JP6558251B2

JP6558251B2 - 電子機器

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Publication number: JP6558251B2
Application number: JP2016005057A
Authority: JP
Inventors: 渉田村; 邦明用水
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2036-01-14
Also published as: CN206422229U; JP2017126877A

Description

本発明は、絶縁基板に線状の導体を配置してなるアンテナ素子を含んだアンテナ装置、および、該アンテナ装置を備えた電子機器に関する。

特許文献１には、携帯電話、車載テレビ等用の受信機に用いられるアンテナが記載されている。特許文献１に記載のアンテナは、フレキシブル基板を備える。フレキシブル基板の表面には、放射導体となる線状導体が配置されている。

このような平面状のアンテナは、フレキシブル基板における線状導体が形成される面と受信機の筐体の表面および裏面とが略平行になるように配置されていることがある。また、このような平面状のアンテナは、当該アンテナが接続される回路基板と筐体との間に配置されている。

特開２００８−１９３２９９号公報

しかしながら、上述の構成では、例えば筐体を薄くする等の理由によって、アンテナの線状導体と、回路基板に実装された表面実装部品や導体パターンとが近接することがある。このような近接が生じると、アンテナの線状導体と、回路基板の表面実装部品や導体パターンとの間に電界結合が発生してしまう。この電界結合は、アンテナにとって不要な結合である。そして、この電界結合によって、アンテナの放射電力に損失が生じてしまう。

本発明の目的は、不要な電界結合による放射電力の損失を抑制できるアンテナ装置、および、当該アンテナ装置を備えた電子機器を提供することにある。

この発明のアンテナ装置は、回路基板と、回路基板の主面に近接して配置された平板状のアンテナ素子とを備える。アンテナ素子は、第１絶縁基板、線状導体、および、第２絶縁基板を備える。第１絶縁基板は、主面に平行な面を有する。線状導体は、第１絶縁基板の主面に対向する面に配置されている。第２絶縁基板は、第１絶縁基板の主面に対向する面と反対側の面に配置されている。第２絶縁基板の比誘電率は、第１絶縁基板の比誘電率よりも高い。第２絶縁基板の厚みは、第１絶縁基板の厚みよりも厚い。

この構成では、線状導体は、第２絶縁基板側に電界結合しやすくなり、回路基板との電界結合が抑制される。

また、この発明のアンテナ装置では、線状導体における第１絶縁基板に当接する面の粗さは、当接しない反対側の面の粗さよりも粗いことが好ましい。

この構成では、線状導体と第１絶縁基板との接合の信頼性が高くなる。また、線状導体の第１絶縁基板に当接する第１面と反対側の第２面から線状導体に給電することによって、第２面に電荷が集中する。しかしながら、この構成を用いることによって、電荷が集中する面の平坦度が高く、電力損失が抑制される。

また、この発明のアンテナ装置では、第１絶縁基板の主材料と第２絶縁基板の主材料は同じであることが好ましい。

この構成では、第１絶縁基板と第２絶縁基板とを、接着剤等を介することなく直接接合しており、第１絶縁基板と第２絶縁基板との界面剥離が抑制される。これにより、第１絶縁基板と第２絶縁基板との接合の信頼性が高くなる。

また、この発明のアンテナ装置では、第１絶縁基板、線状導体、および、第２絶縁基板は、可撓性を有することが好ましい。

この構成では、アンテナ素子を曲げて配置することが可能になる。

また、この発明の電子機器は、上述のいずれかに記載のアンテナ装置と筐体とを備える。筐体は、アンテナ素子および回路基板を収容し、アンテナ素子の近傍に導体部を有する。アンテナ素子は、回路基板と筐体との間に配置されている。第１絶縁基板は、第２絶縁基板よりも回路基板側に配置されている。

この構成では、アンテナ素子の線状導体と筐体の導体部との電界結合が強くなり、線状導体と回路基板との電界結合が抑制される。これにより、アンテナ素子の線状導体の不要な電界結合が抑制される。

また、この発明の電子機器では、第２絶縁基板は筐体に当接していることが好ましい。

この構成では、電気機器の形状を小型にし、且つ、線状導体と筐体の導体部との電界結合が強くなり、線状導体と回路基板との電界結合が抑制される。

また、この発明の電子機器は、上述の可撓性を有する材料を用いたアンテナ素子を含むアンテナ装置と、筐体とを備える。筐体は、アンテナ素子および回路基板を収容し、アンテナ素子の近傍に導体部を有する。アンテナ素子は、第１絶縁基板が第２絶縁基板よりも回路基板側になるように、回路基板と筐体との間に配置されている。アンテナ素子は、筐体の形状に合わせて湾曲している。

この構成では、筐体の形状、および、アンテナ素子の配置位置に応じた形状で、アンテナ素子が配置される。これにより、アンテナ素子が実現し得る形状が多くなり、上述の作用効果とともに、例えば、筐体の設計の自由度、アンテナ素子の指向性の自由度が向上する。

この発明によれば、アンテナを形成する導体が不要な電界結合を生じることによる放射電力の損失を抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ素子の分解斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る電子機器の構成を示す側面断面図である。本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ素子の部分拡大の側面断面図である。本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ素子の分解斜視図である。本発明の第３の実施形態に係る電子機器の構成を示す側面断面図である。本発明の第４の実施形態に係る電子機器の構成を示す側面断面図である。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置および電子機器について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ素子の分解斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る電子機器の構成を示す側面断面図である。

図１に示すように、アンテナ素子１０は、第１絶縁基板１１、線状導体１２、第２絶縁基板１３、および、接着剤１４を備える。第１絶縁基板１１と第２絶縁基板１３は、平板である。図１、図２に示す態様では、第１絶縁基板１１と第２絶縁基板１３を平面視した形状は同じである。なお、第１絶縁基板１１と第２絶縁基板１３を平面視した形状は異なっていてもよい。

第２絶縁基板１３の厚みＤ１３は、第１絶縁基板１１の厚みＤ１１よりも厚い。第２絶縁基板１３の比誘電率εｒ１３は、第１絶縁基板１１の比誘電率εｒ１１よりも高い。例えば、第２絶縁基板１３の材料をポリイミド（ＰＩ）とし、第１絶縁基板１１の材料を液晶ポリマ（ＬＣＰ）とすることによって、この比誘電率の関係を実現できる。

第１絶縁基板１１と第２絶縁基板１３は、互いの平板面が対向するように、接着剤１４によって接着されている。接着剤１４は、絶縁性を有するものであり、第１絶縁基板１１および第２絶縁基板１３の材料に近い物性を有するものであることが好ましい。

線状導体１２は、例えば、逆Ｆアンテナの放射導体として機能する形状であり、第１絶縁基板１１における第２絶縁基板１３側とは反対側の面に配置されている。線状導体１２には、コネクタ接続用のパッド導体１２０が接続されている。線状導体１２は、例えば銅箔によって形成されている。

このように、本実施形態のアンテナ素子１０は、厚み方向に沿って、線状導体１２、第１絶縁基板１１、第２絶縁基板１３の順に並ぶ形状である。

図２に示すように、電子機器２０は、アンテナ素子１０、筐体３０、および回路基板４０を備える。アンテナ素子１０および回路基板４０は、筐体３０の内部に収容されている。アンテナ素子１０および回路基板４０によって、アンテナ装置１００が構成されている。筐体３０は、導体部３１１，３１２と樹脂部３２とを備える。この樹脂部３２は、非導体部３１０である。

アンテナ素子１０は、回路基板４０と筐体３０との間に配置されている。アンテナ素子１０は、平板面が筐体３０の導体部３１１および樹脂部３２の主面と回路基板４０の主面（実装面）とに略平行になるように、配置されている。アンテナ素子１０は、主に樹脂部３２に対向することが好ましい。これにより、アンテナ素子１０から放射される電波が非導体部３１０を介して、外部に効率的に伝搬される。

アンテナ素子１０と回路基板４０、アンテナ素子１０と筐体３０は近接している。なお、アンテナ素子１０と筐体３０は当接してもよい。これにより、アンテナ素子１０を内蔵した状態であっても、電子機器２０を小型、薄型にすることができる。

アンテナ素子１０では、第１絶縁基板１１が第２絶縁基板１３よりも回路基板４０に近い側に配置され、第２絶縁基板１３が第１絶縁基板１１よりも筐体３０の導体部３１１および樹脂部３２に近い側に配置されている。言い換えると、第２絶縁基板１３における第１絶縁基板１１側と反対側の面が筐体３０の導体部３１１および樹脂部３２に対向し、第１絶縁基板１１における線状導体１２が配置される面が回路基板４０に対向している。

回路基板４０は、ベース基板４１、コネクタ４２、および実装部品４３を備える。コネクタ４２および実装部品４３は、ベース基板４１の表面（実装面）に実装されている。回路基板４０は、実装面がアンテナ素子１０側を向くように、筐体３０内に配置されている。

コネクタ４２は、アンテナ素子１０の線状導体１２に接続するパッド導体１２０に接続している。この構成により、アンテナ素子１０は、回路基板４０から給電される。

上述の構成では、線状導体１２と回路基板４０とが近接している。しかしながら、線状導体１２における回路基板４０と反対側に、比誘電率が高く、厚みの厚い第２絶縁基板１３が配置されているので、線状導体１２は、第２絶縁基板１３を介して、筐体３０の導体部３１１，３１２と電界結合（図２の点線のキャパシタで示したような結合）が生じ易くなる。すなわち、線状導体１２とグランド用の導体との電界結合が生じ易くなる。したがって、線状導体１２と回路基板４０および実装部品４３との電界結合が抑制される。これにより、アンテナ装置１００での不要な電界結合が抑制され、アンテナ装置１００の電力損失を抑制することができる。

また、線状導体１２は、相対的に比誘電率が低い第１絶縁基板１１に配置されており、相対的に比誘電率が高い第２絶縁基板１３から離間されている。この構成によって、線状導体１２の線間容量の発生を抑制することができる。これにより、アンテナ素子１０の放射特性、周波数特性等のアンテナ特性の劣化を抑制することができる。ここで、第１絶縁基板１１の厚みＤ１１を薄くすることによって、上述の第２絶縁基板１３による電界結合の誘導の効果は大きくなるが、線間容量が発生し易くなる。したがって、これらの電界結合の誘導の効果と、線間容量の抑制の効果を考慮して、第１絶縁基板１１の厚みＤ１１を決定すればよい。さらに、電界結合の誘導の効果を考慮して、第２絶縁基板１３の厚みＤ１３を、第１絶縁基板１１の厚みＤ１１よりも少なくとも厚くして、所定の厚みに決定すればよい。

以上のように、本実施形態のアンテナ装置１００、電子機器２０を用いることによって、電子機器２０を小型、薄型にしながら、アンテナ装置１００の不要な電界結合を抑制でき、アンテナ装置１００の電力損失を抑制することができる。

なお、アンテナ素子１０では、線状導体１２の形状を、図３に示すような形状にすることが好ましい。図３は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ素子の部分拡大の側面断面図である。

図３に示すように、アンテナ素子１０の線状導体１２では、第１絶縁基板１１に当接する第１面１２１の表面粗さは、第１絶縁基板１１に当接する面と反対側の第２面１２２の表面粗さよりも大きい。このような構成によって、アンカー効果から、線状導体１２の第１絶縁基板１１への接合強度が向上する。また、このアンカー効果によって、線状導体１２と第１絶縁基板１１とを接着材不要で接合することができる。これにより、接着剤等の接着材が存在することによる不所望な特性変化等を抑制できる。

また、図２に示すように、線状導体１２への給電は第２面１２２側から行われる。この場合、第２面１２２側に電荷が集中する。第２面１２２は、表面粗さが小さい平坦面であるので、電荷集中が生じても、電力損失が生じ難い。したがって、アンテナ素子１０の放射効率の劣化を抑制することができる。

また、表面粗さが大きい第１面１２１が第２絶縁基板１３に対向し、表面粗さが小さい第２面１２２が回路基板４０に対向することによって、線状導体１２は、第２絶縁基板１３側の対向面積が大きくなる。したがって、線状導体１２は、第２絶縁基板１３側に電界結合しやすくなり、不要な電界結合をさらに抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置および電子機器について、図を参照して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ素子の分解斜視図である。本実施形態に係るアンテナ素子１０Ａは、第１の実施形態に係るアンテナ素子１０に対して、第２絶縁基板１３Ａの材料および厚みＤ１３Ａが異なり、接着剤１４を省略した点で異なる。

第２絶縁基板１３Ａは、第１絶縁基板１１と同じ主材料からなる。具体的には、例えば、第１絶縁基板１１が液晶ポリマからなる場合に、第２絶縁基板１３Ａは、液晶ポリマに対して誘電体フィラーを添加している。これにより、第２絶縁基板１３Ａの比誘電率εｒ１３Ａは、第１絶縁基板１１の比誘電率εｒ１１よりも高い。第１絶縁基板１１と第２絶縁基板１３Ａは、加熱プレスによって接合されている。

このような構成とすることによって、第１絶縁基板１１と第２絶縁基板１３Ａとの間の異種材料界面を小さくでき、第１絶縁基板１１と第２絶縁基板１３Ａとの接合の信頼性を向上することができる。例えば、アンテナ素子１０Ａを曲げた際に生じる界面剥離を抑制することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置および電子機器について、図を参照して説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る電子機器の構成を示す側面断面図である。

図５に示すように、本実施形態に係る電子機器２０Ｂは、第１の実施形態に係る電子機器２０に対して、筐体３０Ｂの形状、アンテナ素子１０Ｂの構成および配置において異なる。

アンテナ素子１０Ｂは、第２の実施形態に係るアンテナ素子１０Ａと同じ構造であり、第１絶縁基板１１、線状導体１２、および、第２絶縁基板１３Ａを備える。第１絶縁基板１１、線状導体１２、および、第２絶縁基板１３Ａは可撓性を有している。

筐体３０Ｂは、導体部３１１，３１２Ｂ、樹脂部３２を備える。導体部３１２Ｂの一部は、導体部３１１および樹脂部３２とともに、筐体３０Ｂの一面を形成しており、導体部３１２Ｂの他部は、導体部３１１および樹脂部３２によって形成される平面に直交する方向に延びる形状である。言い換えれば、導体部３１２は、略直角に曲がる曲部を有する。

アンテナ素子１０Ｂは、この曲部を含むように、筐体３０Ｂの内面に沿って配置されている。アンテナ素子１０Ｂは、筐体３０Ｂに当接している。この際、第２絶縁基板１３Ｂが筐体３０Ｂに当接している。

このような構成とすることによって、線状導体１２と筐体３０Ｂの導体部３１１，３１２Ｂとの電界結合をより生じ易くすることができる。特に、図５の場合には、線状導体１２と導体部３１２Ｂとの電界結合をより生じ易くすることができる。これにより、アンテナ装置１００Ｂの不要な電界結合をさらに抑制することができる。

また、アンテナ素子１０Ｂと筐体３０Ｂとの間に隙間が無いので、電子機器２０Ｂをより小型や薄型に形成することができる。

また、本実施形態に示すように、アンテナ素子１０Ｂを曲げて配置することが可能であるので、アンテナ素子１０Ｂが実現し得る形状が多くなる。これにより、筐体へのアンテナ素子の配置態様のバリエーションを広げることができ、筐体の設計の自由度、アンテナ素子の指向性の設計の自由度が向上する。

次に、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置および電子機器について、図を参照して説明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係る電子機器の構成を示す側面断面図である。

図６に示すように、本実施形態に係る電子機器２０Ｃは、第１の実施形態に係る電子機器２０に対して、アンテナ素子１０Ｃの構成において異なる。

アンテナ素子１０Ｃは、第２の実施形態に係るアンテナ素子１０Ａに対して、第２絶縁基板１３Ｃの形状において異なる。

第２絶縁基板１３Ｃは、第１絶縁基板１１の線状導体１２が配置される面と反対側の面において、全面に配置されておらず、部分的に配置されている。第２絶縁基板１３Ｃは、線状導体１２と筐体３０の導体部３１１，３１２との電界結合が主として生じる部分だけに配置されている。例えば、図６の場合であれば、線状導体１２が形成される領域の外周の部分が導体部３１１，３１２に近接している。この場合、導体部３１１，３１２に近接する線状導体１２の外周部に重なるように、第２絶縁基板１３Ｃを配置する。

このような構成であっても、アンテナ装置１００Ｃでの不要な電界結合を抑制することができる。また、線状導体１２と導体部３１１，３１２との間に電界を集中し易くなる。また、第２絶縁基板１３Ｃを小さくでき、アンテナ素子１０Ｃの材料費を安くできる。

なお、上述の各実施形態の構成は、適宜組合せが可能である。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ：アンテナ素子
１１：第１絶縁基板
１２：線状導体
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ：第２絶縁基板
１４：接着剤
２０，２０Ｂ，２０Ｃ：電子機器
３０，３０Ｂ：筐体
３２：樹脂部
４０：回路基板
４１：ベース基板
４２：コネクタ
４３：実装部品
１００，１００Ｂ，１００Ｃ：アンテナ装置
１２０：パッド導体
１２１：第１面
１２２：第２面
３１０：非導体部
３１１，３１２，３１１，３１２Ｂ：導体部

Claims

回路基板と、
前記回路基板の主面に近接して配置された平板状のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子および前記回路基板を収容し、前記アンテナ素子の近傍に導体部を有する筐体と、を備え、
前記アンテナ素子は、
前記主面に平行な面を有する第１絶縁基板と、
前記第１絶縁基板の前記主面に対向する面に配置された線状導体と、
前記第１絶縁基板の前記主面に対向する面と反対側の面に配置された第２絶縁基板と、を備え、
前記回路基板と前記筐体との間に配置されており、
前記第２絶縁基板の比誘電率は、前記第１絶縁基板の比誘電率よりも高く、
前記第１絶縁基板の主材料と前記第２絶縁基板の主材料は同じであり、且つ、前記第２絶縁基板には、前記主材料と異なる材料が含まれており、
前記第１絶縁基板は、前記第２絶縁基板よりも前記回路基板側に配置されている、
電子機器。
回路基板と、
前記回路基板の主面に近接して配置された平板状のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子および前記回路基板を収容し、前記アンテナ素子の近傍に導体部を有する筐体と、を備え、
前記アンテナ素子は、
前記主面に平行な面を有する第１絶縁基板と、
前記第１絶縁基板の前記主面に対向する面に配置された線状導体と、
前記第１絶縁基板の前記主面に対向する面と反対側の面に配置された第２絶縁基板と、を備え、
前記第１絶縁基板が前記第２絶縁基板よりも回路基板側になるように、前記回路基板と前記筐体との間に配置されており、
前記第２絶縁基板の比誘電率は、前記第１絶縁基板の比誘電率よりも高く、
前記筐体は、屈曲部を有しており、
前記アンテナ素子の前記第１絶縁基板および前記第２絶縁基板は、前記筐体の前記屈曲部の形状に合わせて湾曲している、
電子機器。
回路基板と、
前記回路基板の主面に近接して配置された平板状のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子および前記回路基板を収容し、前記アンテナ素子の近傍に導体部を有する筐体と、を備え、
前記アンテナ素子は、
前記主面に平行な面を有する第１絶縁基板と、
前記第１絶縁基板の前記主面に対向する面に配置された線状導体と、
前記第１絶縁基板の前記主面に対向する面と反対側の面に配置された第２絶縁基板と、を備え、
前記第１絶縁基板が前記第２絶縁基板よりも回路基板側になるように、前記回路基板と前記筐体との間に配置されており、
前記第２絶縁基板の比誘電率は、前記第１絶縁基板の比誘電率よりも高く、
前記第２絶縁基板は、前記導体部と前記線状導体との電界結合が主として生じる部分だけに配置されている、
電子機器。