JP2019121940A - アンテナ装置および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で利得変動を抑制できること。【解決手段】アンテナ装置１００は、ＧＮＤ面１０１と、放射部１０２とを有する。放射部１０２は、ＧＮＤ面１０１の一側部１０１ａに沿って設けられ、一端部１０２ａが給電点Ｐに接続され、給電点Ｐからの長さが通信波長λの１／４λの第１放射部１１１と、ＧＮＤ面１０１の他側部１０１ｃに沿って設けられ、第１放射部１１１と平行に設けられ、一端部が自由端１０２ｂとされ、自由端からの長さが通信波長λの１／４λの第２放射部１１２と、第１放射部１１１の他端部１０２ｃと第２放射部１１２の他端部１０２ｄとを導電接続する第３放射部１１３と、を有し、第１放射部１１１と第２放射部１１２に流れる電流が同じ方向である。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信を行うアンテナ装置および無線通信装置に関する。

時計型のウェアラブルデバイスは、活用が進んでおり、例えば、人体の状態の情報、例えば熱中症防止対策として脈拍などを検知する。このウェアラブルデバイスは電池容量が少ないため、検知した脈拍などの情報を、作業員が所持する無線通信装置（例えば、アドホック端末）に送信し、アドホック端末からデータセンターに情報を送信する利用形態が用いられる。

アンテナ装置の従来技術として、放射素子を地板の周囲に沿って折り返して配置し、複数の周波数帯で使用可能とした技術がある（例えば、下記特許文献１参照。）。また、給電点からＧＮＤ面に平行に伸びた第１素子と、コの字型に折れ曲がり第２素子とを平行に配置し、多重帯域の周波数帯域を独立して調整可能とした技術がある（例えば、下記特許文献２参照。）。また、グランドパターンに、コの字型の素子端部を給電点および接地点として接続し、入力インピーダンス変化等のアンテナ特性を改善した技術がある（例えば、下記特許文献３参照。）。また、給電点から伸びたアンテナをコの字型に折り曲げ、アンテナの放射効率を高めた技術がある（例えば、下記特許文献４参照。）。

特開２００６−１９７１３８号公報 特表２０１０−５２６４７１号公報 特開２０１３−０２６９３０号公報 特開２００８−２５２２０１号公報

上述したウェアラブルデバイスは、ユーザに対する装着位置が腕で固定であるのに対し、アドホック端末は、ウェアラブルデバイスと異なり、保持状態が自由であり、ユーザが任意の位置で保持する。例えば、アドホック端末は、ユーザが手で保持し、人体に対して位置が固定されず、また、胸や尻のポケットに入れて保持される。

このようなアドホック端末は、導電体と見做せる人体に対する位置が固定せずに変化することで、位置毎に放射電界が異なり、通信特性に変動（劣化）が生じる。従来の技術では、アドホック端末の人体との相対的な位置の変化による通信特性の変動（劣化）を防ぐことができなかった。

一つの側面では、本発明は、簡単な構造で利得変動を抑制できることを目的とする。

一つの案では、アンテナ装置は、ＧＮＤ面と、放射部とを有するアンテナ装置において、前記放射部は、前記ＧＮＤ面の一側部に沿って設けられ、一端部が給電点に接続され、前記給電点からの長さが通信波長λの１／４λの第１放射部と、前記ＧＮＤ面の他側部に沿って設けられ、前記第１放射部と平行に設けられ、一端部が自由端とされ、前記自由端からの長さが通信波長λの１／４λの第２放射部と、前記第１放射部の他端部と前記第２放射部の他端部とを導電接続する第３放射部と、を有し、前記第１放射部と前記第２放射部に流れる電流が同じ方向であることを要件とする。

一つの実施形態によれば、簡単な構造で利得変動を抑制できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかるアンテナ装置を示す図である。 図２は、既存の一般的なアンテナ装置を示す図である。 図３は、既存のアンテナ装置による使用位置別の利得の変動状態を説明する図である。 図４は、既存のアンテナ装置による使用位置別の指向性を示す図表である。 図５は、既存のアンテナ装置の電流分布を示す図である。 図６は、実施の形態にかかるアンテナ装置の電流分布を示す図である。 図７は、実施の形態にかかるアンテナ装置による使用位置毎の利得を示す図である。 図８は、実施の形態にかかるアンテナ装置の電界放射状態を示す図である。 図９は、実施の形態にかかるアンテナ装置の素子間隔を説明する図である。 図１０は、実施の形態のアンテナ装置の他の構成例を示す図である。 図１１は、図１０に示したアンテナ装置の電流分布を示す図である。 図１２は、実施の形態のアンテナ装置が設けられる無線通信装置のハードウェア構成例を示す図である。 図１３は、実施の形態のアンテナ装置の無線通信装置への実装例を示す図である。

（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかるアンテナ装置を示す図である。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側面図である。アンテナ装置１００は、上述したアドホック端末等のユーザが自由な位置で保持し、携帯可能な無線通信装置に設けられる。

図１に示すアンテナ装置１００は、所定面積の導電体からなるグランド（ＧＮＤ）面１０１と、ロッド状の導電体からなる放射部１０２と、を含む。放射部１０２は、一方の基端部１０２ａが給電点Ｐに接続され、ＧＮＤ面１０１の周囲にわたって、自由端である先端部１０２ｂまで所定長さ（３／４λ、λ：通信の基本波の波長）を有して設けられる。放射部１０２の長さについて、高調波ｎを含めた場合、全長は（４ｎ＋３）λ／４（但し、ｎ≧０の整数）となる。

放射部１０２は、例えば、金属の板体や棒状体を用いることができる。図１の例では、放射部１０２の先端部１０２ｂは、長さ方向Ｙに対し、ＧＮＤ面１０１よりも突出（５ｍｍ）して設けられる。なお、不図示であるが給電点Ｐにはインピーダンス整合用の整合回路が設けられる。

放射部１０２の基端部１０２ａは、給電点Ｐ部分に設けられ、ＧＮＤ面１０１に対して方向Ｚに所定高さを有する導電性の保持ブロック１０３に導電接続されている。放射部１０２は、ＧＮＤ面１０１の一側部１０１ａに沿った第１放射部１１１と、ＧＮＤ面１０１の他側部１０１ｃに沿った第２放射部１１２と、ＧＮＤ面１０１の底部１０１ｂに沿った第３放射部１１３と、を含む。

放射部１０２は、第１放射部１１１と、第２放射部１１２とを所定の間隔で平行に配置する。そして、第１放射部１１１の端部１０２ｃと、第２放射部１１２の端部１０２ｄとを第３放射部１１３により導電接続することで、放射部１０２は、１本の導電体により平面が略コの字型に形成される。なお、端部１０２ｃは、第１放射部１１１の基端部１０２ａの他端に位置し、端部１０２ｄは、第２放射部１１２の先端部１０２ｂの他端に位置する。

これら第１放射部１１１と、第２放射部１１２と、第３放射部１１３は、それぞれ略１／４λの長さを有する。なお、図１の例では、ＧＮＤ面１０１は、幅方向Ｘに対し、長さ方向Ｙを長く形成した直方体の形状としている。これに限らず、幅方向Ｘと長さ方向Ｙとを同じ長さとした正方形の形状としてもよい。

図１の例では、給電点Ｐは、一側部１０１ａの頂点（ＧＮＤ面１０１の角部）から長さ方向Ｙに所定長さを隔てて配置しているが、給電点Ｐは、一側部１０１ａの頂点（ＧＮＤ面１０１の角部）に配置してもよい。

図１（ｂ）に示すように、アンテナ装置１００は、全体が例えばＰＥＴ等の樹脂材の充填等で形成されるカバー１２０で覆われる。例えば、ＧＮＤ面１０１と、放射部１０２とを樹脂材でモールドすることで一つの部品としてアンテナ装置１００を製造できる。また、カバー１２０により、ＧＮＤ面１０１に対する放射部１０２の位置を固定位置に保持できるようになる。

これにより、所定のアンテナ特性を得ることができるようになるとともに、無線通信装置に対するアンテナ装置１００の組み込みの作業も容易に行えるようになる。なお、放射部１０２で囲まれたＧＮＤ面１０１部分には、無線通信装置の各種部品、例えば、バッテリや表示部を重ねて配置することができる。

次に、上述の構成のアンテナ装置１００について、既存のアンテナ装置の課題を含めて説明する。

図２は、既存の一般的なアンテナ装置を示す図である。図２には、１／４λ逆Ｌ字型のアンテナ装置２００を示し、ＧＮＤ面２０１と、給電点Ｐから１／４λの長さでＧＮＤ面２０１の一側部２０１ａに沿って設けられる放射部２０２とを有している。なお、２０１ａはＧＮＤ面２０１の一側部、２０１ｂはＧＮＤ面２０１の底部、２０１ｃはＧＮＤ面２０１の他側部である。

ここで、図２に示す既存のアンテナ装置２００、および図１に示す実施の形態のアンテナ装置１００は、大きさ、例えば、ＧＮＤ面１０１，２０１が同様の大きさであるとする。

図３は、既存のアンテナ装置による使用位置毎の利得の変動状態を説明する図である。図３（ａ）は、ユーザである人体モデルと無線通信装置（アンテナ装置２００）の位置関係を示す図である。人体モデル３００は、人の胴体を矩形状にモデル化したものであり、人体定数は比誘電率が４１．５、導電率が０．９７Ｓ／ｍであるとする。そして、固定位置の人体モデル３００に対し、アンテナ装置２００を幅方向Ｘに沿って移動させたとする。移動距離は４００ｍｍである。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す各条件において、アンテナ装置２００を幅方向Ｘへ移動させたときの人体の正面方向（Ｚ方向）の動作利得のシミュレーション結果を示す図表である。横軸は、人体モデル３００に対するアンテナ装置２００の位置［ｍｍ］、縦軸は動作利得［ｄＢｉ］である。また、基本波（λ）は９２０ＭＨｚ、整合回路は、１／４逆Ｌ字型の放射部２０２−直列インダクタ（０．８［ｎＨ］）−並列インダクタ（１．８５［ｎＨ］）−給電点Ｐの回路構成である。

図３（ｂ）に示すように、アンテナ装置２００を人体モデル３００の左端（０ｍｍ）から幅方向Ｘに移動させるにしたがい、右端（４００ｍｍ）に近づく領域（３００ｍｍ〜４００ｍｍ）で動作利得が大きく変動していることがわかる。右端付近（３６０ｍｍ）で最も動作利得が低下している。このような、ユーザの人体に対するアンテナ装置２００（無線通信装置）の使用位置による利得の変動は、通信品質の劣化につながる。このため、人体に対するアンテナ装置２００（無線通信装置）の使用位置に変化があっても利得の変動を抑制する必要がある。なお、図３（ｂ）の特性は、基本波に対する動作利得を示しているが、高調波ｎ（ｎ＝１，２，…）においても同様の特性となる。

図４は、既存のアンテナ装置による使用位置別の指向性を示す図表である。図４（ａ）は、アンテナ装置２００（無線通信装置）を人体モデル３００の中央（２００ｍｍ）に配置したときの指向性Ｄを示すシミュレーション結果である。アンテナ装置２００（無線通信装置）が人体モデル３００の中央（２００ｍｍ）に位置した場合、アンテナ装置２００の放射パターンは人体モデル３００と逆方向の正面方向（１８０°）に向く指向性Ｄを有する。

図４（ｂ）は、アンテナ装置２００（無線通信装置）を人体モデル３００の右端付近（３６０ｍｍ）に配置したときの指向性Ｄを示すシミュレーション結果である。アンテナ装置２００（無線通信装置）が人体モデル３００の右端付近（３６０ｍｍ）に位置した場合、アンテナ装置２００の放射パターンは人体モデル３００の背後方向の（０°）の部分指向性ｄ１を有している。加えて、人体モデル３００の正面方向（１８０°）の部分指向性ｄ２が図４（ａ）に比して弱い部分を有する。

図５は、既存のアンテナ装置の電流分布を示す図である。アンテナ装置２００のＧＮＤ面２０１上の電流分布をシミュレーションした結果を示す。図５に示すように、アンテナ装置２００では、素子（放射部）２０２が配置されている一側部２０１ａ側の電流が強くなっている。このことから、発明者らはこの電流によって生じる電界が人体モデル３００の側面（右側）に回り込み、正面方向に電波が放射されない状態（図４（ｂ））が生じていると推測した。

このような既存のアンテナ装置２００が有する課題の対策として、発明者らはアンテナ装置２００の給電点Ｐが設けられた一側部（右側）２０１ａだけではなく、左側の他側部２０１ｃにも強い電流を形成し、放射に寄与させることが有効と考えた。これにより、一側部（右側）２０１ａで電波が人体背後に回り込んだとしても、他側部（左側）２０１ｃの電波が人体の正面方向に電波を放射することができると推測した。

そして、既存のアンテナ装置２００のように、一側部（右側）２０１ａに１本の素子（放射部）２０２を配置した構成に加え、他側部（左側）２０１ｃにも１本の素子（放射部）２０２を追加配置することを検討した。しかし、この構成では、素子（放射部）２０２が２本となり、アンテナ本数が増えてアンテナ回路が複雑となり、また、実装も簡易に行えなくなる。

このため、実施の形態のアンテナ装置１００は、１本の素子（放射部）１０２だけで既存のアンテナ装置２００が有する課題を解決する。図１に示す実施の形態の放射部１０２は、ユーザ（人）が無線通信装置を手に持ったとき、無線通信装置（アンテナ装置１００）が主に移動する幅方向ＸにおけるＧＮＤ面１０１の両側部（一側部１０１ａおよび他側部１０１ｃ）に電流が強い領域を形成する。

このため、放射部１０２として、ＧＮＤ面１０１の一側部１０１ａに第１放射部１１１を設け、他側部１０１ｃに第２放射部１１２を設ける。そして、放射部１０２は、第１放射部１１１と第２放射部１１２を第３放射部１１３で接続する。後述するが、第１放射部１１１と第２放射部１１２は所定の利得が得られるように幅方向Ｘに対して適切な間隔に設定する。また、第１放射部１１１と第２放射部１１２に流れる電流の向きは同じ向きにする。このような実施の形態のアンテナ装置１００によって、人体に対するアンテナ装置１００の位置が変化しても、人体の正面方向に電波を放射できるようにし、安定した利得が得られるようにする。

図１に示した例では、放射部１０２は、第１放射部１１１と第２放射部１１２を直線状の第３放射部１１３で接続した略コの字状の例を示したがこれに限らない。実施の形態の放射部１０２は、第１放射部１１１と第２放射部１１２に流れる電流方向が同じ方向となるよう第３放射部１１３を設ければよく、第３放射部１１３の形状は各種形状とすることができる。例えば、第１放射部１１１の端部１０２ｃと、第２放射部１１２の端部１０２ｄとを導電接続する第３放射部１１３が直線状ではなく、折れ曲がった形状とし、放射部１０２全体が略Ｍの字形状としてもよい。さらには、第３放射部１１３がより多くの折れ曲がり箇所を有するギザギザの形状や、メアンダ形状としてもよい。

図６は、実施の形態にかかるアンテナ装置の電流分布を示す図である。図６（ａ）には、実施の形態のアンテナ装置１００（図１参照）のＧＮＤ面１０１上の電流分布をシミュレーションした結果を示す。この図６（ａ）は、素子（放射部）１０２は記載していないが、アンテナ装置１００として素子（放射部）１０２を設けた場合のＧＮＤ面１０１上の電流分布を示す。図６（ｂ）には、実施の形態のアンテナ装置１００の素子（放射部）１０２の電流の大きさおよび向きをシミュレーションした結果を示す。

図６（ａ）に示すように、アンテナ装置１００のＧＮＤ面１０１には、給電点Ｐが設けられた一側部１０１ａだけではなく、反対側の他側部１０１ｃにも電流が強い領域が形成されている。

また、図６（ｂ）に示すように、アンテナ装置１００の放射部１０２について、第１放射部１１１は、給電点Ｐに接続された基端部１０２ａの電流が最も大きく、長さ方向Ｙ（第３放射部１１３）に向けて次第に電流ｉが小さくなり０に至る。また、第２放射部１１２は、先端部１０２ｂの電流ｉが０であり、長さ方向Ｙ（第３放射部１１３）に向けて次第に電流ｉが大きくなる。ここで、第１放射部１１１と第２放射部１１２の電流ｉの向きは、いずれも長さ方向Ｙに沿った同方向である。

図７は、実施の形態にかかるアンテナ装置による使用位置毎の利得を示す図である。図７（ａ）は、ユーザである人体モデルと無線通信装置（アンテナ装置１００）の位置関係を示す図である。人体モデル３００の人体定数は、上記説明した既存のアンテナ装置２００（図３参照）と同じである。そして、固定位置の人体モデル３００に対し、アンテナ装置２００を幅方向Ｘに沿って移動させたとする。移動距離は４００ｍｍである。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す各条件において、アンテナ装置１００を幅方向Ｘへ移動させたときの人体の正面方向（Ｚ方向）の動作利得のシミュレーション結果を示す図表である。横軸は、人体モデル３００に対するアンテナ装置１００の位置［ｍｍ］、縦軸は動作利得［ｄＢｉ］である。また、基本波（λ）は９２０ＭＨｚである。整合回路は、３／４λコの字型の放射部１０２−並列インダクタ（５．０［ｎＨ］）−給電点Ｐの回路構成である。対比のために既存のアンテナ装置２００の特性も記載してある。

図７（ｂ）に示すように、実施の形態のアンテナ装置１００を、人体モデル３００の左端（０ｍｍ）から幅方向Ｘに移動させた場合、右端（４００ｍｍ）に至るまで動作利得の変動が小さい結果となった。

特に、既存のアンテナ装置２００では、右端（４００ｍｍ）に近づく領域（３００ｍｍ〜４００ｍｍ）で動作利得が大きく低下（２．５ｄＢ程度の変動）しているのに対し、この右端近傍の領域においても動作利得の変動を少なく（１ｄＢ以内）抑えることができた。また、実施の形態のアンテナ装置１００は、既存のアンテナ装置２００に対し、動作利得全体を向上できる。なお、図７（ｂ）の特性は、基本波に対する動作利得を示しているが、高調波ｎ（ｎ＝１，２，…）においても同様の特性が得られる。

図８は、実施の形態にかかるアンテナ装置の電界放射状態を示す図である。図８（ａ）は、実施の形態のアンテナ装置１００（無線通信装置）を人体モデル３００の右端付近（３６０ｍｍ）に配置したときの電界放射のシミュレーション結果である。

この図に示すように、実施の形態のアンテナ装置１００によれば、アンテナ装置１００（無線通信装置）の両端に強い電界が生じ、両端の電界が合成されて人体の正面方向（Ｚ方向）に放射されていることがわかる。

実施の形態によれば、アンテナ装置１００の両側部（一側部１０１ａおよび他側部１０１ｃ）から、それぞれ強い電界が放射されているのがわかる。実施の形態のアンテナ装置１００の両側部には、上述したように、ＧＮＤ面１０１の一側部１０１ａに第１放射部１１１が設けられ、ＧＮＤ面１０１の他側部１０１ｃに第２放射部１１２が設けられている。

実施の形態のアンテナ装置１００においても、人体モデル３００の背後にも電界が回り込む成分を有するが、第１放射部１１１と、第２放射部１１２に対応して強い電界が幅方向Ｘの２か所で有している。これにより、第２放射部１１２側の電界が人体モデル３００の正面方向（Ｚ方向）への放射に寄与していると推測される。

図８（ｂ）は、対比用に既存のアンテナ装置２００の電解放射のシミュレーション結果である。既存のアンテナ装置２００では、アンテナ装置２００の一側部（右側）から、強い電界が放射されているのがわかる。既存のアンテナ装置２００の一側部（右側）には、上述したように、ＧＮＤ面２０１の一側部２０１ａにのみ放射部２０２が設けられている。既存のアンテナ装置２００では、人体モデル３００の一側部２０１ａ（右側）から人体モデル３００の背後に回り込むことで、その分、人体モデル３００の正面方向（Ｚ方向）への放射が低くなっている。

このように、実施の形態のアンテナ装置１００によれば、アンテナ装置１００が人体モデル３００の一側部１０１ａ近傍に位置した場合であっても、人体モデル３００の正面方向（Ｚ方向）への放射を強めることができた。これは、アンテナ装置１００の放射部１０２として、ＧＮＤ面１０１の一側部１０１ａに第１放射部１１１を設け、さらに、ＧＮＤ面１０１の他側部１０１ｃに第２放射部１１２を設けたことに対応している。

既存のアンテナ装置２００では、放射された電波の電界強度は、アンテナ装置２００の中心位置から一側部（右側）に偏っている。これにより、既存のアンテナ装置２００が人体モデル３００の右側に位置したときには、一側部２０１ａ（右側）にのみ設けた放射部２０２から放射される電界が人体モデル３００の右側から背後に回り込む。そして、人体モデル３００の正面方向（Ｚ方向）への放射が低くなっているものと推測される。

これに対し、実施の形態のアンテナ装置１００では、放射された電波の電界強度は、アンテナ装置１００の中心位置から人体モデル３００の正面方向（Ｚ方向）に向けて偏りなく放射されている。これにより、実施の形態のアンテナ装置１００が人体モデル３００の右側に位置したときでも、両側部（右側および左側）に設けた放射部１０２から放射される電界により、人体モデル３００の正面方向（Ｚ方向）への放射を強めることができたものと推測される。

図９は、実施の形態にかかるアンテナ装置の素子間隔を説明する図である。図９（ａ）に示すように、アンテナ装置１００の放射部１０２の第１放射部１１１と第２放射部１１２は素子間隔λｘを有している。そして、この素子間隔λｘを可変させたときの特性を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）の横軸は素子間隔［λｘ］、縦軸は動作利得［ｄＢｉ］である。

素子間隔を狭くすると、第１放射部１１１と第２放射部１１２が互いに近接するため、放射部１０２は略ヘアピン形状となる。一方、素子間隔を広くすると、第１放射部１１１と第２放射部１１２が互いに離れるため、放射部１０２はほぼ直線状となる。

図９（ｂ）に示すように、素子間隔を狭くするほど、および素子間隔を広くするほど、利得が低下していく。これは、素子間隔を狭くするほど、および素子間隔を広くするほど、人体からの影響が大きいためである。

ここで、素子全体、すなわち放射部１０２の基端部１０２ａから先端部１０２ｂまでの全長（第１放射部１１１〜第３放射部１１３〜第２放射部１１２）は３／４λ、λ＝９２０ＭＨｚであるとする。この場合、図９（ｂ）に示すように、素子間隔λｘは、０．１２５〜０．３３［λｘ］の範囲が好適であり、最も動作利得が小さい−６ｄＢを基準としている。最適な素子間隔は利得が頂点に位置する０．２５［λｘ］λである。すなわち、アンテナ装置１００の人体影響を小さくするためには、素子間隔は、０．１２５［λｘ］以上、０．３３［λｘ］以下とすればよい。

図１０は、実施の形態のアンテナ装置の他の構成例を示す図である。図１０のアンテナ装置１００において、図１と同様の構成部には同一の符号を付している。図１０のアンテナ装置１００は、図１に比べて放射部１０２の先端部１０２ｂをＧＮＤ面１０１の上部１０１ｄに沿って幅方向Ｘに折り曲げたものである。

放射部１０２は、上述同様に３／４λの全長を有するものであれば、図１０のように先端部１０２ｂをさらに折り曲げてもよい。図１０の例では、先端部１０２ｂの折り曲げ部分の幅ｘ１は５ｍｍである。ここで、無線通信装置に対するアンテナ装置１００の収容状態、例えば、無線通信装置の内部に収容する各種電子部品の配置や形状、大きさに対応して、図１０に示すように先端部１０２ｂを部分的に折り曲げてもよい。

例えば、図１に示したアンテナ装置１００の構造では、給電点Ｐに接続される放射部１０２（第１放射部１１１）の基端部１０２ａがＧＮＤ面１０１の長さ方向Ｙの途中位置に位置している。この場合、放射部１０２の全長を３／４λとするには、図１に示したように、放射部１０２（第２放射部１１２）の先端部１０２ｂがＧＮＤ面１０１よりも上部に突出する。このような場合、図１０に示すように、放射部１０２の先端部１０２ｂを折り曲げる。これにより、放射部１０２の先端部１０２ｂの突出を防ぎ、アンテナ装置１００を簡単に取り扱いでき、無線通信装置に対するアンテナ装置１００の組み込み等の製造を容易に行えるようになる。

図１１は、図１０に示したアンテナ装置の電流分布を示す図である。図１１（ａ）には、図１０のアンテナ装置１００のＧＮＤ面１０１上の電流分布をシミュレーションした結果を示す。この図１１（ａ）は、素子（放射部）１０２は記載していないが、アンテナ装置１００として素子（放射部）１０２を設けた場合のＧＮＤ面１０１上の電流分布である。図１１（ｂ）には、図１０のアンテナ装置１００の素子（放射部）１０２の電流の大きさおよび向きをシミュレーションした結果を示す。

そして、図１１（ａ）に示すように、アンテナ装置１００のＧＮＤ面１０１には、給電点Ｐが設けられた一側部１０１ａだけではなく、反対側の他側部１０１ｃにも電流が強い領域が形成されている。図１１（ａ）は、図６（ａ）とほぼ電流分布となった。

また、図１１（ｂ）に示すように、アンテナ装置１００の放射部１０２について、第１放射部１１１は、給電点Ｐに接続された基端部１０２ａの電流が最も大きく、長さ方向Ｙ（第３放射部１１３）に向けて次第に電流ｉが小さくなり０に至る。また、第２放射部１１２は、折れ曲がった先端部１０２ｂの電流ｉが０であり、長さ方向Ｙ（第３放射部１１３）に向けて次第に電流ｉが大きくなる。ここで、第１放射部１１１と第２放射部１１２の電流ｉの向きは、いずれも長さ方向Ｙに沿った同方向である。

ここで、放射部１０２の先端部１０２ｂの電流は小さいため、上述した人体配置による特性変動の低減に対する影響は生じない。すなわち、図１０に示すように、放射部１０２の先端部１０２ｂを折り曲げた場合、および図１のように、放射部１０２の先端部１０２ｂをＧＮＤ面１０１から突出させた場合のいずれにおいても、放射部１０２の先端部１０２ｂの電流は０程度の小さな電流である。これにより、図１０のように、小さい電流の先端部１０２ｂを曲げた構成としたとき、人体に対するアンテナ装置１００の位置が変化しても、図１の構成例と同様に、利得変動を抑えることができる。

図１２は、実施の形態のアンテナ装置が設けられる無線通信装置のハードウェア構成例を示す図である。無線通信装置１２００は、制御部として機能するＣＰＵ等のプロセッサ１２０１、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１２０２、ＨＤＤ、ＳＳＤ、フラッシュメモリ等の記憶部１２０３、入出力インタフェース（ＩＦ）１２０４、無線通信部１２０５、を含む。１２０６は、ＣＰＵ１２０１と、周辺装置（メモリ１２０２、記憶部１２０３、入出力ＩＦ１２０４）、および無線通信部１２０５との間でデータ転送を行うためのバスである。

上記のＣＰＵはＣｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、ＲＯＭはＲｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭはＲａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略である。ＨＤＤはＨａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ、ＳＳＤはＳｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅの略である。

ＣＰＵ１２０１は、ＲＯＭ等のメモリ１２０２に格納された制御プログラムを実行し、この際、ＲＡＭ等のメモリ１２０２の一部を作業領域に使用することで無線通信装置の各機能、例えば、無線通信により送受信するデータ処理を行う。ＣＰＵ１２０１は、例えば、上述したように、ウェアラブル端末から送信されるユーザ（人体）の状態の情報を受信し、所定のデータ処理を行い、処理したデータをデータセンターに送信する。この際、ＣＰＵ１２０１は、記憶部１２０３をメモリ１２０２の拡張領域やバックアップ領域として使用してもよい。

入出力インタフェース（ＩＦ）１２０４は、無線通信装置１２００に対するデータの入出力を行う。例えば、入出力ＩＦ１２０４には、タッチパネルやキーボード、マイク等が接続され、ユーザ操作によるデータ入力が行える。また、入出力ＩＦ１２０４には、ＬＣＤ等の表示部が接続され、表示データを画面出力できる。ＬＣＤはＬｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙの略である。

無線通信部１２０５は、無線通信装置１２００を他の無線通信装置、例えば、上述したように、ユーザが手に装着したウェアラブル端末、およびデータセンターの無線通信部の間でそれぞれ無線通信によりデータを送受信する通信部である。使用する周波数は、例えば、９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯である。無線通信部１２０５には、上述したアンテナ装置１００が接続され、アンテナ装置１００を介して他の無線通信装置と無線電波によりデータを送受信する。

図１３は、実施の形態のアンテナ装置の無線通信装置への実装例を示す図である。無線通信装置１２００の内部には、上述したように、各種電子部品とともにアンテナ装置１００が実装される。

図１３（ａ）には、無線通信装置１２００としてのスマートフォン１２００ａに対するアンテナ装置１００の実装例を示す。アンテナ装置１００の放射部１０２（第１放射部１１１、第２放射部１１２、第３放射部１１３）は、スマートフォン１２００ａの内部に配置されるＬＣＤ１３０１の側辺に沿って配置することができる。また、アンテナ装置１００のＧＮＤ面１０１は、フレキシブルケーブル等によりＬＣＤ１３０１にＧＮＤ接続することができる。

図１３（ｂ）には、無線通信装置１２００としてのタブレット１２００ｂに対するアンテナ装置１００の実装例を示す。アンテナ装置１００の放射部１０２（第１放射部１１１、第２放射部１１２、第３放射部１１３）は、タブレット１２００ｂの内部に配置される電子部品，例えばＳＳＤ１３０２の側辺に沿って配置することができる。また、アンテナ装置１００のＧＮＤ面１０１は、フレキシブルケーブル等によりＳＳＤ１３０２にＧＮＤ接続することができる。なお、符号１３０３は、ＬＣＤである。

図１３（ａ）の例では、アンテナ装置１００の放射部１０２は、スマートフォン１２００ａ（無線通信装置１２００）の外周に沿って配置される。図１３（ｂ）の例では、アンテナ装置１００の放射部１０２は、タブレット１２００ｂ（無線通信装置１２００）の内部の電子部品（ＳＳＤ１３０２）の外周に沿って配置される。

図１３（ａ），（ｂ）のいずれの例においても、アンテナ装置１００が有する外径、すなわちＧＮＤ面１０１、あるいは放射部１０２が有する幅、長さ、厚さに対応する電子部品と重ねて配置することができる。

この際、図１に示したように、ＧＮＤ面１０１の面上で、放射部１０２としての第１放射部１１１、第２放射部１１２、第３放射部１１３で囲まれた領域に上記のＬＣＤ１２０１やＳＳＤ１３０１を配置する。また、アンテナ装置１００の外径に合わせて収容する電子部品の外径を決定してもよい。これにより、無線通信装置１２００内において、アンテナ装置１００を効率よく配置でき、設置スペースを削減できるようになる。

以下に、実施の形態と、上記の特許文献１〜４に記載の発明との対比を説明しておく。特許文献１〜４に記載の発明では、いずれも無線通信装置と人体との相対的な位置の変化によるアンテナ装置の通信特性の変動（劣化）を防ぐことができない。

実施の形態によれば、放射部１０２は、ＧＮＤ面１０１を中心として両側部にそれぞれ１／４λの長さを有する第１放射部１１１と第２放射部１１２を設けたものであり、第１放射部１１１と第２放射部１１２の電流方向は同じである。そして、第１放射部１１１と第２放射部１１２は、無線通信装置（アンテナ装置１００）が移動する幅方向Ｘに対して直交する長さ方向Ｙに沿って、適切な素子間隔λｘを有して設けられる。

これにより、実施の形態によれば、無線通信装置（アンテナ装置１００）が幅方向Ｘに移動して、人体（人体モデル３００）の側部に位置したときでも、人体の背面に対する電界の回り込みを抑えることができる。そして、正面方向への電界の成分を強めることができ、利得の低下に伴うアンテナ特性の劣化を抑えることができる。

これに対し、特許文献１に記載の発明は、複数の通信周波数帯を使用するために、放射素子が（２ｎ＋１）／４（ｎは、ｎ＞１の整数）の長さに設定したものであり、実施の形態で用いる３／４λの長さは含まれない。仮に、特許文献１の放射素子を３／４λの長さにした場合には、アンテナ特性が劣化する。また、放射素子がほぼ全周にわたり設けられたものであり、実施の形態で説明した放射部１０２と相違し、また、電流方向が同じ第１放射部１１１と第２放射部１１２を有していない。これにより、無線通信装置（アンテナ装置１００）が移動したとき人体と相対的な位置の変化によって利得が変化し、アンテナ特性が劣化する。

また、特許文献２に記載の発明は、平行な第１素子と第２素子が近接して配置されたヘアピン構造であり、実施の形態のような最適な素子間隔λｘを有していない。また、無線通信装置（アンテナ装置１００）の移動時の人体と相対的な位置の変化に対応した素子配置ではない。これにより、十分な利得を得ることができず、また、無線通信装置（アンテナ装置１００）が移動したとき人体と相対的な位置の変化によって利得が変化し、アンテナ特性が劣化する。

また、特許文献３に記載の発明は、逆Ｌ字型の素子構造であり、第１素子と第２素子が近接して配置されたヘアピン構造であり、迂回素子も近接して配置された構造であり、実施の形態のような最適な素子間隔λｘを有していない。また、ＧＮＤ面から離れて迂回素子が配置された構造であり、実施の形態のように、放射部１０２がＧＮＤ面１０１の外周に沿って配置された構成と相違する。これにより、特許文献３ではＧＮＤ面の両側部に強い電流分布が得られない。また、無線通信装置（アンテナ装置１００）の移動時の人体と相対的な位置の変化に対応した素子配置ではない。これにより、無線通信装置（アンテナ装置１００）が移動したとき人体と相対的な位置の変化によって利得が変化し、アンテナ特性が劣化する。

また、特許文献４に記載の発明は、コの字型の素子構造であるが、第１導体部と第２導体部が近接して配置されており、実施の形態のような最適な素子間隔λｘを有していない。また、ＧＮＤ面から離れて第１導体部と第２導体部が配置された構造であり、実施の形態のように、放射部１０２がＧＮＤ面１０１の外周に沿って配置された構成と相違する。これにより、特許文献３ではＧＮＤ面の両側部に強い電流分布が得られない。また、無線通信装置（アンテナ装置１００）の移動時の人体と相対的な位置の変化に対応した素子配置ではない。これにより、無線通信装置（アンテナ装置１００）が移動したとき人体と相対的な位置の変化によって利得が変化し、アンテナ特性が劣化する。

以上説明した実施の形態のアンテナ装置によれば、簡単な構造で利得変動を抑制できるようになる。実施の形態のアンテナ装置は、アンテナ装置が設けられた無線通信装置をユーザが携帯したとき、主に無線通信装置が移動する幅方向ＸのＧＮＤ面の両側部に電流が強い領域を形成する。このため、アンテナ装置の素子である放射部として、ＧＮＤ面の一側部に第１放射部を設け、他側部に第２放射部を設ける。そして、第１放射部と第２放射部を第３放射部で接続し、第１放射部と第２放射部に流れる電流の向きは同じ向きとした。これにより、実施の形態によれば、アンテナ装置の位置が人体の右側あるいは左側および途中の各位置に位置するよう変化しても、いずれの場合でも人体の正面方向に電波を放射でき、移動した位置にかかわらず安定した利得を得ることができる。これにより、アンテナ装置のアンテナ特性を向上することができる。

そして、第１放射部と、第２放射部は、アンテナ装置の移動が変化する一方向（幅方向Ｘ）に対し所定の間隔を有し、前記一方向に直交する方向（長さ方向Ｙ）に沿って設ける。これにより、上述したような無線通信装置の移動によって、右側あるいは左側から人体背後に回り込む電界が生じるような場合でも、放射する電界の正面側の成分を強めることができ、利得を向上できるようになる。また、放射部は、第１放射部と第２放射部を第３放射部で繋ぐ形で導電接続することで、１本の素子で構成される。これにより、素子の本数を最小にして部品点数を削減できるとともに、整合回路を含めて簡単に製造でき、さらに、無線通信装置への実装を容易化できる。

また、放射部の全長を（４ｎ＋３）λ／４（但し、高調波ｎ≧０の整数）とすることで、高調波を含めた通信波長に対して最適な利得を有するアンテナ装置が得られるようになる。また、放射部の第１放射部と第２放射部の間隔を通信波長λに対し適切な間隔となるよう、例えば、０．１２５λ以上、０．３３λ以下の範囲とすることで、高い利得を得ることができ、０．２５λで最も高い利得が得られるようになる。

また、放射部の先端がＧＮＤ面から突出するような場合には、この自由端を所定長さだけＧＮＤ面に沿って折り曲げた構成としてもよい。この場合でも放射部の自由端は流れる電流が０であるため、利得の低下を防ぎつつ、組み立てや取り扱いを容易化できる。

また、無線通信装置に対してアンテナ装置を効率よく実装することができる。アンテナ装置のＧＮＤ面は平面状であり、無線通信装置の各種部品を重ねて配置できる。この際、無線通信装置の外周に沿って放射部を配置するほか、無線通信装置の各種部品の外周に沿って放射部を配置することで、実装スペースを効率的に使用できる。

上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）ＧＮＤ面と、放射部とを有するアンテナ装置において、
前記放射部は、
前記ＧＮＤ面の一側部に沿って設けられ、一端部が給電点に接続され、前記給電点からの長さが通信波長λの１／４λの第１放射部と、
前記ＧＮＤ面の他側部に沿って設けられ、前記第１放射部と平行に設けられ、一端部が自由端とされ、前記自由端からの長さが通信波長λの１／４λの第２放射部と、
前記第１放射部の他端部と前記第２放射部の他端部とを導電接続する第３放射部と、を有し、
前記第１放射部と前記第２放射部に流れる電流が同じ方向であることを特徴とするアンテナ装置。

（付記２）前記放射部の全長が（４ｎ＋３）λ／４（但し、高調波ｎ≧０の整数）であることを特徴とする付記１に記載のアンテナ装置。

（付記３）前記第１放射部と、前記第２放射部は、アンテナ装置の移動が変化する一方向に対し所定の間隔を有し、前記一方向に直交する方向に沿って設けられたことを特徴とする付記１または２に記載のアンテナ装置。

（付記４）前記第１放射部と、前記第２放射部の間隔は、０．１２５λ以上、０．３３λ以下の範囲であることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載のアンテナ装置。

（付記５）前記第１放射部と、前記第２放射部の間隔は、０．２５λであることを特徴とする付記４に記載のアンテナ装置。

（付記６）前記第２放射部の前記自由端から所定長さの部分を、前記ＧＮＤ面に沿ってさらに折り曲げたことを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載のアンテナ装置。

（付記７）前記第２放射部の折り曲げた部分の長さは、流れる電流が０程度の長さの部分であることを特徴とする付記６に記載のアンテナ装置。

（付記８）アンテナ装置を有し、他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置において、
他の無線通信装置との間で送受信するデータをデータ処理する制御部と、
他の無線通信装置との間で前記アンテナ装置を介した無線通信により、前記データを送受信する無線通信部と、を有し、
前記アンテナ装置は、
ＧＮＤ面と、放射部とを有し、
前記放射部は、
前記ＧＮＤ面の一側部に沿って設けられ、一端部が給電点に接続され、前記給電点からの長さが通信波長λの１／４λの第１放射部と、
前記ＧＮＤ面の他側部に沿って設けられ、前記第１放射部と平行に設けられ、一端部が自由端とされ、前記自由端からの長さが通信波長λの１／４λの第２放射部と、
前記第１放射部の他端部と前記第２放射部の他端部とを導電接続する第３放射部と、を有し、
前記第１放射部と前記第２放射部に流れる電流が同じ方向であることを特徴とする無線通信装置。

（付記９）前記放射部は、装置内の外周に沿って、または、装置内に設けられる電子部品の外周に沿って設けられたことを特徴とする付記８に記載の無線通信装置。

１００ アンテナ装置
１０１ ＧＮＤ面
１０２ 放射部
１０２ａ 基端部
１０２ｂ 先端部
１０３ 保持ブロック
１１１ 第１放射部
１１２ 第２放射部
１１３ 第３放射部
１２０ カバー
３００ 人体モデル
１２００ 無線通信装置
１２００ａ スマートフォン
１２００ｂ タブレット
１２０１ プロセッサ
１２０２ メモリ
１２０３ 記憶部
１２０４ 入出力インタフェース
１２０５ 無線通信部
１３０１，１３０３ ＬＣＤ
１３０２ ＳＳＤ
Ｐ 給電点
λｘ 素子間隔

Claims (8)

1. ＧＮＤ面と、放射部とを有するアンテナ装置において、
   前記放射部は、
   前記ＧＮＤ面の一側部に沿って設けられ、一端部が給電点に接続され、前記給電点からの長さが通信波長λの１／４λの第１放射部と、
   前記ＧＮＤ面の他側部に沿って設けられ、前記第１放射部と平行に設けられ、一端部が自由端とされ、前記自由端からの長さが通信波長λの１／４λの第２放射部と、
   前記第１放射部の他端部と前記第２放射部の他端部とを導電接続する第３放射部と、を有し、
   前記第１放射部と前記第２放射部に流れる電流が同じ方向であることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記放射部の全長が（４ｎ＋３）λ／４（但し、高調波ｎ≧０の整数）であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１放射部と、前記第２放射部は、アンテナ装置の移動が変化する一方向に対し所定の間隔を有し、前記一方向に直交する方向に沿って設けられた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. 前記第１放射部と、前記第２放射部の間隔は、０．１２５λ以上、０．３３λ以下の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のアンテナ装置。
5. 前記第１放射部と、前記第２放射部の間隔は、０．２５λであることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記第２放射部の前記自由端から所定長さの部分を、前記ＧＮＤ面に沿ってさらに折り曲げたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のアンテナ装置。
7. アンテナ装置を有し、他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置において、
   他の無線通信装置との間で送受信するデータをデータ処理する制御部と、
   他の無線通信装置との間で前記アンテナ装置を介した無線通信により、前記データを送受信する無線通信部と、を有し、
   前記アンテナ装置は、
   ＧＮＤ面と、放射部とを有し、
   前記放射部は、
   前記ＧＮＤ面の一側部に沿って設けられ、一端部が給電点に接続され、前記給電点からの長さが通信波長λの１／４λの第１放射部と、
   前記ＧＮＤ面の他側部に沿って設けられ、前記第１放射部と平行に設けられ、一端部が自由端とされ、前記自由端からの長さが通信波長λの１／４λの第２放射部と、
   前記第１放射部の他端部と前記第２放射部の他端部とを導電接続する第３放射部と、を有し、
   前記第１放射部と前記第２放射部に流れる電流が同じ方向であることを特徴とする無線通信装置。
8. 前記放射部は、装置内の外周に沿って、または、装置内に設けられる電子部品の外周に沿って設けられたことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。

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