特許 5666729 小型アンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5666729

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月12日

(54)【発明の名称】小型アンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 9/04 20060101AFI20150122BHJP

   H01Q 7/00 20060101ALI20150122BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20150122BHJP

【ＦＩ】

   H01Q9/04

   H01Q7/00

   H01Q1/38

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-56209(P2014-56209)

(22)【出願日】2014年3月19日

【審査請求日】2014年9月17日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】502152126

【氏名又は名称】学校法人智香寺学園

(73)【特許権者】

【識別番号】510233828

【氏名又は名称】羽石 操

(73)【特許権者】

【識別番号】313006647

【氏名又は名称】セイコーソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096655

【弁理士】

【氏名又は名称】川井 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100091225

【弁理士】

【氏名又は名称】仲野 均

(72)【発明者】

【氏名】松井 章典

(72)【発明者】

【氏名】羽石 操

(72)【発明者】

【氏名】米井 欣行

(72)【発明者】

【氏名】蘇武 昌弘

【審査官】 富澤 哲生

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０２７８２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０００２４９０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １／３８

Ｈ０１Ｑ ９／０４

Ｈ０１Ｑ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

破断部によって、その内側に開口部が形成された破断環状部と、
前記破断環状部の破断部を形成する一方の端部に形成された第１スプリット部と、前記破断部の他方の端部に形成され、前記第１スプリット部に対して所定間隔で並行して形成された第２スプリット部とからなるスプリット部と、
前記破断環状部の内側に、前記破断環状部の一部と所定間隔をおいて対向配置されることで、前記破断環状部に電磁的に接続されたＥＭ給電部と、
前記ＥＭ給電部と電気的に接続され、前記ＥＭ給電部を介して前記破断環状部に給電する給電ラインと、
を具備したことを特徴とする小型アンテナ。

【請求項2】

前記破断環状部は、その形状の所定方向における中央部に破断部が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ。

【請求項3】

前記第１スプリット部は、前記破断環状部の破断部を形成する端部の一方と連続し、前記破断環状部の内側方向に延設され、
前記第２スプリット部は、前記破断環状部の破断部を形成する端部の他方と連続し、前記破断環状部の内側方向に延設されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の小型アンテナ。

【請求項4】

前記破断環状部の一方の端部が前記第１スプリット部として機能し、
前記破断環状部の他方の端部が前記第２スプリット部として機能している、
ことを特徴とする請求項２に記載の小型アンテナ。

【請求項5】

前記破断環状部と前記ＥＭ給電部は、それぞれ絶縁層を介して複数層で形成され、各層がビア接続されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の小型アンテナ。

【請求項6】

前記複数層形成された前記破断環状部の最上層と最下層は、グランドプレーンと連続して形成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の小型アンテナ。

【請求項7】

前記給電ラインは、いずれかのＥＭ給電部と一体形成により、又は、ＥＭ給電部とのビア接続により、電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１の請求項に記載の小型アンテナ。

【請求項8】

前記給電ラインは、１層で形成され、又は、互いにビア接続された複数層で形成されている、ことを特徴とする請求項７に記載の小型アンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、小型アンテナに係り、例えば、その一部が破断環状に形成された小型アンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話をはじめとして家電の制御や監視などの各分野において無線機器が幅広く使用されている。
そして無線機器では、高い放射効率を確保しつつ小型化することが可能なアンテナが要求されており、非特許文献１では、スプリットリング共振器（ＳＲＲ：Ｓｐｒｉｔ−Ｒｉｎｇ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を用いたアンテナの小型化が検討されている。

【0003】

図１２は、ＳＲＲを用いた従来の小型アンテナの構造を表したものである。
このＳＲＲでは、４層プリント基板の第１〜４層にＳＲＲパターンを重なるように形成し、各ＳＲＲパターンをビアで結合することで１つのＳＲＲとして機能させている。
ＳＲＲの形状は、図１２に示されるように、長辺の中央部が破断されることでその内側に開口部が形成された破断環状部２６０と、破断環状部２６０の両端部から連続して形成され、破断環状部２６０の内側に向けて張り出したスプリット（Ｓｐｒｉｔ）部２７０とから形成されている。具体的には、凹字の内部中央の横線を取り除いた形状に形成されている。
このような構造のＳＲＲを用いた小型アンテナにより、従来のスロットアンテナやループアンテナに比べて、アンテナサイズが縦４．５ｍｍ×横１０ｍｍと小型にもかかわらず所望のアンテナ特性（比帯域幅、放射効率）を得ることができる。

【0004】

また図１２に示すように、ＳＲＲを用いた小型アンテナでは、給電ラインをＳＲＲに直接接続（ビア接続）している。
そして、ＳＲＲと給電ラインとの接続位置（ＳＲＲと給電ラインとの距離）を変更することで、給電ラインとアンテナとのインピーダンスを整合させている。

【0005】

しかし、インピーダンス整合させるために給電ラインの電気的接続位置（ＳＲＲとの距離）を変更すると、周波数特性が変化してしまうという問題がある。このため、伝送線路の特性インピーダンスを設計するためには、周波数特性も設計上のパラメータに含める必要があり、アンテナ全体としての設計が複雑になってしまうという課題がある。

【0006】

一方、本願出願人は、十分なアンテナ特性を維持しつつ、さらに小型化したアンテナを実現するために、ＳＲＲを用いた小型アンテナについての出願を行っている（特願２０１３−５５００８８）。
この小型アンテナも給電ラインをＳＲＲに直接接続するものであり、非特許文献記載のアンテナと同様に、アンテナ全体としての設計が複雑になるという課題がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】鳥屋尾博、ドン ユアンダン、伊藤龍男著 「スプリットリング共振器小型アンテナの検討」 ２０１１年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会 通信講演論文集１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、より設計の自由度が高く、より容易に製造可能な小型アンテナの提供を第１目的とする。
更に、より小型化した小型アンテナを提供することを第２目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）請求項１に記載の発明では、破断部によって、その内側に開口部が形成された破断環状部と、前記破断環状部の破断部を形成する一方の端部に形成された第１スプリット部と、前記破断部の他方の端部に形成され、前記第１スプリット部に対して所定間隔で並行して形成された第２スプリット部とからなるスプリット部と、前記破断環状部の内側に、前記破断環状部の一部と所定間隔をおいて対向配置されることで、前記破断環状部に電磁的に接続されたＥＭ給電部と、前記ＥＭ給電部と電気的に接続され、前記ＥＭ給電部を介して前記破断環状部に給電する給電ラインと、を具備したことを特徴とする小型アンテナを提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記破断環状部は、その形状の所定方向における中央部に破断部が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナを提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記第１スプリット部は、前記破断環状部の破断部を形成する端部の一方と連続し、前記破断環状部の内側方向に延設され、前記第２スプリット部は、前記破断環状部の破断部を形成する端部の他方と連続し、前記破断環状部の内側方向に延設されている、ことを特徴とする請求項２に記載の小型アンテナを提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記破断環状部の一方の端部が前記第１スプリット部として機能し、前記破断環状部の他方の端部が前記第２スプリット部として機能している、ことを特徴とする請求項２に記載の小型アンテナを提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、前記破断環状部と前記ＥＭ給電部は、それぞれ絶縁層を介して複数層で形成され、各層がビア接続されている、ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の小型アンテナを提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、前記複数層形成された前記破断環状部の最上層と最下層は、グランドプレーンと連続して形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の小型アンテナを提供する。
（７）請求項７に記載の発明では、前記給電ラインは、いずれかのＥＭ給電部と一体形成により、又は、ＥＭ給電部とのビア接続により、電気的に接続されている、ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１の請求項に記載の小型アンテナを提供する。
（８）請求項８に記載の発明では、前記給電ラインは、１層で形成され、又は、互いにビア接続された複数層で形成されている、ことを特徴とする請求項７に記載の小型アンテナを提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、破断環状部の対抗する破断端部に容量性を装荷した小型アンテナにおいて、直接給電するのではなく、電磁結合型給電方式（ＥＭ結合型給電）を行うことで、より設計の自由度が高く、より容易に製造が可能な小型アンテナとすることができる。
また請求項５〜請求項７記載の小型アンテナによれば、更に小型化したアンテナを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ＳＲＲ小型アンテナにおける実施形態の構成を表した斜視図である。

【図2】１層目〜４層層目の各層におけるＳＲＲパターンの各形状を表した図である。

【図3】外部の高周波回路に接続される給電ラインの端部側の各種形状を表した断面図である。

【図4】小型アンテナモジュールを構成する各部の材料や材料定数について表した説明図である。

【図5】実施形態のＳＲＲ小型アンテナについての特性図である。

【図6】パラメータａ、Ｇ、Ｓについての説明図である。

【図7】実施形態におけるパラメータａに対するシミュレーション結果を表した説明図である。

【図8】実施形態におけるパラメータＧに対するシミュレーション結果を表した説明図である。

【図9】実施形態におけるパラメータＳに対するシミュレーション結果を表した説明図である。

【図10】実施形態における第１スプリット部、第２スプリット部についての変形例を表した説明図である。

【図11】実施形態におけるＳＲＲ小型アンテナを、２層のＳＲＲパターンで構成した場合の説明図である。

【図12】従来のＳＲＲを用いた小型アンテナの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の小型アンテナにおける好適な実施の形態について、図１から図１１を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
図１２に示した従来のＳＲＲを用いた小型アンテナ（以下ＳＲＲ小型アンテナという）がスプリット部２７０を中心とする破断環状部２６０に給電ラインを直接接続（電気的接続）しているのに対して、本実施形態では、電磁的な結合により給電するＥＭ結合型給電を行う。
具体的には、破断部によりその内側に開口部を形成する複数層の破断環状部２２を備えたＳＲＲ部２１と、この破断環状部２２の一部と各層毎に所定間隔をおいて対抗して配置される複数層のＥＭ給電部４１、及び、いずれかのＥＭ給電部４１と電気的に接続される給電ライン４２により、ＳＲＲ小型アンテナ２を構成する。
このように、本実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２によれば、給電ライン４２が破断環状部２２との電気的な接続にはよらず、電磁的接合により給電することで、共振周波数に実用範囲での影響を与えることなく、給電ラインの特性インピーダンスを単独で設計することが可能になる。従って、ＥＭ給電部４１における給電ライン４２の接続位置（給電位置）、言い換えると、給電ライン４２と破断環状部２２（直線部２４）との距離を変化させることが可能になる。
また、本実施形態の構成により、比帯域幅をより広く確保することができると共に、安定給電が可能になる。

【0013】

（２）実施形態の詳細
図１はＳＲＲ小型アンテナにおける実施形態の構成を表した斜視図である。
図１（ａ）は、小型アンテナモジュール１の全体を表したもので、第１絶縁層１１、第２絶縁層１２、第３絶縁層１３からなる多層基板において、ＳＲＲ小型アンテナ２が形成されている。
第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３は、縦３０ｍｍ、横５０ｍｍの方形であり、ＳＲＲ小型アンテナ２の内側にも第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３が存在している。
本実施形態におけるＳＲＲ小型アンテナ２は、後述する各種パラメータ値の選択により、共振周波数が２．１８ＧＨｚに設定されている。
ＳＲＲ小型アンテナ２は、図１（ｂ）に示されるように、開口部Ａを備え、その内側の寸法が同じ第１から第４層のＳＲＲパターン２０ａ〜２０ｄが上面視で重なるように形成されている。
なお、各層のＳＲＲパターン２２ａ〜２２ｄは、ビア接続（後述）することで電気的に接続され、１つのＳＲＲとして機能している。

【0014】

以下、本明細書において、第１層から第４層の各部材、部分を示す場合には各部材等を表す数字にａ〜ｄを添え、各層に共通する部材等を纏めて示す場合にはａ〜ｄを添えずに表示することとする。
例えば、ＳＲＲパターン２０ｂと表示した場合には第２層目のＳＲＲパターンを示し、一方、ＳＲＲパターン２０と表示した場合には第１層から第４層の各ＳＲＲパターン全体を示す。

【0015】

第１層目のＳＲＲパターン２０ａと第４層目のＳＲＲパターン２０ｄは、グランド（ＧＲＤ）プレーンと一体に形成されている。
ＳＲＲ小型アンテナ２は、図１（ｂ）に示すように、開口部Ａを囲む方形形状のＳＲＲ部２１と、ＥＭ給電部４１と、給電ライン４２を備えている。

【0016】

ＳＲＲ部２１は、長手方向の１辺が破断した破断環状部２２と、この破断環状部２２の両破断端部とそれぞれ連続して形成され、平行結合線路を形成する第１スプリット部２８と、第２スプリット部２９を備えている。
この破断環状部２２は、破断部が存在しない場合（破断部の両端が接続している場合）にその形状が環状となる形状であり、本実施形態で説明する形状としては方形であるが、半円形、Ｄ字状、三角形、その他の多角形等の左右対称となる形状も可能である。この場合、対称軸となる部分に破断部が形成される。

【0017】

ＥＭ給電部４１は、開口部Ａ内に配設され、破断環状部２２の第１スプリット部２８と連続する部分（後述する直線部２３）と所定の距離を離して対抗配置されている。ＥＭ給電部４１の各層も後述するようにビア接続されることで電気的に接続されている。
第３層目のＥＭ給電部４１ｃは、給電ライン４２と電気的に接続されている。これにより、給電ライン４２からＳＲＲ部２１に対し、ＥＭ給電部４１を介して電磁（ＥＭ）結合給電が行われる。

【0018】

図２（ａ）〜（ｄ）は、１層目から４層目までの各層におけるＳＲＲパターン２０ａ〜ＳＲＲパターン２０ｄの各形状を表したものである。
１層目のＳＲＲパターン２０ａと、４層目のＳＲＲパターン２０ｄは、同一形状であり、上述したようにグランドプレーンと一体形成されている。
各層のＳＲＲパターン２０は、方形のＳＲＲ部２１と、ＥＭ給電部４１を備えている。

【0019】

ＳＲＲ部２１は、破断環状部２２と第１スプリット部２８、第２スプリット部２９を備えている。
破断環状部２２は、直線部２３〜２７の順に、互いに直角方向に連続する４つの直線部で方形状に構成されている。直線部２３と直線部２７とは、所定幅で破断されていて連続していない。直線部２３は、方形の基板（第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３）の一辺（端部）と一致するように形成される。
破断環状部２２の内側サイズは直線部２４、２６に対応する縦方向が４．５ｍｍで、直線部２５に対応する横方向が１０ｍｍである。
各直線部２３〜２７の幅は０．５ｍｍに形成されている。ただし、１層目の破断環状部２２ａと４層目の破断環状部２２ｄは、直線部２３ａ、２７ａと直線部２３ｄ、２７ｄが０．５ｍｍ幅に形成され、直線部２４ａ〜２６ａ、２４ｄ〜２６ｄはグランドプレーンと一体形成されている。

【0020】

直線部２３の破断部側の端部には、直線部２３と連続して、破断環状部２２の内側に張り出して、直線部２４と平行に、第１スプリット部２８が形成されている。
直線部２７の破断部側の端部には、直線部２７と連続して、破断環状部２２の内側に張り出して、第１スプリット部２８及び直線部２６と平行に、第２スプリット部２９が形成されている。
互いに対向して配置された第１スプリット部２８と第２スプリット部２９とは、破断環状部２２の一部を形成する。
第１スプリット部２８、第２スプリット部２９の長さは１．４５ｍｍで、幅は０．５ｍｍである。
第１スプリット部２８と第２スプリット部２９間のギャップ（所定間隔）は０．１ｍｍである。

【0021】

第１スプリット部２８と第２スプリット部２９により、平行結合線路として機能するスプリット部が形成される。
本実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２では、ＳＲＲパターン２０にループ電流が流れることで破断環状部２２による誘導性（インダクタンス）と、スプリット部（第１スプリット部２８と第２スプリット部２９）に生じる容量性（キャパシタンス）の双方を装荷し、ＬＣ直列共振回路（スプリットリング共振器）が形成される。これによりＳＲＲ小型アンテナ２が、所定の共振周波数付近でアンテナとして動作する。
ＳＲＲパターン２０（スプリットリング共振器）には、電磁的に接続されるＥＭ給電部４１を介し、図示しない外部の高周波回路からの高周波信号が給電される。

【0022】

第３層目のＳＲＲパターン２０ｃには、図２（ｃ）に示されるように、給電ライン４２を備えている。この給電ライン４２は、一方の端部がＥＭ給電部４１ｃと電気的に接続され、他方の端部が図示しないアンテナ回路に電気的に接続されている。給電ライン４２とアンテナ回路との接続部については後述する。
各層のＥＭ給電部４１ａ〜４１ｄは、上面視で同一位置にビアホール（Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）４９が形成されている。各層のビアホール４９は、各ＥＭ給電部４１ａ〜４１ｄの間に配設される第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３の同一位置にも形成され、全体として貫通孔を形成すると共に、その貫通孔の内周面がメッキされることで、ＥＭ給電部４１ａ〜４１ｄがビア接続されている。これによって、給電ライン４２からの高周波信号は、ＥＭ給電部４１全体に給電される。

【0023】

なお、本実施形態における給電ライン４２は、３層目のＥＭ給電部４１ｃと一体形成されているが、他層のＥＭ給電部４１と一体形成するようにしてもよい。
また、給電ライン４２の先端にビアホールを形成し、ＥＭ給電部４１とビア接続することで電気的に接続されるようにしてもよい。ビア接続をする場合の給電ライン４２は、ＥＭ給電部のいずれの層間に配設してもよく、またＥＭ給電部４１ａ又は、４１ｄの外側に配設するようにしてもよい。
更に、各実施形態及び変形例ではいずれも給電ライン４２を１層としたが、給電ライン４２についても、ＥＭ給電部４１の層数以下であれば複数層としてもよい。この場合にも給電ライン４２の各々を、ＥＭ給電部４１と一体形成しても、ＥＭ給電部４１にビア接続してもよい。また、ＥＭ給電部４１に一体形成又はビア接続された各層の給電ライン４２同士については、ビア接続する場合、しない場合のいずれも可能である。

【0024】

給電ライン４２の幅は、高周波回路と基準インピーダンス（例えば５０Ω）でインピーダンス整合させるための幅Ｈが選択される。本実施形態では、基準インピーダンス５０Ωに対して、幅Ｈ＝０．５５ｍｍが選択されている。

【0025】

３層目のＳＲＲパターン２０ｃの直線部２５ｃには、電気的接続を回避して給電ライン４２を通すための破断部２５１が形成されている。破断部２５１の幅は、給電ライン４２の幅Ｈ＋ｆ１＋ｆ２＝２．５５ｍｍである。ここで幅ｆ１、ｆ２は、給電ライン４２から、左右の破断部２５１までの距離（間隔）で、本実施形態ではｆ１＝ｆ２＝１．０ｍｍとしている。
なお本実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２では、給電ライン４２が電気的に破断環状部２２に接続していないため、給電ライン４２と破断環状部２２の直線部２４との間隔ａは、後述するように、共振周波数にはほとんど影響を与えることがなく、実用範囲で一定と判断して各種設計することができる。このため、給電ライン４２と直線部２４との間隔はＥＭ給電部４１の長さの範囲で任意位置とすることが可能であるが、本実施形態では、ａ＝１．７ｍｍとしている。

【0026】

図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＳＲＲパターン２０ａ〜ＳＲＲパターン２０ｄの各破断環状部２２には、給電ライン４２に対向する位置（３層目のＳＲＲパターン２０ｃにおける破断部２５１に対応する位置）を避けて、上面視で同一の位置に複数のビアホール３０が形成され、上述したＥＭ給電部４１と同様に貫通孔の内周面がメッキされることでビア接続されている。
ビア接続されたＳＲＲパターン２０ａ〜２０ｄは、１のＳＲＲとして機能する。
また、１層目のＳＲＲパターン２０ａのグランドプレーンと、４層目のＳＲＲパターン２０ｄのグランドプレーンも同様にしてビアホール３０で接続されている。
なお、上述したビアホール４９及びビアホール３０による接続は、貫通孔内周面のメッキ以外に、導電性ペーストを充填することで行うようにしてもよい。

【0027】

一方、図２に示すように、ＳＲＲパターン２０ａ〜２０ｄの第１スプリット部２８及び第２スプリット部２９には、ビアホールは形成されていない。
これは、ビアホールが形成されていない第１スプリット部２８、第２スプリット部２９と、ビアホールが形成されている隣接素子（隣接導体）との間のキャパシタンス（Ｃ）値の制御に、ビアホールを形成していない直線部２７aの構成のほうが有効に作用するからである。すなわち、ビア接続しないために図２（a）〜（d）の第１スプリット部２８、第２スプリット部２９が多層コンデンサを形成するため、キャパシタンス（Ｃ）値が増加する効果がある。このことにより、ＳＲＲ小型アンテナ２の、共振周波数の周波数制御が容易となるものと考える。

【0028】

図３は、外部の高周波回路に接続される給電ライン４２の端部側の各種形状を表した断面図である。
図３（ａ）は、小型アンテナモジュール１における１層目のＳＲＲパターン２０ａと連接するグランドプレーン側に給電端子３５を形成した場合の第１の例である。
すなわち、給電ライン４２の給電端部に対応する位置で、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２にスルーホール３１を形成するとともに、ＳＲＲパターン２０ａと連接するグランドプレーンに設けた開口部に給電端子３５が形成される。
そして、スルーホール３１の内周面がメッキされ、又はスルーホール３１内に導電ペーストが充填されることで、給電端子３５と給電ライン４２の端部とがビア接続される。

【0029】

図３（ｂ）は、第１の例とは逆の面、すなわち、４層目のＳＲＲパターン２０ｄ側に給電端子３６を形成した場合の第２の例である。
この例では、給電ライン４２の給電端部に対応する位置で、第３絶縁層１３にスルーホール３２を形成するとともに、ＳＲＲパターン２０ｄと連接するグランドプレーンに設けた開口部に給電端子３６が形成される。
そして、スルーホール３２の内周面がメッキされ、又はスルーホール３２内に導電ペーストが充填されることで、給電端子３６と給電ライン４２の端部とがビア接続される。

【0030】

図３（ｃ）は、 給電ライン４２の長さ方向における第３絶縁層１３の長さを、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２よりも長くし、給電ライン４２も第１絶縁層１１、第２絶縁層１２よりも長く形成したものである。
この場合、給電ライン４２の端部が給電端子３７として機能する。
なお、図３（ｃ）では、第３絶縁層１３を第１絶縁層１１等よりも大きくしたことにあわせて、第３絶縁層１３のグランドプレーンも、第１絶縁層１１のグランドプレーンよりも大きく形成しているが、第３絶縁層１３のグランドプレーンを第３絶縁層１３よりも小さく（給電ライン４２の長さ方向を短く）することで第１絶縁層１１のグランドプレーンと同じ大きさに形成するようにしてもよい。

【0031】

図３（ｄ）は、スルーホールなどを作成せず、給電ライン４２を、そのままメイン回路基板に一体として形成し、メイン回路基板の他の電気素子３３（他の回路パターン）に接続するようにしたものである。

【0032】

図４は、小型アンテナモジュール１を構成する各部の材料や材料定数について表したものである。
図４（ａ）は、各層の厚さと材料を表したものである。
ＳＲＲパターン２０の材料は銅で、その厚さ（所定厚Ｔ）は、例えば１８μｍや３５μｍが採用されるが、後述する特性解析においては、ほぼゼロとしている。
一方、第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３の材料としては、ガラスエポキシが使用される。第１絶縁層１１の厚さが０．４ｍｍ、第２絶縁層１２の厚さが０．６ｍｍ、第３絶縁層１３の厚さが０．４ｍｍである。
なお、基板の総厚は、ＳＲＲパターン２０ａ〜２０ｄの厚さをほぼゼロとしているので、全体で１．４ｍｍで特性解析を行っている。

【0033】

図４（ｂ）は材料定数を表したもので、ＳＲＲパターン２０の材料である銅の導電率σ＝５．９７７×１０⁷［Ｓ／ｍ］である。
第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３の材料であるガラスエポキシは、比誘電率εｒ＝４．２５、誘電正接（損失）ｔａｎδ＝１×１０｛−２｝である。なお、１０｛−２｝における｛−２｝は、累乗を示す指数を表している。
また、特性解析では小型アンテナモジュール１の周囲を空気で取り囲むものとし、その比誘電率は１．０００５１７とした。

【0034】

以上説明したように本実施形態によれば、図１〜４に示した各構成のサイズや材料により、縦４．５ｍｍ、横１０．０ｍｍで、共振周波数２．１８ＧＨｚのＳＲＲ小型アンテナ２を構成することができる。
例えば、共振周波数２．１８ＧＨｚにおいて、通常のスロットアンテナのサイズが縦ａ＝７ｍｍ（＝ｂ／１０）、横ｂ＝６９ｍｍ（＝半波長＠２．１８ＧＨｚ）であるのに比べて十分に小型化することができる。
また、図１２で説明した従来のＳＲＲ小型アンテナに比べて、共振周波数に実用上の影響を与えることなく、任意の位置（直線部２４ｃからの距離）に給電ライン４２を配設することが可能になるため、アンテナ回路と基準インピーダンス（例えば５０Ω）でインピーダンス整合させるための幅Ｈを、給電ライン４２単独で選択することが可能になる。
さらに、本実施形態の構成により、比帯域幅をより広く確保することができると共に、安定給電が可能になる。

【0035】

図５は、図１〜４で説明した本実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２についての特性を表したものである。
図５（ａ）はアンテナの共振周波数と反射損失を、（ｂ）はスミスチャートを、（ｃ）は指向特性を表す。
図５（ａ）に示すように、本実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２は、反射損失が−６ｄＢ以下の周波数範囲は２．０３７ＧＨｚ〜２．３８５ＧＨｚと広帯域であり、その帯域の中心周波数は２．２１１ＧＨｚである。この広帯域性は、共振周波数を調整することで、例えば無線ＬＡＮの２．４ＧＨｚ帯を十分にカバーすることが可能となることは容易に想定できる。

【0036】

また、図５（ｂ）のスミスチャートに示されるように、２．１８ＧＨｚにてほぼクリティカルカップリング（臨界結合）が得られている。これにより、アンテナと高周波回路と接続される給電ライン４２との結合が非常に良好であることがわかる。

【0037】

また図５（ｃ）の指向特性で示されるように、水平方向、垂直方向ともに一様な放射指向特性が得られている。各方向については、図１に示したように、ＳＲＲ小型アンテナ２の縦方向（給電ライン４２の長さ方向）をＺ軸、横方向をＸ軸、厚さ方向をＹ軸としている。
本実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２における最大利得は２．６ｄＢｉ、放射効率ηは８６．６％（２．１８ＧＨｚ）である。

【0038】

次に、上述した実施形態におけるＳＲＲ小型アンテナ２を設計する上で、パラメータが所望の共振周波数に与える影響について説明する。
図６はＳＲＲ小型アンテナ２における特性変化について検討したパラメータについて表したものである。
図６に示すように、給電ライン４２と直線部２４との間隔をａ（パラメータａ）、ＥＭ給電部４１の長さをＳ（パラメータＳ）、ＥＭ給電部４１と直線部２３との間隔をＧ（パラメータＧ）とした場合、これら各値の変化に対して共振周波数が次のように変化することが、シミュレーションにより確認された。
図６において、パラメータａを変更する場合に、ＥＭ給電部４１の長さＳと長手方向の位置については固定している。

【0039】

以下の説明では、特性比較をする際に各ＳＲＲ小型アンテナの形状（サイズ）と給電方式を特定するために、各アンテナについて次のよう呼ぶこととする。
図６に示した、ＥＭ給電部４１を介して電磁的な結合による給電を行う実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２に対して「ＥＭ給電」という。
なお、給電ラインを電気的にＳＲＲ部に接続することで直接給電を行う従来のＳＲＲ小型アンテナ（図１２参照）については、「直接給電」という。

【0040】

先に、実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２の特性について説明する。
図７は、シミュレーション結果により得られた、給電ライン４２と直線部２４との間隔（パラメータａ）と、（ａ）共振周波数（ＧＨｚ)、（ｂ）反射損失−６ｄＢ以下の帯域幅（ＭＨｚ）、及び、（ｃ）反射損失−６ｄＢ以下の比帯域幅（％）との関係を表したシミュレーション結果である。
図７に示したシミュレーションは、パラメータａを変化させたことによるアンテナ特性への効果を求めたものである。
シミュレーションの対象は、直接給電と、ＥＭ給電に対して測定したものである。

【0041】

このシミュレーションの条件は次の通りである。
ＳＲＲ部２１の構成は、直接給電、ＥＭ給電共に、開口部のサイズ（破断環状部の内側サイズ）が縦４．５ｍｍ×横１０ｍｍとした。
また、パラメータａ（給電ライン４２と直線部２４との距離）を、１．１８ｍｍから３．４ｍｍまで順次広げていった際の、「共振周波数」、「帯域幅（Ｒ．Ｌ．≦−６ｄＢ）」、「比帯域幅（Ｒ．Ｌ．≦−６ｄＢ）」を比較する。
なお、ＥＭ給電において、パラメータＧとパラメータＳについては、いずれもＧ＝０．１ｍｍ、Ｓ＝３．４５ｍｍで固定した。

【0042】

シミュレーション結果は次の通りである。
図７（ａ）に示すように、図１２に示した従来の直接給電では、ＳＲＲ部への給電位置（給電ライン４２と直線部２４との間隔ａ）が変化すると、共振周波数が２．３ＧＨｚ〜２．５１ＧＨｚで、ずれが大きく（最大０．２１ＧＨｚ）、安定的ではない。このため、給電ライン４２の特性インピーダンスを単独で設計することができず、共振周波数への影響を考慮して設計する必要がある。
これに対して、実施形態によるＥＭ給電では、間隔ａの変化に対して、共振周波数は２．０４ＧＨｚ〜２．１４ＧＨｚの範囲で変化するだけである。このように、間隔ａの変化に対して、共振周波数のずれが小さく（最大０．０６ＧＨｚ）、安定型給電ということができる。
また、ＥＭ給電による場合には、間隔ａの変化による共振周波数のずれは実用範囲で一定とみなすことができるため、給電ライン４２を共振周波数から切り離して単独で設計することが可能になる。

【0043】

ＥＭ給電におけるパラメータａの変化に対する放射効率ηと共振周波数については次の通りである。
ａ＝１．１８ｍｍ・・・η＝８４．８％（２．２ ＧＨｚ）
ａ＝１．７ｍｍ ・・・η＝８６．６％（２．１８ＧＨｚ）
ａ＝２．２ｍｍ ・・・η＝８６．９％（２．１６ＧＨｚ）
ａ＝２．７ｍｍ ・・・η＝８６．７％（２．１４ＧＨｚ）
ａ＝３．２ｍｍ ・・・η＝８６．５％（２．１４ＧＨｚ）
ａ＝３．４ｍｍ ・・・η＝８６．３％（２．１５ＧＨｚ）
また、シミュレーション結果から、間隔ａを広げることで、アンダーカップリング（疎結合）からオーバーカップリング（密結合）へ変化することが確認された。

【0044】

次に、実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２（ＥＭ給電）において、パラメータＧを変化させた場合のアンテナ特性について説明する。
図８は、ＥＭ給電において、パラメータＧを変化させた場合の、（ａ）共振周波数（ＧＨｚ）、（ｂ）反射損失−６ｄＢ以下の帯域幅（ＭＨｚ）、及び、（ｃ）反射損失−６ｄＢ以下の比帯域幅（％）との関係を表したシミュレーション結果である。
このシミュレーションの条件は次の通りである。
ＳＲＲ部２１の構成は、図７の場合と同一サイズとし、パラメータａとパラメータＳについては、ａ＝１．７ｍｍ、Ｓ＝３．４５ｍｍで固定した。

【0045】

シミュレーション結果は次の通りである。
図８に示されるように、ＥＭ給電において、ＥＭ給電部４１と直線部２３との間隔Ｇを広げても共振周波数はほぼ変わらないが、確保出来る帯域は急激に狭くなり、アンテナ特性は急激に劣化した。
ＥＭ給電における、パラメータＧの変化に対する放射効率ηと共振周波数については次の通りである。
Ｇ＝０．１ｍｍ ・・・η＝８６．６％（２．１８ＧＨｚ）
Ｇ＝０．２ｍｍ ・・・η＝８５．５％（２．１７ＧＨｚ）
Ｇ＝０．３ｍｍ ・・・η＝８４．２％（２．１７ＧＨｚ）

【0046】

次に、実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２（ＥＭ給電）において、パラメータＳを変化させた場合のアンテナ特性について説明する。
図９は、パラメータａ（Ｓ）を変化させた場合の、（ａ）共振周波数（ＧＨｚ）、（ｂ）反射損失−６ｄＢ以下の帯域幅（ＭＨｚ）、及び、（ｃ）反射損失−６ｄＢ以下の比帯域幅（％）との関係について、ＥＭ給電とＥＭ給電Ｌのシミュレーション結果を表したものである。
図９におけるＥＭ給電のシミュレーション結果は図７で示したものと同じである。従って、各シミュレーションにおけるパラメータａの値も同じである。
従って、ＥＭ給電Ｌについても、図７のＥＭ給電と同じパラメータａの値毎にシミュレートしている。

【0047】

ＥＭ給電Ｌは、上述したように、給電ライン４２をＥＭ給電部４１の直線部２４側端部に接続した形状とし、ＥＭ給電部４１の第１スプリット部２８側端部は固定位置としている。
このため、ＥＭ給電Ｌでは、パラメータａの増加に伴い、パラメータＳが小さく（ＥＭ給電部４１が短く）なる。
図９では、各パラメータａの値毎に、パラメータＳが一定のＥＭ給電と、パラメータＳが変化するＥＭ給電Ｌとを対比することができる。
図９（ｂ）、（ｃ）に示されるように、ＥＭ給電と比較してＥＭ給電Ｌは、パラメータａの増加に伴い、帯域幅と比帯域幅がパラメータａ＝３．３ｍｍ以降で大きく低下するが、これは、ＥＭ給電部４１の長さＳがほぼ、給電ライン４２の幅程度（０．７５と０．５）と狭くなったためと考えられる。
一方、図９（ａ）に示すように、共振周波数については、パラメータａの各値に対して、ＥＭ給電とＥＭ給電Ｌとでは、ほぼ同じとなっている。即ち、パラメータＳ＝一定のＥＭ給電に対して、ＥＭ給電ＬのパラメータＳが減少しても共振周波数はほぼ同じであるといえる。
従って、パラメータＳの変化は、ＥＭ給電、ＥＭ給電Ｌ共に変化共振周波数に影響を与えない、若しくは、ほとんど影響しない、ということができる。

【0048】

ＥＭ給電Ｌにおけるパラメータａ（パラメータＳ）の変化に対する放射効率ηと共振周波数については次の通りである。なお、ＥＭ給電についての値は上述の通りである
ａ＝１．１８ｍｍ（Ｓ＝２．７７ｍｍ）・・・η＝８４．０％（２．１９ＧＨｚ）
ａ＝１．７ｍｍ（Ｓ＝２．２５ｍｍ） ・・・η＝８５．５％（２．１６ＧＨｚ）
ａ＝２．２ｍｍ（Ｓ＝１．７５ｍｍ） ・・・η＝８５．６％（２．１３ＧＨｚ）
ａ＝２．７ｍｍ（Ｓ＝１．２５ｍｍ） ・・・η＝８５．１％（２．１０ＧＨｚ）
ａ＝３．２ｍｍ（Ｓ＝０．７５ｍｍ） ・・・η＝８４．２％（２．１２ＧＨｚ）
ａ＝３．４ｍｍ（Ｓ＝０．５０ｍｍ） ・・・η＝８３．７％（２．１１ＧＨｚ）

【0049】

この、ＥＭ給電のシミュレーション結果から、次のことが確認された。
即ち、パラメータＳ（ＥＭ給電部４１の長さ）を短くすることで「ＳＲＲ部２１とＥＭ給電部４１との結合部を小さくすること」と、パラメータＧを大きくすること、即ち、「ＳＲＲ部２１とＥＭ給電部４１との間隔（Ｇａｐ）Ｇを広げること」が等価であることが確認された。
また、ＳＲＲ部２１とＥＭ給電部４１との間隔Ｇを広げることと同様に、ＳＲＲ部２１とＥＭ給電部４１との結合部を小さくすることで、オーバーカップリング（密結合）からアンダーカップリング（疎結合）へと変化することが確認された。

【0050】

更に、実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２では、次の点についても確認されている。
即ち、第１スプリット部２８、第２スプリット部２９の長さＴを長くすることで共振周波数ｆを小さくすることが可能である。
また、ＳＲＲ小型アンテナ２における、直線部２４の長さをｍ、直線部２５の長さをｎとした場合、開口縦横比（パラメータｍ／ｎ）を小さくするほど、すなわち、横方向に細長くするほど、共振周波数ｆを小さくすることが可能である。

【0051】

実施形態によれば、給電ライン４２からの給電を電気的なものではなく、電磁的な給電（ＥＭ給電方式）とすることで、給電部４０に関する影響を考慮することなく（パラメータａ、Ｇ、Ｓに関わらず）、ＳＲＲ部２１単独で所望共振周波数のＳＲＲ小型アンテナ２を設計することができる。
そして、ＳＲＲ小型アンテナ２の共振周波数ｆについては、パラメータａ、Ｇ、Ｓの影響を考慮せずに、パラメータＴやパラメータｍ／ｎを考慮して設計すればよいため、設計の自由度が高く、より小型のアンテナを得ることができる。

【0052】

次に、説明した実施形態の変形例について説明する。
図１０は、第１スプリット部２８、第２スプリット部２９についての変形例を表したものである。
本実施形態の第１スプリット部２８、第２スプリット部２９の長さＴについて、図２、６に示すように所定の長さ（Ｔ＝１．４５ｍｍ）として説明したが、この長さに限られるものではなく、直線部２４の長さ以下の範囲でより長くすることも可能であり、また、より短くすることも可能である。
例えば、図１０に示すように、独立した第１スプリット部２８、第２スプリット部２９を配設せずに、破断環状部２２の破断端部（直線部２３と、直線部２７との両対向端部をそれぞれ第１スプリット部２８、第２スプリット部２９として機能させるようにしてもよい。

【0053】

実施形態では、図２で説明したように１層目〜４層目のＳＲＲパターン２０ａ〜２０ｄでＳＲＲ小型アンテナ２を構成したのに対し、変形例としては、４層に限られず、２層、３層、５層以上とすることが可能である。
図１１は、実施形態で説明したＳＲＲ小型アンテナ２を、２層のＳＲＲパターン２０ａ、２０ｄで構成した場合の説明図である。
図１１で示した２層のＳＲＲ小型アンテナ２では、図示しないが、１枚の絶縁層の両面にＳＲＲパターン２０ａとＳＲＲパターン２０ｄが形成されている。絶縁層の形状及び材質については実施形態と同様である。

【0054】

図１１に示されるように、破断環状部２２と第１スプリット部２８、第２スプリット部２９の形状については実施形態と同様であるが、給電ライン４２が１層目のＥＭ給電部４１ａに電気的に接続されている点が異なっている。
また、本変形例の給電ライン４２はマイクロストリップラインを形成している。この給電ライン４２の形成に伴い、１層目のＳＲＲパターン２０ａの破断環状部２２ａに連続形成されるグランドプレーンには、給電ライン４２の長手方向からみた左右にスリット２５２、２５３が形成されている。給電ライン４２の端部にも同様にスリット２５４が形成される。
この給電ライン４２は、絶縁層の一方の面に形成されることから、実施形態において図３で説明したような給電用のスルーホール３１、３２は形成されない。
ただし、給電ライン４２が形成されている面と反対側の面に給電端子を形成する場合には、図３（ｂ）と同様にスルーホール３２及び給電端子３６を形成する。

【0055】

なお、ＳＲＲ小型アンテナ２を３層で構成する場合には、図２に示したＳＲＲ小型アンテナ２のうち、２層目のＳＲＲパターン２０ｂを省略する。
一方、５層以上とする場合には、図２（ｂ）に示したＳＲＲパターン２０ｂの数と絶縁層を層数にあわせて増加させる。この場合、図２（ｃ）に示したＳＲＲパターン２０ｃに対する上下いずれの側に増加してもよく、６層以上とする場合には上下の両方の側に増加するようにしてもよい。

【0056】

以上説明したように、実施形態及び各変形例のＳＲＲ小型アンテナによれば、ＥＭ結合給電型とすることで、給電位置（パラメータａ）が変化しても、共振周波数の変化が少なく、比帯域幅が広く確保できるアンテナとすることができる。即ち、安定給電が可能なアンテナとすることができる。

【符号の説明】

【0057】

１ 小型アンテナモジュール
２ ＳＲＲ小型アンテナ
１１ 第１絶縁層
１２ 第２絶縁層
１３ 第３絶縁層
２０ ＳＲＲパターン
２１ ＳＲＲ部
２２ 破断環状部
２３〜２７ 直線部
２８ 第１スプリット部
２９ 第２スプリット部
３０ ビアホール
４０ 給電部
４１ ＥＭ給電部
４２ 給電ライン
４９ ビアホール

【要約】

【課題】より設計の自由度が高く、より容易に製造可能な小型アンテナを提供する。
【解決手段】ＳＲＲを用いた小型アンテナにおいて、電磁的な結合方式により給電するＥＭ結合型給電を行う。具体的には、複数層の破断環状部２２を備えたＳＲＲ部２１と、破断環状部２２と各層毎に対抗して配置される複数層のＥＭ給電部４１、及び、いずれかのＥＭ給電部４１と電気的に接続される給電ライン４２により、ＳＲＲ小型アンテナ２を構成する。給電ライン４２が破断環状部２２との電気的な接続ではなく、電磁的接合により給電することで、共振周波数に実用範囲での影響を与えることなく、給電ラインの特性インピーダンスを単独で設計することが可能になる。従って、給電ライン４２と破断環状部２２との距離（給電位置）を変化させることが可能になる。また、本実施形態の構成により、比帯域幅をより広く確保することができると共に、安定給電が可能になる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】