JP5702008B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明はアンテナ装置に係り、特に二つの周波数帯域で動作するアンテナ装置に関する。

近年、携帯電話機に代表される携帯端末装置は、ＧＰＳ機能、ブルートゥース(Bluetooth：登録商標)機能、無線ＬＡＮ機能等の種々の通信機能が附加されており、各種電子機器間での通信が可能となっている。このような携帯端末装置には、通信を行うためのアンテナが内蔵されている。また、複数（例えば、二つ）の通信機能を有した携帯端末装置では、この機能に対応した二つのアンテナを設けている。一方、携帯端末装置は小型・薄型化が望まれており、アンテナにおいても二つのアンテナを個々に配設したのではスペース効率が低下するため、二つのアンテナを一体化したアンテナが提案されている（特許文献１参照）。

一方、アンテナの形態としては、第１の誘電基板上に第１のアンテナエレメントをパターン形成し、第２の誘電基板上に第２のアンテナエレメントをパターン形成し、その後にこの第１及び第２誘電基板を積層することにより二つの周波数帯域で動作するアンテナ装置を実現することが行われていた（特許文献２、図３）参照。

特開２００４−２２８９８２号公報（図１） 特開２００３−１２４７２９号公報（0024段落、図３）

しかしながら、従来の誘電基板上にアンテナエレメントをパターン形成した後これを積層するアンテナ装置では、生産設備が過大で、製造コストが高くなるという問題点があった。また、従来のアンテナ装置では、必然的にアンテナエレメントは平面的な構造となり、また外部に露出した構成となるため、良好なアンテナ特性を得ることが困難であるという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、製造効率の向上を図ることができ、しかも特性の向上を図ることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
導電性金属板をメアンダ形状に形成してなる第１のアンテナエレメント及び第２のアンテナエレメントと、
前記第１のアンテナエレメント及び第２のアンテナエレメントを封止する封止材とを有し、
前記第１のアンテナエレメント及び第２のアンテナエレメントを平行に配置し、前記封止材内にインサート成形により埋設したアンテナ装置であって、
前記第１のアンテナエレメント及び前記第２のアンテナエレメントは、前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントの離間距離を一定に保持する離間保持部材を有することを特徴とするアンテナ装置により解決することができる。

開示のアンテナ装置によれば、インサート成型を行うことにより製造効率の向上を図ることができ、しかも第１及び第２のアンテナエレメントは高誘電材料からなる封止材内に埋設されるためアンテナ特性の向上を図りうるアンテナ装置を提供することを目的とする。

図１は、本発明の一実施形態であるアンテナ装置を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態であるアンテナ装置の第１及び第２のアンテナエレメントを示す斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態であるアンテナ装置の製造方法を説明するための図である。 図４は、金型に装着前の第１及び第２のアンテナエレメントを示す斜視図である。 図５は、本発明の一実施形態であるアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図である。 図６は、本発明の一実施形態であるアンテナ装置の指向性特性を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

図１は本発明の一実施形態であるアンテナ装置１０を示している。本実施形態に係るアンテナ装置１０は、二つの周波数帯域で動作する２共振アンテナ装置である。このアンテナ装置１０は、例えば携帯電話機等の携帯端末装置に搭載されるものである。

アンテナ装置１０は、第１のアンテナエレメント１１、第２のアンテナエレメント１２、及び封止材１３等により構成されている。

第１及び第２のアンテナエレメント１１，１２は、導電性金属板をプレス打加工等を用いて一体的に形成したものである。本実施形態では、上部に位置する第１のアンテナエレメント１１はＧＰＳ用アンテナであり、下部に位置する第２のアンテナエレメント１２はブルートゥース（登録商標）用アンテナである。

また本実施形態では、第１のアンテナエレメント１１と第２のアンテナエレメント１２は同一形状とされている。しかしながら、各アンテナエレメント１１，１２は必ずしも同一形状とする必要はなく、後述するように容量性カップリングが可能であれば異なる形状とすることも可能である。

また、後述するように第１のアンテナエレメント１１と第２のアンテナエレメント１２の離間距離が所定値となるように高精度に位置決めする必要がある。このため第１のアンテナエレメント１１と第２のアンテナエレメント１２との間には連結部１６を一体的に形成している。この連結部１６により、第１のアンテナエレメント１１と第２のアンテナエレメント１２の離間距離を一定に保つことができる。

上記の課題は、第１の観点からは、
導電性金属板をメアンダ形状に形成してなる第１のアンテナエレメント及び第２のアンテナエレメントと、
前記第１のアンテナエレメント及び前記第２のアンテナエレメントを封止する封止材とを有し、
前記第１のアンテナエレメント及び前記第２のアンテナエレメントを平行に配置し、前記封止材内にインサート成形により埋設したアンテナ装置であって、
前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントとの間に、前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントとを連結し、前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントの離間距離を一定に保持する導電性金属板よりなる離間保持部材を一体的に形成したことを特徴とするアンテナ装置により解決することができる。

また、第１及び第２のアンテナエレメント１１，１２は、図２に拡大して示すように、メアンダ部１１Ａ，１２Ａ、給電端子部１１Ｂ，１２Ｂ、及び連結部１６を一体的に形成している。メアンダ部１１Ａ，１２Ａは、ジグザグのパターンとされた部分である。このように、メアンダ部１１Ａ，１２Ａを形成することにより、アンテナの実質的な長さを長くしつつ、小形化を図ることができる。本実施形態では、アンテナ装置１０の外形の大きさを3mm×10mm×3.5mmとすることができた。

給電端子部１１Ｂ，１２Ｂはメアンダ部１１Ａ，１２Ａの端部に側方に延出するよう形成されている。図１に示すように、給電端子部１１Ｂ，１２Ｂは封止材１３の外部に延出する部位である。この給電端子部１１Ｂ，１２Ｂは、携帯端末装置内の電子回路に接続される。尚、本実施形態では、第１及び第２のアンテナエレメント１１，１２の幅は0.5mm〜2.0mmとしている。

封止材１３は、高誘電樹脂材料により形成されている。この本実施形態で使用している高誘電樹脂材料は、例えば液晶ポリマー樹脂（ＬＣＰ樹脂）に所定のＱ値や比誘電率を有するセラミック粉末を添加することにより高誘電特性を調整したものである。このように、封止材１３を高誘電樹脂材料とすることにより、波長短縮効果によりアンテナ装置１０の小形化を図ることができる。

この封止材１３の比誘電率は、例えば４以上３０以下が望ましい。封止材１３の比誘電率をこの範囲に設定することにより、封止材１３のアンテナ特性を低下することなく小形化を図ることができる。即ち，比誘電率が４未満になると封止材１３の形状を有効に小さくすることが困難となり、逆に比誘電率が３０を超えると共振周波数帯域が狭くなりアンテナ特性が低下してしまう。

尚、本実施形態では封止材１３が樹脂材にセラミック粉末を添加した構成を例示したが、封止材１３の材質はこれに限定されるものではない。上記の比誘電率が実現できる材料であれば、セラミック単体及び樹脂単体からなる封止材を用いることも可能である。

上記した第１及び第２のアンテナエレメント１１，１２は、インサート成型により封止材１３内に埋設される。図３は、第１及び第２のアンテナエレメント１１，１２を封止材１３内にインサート成型する際に使用する金型２０を示している。

金型２０は、上型２１と下型２２とにより構成されている。上型２１には図示しないプランジャーが装着されるポット２８が設けられている。上型２１は、基台２６の上部にホルダベース２７が設けられている。ホルダベース２７の中央部にはダイブロック２３が装着されており、このダイブロック２３にはアンテナ装置１０の形状に対応したキャビティ２４が形成されている。

本実施形態では、ダイブロック２３に４個のキャビティ２４が形成されている。各キャビティ２４はランナ２５により接続されており、上型２１と下型２２を組み合わせた状態において、ポット２８はランナ２５に接続する。尚、位置決め支柱２９は、上型２１と下型２２の位置決めを行うための部材である。

インサート成型を行うには、先ず第１及び第２のアンテナエレメント１１，１２をキャビティ２４内に装着する。この際、第１のアンテナエレメント１１と第２のアンテナエレメント１２はキャビティ２４内で平行となるよう装着される。また、各アンテナエレメント１１，１２は、キャビティ２４に装着された状態で、キャビティ２４の内壁から離間するよう金型２０に取り付けられる。

上記のように第１及び第２のアンテナエレメント１１，１２がダイブロック２３に装着されると、上型２１は下型２２に装着される。続いて、ポット２８に封止材１３となる高誘電樹脂材料が装填されると共に図示しないプランジャーにより樹脂は加圧され、ランナ２５を介して各キャビティ２４に導入される。これにより、封止材１３の内部に第１及び第２のアンテナエレメント１１，１２が埋設されたアンテナ装置１０が製造される。

この際、第１のアンテナエレメント１１と第２のアンテナエレメント１２は連結部１６で連結されているため、キャビティ２４内に樹脂が充填しても、各アンテナエレメント１１，１２の離間距離を所定値に保つことができる。

上記のように、アンテナ装置１０はインサート成型法を用いて製造されるため、従来のように基板を積層したりアンテナエレメントをパターン形成したりする方法に比べ、製造設備は少なくて済み、また製造工程も簡単化するため、製造効率の向上及び製造コストの低減を図ることができる。

尚、図４は、各アンテナエレメント１４，１５の離間距離を所定値に保つ変形例を示している。この変形例では、各アンテナエレメント１４，１５に脚部１４Ｃ，１５Ｃを形成した構成としている。この脚部１４Ｃ，１５Ｃの長さに差を設けておくことにより、各アンテナエレメント１４，１５の離間距離を所定値に保つことが可能となる。

この図４に示す変形例では、第１のアンテナエレメント１４にはメアンダ部１４Ａの端部に一本の脚部１４Ｃのみが設けられた構成とされており、この脚部１４Ｃの下端に給電端子部１４Ｂが形成された構成とされている。また、第２のアンテナエレメント１５は、メアンダ部１５Ａの両端に脚部１５Ｃが設けられており、その一方の脚部１５Ｃに給電端子部１５Ｂが一体的に形成された構成とされている。

次に、上記のように製造されたアンテナ装置１０の構造に注目する。前記のように第１のアンテナエレメント１１と第２のアンテナエレメント１２は封止材１３内で平行状態を維持した状態となっている。また、この一対のアンテナエレメント１１，１２の間には、高誘電率を有した封止材１３が介在した構成となっている。

よって、この一対のアンテナエレメント１１，１２は、封止材１３を介して容量性カップリングされた状態となる。本実施形態に係るアンテナ装置１０は、この一対のアンテナエレメント１１，１２間に発生する容量性キャパシタを利用して二つの周波数帯域で動作するアンテナ装置を実現している。

即ち、二つのメアンダ形状のアンテナエレメント１１，１２の距離を変化させることで、結合容量も変化する。この結合容量と距離との関係を利用して、本実施形態に係るアンテナ装置１０では、任意の周波数でインピーダンス調整を行っている。

図５は、本実施形態に係るアンテナ装置１０のＶＳＷＲ特性を示している。同図に示すように、アンテナ装置１０のＧＰＳ帯（約1575MHz）においてＶＳＷＲは０．２となっており、またブルートゥース帯（約2400MHz）においてＶＳＷＲは２．５となっている。よって、小型アンテナ装置として、良好な性能であることが実証された。

一方、図６はアンテナ装置１０の指向性特性を示している。測定方法としはて、同図（Ｇ）に示すように、所定形状（例えば、携帯電話に用いられる一般的な基板形状）の基板３０にアンテナ装置１０を実装し指向性の評価を行った。

図６は、図１に示したアンテナ装置１０について、アンテナ利得及び放射指向性を測定した結果を示している。また、本測定では二つの伝播周波数について測定している。具体的には特性を測定する周波数として、ＧＰＳの周波数に対応する第１の周波数（周波数１）と、ブルートゥースに対応する第２の周波数（周波数２）を設定した。図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は周波数１のＸ−Ｙ面、Ｙ−Ｚ面、Ｘ−Ｚ面の夫々の特性を示し、図６（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）は周波数２のＸ−Ｙ面、Ｙ−Ｚ面、Ｘ−Ｚ面の夫々の特性を示している（Ｘ，Ｙ，Ｚの方向は図６（Ｇ）参照）。また、いずれの指向性特性測定においても、垂直偏波成分と水平偏波成分を測定することとした。

先ず、周波数１の特性に注目すると、Ｘ−Ｙ面では垂直偏波の利得が低いものの、水平偏波においては高い利得を有すると共に無指向性であることが分かった。また、Ｙ−Ｚ面及びＸ−Ｚ面では、垂直偏波及び水平偏波の双方において高利得で無指向性であることが分かった。

また、周波数２の特性も周波数１と同様の特性を示し、Ｘ−Ｙ面では垂直偏波の利得が低いものの水平偏波においては高い利得を有すると共に無指向性を有し、Ｙ−Ｚ面及びＸ−Ｚ面では垂直偏波及び水平偏波の双方において高利得で無指向性であることが分かった。

従って図６に示す結果より、本実施形態に係るアンテナ装置１０は高利得で無指向性に優れたアンテナであることが立証された。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

１０ アンテナ装置
１１，１４ 第１のアンテナエレメント
１２，１５ 第２のアンテナエレメント
１１Ａ，１２Ａ，１４Ａ，１５Ａ メアンダ部
１１Ｂ，１２Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂ 給電端子部
１３ 封止材
１４Ｃ，１５Ｃ 脚部
１６ 連結部
２０ 金型
２４ キャビティ

Claims (2)

1. 導電性金属板をメアンダ形状に形成してなる第１のアンテナエレメント及び第２のアンテナエレメントと、
   前記第１のアンテナエレメント及び前記第２のアンテナエレメントを封止する封止材とを有し、
   前記第１のアンテナエレメント及び前記第２のアンテナエレメントを平行に配置し、前記封止材内にインサート成形により埋設したアンテナ装置であって、
   前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントとの間に、前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントとを連結し、前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントの離間距離を一定に保持する導電性金属板よりなる離間保持部材を一体的に形成したことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１のアンテナエレメントはＧＰＳ用アンテナであり、前記第２のアンテナエレメントはブルートゥース（登録商標）用アンテナであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。

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