JP2009135710A - 無線装置及びアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ装置の放射効率特性を改善するためアンテナ素子と基板の間を遮へいする部材を、アンテナ特性を妨げないようにしてシンプルに構成する。
【解決手段】アンテナ素子の長手方向に直交する向きの断面図に表すように、磁性材料からなる磁性層１５を誘電性材料からなる誘電層１６に重ねて構成された遮へい部材１４を例えばコの字型の断面形状を持つように折り返して、磁性層１５が複数回繰り返して基板１１とアンテナ素子１３の間に挟まれるように配設する。
【選択図】図２

Description

本発明は無線装置及びアンテナ装置に係り、特に磁性体を構成に含む無線装置及びアンテナ装置に関する。

例えば携帯電話機のような小型の無線装置においては、実装スペースが限られることから、アンテナ又は回路の各部分の間の電磁的結合又は容量結合による干渉が問題になる場合がある。特にアンテナについては、放射効率の低下が問題になる場合がある。これらの問題に対して、磁性体を利用する解決策が検討されている（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照。）。

上記の特許文献１は、内蔵するＬ型アンテナに対向する回路基板上に磁性材料板を具備した移動通信端末を記載している。その効果として、回路基板のＧＮＤ（接地）導体層表面の磁界強度及び誘導電流の発生を抑え、アンテナ指向性を安定させることが挙げられている。

上記の特許文献２は、電界型アンテナ素子と導電性部材との間に磁性体層を含むシート体を挿入することにより、アンテナ素子の入力インピーダンス低下を抑えて放射効率を改善する技術を記載している。

上記の特許文献３に係るアンテナ装置は、給電部を有するアンテナ素子と、該アンテナ素子に対し接地電位を与える金属面が形成された印刷配線基板との間に磁性部材を介在配置するものである。上記の磁性部材は、絶縁マトリクス基材に強磁性を有する磁性ナノ粒子を分散して配置したナノグラニュラ構造をなす複数の磁性体板を、誘電体層を介して相互に平行に積層した構造としたものである。
特許第３７１３４７６号公報（第６、７ページ、図７） 特開２００７−１２４６３８号公報（第２、１１ないし１４ページ、図１） 特開２００７−８９２３２号公報（第２ないし４ページ、図２５）

上述した特許文献１に開示された従来の技術は、移動通信端末（無線装置）の内蔵アンテナにおいてアンテナ素子と接地導体層の間に磁性材料板を介在させることにより、接地回路に誘導される不平衡電流の影響を低減させるものである。特許文献２に係るシート体は、そのような磁性材料板の一例に数えられる。

しかし、特許文献２に係るシート体は、例えば磁性体層の厚みが０．５ミリメートル（ｍｍ）、複素比透磁率の実数部μ′の値が５０とされる（明細書の段落「０１６０」、「０１６１」）ように、高透磁率かつ厚膜の条件を要求するものである。

これに対して、本発明と出願人を同じくする特許文献３に係るアンテナ装置は、複数の磁性体板の間に誘電体層を介在させ相互に平行に積層して磁性部材を構成することにより、厚さが薄く簡単かつ安価に製作できる磁性体板を使用して、厚さが厚く高価な１枚ものの磁性体板を使用する場合と同程度のインピーダンス特性を得ることができるようにしたものである。

本発明は上記特許文献３に係る発明をさらに改良するためになされたもので、アンテナ特性を妨げることなく、磁性体からなる層を含む遮へい部材をよりシンプルに構成して製造工程を簡素化することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の無線装置は、基板と、前記基板に接続されたアンテナ素子と、磁性材料からなる層を誘電性材料からなる層に重ねて形成されると共に折り返され、前記磁性材料からなる層が複数回繰り返して前記基板と前記アンテナ素子の間に挟まれるように配設された遮へい部材とを備えたことを特徴とする。

また、本発明のアンテナ装置は、無線装置に設けられたアンテナ装置において、前記無線装置に含まれる基板に接続されたアンテナ素子と、磁性材料からなる層を誘電性材料からなる層に重ねて形成されると共に折り返され、前記磁性材料からなる層が複数回繰り返して前記基板と前記アンテナ素子の間に挟まれるように配設された遮へい部材とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、遮へい部材の磁性体からなる層が複数回繰り返して基板とアンテナ素子の間に挟まれるように、該遮へい部材を折り返して配設することにより、アンテナ特性を妨げることなく、磁性体からなる層を含む遮へい部材をよりシンプルに構成して製造工程を簡素化することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。なお以下の各図を参照しながら上下左右又は水平、垂直（鉛直）をいうときは、特に断らない限り、図が表された紙面における上下左右又は水平、垂直（鉛直）を意味するものとする。また、各図の間で同一の符号は、同一の構成を表すものとする。

以下、図１ないし図１０を参照して、本発明の実施例１を説明する。図１は、実施例１に係る無線装置１の主要な部分及び無線装置１に含まれるアンテナ装置１０の構成を表す斜視図である。無線装置１は、基板１１と、基板１１に設けられた給電点１２に接続されたアンテナ素子１３と、遮へい部材１４を備えている。これらのうち、アンテナ素子１３と遮へい部材１４が、アンテナ装置１０を構成する。

図２は、図１に記号“Ａ−Ａ”で示した向きのアンテナ装置１０と基板１１の断面図に含めて、遮へい部材１４の第１の形状及び配設例を表す図である。図２に示すように、基板１１とアンテナ素子１３に挟まれて、遮へい部材１４が配設されている。遮へい部材１４は、図３に示すように磁性材料からなる磁性層１５を誘電性材料からなる誘電層１６に重ねて構成されたものである。遮へい部材１４は、例えばポリイミドのようにフレキシブルな性質を持つ誘電体基材に磁性体シートを積層して平面状に形成され、さらに図２に示すようにコの字又はU字型（上下左右の向きは問わない。）の断面形状を持つように折り返されて構成される。遮へい部材１４は、磁性層１５が２回繰り返して基板１１とアンテナ素子１３の間に挟まれるように配設されている。

図４は、遮へい部材１４の第２の形状及び配設例を図２同様の断面図に含めて表す図である。この例では、遮へい部材１４が数字の“２”に近い断面形状を持つように折り返されている。遮へい部材１４は、磁性層１５が３回繰り返して基板１１とアンテナ素子１３の間に挟まれるように配設されている。

図５は、遮へい部材１４の第３の形状及び配設例を図２同様の断面図に含めて表す図である。この例では、遮へい部材１４が数字の“６”に近い断面形状を持つように折り返されている。遮へい部材１４は、磁性層１５が３回繰り返して基板１１とアンテナ素子１３の間に挟まれるように配設されている。

図６は、図２に示すようにコの字又はU字型の断面形状を持つように折り返された遮へい部材１４を２つ組み合わせて、基板１１とアンテナ素子１３の間に配設した例を表す図である。２の遮へい部材１４は、磁性層１５が４回繰り返して基板１１とアンテナ素子１３の間に挟まれるように配設されている。

図７は、図４に示すように数字の“２”に近い断面形状を持つように折り返された遮へい部材１４と、図５に示すように数字の“６”に近い断面形状を持つように折り返された遮へい部材１４の２つを組み合わせて、基板１１とアンテナ素子１３の間に配設した例を表す図である。２の遮へい部材１４は、磁性層１５が６回繰り返して基板１１とアンテナ素子１３の間に挟まれるように配設されている。

図２及び図４ないし図７に示すように、磁性層１５が複数回繰り返して基板１１とアンテナ素子１３の間に挟まれるように遮へい部材１４が配設されたことにより、図３に示すようにシンプルに構成された遮へい部材１４を用いる場合でも磁性材料からなる層の厚みを等価的に厚くすることができる。その結果、基板１１の接地回路とアンテナ素子１３の間の遮へい効果が高まることにより、アンテナ装置１０のインピーダンス特性を改善して放射効率を向上させることができる。

アンテナ装置１０は遮へい部材１４を折り返して基板１１とアンテナ素子１３の間に配設することにより構成されるから、磁性材料からなる層と誘電性材料からなる層を交互に積層して遮へい部材を形成する方法に比べて、製造工程を簡素化することができる。

図２及び図４ないし図７に示すように磁性層１５の一部が基板１１の面に対して垂直の向きにも配設されるから、遮へい部材１４は、無線装置１が基板１１の面に対して垂直の向きに導電性材料からなる部材を有する場合に該導電性部材とアンテナ素子１３の間の遮へいにも寄与することができる。

図８ないし図１０を参照して、実施例１の効果を説明する。図８は、実施例１の効果を実証するためのシミュレーションモデル（アンテナ装置１０ａとする。）の構成を、図２同様の断面図に含めて表す図である。このシミュレーションモデルでは、遮へい部材１４が図２と同じくコの字型の断面形状を持つように折り返されると共に、基板１１の面に対して垂直の向きに導電性部材１７が配設されている。図８に表したその他の各構成は、図２等に表したのと同じ符号を付して表す。

図９は、比較の対象とするため磁性材料からなる層と誘電性材料からなる層を交互に積層して遮へい部材を形成したシミュレーションモデル（アンテナ装置１０ｂとする。）の構成を、図２同様の断面図に含めて表す図である。説明の便宜上、各構成は図８に表したのと同じ符号を付して表す。

図１０は、アンテナ装置１０ａとアンテナ装置１０ｂの放射効率の周波数特性の一例を、シミュレーションにより求めて表すグラフである。グラフの横軸は、アンテナ素子１３の共振周波数で正規化した周波数を表す（単位は無次元）。グラフの縦軸は、放射効率を表す（単位はデシベル（ｄＢ））。グラフの○印のプロットは、アンテナ装置１０ａの特性を表す。グラフの×印のプロットは、アンテナ装置１０ｂの特性を表す。

図１０によれば、アンテナ装置１０ａはアンテナ素子１３の共振周波数とその近傍の周波数においてアンテナ装置１０ｂより若干優れた放射効率を示す。これは、アンテナ装置１０ａが磁性層１５を基板１１とアンテナ素子１３の間に繰り返し配設したことによる積層と同等の効果を有するのに加え、アンテナ素子１３と導電性部材１７の間の遮へい効果を有することによる。

本発明の実施例１によれば、磁性層を誘電層に重ねて形成された遮へい部材を折り返して基板とアンテナ素子の間に配設することにより、磁性層と誘電層を交互に積層して遮へい部材を形成した場合と同等以上のアンテナ放射効率を得ることができる。

以下、図１１ないし図１３を参照して、本発明の実施例２を説明する。図１１は、実施例２に係る無線装置２の主要な部分及び無線装置２に含まれるアンテナ装置２０の構成を表す図である。無線装置２は、基板２１と、基板２１に設けられた給電点２２に接続されたアンテナ素子２３と、遮へい部材２４を備えている。これらのうち、アンテナ素子２３と遮へい部材２４が、アンテナ装置２０を構成する。

図１２は、図１１に記号“Ｂ−Ｂ”で示した向きのアンテナ装置２０と基板２１の断面図に含めて、遮へい部材２４の形状及び配設例を表す図である。図１２に示すように、基板２１とアンテナ素子２３に挟まれて、遮へい部材２４が配設されている。遮へい部材２４は、実施例１に係る遮へい部材１４と同様に磁性材料からなる磁性層２５を誘電性材料からなる誘電層２６に重ねて構成された部材が、アンテナ素子２３を基板２１に対して遮へいするように配設されたものである。

アンテナ素子２３が給電点２２を介して給電されると、アンテナ素子２３の給電点２２に近い部分に、相対的に値の大きいアンテナ電流が分布する。したがって、遮へい部材２４を設けないとした場合に基板２１の接地回路とアンテナ素子２３の間の電磁的結合が最も強い箇所は、アンテナ素子２３の基板２１にほぼ平行する範囲のうち給電点２２に最も近い一部と、これに対向する基板２１の一部である。これに対して、アンテナ素子２３の先端に近い一部に分布するアンテナ電流は相対的に値が小さく、基板２１との間の電磁的結合は相対的に弱まる。

図１２に示すように、遮へい部材２４は、アンテナ素子２３が給電されたとき分布する電流値が相対的に大きい箇所（上記の基板２１の接地回路とアンテナ素子２３の間の電磁的結合が最も強い箇所）の近傍において、それ以外の箇所よりも磁性層２５の繰り返しの回数が大きくなるように配設されている。

遮へい部材２４を上記のように配設することにより、遮へい部材２４を構成する磁性層２５及び誘電層２６の材料を節約しながら、基板２１とアンテナ素子２３の間の遮へい効果を大きく妨げないようにすることができる。

図１３ないし図１５を参照して、実施例２の効果を説明する。図１３は、実施例２の効果を実証するためのシミュレーションモデル（アンテナ装置２０ａとする。）の構成を表す斜視図である。このシミュレーションモデルでは、図１２に表した遮へい部材２４の磁性層２５を上側の磁性層２５ａと下側の磁性層２５ｂの対として表し、その他の各構成は図１１に表したのと同じ符号を付して表す。

アンテナ素子２３の長手方向は６０ミリメートル（ｍｍ）長（磁性体及び誘電体基材による波長短縮を考慮した共振長）とし、アンテナ素子２３の長手方向に平行に基板２１は８０ｍｍ長（約４分の１波長）、磁性層２５ａは８０ｍｍ長（約４分の１波長）、磁性層２５ｂはＸｍｍ長（Ｘは後述する図１５のグラフの横軸に対応する変数）とする。

図１４は、比較の対象とするため上述した上側の磁性層２５ａと下側の磁性層２５ｂがアンテナ素子２３の長手方向に等長（８０ｍｍ）であるとしたシミュレーションモデル（アンテナ装置２０ｂとする。）の構成を表す斜視図である。図中の各構成は、図１３に表したのと同じ符号を付して表す。

図１５は、上述した変数Ｘとアンテナ装置２０ａ又はアンテナ装置２０ｂの共振周波数ｆ０における放射効率の関係の一例を、シミュレーションにより求めて表すグラフである。グラフの横軸は、変数Ｘを表す（単位はｍｍ）。グラフの縦軸は、放射効率を表す（単位はｄＢ）。グラフの○印のプロットは、アンテナ装置２０ａ（２０≦Ｘ≦６０）の特性を表す。グラフの△印のプロットは、アンテナ装置２０ｂ（Ｘ＝８０）の特性を表す。

図１５によれば、アンテナ素子２３の長手方向に平行な向きの磁性層２５ｂの長さ（変数Ｘ）が同じ向きのアンテナ素子２３の長さ（６０ｍｍ）の３分の１（２０ｍｍ）以上であれば、磁性層２５ｂが基板２１の全幅（８０ｍｍ）をカバーする場合と比べて放射効率の低下は１ｄＢ以下であって大きな差がないことがわかる。

本発明の実施例２によれば、アンテナ素子の電流分布が相対的に大きい箇所と基板の間に磁性層の繰り返し回数が大きくなるように遮へい部材を配設することにより、遮へい部材の材料を節約しながら遮へい効果を大きく妨げないようにすることができる。

以上の実施例の説明において、各アンテナ素子の方式、形状、構成、接続、遮へい部材の形状、配置、折り返しの回数、組み合わせ等は例示であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形が可能である。

本発明の実施例１に係る無線装置の主要な部分及びアンテナ装置の構成を表す斜視図。 実施例１に係る遮へい部材の第１の形状及び配設例を表す基板とアンテナ装置の断面図。 実施例１に係る遮へい部材の構成を表す図。 実施例１に係る遮へい部材の第２の形状及び配設例を表す基板とアンテナ装置の断面図。 実施例１に係る遮へい部材の第３の形状及び配設例を表す基板とアンテナ装置の断面図。 実施例１に係る遮へい部材を２つ組み合わせて配設した第１例を表す図。 実施例１に係る遮へい部材を２つ組み合わせて配設した第２例を表す図。 実施例１の効果を実証するためのシミュレーションモデルの構成を表す断面図。 実施例１の比較対象とするシミュレーションモデルの構成を表す断面図。 実施例１の効果を実証するため図８及び図９に表したシミュレーションモデルの放射効率の周波数特性の一例を表すグラフ。 本発明の実施例２に係る無線装置の主要な部分及びアンテナ装置の構成を表す斜視図。 実施例２に係る遮へい部材の形状及び配設例を表す基板とアンテナ装置の断面図。 実施例２の効果を実証するためのシミュレーションモデルの構成を表す斜視図。 実施例２の比較対象とするシミュレーションモデルの構成を表す斜視図。 実施例２の効果を実証するため図１３及び図１４に表したシミュレーションモデルの放射効率特性の一例を表すグラフ。

符号の説明

１、２ 無線装置
１０、２０ アンテナ装置
１１、２１ 基板
１２、２２ 給電点
１３、２３ アンテナ素子
１４、２４ 遮へい部材
１５、２５ 磁性層
１６、２６ 誘電層
１７ 導電性部材

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板に接続されたアンテナ素子と、
   磁性材料からなる層を誘電性材料からなる層に重ねて形成されると共に折り返され、前記磁性材料からなる層が複数回繰り返して前記基板と前記アンテナ素子の間に挟まれるように配設された遮へい部材とを
   備えたことを特徴とする無線装置。
2. 前記遮へい部材は、フレキシブルな性質を持つ誘電体基材に磁性体シートを積層して平面状に形成され、さらに折り返されて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
3. 前記遮へい部材が２以上組み合わされて前記基板と前記アンテナ素子の間に挟まれるように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
4. 前記遮へい部材は、前記アンテナ素子が給電されたとき分布する電流値が相対的に大きい箇所の近傍において前記磁性材料からなる層の繰り返しの回数が大きくなるように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
5. 無線装置に設けられたアンテナ装置において、
   前記無線装置に含まれる基板に接続されたアンテナ素子と、
   磁性材料からなる層を誘電性材料からなる層に重ねて形成されると共に折り返され、前記磁性材料からなる層が複数回繰り返して前記基板と前記アンテナ素子の間に挟まれるように配設された遮へい部材とを
   備えたことを特徴とするアンテナ装置。
6. 前記遮へい部材は、フレキシブルな性質を持つ誘電体基材に磁性体シートを積層して平面状に形成され、さらに折り返されて構成されたことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記遮へい部材が２以上組み合わされて前記基板と前記アンテナ素子の間に挟まれるように配設されたことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
8. 前記遮へい部材は、前記アンテナ素子が給電されたとき分布する電流値が相対的に大きい箇所の近傍において前記磁性材料からなる層の繰り返しの回数が大きくなるように配設されたことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。

Images