JP2018085703A - 線状アンテナ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】設置環境の違いによるアンテナ利得の変動を抑制できる線状アンテナを提供する。【解決手段】線状アンテナは、導電性を有し、平板状に形成され、かつ、接地される第１の導体（２、２１−２８）と、導電性を有し、一端にて第１の導体と接続され、他端が開放端となっており、一端と他端との間に設けられた屈曲点から他端までの第１の区間が第１の導体が設けられる面と平行な面に沿って形成されるとともに、第１の区間の途中の給電点（４）にて給電され、第１の区間を第１の導体が設けられる面の法線方向に沿って投影したときに第１の区間のうちの給電点を含む少なくとも一部が第１の導体と重なるように形成され、かつ、設計波長の半分の整数倍に設計波長の1/4を加えた電気長を持つ第２の導体（３、３１−３４）とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、線状アンテナ及び線状アンテナを有する電子機器に関する。

従来より、逆Ｌアンテナのように、一端で接地された放射電極を、接地された導体と略平行となるように途中で折り曲げた線状アンテナが利用されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。このような線状アンテナは、低姿勢化することが可能であることから、例えば、小型の無線端末などで利用される。

特開２００２−２３７７１１号公報 特開２００２−３６８８５０号公報 特開２００６−１９７１３８号公報

このような線状アンテナを有する装置の用途によっては、様々な設置環境が想定される。例えば、その装置は、他の導体上に配置される環境下で使用されたり、あるいは、近くに他の導体が無い環境下で使用されることもあり得る。

このように、設置環境が変化することで、線状アンテナの放射特性も変化する。しかし、線状アンテナの放射特性の変動が大きいと、設置環境によっては、所望のアンテナ利得が得られないことがある。

一つの側面では、本発明は、設置環境の違いによるアンテナ利得の変動を抑制できる線状アンテナを提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、線状アンテナが提供される。この線状アンテナは、導電性を有し、平板状に形成され、かつ、接地される第１の導体と、導電性を有し、一端にて第１の導体と接続され、他端が開放端となっており、一端と他端との間に設けられた屈曲点から他端までの第１の区間が第１の導体が設けられる面と平行な面に沿って形成されるとともに、第１の区間の途中の給電点にて給電され、第１の区間を第１の導体が設けられる面の法線方向に沿って投影したときに第１の区間のうちの給電点を含む少なくとも一部が第１の導体と重なるように形成され、かつ、設計波長の半分の整数倍に設計波長の1/4を加えた電気長を持つ第２の導体とを有する。

また他の実施形態によれば、電子機器が提供される。この電子機器は、基板と、線状アンテナと、基板の一方の面上に設けられ、線状アンテナを介して無線電波を放射または受信する信号処理回路とを有する。線状アンテナは、基板の一方の面の反対側の面に設けられ、導電性を有し、かつ、接地される第１の導体と、導電性を有し、一端にて第１の導体と接続され、他端が開放端となっており、一端と他端との間に設けられた屈曲点から他端までの第１の区間が基板の一方の面に沿って形成されるとともに、第１の区間の途中の給電点にて信号処理回路と接続され、第１の区間を第１の導体が設けられる面の法線方向に沿って投影したときに第１の区間のうちの給電点を含む少なくとも一部が第１の導体と重なるように形成され、かつ、設計波長の半分の整数倍に設計波長の1/4を加えた電気長を持つ第２の導体とを有する。

一つの側面では、線状アンテナの設置環境の違いによるアンテナ利得の変動を抑制できる。

第１の実施形態による線状アンテナの斜視図である。 （ａ）は、第１の実施形態による線状アンテナの周波数特性の電磁界シミュレーションに使用した各部の寸法を示す、線状アンテナの斜視図である。（ｂ）は、線状アンテナに整合回路を接続した場合の等価回路図である。 比較例による逆Ｌアンテナ及び第１の実施形態による線状アンテナを、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。 第２の実施形態による線状アンテナの斜視図である。 第２の実施形態による線状アンテナを、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。 第２の実施形態の変形例による線状アンテナの斜視図である。 図６に示された変形例による線状アンテナを、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。 第２の実施形態の他の変形例による線状アンテナの斜視図である。 図８に示された変形例による線状アンテナを、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。 第２の実施形態のさらに他の変形例による線状アンテナの斜視図である。 図１０に示された変形例による線状アンテナを、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、接地導体に切欠き部が設けられる、線状アンテナの変形例の斜視図である。 図１２（ｄ）に示される変形例による線状アンテナが空中設置された場合のアンテナ利得と金属上設置された場合のアンテナ利得とを所定の周波数帯域にて略一致させたときの接地導体の各部の寸法を示す図である。 図１２（ｄ）及び図１３に示される変形例による線状アンテナを、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、放射導体の平行線路部分以外も、接地導体の外縁よりも内側に位置するように放射導体が形成された線状アンテナの変形例の斜視図である。 上記の各実施形態またはその変形例の何れかによる線状アンテナを有する電子機器を基板の表面側から見た、電子機器の概略斜視図である。 図１６に示される電子機器が有する回路のブロック図である。

以下、図を参照しつつ、線状アンテナについて説明する。この線状アンテナは、平板状に形成される接地導体と、接地導体に対して一端にて接続され、他端が開放端となる線状の放射導体とを有する。そして放射導体は、接地導体と接続される一端の近傍の屈曲点から開放端までの区間が接地導体が設けられる面と略平行となり、かつ、接地導体の法線方向に沿って接地導体上に投影したときに、少なくとも一部が接地導体と重なるように形成される。さらに、放射導体は、上記の区間の途中で給電されるとともに、設計波長λに対して(1/4+N/2)λ(ただし、Nは1以上の整数)となる電気長を持つ。これにより、この線状アンテナは、設置環境の違いによるアンテナ利得の変動を抑制する。なお、以下では、説明の便宜上、放射導体を接地導体の法線方向に沿って投影したときに放射導体と接地導体とが重なることを、単に放射導体と接地導体とが重なると呼ぶ。

図１は、第１の実施形態による線状アンテナの斜視図である。第１の実施形態による線状アンテナ１は、接地導体２と、放射導体３とを有する。

接地導体２は、接地される第１の導体の一例であり、例えば、銅、あるいは金などの導体により平板状に形成される。また、図１に示される例では、接地導体２は矩形状に形成される。

放射導体３は、第２の導体の一例であり、例えば、銅、あるいは金などの導体により線状に形成される。また、放射導体３は、線状アンテナ１が使用される無線電波の周波数に対応する設計波長λに対して略(1/4+N/2)λ(ただし、Nは1以上の整数)となる電気長を持つ。これにより、放射導体３は、設計波長λを持つ無線電波に対して共振するので、設計波長λを持つ無線電波を受信または放射することができる。さらに、放射導体３の長さを、略λ/4ではなく、略(1/4+N/2)λとすることで、設置環境の違いによるアンテナ利得の変動が抑制される。

さらに、放射導体３は、その一端３ａにて接地導体２と接続され、放射導体３の他端３ｂは開放端となっている。なお、以下では、接地導体２と接続される放射導体３の一端３ａを固定端と呼ぶ。本実施形態では、固定端３ａは、接地導体２の一つの角に設けられ、放射導体３は、固定端３ａから所定距離離れた位置にある屈曲点にて接地導体２と略平行となるように屈曲され、接地導体２の外縁に沿って延伸される。その際、放射導体３は、接地導体２と重なるように配置される。また、放射導体３は、屈曲点と開放端３ｂの途中に設けられた給電点４にて給電される。これにより、他の導体上に線状アンテナ１が置かれたときに、他の導体による放射導体３への影響が軽減される。ただし、給電点４は、開放端３ｂから給電点４までの距離がnλ/2(nは1以上の整数)とならないように設定されることが好ましい。これにより、開放端３ｂが設計波長を持つ無線電波について定在波の節となって放射導体３が無線電波を放射し難くなることが抑制される。

なお、接地導体２と放射導体３とは、一体として、一つの導体により形成されてもよい。また、接地導体２は、誘電体により形成される基板（図示せず）の一方の面に設けられ、放射導体３の屈曲点から開放端３ｂの区間が基板の他方に面に設けられてもよい。

以下、電磁界シミュレーションにより求めた、線状アンテナ１の放射特性について説明する。なお、以下の説明における、各実施形態及び変形例による線状アンテナについての電磁界シミュレーションでは、Bluetooth Low Energy(BLE)(登録商標)で使用される、2.4GHz〜2.48GHzにおいて線状アンテナを使用することを想定して、アンテナ利得の周波数特性を求めた。

図２（ａ）は、第１の実施形態による線状アンテナ１の放射特性の電磁界シミュレーションに使用した各部の寸法を示す、線状アンテナ１の斜視図である。このシミュレーションにおいて、接地導体２及び放射導体３の導電率を1.0x10⁵(S/m)とした。そして接地導体２は、長手方向に沿って50mm、短手方向に沿って20mmのサイズを持つものとした。また、放射導体３の線幅を1mmとした。さらに、固定端以外での、接地導体２と放射導体３の間隔を2mmとした。さらにまた、固定端から給電点４までの距離を11.5mm(屈曲点から給電点４まではは9.5mm)とし、給電点４における、放射導体３のうちの固定端から給電点４までの部分と開放端から給電点４までの部分との間に1mmの間隔があるものとした。そして周波数2.4GHzに相当する設計波長略125mmの略3/4となるように、放射導体３全体の長さを94mmとした。また、接地導体２の法線に沿って接地導体２から放射導体３へ向かう方向を、以下では、正面方向と呼ぶ。

さらに、線状アンテナ１の設置環境として、線状アンテナ１が空中に置かれる場合（以下、便宜上、空中設置と呼ぶ）と、線状アンテナ１が他の導体により形成される平面上に置かれる場合（以下、便宜上、金属上設置と呼ぶ）とを想定した。なお、線状アンテナ１が他の導体により形成される平面上に置かれる場合について、放射導体３が設けられる方と反対側の接地導体２の面（以下、背面と呼ぶ）と他の導体により形成される平面との間に、0.1mmの間隔があるものとした。

図２（ｂ）は、線状アンテナに整合回路を接続した場合の等価回路図である。所定の設置環境下で線状アンテナ１のインピーダンスが所定のインピーダンスに整合するように、線状アンテナ１の給電点４と信号処理回路６との間に整合回路５が接続されてもよい。後述するように、図２（ａ）に示される各部の寸法を持つ線状アンテナ１が金属上設置される場合、例えば、整合回路５は、線状アンテナ１と並列に接続され、2pFの容量を持つキャパシタを有する。

また、比較例として、逆Ｌアンテナについての正面方向のアンテナ利得も求めた。比較例による逆Ｌアンテナは、図２（ａ）に示される寸法を持つ接地導体２と、接地導体２の左側短辺の中央にて一端が接続され、接地導体２の外縁に沿って延伸される放射導体を持つものとする。また比較例による逆Ｌアンテナの放射導体の長さは26.5mm（すなわち、略1/4λ長）、線幅は1mmとした。

図３は、比較例による逆Ｌアンテナ及び第１の実施形態による線状アンテナ１を、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。図３において、横軸は周波数を表し、縦軸はインピーダンス整合された状態での正面方向のアンテナ利得を表す。

グラフ３１１は、線状アンテナ１が空中設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。またグラフ３１２は、線状アンテナ１が金属上設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。一方、グラフ３２１は、比較例による逆Ｌアンテナが空中設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。またグラフ３２２は、比較例による逆Ｌアンテナが金属上設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。

線状アンテナ１について、空中設置された場合と金属上設置された場合とで、アンテナ利得の最小差は略6dBとなっている。これに対して、比較例による逆Ｌアンテナでは、空中設置された場合と金属上設置された場合とで、アンテナ利得の最小差は略14.5dBとなっている。このことから、線状アンテナ１は、設置環境の差によるアンテナ利得の変動を抑制できていることが分かる。

また、グラフ３３１は、線状アンテナ１が金属上設置された場合を基準として、整合回路５により線状アンテナ１のインピーダンスを50Ωに整合させ、かつ、空中設置された場合の線状アンテナ１のアンテナ利得の周波数特性を表す。またグラフ３３２は、線状アンテナ１が金属上設置された場合を基準として整合回路５により50Ωにインピーダンス整合され、かつ、線状アンテナ１が金属上設置された場合の線状アンテナ１のアンテナ利得の周波数特性を表す。

線状アンテナ１が金属上設置された場合を基準としてインピーダンス整合されることで、線状アンテナ１が金属上設置された場合のアンテナ利得が向上するため、空中設置された場合と金属上設置された場合とのアンテナ利得の最小差は略2.5dBまで減少する。

以上に説明してきたように、この線状アンテナでは、放射導体の電気長が略(1/4+N/2)λとされ、放射導体と接地導体とが重なるように配置されるとともに、放射導体は、その屈曲点と開放端の途中で給電される。これにより、線状アンテナに近接する他の導体が存在する場合でも、この線状アンテナは、放射導体がその他の導体から受ける影響を軽減して、空中設置される場合と金属上設置される場合とのアンテナ利得の変動を抑制できる。また、金属上設置される場合を基準として線状アンテナのインピーダンスを所定のインピーダンスに整合させることで、この線状アンテナは、空中設置される場合と金属上設置される場合とのアンテナ利得の変動をより抑制できる。さらにまた、この線状アンテナは、整合回路として、公差の精度が良好でない、容量の非常に小さいキャパシタなどの回路素子を必ずしも利用しなくてもよい。そのため、この線状アンテナのインピーダンスを所定のインピーダンスに整合させることは容易である。

次に、第２の実施形態による線状アンテナについて説明する。

図４は、第２の実施形態による線状アンテナの斜視図である。第２の実施形態による線状アンテナ１１は、接地導体２と、放射導体３１とを有する。第２の実施形態による線状アンテナ１１は、第１の実施形態による線状アンテナ１と比較して、放射導体３１の形状が放射導体３と相違する。そこで以下では、放射導体３１に関する相違点について説明する。

第２の実施形態による線状アンテナ１１では、放射導体３１に、接地導体２の外縁から中心へ向かう方向に沿ってＵ字状に折り曲げられることで平行線路となる部分３１ａ（以下、平行線路部分と呼ぶ）が設けられる。そして給電点４がその平行線路部分３１ａの先端、すなわち、接地導体２の外縁よりも中心に近い方の平行線路部分３１ａの端点に設けられる。これにより、線状アンテナ１１が他の導体と近接するように配置された場合における、他の導体から放射導体３１への影響がより軽減される。その結果として、線状アンテナ１１は、空中設置される場合と金属上設置される場合とのアンテナ利得の変動をより抑制できる。

図５は、電磁界シミュレーションにより求めた、第２の実施形態による線状アンテナ１１を、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。図５において、横軸は周波数を表し、縦軸は正面方向のアンテナ利得を表す。なお、この電磁界シミュレーションでは、図４に示されるように、平行線路部分３１ａの長さを15mmとし、平行線路部分３１ａにおける放射導体３１間の間隔を1mmとした。その他の各部の寸法については、図２に示されるものと同じとした。またこの電磁界シミュレーションでは、整合回路は使用されない。

グラフ５０１は、線状アンテナ１１が空中設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。またグラフ５０２は、線状アンテナ１１が金属上設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。グラフ５０１及びグラフ５０２に示されるように、整合回路が用いられなくても、空中設置された場合と金属上設置された場合とのアンテナ利得の最小差は略1.5dBまで減少する。このように、線状アンテナ１１は、設置環境の違いによるアンテナ利得の変動を十分に抑制できることが分かる。

なお、平行線路部分３１ａの長さについて、特に制限はないが、他の導体からの影響を軽減するために、給電点４が接地導体２の何れの外縁からも数mm程度以上離れる長さとなることが好ましい。また、平行線路部分３１ａが設けられる場合でも、放射導体３１全体の長さが略(1/4+N/2)λとなるように、放射導体３１が形成されることが好ましい。

なお、第２の実施形態による線状アンテナ１１の変形例によれば、平行線路部分３１ａにおける、放射導体３１同士の間隔は、第２の実施形態よりも広くてもよい。

図６は、この変形例による線状アンテナの斜視図である。この変形例による線状アンテナ１１’は、第２の実施形態による線状アンテナ１１と比較して、平行線路部分３１ａにおける放射導体３１同士の間隔が拡げられている点で相違する。

図７は、電磁界シミュレーションにより求めた、この変形例による線状アンテナ１１’を、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。図７において、横軸は周波数を表し、縦軸は正面方向のアンテナ利得を表す。なお、この電磁界シミュレーションでは、平行線路部分３１ａの長さを15mmとし、平行線路部分３１ａにおける放射導体３１間の間隔を10mmとした。その他の各部の寸法については、図２及び図４に示されるものと同じとした。またこの電磁界シミュレーションでは、整合回路は使用されない。

グラフ７０１は、線状アンテナ１１’が空中設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。またグラフ７０２は、線状アンテナ１１’が金属上設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。グラフ７０１及びグラフ７０２に示されるように、空中設置された場合と金属上設置された場合とのアンテナ利得の最小差は略2dBであり、線状アンテナ１１よりもアンテナ利得の最小差は若干大きくなっている。しかし、線状アンテナ１１’も、設置環境の違いによるアンテナ利得の変動を十分に抑制できる。

さらに他の変形例によれば、放射導体の固定端において接地導体と接続される部分の幅が放射導体の他の部分の線幅よりも広くなっていてもよい。

図８は、この変形例による線状アンテナの斜視図である。この変形例による線状アンテナ１２は、第２の実施形態による線状アンテナ１１と比較して、放射導体３２の固定端において、接地導体２と接続される接続部３２ａの幅が放射導体３２のその他の部分の線幅よりも広くなっている点で相違する。図８に示されるように、接続部３２ａは、固定端から屈曲点までの間に、接地導体２の法線方向に沿って設けられる。そして接続部３２ａは、放射導体３２が固定端から延伸される方向（この例では、接地導体２の短辺方向）とは直交する方向（すなわち、接地導体２の長辺方向）に沿って放射導体３２のその他の部分の線幅よりも広い幅を持つ。さらに、接続部３２ａは、その広い幅を持つ一辺にて接地導体２と電気的に接続される。このような接続部を有することで、空中設置される場合のアンテナ利得が若干抑制され、かつ、他の導体による放射導体３１への影響がより軽減される。その結果として、線状アンテナ１２は、空中設置される場合と金属上設置される場合のアンテナ利得の差をより小さくできる。なお、接続部の幅が狭くなるほど、線状アンテナ１２のアンテナ利得の周波数特性は、このような接続部が設けられないときの線状アンテナのアンテナ利得の周波数特性に近くなる。

図９は、電磁界シミュレーションにより求めた、この変形例による線状アンテナ１２を、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。図９において、横軸は周波数を表し、縦軸は正面方向のアンテナ利得を表す。なお、この電磁界シミュレーションでは、接地導体２の長辺方向における接続部３２ａの幅を15mmとした。その他の各部の寸法については、図２及び図４に示されるものと同じとした。またこの電磁界シミュレーションでは、整合回路は使用されない。

グラフ９０１は、線状アンテナ１２が空中設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。またグラフ９０２は、線状アンテナ１２が金属上設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。BLEで使用される、2.4GHz〜2.48GHzの間で、空中設置された場合と金属上設置された場合とのアンテナ利得の差は略2dB以下となっており、設置環境の違いによるアンテナ利得の変動が十分に抑制されていることが分かる。

さらに他の変形例によれば、接地導体には、放射導体の少なくとも一部と重ならない位置において切欠き部が設けられてもよい。

図１０は、この変形例による線状アンテナの斜視図である。この変形例による線状アンテナ１３は、第２の実施形態による線状アンテナ１１と比較して、接地導体２１のうち、放射導体３１と重ならない位置において切欠き穴２１ａが設けられている点で相違する。なお、切欠き穴２１ａは、接地導体に設けられる切欠き部の一例である。

このような切欠き穴２１ａを有することで、接地導体２１の面積が減少するため、空中設置される場合のアンテナ利得が若干抑制される。その結果として、線状アンテナ１３は、空中設置される場合と金属上設置される場合のアンテナ利得の差をより小さくできる。

図１１は、電磁界シミュレーションにより求めた、この変形例による線状アンテナ１３を、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。図１１において、横軸は周波数を表し、縦軸は正面方向のアンテナ利得を表す。なお、この電磁界シミュレーションでは、切欠き穴２１ａの接地導体２１の長手方向に沿った長さを25mmとし、接地導体２１の短手方向に沿った長さを12mmとした。そして放射導体３１の固定端が設けられた方の端部と反対側の接地導体２１の短辺から切欠き穴２１ａまでの距離を5mmとし、接地導体２１の二つの長辺のそれぞれから切欠き穴２１ａまでの距離を4mmとした。その他の各部の寸法については、図２及び図４に示されるものと同じとした。またこの電磁界シミュレーションでは、整合回路は使用されない。

グラフ１１０１は、線状アンテナ１３が空中設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。またグラフ１１０２は、線状アンテナ１３が金属上設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。BLEで使用される、2.4GHz〜2.48GHzの間で、空中設置された場合と金属上設置された場合とのアンテナ利得の差は略2dB以下となっており、設置環境の違いによるアンテナ利得の変動が十分に抑制されていることが分かる。

なお、接地導体の切欠き部の形状は、図１０に示されるものに限られない。

図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、それぞれ、接地導体に切欠き部が設けられる、線状アンテナの変形例の斜視図である。図１２（ａ）に示される例では、接地導体２２は、放射導体３１と重なるようにＬ字型に形成され、放射導体３１と重ならない位置において矩形状の切欠き部２２ａが形成されている。

図１２（ｂ）に示される例では、第１の実施形態による線状アンテナ１の放射導体３の一部が接地導体２３と重ならないように、固定端に対して対角側に矩形状の切欠き部２３ａが形成されている。すなわち、放射導体３の開放端近傍と、固定端から放射導体３の途中までの部分だけが接地導体２３と重なる。

図１２（ｃ）に示される例も、第２の実施形態による線状アンテナ１１の放射導体３１の一部が接地導体２４と重ならないように、接地導体２４が形成されている。この例では、放射導体３１の平行線路部分３１ａ以外の部分が接地導体２４と重ならないように、放射導体３１に沿った接地導体２４の外縁部（図１２（ｃ）では右端側及び下端側）が、それぞれ、数mm程度省略されている。

図１２（ｄ）に示される例では、接地導体２５は、放射導体３１に沿った外形形状を持つように形成され、放射導体３１と重なる部分以外についてはほぼ省略されている。ただしこの例でも、接地導体２５の面積は、放射導体３１の面積よりも広くなっている。

これらの変形例でも、接地導体の面積が減少するため、空中設置される場合のアンテナ利得が若干抑制される。その結果として、これらの変形例による線状アンテナは、空中設置される場合と金属上設置される場合のアンテナ利得の差をより小さくできる。なお、放射導体の一部が接地導体と重ならないように接地導体及び放射導体が形成される場合でも、放射導体の給電点は接地導体と重なることが好ましい。これにより、他の導体による放射導体への影響が軽減される。

図１３は、図１２（ｄ）に示される変形例による線状アンテナ１４が空中設置された場合のアンテナ利得と金属上設置された場合のアンテナ利得とを所定の周波数帯域にて略一致させたときの接地導体２５の各部の寸法を示す図である。この例では、放射導体３１の固定端から、平行線路部分３１ａと開放端間の屈曲点までの接地導体２５の幅を2mmとした。また、平行線路部分３１ａでは、平行線路の長手方向と直交する方向の幅を5mmとし、平行線路の長手方向と平行な方向の長さを14mmとした。そして平行線路部分３１ａと開放端間の屈曲点から開放端に沿った区間の長さを44mmとし、その区間における幅を1.6mmとした。なお、放射導体３１の寸法は、図２及び図４に示されるものと同じとした。またこの電磁界シミュレーションでは、整合回路は使用されない。

図１４は、電磁界シミュレーションにより求めた、図１２（ｄ）及び図１３に示される変形例による線状アンテナ１４を、それぞれ、空中設置した場合と金属上設置した場合とにおける、正面方向のアンテナ利得の周波数特性を表す図である。図１４において、横軸は周波数を表し、縦軸は正面方向のアンテナ利得を表す。

グラフ１４０１は、線状アンテナ１４が空中設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。またグラフ１４０２は、線状アンテナ１４が金属上設置された場合のアンテナ利得の周波数特性を表す。グラフ１４０１及びグラフ１４０２に示されるように、BLEで使用される、2.4GHz〜2.48GHzの間で、空中設置された場合と金属上設置された場合とのアンテナ利得は略一致している。

さらに他の変形例によれば、放射導体の平行線路部分以外も、接地導体の外縁よりも内側に位置するように放射導体は形成されてもよい。

図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、それぞれ、放射導体の平行線路部分以外も、接地導体の外縁よりも内側に位置するように放射導体は形成された線状アンテナの変形例の斜視図である。

図１５（ａ）に示される例では、放射導体３１の平行線路部分３１ａ以外の部分も接地導体２６の外縁よりも内側に位置するように接地導体２６が拡張される。この例では、放射導体３１が沿っている接地導体２６の外縁部（図１５（ａ）では、右端側及び下端側）が、それぞれ、数mm程度拡張されている。

図１５（ｂ）に示される例では、放射導体３３全体が蛇行形状に形成されている。そのため、放射導体３３の一部は、接地導体２７の外縁よりも内側に位置している。なお、この例では、平行線路部分が形成される場合と同様に、給電点４も、接地導体２７の外縁よりも内側に設けられることが好ましい。ただし、給電点４は、接地導体２７の外縁に沿った位置に設けられてもよい。

図１５（ｃ）に示される例では、放射導体３４の固定端３４ａ自体が、接地導体２８の外縁よりも内側に設けられる。そして放射導体３４全体が接地導体２８の外縁よりも内側に位置している。なお、この変形例でも、給電点４は、開放端から給電点４までの距離がnλ/2(nは1以上の整数)とならないように設定されることが好ましい。これにより、開放端が設計波長を持つ無線電波について定在波の節となって放射導体３４が無線電波を放射し難くなることを抑制できる。なお、図１５（ｃ）に示される例のように、放射導体３４全体が接地導体２８の外縁部よりも内側に設けられる場合には、給電点４は、放射導体３４の固定端に設けられてもよい。

なお、図１０、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）に示される変形例による線状アンテナにおいても、放射導体は、図８に示される接続部を有していてもよい。

図１６は、上記の実施形態またはその変形例の何れかによる線状アンテナを有する電子機器の概略斜視図である。図１７は、電子機器が有する回路のブロック図である。この例では、電子機器１００は、ビーコン装置であり、基板１０１と、線状アンテナ１０２と、駆動電力生成部１０３と、メモリ１０４と、制御部１０５とを有する。このうち、駆動電力生成部１０３、メモリ１０４及び制御部１０５は、線状アンテナ１０２を介して無線信号を放射する信号処理回路１１０の一例である。また、メモリ１０４及び制御部１０５は、例えば、一つまたは複数の集積回路として形成される。さらに、電子機器１００は、信号処理回路１１０と線状アンテナ１０２との間に、信号処理回路１１０のインピーダンスと線状アンテナ１０２のインピーダンスとを整合させる整合回路（図示せず）をさらに有してもよい。

基板１０１は、例えば、ＡＢＳ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリカーボネイト樹脂といった合成樹脂などの誘電体により、長方形の板状に形成される。そして基板１０１の一方の面には、線状アンテナ１０２の接地導体が設けられ、基板１０１の他方の面には、線状アンテナ１０２の放射導体及び信号処理回路１１０などが設けられる。なお、以下では、便宜上、線状アンテナ１０２の接地導体が設けられる基板１０１の面を背面と呼び、背面に対して反対側の信号処理回路１１０等が設けられる面を表面と呼ぶ。
信号処理回路１１０は、基板１０１の表面において、線状アンテナ１０２の放射導体が設けられていない領域に配置される。

線状アンテナ１０２は、上記の各実施形態またはその変形例の何れかによる線状アンテナである。そして線状アンテナ１０２は、例えば、制御部１０５から受け取った無線信号を無線電波として放射する。

駆動電力生成部１０３は、メモリ１０４及び制御部１０５を駆動するための電力を生成する。そのために、駆動電力生成部１０３は、例えば、太陽電池を有する。さらに、駆動電力生成部１０３は、太陽電池により生成された電力を蓄電するためのコンデンサといった蓄電素子を有していてもよい。そして駆動電力生成部１０３は、生成した電力をメモリ１０４及び制御部１０５へ供給する。

メモリ１０４は、不揮発性の半導体メモリ回路を有する。そしてメモリ１０４は、電子機器１００を他の電子機器と識別するためのＩＤコードを保持する。

制御部１０５は、線状アンテナ１０２の給電点に対して直接あるいは整合回路を介して接続される。そして制御部１０５は、少なくとも一つのプロセッサを有し、BLEといった所定の無線通信規格に従った無線信号を生成する。その際、制御部１０５は、メモリ１０４から電子機器１００のＩＤコードを読み込み、そのＩＤコードを無線信号に含めてもよい。そして制御部１０５は、その無線信号を線状アンテナ１０２へ出力し、線状アンテナ１０２に、その無線信号を無線電波として放射させる。

なお、電子機器１００は、Internet of Things(IoT)で利用されるセンサ端末であってもよい。この場合には、電子機器１００は、上記の各構成要素以外に、電子機器１００が取り付けられる物体に関する情報を検知するためのセンサを一つ以上有していてもよい。そして制御部１０５は、無線信号に、センサから得られた情報を含めてもよい。

あるいは、電子機器１００は、無線タグであってもよい。この場合には、駆動電力生成部１０３は、リーダライタ（図示せず）から線状アンテナ１０２を介して受信した無線信号からメモリ１０４及び制御部１０５を駆動するための電力を生成してもよい。また制御部１０５は、線状アンテナ１０２から受信した無線信号を復調して、その無線信号により搬送された質問信号を取り出す。そして制御部１０５は、その質問信号に応じた応答信号を生成してもよい。その際、制御部１０５は、メモリ１０４からＩＤコードを読み込み、そのＩＤコードを応答信号に含める。そして制御部１０５は、その応答信号を線状アンテナ１０２から放射する周波数を持つ無線信号に重畳する。そして制御部１０５は、その無線信号を線状アンテナ１０２へ出力し、線状アンテナ１０２に、その無線信号を無線電波として放射させる。

ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。

１、１１−１４ 線状アンテナ
２、２１−２８ 接地導体
３、３１−３４ 放射導体
３ａ 固定端
３ｂ 開放端
３１ａ 平行線路部分
３２ａ 接続部
４ 給電点
５ 整合回路
１００ 電子機器
１０１ 基板
１０２ 線状アンテナ
１０３ 駆動電力生成部
１０４ メモリ
１０５ 制御部
１１０ 信号処理回路

Claims (7)

1. 導電性を有し、平板状に形成され、かつ、接地される第１の導体と、
   導電性を有し、一端にて前記第１の導体と接続され、他端が開放端となっており、前記一端と前記他端との間に設けられた屈曲点から前記他端までの第１の区間が前記第１の導体が設けられる面と平行な面に沿って形成されるとともに、前記第１の区間の途中の給電点にて給電され、前記第１の区間を前記第１の導体が設けられる面の法線方向に沿って投影したときに当該第１の区間のうちの前記給電点を含む少なくとも一部が前記第１の導体と重なるように形成され、かつ、設計波長の半分の整数倍に当該設計波長の1/4を加えた電気長を持つ第２の導体と、
   を有する線状アンテナ。
2. 前記第２の導体の前記第１の区間のうちの前記給電点を含む少なくとも一部が前記第１の導体の外縁よりも内側に設けられる、請求項１に記載の線状アンテナ。
3. 前記第１の区間のうちの前記給電点を含む少なくとも一部は、平行線路状に形成される、請求項２に記載の線状アンテナ。
4. 前記給電点と接続され、前記第１の導体が他の導体と前記第２の導体との間に位置するように前記線状アンテナが前記他の導体上に配置された場合において前記線状アンテナのインピーダンスを所定のインピーダンスに整合させる整合回路をさらに有する、請求項１に記載の線状アンテナ。
5. 前記一端における前記第１の導体と接続される方向に沿った前記第２の導体の幅が前記第１の区間における前記第２の導体の幅よりも広い、請求項１〜４の何れか一項に記載の線状アンテナ。
6. 前記第１の導体は、前記第２の導体に沿った外形形状を持つように形成される、請求項３に記載の線状アンテナ。
7. 基板と、
   線状アンテナと、
   前記基板の一方の面上に設けられ、前記線状アンテナを介して無線電波を放射または受信する信号処理回路とを有し、
   前記線状アンテナは、
   前記基板の前記一方の面の反対側の面に設けられ、導電性を有し、かつ、接地される第１の導体と、
   導電性を有し、一端にて前記第１の導体と接続され、他端が開放端となっており、前記一端と前記他端との間に設けられた屈曲点から前記他端までの第１の区間が前記基板の前記一方の面に沿って形成されるとともに、前記第１の区間の途中の給電点にて前記信号処理回路と接続され、前記第１の区間を前記第１の導体が設けられる面の法線方向に沿って投影したときに当該第１の区間のうちの前記給電点を含む少なくとも一部が前記第１の導体と重なるように形成され、かつ、設計波長の半分の整数倍に当該設計波長の1/4を加えた電気長を持つ第２の導体と、
   を有する電子機器。

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