JP2019213011A - アンテナ装置及び通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送受信する電波の周波数帯を適切に設定することができるアンテナ装置及び通信装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、アンテナ装置は、第１のスプリットリングと、第２のスプリットリングと、給電線と、を備える。第１のスプリットリングは、導電体から形成され、第１の空隙を有する。第２のスプリットリングは、導電体から形成され、前記第１のスプリットリングの開口部内に形成され、前記第１のスプリットリングの導電体と対向する位置に形成される第２の空隙を有する。給電線は、前記第１のスプリットリングに接続する。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置及び通信装置に関する。

通信装置が備えるアンテナ装置には、スプリットリングを用いるものがある。そのようなアンテナ装置は、スプリットリングのインダクタンス及びキャパシタンスに基づく共振周波数の電波を送受信する。

アンテナ装置を小型化すると、スプリットリングも同時に小型化し、インダクタンス及びキャパシタンスが低下する。その結果、アンテナ装置が送受信する電波の共振周波数が低下し、周波数帯を適切に設定することができない。

そのため、従来、アンテナ装置のインダクタンス及びキャパシタンスを増加させる技術が望まれる。

特願２０１４−１６５６８３号公報

上記の課題を解決するため、送受信する電波の周波数帯を適切に設定することができるアンテナ装置及び通信装置を提供する。

実施形態によれば、アンテナ装置は、第１のスプリットリングと、第２のスプリットリングと、給電線と、を備える。第１のスプリットリングは、導電体から形成され、第１の空隙を有する。第２のスプリットリングは、導電体から形成され、前記第１のスプリットリングの開口部内に形成され、前記第１のスプリットリングの導電体と対向する位置に形成される第２の空隙を有する。給電線は、前記第１のスプリットリングに接続する。

図１は、第１の実施形態に係るＰＯＳシステムに構成例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る制御基板の構成例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係るスプリットリングの等価回路を示す回路図である。 図５は、第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。

実施形態に係るＰＯＳシステムは、商品などを決済する。ＰＯＳシステムでは、ＰＯＳ端末は、スキャナなどを用いて商品からコードを読み取る。また、ＰＯＳ端末は、プリンタなどを用いて決済に関する画像を印刷する。

ＰＯＳ端末は、アンテナ装置を通じて、スキャナ及びプリンタなどと無線でデータを送受信する。ＰＯＳ端末は、所定の周波数帯の電波を用いてスキャナ及びプリンタなどと通信する。

図１は、実施形態に係るＰＯＳシステム１の構成例を示す。図１が示すように、ＰＯＳシステム１は、ＰＯＳ端末１０（通信装置、外部装置）から構成される。また、ＰＯＳシステム１は、決済処理に関する周辺機器を備える。ここでは、ＰＯＳシステム１は、周辺機器として、スキャナ２０（通信装置、外部装置）及びプリンタ３０（通信装置、外部装置）などを備える。

なお、ＰＯＳシステム１は、図１が示すような構成の他に必要に応じた構成を具備したり、特定の構成を除外したりしてもよい。たとえば、ＰＯＳシステム１は、周辺機器として、キーボード、定置式バーコードスキャナ、ドロワ、自動釣銭機、クレジットカード端末、暗証番号入力機、ポイントカード端末又は客面表示器などを備えてもよい。

ＰＯＳ端末１０は、スキャナ２０及びプリンタ３０と無線でデータを送受信する。ＰＯＳ端末１０は、スキャナ２０及びプリンタ３０とデータを送受信することで決済処理を行う。

ＰＯＳ端末１０は、アンテナ装置１１を備える。アンテナ装置１１は、スキャナ２０及びプリンタ３０などの周辺機器とデータを送受信するためのインターフェースである。アンテナ装置１１は、所定の周波数帯の電波を用いて、スキャナ２０及びプリンタ３０とデータを送受信する。たとえば、アンテナ装置１１は、９２０ＭＨｚ帯の電波を送受信する。たとえば、アンテナ装置１１は、無線ＬＡＮ接続又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続などのために用いられる。

スキャナ２０は、商品などに添付されるコードを読み取る。スキャナ２０は、読み取ったコードをデコードして得られるデータをＰＯＳ端末１０へ送信する。

スキャナ２０は、アンテナ装置２１を備える。アンテナ装置２１は、ＰＯＳ端末１０などとデータを送受信するためのインターフェースである。アンテナ装置２１の構成は、アンテナ装置１１のそれと同様であるため説明を省略する。

プリンタ３０は、ＰＯＳ端末１０からの信号に基づいて所定のデータを印刷する。たとえば、プリンタ３０は、レシート又はクレジット明細などを印刷する。

プリンタ３０は、アンテナ装置３１を備える。アンテナ装置３１は、ＰＯＳ端末１０などとデータを送受信するためのインターフェースである。アンテナ装置３１の構成は、アンテナ装置１１のそれと同様であるため説明を省略する。

次に、ＰＯＳ端末１０の制御基板について説明する。

図２は、ＰＯＳ端末１０の制御基板１０１の構成例を示す図である。制御基板１０１上には、プロセッサ１０２、信号線１０３及びアンテナ装置１１が形成される。

制御基板１０１は、ＰＯＳ端末１０を制御するための基板である。制御基板１０１は、ＰＯＳ端末１０の内部に形成される。制御基板１０１は、アンテナ装置１１から供給される信号及びアンテナ装置１１へ供給する信号を制御する。たとえば、制御基板１０１は、所定の信号を変調しアンテナ装置１１へ供給する。また、制御基板１０１は、アンテナ装置１１からの信号を復調する。

プロセッサ１０２は、制御基板１０１全体の動作を制御する。即ち、プロセッサ１０２は、ＰＯＳ端末１０全体の動作を制御する機能を有する。プロセッサ１０２は、内部キャッシュ及び各種のインターフェースなどを備えてもよい。プロセッサ１０２は、内部メモリ又は外部メモリなどが予め記憶するプログラムを実行することにより種々の処理を実現するものであってもよい。なお、プロセッサ１０２がプログラムを実行することにより実現する各種の機能のうちの一部は、ハードウエア回路により実現されるものであってもよい。この場合、プロセッサ１０２は、ハードウエア回路により実行される機能を制御する。

また、プロセッサ１０２は、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）又はＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などであってもよい。

信号線１０３は、アンテナ装置１１と制御基板１０１とを接続する。即ち、信号線１０３は、アンテナ装置１１とプロセッサ１０２とを接続する。また、信号線１０３は、アンテナ装置１１を支持する構造を有するものであってもよい。

アンテナ装置１１は、所定の周波数帯の電波を送受信するために用いられるインターフェースである。アンテナ装置１１は、所定の共振周波数を有する。アンテナ装置１１は、共振周波数と同等の周波数帯の電波を送受信する。アンテナ装置１１は、信号線１０３を通じて、受信した電波の信号を制御基板１０１に供給する。また、アンテナ装置１１は、信号線１０３から供給される信号を電磁波に変換して外部に出力する。即ち、アンテナ装置１１は、電磁波放射器として動作する。

プロセッサ１０２は、商品などを決済する。たとえば、プロセッサ１０２は、スキャナ２０を通じて決済する商品から商品を示すコードを読み取る。コードを読み取ると、プロセッサ１０２は、コードが示す商品の代金を取得する。たとえば、プロセッサ１０２は、ＰＯＳ端末１０のメモリから代金を取得する。また、プロセッサ１０２は、外部装置から代金を取得してもよい。

代金を取得すると、プロセッサ１０２は、代金に基づいて商品を決済する。たとえば、プロセッサ１０２は、ドロワなどを用いて代金を収受する。また、プロセッサ１０２は、クレジットカードなどから取得したクレジットカード情報に基づいて決済処理を行う。

商品を決済すると、プロセッサ１０２は、プリンタ３０を用いて、決済に関する情報を印刷した用紙を出力する。たとえば、プロセッサ１０２は、プリンタ３０を用いて、レシート又はクレジット明細などを出力する。

なお、スキャナ２０及びプリンタ３０も同様にプロセッサを備える。スキャナ２０及びプリンタ３０のプロセッサの構成は、プロセッサ１０２のそれと同様であるため説明を省略する。

次に、アンテナ装置１１について説明する。図３は、アンテナ装置１１の構成例を示す図である。図３が示すように、アンテナ装置１１は、誘電体板２０１から構成される。

誘電体板２０１は、所定の誘電体から構成される。たとえば、誘電体板２０１は、セラミック又はプラスチックなどから構成される。誘電体板２０１は、所定の大きさ及び所定の厚みを有する矩形に形成される。

誘電体板２０１の所定の面には、第１のスプリットリング２１０及び第２のスプリットリング２３０が形成される。図３では、誘電体板２０１と第１のスプリットリング２１０及び第２のスプリットリング２３０とは、便宜上離れて描写されるが、実際には接着される。

第１のスプリットリング２１０は、所定の導電体から構成される。たとえば、第１のスプリットリング２１０は、所定の金属から構成される。第１のスプリットリング２１０は、誘電体板２０１とほぼ同一の大きさの矩形状に形成されるリングである。第１のスプリットリング２１０は、内部に開口部２１２を有する。

第１のスプリットリング２１０は、所定の幅で形成された４つの辺を有する。図３が示す例では、第１のスプリットリング２１０の下部の辺の幅は、他の辺よりの幅よりも大きく形成される。

第１のスプリットリング２１０は、第１の空隙２１１を有する。第１の空隙２１１は、所定の辺を横切って形成される。即ち、第１のスプリットリング２１０は、一部が切断されたリングである。言い換えると、第１のスプリットリング２１０は、Ｃ型に形成される。図３が示す例では、第１の空隙２１１は、上部の辺の中腹に形成される。

また、第１のスプリットリング２１０は、給電線２２０に接続する。給電線２２０は、一端を第１のスプリットリング２１０の所定の辺に接続する。図３が示す例では、給電線２２０は、第１のスプリットリング２１０の上部の辺に接続する。

給電線２２０は、所定の導電体から構成される。給電線２２０は、第１のスプリットリング２１０と同一の素材から構成されてもよいし、他の素材から構成されてもよい。

給電線２２０は、他端を信号線１０３に接続する。即ち、給電線２２０は、信号線１０３と第１のスプリットリング２１０とを電気的に接続する。給電線２２０は、信号線１０３からの電気信号を第１のスプリットリング２１０に供給し、又は、第１のスプリットリング２１０からの電気信号を信号線１０３に供給する。

なお、第１のスプリットリング２１０は、さらに図示しない他の給電線に接続してもよい。

図３が示す例では、給電線２２０は、第１のスプリットリング２１０の上部の辺から開口部２１２を通過するように形成される。

また、第１のスプリットリング２１０の開口部２１２内には、第２のスプリットリング２３０が形成される。第２のスプリットリング２３０は、第１のスプリットリング２１０に接触せずに開口部２１２内に形成される。

第２のスプリットリング２３０は、所定の導電体から構成される。たとえば、第２のスプリットリング２３０は、所定の金属から構成される。第２のスプリットリング２３０は、第１のスプリットリング２１０と同一の素材から構成されてもよいし、他の素材から構成されてもよい。

第２のスプリットリング２３０は、開口部２１２よりも小さく矩形状に形成されるリングである。第２のスプリットリング２３０は、内部に開口部２３２を有する。

第２のスプリットリング２３０は、所定の幅で形成された４つの辺を有する。図３が示す例では、第２のスプリットリング２３０の各辺の幅は、互いに同一に形成される。

第２のスプリットリング２３０は、第２の空隙２３１を有する。第２の空隙２３１は、所定の辺を横切って形成される。即ち、第２のスプリットリング２３０は、一部が切断されたリングである。言い換えると、第２のスプリットリング２３０は、Ｃ型に形成される。図３が示す例では、第２の空隙２３１は、下部の辺の中腹に形成される。

第２の空隙２３１は、第１のスプリットリング２１０の第１の空隙２１１と異なる位置に形成される。即ち、第２の空隙２３１は、第１の空隙２１１に対向しない位置に形成される。第２の空隙２３１は、第１のスプリットリング２１０の導電体と対向する位置に形成される。図３が示す例では、第２の空隙２３１は、第１の空隙２１１が形成される辺に対向する辺に向くように形成される。即ち、第２の空隙２３１は、第１の空隙２１１の向きと反対向きに形成される。

次に、第１のスプリットリング２１０及び第２のスプリットリング２３０の等価回路について説明する。
図４は、第１のスプリットリング２１０及び第２のスプリットリング２３０の等価回路を示す回路図である。

等価回路は、給電線２２０からの電流を供給される。また、等価回路は、電磁波によって生じる誘導起電力を給電線２２０に供給する。

等価回路は、第１のスプリットリング２１０のインダクタンスを有するコイルと第２のスプリットリング２３０のインダクタンスを有するコイルとを直列に接続する。また、等価回路は、第１の空隙２１１によって生じるキャパシタンスを有するコンデンサと、第２の空隙２３１によって生じるキャパシタンスを有するコンデンサと、第１のスプリットリング２１０及び第２のスプリットリング２３０の間のキャパシタンスを有するコンデンサとを並列に接続する。

等価回路の共振周波数は、以下の式（３００）によって表される。

式（３００）では、Ｌ_１は、第１のスプリットリング２１０のインダクタンスを示す。また、Ｌ_２は、第１のスプリットリング２１０のインダクタンスを示す。Ｃ_１は、第１のスプリットリング２１０の第１の空隙２１１によって生じるキャパシタンスを示す。Ｃ_２は、第２のスプリットリング２３０の第２の空隙２３１によって生じるキャパシタンスを示す。Ｃ_１２は、第１のスプリットリング２１０と第２のスプリットリング２３０との間のキャパシタンスを示す。

なお、第１のスプリットリング２１０及び第２のスプリットリング２３０は、矩形でなくともよい。第１のスプリットリング２１０及び第２のスプリットリング２３０は、円形又は多角形であってもよい。第１のスプリットリング２１０及び第２のスプリットリング２３０は、環状であればよく、特定の形状に限定されるものではない。

また、アンテナ装置１１は、誘電体板２０１を備えなくともよい。

以上のように構成されたアンテナ装置は、給電線に接続する第１のスプリットリングの開口部に第２のスプリットリングを備える。その結果、アンテナ装置の等価回路は、第１のスプリットリングのインダクタンスと第２のスプリットリングのインダクタンスを直列に接続する。従って、アンテナ装置の等価回路は、第１のスプリットリングのインダクタンスよりも大きなインダクタンスを有することができる。

また、アンテナ装置の等価回路は、第１のスプリットリングのキャパシタンスと第２のスプリットリングのキャパシタンスと第１のスプリットリング及び第２のスプリットリングの間のキャパシタンスを並列に接続する。従って、アンテナ装置の等価回路は、第１のスプリットリングのキャパシタンスよりも大きなキャパシタンスを有することができる。

式（３００）に従って、インダクタンス及びキャパシタンスが増加すると、等価回路の共振周波数は、低下する。その結果、アンテナ装置は、低い共振周波数を設定することができる。たとえば、小型化によって第１のスプリットリングのインダクタンス及びキャパシタンスが低下した場合であっても、アンテナ装置は、インダクタンス及びキャパシタンスを維持し共振周波数を維持することができる。その結果、アンテナ装置は、適切な周波数帯の電磁波を送受信することができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係るアンテナ装置は、誘電体板２０１の裏面に第２のスプリットリングを備える点で第１の実施形態に係るそれと異なる。従って、その他の点については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図５は、第２の実施形態に係るアンテナ装置１１’の構成例を示す図である。図５が示すように、アンテナ装置１１’は、誘電体板２０１から構成される。誘電体板２０１は、第１の面２０１ａ及び第２の面２０１ｂを備える。たとえば、誘電体板２０１は、２ｍｍ以下の厚さを有する。

第１の面２０１ａは、誘電体板２０１の所定の面である。図３が示す例では、第１の面２０１ａは、手前側の面を示す。

第２の面２０１ｂは、第１の面２０１ａに対向する面である。即ち、第２の面２０１ｂは、第１の面２０１ａの裏面である。図３が示す例では、第２の面２０１ｂは、奥側の面を示す。

誘電体板２０１の第１の面２０１ａには、第１のスプリットリング２１０が形成される。また、誘電体板２０１の第２の面２０１ｂには、第２のスプリットリング２３０’及び導電体板２４０が形成される。図３では、誘電体板２０１と第１のスプリットリング２１０、第２のスプリットリング２３０’及び導電体板２４０とは、便宜上離れて描写されるが、実際には接着される。

第１のスプリットリング２１０は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

前述の通り、第２のスプリットリング２３０’は、第２の面２０１ｂに形成される。第２のスプリットリング２３０’は、第１のスプリットリング２１０の開口部２１２内に形成される。即ち、第２のスプリットリング２３０’は、第１の面２０１ａにおける開口部２１２の領域に対向する第２の面２０１ｂの領域（対向領域）に形成される。

第２のスプリットリング２３０’は、対向領域と同一の大きさの矩形に形成される。即ち、第２のスプリットリング２３０’は、開口部２１２と同一の大きさのリングである。

第２のスプリットリング２３０’は、内部に開口部２３２’を有する。

第２のスプリットリング２３０’は、所定の幅で形成された４つの辺を有する。図５が示す例では、第２のスプリットリング２３０’の各辺の幅は、互いに同一に形成される。

第２のスプリットリング２３０’は、第２の空隙２３１’を有する。第２の空隙２３１’は、所定の辺を横切って形成される。即ち、第２のスプリットリング２３０’は、一部が切断されたリングである。言い換えると、第２のスプリットリング２３０’は、Ｃ型に形成される。図５が示す例では、第２の空隙２３１’は、下部の辺の中腹に形成される。

第２の空隙２３１’は、第１のスプリットリング２１０の第１の空隙２１１と異なる位置に形成される。即ち、第２の空隙２３１’は、第１の空隙２１１に対向しない位置に形成される。第２の空隙２３１’は、第１のスプリットリング２１０の導電体と対向する位置に形成される。図５が示す例では、第２の空隙２３１’は、第１の空隙２１１が形成される辺に対向する辺に向くように形成される。即ち、第２の空隙２３１’は、第１の空隙２１１の向きと反対向きに形成される。

また、導電体板２４０は、第２の面２０１ｂにおいて、第２のスプリットリング２３０’に接触せずに形成される。導電体板２４０は、第２のスプリットリング２３０’と所定の間隔を空けて下部に形成される。

導電体板２４０は、所定の導電体から構成される。たとえば、導電体板２４０は、所定の金属から構成される。導電体板２４０は、第１のスプリットリング２１０又は第２のスプリットリング２３０’と同一の素材から構成されてもよいし、他の素材から構成されてもよい。

導電体板２４０は、矩形に形成される。導電体板２４０は、第２の面２０１ｂにおいて第２のスプリットリング２３０’よりも下部を覆う大きさに形成される。なお、導電体板２４０の形状及び大きさは、特定の構成に限定されるものではない。

なお、アンテナ装置１１’は、導電体板２４０を備えなくともよい。
また、第２のスプリットリング２３０’は、開口部２１２に対向領域外に形成されてもよい。また、第２のスプリットリング２３０’は、対向領域に一部重なる位置に形成されてもよい。

以上のように構成されたアンテナ装置は、第１のスプリットリングが形成される誘電体板の面の裏面に第１のスプリットリングの開口部と同一の大きさの第２のスプリットリングを備える。その結果、第１のスプリットリングと第２のスプリットリングとは、第１の実施形態よりも近接して形成される。即ち、誘電体板の厚さが第１の実施形態における第１のスプリットリングと第２のスプリットリングとの隙間よりも薄ければ、第１のスプリットリングと第２のスプリットリングとは、第１の実施形態よりも近接して形成される。

従って、第１のスプリットリングと第２のスプリットリングとの間のキャパシタンスは、第１の実施形態よりも増加する。よって、アンテナ装置は、第１の実施形態よりも大きなキャパシタンスを有することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…システム、１０…ＰＯＳ端末、１１…アンテナ装置、１１’…アンテナ装置、２０…スキャナ、２１…アンテナ装置、３０…プリンタ、３１…アンテナ装置、１０１…制御基板、１０２…プロセッサ、１０３…信号線、２０１…誘電体板、２０１ａ…第１の面、２０１ｂ…第２の面、２１０…第１のスプリットリング、２１１…第１の空隙、２１２…開口部、２２０…給電線、２３０…第２のスプリットリング、２３０’…第２のスプリットリング、２３１…第２の空隙、２３１’…第２の空隙、２３２…開口部、２３２’…開口部、２４０…導電体板。

Claims (5)

1. 導電体から形成され、第１の空隙を有する第１のスプリットリングと、
   導電体から形成され、前記第１のスプリットリングの開口部内に形成され、前記第１のスプリットリングの導電体と対向する位置に形成される第２の空隙を有する第２のスプリットリングと、
   前記第１のスプリットリングに接続する給電線と、
   を備えるアンテナ装置。
2. 誘電体板を備え、
   前記第１のスプリットリング及び前記第２のスプリットリングは、前記誘電体板に形成される、
   前記請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１のスプリットリングは、前記誘電体板の第１の面に形成され、
   前記第２のスプリットリングは、前記第１の面に対向する第２の面に形成される、
   前記請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第２の空隙は、前記第１の空隙の向きと反対向きに形成される、
   前記請求項１乃至３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記請求項１乃至４の何れか１項に記載のアンテナ装置と、
   前記アンテナ装置を通じて外部装置とデータを送受信するプロセッサと、
   を備える通信装置。