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JP2012028830A - Antenna device - Google Patents

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JP2012028830A
JP2012028830A JP2010159455A JP2010159455A JP2012028830A JP 2012028830 A JP2012028830 A JP 2012028830A JP 2010159455 A JP2010159455 A JP 2010159455A JP 2010159455 A JP2010159455 A JP 2010159455A JP 2012028830 A JP2012028830 A JP 2012028830A
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radiation electrode
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a difference of frequencies in an antenna device capable of coping with a plurality of frequency bands.SOLUTION: By forming a radiation electrode 102 on an upper surface of a dielectric roughly in a rectangular parallelepiped shape and forming a ground electrode 114 on a bottom surface, an antenna element 100 is formed. The antenna element 100 is installed in the mounting area 112 of a printed circuit board 110. A ground pattern area at the peripheral edge of the mounting area 112 is connected with the ground electrode 114. One of the radiation electrode 102 is an open end and the other end is connected with the ground electrode 114 as a short circuit end. An area where the ground electrode 114 can be formed in the short circuit end side is limited to a higher harmonic dominant area where the amplitude of three-times higher harmonic standing waves is larger than the amplitude of fundamental standing waves generated in the radiation electrode 102.

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、その周波数調整に関する。   The present invention relates to an antenna device, and more particularly to frequency adjustment thereof.

携帯電話などの小型無線端末に内蔵されるチップ型のアンテナ素子は、ブロック型の誘電体の表面に放射電極と給電電極をプリントすることにより形成される。給電電極に交流電流を供給して電界を発生させると、放射電極にも交流電流が流れ、放射電極から電波が発生する。   A chip-type antenna element built in a small wireless terminal such as a cellular phone is formed by printing a radiation electrode and a feeding electrode on the surface of a block-type dielectric. When an electric field is generated by supplying an alternating current to the feeding electrode, an alternating current also flows through the radiation electrode, and radio waves are generated from the radiation electrode.

多くの携帯端末は、GPS(Global Positioning System)やブルートゥース(登録商標)などの複数の周波数帯に対応する必要がある。携帯端末の小型化の要請に応えつつ、複数の周波数帯に対応するためには、単一のアンテナ素子で複数の周波数帯の電波を発生させることが望ましい。   Many portable terminals need to support a plurality of frequency bands such as GPS (Global Positioning System) and Bluetooth (registered trademark). In order to support a plurality of frequency bands while responding to the demand for miniaturization of portable terminals, it is desirable to generate radio waves in a plurality of frequency bands with a single antenna element.

特開2004−72699号公報JP 2004-72699 A 特開2002−164729号公報JP 2002-164729 A

特許文献1では、アンテナ素子にプリントされる放射導体のパターンを工夫することにより、主共振点とスプリアス共振点の2つの周波数帯に対応している。特許文献1の場合、主共振点とスプリアス共振点の周波数比は約1:2となる。GPSの周波数は約1.5GHzであり、ブルートゥース(登録商標)の周波数は約2.4GHzであるため、GPSとブルートゥース(登録商標)の周波数比は1:1.5である。したがって、特許文献1の技術では、これらの周波数帯に対応できない。特許文献2に示されるデュアルバンドアンテナにおいても、その周波数比は約1:2である。   In Patent Document 1, it is possible to cope with two frequency bands of a main resonance point and a spurious resonance point by devising a radiation conductor pattern printed on an antenna element. In the case of Patent Document 1, the frequency ratio between the main resonance point and the spurious resonance point is about 1: 2. Since the frequency of GPS is about 1.5 GHz and the frequency of Bluetooth (registered trademark) is about 2.4 GHz, the frequency ratio of GPS and Bluetooth (registered trademark) is 1: 1.5. Therefore, the technique of Patent Document 1 cannot cope with these frequency bands. Also in the dual-band antenna shown in Patent Document 2, the frequency ratio is about 1: 2.

本発明は、上記課題に鑑みて完成された発明であり、その主たる目的は、複数の周波数帯に対応可能なアンテナ装置において、その周波数の差を縮めることにある。   The present invention has been completed in view of the above problems, and a main object thereof is to reduce the difference in frequency in an antenna device that can handle a plurality of frequency bands.

本発明に係るアンテナ装置は、略直方体状の誘電体の上面に放射電極が形成され底面にグランド電極が形成されるアンテナ素子と、アンテナ素子が取り付けられる実装領域および実装領域の周縁に設けられるグランドパターン領域を含むプリント基板を備える。放射電極の一端は開放端であり、他端はグランド電極と接続される短絡端である。短絡端側においてグランド電極が形成される領域は、放射電極に発生する基本定在波の振幅よりも所定の高調定在波の振幅の方が大きい高調波優勢領域に限定される。   An antenna device according to the present invention includes an antenna element in which a radiation electrode is formed on the top surface of a substantially rectangular parallelepiped dielectric and a ground electrode is formed on the bottom surface, a mounting region to which the antenna element is attached, and a ground provided on the periphery of the mounting region. A printed circuit board including a pattern region is provided. One end of the radiation electrode is an open end, and the other end is a short-circuited end connected to the ground electrode. The region where the ground electrode is formed on the short-circuit end side is limited to a harmonic dominant region where the amplitude of the predetermined harmonic standing wave is larger than the amplitude of the fundamental standing wave generated in the radiation electrode.

ここでいう高調定在波は、基本定在波の3倍の周波数を有する定在波であってもよい。   The harmonic standing wave here may be a standing wave having a frequency three times that of the basic standing wave.

誘電体の短絡端側の比誘電率を、開放端側の比誘電率よりも大きくなるようにアンテナ素子を形成してもよい。高調波優勢領域に限り第1の比誘電率の材料により誘電体を形成し、それ以外の領域においては第1の比誘電率よりも低い比誘電率の材料により誘電体を形成してもよい。   The antenna element may be formed so that the relative dielectric constant on the short-circuit end side of the dielectric is larger than the relative dielectric constant on the open end side. The dielectric may be formed of a material having a first relative dielectric constant only in the harmonic dominant region, and the dielectric may be formed of a material having a relative dielectric constant lower than the first relative dielectric constant in other regions. .

グランド電極の一部を放射電極側に突起させることにより、放射電極とグランド電極の対向距離を短縮してもよい。また、放射電極のうち高調波優勢領域に含まれる部分の一部をグランド電極側に突起させることにより、放射電極とグランド電極の対向距離を短縮してもよい。   By projecting a part of the ground electrode toward the radiation electrode, the facing distance between the radiation electrode and the ground electrode may be shortened. Further, the facing distance between the radiation electrode and the ground electrode may be shortened by projecting a part of the radiation electrode included in the harmonic dominant region toward the ground electrode.

放射電極は、誘電体の上面全面に形成されてもよい。あるいは、放射電極は、高調波優勢領域においては第1の電極幅を有し、それ以外の領域に限り第1の電極幅よりも狭い第2の電極幅を有するように形成されてもよい。放射電極は、短絡端側の領域においては第1の電極幅を有し、高調定在波の最初の節が現れる位置から開放端までの領域に限り第1の電極幅よりも狭い第2の電極幅を有するように形成されてもよい。   The radiation electrode may be formed on the entire upper surface of the dielectric. Alternatively, the radiation electrode may be formed to have a first electrode width in the harmonic dominant region and a second electrode width narrower than the first electrode width only in other regions. The radiation electrode has a first electrode width in the region on the short-circuit end side, and a second electrode narrower than the first electrode width only in a region from the position where the first node of the harmonic standing wave appears to the open end. It may be formed to have an electrode width.

本発明によれば、複数の周波数帯に対応可能なアンテナ装置において、その周波数の差を縮めやすくなる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes easy to reduce the difference of the frequency in the antenna device which can respond to a some frequency band.

アンテナ素子に発生する定在波の模式図である。It is a schematic diagram of the standing wave which generate | occur | produces in an antenna element. 第1実施形態におけるアンテナ装置の外観図である。1 is an external view of an antenna device according to a first embodiment. 第1実施形態におけるアンテナ素子の展開図である。It is an expanded view of the antenna element in 1st Embodiment. 図4(a)は、プリント基板におけるアンテナ素子の第1の設置場所を示す図である。図4(b)は、プリント基板におけるアンテナ素子の第2の設置場所を示す図である。図4(c)は、プリント基板におけるアンテナ素子の第3の設置場所を示す図である。Fig.4 (a) is a figure which shows the 1st installation place of the antenna element in a printed circuit board. FIG. 4B is a diagram illustrating a second installation location of the antenna element on the printed circuit board. FIG. 4C is a diagram illustrating a third installation location of the antenna element on the printed circuit board. アンテナ素子の設置場所ごとの周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic for every installation place of an antenna element. 第2実施形態におけるアンテナ装置の外観図である。It is an external view of the antenna apparatus in 2nd Embodiment. 第3実施形態におけるアンテナ装置の外観図である。It is an external view of the antenna apparatus in 3rd Embodiment. 第4実施形態におけるアンテナ装置の外観図である。It is an external view of the antenna apparatus in 4th Embodiment. 図8のA−A線に沿ってアンテナ素子を切断した場合の側断面図である。It is a sectional side view at the time of cut | disconnecting an antenna element along the AA line of FIG. 第5実施形態におけるアンテナ装置の外観図である。It is an external view of the antenna apparatus in 5th Embodiment. 図10のA−A線に沿ってアンテナ素子を切断した場合の側断面図である。It is a sectional side view at the time of cut | disconnecting an antenna element along the AA line of FIG. 第6実施形態におけるアンテナ装置の外観図である。It is an external view of the antenna apparatus in 6th Embodiment. 第7実施形態におけるアンテナ装置の外観図である。It is an external view of the antenna apparatus in 7th Embodiment. 第1、第4〜第7実施形態におけるアンテナ装置の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the antenna apparatus in 1st, 4th-7th embodiment.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。各実施形態においては、携帯電話に内蔵されるアンテナ素子を題材として説明する。アンテナ素子を内蔵する携帯電話としてアンテナ装置が形成される。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each embodiment, an antenna element built in a mobile phone will be described as a theme. An antenna device is formed as a mobile phone incorporating an antenna element.

図1は、アンテナ素子に発生する定在波の模式図である。図1においては、同図右向きにy軸を設定している。放射電極102の一端(y=y0)は短絡端であり、他端(y=y1)は開放端である。放射電極102に交流電力を給電すると、放射電極102には短絡端を節、開放端を腹とする複数の定在波が発生する。   FIG. 1 is a schematic diagram of a standing wave generated in an antenna element. In FIG. 1, the y-axis is set to the right in the figure. One end (y = y0) of the radiation electrode 102 is a short-circuited end, and the other end (y = y1) is an open end. When AC power is supplied to the radiation electrode 102, a plurality of standing waves are generated in the radiation electrode 102 with a short-circuited end and an open end as an antinode.

基本波104は、放射電極102の長さ(y1−y0)と(1/4)波長が対応する定在波である。高調波106は、放射電極102の長さと(3/4)波長が対応する定在波である。すなわち、高調波106の周波数は基本波104の周波数の3倍である。高調波106は、短絡端y0とy=y5の位置に節を作る。図1に示す高調波106は3倍高調波であるが、このほかにも5倍高調波、7倍高調波等も発生する。以下においては、3倍高調波としての高調波106を対象として説明する。   The fundamental wave 104 is a standing wave corresponding to the length (y1-y0) and the (1/4) wavelength of the radiation electrode 102. The harmonic wave 106 is a standing wave corresponding to the length of the radiation electrode 102 and the (3/4) wavelength. That is, the frequency of the harmonic wave 106 is three times the frequency of the fundamental wave 104. The harmonic wave 106 makes a node at the positions of the short-circuit ends y0 and y = y5. The harmonic 106 shown in FIG. 1 is a third harmonic, but in addition to this, a fifth harmonic, a seventh harmonic, and the like are also generated. In the following description, the harmonic 106 as the third harmonic will be described.

上述のように、基本波104と高調波106の周波数比は1:3である。本実施形態におけるアンテナ装置108の目的は、基本波104と高調波106の周波数の差を縮めることである。より具体的には、周波数比1:1.5に近づけることを目標とする。   As described above, the frequency ratio between the fundamental wave 104 and the harmonic wave 106 is 1: 3. The purpose of the antenna device 108 in this embodiment is to reduce the frequency difference between the fundamental wave 104 and the harmonics 106. More specifically, the goal is to approach a frequency ratio of 1: 1.5.

図1を参照すると、y0≦y<y2の領域においては、高調波106の振幅の方が基本波104の振幅よりも大きい。以下、このような領域を「高調波優勢領域」とよぶ。y2≦y≦y1においては、基本波104の振幅の方が高調波106の振幅よりも大きい。以下、このような領域を「基本波優勢領域」とよぶ。高調波優勢領域と基本波優勢領域の境目であるy2は、y0(短絡端)とy1(開放端)の中点となる。   Referring to FIG. 1, the amplitude of the harmonic 106 is larger than the amplitude of the fundamental wave 104 in the region of y0 ≦ y <y2. Hereinafter, such a region is referred to as a “harmonic dominant region”. In y2 ≦ y ≦ y1, the amplitude of the fundamental wave 104 is larger than the amplitude of the harmonic wave 106. Hereinafter, such a region is referred to as a “basic wave dominant region”. Y2 which is the boundary between the harmonic dominant region and the fundamental wave dominant region is a midpoint between y0 (short-circuited end) and y1 (opened end).

アンテナ素子100のインピーダンスを小さくするほど定在波の周波数も低下することが知られている。本発明者らは、アンテナ素子100を高調波優勢領域と基本波優勢領域に分けられることに着目し、高調波優勢領域のインピーダンスを選択的に低下させれば、基本波104と高調波106の周波数差を短縮できるのではないかと考えた。すなわち、高調波優勢領域のインピーダンスを選択的に低下させれば、高調波106の周波数だけでなく基本波104の周波数も低下するものの、高調波106の方がインピーダンスを大きく低下させるため、結果として周波数差が縮小することになる。   It is known that the frequency of the standing wave decreases as the impedance of the antenna element 100 decreases. The inventors pay attention to the fact that the antenna element 100 can be divided into a harmonic dominant region and a fundamental dominant region, and if the impedance of the harmonic dominant region is selectively reduced, the fundamental wave 104 and the harmonic 106 are reduced. I thought that the frequency difference could be shortened. That is, if the impedance of the harmonic dominant region is selectively reduced, not only the frequency of the harmonic 106 but also the frequency of the fundamental wave 104 is reduced. However, the harmonic 106 greatly reduces the impedance. The frequency difference will be reduced.

[第1実施形態]
図2は、第1実施形態におけるアンテナ装置108の外観図である。プリント基板110の実装領域112にアンテナ素子100を設置することにより、アンテナ装置108が形成される。図2においては、アンテナ素子100の長辺方向にy軸、短辺方向にx軸、高さ方向にz軸を設定する。以降の図においても同様である。
[First Embodiment]
FIG. 2 is an external view of the antenna device 108 according to the first embodiment. The antenna device 108 is formed by installing the antenna element 100 in the mounting area 112 of the printed board 110. In FIG. 2, the y-axis is set in the long side direction of the antenna element 100, the x-axis is set in the short side direction, and the z-axis is set in the height direction. The same applies to the subsequent drawings.

プリント基板110において、実装領域112はグランドパターンに囲まれる。アンテナ素子100は、略直方体の誘電体を基体とし、放射電極102とグランド電極114をその表面にプリントすることにより形成される。図3は、アンテナ素子100の展開図である。図2および図3を参照しつつ、アンテナ素子100の構造を説明する。   In the printed circuit board 110, the mounting region 112 is surrounded by a ground pattern. The antenna element 100 is formed by printing a radiation electrode 102 and a ground electrode 114 on the surface of a substantially rectangular parallelepiped dielectric. FIG. 3 is a development view of the antenna element 100. The structure of the antenna element 100 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

本実施形態におけるアンテナ素子100のサイズは、x×y×z=2.5mm×10.0mm×1.0mmである。長方形状の底面116(10.0mm×2.5mm)を実装領域112に接着することにより、アンテナ素子100はプリント基板110に固定される。アンテナ素子100の4つの側面をそれぞれ第1側面118(2.5mm×1.0mm)、第2側面120(10.0mm×1.0mm)、第3側面122(2.5mm×1.0mm)、第4側面124(10.0mm×1.0mm)とする。実装領域112は、x×y=4.0mm×11.0mmの大きさにてグランドパターンの一部を切り欠くことにより形成される。また、第1実施形態におけるアンテナ素子100の基体は、比誘電率57のセラミックにより形成される。   The size of the antenna element 100 in this embodiment is x × y × z = 2.5 mm × 10.0 mm × 1.0 mm. The antenna element 100 is fixed to the printed circuit board 110 by bonding a rectangular bottom surface 116 (10.0 mm × 2.5 mm) to the mounting region 112. The four side surfaces of the antenna element 100 are a first side surface 118 (2.5 mm × 1.0 mm), a second side surface 120 (10.0 mm × 1.0 mm), and a third side surface 122 (2.5 mm × 1.0 mm), respectively. The fourth side surface 124 (10.0 mm × 1.0 mm). The mounting region 112 is formed by cutting out a part of the ground pattern with a size of x × y = 4.0 mm × 11.0 mm. Further, the base of the antenna element 100 in the first embodiment is formed of ceramic having a relative dielectric constant of 57.

放射電極102は、上面126全面にプリントされる。放射電極102は、第3側面122の接続導体128を介して底面116のグランド電極114と接続される。第3側面122にプリントされる接続導体128には給電ライン130も接続される。放射電極102は、給電ライン130から接続導体128を介して交流電力を供給される。放射電極102の短絡端は第3側面122側であり、開放端は第1側面118側である。   The radiation electrode 102 is printed on the entire upper surface 126. The radiation electrode 102 is connected to the ground electrode 114 on the bottom surface 116 via the connection conductor 128 on the third side surface 122. A power supply line 130 is also connected to the connection conductor 128 printed on the third side surface 122. The radiation electrode 102 is supplied with AC power from the power supply line 130 via the connection conductor 128. The short-circuit end of the radiation electrode 102 is on the third side surface 122 side, and the open end is on the first side surface 118 side.

底面116の開放端側にはアンテナ素子100をプリント基板110に安定的に接着するための接地導体132が形成される。接地導体132は必須ではない。接地導体132の面積は可能な限り小さい方がよい。   A ground conductor 132 for stably bonding the antenna element 100 to the printed circuit board 110 is formed on the open end side of the bottom surface 116. The ground conductor 132 is not essential. The area of the ground conductor 132 should be as small as possible.

放射電極102とグランド電極114が対向する領域においては、インピーダンスが低下する。このため、底面116に形成されるグランド電極114は、y方向においては高調波優勢領域内に収まるように形成される。グランド電極114は、プリント基板110のグランドパターンと接続される。   In the region where the radiation electrode 102 and the ground electrode 114 face each other, the impedance decreases. For this reason, the ground electrode 114 formed on the bottom surface 116 is formed so as to be within the harmonic dominant region in the y direction. The ground electrode 114 is connected to the ground pattern of the printed circuit board 110.

図2に示すように、グランド電極114はy=y3の位置まで形成されるが、y3は、0<y3<y2の関係を満たす。すなわち、グランド電極114の形成可能領域は高調波優勢領域内に限定される。グランド電極114の形成領域を高調波優勢領域に限定し、基本波104の周波数よりも高調波106の周波数を大きく低下させることにより、基本波104と高調波106の周波数差を短縮している。本発明者らのシミュレーション実験によれば、基本波104の周波数は1.575(GHz)、高調波106の周波数は2.445(GHz)、周波数比は1:1.552となった。   As shown in FIG. 2, the ground electrode 114 is formed up to the position of y = y3, and y3 satisfies the relationship 0 <y3 <y2. That is, the region where the ground electrode 114 can be formed is limited to the harmonic dominant region. The formation region of the ground electrode 114 is limited to the harmonic dominant region, and the frequency difference of the fundamental wave 104 and the harmonic wave 106 is shortened by greatly reducing the frequency of the harmonic wave 106 than the frequency of the fundamental wave 104. According to the simulation experiment of the present inventors, the frequency of the fundamental wave 104 was 1.575 (GHz), the frequency of the harmonic 106 was 2.445 (GHz), and the frequency ratio was 1: 1.552.

図4(a)、図4(b)、図4(c)は、いずれも、プリント基板110におけるアンテナ素子100の設置場所を例示する。図5は、アンテナ素子100が設置される場所ごとの周波数特性を示すグラフである。図5によれば、アンテナ素子100の設置場所によってリターンロスは変化しているが、周波数はほとんど変化していないことがわかる。以下の各実施形態においては、いずれも図4(a)に示す位置にアンテナ素子100を設置するものとして説明する。   FIGS. 4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C all illustrate the installation location of the antenna element 100 on the printed circuit board 110. FIG. 5 is a graph showing frequency characteristics for each place where the antenna element 100 is installed. According to FIG. 5, it can be seen that the return loss changes depending on the installation location of the antenna element 100, but the frequency hardly changes. In each of the following embodiments, description will be made assuming that the antenna element 100 is installed at the position shown in FIG.

[第2実施形態]
図6は、第2実施形態におけるアンテナ装置108の外観図である。第2実施形態における放射電極102やグランド電極114のプリントパターンは第1実施形態と同じである。第2実施形態のアンテナ素子100においては、基本波優勢領域内のy=y4の位置を境目として、短絡端側においては比誘電率57の誘電体、開放端側には比誘電率37の誘電体の2種類の誘電体を使用している。すなわち、短絡端側の比誘電率は開放端側の比誘電率よりも大きくなっている。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is an external view of the antenna device 108 according to the second embodiment. The print patterns of the radiation electrode 102 and the ground electrode 114 in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. In the antenna element 100 of the second embodiment, a dielectric having a relative dielectric constant of 57 on the short-circuited end side and a dielectric having a relative dielectric constant of 37 on the open end side with the position of y = y4 in the fundamental wave dominant region as a boundary. Two types of dielectrics are used. That is, the relative dielectric constant on the short-circuit end side is larger than the relative dielectric constant on the open end side.

アンテナ素子100のy軸方向の長さは10mmであり、高調波優勢領域と基本波優勢領域の境目(y=y2)は、短絡端(y=y0)からちょうど5.0mmの少し手前の位置となる。これは高調波優勢領域の方が基本波優勢領域より波長短縮率が大きいためである。誘電体の境目(y=y4)は、基本波優勢領域にある。短絡端(y=y0)から6.35mmの位置に誘電体の境目(y=y4)を設定した場合、基本波104の周波数は1.727(GHz)、高調波106の周波数は2.622(GHz)、周波数比は1:1.52となった。第1実施形態よりも更に改善されている。誘電体の比誘電率が大きいほどインピーダンスが低下するためである。   The length of the antenna element 100 in the y-axis direction is 10 mm, and the boundary (y = y2) between the harmonic dominant region and the fundamental wave dominant region is a position just before 5.0 mm from the short-circuited end (y = y0). It becomes. This is because the wavelength shortening rate is higher in the harmonic dominant region than in the fundamental dominant region. The boundary of the dielectric (y = y4) is in the fundamental wave dominant region. When a dielectric boundary (y = y4) is set at a position 6.35 mm from the short-circuited end (y = y0), the fundamental wave 104 has a frequency of 1.727 (GHz) and the harmonic 106 has a frequency of 2.622. (GHz), the frequency ratio was 1: 1.52. This is a further improvement over the first embodiment. This is because the impedance decreases as the relative dielectric constant of the dielectric increases.

[第3実施形態]
図7は、第3実施形態におけるアンテナ装置108の外観図である。アンテナ素子100における放射電極102やグランド電極114のプリントパターンは第1実施形態と同じである。第2実施形態のアンテナ素子100においては、高調波優勢領域内のy=y4の位置を境目として、短絡端側においては比誘電率57の誘電体、開放端側には比誘電率37の誘電体の2種類の誘電体を使用している。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is an external view of the antenna device 108 according to the third embodiment. The print patterns of the radiation electrode 102 and the ground electrode 114 in the antenna element 100 are the same as those in the first embodiment. In the antenna element 100 of the second embodiment, a dielectric having a relative permittivity of 57 on the short-circuited end side and a dielectric having a relative permittivity of 37 on the open end side with the position of y = y4 in the harmonic dominant region as a boundary. Two types of dielectrics are used.

誘電体の境目(y=y4)を、短絡端(y=y0)から4.35mmの位置に設定すると、基本波104の周波数は1.752(GHz)、高調波106の周波数は2.647(GHz)、周波数比は1:1.51となる。高調波優勢領域に限り高い比誘電率の誘電体を使用することにより、第2実施形態よりも周波数比を更に改善できる。   When the boundary of the dielectric (y = y4) is set at a position of 4.35 mm from the short-circuited end (y = y0), the frequency of the fundamental wave 104 is 1.752 (GHz) and the frequency of the harmonic wave 106 is 2.647. (GHz), the frequency ratio is 1: 1.51. By using a dielectric having a high relative dielectric constant only in the harmonic dominant region, the frequency ratio can be further improved as compared with the second embodiment.

[第4実施形態]
図8は、第4実施形態におけるアンテナ装置108の外観図である。図9は、図8に示すA−A線に沿ってアンテナ素子100を切断した場合の側断面図である。第4実施形態における放射電極102やグランド電極114のプリントパターンは第1実施形態と実質的に同じである。ただし、第4実施形態においては、グランド電極114の一部を上面126方向(z方向)に隆起させている。グランド電極114の一部と放射電極102の対向する距離が近くなるため、高調波優勢領域のインピーダンスを下げることができる。x×y×z=1.5mm×2.5mm×0.5mmのサイズの突起を、高調波106の腹の位置にあわせて設けたところ、基本波104の周波数は1.473(GHz)、高調波106の周波数は2.188(GHz)、周波数比1:1.486となった。
[Fourth Embodiment]
FIG. 8 is an external view of the antenna device 108 according to the fourth embodiment. FIG. 9 is a side sectional view of the antenna element 100 cut along the line AA shown in FIG. The print patterns of the radiation electrode 102 and the ground electrode 114 in the fourth embodiment are substantially the same as those in the first embodiment. However, in the fourth embodiment, a part of the ground electrode 114 is raised in the direction of the upper surface 126 (z direction). Since the distance at which a part of the ground electrode 114 and the radiation electrode 102 face each other is short, the impedance of the harmonic dominant region can be lowered. When a protrusion having a size of x × y × z = 1.5 mm × 2.5 mm × 0.5 mm is provided in accordance with the position of the antinode of the harmonic 106, the frequency of the fundamental wave 104 is 1.473 (GHz), The frequency of the harmonic wave 106 was 2.188 (GHz), and the frequency ratio was 1: 1.486.

[第5実施形態]
図10は、第5実施形態におけるアンテナ装置108の外観図である。図11は、図10に示すA−A線に沿ってアンテナ素子100を切断した場合の側断面図である。第5実施形態における放射電極102やグランド電極114のプリントパターンも第1実施形態と実質的に同じである。第5実施形態においては、放射電極102の一部を底面116側に陥没させている。この陥没部分は高調波優勢領域内に含まれる。グランド電極114と放射電極102の一部の対向距離が近くなるため、高調波優勢領域のインピーダンスを下げることができる。x×y×z=1.5mm×2.5mm×0.5mmのサイズの陥没部を高調波106の腹の位置にあわせて設けたところ、基本波104の周波数は1.485(GHz)、高調波106の周波数は2.190(GHz)、周波数比は1:1.475となった。
[Fifth Embodiment]
FIG. 10 is an external view of the antenna device 108 according to the fifth embodiment. FIG. 11 is a side sectional view of the antenna element 100 cut along the line AA shown in FIG. The print patterns of the radiation electrode 102 and the ground electrode 114 in the fifth embodiment are substantially the same as those in the first embodiment. In the fifth embodiment, a part of the radiation electrode 102 is depressed on the bottom surface 116 side. This depressed portion is included in the harmonic dominant region. Since a part of the facing distance between the ground electrode 114 and the radiation electrode 102 is short, the impedance of the harmonic dominant region can be lowered. When a depression having a size of x × y × z = 1.5 mm × 2.5 mm × 0.5 mm is provided in accordance with the position of the antinode of the harmonic 106, the frequency of the fundamental wave 104 is 1.485 (GHz), The frequency of the harmonic 106 was 2.190 (GHz), and the frequency ratio was 1: 1.475.

[第6実施形態]
図12は、第6実施形態におけるアンテナ装置108の外観図である。第6実施形態にいては、放射電極102の開放端側の電極幅を一部だけ狭めている。それ以外の電極パターンは第1実施形態と同様である。このような放射電極102の電極幅を狭めた領域を「狭放電領域134」とよぶ。第6実施形態においては、狭放電領域134は長さ(y方向)が3.0mm、電極幅(x方向)は1.0mmである。狭放電領域134は、高調波106の節(y5)よりも開放端側に設けられる。少なくとも、狭放電領域134は基本波優勢領域に限り形成される。狭放電領域134においてはインピーダンスが向上する。本発明者らのシミュレーションによれば、基本波104の周波数は1.528(GHz)、高調波106の周波数は2.355(GHz)、周波数比は1:1.542となった。
[Sixth Embodiment]
FIG. 12 is an external view of the antenna device 108 according to the sixth embodiment. In the sixth embodiment, the electrode width on the open end side of the radiation electrode 102 is narrowed only partially. Other electrode patterns are the same as those in the first embodiment. Such a region where the electrode width of the radiation electrode 102 is narrowed is referred to as a “narrow discharge region 134”. In the sixth embodiment, the narrow discharge region 134 has a length (y direction) of 3.0 mm and an electrode width (x direction) of 1.0 mm. The narrow discharge region 134 is provided closer to the open end than the node (y5) of the harmonic 106. At least, the narrow discharge region 134 is formed only in the fundamental wave dominant region. In the narrow discharge region 134, the impedance is improved. According to the simulations of the present inventors, the frequency of the fundamental wave 104 was 1.528 (GHz), the frequency of the harmonic 106 was 2.355 (GHz), and the frequency ratio was 1: 1.542.

[第7実施形態]
図13は、第7実施形態におけるアンテナ装置108の外観図である。第7実施形態にいても、放射電極102の開放端側の電極幅を一部だけ狭めている。第7実施形態においては、狭放電領域134は長さ(y方向)が3.0mm、電極幅(x方向)は2.0mmである。狭放電領域134は、高調波106の節(y=5)よりも開放端側に設けられる。第6実施形態に比べて狭放電領域134の電極幅が広いため、狭放電領域134におけるインピーダンスは第6実施形態のそれと比べて若干大きくなる。本発明者らのシミュレーションによれば、基本波104の周波数は1.558(GHz)、高調波106の周波数は2.410(GHz)、周波数比は1:1.547であった。
[Seventh Embodiment]
FIG. 13 is an external view of the antenna device 108 according to the seventh embodiment. Also in the seventh embodiment, the electrode width on the open end side of the radiation electrode 102 is narrowed only partly. In the seventh embodiment, the narrow discharge region 134 has a length (y direction) of 3.0 mm and an electrode width (x direction) of 2.0 mm. The narrow discharge region 134 is provided closer to the open end than the node (y = 5) of the harmonic 106. Since the electrode width of the narrow discharge region 134 is wider than that in the sixth embodiment, the impedance in the narrow discharge region 134 is slightly larger than that in the sixth embodiment. According to the simulations of the present inventors, the frequency of the fundamental wave 104 was 1.558 (GHz), the frequency of the harmonic 106 was 2.410 (GHz), and the frequency ratio was 1: 1.547.

図14は、第1、第4〜第7実施形態におけるアンテナ装置108の周波数特性を示すグラフである。まず、第4、第5実施形態のように、誘電体にくぼみを設けることにより、基本波104と高調波106の周波数差を大きく短縮できることが確認された。更に詳細に検討すると、第4実施形態の基本波104の周波数は、第5実施形態の基本波104の周波数よりも低下している。第6、第7実施形態のように開放端側に狭放電領域134を設けることによっても基本波104と高調波106の周波数差を短縮できることが確認された。   FIG. 14 is a graph showing the frequency characteristics of the antenna device 108 in the first and fourth to seventh embodiments. First, as in the fourth and fifth embodiments, it was confirmed that the frequency difference between the fundamental wave 104 and the harmonic wave 106 can be greatly shortened by providing a recess in the dielectric. Considering in more detail, the frequency of the fundamental wave 104 of the fourth embodiment is lower than the frequency of the fundamental wave 104 of the fifth embodiment. It was confirmed that the frequency difference between the fundamental wave 104 and the harmonic wave 106 can be shortened also by providing the narrow discharge region 134 on the open end side as in the sixth and seventh embodiments.

以上、第1〜第7実施形態に基づいて本発明におけるアンテナ装置108を説明した。いずれの場合においても高調波優勢領域におけるインピーダンスが基本波優勢領域のインピーダンスよりも低くなるようにアンテナ素子100を形成することにより、基本波104と高調波106の周波数差を短縮できる。特に、高調波優勢領域に限って形成されるグランド電極114は、周波数差短縮効果が大きい。なお、第1〜第7実施形態のうち任意の2以上の実施形態を組み合わせ可能であることは当業者には理解されるところである。   The antenna device 108 according to the present invention has been described above based on the first to seventh embodiments. In any case, the frequency difference between the fundamental wave 104 and the harmonic wave 106 can be shortened by forming the antenna element 100 so that the impedance in the harmonic dominant region is lower than the impedance in the fundamental wave dominant region. In particular, the ground electrode 114 formed only in the harmonic dominant region has a large frequency difference shortening effect. It should be understood by those skilled in the art that any two or more of the first to seventh embodiments can be combined.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。また、本発明の実施例と逆の構成を採れば基本波と高調波の周波数比を逆に大きく設定することが可能であることも当業者には理解される。したがって、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。   The present invention has been described based on the embodiments. It will be understood by those skilled in the art that the embodiments are illustrative, and that various modifications and changes are possible within the scope of the claims of the present invention, and that such modifications and changes are also within the scope of the claims of the present invention. By the way. Further, it will be understood by those skilled in the art that if the configuration opposite to that of the embodiment of the present invention is adopted, the frequency ratio between the fundamental wave and the harmonic can be set to be large. Accordingly, the description and drawings herein are to be regarded as illustrative rather than restrictive.

100 アンテナ素子、102 放射電極、104 基本波、106 高調波、108 アンテナ装置、110 プリント基板、112 実装領域、114 グランド電極、116 底面、118 第1側面、120 第2側面、122 第3側面、124 第4側面、126 上面、128 接続導体、130 給電ライン、132 接地導体、134 狭放電領域。   100 antenna element, 102 radiation electrode, 104 fundamental wave, 106 harmonic, 108 antenna device, 110 printed circuit board, 112 mounting area, 114 ground electrode, 116 bottom surface, 118 first side surface, 120 second side surface, 122 third side surface, 124 4th side surface, 126 upper surface, 128 connection conductor, 130 feeder line, 132 ground conductor, 134 narrow discharge region.

Claims (9)

略直方体状の誘電体の上面に放射電極が形成され、底面にグランド電極が形成されるアンテナ素子と、
前記アンテナ素子が取り付けられる実装領域および前記実装領域の周縁に設けられるグランドパターン領域を含むプリント基板と、を備え、
前記放射電極の一端は開放端であり、他端は前記グランド電極と接続される短絡端であって、
前記短絡端側において前記グランド電極が形成される領域は、前記放射電極に発生する基本定在波の振幅よりも所定の高調定在波の振幅の方が大きい高調波優勢領域に限定されることを特徴とするアンテナ装置。
An antenna element in which a radiation electrode is formed on the top surface of a substantially rectangular parallelepiped dielectric and a ground electrode is formed on the bottom surface;
A printed circuit board including a mounting area to which the antenna element is attached and a ground pattern area provided at the periphery of the mounting area;
One end of the radiation electrode is an open end, the other end is a short-circuited end connected to the ground electrode,
The region where the ground electrode is formed on the short-circuit end side is limited to a harmonic dominant region where the amplitude of the predetermined standing harmonic wave is larger than the amplitude of the fundamental standing wave generated in the radiation electrode. An antenna device characterized by the above.
前記所定の高調定在波は、前記基本定在波の3倍の周波数を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein the predetermined harmonic standing wave has a frequency three times that of the fundamental standing wave. 前記誘電体の前記短絡端側の比誘電率は、前記開放端側の比誘電率よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein a relative dielectric constant of the dielectric on the short-circuit end side is larger than a relative dielectric constant on the open end side. 前記誘電体は、前記高調波優勢領域に限り第1の比誘電率の材料により形成され、それ以外の領域においては前記第1の比誘電率よりも低い比誘電率の材料により形成されることを特徴とする請求項3に記載のアンテナ装置。   The dielectric is formed of a material having a first relative permittivity only in the harmonic dominant region, and is formed of a material having a relative permittivity lower than the first relative permittivity in other regions. The antenna device according to claim 3. 前記グランド電極の一部を前記放射電極側に突起させることにより、前記放射電極と前記グランド電極の対向距離を短縮させることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のアンテナ装置。   5. The antenna device according to claim 1, wherein a facing distance between the radiation electrode and the ground electrode is shortened by projecting a part of the ground electrode toward the radiation electrode. 前記放射電極のうち前記高調波優勢領域に含まれる部分の一部を前記グランド電極側に突起させることにより、前記放射電極と前記グランド電極の対向距離を短縮させることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のアンテナ装置。   2. The facing distance between the radiation electrode and the ground electrode is shortened by projecting a part of the radiation electrode included in the harmonic dominant region toward the ground electrode. 6. The antenna device according to any one of 5. 前記放射電極は、前記誘電体の上面全面に形成されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein the radiation electrode is formed on an entire upper surface of the dielectric. 前記放射電極は、前記高調波優勢領域においては第1の電極幅を有し、それ以外の領域に限り前記第1の電極幅よりも狭い第2の電極幅を有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のアンテナ装置。   The radiation electrode has a first electrode width in the harmonic dominant region, and a second electrode width narrower than the first electrode width only in the other region. The antenna device according to any one of 1 to 6. 前記放射電極は、前記短絡端側の領域においては第1の電極幅を有し、前記高調定在波の最初の節が現れる位置から前記開放端までの領域に限り前記第1の電極幅よりも狭い第2の電極幅を有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のアンテナ装置。   The radiating electrode has a first electrode width in the region on the short-circuit end side, and only from the first electrode width to a region from the position where the first node of the harmonic standing wave appears to the open end. The antenna device according to claim 1, wherein the antenna device has a narrow second electrode width.
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