JP2008300411A - アンテナ用磁性材料 - Google Patents

Abstract

【課題】広範な周波数の電波に対して高い利得が得られ、外形が小さいアンテナを実現できるアンテナ用磁性材料を提供する。
【解決手段】ポリマー系熱可塑性樹脂にソフトフェライトの粉末を混練する。該ポリマー系熱可塑性樹脂は誘電率（ε）が約５であり、ソフトフェライトの粉末は平均粒径が０．５（μｍ）であってＭｎ−Ｚｉ−Ｃｕ系フェライトである。そして、該ソフトフェライトの粉末の混入量は１０（ｗｔ％）から７０（ｗｔ％）とする。
【選択図】図１

Description

本発明は携帯端末機器等に内蔵可能な大きさで利得の高いアンテナを実現できるアンテナ用磁性材料に関するものである。

近年の携帯端末機器においては、例えばＦＭラジオ放送とＶＨＦ帯からＵＨＦ帯に跨るテレビ放送、あるいは更にはＵＨＦ帯高域の携帯無線通信など、単体で広範な周波数の電波を受信するものが出現している。広範な周波数の電波を受信するには、当然各信号周波数に対応可能な帯域幅の広いアンテナが必要になる。しかし、ＵＨＦ帯の電波の波長が数十センチメートルであるのに対してＶＨＦ帯の電波の波長は数メートルにもなるためＵＨＦ／ＶＨＦの２つの周波数帯に単体で対応できるアンテナを作成し、それを容積の限られた携帯端末に内蔵する場合、アンテナの小型化と広帯域化が問題となる。

例えば、アンテナの外形を単純に小型化すると利得（あるいは送受信効率、感度と言うことも有る）が低下する。そこで必要な利得を維持しつつアンテナを小型化するには、ある程度の誘電率を持つ誘電体製のコア、あるいはある程度の透磁率を持つ軟磁性体粉末を樹脂に混入し、形成したものでなる軟磁性体製のコアを使用し、そこに導体を巻回したり、コア周囲をヘリカル状に周回する導体パターンを形成することが必要になる。このようなアンテナの基本的な構造は下記特許文献１ないし特許文献３において開示されている。
特開平１１−２３４０２９号公報 特開２０００−２７８０２０号公報 特開２００５−８６４１８号公報

誘電体としての特性を持つ樹脂材料に磁性体粉末を混入し、形成したコアを用いると、樹脂が持つ誘電率（ε）と磁性体粉末が持つ透磁率（μ）の相互作用により小型かつ高利得のアンテナを得ることができると考えられる。ここで、樹脂への磁性体粉末の混入量を増やすとコアの透磁率（μ）が高くなり、更にアンテナを小型化することが可能である。しかし、実際に磁性体粉末の混入量を多くした場合、磁性体の緩和損失が原因と思われる高周波領域の利得の低下現象などが発生し、アンテナの小型化と高利得化を同時に実現することは困難であった。

そこで本発明は、広範な周波数の電波に対して高い利得が得られ、加えてその外形が小さいアンテナを実現できるアンテナ用磁性材料を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、熱可塑性樹脂材料にソフトフェライトの粉末が混練されたアンテナ用磁性材料であって熱可塑性樹脂材料がポリマー系樹脂、あるいはガラスエポキシ系樹脂であり、ソフトフェライトがＭｎ−Ｚｉ−Ｃｕ系フェライトであり、該ソフトフェライトの粉末の混入量が１０（ｗｔ％）から７０（ｗｔ％）であることを特徴とする。そして、熱可塑性樹脂がポリマー系熱可塑性樹脂の場合、誘電率（ε）が約５のものであり、ソフトフェライトの粉末の平均粒径が０．５（μｍ）であり、フェライト粉末が混練された該熱可塑性樹脂の形成体の透磁率（μ）がおよそ１．０〜３．５となるようにしたことを特徴とする。

本発明に係るアンテナ用磁性材料は、叙上した構成を有するので次の効果がある。
すなわち、適当な誘電率（ε）と透磁率（μ）を持ち所定の周波数範囲において特性が大きく変化しないため、広範な周波数の電波に対して高い利得が維持されるアンテナを実現できるようにした。また、該アンテナが大型化する最大要因の低周波領域（ＶＨＦ帯）においてその透磁率（μ）が作用し、該アンテナを小型化できるようになるという効果がある。

本発明に係るアンテナ用磁性材料に於ける実施するための最良の形態は、ポリマー系熱可塑性樹脂にソフトフェライトの粉末を混練したものである。ここでポリマー系熱可塑性樹脂は誘電率（ε）が約５であり、ソフトフェライトの粉末は平均粒径が０．５（μｍ）のＭｎ−Ｚｉ−Ｃｕ系フェライトである。なお、ソフトフェライトの粉末の混入量は１０（ｗｔ％）から７０（ｗｔ％）である。

ソフトフェライトの粉末が平均粒径０．５（μｍ）のＭｎ−Ｚｉ−Ｃｕ系フェライトによって、混練された該熱可塑性樹脂の形成体の透磁率（μ）を約１．０〜３．５とした場合、ＶＨＦ帯からＵＨＦ帯の周波数に対して透磁率（μ）が大きく変化しない。ここで、前記フェライトの緩和損失が極端に大きくならないので、広範な周波数の電波に対して高い利得が維持されるアンテナを実現できる。該アンテナの体積は透磁率（μ）と誘電率（ε）の積の１／２乗にほぼ比例することが知られているが、所定の周波数範囲での低周波領域（ＶＨＦ帯）において透磁率（μ）が利得の向上に寄与し、アンテナの小型化が可能になる。

次に本発明に係るアンテナ用磁性材料に於ける実施例を説明する。
本発明によるアンテナ用磁性材料が適用されるアンテナの実施例を図１に示した。（ａ）は該アンテナのコアの表面図、（ｂ）は該アンテナのコアの裏面図である。
図１に示すアンテナは、コア１の表面と裏面に導体パターン３ａ〜３ｄ、４ａ〜４ｃと、始端パターン６と、終端パターン７とが形成されており、それぞれのパターン間が金属導体５で電気的に接続属されてヘリカル状に周回するコイル導体２が形成されている。

コア１の裏面には第１の制御端子８、第２の制御端子９、アース端子１１および入出力端子１２が形成されている。第１の制御端子８は直接に始端パターン６と電気的に接続され、第２の制御端子９はチップ状独立電子部品の可変容量ダイオード１０を介して始端パターン６に接続されている。そして、アース端子１１は終端パターン７に接続され、入出力端子１２は導体パターン４ｃに接続された構成となっている。

本発明に係るアンテナ用磁性材料は、例えばポリマー系熱可塑性樹脂にソフトフェライトの粉末を混練し、それを長方形の板状に形成してコア１として使用する。ここで実際に用いられるポリマー系熱可塑性樹脂は誘電率が約５のものであり、ソフトフェライトの粉末は平均粒径が０．５（μｍ）のＭｎ−Ｚｉ−Ｃｕ系フェライトである。そして、ソフトフェライトの粉末の混入量は１０（ｗｔ％）から７０（ｗｔ％）が好適である。

このようにして形成したコア１は、元のフェライトの磁気特性によって若干の誤差はあるが、図２に示すように透磁率（μ）が１．０〜３．５の範囲に収まる。ここで図２に於ける周波数（ＭＨｚ）に対する透磁率（μ）の特性図はソフトフェライトの粉末混入量が３０（ｗｔ％）の場合は太い一点鎖線で示し、５０（ｗｔ％）の場合は太い実線で示し、また７０（ｗｔ％）の場合は細い実線で示すものである。ソフトフェライトの粉末の混入量が５０（ｗｔ％）以上の場合、透磁率（μ）がＶＨＦ帯の低周波領域で約２であり、ＵＨＦ帯の高周波領域で約３以上となっているが、例えばコアがバルク状のフェライトコアである場合透磁率（μ）の変化量は一桁以上大きいものとなるので、相対的に透磁率（μ）はほぼ安定した値を維持していると見ることができる。

透磁率（μ）がこのように安定した値となっていると、高周波領域（ＵＨＦ帯）において磁性体に発生する緩和損失がそれほど大きくならずアンテナの利得低下の現象が惹起されない。したがって、広範な周波数の電波に対して高い利得が維持されるアンテナを実現できるようになる。

また、低周波領域（ＶＨＦ）における利得はコア１の透磁率に応じて高くなる。このため、同じ大きさの利得を得る場合、誘電体のみのコア１の場合に比べてアンテナを小型化できることは明らかである。
なお、アンテナの体積は透磁率と誘電率の積の１／２乗にほぼ比例し、アンテナのインピーダンスは透磁率（μ）を誘電率（ε）で除した値の１／２乗にほぼ比例することが知られている。アンテナの体積は透磁率と誘電率の積の１／２乗にほぼ比例する関係から透磁率（μ）を大きくしたほうがアンテナを小型化できることが分る。しかし、透磁率（μ）を大きくし過ぎるとアンテナのインピーダンスは透磁率（μ）を誘電率（ε）で除した値の１／２乗の関係からアンテナのインピーダンスが大きくなってしまうことが分る。

ちなみに透磁率（μ）を誘電率（ε）で除した値が１の時、アンテナのインピーダンスが空間のインピーダンスと同じ値になり、アンテナと空間の間がインピーダンス整合状態となる。透磁率（μ）と誘電率（ε）がかけ離れた値になるとインピーダンスの整合状態が悪くなるので利得が上がらず、高い利得を得ることを前提とすれば、結果としてアンテナの体積は透磁率と誘電率の積の１／２乗にほぼ比例するという関係ほどアンテナの小型化はできない。また、透磁率（μ）を大きくすると、高周波領域（ＵＨＦ帯）で磁性体発生する緩和損失が大きくなり、実際に於いては、Ｍｎ−Ｚｉ−Ｃｕ系フェライトの場合、コア１の透磁率（μ）が１．０〜３．５の範囲に収まるようにするのがよい。

一方、ポリマー系熱可塑性樹脂の誘電率（ε）に関しては、近年では低誘電率（ε）のポリマー系熱可塑性樹脂が開発され、その誘電率（ε）が２程度のものまで出てきている。アンテナと空間のインピーダンスを整合させると利得を高くできるのは上述した通りであるが、ポリマー系樹脂の誘電率（ε）までも小さい値とするとアンテナを小型化できなくなる。そこで、ポリマー系樹脂の誘電率（ε）は好適な値つまり４から６程度の大きさに設定するとよい。

本発明に係るアンテナ用磁性材料が適用されたアンテナの実施例を示す図であって、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図である。 ポリマー系熱可塑性樹脂にソフトフェライトの粉末を混練し、それを形成して得られたコアに於ける周波数（ＭＨｚ）に対する透磁率（μ）の特性図である。

符号の説明

１ コア
２ コイル導体
３ａ〜３ｄ 導体パターン（第１の導体パターン）
４ａ〜４ｃ 導体パターン（第２の導体パターン）
５ 金属導体
６ 始端パターン
７ 終端パターン
８ 制御端子（第１の制御端子）
９ 制御端子（第２の制御端子）
１０ 可変容量ダイオード
１１ アース端子
１２ 入出力端子

Claims (2)

1. 熱可塑性樹脂材料にソフトフェライトの粉末が混練されたアンテナ用磁性材料であって、該熱可塑性樹脂材料がポリマー系樹脂あるいはガラスエポキシ系樹脂で形成されかつ該ソフトフェライトがＭｎ−Ｚｉ−Ｃｕ系フェライトで成り、該ソフトフェライトの粉末の混入量が１０（ｗｔ％）から７０（ｗｔ％）であることを特徴とするアンテナ用磁性材料。
2. 前記熱可塑性樹脂材料の誘電率（ε）が約５であり、前記ソフトフェライトの粉末の平均粒径が０．５（μｍ）であり、前記ソフトフェライトの粉末が混練された該熱可塑性樹脂材料の形成体の透磁率（μ）が約１．０〜３．５であることを特徴とする請求項１に記載したアンテナ用磁性材料。

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