである。この場合においては、給電線７１からの放射はほとんどないが、給電線７１の存在により、エレメント５上の電流分布は、前述同様、図１の電流分布２０２のようになる。従って、この場合でも、アンテナの放射する電界成分は、エレメント５よりＸ軸に平行な水平偏波成分と、エレメント６よりＺ軸に平行な垂直偏波成分がそれぞれ放射される。
【００５９】
図５は、図１のエレメント５の代わりに、直線の導体よりなり、地導体２に平行におかれたエレメント５１を配置した場合である。この場合の電流分布も、前述同様である。この場合、電流はエレメント５１上にコサイン状に分布するように思えるが、ここでも給電線７による影響により、エレメント５１上で、エレメント６との接続点の右側と左側では対称な電流分布とならず、結局、その差分を考えると、電流分布２０２のような成分が残る。
【００６０】
従って、図５に場合でも、放射する電界成分は、エレメント５よりＸ軸に平行な水平偏波成分と、エレメント６よりＺ軸に平行な垂直偏波成分と、給電線７よりＸ軸に平行な水平偏波成分が、それぞれ放射される。
【００６１】
図６は、図５におけるエレメント５１の代わりに、エレメント５１の両端を折り曲げた構造のエレメント５２を配置した場合、図７は、図５におけるエレメント５１の代わりに、エレメント５１を２つ直交させた構造のエレメント５３を配置した場合、図８は、図５におけるエレメント５１の代わりに、エレメント５１を４本、約４５度おきに放射状にならべた構造のエレメント５４を配置した場合である。何れも、放射の原理は、前記図５の場合と同様である。
【００６２】
図９は、図１におけるエレメント５に相当するエレメント５０１が、エレメント５０１の中心（重心）よりシフトした位置でエレメント６の先端と接続されている場合である。この場合は、エレメント５０１の中心にエレメント６の先端が接続されているわけではないので、必然的にエレメント５０１上にキャンセルされない電流が電流分布２０３として分布することになる。従って、図９のアンテナの放射する電界成分は、エレメント５０１よりＸ軸に平行な水平偏波成分と、エレメント６よりＺ軸に平行な垂直偏波成分と、給電線７よりＸ軸に平行な水平偏波成分が、それぞれ放射されることになる。特にエレメント５０１において、エレメント６との接続点がエレメント５０１の中心（重心）からずれるほど、電流分布２０３の振幅は大きくなるので、エレメント５０１より放射される、Ｘ軸に平行な水平偏波成分が大となる。
【００６３】
図１０は、図１におけるエレメント５に相当するエレメント５０２が楕円形で、かつ、楕円形のエレメント５０２の中心（重心）よりシフトした位置でエレメント６の先端と接続されている場合である。この場合の放射のメカニズムも、前述の図９の場合と同様である。
【００６４】
なお、図９及び図１０において、エレメント６の先端とエレメント５０１または５０２との中心（重心）とのズレは、Ｘ軸上においてのズレとして記載されているが、Ｙ軸方向のズレ、またはＸ−Ｙ平面状で任意の方向のズレが生じる場合も想定される。すなわち、エレメント５０１または５０２の長軸方向が、Ｘ−Ｙ平面上で、Ｘ軸から任意の角度¢方向に回転しており、¢線上で中心（重心）がシフトしていたとすると、この軸上の電流が電流分布２０３となる。従って、この場合の放射電界成分は、¢線に平行な水平偏波成分と、エレメント６より放射されるＺ軸に平行な垂直偏波成分と、給電線７より放射されるＸ軸に平行な水平偏波成分となる。
【００６５】
図１１は、図１におけるエレメント５に相当するエレメント５０３が任意の形状を形成している場合である。この場合は、エレメント５０３上の電流分布が一見して予想できないが、例えば、エレメント５０３上の電流分布で放射を考えたときに、互いにキャンセルされる電流分を取り除き、結果的に、Ｘ−Ｙ平面上で、Ｘ軸から任意の角度¢方向の線上の電流分布が残ったとき、放射電界成分は、¢線に平行な水平偏波成分と、エレメント６より放射されるＺ軸に平行な垂直偏波成分と、給電線７より放射されるＸ軸に平行な水平偏波成分となる。
【００６６】
図１２は、図５におけるエレメント５１が、エレメント５１の中心（２等分点）以外の場所で、エレメント６の先端と接続点を有するエレメント５０４を用いた場合である。この場合の放射のメカニズムは、図９及び図１０と同様である。
【００６７】
図１３は、図１２のエレメント５０４の代わりに用いることのできるエレメント形状を４種示している。これらのエレメント、すなわち、（１）エレメントタイプ１〜（４）エレメントタイプ４は、図１２のエレメント６とエレメント５０４の組合せの代わりに用いるものである。この場合の放射のメカニズムは、図１１の場合と同様である。
【００６８】
図１４は、図１の実施の形態に、Ｌ型形状のエレメント５５を付加したものである。Ｌ型形状のエレメントは、地導体２と平行な直線部と、地導体２に対して垂直な直線部から構成されており、ト−タルの長さが概ねλｇ／２〜λｏ／２に選ぶことが多い。エレメント５５は直接的には給電されないが、エレメント５及び６との相互結合によって高周波信号が励起され、電界を放射する。この場合、エレメント５５の電界成分は、Ｘ方向成分、Ｙ方向成分、Ｚ方向成分を有する。
【００６９】
図１５は、図１４のエレメント５５の代わりに、三脚状のエレメント５６を付加したものである。三脚状のエレメント５６は、地導体２と平行で互いに直交する直線部の対と、地導体２に対して垂直な直線部から構成されており、地導体２と平行で互いに直交する直線部の対のト−タル長さが概ねλｇ／２〜λｏ／２の場合と、一方の地導体２と平行な直線部と地導体２に対して垂直な直線部のト−タルの長さが概ねλｇ／２〜λｏ／２の場合と、地導体２と平行で互いに直交するそれぞれの直線部と地導体２に対して垂直な直線部のト−タル長さが概ね３λｇ／４〜３λｏ／４の場合とがある。
【００７０】
上記の何れの場合においても、エレメント５６から放射される電界は、これらのエレメントと軸方向と平行な電界成分を有するため、Ｘ軸方向の水平偏波成分、Ｙ軸方向の水平偏波成分、Ｚ軸方向の垂直偏波成分を有する。同時に、エレメント５やエレメント６、給電線７からの放射も行われる。
【００７１】
図１６は、図１５のエレメント５６の代わりに、変形した三脚状のエレメント５８を付加し、円形のエレメント５７を用いた場合である。この場合の放射の原理は、前記図１５の場合とほぼ同様である。ただし、エレメント５８の地導体２と平行で弧状の曲線部から放射される電界は、弧状の曲線部上の電流分布によってきまるため、一義的には決定されない。
【００７２】
図１７は、図１のエレメント５に相当するエレメント６０を端部に配置し、下部の端部の電極３からのエレメント６１を垂直に伸ばして接続した場合である。この場合は、一見、エレメント６０上の電流分布は完全対称のように思えるが、やはりキャンセルされないアンバランス分を有する。なぜなら、エレメント６０は誘電体４より形成される直方体の端部に配置されているからである。すなわち、エレメント６０の左側には、誘電体部分がないが、右側部分には誘電体が存在する。簡単に説明するなら、端部の誘電体の有無により、共振周波数が微妙にずれることが容易に理解できるからである。従って、エレメント６０上のＸ軸方向の電流分布は、アンバランスが生じ、結果的に、エレメント６０からは、Ｘ軸方向の水平偏波成分が放射されることになる。また、エレメント６１からは、Ｚ軸方向の垂直偏波成分が放射される。
【００７３】
図１８は、図１７の実施の形態に、Ｌ型形状のエレメント６２、６３を付加したものである。Ｌ型形状のエレメント６２、６３は、地導体２と平行な直線部と、地導体２に対して垂直な直線部から構成されており、それぞれのＬ型形状のエレメント６２または６３のト−タルのい長さは、概ねλｇ／２〜λｏ／２に選ぶことが多い。エレメント６２、６３は直接的には給電されないが、エレメント６１との相互結合によって高周波信号が励起され、電界を放射する。この場合、エレメント６２の放射電界の成分は、地導体２と平行な直線部と平行な水平偏波成分と、Ｚ軸方向と平行な垂直偏波成分を有する。これは、エレメント６３についても同様である。同時に、エレメント６０とエレメント６１からの放射も行われる。
【００７４】
図１９は、図１８のＬ型形状のエレメント６２、６３の代わりに、ル−プ形状のエレメント６４を付加したものである。ル−プ形状のエレメント６４は、地導体２と平行でコの字状の線状の導体と、その一端またはコの字状導体状の任意の一点に接続される、地導体２に対して垂直な直線部導体から構成される。エレメント６４で地導体２と直交する直線部の長さは、概ねλｇ／４以下の長さに選定される。また、エレメント６４のト−タルの長さは、概ねλｇ／２〜λｏ／２の長さ、またはその自然数倍に選定される。エレメント６４からの放射電界は、Ｘ軸成分およびＹ軸成分の電界を含んでいる。同時に、エレメント６０とエレメント６１からの放射も行われる。
【００７５】
図２０は、図１で、電極３とエレメント５を最短距離の直線の導体で斜めに接続するエレメント６０１を用いた場合である。この場合は、図１の場合と同様の原理で放射が起こる。即ち、エレメント５の放射は、エレメント６０１によって生じるエレメント５上のアンバランスな電流分布２０２により、Ｘ軸方向成分の水平偏波が、エレメント６０１からの放射は、エレメント６０１と平行な成分の直線偏波、すなわち、Ｘ軸成分およびＹ軸成分を含む斜め偏波成分が放射される。なお、エレメント６０１の長さは、概ねλｇ／４〜λｏ／４に選ばれる。
【００７６】
図２１は、前述の電極３の代わりに電極３１を下面の角の端部に配置し、エレメント５を、上面の電極３１と相対する端部に配置し、エレメント５と電極３１を接続するエレメント６０２を配置した場合である。前記同様、エレメント６０２の長さは、概ねλｇ／４〜λｏ／４に選定される。放射のメカ二ズムについても前記同様である。ただし、エレメント６０２からの放射電界は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸成分をもっており、かつ、エレメント５からの放射電界は、エレメント６０２を上面に投影した軸と平行な電界成分の水平偏波となる。
【００７７】
図２２は、図２１のエレメント５の形状が楕円形の場合の実施の形態である。この場合、図２１のものと同様にエレメント６０２の長さは、概ねλｇ／４〜λｏ／４に選定される。放射のメカ二ズムについても図２１の場合と同様である。
【００７８】
なお、以上の実施の形態においては、図１４〜１６に示すように絶縁されたエレメントは、アンテナエレメントとして所定の面積を有する実施の形態に適用した例を示したが、かかるエレメントは、図１７、２０、２１、２２に示すような実施の形態や、図５〜８、図１２、１３に示す線状のアンテナエレメントの実施の形態の場合にも適用することが可能であることは云うまでもない。
【００７９】
【発明の効果】
本発明のチップアンテナによれば、誘電体の基体の地導体側に電極端子を設け、地導体側と反対側に所定面積又は線状等の任意形状のアンテナエレメントを設け、前記アンテナエレメントと前記電極端子の間の基体内に、前記アンテナエレメントに一端が接続され、他端が給電線を介する等により前記電極端子に接続された導体エレメントとを設けた構成を採用することにより、以下の効果がある。
【００８０】
（１）多様な偏波に対応でき、回線品質を向上させることが可能である。一般に、チップアンテナは無線ＬＡＮや携帯電話用として使用されるが、従来のチップアンテナは、直線偏波で単一の偏波しか放射できないが、本アンテナは、２種または３種の直線偏波成分を放射できる。無線ＬＡＮや携帯電話の通信においては、単一の直線偏波での通信を前提としているが、実際には、その伝搬環境から直交する直線偏波成分も多数存在し、両方の偏波を送信／受信できることから回線品質が向上する。つまり、本発明のチップアンテナでは、アンテナエレメントの配置面の上部からみたとき、Ｘ、Ｙ、Ｚで示す座標系で、Ｘ方向及びＹ方向の直線偏波を送信及び受信することが可能であり、アンテナエレメントの配置面と平行方向からみたとき導体エレメント６によるＺ方向の直線偏波を送信及び受信することが可能である。さらに、それぞれの偏波方向をミックスすることにより、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の直線偏波を、能率よく送信及び受信することが可能なアンテナを構成することができる。
【００８１】
（２）チップ状の小型、軽量なアンテナである。つまり、チップ状の小型、軽量なアンテナであるため、スペ−スの少ない部分でも実装が可能である。また、軽量であるため、実装した装置全体の重量も軽くすることができる。さらに、チップ状であることから、ＳＭＴ実装（表面の自動実装）が可能で、場所を選ばず実装することができ装置のアンテナ取付の組立コストを安くすることができる。
【００８２】
（３）電極端子、アンテナエレメント、導体エレメント等の配置構成が簡略化されることから、大量生産に適し、安価に製造することが可能である。
【００８３】
（４）基本的に調整作業が不要であり、調整の手間を省くことが可能であり、装置の価格を安くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチップアンテナの一実施の形態を示す図である。
【図２】図１に示すチップアンテナの展開図を示す図である。
【図３】誘電体を複数の誘電体板を積層して構成する例を示す図である。
【図４】給電線にマイクロストリップを構成する帯状の導体とした例をす図である。
【図５】アンテナエレメントを直線状のエレメントで構成した例を示す図である。
【図６】アンテナエレメントの両端を折り曲げた線状のアンテナエレメントで構成した例を示す図である。
【図７】直線状のエレメントを交差させてアンテナエレメントを構成した例を示す図である。
【図８】複数のエレメントを所定角度で放射状に配置してアンテナエレメントを構成した例を示す図である。
【図９】導体エレメントの一端をアンテナエレメントの端部側に接続した例を示す図である。
【図１０】楕円形のアンテナエレメントの例を示す図である。
【図１１】任意形状のアンテナエレメントの例を示す図である。
【図１２】導体エレメントの一端を線状のアンテナエレメントの２等分点以外の場所で接続した例を示す図である。
【図１３】線状のアンテナエレメントの他の４つの形状の例を示す図である。
【図１４】Ｌ字形状のエレメントを付加した例を示す図である。
【図１５】三脚状のエレメントを付加した例を示す図である。
【図１６】変形した三脚状のエレメントを付加した例を示す図である。
【図１７】電極端子側からアンテナエレメントに垂直に導体エレメントを配置した例を示す図である。
【図１８】Ｌ型形状のエレメントを付加した例を示す図である。
【図１９】ループ形状のエレメントを付加した例を示す図である。
【図２０】電極端子に対し垂直方向でずれた位置にアンテナエレメントを配置し、導体エレメントを最短距離に配置した例を示す図である。
【図２１】電極端子を下面の端部に、アンテナエレメントを上面の電極端子と相対する端部に配置し、アンテナエレメントと電極端子との間の導体エレメントを最短距離に配置した例を示す図である。
【図２２】アンテナエレメントの形状を楕円形とした例を示す図である。
【図２３】アンテナエレメントの電流分布を示す図である。
【符号の説明】
１チップアンテナ
２地導体
３電極（端子）
４誘電体
５（アンテナ）エレメント
６（導体）エレメント
７、８給電線
４１、４２、４３、４４、４５、４６誘電体板

Claims

誘電体の基体の地導体側に設けた電極端子と、前記基体の地導体と反対側に前記地導体と平行に設けたアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントと前記電極端子の間の基体内に設けられ、前記アンテナエレメントに一端が接続された前記アンテナエレメントに垂直な導体エレメントと、前記導体エレメントの他端と前記電極端子の間に設けられ、前記アンテナエレメントと平行な延在部分を有する給電線と、からなり、前記導体エレメントと前記給電線の延在部分のト−タルの長さをλｇ／４〜λｏ／４（λｏ：使用する高周波信号の自由空間波長、λｇ：誘電体内での波長）に選び、電界成分として前記アンテナエレメント及び給電線から水平偏波成分を放射するとともに、前記導体エレメントから垂直偏波成分を放射することを特徴とするチップアンテナ。
前記アンテナエレメントは、正方形、長方形、楕円形、菱形又は平行四辺形の何れかの形状を有することを特徴とする請求項１記載のチップアンテナ。
前記導体エレメントの一端は、前記給電線の延在部分の延在方向における前記アンテナエレメントの最大長の中央より端部側において前記アンテナエレメントと接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載のチップアンテナ。
前記アンテナエレメントは、前記給電線の延在部分の延在方向に延びる線状アンテナエレメントであることを特徴とする請求項１記載のチップアンテナ。
前記線状アンテナエレメントの両端部が地導体と平行で互いに反対方向に折れ曲がっていることを特徴とする請求項４記載のチップアンテナ。
前記導体エレメントの一端は、前記線状アンテナエレメントの中央より端部側において前記線状アンテナエレメントと接続されていることを特徴とする請求項４又は５記載のチップアンテナ。
前記アンテナエレメントは、地導体と平行で互いに一部を交差する複数の導体の直線部からなり、前記交差点が前記導体エレメントの一端に接続されていることを特徴とする請求項１記載のチップアンテナ。
前記アンテナエレメントは、地導体と平行で互いに端部が接続された複数の導体の直線部からなり、前記接続部が前記導体エレメントの一端に接続されていることを特徴とする請求項１記載のチップアンテナ。
前記給電線の延在部分はマイクロストリップラインで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１つの請求項記載のチップアンテナ。
誘電体の基体の地導体側に設けた電極端子と、前記基体の地導体と反対側に前記地導体と平行に設けたアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントと前記電極端子の間の基体内に設けられ、前記アンテナエレメントに一端が接続され前記基体に他端が接続された直線状の導体エレメントと、からなり、前記導体エレメントの長さをλｇ／４〜λｏ／４（λｏ：使用する高周波信号の自由空間波長、λｇ：誘電体内での波長）に選び、電界成分として前記アンテナエレメントから水平偏波成分を放射するとともに、前記導体エレメントから垂直偏波成分を含む偏波成分を放射することを特徴とするチップアンテナ。
前記アンテナエレメントは、正方形、長方形、楕円形、菱形又は平行四辺形の何れかの形状を有することを特徴とする請求項１０記載のチップアンテナ。
前記導体エレメントは前記基体の地導体及び前記アンテナエレメントと垂直となるように、前記アンテナエレメント、前記導体エレメント及び前記電極端子が配置されていることを特徴とする請求項１０又は１１記載のチップアンテナ。
前記アンテナエレメント及び導体エレメントの近傍に、地導体に平行な直線部分と地導体と垂直な直線部分からなる１乃至４個のＬ形状の導体エレメントが設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか１つの請求項記載のチップアンテナ。
前記アンテナエレメント及び導体エレメントの近傍に、地導体に平行で互いに直交する直線部の対と地導体に対して垂直な直線部からなる１乃至４個の三脚状の導体エレメントが設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか１つの請求項記載のチップアンテナ。
前記アンテナエレメント及び導体エレメントの近傍に、地導体に平行で弧状の曲線部と該曲線部に一端が接続された地導体に対して垂直な直線部とからなる導体エレメントが設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか１つの請求項記載のチップアンテナ。
前記アンテナエレメントの近傍に、地導体と平行な直線部と地導体に対して垂直なＬ形状の直線部からなり、地導体と平行な２つの直線部が所定角を形成する導体エレメントが設けられたことを特徴とする請求項１２記載のチップアンテナ。
前記アンテナエレメントの近傍に、地導体と平行な直線部と、前記直線部の端部と接続された地導体と平行でコの字状の導体エレメントが設られたことを特徴とする請求項１２記載のチップアンテナ。
前記アンテナエレメントは地導体の反対側の前記電極端子とは地導体と垂直方向で互いにずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１１記載のチップアンテナ。
前記基体は直方体でなり、前記電極端子は地導体側の端部に設けられ、前記アンテナエレメントは地導体の反対側の対角方向の端部に設けられていることを特徴とする請求項１１記載のチップアンテナ。
前記基体は直方体でなり、前記電極端子は地導体側の端部に設けられ、前記アンテナエレメントは地導体の反対側の面に長軸が対角方向に配置され楕円形に設けられていることを特徴とする請求項１１記載のチップアンテナ。
前記基体は、複数の誘電体基板を積層して構成し、前記地導体、前記電極端子及び前記アンテナエレメントは前記誘電体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２０の何れか１つの請求項記載のチップアンテナ。