JP2011250246A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の抵抗値を有する導体をアンテナ素子に用いる場合におけるアンテナ性能劣化を小さくする構成を提供する。
【解決手段】本発明のアンテナ装置は、平面状の第１アンテナ素子１０１および第２アンテナ素子１０２と、前記第１アンテナ素子１０１に配置された第１給電端子１０３と、前記第２アンテナ素子１０２に配置された第２給電端子１０４とから構成され、前記第１アンテナ素子１０１および第２アンテナ素子１０２は１Ω／□以上のシート抵抗を有する導体であり、前記第１アンテナ素子１０１の素子幅１０５および第２アンテナ素子１０２の素子幅１０６の最大値は１／１６波長以上１／４波長以下であり、前記第１アンテナ素子１０１の前記第１給電端子１０３における素子幅１０５を（１．２）^{−Ｒ／１０}×０．２波長以下（Ｒ：シート抵抗（Ω／□））として構成される。
【選択図】図１

Description

本発明はアンテナに関する技術であって、所定の抵抗値を有する導体をアンテナ素子に用いるアンテナの性能改善に関する。

近年の無線通信機器には多くの無線通信機能が搭載され、例えば携帯端末では、通話・電子メール・インターネット・地上ディジタルＴＶ放送・無線ＬＡＮ・ＧＰＳ・ＦｅｌｉＣａ・Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、車両搭載機器では、カーナビゲーション用ＧＰＳ・ノンストップ自動料金収受システム（ＥＴＣ）・地上波ディジタルＴＶ放送・衝突安全システムなど、さまざまな無線通信方式に対応した多くのアンテナ素子の搭載が求められる。これらのアンテナには、各無線通信方式に対応した周波数帯域と所望の放射特性が要求されるため、これまで各無線通信方式に対応したアンテナ素子を個別にそれぞれ搭載することが一般的であった。しかしながら、これは機器小型化を阻む要因になると同時に、アンテナ素子同士が近接する場合には電磁結合によりアンテナ性能劣化が生じるという問題があった。このため、アンテナ統合化に向けた広帯域化やアンテナ配置場所の確保が課題であった。

広帯域アンテナとしては平面アンテナが一般的であり、特許文献１のようにアンテナ素子を自己相似形状とすることで広帯域化する構成が提案されている。しかしながら、平面アンテナを無線通信機器に内蔵する場合は大きなアンテナ実装面積が必要である。また、車両搭載機器においてはアンテナ配置位置として面積の大きいフロントガラスが考えられるが、その場合は視認性が課題となる。この課題を解決する方法の１つとして、タッチパネルなどで普及が進んでいる薄膜透明導電材をアンテナ素子に利用することが挙げられる。透明導電材によりアンテナ素子を透明化できれば、外観および視認性を損なうことなく機器外装面やガラス面などの連続したスペースにアンテナを配置でき、大きなアンテナ実装面積を確保できる。例えば特許文献２では、車両ガラス面に貼り付けた透明導電材でアンテナを形成し、近接する冷暖房負荷軽減用の透明導電材をスリットで分割することでアンテナとの電磁結合を低減する構成が提案されている。

特開２００２−１３５０３７号公報 特開昭６２−１９３３０４号公報

しかしながら、透明導電材の抵抗値は一般的にアンテナ素子に用いられる銅などの金属導体の抵抗値と比較すると数桁オーダー高く、抵抗値が大きくなるほどアンテナ素子に分布する電流が減少するためアンテナ性能が劣化するという課題がある。また、抵抗値が大きくなるにつれて電流は給電点付近に多く分布し、他アンテナ素子やアース電位（GND）板などの導体との近接影響によりアンテナ性能が劣化するという課題がある。したがって、特許文献１および２では抵抗値の高い導体をアンテナ素子に用いることを考慮したアンテナ素子形状になっていないためにアンテナ性能の劣化が大きいという課題がある。ここで、透明導電材の抵抗値は光学透過率とトレードオフの関係にあり、例えば機器外装面やガラス面に透明導電材を配置する際などの光学透過率の制約から高抵抗の透明導電材を使わざるを得ない場合には、よりアンテナ素子形状の最適化が良好なアンテナ性能を得るための重要な課題になると考えられる。

本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、所定の抵抗値を有する導体をアンテナ素子に用いる場合に適したアンテナ素子形状とすることで、アンテナ性能の劣化を小さくすることができる。

かかる課題を解決するため、本発明のアンテナ装置は、平面状の第１および第２アンテナ素子と、前記第１アンテナ素子に配置された第１給電端子と、前記第２アンテナ素子に配置された第２給電端子と、を備え、前記第１および第２アンテナ素子は１Ω／□以上のシート抵抗を有する導体で構成され、前記第１および第２アンテナ素子の素子幅の最大値を１／３２波長以上とする構成を採る。この構成によれば、アンテナ素子を面積の大きい平面状とすることで高い抵抗値を有する導体をアンテナ素子に用いる場合においてもアンテナ素子の抵抗を小さくでき、アンテナ性能の劣化を抑えることができる。

本発明のアンテナ装置は、前記第１アンテナ素子の前記第１給電端子における素子幅および前記第２アンテナ素子の前記第２給電端子における素子幅の少なくとも一方を（１．２）^{−Ｒ／１０}×０．２波長以下（Ｒ：シート抵抗（Ω／□））とする構成を採る。この構成によれば、アンテナ素子を平面状とした上でアンテナ素子同士の近接領域を少なくし、給電点付近に分布する電流をアンテナ素子長手方向に流すことができ、アンテナ性能の劣化を抑えることができる。

本発明のアンテナ装置は、前記第１および第２アンテナ素子の素子幅の最大値を１／１６波長以上１／４波長以下とする構成を採る。この構成によれば、アンテナ素子の面積を確保した上でアンテナ素子長手方向の電流を大きくすることができ、アンテナ性能の劣化を抑えることができる。

本発明のアンテナ装置によれば、アンテナ素子形状を面積の大きい平面状かつ給電点付近の素子幅を所定の値以下とする構成により、高い抵抗値を有する導体をアンテナ素子に用いる場合において放射に寄与するアンテナ素子長手方向に分布する電流を大きくすることができ、アンテナ性能の劣化を抑えることができる。

（ａ）本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成を示す図、（ｂ）本発明の実施の形態１のアンテナ装置における電流の合成ベクトルの向きを示す図 本発明の実施の形態１のアンテナ装置におけるアンテナ性能（放射効率）の電磁界シミュレーション結果を示す図 本発明の実施の形態１のアンテナ装置におけるアンテナ性能（放射効率）の電磁界シミュレーション結果を示す図 （ａ）〜（ｆ）本発明の実施の形態１のアンテナ装置におけるアンテナ素子形状の例を示す図 本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成を示す図 本発明の実施の形態２のアンテナ装置におけるアンテナ性能（放射効率）の電磁界シミュレーション結果を示す図 （ａ）〜（ｆ）本発明の実施の形態２のアンテナ装置におけるアンテナ素子形状の例を示す図 （ａ）本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の側面透視図 （ａ）本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の側面透視図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）、図１（ｂ）、図２、図３、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）、図４（ｆ）を参照して、本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成を説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１のアンテナ装置における構成図、図１（ｂ）は電流の合成ベクトルの向きを示した図であり、図２および図３は図１（ａ）のアンテナ装置に関するアンテナ性能（放射効率）の電磁界シミュレーション結果を示した図である。また、図４（ａ）〜（ｆ）はアンテナ素子形状の例を示した図である。

本発明の実施の形態１のアンテナ装置は、平面状の第１アンテナ素子１０１および第２アンテナ素子１０２と、前記第１アンテナ素子１０１に配置された第１給電端子１０３と、前記第２アンテナ素子１０２に配置された第２給電端子１０４とから構成され、前記第１アンテナ素子１０１および第２アンテナ素子１０２は１Ω／□以上のシート抵抗を有する導体であり、前記第１アンテナ素子１０１の素子幅１０５および第２アンテナ素子１０２の素子幅１０６の最大値は１／１６波長以上１／４波長以下であり、前記第１アンテナ素子１０１の前記第１給電端子１０３における素子幅１０５を（１．２）^{−Ｒ／１０}×０．２波長以下（Ｒ：シート抵抗（Ω／□））として構成される。

ここで、シート抵抗（Ω／□）とは、一様の厚さを持つ薄膜の抵抗を表す量であり、抵抗率（Ω・ｍ）を薄膜の厚さで割った値である。また、本発明における平面状のアンテナ素子とは、アンテナ素子の最小長さと最大長さの比が１：１以上１：１０以下であるものを指し、アンテナ素子の素子幅とは、図１（ｂ）に示すようにアンテナに分布する電流の合成ベクトル１０７に直交する方向のアンテナ素子の長さを指す。

図２に、図１（ａ）に示す構成において素子幅の最大値ｗ１＝給電端子部の素子幅ｗ２、すなわちアンテナ素子が長方形状の場合の素子幅の最大値ｗ１に対する放射効率の電磁界シミュレーション結果を示す。素子幅の最大値ｗ１が大きくなるにつれてアンテナ素子の抵抗値が小さくなるため放射効率が改善し、シート抵抗によらず素子幅の最大値ｗ１が１／１６波長以上１／４波長以下の領域において良好な放射効率が得られている。このため、本発明の実施の形態１のアンテナ装置における前記第１アンテナ素子の素子幅１０５および第２アンテナ素子１０２の素子幅１０６の最大値を１／１６波長以上１／４波長以下としている。

図３に、図１（ａ）に示す構成において素子幅の最大値ｗ１＝１／４波長とした場合の給電端子部の素子幅ｗ２に対する放射効率の電磁界シミュレーション結果を示す。給電端子部の素子幅ｗ２が小さくなるにつれて前記第１アンテナ素子１０１と第２アンテナ素子１０２の近接領域が少なくなり、給電点付近に分布する電流をアンテナ素子長手方向に流すことができるため放射効率が改善し、各シート抵抗において給電端子部の素子幅ｗ２が（１．２）^{−Ｒ／１０}×０．２波長以下の場合に良好な放射効率が得られている。このため、本発明の実施の形態１のアンテナ装置における前記第１給電端子部の素子幅１０５を（１．２）^{−Ｒ／１０}×０．２波長以下としている。

上述のように、本発明の実施の形態１によれば、アンテナ素子幅の最大値を所定の値以上とし、給電端子部のアンテナ素子幅を所定の値以下とすることにより、高い抵抗値を有する導体をアンテナ素子に適用する場合においてアンテナ素子を面積の大きい平面状とすることでアンテナ素子に分布する電流を大きくでき、かつアンテナ素子同士の近接領域を少なくして給電点付近に分布する電流をアンテナ素子長手方向に流すことができるため、アンテナ性能の劣化を抑えることができる。

なお、本実施例では、第１アンテナ素子１０１の素子形状を長方形の頂点２つを切り欠いた六角形状として記載しているが、これに限らず、図４（ａ）〜（ｆ）に代表されるような給電端子部にアンテナ素子幅を持つ任意の平面状のアンテナ素子においても同等の効果を得ることができる。
（実施の形態２）
図５、図６、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）、図７（ｅ）、図７（ｆ）を参照して、本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成を説明する。図５は本発明の実施の形態２のアンテナ装置における構成図であり、図６は図５のアンテナ装置に関するアンテナ性能（放射効率）の電磁界シミュレーション結果を示した図である。また、図７（ａ）〜（ｆ）はアンテナ素子形状の例を示した図である。

本発明の実施の形態２のアンテナ装置は、平面状の第１アンテナ素子２０１および第２アンテナ素子２０２と、前記第１アンテナ素子２０１に配置された第１給電端子２０３と、前記第２アンテナ素子２０２に配置された第２給電端子２０４とから構成され、前記第１アンテナ素子２０１および第２アンテナ素子２０２は１Ω／□以上のシート抵抗を有する導体であり、前記第１アンテナ素子２０１および第２アンテナ素子２０２の素子幅の最大値は１／１６波長以上１／４波長以下であり、前記第１アンテナ素子２０１の前記第１給電端子２０３における素子幅および前記第２アンテナ素子２０２の前記第２給電端子２０４における素子幅を（１．２）^{−Ｒ／１０}×０．２波長以下（Ｒ：シート抵抗（Ω／□））として構成される。

図６に、図５に示す構成において素子幅の最大値ｗ１＝１／４波長とした場合の給電端子部の素子幅ｗ２に対する放射効率の電磁界シミュレーション結果を示す。図３に示した実施の形態１のアンテナ装置の場合と同様に、給電端子部の素子幅ｗ２が小さくなるにつれて放射効率が改善する。本発明の実施の形態２のアンテナ装置では第１アンテナ素子２０１および第２アンテナ素子２０２両方の給電端子部における素子幅を（１．２）^{−Ｒ／１０}×０．２波長以下とするため、例えば、シート抵抗２０Ω／□における放射効率の最大値は−２．０ｄＢと図３の場合よりも約０．５ｄＢ改善しており、本実施例の構成では本発明の実施の形態１の構成よりも良好なアンテナ性能を得ることができる。

上述のように、本発明の実施の形態２によれば、アンテナ素子幅の最大値を所定の値以上とし、かつ全てのアンテナ素子の給電端子部のアンテナ素子幅を所定の値以下とすることにより、本発明の実施の形態１と同等以上の効果を得ることができる。

なお、本実施例では、第１アンテナ素子２０１および第２アンテナ素子２０２の素子形状を長方形の頂点２つを切り欠いた六角形状として記載しているが、これに限らず、図７（ａ）〜（ｆ）に代表されるような給電端子部にアンテナ素子幅を持つ任意の平面状のアンテナ素子においても同等の効果を得ることができる。
（実施の形態３）
図８（ａ）、図８（ｂ）を参照して、本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の構成を説明する。図８（ａ）は本発明の実施の形態３のアンテナ装置における斜視図であり、図８（ｂ）は側面透視図である。

本発明の実施の形態３のアンテナ装置は、携帯端末３０１と、前記携帯端末３０１内に収納された回路基板３０２と、前記携帯端末３０１の外装面上に配置された平面状の第１アンテナ素子３０３および第２アンテナ素子３０４と、前記第１アンテナ素子３０３に配置された第１端子３０５と、前記第２アンテナ素子３０４に配置された第２端子３０６と、前記回路基板３０２と前記第１端子３０５とを電気的に接続する第１給電線３０７と、前記回路基板３０２と前記第２端子３０６とを電気的に接続する第２給電線３０８とから構成され、前記第１アンテナ素子３０３および第２アンテナ素子３０４は１Ω／□以上のシート抵抗を有する導体であり、前記第１アンテナ素子３０３および第２アンテナ素子３０４の素子幅の最大値は１／１６波長以上１／４波長以下であり、前記第１アンテナ素子３０３の前記第１端子３０５における素子幅および前記第２アンテナ素子３０４の前記第２端子３０６における素子幅を（１．２）^{−Ｒ／１０}×０．２波長以下（Ｒ：シート抵抗（Ω／□））として構成される。

第１アンテナ素子３０３および第２アンテナ素子３０４は、例えば、透明導電材である。透明導電材によりアンテナ素子を透明化できるため、外観を損なうことなくアンテナ素子を携帯端末の外装面に配置でき、大きなアンテナ実装面積を確保できる。また、アンテナ素子幅の最大値を所定の値以上としつつ端子部のアンテナ素子幅を所定の値以下とすることにより、高い抵抗値を有する透明導電材をアンテナ素子に用いることによるアンテナ性能の劣化を小さくできる。

上述のように、本発明の実施の形態３によれば、透明導電材で構成したアンテナ素子を携帯端末外装面に配置する構成により外観を損なうことなく大きなアンテナ実装面積を確保することができ、アンテナ設計自由度を向上できる。また、アンテナ素子形状を本発明の実施の形態２のように構成することにより、高い抵抗値を有する透明導電材をアンテナ素子に用いる場合のアンテナ性能劣化を抑えることができる。
（実施の形態４）
図９（ａ）、図９（ｂ）を参照して、本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の構成を説明する。図９（ａ）は本発明の実施の形態４のアンテナ装置における斜視図であり、図９（ｂ）は側面透視図である。

本発明の実施の形態４のアンテナ装置は、携帯端末４０１と、前期携帯端末４０１内に収納された回路基板４０２と、前記携帯端末４０１の外装面上に配置された平面状の第１アンテナ素子４０３と、前記第１アンテナ素子４０３に配置された第１端子４０４と、前記回路基板４０２と前記第１端子４０４とを電気的に接続する第１給電線４０５とから構成され、前記回路基板４０２のＧＮＤ板は第２アンテナ素子としても動作し、前記第１アンテナ素子４０３は１Ω／□以上のシート抵抗を有する導体であり、前記第１アンテナ素子４０３の素子幅の最大値は１／１６波長以上１／４波長以下であり、前記第１アンテナ素子４０３の前記第１端子４０４における素子幅を（１．２）^{−Ｒ／１０}×０．２波長以下（Ｒ：シート抵抗（Ω／□））として構成される。

上述のように、本発明の実施の形態４によれば、回路基板４０２を第２アンテナ素子に利用することにより部品点数を削減しつつ、本発明の実施の形態３と同等の効果を得ることができる。

本発明のアンテナ装置は、高い抵抗値を有する導体をアンテナ素子に用いる場合にアンテナ性能の劣化を小さくできるという効果を有し、シート抵抗１Ω／□以上の導体を用いるアンテナ全てに適用できる。

１０１、２０１、３０３、４０３ 第１アンテナ素子
１０２、２０２、３０４ 第２アンテナ素子
１０３、２０３ 第１給電素子
１０４、２０４ 第２給電素子
１０５ 第１アンテナ素子の素子幅
１０６ 第２アンテナ素子の素子幅
１０７ 電流の合成ベクトル
３０１、４０１ 携帯端末
３０２、４０２ 回路基板
３０５、４０４ 第１端子
３０６ 第２端子
３０７、４０５ 第１給電線
３０８ 第２給電線

Claims (3)

1. 平面状の第１および第２アンテナ素子と、
   前記第１アンテナ素子に配置された第１給電端子と、
   前記第２アンテナ素子に配置された第２給電端子と、を備え、
   前記第１および第２アンテナ素子は１Ω／□以上のシート抵抗を有する導体で構成され、
   前記第１および第２アンテナ素子の素子幅の最大値を１／３２波長以上とすることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１アンテナ素子の前記第１給電端子における素子幅および前記第２アンテナ素子の前記第２給電端子における素子幅の少なくとも一方を（１．２）^{−Ｒ／１０}×０．２波長以下（Ｒ：シート抵抗（Ω／□））とすることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１および第２アンテナ素子の素子幅の最大値を１／１６波長以上１／４波長以下とすることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。

Images