JP2019016926A

JP2019016926A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2019016926A
Application number: JP2017133633A
Authority: JP
Inventors: 大輔淡路; Daisuke Awaji
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-01-31
Also published as: US20200137874A1; WO2019008821A1; EP3621151A1; EP3621151A4

Abstract

【課題】フレキシブル基板に形成されたアンテナの方向を定めつつ、誘電体損失を抑制する。【解決手段】アンテナ装置は、アンテナ及び前記アンテナに接続された信号線がおもて面側に形成されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の形状を所定の形状とするサポートと、を備え、前記サポートは、前記アンテナ及び前記信号線が形成された第１領域に対向する、前記フレキシブル基板のうら面の第２領域の少なくとも一部を覆わない形状であること、を特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

近年、無線通信で多くの情報をやりとりするために、ミリ波帯の通信技術の開発が行われている。ミリ波帯のような高い周波数帯の信号を伝送する際には、アンテナ等での導体損失や誘電体損失が大きくなる。このため、一般的に、アンテナ等は誘電体損失の少ない基板に形成される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−８２８６号公報

ところで、アンテナからの電波の放射方向の調整ができ、誘電体損失の少ない基板としては、例えば液晶ポリマーを用いたフレキシブルプリント基板（以下、単にフレキシブル基板と称する）がある。このようなフレキシブル基板にアンテナを形成すると、アンテナの誘電体損失を抑制できるが、アンテナの方向（電波の放射方向）を定める必要がある。そこで、例えば、おもて面にアンテナが形成されたフレキシブル基板のうら面（裏面）に、プリント基板が貼り付けられることがある。ただし、このような場合、プリント基板の影響により、アンテナ等での誘電体損失が悪化してしまうことがある。

そこで本発明の目的は、フレキシブル基板に形成されたアンテナの方向を定めつつ、誘電体損失を抑制できる技術を提供することにある。

上記課題を解決する本発明に係るアンテナ装置は、アンテナ及び前記アンテナに接続された信号線がおもて面側に形成されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の形状を所定の形状とするサポートと、を備え、前記サポートは、前記アンテナ及び前記信号線が形成された第１領域に対向する、前記フレキシブル基板のうら面の第２領域の少なくとも一部を覆わない形状であること、を特徴とする。

本発明によれば、フレキシブル基板に形成されたアンテナの方向を定めつつ、誘電体損失を抑制できる。

アンテナ装置１０の斜視図である。基板ユニット２０のおもて面側の斜視図である。基板ユニット２０のうら面側の斜視図である。サポート６０の斜視図である。接着状態を説明するための模式図である。アンテナ装置１１の斜視図である。サポート６１の斜視図である。サポート６１の分解斜視図である。アンテナ装置１２の斜視図である。サポート６２の斜視図である。図９のアンテナ装置１２のＡ−Ａ線断面図である。サポート６５の斜視図である。

−−−アンテナ装置１０（第１実施形態）−−−
図１は、アンテナ装置１０の構成を示す斜視図である。アンテナ装置１０は、ミリ波の電波を送受信する際に用いられる装置であり、図２及び図３に示す基板ユニット２０と、図４に示すサポート６０とを含んで構成される。図２は、基板ユニット２０のおもて面（表面）側の斜視図である。

基板ユニット２０は、アンテナ装置１０にて電波の送受信を実行するユニットであり、フレキシブル基板３０、アンテナ４０、信号線４１、ＩＣ（Integrated Circuit）４２、配線４３及びコネクタ５０を含んで構成される。

フレキシブル基板３０は、例えば液晶ポリマーを材料とするフィルム状の多層のプリント配線基板であり、各種部品が実装される。

アンテナ４０は、フレキシブル基板３０のおもて面にパターン形成された金属箔であり、ミリ波の電波を送受信する。

信号線４１は、アンテナ４０で受信された信号、またはアンテナ４０で送信される信号が伝送される配線であり、フレキシブル基板３０のおもて面にパターン形成されている。なお、本実施形態では、フレキシブル基板３０において、アンテナ４０及び信号線４１が形成された領域を、領域１００とする。そして、アンテナ４０及び信号線４１では、ミリ波帯の信号が伝送されるため、領域１００においては誘電体損失が発生する。

なお、フレキシブル基板３０の内部の層では、図示しない、接地用（ＧＮＤ）のメタルパターンが信号線４１や配線４３の下側に設けられている。また、アンテナ４０や信号線４１は、フレキシブル基板３０のおもて面に形成され、樹脂製の保護膜（不図示）で覆われているが、これに限られない。例えば、フレキシブル基板３０のおもて面に近い内部の層にパターン形成されていても良い。つまり、アンテナ４０や信号線４１は、アンテナ装置１０が所定の電波を送受信できるよう、フレキシブル基板３０のおもて面側に設けられていれば良い。

ＩＣ４２は、アンテナ４０で送受信する電波を処理する無線通信回路であり、アンテナ４０との間でミリ波の信号のやりとりをしつつ、コネクタ５０との間でベースバンド信号のやり取りを行う。

配線４３は、ＩＣ４２とコネクタ５０との間を接続する複数の配線であり、例えば、ベースバンド信号を伝送する配線や、ＩＣ４２を動作させる電源を供給する配線を含む。なお、図１及図２等では、配線４３は便宜上一つのパターンとして描かれているが、上述のように、複数の配線を含む。

コネクタ５０は、例えばアンテナ装置１０を動作させる制御装置（不図示）に接続される部品であり、フレキシブル基板３０の末端側の端部に設けられている。なお、コネクタ５０には、例えば複数のピンが設けられているが便宜上省略されている。

図３は、基板ユニット２０のうら面側の斜視図である。図３では、フレキシブル基板３０のおもて面の領域１００（第１領域）に対向する、うら面の領域２００（第２領域）が図示されている。うら面の領域２００に対し、フレキシブル基板３０をサポートするリジッド基板等が貼り付けられると誘電体損失が増加する。このため、詳細は後述するが、本実施形態のサポートは、誘電体損失を抑制すべく、領域２００の少なくとも一部を覆わないような形状をしている。

図４は、サポート６０の斜視図である。サポート６０は、アンテナ４０から送信される電波の方向が定まるよう、フレキシブル基板３０をサポートし、所定の形状とする部材である。このため、サポート６０は、フレキシブル基板３０より固い材料で形成されている。なお、サポート６０の材料は、例えば、セラミック、ガラス、ポリエーテル、エーテルケトン樹脂、エポキシガラス、金属（ステンレス、アルミ、鉄、黄銅、金、銀、真鍮、チタン、鋼）、プラスチックである。

また、サポート６０は、フレキシブル基板３０のうら面に取り付けられた際に、領域２００を除くフレキシブル基板３０の周囲の領域を支持する形状をしており、支持部３００〜３０２を含む。支持部３００は、フレキシブル基板３０のコネクタ５０側とは反対側の先端部を支持する。また、支持部３０１は、フレキシブル基板３０の長手方向に沿った一方の端部を支持し、支持部３０２は、フレキシブル基板３０の長手方向に沿った他方の端部を支持する。つまり、サポート６０は、コネクタ５０が取り付けられていない辺に沿った形状（コの字状又は略Ｕ字状の平面形状）をしている。そして、サポート６０は、フレキシブル基板３０に、接着剤を介して取り付けられる。本実施形態では、接着剤は、図１に示す、サポート６０と、フレキシブル基板３０とが重なり合う重複部４００に塗られている。図５は、接着状態を説明するための模式図である。図５に示すように、接着剤８０は、サポート６０と、フレキシブル基板３０との間に介在する。なお、接着剤８０（放熱部材）としては、熱伝導率が高く、放熱性のある材料が用いられる。ここで、放熱性のある材料とは、例えば、銀ペースト、熱伝導性シリコーン、放熱シート、熱伝導性エポキシ樹脂、熱伝導性アクリル樹脂である。なお、接着剤８０は、重複部４００に塗られたが、例えば、サポート６０とコネクタ５０とが固定されるよう、両者の間にも塗られても良い。

このようなサポート６０が、フレキシブル基板３０に取り付けられると、図１に示すように、フレキシブル基板３０は、たわみがなく、略水平の形状となる。このため、アンテナの方向が略一定となる。また、サポート６０は、フレキシブル基板３０のうら面の領域２００を除く領域を支持する形状、つまり、領域２００の全体を覆わない形状である。このため、アンテナ４０等が形成された領域１００及び領域２００を介して発生する誘電体損失が抑制される。したがって、アンテナ装置１０は、フレキシブル基板３０に形成されたアンテナ４０の方向（電波の放射方向）を定めつつ、誘電体損失を抑制できる。

−−−アンテナ装置１１（第２実施形態）−−−
図６は、アンテナ装置１１の構成を示す斜視図である。アンテナ装置１１は、基板ユニット２０と、サポート６１とを含んで構成される。なお、基板ユニット２０は、アンテナ装置１０で用いられるものと同じであるため、ここでは詳細な説明は省略する。図７は、サポート６１の斜視図であり、図８は、サポート６１の分解斜視図である。

サポート６１は、サポート６０と同様に、アンテナ４０から送信される電波の方向が定まるよう、フレキシブル基板３０の形状を所定の形状とするための部材である。サポート６１は、固定部材９０ａ，９０ｂを含む。

固定部材９０ａは、サポート６０と同様の部材であり、支持部３００〜３０２と同様の支持部３１０〜３１２を含む。

固定部材９０ｂは、固定部材９０ａと同じ形状をした部材であり、固定部材９０ａとともに、フレキシブル基板３０を挟んで固定する。固定部材９０ｂは、カバー３２０〜３２２を含む。本実施形態では、固定部材９０ａ及び固定部材９０ｂが重なり合い、固定部材９０ａ，９０ｂの間に、フレキシブル基板３０が挿入可能となるよう、固定部材９０ａ，９０ｂは接着剤で固定されている。なお、図７では、サポート６１の構成の理解を容易にすべく、固定部材９０ｂの一部がめくられた状態を示している。本実施形態では、図８の固定部材９０ａの表面（固定部材９０ｂと重なり合う面）の点線で示すように、支持部３１０〜３１２のそれぞれの長手方向の外側の辺に沿って、接着剤が塗られ、固定部材９０ａ，９０ｂが固定されている。

この結果、固定部材９０ａ，９０ｂの間に、フレキシブル基板３０が挿入された際、支持部３１０及びカバー３２０は、フレキシブル基板３０のコネクタ５０側とは反対側の先端部を挟んで固定する。また、支持部３１１及びカバー３２１は、フレキシブル基板３０の長手方向に沿った一方の端部を挟んで固定する。さらに、支持部３１２及びカバー３２２は、フレキシブル基板３０の長手方向に沿った他方の端部を挟んで固定する。

このようなサポート６１に、フレキシブル基板３０が挿入されると、図６に示すように、フレキシブル基板３０は、たわみがなく、略水平の形状となる。また、サポート６１は、フレキシブル基板３０のうら面の領域２００を除く領域を挟み込む形状、つまり、領域２００の全体を覆わない形状である。このため、領域２００及びアンテナ４０等が形成された領域１００を介して発生する誘電体損失が抑制される。したがって、アンテナ装置１１は、アンテナ４０の方向を定めつつ、誘電体損失を抑制できる。

なお、固定部材９０ａ，９０ｂを固定する接着剤は、接着剤８０と同様である。また、固定部材９０ａ，９０ｂの間に、フレキシブル基板３０が挿入可能となるよう、固定部材９０ａ，９０ｂは、テープ等で固定されていても良い。また、サポート６１とコネクタ５０とが固定されるよう、両者の間に接着剤が塗られても良い。さらに、例えば、挿入されたフレキシブル基板３０が、固定部材９０ａ，９０ｂに接着剤で固定されても良い。

−−−アンテナ装置１２（第３実施形態）−−−
図９は、アンテナ装置１２の構成を示す斜視図である。アンテナ装置１２は、基板ユニット２０と、サポート６２とを含んで構成される。なお、基板ユニット２０は、アンテナ装置１０で用いられるものと同じであるため、ここでは詳細な説明は省略する。図１０は、サポート６２の斜視図である。図１１は、図９のアンテナ装置１２のＡ−Ａ線断面図である。なお、アンテナ４０、信号線４１、および配線４３の厚みは、サポート９５ａ，９５ｂの厚みよりも薄いが、図１１では、各構成の理解を容易にすべく、同程度の厚さで描かれている。また、サポート９５ａ，９５ｂの間には、接着剤が設けられている。

サポート６２は、サポート６１と同様に、アンテナ４０から送信される電波の方向が定まるよう、フレキシブル基板３０の形状を所定の形状とするための部材である。サポート６２は、固定部材９５ａ，９５ｂを含む。

固定部材９５ａ，９５ｂのそれぞれは、図６〜８で示したサポート６１の固定部材９０ａ，９０ｂと同様である。ただし、本実施形態のサポート６２、つまり固定部材９５ａ，９５ｂは、可撓性の材料（例えば、金属）により形成されている。また、固定部材９５ａ，９５ｂは、アンテナ装置１２が設置された際、アンテナ４０が所定の方向に電波を放射できるよう、曲げられている。具体的には、図１１に示すように、フレキシブル基板３０の長手方向がフレキシブル基板３０のうら面側に反るよう、サポート６２は曲げられている。このように、アンテナ装置１２では、サポート６２を曲げることができるため、通信に適した方向にアンテナ４０の向きを調整できる。なお、ここでは、サポート６２は、フレキシブル基板３０が挿入される前に曲げられているが、フレキシブル基板３０が挿入されてから曲げられても良い。

−−−サポートの他の実施形態−−−
図１２は、サポート６５の斜視図である。サポート６５は、サポート６０と同様であり、フレキシブル基板３０の形状を所定の形状とする部材である。サポート６５は、サポート６０と同じ支持部３００〜３０２に加え、支持部３５０〜３５７，３６０を含む。

支持部３５０〜３５７は、フレキシブル基板３０の底面を支えるべく、支持部３０１，３０２の間に設けられた棒状の部材である。支持部３５０〜３５７は、支持部３００の長手方向に略平行となるよう、設けられている。

支持部３６０は、支持部３０１，３０２の間の空間５００の略中間の位置において、支持部３０１，３０２の長手方向に沿って設けられた棒状の部材である。なお、支持部３５０〜３５７のそれぞれは、支持部３６０に対し、等間隔で十字交差するよう配置されている。

例えば、図１のアンテナ装置１０において、サポート６０の代わりに、サポート６５が用いられた場合であっても、支持部３５０〜３５７，３６０は、領域２００の全てを覆うことはない。したがって、このような場合であっても、領域２００のうら面の全てをリジッド基板で覆う場合と比較すると、誘電体損失を抑制することができる。

なお、図１２のサポート６５では、領域２００の一部を覆う支持部（例えば、支持部３５４〜３５７，３６０）が設けられているが、これらが無いサポートを用いても良い。このような場合、より、誘電体損失を抑制できる。また、サポート６５では、支持部３５０〜３５７，３６０（複数の棒状の部材）が空間５００に設けられているが、これに限られない。例えば、支持部３５０〜３５７，３６０の代わりに、メッシュや網状の支持部材や、領域２００に対応する穴が設けられた平板が空間５００に設けられていても良い。

−−−まとめ−−−
以上、本実施形態のアンテナ装置１０等について説明した。アンテナ装置１０において、例えばサポート６５が用いられた場合、フレキシブル基板３０のうら面の領域２００の全てが覆われることはない。したがって、このような場合、領域２００のうら面の全てをリジッド基板で覆う場合と比較すると、誘電体損失を抑制することができる。なお、サポート６５が用いられると、サポート６０の場合と同様に、フレキシブル基板３０は、たわみがなく、略水平の形状となる。このため、このような場合、フレキシブル基板３０に形成されたアンテナ４０の方向を定める（安定させる）ことができる。

また、例えば、サポート６０は、領域２００の全部を覆わない形状をしている。このため、図１等に示すサポート６０を用いると、サポート６５に比べ更に誘電体損失を抑制できる。

また、フレキシブル基板３０には、誘電率が約３．０の液晶ポリマーが用いられている。サポート６０等の材料としては、フレキシブル基板３０の誘電率より低い誘電率の材料（例えば、フッ素樹脂：誘電率２．１〜２．６）が好ましい。このような材料のサポート６０を用いることで、より誘電体損失の影響を抑制することができる。なお、フレキシブル基板３０としては、例えば、ポリイミドやフッ素樹脂を用いても良い。

また、サポート６２は、アンテナ４０からの電波が所定の方向に放射されるよう、曲げられている。このようなサポート６２を用いることにより、アンテナの方向の最適化を図ることができる。

また、サポート６２は、金属等の可撓性の材料で形成されている。このため、アンテナ装置１２が設置された後であっても、サポート６２の形状を変化させる（曲げる）ことにより、アンテナの方向の最適化を図ることができる。

また、サポート６０では、フレキシブル基板３０と、サポート６０との間に放熱性のある接着剤８０（放熱部材）が設けられている。一般に、ミリ波帯の信号を処理するＩＣ４２は、消費電力が大きいため、発熱量も大きくなる。本実施形態では、フレキシブル基板３０の熱を、接着剤８０を介してサポート６０へ伝えることができるため、サポート６０は、いわゆる放熱板として機能する。このため、熱伝導率の高い接着剤８０を用いると、アンテナ装置１０の温度上昇を抑制できる。

なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

例えば、本実施形態では、サポート６０は、コネクタ５０を除くフレキシブル基板３０の周囲を囲むように設けられているが、これに限られない。具体的には、サポートは、フレキシブル基板３０を所定の形状（電波を安定して放射できる形状）とすることができれば良い。このため、サポートは、フレキシブル基板３０の長手方向において、フレキシブル基板３０のコネクタ５０側の端部まで支持しなくても良い。

また、本実施形態では、略長方形の形状をしたアンテナ４０が用いられたがこれに限られない。例えば、正方形や円等、他の形状のパターンアンテナであっても良い。このような場合であったとしても、アンテナとして形成されたパターンの領域に対向する、うら面の領域の少なくとも一部が、サポートにより覆われていなければ、アンテナ装置１０等と同様の効果を得ることができる。

１０〜１２アンテナ装置
２０基板ユニット
３０フレキシブル基板
４０アンテナ
４１信号線
４２ＩＣ
４３配線
５０コネクタ
６０〜６２，６５サポート
８０接着剤
９０ａ，９０ｂ，９５ａ，９５ｂ固定部材
１００，２００領域
３００〜３０２，３１０〜３１２，３５０〜３５７，３６０支持部
３２０〜３２２カバー
４００重複部
５００空間

Claims

アンテナ及び前記アンテナに接続された信号線がおもて面側に形成されたフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板の形状を所定の形状とするサポートと、
を備え、
前記サポートは、
前記アンテナ及び前記信号線が形成された第１領域に対向する、前記フレキシブル基板のうら面の第２領域の少なくとも一部を覆わない形状であること、
を特徴とするアンテナ装置。
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記サポートは、
前記第２領域の全部を覆わない形状であること、
を特徴とするアンテナ装置。
請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置であって、
前記サポートの誘電率は、前記フレキシブル基板の誘電率より低いこと、
を特徴とするアンテナ装置。
請求項１〜請求項３に記載のアンテナ装置であって、
前記サポートは、
前記アンテナ装置が設置された際に前記アンテナが所定の方向に電波を放射できるよう、曲げられていること、
を特徴とするアンテナ装置。
請求項１〜請求項４に記載のアンテナ装置であって、
前記サポートは、可撓性の材料からなること、
を特徴とするアンテナ装置。
請求項１〜請求項５に記載のアンテナ装置であって、
前記フレキシブル基板と、前記サポートとの間に介在する放熱部材を更に含むこと、
を特徴とするアンテナ装置。