JP2005277897A - 平板アンテナ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 筐体曲面に沿って簡便に搭載することの出来るフレキシブルな平板アンテナ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 帯域幅に応じた幅のスリット２を介して一方の側に第１の導体部としての放射素子部３及び他方の側に第２の導体部４を有する導体６と、導体６の放射素子部３と第２の導体部４に接続する給電線路１０とを備えた平板アンテナにおいて、導体６となる金属箔６ａを絶縁フィルム５に張り合わせてフレキシブル基板７を形成し、金属箔６ａにスリット２を形成して金属箔６ａの一方の側に放射素子部３を、他方の側に第２の導体部４を形成した平板アンテナ１及びその製造方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナに係り、特に平板アンテナ及びその製造方法に関するものである。

従来技術のアンテナとしては、図６に示すような平板アンテナがある。

図６（ａ）は、平板アンテナ６１の正面図を示す。

図示したように平板アンテナ６１は、厚さ０．２ｍｍのリン青銅からなるリードフレーム２６に、帯域幅に応じた幅ｂのスリット２を打ち抜くことにより、このスリット２を介して一方の側に放射素子部１３を、他方の側にグラウンド部１４を形成し、同軸ケーブルからなる給電線路１０の外部導体１０ａとグラウンド部１４とが、また芯線導体１０ｂと放射素子部１３とがそれぞれ電気的に接続された構造となっている。

図６（ｂ）は、図６（ａ）で示した平板アンテナ６１のＤ−Ｄ断面図を示す。

平板アンテナ６１のリードフレーム２６の表裏面は、厚さ０．１ｍｍの樹脂フィルム２５によりラミネートされている。リードフレーム２６の一部は、表面をラミネートせず露出させてあり、図６（ａ）で示した放射素子部１３及びグラウンド部１４と給電線路１０との接続用孔を形成している。

リードフレーム２６は、樹脂フィルム２５がラミネートされたリン青銅を、スリット２、放射素子部１３、グラウンド部１４を形成するように外形を打ち抜いて成形される。リードフレーム２６が成形された後、放射素子部１３とグラウンド部１４の一部がラミネートされず露出している接続用孔を通して給電線路１０の外部導体１０ａとグラウンド部１４とが、また芯線導体１０ｂと放射素子部１３とが、各々半田１７によって半田付されて電気的に接続されている。

また、従来技術のアンテナとして図７に示すようなアンテナもある（特許文献２参照）。

図示したアンテナ７１は、厚さ１．６ｍｍの片面銅張のフェノール樹脂基板２８の表面に、アースに接続される接地導体部２９と、電磁波を放射するための放射導体部２０と、放射導体部２０に給電するための給電路２７と、放射導体部２０と接地導体部２９とを短絡接続するための短絡導体部２２と、アンテナのインピーダンス整合を行うための整合用突出部２３とを備える。放射導体部２０等を残すようにフェノール樹脂基板２８表面の銅のエッチングを行った。アンテナ７１はエッチングの後、同軸線路２４の中心導体（芯線）と給電路２７とを、また同軸線路２４の外部導体（アース）と接地導体部２９とをそれぞれ接続した構成となっている。

特願２００１−３４４８８２号 特開平５−２２０１８号公報

しかしながら、携帯端末等の筐体はデザイン面や機能面の観点から、四角で平らなものから曲面を持つような複雑な形状へと様変わりしてきている。また、携帯端末の小型化、薄型化、軽量化により、アンテナを搭載するスペースは減少してきているという問題点がある。

そのため、アンテナは薄く且つ軽いことが要求され、筐体曲面に沿ってアンテナを搭載する事が要求されてきている。

特許文献１、２に示されるような従来技術のアンテナは、剛性が高いため筐体曲面に沿うように筐体の僅かな隙間からアンテナを挿入・搭載することは困難であるという問題点がある。

また、挿入・搭載できたとしても、厚い金属板を使用したアンテナの場合には、僅かな曲げであっても塑性変形し、元の形状に戻すことは困難である。

そのため、アンテナの搭載位置等を微調整する必要がある場合には、一度搭載したアンテナは使用できず、新たなアンテナに交換する必要があるという問題点がある。

また、厚いフェノール樹脂基板の場合には基板にクラックが生じたり、最悪割れてしまう可能性があり、アンテナとして機能しなくなるという問題点もあった。

そこで、本発明の目的は、筐体曲面に沿って簡便に搭載することの出来るフレキシブルな平板アンテナ及びその製造方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の発明は、帯域幅に応じた幅のスリットを介して一方の側に第１の導体部としての放射素子部及び他方の側に第２の導体部を有する導体と、該導体の上記放射素子部と上記第２の導体部に接続する給電線路とを備えた平板アンテナにおいて、上記導体となる金属箔を絶縁フィルムに張り合わせてフレキシブル基板を形成し、上記金属箔に上記スリットを形成して上記金属箔の一方の側に上記放射素子部を、他方の側に上記第２の導体部を形成した平板アンテナである。

第２の発明は、上記絶縁フィルムにポリイミドを用いたものである。

第３の発明は、上記絶縁フィルムが厚さ０．２ｍｍ以下であるものである。

第４の発明は、上記金属箔が厚さ５０μｍ以下であるものである。

第５の発明は、上記金属箔が電解銅または圧延銅であるものである。

第６の発明は、上記導体の表面に保護用の絶縁フィルムを積層したものである。

第７の発明は、上記保護用の絶縁フィルムが上記導体に印刷されて形成されるものである。

第８の発明は、上記導体の表面にＮｉ、Ａｕ、Ｓｎ若しくは、Ｎｉ下地のＡｕなどからなる防触メッキ層を形成するものである。

第９の発明は、帯域幅に応じた幅のスリットを介して一方の側に第１の導体部としての放射素子部と、他の側に第２の導体部を有する導体と、その導体の上記放射素子部と上記第２の導体部に接続する給電線路とを備えた平板アンテナにおいて、絶縁フィルムに導体となる金属箔を張り合わせてフレキシブル基板を形成し、上記金属箔にスリットを形成して金属箔の一方の側に上記放射素子部を、他方の側に上記第２の導体部を形成する平板アンテナの製造方法である。

本発明によれば、アンテナを筐体曲面に沿って簡便に搭載することができるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適実施の形態である平板アンテナを示す。図１（ａ）は、平板アンテナ１の正面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）で示した平板アンテナ１のＡ−Ａ断面図を示す。

図示したように、平板アンテナ１は、空間に電磁波を放射するための第１の導体部としての放射素子部３と、接地されている第２の導体部４と、放射素子部３と第２の導体部４を分離するためのスリット２と、平板アンテナ１に電力を給電するための同軸の給電線路１０と、給電線路１０と放射素子部３及び第２の導体部４を接続するための半田１７とを備えて構成される。

平板アンテナ１は、帯域幅に応じた幅ｂのスリット２を介して一方の側に第１の導体部としての放射素子部（以下単に、放射素子部と称する。）３と他方の側に第２の導体部４を有する後述する金属箔６ａで形成された導体６（破線で示す部分）と、導体６の放射素子部３と第２の導体部４に接続する給電線路１０とを備えたアンテナである。

平板アンテナ１は、後述する絶縁フィルム５に導体６となる金属箔６ａを張り合わせて後述するフレキシブル基板７を形成し、金属箔６ａにスリット２を形成して導体６の一方の側に放射素子部３を、他方の側に上記第２の導体部４を形成した構造となっている。

平板アンテナ１は、各部位の寸法が導体６の長さＬ、第２の導体部４の幅Ｗ、放射素子部３のエレメント長ａ、第２の導体部４と放射素子部３とのスリット２の幅ｂ、放射素子部３のエレメント幅ｃである形状で形成される小型のアンテナである。

フレキシブル基板７は、厚さ０．２ｍｍ以下のポリイミドなどからなる樹脂フィルムを用いて形成される絶縁フィルム５に、放射素子部３や第２の導体部４を設けるための導体６となる厚さ５０μｍ以下の金属箔６ａを張り合わせて形成されたフレキシブルな薄いアンテナ基板である。

放射素子部３及び第２の導体部４は、例えば厚さ１８μｍの電解銅箔よりなる金属箔６ａをエッチングして導体６となり、形成されている。

放射素子部３のエレメント長ａは、平板アンテナ１の使用周波数の波長をλとした場合、λ、λ／２、λ／４、λ／８等に設定することが一般的であり、アンテナ小型化のためにはエレメント長ａは短い方がよい。しかしながら、エレメント長ａが短いとアンテナの利得の低下や周波数帯域幅の減少が発生する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、アンテナ小型化の要求も満たし、また要求のアンテナ特性である利得及び周波数帯域幅が充分得られるための最適値として、エレメント長ａをλ／４とした。例えば、使用周波数が２．４ＧＨｚの場合、放射素子部３のエレメント長ａは、約３０ｍｍとなる。

尚、スリット２の幅ｂや長さ、放射素子部３の幅、導体６の長さＬは、平板アンテナ１の搭載されるアプリケーションにより要求されるアンテナ特性（仕様）に従って決定する。

基本的に、放射素子部３のエレメント長ａは使用する電磁波の共振周波数に対応しており、スリット２の幅ｂは平板アンテナ１の周波数帯域幅に、導体６の長さＬと第２の導体部４の幅Ｗとの比Ｌ／Ｗは平板アンテナ１のアンテナ指向性にそれぞれ寄与するパラメータとなっている。

本実施の形態では各々の寸法を、例えばスリット２の幅ｂ＝２ｍｍ、放射素子部３のエレメント幅ｃ＝１ｍｍ、金属箔６の長さＬ＝３０ｍｍ、第２の導体部４の幅Ｗ＝３０ｍｍとした。尚、特に断らない限りここで示した寸法の一例は、後述の図２の平板アンテナ２１、図３の平板アンテナ３１においても同様とする。

給電線路１０は、使用する電磁波に適した高周波用のフレキシブル同軸ケーブルを用いるとよく、給電線路１０は、外部導体１０ａと、芯線導体１０ｂとを備えて構成されている。例えば小型、軽量に適する直径０．８ｍｍ程度の同軸ケーブルが使用されるとよい。

図示したように、平板アンテナ１は、例えば厚さ５０μｍの薄いポリイミドシートなどで形成される絶縁フィルム５に、電解銅箔等で形成された金属箔６ａをラミネートして形成したフレキシブル基板７を用い、その金属箔６ａをエッチングすることにより、電磁波放射のための放射素子部３と、第２の導体部４とからなる導体６を形成している。

金属箔６ａは、フレキシブル基板７の曲げの容易性や平板アンテナ１の電気的な特性を満たし製造が容易なように、電解銅若しくは圧延銅を用いるとよい。

放射素子部３及び第２の導体部４とが形成された導体６の表面を保護するため、ポリイミドフィルム等の材質からなる厚さ５０μｍの保護用の絶縁フィルム８でフレキシブル基板７の表面をラミネートし積層した。

尚、給電線路１０の芯線導体１０ｂと放射素子部３とを、また給電線路１０の外部導体（アース側）１０ａと第２の導体部４とをそれぞれ接続する導体６の一部分は、接続のための開口部を設けるため、当該部分にはポリイミドのラミネートは施さない。

保護用の絶縁フィルム８のラミネートは、用意したマスクを用いて印刷することにより形成してもよい。

導体６の表面を保護用の絶縁フィルム８をラミネートした後、給電線路１０の芯線導体１０ｂと、放射素子部３とを電気的に接続する。また、給電線路１０の外部導体（アース側）１０ａと、第２の導体部４とをそれぞれ半田１７により電気的に接続してアースを形成する。

以上説明した平板アンテナ１は、給電線路１０を接続する前のアンテナの厚さが１１８μｍであり、薄く且つ軽い屈曲性に富んだアンテナであるため、筐体の曲面に沿うように筐体の僅かな隙間からアンテナを挿入・搭載することが可能であり、筐体曲面に沿って簡便に搭載することができる。

また、平板アンテナ１はフレキシブルな絶縁フィルム５を使用しているため、調整の必要性から一度筐体に挿入した後に平板アンテナ１を取り出しても、電気的な特性や機械的な特性が損なわれることなく元の状態に戻る。従って、再度筐体に挿入する事が可能であり、新たなアンテナを交換することなく引き続き使用でき、従来の厚く硬い基板の場合には基板にクラックが生じたり、最悪割れてしまう問題点があったが、このような問題は解消され信頼性のある平板アンテナを提供できる。

図２に、第２の実施の形態である平板アンテナ２１を示す。図２（ａ）は、平板アンテナ２１の正面図を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）で示した平板アンテナ２１のＢ−Ｂ断面図を示す。

平板アンテナ２１は、基本的な構造は図１において示した平板アンテナ１と同様であり、フレキシブル基板７を形成し、このフレキシブル基板７上に放射素子部３、第２の導体部４を形成したものである。

平板アンテナ２１が異なる点は、平板アンテナ１で保護用の絶縁フィルム８でラミネートされている部分を、代わりにソルダレジスト９を印刷することにより放射素子部３、第２の導体部４の保護用の層を形成したことにある。

平板アンテナ２１も、平板アンテナ１と同じように作用効果を得られ、薄く且つ軽い屈曲性に富んだアンテナであるため、筐体の曲面に沿うように筐体の僅かな隙間からアンテナを挿入・搭載することが可能であり、筐体曲面に沿って簡便に搭載することができる。

また、調整の必要性から一度筐体に挿入した後で取り出しても、電気的な特性や機械的な特性が損なわれることなく元の状態に戻る。従って、再度筐体に挿入する事が可能であり、新たなアンテナに交換することなく引き続き使用でき、信頼性のある平板アンテナを提供できる。

図３に、第３の実施の形態である平板アンテナ３１を示す。図３（ａ）は、平板アンテナ３１の正面図を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）で示した平板アンテナ３１のＣ−Ｃ断面図を示す。

平板アンテナ３１は、基本的な構造は図１、図２において示した平板アンテナ１、２１と同様であり、フレキシブル基板７を形成し、このフレキシブル基板７上に放射素子部３、第２の導体部４を形成したものである。

平板アンテナ３１が異なる点は、平板アンテナ１で保護用の絶縁フィルム８でラミネートされている部分に、代わりに電解メッキ若しくは無電解メッキを施すことにより放射素子部３、第２の導体部４の保護用の防触メッキ層１１を形成したことにある。

この防触メッキ層１１は、図示したように例えば厚さ１．５μｍのＮｉの下地メッキ１５を施した上に、厚さ０．２μｍのＡｕのメッキ１６を施して導体６表面全体に形成される。

また、防触メッキ層１１を施す代わりに、導体６の表面にＮｉ、Ａｕ、Ｓｎのメッキを施し、同様の防触メッキを形成することでもよい。

平板アンテナ３１も、平板アンテナ１、２１と同じように作用効果を得られ、薄く且つ軽い屈曲性に富んだアンテナであるため、筐体の曲面に沿うように筐体の僅かな隙間からアンテナを挿入・搭載することが可能であり、筐体曲面に沿って簡便に搭載することができる。

また、調整の必要性から一度筐体に挿入した後で取り出しても、電気的な特性や機械的な特性が損なわれることなく元の状態に戻るため、再度筐体に挿入する事が可能であり、新たなアンテナを交換することなく引き続き使用でき、信頼性のある平板アンテナを提供できる。

次に、平板アンテナ１、２１、３１の電気的特性について説明する。

図４は、本実施の形態の平板アンテナと、従来構造のアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）を比較した特性図である。特性図の横軸は、周波数を示し、縦軸はＶＳＷＲを、実線は本実施の形態の平板アンテナの特性を、一点鎖線は従来構造のアンテナの特性を示す。

図から分かるように本実施の形態の平板アンテナは、使用する周波数帯（２．４ＧＨｚ）と中心にＶＳＷＲは若干改善されており、従来構造のアンテナと同等の良好なＶＳＷＲ特性であることを示している。

図５は、本実施の形態の平板アンテナと、従来構造のアンテナの指向性を比較した特性図である。

図５（ａ）は、本実施の形態の平板アンテナの放射パターンを示す特性図である。図５（ｂ）は、従来構造の平板アンテナの放射パターンを示す特性図である。各特性図の同心円は、利得を示し、各円の利得の値を縦軸により示す。各特性図中の太線は、各平板アンテナの垂直偏波パターンを示す。各特性図中の破線は、各平板アンテナの水平偏波パターンを示す。

図５（ａ）と図５（ｂ）との比較から分かるように、本実施の形態の平板アンテナの使用周波数帯２．４４２ＧＨｚでの放射パターンは、垂直偏波パターン、水平偏波パターンともに従来構造のアンテナと同等の良好な特性であることを示している。

以上、図４、図５から平板アンテナ１、２１、３１は、従来構造のアンテナと同等の電気的性能を有すことが分かる。

説明したように、絶縁フィルムに導体となる金属箔を張り合わせたフレキシブル基板を用いて、放射素子部、第２の導体部を備えた構造となっているので、携帯端末の小型化、薄型化、軽量化に対応する平板アンテナを得ることができる。

本平板アンテナは、微調整する必要がある場合には、微調整後に再度搭載することができるため、従来技術のような微調整の際にアンテナを交換する必要が生じるという問題点を解消している。

また、平板アンテナはフレキシブル基板上に形成されているため、従来のアンテナのようにクラックが生じたり割れてしまうという問題も解消され、信頼性の高い平板アンテナとなっている。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態である平板アンテナの正面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２（ａ）は、第２の実施の形態である平板アンテナの正面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図３（ａ）は、第３の実施の形態である平板アンテナの正面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 本実施の形態の平板アンテナと、従来構造のアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）を比較した特性図である。 図５（ａ）は、本実施の形態の平板アンテナの放射パターンを示す特性図である。図５（ｂ）は、従来構造の平板アンテナの放射パターンを示す特性図である。 図６（ａ）は、従来構造のアンテナの正面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 従来技術のアンテナの概観図である。

符号の説明

１ 平板アンテナ
２ スリット
３ 第１の導体部としての放射素子部
４ 第２の導体部
５ 絶縁フィルム（ポリイミドフィルム）
６ 導体
６ａ 金属箔（電解銅箔）
７ フレキシブル基板
８ 保護用の絶縁フィルム
１０ 給電線路
１０ａ 外部導体
１０ｂ 芯線導体
１７ 半田
ａ 放射素子部のエレメント長
ｂ スリットの幅
ｃ 放射素子部のエレメント幅
Ｌ 導体の長さ
Ｗ 第２の導体部の幅

Claims (9)

1. 帯域幅に応じた幅のスリットを介して一方の側に第１の導体部としての放射素子部及び他方の側に第２の導体部を有する導体と、該導体の上記放射素子部と上記第２の導体部に接続する給電線路とを備えた平板アンテナにおいて、上記導体となる金属箔を絶縁フィルムに張り合わせてフレキシブル基板を形成し、上記金属箔に上記スリットを形成して上記金属箔の一方の側に上記放射素子部を、他方の側に上記第２の導体部を形成したことを特徴とする平板アンテナ。
2. 上記絶縁フィルムにポリイミドを用いた請求項１記載の平板アンテナ。
3. 上記絶縁フィルムが厚さ０．２ｍｍ以下である請求項１または２記載の平板アンテナ。
4. 上記金属箔が厚さ５０μｍ以下である請求項１〜３いずれか記載の平板アンテナ。
5. 上記金属箔が電解銅または圧延銅である請求項１〜４いずれか記載の平板アンテナ。
6. 上記導体の表面に保護用の絶縁フィルムを積層した請求項１〜５いずれか記載の平板アンテナ。
7. 上記保護用の絶縁フィルムが上記導体に印刷されて形成される請求項６記載の平板アンテナ。
8. 上記導体の表面にＮｉ、Ａｕ、Ｓｎ若しくは、Ｎｉ下地のＡｕなどからなる防触メッキ層を形成する請求項１〜５いずれか記載の平板アンテナ。
9. 帯域幅に応じた幅のスリットを介して一方の側に第１の導体部としての放射素子部と、他の側に第２の導体部を有する導体と、その導体の上記放射素子部と上記第２の導体部に接続する給電線路とを備えた平板アンテナにおいて、絶縁フィルムに導体となる金属箔を張り合わせてフレキシブル基板を形成し、上記金属箔にスリットを形成して金属箔の一方の側に上記放射素子部を、他方の側に上記第２の導体部を形成することを特徴とする平板アンテナの製造方法。
   

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