JP5774508B2 - アンテナ構造体および無線装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話を含む無線通信システム全般に関するものである。

特許文献１には、通信機器において、キャビネット（筐体）の内側に平面アンテナを設ける構成が記載されている。

特開２００３−２５８９６７号公報（２００３年９月１２日公開）

しかしながら、キャビネットの内側に平面アンテナを設けた場合、キャビネット内に配置されている回路基板等のグランドとアンテナとの物理的な距離が近くなり、アンテナの利得が下がってしまうおそれがある。一方、キャビネットのサイズを大きくすれば、上記距離を十分にとることが可能であるが、通信機器自体が大きくなってしまう。

この問題を解決するため、本発明者らは、独自に、キャビネットの外部側にアンテナパターンを形成したアンテナ構造体について鋭意検討を行っている（未公開）。このようなアンテナ構造体によれば、同一サイズのキャビネットを用いたとしても、従来技術に比べ、キャビネット内のグランド等とアンテナとの物理的な距離を確保することができる。

本発明は、このようなアンテナ構造体のより有利な構成を提供することを主たる目的とする。

本発明に係るアンテナ構造体は、誘電体からなる筐体と、該筐体上に設けられているアンテナパターンと、該筐体を貫通するように埋め込まれ、一方の端部が該アンテナパターンと高周波的に接続している導電部材と、を備えており、該端部上の該アンテナパターンに、該端部よりも小さい開口が設けられていることを特徴としている。

上記開口がない場合、導電部材のアンテナパターン側の端部が、アンテナパターンにより隠されてしまい、導電部材とアンテナパターンとの相対位置が不明確となる。一方、上記の構成によれば、アンテナパターンの開口を介して上記相対位置を確認し、検品することができる。これにより、導電部材に対する筐体上のアンテナパターンの位置精度を向上させることができ、アンテナパターンを含むアンテナの電気長のバラツキを低減することができる。これにより、アンテナ性能を容易に安定化させることができる有利なアンテナ構造体を提供することができる。

本発明に係るアンテナ構造体では、上記端部の輪郭および上記開口の輪郭が共に円形であり、中心位置が重なっていることが好ましい。

上記の構成によれば、導電部材のアンテナパターン側の端部の輪郭および開口の輪郭が同心円状であるので、開口の中心から当該端部とアンテナパターンとの相対位置を容易に推定することができる。これにより、より容易に、導電部材に対する筐体上のアンテナパターンの位置精度を向上させることができる。

本発明に係るアンテナ構造体では、上記端部において、上記開口に対向する領域が凹んでいることが好ましい。

上記の構成によれば、アンテナパターンの開口を容易に設けることができる。すなわち、例えば、導電部材が埋め込まれた筐体上に印刷法等によってアンテナパターンを形成したとき、凹んだ領域にはアンテナパターンが形成されず、アンテナパターンの開口が好適に形成される。

本発明に係るアンテナ構造体は、上記アンテナパターンの輪郭の一部が、上記端部上に設けられているものであってもよい。

上記の構成によれば、上記アンテナパターンの輪郭の一部が、上記端部上に設けられているため、導電部材のアンテナパターン側の端部が、アンテナパターンにより隠されず、導電部材のアンテナパターン側の端部の一部が露出する（すなわち、当該露出部分に対応する開口が、アンテナパターンに設けられている状態となる）。そのため、上記露出部分の形状を確認することにより、導電部材の端部と、アンテナパターンとの相対位置を容易に確認することできる。これにより、アンテナパターンの輪郭と、導電部材の端部の輪郭とのズレを確認し、検品することができる。

従って、上記の構成によれば、導電部材に対する筐体上のアンテナパターンの位置精度を向上させることができ、アンテナパターンを含むアンテナの電気長のバラツキを低減することができる。よって、アンテナ性能を容易に安定化させることができる有利なアンテナ構造体を提供することができる。

上記アンテナ構造体では、上記端部の輪郭が円形であり、上記端部上に設けられている上記アンテナパターンの輪郭の一部が、円の一部を構成していることが好ましい。

上記の構成によれば、導電部材の端部の輪郭が円形であるので、当該端部の中心位置を容易に把握することができる。また、導電部材の端部上におけるアンテナパターンの輪郭が、円の一部を構成しているため、アンテナパターンの輪郭の中心位置を容易に把握することができる。これにより、導電部材の端部の中心位置と、上記アンテナパターンの輪郭の中心位置との相対位置を確認することにより、導電部材の端部と、アンテナパターンとの相対位置を容易に確認することできる。よって、アンテナパターンの輪郭と、導電部材の端部の輪郭とのズレをより容易に確認し、検品することができる。これにより、より容易に、導電部材に対する筐体上のアンテナパターンの位置精度を向上させることができる。

上記アンテナ構造体では、上記端部上に設けられている上記上記アンテナパターンの輪郭の一部が、上記端部の輪郭の同心円であることが好ましい。

上記の構成によれば、アンテナパターンの導電部材上の端部の輪郭、および、導電部材の輪郭の中心が同一であり、アンテナパターン側の径が導電部材の端部の輪郭より小径となるため、リング状にアンテナパターンが形成されない部分（導電部材が露出する部分）が生しる。よって、当該リング形状、または、アンテナパターンの導電部材上の端部の輪郭の中心位置および導電部材の輪郭の中心位置から、当該端部とアンテナパターンとの相対位置を容易に推定することができる。これにより、より容易に、導電部材に対する筐体上のアンテナパターンの位置精度を向上させることができる。

本発明に係るアンテナ構造体では、上記端部と上記アンテナパターンとが容量結合していてもよい。

上記の構成においても、アンテナ性能が良好なアンテナ構造体を提供することができる。なぜなら、アンテナパターンはアンテナとして動作するため、導電部材とアンテナパターンとは高周波的に接続していればよいからである。これにより、アンテナ構造体の設計の自由度を向上させることができる。

本発明に係るアンテナ構造体では、上記筐体および上記導電部材が一体成形されていることが好ましい。

上記の構成によれば、筐体と導電部材との間が密着し、防水性を向上させることができる。

本発明に係るアンテナ構造体では、上記アンテナパターンが、上記筐体上に導電ペーストが印刷されてなる導電膜、上記筐体上に金属が蒸着されてなる導電膜、上記筐体上に固着された導電フィルム、および上記筐体上に固定された板金からなる群より選択される何れかであってもよい。

上記の構成によれば、アンテナパターンを好適に形成することができる。特に、上記筐体上に固着された導電フィルム、および上記筐体上に固定された板金を用いることにより、防水性を向上させることができる。

本発明に係るアンテナ構造体では、上記アンテナパターン上に保護層が形成されていてもよい。

上記の構成によれば、アンテナパターンを保護し、防水性を向上させることができる。

本発明に係るアンテナ構造体では、上記導電部材が、フランジを備えていてもよい。

上記の構成によれば、筐体と導電部材とが接する面積が拡大し、筐体ひずみに強い形状となるため、筐体と導電部材との密着性が向上する。これにより、防水性を向上させることができる。

本発明に係る無線装置は、本発明に係るアンテナ構造体を備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、より有利なアンテナ構造体を備えた無線装置を提供することができる。

本発明によれば、より有利なアンテナ構造体、およびそれを備えた無線装置を提供することができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る無線装置の概略構成を示す側方断面図であり、（ｂ）はその部分拡大図である。 図１の無線装置を、電池蓋を取り外した状態で背面側から観察した平面図である。 （ａ）は、図１の無線装置が備えるアンテナ構造体の概略構成を示す側方断面図であり、（ｂ）は、対応する上面図である。 （ａ）は、変形例の無線装置が備えるアンテナ構造体の概略構成を示す側方断面図であり、（ｂ）は、対応する上面図である。 （ａ）は、他の変形例の無線装置が備えるアンテナ構造体の概略構成を示す側方断面図であり、（ｂ）は、対応する上面図である。

以下、本発明の一実施形態として、いわゆるスマートホンに本発明を適用した場合について図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されず、無線装置一般に適用することができる。

（無線装置の概要）
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る無線装置１００の概略構成を示す側方断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）において破線で囲まれた部分の部分拡大図である。図１に示すように、無線装置１００は、無線回路基板１０、アンテナ給電バネ１１、インサートピン（導電部材）１２、アンテナパターン１３、筐体２０、筐体２１、防水パッキン２２および電池蓋３０を備えている。この電池蓋３０は取り外し可能になっており、図２は、無線装置１００を、電池蓋３０を取り外した状態で背面側から観察した平面図である。なお、無線装置１００は、当然、上述した部材以外にも、適宜、その用途に応じた部材（例えば、電池、入出力部、表示部等）を備え得る。

無線回路基板１０は、アンテナに給電し、無線信号を送受信するための無線回路が設けられた基板である。本実施形態では、無線回路基板１０は、アンテナパターン１３に給電することにより、無線通信を行う。

筐体２０および筐体２１は、誘電体からなり、無線回路基板１０を格納する筐体を構成するものである。筐体２０および筐体２１は、防水パッキン２２を介して組み合わされることにより、無線回路基板１０を密閉し、防水性を確保する。筐体２０および筐体２１は、特に限定されないが、例えば、樹脂によって形成することができる。

筐体２１の外部側（無線回路基板１０とは反対側）には、アンテナパターン１３が設けられている。アンテナパターン１３は、筐体２１を貫通するように埋め込まれているインサートピン１２、およびアンテナ給電バネ１１を介して無線回路基板１０に接続されており、アンテナエレメントとして動作する。このように、無線回路基板１０を格納する筐体の外部側にアンテナパターン１３を設けることにより、無線回路基板１０のグランド等、アンテナ性能の劣化を招く部品から物理的な距離を確保することができるため、同一筺体サイズでも、より高効率なアンテナ性能を得ることができる。

アンテナパターン１３は、導電性を有するパターンであり、導電ペーストが印刷されてなる導電膜、金属メッキ（金属が蒸着されてなる導電膜）、導電フィルム、板金等であり得る。

導電ペーストとは、粘性を有する導電体材料を指し、少なくとも、金属粉および溶剤からなるものであり、好ましくは、金属粉、バインダー樹脂および溶剤からなるものである。導電ペーストが塗布されてなる導電膜は、例えば、乾燥により溶剤が除去されていてもよく、溶剤が一部残留していてもよい。導電ペーストの塗布方法としては種々の方法を採ることができるが、好適には、筐体１および導電部材２の形状に適合するように、可撓性を有する印刷版を用いた印刷（例えば、フレキソ印刷、オフセット印刷、シルク印刷、パッド印刷等）により塗布することが好ましい。

導電フィルムとは、導電性を有するフィルム（薄膜）を指し、例えば、可撓性を有するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）であり得る。

なお、アンテナパターン１３として、筐体に固着した導電フィルム、筐体に固定した板金等を用いることにより、防水性を向上させることができる。筐体への導電フィルムの固着方法、筐体への板金の固定方法は特に限定されず、接着剤、締結手段等公知の方法を用いることができる。

アンテナパターン１３のパターン形状は、図２に示すように、特に限定されず、必要とするアンテナ特性に応じて、例えば、所望の電気長を有するように、適宜設計すればよい。但し、図２に示すように、アンテナパターン１３におけるインサートピン１２が設けられている位置では、インサートピン１２の端部１２ａよりも小さい開口１３ａが設けられている。この詳細については後述する。

なお、アンテナパターン１３上に保護層を設けてもよい。このような保護層を設けることによって、アンテナパターン１３が損傷することを防ぐとともに、より防水性を向上させることができる。保護層としては、例えば、樹脂被膜を用いることができる。保護層は、透明であってもよいし、非透明であってもよい。

インサートピン１２は、筐体２１を貫通するように埋め込まれている導電体であり、筐体２１の外部側と内部側（無線回路基板１０側）との間で電気信号を通過させる。インサートピン１２は、導電体であればよいが、例えば、ピン形状（柱状）の金属片を用いることができる。なお、インサートピン１２は、筐体２１と一体成形（インサート成形）してもよいし、筐体２１に予め穴を設け、その穴に挿入してもよいが、一体成形されていることが防水上好ましい。

インサートピン１２の形状は、特に限定されず、円柱状の他、角柱状であってもよい。また、その太さも均一でなくてもよい。本実施形態では、図２および図３に示すように、インサートピン１２は、両端部および中央部にフランジ１２ｄが設けられた「王」型である。なお、フランジ１２ｄとは、インサートピン１２において隣接する部分よりも直径が大きい部位を指す。インサートピン１２をこのように形成することにより、筐体２１との接触面積を拡大するとともに、筐体２１のひずみに強い形状となり、防水性を向上させることができる。なお、本実施形態では、インサートピン１２の外部側の端部１２ａの中央部（開口１３ａに対向する領域）１２ｂは、凹形状（くり抜き）となっている。この効果については後述する。

また、インサートピン１２と、アンテナパターン１３とは、所望の周波数帯において高周波的に接続されていればよい。すなわち、インサートピン１２の外部側の端部１２ａと、アンテナパターン１３とが電気的に導通して接続されていてもよいし、端部１２ａとアンテナパターン１３とが非接触で、互いに容量結合していてもよい。

ここで、端部１２ａとアンテナパターン１３とを容量結合させる場合、一実施形態において、端部１２ａとアンテナパターン１３との間に防水層を設けてもよい。このような防水層を設けることによって、より防水性を向上させることができる。防水層としては、例えば、樹脂被膜を用いることができる。

アンテナ給電バネ１１は、導電性のバネ、スプリングコネクタ等の部品であり、無線回路基板１０から配線され、インサートピン１２の内部側の端部１２ｃに接することによって、無線回路基板１０とインサートピン１２とを高周波的に接続するものである。

（アンテナ構造体）
ここで、本実施形態では、筐体２１、インサートピン１２およびアンテナパターン１３からなる構造体をアンテナ構造体と称する。このアンテナ構造体について、図面を参照して、より詳細に説明する。

図３（ａ）は、本実施形態に係るアンテナ構造体１の概略構成を示す側方断面図である。図３（ｂ）は、アンテナ構造体１をアンテナパターン１３側から観察した上面図である。図３に示すように、インサートピン１２の端部１２ａ上のアンテナパターン１３には、端部１２ａよりも小さい開口１３ａが設けられている。より詳細には、インサートピン１２の端部１２ａにおける凹形状（くり抜き形状）の中央部１２ｂ上に開口１３ａが設けられている。

このような開口１３ａは、例えば、インサートピン１２が埋め込まれた筐体２１上に印刷法によってアンテナパターン１３を形成することにより、容易に形成することができる。なぜなら、上述したように、インサートピン１２の中央部１２ｂは、凹形状となっているため、導電ペーストが印刷されず、対応する位置に開口１３ａが形成されるからである。

ここで、開口１３ａがない場合、インサートピン１２のアンテナパターン１３側の端部１２ａが、アンテナパターン１３により隠されてしまい、インサートピン１２とアンテナパターン１３との相対位置（筐体２１上のアンテナパターン１３の位置）が不明確となる。一方、開口１３ａを設けることによって、開口１３ａを介して上記相対位置を確認し、当該相対位置が規定の範囲内であるか検品することができる。これにより、インサートピン１２に対する筐体２１上のアンテナパターン１３の位置精度を向上させることができ、アンテナパターン１３を含むアンテナの電気長のバラツキを低減することができる。これにより、アンテナ性能を容易に安定化させることができる有利なアンテナ構造体１を提供することができる。

特に、端部１２ａの輪郭および開口１３ａの輪郭が共に円形であり、中心位置が重なっていることが好ましい。端部１２ａの輪郭および開口１３ａの輪郭が同心円状であれば、開口１３ａの中心から端部１２ａとアンテナパターン１３との相対位置を容易に推定することができる。これにより、より容易に、筐体２１上のアンテナパターン１３の位置精度を向上させることができる。

なお、端部１２ａの輪郭および開口１３ａの輪郭は同心円状でなくともよい。インサートピン１２における端部１２ａと中央部１２ｂとの相対位置を予め求めておけば、これに基づいて、中央部１２ｂと開口１３ａの位置は対応するため、開口１３ａの位置から端部１２ａとアンテナパターン１３との相対位置を、上記両輪郭が同心円状の場合と同様に、推定することができる。

なお、上述したアンテナパターン１３上に設け得る保護層が非透明である場合には、当該保護層を設ける前に、検品を行うことが好ましい。

（変形例１）
続いて、アンテナ構造体１の変形例１について説明する。図４（ａ）は、本変形例に係るアンテナ構造体１’の概略構成を示す側方断面図である。図４（ｂ）は、アンテナ構造体１’をアンテナパターン１３側から観察した上面図である。図４に示すように、アンテナ構造体１’は、端部１２ａの中央部１２’が凹形状（くり抜き形状）でない他は、図３に示すアンテナ構造体１と同様の構成である。

このような構成であっても、アンテナ構造体１と同様の効果を得ることができる。例えば、中央部１２’に、導電ペーストの印刷等を妨げる表面処理、立体加工等を施すことにより、アンテナ構造体１と同様に、中央部１２’に対応する位置に開口１３ａを形成させることができる。よって、アンテナ構造体１と同様、開口１３ａを介して上記相対位置を確認し、当該相対位置が規定の範囲内であるか検品することができる。

また、アンテナパターン１３として、予め開口１３ａが開けられた導電フィルム、板金等を用いる場合、中央部１２’に、任意の目印を付し、開口１３ａを介して確認した当該目印と、アンテナパターン１３の所定位置（例えば、開口１３ａの輪郭）との相対位置に基づいて、端部１２ａに対するアンテナパターン１３の相対位置（筐体２１上のアンテナパターン１３の位置）を推定してもよい。これにより、アンテナ構造体１と同様、開口１３ａを介して上記相対位置を確認し、当該相対位置が規定の範囲内であるか検品することができる。

（変形例２）
さらに、アンテナ構造体１の変形例２について説明する。図５（ａ）は、本変形例に係るアンテナ構造体１”の概略構成を示す側方断面図である。図５（ｂ）は、アンテナ構造体１”をアンテナパターン１３側から観察した上面図である。図５に示すように、アンテナ構造体１”は、端部１２ａ上のアンテナパターン１３のパターン端部１３ｂが、インサートピン１２の端部１２ａの外周を露出させるように形成されている。言い換えれば、アンテナパターン１３には、端部１２ａの外周を露出させるような開口が設けられている。

このような構成であっても、アンテナ構造体１と同様の効果を得ることができる。すなわち、露出する端部１２ａの外周の形状に基づけば、パターン端部１３ｂと端部１２ａとのズレ量を確認することができるため、当該ズレ量が、規定の範囲内であるか検品することができる。

なお、パターン端部１３ｂの形状は、予め定められた形状を有する限り、特に限定されないが、例えば、図５（ｂ）に示すように、パターン端部１３ｂの輪郭が、インサートピン１２の端部１２ａの輪郭と同心円状であるように形成することができる。すなわち、パターン端部１３ｂの輪郭を、端部１２ａの輪郭よりも小径の円形の一部とし、ズレがないときに中心位置が重なるようにする。パターン端部１３ｂの輪郭を円形の一部とすることにより、中心位置を容易に確認することができ、端部１２ａの中心と、パターン端部１３ｂの中心との差を確認することにより、端部１２ａとパターン端部１３ｂとの相対位置を容易に確定することができる。これにより、より容易に、筐体２１上のアンテナパターン１３の位置精度を向上させることができる。

本発明は、携帯電話を含む無線通信システム全般の製造分野において利用可能である。

１ アンテナ構造体
１０ 無線回路基板
１１ アンテナ給電バネ
１２ インサートピン（導電部材）
１２ａ 端部
１２ｂ 中央部（開口に対向する領域）
１２ｃ 端部
１２ｄ フランジ
１３ アンテナパターン
１３ａ 開口
１３ｂ パターン端部
２０ 筐体
２１ 筐体
２２ 防水パッキン
３０ 電池蓋
１００ 無線装置

Claims (12)

1. 誘電体からなる筐体と、
   該筐体上に設けられているアンテナパターンと、
   該筐体を貫通するように埋め込まれ、一方の端部が該アンテナパターンと高周波的に接続している導電部材と、を備えており、
   該端部上の該アンテナパターンに、該端部よりも小さい開口が設けられていることを特徴とするアンテナ構造体。
2. 上記端部の輪郭および上記開口の輪郭が共に円形であり、中心位置が重なっていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造体。
3. 上記端部において、上記開口に対向する領域が凹んでいることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ構造体。
4. 上記アンテナパターンの輪郭の一部が、上記端部上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造体。
5. 上記端部の輪郭が円形であり、上記端部上に設けられている上記アンテナパターンの輪郭の一部が、円の一部を構成していることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ構造体。
6. 上記端部上に設けられている上記アンテナパターンの輪郭の一部が、上記端部の輪郭の同心円であることを特徴とする請求項４または５に記載のアンテナ構造体。
7. 上記端部と上記アンテナパターンとが容量結合していることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のアンテナ構造体。
8. 上記筐体および上記導電部材が一体成形されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のアンテナ構造体。
9. 上記アンテナパターンが、上記筐体上に導電ペーストが印刷されてなる導電膜、上記筐体上に金属が蒸着されてなる導電膜、上記筐体上に固着された導電フィルム、および上記筐体上に固定された板金からなる群より選択される何れかであることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のアンテナ構造体。
10. 上記アンテナパターン上に保護層が形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のアンテナ構造体。
11. 上記導電部材が、フランジを備えていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載のアンテナ構造体。
12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載のアンテナ構造体を備えていることを特徴とする無線装置。

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