JP2021087062A - アンテナ、無線通信モジュール及び無線通信機器 - Google Patents

アンテナ、無線通信モジュール及び無線通信機器 Download PDF

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Abstract

【課題】新たな、アンテナ、無線通信モジュール及び無線通信機器を提供する。【解決手段】アンテナは、第1方向に並ぶ複数の第1接続導体を含む第1接続導体群と、第2接続導体群と、第3接続導体群と、第1導体と、第2導体と、第1導体に電磁気的に接続されるように構成されている給電線とを含む。第2接続導体群は、第1方向に並ぶ複数の第2接続導体を含む。第2接続導体群は、第1方向に交わる第2方向に第1接続導体群と並ぶ。第3接続導体群は、第1方向に並ぶ複数の第3接続導体を含む。第3接続導体群は、第2方向に第1接続導体群及び第2接続導体群と並ぶ。第1導体は、第1接続導体群と第2接続導体群とを容量的に接続するように構成されている。第1導体は、第2接続導体群と第3接続導体群とを容量的に接続するように構成されている。第2導体は、第1接続導体群、第2接続導体群及び第3接続導体群に電気的に接続されるように構成されている。【選択図】図1

Description

本開示は、アンテナ、無線通信モジュール及び無線通信機器に関する。
アンテナから放射された電磁波は、金属導体で反射される。金属導体で反射された電磁波は、180度の位相ずれが生じる。反射された電磁波は、アンテナから放射された電磁波と合成される。アンテナから放射された電磁波は、位相のずれのある電磁波との合成によって、振幅が小さくなる場合がある。結果、アンテナから放射される電磁波の振幅は、小さくなる。アンテナと金属導体との距離を、放射する電磁波の波長λの1/4とすることで、反射波による影響を低減している。
これに対して、人工的な磁気壁によって、反射波による影響を低減する技術が提案されている。この技術は、例えば非特許文献1,2に記載されている。
村上他,"誘電体基板を用いた人工磁気導体の低姿勢設計と帯域特性" 信学論(B),Vol.J98−B No.2,pp.172−179 村上他,"AMC反射板付ダイポールアンテナのための反射板の最適構成" 信学論(B),Vol.J98−B No.11,pp.1212−1220
しかしながら、非特許文献1,2に記載の技術では、共振器の構造体を多数並べる必要がある。
本開示の目的は、新たな、アンテナ、無線通信モジュール及び無線通信機器を提供することにある。
本開示の一実施形態に係るアンテナは、第1方向に並ぶ複数の第1接続導体を含む第1接続導体群と、第2接続導体群と、第3接続導体群と、第1導体と、第2導体と、前記第1導体に電磁気的に接続されるように構成されている給電線とを含む。前記第2接続導体群は、前記第1方向に並ぶ複数の第2接続導体を含む。前記第2接続導体群は、前記第1方向に交わる第2方向に前記第1接続導体群と並ぶ。前記第3接続導体群は、前記第1方向に並ぶ複数の第3接続導体を含む。前記第3接続導体群は、前記第2方向に前記第1接続導体群及び前記第2接続導体群と並ぶ。前記第1導体は、前記第1接続導体群と前記第2接続導体群とを容量的に接続するように構成されている。前記第1導体は、前記第2接続導体群と前記第3接続導体群とを容量的に接続するように構成されている。前記第2導体は、前記第1接続導体群、前記第2接続導体群及び前記第3接続導体群に電気的に接続されるように構成されている。
本開示の一実施形態に係る無線通信モジュールは、上述のアンテナと、RF(Radio Frequency)モジュールとを有する。RFモジュールは、前記給電線に電気的に接続されるように構成されている。
本開示の一実施形態に係る無線通信機器は、上述の無線通信モジュールと、バッテリとを有する。前記バッテリは、前記無線通信モジュールに電力を供給するように構成されている。
本開示の一実施形態によれば、新たな、アンテナ、無線通信モジュール及び無線通信機器が提供され得る。
本開示の一実施形態に係るアンテナの斜視図である。 図1に示すアンテナの一部を分解した斜視図である。 図1に示すアンテナのA−A線に沿った断面図である。 第1周波数帯の電磁波が放射される際の電流及び電界を模式的に示す平面図である。 図4に示す状態の断面図である。 第2周波数帯の電磁波が放射される際の電流及び電界を模式的に示す平面図である。 図6に示す状態の断面図である。 第3周波数帯の電磁波が放射される際の電流及び電界を模式的に示す平面図である。 図8に示す状態の断面図である。 図1に示すアンテナの周波数に対する放射効率を示すグラフである。 周波数0.96[GHz]における図1に示すアンテナの電界分布を示す図である。 周波数0.96[GHz]における図1に示すアンテナの放射パターンを示す図である。 周波数1.78[GHz]における図1に示すアンテナの電界分布を示す図である。 周波数1.78[GHz]における図1に示すアンテナの放射パターンを示す図である。 周波数2.48[GHz]における図1に示すアンテナの電界分布を示す図である。 周波数2.48[GHz]における図1に示すアンテナの放射パターンを示す図である。 本開示の他の実施形態に係るアンテナの斜視図である。 図17に示すアンテナの一部を分解した斜視図である。 図17に示すアンテナの周波数に対する放射効率を示すグラフである。 周波数0.84[GHz]であるときの図17に示すアンテナの電界分布を示す図である。 周波数0.84[GHz]における図17に示すアンテナの放射パターンを示す図である。 周波数1.72[GHz]における図17に示すアンテナの電界分布を示す図である。 周波数1.72[GHz]における図17に示すアンテナの放射パターンを示す図である。 周波数2.08[GHz]における図17に示すアンテナの電界分布を示す図である。 周波数2.08[GHz]における図17に示すアンテナの放射パターンを示す図である。 本開示のさらに他の実施形態に係るアンテナの斜視図である。 図26に示すアンテナの一部を分解した斜視図である。 図26に示すアンテナの周波数に対する放射効率を示すグラフである。 周波数0.88[GHz]における図26に示すアンテナの電界分布を示す図である。 周波数0.88[GHz]における図26に示すアンテナの放射パターンを示す図である。 周波数1.76[GHz]における図26に示すアンテナの電界分布を示す図である。 周波数1.76[GHz]における図26に示すアンテナの放射パターンを示す図である。 周波数2.38[GHz]における図26に示すアンテナの電界分布を示す図である。 周波数2.38[GHz]における図26に示すアンテナの放射パターンを示す図である。 本開示の一実施形態に係る無線通信モジュールのブロック図である。 図35に示す無線通信モジュール1の概略構成図である。 本開示の一実施形態に係る無線通信機器のブロック図である。 図37に示す無線通信機器の平面視図である。 図37に示す無線通信機器の断面図である。
本開示において「誘電体材料」は、セラミック材料及び樹脂材料の何れかを組成として含み得る。セラミック材料は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ガラス母材中に結晶成分を析出させた結晶化ガラス、及び、雲母若しくはチタン酸アルミニウム等の微結晶焼結体を含む。樹脂材料は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、及び、液晶ポリマー等の未硬化物を硬化させたものを含む。
本開示において「導電性材料」は、金属材料、金属材料の合金、金属ペーストの硬化物、及び、導電性高分子の何れかを組成として含み得る。金属材料は、銅、銀、パラジウム、金、白金、アルミニウム、クロム、ニッケル、カドミウム鉛、セレン、マンガン、錫、バナジウム、リチウム、コバルト、及び、チタン等を含む。合金は、複数の金属材料を含む。金属ペースト剤は、金属材料の粉末を有機溶剤、及び、バインダとともに混練したものを含む。バインダは、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び、ポリエーテルイミド樹脂を含む。導電性ポリマーは、ポリチオフェン系ポリマー、ポリアセチレン系ポリマー、ポリアニリン系ポリマー、及び、ポリピロール系ポリマー等を含む。
以下、本開示の複数の実施形態について、図面を参照して説明する。図1から図39に示す構成要素において、同じ構成要素には、同じ符号を付す。
本開示の実施形態では、XYZ座標系が採用される。以下、X軸正方向とX軸負方向とを特に区別しない場合、X軸正方向とX軸負方向は、まとめて「X方向」と記載される。Y軸正方向とY軸負方向とを特に区別しない場合、Y軸正方向とY軸負方向は、まとめて「Y方向」と記載される。Z軸正方向とZ軸負方向とを特に区別しない場合、Z軸正方向とZ軸負方向は、まとめて「Z方向」と記載される。
以下、第1方向は、X方向として示す。第2方向は、Y方向として示す。第3方向は、Z方向として示す。第1平面は、XY平面として示す。ただし、第1方向は、第2方向と直交しなくてよい。第1方向は、第2方向と交わればよい。第3方向は、第1平面と直交しなくてよい。第3方向は、第1平面と交わればよい。
図1は、本開示の一実施形態に係るアンテナ10の斜視図である。図2は、図1に示すアンテナ10の一部を分解した斜視図である。図3は、図1に示すアンテナ10のA−A線に沿った断面図である。
図1及び図2に示すように、アンテナ10は、基体20と、第1接続導体群30と、第2接続導体群32と、第3接続導体群34と、第1導体40と、第2導体50と、給電線60とを含む。第1接続導体群30、第2接続導体群32、第3接続導体群34、第1導体40、第2導体50及び給電線60は、同じ導電性材料を含んでよいし、異なる導電性材料を含んでよい。
アンテナ10は、外部から第1導体40が位置する面へ入射する所定周波数の電磁波に対して、人工磁気壁特性(Artificial Magnetic Conductor Character)を示し得る。
本開示において「人工磁気壁特性」は、1つの共振周波数における入射波と反射波との位相差が0度となる面の特性を意味する。アンテナ10は、少なくとも1つの共振周波数のうちの少なくとも1つの近傍を動作周波数とし得る。人工磁気壁特性を有する面では、動作周波数帯において、入射波と反射波の位相差が−90度から+90度までの範囲より小さくなる。
基体20は、第1導体40を支持するように構成されている。基体20の外観形状は、第1導体40の形状に応じた、略直方体状であってよい。基体20は、誘電体材料を含み得る。基体20の比誘電率は、アンテナ10の所望の共振周波数に応じて適宜調整されてよい。
図3に示すように、基体20は、上部21と、側壁部22と、2個の柱部23とを有する。ただし、基体20は、アンテナ10の大きさ等に応じて、1個又は3個以上の柱部23を有してよい。基体20は、アンテナ10の大きさ等に応じて、柱部23を有さなくてよい。
上部21は、XY平面に沿って広がる。上部21は、第1導体40の形状に応じた、略長方形状であってよい。ただし、上部21は、第1導体40の形状に応じた形状であれば、任意の形状であってよい。上部21は、XY平面に略平行な2つの面を含む。上部21に含まれる当該2つの面のうち、一方は、基体20の外側を向く。他方は、基体20の内側を向く。
側壁部22は、略長方形状の上部21の外周部を囲む。側壁部22は、上部21の外周部に接続されている。側壁部22は、Z方向に沿って、上部21の外周部から第2導体50に向けて延在する。上部21と側壁部22とによって囲まれる領域は、空洞である。ただし、上部21と側壁部22とによって囲まれる領域の少なくとも一部は、誘電体材料等で充填されていてよい。
柱部23は、上部21と側壁部22とによって囲まれる領域の中に位置する。柱部23は、第1導体40と第2導体50との間に位置する。柱部23は、第1導体40と第2導体50との間の間隔を保持するように構成されている。2個の柱部23の各々は、互いに異なる位置で、第1導体40と第2導体50との間の間隔を保持するように構成されていてよい。Z方向から観た柱部23の形状は、クロス状であってよい。
図2に示すように、第1接続導体群30は、複数の第1接続導体31を含む。図2に示す構成では、第1接続導体群30は、2個の第1接続導体31を含む。ただし、第1接続導体群30は、例えば第1導体40の形状等に応じて、任意の数の第1接続導体31を含んでよい。
複数の第1接続導体31は、X方向に並ぶ。第1接続導体群30が3個以上の第1接続導体31を含む場合、複数の第1接続導体31がX方向に並ぶ間隔は、略等間隔であってよい。第1接続導体31は、Z方向に沿ってよい。第1接続導体31は、柱状の導体であってよい。第1接続導体31は、第1接続導体31の一端が第1導体40に電気的に接続され、第1接続導体31の他端が第2導体50に電気的に接続されるように、構成されていてよい。
第2接続導体群32は、Y方向において、第1接続導体群30と並ぶ。第2接続導体群32は、複数の第2接続導体33を含む。図2に示す構成では、第2接続導体群32は、2個の第2接続導体33を含む。ただし、第2接続導体群32は、例えば第1導体40の形状等に応じて、任意の数の第2接続導体33を含んでよい。
複数の第2接続導体33は、X方向に並ぶ。第2接続導体33がX方向に並ぶ間隔は、第1接続導体31がX方向に並ぶ間隔と略等しくてよい。第2接続導体33は、Z方向に沿ってよい。第2接続導体33は、柱状の導体であってよい。第2接続導体33は、第2接続導体33の一端が第1導体40に電気的に接続され、第2接続導体33の他端が第2導体50に電気的に接続されるように、構成されていてよい
第3接続導体群34は、Y方向において、第1接続導体群30及び第2接続導体群32と並ぶ。第3接続導体群34は、複数の第3接続導体35を含む。図2に示す構成では、第3接続導体群34は、2個の第3接続導体35を含む。ただし、第3接続導体群34は、例えば第1導体40の形状等に応じて、任意の数の第3接続導体35を含んでよい。
複数の第3接続導体35は、X方向に並ぶ。第3接続導体35がX方向に並ぶ間隔は、第1接続導体31がX方向に並ぶ間隔、及び、第2接続導体33がX方向に並ぶ間隔の少なくとも何れかと略等しくてよい。第3接続導体35は、Z方向に沿ってよい。第3接続導体35は、柱状の導体であってよい。第3接続導体35は、第3接続導体35の一端が第1導体40に電気的に接続され、第3接続導体35の他端が第2導体50に電気的に接続されるように、構成されていてよい。
第1導体40は、共振器として機能するように構成されている。第1導体40は、XY平面に沿って広がる。第1導体40は、基体20の上部21に位置する。第1導体40は、上部21に含まれるXY平面に略平行な2つの面のうち、基体20の内側を向く面に位置してよい。第1導体40は、平板状の導体であってよい。第1導体40の形状は、略長方形状であってよい。略長方形状の第1導体40の短辺は、X方向に沿う。略長方形状の第1導体40の長辺は、Y方向に沿う。
第1導体40は、第3導体41−1と、第3導体41−2と、接続部43a,43b,43c,43d,43e,43fとを含む。ただし、第1導体40は、接続部43a,43b,43c,43d,43e,43fを含まなくてよい。以下、第3導体41−1と第3導体41−2とを特に区別しない場合、これらは、まとめて「第3導体41」と記載される。第3導体41及び接続部43a〜43fは、同じ導電性材料を含んでよいし、異なる導電性材料を含んでよい。
第3導体41は、略長方形状であってよい。第3導体41は、4つの角部を含む。第3導体41は、X方向に沿う2つの辺と、Y方向に沿う2つの辺とを含む。第3導体41−1は、隙間42−1を有する。第3導体41−2は、隙間42−2を有する。以下、隙間42−1と隙間42−2を特に区別しない場合、これらは、まとめて「隙間42」と記載される。隙間42は、第3導体41のY方向に沿う2つの辺のうちの、一方の辺の中央部分から他方の辺の中央部分に向けて延在する。隙間42は、X方向に沿っている。X方向に沿う隙間42の中央付近の一部に、柱部23のZ軸正方向側の一部が位置してよい。隙間42の幅は、アンテナ10の所望の動作周波数に応じて、適宜調整されてよい。
第3導体41−1と第3導体41−2とは、Y方向に並ぶ。第3導体41−1のY軸正方向側のX方向に沿う一辺と、第3導体41−2のY軸負方向側のX方向に沿う一辺とは、一体化されている。第3導体41−1の4つの角部のうちのY軸正方向側の2つの角部と、第3導体41−2の4つの角部のうちのY軸負方向側の2つの角部とは、一体化されている。
接続部43a,43bは、各々、第3導体41−1のY軸負方向側の2つの角部に位置する。接続部43a,43bは、各々、第1接続導体31に電気的に接続されるように構成されている。接続部43a,43bの形状は、第1接続導体31に応じた、丸みを帯びた形状であってよい。第1導体40が接続部43a,43bを含まない場合、第3導体41−1のY軸負方向側の2つの角部は、第1接続導体31に電気的に直接接続されるように構成されてよい。
接続部43cは、第1導体40の2つの長辺のうちの、X軸正方向側の長辺の中央付近に位置する。接続部43cは、X軸正方向側において、一体化された第3導体41−1のY軸正方向側の角部及び第3導体41−2のY軸負方向側の角部に、位置する。接続部43cは、第2接続導体33に電気的に接続されるように構成されている。接続部43cの形状は、第2接続導体33に応じた、丸みを帯びた形状であってよい。第1導体40が接続部43cを含まない場合、一体化された第3導体41−1のY軸正方向側の角部及び第3導体41−2のY軸負方向側の角部は、第2接続導体33に電気的に直接接続されるように構成されていてよい。
接続部43dは、第1導体40の2つの長辺のうちの、X軸負方向側の長辺の中央付近に位置する。接続部43dは、X軸負方向側において、一体化された第3導体41−1のY軸正方向側の角部及び第3導体41−2のY軸負方向側の角部に、位置する。接続部43dは、第2接続導体33に電気的に接続されるように構成されている。接続部43dの形状は、第2接続導体33に応じた、丸みを帯びた形状であってよい。第1導体40が接続部43dを含まない場合、一体化された第3導体41−1のY軸正方向側の角部及び第3導体41−2のY軸負方向側の角部は、第2接続導体33に電気的に直接接続されるように構成されていてよい。
接続部43e,43fは、各々、第3導体41−2のY軸正方向側の2つの角部に位置する。接続部43e,43fは、各々、第3接続導体35に電気的に接続されるように構成されている。接続部43e,43fの形状は、第3接続導体35に応じた、丸みを帯びた形状であってよい。第1導体40が接続部43e,43fを含まない場合、第3導体41−2のY軸正方向側の2つの角部は、第3接続導体35に電気的に直接接続されるように構成されていてよい。
第1導体40は、第1接続導体群30と、第2接続導体群32とを容量的に接続するように構成されている。例えば、第3導体41−1は、接続部43a,43bによって第1接続導体31に電気的に接続され、接続部43c,43dによって第2接続導体33に電気的に接続されるように構成されている。第1接続導体31と、第2接続導体33とは、第3導体41−1の隙間42−1を介して、容量的に接続され得る。
第1導体40は、第2接続導体群32と、第3接続導体群34とを容量的に接続するように構成されている。例えば、第3導体41−2は、接続部43c,43dによって第2接続導体33に電気的に接続され、接続部43e,43fによって第3接続導体35に電気的に接続されるように構成されている。第2接続導体33と、第3接続導体35とは、第3導体41−2の隙間42−2を介して、容量的に接続され得る。
第1導体40は、第1接続導体群30と、第3接続導体群34とを容量的に接続するように構成されている。例えば、第3導体41−1は、接続部43a,43bによって第1接続導体31に電気的に接続されている。第3導体41−2は、接続部43e,43fによって第3接続導体35に電気的に接続されるように構成されている。第1接続導体群30と、第3接続導体群34とは、第3導体41−1の隙間42−1及び第3導体41−2の隙間42−2を介して、容量的に接続され得る。
第2導体50は、アンテナ10において基準となる電位を提供するように構成されている。第2導体50は、アンテナ10を備える機器のグラウンドに電気的に接続されるように構成されていてよい。第2導体50は、図3に示すように、基体20のZ軸負方向側に位置する。第2導体50のZ軸負方向側には、アンテナ10を備える機器の多様な部品が位置してよい。アンテナ10は、当該多様な部品が第2導体50のZ軸負方向側に位置しても、上述の人工磁気壁特性を有することにより、動作周波数での放射効率を維持し得る。
第2導体50は、図2に示すように、XY平面に沿って広がる。第2導体50は、平板状の導体であってよい。第2導体50は、Z方向において、第1導体40から離れている。第2導体50は、第1導体40に対向してよい。第2導体50は、第1導体40の形状に応じた、略長方形状であってよい。ただし、第2導体50は、第1導体40の形状に応じた、任意の形状であってよい。略長方形状の第2導体50の短辺は、X方向に沿う。略長方形状の第2導体50の長辺は、Y方向に沿う。第2導体50は、給電線60の構造に応じて、開口部50Aを有してよい。
第2導体50は、第4導体51−1と、第4導体51−2とを含む。以下、第4導体51−1と第4導体51−2とを特に区別しない場合、これらは、まとめて「第4導体51」と記載される。
第4導体51は、略長方形状であってよい。略長方形状の第4導体51は、4つの角部を含む。第4導体51−1は、第3導体41−1に対向する。第4導体51−2は、第3導体41−2に対向する。第4導体51−1のY軸正方向側のX方向に沿う一辺と、第4導体51−2のY軸負方向側のX方向に沿う一辺とは、一体化されている。第4導体51−1の4つの角部のうちのY軸正方向側の2つの角部と、第4導体51−2の4つの角部のうちのY軸負方向側の2つの角部とは、一体化されている。
第2導体50は、第1接続導体群30に電気的に接続されるように構成されている。例えば、第4導体51−1の4つの角部のうち、Y軸負方向側の2つの角部は、各々、第1接続導体31に電気的に接続されるように構成されている。
第2導体50は、第2接続導体群32に電気的に接続されるように構成されている。例えば、X軸正方向側及びX軸負方向側の各々において、一体化された第4導体51−1のY軸正方向側の角部及び第4導体51−2のY軸負方向側の角部は、第2接続導体33が電気的に接続されるように構成されている。
第2導体50は、第3接続導体群34に電気的に接続されるように構成されている。例えば、第4導体51−2の4つの角部のうち、Y軸正方向側の2つの角部は、各々、第3接続導体35が電気的に接続されるように構成されている。
給電線60の一部は、Z方向に沿っている。給電線60は、柱状の導体であってよい。給電線60の一部は、上部21と側壁部22とによって囲まれる領域の中に位置し得る。
給電線60は、第1導体40に電磁気的に接続されるように構成されている。本開示において「電磁気的な接続」は、電気的な接続又は磁気的な接続であってよい。例えば、給電線60の一端は、第1導体40に電気的に接続されるように構成されていてよい。給電線60の他端は、図2に示す第2導体50の開口部50Aから、外部に延在してよい。給電線60の他端は、外部の機器等に電気的に接続されるように構成されていてよい。
給電線60は、第1導体40に電力を給電するように構成されている。給電線60は、第1導体40からの電力を外部の機器等に給電するように構成されている。
図4は、第1周波数帯の電磁波が放射される際の電流L1,L2及び電界Eを模式的に示す平面図である。図4には、ある瞬間において、Z軸正方向側から観た電界Eの向きを示す。図4において、実線の電流L1,L2は、ある瞬間において、Z軸正方向側から観た第1導体40を流れる電流の向きを示す。破線の電流L1,L2は、ある瞬間において、Z軸正方向側から観た第2導体50を流れる電流の向きを示す。図5は、図4に示す状態の断面図である。
給電線60から第1導体40に電力が適宜給電されることにより、電流L1及び電流L2が励起され得る。アンテナ10は、電流L1及び電流L2によって、第1周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。第1周波数帯は、アンテナ10の動作周波数帯の1つである。
電流L1は、第1ループに沿って流れるループ電流となり得る。第1ループは、第1接続導体群30と、第2接続導体群32と、第1導体40と、第2導体50とを含み得る。例えば、第1ループは、第1接続導体31と、第2接続導体33と、第3導体41−1と、第4導体51−1とを含み得る。
電流L2は、第2ループに沿って流れるループ電流となり得る。第2ループは、第2接続導体群32と、第3接続導体群34と、第1導体40と、第2導体50とを含み得る。例えば、第2ループは、第2接続導体33と、第3接続導体35と、第3導体41−2と、第4導体51−2とを含み得る。
第1ループと第2ループとにおいて対応する部分を流れる電流L1の向きと電流L2の向きとは、同じ向きになり得る。例えば、第1ループに含まれる第2接続導体33と、第2ループに含まれる第3接続導体35とは、対応する部分である。ある瞬間では、図5に示すように、第1ループに含まれる第2接続導体33を流れる電流L1の向きと、第2ループに含まれる第3接続導体35を流れる電流L2の向きとは、同じZ軸負方向となり得る。また、第1ループに含まれる第1接続導体31と、第2ループに含まれる第2接続導体33とは、対応する部分である。ある瞬間では、第1ループに含まれる第1接続導体31を流れる電流L1の向きと、第2ループに含まれる第2接続導体33を流れる電流L2の向きは、同じZ軸正方向となり得る。
第1ループと第2ループとにおいて対応する部分を流れる電流L1の向きと電流L2の向きとが同じ向きになることにより、第1ループの第2接続導体33を流れる電流L1の向きと、第2ループの第2接続導体33を流れる電流L2の向きとは、逆向きになり得る。例えば、ある瞬間では、第1ループに含まれる第2接続導体33を流れる電流L1の向きがZ軸負方向となるとき、第2ループに含まれる第2接続導体33を流れる電流L2の向きは、Z軸正方向となり得る。第2接続導体33を流れる電流L1の向きと電流L2の向きとが逆向きになることにより、図4に示すように、電流L1によって生じる第2接続導体群32付近の電界の向きと、電流L2によって生じる第2接続導体群32付近の電界の向きとは、逆向きになり得る。これら2つの電界の向きが逆向きになることにより、電流L1によって生じる第2接続導体群32付近の電界と、電流L2によって生じる第2接続導体群32付近の電界とは、巨視的に観て、相殺され得る。
第1ループと第2ループとにおいて対応する部分を流れる電流L1の向きと電流L2の向きとが同じ向きになることにより、電流L1と電流L2は、1つの巨視的なループ電流とみなし得る。この巨視的なループ電流は、第1接続導体群30と、第3接続導体群34と、第1導体40と、第2導体50とを含むループに沿って流れるとみなし得る。この巨視的なループ電流によって生じる第1接続導体群30付近の電界の向きと、この巨視的なループ電流によって生じる第3接続導体群34付近の電界の向きとは、逆向きになり得る。例えば、図4に示すように、第1接続導体群30付近の電界の向きがZ軸正方向であるとき、第3接続導体群34付近の電界の向きは、Z軸負方向となり得る。
巨視的なループ電流によって、共振器としての第1導体40から観て、第1接続導体群30と第3接続導体群34とは、一対の電気壁として機能し得る。また、巨視的なループ電流によって、共振器としての第1導体40から観て、X軸正方向側のYZ平面と、X軸負方向側のYZ平面とは、一対の磁気壁として機能し得る。このような一対の電気壁と、一対の磁気壁とによって第1導体40が囲まれることにより、アンテナ10は、外部から第1導体40に入射する第1周波数帯の電磁波に対して、人工磁気壁特性を示す。
図6は、第2周波数帯の電磁波が放射される際の電流L3,L4及び電界Eを模式的に示す平面図である。図6には、ある瞬間において、Z軸正方向側から観た電界Eの向きを示す。図6において、実線の電流L3,L4は、ある瞬間において、Z軸正方向側から観た第1導体40を流れる電流の向きを示す。破線の電流L3,L4は、ある瞬間において、Z軸正方向側から観た第2導体50を流れる電流の向きを示す。図7は、図6に示す状態の断面図である。
給電線60から第1導体40に電力が適宜給電されることにより、第2周波数帯において電流L3及び電流L4が励起され得る。第2周波数帯は、アンテナ10の動作周波数帯の1つとなり得る。第2周波数帯に属する周波数は、第1周波数帯に属する周波数よりも、高い。
電流L3は、ある瞬間では、第3導体41−1を、第3導体41−1の中心付近から第3導体41−1の4つの角部の各々に向けて流れ得る。電流L3は、別の瞬間では、第3導体41−1を、第3導体41−1の4つの角部の各々から第3導体41−1の中心付近に向けて流れ得る。
電流L3は、ある瞬間では、第4導体51−1を、第4導体51−1の4つの角部の各々から第4導体51−1の中心付近に向けて流れ得る。電流L3は、別の瞬間では、第4導体51−1を、第4導体51−1の中心付近から第4導体51−1の4つの角部の各々に向けて流れ得る。
第1接続導体31を流れる電流L3の向きと、第2接続導体33を流れる電流L3の向きとは、同じ向きになり得る。例えば、ある瞬間では、図7に示すように、第1接続導体31を流れる電流L3の向きがZ軸負方向であるとき、第2接続導体33を流れる電流L3の向きは、Z軸負方向となり得る。別の瞬間では、第1接続導体31を流れる電流L3の向きがZ軸正方向であるとき、第2接続導体33を流れる電流L3の向きは、Z軸正方向となり得る。
第3導体41−1と、第4導体51−1と、第1接続導体31と、第2接続導体33とは、第1誘電体共振器を構成し得る。第1誘電体共振器は、電流L3が励振されることにより、誘電体共振器の共振モードであるTM(Transverse Magnetic)モードで共振し得る。
電流L4は、ある瞬間では、第3導体41−2を、第3導体41−2の中心付近から第3導体41−2の4つの角部の各々に向けて流れ得る。電流L4は、別の瞬間では、第3導体41−2を、第3導体41−2の4つの角部の各々から第3導体41−2の中心付近に向けて流れ得る。
電流L4は、ある瞬間では、第4導体51−2を、第4導体51−2の4つの角部の各々から第4導体51−2の中心付近に向けて流れ得る。電流L4は、別の瞬間では、第4導体51−2を、第4導体51−2の中心付近から第4導体51−2の4つの角部の各々に向けて流れ得る。
第2接続導体33を流れる電流L4の向きと、第3接続導体35を流れる電流L4の向きとは、同じ向きになり得る。例えば、ある瞬間では、図7に示すように、第2接続導体33を流れる電流L4の向きがZ軸負方向であるとき、第3接続導体35を流れる電流L4の向きは、Z軸負方向となり得る。別の瞬間では、第2接続導体33を流れる電流L4の向きがZ軸正方向であるとき、第3接続導体35を流れる電流L4の向きは、Z軸正方向となり得る。
第3導体41−2と、第4導体51−2と、第2接続導体33と、第3接続導体35とは、第2誘電体共振器を構成し得る。第2誘電体共振器は、電流L4が励振されることにより、誘電体共振器の共振モードであるTMモードで共振し得る。
アンテナ10は、第1接続導体群30を流れる電流の向きと、第2接続導体群32を流れる電流の向きと、第3接続導体群34を流れる電流の向きとが、同じ向きになることにより、第2周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。例えば、第1接続導体31及び第2接続導体33を流れる電流L3の向きと、第2接続導体33及び第3接続導体35を流れる電流L4の向きは、同じ向きになり得る。このような構成により、第2周波数帯では、電流L3により生じる第3導体41−1上の電界の向きと、電流L4により生じる第3導体41−2上の電界の向きとは、同じ向きになり得る。
アンテナ10は、第2周波数帯において、誘電体共振器アンテナとして働くように構成されている。第2周波数帯において、第1誘電体共振器と第2誘電体共振器とは、互いに同相の誘電体共振器のTMモードで共振し得る。
図8は、第3周波数帯の電磁波が放射される際の電流L5,L6及び電界Eを模式的に示す平面図である。図8には、ある瞬間において、Z軸正方向側から観た電界Eの向きを示す。図8において、実線の電流L5,L6は、ある瞬間において、Z軸正方向側から観た第1導体40を流れる電流の向きを示す。破線の電流L5,L6は、ある瞬間において、Z軸正方向側から観た第2導体50を流れる電流の向きを示す。図9は、図8に示す状態の断面図である。
給電線60から第1導体40に電力が適宜給電されることにより、第3周波数帯において電流L5及び電流L6が励起され得る。第3周波数帯は、アンテナ10の動作周波数帯の1つである。第3周波数帯に属する周波数は、第1周波数帯に属する周波数よりも、高い。第3周波数帯は、アンテナ10の構成等に応じて、第2周波数帯よりも高くなり得る。
電流L5は、図6に示す電流L3と類似に、第3導体41−1、第4導体51−1、第1接続導体31及び第2接続導体33を流れ得る。第1誘電体共振器は、電流L5が励振されることにより、誘電体共振器の共振モードであるTMモードで共振し得る。
電流L6は、図6に示す電流L4と類似に、第3導体41−2、第4導体51−2、第2接続導体33及び第3接続導体35を流れ得る。ただし、第2接続導体33及び第3接続導体35を流れる電流L6の向きは、第1接続導体31及び第2接続導体33を流れる電流L5の向きとは、逆になる。第2誘電体共振器は、電流L6が励振されることにより、第1誘電体共振器とは逆相のTMモードで共振し得る。
アンテナ10は、第1接続導体群30を流れる電流の向きと第3接続導体群34を流れる電流の向きとが、逆向きになることにより、第3周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。例えば、第1接続導体31及び第2接続導体33を流れる電流L5の向きと、第2接続導体33及び第3接続導体35を流れる電流の向きは、逆向きになり得る。このような構成により、電流L5により生じる第3導体41−1上の電界の向きと、電流L6により生じる第3導体41−2上の電界の向きとは、逆向きになり得る。
アンテナ10は、第3周波数帯において、誘電体共振器アンテナとして働くように構成されている。第3周波数帯において、第1誘電体共振器と第2誘電体共振器とは、互いに逆相の誘電体共振器のTMモードで共振し得る。
<シミュレーション結果>
図10は、図1に示すアンテナ10の周波数に対する放射効率を示すグラフである。図10に示すデータは、シミュレーションによって取得した。シミュレーションでは、アンテナ10のX方向の長さを54.3mmとし、アンテナ10のY方向の長さを101.9mmとし、アンテナ10のZ方向の高さを9.5mmとした。基体20の上部21の厚みを1.5mmとした。第1導体40のX方向の長さを47.6mmとし、第1導体40のY方向の長さを95.2mmとした。第2導体50のX方向の長さを54.3mmとし、第2導体50のY方向の長さを101.9mmとし、第2導体50のZ方向の厚みを1.0mmとした。第1接続導体31、第2接続導体33及び第3接続導体35のZ方向の長さを7mmとした。アンテナ10を、第2導体50が金属導体に対向するように、当該金属導体上に配置させた。金属導体のサイズを、300mm×300mmとした。
実線は、周波数に対する総合放射効率を示す。総合放射効率は、アンテナ10に給電される反射損失を含む電力に対して、アンテナ10から全放射方位へ放射された電磁波の電力の比率である。破線は、アンテナ放射効率を示す。アンテナ放射効率は、アンテナ10に給電される反射損失を含まない電力に対して、アンテナ10から全放射方位へ放射された電磁波の電力の比率である。
シミュレーションでは、総合放射効率が−7[dB(デシベル)]を超える周波数帯域を、評価対象とした。総合放射効率から、アンテナ10は、0.9[GHz(ギガヘルツ)]から1.0[GHz]の周波数帯及び1.1[GHz]から6.2GHzの周波数帯の広帯域で、利用可能である。
図11に、周波数0.96[GHz]におけるアンテナ10の電界分布を示す。図12に、周波数0.96[GHz]におけるアンテナ10の放射パターンを示す。図11に示すように、周波数が0.96[GHz]であるとき、電界は、Z軸正方向側において、第3接続導体群34から第1接続導体群30に向かう。つまり、周波数0.96[GHz]は、第1周波数帯の一部である。
図13に、周波数1.78[GHz]におけるアンテナ10の電界分布を示す。図14に、周波数1.78[GHz]におけるアンテナ10の放射パターンを示す。図13に示すように、周波数が1.78[GHz]であるとき、Z方向において、第3導体41−1上の電界の向きと、第3導体41−2上の電界の向きとは、同じ向きになり得る。つまり、周波数1.78[GHz]は、第2周波数帯の一部である。
図15に、周波数2.48[GHz]におけるアンテナ10の電界分布を示す。図16に、周波数2.48[GHz]におけるアンテナ10の放射パターンを示す。図15に示すように、周波数が2.48[GHz]であるとき、Z方向において、第3導体41−1上の電界の向きと、第3導体41−2上の電界の向きとは、逆向きになり得る。つまり、周波数2.48[GHz]は、第3周波数帯の一部である。
このようにアンテナ10は、第1周波数帯、第2周波数帯及び第3周波数帯の各々の電磁波を放射可能である。アンテナ10は、広帯域の電磁波を放射可能である。よって、本実施形態によれば、新たなアンテナ10が提供され得る。
図17は、本開示の他の実施形態に係るアンテナ110の斜視図である。図18は、図17に示すアンテナ110の一部を分解した斜視図である。
図17及び図18に示すように、アンテナ110は、基体20と、第1接続導体群30と、第2接続導体群32と、第3接続導体群34と、第1導体140と、第2導体50と、給電線60とを含む。第1接続導体群30、第2接続導体群32、第3接続導体群34、第1導体140、第2導体50及び給電線60は、同じ導電性材料を含んでよいし、異なる導電性材料を含んでよい。
アンテナ110は、外部から第1導体140が位置する面へ入射する所定周波数の電磁波に対して、人工磁気壁特性を示し得る。
第1導体140は、共振器として機能するように構成されている。第1導体140は、XY平面に沿って広がる。第1導体140は、基体20の上部21に位置する。第1導体140は、図3に示す第1導体40と類似に、上部21に含まれるXYに略平行な2つの面のうち、基体20の内側を向く面上に位置してよい。第1導体140は、平板状の導体であってよい。第1導体140の形状は、略長方形状であってよい。略長方形状の第1導体140の短辺は、X方向に沿う。略長方形状の第1導体140の長辺は、Y方向に沿う。
図18に示すように、第1導体140は、第3導体141−1と、第3導体141−2と、隙間144とを含む。第1導体140は、接続部43a,43b,43e,43f及び接続部143c,143dを含む。第1導体140は、接続部43a,43b,43e,43f及び接続部143c,143dを含まなくてよい。以下、第3導体141−1と第3導体141−2とを特に区別しない場合、これらは、まとめて「第3導体141」と記載される。第3導体141、接続部43a,43b,43e,43f及び接続部143c,143dは、同じ導電性材料を含んでよいし、異なる導電性材料を含んでよい。
第3導体141は、共振器として機能するように構成されている。第3導体141は、略長方形状であってよい。第3導体141は、4つの角部を含む。第3導体141は、X方向に沿う2つの辺と、Y方向に沿う2つの辺とを含む。
第3導体141−1と第3導体141−2とは、隙間144を挟んでY方向に並ぶ。第3導体141−1と第3導体141−2とは、隙間144を挟んで並ぶことにより、互いに容量的に接続されるように構成されている。隙間144は、接続部143cから接続部143dに向けて延在する。隙間144の幅は、アンテナ110の所望の動作周波数に応じて、適宜調整されてよい。
第3導体141−1は、隙間142−1と、隙間145−1とを含む。第3導体141−2は、隙間142−2と、隙間145−2とを含む。隙間142−1と隙間142−2とを特に区別しない場合、これらは、まとめて「隙間142」と記載される。隙間145−1と隙間145−2とを特に区別しない場合、これらは、まとめて「隙間145」と記載される。
隙間142は、第3導体141のY方向に沿う2つの辺のうちの、一方の辺の中央部分から他方の辺の中央部分に向けて延在する。隙間142は、X方向に沿っている。X方向に沿う隙間142の中央付近の一部の幅は、隙間142の他の部分の幅と比べて、広くてよい。隙間142の当該中央付近の一部に、柱部23のZ軸正方向側の一部が位置してよい。隙間142の幅は、アンテナ110の所望の動作周波数に応じて、適宜調整されてよい。
隙間145は、第3導体141のX方向に沿う2つの辺のうちの、一方の辺の中央部分から他方の辺の中央部分に向けて延在する。隙間145は、Y方向に沿っている。隙間145−1のY軸正方向側と隙間145−2のY軸負方向側とは、隙間144を介して、接続されていてよい。Y方向に沿う隙間145の中央付近の幅は、隙間145の他の部分の幅と比べて広くてよい。Y方向に沿う隙間145の中央付近に、柱部23のZ軸正方向側の一部が位置してよい。隙間145の幅は、アンテナ110の所望の動作周波数に応じて、適宜調整されてよい。
接続部143cは、第1導体140の2つの長辺のうちの、X軸正方向側の長辺の中央付近に位置する。接続部143cは、第3導体141−1のY軸正方向側の2つの角部のうちの、X軸正方向側の角部に、位置する。接続部143cは、第3導体141−2のY軸負方向側の2つの角部のうちの、X軸正方向側の角部に、位置する。接続部143cは、第2接続導体33に電気的に接続されるように構成されている。接続部143cの形状は、第2接続導体33に応じた、丸みを帯びた形状であってよい。第1導体140が接続部143cを含まない場合、第3導体141−1のY軸正方向側の2つの角部のうちのX軸正方向側の角部は、第2接続導体33に電気的に直接接続されるように構成されていてよい。第1導体140が接続部143cを含まない場合、第3導体141−2のY軸負方向側の2つの角部のうちのX軸正方向側の角部は、第2接続導体33に電気的に直接接続されるように構成されていてよい。
接続部143dは、第1導体140の2つの長辺のうちの、X軸負方向側の長辺の中央付近に位置する。接続部143dは、第3導体141−1のY軸正方向側の2つの角部のうちの、X軸負方向側の角部に、位置する。接続部143dは、第3導体141−2のY軸負方向側の2つの角部のうちの、X軸負方向側の角部に、位置する。接続部143dは、第2接続導体33に電気的に接続されるように構成されている。接続部143dの形状は、第2接続導体33に応じた、丸みを帯びた形状であってよい。第1導体140が接続部143dを含まない場合、第3導体141−1のY軸正方向側の2つの角部のうちのX軸負方向側の角部は、第2接続導体33に電気的に直接接続されるように構成されていてよい。第1導体140が接続部143dを含まない場合、第3導体141−2のY軸負方向側の2つの角部のうちのX軸負方向側の角部は、第2接続導体33に電気的に直接接続されるように構成されていてよい。
第1導体140は、第1接続導体群30と、第2接続導体群32とを容量的に接続するように構成されている。例えば、第3導体141−1は、接続部43a,43bによって第1接続導体31に電気的に接続され、接続部143c,143dによって第2接続導体33に電気的に接続されるように構成されている。第1接続導体31と、第2接続導体33とは、第3導体141−1の隙間142−1及び隙間145−1を介して、容量的に接続され得る。
第1導体140は、第2接続導体群32と、第3接続導体群34とを容量的に接続するように構成されている。例えば、第3導体141−2は、接続部143c,143dによって第2接続導体33に電気的に接続され、接続部43e,43fによって第3接続導体35に電気的に接続されるように構成されている。第2接続導体33と、第3接続導体35とは、第3導体141−2の隙間142−2及び隙間145−2を介して、容量的に接続され得る。
第1導体140は、第1接続導体群30と、第3接続導体群34とを容量的に接続するように構成されている。例えば、第3導体141−1は、接続部43a,43bによって第1接続導体31に電気的に接続されている。第3導体141−2は、接続部43e,43fによって第3接続導体35に電気的に接続されるように構成されている。第1接続導体群30と、第3接続導体群34とは、第3導体141−1の隙間142−1及び隙間145−1と、隙間144と、第3導体141−2の隙間142−2及び隙間145−2とを介して、容量的に接続され得る。
図4及び図5に示す構成と同一又は類似に、アンテナ110は、第1周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。アンテナ110は、第1ループ及び第2ループに沿って流れるループ電流によって、第1周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。
図6及び図7に示す構成と同一又は類似に、アンテナ110は、第2周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。アンテナ110は、第1接続導体群30を流れる電流の向きと、第2接続導体群32を流れる電流の向きと、第3接続導体群34を流れる電流の向きとが、同じ向きになることにより、第2周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。アンテナ110は、第2周波数帯において、誘電体共振器アンテナとして働くように構成されている。第2周波数帯において、第1誘電体共振器と、第2誘電体共振器とは、互いに同相の誘電体共振器のTMモードで共振し得る。
図8及び図9に示す構成と同一又は類似に、アンテナ110は、第3周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。アンテナ110は、第1接続導体群30を流れる電流の向きと第3接続導体群34を流れる電流の向きとが、逆向きになることにより、第3周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。アンテナ110は、第3周波数帯において、誘電体共振器アンテナとして働くように構成されている。第3周波数帯において、第1誘電体共振器と、第2誘電体共振器とは、互いに逆相の誘電体共振器のTMモードで共振し得る。
<シミュレーション結果>
図19は、図17に示すアンテナ110の周波数に対する放射効率を示すグラフである。図19に示すデータは、シミュレーションによって取得した。シミュレーションでは、アンテナ110のサイズを、図10に示すシミュレーションのアンテナ10と同じにした。シミュレーションでは、第1導体140のサイズを、図10に示すシミュレーションの第1導体40のサイズと同じにした。アンテナ110を、図10に示すシミュレーションと同じに、第2導体50が金属導体に対向するように、当該金属導体上に配置させた。金属導体としては、300mm×300mmのサイズを有するものが用いられた。
実線は、周波数に対する総合放射効率を示す。破線は、アンテナ放射効率を示す。シミュレーションでは、図10に示すシミュレーションと同じに、総合放射効率が−7[dB]を超える周波数帯域を、評価対象とした。総合放射効率から、アンテナ110は、0.8[GHz]から1.0[GHz]の周波数帯、1.3[GHz]から5.3GHzの周波数帯、及び、5.5[GHz]から6.0[GHz]の周波数帯の広帯域で、利用可能である。
図20に、周波数0.84[GHz]におけるアンテナ110の電界分布を示す。図21に、周波数0.84[GHz]におけるアンテナ110の放射パターンを示す。図20に示すように、周波数が0.84[GHz]であるとき、電界は、Z軸正方向側において、第3接続導体群34から第1接続導体群30に向かう。つまり、周波数0.84[GHz]は、第1周波数帯の一部である。
図22に、周波数1.72[GHz]におけるアンテナ110の電界分布を示す。図23に、周波数1.72[GHz]におけるアンテナ110の放射パターンを示す。図22に示すように、周波数が1.72[GHz]であるとき、Z方向において、第3導体141−1上の電界の向きと、第3導体141−2上の電界の向きとは、同じ向きになり得る。つまり、周波数1.72[GHz]は、第2周波数帯の一部である。
図24に、周波数2.08[GHz]におけるアンテナ110の電界分布を示す。図25に、周波数2.08[GHz]におけるアンテナ110の放射パターンを示す。図24に示すように、周波数が2.08[GHz]であるとき、Z方向において、第3導体141−1上の電界の向きと、第3導体141−2上の電界の向きとは、逆向きになり得る。つまり、周波数2.08[GHz]は、第3周波数帯の一部である。
このようにアンテナ110は、第1周波数帯、第2周波数帯及び第3周波数帯の各々の電磁波を放射可能である。アンテナ110は、広帯域の電磁波を放射可能である。よって、他の実施形態によれば、新たなアンテナ110が提供され得る。
アンテナ110のその他の効果及び構成は、図1に示すアンテナ10と同じ又は類似である。
図26は、本開示のさらに他の実施形態に係るアンテナ210の斜視図である。図27は、図26に示すアンテナ210の一部を分解した斜視図である。
図26及び図27に示すように、アンテナ210は、基体20と、第1接続導体群30と、第2接続導体群32と、第3接続導体群34と、第1導体240と、第2導体50と、給電線60とを含む。第1接続導体群30、第2接続導体群32、第3接続導体群34、第1導体240、第2導体50及び給電線60は、同じ導電性材料を含んでよいし、異なる導電性材料を含んでよい。
アンテナ210は、外部から第1導体240が位置する面へ入射する所定周波数の電磁波に対して、人工磁気壁特性を示し得る。
第1導体240は、第3導体241−1と、第3導体241−2と、容量素子C1,C2,C3,C4と、接続部43a,43b,43c,43d,43e,43fとを含む。ただし、第1導体240は、接続部43a,43b,43c,43d,43e,43fを含まなくてよい。以下、第3導体241−1と第3導体241−2とを特に区別しない場合、これらは、まとめて「第3導体241」と記載される。第3導体241及び接続部43a〜43fは、同じ導電性材料を含んでよいし、異なる導電性材料を含んでよい。
第3導体241は、共振器として機能するように構成されている。第3導体241は、略長方形状であってよい。第3導体241は、4つの角部を含む。第3導体241は、X方向に沿う2つの辺と、Y方向に沿う2つの辺とを含む。第3導体241−1は、隙間242−1と、隙間245−1とを有する。第3導体241−2は、隙間242−2と、隙間245−2を有する。以下、隙間242−1と隙間242−2を特に区別しない場合、これらは、まとめて「隙間242」と記載される。隙間245−1と隙間245−2を特に区別しない場合、これらは、まとめて「隙間245」と記載される。
第3導体241−1と第3導体241−2とは、Y方向に並ぶ。第3導体241−1のY軸正方向側のX方向に沿う一辺と、第3導体241−2のY軸負方向側のX方向に沿う一辺とは、一体化されている。第3導体241−1の4つの角部のうちのY軸正方向側の2つの角部と、第3導体241−2の4つの角部のうちのY軸負方向側の2つの角部とは、一体化されている。
隙間242は、第3導体241のY方向に沿う2つの辺のうちの、一方の辺の中央部分から他方の辺の中央部分に向けて延在する。隙間242は、X方向に沿っている。X方向に沿う隙間242の中央付近の一部に、柱部23のZ軸正方向側の一部が位置してよい。隙間242の幅は、アンテナ10の所望の動作周波数に応じて、適宜調整されてよい。
隙間245は、第3導体241のX方向に沿う2つの辺のうちの、一方の辺の中央部分から他方の辺の中央部分に向けて延在する。隙間245は、Y方向に沿っている。Y方向に沿う隙間245の中央部分の一部に、柱部23のZ軸正方向側の一部が位置してよい。隙間245−1のY軸正方向側の端部と、隙間245−2のY軸負方向側の端部とは、接続されていてよい。
容量素子C1〜C4は、チップコンデンサ等であってよい。容量素子C1は、隙間242−1のX軸正方向側の端部に位置する。容量素子C2は、隙間242−1のX軸負方向側の端部に位置する。容量素子C3は、隙間242−2のX軸正方向側の端部に位置する。容量素子C4は、隙間242−2のX軸負方向側の端部に位置する。ただし、容量素子C1〜C4は、アンテナ10の所望の動作周波数に応じて、隙間242−1,242−2,245−1,245−2の任意の箇所に位置してよい。容量素子C1〜C4の容量値は、アンテナ10の所望の動作周波数に応じて、適宜調整されてよい。
第1導体240は、第1接続導体群30と、第2接続導体群32とを容量的に接続するように構成されている。例えば、第3導体241−1は、接続部43a,43bによって第1接続導体31に電気的に接続され、接続部43c,43dによって第2接続導体33に電気的に接続されるように構成されている。第1接続導体31と、第2接続導体33とは、第3導体241−1の隙間242−1及び隙間245−1と、容量素子C1及び容量素子C2とを介して、容量的に接続され得る。
第1導体240は、第2接続導体群32と、第3接続導体群34とを容量的に接続するように構成されている。例えば、第3導体241−2は、接続部43c,43dによって第2接続導体33に電気的に接続され、接続部43e,43fによって第3接続導体35に電気的に接続されるように構成されている。第2接続導体33と、第3接続導体35とは、第3導体241−2の隙間242−2及び隙間245−2と、容量素子C3及び容量素子C4とを介して、容量的に接続され得る。
第1導体240は、第1接続導体群30と、第3接続導体群34とを容量的に接続するように構成されている。例えば、第3導体241−1は、接続部43a,43bによって第1接続導体31に電気的に接続されている。第3導体241−2は、接続部43e,43fによって第3接続導体35に電気的に接続されるように構成されている。第1接続導体31と、第3接続導体35とは、第3導体241−1の隙間242−1及び隙間245−1と、第3導体241−2の隙間242−2及び隙間245−2と、容量素子C1〜C4とを介して、容量的に接続され得る。
図4及び図5に示す構成と同一又は類似に、アンテナ210は、第1周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。アンテナ210は、第1ループ及び第2ループに沿って流れるループ電流によって、第1周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。
図6及び図7に示す構成と同一又は類似に、アンテナ210は、第2周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。アンテナ210は、第1接続導体群30を流れる電流の向きと、第2接続導体群32を流れる電流の向きと、第3接続導体群34を流れる電流の向きとが、同じ向きになることにより、第2周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。アンテナ210は、第2周波数帯において、誘電体共振器アンテナとして働くように構成されている。第2周波数帯において、第1誘電体共振器と、第2誘電体共振器とは、互いに同相の誘電体共振器のTMモードで共振し得る。
図8及び図9に示す構成と同一又は類似に、アンテナ210は、第3周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。アンテナ210は、第1接続導体群30を流れる電流の向きと第3接続導体群34を流れる電流の向きとが、逆向きになることにより、第3周波数帯の電磁波を放射するように構成されている。アンテナ210は、第3周波数帯において、誘電体共振器アンテナとして働くように構成されている。第3周波数帯において、第1誘電体共振器と、第2誘電体共振器とは、互いに逆相の誘電体共振器のTMモードで共振し得る。
<シミュレーション結果>
図28は、図26に示すアンテナ210の周波数に対する放射効率を示すグラフである。図28に示すデータは、シミュレーションによって取得した。シミュレーションでは、アンテナ210のサイズを、図10に示すシミュレーションのアンテナ10と同じにした。シミュレーションでは、第1導体240のサイズを、図10に示すシミュレーションの第1導体40のサイズと同じにした。アンテナ210を、図10に示すシミュレーションと同じに、第2導体50が金属導体に対向するように、当該金属導体上に配置させた。金属導体としては、300mm×300mmのサイズを有するものが用いられた。
シミュレーションでは、容量素子C1の容量値を1.3[pF(ピコファラッド)]とし、容量素子C2の容量値を1.1[pF]とした。容量素子C3の容量値を0.8[pF]とし、容量素子C4の容量値を1.1[pF]とした。
実線は、周波数に対する総合放射効率を示す。破線は、アンテナ放射効率を示す。シミュレーションでは、図10に示すシミュレーションと同じに、総合放射効率が−7[dB]を超える周波数帯域を、評価対象とした。総合放射効率から、アンテナ210は、0.8[GHz]から1.1[GHz]の周波数帯、及び、1.4[GHz]から6.0GHzの周波数帯の広帯域で、利用可能である。
図29に、周波数0.88[GHz]におけるアンテナ210の電界分布を示す。図30に、周波数0.88[GHz]におけるアンテナ210の放射パターンを示す。図29に示すように、周波数が0.88[GHz]であるとき、電界は、Z軸正方向側において、第3接続導体群34から第1接続導体群30に向かう。つまり、周波数0.88[GHz]は、第1周波数帯の一部である。
図31に、周波数1.76[GHz]におけるアンテナ210の電界分布を示す。図32に、周波数1.76[GHz]におけるアンテナ210の放射パターンを示す。図31に示すように、周波数が1.76[GHz]であるとき、Z方向において、第3導体241−1上の電界の向きと、第3導体241−2上の電界の向きとは、同じ向きになり得る。つまり、周波数1.76[GHz]は、第2周波数帯の一部である。
図33に、周波数2.38[GHz]におけるアンテナ210の電界分布を示す。図34に、周波数2.38[GHz]におけるアンテナ210の放射パターンを示す。図33に示すように、周波数が2.38[GHz]であるとき、Z方向において、第3導体241−1上の電界の向きと、第3導体241−2上の電界の向きとは、逆向きになり得る。つまり、周波数2.38[GHz]は、第3周波数帯の一部である。
このようにアンテナ210は、第1周波数帯、第2周波数帯及び第3周波数帯の各々の電磁波を放射可能である。アンテナ210は、広帯域の電磁波を放射可能である。よって、他の実施形態によれば、新たなアンテナ210が提供され得る。
アンテナ210のその他の効果及び構成は、図1に示すアンテナ10と同じ又は類似である。
図35は、本開示の一実施形態に係る無線通信モジュール1のブロック図である。図36は、図35に示す無線通信モジュール1の概略構成図である。
無線通信モジュール1は、アンテナ10と、RFモジュール12と、グラウンド導体13A及び有機基板13Bを有する回路基板14とを備える。ただし、無線通信モジュール1は、アンテナ10の代わりに、図17に示すアンテナ110又は図26に示すアンテナ210を備えてよい。
アンテナ10は、図36に示すように、回路基板14の上に位置する。アンテナ10の給電線60は、回路基板14を介して、図35に示すRFモジュール12に電気的に接続されるように構成されている。アンテナ10の第2導体50は、回路基板14が有するグラウンド導体13Aに電磁気的に接続されるように構成されている。
グラウンド導体13Aは、導電性材料を含み得る。グラウンド導体13Aは、XY平面に広がり得る。XY平面において、グラウンド導体13Aの面積は、アンテナ10の第2導体50の面積よりも大きい。グラウンド導体13AのY方向に沿った長さは、アンテナ10の第2導体50のY方向に沿った長さより、長い。グラウンド導体13AのX方向に沿った長さは、アンテナ10の第2導体50のX方向に沿った長さより、長い。アンテナ10は、Y方向において、グラウンド導体13Aの中心より端側に位置し得る。アンテナ10の中心は、XY平面においてグラウンド導体13Aの中心と異なり得る。給電線60が図1に示す第1導体40に電気的に接続される箇所は、XY平面におけるグラウンド導体13Aの中心と異なり得る。
アンテナ10では、第1周波数帯において、第1ループ及び第2ループに沿ってループ電流が生じ得る。アンテナ10がグラウンド導体13Aの中心よりY方向において端側に位置することで、グラウンド導体13Aを流れる電流経路が非対称になる。グラウンド導体13Aを流れる電流経路が非対称になることで、アンテナ10及びグラウンド導体13Aを含むアンテナ構造体は、放射波のX方向の偏波成分が大きくなる。放射波のX方向の偏波成分が大きくすることで、放射波は、総合放射効率が向上し得る。
アンテナ10は、回路基板14と一体であってよい。アンテナ10と回路基板14とが一体である場合、アンテナ10の第2導体50は、回路基板14のグラウンド導体13Aと一体であり得る。
RFモジュール12は、アンテナ10に給電する電力を制御するように構成され得る。RFモジュール12は、ベースバンド信号を変調して、アンテナ10に供給するように構成されている。RFモジュール12は、アンテナ10が受信した電気信号を、ベースバンド信号に変調するように構成され得る。
アンテナ10は、回路基板14側の導体による共振周波数の変化が小さい。無線通信モジュール1は、アンテナ10を備えることで、外部環境から受ける影響を低減し得る。
図37は、本開示の一実施形態に係る無線通信機器2のブロック図である。図38は、図37に示す無線通信機器2の平面視図である。図39は、図37に示す無線通信機器2の断面図である。
図37に示すように、無線通信機器2は、無線通信モジュール1と、センサ15と、バッテリ16と、メモリ17と、コントローラ18とを備える。図38に示すように、無線通信機器2は、導体部材3上に位置してよい。無線通信機器2は、筐体19を備えてよい。
センサ15は、例えば、速度センサ、振動センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、回転角センサ、角速度センサ、地磁気センサ、マグネットセンサ、温度センサ、湿度センサ、気圧センサ、光センサ、照度センサ、UVセンサ、ガスセンサ、ガス濃度センサ、雰囲気センサ、レベルセンサ、匂いセンサ、圧力センサ、空気圧センサ、接点センサ、風力センサ、赤外線センサ、人感センサ、変位量センサ、画像センサ、重量センサ、煙センサ、漏液センサ、バイタルセンサ、バッテリ残量センサ、超音波センサ又はGPS(Global Positioning System)信号の受信装置等を含んでよい。
バッテリ16は、無線通信モジュール1に電力を供給するように構成されている。バッテリ16は、センサ15、メモリ17、及び、コントローラ18の少なくとも1つに電力を供給するように構成され得る。バッテリ16は、1次バッテリ及び二次バッテリの少なくとも一方を含み得る。バッテリ16のマイナス極は、図36に示す回路基板14のグラウンド端子に電気的に接続されるように構成されている。バッテリ16のマイナス極は、アンテナ10の第2導体50に電気的に接続されるように構成されている。
メモリ17は、例えば半導体メモリ等を含み得る。メモリ17は、コントローラ18のワークメモリとして機能するように構成され得る。メモリ17は、コントローラ18に含まれ得る。メモリ17は、無線通信機器2の各機能を実現する処理内容を記述したプログラム、及び、無線通信機器2における処理に用いられる情報等を記憶する。
コントローラ18は、例えばプロセッサを含み得る。コントローラ18は、1以上のプロセッサを含んでよい。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、及び、特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けICを含んでよい。特定用途向けICは、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)ともいう。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイスを含んでよい。プログラマブルロジックデバイスは、PLD(Programmable Logic Device)ともいう。PLDは、FPGA(Field-Programmable Gate Array)を含んでよい。コントローラ18は、1つ又は複数のプロセッサが協働するSoC(System-on-a-Chip)、及び、SiP(System In a Package)の何れかであってよい。コントローラ18は、メモリ17に、各種情報又は無線通信機器2の各構成部を動作させるためのプログラム等を格納してよい。
コントローラ18は、無線通信機器2から送信する送信信号を生成するように構成されている。コントローラ18は、例えば、センサ15から測定データを取得するように構成されていてよい。コントローラ18は、測定データに応じた送信信号を生成するように構成されていてよい。コントローラ18は、無線通信モジュール1のRFモジュール12にベースバンド信号を送信するように構成され得る。
図38に示すように、筐体19は、無線通信機器2の他のデバイスを保護するように構成されている。筐体19は、第1筐体19A及び第2筐体19Bを含み得る。
図39に示すように、第1筐体19Aは、XY平面に広がり得る。第1筐体19Aは、他のデバイスを支えるように構成されている。
第1筐体19Aは、無線通信機器2を支持するように構成され得る。無線通信機器2は、第1筐体19Aの上面19aの上に位置する。第1筐体19Aは、バッテリ16を支持するように構成され得る。バッテリ16は、第1筐体19Aの上面19aの上に位置する。第1筐体19Aの上面19aの上には、無線通信モジュール1とバッテリ16とが、X方向に沿って並んでよい。バッテリ16と、アンテナ10の図1に示す第1導体40との間には、アンテナ10の図1に示す第1接続導体群30が位置する。バッテリ16は、アンテナ10の図1に示す第1導体40から観て第1接続導体群30の向こう側に位置する。
第2筐体19Bは、他のデバイスを覆い得る。第2筐体19Bは、アンテナ10のZ軸負方向側に位置する下面19bを含む。下面19bは、XY平面に沿って広がる。下面19bは、平坦に限られず、凹凸を含み得る。第2筐体19Bは、導体部材19Cを有し得る。導電部材19Cは、第2筐体19Bの下面19bに位置してよい。導体部材19Cは、第2筐体19Bの内部、外側及び内側の少なくとも一方に位置してよい。導体部材19Cは、第2筐体19Bの上面及び側面の少なくとも一方に位置してよい。
導体部材19Cは、アンテナ10と対向する。アンテナ10は、導体部材19Cと結合し、導体部材19Cを二次放射器として電磁波を放射することができることができるように構成されている。アンテナ10と導体部材19Cが対向すると、アンテナ10と導体部材19Cの容量的な結合が大きくなり得る。アンテナ10の電流方向が、導体部材19Cの延在する方向に沿うと、アンテナ10と導体部材19Cとの電磁気的な結合が大きくなり得る。この結合は、相互インダクタンスとなり得る。
本開示に係る構成は、以上説明してきた実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形又は変更が可能である。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を1つに組み合わせたり、或いは、分割したりすることが可能である。
本開示に係る構成を説明する図は、模式的なものである。図面上の寸法比率等は、現実のものと必ずしも一致しない。
本開示において「第1」、「第2」、「第3」等の記載は、当該構成を区別するための識別子の一例である。本開示における「第1」及び「第2」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第1周波数帯は、第2周波数帯と識別子である「第1」と「第2」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第1」及び「第2」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠、及び、大きい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。
1 無線通信モジュール
2 無線通信機器
3 導体部材
10,110,210 アンテナ
12 RFモジュール
13A グラウンド導体
13B 有機基板
14 回路基板
15 センサ
16 バッテリ
17 メモリ
18 コントローラ
19 筐体
19A 第1筐体
19B 第2筐体
19C 導体部材
19a 上面
19b 下面
20 基体
21 上部
22 側壁部
23 柱部
30 第1接続導体群
31 第1接続導体
32 第2接続導体群
33 第2接続導体
34 第3接続導体群
35 第3接続導体
40,140,240 第1導体
41,41−1,41−2,141,141−1,141−2,241,241−1,241−2 第3導体
42,42−1,42−2,142,142−1,142−2,144,145,145−1,145−2,242,242−1,242−2,245−1,245−2 隙間
43a,43b,43c,43d,43e,43f,143c,143d 接続部
50 第2導体
50A 開口部
51,51−1,51−2 第4導体
60 給電線
C1,C2,C3,C4 容量素子

Claims (10)

  1. 第1方向に並ぶ複数の第1接続導体を含む第1接続導体群と、
    前記第1方向に並ぶ複数の第2接続導体を含み、前記第1方向に交わる第2方向に前記第1接続導体群と並ぶ第2接続導体群と、
    前記第1方向に並ぶ複数の第3接続導体を含み、前記第2方向に前記第1接続導体群及び前記第2接続導体群と並ぶ第3接続導体群と、
    前記第1接続導体群と前記第2接続導体群とを容量的に接続するように構成され、前記第2接続導体群と前記第3接続導体群とを容量的に接続するように構成されている第1導体と、
    前記第1接続導体群、前記第2接続導体群及び前記第3接続導体群に電気的に接続されるように構成されている第2導体と、
    前記第1導体に電磁気的に接続されるように構成されている給電線と、を含む、アンテナ。
  2. 請求項1に記載のアンテナであって、
    前記複数の第1接続導体、前記複数の第2接続導体及び前記複数の第3接続導体の各々は、前記第1方向及び前記第2方向を含む第1平面に交わる第3方向に沿っている、アンテナ。
  3. 請求項1又は2に記載のアンテナであって、
    前記アンテナは、
    前記第1接続導体群と、前記第2接続導体群と、前記第1導体と、前記第2導体とを含む第1ループ、並びに、
    前記第2接続導体群と、前記第3接続導体群と、前記第1導体と、前記第2導体とを含む第2ループ
    に沿って流れるループ電流によって第1周波数帯の電磁波を放射するように構成されている、アンテナ。
  4. 請求項3に記載のアンテナであって、
    前記アンテナは、
    前記第1接続導体群を流れる電流の向きと、前記第2接続導体群を流れる電流の向きと、前記第3接続導体群を流れる電流の向きとが、同じ向きになることによって、前記第1周波数帯よりも高い第2周波数帯の電磁波を放射するように構成されている、アンテナ。
  5. 請求項4に記載のアンテナであって、
    前記アンテナは、前記第2周波数帯において誘電体共振器アンテナとして働くように構成されている、アンテナ。
  6. 請求項3から5までの何れか一項に記載のアンテナであって、
    前記アンテナは、
    前記第1接続導体群を流れる電流の向きと、前記第3接続導体群を流れる電流の向きとが、逆向きになることにより、前記第1周波数帯よりも高い第3周波数帯の電磁波を放射するように構成されている、アンテナ。
  7. 請求項6に記載のアンテナであって、
    前記アンテナは、
    前記複数の第2接続導体の一部及び前記複数の第1接続導体を流れる電流の向きと、前記複数の第2接続導体の他の一部及び前記複数の第3接続導体を流れる電流の向きとが、逆向きになることにより、前記第3周波数帯の電磁波を放射するように構成されている、アンテナ。
  8. 請求項6又は7に記載のアンテナであって、
    前記アンテナは、前記第3周波数帯において誘電体共振器アンテナとして働くように構成されている、アンテナ。
  9. 請求項1から8までの何れか一項に記載のアンテナと、
    前記給電線に電気的に接続されるように構成されているRFモジュールと、を有する、無線通信モジュール。
  10. 請求項9に記載の無線通信モジュールと、
    前記無線通信モジュールに電力を供給するように構成されているバッテリと、を有する、無線通信機器。
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