JP2005124003A - アンテナ、および平面アンテナの設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パソコンあるいはＰＤＡ等の情報端末機器等の内部に組込む平面アンテナにおいて、十分な強度を有するとともにアンテナ特性が安定したアンテナおよびその取付・固定方法を提供することにある。
【解決手段】給電点（Ｓ１）が付与されるアンテナエレメント（２）とアースポイント（Ｓ２）が付与されるグランド板（３）とが短絡部（４）を介して接続された平面アンテナ（１）の少なくともエレメント（２）の一方の面が、該アンテナ（１）の形態支持体（７）に絶縁性基材（５）を介して一体的に取付・固定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パソコン、ＰＤＡ（携帯型情報機器）、携帯電話、あるいはＶＩＣＳなどの情報端末機器等に内蔵させる多周波用小型アンテナ、および平面アンテナの設置方法に関するものである。

近年、無線ＬＡＮあるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（近距離無線データ通信システム）搭載のＰＤＡ等においては、アンテナの小型化が盛んになってきている。
その、一例として、一枚の金属薄板から、アンテナエレメント（以下、“エレメント”と略記する）とグランド板とが短絡部を介して接続された平面アンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ところで、上記のエレメントは、強度に乏しい切片状の金属薄板である。そのため、アンテナの製造または設置工程において、作業者の取扱時の不注意等によりエレメントが変形し易く、正規の周波数が送受信できなくなるというトラブル（所謂、共振周波数ずれ）が生じている。
この問題に対応するため、樹脂フィルムでアンテナ全体（エレメント、グランド板、および短絡部）を保護膜で被覆した平面アンテナも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
しかしながら、この提案においても、樹脂フィルムが薄いので、アンテナ設置面が非平面状の場合には、依然としてエレメントが変形する。したがって、アンテナ特性が安定しないという問題は解消されない。さらに、平面アンテナを設置するためのスペースが充分でなく、やむなくアンテナを折り曲げて設置する場合もある。この場合には、アンテナ特性の不安定現象がより顕著になる。勿論、該アンテナの折り曲げ状態をねじ等で固定することも考えられるが、薄くて強度が不十分なフィルムは破損してしまう。
そこで、平面アンテナの設置面が非平面状である場合、あるいは設置スペースがなく、該アンテナを折り曲げて設置する場合においてさえも、対応可能な高強度でかつアンテナ特性の安定したアンテナが切望されている。

特開２００２−３５３７２６号公報 特開２００３−１５２４２９号公報

したがって、本発明の課題は、十分な強度を有するとともにアンテナ特性が安定したアンテナ、および平面アンテナの取付・固定方法を提供することにある。

本発明者等は、塑性変形能を有する、平面アンテナの形態支持体を採用することにより上記の課題を一挙に解決するに至った。

本発明によれば、アンテナ全体がその形態支持体に一体化されるので、エレメントが曲がってしまう懸念がない。同時にこの曲がりに起因する共振周波数ずれから生じるアンテナ特性の不安定現象も解消できる。

以下、本発明のアンテナを、情報端末機器に内蔵させるのに適した例について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のアンテナの一例を示す斜視図である。
図２は、本発明のアンテナの好ましい例を示す斜視図である。
図３は、本発明のアンテナの設置手順について説明する斜視図である。
図１において、（１）は平面アンテナ、（２）はエレメント、（３）はグランド板、（４）はエレメント（２）とグランド板（３）とを電気的に接続する短絡部である。この図では、エレメント（２）、グランド板（３）、および短絡部（４）は、一枚の金属板から一体的に構成された平面アンテナ（１）として示してある。ここで、エレメント（２）は、高周波用第１エレメント（２ａ）と低周波用第２エレメント（２ｂ）とからなる、いわゆるデュアルタイプとして図示されている。前者は短絡部を介してグランド板（３）と平行に形成され、後者は、前者の終端部からＬ字状に折り返す形でグランド板（３）と平行に形成されている。
さらに、（５）は絶縁性基材、（６）はエレメント（２）に給電するための高周波同軸ケーブル、（Ｓ１）はエレメント（２）へ給電するための高周波同軸ケーブル（６）の内部導体を接続する給電点、（Ｓ２）は該ケーブルの外部導体を接続するアースポイント、そして、（７）は平面アンテナ（１）が取付・固定されるアンテナ形態支持体である。
以上の態様は、平面アンテナ（１）が絶縁性基材（５）上に配置・固定され、この状態で絶縁性基材（５）の裏面が該アンテナの形態支持体（７）に一体化されている例である。したがって、平面アンテナの（１）の一方の面（裏面）は、絶縁性基材（５）を介してアンテナ形態支持体（７）に一体的に取付・固定されていることになる。
図２は、図１の平面アンテナ（１）の表面にシート状の保護膜（８）を被覆し、アンテナ強度をさらに上げた例である。（８ａ）は保護膜（８）の左右の側縁からそれぞれに突出した取付孔、（７ａ）はアンテナ形態支持体（７）の左右の側縁からそれぞれに突出した取付孔である。ここで、各取付孔（７ａ）はそれぞれの下方にある取付孔（８ａ）に対応し、各取付孔（７ａ）−（８ａ）間に後述の取付ねじ（１０）がねじ込まれる。なお、これらの取付孔は、アンテナ面を均等に固定するために間隔をおいて複数個設けるのが好ましい。
図３は、平面アンテナ（１）を、水平面と該水平面に対して傾斜した面とからなる設置面（非水平面）（９）に設置する手順を示している。この場合、先ず、アンテナ形態支持体（７）をアンテナ設置面（９）の傾斜に対応するように塑性変形させて固着する。その後、絶縁性基材（５）と平面アンテナ（１）との一体構造体をアンテナ形態支持体（７）の変形形状に沿って積層し、次いで、必要に応じて保護膜（８）を平面アンテナ（１）の表面に被覆する。最後に、各取付孔（８ａ）−（７ａ）間に取付ねじ（１０）をねじ込んで、アンテナ全体を設置面（９）に固定する。

本発明で特徴的なことは、形態的に不安定であった従来の平面アンテナ（１）を、該アンテナ全体を補強するアンテナ形態支持体（７）に一体的に取付・固定したことにある。こうすることにより、アンテナ全体が補強されてその強度が大幅に向上し、同時に安定した通信が可能となる。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明において、切片状のエレメント（２）の長さは採択しようとする波長の概ね１／４の長さに設定し、他方その幅は１ｍｍ〜５ｍｍの範囲から適宜採択する。さらに、その厚さについては格段の制約はないが、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度で十分である。このエレメント（２）の材質としては、洋白（白銅）、銅、鉄、黄銅等の導電性の金属が望ましい。エレメントの作成にあたっては、これら金属の一枚板を打ち抜いて、グランド板（３）および短絡部（４）と一体打ち抜き体とするのが好ましい。あるいは、絶縁性基板上に銅箔のような金属薄膜を貼り付けた状態で、該金属膜をエッチングして所望のアンテナ形状を得るのも有用である。後者の場合、該絶縁性基板が、図１〜図３における絶縁性基材（５）を兼ねてもよい。
また、グランド板（３）については、その材質は洋白（白銅）、銅、鉄、黄銅等の導電性の金属で構成すればよい。安定した動作を可能とするため、アース電極（３）の必要最低面積（ｍｍ２）はλ／４＊λ／４（λは波長）以上を満足することが望ましい。従って、より安定した動作を望む場合には、スペースの許す限り、その面積を大きくすることが望ましい。短絡部（４）については、エレメント（２）とグランド板（３）を接続する機能を呈する限り、その形状は任意である。
絶縁性基材（５）の具体例としては、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネイト、ガラスエポキシ、ポリエチレン、あるいはポリイミド等の熱可塑性樹脂が挙げられ、そのなかでも取分け、強度に優れたポリイミドが好ましい。厚さは、加工性と強度を考慮し、０．０１ｍｍ 〜０．５ｍｍが望ましい。
本発明において、重要な役割を担うアンテナ形態支持体（７）の形状は平板状あるいは平板状枠体など、アンテナの設置箇所の形状に応じたものであればよい。その材質は絶縁性材料、導電性材料のいずれでもよい。絶縁性材料としては、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン、あるいはポリイミド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。導電性材料としては、銅、洋白（白銅）あるいは黄銅等各種金属が採用される。
これらの材料のうち塑性変形能を有するものは、アンテナの設置面（９）が非平面状である場合に特に有用である。
このアンテナ形態支持体（７）の厚さは０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲にあることが強度上および曲げ加工上望ましい。なお、アンテナ形態支持体（７）が絶縁性材料からなる場合は、その厚みに絶縁性基材（５）の厚みを加味することにより、絶縁性基材（５）の機能を兼ねることもある。
平面アンテナ（１）をアンテナ形態支持体（７）に取付・固定するに際しては、接着剤を介して、該アンテナ（１）の裏面あるいは該アンテナを担持する絶縁性基材（５）の裏面をアンテナ形態支持体（７）に面接着させればよい。この他、熱融着やねじ止め等の取付・固定手段も採用される。ねじ止めは、保護膜（８）を適用した場合に、その取付孔（８ａ）とアンテナ形態支持体（７）の取付孔（７ａ）を利用すればよい。
以上のようにして得られるアンテナは、予めアンテナ形態支持体（７）と一体化された状態でアンテナ設置面（９）に設置してもよいし、あるいは図３にも示したように、設置時に順次取付けてもよい。前者は、アンテナ設置面（９）の形状があらかじめ決定している場合に有利であり、同時にアンテナ全体を補強する際に有利である。他方、後者はアンテナ設置面（９）の形状に現物あわせしてする際に有利であり、またアンテナ形態支持体（７）の形状や材質を用途に合わせて選択できる。したがって、後者にはアンテナ設置スペースが狭小でアンテナを折り曲げて使う場合や取付面の凹凸が大きい場合に等、各種の設置条件に柔軟に対応できる利点がある。
保護膜（８）については、これも絶縁性基材（５）と同様、シート状の電気絶縁性部材であればよい。具体例としては、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン、あるいはポリイミド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。そのなかでも取分け、強度に優れたポリイミドが好ましい。その厚さは、加工性と強度を考慮し、０．０１ｍｍ 〜０．５ｍｍが望ましい。この保護膜（８）によりエレメント（２）は絶縁性基材（５）との間により一体的に保持されるので、外力による曲がりや剥離の懸念が解消される。
最後に、エレメント（２）に給電するための高周波同軸ケーブル（６）の内部導体をエレメント（２）部に位置する給電点（Ｓ１）に接続し、他方、その外部導体はグランド板（３）に位置するアースポイント（Ｓ２）に接続される。高周波同軸ケーブル（６）としては、公知のフッ素樹脂被覆等の高周波同軸ケーブルが採用される。高周波同軸ケーブル（６）を２つの接続点（Ｓ１、Ｓ２）に接続するには、ハンダ付あるいは超音波接続等を利用すればよい。
以上に述べた態様において、種々の変更もできる。例えば、エレメント（２）は単周波、多周波のいずれでもよい。さらに、エレメント（２）と短絡板（４）以降を別体化してもよい。その際、グランド板（３）についても、アンテナを設置する情報端末機器内部の金属製筐体等の導電部材を利用する形で分離・別体化してもよい。したがって、これらの例においては、エレメントのみがアンテナ形態支持体に一体化される。

以下に、図３の態様において、パソコン内蔵用のアンテナの具体例を示す。
先ず、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍのフィルム状のポリイミド樹脂からなる絶縁性基材（５）上に予め銅箔を貼り付けた平面アンテナ部材を用意した。この銅箔をエッチングして、縦２５ｍｍ、横３０ｍｍのグランド板（３）を形成した。さらにエッチングを続行して、高周波用（５ＧＨｚ帯）の波長に対応する幅１．５ｍｍ、長さ１４ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの銅箔からなる第１エレメント（２ａ）を、短絡部を介してグランド板（３）と平行（間隔：３.５ｍｍ）に形成した。さらに、該低周波用（２．４ＧＨｚ帯）の波長に対応する幅１．５ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの銅箔からなる第２エレメント（２ｂ）を高周波用第１エレメント（２ａ）の終端部からＬ字状に折り返す形でグランド板（３）と平行に形成した。
この平面アンテナ（１）の表面に、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍのフィルム状のポリイミド樹脂（商品名：ニカフレックス「ニッカン工業製」からなる保護膜（８）を被覆し、熱溶着方式にてエレメント（２）および絶縁性基材（５）に固着した。なお、この保護膜（８）の左右の側縁にはそれぞれ孔径３．５ｍｍの取付孔（８ａ）を付設した。
次に、縦２５ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの洋白（白銅）からなるアンテナ形態支持体（７）を、図３に示すよう形状に塑性変形させた。なお、このアンテナ形態支持体（７）の左右の側縁にも、それぞれ孔径３．５ｍｍの取付孔（７ａ）を付設した。
このアンテナ形態支持体（７）に、上記の平面アンテナ（１）と絶縁性基材（５）との複合体を載置してから、各取付孔（８ａ）−取付孔（７ａ）間に、それぞれ取付ねじ（１０）をねじ込んで全体を一体化した。最後に、給電点（Ｓ１）およびアースポイント（Ｓ２）に外径０．９３ｍｍ、導体径０．２４ｍｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ）同軸ケーブル（６）の内部導体および外部導体をそれぞれハンダにより接続することにより、パソコン内蔵用アンテナ（１）を得た。
以上、本発明をパソコンに内蔵するアンテナの例で説明したが、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更および応用が可能であることは言うまでもない。

本発明のアンテナでは、エレメントの変形が防止され、その耐久性が向上する。その結果、このようなアンテナはパソコンの他に、ＰＤＡ、携帯電話、あるいはＶＩＣＳ等、各種情報端末機器のみならず、通信機能を有した情報家電、さらには自動車関連機器へも同様に利用できる。

図１は、本発明のアンテナの一例を示す斜視図である。 図２は、本発明のアンテナの好ましい例を示す斜視図である。 図３は、本発明のアンテナの設置手順について説明する斜視図である。

符号の説明

１ 平面アンテナ
２ アンテナエレメント（放射電極）
２ａ 第１エレメント（高周波用）
２ｂ 第２エレメント（低周波用）
３ グランド板
４ 短絡部
５ 絶縁性基材
６ 高周波同軸ケーブル
７ アンテナ形態支持体
７ａ アンテナ形態支持体に設けた取付孔
８ 保護膜
８ａ 保護部材に設けた取付孔
９ アンテナ設置面
１０ 取付ねじ
Ｓ１ 給電点
Ｓ２ アースポイント

Claims (4)

1. 給電点が付与されるアンテナエレメントとアースポイントが付与されるグランド板とが短絡部を介して接続された平面アンテナの少なくともエレメントの一方の面が、該アンテナの形態支持体に絶縁性基材を介して一体的に取付・固定されていることを特徴とするアンテナ。
2. 該形態支持体が０．１ｍｍ〜１ｍｍの厚みを有する請求項１に記載のアンテナ。
3. 該平面アンテナの他方の面に保護膜が被覆されている請求項１または２のいずれかに記載のアンテナ。
4. 給電点が付与されるアンテナエレメントとアースポイントが付与されるグランド板とを短絡部を介して接続して平面アンテナを得る工程と；該平面アンテナを取付・固定するための、塑性変形能を有するアンテナ形態支持体を準備する工程と；該形態支持体を、平面アンテナの非平面状設置面に沿うように塑性変形させる工程と；該平面アンテナの一方の面を、該塑性変形されたアンテナ形態支持体に沿うように変形させ両者を一体化する工程とを含むことを特徴とする平面アンテナの設置方法。