JP5257707B2 - 誘電体アンテナ及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話端末等の無線通信装置に用いられる誘電体アンテナ及びそれを備えた無線通信装置に関するものである。

逆Ｆ型アンテナ用の回路を有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板がコ字型に折られ平板状に対向して形成されたグランド部と放射素子部との間に介装される誘電体とで成るアンテナが特許文献１に開示されている。

図１は特許文献１に係る逆Ｆ型アンテナの展開図である。逆Ｆ型アンテナ用の回路２を有するフレキシブル基板３と、そのフレキシブル基板３がコ字型に折られ平板状に対向して形成されたグランド部３ａと放射素子部３ｂとの間に介装される誘電体とで構成されている。

特開２００８−１９３２９９号公報

特許文献１には、ｔａｎδが低いほうが利得が向上する、と記載されている。しかし、この効果の量は、使用するアンテナの周波数帯や帯域などにより異なり、ｔａｎδを低く（以下、「Ｑｄを高く」と表現する。）しても有意な利得（以下、「効率」という。）の向上は得られない場合がある。

一般的に、移動体無線通信で利用される５００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの周波数帯においては、Ｑｄが高い材料ほど、価格も高くなるため、特性改善量に対するコストも考慮する必要がある。
また、アンテナの反射特性はＱｄ以外のＱ値にも左右され、Ｑｄが高くなることにより反射特性が劣化する場合もある。これにより、アンテナに接続される回路との整合が劣化することから、反射電力が増えるため、結果として他の回路に悪影響を及ぼすこともある。

したがって、Ｑｄを高くすれば、コストも含めたアンテナ特性が総合的に向上するとは必ずしもいえない。

本発明の目的は、５００ＭＨｚ〜５ＧＨｚにおいて、効率のみならず反射減衰特性に関しても有意な特性改善量を得るようにした誘電体アンテナ、及びそれを備えた無線通信装置を提供することにある。

本発明の誘電体アンテナは、誘電体セラミックスと樹脂との複合材料の成形体に、放射電極が形成されたフレキシブル基板が重ねられ、前記成形体は、直方体の正面、側面および上面による三面の稜を丸めた形状をなし、前記放射電極は、前記正面と前記側面の二面に沿って通過し、且つ前記上面と前記側面の二面に沿って通過する線状導体で構成されていて、前記放射電極が５００ＭＨｚ〜５ＧＨｚで励振され、前記複合材料の、誘電体損によるＱ値（Ｑｄ）が５００以上１５００以下の範囲内の値に定められたことを特徴としている。

例えば、前記フレキシブル基板を前記成形体に対して貼付する粘着材又は接着剤の、誘電体損によるＱ値（Ｑｄ）は１０以上１００以下の範囲内の値である。

例えば、前記放射電極は、給電部から又は給電部付近から分岐した複数の線状導体である。

また、この発明の無線通信装置は、この発明特有の構成を持つアンテナが筐体内に設けられて構成される。

本発明によれば、前記複合材料の、誘電体損によるＱ値（Ｑｄ）の下限を定めることで、効率のみならず反射減衰特性の必要な特性を満足できる。また、Ｑｄの上限を定めることで、Ｑｄが高すぎることによる反射減衰特性の劣化を防ぐことができる。
したがって、効率のみならず反射減衰特性においても特性改善効果を得られる。

また、フレキシブル基板を成形体に対して貼付する粘着材又は接着剤の、誘電体損によるＱ値（Ｑｄ）についても制限を設けることによって、より改善効果が得られる。

また、前記放射電極を、給電部から又は給電部付近から分岐した複数の線状導体とすることによって、５００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの広帯域で高効率な特性が得られる。

特許文献１に係る逆Ｆ型アンテナの展開図である。 本発明の第１の実施形態に係る誘電体アンテナの主要部の斜視図である。 アンテナの設計目標効率（設計目標η）と必要なＱｄの値との関係を示す図である。 第２の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す断面図である。

《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態に係る誘電体アンテナの構成及び特性を図２・図３を参照して説明する。
図２は本発明の第１の実施形態に係る誘電体アンテナの主要部の斜視図である。この誘電体アンテナ１０１は、誘電体セラミックスと樹脂との複合材料の成形体１０と、放射電極が形成されたフレキシブル基板１１とで構成されている。

成形体１０の組成は、例えば、チタン酸カルシウム、ルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタン、アルミナ、炭酸カルシウム、チタン酸ストロンチウムのうち少なくとも１種類のセラミック粉末と、ＬＣＰ（２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸、ハイドロキノン、２，６−ナフタレンジカルボン酸、テレフタル酸）との複合体であり、誘電体損によるＱ値（Ｑｄ）が５００以上１５００以下の値となるように組成比等が定められている。

フレキシブル基板１１は、ＰＥＴフィルムに線状導体１４，１５等が形成されたものである。線状導体１４，１５は、給電部１２付近の分岐部１３で分岐し、開放部１４ｐ，１５ｐまで互いに平行に延びている。この二つの線状導体１４，１５の線路長は異なり、長い方の線状導体１４が低域側、短い方の線状導体１５が高域側で励振される。
前記ＰＥＴフィルムのＱｄは５０以上２００以下である。

成形体１０は、直方体の互いに隣接する三面の稜を丸めた形状をなしている。フレキシブル基板１１は展開した状態ではＬ字型であり、成形体１０の面に沿って粘着材または接着剤で貼付されている。この粘着材または接着剤のＱｄの値は１０以上１００以下である。

このように給電部付近で分岐した二つの線状導体１４，１５が放射電極として作用し、５００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの周波数帯域で励振される。

図３は、アンテナの設計目標効率（設計目標η）と必要なＱｄの値との関係を示す図である。設計目標ηは、必要な効率ピーク値と必要な帯域幅から得られる値である。理論式は次のとおりである。ここで効率ピーク値とは、設計対象とするアンテナの、任意の周波数帯域における平均効率値の最大値のことである。

設計目標η＝ｘ × 効率ピーク値 × ｆｏ／ＢＷ
このように、設計パラメータ「設計目標η」は、効率ピーク値、中心周波数ｆｏ、帯域幅ＢＷ、及び設計対象のアンテナにより定まる定数ｘから求められる。このパラメータは、設計において必要な帯域幅内における効率値を規定するために用いるものである。

「必要な効率ピーク値」も「必要な帯域幅」も設計的なパラメータであるが、この２つの関係からＱｄの必要値が決められるため、２つの設計値の関係を表現するパラメータとして「設計目標η」を設定する。

図３に示した関係は、アンテナの構造によって変わるが、Ｑｄが５００付近を超えると、Ｑｄを増大させても設計目標ηが殆ど変化しなくなるという関係は成り立つ。その傾向は余裕を考慮して、Ｑｄ＝１５００あたりでは殆ど変化がなくなるといえる。

Ｑｄが１５００以上になるものを製造することは、利用可能材料の面で非現実的であり、また、それ以上にＱｄを高めても特性面で有意な改善が見られなくなる。したがって、Ｑｄの上限は１５００に定める。

フレキシブル基板１１を成形体１０に貼付するために用いる粘着材（両面テープ）や接着剤は、フレキシブル基板の線状導体に近接するため、Ｑｄの高い材料で構成されている方が望ましいが、高Ｑｄの材料で構成し難い。しかし、厚みが薄くできるので、設計目標ηは成形体１０のＱｄが支配的である。そのため、粘着材または接着剤のＱｄは１０以上１００以下の値であればよい。この範囲は、現実的に選定可能な材料のＱｄから定めた。

なお、以上に示した例では、フレキシブル基板１１に二つの線状導体１４，１５を設けたが、三つ以上の線状導体を設けてもよい。

《第２の実施形態》
図４は第２の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す断面図である。この無線通信装置２０１は、第１の実施形態で示した誘電体アンテナ１０１を実装した回路基板２０を筐体２１内に収めたものである。この無線通信装置２０１は例えば携帯電話端末であり、回路基板２０には、誘電体アンテナ１０１を用いて無線通信を行う無線通信回路及びその他の各種回路が構成されている。

誘電体アンテナ１０１の丸みを帯びた面が筐体２１の内面に沿うように、誘電体アンテナ１０１が筐体２１内に配置されているので、誘電体アンテナは筐体に近接している。そのため、筐体２１のＱｄも高い方が望ましい。但し、フレキシブル基板の線状導体から或る程度離れているので、成形体（図２に示した成形体１０）のＱｄが支配的であるので、成形体１０のＱｄを前述した範囲に定めることが重要である。

１０…成形体
１１…フレキシブル基板
１２…給電部
１３…分岐部
１４，１５…線状導体
１４ｐ，１５ｐ…開放部
２０…回路基板
２１…筐体
１０１…誘電体アンテナ
２０１…無線通信装置

Claims (4)

1. 誘電体セラミックスと樹脂との複合材料の成形体に、放射電極が形成されたフレキシブル基板が重ねられた誘電体アンテナにおいて、
   前記成形体は、直方体の正面、側面および上面による三面の稜を丸めた形状をなし、
   前記放射電極は、前記正面と前記側面の二面に沿って通過し、且つ前記上面と前記側面の二面に沿って通過する線状導体で構成されていて、
   前記放射電極は５００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの周波数範囲内の周波数で励振され、
   前記複合材料の、誘電体損によるＱ値（Ｑｄ）は５００以上１５００以下の範囲内の値である、誘電体アンテナ。
2. 前記フレキシブル基板を前記成形体に対して貼付する粘着材又は接着剤の、誘電体損によるＱ値（Ｑｄ）は１０以上１００以下の範囲内の値である、請求項１に記載の誘電体アンテナ。
3. 前記放射電極は、給電部から又は給電部付近から分岐した複数の線状導体である、請求項１又は２に記載の誘電体アンテナ。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の誘電体アンテナを筐体内に設けてなる無線通信装置。