JP2011205635A - アンテナ装置および携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナエレメントに給電が行われるアンテナ装置において、アンテナの放射特性を損なうことなく、光透過性を有するアンテナ装置を比較的安価に提供する。
【解決手段】特定の周波数帯に対応したアンテナエレメント２１は、給電を受ける給電箇所（金メッキ接点２１ａ）と、メッシュ部分２１ｃとを有する。アンテナエレメント２１の給電箇所およびその近傍の領域においてメッシュをより密にするか、または、ソリッドにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナエレメントに給電が行われるアンテナ装置およびこれを備えた携帯機器に関する。

現在、携帯電話端末をはじめとする携帯機器には、無線通信用のアンテナが必須の部品となっている。概してアンテナはその電気特性（放射特性）の確保の必要性から筐体から一部が飛び出たり、内蔵アンテナにおいては筐体内部の少なからぬエリアを占めるため機器の物理サイズが大きくなるといった問題がある。

これら放射特性上の観点と意匠上の観点の両立のため、携帯機器のアンテナ部を透明にしたいという要求がある。

従来、透明かつ導電性の材料として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）が知られている。ＩＴＯはタッチパネルなどでの需要が急拡大している。

電磁波シールド、液晶パネル、太陽電池などに用いられるＩＴＯ蒸着透明電極材料に替わる透明電極材料として、透明支持体とその上に形成された導電性線分パターンとからなり、導電性線分パターンが厚さ０．０２〜２０μｍ、線幅が０．５〜１００μｍとしたものが提案されている（特許文献１）。

特開平９−１４７６３９号

上記酸化インジウムスズを利用する技術は、ＩＴＯの透明度と導電率がトレードオフ関係にあり、通信を行なう無線周波数（ＲＦ）帯域ではその両立は困難である。また、希少な金属であるインジウムを使用するため安定した材料の調達やコスト面での課題がある。

特許文献１に記載の技術は、電極材料として利用されるものであり、アンテナについて考慮されたものではない。

また、従来、反射鏡アンテナにおいては、その使用周波数に対し十分に小さい穴（スロット）をアンテナの導体上に構成してもほぼ性能が保てることが知られており、衛星通信用の大型反射鏡アンテナでは、軽量化や耐風性能を考慮してメッシュ構造のリフレクタが採用される場合がある。その結果、光透過性を有するアンテナが実現される。しかし、これは反射板として利用するアンテナについてのみであり、メッシュ部自体を、給電される一次放射器としたアンテナ構成では採用されるものではない。

本発明はこのような背景においてなされたものであり、アンテナエレメントに給電が行われるアンテナ装置において、アンテナの放射特性を損なうことなく、光透過性を有するアンテナ装置を比較的安価に提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明によれば、特定の周波数帯に対応したアンテナエレメントを備え、前記アンテナエレメントは、給電を受ける給電箇所と、少なくとも一部の領域をメッシュ状に形成したメッシュ部分とを有し、給電箇所およびその近傍の領域においてメッシュをより密にするか、または、ソリッドにしたアンテナ装置が提供される。

アンテナエレメントをメッシュ状にしたメッシュ部分は光透過性を呈する。また、給電箇所およびその近傍の領域においてメッシュをより密にするか、または、ソリッドにすることにより、電流の集中する領域の電気抵抗を低下させることができる。その結果、メッシュ化によりアンテナの放射特性を損なうことが避けられる。

前記アンテナエレメントの屈曲する部分は、好ましくは、メッシュをより密にするか、または、ソリッドにする。これにより、アンテナエレメントの強度が向上する。

前記メッシュの密度は、段階的にまたは連続的に変化させてもよい。

前記アンテナエレメントがＧＮＤ部を有する場合、好ましくは、前記給電を受ける箇所および前記ＧＮＤ部以外の領域をメッシュ状にする。

前記メッシュ部分の線幅Ｗ、線幅Ｗと線間隔Ｄの関係、およびメッシュ部分の開口率等がどのように決定されるかについては、以下の説明において詳細に説明する。

本発明はまた、携帯機器を提供する。この携帯機器は、アンテナ装置と、発光素子と、前記発光素子から発した光を前記アンテナ装置を通して外部へ出力する発光部とを備える。このアンテナ装置は、特定の周波数帯に対応したアンテナエレメントを備え、前記アンテナエレメントは、給電を受ける給電箇所と、少なくとも一部の領域をメッシュ状に形成したメッシュ部分とを有し、給電箇所およびその近傍の領域においてメッシュをより密にするか、または、ソリッドにしたものである。

前記携帯機器は例えば、携帯電話端末であり、前記発光部は、前記携帯電話端末の電話およびメールの少なくとも一方の着信時に、その着信を報知するアイコン、記号または文字を発光表示する。この発光表示において、アンテナエレメントのメッシュ部分は光透過性を有するので、支障とならない。

本発明によれば、アンテナエレメントの少なくとも一部の領域をメッシュ状に形成し、かつ、給電箇所およびその近傍の領域においてメッシュをより密にするか、または、ソリッドにすることにより、アンテナの放射特性に悪影響を与えることなく光透過性を得ることができる。その結果、アンテナ装置を用いる携帯機器において、アンテナエレメント部分の高い光の透過率を実現し、意匠の創作自由度に貢献することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示した図である。 図１内のフレキシブル回路基板のメッシュ部分の概略の断面図である。 図１のアンテナエレメントのメッシュ部分の構成例を示した図である。 携帯電話端末で多く採用される８００ＭＨｚ帯で動作するアンテナに本発明を適用した実験検討結果を示すグラフである。 図１に示したアンテナ装置について、アンテナエレメント上の電流分布を示した図である。 本発明の実施の形態におけるメッシュ部分の変形例を示した図である。 本発明の実施の形態におけるメッシュ部分のメッシュ構造のさらなる変形例を示した図である。 メッシュの密度を複数段階にしたアンテナエレメントの別の例を示した図である。 本発明の実施の形態のアンテナ装置を利用した携帯機器としての携帯電話端末の正面図である。 図９の携帯電話端末におけるアイコンが発光（または点滅）等の表示の例を示す図である。 図９の携帯電話端末の下部の概略構成を示す図である。 本発明を面状アンテナに適用した場合の構成例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示した図である。このアンテナ装置は、屈曲可能な部品としてのフレキシブル回路基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）２０で構成されている。フレキシブル回路基板２０は、本実施の形態では、透明板２３上に、給電される一次放射器としてのアンテナエレメント２１として、ハイバンド（ＨＢ）用とローバンド（ＬＢ）用の２本の導電パターンを形成している。この例では、複数の周波数帯域に対応したマルチバンド対応の線状アンテナを例として挙げている。マルチバンドとしては、例えば、携帯電話の８００ＭＨｚ帯と、１９５０ＭＨｚ、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）の２．５ＧＨｚ等が考えられる。

いずれのアンテナエレメント２１も、給電を受ける金メッキ接点２１ａの給電箇所と、これに続く非メッシュ部分２１ｂと、さらにこれに続くメッシュ部分２１ｃとを有している。

メッシュ部分２１ｃは、アンテナエレメント２１の少なくとも一部の領域を光透過性とするためにメッシュ状に形成した部分である。本明細書において「メッシュ」とは、アンテナエレメントの平面に網目状の透孔が空いた状態をいう。網目の形状としては、後述するように種々の形状が考えられる。

好ましくは、アンテナエレメント２１の給電箇所の近傍の領域はメッシュをより密にするか、または、ソリッド（中空でない）にする。この例では、各アンテナエレメント２１は、対応する周波数の４分の１波長（λ／４）の長さを有し、ほぼその半分の先端側をメッシュ部分２１ｃとしている。本実施の形態の非メッシュ部分２１ｂは、ソリッドであり、後述する理由により、給電側に設けている。

図２は、フレキシブル回路基板２０のメッシュ部分２１ｃの概略の断面図を示している。

可撓性の透明材料で形成された透明板２３上にアンテナエレメント２１が形成される。この例では、透明板２３の厚さは約２５〜１００μｍであり、アンテナエレメント２１の厚さは約１０μｍである。メッシュ部分２１ｃでは導電ラインが一定間隔に並ぶ構成となる。この例では、アンテナエレメント２１の上に透明カバー層２４を保護層として形成している。また、透明板２３の下面には透明接着剤２５の層を設けている。これは、後述するように支持体（支持部材）に対して接着できるようにするものである。

フレキシブル回路基板２０の構成は図２の構成に限るものではない。例えば、対向面が対峙する二つの透明部材間にフレキシブル回路基板２０を挟持する構成であってもよい。その場合、透明接着剤２５の層はなくてもよい。

図３はメッシュ部分２１ｃの構成例を示している。この例では、メッシュの目を方形とし、導電ライン４１の線幅を１０μｍとし、線間隔を２２０μｍとしている。交差する２線は電気的に接続されているものとする。これにより電流の流れる経路が面構造となり、抵抗成分を少なくすることができる。安定した接触を得るため、織物構造の材料ではなく板状の板（金属板、本実施の形態では銅板）をエッチングして構成することが好ましい。

導電ライン４１の線幅および線間隔を決定する際には、アンテナの放射特性とメッシュ部分の光の透過率の両方の要請を満足する必要がある。

図４は、携帯電話端末で多く採用される８００ＭＨｚ帯で動作するアンテナに本発明を適用した実験検討結果を示すグラフである。グラフの横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は測定されたアンテナ効率（ｄＢ）を示している。アンテナエレメントとしてメッシュ部分のない銅箔エレメントと、メッシュ部分を有するアンテナエレメント（銅製）について実験した。メッシュ部分を有するアンテナエレメントは、導電ラインの線幅は１０μｍ、厚みは１０μｍとし、線間隔（ピッチ）を２２０μｍの場合と４００μｍの場合の２例を用いた。

図４のグラフから、メッシュ部分のない銅箔エレメントに対し、メッシュ部分を有するアンテナエレメントは共振周波数がやや低域にずれているが、ピッチ２２０μｍのものはほぼ同等のアンテナ性能が確保できていることが確認できる。ピッチ４００μｍはメッシュに間隔が疎になりすぎているため導体損失が増加し、１ｄＢ程度アンテナ効率が劣化していることが確認できる。

メッシュ部分の導電ラインの線幅を決定する際には、アンテナの放射特性に関しては線幅は太いほどよく、線間隔は狭いほどよい。一方、所望のレベル以上の光（可視光）の透過率を得るためには、線幅は細いほどよく、また、線間隔は広いほどよい。

このように、アンテナの放射特性と光の透過率についてはトレードオフの関係にあるため、両方の要請を満足するためには、以下のような検討が必要となる。

導体損失を増加させることなく、光透過率を向上させるために導電ラインの線幅（および厚み）の下限を見極めるためには、当該アンテナエレメントの対象周波数についてのスキンデプスを考慮する必要がある。高周波数の電流は導体の表面に多く流れる表皮効果という性質があり、スキンデプスは実質的に電流が流れる「表皮」の深さを示す指標である。

導電ラインの表面と裏面の両方向を考慮すると、導体損失を増加させないためにはスキンデプスの約２倍以上の線幅（および厚み）が必要と考えられる。例えば、導電材料が銅の場合、ローバンドの周波数８５０ＭＨｚについてのスキンデプスは約３μｍであり、最低限必要な線幅は５〜７μｍとなる。上記の例の線幅１０μｍは、アンテナの放射特性の観点からは十分な線幅であると言える。

このようにメッシュ部分の導電ラインの線幅Ｗ（および厚み）は、そのアンテナエレメントの対象周波数について、当該導電材料のスキンデプスの２倍以上に設定することが望ましい。

なお、ハイバンドについてはスキンデプスの値がより小さくなるので、ローバンドについて決定された線幅で足りると考えられる。

所望のレベル以上の光（可視光）の透過率を得るためには、アンテナエレメント２１のメッシュ部分２１ｃを構成する導電ラインの線幅は細いほどよく、また、線間隔は広いほどよい。図３に示した線幅Ｗと線間隔Ｄの関係で得られる光透過率が最低限必要とされるとすれば、線幅Ｗと線間隔Ｄの関係は、ほぼＤ≧２２Ｗとなる。

この場合の光（可視光）を透過させる度合いとして開口率を考慮することもできる。開口率は、メッシュ部分の面積当たりの開口部の割合であり、図３の例では次式のように求まる。

開口率＝２２０×２２０／｛（２２０＋１０）×（２２０＋１０）｝
＝０．９１５

すなわち、所望の透過率を得るためには開口率は約９１％以上であることが好ましいと言える。

図５に、図１に示したアンテナ装置について、アンテナエレメント上の電流分布を示す。この例では図５（ａ）に示すように、地導体６１に対してローバンド用のアンテナエレメント２１とハイバンド用のアンテナエレメント２１とを組み合わせたアンテナ装置である。各アンテナエレメント２１と地導体６１の間に給電点が設けられ、ここに図示しないアンテナ整合回路が配置される。

図５（ｂ）から分かるように、ローバンド（この例では８５０ＭＨｚ）の周波数帯についてはローバンド用のアンテナエレメント２１（ＬＢ）に電流が多く流れ、しかもその電流の多くは給電点近傍に集中している。同様に図５（ｃ）から分かるように、ハイバンド（この例では１９５０ＭＨｚ）の周波数帯についてはハイバンド用のアンテナエレメント２１（ＨＢ）に電流が多く流れ、しかもその電流の多くは給電点近傍に集中している。

このように、携帯電話端末で多く採用される４分の１波長（λ／４）アンテナの場合、給電点近傍に多くの電流が流れるため、上述のように、その部分のメッシュをソリッドまたは密にすると、細いアンテナエレメントに電流が集中することに起因した導体損の増加によるアンテナ効率の劣化を少なくすることができる。

図６（ａ）（ｂ）は、メッシュ部分２１ｃの変形例を示している。この例は、メッシュ部分２１ｃについて、電流が多く流れるアンテナエレメントの長手方向に沿ったメッシュ部分最外周の導電ライン４２の線幅を内側の導電ライン４１の線幅より太くしたものである。図６（ａ）は最外周の導電ライン４２に対して、内部の導電ライン４１が平行なメッシュ構造を示し、図６（ｂ）は斜行するメッシュ構造を示している。図６（ｂ）のメッシュ構造での線幅Ｗと線間隔Ｄは細い方の導電ライン４１によって決定する。

図７は、メッシュ部分のメッシュ構造のさらなる変形例を示している。上記の例では、少なくとも内部の導電ライン４１は並行ラインが直交する形式のものを示した。図７の例では、アンテナエレメントの長手方向に沿った導電ライン４１は上記の例と同様であるが、この導電ライン４１に直交する導電ライン４３は隣接する導電ライン４１間を結ぶ短い線分としての導電ライン４３である。アンテナエレメントの長手方向に沿って導電ライン４３は一定間隔で配置されるが、その位相は各導電ライン４１間でずれている。この例では、位相が１８０度ずれており、メッシュの目に相当するブロックはレンガ積みの様相を呈している。なお、位相のずれ量は１８０度に限るものではない。

特に図示はしないが、図７のメッシュ構造においても、図６に示したように、電流が多く流れるアンテナエレメントの長手方向に沿ったメッシュ部分最外周の導電ラインの線幅を内側の導電ラインの線幅より太くする構成とすることができる。

図８は、メッシュの密度を複数段階にしたアンテナエレメント２１の別の例を示している。図１に示したと同様の要素には同じ参照番号を付して、重複した説明は省略する。この例においては、上記のメッシュ部分２１ｃと非メッシュ部分２１ｂとの間に、メッシュ部分２１ｃよりもメッシュ密度の高いメッシュ部分２１ｄを設けている。すなわち、この例ではメッシュの密度を２段階に変化させている。メッシュ密度の変化は、２段階に限るものではなく、より多くの段階的な変化であってもよい。あるいはメッシュ密度が連続的に変化する構成であってもよい。

図９に、本実施の形態のアンテナ装置を利用した携帯機器としての携帯電話端末１００の正面図を示す。

携帯電話端末１００は、液晶デバイスのような表示部１２と、テンキー等の各種操作キーを含む操作部１４に加えて、本発明に係るアンテナ装置を内部に配置した発光部１６を備える。この例では、発光部１６は携帯電話端末１００の下端部に配置しているが、その位置は下端部に限るものではない。例えば、端末の上端部であってもよい。発光部１６は、内部に配置した発光素子から発した光を透明なアンテナ装置を通して外部へ出力する電飾パーツである。例えば、特定のアプリケーションを表す指標を選択的に発光表示することができる。この例では、電話およびメールの着信時に、その着信を報知するアイコン１７ａ、１７ｂを発光表示する場合を示している。メールの着信時には、図１０（ａ）に示すように、アイコン１７ａが発光（または点滅）等の表示を行う。電話の着信時には、図１０（ｂ）に示すように、アイコン１７ｂが発光（または点滅）等の表示を行う。このような制御は、図示しないが、内部の制御部（ＣＰＵやプログラムメモリを含む）により行われる。

図１１に、発光部１６を含む、携帯電話端末１００の下部の概略構成を示す。図１１（ａ）はその内部の正面図、図１１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、図１１（ｃ）はＢ−Ｂ断面図を示す。

図１１（ｃ）によく現れるように、フレキシブル回路基板２０は透明の支持体２８に対して、その周囲に巻き付けて固定される。この固定は上記接着剤により行える。フレキシブル回路基板２０の屈曲部に当たるアンテナエレメントの部分について、メッシュをより密にするか、または、ソリッドにすることにより、アンテナエレメントの強度を向上させ、安定した屈曲性能を確保することができる。

アンテナエレメント２１の金メッキ接点２１ａは筐体３０内に設けられた給電点２７に接触固定される。給電点２７は、筐体内の図示しない回路基板に接続される。発光部１６の外殻も透明の部材で形成される。筐体の内部には、発光部１６を発光させるための発光素子としてのＬＥＤ２５（この例では３個）が配置されている。ＬＥＤ２５からの光は支持体２８を通過し、支持体２８に形成された４５度反射面１６ａで９０度向きが変えられ、操作部１４の操作キー２６の配置された表面側の外部へ射出する。その場合、光路上にアンテナエレメントが存在しても、その部分をメッシュ部分２１ｃとすることにより、光が透過するので、発光部１６の表面の発光の支障とならない。反射面１６ａは空洞により形成しているが、プリズム等の別の光学部品を利用してもよい。

なお、フレキシブル回路基板２０は支持体２８の表側から裏側まで回り込む構成としているが、表面側で終端する構成であってもよい。上述したアイコン１７ａ、１７ｂは発光部１６の外殻に形成してもよいし、支持体２８側、例えば反射面１６ａに形成してもよい。アプリケーションを表す指標はアイコンに限るものではなく、記号または文字であってもよい。

図９の例では、いわゆるストレート型の携帯電話端末を示したが、その筐体の形式は問わない。例えば、筐体が上下に分かれた折り畳み型やスライド型であってもよい。

以上の説明では線状アンテナについて説明したが、本発明は線状アンテナに限るものではない。図１２に面状アンテナに適用した場合の構成例を示す。

図１２（ａ）は、λ／２の幅を有する面状のアンテナエレメントを有するマイクロストリップアンテナの例を示している。この場合、アンテナエレメントの中央に給電点（ＦＰ）が位置する。電流密度の高い、給電点を含む幅方向の中央領域７１はソリッドとし、給電点から離れた幅方向の側端領域７２をメッシュ構造としている。

図１２（ｂ）は、λ／４の幅を有し、幅方向の一端の側辺をＧＮＤとし、このＧＮＤから若干離れた位置に給電点（ＦＰ）を設けた面状アンテナの例を示している。この場合、電流密度の高い、ＧＮＤおよび給電点を含む一端領域７３をソリッドとし、ＧＮＤおよび給電点から離れた側端領域７４をメッシュ構造としている。

図１２（ｃ）は、縦横ともにλ／４のサイズの方形の面状アンテナの例を示している。方形の一角をＧＮＤ点とし、ＧＮＤ点から若干離れた位置に給電点（ＦＰ）を設けている。電流密度の高い、ＧＮＤ点および給電点を含む一角領域７５をソリッドとし、ＧＮＤおよび給電点から離れた周囲領域７６をメッシュ構造としている。

図１２（ｄ）は、縦横のサイズａ，ｂの長方形の対角線の長さがλ／４の面状アンテナの例を示している。アンテナエレメントの中央に給電点（ＦＰ）が位置する。電流密度の高い、給電点を中央領域７７はソリッドとし、給電点から離れた周辺領域７８をメッシュ構造としている。

このように面状アンテナでアンテナエレメントがＧＮＤ部を有する場合、給電点およびＧＮＤ部以外の領域をメッシュ状にすることができる。

メッシュ部は、線状アンテナで説明したと同様に、メッシュ密度を段階的に変更したり、連続的に変化させるようにしてもよい。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。例えば、アンテナエレメントの材質として銅を例に挙げたが、銅に限るものではなく、他の金属や導電体材料であってもよい。

マルチバンド対応のアンテナ装置について説明したが、本発明はマルチバンドのアンテナ装置に限るものではなく、シングルバンド対応のアンテナ装置にも適用可能である。

１２…表示部、１４…操作部、１６…発光部、１６ａ…反射面、１７ａ…アイコン、１７ｂ…アイコン、２０…フレキシブル回路基板、２１…アンテナエレメント、２１ａ…金メッキ接点、２１ｂ…非メッシュ部分、２１ｃ…メッシュ部分、２１ｄ…メッシュ部分、２３…透明板、２４…透明カバー層、２５…透明接着剤、２６…操作キー、２７…給電点、２８…支持体、３０…筐体、４１…導電ライン、４２…導電ライン、４３…導電ライン、６１…地導体、１００…携帯電話端末

Claims (1)

1. 特定の周波数帯に対応したアンテナエレメントを備え、
   前記アンテナエレメントは、
   給電を受ける給電箇所と、
   少なくとも一部の領域をメッシュ状に形成したメッシュ部分とを有し、
   給電箇所およびその近傍の領域においてメッシュをより密にするか、または、ソリッドにした
   アンテナ装置。