JP2008236046A - 小型スロットアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】ハンディターミナル内に容易に収納することができると共に所望の指向性が得られる小型スロットアンテナを提供する。
【解決手段】約λ／４の横幅Ｌ１を有するスロット形成用外部素子２１の内側中央に直線状のスロット形成用内部素子２２を設けて両者間に間隔が約１ｍｍの第１のスロット２３ａを形成する。スロット形成用外部素子２１には、上側中央に間隔が約１ｍｍのスリット２４を設ける。スロット形成用外部素子２１の上側に線幅が約１ｍｍの無給電素子２５を約１ｍｍの間隔で設け、両者間に第２のスロット２３ｂを形成する。上記第１のスロット２３ａ及び第２のスロット２３ｂをスリット２４により結合し、その全長を約３／４λに設定する。そして、スロット形成用外部素子２１とスロット形成用内部素子２２との間に給電点２６を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばＵＨＦ帯ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）リーダ・ライタのハンディターミナルに装着して使用する小型スロットアンテナに関する。

従来、商品や物品等に非接触ＩＣタグを取り付け、このＩＣタグに予め設定されている固有の識別データをＲＦＩＤリーダ・ライタにより無線電波を使用して非接触で読み取るＲＦＩＤシステムが一般に知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、従来、上記ＲＦＩＤリーダ・ライタを小型化してハンディターミナルとして使用できるように構成したものも実用化されている（例えば、特許文献２参照。）。

図７はハンディターミナル１０の一般的な構成を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図７において、１１は樹脂加工されたケースで、携行性、操作性の観点から、例えば高さＨ１が約１５０ｍｍ、横幅Ｗ１が約６３ｍｍ、奥行きＤ１が約３０ｍｍに設定されたケース本体１２と、このケース本体１２の上部を約３０°の角度θで後方に折曲げた状態に設けられるケース頭部１３からなっている。上記ケース本体１２には、前面上部に表示パネル１４が設けられると共に、この表示パネル１４の下方位置に各種操作キー（図示せず）が設けられる。上記表示パネル１４には、例えば機器の動作状態やＩＣタグの固有の識別情報等が表示される。

上記ケース本体１２における表示パネル１４の装着部及びケース頭部１３の横幅Ｗ２は、約８０ｍｍに設定される。また、ケース頭部１３は、前面側の長さＨ２が約５０ｍｍ、縦幅（奥行き）Ｄ２は約３０ｍｍに設定される。

上記ケース１１内には、ＲＦＩＤリーダ・ライタが設けられると共に、図８に示すようにケース本体１２の背面側に例えばパッチアンテナ等のアンテナ１５が設けられる。上記ＲＦＩＤリーダ・ライタには、例えばコネクタを介して接続されるケーブルにより動作電源が供給される。

上記ＲＦＩＤリーダ・ライタは、アンテナ１５からＩＣタグ１８に向けて例えば９５３ＭＨｚの質問波を放射し、ＩＣタグ１８からの応答波をアンテナ１５で受信し、復調処理してＩＣタグ１８の識別情報等を表示パネル１４に表示する。

ＵＨＦ帯のＲＦＩＤリーダ・ライタは、９５２〜９５４ＭＨｚ帯、あるいは９５２〜９５５ＭＨｚ帯の電波を送信搬送波として使用し、アンテナ１５を介してＩＣタグ１８の識別情報を読み取っている。

上記送信搬送波の周波数を９５３ＭＨｚとし、高誘電率（誘電率１０．５）の基板を使用してパッチアンテナを製作した場合、その寸法（縦×横×厚さ）は約「６０×６０×３．２ｍｍ」となる。アンテナ１５としてパッチアンテナを使用した場合、図８に示すようにアンテナ１５の面に対して垂直方向（直角方向）の指向性１６が得られる。

上記のようにパッチアンテナを使用した場合、その寸法は約「６０×６０×３．２ｍｍ」であるので、図８に示したようにケース１１のケース本体１２内に収納することができる。

図８では、ケース本体１２内の背面側にアンテナ１５を装着し、ケース本体１２の背面に対して垂直方向の指向性１６を得ているので、ケース本体１２の背面側をＩＣタグ１８に向けることでＩＣタグ１８の識別情報を読み取ることができる。

しかし、ケース頭部１３の前端をＩＣタグ１８に向けることでＩＣタグ１８の識別情報を読み取りたい場合には、ケース頭部１３の前端部分にアンテナ１５を装着する必要がある。この場合、ケース頭部１３の前端部分に上記寸法のパッチアンテナを装着すると、横幅（６０ｍｍ）はケース頭部１３の横幅Ｗ２（８０ｍｍ）より小さいが、高さ（６０ｍｍ）がケース頭部１３の縦幅Ｄ２（３０ｍｍ）の約２倍となっているので、アンテナ１５をケース頭部１３に内蔵することができない。このためアンテナ１５をケース頭部１３に内蔵するには、ケース頭部１３を大きく形成しなければならない。
特開２００６−８７０４７０号公報 特開２００５−１７３７７４号公報

上記のような問題を解決するために図９に示すようにハンディターミナル１０のケース頭部１３内に収納できる薄型アンテナ１５ａで、所望の指向性が得られるものが求められる。

薄型アンテナとしては、従来、図１０に示すような平板ダイポールアンテナ１７がある。平板ダイポールアンテナ１７は、素子長Ｌが約λ／２（λは使用周波数の波長）、幅ｄが約３ｍｍ、厚さｔが約１ｍｍに設定される。

図１１は、上記平板ダイポールアンテナ１７を９５３ＭＨｚの周波数に設定した場合において、アンテナ素子に対して垂直となる上方向をＺ軸、横方向（水平方向）をＹ軸、上記Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向（紙面に対して垂直方向）をＸ軸としたときのＸ−Ｚ面の指向性（実線）、Ｙ−Ｚ面の指向性（一点鎖線）、Ｘ−Ｙ面の指向性（破線）を示したものである。

上記平板ダイポールアンテナ１７は、図１１に示したように８の字の指向性であり、所望の指向性となっている。しかし、上記平板ダイポールアンテナ１７は、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤリーダ・ライタが使用する９５３ＭＨｚの周波数では、素子長Ｌが約１４６ｍｍとなり、ケース頭部１３内に収容するためには横幅Ｗ２を１４６ｍｍ以上としなくてはならず、そのようにした場合ハンディターミナルとしての操作性を著しく阻害する形状となる。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、ハンディターミナル内に容易に収納することができると共に所望の指向性が得られる小型スロットアンテナを提供することを目的とする。

第１の発明に係る小型スロットアンテナは、アンテナ基板と、前記アンテナ基板上に略直線状に設けられるスロット形成用内部素子と、前記スロット形成用内部素子の外周に沿って所定の間隔で設けられ、該スロット形成用内部素子との間にスロットを形成するスロット形成用外部素子と、前記スロット形成用外部素子の一辺に設けられるスリットと、前記スロットに給電する給電手段と、前記スロット形成用外部素子の前記スリットが形成された辺に所定の間隔で対向して設けられる無給電素子とを具備することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る小型スロットアンテナにおいて、前記無給電素子を前記スロット形成用外部素子の外周に沿って所定の間隔で設け、前記スロット形成用外部素子の外周に前記スロットを延長して形成したことを特徴とする。

本発明によれば、スロットを形成するスロット形成用外部素子に対し、その外側に所定の間隔で無給電素子を設けることにより、素子外形寸法を小さくしてもスロットの全長を所望の長さに設定でき、小型でかつ所望の指向性を得ることができる。このため例えばＵＨＦ帯ＲＦＩＤリーダ・ライタのハンディターミナルに対しても容易に収納でき、かつ所望の指向性を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るスロットアンテナ２０Ａの構成を示す図である。図１において、２１は略ロの字状に形成された横幅Ｌ１のスロット形成用外部素子、２２は上記スロット形成用外部素子２１の内側中央に設けられる直線状のスロット形成用内部素子で、上記スロット形成用外部素子２１とスロット形成用内部素子２２との間に第１のスロット２３ａを形成している。そして、スロット形成用外部素子２１には、上側中央に間隔が約１ｍｍのスリット２４を設けている。

上記スロット形成用外部素子２１及びスロット形成用内部素子２２は、アンテナ基板例えば厚さが約１ｍｍのプリント基板（誘電体基板）（図示せず）上に印刷配線等により形成される。上記スロット形成用外部素子２１及びスロット形成用内部素子２２の線幅は約１ｍｍ、第１のスロット２３ａの幅も約１ｍｍに設定される。

また、上記プリント基板上には、スロット形成用外部素子２１の上側に線幅が約１ｍｍの直線状の無給電素子２５が印刷配線等により設けられ、スロット形成用外部素子２１と無給電素子２５との間に第２のスロット２３ｂが形成される。上記無給電素子２５の長さは、スロット形成用外部素子２１の横幅Ｌ１と同じ値に設定される。

上記第１のスロット２３ａと第２のスロット２３ｂとの間は、スロット形成用外部素子２１に設けられたスリット２４を介して結合される。

そして、上記第１のスロット２３ａ及び第２のスロット２３ｂの全長は約３／４λに設定される。すなわち、第１のスロット２３ａ及び第２のスロット２３ｂの全長が３／４λとなるようにスロット形成用外部素子２１の横幅Ｌ１を設定する。この場合、スロット形成用外部素子２１の横幅Ｌ１は、約λ／４以下となるように設定される。また、上記スロット形成用外部素子２１及び無給電素子２５を含む縦幅ｄ１は、上記第１実施形態の場合、約７ｍｍである。

そして、上記スロット形成用外部素子２１とスロット形成用内部素子２２との間には、第１のスロット２３ａの最下部において、中央部より例えば右側に距離ｄ２偏位させて給電点２６を設けている。この給電点２６には、給電部２７から給電線を介して給電される。上記のように給電点２６を中央部より側方に距離ｄ２偏位させて設けることにより、距離ｄ２によって給電インピーダンスの調整が可能となっている。上記距離ｄ２は数ｍｍ程度であり、例えば給電インピーダンスが約５０Ωとなるように設定される。

上記のように構成されたスロットアンテナ２０Ａは、設定周波数が９５３ＭＨｚの場合、横幅Ｌ１が約６９．６ｍｍ、スロット形成用外部素子２１及び無給電素子２５を含む縦幅ｄ１が約７ｍｍに設定される。この場合、プリント基板の大きさは、上記アンテナ素子と同じ大きさに設定される。

図２は、上記スロットアンテナ２０Ａを９５３ＭＨｚの周波数に設定した場合において、無給電素子２５の方向（上方向）をＺ軸、横方向（水平方向）をＹ軸、上記Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸としたときのＸ−Ｚ面の指向性（実線）、Ｙ−Ｚ面の指向性（一点鎖線）、Ｘ−Ｙ面の指向性（破線）を示したものである。

上記第１実施形態に係るスロットアンテナ２０Ａによれば、図２からも明らかなように平板ダイポールアンテナと同等の指向性が半分以下の素子長で得られている。

図３は、上記スロットアンテナ２０Ａをハンディターミナル１０に装着した場合の例を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。ハンディターミナル１０の構成は図７に示したものと同じであるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

上記第１実施形態に係るスロットアンテナ２０Ａは、スロット形成用外部素子２１及びスロット形成用内部素子２２により第１のスロット２３ａを形成すると共に、更に無給電素子２５を設けて第２のスロット２３ｂを形成し、上記スロット２３ａ、２３ｂの全長が約３／４λとなるように横幅Ｌ１を設定しているので、横幅Ｌ１をλ／４以下の約６９．６ｍｍにでき、また、縦幅ｄ１を約７ｍｍ、厚さｔを約１ｍｍとして非常に小型に形成することができる。このため図３に示したようにハンディターミナル１０のケース頭部１３内に十分に余裕を持たせてスロットアンテナ２０Ａを収納でき、かつ、ケース頭部１３の前端方向に指向性を持たせることができる。

また、ハンディターミナル１０内のその他の場所、例えばケース本体１２の背面側にスロットアンテナ２０Ａを収納し、ケース本体１２の背面方向に指向性を持たせることも可能である。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。

図４は本発明の第２実施形態に係るスロットアンテナ２０Ｂの構成を示す図である。この第２実施形態に係るスロットアンテナ２０Ｂは、第１実施形態に係るスロットアンテナ２０Ａにおいて、無給電素子２５の両端部をスロット形成用外部素子２１の外周に沿って約１ｍｍの間隔を保ちながら下側中央部まで延長し、無給電素子２５の延長した先端部に間隔が約１ｍｍのスリット３１を設けたものである。すなわち、上記無給電素子２５の両端を延長することによって第２のスロット２３ｂをスロット形成用外部素子２１の外周に沿って延長して形成している。この場合、第１のスロット２３ａ及び第２のスロット２３ｂの全長は、第１実施形態の場合と同じ３／４λとなるようにスロットアンテナ２０Ｂの横幅Ｌ１、すなわち無給電素子２５の横幅Ｌ１を設定する。このとき９５３ＭＨｚの周波数におけるスロットアンテナ２０Ｂの横幅Ｌ１は約５４ｍｍ、縦幅ｄ１は約９ｍｍとなる。

上記第２実施形態によれば、第１実施形態に係るスロットアンテナ２０Ａに比較し、縦幅ｄ１は約２ｍｍ長くなるが、横幅Ｌ１を約５．６ｍｍ短くすることができ、より小型化を図ることができ、ハンディターミナル１０を更に小型化する場合に対応することができる。

（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。

図５は本発明の第３実施形態に係るスロットアンテナ２０Ｃの構成を示す図である。この第３実施形態に係るスロットアンテナ２０Ｃは、第２実施形態に係るスロットアンテナ２０Ｂにおいて、第１の無給電素子２５の外周に約１ｍｍの間隔を保っても第２の無給電素子３２を設け、第１の無給電素子２５と第２の無給電素子３２との間に第３のスロット２３ｃを設けたものである。この場合、無給電素子３２は、上側中央に間隔が約１ｍｍのスリット３３を設けている。上記第３のスロット２３ｃは、無給電素子２５に設けたスリット３１を介して第２のスロット２３ｂと結合される。

第１のスロット２３ａ、第２のスロット２３ｂ及び第３のスロット２３ｃの全長は、上記各実施形態の場合と同じ３／４λとなるようにスロットアンテナ２０Ｃの横幅Ｌ１、すなわち第２の無給電素子３２の横幅Ｌ１を設定する。このとき９５３ＭＨｚの周波数におけるスロットアンテナ２０Ｃの横幅Ｌ１は約４５ｍｍ、縦幅ｄ１は約１３ｍｍとなる。

上記第３実施形態によれば、第２実施形態に係るスロットアンテナ２０Ｂに比較し、横幅横幅Ｌ１を更に短くすることができる。

（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態について説明する。

図６は本発明の第４実施形態に係るスロットアンテナ２０Ｄの構成を示す図である。この第４実施形態に係るスロットアンテナ２０Ｄは、第１実施形態におけるスロット形成用外部素子２１とスロット形成用内部素子２２からなるスロット形成部を多段、この場合の例では２段に設けたものである。すなわち、スロット形成用外部素子２１とスロット形成用内部素子２２からなる第１のスロット形成部３０ａに対し、スロット形成用外部素子２１ａ及びスロット形成用内部素子２２ａからなる第２のスロット形成部３０ｂを設けてスロット２３ａ’を形成したもので、スロット形成用外部素子２１の上側部とスロット形成用外部素子２１ａの下側部を共通に使用している。上記スロット形成用外部素子２１ａには、上側中央に間隔が約１ｍｍのスリット２４ａが設けられ、このスリット２４ａによりスロット２３ａとスロット２３ａ’との間が結合される。なお、給電点２６は、第１のスロット形成部３０ａにのみ設けられる。

そして、第２のスロット形成部３０ｂを構成するスロット形成用外部素子２１ａの上側に第１実施形態で示したように線幅が約１ｍｍの直線状の無給電素子２５が印刷配線等により設けられ、スロット形成用外部素子２１ａと無給電素子２５との間にスロット２３ｂが形成される。このスロット２３ｂは、スロット形成用外部素子２１ａに設けられたスリット２４ａを介してスロット２３ａ’に結合される。

上記のように第１のスロット形成部３０ａと第２のスロット形成部３０ｂを多段に設けることにより、複数のスロット２３ａ、２３ａ’を形成してスリット２４により結合し、更に上記スロット２３ａ’とスロット２３ｂとの間をスリット２４ａにより結合する。この場合、スロット２３ａ、２３ａ’、２３ｂの全長は、上記各実施形態の場合と同じ３／４λとなるようにスロットアンテナ２０Ｄの横幅Ｌ１、すなわちスロット形成用外部素子２１、２１ａの横幅Ｌ１を設定する。このとき９５３ＭＨｚの周波数におけるスロットアンテナ２０Ｄの横幅Ｌ１は約４７ｍｍ、縦幅ｄ１は約１１ｍｍとなる。

上記第４実施形態で示したように第１のスロット形成部３０ａと第２のスロット形成部３０ｂを２段に設けた場合、横幅Ｌ１は第３実施形態で示したスロットアンテナ２０Ｃに比較してやや長くなるが、第１実施形態で示したスロットアンテナ２０Ａ及び第２実施形態で示したスロットアンテナ２０Ｂに比較してかなり短くでき、図３に示したハンディターミナル１０に対してケース頭部１３及びその他の任意の場所に容易に収納でき、かつ所望の方向に指向性を持たせることができる。

なお、上記実施形態では、誘電体からなるプリント基板上にアンテナ素子を形成した場合について示したが、金属板上にアンテナ素子を形成することも可能である。

また、上記各実施形態では、スロット形成用外部素子２１及びスロット形成用内部素子２２に給電点２６を設けて直接給電する場合について示したが、その他、例えば電磁結合型の給電方法等を用いて第１のスロット２３ａに給電するようにしても良い。

また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

本発明の第１実施形態に係る小型スロットアンテナの構成図である。 同実施形態における小型スロットアンテナの９５３ＭＨｚにおける指向性を示す図である。 同実施形態に係る小型スロットアンテナをハンディターミナルに装着した状態を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の第２実施形態に係る小型スロットアンテナの構成図である。 本発明の第３実施形態に係る小型スロットアンテナの構成図である。 本発明の第４実施形態に係るスロットアンテナの構成図である。 ハンディターミナルの一般的な構成を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 従来のパッチアンテナをハンディターミナルに装着した状態を示す側面図である。 ハンディターミナルのケース頭部にアンテナを装着した状態を示す側面図である。 従来の平板ダイポールアンテナの構成例を示す図である。 従来の平板ダイポールアンテナの周波数９５３ＭＨｚにおける指向性を示す図である。

符号の説明

１０…ハンディターミナル、１１…ケース、１２…ケース本体、１３…ケース頭部、１４…表示パネル、１５…アンテナ、１５ａ…薄型アンテナ、１６…指向性、１７…平板ダイポールアンテナ、１８…ＩＣタグ、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ…スロットアンテナ、２１、２１ａ…スロット形成用外部素子、２２、２２ａ…スロット形成用内部素子、２３ａ、２３ａ’、２３ｂ、２３ｃ…スロット、２４、２４ａ…スリット、２５…無給電素子、２６…給電点、２７…給電部、３０ａ…第１のスロット形成部、３０ｂ…第２のスロット形成部、３１…スリット、３２…無給電素子、３３…スリット

Claims (2)

1. アンテナ基板と、前記アンテナ基板上に略直線状に設けられるスロット形成用内部素子と、前記スロット形成用内部素子の外周に沿って所定の間隔で設けられ、該スロット形成用内部素子との間にスロットを形成するスロット形成用外部素子と、前記スロット形成用外部素子の一辺に設けられるスリットと、前記スロットに給電する給電手段と、前記スロット形成用外部素子の前記スリットが形成された辺に所定の間隔で対向して設けられる無給電素子とを具備することを特徴とする小型スロットアンテナ。
2. 前記無給電素子を前記スロット形成用外部素子の外周に沿って所定の間隔で設け、前記スロット形成用外部素子の外周に前記スロットを延長して形成したことを特徴とする請求項１に記載の小型スロットアンテナ。

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