JP2011171839A - アンテナおよび携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 パッチアンテナの近傍に電界を集中させることができるアンテナを提供する。
【解決手段】 アンテナ（１）は、中央領域に開口部（２ｂ）を有し、電波を放射する円板形状の放射素子（２）と、放射素子と略平行な面（３ａ）を有する地板（３）と、放射素子が位置する面と直交する所定方向から見たときに、開口部の内側に一部（５ａ）が位置し、放射素子を励振させるための給電素子（５）と、を有する。放射素子の開口部に沿った領域における電流密度が、放射素子の外周側の領域における電流密度よりも高くすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯型RFID（Radio Frequency Identification）リーダライタ等で用いる平面アンテナに関する。

特許文献１には、円偏波アンテナおよび垂直偏波アンテナを組み合わせた複合アンテナが記載されている。また、特許文献２には、導体板と、導体板の底面と平行に配置された放射導体板と、放射導体板に給電を行う給電ピンとを有するマイクロストリップアンテナが記載されている。

本発明は、パッチアンテナの近傍におけるデータの送受信を効率良く行うことができるアンテナを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様であるアンテナは、中央領域に開口部を有し、電波を放射する円板形状の放射素子と、放射素子と略平行な面を有する地板と、放射素子が位置する面と直交する所定方向から見たときに、開口部の内側に一部が位置し、放射素子を励振させるための給電素子と、を有する。

また、本発明の一態様である携帯機器は、上述したアンテナと、アンテナを覆うカバーと、カバーと接続された機器本体と、を有する。

以上に詳述したように、本発明によれば、放射素子の開口部に電流を集中させることができ、パッチアンテナの近傍に電界を集中させることができる。

本発明の実施形態であるパッチアンテナの正面図である。 本実施形態のパッチアンテナにおいて、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本実施形態におけるリブの構造を示す正面図である。 本実施形態におけるリブの構造を示す側面図である。 本実施形態のパッチアンテナにおいて、電流の分布を示す図である。 本実施形態のパッチアンテナの周波数特性を示すグラフである。 本実施形態のパッチアンテナのインピーダンス特性を示す図である。 本実施形態において、パッチアンテナを備えた携帯型リーダライタの外観図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態であるパッチアンテナを正面から見たときの図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

パッチアンテナ１は、板状の放射素子２を有しており、放射素子２は、パッチアンテナ１の正面から見たときに、略円形に形成されている。ここで、放射素子２が位置する面（仮想面）と直交する方向は、パッチアンテナ１の正面に対応する方向である。

放射素子２の外周部（外縁部）には、２つの切り欠き部２ａが形成されており、切り欠き部２ａを除く、放射素子２の外周部は、円に沿って形成されている。本実施形態では、切り欠き部２ａを形成しているが、切り欠き部２ａを形成しなくてもよい。すなわち、放射素子２を円形に形成することができる。

また、パッチアンテナ１を正面から見たときに、放射素子２の中心部（中心点Ｏを含む領域）には、開口部２ｂが形成されている。そして、開口部２ｂを挟んで対向する位置に、２つの切り欠き部２ａが設けられている。

なお、本実施形態では、パッチアンテナ１を正面から見たときに、放射素子２を略円形に形成しているが、他の形状に形成することもできる。例えば、放射素子２を正多角形に形成することができる。

放射素子２は、地板３によって保持されている。図２に示すように、地板３の底面３ａでは、リブ４が貫通しており、リブ４は、底面３ａと直交する方向に延びている。リブ４の先端には、放射素子２が固定されている。本実施形態では、図１に示すように、３つのリブ４によって放射素子２を支持している。

パッチアンテナ１を正面から見たときに、２つのリブ４は、放射素子２の開口部２ｂを挟んで対向する位置に配置されている。また、放射素子２の周方向における２つのリブ４の間には、他の１つのリブ４が配置されている。３つのリブ４は、点Ｏを中心とする円の軌跡上に配置されている。このように３つのリブ４を配置することにより、放射素子２を安定して支持することができる。

なお、放射素子２を支持するためのリブ４の数や位置は、適宜設定することができる。すなわち、リブ４を用いて放射素子２を支持することができればよく、リブ４の数や、リブ４を配置する位置を適宜設定することができる。

リブ４による放射素子２の支持構造について、図３Ａおよび図３Ｂを用いながら具体的に説明する。図３Ａは、パッチアンテナ１の正面から見たときのリブ４の正面図であり、図３Ｂは、図３Ａの矢印Ｂの方向から見たときのリブ４の側面図である。

リブ４は、円柱状に形成された本体部４ａと、本体部４ａの外周面に設けられた４つの羽根部４ｂとを有している。４つの羽根部４ｂは、本体部４ａの周方向において、等間隔に配置されている。本実施形態では、４つの羽根部４ｂを設けているが、羽根部４ｂの数は、適宜設定することができる。

本体部４ａの一端には、図３Ｂに示すように、羽根部４ｂが設けられていない領域が形成されている。本体部４ａの一端は、放射素子２に形成された開口部（不図示）に挿入される。これにより、本体部４ａの長手方向と直交する方向において、放射素子２を位置決めすることができる。また、放射素子２が羽根部４ｂの一端に接触することにより、本体部４ａの長手方向において、放射素子２を位置決めすることができる。

放射素子２は、リブ４によって、地板３の底面３ａと略平行に配置されており、放射素子２および底面３ａの間隔は、図２に示すように、所定値Ｈ１となるように設定されている。

放射素子２と、地板３の底面３ａとの間には、板状の給電素子５が配置されており、給電素子５は、リブ６によって支持されている。リブ６は、地板３の底面３ａに対して略直交する方向に延びており、リブ６の先端部に、給電素子５が固定されている。

リブ６による給電素子５の支持構造は、リブ４による放射素子２の支持構造（図３Ａおよび図３Ｂ）と同様である。具体的には、リブ６の一端が、給電素子５に形成された穴部に挿入されることにより、リブ６の長手方向と直交する面内において、給電素子５を位置決めすることができる。また、リブ６の一部（羽根部４ｂに相当する）が給電素子５と接触することにより、リブ６の長手方向において、給電素子５を位置決めすることができる。

給電素子５は、リブ６によって、地板３の底面３ａと略平行に配置されている。言い換えれば、給電素子５および放射素子２が略平行に配置されている。また、給電素子５および底面３ａの間隔は、図２に示すように、所定値Ｈ２となるように設定されている。

なお、本実施例では、１つのリブ６によって、給電素子５を支持しているが、複数のリブ６によって、給電素子５を支持することもできる。ここで、リブ６の数や、リブ６を配置する位置は、給電素子５を支持することを考慮して、適宜設定することができる。

図１に示すように、パッチアンテナ１を正面から見たときに、給電素子５は、長さＬおよび幅Ｗを有しており、幅Ｗは、長さＬよりも小さい。また、幅Ｗは、放射素子２における開口部２ｂの径よりも小さい。上述した間隔Ｈ２、幅Ｗおよび長さＬは、パッチアンテナ１のインピーダンスに応じて設定することができる。

本実施形態では、給電素子５の長手方向（長手軸）が放射素子２の径方向に沿うように、給電素子５が配置されている。パッチアンテナ１を正面から見たときに、給電素子５の一端部５ａは、開口部２ｂの内側に位置している。また、給電素子５の他端部５ｂは、配線７を介して給電コネクタ８と接続されている。給電コネクタ８は、無線部（不図示）と接続されるようになっており、無線部からの電力が給電素子５に供給される。

給電コネクタ８は、地板３の側壁３ｂに固定されている。具体的には、側壁３ｂのうち、地板３の外側の面に対して、給電コネクタ８が取り付けられている。図１に示すように、側板３ｂの寸法は、Ｄ１×Ｄ２に設定されている。本実施形態では、寸法Ｄ１および寸法Ｄ２が同一であるが、寸法Ｄ１および寸法Ｄ２を互いに異ならせてもよい。

パッチアンテナ１を正面から見たときに、給電コネクタ８は、側壁３ｂの角部Ｃに配置されており、側壁３ｂの角部Ｃは、給電コネクタ８を取り付けるための平面部を有している。側壁３ｂは、底面３ａの外縁に沿って形成されており、底面３ａに対して略直交する方向に延びている。パッチアンテナ１を正面から見たときに、側壁３ｂは、放射素子２を囲む位置に配置されている。

給電素子５に電力を供給することにより、放射素子２を励振させて、パッチアンテナ１において、円偏波を発生させることができる。ここで、放射素子２の外周部に切り欠き部２ａを設けることにより、円偏波を発生させることができる。なお、直線偏波を発生させるときには、切り欠き部２ａを省略すればよい。すなわち、パッチアンテナ１を正面から見たときに、放射素子２を円形に形成すればよい。

本実施形態のパッチアンテナ１では、パッチアンテナ１を小型化するために、放射素子２に開口部２ｂを設けている。開口部２ｂの径Ｒ１（図１参照）を大きくするほど、放射素子２の共振周波数を低くすることができ、放射素子２の励振振幅を抑えて、放射素子２を含むパッチアンテナ１を小型化することができる。一方、開口部２ｂの径Ｒ１を大きくするほど、パッチアンテナ１の帯域幅が狭くなってしまう。このため、パッチアンテナ１の用途と、パッチアンテナ１に求められる外形寸法（Ｄ１×Ｄ２）とを考慮して、開口部２ｂの大きさ（径Ｒ１）を設定することができる。

例えば、パッチアンテナ１を９５３ＭＨｚ帯で使用する場合には、地板３の外形（図１に示すＤ１×Ｄ２）を１６０×１６０［ｍｍ］、放射素子２の直径（図１に示すＲ２）を１４０［ｍｍ］に設定すると、開口部６の径（図１に示すＲ１）を約５６ｍｍにすればよい。

本実施形態によれば、パッチアンテナ１を正面から見たときに、開口部２ｂの内側に給電素子５の一端部５ａを位置させることにより、図４に示すように、開口部２ｂに電流を集中させることができる。そして、パッチアンテナ１の近傍に電界を集中させることができる。図４から分かるように、開口部２ｂに沿った領域における電流密度は、放射素子２の外周の領域における電流密度よりも高くなっている。

図５および図６には、本実施形態におけるパッチアンテナ１の特性を示す。図５は、パッチアンテナ１の周波数特性を示すグラフであり、図６は、パッチアンテナ１のインピーダンス特性を示す図である。

次に、上述したパッチアンテナ１を備えた携帯型リーダライタの構造について、図７を用いて説明する。

図７は、携帯型リーダライタの内部構造を示す外観図である。具体的には、図７は、カバーの一部を取り外した状態における携帯型リーダライタの構造を示す図である。

上述した構成のパッチアンテナ１は、カバー１１に固定されており、カバー１１は、パッチアンテナ１を覆う。図７では、カバー１１の一部を示している。具体的には、カバー１１は、互いに固定される２つのカバー（ロアーカバーおよびアッパーカバー）で構成されており、図７では、一方のカバー（ロアーカバー）だけを示している。

図７に示すように、カバー１１には、複数の位置決めピン３０が設けられており、各位置決めピン３０は、地板３の底面３ａを貫通している。これにより、パッチアンテナ１をカバー１１に固定することができる。カバー（ロアーカバー）１１は、パッチアンテナ１の地板３に沿って形成されている。パッチアンテナ１が固定されたカバー（ロアーカバー）１１には、アッパーカバー（不図示）が、ボルト（不図示）によって固定される。

携帯型リーダライタ２０は、本体部２１を有しており、本体部２１は、グリップとしての機能を有するとともに、パッチアンテナ１の動作（送受信）を制御する機能を有している。本体部２１は、カバー（ロアーカバー）１１に対して、図７の矢印Ｅの方向に回転することができるように取り付けられている。具体的には、カバー（ロアーカバー）１１には、軸部１２が取り付けられており、本体部２１は、軸部１２に対して回転することができるように取り付けられている。すなわち、カバー１１および本体部２１は、ヒンジ構造によって接続されている。

本体部２１の回転軸上には、無線部（不図示）と接続されたケーブル（同軸ケーブル）２２が配置されており、ケーブル２２の端部には、コネクタ２３が設けられている。コネクタ２３は、給電コネクタ８と接続される。これにより、無線部の電力を、給電素子５に供給することができる。

本実施形態によれば、放射素子２の開口部２ｂに電流を集中させることができ、パッチアンテナ１の近傍に電界を集中させることができる。これにより、パッチアンテナ１の近傍において、データの送受信を効率良く行うことができる。具体的には、タグ（不図示）へのデータの書き込みや、タグからのデータの読み取りを効率良く行うことができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

１：パッチアンテナ、２：放射素子、２ａ：切り欠き部、２ｂ：開口部、３：地板、
３ａ：底面、３ｂ：側壁、４：リブ、５：給電素子、６：リブ、８：給電コネクタ、
１１：カバー、２０：携帯型リーダライタ、２１：本体部、２２：ケーブル、
２３：コネクタ、３０：位置決めピン

特開２００４−４８３６７号公報

特開２００８−１９９１１３号公報

Claims (7)

1. 中央領域に開口部を有し、電波を放射する円板形状の放射素子と、
   前記放射素子と略平行な面を有する地板と、
   前記放射素子が位置する面と直交する所定方向から見たときに、前記開口部の内側に一部が位置し、前記放射素子を励振させるための給電素子と、
   を有することを特徴とするアンテナ。
2. 前記放射素子の前記開口部に沿った領域における電流密度が、前記放射素子の外周側の領域における電流密度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記給電素子は、前記所定方向から見たときに、前記放射素子の径方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
4. 前記放射素子の前記開口部は、前記所定方向から見たときに、円形又は正多角形に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のアンテナ。
5. 前記放射素子は、前記所定方向から見たときに、外周に切り欠き部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のアンテナ。
6. 前記切り欠き部は、前記開口部を挟んで対向する位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載のアンテナと、
   前記アンテナを覆うカバーと、
   前記カバーと接続された機器本体と、
   を有することを特徴とする携帯機器。