JP2013121017A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体アンテナを利用可能なアンテナ装置において、簡易な構成によって、人体アンテナを利用しないときでも無線信号を好適に受信するための技術を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１００は、アンテナ素子１０と、接触パッド２０と、アンテナ素子１０および接触パッド２０を同時に給電する送受信部４０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関するものであり、特に、人体をアンテナとして利用するアンテナ装置に関するものである。

近年、人体を介して無線信号を送受信する技術（以降、「人体アンテナ」とも称する）を利用したアンテナ装置が開発されている。

例えば、特許文献１には、誘電体筐体と、前記誘電体筐体内部に設置され放射素子として動作する導体板と、前記誘電体筐体の側面に沿って設けられた導体片と、前記導体板と前記導体片との間に高周波電圧を印加する高周波電源とを備えた無線端末用アンテナ装置が記載されている。

上記構成の無線端末用アンテナ装置を使用するときに、使用者は、誘電体筐体の側面を手で把持することとなる。使用者の手によって誘電体筐体が把持された際に、誘電体筐体の側面に貼付された導体片と使用者の手（すなわち人体）とが接触することで、無線端末用アンテナ装置は、アンテナとして動作する。つまり、導体片と人体とが接触することにより、人体が地導体、導体板が放射素子として動作するモノポールアンテナが形成され、導体板上の電流から電波が放射される。

但し、特許文献１に記載の無線端末用アンテナ装置では、使用者が誘電体筐体の側面を手で把持していないときは、上記モノポールアンテナは形成されず、アンテナ装置は無線通信を首尾よく行うことができない。

これに対し、特許文献２に、図８に示すような携帯用無線通信装置２が記載されている。携帯用無線通信装置２は、アンテナ４、人体３に接触する導電性端子５、アンテナ４に給電する給電部６ａ、導電性端子５に給電する給電部６ｂ、切り替え手段７および送受信機８を備えている。送受信機８は、切り替え手段７によって、アンテナ４または導電性端子５の何れかに接続し、給電するようになっている。

携帯用無線通信装置２は、アンテナ４と、人体アンテナを構成する導電性端子５との両方を備え、受信状態に応じて何れかに送受信機８が接続するように切り替えることにより、人体アンテナを利用できないときでも、アンテナ４による無線通信を行うことができる。

特開２００５−１７５９２０号公報（２００５年６月３０日公開） 特開平１０−２７１０６０号公報（１９９８年１０月９日公開）

しかし、特許文献２に記載の携帯用無線通信装置２では、送受信機８の給電先を切り替える機構および制御が必要となり、装置の構成が複雑となる。人体アンテナを利用したアンテナ装置において、人体が接触または近接していないときでも無線信号を好適に受信することを簡易な構成で実現することができれば非常に有用である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、人体アンテナを利用可能なアンテナ装置において、簡易な構成によって、人体アンテナを利用しないときでも無線信号を好適に受信するための技術を提供することを主たる目的とする。

本発明に係るアンテナ装置は、上記課題を解決するために、無線信号を受信するアンテナ素子と、人体と電気的に接続または容量性結合したときに、該人体を介して無線信号を受信するための人体アンテナ素子と、該アンテナ素子および該人体アンテナ素子を同時に給電する無線手段と、を備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、アンテナ装置は、アンテナ素子と人体アンテナ素子との両方に給電するようになっている。そのため、人体が接触または近接したときは、人体アンテナを首尾よく利用することができる。また、人体が接触または近接していないときでもアンテナ素子を介して無線信号を好適に受信することができる。その上、特許文献２の技術のような切り替え機構および制御が必要なく、簡易な構成で発明を実現することができる。

以上のように、上記の構成によれば、人体アンテナを利用可能なアンテナ装置において、簡易な構成によって、人体アンテナを利用しないときでも無線信号を好適に受信することができる。

本発明に係るアンテナ装置では、上記アンテナ素子の電気長よりも、上記人体アンテナ素子の電気長の方が短いことが好ましい。

上記の構成によれば、人体が接触または近接していないときにおける、人体アンテナ素子とアンテナ素子との間の相互干渉を低減することができる。これにより、アンテナ素子と人体アンテナ素子との両方に給電することに起因して素子同士が互いに悪影響を及ぼすことを好適に抑制することができる。

また、人体アンテナ素子に人体が接触または近接すると、人体アンテナの電気的な長さは、人体アンテナ素子の電気長よりも長くなる。そのため、人体アンテナ素子そのものの電気長は、使用周波数帯に対応するアンテナ素子の電気長よりも短くしておくことが好ましい。これにより、人体が接触または近接したときに使用周波数帯域における人体アンテナの動作を良好にすることができる。

また、人体アンテナ素子を短く構成することにより、実装面積を低減することができ、よりコンパクトなアンテナ装置を提供することが可能となる。

本発明に係るアンテナ装置では、上記アンテナ素子の電気長が、当該アンテナ素子の使用周波数帯の１／４波長または略１／４波長（具体的には１／８波長以上３／８波長以下）であり、上記人体アンテナ素子の電気長が、上記アンテナ素子の使用周波数帯の１／８波長または略１／８波長（具体的には１／１６波長以上３／１６波長以下）以下であることが好ましい。

一般に、使用周波数帯の１／４波長または略１／４波長（具体的には１／８波長以上３／８波長以下）の電気長のアンテナに対して、１／８波長または略１／８波長（具体的には１／１６波長以上３／１６波長以下）以下の電気長のアンテナは影響を殆ど及ぼさない。したがって、上記の構成によれば、人体が接触または近接していないときにおける、人体アンテナ素子とアンテナ素子との間の相互干渉をより低減することができる。よって、アンテナ素子と人体アンテナ素子との両方に給電することに起因して素子同士が互いに悪影響を及ぼすことをより好適に抑制することができる。

本発明に係るアンテナ装置は、上記アンテナ素子と上記人体アンテナ素子とが、容量性結合しているものであってもよい。

上記の構成によれば、人体アンテナ素子に人体が接触または近接したときに、アンテナ素子が人体アンテナ素子を介して人体に接続されるため、アンテナ素子も人体アンテナの一部として利用することができる。これにより、人体アンテナ素子に人体が接触または近接しないときだけではなく、人体アンテナ素子に人体が接触または近接したときにも、アンテナ素子を有効利用することができる。

また、人体アンテナ素子に人体が接触または近接したときに、人体アンテナ素子およびアンテナ素子が一つに見えるため、アンテナ素子が、人体アンテナに悪影響を及ぼすことを抑制することができる。

本発明に係るアンテナ装置は、上記アンテナ素子の先端部と、上記人体アンテナ素子の先端部とが容量性結合しているものであってもよい。

上記の構成によれば、人体アンテナ素子に人体が接触または近接したときに、アンテナ素子の全体を人体アンテナの一部として利用することができる。また、人体アンテナ素子に人体が接触または近接したときに、人体アンテナ素子およびアンテナ素子のうち電気長が短い方の素子が一つ存在しているのと同等に見えるため、アンテナ素子が人体アンテナに悪影響を及ぼすことをより好適に抑制することができる。

本発明に係るアンテナ装置は、上記アンテナ素子を複数備えているものであってもよい。

一般に、人体アンテナは幅広い周波数帯域に対応可能である。また、アンテナ装置が複数のアンテナ素子を備えることにより、複数の周波数帯域（マルチバンド）に対応することができる。従って、上記の構成によれば、アンテナ装置は複数の周波数帯域に首尾よく対応することができる。

本発明によれば、人体アンテナを利用可能なアンテナ装置において、簡易な構成によって、人体アンテナを利用しないときでも無線信号を好適に受信することができる。

本発明の一実施形態（第１実施形態）に係るアンテナ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態（第１実施形態）に係るアンテナ装置の概略構成を示す側方断面図であり、（ａ）はアンテナ装置上の所定位置に指が触れていない状態を示し、（ａ）はアンテナ装置上の所定位置に指が触れている状態を示す。 本発明の一実施形態（第１実施形態）に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子の配置のバリエーションを示す側方断面図である。 本発明の一実施形態（第２実施形態）に係るアンテナ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態（第２実施形態）に係るアンテナ装置の概略構成を示す側方断面図である。 本発明の一実施形態（第３実施形態）に係るアンテナ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態（第３実施形態）に係るアンテナ装置の概略構成を示す側方断面図である。 従来技術に係る携帯用無線通信装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の一実施形態（第１実施形態）に係るアンテナ装置１００の概略構成を示す機能ブロック図である。また、図２は、アンテナ装置１００の概略構成を示す側方断面図であり、（ａ）はアンテナ装置１００上の所定位置に指１が触れていない状態を示し、（ｂ）はアンテナ装置１００上の所定位置に指１が触れている状態を示す。

図１および図２に示すように、アンテナ装置１００は、アンテナ素子１０、接触パッド（人体アンテナ素子）２０、給電部３０、送受信部（無線手段）４０、および、これらの部材を格納するための筐体６０を備えている。

アンテナ素子１０は、無線通信を送受信するためのアンテナ素子であればよく、特に構造は限定されない。本実施形態において、アンテナ素子１０は、使用周波数帯に応じた電気長Ｄを有している。なお、アンテナ素子１０は、給電部３０との間に、アンテナ素子１０のインピーダンスを整合させるための整合回路を備えていてもよい。

接触パッド２０は、人体と電気的に接続または容量性結合し、当該人体を介して無線信号を受信する導電片である。本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、接触パッド２０が筐体６０の外縁に配置され、指１と接触パッド２０とが容量性結合するように構成されているが、本発明はこれに限定されず、接触パッド２０が筐体６０の表面に露出し、指１と接触パッド２０とが電気的に接続するように構成されていてもよい。また、接触パッド２０に接触または近接するのは、人体の一部であればよく、指１に限定されない。本実施形態において、接触パッド２０は、電気長Ｌを有している。

なお、人体は、ある程度の損失を伴って電流が流れるとともに、アンテナ装置１００のＧＮＤ（アース）に対して浮遊している。人体のこのような特性により、人体アンテナは、無線信号を受信するために好適に用いることができる。人体アンテナは、特に、幅広い周波数帯域に特性を有しているという有利な効果を有している。アンテナ装置１００は、接触パッド２０に指１が近接したときに、このような人体アンテナを構成することができる。

なお、典型的には、アンテナ素子１０と接触パッド２０とが同一の通信システムで使用されるように構成することができる。

送受信部４０は、アンテナ素子１０および接触パッド２０の両方に同時に給電して無線通信を実現する無線回路を備えた回路基板である。送受信部４０は給電部３０に接続しており、アンテナ素子１０および接触パッド２０は何れも、給電部３０から給電されている。

ここで、図２（ａ）に示すように、指１がアンテナ装置１００上の所定位置（接触パッド２０に近接し、容量性結合する位置）に触れていないとき、送受信部４０は、主に、アンテナ素子１０からの信号を利用して無線信号を受信することができる。

一方、図２（ｂ）に示すように、指１が上記所定位置に触れているとき、送受信部４０は、主に、接触パッド２０を含んで構成される人体アンテナの信号を利用して無線信号を受信することができる。

なお、筐体６０上には、上記所定位置をユーザが容易に把握し得るように、印刷または装飾を施しておくことが好ましい。また、上記所定位置は、一点に限定されるものではなく、一定の範囲内とすることができる。例えば、接触パッド２０を板状に形成した場合に、当該板面に対応する位置を上記所定位置とすることができる。

このように、本実施形態によれば、アンテナ装置１００は、アンテナ素子１０と接触パッド２０との両方に同時に給電するようになっている。ここで、アンテナ素子１０と接触パッド２０とは同一の通信システムで利用され得るため、人体（例えば、指１）がアンテナ装置１００に接触または近接したときは、人体アンテナを首尾よく利用することができる。また、人体がアンテナ装置１００に接触または近接していないときでもアンテナ素子１０を介して無線信号を好適に受信することができる。そして、本実施形態によれば、特許文献２の技術のような切り替え機構および制御が必要なく、簡易な構成で無線信号の好適な受信を実現することができる。

また、本実施形態に係るアンテナ装置１００では、アンテナ１０および接触パッド２０が同一の通信システムにおいて利用される。そのため、送受信部４０には、２つアンテナ信号、すなわち、アンテナ素子１０で送受信した信号、および接触パッド２０で送受信した信号が入出力される。そのため、一つの局面において、送受信部４０は、上記２つのアンテナ信号に基づいて、ダイバーシチ受信および／または送信を行うことも可能である。また、他の局面において、送受信部４０は、上記２つのアンテナ信号に基づいて、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）等の受信および／または送信を行うことも可能である。

なお、本実施形態では、図２（ａ）に示す状態（人体アンテナを利用しない状態）において、接触パッド２０は特に利用されないにもかかわらず、給電部３０から給電されている。このとき、接触パッド２０とアンテナ素子１０とが相互干渉して、アンテナ素子１０の特性が劣化するおそれがある。それゆえ、図２（ａ）に示す状態において、接触パッド２０とアンテナ素子１０との間の不要な相互干渉を抑制するようになっていることが好ましい。

そのため、アンテナ素子１０の電気長Ｄよりも、接触パッド２０の電気長Ｌの方が短いことが好ましい。なお、アンテナ素子１０の電気長Ｄとは、給電部３０からアンテナ素子１０の先端までの電気長を指し、接触パッド２０の電気長Ｌとは、給電部３０から接触パッド２０の先端までの電気長を指す。

これにより、接触パッド２０とアンテナ素子１０との間の不要な相互干渉を低減することができる。特に、アンテナ素子１０を１／４λ系のアンテナ（例えば、モノポールアンテナ）として構成している場合（アンテナ素子１０の使用周波数帯の波長をλとしたとき、電気長Ｄが１／４λまたは略１／４λ（具体的には１／８λ以上３／８λ以下）である場合）、一般に、このようなアンテナ素子１０に対して、１／８λまたは略１／８λ（具体的には１／１６λ以上３／１６λ以下）以下の電気長のアンテナは影響を殆ど及ぼさない。それゆえ、電気長Ｌを使用周波数帯の１／８波長または略１／８波長（具体的には１／１６波長以上３／１６波長以下）以下とすることにより、接触パッド２０とアンテナ素子１０との間の不要な相互干渉をより好適に低減することができる。

なお、本明細書において「略１／４波長」「略１／４λ」とは、一波長の１／８以上３／８以下の範囲を指し、一波長の丁度１／４となる場合が特に好ましい。また、「略１／８波長」「略１／８λ」とは、一波長の１／１６以上３／１６以下の範囲を指し、一波長の丁度１／８となる場合が特に好ましい。

また、接触パッド２０を含んで構成される人体アンテナの電気的な長さは、接触パッド２０の電気長Ｌよりも長くなる。そのため、使用周波数帯に対応する電気長（アンテナ素子１０の電気長Ｄ）よりも、接触パッド２０の電気長Ｌを短くしておくことが好ましい。これにより、使用周波数帯域における人体アンテナの動作を良好にすることができる。

また、接触パッド２０を短く構成することにより、アンテナ装置１００内における実装面積を低減することができ、アンテナ装置１００をコンパクト化することができる。

また、アンテナ素子１０および接触パッド２０の形状、配置等は特に限定されないが、一実施形態において、図３に示すように、アンテナ素子１０と接触パッド２０とが、容量性結合するように構成されていることが好ましい。

例えば、図３（ａ）に示すように、アンテナ素子１０の先端部と、接触パッド２０の先端部とが、図中Ｃに示す位置において容量性結合していてもよい。これにより、接触パッド２０にアンテナ素子１０が結合され、アンテナ素子１０の全体を人体アンテナの一部として利用することができる。また、このとき、送受信部４０から見ると、アンテナ素子１０および接触パッド２０のうち電気長が短い方の素子が一つ存在しているのと同等に見えるため、アンテナ素子１０が人体アンテナに悪影響を及ぼすことを好適に抑制することができる。

また、図３（ｂ）に示すように、アンテナ素子１０の一部と接触パッド２０の一部とが、容量性結合していてもよい。この構成においても、接触パッド２０にアンテナ素子１０が結合され、アンテナ素子１０を人体アンテナの一部として利用することができる。また、図３（ａ）と同様に、送受信部４０から見ると、アンテナ素子１０および接触パッド２０のうち電気長が短い方の素子が一つ存在しているのと同等に見えるため、アンテナ素子１０が人体アンテナに悪影響を及ぼすことを好適に抑制することができる。

〔第２実施形態〕
図４は、本発明の一実施形態（第２実施形態）に係るアンテナ装置１０３の概略構成を示す機能ブロック図である。また、図５は、アンテナ装置１０３の概略構成を示す側方断面図である。なお、第１実施形態と同様の部材には同一の部材番号を付し、説明を省略する。

図４および図５に示すように、アンテナ装置１０３は、アンテナ素子１０、接触パッド（人体アンテナ素子）２０、給電部３３ａ、給電部３３ｂ、送受信部（無線手段）４３および筐体６０を備えている。そして、本実施形態において、送受信部４３は、アンテナ素子１０および接触パッド２０に対して、それぞれ異なる給電部（３３ａおよび３３ｂ）から給電している。この点において、第１実施形態と異なっている。

このように、本発明では、アンテナ素子１０および接触パッド２０に対して、異なる給電部から給電するようになっていてもよい。このような形態においても、アンテナ装置１０３が、アンテナ素子１０と接触パッド２０との両方に同時に給電するようになっていることにより、人体（例えば、指１）がアンテナ装置１０３に接触または近接したときは、人体アンテナを首尾よく利用することができ、人体がアンテナ装置１０３に接触または近接していないときでもアンテナ素子１０を介して無線信号を好適に受信することができる。

また、図５に示すように、給電部３３ａと給電部３３ｂとは離れた位置に配置されていてもよい。

〔第３実施形態〕
図６は、本発明の一実施形態（第３実施形態）に係るアンテナ装置１０４の概略構成を示す機能ブロック図である。また、図７は、アンテナ装置１０４の概略構成を示す側方断面図である。なお、第１実施形態と同様の部材には同一の部材番号を付し、説明を省略する。

図６および図７に示すように、アンテナ装置１０４は、アンテナ素子１０、アンテナ素子１４、接触パッド２０、給電部３４、送受信部（無線手段）４４および筐体６０を備えている。そして、本実施形態において、送受信部４４は、複数のアンテナ素子（１０および１４）および接触パッド２０に対して、給電部３４から給電している。この点において、第１実施形態と異なっている。なお、アンテナ素子１４は、実施形態１のアンテナ素子１０とほぼ同様の部材とすることができる。

このように、アンテナ装置１０４は、アンテナ素子を複数備えており、それぞれのアンテナ素子に対して異なる周波数帯域を割り当てることができる。また、一般に、人体アンテナは、幅広い周波数帯域に対応可能である。これにより、アンテナ装置１０４は、複数の周波数帯域（マルチバンド）に首尾よく対応することができる。

このような形態においても、アンテナ装置１０４が、アンテナ素子１０、アンテナ素子１４および接触パッド２０に同時に給電するようになっていることにより、人体（例えば、指１）がアンテナ装置１０４に接触または近接したときは、人体アンテナを首尾よく利用することができ、人体がアンテナ装置１０４に接触または近接していないときでもアンテナ素子１０およびアンテナ素子１４を介して無線信号を好適に受信することができる。

なお、本実施形態において、第１実施形態と同様に、接触パッド２０の電気長Ｌを、アンテナ素子の電気長よりも短くすることが好ましい。

すなわち、図７に示すように、アンテナ素子１０の電気長をＤ１とし、アンテナ素子１４の電気長をＤ２としたとき、電気長Ｌは、電気長Ｄ１よりも短く、かつ、電気長Ｄ２よりも短いことが好ましい。これにより、アンテナ素子１０およびアンテナ素子１４を１／４λ系のアンテナ（例えば、モノポールアンテナ）として構成している場合（アンテナ素子１０の使用周波数帯の波長をλ１とし、アンテナ素子１４の使用周波数帯の波長をλ２としたとき、電気長Ｄ１が１／４λ１または略１／４λ１（具体的には１／８λ１以上３／８λ１以下）であり、電気長Ｄ２が１／４λ２または略１／４λ２（具体的には１／８λ２以上３／８λ２以下）である場合）、一般に、このようなアンテナ素子１０およびアンテナ素子１４に対して、それぞれの使用周波数帯の１／８波長または略１／８波長（具体的には１／１６波長以上３／１６波長以下）以下の電気長のアンテナは影響を殆ど及ぼさない。それゆえ、電気長Ｌを使用周波数帯の１／８波長または略１／８波長（具体的には１／１６波長以上３／１６波長以下）以下（１／８λ１または略１／８λ１（具体的には１／１６λ１以上３／１６λ１以下）以下、かつ、１／８λ２または略１／８λ２（具体的には１／１６λ２以上３／１６λ２以下）以下）とすることにより、接触パッド２０とアンテナ素子１０およびアンテナ素子１４との間の不要な相互干渉をより好適に低減することができる。

また、第１実施形態と同様に、接触パッド２０を含んで構成される人体アンテナの電気的な長さは、接触パッド２０の電気長Ｌよりも長くなる。そのため、使用周波数帯に対応する電気長（アンテナ素子１０の電気長Ｄ１およびアンテナ素子１４の電気長Ｄ２）よりも、接触パッド２０の電気長Ｌを短くしておくことが好ましい。これにより、使用周波数帯域における人体アンテナの動作を良好にすることができる。

また、接触パッド２０を短く構成することにより、アンテナ装置１０４内における実装面積を低減することができる。

なお、アンテナ装置１０４は、３本以上のアンテナ素子を備えていてもよい。このように構成した場合であっても、同様の効果を奏することができる。

本発明は、無線通信機器の製造分野において好適に利用可能である。

１ 指
１０、１１、１２、１４ アンテナ素子
２０ 接触パッド（人体アンテナ素子）
３０、３３ａ、３３ｂ、３４ 給電部
４０、４３、４４ 送受信部（無線手段）
６０ 筐体
１００、１０１、１０２、１０３、１０４ アンテナ装置

Claims (6)

1. 無線信号を受信するアンテナ素子と、
   人体と電気的に接続または容量性結合したときに、該人体を介して無線信号を受信するための人体アンテナ素子と、
   該アンテナ素子および該人体アンテナ素子を同時に給電する無線手段と、を備えていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 上記アンテナ素子の電気長よりも、上記人体アンテナ素子の電気長の方が短いことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 上記アンテナ素子の電気長が、当該アンテナ素子の使用周波数帯の１／８波長以上３／８波長以下であり、
   上記人体アンテナ素子の電気長が、上記アンテナ素子の使用周波数帯の３／１６波長以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 上記アンテナ素子と上記人体アンテナ素子とが、容量性結合していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
5. 上記アンテナ素子の先端部と、上記人体アンテナ素子の先端部とが容量性結合していることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 上記アンテナ素子を複数備えていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のアンテナ装置。

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