(57)【要約】【課題】高周波での伝送損失を抑えるとともに小型化を可能としたアンテナ装置およびその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係るアンテナ装置１は、平面アンテナ３上または平面アンテナ３の周囲の少なくとも一部に、磁性体からなる薄膜６を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
2007174462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面アンテナ上または平面アンテナの周囲の少なくとも一部に、磁性体からなる薄膜を設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記薄膜の平均表面粗さＲａが、１ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
平面アンテナ上または平面アンテナの周囲の少なくとも一部に、磁性体と誘電体との混合物からなる薄膜を設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
前記薄膜の平均表面粗さＲａが、１ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
平面アンテナ上または平面アンテナの周囲の少なくとも一部に、磁性体からなる薄膜を設けたアンテナ装置の製造方法であって、
前記薄膜を、エアロゾルデポジション法により形成することを特徴とするアンテナ装置の製造方法。
【請求項６】
前記エアロゾルデポジション法において、平均粒子径が１０ｎｍ以上、１０μｍ以下である磁性体微粒子を用いることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項７】
平面アンテナ上または平面アンテナの周囲の少なくとも一部に、磁性体と誘電体との混合物からなる薄膜を設けたアンテナ装置の製造方法であって、
前記薄膜を、エアロゾルデポジション法により形成することを特徴とするアンテナ装置の製造方法。
【請求項８】
前記エアロゾルデポジション法において、それぞれの平均粒子径が１０ｎｍ以上、１０μｍ以下である磁性体微粒子および誘電体微粒子を用いることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話端末などの無線に用いるアンテナ装置に関するものである。特に、高周波特性を低下させずに占有面積を小さくしたアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノートパソコンなどに代表される携帯端末機器の小型化が望まれるようになってきた。同時に、機器の高機能化も進み、携帯電話端末機器１台あたりに実装される部品数も多くなっている。
【０００３】
このような背景から、各部品の小型化が強く望まれている。その中でも、無線用アンテナの小型化が特に望まれている。この理由は、アンテナのサイズと共振周波数（共振波長）の関係によるものである。ある波長λの電波に効率よく共振できるアンテナの放射素子長は、一般的にｎλ、λ、λ／２、λ／４、λ／８などに設定することが多く、短いほど小型化に有利である。一方、放射素子長を短くしすぎると、感度低下や帯域減少が発生する場合もあり、現在の主流はλ／２やλ／４の長さとするものが多い。したがって、アンテナ感度を劣化させずにアンテナを小型化することは困難であり、設計の自由度を阻害する要因となっていた。
【０００４】
アンテナを小型化するための検討例の多くは、放射素子の形状を工夫したものであり、根本的に放射素子そのものの小型化を狙ったものではない。例えば、非特許文献１では、磁性体を用いた小型化を検討しており、非特許文献２では、誘導体を用いた小型化を検討している。磁性体や誘電体を用いた小型化の方法は、放射素子そのものが小型化できる有力な方法であり、多くの研究が行われている。
【０００５】
非特許文献１では、平板逆Ｆアンテナ（以下ＰＩＦＡ）の一部に磁性体小片を配置することによって、ＰＩＦＡの共振周波数を低周波側にシフトさせられることを報告した。低周波側にシフトした分の共振周波数を高周波側に戻すのは、アンテナの放射素子長を短くすればよい。これにより、磁性体の配置によりＰＩＦＡの小型化が実現する。
【０００６】
しかしながら、磁性体を用いたアンテナ伝送損失が大きくなるという問題があった。特に、伝送信号が高周波になるほど損失の問題は顕著になるため、この技術は中波帯のような低い周波数において利用されているにすぎなかった。そこで、高周波での損失が小さく、かつ平面アンテナの小型化を達成できるように磁性体を付与する方法が望まれていた。
【０００７】
高周波での伝送損失を小さくするためには、磁性体の誘導正接（tan δ）を小さくすることが有効である。一般的には、tan δを小さくするには磁性体フィルムや磁性体小片を構成する粒子の粒子径を小さくすることが有効である。
【非特許文献１】田中、林田、今村、森下、小柳、電子情報通信学会論文誌  B Vol.J87-B No.9 PP1327-1335 2004年9月
【非特許文献２】岩田、村田、坪井、福田、中野  2005年電子情報通信学会総合大会予稿集  B-1-51  「高誘電体層装荷平面アンテナ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、高周波での伝送損失を抑えるとともに小型化を可能としたアンテナ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載のアンテナ装置は、平面アンテナ上または平面アンテナの周囲の少なくとも一部に、磁性体からなる薄膜を設けたことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載のアンテナ装置は、請求項１において、前記薄膜の平均表面粗さＲａが、１ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載のアンテナ装置は、平面アンテナ上または平面アンテナの周囲の少なくとも一部に、磁性体と誘電体との混合物からなる薄膜を設けたことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載のアンテナ装置は、請求項３において、前記薄膜の平均表面粗さＲａが、１ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載のアンテナ装置の製造方法は、平面アンテナ上または平面アンテナの周囲の少なくとも一部に、磁性体からなる薄膜を設けたアンテナ装置の製造方法であって、前記薄膜を、エアロゾルデポジション法により形成することを特徴とする。
本発明の請求項６に記載のアンテナ装置の製造方法は、請求項５において、前記エアロゾルデポジション法において、平均粒子径が１０ｎｍ以上、１０μｍ以下である磁性体微粒子を用いることを特徴とする。
本発明の請求項７に記載のアンテナ装置の製造方法は、平面アンテナ上または平面アンテナの周囲の少なくとも一部に、磁性体と誘電体との混合物からなる薄膜を設けたアンテナ装置の製造方法であって、前記薄膜を、エアロゾルデポジション法により形成することを特徴とする。
本発明の請求項８に記載のアンテナ装置の製造方法は、請求項７において、前記エアロゾルデポジション法において、それぞれの平均粒子径が１０ｎｍ以上、１０μｍ以下である磁性体微粒子および誘電体微粒子を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、平面アンテナ上または平面アンテナの周囲の少なくとも一部に、磁性体からなる薄膜、または、磁性体と誘電体との混合物からなる薄膜を設けることにより、tan δを低減して高周波損失を抑えつつ、アンテナ装置の小型化をも両立したアンテナ装置が得られる。また、上記のアンテナ装置を構成する各薄膜を形成する方法としては、原料とする微粒子の粒径や混合性能に秀でるエアロゾルデポジション法が好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜第一の実施形態＞
以下、本発明に係るアンテナ装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係るアンテナ装置の一例を模式的に示す斜視図である。
このアンテナ装置１は、筐体２と、該筐体２の平面に平行に支持されている矩形の平面アンテナ（ＰＩＦＡ）３と、を備える。この平面アンテナ３は、給電ピン４を介して供給され、かつ、短絡ピン５によって、筐体２に接続されている。
【００１３】
そして本発明のアンテナ装置１は、平面アンテナ３上または平面アンテナ３の周囲の少なくとも一部に、磁性体からなる薄膜（以下、磁性体薄膜と称する。）６を設けたことを特徴とする。これにより、tan δを低減することができ、その結果、高周波損失を抑えることができる。
なお、図１では、平面アンテナ３上の全面に磁性体薄膜６を設けた場合を例に挙げて示しているが、磁性体薄膜６を設ける位置やその面積は、この例に限定されるものではない。例えば磁性体薄膜６を平面アンテナ３の面積の１／４になるように成膜しても、共振周波数のシフトを得ることができる。
【００１４】
また、本発明者らは、前記磁性体薄膜６の表面粗さとtan δが関係することを見出した。すなわち、前記磁性体薄膜６において、平均表面粗さＲａが、１ｎｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。これにより、tan δを十分に低減することができ、その結果、高周波損失を小さく抑えることができる。これは、伝送信号が高周波になるほど表皮効果が大きくなり、磁性体薄膜６の表面性がtan δに影響してくるためであると考えられる。
【００１５】
また、前記磁性体薄膜６は、エアロゾルデポジション法により形成されることが好ましい。
エアロゾルデポジション法とは、原料からなる超微粒子を含むエアロゾルを高速で被処理体上に吹き付けることにより、衝突により破砕して微細断片粒子を生成し、あるいは原料超微粒子を衝突させてその衝撃により変形を起こさせて、その一部に新生面を形成させるなどし、次いで前記微細断片粒子を被処理体上へ接着あるいは微細断片粒子同士を接合させることにより、焼成させることなく高密度の緻密質の構造物を被処理体上に形成した複合構造物を形成する方法である。
【００１６】
前記磁性体薄膜６をエアロゾルデポジション法により形成することで、従来に比べて粒子径が小さく、緻密な薄膜を形成することができる。これによりtan δを小さくすることができ、その結果、高周波損失を小さく抑えることができる。
【００１７】
また、本発明者らは、エアロゾルデポジション法の原料微粒子の粒子径が関係することも見出した。すなわち、前記エアロゾルデポジション法において、平均粒子径が１０ｎｍ以上、１０μｍ以下である磁性体微粒子を用いることが好ましい。これにより、より緻密な薄膜を形成することができる。その結果、tan δをより小さくすることができ、高周波損失をより小さく抑えることができる。
【００１８】
このような磁性体薄膜６の厚さとしては、特に限定されるものではないが、例えば、１０〜１００μｍ程度であることが好ましい。これにより、表面平坦性の高い磁性体薄膜６を形成しやすくなる。
＜第二の実施形態＞
【００１９】
以下、本発明に係るアンテナの第二の実施形態について添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
図２は、本実施形態に係るアンテナ装置を模式的に示す図である。また、以下の説明では、上述した第一の実施形態と相違する部分を中心に説明し、第一の実施形態と同様の部分は、その説明を省略する。
本実施形態に係るアンテナ装置１０は、平面アンテナ３上または平面アンテナ３の周囲の少なくとも一部に、磁性体と誘電体の混合物からなる薄膜（以下、混合体薄膜と称する。）７を設けたことを特徴とする。
【００２１】
誘電率の高い材料を用いることも、アンテナの小型化には有効である。比誘電率の大きな磁性体を用いることにより、共振周波数の下げ幅を大きくすることができる。
本実施形態では、磁性体と誘電体との混合体薄膜７を設けた結果、磁性体単体の薄膜の場合よりも共振周波数の低周波側へのシフトを効果的にもたらすことができ、アンテナの小型化にもつながった。
【００２２】
また、前記混合体薄膜７において、平均表面粗さＲａが、１ｎｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。これにより、tan δを十分に低減することができ、その結果、高周波損失を小さく抑えることができる。
【００２３】
また、前記混合体薄膜７は、エアロゾルデポジション法により形成されることが好ましい。エアロゾルデポジション法において、原料の磁性体微粒子の中に高誘電率を持つ誘電体微粒子を混合することにより、前記混合体薄膜７を形成することができる。
【００２４】
また、前記エアロゾルデポジション法において、それぞれの平均粒子径が１０ｎｍ以上、１０μｍ以下である磁性体微粒子および誘電体微粒子を用いることが好ましい。これにより、より緻密な薄膜を形成することができる。その結果、tan δをより小さくすることができ、高周波損失をより小さく抑えることができる。
【００２５】
このような混合体薄膜７の厚さとしては、特に限定されるものではないが、例えば、１０〜１００μｍ程度であることが好ましい。これにより、表面平坦性の高い混合体薄膜７を形成しやすくなる。
【００２６】
また、このような混合体薄膜７において、誘電体微粒子の混合量としては特に限定されるものではないが、例えば、磁性体微粒子に対して１０〜３０ｗｔ％程度であることが好ましい。これにより共振周波数の低周波側へのシフトをより効果的にもたらすことができる。
【００２７】
以上、本発明のアンテナ装置について説明してきたが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
【００２８】
例えば、平面アンテナ（ＰＩＦＡ）の形状は、上述した例に限定されず、例えばスリットを入れたものや矩形でないものでも、共振周波数のシフトが得られる。
また、アンテナの形状も、上述した平面アンテナに限定されず、図３に示すようなフィルムアンテナにも本発明は適用可能である。図３に示すフィルムアンテナは、平面タイプ逆アンテナとも呼ばれる。この場合、例えば、図４に示すように、フィルムアンテナの給電部を覆うように、上述した磁性体薄膜または混合体薄膜を設けてもよい。
【実施例】
【００２９】
（比較例１）
図５に示すような構造を有する平面アンテナ装置（ＰＩＦＡ）を比較例１とする。このアンテナ装置では、ＰＩＦＡの周囲長をλ／２に設計し、２．４５ＧＨｚに共振周波数を持つようにしている。
【００３０】
（実施例１）
実施例１では、エアロゾルデポジション法により、ＰＩＦＡの表側に磁性体からなる薄膜を成膜してアンテナ装置とした。該薄膜の膜厚は５０μｍとした。
エアロゾルデポジション法では、磁性体材料として平均粒子径１２０ｎｍのフェライト系微粒子を用いた。用いたフェライトはＮｉ−Ｚｎフェライトであり、透磁率は２、誘電率は１４であった。
【００３１】
（比較例２）
比較例２では、焼結により磁性体からなるシートを作製し、該シートをＰＩＦＡの表側に接着剤で貼り付けてアンテナ装置とした。該シートの膜厚は５０μｍとした。
前記シートは、磁性体材料として平均粒子径２５０μｍのＮｉ−Ｚｎフェライト粒子を用いてプレスし、焼結することにより作製した。
【００３２】
実施例１および比較例２で作製したアンテナ装置について、共振周波数のシフト量を測定した。また、損失の評価として、磁性体膜の誘電正接（tan δ）を測定した。その測定結果を表１に示す。
なお、以下に掲げる表中において、共振周波数は、磁性体なしで２．４５ＧＨｚに設計したアンテナに、磁性体を付与したときの共振周波数である。また、アンテナ面積比は、比較例１のアンテナ面積を１とし、磁性体を付与した状態で共振周波数を２．４５ＧＨｚにしたときの面積である。
以下の各表において、◎印は特に優れていることを、○印は優れていることを、×印は芳しくないことを、それぞれ表す。また、比較例１の欄に示した−印は「磁性体薄膜（または混合体薄膜）なし」のため表記できないことを表す。
【００３３】
【表１】
2007174462.tif 000003
【００３４】
表１から明らかなように、共振周波数は、実施例１、比較例２とともに同様のシフト量を示し、磁性体を付与した状態で共振周波数が２．４５GHｚになるように再設計したところ、ＰＩＦＡの占有面積を約７５％のサイズに縮小することができた。この値も表１に示した。
損失については、比較例２のtan δが８．０１０と非常に大きいのに対し、実施例１では０．０１０と低減できており、高周波損失の低減に有効であることがわかった。
以上より、磁性体材料を用いてアンテナを小型化した場合でも、エアロゾルデポジション法を用いることにより、高周波特性を改善できることがわかった。
【００３５】
（実施例２）〜（実施例５）
実施例２〜実施例５では、エアロゾルデポジション法の成膜条件を変えることにより、磁性体薄膜の表面粗さＲａをそれぞれ表２に示すように変えたこと以外は、実施例１と同様にしてアンテナ装置を作製した。
具体的には、実施例２ではＲａ＝１ｎｍ、実施例３ではＲａ＝１０ｎｍ、実施例４ではＲａ＝１μｍ、実施例５ではＲａ＝５μｍとした。なお、Ｒａ＜１ｎｍの磁性体薄膜は、うまく作製することができなかった。
磁性体薄膜の表面粗さＲａの測定は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定した。
【００３６】
実施例２〜実施例５で作製したアンテナ装置について、共振周波数のシフト量および磁性体薄膜の誘電正接（tan δ）を測定した。その結果を、表面粗さＲａと併せて表２に示す。
【００３７】
【表２】
2007174462.tif 000004
【００３８】
表２から明らかなように、共振周波数のシフト量は、実施例２〜実施例５で同じような結果であった。これに対し、tan δは、１ｎｍ≦Ｒａ≦１μｍのときに十分低減することができ、Ｒａ＝５μｍでは急激に大きくなっている。
以上の結果より、エアロゾルデポジション法により形成した磁性体薄膜の平均表面粗さＲａが、１ｎｍ≦Ｒａ≦１μｍであるときに効果的にtan δを低減できることがわかった。さらに、１ｎｍ≦Ｒａ≦１０ｎｍのときにより効果的にtan δを低減できることがわかった。
【００３９】
（実施例６）〜（実施例９）
実施例６〜実施例９では、エアロゾルデポジション法において用いる磁性体微粒子の平均粒子径ｒを、それぞれ変えたこと以外は、実施例１と同様にしてアンテナ装置を作製した。
具体的には、実施例６ではｒ＝１０ｎｍ、実施例７ではｒ＝１００ｎｍ、実施例８ではｒ＝１０μｍ、実施例９ではｒ＝５０μｍとした。
【００４０】
実施例６〜実施例９で作製したアンテナ装置について、共振周波数のシフト量および磁性体薄膜の誘電正接（tan δ）を測定した。その結果を、磁性体微粒子の平均粒子径ｒと併せて表３に示す。
【００４１】
【表３】
2007174462.tif 000005
【００４２】
表３から明らかなように、共振周波数のシフト量は実施例６〜実施例９で同じような結果であった。これに対し、tan δは、１０ｎｍ≦ｒ≦１０μｍのときに十分低減することができ、ｒ＝５０μｍでは急激に大きくなった。
以上の結果より、エアロゾルデポジション法において用いる磁性体微粒子の平均粒子径ｒが、１０ｎｍ≦ｒ≦１０μｍであるときに、効果的にtan δを低減できることがわかった。さらに、１０ｎｍ≦ｒ≦１００ｎｍのときにより効果的にtan δを低減できることがわかった。
【００４３】
（実施例１０）
実施例１０では、実施例１では、エアロゾルデポジション法により、ＰＩＦＡの表側に磁性体と誘電体の混合物からなる薄膜（混合体薄膜）を成膜してアンテナ装置とした。該薄膜の膜厚は５０μｍとした。
エアロゾルデポジション法では、磁性体材料としては、平均粒子径１２０ｎｍのフェライト系微粒子を用いた。用いたフェライトはＮｉ−Ｚｎフェライトであり、透磁率は２、誘電率は１４であった。また、誘電体微粒子としては、平均粒子径１２０ｎｍのＢａＴｉＯ３ 微粒子を用いた。用いたＢａＴｉＯ３は、誘電率は８００であり、磁性体微粒子中に２０ｗｔ％混合した。
【００４４】
実施例１０で作製したアンテナ装置について、共振周波数のシフト量および磁性体薄膜の誘電正接（tan δ）を測定した。その結果を表４に示す。
【００４５】
【表４】
2007174462.tif 000006
【００４６】
表４から明らかなように、実施例１０では、共振周波数のシフト量が実施例１に比べて大きくなった。tan δも十分に小さいことがわかった。
以上の結果より、エアロゾルデポジション法の磁性体微粒子に誘導体微粒子を混合することで、実施例１の場合よりも共振周波数のシフトが大きく、アンテナの小型化に有利であることがわかった。
【００４７】
（実施例１１）〜（実施例１４）
実施例１１〜実施例１４では、エアロゾルデポジション法の成膜条件を変えることにより、混合体薄膜の表面粗さＲａをそれぞれ表２に示すように変えたこと以外は、実施例１０と同様にしてアンテナ装置を作製した。
具体的には、実施例１１ではＲａ＝１ｎｍ、実施例１２ではＲａ＝１０ｎｍ、実施例１３ではＲａ＝１μｍ、実施例１４ではＲａ＝５μｍとした。なお、Ｒａ＜１ｎｍの混合体薄膜は、うまく作製することができなかった。
【００４８】
実施例１１〜実施例１４で作製したアンテナ装置について、共振周波数のシフト量および磁性体薄膜の誘電正接（tan δ）を測定した。その結果を、表面粗さＲａと併せて表５に示す。
【００４９】
【表５】
2007174462.tif 000007
【００５０】
表５から明らかなように、共振周波数のシフト量は、実施例１５〜実施例１８で同じような結果であった。これに対し、tan δは、１ｎｍ≦Ｒａ≦１μｍのときに十分低減することができ、Ｒａ＝５μｍでは急激に大きくなっている。
以上の結果より、エアロゾルデポジション法により形成した混合体薄膜の平均表面粗さＲａが、１ｎｍ≦Ｒａ≦１μｍであるときに効果的にtan δを低減できることがわかった。さらに、１ｎｍ≦Ｒａ≦１０ｎｍのときにより効果的にtan δを低減できることがわかった。
【００５１】
（実施例１５）〜（実施例１８）
実施例１５〜実施例１８では、エアロゾルデポジション法において用いる磁性体微粒子および誘電体微粒子の平均粒子径ｒを、それぞれ変えたこと以外は、実施例１０と同様にしてアンテナ装置を作製した。
具体的には、実施例１５ではｒ＝１０ｎｍ、実施例１６ではｒ＝１００ｎｍ、実施例１７ではｒ＝１０μｍ、実施例１８ではｒ＝５０μｍとした。
【００５２】
実施例１５〜実施例１８で作製したアンテナ装置について、共振周波数のシフト量および磁性体薄膜の誘電正接（tan δ）を測定した。その結果を、磁性体微粒子および誘電体微粒子の平均粒子径ｒと併せて表６に示す。
【００５３】
【表６】
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【００５４】
表６から明らかなように、共振周波数のシフト量は実施例１５〜実施例１８で同じような結果であった。これに対し、tan δは、１０ｎｍ≦ｒ≦１０μｍのときに十分低減することができ、ｒ＝５０μｍでは急激に大きくなった。
以上の結果より、エアロゾルデポジション法において用いる磁性体微粒子および誘電体微粒子の平均粒子径ｒが、１０ｎｍ≦ｒ≦１０μｍであるときに、効果的にtan δを低減できることがわかった。さらに、１０ｎｍ≦ｒ≦１００ｎｍのときにより効果的にtan δを低減できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、携帯電話端末などの無線に用いられるアンテナ装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明のアンテナ装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明のアンテナ装置の他の一例を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明のアンテナ装置の他の一例を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明のアンテナ装置の他の一例を模式的に示す斜視図である。
【図５】従来のアンテナ装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５７】
１，１０  アンテナ装置、２  筐体、３  平面アンテナ、４  給電ピン、５  短絡ピン、６  磁性体薄膜、７  混合体薄膜。
【図１】
2007174462.tif 000009
【図２】
2007174462.tif 000010
【図３】
2007174462.tif 000011
【図４】
2007174462.tif 000012
【図５】
2007174462.tif 000013