JP6011910B2

JP6011910B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP6011910B2
Application number: JP2012105745A
Authority: JP
Inventors: 直幸大西; 三木　裕彦; 裕彦三木
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2032-05-07
Also published as: JP2013236141A

Description

本発明は、携帯電話等の小型の移動体通信機に用いられるアンテナ装置に関し、特には小型化が可能なＦＭラジオ放送受信用アンテナ装置に関する。

近年、携帯電話機等の移動体通信機は多機能化が進み、通話のみならずＦＭラジオを受信する付加機能を備えるものも少なくない。ＶＨＦ帯を利用するＦＭラジオ放送では、その音声信号を聞くためのイヤホンのケーブル長さを受信周波数に応じて選定することでアンテナとして使用することが行われている。一方で、イヤホンが接続されていないとＦＭラジオ放送を受信できない為、移動体通信機に内蔵可能な小型のアンテナ装置が求められていた。

この様な課題に対して、特許文献１には、図１０に示す様に、プリント基板２２０上に搭載されている第１アンテナ２２３と、携帯電話機のキャビネットの空き部分に導電膜をコーティングして形成された第２アンテナ２１３とを、それぞれの一端側２１４，２２４で接続して、必要な長さをもった一つのＦＭラジオ放送受信アンテナ装置とすることが記載されている。

特開２００６−２１７３８１号公報

特許文献１の受信アンテナ装置は、波長λの１／４の長さで動作するモノポールアンテナで構成される。例えば、ＦＭラジオの受信帯域である８０ＭＨｚの信号を受信するのに必要なアンテナの物理的な長さは、およそ８６ｃｍにもなる。アンテナを指示する絶縁体による波長短縮効果を５０％程度見込んでも、４０ｃｍを越える長さが必要となる。

特許文献１においては、プリント基板上に搭載されている第１アンテナ２２３は、銅板を所定形状に打ち抜いたプレートを樹脂成形体２２２に貼り合わせて形成された銅板アンテナである。携帯電話機に内蔵された実施態様によれば、その長さは、せいぜい１０ｃｍ程度であると類推される。受信に必要なアンテナの物理長を確保するには、線状の蒸着アンテナとして構成される第２アンテナを、相当に長く構成する必要がある。第２アンテナはシールドと同じ面に形成されるので、第２アンテナが長くなれば、その分、シールドの面積が減じられてしまい、筐体内からのノイズが外部へ漏れたり、逆に、外部からのノイズが入り込んだりして誤動作の原因ともなる。

また、本発明者が鋭意研究するなかで、移動体通信機に受信アンテナ装置を内蔵する場合、筐体内で発生するノイズの影響を受けてＦＭラジオ放送の周波数帯に雑音が重畳しやすいことが判明した。その発生源は明らかではないものの、変調されて可聴音に重畳される雑音となる。アンテナ装置とノイズ発生源となる高周波回路部との間に、金属の遮蔽板を設置してノイズ干渉を防止することは可能だが、遮蔽板方向からの電波も遮蔽するのでアンテナ装置として利得を低下させてしまうという問題があった。

そこで本発明では、移動体通信機に内蔵可能であって、ＦＭラジオ放送の信号を受信することが出来、ノイズの影響が低減されたアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、セラミックの基体に第１放射電極が設けられたチップアンテナと、絶縁部材に前記第１放射電極への給電端子と、実装端子と、第２放射電極が設けられた支持部材を備え、前記絶縁部材は略矩形であって、その長手方向に溝部又は窪み部を備え、前記第２放射電極は、溝部又は窪み部と対向する面側に形成され、前記第２放射電極と間隔をもって重なるように、前記チップアンテナが前記溝部又は窪み部に落ち込み、前記チップアンテナの第１放射電極はコイル状に構成され、前記支持部材の第２放射電極は線状に構成され、前記第１放射電極の一方端が前記給電端子と接続し、他方端が前記第２放射電極の一方端と接続し、前記第２放射電極は前記第１放射電極よりも前記支持部材が実装される基板面から離れて位置することを特徴とするアンテナ装置である。

前記チップアンテナは、セラミックの基体として磁性体部材を用いるのが好ましい。磁性体部材を構成する磁性材料として、Ｎｉ系、Ｌｉ系、Ｍｎ系の軟磁性フェライト、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ基やＣｏ基のアモルファス系、超微結晶軟磁性材料などの磁性合金を用いることが出来る。

磁性材料として軟磁性フェライトを用いる場合、酸化第二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び酸化銅（ＣｕＯ）を主成分とし、仮焼粉を粉末成形し、焼結して磁性体部材を得る。焼結体をそのまま磁性体部材として用いる場合もあるが、研削等の加工手段によって所定の形状に加工する場合もある。

またドクターブレード法等の公知のシート化技術により得たグリーンシートを所定の形状に加工し、単層、あるいは積層し、得られた積層体を焼結して磁性体部材とする場合もある。この場合も、グリーンシートの状態や焼結体の状態で、研削等の手段によって所定の形状に加工する場合がある。

アモルファス系、超微結晶軟磁性材料などの磁性合金は、通常、リボン状で供せられるので、それを粉状あるいは薄片状として、樹脂やゴムに分散させた後にシート化、あるいは所定形状のブロック状にして磁性体部材とすることも出来る。

第１放射電極はセラミックの基体にコイル状の導体で構成され、巻軸方向に導線が巻回されている。第１放射電極に用いる導線は、単線のエナメル線を用いるのが好ましく、融着力を持つオーバーコート（融着層）が形成されたエナメル線（自己融着線）がより好ましい。融着層は熱又は溶剤により活性化するものであり、コイル２０を自己融着コイルとすることで組立工程における取り扱いが容易と成る。またその線径は３０μｍ〜８０μｍであるのが好ましい。
また、セラミックの基体を積層体として構成する場合には、ＡｇやＣｕ等の低抵抗金属の導体ペーストを用いて、それを所定のパターンでグリーンシートに印刷するなどして、積層インダクタの様な周知のコイル構成としても良い。

支持部材は絶縁材料で構成されるが、成形性や給電端子等の一体化の容易性を考慮すると樹脂部材とするのが好ましい。樹脂部材は、樹脂組成物として、はんだリフロー等の高温に耐え得るような、液晶ポリマーやポリフェニレンサルファイド等の高耐熱の熱可塑性エンジニアリングプラスチックを用いて構成されるのが好ましい。

支持部材は、略矩形に形成された絶縁部材の表面に、給電端子と、実装端子と、第２放射電極が設けられている。給電端子と実装端子は少なくとも支持部材の底面と側面に現れるように構成することが好ましい。また、第２放射電極は、少なくともチップアンテナと間隔をもって重なるような位置であって、前記底面と対向する天面に現れるように構成するのが好ましい。
給電端子、実装端子、第２放射電極には、それぞれＣｕ、黄銅やリン青銅などのＣｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金が用いられ、所定の形状に形成されて、圧入、はめ込み、貼り付け等によって絶縁部材に固定する場合や、インサートモールドして一体化する場合がある。

支持部材は、樹脂部材の対向する一対の側面の一方から他方に向けて溝を形成し、その断面がコの字状となるようにしたり、窪みを形成したりしてキャップ状として形成するのが好ましく、その溝部や窪み部にチップアンテナを配置するのが好ましい。

本発明においては、前記チップアンテナの第１放射電極の巻軸を、受信アンテナ装置が実装される基板と略平行となるように構成し、前記溝部又は窪み部の底部であって、前記チップアンテナと前記第２放射電極との間に窪みを設けるのが好ましい。基体を通過する磁束に対して、第２放射電極が含む導体が垂直に広がらない様にすることで、アンテナ装置の利得低下を防ぐことが出来る。

また、第２放射電極の他方端は自由端であって、前記支持部材の第２放射電極の自由端が位置する面内にて、前記第２放射電極を屈曲させて、その物理長さを確保する構成とするのも好ましい。

本発明によれば、移動体通信機に内蔵可能なほどに小型であって、ＦＭラジオ放送の信号を受信することが出来、金属の遮蔽部材等を設けることなくノイズの影響が低減されたアンテナ装置を提供することが出来る。

部品点数及び作業工程を増やすことなく、受信アンテナ装置を移動体通信機に内蔵できるので、製造時間の短縮、製造コストの削減などが可能となり、移動体通信機を安価に提供することも可能となる。また遮蔽部材等が必要ないので、その分の空き領域を利用して多機能化を図ったり、小型化を図ったりすることもできる。

本発明の一実施例に係るアンテナ装置を上面側から見た斜視図である。本発明の一実施例に係るアンテナ装置を下面側から見た平面図である。本発明の一実施例に係るアンテナ装置をＡ方向側から見た側面図である。本発明の一実施例に係るアンテナ装置をＢ方向側から見た側面図である。本発明の一実施例に係るアンテナ装置のａ−ａ’断面図である。本発明の一実施例に係るアンテナ装置に用いるチップアンテナの外観斜視図である。本発明の他の実施例に係るアンテナ装置に用いるチップアンテナの外観斜視図である。本発明の一実施例に係るアンテナ装置の基板への実装状態を説明するための図である。本発明の一実施例に係るアンテナ装置の移動体通信機への内蔵状態を説明するための図である。従来のアンテナ装置の構成を示す斜視図である。

本発明のアンテナ装置について図面を用いて説明する。
図１にアンテナ装置を上面側から見た斜視図を示し、図２に下面側から見た平面図を示し、図３にＡ方向側から見た側面図を示し、図４にＢ方向側から見た側面図を示し、図５にａ−ａ’断面図を示す。また、図６はアンテナ装置に用いるチップアンテナの外観斜視図であり、図７はアンテナ装置に用いる他の構成のチップアンテナの外観斜視図である。また図８はアンテナ装置を基板に実装した状態を示す斜視図である。

ここに示すアンテナ装置１は、セラミックの基体６に第１放射電極７となるコイルが設けられたチップアンテナ５と、絶縁部材に前記第１放射電極への給電端子１０と、実装端子１５と、第２放射電極３０が設けられた支持部材２０を備える。第１放射電極７と重ねる様に線状の第２放射電極３が設けられ、アンテナ装置は平面的に小型化された構成となっている。

支持部材２０には、対向する一対の側面の一方から他方に向けて、長手方向に溝部２２が形成されており、断面がコの字状となっている。溝部２２を挟んで向かい合う２つの脚部には、長手方向の両端側に給電端子１０と実装端子１５が形成される。基板６１に形成された給電線路７０と接続される給電端子１０と、基板６１に形成された実装パッド（図示せず）と接続される実装端子１５のぞれぞれは、樹脂部材の脚部を、その厚み方向に把持する様なコの字型となっている。更に給電端子１０は、溝部２２の底部まで至り、チップアンテナ５のコイル端部８ｂと接続の為の接続部１１ａを構成している。

支持部材２０の天面側には線状の第２放射電極３０が形成されている。第２放射電極３０の一端側は、支持部材２０の側面を通って溝部２２の底部まで至り、その端部は、チップアンテナ５のコイル端部８ａと接続の為の接続部１１ｂを構成するように幅広に形成されている。電気的な接続には、はんだや導電性接着剤が用いられる。

支持部材２０に形成された溝部２２は、チップアンテナ５が収容可能であって、基板６１への実装面となる支持部材２の底面よりも、チップアンテナ５の全体が落ち込むような深さとなっている。

図８にアンテナ装置を基板に実装した状態を示す。通常、アンテナ装置１が実装される基板６１には、グランド電極ＧＮＤが設けられている。前記グランド電極ＧＮＤと、第１放射電極７や第２放射電極３０との間に寄生容量が形成されると、その容量によって受信アンテナ装置１の利得が劣化したり、動作周波数（共振周波数と呼ぶ場合がある）が移動したりする場合がある。また本来、コイル状の第１放射電極７に入射すべき電磁界がグランド電極に吸収されて利得の低下を招く場合もある。

本発明者らの研究によれば、チップアンテナを用いたアンテナ装置のアンテナ特性の内、特には受信性能であるゲイン特性を向上させる手法として２つの方法があげられる。その一つは、チップアンテナ５の体積を増やすことであり、他の一つは受信に寄与する導体（エレメントとも呼ばれる）の長さを、モノポール動作に応じた必要な長さとすることである。

チップアンテナの体積を増やす場合共振周波数ｆｏが低下しやすくなるため、エレメントを極端に短縮することで適正な共振周波数ｆｏに合わせざるを得なくなり、その結果、受信性能が低下する。一方で、チップアンテナを極小化してエレメントを延長するという手法は、受信性能を向上させる一方でノイズも拾いやすくなるため、人の耳で聞いた感覚としてノイズ混じりの音声となってしまい、あたかも受信性能が低下したように感じてしまう。

移動体通信機器は、個々に筐体のサイズや構造、チップアンテナ周辺の部品配置も異なるため、一概に最適エレメント長、あるいは最適チップアンテナ体積を規定することは出来ないものの、個々にはノイズを拾いにくく、かつ受信性能を満足できる組み合わせを見出すことは可能である。しかしながら、チップアンテナをプリント基板に実装した後、共振周波数がドリフトする現象があり、その原因がプリント基板のグランドパターンとの容量結合であって、それが受信性能を大きく左右することを知見した。

本発明のアンテナ装置１では、基板６１への実装面とチップアンテナ５との間に空間を有し、第２放射電極３０は第１放射電極７よりも基板６１から離れて位置することで、各放射電極はグランド電極から出来るだけ遠ざけられ、更に第１、第２放射電極とグランド電極との間に空気層を積極的に設けている。この様な構成によれば発生する寄生容量を小さくすることが出来る。この様な構成によって、筐体内で発生するノイズ源からの信号に対して鈍感な構成とすることが出来て、可聴音に重畳される雑音を低減することが出来る。

支持部材２０を構成する樹脂部材は、基板６１への実装の際にはんだリフロー時に曝される熱を考慮すれば、液晶ポリマーやポリフェニレンサルファイド等、高耐熱の熱可塑性エンジニアリングプラスチック等の樹脂を用いるのが好ましい。比誘電率が５以下、好ましくは４以下のポリイミド樹脂、フッ素樹脂、あるいは、形状は限定されるもののガラスエポキシ樹脂も用いることが出来る。

第１放射電極７を備えたチップアンテナ５を構成するセラミックの基体６は、磁性体部材で構成するのが好ましい。磁性体部材を構成する磁性材料として、Ｎｉ系、Ｌｉ系、Ｍｎ系の軟磁性フェライト、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ基やＣｏ基のアモルファス系、超微結晶軟磁性材料などの磁性合金を用いることが出来る。アモルファス系、超微結晶軟磁性材料などの磁性合金は、通常、リボン状で供せられるので、それを所定の形状のシートに加工して、単層、あるいは複数層に積層して磁性体部材とすることが出来る。また磁性材料を粉状あるいは薄片状として、樹脂やゴムに分散させた後に成形して磁性体部材とすることも出来る。その形状はシート状、ブロック状等、本発明の思想を逸脱しない範囲であれば、限定はされない。

チップアンテナ５の構成は、図６に示す様な、基体６を構成する磁性体部材に導線７を巻回するものや、図７に示す様な、基体６を構成する磁性体部材の内部に導線７を構成する積層構造のものがある。

また第１放射電極７と第２放射電極３０とを重ねる構成により、それらの間には寄生容量が形成される。その容量によって受信アンテナ装置の動作周波数を低周波化することが出来る。容量値は、第１放射電極７と第２放射電極３０とを対向させる間隔や面積、あるいは介在する樹脂部材の比誘電率で調整することが出来る。また、図２に示す様に、支持部材２０に設けられた溝部２２の底部に窪み４５を形成して、空気層を設けて寄生容量を調整することもできる。

図９にアンテナ装置を移動体通信機に内蔵した状態を示す。第２放射電極３０を移動体通信機の筐体９０に近接して配置することで優れた受信性能を得ることが出来る。

１アンテナ装置
５チップアンテナ
７第１放射電極
８ａ、８ｂコイル端部
１０給電端子
１１ａ，１１ｂ接続部
１５実装端子
２０支持部材
２２溝部
３０第２放射電極

Claims

セラミックの基体に第１放射電極が設けられたチップアンテナと、絶縁部材に前記第１放射電極への給電端子と、実装端子と、第２放射電極が設けられた支持部材を備え、
前記絶縁部材は略矩形であって、その長手方向に溝部又は窪み部を備え、前記第２放射電極は、溝部又は窪み部と対向する面側に形成され、前記第２放射電極と間隔をもって重なるように、前記チップアンテナが前記溝部又は窪み部に落ち込み、
前記チップアンテナの第１放射電極はコイル状に構成され、前記支持部材の第２放射電極は線状に構成され、前記第１放射電極の一方端が前記給電端子と接続し、他方端が前記第２放射電極の一方端と接続し、
前記第２放射電極は前記第１放射電極よりも前記支持部材が実装される基板面から離れて位置することを特徴とするアンテナ装置。
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記チップアンテナの第１放射電極の巻軸が前記基板と略平行となり、
前記溝部又は窪み部の底部であって前記チップアンテナと前記第２放射電極との間に窪みを設けることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１又は２に記載のアンテナ装置であって、
前記第２放射電極の他方端は自由端であり、前記支持部材の前記第２放射電極の自由端が位置する面内にて、前記第２放射電極が屈曲することを特徴とするアンテナ装置。