JP2004242034A - スロットアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】小型の金属筐体に適合し、所望の指向性を得ることができ、設計製造が容易なスロットアンテナを提供すること。
【解決手段】小型の金属筐体４内の無線基板２の上に、無線機１が搭載され、金属筐体４の側面には、スロット３が形成されている。スロット３は、筐体内部の無線機１が放射する電磁波により給電され、アンテナとなる。スロット３は、単一の矩形スロット折り曲げて形成され、幅方向部分３ａ，高さ方向部分３ｂ，奥行き方向部分３ｃの長さを調整することにより、スロットアンテナの所望の指向性を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットアンテナに関し、特に金属筐体に形成されたスロットを有するアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、無線機に搭載するアンテナの設計においては、無線機が設置される場所から通信範囲を決定し、アンテナ単体が搭載されたとしてその利得、指向性を決定していた。しかし、実際に基板上にアンテナを搭載すると、多層基板等の基板構成、導体やシールド材、アンテナの搭載位置の違いによって、アンテナの利得又は指向性は大きく影響を受け、単体での性能を発揮しないことが多くある。
【０００３】
この問題を回避するために、無線機を金属筐体で覆いスロットを形成して、スロットに給電線を介して給電するものがある。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１４５１２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように無線機を金属筐体で覆った場合、例えば水平垂直偏波を取り出して、所望の指向性を得るためにはスロットを複数形成する必要があった。しかしながら、近年の電子機器の小型化に伴って金属筐体も小型化し、（１）複数スロットへの給電線が無線機設計（基板配置、筐体体格）に支障をきたす、（２）配線作業が非常に困難である、という問題が生じ、さらに場合によっては、（３）複数スロットから放射される電波の干渉で、所望の指向性を得ることができないということもあった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑み、小型の金属筐体に適合し、所望の指向性を得ることができ、設計製造が容易なスロットアンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、無線機をスロットを有する金属筐体内に配置し、無線によりスロットに給電するスロットアンテナを提供する。これにより、給電線で給電する必要がなく、設計の自由度が増し、製造容易となる。
【０００８】
本発明は、さらに、このスロットが、矩形スロットを組合わせて単一のスロットとされたスロットアンテナを提供する。これにより、複数のスロットからの電波が相互干渉することはなくなる。
【０００９】
このスロットは、高さ方向を長手方向とするスロット（部分）が、金属筐体の側面が交わる１辺に形成されていてもよい。これにより、アンテナの後方への電波の回り込みをスムースにできる。
【００１０】
また、スロットは、単一の矩形スロットが折り曲げられてなる形状としてもよいし、水平偏波と垂直偏波の放射電力比を３：７とするようにスロットを構成すれば、車両用の全方位通信に好適なスロットアンテナを得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を引用して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の概略を示す斜視図である、本発明のスロットアンテナは、小型の金属筐体４内の無線基板２の上に、無線機１が搭載され、金属筐体４の側面には、横幅方向スロット３１、高さ方向スロット３２、奥行き方向スロット３３の３個のスロットが形成されている。各スロット３１〜３３は、給電線が接続されておらず、筐体内部の無線機１が放射する電磁波により給電される。すなわち、無線機１からの電波により、スロット端面で磁界共振が起こり電界の定在波が生じて給電され、アンテナとなるものである。したがって、スロット３１〜３３から効率よく電波を放出するためには、スロットの長手方向の長さをほぼ１／２波長にするのが好ましい。
【００１２】
本例では、横幅方向スロット３１、高さ方向スロット３２、奥行き方向スロット３３の３個のスロットにより、横幅方向、高さ方向、奥行き方向に対する所望の指向性を得て、全方位に対するスロットアンテナとしている。高さ方向スロット３２を筐体の側面が交わる１辺に設けたのは、スロットが設けられている前面から後面への電波の回り込みをスムースに均一に行われるようにして全方位対応のアンテナを構成するためである。
【００１３】
金属筐体４に内蔵される無線機１の配置個所は、金属筐体内であれば基本的にどこでもよいが、スロット近くになると電磁界がひずむおそれがあり、スロットから離れて配置するほうがよい。なお、スロットの形状は矩形に限らず、実施に際して適宜決定されることができる。
【００１４】
このように、本例では、給電線によるスロットへの給電を行わず、無線で行うようにしたので、複数スロットへの給電線の配線を省略でき、無線機設計例えば基板配置、筐体体格などに自由度が増し、製造工程の省力化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明の金属筐体スロットアンテナは、そのスロット長で共振して放射する周波数以外の電波を筐体外に放射しないので、筐体内の無線機がもつ放射ノイズを低減することになる。
【００１６】
図２〜図４を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。
図２に示した第２の実施形態のスロットアンテナは、スロットを備える小型の金属筐体４内の無線基板２の上に無線機１が搭載され、無線によりスロットに給電する点では、図１に示す実施形態と同様である。しかし、本実施形態の特徴は、スロット３が単一の矩形スロットで構成されるという点にある。
【００１７】
本例では、使用周波数は２．４ＧＨｚ帯であり、その使用波長は約１２ｃｍである。これに対して金属筐体４は、使用無線周波数の波長に比べて小さいサイズとなっている。金属筐体４の横幅Ｗｃ、高さＨｃ、奥行きＤｃはそれぞれ、５０ｍｍ、２０ｍｍ、５０ｍｍであり、１辺の長さは、使用波長の半波長約６ｃｍより小さい。金属筐体４の側面に形成された矩形スロット３は、単一の矩形スロットが折り曲げられてなる形状であって、横幅方向部分３ａ、高さ方向部分３ｂ、奥行き方向部分３ｃからなる。その全長は使用波長の半波長に相当する長さである。
【００１８】
第１の実施形態では、スロットから放射される電波の水平垂直偏波を調整して所望の指向性を実現するために、横幅方向、高さ方向、奥行き方向にそれぞれスロット３１〜３３を形成している。しかしながら、この技術を波長に比べて小さいサイズの筐体に適用した場合、複数スロット同士の間隔が狭くなり、それぞれのスロット３１〜３３が放射する電波が相互干渉を引き起こすことがあった。
【００１９】
第２の実施形態では、複数スロットの相互干渉はそれぞれのスロットが放射する電波に位相差があることにより生じるという点に着目し、複数のスロットに代えて、単一のスロット３を用いるようにした。そのことにより、スロット毎に生じる電界の位相差つまり電波の位相差をなくし、電波の相互干渉を低減することができた。
【００２０】
また、スロット３が単一の矩形スロットであるから、横幅方向部分３ａ、高さ方向部分３ｂ、奥行き方向部分３ｃのそれぞれのスロット長を変えることによって、放射する水平垂直偏波の電力比を簡単に調整することができ、所望の指向性を実現できるので、設計が容易である。
【００２１】
なお、高さ方向のスロットを形成している部分は、金属筐体の側面が交わる１辺に設けられ、後方への電波の回り込みを容易にして指向性の均一化の作用を果たす。
【００２２】
本例では、単一の矩形スロットとして、単一の矩形スロットを折り曲げてなる形状に構成したが、アンテナの指向性や使用目的等に応じて、矩形スロットが適宜組合わされた（例えば枝分かれ部分を有する等）単一のスロットを採用することも可能である。
【００２３】
また、本例のスロットアンテナにおいても、スロット長で共振して放射する周波数以外の電波を筐体外に放射しないので、筐体内の無線機がもつ放射ノイズを低減する作用効果を有する。
【００２４】
図３は、第２の実施形態のスロットアンテナを車両に応用した応用例を示す説明図である。
図３に示すものは、車両６内のコックピット８の中央部分７内にアンテナを搭載し、車外全方位との無線通信を可能にするシステムである。車内の運転者等には、所持している携帯電話、ＰＨＳ、携帯端末等により通信可能となる。
【００２５】
しかしながら、コックピット８上に搭載されたアンテナにより、車外全方位に対して通信を行うためには、電波を全方位に放射させる必要があるが、市販されているアンテナをそのまま車両に搭載しても、車両のピラー、ボンネットの反射、干渉により車外全方位に電波を放射することは困難である。
【００２６】
そこで検討の結果、車内コックピット部分にアンテナを搭載したときの車外伝搬解析及びそのメカニズムを解明することによって、車載アンテナから放射される水平偏波と垂直偏波の放射電力比を３：７にすれば、車外全方位に電波を放射できることが分った。
【００２７】
しかしながら、コックピットに搭載されるものは、運転者の前方視界確保、コックピットのデザイン等から、その高さの制限がきびしく、コックピット部分で垂直偏波が支配的なアンテナを製作することは困難であった。
【００２８】
本発明者は、本発明のスロットアンテナは、その内蔵無線機のエレメント方向に対して垂直な方向の偏波を放射するものである（通常のアンテナはエレメント方向に平行方向の偏波を放射する）ことに着目し、車両用通信システムに適用した。
図４は、図２に示した第２の実施形態のスロットを高さ方向部分を中心に平面に展開し、その寸法を記載したものであり、第２の実施形態を図３に示した車両通信システムに適用して好適なものである。
図４に示すように、本発明の第２の実施形態において、幅方向部分３ａの長さＷ＝２５ｍｍ、高さ方向部分３ｂの長さＨ＝１０ｍｍ、奥行き方向部分３ｃの長さＤ＝２５ｍｍとしてスロットを形成し、垂直水平偏波の放射電力比を３：７とし、車両通信システムに適用する。スロット３の全長は６ｃｍで、使用波長の半波長に相当している。なお、スロット自体の幅は、特に限定されるものではないが、本例では２ｍｍとした。
【００２９】
本発明の第２実施形態のスロットアンテナは、先に述べたように例えば高さ２ｃｍであり、コックピット８の中央部分７に内蔵して（中央部分７の上面に載置することも可能）使用でき、その指向性は車外全方位に均一であり、車両用として好適なものである。
【００３０】
本発明の第２の実施形態の作用効果を第１の実施形態との比較で示す。
図５及び図６は、それぞれ第１の実施形態及び第２の実施形態の水平（Ｘ−Ｙ平面）方向の指向性を示す図であり、示された指向性によって電波干渉の低減効果が表現されるものである。図５は、図の左に模式的に示した複数スロットの指向性（垂直偏波と水平偏波の指向性を合成したもの）を示し、図６は、図の左に模式的に示した単一の矩形スロットの指向性（垂直偏波と水平偏波の指向性を合成したもの）を示す。図から分るように、図５では、１８０度と２７０度で約３．５ｄｂの利得低下が見られ、電波干渉による利得低下が起きているとみられるのに対して、図６では、そのようなことはなく、より均一な指向性を示している。これは、単一スロットでは、複数スロットの場合と異なって電波干渉による利得低下が起こらないことを示すものである。
なお、車載用の全方位の指向性が求められるアンテナとしては、第２の実施形態の方が第１の実施形態より有効であったが、求められる指向性やアンテナの特性又は使用態様や使用環境によっては、第１の実施形態が有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスロットアンテナの第１実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】本発明のスロットアンテナの第２実施形態を示す概略斜視図である。
【図３】本発明のスロットアンテナの車両への配置を説明する説明図である。
【図４】車両に配置される第２実施形態のスロットの寸法を示す図である。
【図５】第１実施形態の指向性を示す図である。
【図６】第２実施形態の指向性を示す図である。
【符号の説明】
１…無線機
２…無線基板
３，３１〜３３…スロット
４…金属筐体

Claims (7)

1. 無線機と、
   前記無線機が内部に配置され、スロットを有する金属筐体とを備え、
   前記スロットは、前記無線機から無線により給電されることを特徴とするスロットアンテナ。
2. 前記スロットが高さ方向を長手方向とし、前記金属筐体の側面が交わる１辺に形成されているスロットを有することを特徴とする請求項１に記載の金属筐体スロットアンテナ。
3. 無線機と、
   前記無線機が内部に配置され、スロットを有する金属筐体とを備え、
   前記スロットは、矩形スロットが組合わされてなる単一のスロットから構成され、前記無線機から無線により給電されることを特徴とするスロットアンテナ。
4. 前記矩形スロットは、単一の矩形スロットが折り曲げられてなる形状であることを特徴とする請求項３に記載のスロットアンテナ。
5. 前記矩形スロットは、幅方向部分、高さ方向部分、奥行き方向部分からなることを特徴とする請求項４に記載のスロットアンテナ。
6. 前記矩形スロットの前記高さ方向部分は、前記金属筐体の側面が交わる１辺に形成されていること特徴とする請求項５に記載のスロットアンテナ。
7. 水平偏波と垂直偏波の放射電力比を３：７となるように各部分の長さを選択したことを特徴とする請求項６に記載のスロットアンテナ。

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