JP4775301B2

JP4775301B2 - 透明アンテナ

Info

Publication number: JP4775301B2
Application number: JP2007102550A
Authority: JP
Inventors: 稔之堀越; 慎介村野; 雅彦小林
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2027-04-10
Also published as: JP2008263265A

Description

本発明は、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯等を受信する無線通信用のアンテナに係り、特にアンテナの視認性を低減した透明アンテナに関するものである。

ＶＨＦ帯（３０〜３００ＭＨｚ）、ＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）を送受信するアンテナ素子として、半波長ダイポールアンテナが用いられる。図１２に示すように、半波長ダイポールアンテナ（モデル）８０は、一対の導体（導体板）８１とその導体８１に接続される給電部８２とで構成される。

アンテナ素子としては、導体８１が導電性ペーストによる印刷や線状導体で構成されるフィルム状のアンテナがある。

導電の長さＬは、最も原理的なものでは波長１／２倍で、例えば５００ＭＨｚの電波送受信するアンテナでは、波長が６００ｍｍのため、Ｌ＝約３００ｍｍとなる。この場合、導体８１の幅Ｗの実用的な寸法としては、導体１１として抵抗率の低い銅線を使用した場合、給電部８２とインピーダンスと整合とるために抵抗を低減するには数ｍｍ以上が一般的である。

従来のアンテナの製造方法として以下のような方法がある。
（１）導電性の細線を専用ツール（ノズル）に通し、細線を吐出させながらその専用ツールの軌道を移動させて粘着シート上に細線を貼り付けることによりアンテナとする（描画方式、例えば特許文献１参照）。
（２）基材を用意し、メッシュ版を用いて導電インキをスクリーン印刷し、これを乾燥・硬化することによりアンテナを形成する（ペイント方式、例えば特許文献２参照）。
（３）導電体として金属箔を用い、アンテナとして残したい部分をマスキングして、その残したい部分以外の部分をエッチングにより除去してコイルとする（エッチング方式、例えば特許文献３参照）。

また、車両の窓や車内、テレビ受信機の周辺など、車内からの外観の視認性低下による安全性や全体のデザイン調和上の観点から、透明フィルム内に線状導体を埋設した透明アンテナがある。

図１３に示すように、透明アンテナ９０は、２枚の絶縁性フィルム９１の間に複数本の線状導体９２を並列して挟み込んだ構造体をアンテナ素子とし、絶縁性フィルム９１の上に金属板９３をはりつけ、その金属板９３を給電部としてケーブル９４と接続するものである。

特開２０００−７６３９８号公報特開２００１−１０２７４５号公報特開２００１−１０１３７１号公報

しかしながら、図１３の透明アンテナ９０は、アンテナの無視認性に優れているが、導体として極細の線状導体９２を用いているために、線状導体２と金属板９３が静電結合する部分の面積が小さい。このため、静電結合が弱くなり、この静電結合した給電部のインピーダンスが大きく損失が大きくなる。損失が大きいことでアンテナの送受信のレベルが低くなり、十分な送受信が困難になるという問題点がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、視認性が困難で、かつ送受信特性に優れた透明アンテナを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、２枚の可視光透過性を有する絶縁性フィルムの間に複数本の線状導体を並列して挟み込み、絶縁性フィルム上に給電部を設けた透明アンテナにおいて、２枚の絶縁性フィルム間に、線状導体を相互に接続する導電部材を線状導体と直接接触するように設け、導電部材と給電部とを絶縁フィルムを介して静電結合させ、上記導電部材は、上記複数の線状導体と交差して設けられる１本或いは複数本の金属線材であり、上記複数の線状導体と上記金属線材が編み込み構造をなす透明アンテナである。

本発明によれば、視認性が困難で、かつ送受信特性に優れた透明アンテナを提供するという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る透明アンテナの好適な第１の参考形態を示した図であり、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）はその断面図である。

図１に示すように、本参考の形態に係る透明アンテナ１は、２枚の可視光透過性を有する絶縁性フィルム２の間に、並列して配設される複数本の長尺な線状導体３と、それら複数本の線状導体３を相互に接続し、線状導体３に直接接触する導電部材４が挟み込まれているものである。

複数本の線状導体３は、互いに同じ長さに形成され、各線状導体３間の間隔が一定である。

本参考の形態では、導電部材４は金属箔または金属板からなり、並列配置された複数本の線状導体３の一方側に接触して、２枚の絶縁性フィルム２間に介在する。また、絶縁性フィルム２は、可視光透過性と共に可撓性を有するフィルムであるのが好ましく、その際、導電部材４は絶縁性フィルム２の可撓性を妨げない様な金属箔であるのが好ましい。

導電部材４は、各線状導体３の一部（図１では端部）に接触して設けられ、導電部材４の上方の絶縁性フィルム２上（表面）に、給電部５が設けられる。給電部５は、導電部材４と同形状であり、給電部５と導電部材４とは、絶縁性フィルム２を介して重なっている。

図２に示すように、給電部５は、同軸ケーブル６等の電線が接続される電極で、金属箔（金属膜）からなる。図２では、給電部５に同軸ケーブル６の内部導体７が接続され、同軸ケーブル６の外部導体８の接続先が図示されていないが、外部導体８は透明アンテナ１以外のアンテナ或いは電子機器等に接続される。

本参考の形態では、外部導体８を他の電子機器に接続（或いは接地）し、透明アンテナをモノポールアンテナとして使用する例について説明するが、線状導体３と内部導体７及び外部導体８の接続形態に依っては、ダイポールアンテナやループアンテナ等、他のアンテナとして用いてもよい。

本参考の形態の作用について説明する。

以下、本参考の形態の透明アンテナを用いて、電波を受信する場合について説明するが、電波を送信する場合についても、電波の伝搬方向のみ異なるだけで、それ以外の作用効果は同じである。

透明アンテナ１の各線状導体３（１本毎）に電流が誘起されると、これらの電流は線状導体３の端部に接続される導電部材４に流れる。導電部材４は、絶縁性フィルム２を介して給電部５に対向しているので、導電部材４と給電部５間で静電結合が起こり、給電部５を通して受信電力が得られる（同軸ケーブル６へ伝搬する）。

本参考形態の透明アンテナ１は、複数本の線状導体３と給電部５との間に、線状導体３を相互に接続する導電部材４を線状導体３と直接接触するように設けることにより、導電部材４と給電部５とが静電結合する構造となっている。よって、線状導体９２と給電部９３とで静電結合させる従来のアンテナ（図１３参照）に比べ、静電結合する部分の面積を大きくしているので、静電結合による損失を低減（インピーダンスを小さく）させることができ、アンテナの受信レベルを高くする（接続される同軸ケーブルとインピーダンスを整合させる）ことができる。

また、図１の透明アンテナ１では、複数の線状導体３は、その長さが互いに同じであるため、導電部材４（給電部５）では各々の線状導体３からの受信電力が同位相で合成される。線状導体３は、導体径が小さいので高い抵抗値を持つが、各線状導体３が並列に導電部材４に接続される透明アンテナ１では、線状導体３の本数Ｎが十分大きければ透明アンテナ１の抵抗値がＮ分の１となる。よって、抵抗損失を低減することができ、インピーダンス整合を容易にとることが可能となる。

例えば、図１３を基に、直径０．０２ｍｍの抵抗値１．５×１０^-8Ωの銀めっき銅合金線を用いて、５００ＭＨｚ（波長６００ｍｍ）用のＬ（＝波長／２）＝３００ｍｍのダイポールアンテナを考えた場合、Ｌ部（線状導体３に相当）の高周波抵抗は、単線では約１５０Ωになり、アンテナの放射抵抗７３．１３Ωよりはるかに大きな値のため、熱損失が大きくなる。しかし、線状導体３の本数Ｎを５０とすると、高周波抵抗は約３Ωと小さくなり熱損失は無視できるレベルとなる。

この時、線状導体間隔を導体径の１０倍の０．２ｍｍとすると、線状導体３が配線された部分が占める幅は約１０ｍｍとなり、一般的なアンテナの寸法になり、かつ無視認性を得ることができる。

一般的な裸眼での視認能力では、距離２５０ｍｍから離れて線状導体をみれば、一般的な視力の指標（分数視力）で２．０の時、約φ０．０４ｍｍが視認の限界であるため、線状導体径はφ０．０４ｍｍ以下、好ましくはφ０．０２ｍｍ以下にすれば線状導体３の可視が困難となる。

また、隣接し合う線状導体３間の間隔は導体径の１０倍以上であれば、線状導体３により遮断される領域がアンテナ全体の面積の１０％以下になり、透明アンテナの透過性への影響が小さくアンテナの背景の視認性が十分に得ることができるため、線状導体３間の間隔は導体径の１０倍以上が望ましい。

線状導体３の表面は、線状導体３の視認性を困難にするために銅や黄銅等の色彩が濃く光沢があるよりも錫や銀等の色彩が淡く無光沢であることが望ましい。

また、線状導体３の本数は、十分な給電が得られる程度の本数であればよく、特に限定されない。線状導体間３の間隔は等間隔に限定されず、各々が異なった間隔でもかまわない。２枚の絶縁性フィルム２間には、接着層を設けてもよい。２枚の絶縁性フィルム２の厚さ、種類、接着方法（例えば、圧延接着）は特に限定されない。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に、図１の透明アンテナの変形例を示す。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、この変形例では、金属箔からなる導電部材９が、その両面で線状導体３と接触している。すなわち、導電部材９は、互いに隣接する線状導体３間を通って、断面波状（図３（ｂ））となるように設けられている。

次に、透明アンテナの第２の参考形態について説明する。

第１の参考形態では、導電部材４が金属箔或いは金属板からなるものであったが、本参考形態では、導電部材が１本或いは複数本の金属線材からなる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本参考形態の透明アンテナ１０では、複数本の金属線材１１が、線状導体２と略９０°の角度で交差している。ただし、複数本の金属線材１１はいずれも、複数本の線状導体３の一方側で線状導体３と接触している。ここで、複数本の線状導体３の一方側とは、複数本の線状導体３が成す面の一方側の面を示す。

本参考形態の透明アンテナ１０も、給電部５と静電結合させる導電部材（１１）の面積を大きくしており、前参考形態の透明アンテナ１と同様の作用効果を有する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に、本発明の実施形態に係る透明アンテナを示す。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、本実施形態では、各金属線材１３が、互いに隣接する線状導体３間を通って線状導体３と交差している。すなわち、透明アンテナ１２は、線状導体３の端部（給電部下方）と金属線材１３とが編み込み構造をなし、その編み込み構造の部分が導電部材に相当するものである。

次に、透明アンテナの第３の参考形態について説明する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、本参考形態の透明アンテナ１５は、その基本的な構成部分は上述した図１の透明アンテナ１とほぼ同様であるが、導電部材を構成する金属箔１６に、複数の穴（貫通孔）１７が形成されている点において異なる。

本参考形態の透明アンテナ１５は、図１の透明アンテナ１と同様な作用効果を有する。これに加え、透明アンテナ１５には金属箔１６に複数の穴１７が形成されているので、穴１６を通して２枚の絶縁性フィルム２が接着され、絶縁性フィルム２の接着を強固なものとすることができる。

次に、透明アンテナの第４の参考形態について説明する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、本参考形態の透明アンテナ２０は、図１の透明アンテナ１と基本的な構造は同じであるが、導電部材４の片側又は両側図では片側）の絶縁性フィルムの一部２１を取り除いて導電部材４の一部を露出させ、その露出した導電部材の一部を給電部２２としたものである。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、同軸ケーブルの内部導体７は、導電部材４の一部がなす給電部２２に接続される。

本参考形態の透明アンテナ２０によれば、露出した導電部材４（給電部２２）に同軸ケーブル６の内部導体７を直接に接続することで、給電部２２のインピーダンスを軽減することができる。

次に、透明アンテナの第５の参考形態について説明する。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、本参考形態の透明アンテナ３０は、図８の透明アンテナ２０において、線状導体３と導電部材４との接触部分に、はんだ等の低融点金属３１を設けたものである。低融点金属３１を線状導体３と導電部材４の接触部分に設けた後、導電部材４に熱をかけることで低融点金属３１が溶融し、その低融点金属３１を固着させることにより線状導体３と導電部材４とが確実に接触（電気的接続）する（線状導体３と導電部材４の離間を防ぐ）。これにより線状導体３と導電部材４間の抵抗を低減することができる。

なお、図中３２は、同軸ケーブル６の内部導体８と給電部２２とを接着するハンダである。

本参考の形態の透明アンテナ３０は、第４の参考形態の透明アンテナ２０と基本構造が同じであるが、低融点金属３１は上述した第１〜第３の参考形態の透明アンテナに設けてもよい。

また、本発明に係る透明アンテナは、線状導体を格子状、または、網目上にすることで、視認困難な透明の電磁波遮断フィルムとして適用することができる。これにより、家屋の窓ガラスやブラウン管表面への貼り付け、顔面を保護するカバーに適用することで、視認性を損なう事無く電磁波を遮断することが可能になる。

以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではない。

（参考例１）
直径φ０．０２ｍｍの１０本の無光沢銀めっき銅合金導体を等間隔１．５ｍｍで平行に配列し、２枚の可視光透過性と自己融着性を有する絶縁性フィルム（たとえば、アクリルやポリ塩化ビニル）で線状導体を挟み、１２０℃の熱を加え圧着することで透明アンテナを形成した。透明アンテナの長さは１４０ｍｍになるようにした。また、導電部材として、幅１６ｍｍ、高さ５ｍｍの厚さ０．０５ｍｍの銅箔を１０本の線状導体全てに接触するように挟みこんだ。絶縁性フィルム上から、銅箔を挟んだ箇所と重なるように同じ大きさの銅板を貼付け、銅箔と静電結合させ給電部とした。その後、銅板と同軸ケーブルを接続しモノポールアンテナを製造し、そのリターンロス特性を評価した。
（参考例２）
直径φ０．０２ｍｍの１０本の無光沢銀めっき銅合金導体１０を等間隔１．５ｍｍで平行に配列し、２枚の可視光透過性を有する絶縁性フィルム（たとえば、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート）の厚さ０．０１２ｍｍ、接着層の厚さ０．０１５ｍｍで線状導体を挟み、１２０℃の熱を加え圧着することで透明アンテナを形成した。透明アンテナの長さは１４０ｍｍになるようにした。また、導電部材として、幅１６ｍｍ、高さ５ｍｍの厚さ０．０５ｍｍの銅箔を１０本の線状導体全てに接触するように挟みこんだ。絶縁性フィルム上から、銅箔を挟んだ箇所と重なるように、同じ大きさの銅板を貼付け銅箔と静電結合させ給電部とした。その後、銅板とケーブルを接続しモノポールアンテナを製造し、そのリターンロス特性を評価した。
（比較例１）
直径φ０．０２ｍｍの１０本の無光沢銀めっき銅合金導体を等間隔１．５ｍｍで平行に配列し、２枚の可視光透過性と自己融着性の有る絶縁性フィルム（たとえば、アクリル）で線状導体を挟み、１２０℃の熱を加え圧着することで透明アンテナを形成した。透明アンテナの長さは１４０ｍｍになるようにした。また、絶縁性フィルム上から、幅１６ｍｍ、高さ５ｍｍの銅板を貼付け導体と静電結合させ給電部とした。その後、銅板とケーブルを接続しモノポールアンテナを製造し、そのリターンロス特性を評価した。
（比較例２）
直径φ０．０２ｍｍの１０本の無光沢銀めっき銅合金導体を等間隔１．５ｍｍで平行に配列し、２枚の可視光透過性の有る絶縁体フィルム（たとえば、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート）の厚さ０．０１２ｍｍ、接着層の厚さ０．０１５ｍｍで線状導体を挟み、１２０℃の熱を加え圧着することで透明アンテナを形成した。透明アンテナの長さは１４０ｍｍになるようにした。また、絶縁性フィルム上から、幅１６ｍｍ、高さ５ｍｍの銅板を貼付け導体と静電結合させ給電部とした。その後、銅板とケーブルを接続しモノポールアンテナを製造し、そのリターンロス特性を評価した。

ここで、図１０に参考例１と比較例１のアンテナ特性（リターンロス特性）、図１１に参考例２と比較例２のアンテナ特性をそれぞれ示す。図１０、１１に示すように、参考例１（参考例２）の特性が比較例１（比較例２）の特性に比べて、ピーク周波数（６００ＭＨｚ）および周波数全域にわたり、リターンロスが向上していることがわかる。

本発明に係る透明アンテナの第１の参考形態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。図１の透明アンテナに同軸ケーブルを接続した例を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。図１の透明アンテナの変形例を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。本発明に係る透明アンテナの第２の参考形態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。本発明に係る透明アンテナの実施形態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。本発明に係る透明アンテナの第３の参考形態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。本発明に係る透明アンテナの第４の参考形態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。図７の透明アンテナに同軸ケーブルを接続した例を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。本発明に係る透明アンテナの第５の参考形態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。参考例１及び比較例１のリターンロス特性を示すグラフである。参考例２及び比較例２のリターンロス特性を示すグラフである。ダイポールアンテナの構造を示す回路図である。従来の透明アンテナを示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である

１透明アンテナ
２絶縁性フィルム
３線状導体
４導電部材
５給電部
６同軸ケーブル
７内部導体
８外部導体
１１金属線材
１７穴
３１低融点金属

Claims

２枚の可視光透過性を有する絶縁性フィルムの間に複数本の線状導体を並列して挟み込み、上記絶縁性フィルム上に給電部を設けた透明アンテナにおいて、
上記２枚の絶縁性フィルム間に、線状導体を相互に接続する導電部材を線状導体と直接接触するように設け、上記導電部材と上記給電部とを上記絶縁フィルムを介して静電結合させ、
上記導電部材は、上記複数の線状導体と交差して設けられる１本或いは複数本の金属線材であり、上記複数の線状導体と上記金属線材が編み込み構造をなすことを特徴とする透明アンテナ。