アンテナ、及び通信装置
【課題】良好な特性を有し、小型化、または薄型化に寄与し得る低コストなアンテナ、及びこれを用いた通信装置を提供する。
【解決手段】アンテナは、アンテナ基板２１と、誘電体部材２０とを含み、通信装置を構成するプリント回路基板３の板面との間に間隙を有するように該通信装置の筐体の内面に配設される。誘電体部材２０は、筐体１０の内面１０ａと対向するアンテナ基板２１の板面に設けられている。この構成によると、プリント回路基板３上に誘電体を配置するためのスペースが不要となるだけでなく、アンテナ基板２１の板面に設けた誘電体部材２０によって有効な波長短縮効果を得ることができるため、通信装置の小型化、または薄型化を図ることができる。
【解決手段】アンテナは、アンテナ基板２１と、誘電体部材２０とを含み、通信装置を構成するプリント回路基板３の板面との間に間隙を有するように該通信装置の筐体の内面に配設される。誘電体部材２０は、筐体１０の内面１０ａと対向するアンテナ基板２１の板面に設けられている。この構成によると、プリント回路基板３上に誘電体を配置するためのスペースが不要となるだけでなく、アンテナ基板２１の板面に設けた誘電体部材２０によって有効な波長短縮効果を得ることができるため、通信装置の小型化、または薄型化を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ、及びこれを用いた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機やスマートフォンなどの携帯型情報端末装置の普及とともに、その価格競争に拍車がかかり、従来よりも装置のコストダウンが求められるようになっている。この種の通信装置において、情報の送受信用アンテナは、例えば、装置の筐体の内面に貼り付けたＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）により安価に構成されている。
【０００３】
アンテナは、通常、筐体内のプリント回路基板から給電されるが、当該基板に搭載された電子部品等による特性への影響を避けるために、基板の板面との間に所定の間隙を有するように配置されるのが一般的である。しかし、この構成によると、アンテナと、そのグランドである基板との間の媒体である空気の誘電率が低い（比誘電率がおよそ１）ために、有効な波長短縮効果が得られず、装置の小型化に有益なアンテナ長の短縮ができないという問題がある。
【０００４】
この問題に対して、特許文献１に類似技術が開示されているが、アンテナと基板の間に、比較的に高い誘電率の誘電体を設けることにより有効な波長短縮効果を得て、アンテナ長を短縮することができる。しかしながら、この構成によると、アンテナと基板の間に生ずる電界が非常に集中する（電束線の密度が過度に高い）ために、アンテナの放射特性の劣化、及び有効な帯域幅の狭小化という新たな問題が生ずる。また、この構成は、基板上に誘電体を配置するための十分なスペースの確保が必要となるため、結局のところ、装置の小型化、あるいは薄型化に有益なものとはなり得ず、さらに、誘電体がアンテナと基板の間の空間を占めることによって放熱特性の悪化も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１２２０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、良好な特性を有し、小型化、または薄型化に寄与し得る低コストなアンテナ、及びこれを用いた通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明に係るアンテナは、アンテナ基板と、誘電体部材とを含み、通信装置を構成するプリント回路基板の板面との間に間隙を有するように該通信装置の筐体の内面に配設される。
【０００８】
本発明に係るアンテナの特徴的な構成は、前記誘電体部材が、前記筐体の内面と対向する前記アンテナ基板の板面に設けられていることにある。
【０００９】
この構成によると、プリント回路基板上に誘電体を配置するためのスペースが不要となるだけでなく、通信装置の筐体とアンテナ基板の板面との間に設けた誘電体部材によって有効な波長短縮効果を得ることができるため、通信装置の小型化、または薄型化を図ることができる。
【００１０】
また、誘電体部材はアンテナ基板と筐体の間に介在し、アンテナ基板とプリント基板の間に存在する媒体、及び筐体より高い誘電率を有する誘電体部材を適宜に選択することによって、アンテナ基板から誘電体部材と筐体とを経由してプリント回路基板に回り込む電界を生じさせることができる。そして、この電界によって、アンテナ基板とプリント回路基板の間に生ずる電界の集中が好適に緩和されるから、アンテナの放射特性の劣化、及び有効な帯域幅の狭小化を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明に係るアンテナは、アンテナ基板と筐体の間の誘電体部材による波長短縮効果によって、通信装置の小型化に寄与し得る。
【００１２】
さらに、本発明に係るアンテナは、ＦＰＣ、または銀や銅による印刷などからなるアンテナ基板によって低コストに構成することができるだけでなく、アンテナ基板とプリント回路基板との間に小型化のための誘電体が不要となるから、プリント回路基板の板面の省スペース化ができ、あわせて放熱特性の劣化を抑制することもできる。
【００１３】
また、本発明に係る通信装置は、アンテナ基板と、アンテナ基板と筐体との間に設けられた誘電体部材とを含む上記のアンテナと、筐体と、プリント回路基板とを含む。前記アンテナは、前記プリント回路基板の板面との間に間隙を有するように前記筐体の内面に配設されており、前記誘電体部材は、誘電率が前記筐体より高い。
【００１４】
本発明に係る通信装置は、上述したアンテナを含み、同様の構成を有しているから、既に述べた作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように、本発明によれば、良好な特性を有し、小型化、または薄型化に寄与し得る低コストなアンテナ、及びこれを用いた通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る通信装置の外観を示す斜視図である。
【図２】上部カバーを取り外したときの通信装置の内部構造を示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】アンテナ基板の積層方向に沿った断面図である。
【図６】上部カバーの内面の一部を示す平面図である。
【図７】本発明に係るアンテナの放射特性を、従来のアンテナと比較して示した周波数−効率グラフである。
【図８】他の実施形態に係る通信装置の断面図である。
【図９】他の実施形態に係るアンテナの放射特性を、従来のアンテナと比較して示した周波数−効率グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明に係る通信装置の外観を示す斜視図である。通信装置は、携帯電話機やスマートフォンなどの携帯型通信端末装置であり、略直方体形状の筐体１に、タッチパネル１ａや操作ボタン１ｂなどが設けられている。なお、通信装置の形態は、図示するものに限定されず、折り畳み型やスライド型など周知の如何なる形態も含み、その表示部や操作部などの形態も限定されるものではない。
【００１８】
筐体１は、好ましくは、ＡＢＳやＰＣなどの樹脂により形成され、装置の正面を構成する上部ケース１０と、背面を構成する下部ケース１１とを含む。上部ケース１０、及び下部ケース１１は、周知の嵌合手段、係止手段、あるいは接合手段により互いに組み合わせられている。下部ケース１１は、トレイ状に形成されており、その一部は、バッテリを着脱するために、スライド式、あるいは開閉式の蓋となっている。
【００１９】
次に、この通信装置の内部の構成を説明する。図２は、上部カバー１０を取り外したときの通信装置の内部構造を示す斜視図である。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。なお、図３、及び図４には、説明の都合上、図２に描かれていない上部ケース１０を含めた断面が示されている。
【００２０】
下部ケース１１の底面（つまり、内面）１１ａには、通信機能などを構成する電子部品（図示せず）が実装された矩形状のプリント回路基板３が設けられ、このプリント回路基板３の一方の端部の上方には、無線通信を行うための送受信用アンテナ２が設けられている。
【００２１】
プリント回路基板３は、典型的にはガラスエポキシ基板であるが、これに限定されず、シリコンなどの他の材料から形成されたものでもよく、形状も限定されない。プリント回路基板３は、電気的特性の安定化をはかるため、アンテナ２が設けられた端部において、その表面を広く覆うように接地電極（つまり、グランドパターン）３ａが形成されている。もっとも、接地電極３ａの形態は、これに限定されず、基板の中間層として形成してもよいし、さらに、図示されるような広いパターンでなく、例えば、細長い線状のパターンに形成してもよい。
【００２２】
プリント回路基板３は、複数の螺子５によって下部ケース１１の底面１１ａに固定されている。螺子５は、図３、及び図４に示されるように、下部ケース１１の底面１１ａに立設された螺合部１１ｂと螺合されている。この螺合部１１ｂは、下部ケース１１と一体的に形成され、中心に螺子孔を有する柱状の部位である。なお、螺合部１１ｂの高さ寸法は、装置の放熱性能などを考慮して、プリント回路基板３が適当な高さ位置となるように決定される。
【００２３】
また、プリント回路基板３は、上記の端部の一角に、アンテナ２に給電するための給電電極３ｂが形成されている。この給電電極３ｂは、通信処理回路と電気的に接続されるとともに、アンテナ２と電気的に接続するための接続端子４が表面に設けられている。接続端子４は、アンテナ２と接続するだけでなく、これを上部ケース１０の内面１０ａに向けて付勢するように、例えば、図示されるようなスプリングピン、あるいは板バネ型コネクタなどの弾性を有するものを採用すると好適である。もっとも、接続端子４は、この種のものに限定されず、半田付けを必要とする導体リード部材であってもよいし、ハーネス型のコネクタであってもよい。
【００２４】
次に、本発明に係るアンテナ２について説明する。アンテナ２は、アンテナ基板２１と、誘電体部材２０とを含み、プリント回路基板３の板面との間に間隙６を有するように上部ケース１０の内面１０ａに配設されている。具体的には、アンテナ２は、上部ケース１０の内面１０ａに沿って延在するように、当該内面１０ａに貼着されている。
【００２５】
アンテナ基板２１は、内面１０ａの凹凸にも柔軟に密着できるように、上述したＦＰＣのように可撓性を有するもので形成されると望ましい。図５には、アンテナ基板２１の層構成の例が示されている。アンテナ基板２１は、接着層２１ｃを有する可撓性絶縁フィルム２１ｂによって支持されている。可撓性絶縁フィルム２１ｂは、典型的にはポリイミド膜、またはフォトソルダーレジスト膜であり、上面に設けられた接着層２１ｃの接着力により誘電体部材２０の下面に接着されている。可撓性絶縁フィルム２１ｂの下面には、Ｃｕなどの導体からなり、アンテナ電極のパターンを有する電極膜２１ａが形成されている。もっとも、アンテナ基板２１の形態は、これに限定されず、銀や銅による印刷、あるいは接着層を有する導体板などにより構成してもよい。なお、アンテナ電極のパターンは、如何なる形態であってもよい。
【００２６】
本発明に係るアンテナ２の特徴的な構成は、誘電体部材２０が、上部ケース１０の内面１０ａと対向する板面に設けられていることにある。すなわち、上述したように、アンテナ基板２１は、その上面に接着層２１ｃを有し、この接着層２１ｃによって誘電体部材２０の下面に接着されている。
【００２７】
誘電体部材２０は、アンテナ基板２１から生ずる電界を、グランド側であるプリント回路基板３とは反対側の空間へと誘導することによりアンテナ基板２１とプリント回路基板３の間隙６に発生する電界の集中を緩和するために、アンテナ基板２１とプリント回路基板３の間の媒体である空気（比誘電率１）、及び、筐体１より高い誘電率を有している。例えば、筐体１が樹脂からなる場合、その比誘電率はおよそ３であるため、誘電体部材２０としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化バリウム（ＢａＯ）、あるいは酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）等の高誘電材料（比誘電率がおよそ９２）を採用し得る。さらに、この誘電体部材２０は、アンテナ基板２から独立して設けられるため、アンテナ基板２に含まれる可撓性絶縁フィルム２１ｂより高い誘電率を有するのは言うまでもない。
【００２８】
また、誘電体部材２０は、アンテナ２とプリント回路基板３の間に十分な距離ｄを確保するとともに、通信装置の製造工程において、上部ケース１０に対するアンテナ２の位置決めを容易とするため、図６に示されるように、上部ケース１０の内面１０ａに形成された矩形状の凹部１０ｂ内に設けられている。したがって、誘電体部材２０は、例えばセラミックシートのように薄い素材を採用すると望ましい。この場合、誘電体部材２０の厚さＴＨは、例えば１（ｍｍ）とすることができる。もっとも、誘電体部材２０は、このような形態に限定されず、凹部１０ｂが存在しない内面１０ａに設けられてもよいし、シート状とは異なる形状を有していてもよい。
【００２９】
誘電体部材２０の形状は、限定されるものではないが、配置などの便宜をはかるため、図示されるように、アンテナ基板２の形状に従って矩形状にするとよい。誘電体部材２０の寸法に関しては、最大限の波長短縮効果を得るためには、アンテナ基板２の上面全体が誘電体部材２０によって覆われるように、長さＬ１＞Ｌ２、かつ幅Ｗ１＞Ｗ２とするのがよいが（図３、及び図４を参照）、当該上面の少なくとも一部を覆えば波長短縮効果を得ることができるので、後述する図８の実施形態のように、限定されるものではない。
【００３０】
本実施形態において、誘電体部材２０は、接着剤などの周知の接着手段によって、上面が上記の凹部１０ｂの内壁に接着されているが、これに限定されず、凹凸状の部位などを用いた嵌合手段、あるいはピン止めなどの接合手段を用いて上部ケース１０に固定してもよい。さらに別の形態として、誘電体部材２０を、インサート成形、またはアウトサート成形の手法によって、上部ケース１０と一体的に形成してもよい。この場合、製造の便宜を考慮して、図６の符号２１で示された点線の枠のように、誘電体部材２０の下面に、アンテナ基板２１を所定の位置に位置決めするためのマーク、あるいは凹部を設けると望ましい。
【００３１】
次に、本発明の作用効果に関して説明する。本発明に係るアンテナ２によると、プリント回路基板３上に誘電体を配置するためのスペースが不要となるだけでなく、アンテナ基板２１の板面に設けた誘電体部材２０によって有効な波長短縮効果を得ることができるため、通信装置の小型化、または薄型化を図ることができる。
【００３２】
また、誘電体部材２０はアンテナ基板２１と筐体１の間に介在し、この筐体１はアースとして機能するため、アンテナ基板２１とプリント基板３の間に存在する媒体、及び筐体１より高い誘電率を有する誘電体部材２０を適宜に選択することによって、アンテナ基板２１から誘電体部材２０と筐体１とを経由してプリント回路基板に回り込む電界を生じさせることができる。すなわち、誘電体部材２０により、アンテナ基板２１から生ずる電界を、プリント回路基板３とは反対側の空間へと誘導することができるのである。そして、このような電界の誘導によって、アンテナ基板２１とプリント回路基板３の間に生ずる電界の集中が好適に緩和されるから、アンテナ２の放射特性の劣化、及び有効な帯域幅の狭小化を抑制することができる。
【００３３】
また、本発明に係るアンテナ２は、アンテナ基板２１と筐体１の間の誘電体部材２０による波長短縮効果によって、通信装置の小型化に寄与し得る。
【００３４】
さらに、本発明に係るアンテナ２は、ＦＰＣ、または銀や銅による印刷などからなるアンテナ基板２１によって低コストに構成することができるだけでなく、アンテナ基板２１とプリント回路基板３との間に小型化のための誘電体が不要となるから、プリント回路基板３の板面の省スペース化ができ、あわせて放熱特性の劣化を抑制することもできる。
【００３５】
また、本発明に係る通信装置は、アンテナ２と、筐体１と、プリント回路基板３とを含むから、同様の作用効果を奏する。
【００３６】
この作用効果は、図７に示された放射特性の数値シミュレーション結果のグラフを参照すると、明確に理解される。図７には、本発明に係るアンテナ（図中、「実施例１」と「実施例２」を参照）、並びに、比較対象である従来技術に係るアンテナ（図中、「従来例１」と「従来例２」を参照）に関して、周波数（ＧＨｚ）に対する放射効率（ｄＢ）特性が示されている。
【００３７】
本発明に係るアンテナ２の特性は、プリント回路基板３までの距離ｄが異なる２種類の実施例１，２について示されている。一方、従来技術に係るアンテナの特性は、本発明のアンテナ２から誘電体部材２０を除いた従来例１、並びに、当該誘電体部材２０に代えて、アンテナ２とプリント回路基板３の間の直方体状の領域（つまり、間隙６を含む空間）に、同一の誘電率を有する別の誘電体部材を設けた従来例２について示されている。
【００３８】
【表１】
【００３９】
数値シミュレーションに使用した主なパラメータ（図３と図４を参照）に関し、誘電体部材２０の長さＬ１、幅Ｗ１、厚みＴＨ、及び比誘電率ε（従来例２では追加した誘電体部材の比誘電率を指す）と、アンテナ基板２１の長さＬ２、及び幅Ｗ２と、筐体１の長さＬｒ、幅Ｗｒ、及び比誘電率εｒとは、表１に示された通りである。なお、アンテナ基板２１の長さＬ２は、得られる波長短縮効果の程度に応じて適宜に調整する必要があるから、それぞれ異なる値となっている。
【００４０】
図から理解されるように、実施例１，２は、従来例１，２より高い放射効率を示している。また、帯域幅に関し、放射効率＝−３（ｄＢ）を基準とした場合、実施例１が１８５（ＭＨｚ）、実施例２が１０４（ＭＨｚ）、従来例１が１００（ＭＨｚ）、従来例２が６４（ＭＨｚ）をそれぞれ示している。したがって、実施例１，２は、従来例１，２より広い帯域幅を有していると言える。
【００４１】
このような結果は、他の実施形態に係るアンテナについても得られる。図８は、先の実施形態とは異なり、誘電体部材２０を、アンテナ基板２１の長さ方向における先端部分の上面のみに配置した場合の断面図であり、図９には、この実施形態について行った同様の数値シミュレーション結果が示されている。図９において、この実施形態は、先に示された実施形態１、及び従来例１，２とともに、実施例３として示されている。
【００４２】
【表２】
【００４３】
数値シミュレーションに使用した主なパラメータは、表２に示された通りである。ここで、実施例１、及び従来例１，２については、表１と同一の数値を有している。
【００４４】
図から理解されるように、実施例３は、従来例１，２より高い放射効率を示しており、また、帯域幅も、従来例１，２より広く、１２９（ＭＨｚ）を示している。このように、本発明に係るアンテナは、アンテナ基板２１の少なくとも一部の上面に誘電体部材２０を設けることにより一定の効果を得ることができ、従来技術に係るアンテナより良好な特性を有していると言える。
【００４５】
これまで述べた実施形態では、アンテナ２が上部ケース１０の内面１０ａに配設されているが、反対に、下部ケース１１の内面１１ａに配設されていてもよい。この場合、図３、及び図４などに示された構成の上下関係が逆転し、接続端子４は先端を下方に向け、誘電体部材２０が下部ケース１１の内面１１ａの凹部に設けられることになる。
【００４６】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 筐体
１０ 上部ケース
１０ａ 内面
１０ｂ 凹部
２ アンテナ
２０ 誘電体部材
２１ アンテナ基板
３ プリント回路基板
４ 接続端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ、及びこれを用いた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機やスマートフォンなどの携帯型情報端末装置の普及とともに、その価格競争に拍車がかかり、従来よりも装置のコストダウンが求められるようになっている。この種の通信装置において、情報の送受信用アンテナは、例えば、装置の筐体の内面に貼り付けたＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）により安価に構成されている。
【０００３】
アンテナは、通常、筐体内のプリント回路基板から給電されるが、当該基板に搭載された電子部品等による特性への影響を避けるために、基板の板面との間に所定の間隙を有するように配置されるのが一般的である。しかし、この構成によると、アンテナと、そのグランドである基板との間の媒体である空気の誘電率が低い（比誘電率がおよそ１）ために、有効な波長短縮効果が得られず、装置の小型化に有益なアンテナ長の短縮ができないという問題がある。
【０００４】
この問題に対して、特許文献１に類似技術が開示されているが、アンテナと基板の間に、比較的に高い誘電率の誘電体を設けることにより有効な波長短縮効果を得て、アンテナ長を短縮することができる。しかしながら、この構成によると、アンテナと基板の間に生ずる電界が非常に集中する（電束線の密度が過度に高い）ために、アンテナの放射特性の劣化、及び有効な帯域幅の狭小化という新たな問題が生ずる。また、この構成は、基板上に誘電体を配置するための十分なスペースの確保が必要となるため、結局のところ、装置の小型化、あるいは薄型化に有益なものとはなり得ず、さらに、誘電体がアンテナと基板の間の空間を占めることによって放熱特性の悪化も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１２２０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、良好な特性を有し、小型化、または薄型化に寄与し得る低コストなアンテナ、及びこれを用いた通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明に係るアンテナは、アンテナ基板と、誘電体部材とを含み、通信装置を構成するプリント回路基板の板面との間に間隙を有するように該通信装置の筐体の内面に配設される。
【０００８】
本発明に係るアンテナの特徴的な構成は、前記誘電体部材が、前記筐体の内面と対向する前記アンテナ基板の板面に設けられていることにある。
【０００９】
この構成によると、プリント回路基板上に誘電体を配置するためのスペースが不要となるだけでなく、通信装置の筐体とアンテナ基板の板面との間に設けた誘電体部材によって有効な波長短縮効果を得ることができるため、通信装置の小型化、または薄型化を図ることができる。
【００１０】
また、誘電体部材はアンテナ基板と筐体の間に介在し、アンテナ基板とプリント基板の間に存在する媒体、及び筐体より高い誘電率を有する誘電体部材を適宜に選択することによって、アンテナ基板から誘電体部材と筐体とを経由してプリント回路基板に回り込む電界を生じさせることができる。そして、この電界によって、アンテナ基板とプリント回路基板の間に生ずる電界の集中が好適に緩和されるから、アンテナの放射特性の劣化、及び有効な帯域幅の狭小化を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明に係るアンテナは、アンテナ基板と筐体の間の誘電体部材による波長短縮効果によって、通信装置の小型化に寄与し得る。
【００１２】
さらに、本発明に係るアンテナは、ＦＰＣ、または銀や銅による印刷などからなるアンテナ基板によって低コストに構成することができるだけでなく、アンテナ基板とプリント回路基板との間に小型化のための誘電体が不要となるから、プリント回路基板の板面の省スペース化ができ、あわせて放熱特性の劣化を抑制することもできる。
【００１３】
また、本発明に係る通信装置は、アンテナ基板と、アンテナ基板と筐体との間に設けられた誘電体部材とを含む上記のアンテナと、筐体と、プリント回路基板とを含む。前記アンテナは、前記プリント回路基板の板面との間に間隙を有するように前記筐体の内面に配設されており、前記誘電体部材は、誘電率が前記筐体より高い。
【００１４】
本発明に係る通信装置は、上述したアンテナを含み、同様の構成を有しているから、既に述べた作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように、本発明によれば、良好な特性を有し、小型化、または薄型化に寄与し得る低コストなアンテナ、及びこれを用いた通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る通信装置の外観を示す斜視図である。
【図２】上部カバーを取り外したときの通信装置の内部構造を示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】アンテナ基板の積層方向に沿った断面図である。
【図６】上部カバーの内面の一部を示す平面図である。
【図７】本発明に係るアンテナの放射特性を、従来のアンテナと比較して示した周波数−効率グラフである。
【図８】他の実施形態に係る通信装置の断面図である。
【図９】他の実施形態に係るアンテナの放射特性を、従来のアンテナと比較して示した周波数−効率グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明に係る通信装置の外観を示す斜視図である。通信装置は、携帯電話機やスマートフォンなどの携帯型通信端末装置であり、略直方体形状の筐体１に、タッチパネル１ａや操作ボタン１ｂなどが設けられている。なお、通信装置の形態は、図示するものに限定されず、折り畳み型やスライド型など周知の如何なる形態も含み、その表示部や操作部などの形態も限定されるものではない。
【００１８】
筐体１は、好ましくは、ＡＢＳやＰＣなどの樹脂により形成され、装置の正面を構成する上部ケース１０と、背面を構成する下部ケース１１とを含む。上部ケース１０、及び下部ケース１１は、周知の嵌合手段、係止手段、あるいは接合手段により互いに組み合わせられている。下部ケース１１は、トレイ状に形成されており、その一部は、バッテリを着脱するために、スライド式、あるいは開閉式の蓋となっている。
【００１９】
次に、この通信装置の内部の構成を説明する。図２は、上部カバー１０を取り外したときの通信装置の内部構造を示す斜視図である。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。なお、図３、及び図４には、説明の都合上、図２に描かれていない上部ケース１０を含めた断面が示されている。
【００２０】
下部ケース１１の底面（つまり、内面）１１ａには、通信機能などを構成する電子部品（図示せず）が実装された矩形状のプリント回路基板３が設けられ、このプリント回路基板３の一方の端部の上方には、無線通信を行うための送受信用アンテナ２が設けられている。
【００２１】
プリント回路基板３は、典型的にはガラスエポキシ基板であるが、これに限定されず、シリコンなどの他の材料から形成されたものでもよく、形状も限定されない。プリント回路基板３は、電気的特性の安定化をはかるため、アンテナ２が設けられた端部において、その表面を広く覆うように接地電極（つまり、グランドパターン）３ａが形成されている。もっとも、接地電極３ａの形態は、これに限定されず、基板の中間層として形成してもよいし、さらに、図示されるような広いパターンでなく、例えば、細長い線状のパターンに形成してもよい。
【００２２】
プリント回路基板３は、複数の螺子５によって下部ケース１１の底面１１ａに固定されている。螺子５は、図３、及び図４に示されるように、下部ケース１１の底面１１ａに立設された螺合部１１ｂと螺合されている。この螺合部１１ｂは、下部ケース１１と一体的に形成され、中心に螺子孔を有する柱状の部位である。なお、螺合部１１ｂの高さ寸法は、装置の放熱性能などを考慮して、プリント回路基板３が適当な高さ位置となるように決定される。
【００２３】
また、プリント回路基板３は、上記の端部の一角に、アンテナ２に給電するための給電電極３ｂが形成されている。この給電電極３ｂは、通信処理回路と電気的に接続されるとともに、アンテナ２と電気的に接続するための接続端子４が表面に設けられている。接続端子４は、アンテナ２と接続するだけでなく、これを上部ケース１０の内面１０ａに向けて付勢するように、例えば、図示されるようなスプリングピン、あるいは板バネ型コネクタなどの弾性を有するものを採用すると好適である。もっとも、接続端子４は、この種のものに限定されず、半田付けを必要とする導体リード部材であってもよいし、ハーネス型のコネクタであってもよい。
【００２４】
次に、本発明に係るアンテナ２について説明する。アンテナ２は、アンテナ基板２１と、誘電体部材２０とを含み、プリント回路基板３の板面との間に間隙６を有するように上部ケース１０の内面１０ａに配設されている。具体的には、アンテナ２は、上部ケース１０の内面１０ａに沿って延在するように、当該内面１０ａに貼着されている。
【００２５】
アンテナ基板２１は、内面１０ａの凹凸にも柔軟に密着できるように、上述したＦＰＣのように可撓性を有するもので形成されると望ましい。図５には、アンテナ基板２１の層構成の例が示されている。アンテナ基板２１は、接着層２１ｃを有する可撓性絶縁フィルム２１ｂによって支持されている。可撓性絶縁フィルム２１ｂは、典型的にはポリイミド膜、またはフォトソルダーレジスト膜であり、上面に設けられた接着層２１ｃの接着力により誘電体部材２０の下面に接着されている。可撓性絶縁フィルム２１ｂの下面には、Ｃｕなどの導体からなり、アンテナ電極のパターンを有する電極膜２１ａが形成されている。もっとも、アンテナ基板２１の形態は、これに限定されず、銀や銅による印刷、あるいは接着層を有する導体板などにより構成してもよい。なお、アンテナ電極のパターンは、如何なる形態であってもよい。
【００２６】
本発明に係るアンテナ２の特徴的な構成は、誘電体部材２０が、上部ケース１０の内面１０ａと対向する板面に設けられていることにある。すなわち、上述したように、アンテナ基板２１は、その上面に接着層２１ｃを有し、この接着層２１ｃによって誘電体部材２０の下面に接着されている。
【００２７】
誘電体部材２０は、アンテナ基板２１から生ずる電界を、グランド側であるプリント回路基板３とは反対側の空間へと誘導することによりアンテナ基板２１とプリント回路基板３の間隙６に発生する電界の集中を緩和するために、アンテナ基板２１とプリント回路基板３の間の媒体である空気（比誘電率１）、及び、筐体１より高い誘電率を有している。例えば、筐体１が樹脂からなる場合、その比誘電率はおよそ３であるため、誘電体部材２０としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化バリウム（ＢａＯ）、あるいは酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）等の高誘電材料（比誘電率がおよそ９２）を採用し得る。さらに、この誘電体部材２０は、アンテナ基板２から独立して設けられるため、アンテナ基板２に含まれる可撓性絶縁フィルム２１ｂより高い誘電率を有するのは言うまでもない。
【００２８】
また、誘電体部材２０は、アンテナ２とプリント回路基板３の間に十分な距離ｄを確保するとともに、通信装置の製造工程において、上部ケース１０に対するアンテナ２の位置決めを容易とするため、図６に示されるように、上部ケース１０の内面１０ａに形成された矩形状の凹部１０ｂ内に設けられている。したがって、誘電体部材２０は、例えばセラミックシートのように薄い素材を採用すると望ましい。この場合、誘電体部材２０の厚さＴＨは、例えば１（ｍｍ）とすることができる。もっとも、誘電体部材２０は、このような形態に限定されず、凹部１０ｂが存在しない内面１０ａに設けられてもよいし、シート状とは異なる形状を有していてもよい。
【００２９】
誘電体部材２０の形状は、限定されるものではないが、配置などの便宜をはかるため、図示されるように、アンテナ基板２の形状に従って矩形状にするとよい。誘電体部材２０の寸法に関しては、最大限の波長短縮効果を得るためには、アンテナ基板２の上面全体が誘電体部材２０によって覆われるように、長さＬ１＞Ｌ２、かつ幅Ｗ１＞Ｗ２とするのがよいが（図３、及び図４を参照）、当該上面の少なくとも一部を覆えば波長短縮効果を得ることができるので、後述する図８の実施形態のように、限定されるものではない。
【００３０】
本実施形態において、誘電体部材２０は、接着剤などの周知の接着手段によって、上面が上記の凹部１０ｂの内壁に接着されているが、これに限定されず、凹凸状の部位などを用いた嵌合手段、あるいはピン止めなどの接合手段を用いて上部ケース１０に固定してもよい。さらに別の形態として、誘電体部材２０を、インサート成形、またはアウトサート成形の手法によって、上部ケース１０と一体的に形成してもよい。この場合、製造の便宜を考慮して、図６の符号２１で示された点線の枠のように、誘電体部材２０の下面に、アンテナ基板２１を所定の位置に位置決めするためのマーク、あるいは凹部を設けると望ましい。
【００３１】
次に、本発明の作用効果に関して説明する。本発明に係るアンテナ２によると、プリント回路基板３上に誘電体を配置するためのスペースが不要となるだけでなく、アンテナ基板２１の板面に設けた誘電体部材２０によって有効な波長短縮効果を得ることができるため、通信装置の小型化、または薄型化を図ることができる。
【００３２】
また、誘電体部材２０はアンテナ基板２１と筐体１の間に介在し、この筐体１はアースとして機能するため、アンテナ基板２１とプリント基板３の間に存在する媒体、及び筐体１より高い誘電率を有する誘電体部材２０を適宜に選択することによって、アンテナ基板２１から誘電体部材２０と筐体１とを経由してプリント回路基板に回り込む電界を生じさせることができる。すなわち、誘電体部材２０により、アンテナ基板２１から生ずる電界を、プリント回路基板３とは反対側の空間へと誘導することができるのである。そして、このような電界の誘導によって、アンテナ基板２１とプリント回路基板３の間に生ずる電界の集中が好適に緩和されるから、アンテナ２の放射特性の劣化、及び有効な帯域幅の狭小化を抑制することができる。
【００３３】
また、本発明に係るアンテナ２は、アンテナ基板２１と筐体１の間の誘電体部材２０による波長短縮効果によって、通信装置の小型化に寄与し得る。
【００３４】
さらに、本発明に係るアンテナ２は、ＦＰＣ、または銀や銅による印刷などからなるアンテナ基板２１によって低コストに構成することができるだけでなく、アンテナ基板２１とプリント回路基板３との間に小型化のための誘電体が不要となるから、プリント回路基板３の板面の省スペース化ができ、あわせて放熱特性の劣化を抑制することもできる。
【００３５】
また、本発明に係る通信装置は、アンテナ２と、筐体１と、プリント回路基板３とを含むから、同様の作用効果を奏する。
【００３６】
この作用効果は、図７に示された放射特性の数値シミュレーション結果のグラフを参照すると、明確に理解される。図７には、本発明に係るアンテナ（図中、「実施例１」と「実施例２」を参照）、並びに、比較対象である従来技術に係るアンテナ（図中、「従来例１」と「従来例２」を参照）に関して、周波数（ＧＨｚ）に対する放射効率（ｄＢ）特性が示されている。
【００３７】
本発明に係るアンテナ２の特性は、プリント回路基板３までの距離ｄが異なる２種類の実施例１，２について示されている。一方、従来技術に係るアンテナの特性は、本発明のアンテナ２から誘電体部材２０を除いた従来例１、並びに、当該誘電体部材２０に代えて、アンテナ２とプリント回路基板３の間の直方体状の領域（つまり、間隙６を含む空間）に、同一の誘電率を有する別の誘電体部材を設けた従来例２について示されている。
【００３８】
【表１】
【００３９】
数値シミュレーションに使用した主なパラメータ（図３と図４を参照）に関し、誘電体部材２０の長さＬ１、幅Ｗ１、厚みＴＨ、及び比誘電率ε（従来例２では追加した誘電体部材の比誘電率を指す）と、アンテナ基板２１の長さＬ２、及び幅Ｗ２と、筐体１の長さＬｒ、幅Ｗｒ、及び比誘電率εｒとは、表１に示された通りである。なお、アンテナ基板２１の長さＬ２は、得られる波長短縮効果の程度に応じて適宜に調整する必要があるから、それぞれ異なる値となっている。
【００４０】
図から理解されるように、実施例１，２は、従来例１，２より高い放射効率を示している。また、帯域幅に関し、放射効率＝−３（ｄＢ）を基準とした場合、実施例１が１８５（ＭＨｚ）、実施例２が１０４（ＭＨｚ）、従来例１が１００（ＭＨｚ）、従来例２が６４（ＭＨｚ）をそれぞれ示している。したがって、実施例１，２は、従来例１，２より広い帯域幅を有していると言える。
【００４１】
このような結果は、他の実施形態に係るアンテナについても得られる。図８は、先の実施形態とは異なり、誘電体部材２０を、アンテナ基板２１の長さ方向における先端部分の上面のみに配置した場合の断面図であり、図９には、この実施形態について行った同様の数値シミュレーション結果が示されている。図９において、この実施形態は、先に示された実施形態１、及び従来例１，２とともに、実施例３として示されている。
【００４２】
【表２】
【００４３】
数値シミュレーションに使用した主なパラメータは、表２に示された通りである。ここで、実施例１、及び従来例１，２については、表１と同一の数値を有している。
【００４４】
図から理解されるように、実施例３は、従来例１，２より高い放射効率を示しており、また、帯域幅も、従来例１，２より広く、１２９（ＭＨｚ）を示している。このように、本発明に係るアンテナは、アンテナ基板２１の少なくとも一部の上面に誘電体部材２０を設けることにより一定の効果を得ることができ、従来技術に係るアンテナより良好な特性を有していると言える。
【００４５】
これまで述べた実施形態では、アンテナ２が上部ケース１０の内面１０ａに配設されているが、反対に、下部ケース１１の内面１１ａに配設されていてもよい。この場合、図３、及び図４などに示された構成の上下関係が逆転し、接続端子４は先端を下方に向け、誘電体部材２０が下部ケース１１の内面１１ａの凹部に設けられることになる。
【００４６】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 筐体
１０ 上部ケース
１０ａ 内面
１０ｂ 凹部
２ アンテナ
２０ 誘電体部材
２１ アンテナ基板
３ プリント回路基板
４ 接続端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ基板と、誘電体部材とを含み、通信装置を構成するプリント回路基板の板面との間に間隙を有するように該通信装置の筐体の内面に配設されるアンテナであって、
前記誘電体部材は、前記筐体の内面と対向する前記アンテナ基板の板面に設けられている、
アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載されたアンテナであって、
前記誘電体部材は、誘電率が前記筐体より高い、
アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたアンテナであって、
前記アンテナ基板は、誘電率が、前記アンテナ基板と前記プリント回路基板の間に存在する媒体より高い、
アンテナ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載されたアンテナと、筐体と、プリント回路基板とを含む通信装置。
【請求項５】
請求項４に記載された通信装置であって、
前記筐体は、樹脂により構成されている、
通信装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載された通信装置であって、
前記アンテナ基板は、前記プリント回路基板に設けられた接続端子から給電され、
前記接続端子は、前記アンテナ基板を、前記筐体の内面に向けて付勢する弾性部材を含む、
通信装置。
【請求項７】
請求項４乃至６の何れかに記載された通信装置であって、
前記アンテナは、前記筐体の内面に沿って延在する、
通信装置。
【請求項８】
請求項４乃至７の何れかに記載された通信装置であって、
前記誘電体部材は、前記筐体の内面に形成された凹部内に設けられている、
通信装置。
【請求項９】
請求項８に記載された通信装置であって、
前記誘電体部材は、前記筐体と一体的に形成されている、
通信装置。
【請求項１０】
請求項４乃至８の何れかに記載された通信装置であって、
前記アンテナは、前記筐体の内面に貼着されている、
通信装置。
【請求項１】
アンテナ基板と、誘電体部材とを含み、通信装置を構成するプリント回路基板の板面との間に間隙を有するように該通信装置の筐体の内面に配設されるアンテナであって、
前記誘電体部材は、前記筐体の内面と対向する前記アンテナ基板の板面に設けられている、
アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載されたアンテナであって、
前記誘電体部材は、誘電率が前記筐体より高い、
アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたアンテナであって、
前記アンテナ基板は、誘電率が、前記アンテナ基板と前記プリント回路基板の間に存在する媒体より高い、
アンテナ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載されたアンテナと、筐体と、プリント回路基板とを含む通信装置。
【請求項５】
請求項４に記載された通信装置であって、
前記筐体は、樹脂により構成されている、
通信装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載された通信装置であって、
前記アンテナ基板は、前記プリント回路基板に設けられた接続端子から給電され、
前記接続端子は、前記アンテナ基板を、前記筐体の内面に向けて付勢する弾性部材を含む、
通信装置。
【請求項７】
請求項４乃至６の何れかに記載された通信装置であって、
前記アンテナは、前記筐体の内面に沿って延在する、
通信装置。
【請求項８】
請求項４乃至７の何れかに記載された通信装置であって、
前記誘電体部材は、前記筐体の内面に形成された凹部内に設けられている、
通信装置。
【請求項９】
請求項８に記載された通信装置であって、
前記誘電体部材は、前記筐体と一体的に形成されている、
通信装置。
【請求項１０】
請求項４乃至８の何れかに記載された通信装置であって、
前記アンテナは、前記筐体の内面に貼着されている、
通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２３１３８６（Ｐ２０１２−２３１３８６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９５００（Ｐ２０１１−９９５００）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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