JP7018546B2 - アンテナ機能付きカバー - Google Patents
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Description
現在実用化が進んでいる5Gシステムにおいて、5Gアンテナ(駆動周波数:28GHz)は、ビームフォーミング(ビームステアリング)性能が求められる。5Gアンテナの一種として、パッチアンテナを複数個(1×4や2×4や8×8等)配列した、パッチアレーアンテナがある。パッチアンテナの電極材料はCu、Ag、Sn、Al、Au、Pt等の金属やその合金、樹脂を含んだ金属インキ(Agペースト)などである。パッチアンテナの1辺の寸法は、例えば、λ/2=5mm(28GHzの場合)程度である。
また、近年、上記の電子機器では、画像表示装置の表示面のみでなく、該表示面に対し裏面を衝撃等から保護するバックカバーの研究が進められている(例えば、特許文献2を参照)。
一方、アンテナ構造は、例えば、カバーのガラス層と反対側に設けられたマイクロストリップラインと、カバーのガラス層側に設けられたアンテナ素子とを有しており、両者間で非接触給電を行っている。そして、前述の金属蒸着層は、マイクロストリップラインとアンテナ素子との積層方向間に設けられているので、信号を減衰させてしまう。また、アンテナ構造からの信号は、ガラス層によっても減衰される。
この問題は、5Gアンテナでは特に顕著になることを本発明の発明者は見出した。具体的には、4Gアンテナでは信号の減衰量は数%であるのに対して、5Gアンテナでは信号減衰量は数十%になると予測された。
本発明の他の目的は、アンテナ機能付きカバーにおいて、ガラス等のカバー部材によるアンテナ放射特性の低下を抑えることでアンテナ性能を向上させることにある。
本発明の一見地に係るアンテナ機能付きカバーは、電磁波伝送路が設けられた基板に装着されて用いられるものであって、カバー層と、絵柄層と、アンテナ素子としてのメタ・サーフェスとを備えている。
絵柄層は、カバー層に対して積層方向に配置されており、金属蒸着層を含む。
メタ・サーフェスは、絵柄層と積層方向に並んで配置されており、アンテナ信号を増幅する。
このカバーでは、絵柄層の金属蒸着層によって金属調の意匠を実現している。また、カバーがメタ・サーフェスを採用しているので、透磁率μが負の値になる。したがって、アンテナにおける信号減衰量を低減できる。この結果、アンテナの性能低下を抑えることができる。
メタ・サーフェスは、給電部とアンテナ素子とのインピーダンスを整合させる等価回路を構成する形状であってもよい。
このカバーでは、アンテナにおける信号減衰量を低減できる。この結果、アンテナの性能低下を抑えることができる。
このカバーでは、金属蒸着層を十分に薄くしているので、アンテナ構造における信号減衰量を低減できる。この結果、5Gアンテナの性能低下を抑えることができる。
このカバーでは、優れた金属調の意匠を実現できる。
このカバーでは、アンテナ性能が向上する。
メタ・サーフェスは、アレイアンテナに対して積層方向に対向する位置に設けられたパターン構造を有していてもよい。
(1)基本構成
図1を用いて、バックカバー1(アンテナ機能付きカバーの一例)を説明する。図1は、第1実施形態に係るバックカバーの模式的断面図である。
バックカバー1は、携帯電話、スマートフォン、タブレットなどの電子機器に用いられる。
バックカバー1は、電子機器の表示部の背面側に装着される筐体又はその裏面を構成するものである。バックカバー1は、スロットアレイアンテナ35a(後述)が形成された基板3(後述)と組み合わせて使用される。バックカバー1は、主に、カバー部材5と、絵柄層7とを有している。なお、図1の上側が電子機器の外側になり、図1の下側が電子機器の内側(表示部側)になる。
基板3(基板の一例)は、平板状に形成されたメインボードPCB(Printed Circuit Board)である。
カバー部材5(カバー層の一例)は、基板3の積層方向上側に配置されている。カバー部材5は、例えば、カバーガラスである。カバー部材5は、樹脂、ハードコートでもよい。
カバー部材5の厚みは、例えば0.65mmである。
カバー部材5の下面には、粘着層11が設けられている。粘着層11の厚みは、例えば100μmである。
絵柄層7(絵柄層の一例)は、全体が一体のフィルム構成であり、基板3とカバー部材5との間に配置される。
絵柄層7は、基材としてのPETフィルム13を有している。PETフィルム13の厚みは例えば100μmである。
なお、絵柄層の構成、各層の厚み、各層の材料は特に限定されない。例えば、複数の層の一部は省略されてもよいし、異なる層が追加されてもよい。
アンテナ構造9は、5Gアンテナである。5Gアンテナが使用する周波数帯域は下記の2つである。
1)sub6: 6GHz以下(特に日本は3.48~4.2GHz、4.4~4.9GHzを検討中)
2)mmWave :25~80GHz(特に日本は43.5GHz以下を検討中)
給電線路37は、例えばマイクロストリップ線路であり、アンテナ素子であるメタ・サーフェス31に対して高周波信号RFを供給する。給電線路37は、グラウンド電極35のスロットアレイアンテナ35aを通ってメタ・サーフェス31と容量性結合で接続している。なお、給電線路37は、周辺回路(図示せず)に接続されている。
アンテナ構造9は、低損失フィルム33を有している。低損失フィルム33は、絵柄層7の粘着層19の上に設けられている。メタ・サーフェス31は、低損失フィルム33の上に導電性部材として形成されており、そのためグラウンド電極35から離れて対向配置されている。
メタ・サーフェス31とグラウンド電極35との間には、前述の絵柄層7が配置されている。なお、絵柄層7において、金属蒸着層15には、メタ・サーフェス31と同じ平面位置において、複数のスリット15a(複数の穴の一例)が形成されていてもよい。
そのようにスリット15aが形成されていれば、アンテナ性能が向上する。
図2では、メタ・サーフェス31は、低損失フィルム33の表面に形成された複数の導電性部材31aからなる。複数の導電性部材31aは、2次元正方格子状(すなわち、マトリックス状)に配置されている。導電性部材31aは、十字形状である。
導電性部材又は穴の形状は、特に限定されず、四角形状、V字形状であってもよい。
以上に述べたように、導電性部材の形状は、図2の例以外にも、周期性のある配置ができれば様々な形状が可能である。
なお、メタ・サーフェスは、アンテナ素子に高周波電力を入力する給電部(給電線路37を含む)とアンテナ素子とのインピーダンスを整合させる等価回路を構成する形状とすればよい。
このバックカバー1では、絵柄層7の金属蒸着層15によって金属調の意匠を実現している。さらに、5Gアンテナとしてメタ・サーフェス31を採用してスロットアレイアンテナ35aの上に設けているので、透磁率μは負の値になる。さらに、メタ・サーフェスは、アンテナ素子に高周波電力を入力する給電部とアンテナ素子とのインピーダンスを整合させる等価回路を構成する。よって、アンテナ構造9における信号減衰量を低減できる。この結果、5Gアンテナの性能低下を抑えることができる。
このバックカバー1では、金属蒸着層15の厚みが、0.1μm以下であり、十分に薄くしているので、アンテナ構造9における信号減衰量を低減できる。この結果、5Gアンテナの性能低下を抑えることができる。
さらに、本実施形態ではバックカバー1の上側部分にカバー部材5が設けられているが、メタ・サーフェス31によって、ガラス等のカバー部材5によるアンテナ放射特性の低下を抑えることでアンテナ性能を向上させている。
第1実施形態では、メタ・サーフェスは、絵柄層を挟んで電磁波伝送路に対して積層方向に対向していた。しかし、メタ・サーフェスは、絵柄層と電磁波伝送路との積層方向間に配置され、電磁波伝送路に対して積層方向に対向していてもよい。この場合、絵柄層の片側にアンテナ構造全体が配置されている。
そのような実施例を第2実施形態として説明する。
図3を用いて、第2実施形態に係るバックカバー1A(アンテナ機能付きカバーの一例)を説明する。図3は、第2実施形態に係るバックカバーの模式的断面図である。
バックカバー1Aは、電子機器の表示部の背面側に装着される筐体又はその裏面を構成するものである。バックカバー1Aは、主に、カバー部材5Aと、絵柄層7Aとを有している。アレイアンテナ35Aが形成された基板3Aと組み合わされて使用される。なお、図1の上側が電子機器の外側になり、図1の下側が電子機器の内側(表示部側)になる。
基板3A(基板の一例)は、平板状に形成されたメインボードPCB(Printed Circuit Board)である。
カバー部材5A(カバー層の一例)は、基板3Aの積層方向上側に配置されている。カバー部材5Aは、例えば、カバーガラスである。カバー部材5Aは、樹脂、ハードコートでもよい。
カバー部材5Aの厚みは、例えば0.65mmである。
絵柄層7A(絵柄層の一例)は、全体が一体のフィルム構成であり、基板3Aとカバー部材5Aとの間に配置される。
絵柄層7Aは、基材としてのPETフィルム13Aを有している。PETフィルム13Aの厚みは例えば0.1μmである。
なお、絵柄層の構成、各層の厚み、各層の材料は特に限定されない。例えば、複数の層の一部は省略されてもよいし、異なる層が追加されてもよい。
図3~図5を用いて、アンテナ構造9Aを説明する。図4は、アレイアンテナとメタ・サーフェスの平面図である。図5は、アレイアンテナの平面図である。
アンテナ構造9Aは、5Gアンテナである。
アンテナ構造9Aは、アレイアンテナ35Aを有している。アレイアンテナ35Aは、基板3Aの上面に形成されている。図4に示すように、アレイアンテナ35Aは、複数のパッチアンテナ35A1を有している。
給電線路37Aは、例えばマイクロストリップ線路であり、アレイアンテナ35Aに対して高周波信号RFを供給する。なお、給電線路37Aは、周辺回路(図示せず)に接続されている。また、給電線路37Aとアレイアンテナ35Aは、コネクタ等で接続されている。
バックカバー1Aは、メタ・サーフェス31A(メタ・サーフェスの一例)を有している。メタ・サーフェス31Aは、図5に示すように、アレイアンテナ35Aと平面視で対応する位置に形成されている。
メタ・サーフェス31Aは、アンテナ素子に高周波電力を入力する給電部とアンテナ素子とのインピーダンスを整合させる等価回路を構成する形状である。
また、本実施形態の基本構造では、アンテナ構造9Aの上側にカバー部材5Aが配置されているので、これによっても減衰が発生する可能性がある。
そこで、本実施形態では、アレイアンテナ35Aの上側にメタ・サーフェス31Aを配置しカバー部材5Aによるアンテナ放射特性の低下を抑える。さらに、メタ・サーフェス31Aは、アンテナ素子に高周波電力を入力する給電部とアンテナ素子とのインピーダンスを整合させる等価回路を構成する。よって、アンテナ性能を向上させている。これにより、高指向性かつHigh Gainのアンテナが得られる。
図6を用いて、第2実施形態の変形例として、第3実施形態を説明する。図6は、第3実施形態に係るバックカバーの模式的断面図である。
基本的な構造は第2実施形態と同じであるので、アンテナ構造を中心に説明する。
アンテナ構造9Bは、5Gアンテナである。
アンテナ構造9Bは、低損失フィルム33Bを有している。低損失フィルム33Bは、絵柄層7Bと基板3Bとの間に配置されている。低損失フィルム33Bと基板3Bの間には、粘着層29Bが配置されている。
アンテナ構造9Bは、アレイアンテナ35Bを有している。アレイアンテナ35Bは、低損失フィルム33Bの下面に形成されている。アレイアンテナ35Bは、複数のパッチアンテナ35B1を有している。
給電線路37Bは、例えばマイクロストリップ線路であり、アレイアンテナ35Bに対して高周波信号RFを供給する。なお、給電線路37Bは、周辺回路(図示せず)に接続されている。また、給電線路37Bとアレイアンテナ35Bは、非接触給電で接続されている。したがって、第2実施形態とは異なり、コネクタ等が不要である。
メタ・サーフェス31Bは、本実施形態では、銅からなる。
図7を用いて、メタ・サーフェスに用いられるパターン形状の変形例を第4実施形態として説明する。図7は、第4実施形態のメタ・サーフェスのパターン形状を示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Cは、低損失フィルム33の表面に形成された複数の導電性部材31cからなる。導電性部材31cは、四角形(具体的には、正方形)の枠形状である。
図8を用いて、メタ・サーフェスに用いられるパターン形状の変形例を第5実施形態として説明する。図8は、第5実施形態のメタ・サーフェスのパターン形状を示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Dは、低損失フィルム33の表面に形成された複数の導電性部材31cからなる。導電性部材31dは、二重の四角形(具体的には、正方形)の枠形状である。内外の四角形は、反対側の位置において、切断部を有している。
図9を用いて、メタ・サーフェスに用いられるパターン形状の変形例を第6実施形態として説明する。図9は、第6実施形態のメタ・サーフェスのパターン形状を示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Eは、低損失フィルム33の表面に形成された複数の導電性部材31eからなる。導電性部材31eは、外側の四角形(具体的には、正方形)の枠形状と、内側の四角形(具体的には、正方形の)の塗りつぶし形状である。
図10を用いて、メタ・サーフェスに用いられるパターン形状の変形例を第7実施形態として説明する。図10は、第4実施形態のメタ・サーフェスのパターン形状を示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Fは、低損失フィルム33の表面に形成された複数の導電性部材31eからなる。導電性部材31fは、四角形(具体的には、正方形)の枠形状と、その各辺から内側に延びる突起部を有している。
第1~第7実施形態では、メタ・サーフェスの複数の導電性部材は比較的単純な形状であるが、導電性部材の形状は特に限定されない。
バックカバーの厚みを薄くするためには、インピーダンスが整合する等価回路を構成しやすくするために、メタ・サーフェスの導電性部材の数を増やし、パターン形状を複雑にすることが好ましい。
図11~図13を用いて、そのような実施例として、第8実施形態を説明する。図11は、第8実施形態のメタ・サーフェスのパターン形状を示す模式的斜視図である。図12は、メタ・サーフェスのパターン形状を示す模式的平面図である。図13は、アンテナ構造の等価回路図である。
具体的には、メタ・サーフェス31Gの導電性部材31gは、自己相似的な多数の四角形からなる形状である。なお、導電性部材31gの最小単位は四角形の導電性部材であり、当該導電性部材は導電性部材が形成されていない四角形部分を真ん中に有している。
この変形例では、メタ・サーフェス31Hの導電性部材31hは、フラクタル形状である。具体的には、導電性部材31hは、自己相似的な無数の三角形からなる図形である。
なお、導電性部材31hの最小単位は三角形の導電性部材であり、当該導電性部材の同じ向き3個の間には、導電性部材が形成されていない逆向きの三角形部分が存在する。
フラクタルの形状は上記例に限定されない。
また、第2実施形態のバックカバーの層構成(図3)において、メタ・サーフェスのパターン形状をフラクタルにしてもよい。この場合、カバー部材5Aによるアンテナ放射特性の低下を抑える効果が高くなる。
さらに、第3実施形態のバックカバーの層構成(図6)において、メタ・サーフェスのパターン形状をフラクタルにしてもよい。この場合、カバー部材5Bによるアンテナ放射特性の低下を抑える。
図15~図19を用いて、第9実施形態のバックカバー1Iのアンテナ構造9Iを説明する。図15は、第9実施形態のアンテナ機能付きカバーの模式的断面図である。図16は、アレイアンテナの平面図である。図17は、高周波用パッチと低周波用パッチの平面図である。図18は、低周波用パッチの平面図である。図19は、インピーダンス調整用パッチの斜視図である。なお、バックカバー1Iのカバー部材5I(後述)は、第2実施形態のカバー部材5Aと同様に、メタ・サーフェス31I(後述)を有しており、アレイアンテナ35I(後述)が形成された基板3I(後述)と組み合わされて使用される。
ただし、粘着層は、空気層でも他の層(例えば、樹脂層)であってもよい。
アンテナ構造9Iは、多重帯域(具体的には、デュアルバンド)対応であり、かつ、単一偏波用の5Gアンテナである。
図15の左側の等価回路には、各メタ・サーフェス31Iによる2つの2CMetaが並列に配置され、それらの間をCCoverが接続している。メタ・サーフェス31Iの形状や数を適宜調整することで、2つの2CMetaの値を変更することができ、それによりアレイアンテナ35Iの等価回路とメタ・サーフェス31I及びカバー部材5Iの等価回路のインピーダンスを整合できる。
低周波用パッチ36は、図18に示すように、平面視で正方形である。低周波用パッチ36は、低周波(例えば、28GHz)信号を放射するパッチである。
高周波用パッチ38は、高周波(例えば、38GHz)信号を放射するパッチである。高周波用パッチ38は、図17に示すように、平面視で正方形であり、低周波用パッチ36に平面視で重なる位置に設けられている。なお、高周波用パッチ38は、低周波用パッチ36に比べて面積が小さい。
第1パッチ41は、平面視で正方形であり、基板3Iの上面に形成されている。第1パッチ41は、概ね、高周波用パッチ38に対応した位置及び面積である。第2~第5パッチ42~45は、基板3Iの上面に形成されており、第1パッチ41の四辺にそれぞれ近接して配置されており、平面視で長方形である。第2~第5パッチ42~45は、概ね、低周波用パッチ36の四辺部分に対応した位置及び面積である。
なお、アンテナ構造は、非接触給電を採用してもよいし、給電線路とアレイアンテナが接続されていてもよい。
低周波パッチと高周波パッチの形状や数、互いの位置関係は特に限定されない。例えば、両者は同じ面に並んで設けられてもよい。
図20に示すように、メタ・サーフェス31I(メタ・サーフェスの一例)は、バックカバー1Iの低損失フィルム33Iにおいて、アレイアンテナ35Iと平面視で対応する位置に形成されている。メタ・サーフェス31Iは、導電性部材であり、本実施形態では銅からなる。なお、低損失フィルム33Iは、例えば、シクロオレフィンポリマー(COP)樹脂からなる。
図20~図22に示すように、メタ・サーフェス31Iは、低周波用の第1パターン51を有している。第1パターン51は、濃灰色で示されており、平面視において、第2パッチ42に対応する第1メインパターン51Aと、その両端に離れて設けられた一対の第1サブパターン51Bとを有している。さらに、第1パターン51は、平面視において、第4パッチ44に対応する第2メインパターン51Cと、その両端に離れて設けられた一対の第2サブパターン51Dとを有している。
第3メインパターン52Aと一対の第3サブパターン52Bは、平面視において、第1パターン51の第1メインパターン51Aの内側に隙間を空けて配置されている。
第4メインパターン52Cと一対の第4サブパターン52Dは、平面視において、第1パターン51の第2メインパターン51Cの内側に隙間を空けて配置されている。
このような等価回路を用いて、インピーダンスマッチングが行われる。例えば、Smith Chartにおけるインピーダンス位置を中心(完全にマッチングされた位置)に持ってくることで、インピーダンスマッチングが行われる。具体的には、カバーあり且つメタ・サーフェス無しの参考例において、該当する周波数でSmith Chartのインピーダンスの位置を円の中心に近づける。
高周波(例えば38GHz)の場合、図25に示すように、左の図がカバーなしの電界分布であり、良好な結果が得られている。さらに、真ん中の図がカバーあり(メタ・サーフェスなし)の電界分布であり、不良な結果が得られている。そして、右の図がカバーあり(メタ・サーフェスあり)の電界分布であり、真ん中のカバーあり(メタ・サーフェスなし)に比べて良好な結果が得られている。なお、図において、例えば2000V/m以上の電界が発生している領域が破線で囲まれている。
また、本実施形態の基本構造では、アンテナ構造9Iの上側にカバー部材5Iが配置されているので、これによっても減衰が発生する可能性がある。
そこで、本実施形態では、アレイアンテナ35Iの上側にメタ・サーフェス31Iを配置しカバー部材5Iによるアンテナ放射特性の低下を抑える。さらに、メタ・サーフェス31Iは、アンテナ素子に高周波電力を入力する給電部とアンテナ素子とのインピーダンスを整合させる等価回路を構成する。よって、アンテナ性能を向上させている。これにより、高指向性かつHigh Gainのアンテナが得られる。
第9実施形態ではメタ・サーフェスの第1パターンと第2パターンは同じ面に形成されていたが、それらは異なる面に形成されていてもよい。
図27を用いて、そのような実施例を第9実施形態の第1変形例として説明する。図27は、第1変形例のメタ・サーフェスとアレイアンテナの対応関係を示す模式的断面図である。
低損失フィルム54が、低損失フィルム33Iの下面に設けられている。低損失フィルム54は例えば樹脂製である。低損失フィルム54の上面にはメタ・サーフェス31Iの第1パターン51が形成され、低損失フィルム54の下面にはメタ・サーフェス31Iの第2パターン52が形成されている。
さらに、低損失フィルム54の数を複数にすれば、メタ・サーフェスの設計自由度がさらに高くなり、その結果アンテナ性能が向上する。
なお、図27の構成において、低損失フィルム33Iが省略されてもよい。その場合は、コーティング層が第1パターン51を保護するために設けられる。
メタ・サーフェスの形状は、アレイアンテナの形状や必要な特性によって様々な形状や配置が可能である。以下、第2~第5変形例において、メタ・サーフェスのパターンのバリエーションを説明する。
図28を用いて、第9実施形態の第2変形例を説明する。図28は、第2変形例のメタ・サーフェスのパターンを示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Jは、4つのアレイアンテナに対応するパターンとして、図上下方向に並んだ3つの矩形枠状パターンと、真ん中の矩形枠状パターンの図左右に配置されて矩形ベタパターン(図上下方向に長いメインパターンと、その図上下両側に配置された図上下方向に短い一対のサブパターン)とを有している。
なお、メタ・サーフェス31Jの図上下方向の中間に配置された矩形枠状パターンと、その両側に設けられた一対の矩形ベタパターンが、アレイアンテナに対応して設けられている。
図29を用いて、第9実施形態の第3変形例を説明する。図29は、第3変形例のメタ・サーフェスのパターンを示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Kは、1つのアレイアンテナに対応するパターンとして、第1矩形枠状パターンと、その外側に配置された第2矩形枠状パターンとを有している。
図30を用いて、第9実施形態の第4変形例を説明する。図30は、第4変形例のメタ・サーフェスのパターンを示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Lは、1つのアレイアンテナに対応するパターンとして、図上下方向に延びる一対の矩形ベタ状パターンを有している。各矩形ベタ状パターンは、互いに向き合う側に図左右方向に延びるスリットを有している。
図31を用いて、第9実施形態の第5変形例を説明する。図31は、第5変形例のメタ・サーフェスのパターンを示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Mは、1つのアレイアンテナに対応するパターンとして、図上下方向に延びる一対の矩形ベタ状パターンを有している。各矩形ベタ状パターンは、図上下方向両端において互いに近づく方に延びる突起を有している。さらに、各矩形ベタ状パターンは、図上側が開いたコの字又はC状のスリットを有している。
第9実施形態ではアレイアンテナは単一偏波用であったが、多重偏波用のアレイアンテナにも本発明を適用できる。その場合、メタ・サーフェス31Nのパターン構造は、多重偏波用のパターンを有している。
図32~図35を用いて、そのような実施例を第10実施形態として説明する。図32は、第10実施形態のメタ・サーフェスとアレイアンテナの対応関係を示す模式的断面図である。図33は、メタ・サーフェスとアレイアンテナの対応関係を示す模式的平面図である。図34は、メタ・サーフェスの第1パターンの等価回路を含む模式的平面図である。図35は、メタ・サーフェスの第2パターンの等価回路を含む模式的平面図である。
アンテナ構造9Nは、多重帯域(具体的には、デュアルバンド)対応であり、かつ、多重偏波用の5Gアンテナである。なお、以下の説明では、第9実施形態と同じ構成については説明を省略する。
図32~図34に示すように、メタ・サーフェス31Nは、第1パターン61を有している。第1パターン61は、濃灰色で示されており、平面視において、第2パッチ42に対応する第1メインパターン61Aと、第3パッチ43に対応する第2メインパターン61Bと、第4パッチ44に対応する第3メインパターン61Cと、第5パッチ45に対応する第4メインパターン61Dとを有している。さらに、第1パターン61は、上記メインパターンの端同士の間の位置に形成された第1~第4サブパターン61E~61Hを有している。
第1~第4メインパターン61A~61Dは、枠形状である。第1~第4サブパターン61E~61Hは枠形状である。
一対の第7サブパターン62Gは、第4パッチ44に対応しており、第7メインパターン62Cとともに、平面視で第3メインパターン61C内に配置されている。
一対の第8サブパターン62Hは、平面視で第5パッチ45の外側に配置されており、第1パターン61の第3サブパターン61G及び第4サブパターン61H内にそれぞれ配置されている。
図33~図35に示す破線の矢印は、給電の方向であり、このようにして二重偏波(垂直偏波と水平偏波)のアンテナが実現されている。
このような等価回路を用いて、インピーダンスマッチングが行われる。例えば、Smith Chartにおけるインピーダンス位置を中心(完全にマッチングされた位置)に持ってくることで、インピーダンスマッチングが行われる。具体的には、カバーあり且つメタ・サーフェス無しの参考例において該当する周波数でSmith Chartのインピーダンスの位置を円の中心に近づける。
第10実施形態ではメタ・サーフェスの第1パターンと第2パターンは同じ面に形成されていたが、それらは異なる面に形成されていてもよい。
図36を用いて、第10実施形態の第1変形例を説明する。図36は、第1変形例のメタ・サーフェスとアレイアンテナの対応関係を示す模式的断面図である。
低損失フィルム64は、低損失フィルム33Nの下面に設けられている。低損失フィルム64は例えば樹脂製である。低損失フィルム64の上面にはメタ・サーフェス31Nの第1パターン61が形成され、低損失フィルム64の下面にはメタ・サーフェス31Nの第2パターン62が形成されている。
さらに、低損失フィルム64の数を複数にすれば、メタ・サーフェスの設計自由度がさらに高くなり、その結果アンテナ性能が向上する。
メタ・サーフェスの形状は、アレイアンテナの形状や必要な特性によって様々な形状や配置が可能である。以下、第2~第5変形例において、メタ・サーフェスのパターンのバリエーションを説明する。
図37を用いて、第10実施形態の第2変形例を説明する。図37は、第2変形例のメタ・サーフェスのパターンを示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Oは、第9実施形態の第2変形例と同様に、1つのアレイアンテナに対応するパターンとして、3つの矩形枠状パターンと、真ん中の矩形形状パターンの両側に配置された矩形ベタパターンとを有している。
ただし、メタ・サーフェス31Oは、第9実施形態の第2変形例の各パターンの配置を45度斜めにしている。
メタ・サーフェス31Oの1層目と2層目は基材フィルムの各面にそれぞれ形成されている。変形例として、メタ・サーフェスの1層目を形成したフィルムと2層目を形成したフィルムを積層してもよい。
図38を用いて、第10実施形態の第3変形例を説明する。図38は、第3変形例のメタ・サーフェスのパターンを示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Pは、第9実施形態の第3変形例と同様に、1つのアレイアンテナに対応するパターンとして、第1矩形枠状パターンと、その外側に配置された第2矩形枠状パターンとを有している。
ただし、メタ・サーフェス31Pは、第9実施形態の第2変形例の各パターンの配置を45度斜めにしている。
図39を用いて、第10実施形態の第4変形例を説明する。図39は、第4変形例のメタ・サーフェスのパターンを示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Qは、第9実施形態の第4変形例と同様に、1つのアレイアンテナに対応するパターンとして、図上下方向に延びる一対の矩形ベタ状パターンを有している。各矩形ベタ状パターンは、互いに向き合う側に図左右方向に延びるスリットを有している。
ただし、メタ・サーフェス31Qは、第9実施形態の第4変形例の各パターンの配置を45度斜めにしている。
図40を用いて、第10実施形態の第5変形例を説明する。図40は、第5変形例のメタ・サーフェスのパターンを示す模式的平面図である。
メタ・サーフェス31Rは、第9実施形態と同様に、1つのアレイアンテナに対応するパターンとして、図上下方向に延びる一対の矩形ベタ状パターンを有している。各矩形ベタ状パターンは、図上下方向両端において互いに近づく方に延びる突起を有している。さらに、各矩形ベタ状パターンは、図上側が開いたコの字又はC状のスリットを有している。
ただし、メタ・サーフェス31Rは、第9実施形態の第5変形例の各パターンの配置を45度斜めにしている。
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
第1実施形態において、メタ・サーフェスが設けられた低損失フィルムはカバー層に固定されていてもよい。
第1実施形態において、金属蒸着層では、アンテナ構造に対応する位置にスリットが形成されていなくてもよい。
本実施形態に係るカバーは、スマートフォン等の電子機器だけでなく、アンテナ基地局のアンテナや中継器の筐体にも使用される。その場合、カバーは、筐体裏(バックカバー)ではなく表側の面に配置される。
3 :基板
5 :カバー部材
7 :絵柄層
9 :アンテナ構造
11 :粘着層
13 :PETフィルム
15 :金属蒸着層
15a :スリット
17 :第1意匠層
19 :粘着層
21 :第2意匠層
23 :ベースカラー層
25 :バックアップ層
31 :メタ・サーフェス
31a :導電性部材
31b :穴
33 :低損失フィルム
35 :グラウンド電極
35a :開口部
37 :給電線路
Claims (9)
- 電磁波伝送路が設けられた基板に装着されて使用されるアンテナ機能付きカバーであって、
カバー層と、
前記カバー層に対して積層方向に配置されており、金属蒸着層を含む絵柄層と、
前記絵柄層と積層方向に並んで配置されアンテナ信号を増幅するメタ・サーフェスと、
前記メタ・サーフェスと前記電磁波伝送路の積層方向間に配置されたアレイアンテナと、
を備えたアンテナ機能付きカバー。 - 前記メタ・サーフェスは、前記絵柄層を挟んで前記電磁波伝送路に対して積層方向に対向している、請求項1に記載のアンテナ機能付きカバー。
- 前記メタ・サーフェスは、前記絵柄層と前記電磁波伝送路との積層方向間に配置され、前記電磁波伝送路に対して積層方向に対向している、請求項1に記載のアンテナ機能付きカバー。
- 前記金属蒸着層の厚みは、0.1μm以下である、請求項1~3のいずれかに記載のアンテナ機能付きカバー。
- 前記金属蒸着層は、Al、Ag、Au、Ptのいずれかからなる、請求項1~4のいずれかに記載のアンテナ機能付きカバー。
- 前記メタ・サーフェスはフラクタル形状である、請求項1~5のいずれかに記載のアンテナ機能付きカバー。
- 前記アレイアンテナは、多重帯域に対応可能であり、
前記メタ・サーフェスは、前記アレイアンテナに対して積層方向に対向する位置に設けられたパターン構造を有している、請求項1に記載のアンテナ機能付きカバー。 - 前記メタ・サーフェスの前記パターン構造は、低周波用パターンと、高周波用パターンとを有している、請求項7に記載のアンテナ機能付きカバー。
- 前記メタ・サーフェスの前記パターン構造は、多重偏波用のパターンを有している、請求項7又は8に記載のアンテナ機能付きカバー。
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