スペシャルトピック1 (PDF：1.08MB)

Special Topic1
太陽誘電の
チップアンテナ
Solution！
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Special Topic1　太陽誘電のチップアンテナ Solution！
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端末設計の悩み・・・
◆アンテナ設計リソースの有効活用には！！
Taiyo Yuden Navigator
2008
近年、携帯電話だけでなく、スマートフォン、パソコン、ゲーム、オーディオ、デジタルカメラなどのデジタル機器端末に、
Bluetoothを始めとする多くの無線機能が搭載されてきています。さらに今後は、それらの機器に搭載される無線アプリケー
ションの増加によりアンテナの数も増え、
「スペース」はもちろん、様々な設計上の課題が予測されます。
端末メーカーの多くは、これまで、アンテナを自社内での設計を主体に行なってきましたが、最近になりBluetooth、無線
LAN、GPS などのアンテナに関しては、急速にチップアンテナ採用の動きが始まっております。
ここでは、端末メーカーが抱えるコスト・設計リソースの課題やチップアンテナの必要性について迫っていきたいと思います。
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Special Topic1　太陽誘電のチップアンテナ Solution！
※ Bluetoothは、Bluetooth SIG lnc. の登録商標です。
Taiyo Yuden Navigator
2008
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Special Topic1
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Special Topic1　太陽誘電のチップアンテナ Solution！
パターン・板金アンテナ
換算すると表 1 のようになります。
ならず小型化、特性面、設計リソース（設
端末メーカーの多くは、従来基板上に
仮に端末累計出荷が 50 万台の場合、1
計・調整・評価・管理）などの視点からも
構成するパターンアンテナ（通称、ゼロ円
台当たりの設計コストは、6円。
検討する必要がありますが、中でも設計リ
アンテナ）や金属の板を用いた安価な素
上記は、あくまでアンテナ設計者に伴う
ソースに関しては、切実な問題であり、単
材の板金アンテナなどで、アンテナを設計
費用であり、板金アンテナであれば、さら
なるコスト試算では換算できない部分が大
してきました。
に、金型費用、材料費用、部材管理費、
きくなっています。
パターンアンテナは、基板上でミアンダ
などが発生します。何より、板金の場合は
今後の携帯電話はアプリケーション用の
上や折り返しなどにより設計することでコ
手実装に伴う実装コストが高く、品質的に
アンテナ搭載が目白押しであり、将来的に
スト削減を目的とし、板金アンテナは、筐
も実装バラツキがあり歩留まりなどを換算
は携帯電話にはアンテナだらけになり、そ
体と基板の隙間に入れるなど立体構造に
する必要があります。よって、例えば「板
れぞれのアンテナを一つ一つ自社で設計す
よる空間活用を目的としたメリットを活か
金アンテナ」１個当たりにかかるコストは、
るのには限界が出てまいります。
したアンテナ設計を行ってきました。
部材コスト6円の板金アンテナであっても、
やはり、端末全体として、アンテナをど
しかし、形 状は、λ／4 相当（2.4GHz
トータルコストは、少なく見積もっても設
のようにアレンジし、各々のメリットをどの
帯であれば約 30mm）のパターン長が必
計コストと部材コストだけでも、10 ～ 12
ように扱うかなどの部分での設計リソース
要であり、基板材質は低誘電率のため小
円程度かかり、その他実装コスト、管理コ
の選択と集中が重要となってきております。
型化には限界があります。
スト、歩留まりなども考慮するとトータル
特に新しいアプリケーションのアンテナ
さらに、端末設計上、特性を確保するた
コストは、15 ～ 20 円はかかる計算になり
の開発や次世代セルラーのアンテナ開発
めの充分なスペースの確保が難しい状況と
ます。
に設計リソースをもっていきたいというの
なってきました。
ある意味では、コストを安く抑えられる、
が、最近の携帯電話メーカーの願いです。
という見方もありますが、
「ひとつのアプリ
設計リソースの有効活用化
ケーション用アンテナのためだけに、貴重
チップアンテナの特徴
何よりこれらのアンテナ開発を端末メー
なアンテナ設計者の工数を裂くことが難し
チップアンテナの特徴の一つに、小型
カー側で行なう場合は、開発に伴う設計リ
く、新しいアプリケーションのアンテナや
化があります。それは、セラミックスがも
ソース・アンテナの調整（マッチング）、電波
セルラー帯のアンテナ開発に工数を当て
つ誘電率（εr）により、セラミックスにア
暗室での評価、量産時でのパターン・材質
たい。」
（某携帯電話メーカー技術責任者）
ンテナの素子である電極を構成することに
の精度の管理などを自社で行なわなくては
が、最近の携帯電話メーカーの大きな悩
より、本来必要な波長に対して１/ √
εr 分
ならず、そのコストは目に見えない部分も
みとなっているようです。
だけ、小型化にすることができるためです。
含めると膨大であることが判ってきました。
アンテナを端末にデザインするために
従って、理論上、誘電率が高ければ高い
アンテナ設計に関わる設計工数をコスト
は、上述の通り、部品単体のコストのみ
ほどアンテナは小型になりますが、実際に
は、材料によるロスも発生するため、誘電
率が高ければ高いほど良いということには
表 1 アンテナ開発コスト試算表
アンテナ設計開発費は合計で 約300万円 もかかります！
アンテナ設計
人件費
アンテナ
マッチング
電波暗室
レンタル費用
アンテナ評価
人件費
約 82.5 万円
（設計・試作時間 150h）
約 8.3 万円
（テスト回数最低 5 回 ×1 回あたり 3 時間 × 人件費）
約 195 万円
（テスト回数 5 回の場合 ×350,000 円＠1 日あたりの暗室費用）
約 13.8 万円
（評価回数最低 5 回 ×1 回あたり 5 時間 × 人件費）
＋
板金アンテナであれば金型費用、材料費用、部材管理費等の追加費用が発生します
※上記は当社調べの所要時間・費用を参考に概算で作成しております。
人件費に関しては福利厚生等の会社側負担をすべて考慮した上、1 時間あたり5,500 円と設定しております。
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Taiyo Yuden Navigator
2008
なりません。当社では、通常、誘電率８～
３０程度の材料を使うのが一般的です。
それにより、2.4GHz 帯でのλ /4 長は
約 30㎜ですが、誘電率による波長短縮効
果と電極の工夫による小型化効果に伴い、
当社のチップアンテナでは、2.5㎜～ 10㎜
と約 1/10 ～ 1/3 の小型化が可能となりま
した。
セラミックスチップアンテナが対応する
周波数帯としては、1.5GHz 帯～ 10GHz 帯
の GPS、W-LAN、WiMAX、ＵＷＢといっ
図 1 アンテナラインナップ
Monopole
8 1.6
Monopole
11 1.6
UWB
AX
a
N 11
iM
g, W
tooth
Blue
GPS
Inverted F
10 4
Inverted F
8 3
®
,
b/
N 11
W-LA
W-LA
Monopole
2.5 1.6
S
/ PH
n
b/g/
a/
N 11
W-LA
Inverted F
4 2
Wide Band
8 6
Dual Band
10 4
Inverted F
12 2
通常の６面の電波暗室で、110GHz までの
前述の通り、チップアンテナの特徴であ
高い周波数を高精度に測定できるもので
今後は、益々、セ ラミックチップ アン
る「小型」
「標準化」に加え、端末メーカー
す。
（写真 1 参照）
Balance BPF 1608
テ ナ の市場は拡大する方向になると思わ
のアンテナ設計に必須の「トータルコスト
れます。
AX
削減」
「設計リソースの有効活用」という
, WiM
いとされております。
（図 1 参照）
図 6 フィルタラインナップ
LPF 1608
LPF 2012
Balance
BPF 2012
BPF 2012
g
1b/
AN 1
a
, W-L
N 11
さらに、チップアンテナは、
「アンテナ tooth面からチップアンテナのニーズが今後益々
W-LA
Blue
標準化」という流れに適しています。この
®
発のために保有しており、現時点では、暗室のみ
BPF 2012
を貸与する設備サービスビジネスは行なっており
ません。それにより当社のお客様に極力ご満足い
高まっていくと思われます。
ただけるような体制を整えております。
TV
igital
標準化という意味合いは、極力、アンテ
D
BPF 1608
ナ部品を統一化し、複数の端末におけるア
太陽誘電の
＊いずれの暗室も、当社アンテナをお使いのお客先へ
UWB
の技術サポートに伴う測定、及び当社アンテナ開
Balun 2012
BPF 2012
また、当社のアンテナがこれまで無線
Balun 1608
ンテナ設計を標準化する、というものです。
BPF 2520
セラミックチップアンテナ
Solution
アンテナの場合、この標準化という面で
当社では、このようなトレンドの中で端
満足していただいている理由として、高度
は、これまではカスタマイズ性が高く端末
末メーカーのアンテナ設計リソースを軽減
なアンテナ技術（ノウハウ）があります。こ
毎にアンテナ特性が異なる、という理由で、
するために、①高度なアンテナ電波暗室
れはアンテナメーカーの視点として、アン
かなりハードルが高いように思われてきまし
を完備　②高い生産技術をベースにしたラ
テナに必要な搭載スペースのあるべき姿、
た。しかし、あらかじめ周囲の環境や搭載
＊
インナップ　③高い技術サポートレベル
セット搭載状態でのマッチング技術、特性
方法などに関して一定の条件を設定するこ
という 3 つのアプローチでアンテナ業界で
測定、また、ファントム（人体の誘電率と
とによって、徐々に実現可能となってきまし
のトップレベルの技術を保有しております。
同レベルに設定してある人体模型）を使っ
た。やはり、素子としての品質的にも安定
アンテナの開発・評価・サポートに必要
ての測定技術（写真 2 参照）や、アンテ
性が高いチップアンテナによって、
「アンテ
なアンテナの電波暗室は、２つあり、一つ
ナの標準展開化に向けたデータ蓄積など、
ナ標準化」を実現する、
という端末メーカー
は３Ｄの立体的なアンテナ放射パターンや
常にお客様のアンテナ設計に必要なアン
の設計トレンドは益々強まっております。
アンテナ効率を瞬時に計測することができ
テナ技術（ノウハウ）を有しており、必要に
るシステムを導入しています。もうひとつは、
応じて様々なご提案を行っております。
（写
通信機能の端末メーカー様に、数多くご
1
Special Topic1　太陽誘電のチップアンテナ Solution！
チップアンテナ化の流れ
た GHz 帯がサイズと特性バランスで最も良
真 3 参照）
アンテナ測定をするための充分な設備、
アンテナ技術経験が少ない、などのお客
様に対して、徹底した技術ノウハウをご提
供してきたことで、多くのお客様よりご好
評をいただいております。昨今では、アン
テナ技術に関するご要望も日々変化してお
りますので、その都度、臨機応変にご対
応をしていきたいと考えております。
写真 1 Stargate System、電波暗室
写真 2 人体模型
当社のアンテナは、自社で独自に開発し
Taiyo Yuden Navigator
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Special Topic1
写真 3 アンテナ搭載場所提案：実際のセットを用いた具体化ご提案
2.4GHz 帯 用 の 10mm × 4mm × 1mm
たセラミックス材料を用いたチップアンテ
（AH104F2450S1） は高性 能 逆 F アンテ
一方で、半導体においても、機能を複合
アンテナラインナップは、大きく分けて
ナとして、ロングセラーとなっています。さ
化するコンボの IC の開発も進んでいます。
2 種類です。ひとつが太陽誘電独自の巻き
らに新たに 3.5GHz 帯 WiMAX 用や UWB
それらに対応するアンテナ技術として、
線構造のヘリカルアンテナタイプ、もうひ
用として広帯域を特徴とした 8mm× 6mm
複数の共振を持たせる複合化したアンテナ
とつが 積 層セラミックス技術をベースとし
× 1mm
（AH086M555003）が新たにアイ
（デュアルバンド、トリプルバンド）や、あ
た積層アンテナです。
テムとして加わっております。
る周波数～ある周波数を一気にカバーする
ヘリカ ル ア ン テ ナ で は 1.5GHz 帯 の
今後、それらのアイテムに加え、
「超薄型」
広帯域特性を持たせたワイドバンドアンテ
ナをベースとしております。
1
ポイントとなります。
Special Topic1　太陽誘電のチップアンテナ Solution！
GPS 用 の 11m m × 1.6mm × 1.6mm 品
「省スペース」
「高性能」をコンセプトとし
ナや、複数のアンテナで同時に送受信する
（AF116M157502） に 加 え て、8mm ×
た超小型アンテナの開発も進んでおり、ま
MIMO などのアンテナ開発も急ピッチで進
1.6mm × 1.6mm 品（AF816M157502）
ずは、厚さ 0.5mm の 2.5GHz 帯アンテナ
んでいます。
を 07 年秋から携帯電話向けとして量産を
を近日リリース予定です。
太陽誘電も、これらの複合化・広帯域
化に対応したアンテナ開発を進めると共
スタートしています。
今後のトレンドと
太陽誘電の開発アプローチ
に、新しい材料 を用いたアンテナ開発、
（AF216M245001）は、世界最小レベルの
今後、端末には、無線通信システムごと
様々なアプローチからアンテナ開発を行
アンテナとして、携帯電話やポータブルプ
にアンテナが必要になってきており、携帯
なっていく予定です。
レーヤーなどの数多くの端末で採用されて
電話においては、セルラーバンド、地デジ、
また、アンテナ搭載に関するデザインガ
おります。
Bluetooth®、GPS、RF-ID、W-LAN、など
イドや特性データなどを充実させ、サポー
積層アンテナは、逆 F アンテナ、デュ
の機能が搭載され、さらに新たなシステム
ト面でもお客様にご満足いただき、アンテ
アルバンドアンテナ、 ワイドバンドアン
搭載が検討されています。それらのアンテ
ナ設計での悩みを少しでも解消すべくアン
テナなど、 比 較 的 設 計 難 易度の高 いア
ナをどこにどのように載せ、どのような特
テナ Solution をご提案してまいります。
ン テ ナを 積 層 構 造 内 で 構 成して おり、
性を出すか、ということが引き続き重要な
2.4GHz 帯の Bluetooth®、2.4GHz 帯 無
線 LAN 用 の 2.5mm × 1.6mm × 1.6mm
回路を含めたアクティブアンテナ開発など
表2
ANTENNA
8
Frequency（MHz）
Item
Bluetooth ®
&WiFi
（802.11b/g）
WiMAX
2400 〜 2600
WiFi
（802.11a/b/g）
2.4/5GHz
Dual
GPS
1575
Monopole
WiMAX/UWB
3.1 〜 10.6
Monopole
Taiyo Yuden Navigator
2008
Inverted-F
Type
Dimensions（mm）
AH104F2450S1
10×4.0×1.0
AH083F245001
8×3.0×1.0
AH122F245001
12×2.0×1.0
Monopole
AF216M245001
2.5×1.6×1.6
Monopole
AH104N2450D1
10×4.0×1.0
Monopole
AH104N2450D2
10×4.0×1.0
AF116M157502
11×1.6×1.6
AF816M157502
8×1.6×1.6
AH086M555003
8×6×1.0
◆ 外形寸法　EXTERNAL DIMENSIONS ◆
216M Type, 116M Type
フィードマーク
方向マーク
方向マーク
方向マーク
フィードマーク
フィードマーク
方向マーク
フィードマーク
E
フィードマーク
方向マーク
フィードマーク
フィードマーク 方向マーク
方向マーク
フィードマーク
方向マーク
フィードマーク
方向マーク
フィードマーク
方向マーク
1
フィードマーク
フィードマーク
方向マーク
方向マーク フィードマーク
方向マーク
フィードマーク
Item
L
W
T
E
a
b
c
216M 2.5 ± 0.2 1.6 ± 0.2 1.6 ± 0.2 0.5 ± 0.3
ー
ー
ー
116M 11.0 ± 0.2 1.6 ± 0.2 1.6 ± 0.2 0.5 ± 0.3
ー
ー
ー
104F 10 ± 0.30 4 ± 0.30 1 ± 0.30
ー
2.5 ± 0.30 1 ± 0.30 1 ± 0.30
083F
8 ± 0.30 3 ± 0.30 1 ± 0.30
ー
3.1± 0.30 1 ± 0.30 1.15± 0.30
122F 12 ± 0.30 2 ± 0.30 0.95± 0.30
ー
5.1± 0.30 1 ± 0.30 3.1± 0.30
042F
4 ± 0.30 2 ± 0.20 0.8 ± 0.20
ー
0 ± 0.30 0.6± 0.30 1.3 ± 0.30
104N 10 ± 0.30 4 ± 0.30 1 ± 0.30
ー
3 ± 0.30 0.8 ± 0.30 1.5± 0.30
方向マーク
Special Topic1　太陽誘電のチップアンテナ Solution！
フィードマーク
方向マーク
Unit：mm
◆アイテム一覧・電気的特性・代表特性　Part Numbers・Electrical Characteristics・Typical Characteristics ◆
弊社標準基板上での代表的な特性例
Typical Characteristics on Taiyo Yuden evaluation board
Item
EHS（Environmental Hazardous Substances） Center Frequency（MHz）
216M
116M
RoHS
RoHS
104F Series
RoHS
083F Series
RoHS
122F Series
RoHS
042F
RoHS
104N
RoHS
2450（TYP）
1575
（TYP）
2250（TYP）
2350（TYP）
2450（TYP）
2550（TYP）
2650（TYP）
2310（TYP）
2380（TYP）
2450（TYP）
2520（TYP）
2590（TYP）
2290（TYP）
2370（TYP）
2450（TYP）
2520（TYP）
2600（TYP）
5250（TYP）
2450（TYP）
5400（TYP）
Peak Gain
Bandwidth
＋1dBi
＋1dBi
300MHz以上
（VSWR＝2以下）
120MHz以上
（VSWR＝2以下）
＋2dBi
300MHz以上
（VSWR＝2以下）
代表例
代表例
＋2dBi
145MHz以上
（VSWR＝3以下）
代表例
代表例
＋1dBi
200MHz以上
（VSWR＝3以下）
代表例
代表例
＋1dBi
0dBi
ー1dBi
240MHz以上
（VSWR＝2以下）
530MHz以上
（VSWR＝2以下）
1.3GHz以上
（VSWR＝2以下）
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Special Topic1
◆アイテム一覧・電気的特性・代表特性　Part Numbers・Electrical Characteristics・Typical Characteristics ◆
VSWR 特性の代表例（216M）
Typical characteristics of VSWR（216M）
指向性の代表例（216M @2.45GHz）
Typical characteristics of radiation pattern（216M @2.45GHz）
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Special Topic1　太陽誘電のチップアンテナ Solution！
Bandwidth:more than 120MHz
（VSWR:less than2）
1.325
1.575
1.825
VSWR 特性の代表例（116M）
Typical characteristics of VSWR（116M）
VSWR 特性の代表例（104F シリーズ）
Typical characteristics of VSWR（104F series）
VSWR 特性の代表例（083F シリーズ）
Typical characteristics of VSWR（083F series）
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Taiyo Yuden Navigator
2008
指向性の代表例（116M @1.575GHz）
Typical characteristics of radiation pattern（116M @1.575GHz）
指向性の代表例（104F シリーズ @2.45GHz）
Typical characteristics of radiation pattern（104F series @2.45GHz）
指向性の代表例（083F シリーズ @2.45GHz）
Typical characteristics of radiation pattern（083F series @2.45GHz）
VSWR 特性の代表例（122F シリーズ）
Typical characteristics of VSWR（122F series）
指向性の代表例（122F シリーズ @2.45GHz）
Typical characteristics of radiation pattern（122F series @2.45GHz）
1
VSWR 特性の代表例（104N 2GHz 帯）
Typical characteristics of VSWR（104N 2GHz band）
VSWR 特性の代表例（104N 5GHz 帯）
Typical characteristics of VSWR（104N 5GHz band）
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VSWR 特性の代表例（042F ）
Typical characteristics of VSWR（042F）
指向性の代表例（042F @5.25GHz）
Typical characteristics of radiation pattern（042F @5.25GHz）
指向性の代表例（104N @2.45GHz）
Typical characteristics of radiation pattern（104N @2.45GHz）
指向性の代表例（104N @5.4GHz）
Typical characteristics of radiation pattern（104N @5.4GHz）
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