JP2008193299A - 逆ｆ型アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、逆Ｆ型アンテナに関し、堅牢にして軽量で、給電位置の高精度な位置決めが可能であり、共振周波数や利得の調整が容易にできる逆Ｆ型アンテナを提供することが課題である。
【解決手段】逆Ｆ型アンテナ用の回路２を有するフレキシブル基板３と、該フレキシブル基板３がコ字型に折られ平板状に対向して形成されたグランド部３ａと放射素子部３ｂとの間に介装される誘電体４とで成る逆Ｆ型アンテナ１とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、携帯電話・車載テレビ・ＰＤＡ等用の受信機の小型アンテナであり、特に、地上波デジタル放送におけるワンセグ放送（地上デジタル放送の一部によるサービス放送）用に適した小型・軽量の逆Ｆ型アンテナに関するものである。

従来、低姿勢で垂直面内が無指向性の特徴を持つ逆Ｆ型アンテナは、図１３に示すように、導体平板（グランド板）と、直角に折れた構造を持つ導体（放射素子）で構成されており、特性インピーダンスとして最も減衰の少ない５０Ω（オーム）で整合するように給電ケーブルが接続されている。

このような公知文献例としては、板状逆Ｆ型アンテナで、携帯電話機の更なる小型化に対応させたものとして、誘電体の一面に放射導体の一面が対向して積層されると共に、前記誘電体の他面に接地導体が積層され、前記放射導体と接地導体とを短絡する短絡導体が形成され、前記放射導体の他面に第２の誘電体を積層してこれに対向して第２の接地導体を設けて成る２層構造のアンテナ装置が知られている（特許文献１参照）。
特開２０００−５９１３２号公報

しかし、上記逆Ｆ型アンテナでは、共振周波数の調整に、放射導体の面積を増減させるべく２層構造にしているが、それによりアンテナスペースが縦方向に広がっている。また、従来の逆Ｆ型アンテナでは、衝撃等からその形状を維持するため、グランド板として金属板を使用し、放射素子として金属棒等が使用されていた。そのため、比較的高価であって、重量が思いという課題がある。また、給電ケーブルの接続位置は、アンテナを前記特性インピーダンスの５０Ωに整合させるため、正確な位置決めが必要となり、製造作業が難しいという課題もある。本発明に係る逆Ｆ型アンテナは、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係る逆Ｆ型アンテナの上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、逆Ｆ型アンテナ用の回路を有するフレキシブル基板（以下、ＦＰＣと略記することあり）と、該フレキシブル基板がコ字型に折られ平板状に対向して形成されたグランド部と放射素子部との間に介装される誘電体とで成ることである。

前記アンテナの共振周波数が、誘電率の異なる板材を誘電体とすることで可変できること、；
前記アンテナの利得が、誘電体におけるグランド部と放射素子部との間の厚さを変えることで調整されるものであること、；
前記アンテナ利得が、フレキシブル基板のグランド部と放射素子部との対向している重複領域を相対的に一方をその一端側からオフセットさせて調整されるものであること、；
前記フレキシブル基板のグランド部に、少なくともブースター回路を含む電子回路が設けられると共に当該電子回路に必要な電子部品が実装されていること、；
前記フレキシブル基板のグランド部に電子回路と電子部品とが設けられ、当該フレキシブル基板がコ字型に折られた際に、前記電子回路と電子部品とを収納するように対応する誘電体の一部に収納凹部が形成されていること、；
前記フレキシブル基板のグランド部に設けられる電子部品には、少なくともコネクタが含まれていること、
を含むものである。

本発明の逆Ｆ型アンテナによれば、誘電材料にフレキシブルなプリント回路基板を巻き付けることで、逆Ｆ型アンテナの構造が容易に構築される。前記誘電材料を強固な材料とすることで、堅牢、かつ、軽量の逆Ｆ型アンテナとなる。これにより、携帯電話，ＰＤＦ等の移動端末装置のアンテナとして製品品質が向上し、軽量化に貢献するものである。また、特性インピーダンスの５０Ωで整合する給電位置について、予めフレキシブルプリント回路基板の銅パターンで高精度に位置決めできるので、当該位置決め作業が容易となる。

誘電体の誘電率を変えるという簡易な方法で、アンテナパターンを変更することなく、利得への影響を最小限に抑えながら、当該共振周波数ｆの調整ができる。このような共振周波数ｆの調整を、例えば、フレキシブルプリント回路基板の回路におけるアンテナパターンを変更することで行うとすると、高コスト及び長時間を費やしてしまうものである。更に、誘電体の厚さを変えることでアンテナ利得の調整も容易に変えることができる。フレキシブル基板のグランド部と放射素子部とオフセット長さの調整により、アンテナ利得の調整が容易にできる。
更に、前記フレキシブル基板のグランド部に、少なくともブースター回路を含む電子回路が設けられると共に当該電子回路に必要なコネクタ，ＩＣ，ダイオード等の電子部品が実装されているようにしたり、前記フレキシブル基板のグランド部に電子回路と電子部品とが設けられ、当該フレキシブル基板がコ字型に折られた際に、前記電子回路と電子部品とを収納するように対応する誘電体の一部に収納凹部が形成されるようにすることで、コネクタ等の電子部品の高密度実装が可能となり、スペースの有効活用になり、複雑な配線等も簡略化されて、電子機器の小型化・軽量化に一層貢献するものとなる。

本発明に係る逆Ｆ型アンテナ１は、図１乃至図２に示すように、逆Ｆ型アンテナ用の回路２を有するフレキシブル基板（以下、ＦＰＣ）３と、該ＦＰＣ３がコ字型に折られ平板状に対向して形成されたグランド部３ａと放射素子部３ｂとの間に介装される誘電体４とで成る。

前記逆Ｆ型アンテナ１の形成方法について説明する。まず、前記フレキシブル基板であるＦＰＣ３は、基材として例えば、ポリイミド（ＰＩ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），テフロン（登録商標）（フッ素樹脂シート），アラミド及びエポキシ等である。

前記ＦＰＣ３には、逆Ｆ型アンテナ用の回路２が銅パターンで設けられ、更に、グランド部（銅箔部）３ａが設けられ、図１に示す折れ線３ｃ，３ｄによって、図２に示すように、コ字型に折ったときに、前記放射素子部３ｂとグランド部３ａとが重ならない部分があるように、利得との関係で最適化された、放射素子部３ｂに対するグランド部３ａのオフセット長ａでオフセットされている。

そして、前記グランド部３ａに対して、放射素子部３ｂを安定した高さに設定するために、誘導体４が介在される。この逆Ｆ型アンテナ１の形状は、一例として、図３に示すように、横（ｂ）が８０ｍｍ、縦（ｃ）が２０ｍｍ、厚さ（ｄ）が４ｍｍ、グランド部３ａの横（ｇ）が５０ｍｍ、オフセット長ａが３０ｍｍである。

前記誘電体４の材質としては、例えば、ＡＢＳ樹脂，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），塩化ビニール，ポリカーボネート，ガラスエポキシ等でもって構成されている。なお、この誘電体４と前記ＦＰＣ３との接着については、例えば、エポキシ系／アクリル系／シリコンーン系及びホットメルトなどの接着剤を直接使用する、または、これら接着剤が含侵したボンディングシートを介して貼りあわされる。

このような逆Ｆ型アンテナ１によって、地上デジタル放送におけるワンセグ放送を、携帯電話等の移動体におけるアンテナとして装備し、受信するものである。

前記逆Ｆ型アンテナ１におけるアンテナの共振周波数が、誘電率の異なる板材を前記誘電体４とすることで可変できる。それを確認するために、逆Ｆ型アンテナ１の大きさを横（ｂ）を７０ｍｍとし、オフセット長ａを２０ｍｍとして、比誘電率（εｒ）の異なる４種類の誘電体４を用意して、実験（電磁界解析ソフトＨＦＳＳによりコンピュータシュミレーションによって検証する、以下、同じ）を行った。
Ａ：テフロン（登録商標）（εｒ＝２．１）、 Ｂ：ＰＥＴ（εｒ＝３．４）、
Ｃ：ＦＲ４（ガラスエポキシ樹脂） （εｒ＝４．４）、
Ｄ：ガラス（εｒ＝５．５）、

また、前記誘電体４の比誘電率と共振周波数、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の関係を図４に示す。この結果をみると、誘電体４の比誘電率（εｒ）が増すに従い、共振周波数（ＭＨｚ）ｆが下がっている。これは、比誘電率（εｒ）と静電容量（Ｃ）とは比例関係にあり、前記比誘電率（εｒ）が大きくなると静電容量（Ｃ）も大きくなる。そのとき、共振周波数ｆは、
式１：ｆ＝１／〔２π√（Ｌ・Ｃ）〕より、静電容量（Ｃ）が大きくなると共振周波数ｆが低い方に変化するものである。

なお、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）について、比誘電率（εｒ）＝４．４の時に、大きく低下しているのは、誘電材料であるＦＲ４（ガラスエポキシ樹脂）が他の誘電材料に比べて、誘電正接（tanδ）が大きいことが原因と考えられる。また、利得との関係に関する実験結果から、誘電正接（tanδ）は低くすると利得が向上しており、更には、誘電正接（tanδ）の値が０．００２以下と、低い値の誘電材料を選択することが好ましい。

このような結果から、本発明に係る逆Ｆ型アンテナ１において、共振周波数ｆを調整するときに、前記誘電体４の比誘電率（εｒ）の異なる誘電材料を複数種類予め用意し、適宜に選択することで、アンテナパターンを変更することなく、利得への影響を最小限に抑えながら、当該共振周波数ｆの調整ができるものである。このような共振周波数ｆの調整を、例えば、ＦＰＣ３の回路２におけるアンテナパターンを変更することで行うとすると、高コスト及び長時間を費やしてしまうものである。

次に、逆Ｆ型アンテナ１におけるアンテナの利得に関して、誘電体４におけるグランド部３ａと放射素子部３ｂとの間の厚さｄを変えることによる、その影響を明らかにする。この実験においては、逆Ｆ型アンテナ１の形状は、図３において、横（ｂ）＝７０ｍｍ、オフセット長ａ＝２０ｍｍ、縦ｃ＝２０ｍｍとして、前記誘電体４をＰＥＴ（比誘電率（εｒ）＝３．４）であって、その厚さｄ＝１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍ，５ｍｍの４種類として、表２にその結果を示す。また、誘電材料の厚さｄと平均利得（ＺＸ面、ＺＹ面、ＹＺ面）との関係をそれぞれ、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。

このような結果から、誘電体４の厚さｄが増すに従って平均利得が上がっている。そして、前記厚さｄ＝４ｍｍ程度でほぼ平均利得の上昇が鈍り頭打ちとなっている。よって、誘電体４の厚さｄを変えることで、利得の調整が可能である。また、誘電体４の厚さｄを４ｍｍ以上とすれば、利得への影響を最小限に抑えられ、その条件において、前記厚さｄを変えれば、静電的な結合により、静電容量Ｃが前記厚さｄが増すに従って小さくなる。従って、前記式１における分母のＣが小さくなって共振周波数ｆは高くなっていく、というように共振周波数ｆを調整することができる。

次に、逆Ｆ型アンテナ１におけるアンテナ利得に関して、フレキシブル基板であるＦＰＣ３におけるグランド部３ａと放射素子部３ｂとの対向している重複領域を相対的に一方をその一端側からオフセットさせて、平均利得（ＺＸ面、ＺＹ面、ＹＺ面）との関係を明らかにする。この実験においては、逆Ｆ型アンテナ１の形状は、図３において、横（ｂ）＝５０ｍｍ、その厚さｄ＝４ｍｍ、縦ｃ＝２０ｍｍとして、オフセット長ａ＝０ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍの４種類として、表３にその結果を示す。また、放射素子部３ｂに対するグランド部３ａのオフセット長ａと平均利得（ＺＸ面、ＺＹ面、ＹＺ面）との関係をそれぞれ、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。

このような結果から、前記放射素子部３ｂに対するグランド部３ａのオフセット長ａが長くなるに従い、平均利得が上がっている。また、オフセット長ａ＝２５ｍｍ程度で頭打ちとなっている。更に、図８に示すように、前記オフセット長ａが長くなるに従い、共振周波数ｆが高くなっている。これは、放射素子３ｂをグランド部３ａに接近させると、静電的結合が大きくなって静電容量Ｃが大きくなり、前記式１において分母が大きくなるので、共振周波数ｆが低下し、逆に、離隔される（オフセット長ａが長くなる）と、静電容量Ｃが小さくなって共振周波数ｆが高くなるものである。この共振周波数ｆとの関係とは逆に、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は、前記オフセット長ａが長くなるに従い低くなっているのが判る。

逆Ｆ型アンテナ１においては、前記オフセット長ａの設定により、利得の調整が可能で有り、また、共振周波数ｆの調整も同時に可能となる。

このほか、電子部品などの高密度実装化の対応として、図９に示すように、フレキシブル基板３のグランド部３ａに、少なくともブースター回路を含む電子回路、例えば、アンプ回路、フィルター回路、バラン回路等が設けられ、これらに必要な電子部品６が実装されている逆Ｆ型アンテナ１とすることができる。これにより、電子部品の高密度実装の実現が容易になると共に電子機器の小型化に貢献するものとなる。

また、図１０に示すように、逆Ｆ型アンテナ１の他の実施例として、前記フレキシブル基板３がコ字型に折られた際に、前記電子回路と電子部品６とを収納するように対応する誘電体４の一部に収納凹部４ａが形成されているものである。このようにすれば、電子部品等がこの逆Ｆ型アンテナ１の外側に突出することが無くなる。よって、電子部品の実装設計において、自由な設計が可能となり、前記回路等の接続に必要な配線もコンパクトに纏められ、電子機器の配線・組立等の作業が容易になる。

また、図１１乃至図１２に示すように、前記実装する電子部品として、少なくとも接続用のコネクタ７を設けるようにするこで、他のプリント基板とフタットケーブルなどで電気的に接続することができて、配線の引き回しが容易となる。更に、このコネクタにプリント基板の端子部を直接挿入するようにすることもできて、携帯電話等の電子機器のコンパクト化を一層進展させることができるものである。

本発明に係る逆Ｆ型アンテナ１の構成部品であるＦＰＣ３の展開図である。 同本発明の逆Ｆ型アンテナ１の組立の工程を示す説明図である。 同逆Ｆ型アンテナ１の形状を示す全体斜視図である。 比誘電率と共振周波数及び電圧定在波比との関係を示す特性曲線図である。 同誘電体４の厚さｄと、平均利得との関係（ＺＸ面、ＸＹ面，ＹＺ面））を示す特性曲線図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。 オフセット長ａと、共振周波数及び電圧定在波比との関係を示す特性曲線図である。 同オフセット長ａ、平均利得との関係（ＸＹ面、ＹＺ面，ＺＸ面））を示す特性曲線図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。 同オフセット長ａと、共振周波数及び電圧定在波比との関係を示す特性曲線図である。 同逆Ｆ型アンテナ１の他の実施例に係る説明用斜視図である。 同逆Ｆ型アンテナ１の更に他の実施例に係る説明用斜視図である。 同逆Ｆ型アンテナ１の他の実施例に係り、フレキシブル基板３にコネクタ７を設けた例の平面図（Ａ）と、給電用ケーブルの平面図（Ｂ）と、電子回路や電子部品と共にコネクタ７が設けられている様子を示す平面図（Ｃ）である。 同逆Ｆ型アンテナ１にコネクタ７を設けて他のプリント基板８と接続している実施例を示す説明図（Ａ）と、同じく斜視図（Ｂ）である。 従来例に係る逆Ｆ型アンテナの概略構成斜視図である。

符号の説明

１ 逆Ｆ型アンテナ、
２ 回路、
３ フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ）、
３ａ グランド部、
３ｂ 放射素子部（エレメント部）、
３ｃ，３ｄ 折れ線、
４ 誘電体、 ４ａ 収納凹部、
５ 給電部、
６ 電子部品、
７ コネクタ、
８ 他のプリント基板。

Claims (7)

1. 逆Ｆ型アンテナ用の回路を有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板がコ字型に折られ平板状に対向して形成されたグランド部と放射素子部との間に介装される誘電体とで成ること、
   を特徴とする逆Ｆ型アンテナ。
2. アンテナの共振周波数が、誘電率の異なる板材を誘電体とすることで可変できること、
   を特徴とする請求項１に記載の逆Ｆ型アンテナ。
3. アンテナの利得が、誘電体におけるグランド部と放射素子部との間の厚さを変えることで調整されるものであること、
   を特徴とする請求項１に記載の逆Ｆ型アンテナ。
4. アンテナ利得が、フレキシブル基板のグランド部と放射素子部との対向している重複領域を相対的に一方をその一端側からオフセットさせて調整されるものであること、
   を特徴とする請求項１に記載の逆Ｆ型アンテナ。
5. フレキシブル基板のグランド部に、少なくともブースター回路を含む電子回路が設けられると共に当該電子回路に必要な電子部品が実装されていること、
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の逆Ｆ型アンテナ。
6. フレキシブル基板のグランド部に電子回路と電子部品とが設けられ、当該フレキシブル基板がコ字型に折られた際に、前記電子回路と電子部品とを収納するように対応する誘電体の一部に収納凹部が形成されていること、
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の逆Ｆ型アンテナ。
7. フレキシブル基板のグランド部に設けられる電子部品には、少なくともコネクタが含まれていること、
   を特徴とする請求項５乃至６のいずれかに記載の逆Ｆ型アンテナ。

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