JP2009005155A - ループアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】十分な透明度および十分な放射特性を有するループアンテナを提供する。
【解決手段】本発明のループアンテナは、誘電体基板と、該誘電体基板上に設けられた透明導電膜からなる環状の放射素子とを備えたループアンテナであって、前記透明導電膜はスズドープ酸化インジウム薄膜からなることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学的に透明なループアンテナに関するものである。このアンテナを使用することにより、美観を損なうことなく、アンテナを無線機器や無線端末の表面、あるいはディスプレー窓の上に設置することができる。本発明のループアンテナは、設置場所が限られる小型無線機器にアンテナが設置できるようになるだけでなく、機器の表面にアンテナを設置することにより、機器内部にある電子部品からアンテナを遠ざけることができ、アンテナに与える影響を小さくすることができるため、アンテナの設計を容易にすることができる。

従来、透明アンテナとしては、色々な方式のものが提案されており、例えば、金属を格子状にしたもの（例えば、非特許文献１参照）、極めて薄い金属を使ったもの（例えば、特許文献１参照）、透明電極を使ったもの（例えば、非特許文献２〜６参照）などが挙げられる。
また、非特許文献２〜６に開示された透明電極としては、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）薄膜が用いられている。
Ｍ．Ｓ．Ｗｕ ａｎｄ Ｋ．Ｉｔｏ， "Ｍｅｓｈｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｏｎ ａ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，"ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．，ｖｏｌ．Ｅ−７４，ｎｏ．５，ｐｐ．１２７７−１２８２，１９９１． 特許第３６８２４８０号公報 Ｃ−Ｆ．Ｈｕａｎｇ ａｎｄ Ｌ．Ｃｈｅｎ，"Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｐｒｉｎｔｅｄ−ｏｎ−ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｔｅｒｍｉｎａｌｓ，"Ｅｌｅｃｔ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．３８，２０，ｐｐ．１１６２−１１６３，２００２． Ｋ．Ｏｓｈｉｍａ，Ｎ．Ｋｉｄｅｒａ，Ｋ．Ｎｉｗａｎｏ，Ｋ．Ｉｋａｗａ，Ｒ．Ｓｏｎｏｄａ，ａｎｄ Ｓ．Ｋａｗａｓａｋｉ，"Ｕｓｅ ｏｆ ａ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｏｎ ａ ｇｌａｓｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｎ ａｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙｓ ｗｉｔｈ ｄｏｕｂｌｅ ｓｔｒｏｎｇ ｃｏｕｐｌｉｎｇ，"ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ Ｉｎｔ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐ．Ｄｉｇ．，ｐｐ．１５６９−１５７２，２００２． Ｒ．Ｎ．Ｓｉｍｏｎｓ ａｎｄ Ｒ．Ｑ．Ｌｅｅ，"Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ，" ＩＥＥＥ ＡＰ−Ｓ Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．，ｐｐ．２１００−２１０３，１９９７． Ｍ．Ｏｕｔａｌｅｂ，Ｊ．Ｐｉｎｅｌ，Ｍ．Ｄｒｉｓｓｉ，ａｎｄ Ｏ．Ｂｏｎｎａｕｄ，"Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｌａｎａｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｒｆ−ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｍｓ，" Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｏｐｔ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．２４，ｎｏ．１，ｐｐ．３−７，２０００． Ｃ．Ｍｉａｓ，Ｃ．Ｔｓａｋｏｎａｓ，Ｎ．Ｐｒｏｕｎｔｚｏｓ，Ｄ．Ｃ．Ｋｏｕｔｓｏｇｅｏｇｉｓ，Ｓ．Ｃ．Ｌｉｅｗ，Ｃ．Ｏｓｗａｌｄ，Ｒ．Ｒａｎｓｏｎ，Ｗ．Ｍ．Ｃｒａｎｔｏｎ，ａｎｄ Ｃ．Ｂ．Ｔｈｏｍａｓ，"Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ，"ＩＥＥ Ｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｓ，ｐｐ．８／１−８／６，２０００．

しかしながら、前述した従来技術には、次のような問題がある。
非特許文献１に開示された格子状金属を用いたアンテナは、部分的にせよ可視光を遮るし、特許文献１に開示された金属膜を使用したアンテナの場合も、金属膜を薄くしても可視光の透過率がかなり低くなるので、いずれの場合も小型無線機器の表面に設置することが外観上難しいという問題がある。

一方、ＩＴＯ薄膜は、可視光を透過し透明であるが、抵抗率が高いため、大きな抵抗値をもつ。非特許文献２〜６に開示されているアンテナは、放射素子の抵抗が大きいため、利得が低く、実用的ではない。また、これらのアンテナは、透明アンテナにおける抵抗値による利得・放射効率の低下や、透明度と利得・放射効率との関係が明らかにされていない。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、十分な透明度および十分な放射特性を有するループアンテナを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、誘電体基板と、該誘電体基板上に設けられた透明導電膜からなる環状の放射素子とを備えたループアンテナであって、前記透明導電膜はスズドープ酸化インジウム薄膜からなることを特徴とするループアンテナを提供する。

本発明は、誘電体基板と、該誘電体基板上に設けられた透明導電膜からなる環状の放射素子とを備えたループアンテナであって、前記透明導電膜はフッ素ドープ酸化スズ薄膜からなることを特徴とするループアンテナを提供する。

前記放射素子は、全長が４０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下のとき、２．２ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚの周波数帯において電磁波を放射することが好ましい。

前記放射素子は、幅が２ｍｍ以上、４ｍｍ以下のとき、２．２ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚの周波数帯において電磁波を放射することが好ましい。

前記放射素子は、前記透明導電膜のシート抵抗が１Ω／□以上、１０Ω／□以下、最大利得の低下が１ｄＢ以上、５ｄＢ以下であることが好ましい。

前記放射素子の形状は、方形状、矩形状、三角形状、菱形状、円形状の群から選択されたいずれかであることが好ましい。

本発明のループアンテナは、可視光の領域で透明性を持ち、電磁波を放射することができる。本発明のアンテナは、シート抵抗が低く、透明性が高いＩＴＯ薄膜を使用し、さらにアンテナの形状を最適に設計することにより、十分な透明度を持ちながら、十分な放射特性を持たせることが可能となる。
また、ＦＴＯ薄膜を使用すると、希少金属のインジウムの使用を避けることができ、コストを下げることができる。
本発明のループアンテナは、中央部分に導電膜がない構造なので、中央部分をアンテナ以外のデザインに使用することが可能となる上、ガラス基板の外側に透明導電膜を形成すれば、美観的に目立たないという利点もある。
また、本発明のループアンテナは、目視できなくなるので、筐体の内側ではなく、筐体の外側へ搭載することが可能となるため、周囲の影響を受けることなくアンテナの設計が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明のループアンテナは、誘電体基板と、その誘電体基板上に設けられた透明導電膜からなる環状の放射素子とを備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい実施形態において、前記透明導電膜としては、シート抵抗が１Ω／□〜２０Ω／□の範囲であり、かつ透過率（波長５５０ｎｍ）が６０％以上となるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）薄膜を使用することが好ましい。
また、コストが安いフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）薄膜を使用することもできる。この場合、ＦＴＯ薄膜としては、シート抵抗が１Ω／□〜５Ω／□の範囲であり、かつ透過率（波長５５０ｎｍ）が４０％以上のもの、あるいは、シート抵抗が５Ω／□〜２０Ω／□の範囲であり、かつ透過率（波長５５０ｎｍ）が８０％以上のものを使用することが好ましい。

本実施形態において、放射素子となる透明導電膜に使用するＩＴＯ薄膜およびＦＴＯ薄膜の波長５５０ｎｍで示す透過率を図１に示す。
ＩＴＯ薄膜は、シート抵抗が０．６Ω／□からあり、透過率６０％以上である。また、ＦＴＯ薄膜は、シート抵抗が１Ω／□からあり、透過率が４０％である。

これらの透明導電膜を用いて、ループアンテナとして、図２に示すループアンテナを基礎検討用に使用した。
図２に示すループアンテナ１０は、誘電体基板１１と、その一方の面１１ａ上に成膜され、放射素子をなす透明導電膜１２とから概略構成されている。また、透明導電膜１２は、互いに対向し、間隔を置いて設けられた給電点１２ａ、１２ａを備えている。

誘電体基板１１としては、ガラス基板、樹脂基板、プレキシガラス基板などからなる透明な基板が挙げられる。

ループアンテナ１０では、透明導電膜１２の長さ（主偏波に対して）を変えることにより、アンテナの共振を調整する。
また、透明導電膜１２の幅を変えることにより、アンテナの整合を調整する。

透明導電膜１２は、全長が４０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下のとき、２．２ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚの周波数帯において電磁波を放射することが好ましい。
また、透明導電膜１２は、幅が２ｍｍ以上、４ｍｍ以下のとき、２．２ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚの周波数帯において電磁波を放射することが好ましい。

図２に示すように、このループアンテナ１０において、透明導電膜１２の長さＬ_１＝Ｌ_２＝１０．５ｍｍ、幅Ｗ_１＝Ｗ_２＝Ｗ_３＝Ｗ_４＝３ｍｍ、給電点の間隔Ｇ＝３ｍｍとしたとき、放射効率を算出すると、透明導電膜１２が銅箔からなる場合の放射効率は９７％、透明導電膜１２が１Ω／□のＩＴＯ薄膜からなる場合の放射効率は７９％、透明導電膜１２が１０Ω／□のＩＴＯ薄膜からなる場合の放射効率は２８％である。

また、図３は、透明導電膜１２の長さＬ_１＝Ｌ_２＝１０．５ｍｍ、幅Ｗ_１＝Ｗ_２＝Ｗ_３＝Ｗ_４＝３ｍｍ、給電点の間隔Ｇ＝３ｍｍとした場合、シート抵抗を変えたとき、すなわち、透明導電膜１２を銅箔、１Ω／□のＩＴＯ薄膜または１０Ω／□のＩＴＯ薄膜としたときの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を算出した結果を示すグラフである。

また、図４は、透明導電膜１２が銅箔からなる場合、その共振周波数２．４７４ＧＨｚにて、ｘｙ面における透明導電膜１２の放射特性を算出した結果、並びに、透明導電膜１２が１Ω／□のＩＴＯ薄膜または１０Ω／□のＩＴＯ薄膜からなる場合、その共振周波数２．４７４ＧＨｚにて、ｘｙ面における透明導電膜１２の放射特性を算出した結果を示すグラフである。

図５は、透明導電膜１２が銅箔からなる場合、その共振周波数２．４７４ＧＨｚにて、ｙｚ面における透明導電膜１２の放射特性を算出した結果、並びに、透明導電膜１２が１Ω／□のＩＴＯ薄膜または１０Ω／□のＩＴＯ薄膜からなる場合、その共振周波数２．４７４ＧＨｚにて、ｙｚ面における透明導電膜１２の放射特性を算出した結果を示すグラフである。

図６は、透明導電膜１２が銅箔からなる場合、その共振周波数２．４７４ＧＨｚにて、ｚｘ面における透明導電膜１２の放射特性を算出した結果、並びに、透明導電膜１２が１Ω／□のＩＴＯ薄膜または１０Ω／□のＩＴＯ薄膜からなる場合、その共振周波数２．４７４ＧＨｚにて、ｚｘ面における透明導電膜１２の放射特性を算出した結果を示すグラフである。

図４〜６の結果から、透明導電膜１２が１Ω／□のＩＴＯ薄膜からなる場合、利得の低下が１ｄＢ程度、透明導電膜１２が１０Ω／□のＩＴＯ薄膜からなる場合、利得の低下が５ｄＢ程度に抑えられる。

「実施例１」
図７は、図２に示すループアンテナ１０を、誘電体からなり、カーナビゲーションなどに用いられる筐体２１に収容してなるループアンテナ２０を示す概略斜視図である。
このループアンテナ２０では、誘電体からなる筐体２１により、共振周波数が低周波数側へ若干ずれるものの、放射特性などに大きな影響がない。また、ループアンテナ２０は、携帯機器の外側に搭載することが可能になるため、内部部品への影響を軽減しながら、アンテナの設計が可能となる。

「実施例２」
図８は、図７に示すループアンテナ２０の透明導電膜１２が設けられている側の面を、透明な誘電体３１と、透明でない誘電体３２とで覆ってなるループアンテナ３０を示す概略斜視図である。
このループアンテナ３０では、実施例１のループアンテナ２０よりも誘電体３１，３２による影響を受けるものの、放射特性などに大きな影響がない。この誘電体３１，３２は、透明導電膜１２の保護層として機能する。

「実施例３」
図９は、実施例３のループアンテナを示す概略斜視図である。
図９において、図２に示したループアンテナ１０の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
このループアンテナ４０では、透明導電膜４１の形状を矩形とした。

「実施例４」
図１０は、実施例４のループアンテナを示す概略斜視図である。
図１０において、図２に示したループアンテナ１０の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
このループアンテナ５０では、透明導電膜５１の形状を三角形とした。また、透明導電膜５１の頂点部分に、給電点５１ａ、５１ａが設けられている。

「実施例５」
図１１は、実施例５のループアンテナを示す概略斜視図である。
図１１において、図２に示したループアンテナ１０の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
このループアンテナ６０では、透明導電膜６１の形状を三角形とした。また、透明導電膜６１の底辺の中央部に、給電点６１ａ、６１ａが設けられている。

「実施例６」
図１２は、実施例６のループアンテナを示す概略斜視図である。
図１２において、図２に示したループアンテナ１０の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
このループアンテナ７０では、透明導電膜７１の形状を菱形とした。

「実施例７」
図１３は、実施例７のループアンテナを示す概略斜視図である。
図１３において、図２に示したループアンテナ１０の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
このループアンテナ８０では、透明導電膜８１の形状を円形とした。

本発明のループアンテナに用いられるＩＴＯ薄膜とＦＴＯ薄膜の波長５５０ｎｍにおける透過率とシート抵抗との関係を示すグラフである。 本発明のループアンテナの一例を示す概略平面図である。 図２に示すループアンテナの透明導電膜のシート抵抗を変えたときの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を算出した結果を示すグラフである。 図２に示すループアンテナの透明導電膜のシート抵抗を変えたとき、その共振周波数２．４７４ＧＨｚにて、ｘｙ面における透明ループアンテナの放射特性を算出した結果を示すグラフである。 図２に示すループアンテナの透明導電膜のシート抵抗を変えたとき、その共振周波数２．４７４ＧＨｚにて、ｙｚ面における透明ループアンテナの放射特性を算出した結果を示すグラフである。 図２に示すループアンテナの透明導電膜のシート抵抗を変えたとき、その共振周波数２．４７４ＧＨｚにて、ｚｘ面における透明ループアンテナの放射特性を算出した結果を示すグラフである。 本発明の実施例１のループアンテナを示す概略斜視図である。 本発明の実施例２のループアンテナを示す概略斜視図である。 本発明の実施例３のループアンテナを示す概略斜視図である。 本発明の実施例４のループアンテナを示す概略斜視図である。 本発明の実施例５のループアンテナを示す概略斜視図である。 本発明の実施例６のループアンテナを示す概略斜視図である。 本発明の実施例７のループアンテナを示す概略斜視図である。

符号の説明

１０・・・ループアンテナ、１１・・・誘電体基板、１２・・・透明導電膜。

Claims (6)

1. 誘電体基板と、該誘電体基板上に設けられた透明導電膜からなる環状の放射素子とを備えたループアンテナであって、
   前記透明導電膜はスズドープ酸化インジウム薄膜からなることを特徴とするループアンテナ。
2. 誘電体基板と、該誘電体基板上に設けられた透明導電膜からなる環状の放射素子とを備えたループアンテナであって、
   前記透明導電膜はフッ素ドープ酸化スズ薄膜からなることを特徴とするループアンテナ。
3. 前記放射素子は、全長が４０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下のとき、２．２ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚの周波数帯において電磁波を放射することを特徴とする請求項１または２に記載のループアンテナ。
4. 前記放射素子は、幅が２ｍｍ以上、４ｍｍ以下のとき、２．２ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚの周波数帯において電磁波を放射することを特徴とする請求項１または２に記載のループアンテナ。
5. 前記放射素子は、前記透明導電膜のシート抵抗が１Ω／□以上、１０Ω／□以下、最大利得の低下が１ｄＢ以上、５ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のループアンテナ。
6. 前記放射素子の形状は、方形状、矩形状、三角形状、菱形状、円形状の群から選択されたいずれかであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のループアンテナ。
   
   

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