(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッチ部、誘電体部及び地板部を備え、同時にソーラー・セルとしても機能する携帯無線端末用パッチアンテナであって、前記誘電体部上に前記パッチ部と接続して形成された給電用マイクロストリップラインと、前記誘電体部上に前記パッチ部及び前記給電用マイクロストリップラインと間隔をあけて形成された透明電極部と、前記誘電体部上に形成され、前記透明電極部と前記給電用マイクロストリップラインとを接続する高周波成分遮断部とを備え、前記給電用マイクロストリップライン及び前記各部それぞれがソーラー・セル用構成素材で形成されていることを特徴とする携帯無線端末用パッチアンテナ。
【請求項２】
前記パッチ部、前記給電用マイクロストリップライン、前記透明電極部及び前記高周波成分遮断部がソーラー・セル用透明電極材で形成され、前記誘電体部がソーラー・セル用アモルファスシリコン層で形成され、前記地板部がソーラー・セル用金属電極材で形成されていることを特徴とする請求項１記載の携帯無線端末用パッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話，ＰＨＳ（簡易無線電話：personal handyphone system）などの携帯無線端末に装備されるアンテナに関し、アンテナ機能を果たすと同時にソーラー・セル（太陽電池）としても機能するようにした新規な構造の携帯無線端末用パッチアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
携帯電話機で代表される携帯無線端末では、種々のサービスに対応しようとして一般に電力不足気味となっており、そのため、電気回路の低消費電力化を図るとともに、電源となる大容量の２次電池の開発が進められている。しかし、携帯無線端末の必要条件である小型・軽量化を損なうことなく２次電池の大容量化を図ることは容易でない。
【０００３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、アンテナ機能を果たすと同時にソーラー・セルとしても機能し、携帯無線端末の小型・軽量化を損なうことなく、従来に比べて供給電力容量を増やして携帯無線端末の連続稼働時間の延長を図ることができる携帯無線端末用パッチアンテナを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、パッチ部、誘電体部及び地板部を備え、同時にソーラー・セルとしても機能する携帯無線端末用パッチアンテナであって、前記誘電体部上に前記パッチ部と接続して形成された給電用マイクロストリップラインと、前記誘電体部上に前記パッチ部及び前記給電用マイクロストリップラインと間隔をあけて形成された透明電極部と、前記誘電体部上に形成され、前記透明電極部と前記給電用マイクロストリップラインとを接続する高周波成分遮断部とを備え、前記給電用マイクロストリップライン及び前記各部それぞれがソーラー・セル用構成素材で形成されていることを特徴とする携帯無線端末用パッチアンテナである。
【０００５】
請求項２の発明は、前記請求項１記載の携帯無線端末用パッチアンテナにおいて、前記パッチ部、前記給電用マイクロストリップライン、前記透明電極部及び前記高周波成分遮断部がソーラー・セル用透明電極材で形成され、前記誘電体部がソーラー・セル用アモルファスシリコン層で形成され、前記地板部がソーラー・セル用金属電極材で形成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の携帯無線端末用アンテナは、携帯無線端末の必要条件である小型化を考慮して、アンテナとして、電波を放射し、またその逆に電波を取り込む放射素子を平面状に配置した平面アンテナの一種であって、平面放射素子をはり付けて配置した薄肉（極めて高さの低い）のパッチアンテナを採用し、このパッチアンテナをソーラー・セル用構成素材で形成することにより、アンテナ機能と同時にソーラー・セル（シリコン発電素子）としても機能するようにしたものである。なお周知のように、「パッチ」には「ばんそう膏」の意味がある。
【０００７】
図４はアンテナ機能のみのパッチアンテナの構造例を示す図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＤＤ線断面図である。
【０００８】
図４に示すように、パッチアンテナは、平面放射素子として働くパッチ部５３と、アース板として働く地板部（導体板部）５１と、該両者を絶縁するための誘電体部５２とにより構成されている。すなわち、薄肉四角形状をなし導電性材料よりなる地板部５１の上に該地板部５１と同じ大きさで薄肉四角形状をなす誘電体部５２が形成され、その上に地板部５１及び誘電体部５２よりも小形で薄肉四角形状をなし導電性材料よりなるパッチ部５３が形成されている。例えば、誘電体部５２はガラスエポキシ樹脂、あるいはフッ素樹脂などからなり、地板部５１とパッチ部５３は銅箔からなっている。前記パッチ部５３における辺Ｌの長さが電波の約１／２波長になるように設定されており、また、誘電体部５２上にはパッチ部５３に接続された給電用マイクロストリップライン５４が形成されている。そして、図４（ｂ）に示すように、マイクロストリップライン５４と地板部５１を携帯無線端末の無線回路５５に接続し、高周波電流（無線信号）ＲＦの給電が行われることになる。
【０００９】
図５はソーラー発電機能のみのアモルファスＳｉ型ソーラー・セルの構造例を示す断面図である。
【００１０】
図５に示すように、アモルファスＳｉ型ソーラー・セルは、金属電極６１と、ｐ型，ｉ型，ｎ型の３層を持ちそのｎ層側が金属電極６１側になるように金属電極６１上に形成され、光を電気に変換する光変換層としてのｐｉｎ型のアモルファスＳｉ層６２と、該アモルファスＳｉ層６２上に形成され、光を通し、かつ導電性を有する透明電極６３とを有している。例えば、金属電極６１はＡｌからなり、透明電極６３はＩｎ2 Ｏ3 又はＳｎＯ2 を主成分としてなっている。
【００１１】
ここで、ソーラー発電機能（光変換層）は、前記アモルファスＳｉ層６２のようなアモルファスＳｉを用いたｐｉｎ構造の他、化合物半導体を用いたｐｉｎ構造でもよいし、化合物半導体、多結晶Ｓｉ又は単結晶Ｓｉを用いたｐｎ構造（ｐｎ接合）でもよい。なお、光変換層を形成するアモルファスＳｉは、単結晶Ｓｉや多結晶Ｓｉに比べて太陽光を電気に変換する変換効率が少し低いものの、生産コストが大幅に安く経済的であるという利点がある。
【００１２】
６４は二次電池回路で、ソーラー・セルによって発生した電気を蓄電し、負荷に放電する二次電池を有する電気回路である。前記透明電極６３と金属電極６１を通して電流（光起電流）が二次電池回路６４に取り出されることになる。
【００１３】
パッチアンテナとソーラー・セルの構造はこのようになっており、両者においては、地板部５１に対し金属電極６１、誘電体部５２に対し光変換層であるアモルファスＳｉ層６２、及びパッチ部５３に対し透明電極６３というように各構成要素がその素材の性質において対応している。
【００１４】
よって、本発明の携帯無線端末用パッチアンテナは、パッチ部をソーラー・セル用透明電極材で形成し、誘電体部をソーラー・セル用の光変換層で形成し、地板部をソーラー・セル用金属電極材で形成したものであるから、アンテナ機能を果たすと同時にソーラー・セルとしても機能しうる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。
【００１６】
図１は参考例による携帯無線端末用パッチアンテナを説明するための図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＡＡ線断面図である。
【００１７】
本例の携帯無線端末用パッチアンテナは、図１に示すように、ソーラー・セル用金属電極材であるＡｌよりなり、四角形をなす地板部１と、該地板部１上にこれと同じ大きさで形成され、ソーラー・セル用のｐｉｎ型のアモルファスシリコン層よりなり、厚みが３５０ｎｍ（３５００Å）程度で四角形をなす誘電体部２と、該誘電体部２上にこれよりも小形にて形成され、ソーラー・セル用透明電極材であるＩｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2 の混合物よりなり、厚み１００ｎｍ程度で四角形をなすパッチ部３と、同じく誘電体部２上にパッチ部３と接続して形成され、Ｉｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2 の混合物よりなる厚み１００ｎｍ程度の給電用マイクロストリップライン４とを備えている。前記パッチ部３における辺Ｌの長さは電波の約１／２波長になるように設定されている。
【００１８】
そして、図１（ｂ）に示すように、携帯無線端末電気回路５にはキャパシタンス要素（コンデンサ）６がインダクタンス要素（コイル）７を介して接続されており、パッチ部３に接続された給電用マイクロストリップライン４は、キャパシタンス要素６とインダクタンス要素７とを結ぶ結線に接続されている。また、地板部１は携帯無線端末電気回路５のグランド（コモン）に接続されている。これにより、給電用マイクロストリップライン４と地板部１の間に発生する信号のうち、パッチ部３による無線信号（高周波電流ＲＦ）は、直流成分を阻止し高周波成分を通すキャパシタンス要素６を介して携帯無線端末電気回路５内の図示しない無線回路に流れ、一方、パッチ部３からの光照射による光起電流は、高周波成分を阻止し直流成分を通すインダクタンス要素７を介して携帯無線端末電気回路５内の図示しない二次電池回路に流れるようになっている。
【００１９】
前記構成になるこの携帯無線端末用パッチアンテナは、例えば、携帯電話機の外装ケース（筐体）の操作面とは反対側のケース背面に貼着することにより、携帯電話機に取り付けることができる。また、外装ケースが光を通す透明素材よりなるものの場合は、ケース背面の内側に配設することができる。
【００２０】
本例の携帯無線端末用パッチアンテナは、このように構成されており、アンテナ機能を果たすと同時にソーラー・セルとしても機能し、携帯無線端末の小型・軽量化を損なうことなく、従来に比べて供給電力容量を増やすことができる。例えば、本アンテナにおいてパッチ部３の面積を１０ｃｍ2 とすると、発電しうる電力は発電効率を考慮して晴天時７５ｍＷ程度となる。一方、携帯電話機の平均消費電力は５０ｍＷ程度であるので、常時発電できない点を考慮しても相当程度蓄電することができる。その結果、携帯電話機の連続稼働時間の延長を図ることができ、充電の手間が大幅に減って利便性の向上を図ることができる。
【００２１】
図２は別の参考例による携帯無線端末用パッチアンテナを説明するための図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＢＢ線断面図である。
【００２２】
本例と前記図１に示すものとの相違は、給電位置が異なっている点にある。本例の携帯無線端末用パッチアンテナは、図２に示すように、四角形をなしてＡｌよりなる地板部１’と、該地板部１’上にこれと同じ大きさで形成され、ｐｉｎ型のアモルファスシリコン層よりなり、厚みが３５０ｎｍ程度で四角形をなす誘電体部２’と、該誘電体部２’上にこれよりも小形にて形成され、Ｉｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2 の混合物よりなり、厚みが１００ｎｍ程度で四角形をなすパッチ部３’とを備えている。前記パッチ部３’における辺Ｌの長さは電波の約１／２波長になるように設定されている。
【００２３】
給電については、図２（ｂ）に示すように、地板部１’の下から同軸ケーブル（同軸線路）８の外導体８ａを該地板部１’に接続し、該同軸ケーブル８の内導体８ｂをパッチ部３’の給電点Ｐ位置に接続している。この同軸ケーブル８の内導体８ｂは前記キャパシタンス要素６とインダクタンス要素７とを結ぶ結線に接続される一方、外導体８ａは携帯無線端末電気回路５のグランド（コモン）に接続されている。これにより、パッチ部３’と地板部１’の間に発生する信号のうち、パッチ部３’による無線信号はキャパシタンス要素６を介して携帯無線端末電気回路５内の無線回路に流れ、一方、パッチ部３’からの光起電流はインダクタンス要素７を介して携帯無線端末電気回路５内の二次電池回路に流れるようになっている。
【００２４】
このように、地板部１’の下方から垂直姿勢にて給電を行うこともできる。小型化が要求される携帯無線端末では、アンテナ設置スペースも制限されるので、給電端を適宜、適切に設定して給電線の配線を行うようにすればよい。
【００２５】
図３は本発明の一実施形態を示す携帯無線端末用パッチアンテナを説明するための図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＣＣ線断面図、（ｃ）はそのＣ’Ｃ’線断面図である。
【００２６】
本例と前記図１に示すものとの相違は、誘電体部上におけるパッチ部以外のあきスペース部分もソーラー・セルとして機能させるようにした点にある。本例の携帯無線端末用パッチアンテナは、図３に示すように、四角形をなしてＡｌよりなる地板部１”と、該地板部１”上にこれと同じ大きさで形成され、ｐｉｎ型のアモルファスシリコン層よりなり、厚み３５０ｎｍ程度で四角形をなす誘電体部２”と、該誘電体部２”上にこれよりも小形にて形成され、Ｉｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2 の混合物よりなり、厚みが１００ｎｍ程度で四角形をなすパッチ部３”と、同じく誘電体部２”上にパッチ部３”と接続して形成され、Ｉｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2 の混合物よりなる厚み１００ｎｍ程度の給電用マイクロストリップライン４’と、同じく誘電体部２”上における周辺部分に前記パッチ部３”及びストリップライン４’とは間隔をあけて形成され、Ｉｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2 の混合物よりなる厚み１００ｎｍ程度の透明電極部９と、同じく誘電体部２”上に形成され、Ｉｎ2 Ｏ3 とＳｎＯ2 の混合物よりなり、透明電極部９と給電用マイクロストリップライン４’を細線のジグザグ状パターンにて接続する高周波成分遮断部１０とを備えている。前記パッチ部３”における辺Ｌの長さは電波の約１／２波長になるように設定されている。前記高周波成分遮断部１０は高周波成分を阻止し直流成分を通すインダクタンス要素として作用するものである。
【００２７】
給電については、図３（ｃ）に示すように、パッチ部３”に接続され、かつ高周波成分遮断部１０を介して透明電極部９に接続された給電用マイクロストリップライン４’は、キャパシタンス要素６とインダクタンス要素７とを結ぶ結線に接続されている。また、地板部１”は携帯無線端末電気回路５のグランド（コモン）に接続されている。これにより、パッチ部３”による無線信号（高周波電流ＲＦ）は、キャパシタンス要素６を介して携帯無線端末電気回路５内の図示しない無線回路に流れ、一方、パッチ部３及び透明電極部９からの光起電流はインダクタンス要素７を介して携帯無線端末電気回路５内の図示しない二次電池回路に流れるようになっている。
【００２８】
このように、誘電体部２”上におけるパッチ部３”以外の部分も有効利用しソーラー・セルとして機能させるようにしたので、同じ大きさであって図１に示すものに比較して発電電力を増やすことができる。
【００２９】
なお、前記図３に示す実施の形態では、パッチ部の形状が方形（四角形）をした方形パッチアンテナに適用したものを示したが、これに限定されず、本発明は、パッチ部が円形をなす円形パッチアンテナのように、他の形状のパッチアンテナにも適用可能である。また、誘電体部を形成するソーラー・セル用光変換層がｐｉｎ型のアモルファスシリコン層であるものについて示したが、これに限定されず、本発明は、誘電体部が、例えば、ソーラー・セル用光変換層として一般的である多結晶Ｓｉ又は単結晶Ｓｉによるｐｎ接合によって形成されるものにも適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による携帯無線端末用パッチアンテナは、パッチ部、誘電体部及び地板部を、それぞれ、ソーラー・セル用構成素材で形成したものであるから、アンテナ機能を果たすと同時にソーラー・セルとしても機能することができる。また、誘電体部上に形成されたパッチ部以外の部分も有効利用してソーラー・セルとして機能させるべく、誘電体部上に、パッチ部及び給電用マイクロストリップラインと間隔をあけて、ソーラー・セル用構成素材よりなる透明電極部を形成しているので、発電電力を増やすことができる。よって、本発明による携帯無線端末用パッチアンテナによると、アンテナ機能を果たすと同時にソーラー・セルとしても機能し、かつ、携帯無線端末の限られたスペースを有効利用して効率的にソーラー発電を行うことができ、携帯無線端末の小型・軽量化を損なうことなく、従来に比べて供給電力容量を増やして携帯無線端末の連続稼働時間の延長を図ることができ、携帯無線端末の利便性の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例による携帯無線端末用パッチアンテナを説明するための図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＡＡ線断面図である。
【図２】別の参考例による携帯無線端末用パッチアンテナを説明するための図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＢＢ線断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す携帯無線端末用パッチアンテナを説明するための図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＣＣ線断面図、（ｃ）はそのＣ’Ｃ’線断面図である。
【図４】アンテナ機能のみのパッチアンテナの構造例を示す図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＤＤ線断面図である。
【図５】ソーラー発電機能のみのアモルファスＳｉ型ソーラー・セルの構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１’，１”…地板部  ２，２’，２”…誘電体部  ３，３’，３”…パッチ部  ４，４’…給電用マイクロストリップライン  ５…携帯無線端末電気回路６…キャパシタンス要素  ７…インダクタンス要素  ８…同軸ケーブル  ８ａ…同軸ケーブルの外導体  ８ｂ…同軸ケーブルの内導体  ９…透明電極部  １０…高周波成分遮断部  Ｐ…給電点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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