JP2009212662A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】身体との親和性が高いとともに、身体による損失を抑える。
【解決手段】柔軟性のある平面状の導電性材料であって、直線的縁辺に凹部を有する第１導電性材料パターン１１と、凹部底辺１１１の中央部分で第１導電性材料パターン１１との間に受給電部３０によって受給電される第２導電性材料パターン１２と、第２導電性材料パターン１２の両側に第１導電性材料パターン１１と短絡接続する無受給電の第３導電性材料パターン１３とを有する。第２導電性材料パターン１２と第３導電性材料パターン１３との形状を変化させることにより、小型化、安定した特性、広帯域化、着脱の容易さ、低コスト化を図ることができる。
【選択図】図２−１

Description

本発明は、厚みの薄い柔軟性のある導電性材料により形成され身体の肌着を含む衣類への装着を適切とするアンテナにおいて、身体による損失を抑えつつ、身体との親和性が高い構造を有するアンテナに関する。

無線通信機能を有する携帯型電子装置では、装置本体にアンテナを取り付けることが多い。しかし、携帯し易くするために装置の小型化が要求される。装置の小型化に伴ってアンテナの小型化も必要となる。したがって、アンテナでは、小型化によるアンテナ感度の劣化を極力抑制することが重要である。

最近、アンテナでは、携帯型電子装置とは別体に構成して身に付ける構造のものが開発されつつある（特許文献１，２，および特許文献３）。これらのアンテナをウェアラブルアンテナと称している。ウェアラブルアンテナは身に付ける構造であるから、身に付けた場合にユーザにとって違和感がなく、アンテナの大きさや形状の自由度が大きいという特徴がある。

定性的には、アンテナが大きいほど高い感度が得られる傾向にあるため、装置本体に取り付けなければならないアンテナと比較して、ウェアラブルアンテナは高感度化に適していると考えられる。また、ウェアラブルアンテナは、衣服などの身に付けるものに容易に取り付けられるため、その寸法が大きい場合にも、持ち運ぶことの困難さを感じることがない。

特許文献１（特表２００４−５１８３２２号公報）に開示されたアンテナは、衣服の内部に収容されうるアンテナであって、肩胛骨間で背中の近傍に保持される構造である。また、特許文献２（特表２００３−５１６０１１号公報）に開示されたアンテナは、妨害なく衣類に装着することができるとともに移動通信の使用に適切なファブリックアンテナである。また、特許文献３（特開２００１−２１１０１８号公報）に開示されたアンテナは、腕時計にアンテナを備えた構造のものである。

特表２００４−５１８３２２号公報（図５ａ参照） 特表２００３−５１６０１１号公報（図４参照） 特開２００１−２１１０１８号公報（図１参照）

上述した文献などでは、アンテナエレメントをウェアラブルアンテナとして用いる場合には、アンテナエレメントが湾曲することによる特性劣化を避けるため、アンテナエレメントは可能な限り身体表面が平坦な部分を選んで設けられるか、または、固定された形状のアンテナエレメントが、例えば腕時計に設けられるように意図されている。

しかし、これらのアンテナを身体のごく近傍の衣服、例えば肌着に装着すると、電磁波にとって損失体である身体の影響で、アンテナ感度が十分得られない可能性がある。

従って、解決しようとする課題は、従来のものと比較して、身体との親和性が更に高いとともに、身体による損失を更に抑えたウェアラブルアンテナを提供することである。

本発明によるアンテナは、身体の肌着に装着するに適した柔軟性のある平面状の導電性材料であって、直線的縁辺に凹部を有する第１導電性材料パターンと、前記凹部の中央部分で前記第１導電性材料パターンとの間に受給電される第２導電性材料パターンと、該第２導電性材料パターンの両側に、前記第１導電性材料パターンと短絡接続する無受給電の第３導電性材料パターンとを有することを特徴とする。

前記導電性材料は、綿、羊毛、絹などの天然繊維、またはポリエステル、アクリルなどの化学合成繊維に導電性材料を付着させた材料であり、また、導電性の糸状材料を布状に縫製したものである。また、上述するように、導電性布における任意の二点間は、導通している必要がある。

すなわち、上述の構成を有することにより、身体との親和性が高いとともに、身体による損失を抑えたウェアラブルアンテナを提供することができる。

また、本発明によるアンテナは、第２導電性材料パターンが全体的に「Ｔ」字形をなし、該「Ｔ」字の下端と前記第１導電性材料パターン凹部の中央部分との間を結び受給電する受給電部を有することが望ましい。これにより、第２導電性材料パターンの高さ方向の長さを短くすることができるので、小型化に適したウェアラブルアンテナを提供することができる。

また、前記第３導電性材料パターンは、全体的に上下を反転させた逆「Ｌ」字形であり、該逆「Ｌ」字の下端と前記第１導電性材料パターン凹部の中央部分とを短絡接続する形状であることが望ましい。これにより、第３パターンの高さ方向の長さを短くすることができ、小型化に適したウェアラブルアンテナを提供することができる。

また、前記第１導電性材料パターンは直線的縁辺が環状をなして環状帯形状であることが望ましい。これにより、アンテナが、衣服の腕部や胴部などにフィットしやすく、例えば腕章とすることで、着脱を容易にすることができる。

また、本発明によるアンテナは、前記第２導電性材料パターンの中心線に対し、線対称構造であることが望ましい。これにより、指向性における人体方向の感度がそれ以外の方向の感度より抑制される効果が高まり、したがって、身体との親和性が高いとともに、身体による損失を抑えたウェアラブルアンテナを提供することができる。

また、本発明によるアンテナは、前記中心線の片側のパターンを除去し、もう片側のみに存在する第１導電性材料パターン、第２導電性材料パターン、及び第３導電性材料パターンとすることができる。これにより、小型化に適したウェアラブルアンテナを提供することができる。

すなわち、このような構成のため、第２導電性材料パターンまたは第３導電性材料パターンからの放射成分と、その両側にある段差部からの放射成分が逆相となっているので、人体の正面、または後方への放射が、その他の方向への放射よりも抑制される。つまり、人体の影響を抑制することができる。したがって、身体との親和性が高いとともに、身体による損失を抑えたウェアラブルアンテナを提供することができる。

また、第２導電性材料パターンによる放射と、第３導電性材料パターンによる放射が合成されるため、広帯域なウェアラブルアンテナ、またはデュアルバンド対応のウェアラブルアンテナを提供することができる。

また、導電性材料パターン形状に階段状の折れ曲がり部を持たせることで、小型化に適したウェアラブルアンテナを提供することができる。

また、導電性材料パターンを環状帯形状とすることで、衣服の腕部や胴部などに適合しやすく、例えば腕章とすることで、着脱が容易なウェアラブルアンテナを提供することができる。

従来のものと比較して、身体との親和性が更に高いとともに、身体による損失を更に抑えたウェアラブルアンテナを提供するという目的を次のようにして実現した。すなわち、本発明によるアンテナは、身体の肌着に装着することに適した柔軟性のある平面状の導電性材料が、直線的縁辺に凹部を有する第１導電性材料パターンと、前記凹部の中央部分で前記第１導電性材料パターンとの間に受給電される第２導電性材料パターンと、該第２導電性材料パターンの両側に、前記第１導電性材料パターンと短絡接続する無受給電の第３導電性材料パターンとを有することにより実現した。

例えば、図１に示されるように、本発明によるウェアラブルアンテナ１０は肌着となるシャツ２０の腹部に装着している。この例では、ウェアラブルアンテナを腹部に装着しているが、胸部でも、腕でもよいし、背中でもよい。また、図１は、アンテナ１０をシャツ２０の上に装着した例であるが、シャツの生地にウェアラブルアンテナを縫付けし、または、シャツの一部をウェアラブルアンテナとすることもできる。さらに、ズボン、スカート、また衣服以外の帽子などにも装着でき、または、それらの一部とすることもできる。本アンテナで受電したり、または本アンテナに給電したりするための受給電点と無線通信用高周波（以後、ＲＦと呼称する）回路とを伝送線路で接続している。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は実施例であり、その形状等の変更は本発明の趣旨または機能を満たす限り自由であり、以下の説明が本発明を限定するものではない。

本発明の一実施例の構成について図２−１を参照して説明する。

図２−１は、本発明の第１の実施の形態であるウェアラブルアンテナ１０を示す模式図である。

このアンテナ１０は、方形の導電性布であって、一つの長辺が直線的に形成された縁辺に凹部を有する第１導電性材料パターン１１と、凹部底辺１１１の中央付近で第１導電性材料パターン１１との間に受給電される第２導電性材料パターン１２と、第２導電性材料パターン１２の両側に、受給電されずに第１導電性材料パターン１１と短絡接続する第３導電性材料パターン１３とを有する。また、アンテナ１０は、第１導電性材料パターン１１と第２導電性材料パターン１２との間で受給電する受給電部３０を備え、中心線４０により線対称を成している。本実施例では線対称を成しているが、これに限定されるものではない。

このウェアラブルアンテナ１０を衣服（肌着シャツ２０）に装着した使用例が図１である。この例では、ウェアラブルアンテナを腹部に装着しているが、腕でもよいし、背中でもよい。また、ウェアラブルアンテナをシャツの上に装着した図１であるが、シャツの生地にウェアラブルアンテナを縫付けることも、また、シャツの一部をウェアラブルアンテナとすることもできる。さらに、ズボン、スカート、また衣服以外の帽子などにも装着でき、また、それらの一部とすることもできる。

また、図２−２に示されるように、図２−１の本アンテナで受電または本アンテナに給電するための受給電部３０は伝送線路３１とＲＦ回路３２とを有し、受給電点が伝送線路３１によりＲＦ回路３２と接続される。

次に、図３を参照して、本アンテナの動作原理を、送信アンテナとして用いる場合を例に説明する。

ＲＦ回路３２のＲＦ信号が伝送線路３１を介して給電点に導かれ、給電点でアンテナを励振した際、第２導電性材料パターン１２および第１導電性材料パターン１１には、図の実線で示される第１電流モードが励振され、また第３導電性材料パターン１３および第１導電性材料パターン１１には、図の点線で示される第２電流モードが励振される。このような電流モードが生じる理由は、両端が開放と見なせる経路に定在波が現れ、また導体の縁に沿って電流が流れやすいという基本的な原理による。これらの励振された電流モードによって、電波が放射される。これらの二つの放射原理により電波が放射されるため、例えば、ある周波数帯で電波が放射しやすいように第２導電性材料パターン長を設定し、また別の周波数帯で電波が放射し易いように第３導電性材料パターン長を設定することにより、それら二つの帯域で電波を放射し易いアンテナとなる。これにより、広帯域なアンテナ、またはデュアルバンド対応のアンテナを実現することができる。なお、図中の電流については、ＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain）法などによる市販の３次元電磁界シミュレータを用いることにより確認できる。

ＲＦ回路３２は、送信機能だけに限らず、送受信機能を持っていてもよい。さらに、テレビ、ラジオなどのチューナ回路のような受信機能を持っていてもよい。また、ＲＦ回路はディスプレイ、スピーカ、信号処理回路などを有する電子装置に接続していてもよい。

ここで、損失体である人体の影響を抑制する原理について説明する。一般に人体の影響を抑制して実用的なアンテナ特性とするためには、人体がない場合の本アンテナ単体での指向性に関し、人体があるべき方向への感度がそれ以外の方向への感度より抑制されていることが望ましい。図３の第１電流モードについては、第２導電性材料パターン１２からの放射成分と、その両側にある段差部からの放射成分が逆相となっている。したがって、特に人体方向への放射に関して打ち消しあう。しかし、完全に打ち消し合うとは限らない。つまり、人体の正面または後方への放射がその他の方向への放射よりも抑制されるので、人体の影響を抑制することができる。第２電流モードについても、第３導電性材料パターン１３からの放射成分とその両側にある段差部からの放射線分とが逆相となっているため、上述同様に人体の影響を抑制することができる。

また、図２−１に示されるように、本実施例は、中心線４０を対称軸として、線対称の構造である。これにより、指向性における人体方向、つまり導電性布の法線方向の感度がそれ以外の方向の感度より抑制される効果が高まる。

本発明の一実施例について図４を参照して説明する。

図４は、本発明の第２の実施の形態であるウェアラブルアンテナ１０Ａを示す模式図である。上記実施例１との相違は、第２導電性材料パターン１２Ａの形状が「Ｔ」字形であることにある。これにより、第２導電性材料パターン１２Ａの高さ方向の長さを短くすることができ、アンテナを小型化できる。なお、基本的な動作原理は上記実施例１と同じである。

本発明の一実施例について図５を参照して説明する。

図５は、本発明の第３の実施の形態であるウェアラブルアンテナ１０Ｂを示す模式図である。上記実施例２との相違は、第３導電性材料パターン１３Ｂの形状が上下を逆にした逆「Ｌ」字形なことにある。これにより、アンテナの高さ方向の長さを短くすることができ、アンテナを小型化できる。なお、基本的な動作原理は上記実施例１と同じである。

本発明の一実施例について図６を参照して説明する。

図６は、本発明の第４の実施の形態であるウェアラブルアンテナ１０Ｃを示す模式図である。上記実施例との相違は、第２導電性材料パターン１２Ｃ及び第３導電性材料パターン１３Ｃに複数個所の折れ曲り部を、第１導電性材料パターン１１の外側方向で階段状に有していることにある。これにより、アンテナの高さ方向、及び横方向の長さを短くすることができ、アンテナを小型化できる。なお、基本的な動作原理は上記実施例１と同じである。

本発明の一実施例について図７を参照して説明する。

図７は、本発明の第５の実施の形態であるウェアラブルアンテナ１０Ｄを示す模式図である。上記実施例との相違は、第２導電性材料パターン１２Ｄ及び第３導電性材料パターン１３Ｄに複数個所の折れ曲り部を、第１導電性材料パターン１１側方向に、階段状に有していることにある。これにより、アンテナの高さ方向、及び横方向の長さを上記実施例と比較してより短くすることができ、アンテナを小型化できる。なお、基本的な動作原理は上記実施例１と同じである。

本発明の一実施例について図８を参照して説明する。

図８は、本発明の第６の実施の形態であるウェアラブルアンテナ１０Ｅを示す模式図である。上記実施例との相違は、第２導電性材料パターン１２Ｅ及び第３導電性材料パターン１３Ｅで角部分に丸みを持たせていることである。これにより、急激な折れ曲り部で生じることが多い電磁界の乱れを抑制でき、安定した特性を得やすい。なお、基本的な動作原理は上記実施例１と同じである。

本発明の一実施例について図９を参照して説明する。

図９は、本発明の第７の実施の形態であるウェアラブルアンテナ１０Ｆを示す模式図である。上記実施例との相違は、第２導電性材料パターン１２Ｆが丸みをおびた３角形であり、第３導電性材料パターン１３Ｆが丸みをおびて傾斜した棒状体なことである。これにより、一般に知られているボウタイ（Bow-tie）アンテナと同様に、パターン幅の狭いアンテナより広帯域化することができる。また第２導電性材料パターン１２Ｆの高さ方向の長さを短くでき、アンテナを小型化できる。なお、基本的な動作原理は上記実施例１と同じである。

本発明の一実施例について図１０を参照して説明する。

図１０は本発明の第８の実施の形態であるウェアラブルアンテナ１０Ｇを示す模式図である。上記実施例との相違は、第２導電性材料パターン１２Ｇおよび第３導電性材料パターン１３Ｇの形状を羽状にしていることである。これにより、複数の経路の電流モードが生じることで、広帯域化できる。なお、基本的な動作原理は上記実施例１と同じである。

本発明の一実施例について図１１を参照して説明する。

図１１は本発明の第９の実施の形態であるウェアラブルアンテナ１０Ｈを示す模式図である。上記実施例との相違は、図５の実施例をもとに、第１導電性材料パターン１１Ｈが環状帯形状を成していることである。これにより、衣服の腕部または胴部などの形状に適合容易である。また、本アンテナを例えば腕章とすることで、着脱が容易になる。基本的な動作原理は上記実施例１と同じである。

本発明の一実施例について図１２を参照して説明する。

図１２は本発明の第１０の実施の形態であるウェアラブルアンテナ１０Ｊを示す模式図である。上記実施例との相違は、図５の実施例をもとに、その中心線４０の片側にのみ、第１導電性材料パターン１１Ｊ、第２導電性材料パターン１２Ｊ、および第３導電性材料パターン１３Ｊによる導電性布パターンを持っていることである。これにより、アンテナが小型になり、製造の低コスト化が図れる。また、衣服への装着箇所を決める上での設計自由度が大きくなる。基本的な動作原理は上記実施例１と同じである。

身体の肌着に装着することに適した柔軟性のある平面状の導電性材料が、直線的縁辺に凹部を有する第１導電性材料パターンと、前記凹部の中央部分で前記第１導電性材料パターンとの間に受給電される第２導電性材料パターンと、該第２導電性材料パターンの両側に、前記第１導電性材料パターンと短絡接続する無受給電の第３導電性材料パターンとを有することにより、人体の影響を抑制することができる。また、導電性材料の形状を変えることにより、アンテナが小型になる。すなわち、身体との親和性が高いとともに、身体による損失を抑え、更に小型化することが必要な用途に適用可能である。更に、導電性材料の形状を変えることにより、容易に所望の高周波を発生できると共に、指向性を含む特性を容易に調整できるアンテナとして広く適用可能である。

本発明によるアンテナをシャツに装着の状態の実施の一形態を模式的に示した平面図である。 本発明によるアンテナの実施の一形態を模式図で示す平面図である。（実施例１） 図２−２の受給電部の実施の一形態を模式図で示す平面図である。（実施例１） 図２−１に示すアンテナの動作原理を模式的に示した平面図である。（実施例１） 本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例２） 本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例３） 本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例４） 本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例５） 本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例６） 本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例７） 本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例８） 本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例９） 本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例１０）

符号の説明

１０、１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ、１０Ｊ アンテナ
１１、１１Ｈ、１１Ｊ 第１導電性材料パターン
１２、１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇ、１２Ｊ 第２導電性材料パターン
１３、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ、１３Ｆ、１３Ｇ、１３Ｊ 第３導電性材料パターン
２０ シャツ
３０ 受給電部
３１ 伝送線路
３２ ＲＦ回路
４０ 中心線
１１１、１１１Ｊ 凹部底辺

Claims (13)

1. 柔軟性のある平面状の導電性材料であって、直線的縁辺に凹部を有する第１導電性材料パターンと、前記凹部の中央部分で前記第１導電性材料パターンとの間に受給電される第２導電性材料パターンと、該第２導電性材料パターンの両側に、前記第１導電性材料パターンと短絡接続する無受給電の第３導電性材料パターンとを有することを特徴とするアンテナ。
2. 請求項１に記載のアンテナにおいて、第２導電性材料パターンが「Ｔ」字形をなし、該「Ｔ」字の下端と前記第１導電性材料パターン凹部の中央部分との間を結び受給電する受給電部を有することを特徴とするアンテナ。
3. 請求項１または請求項２に記載のアンテナにおいて、前記第３導電性材料パターンは、上下を反転させた逆「Ｌ」字形であり、該逆「Ｌ」字の下端と前記第１導電性材料パターン凹部の中央部分とを短絡接続することを特徴とするアンテナ。
4. 請求項１に記載のアンテナにおいて、第２導電性材料パターンは、「Ｔ」字形で前記第１導電性材料パターン凹部の中央部分縁辺に平行部分を階段状に形成すると共に、前記「Ｔ」字の下端と前記第１導電性材料パターン凹部の中央部分との間を結び受給電する受給電部を有し、前記第３導電性材料パターンは、上下を反転させた逆「Ｌ」字形で前記第２導電性材料パターンの階段状パターン沿って第１導電性材料パターン凹部の中央部分縁辺側に形成すると共に前記第２導電性材料パターンの両側に対称に配置され、前記逆「Ｌ」字の下端と前記第１導電性材料パターン凹部の中央部分とを短絡接続することを特徴とするアンテナ。
5. 請求項４に記載のアンテナにおいて、形成される階段状部分は前記凹部への底辺方向またはその逆方向に伸びる形状であることを特徴とするアンテナ。
6. 請求項１に記載のアンテナにおいて、前記第２および第３の導電性材料パターンそれぞれは角部分が曲線をなすことを特徴とするアンテナ。
7. 請求項１に記載のアンテナにおいて、前記第２および第３の導電性材料パターンそれぞれは複数の羽状パターンの一端を接続した構造を有することを特徴とするアンテナ。
8. 請求項１乃至請求項７のうちの一つに記載のアンテナにおいて、前記直線的縁辺が環状をなし、前記第１導電性材料パターンは環状帯形状であることを特徴とするアンテナ。
9. 請求項１乃至請求項７のうちの一つに記載のアンテナにおいて、前記第２導電性材料パターンの中心線に対し、線対称構造であることを特徴とするアンテナ。
10. 請求項９に記載のアンテナにおいて、前記中心線の片側を除去したことを特徴とするアンテナ。
11. 平面状の導電性材料であって、縁辺に凹部を有する第１導電性材料パターンと、前記凹部の中央部分で前記第１導電性材料パターンとの間に受給電される第２導電性材料パターンと、該第２導電性材料パターンの両側に、前記第１導電性材料パターンと短絡接続する無受給電の第３導電性材料パターンとを有することを特徴とするアンテナ。
12. 請求項１１に記載のアンテナにおいて、前記導電性材料は、形状が方形、楕円形、またはそれに類する形状で柔軟性があることを特徴とするアンテナ。
13. 請求項１１または請求項１２に記載のアンテナにおいて、前記第１導電性材料パターンと前記第２導電性材料パターンと前記第３導電性材料パターンと前記縁辺の凹部とは中心線を対称軸として線対称の構造を有することを特徴とするアンテナ。

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