WO2004075343A1

WO2004075343A1 - 携帯端末用アンテナおよびそれを用いた携帯端末

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Publication number: WO2004075343A1
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Inventors: Tadahiro Ohmi; Akihiro Morimoto; Fumiaki Nakamura
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Abstract

誘電体を共振させることにより電波を放出する誘電体共振器アンテナにおいて、誘電体に磁性体を含有させて、比透磁率を１より大きくすると共に、比誘電率を低下させることにより、波長短縮率を維持した状態で共振のＱ値を低下させ、これによって、広帯域の誘電体共振器アンテナを実現する。

Description

明細書携帯端末用アンテナおよびそれを用いた携帯端末技術分野

本発明は、携帯端末用ァンテナ及び当該ァンテナを含む携帯端末に関する。背景技術

この種、携帯端末として、携帯電話、 P D A等、種々のデバイスが提案され、広く普及している。通常、携帯端末には、データベース等とデータ、或いは、音声の通信を無線により行うために、送信装置及び受信装置によって構成される無線機が搭載されている。この無線通信を行うために、これら携帯端末には、アンテナが必須的に設けられている。

この場合、携帯端末がどのような状態に配置されていても受信できるように、即ち、携帯端末の機動性を確保するために、携帯端末のアンテナは、無指向性のアンテナであることが普通である。したがって、これらのアンテナは、前述のように、機動性などの携帯端末としての利点を損なわないように設計されている。

従来、携帯端末用無指向性アンテナとして、 1ノ 4波長接地アンテナが用いられている。また、特許第 2 5 5 4 7 6 2号公報（特許文献 1 ) に記載されているように、 1 4波長接地ァンテナとヘリカルァンテナを組み合わせた構成を備え、通信中と待受け中の双方で良好な受信感度を示すように工夫されたァンテナも提案されている。携帯端末におけるアンテナは、通常、送信及び受信の双方において共用されている。

更に、携帯端末を小型化するためにアンテナとして、誘電率の大きい誘電体を用い、波長を 1 / (ε ζ ) に短縮する波長短縮効果を利用した誘電体共振器アンテナが普及してきている。

このような誘電体共振器アンテナをさらに小型化するために、誘電体中の信号の共振状態における電界対称面にて誘電体を半分に分割し、分割面を導電板に接触、もしくは、絶縁体を介して接地することにより導電板における電界の鏡像効果を利用してアンテナを小型化したものもある。これら誘電体共振器ァンテナも全て無指向性である。

特開平 1 1— 3 0 8 0 3 9号公報（特許文献 2 )、特開 2 0 0 0— 2 0 9 0 2 0号公報（特許文献 3 )、及び、特開 2 0 0 0— 2 0 9 0 1 9号公報（特許文献 4 ) には、誘電体共振器アンテナが開示されている。

しかしながら、これら特許文献 2、 3、及び、 4には、高い比誘電率を有する誘電体を用い、当該誘電体の取り付け、及び、形状を改善することによって特性の改善を行える誘電体共振器アンテナが提案されているだけで、誘電体共振器アンテナを構成する誘電体の材料の改善等については何等検討されていない。

一方、特開平 1 0— 1 0 7 5 3 7号公報（特許文献 5 ) には、誘電体によつて構成された基体上に、放射電極、給電電極、及び、グランド電極を形成し、放射電極と給電電極との間における容量結合を利用して、電波を放射する表面実装型アンテナが開示されている。当該公報は、基体の比誘電率、比透磁率、及び、電極パターンにバラツキがあっても、所望の特性を得ることができる表面実装型アンテナを示している。

しかしながら、この公報には、誘電体によって構成された共振器中に、電波を放射し、放射された電波が誘電体中で共振することによって、電磁波を外部に放出する誘電体共振器アンテナについては、何等、言及されていない。

ここで、このような携帯端末において、最も電力を消費するのは、送信装置の消費電力を含む送信電力である。前述したように、携帯端末におけるアンテナは、携帯端末の機動性を確保するために、電波の放射特性として、無指向性を有している。このように、無指向性のアンテナを使用した場合、携帯端末からの電波の放射方向は、基地局の存在しない方向を含むあらゆる方向へ電力を送信しているため、携帯端末における電池寿命の短縮の一因ともなつている。上述の問題を解決する方法としては、基地局の存在する所望の方位にのみ電力を送信する方法が考えられる。このように、携帯端末のアンテナに指向性を持たせることによって、送信電力を低電力化することが可能である。指向性ァンテナを使用すれば、従来の無指向性アンテナを用いた技術では到達し得なかつた電池寿命を実現することができる。

指向性送信ができるアンテナとしては、位相アレーアンテナ、適応アレーァンテナなどがある。しかしながら、このようなアンテナを用いるためには、空気中の波長に対してアンテナを設計するため、アンテナ自身を小型化しなければ携帯端末等に搭載できないと言う問題が生じる。

アンテナ自身の小型化のために、前述した特許文献 2〜4に示されているように、誘電体共振器アンテナを用いる方法があり、アンテナの小型化のために誘電率のより高い誘電体を用いる必要がある。共振周波数におけるインピーダンス変化が大きくなり（共振の Qが大きくなり）、アンテナが狭帯域化する問題が生じてしまっていた。

また、導電体板上にアンテナを設置しアンテナを小型化する際には、電極と導電体板間に共振器を構成する高誘電率層が存在するため、寄生容量が大きくなりアンテナが狭帯域化する問題を生じてしまっていた。

このようにアンテナが狭帯域化した場合に、アンテナに電力を供給する整合回路において整合をとることで帯域を広くすることが可能であるが、アンテナ自身の帯域が狭いため、整合回路内での電力損失が大きくなり、携帯端末の電池寿命が低下する問題を生じてしまっていた。即ち、従来の誘電体共振器アンテナでは、アンテナ自身の帯域が狭く、この結果、整合回路における損失が大きいと言う欠点があった。

更に、上述のように効率の良い小型アンテナが実現しにくいため、ァレーアンテナなどの構成をとりにくく、携帯端末の指向性を制御して送信電力を低減することも難しい問題がある。発明の開示

本発明の目的は、上記した問題に鑑み、小型化できる携帯端末用アンテナを低コストで提供することである。

本発明の他の目的は、送信電力を低減し、電池寿命を向上させることができる携帯端末を提供することである。

本発明の具体的な目的は、整合回路における損失を低減することにより消費電力を削減できる携帯端末用アンテナとして使用できる誘電体共振器アンテナを提供することである。

本発明の他の目的は、携帯端末に搭載された場合に効率の低下を防止できる誘電体共振器アンテナを提供することである。

本発明の更に他の目的は、指向性を持たせることにより低消費電力を実現できる誘電体共振器アンテナを提供することである。

本発明の他の目的は、広帯域を有する誘電体共振器アンテナの設計方法を提供することである。

本発明によれば、広帯域化することにより、整合回路における損失を低減できるアンテナが得られる。このため、本発明の共振器アンテナは、絶縁体材料の外部もしくは内部に電極を有し、該電極から該絶縁体材料内に供給した信号を共振させることで電波を外部に放出する共振器アンテナにおいて、該絶縁体材料の比透磁率 r aが/ /i' a〉lであることを特徴としている。ここで、比誘電率 r a > lとは、小数点 1桁目を四捨五入した場合に、比誘電率/ ir aが 1より大きいことをあらわしている。

一方、アンテナの共振モードとして、共振ピークの低周波側の第 1のモードと高周波側の第 2のモードを見る場合、 aが大きい場合は、第 2のモードが強くなり、 s r aが大きい場合は第 1のモードが強くなる。このため、； r aと ε r aは同等程度が好ましく、各モ一ドを重ね合わせることで帯域が広く取れるように r aと ε r aの値を調整することがより好ましい。

本発明でいう r aと s r aが同等程度とは、図 9に示すように、周波数対アンテナ入カインピ一ダンス特性において、共振ピークの低周波側の第 1のモードと高周波側の第 2のモ一ドの共振ピークの半値周波数の一部を共有することを表す。更に、本発明の共振器アンテナは、反射板として動作する導電板に、接触もしくは比誘電率 ε r a>lなる絶縁体を介して実装されていることを特徴としている。

また、本発明の反射板付きアンテナは反射板のアンテナ実装面とは反対の面に、比透磁率を rr、比誘電率を £rr とした場合、 rr≥ ε rrなる磁性誘電体層を有することを特徴とする。

本発明の携帯端末は上述のアンテナを具備してなることを特徴とし、特に、上記ァンテナを複数搭載することが好ましい。

以下、本発明の作用について述べる。

本発明の共振器アンテナによれば、アンテナ素子を構成する誘電体（絶縁体) の比透磁率 r aが^ r a > 1であるため、共振器内の電磁波の波長短縮率（ sra' xra) (注：共振器内波長 λ r = 3x10⁸[m/s]/ f [Hz]/7" (ε r · fl )、空間波長 λ 0 = 3 x 10⁸ [m/s]/ f [Hz]であるので、波長短縮率 = λ 0 / λ rにそれぞれの波長を代入すると、波長短縮率は比透磁率と比誘電率の積の平方根として求められる。）を増加することができ、 xra=lなる一般的な誘電体を用いた場合に比べ、比誘電率を小さくすることができる。これによつて、共振時のインピーダンス変化を小さくすることができ、以つて、アンテナの広帯域化を実現できる。

比誘電率及び比透磁率の範囲は、通信周波数、通信帯域、許容部品体積等によつて適宜選択されるが、ァンテナ素子の短辺が小さくなりすぎるとァンテナ利得が低下するため、それぞれ 200以下が好ましく、 100以下がより好ましい。また、波長短縮率としては、図 10を参照すると、携帯端末の周波数範囲が 800 MHzから 5. 2 GHzであるから、共振器短辺が 1 mmのときで 200以下、 2 mmで 100以下であり、利得の低下を防ぐため 5 mm程度以上としたときは、 50から 3程度となる。

また、本発明の共振器アンテナによれば、該アンテナを構成する誘電体が、導電板に、直接接触して、もしくは、 srd>lなる絶縁体を介して実装される。この場合、電界対称面にて電界の鏡像効果を利用できるためアンテナを小型化でき、さらにアンテナ自身の誘電率は、透磁率の効果によって小さくできるため、共振時におけるインピーダンス変化を小さくでき、これによつて、広帯域化を実現できる。

更に、本発明のアンテナによれば反射板のアンテナ実装面とは反対の面に、比透磁率を rr、比誘電率を £ rr としてあらわした場合、 ι ≥ε ιτの関係を有する磁性誘電体層が用いられている。このため、磁界に対しての鏡像効果が生じ、反射特性を向上でき、アンテナ利得を向上することができるため、少ない電力で基地局に電波を到達させることができ、携帯端末の電池寿命を向上することができる。

本発明のァンテナを携帯端末に用いれば、ァンテナ素子自身が広帯域であるため、整合回路での損失を低減することができ、以つて、携帯端末の電池寿命を向上することができる。

また、本発明のアンテナを複数個、携帯端末に用いれば、アンテナが小型でありながら高効率であるため、効率よくアレーアンテナを形成でき、携帯端末から送出される電波の方向を操向することができるので、基地局とは反対の方向への電波の放射を抑制でき、電力の有効利用を図れるため、携帯端末の電池寿命を向上させることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施形態 1に係る磁性誘電体共振器アンテナを示す概略図である。

図 2は、本発明の実施形態 1における磁性誘電体共振器アンテナの信号周波数に対する入力インピーダンスを示す特性図である。

図 3は、本発明の実施形態 1において、異なる組成成分を有する磁性誘電体を使用した場合における磁性誘電体共振器アンテナの信号周波数に対する入力ィンピ一ダンスを示す特性図である。

図 4は、本発明の実施形態 2に係る磁性誘電体を用いた共振器アンテナを示す概略図である。図 5は、本発明の実施形態 2における共振周波数で規格化した規格化周波数に対して入力インピーダンスの実部の変化を示した特性図である。

図 6は、本発明の実施形態 3に係る磁性誘電体を用いた共振器アンテナを示す概略図である。

図 7は、本発明の実施形態 4における携帯端末を示す概略図である。

図 8は、本発明の実施形態 4における携帯端末の電波放射パターンを示す特性図である。

図 9は、本発明のアンテナにおける周波数対アンテナ入力インピーダンス特性を示す特性図である。

図 10は、周波数（MHz) と波長短縮率との関係を示す図であり、ここでは、本発明のアンテナを構成する共振器の短辺の長さを変化させた場合における波長短縮率を示している。発明を実施するための最良の形態

(実施形態 1 )

本発明の実施形態 1に係る共振器アンテナについて、図 1を用いて説明する。図 1は本実施形態 1の共振器アンテナを示す概略図であり、共振器を構成する誘電体（絶縁体） 20と、共振器に電力を供給する給電電極 22とを含んでいる。

図示された磁性誘電体 20を製造する場合、直径 5 Onmのコバルト粉末と直径 5 111の83丁粉末（チタン酸バリウムストロンチウム）を用意し、両粉末をエポキシ樹脂中に分散した。この場合、エポキシ樹脂に対し、コバルトを 50体積％、 83丁粉末10体積％分散し、 200°Cで 1時間焼成して、幅 14mm、長さ 15mm、厚さ 5. 9mmに成形することによって、図示された誘電体 20が得られた。空洞共振器法によりこの誘電体材料の誘電率、透磁率を測定した結果、 £ra=l l、 i'a=9であり、これによつて、約 10程度の波長短縮率が得られる。

次に、銀ペーストを用いて、幅 0.5 mmの給電電極 22を直方体の長辺側面にフォトリソグラフィ法により形成し、図 1に示した磁性誘電体アンテナを形成した。

ネットワークアナライザを用いて給電電極 22に信号を供給した際のインピ —ダンスの周波数特性を図 2に示す。図 2は入力インピーダンスの実数部を周波数に対してプロットしたものであり、比較として BST (£ra=100、 ra= 1) を用いて構成した同寸法のアンテナのインピーダンスを示す。

磁性体を含有することで低周波側の共振モードと高周波側の共振モードとがほぼ同等の周波数で励振され、アンテナの帯域を広げることができた。

本発明の効果をより詳細に把握するため、コバルト粉末を 30体積％、 BS T粉末を 20体積％の割合でエポキシ樹脂中に分散することによって、 £ra = 20、 ira=5の磁性誘電体 20を得た。この磁性誘電体 20に幅 0.5 mmの給電電極 22を、前述した誘電体 20と同様に、銀ペーストを用いて形成し共振器アンテナとした。

図 3にこの共振器ァンテナの周波数対入カインピ一ダンスの実部の特性を示す。低周波側の共振モードと高周波側の共振モードが周波数的に分離した状態で存在することがわかる。すなわち、 /2r aを制御することで共振周波数を制御することができることがわかる。

本発明の磁性誘電体を用いた共振器アンテナによれば、誘電体と磁性体を混合してなる磁性誘電体で共振器が構成されており、 ε r aと r aを制御することで共振周波数を制御することができ、さらに £raと; raを同等程度とすることで共振モードを重ね合わせることができるため、アンテナの帯域を広く取ることができる。

更に、本発明の共振器アンテナによれば、磁性体を誘電体に導入することによって、 ^(sra · r a)で示される波長短縮率を維持した状態で、誘電率を低下することができ、共振の Q値を低下することができるため帯域を広げることができる。

更に、本発明の共振器アンテナを携帯端末に搭載すれば、アンテナ自身の帯域を広くできるため、整合回路における損失が低減でき、電池寿命を向上することができる。

(実施形態 2)

本発明の実施形態 2における磁性誘電体を用いた共振器アンテナについて図 4を用いて説明する。

図 4に示された本実施形態 2に係る共振器アンチナは、信号を共振させ電波として空間に放出する磁性誘電体 20によって構成される共振器と、該共振器に信号を供給する給電電極 22と、該共振器本体を実益するプリント配線基板 24と、該プリント配線基板 24のアンテナとは反対側の面に位置し、アンテナからの電界を終端し電界の鏡像をつくる金属板 26とからなる。この実施形態では、金属板 26として、銅板を使用した。

実施形態 1と同様な方法により、幅 14mm、長さ 15mm、厚さ 5.9mm、 £ra=l l、 r a= 9の磁性誘電体 20の共振器を作成し、銀ペーストを用いて、幅 0. 5 mmの給電電極 22を作成した。このアンテナ素子を幅 5 c m、長さ 5.3 c m、厚さ 0.1 mmで、アンテナを実装する面とは反対の面に厚さ 3 0 mの銀箔膜を形成してなるプリント配線基板 24の中央に実装した。

上述のようにして形成した金属反射板 26を有する基板上に実装したァンテナの周波数に対する入力インピーダンスの変化を図 5に示す。図 5は共振周波数で規格化した規格化周波数に対して入力インピーダンスの実部の変化を示したものであり、実施形態 1に関連して説明した B S Tで構成した共振器ァンテナ（sra=l 00、 ra=l)を同じ基板上に実装したものを比較として示す。図 5からも明らかな通り、本実施形態のアンテナを用いると、磁性誘電体を用いることで sraを小さくでき、共振の Q値を小さくすることができるため、ァンテナ帯域を広くすることができることがわかる。

本実施形態の金属反射板 26を有する基板上に実装した共振器アンテナによれば、反射板上に実装しても共振の Q値を小さくできるため、広帯域化ができるため、携帯端末に搭載した際に、広帯域化を行う整合回路における損失が低減し、これによつて、携帯端末の電池寿命を向上することができる。

(実施形態 3) 本発明の実施形態 3における磁性誘電体を用いた共振器アンテナについて図 6を用いて説明する。図 6に示された実施形態 3に係る共振器アンテナは、信号を共振させ電波として空間に放出する磁性誘電体 20によって構成された共振器と、該共振器に信号を供給する給電電極 22と、該共振器本体を実装するプリント配線基板 24と、該プリント配線基板 24のアンテナとは反対側の面に位置し、アンテナを実装する面とは反対の面に形成された磁性体層 28とからなる。

実施形態 2と同様に、幅 14mm、長さ 1 5mm、厚さ 5.9mm、 ετ&=1 1、 ra= 9の磁性誘電体 20によって共振器を形成した。当該磁性誘電体 2 0をアンテナ素子として、幅 5 cm、長さ 5.3 c m、厚さ 0.1 mmのプリント配線基板 24に搭載した。この場合、プリント配線基板 24のアンテナ実装面とは反対の面には、厚さ 30 の銅箔膜が形成されていた。前述した磁性誘電体 20は、プリント配線基板 24の中央に実装することにより、反射板付き共振器アンテナを構成した。更に、図示された共振器アンテナのアンテナ実装面とは反対の面には、比誘電率 4、比透磁率 1 0の磁性板 28が厚さ 5mmとなるように形成された。この場合、磁性板 28は、溶液キャスト法を用いて、直径 50 nmのコバルト粉末をエポキシ樹脂に 50体積％の割合で分散した後、 200°Cで 30分乾燥することによって形成された。

上記磁性板 28の形成条件と同様の条件で厚さ 5 mmの薄膜を形成し、インピーダンスマテリアルアナライザを用いて比誘電率及び比透磁率を測定した結果、当該磁性板 28は、比誘電率 4、比透磁率 10を有していた。

上記によって作成したアンテナの携帯端末に搭載した際の入力インピーダンスの変化を評価した。携帯端末における評価は人体頭部の影響の有無によるィンピーダンスの変化として評価した。評価結果を表 1に示す。表 1

表 1は上記アンテナを携帯端末に搭載した際の人体頭部の有無によるインピ

—ダンスの変化を表しており、比較として、従来から携帯端末で用いられているモノポールァンテナ、実施形態 2に示す反射板付き共振器ァンテナのィンピ一ダンス変化も合わせて示す。測定周波数は 2 GH zとした。磁性板 2 8を金属反射板 2 6の裏面に有することで、人体頭部の存在によってはインピーダンスが変化しにくいことがわかる。

実施形態 3に係る共振器アンテナは、入力インピーダンスが人体頭部の影響を受けにくい。このため、整合回路との間の不整合によって、入力信号が給電電極 2 2で反射されるのを少なくすることができ、この結果、整合回路における損失を低減することができた。

(実施形態 4 )

本発明の実施形態 4における携帯端末について図 7を用いて説明する。図 7 に示された本実施形態 4に係る携帯端末用アンテナは、携帯端末の信号送信ァンテナとして使用され、この例では、実施形態 2で示された反射板付きアンテナが 2つ搭載されている。アンテナを実装した矩形形状の基板は、幅 5 c m、長さ 1 0 c mのプリント配線基板 2 4と、当該プリント配線基板 2 4のアンテナ実装面と反対側の面に設けられた金属板 2 6とによって構成されている。誘電体 2 0及び給電電極 2 2によって形成された 2つのアンテナ素子は、両短辺から 2 5 c mの距離にある中央線に沿って、長辺方向に 5 c mの間隔を置いて配置されている。

上記 2つのアンテナ素子に位相が同相となる信号を供給し、フェーズドアレ —動作させた際における放射パターンを図 8に示す。図 8に示されているように、実施形態 4に係るアンテナは、指向性を有しており、アンテナ単体の場合に比べ、利得が向上し、電波の放射方向を基地局方向に操向できる。このため、図 7に示されたアンテナは、空間に無駄な電力を送出せず、この結果、携帯端末における消費電力を低減でき電池寿命を向上することができた。

本実施形態における電池寿命の向上効果を表 2に示す。表 2

連続通話時表 2からも明らかなように、本発明の実施形態 4に係る携帯端末は、従来の携帯端末に比較して、電池寿命を大幅に改善されていることが判る。このことは、本発明のように、磁性誘電体を用いた共振器アンテナを用いることで、反射板を用いても共振の Q値が増加しないため広帯域で高効率のアンテナを小型に構成できたことを示している。

尚、上に述べた実施形態では、磁性誘電体 2 0を形成する磁性体材料としてコバルトを用いた例についてのみ説明したが、誘電体材料に含有される磁性体材料は、コバルト、マンガン、鉄のいずれかの単体、コバルト、マンガン、鉄のいずれかを少なくとも含む合金、または化合物磁性体であれば良い。例えば、コバルトと鉄の合金、希土類と鉄の合金、フェライトなどが例示される。また、これらの磁性体材料を複合させまたは複数混合して用いても良い。更に、実施例では誘電体材料として BST粉末をエポキシ樹脂に分散した例について説明したが、誘電体材料としては、所望の誘電率を持つ誘電体材料を適宜選択して用いることができ、それを磁性体材料と混合すればよい。誘電体材料としては、例えば、液晶樹脂、エポキシ樹脂、ォレフィン系樹脂、フッ素樹脂、 BT (ビスマレイド · トリアジン）樹脂、ポリイミド樹脂などの有機材料（樹脂材料）を単独または混合して用いてもよく、シリカ（Si0₂,SiO)、窒化シリコン（SiN,Si ₃N4)、ジルコニァ（ZrO，Zr0₂)、ハフニァ（HfO,Hf0₂)、チタニア（TiO，TiO₂)、窒化アルミニウム（A1N；)、 SrBi₂Ta₂O₉、 SrBi₂(Tai-_x,Nbx)₂0₉、 Sr₂((Tai-_x，Nbx)₂ O₇などの無機材料を単独、複合または混合して用いてもよい。無機誘電体材料としては、 PZT (チタン酸ジルコン酸鉛）、アルミナ（A1₂0₃)、 B i T i〇₃、 S r T i〇₃、 P b Z r〇₃、 P b T i 0₃、 C a T i 0₃などの高誘電率材料を単独、複合または混合して用いてもよい。上記 2例の無機誘電体材料を混合して用いてもよく、単独のまたは複合 ·混合した無機誘電体材料と単独のまたは混合した有機誘電体材料とを混合して用いてもよい。誘電体材料に磁性体材料を混合し、好ましくは磁性体材料微粉末を分散させて、磁性誘電体を得る。この場合における磁性誘電体の比透磁率は、 1を越え 5 0 (好ましくは 1 5 ) 程度が好ましい。

本発明の共振器アンテナによれば、アンテナ素子を構成する絶縁体の比透磁率 r aが/ z r a〉lであるため、共振器内の電磁波の波長短縮率 1ノ（ ε r a · r a)を増加することができ、 r a = 1なる一般的な誘電体を用いた場合に比ベ、比誘電率を小さくすることができる。これによつて共振時のインピーダンス変化を小さくすることができ、以つてアンテナの広帯域化を実現できる。また、本発明の共振器アンテナによれば、該アンテナが導電板に接触して、もしく ε rd>lなる絶縁体を介して接地されるため、電界対称面にて電界の鏡像効果を利用できるためアンテナを小型化でき、さらにアンテナ自身の誘電率は透磁率の効果によって小さくできるため、共振時のインピーダンス変化を小さくでき広帯域化を実現できる。

更に、本発明のアンテナによれば、反射板のアンテナ実装面とは反対の面に、比透磁率を rr、比誘電率を ε rr とした場合、 rr≥ ε rr となるような磁性誘電体層を設けることにより、磁界に対して鏡像効果が生じ、反射特性を向上でき、アンテナ利得を向上することができるため、少ない電力で基地局に電波を到達させることができ、携帯端末の電池寿命を向上することができる。

本発明のアンテナを携帯端末に用いれば、ァンテナ素子自身が広帯域であるため、整合回路での損失を低減することができ、以つて、携帯端末の電池寿命を向上することができる。

更に、本発明のアンテナを複数個、携帯端末に用いれば、アンテナが小型でありながら高効率であるため、効率よくアレーアンテナを形成でき、携帯端末から送出される電波の方向を操向することができるので、基地局とは反対の方向への電波の放射を抑制でき、電力の有効利用を図れるため、携帯端末の電池寿命を向上することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 絶縁体材料によって形成された誘電体と、当該誘電体の外部もしくは内部に設けられた電極とを有し、該電極から該誘電体内に供給した信号を共振させることで電波を外部に放出する誘電体共振器アンテナにおいて、該誘電体の比透磁率 a)が r a >lであることを特徴とする誘電体共振器アンテナ。

2 . 前記誘電体は、反射板として設けられた導電板に、直接、もしくは、比誘電率 ε rd>lである絶縁体を介して、実装されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の誘電体共振器ァンテナ。

3 . 請求の範囲第 2項記載において、比透磁率を^！ τ、比誘電率を £ rr としたとき、 ≥ _£ の関係を有する磁性誘電体層が、前記反射板の誘電体実装面とは反対の面に設けられていることを特徴とする誘電体共振器アンテナ。

4 . 請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれかにおいて、前記誘電体は磁性体材料と誘電体材料とを含むことを特徴とする誘電体共振器ァンテナ。

5 . 共振ピークの低周波側の第 1のモードと高周波側の第 2のモ一ドの共振ピークの半値周波数の一部を共有するような周波数対ァンテナ入カインピーダンス特性を実現する比誘電率及び比透磁率を持つ誘電体を用意し、当該誘電体を使用して共振器を形成したことを特徴とする誘電体共振器アンテナ。

6 . 請求の範囲第 4項において、波長短縮率が 2 0 0以下であることを特徴とする誘電体共振器アンテナ。

7 . 請求の範囲第 4項において、波長短縮率が 1 0 0以下であることを特徴とする誘電体共振器アンテナ。

8 . 請求の範囲第 4項において、 '波長短縮率が 5 0乃至 3であることを特徵とする誘電体共振器アンテナ。

9 . 請求の範囲第 4項において、前記磁性体材料は、コノレト、マンガン、鉄のいずれかの単体、コバルト、マンガン、鉄のいずれかを少なくとも含む合金、および化合物磁性体の少なくとも一つを含むことを特徴とする誘電体共振器アンテナ。

1 0 . 請求の範囲第 4項において、前記誘電体材料は、液晶樹脂、ェポキシ榭脂、ォレフィン系樹脂、フッ素樹脂、 BT (ビスマレイド ' トリアジン）樹脂、ポリイミド樹脂の少なくとも一つを含む樹脂材料、およびシリカ（Si0₂, SiO)、窒化シリコン（SiN，Si₃N₄)、ジルコニァ (ZrO,ZrO₂) ハフニァ (HfO, Hf0₂)、チタニア（TiO，TiO₂)、窒化アルミニウム（A1N)、 SrBi₂Ta₂O₉、 SrBi₂ (Tai-_x,Nbx)₂O9 Sr₂((Tai-x,N x)₂07, BST (チタン酸バリウムストロンチウム）、 PZT (チタン酸ジルコン酸鉛）、アルミナ（Al₂O₃)、 B i T i〇₃、 S r T i〇₃、 P b Z r〇₃、 P b T i〇₃、および C a T i〇₃の少なくとも一つを含む無機誘電体材料のいずれかまたは両方を含むことを特徴とする誘電体共振器アンテナ。

1 1 . 請求の範囲第 1 0項において、前記磁性体材料の微粉末が前記樹脂材中に分散されていることを特徴とする誘電体共振器アンテナ。

1 2 . 請求の範囲第 1 1項において、更に前記無機誘電体材料が前記樹脂材料中に分散されていることを特徴とする誘電体共振器アンテナ。

1 3 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 0項のいずれかに記載された誘電体共振器アンテナを含むことを特徴とする携帯端末。

1 4 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 0項のいずれかに記載された誘電体共振器アンテナを複数備え、電波の放出方向を調整できることを特徴とする携帯端末。

1 5 . 誘電体によって形成された共振器に対して電波を放射し、当該放射された電波を前記誘電体内で共振させることによって電波を放出する誘電体共振器アンテナの製造方法において、比透磁率が 1を越えることを条件として、比誘電率を調節して所定の波長短縮率が得られる磁性誘電体材料を得、当該磁性誘電体材料を用いて、前記誘電体を構成することを特徴とする誘電体共振器アンテナの製造方法。

1 6 . 請求の範囲第 1 5項において、前記磁性誘電体材料は、磁性体材料と誘電体材料とを混合することで作成することを特徴とする誘電体共振器ァンテナの製造方法。

1 7 . 請求の範囲第 1 6項において、前記磁性体材料は、コバルト、マンガン、鉄のいずれかの単体、コバルト、マンガン、鉄のいずれかを少なくとも含む合金、および化合物磁性体の少なくとも一つを含むことを特徴とする誘電体共振器アンテナの製造方法。

1 8 . 請求の範囲第 1 6項において、前記誘電体材料は、液晶樹脂、ェポキシ樹脂、ォレフィン系樹脂、フッ素樹脂、 BT (ビスマレイド · トリアジン）樹脂、ポリイミド樹脂の少なくとも一つを含む樹脂材料、およびシリカ（Si0₂， SiO)、窒化シリコン（SiN，Si₃N₄)、ジルコニァ（ZrO，ZrO₂)、ハフニァ (HfO, Hf0₂)、チタニア（TiO，Ti0₂)、窒化アルミニウム（A1N)、 SrBi₂Ta₂0₉、 SrBi₂ (Tai-_x,Nbx)₂0₉、 Sr₂((Tai-_x,Nb_x)₂0₇、 BST (チタン酸ゥムストロンチウム）、 PZ T (チタン酸ジルコン酸鉛）、アルミナ（A 1 ₂0₃)、 B i T i 0₃、 S r T i〇 ₃、 P b Z r 0₃、 P b T i〇₃、および C a T i 0₃の少なくとも一つを含む無機誘電体材料のいずれかまたは両方を含むことを特徴とする誘電体共振器アンテナの製造方法。

1 9 . 請求の範囲第 1 8項において、前記磁性体材料の微粉末を前記樹脂材料中に分散させることを特徴とする誘電体共振器アンテナの製造方法。

2 0 . 請求の範囲第 1 9項において、前記無機誘電体材料を前記樹脂材料中に更に分散させることを特徴とする誘電体共振器アンテナの製造方法。