JP3656610B2 - 板状アンテナおよびそれを備えた電気機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体板で構成され、且つ小型で薄型であり、携帯端末や電化製品等の電気機器あるいは壁等に内蔵することも容易な板状アンテナおよびそれを備えた電気機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基地局用や衛星放送用などの大型アンテナを除き、携帯電話やモバイルコンピュータなど（以下、一括して携帯端末と略す）をはじめとする専用の各種アンテナの小型化が盛んに行われている。特に小型化が求められる携帯端末用のアンテナは、その端末自身の小型化に伴い、設置用スペースの問題、さらにアンテナ体積の制約に反した性能の要求などの問題を抱えている。また、最近盛んに検討されている家庭内における無線ネットワーク構想においても、室内壁面へのアンテナの導入やパーソナルコンピュータや電化製品（以下、一括して電化製品と略す）などへのアンテナの導入に伴い、そのアンテナ自身の大きさにも同様な問題が起こっている。
【０００３】
上記の問題は、携帯端末や電化製品において、その筐体もしくは本体ケース（以下、一括して筐体と略す）内に専用のアンテナを内蔵する場合、新たに専用のスペースを確保しなければならないことが要因となる。さらに製品の小型化や軽量化が伴う場合、当然のことながらアンテナ自身の小体積化や軽量化も必要となり、これにより要求されるアンテナの性能を満たすことが困難になる。すなわち、アンテナを筐体に内蔵し、且つ性能を確保するためには、筐体内にそれなりの設置スペースの確保が必要になり、この結果これまで使用してきた各仕様の変更などで、製品の製造コストの高上や開発期間の長期化などが発生することになる。そのため、この問題を回避するため、その殆どが本体の筐体外部に別筐体などを使用し、且つ別途ケーブルなどを使用して取り付ける外付けアンテナが使用されている。しかしこの方法では、その携帯端末や電化製品を移動した際、外付けアンテナを一度取り外さなければならない場合が多々あり、さらに再設置や再調整などの手間も発生し、場合によってはケーブル等の引き回しや予期せぬトラブルでのアンテナ故障、さらにこれら携帯端末や電化製品の設置位置の自由度が制限されるなどの使用者には常に煩わしさが付きまとうことになる。
【０００４】
これら問題の解決を目的とし、携帯端末もしくは電化製品の筐体内の隙間等に内蔵し得る薄型の内蔵アンテナの代表的な公知例に、特開平５−２２０１８号、特開平８−２５６００９号がある。これら公知例のアンテナは、それぞれが薄型であり、且つ製造も容易なものとなっている。しかしながら、これら公知例のアンテナで高い放射利得を得るためには、広いグランド部が必要な構造であり、結果的に構造が大きくなりやすい。そのため高い放射利得を確保し、さらに構造を小さくするために、機器筐体内の高周波回路部の接地部（グランド）または接地導体（グランド）とアンテナのグランド部とを直に金属製のねじや溶接等で接続する等して高周波的に接続し、この導体部分にもアンテナ上の電流分布を存在させ、最終的にこれら機器筐体内のグランドをアンテナのグランド部の一部分として利用しなければならない。すなわち公知例のアンテナは、アンテナ設置位置もしくはスペース部分において、アンテナのグランド部と筐体内のグランドとを金属製のねじや溶接等で直に接続することが必要となり、結果的に製品の小型化や軽量化への要求には不向きで、且つ汎用性に乏しいものとなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことより、携帯端末や家庭内での無線ネットワーク用家電品に内蔵される各専用のアンテナは、製品の製造コストの高上や開発期間の長期化などを生じることなく安易に導入でき、さらに使用者の煩わしさを軽減することを達成するものでなくてはならない。さらに、アンテナ自身も低コストである必要もある。
【０００６】
本発明の目的は，小スペースで携帯端末や電化製品或いは壁等に容易に内蔵でき、低コストで、且つ汎用性に優れ、さらに携帯端末や電化製品筐体内の接地導体部分をアンテナの一部分として利用することなく、単体で高い放射効率を実現する板状アンテナおよびそれを備えた電気機器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の板状アンテナは、導体板に切り込みを入れて、スロットを形成し、該スロットの長手方向の中心軸線を境界にして第一の放射導体と第二の放射導体を形成し、該スロットを形成する対向する二つの導体縁で給電するよう給電線路を接続し、前記導体板を絶縁性材料で覆い、かつ前記導体板を、外部のグランドと接続されていないようにしたことにある。
【０００８】
前記導体板は、アンテナが搭載もしくは内蔵される機器における高周波回路部の接地部または該機器に設けられた接地導体とは別に形成されたものである。
【０００９】
前記スロットは、前記導体板の中心より偏った位置に形成され、第二の放射導体は第一の放射導体より面積が広くなるように形成するのが好ましい。
【００１０】
上記したスロットの長手方向に対応した前記第一の放射導体の寸法は、使用する電波の波長の概ね１／４の奇数倍に設定されているのが好ましい。
【００１１】
また前記スロットの幅は、使用する電波の波長の１／８以下に設定されていることが好ましい。
【００１２】
ここで、使用する電波の波長とは、本発明の板状アンテナを搭載する無線機器が通信に用いる電磁波の波長である。
【００１３】
上記スロットの対向する導体縁同士は、常に同距離な平行でなくても良い。
【００１４】
上記スロットの対向する導体縁の一部をスロット内部に延長し、延長した導体部に給電するようにしても良い。
【００１５】
上記導体板は、絶縁性の土台上に形成されており、スロットの対向する導体縁の一部を土台の下方に向け延長し、延長した導体部を高周波回路の基板上に形成された配線パターンと電気的に接続することで給電するようにしても良い。
【００１６】
前記導体板は、略全体がラミネート等により絶縁性材料に覆われた構成とする。なお、スロットに給電を行う給電部分については、その絶縁性材料は取り除かれている。また、この場合、絶縁性材料であるラミネート材（誘電体材料）の誘電率による影響を考慮して、ラミネート材を施さないときと比べ、使用する電波の波長に対し、アンテナの各部の寸法を若干小さくする必要がある。
【００１７】
これら絶縁性材料の使用により、上記板状アンテナを外部のグランド部と高周波的に接続させない構成を容易に確保することができる。また、これにより、板状アンテナ単体での特性を容易に保持できるため、結果的に汎用性を高めることが可能となる。
【００１８】
単線もしくは複数本の撚り合せからなる内導体と該内導体の外周に位置する外導体を有する同軸線路をアンテナへの給電線路とし、前記板状アンテナのスロットを形成する対向した二つの導体縁に、前記同軸線路の一方端における内導体と外導体をそれぞれ接続するようにしてもよい。
【００１９】
前記スロットに給電するため、前記同軸線路の内導体と外導体とでそれぞれ接続する場合、通電性のあるはんだ材等による融着接続だけではなく、コネクタ等の使用による接続もその使用目的に合わせ選択できる。
【００２０】
前記スロットへの給電位置は、インピーダンス整合を考慮して決定されるのが好ましい。
【００２１】
上記した板状アンテナは、電気機器の内部に設置して使用されるのが好ましい。また、複数の板状アンテナを電気機器に搭載もしくは内蔵する場合には、それぞれの板状導体で切り込みの入った縁が、対向しないように配置するのが好ましい。
【００２２】
本発明の板状アンテナは、携帯端末や電化製品の筐体内もしくは壁等において、隙間程度のスペースでも設置が可能な小型、且つ薄型であり、低コスト、且つ汎用性に優れている。本発明の構造では、第一の放射導体により第一のモノポールアンテナが形成され、第二の放射導体により、第一のモノポールアンテナとは異なる電流の方向を有する第二のモノポールアンテナが形成される。この為、さらに板状アンテナが搭載もしくは内蔵される筐体内の高周波回路部の接地部またはその筐体内に設けられた接地導体部分をアンテナの一部として利用することなく高い放射効率を実現し、交差するバランスの取れた２つのモノポールアンテナを実現できるので、本発明の板状アンテナを無線機器に搭載もしくは内蔵する場合、装置方向によらず無指向性を実現できる。
【００２３】
また、本発明の板状アンテナによれば、他のアンテナを近傍に配置させる場合には、他のアンテナとの干渉を生じさせないように、他のアンテナと対向する側と対向しない側のバランスを変えて指向特性の制御が行えるため、アンテナ特性を大きく崩さずに他のアンテナとの設置間隔を狭くすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
本発明の板状アンテナの特徴を、図１から図２を用いて説明する。
本発明の板状アンテナは、図１のように幅ａ、長さｂの導体板１に幅ｃで長さｄの一端が開放されたスロット２を形成し、このスロット２の長手方向の中心軸線を境界にして第一の放射導体３と第二の放射導体４を形成している。また、スロット２は、導体板１の中心より偏った位置に形成し、第二の放射導体４は第一の放射導体３より面積を広くしている。導体板１の幅ａは、使用する電波の波長の概ね１／４の奇数倍としている。使用する電波の周波数が２．４ＧＨｚ帯の場合、このときの電波の波長は約１２０mmとなる。その１／４では約３０mmとなり、この長さが例えば導体板１の幅ａとなる。なお、上記の使用する電波の波長とは、本発明の板状アンテナを搭載する無線機器が通信に用いる電磁波の波長のことである。また、スロット２の幅ｃ、第一の放射導体３の幅ｅ、第一の放射導体３と第二の放射導体４の境界部分における導体部の幅ｆは、要求されるアンテナ特性に従い、そのサイズが決定されるものである。
また、導体板１は、外部の接地部（グランド）と高周波的に接続されていない構成となっている。ここで、高周波的に接続されていないとは、本発明の板状アンテナは外部の接地部と常時同電位となる導体部分を有さないことである。すなわち、本発明の板状アンテナを電気機器に搭載もしくは内蔵した場合、板状アンテナは給電線のみによって、電気機器の送受信回路を構成する高周波回路部と電気的に接続されているだけであり、その機器内の接地導体部（グランド）と、導体板１は接触せずもしくは直に繋がらずに、それぞれが独立した構成となっている。実際に、本発明の板状アンテナをノートパソコンやＰＤＡに代表される通信用電気機器の筐体に設置する場合は、その全体をラミネート材等の絶縁性フィルムで覆い、板状アンテナ周辺の導体を排除し、機器内の導体部分やグランド部と同電位にならないようにしている。
【００２６】
次に図２のように、スロット２への給電方法の一例として、インピーダンス整合を考慮した位置でスロット２を構成する第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１とを接続し、さらに同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４の一部分とを接続することで給電構造を構成している。なお、これら接続は通電性のあるはんだ材等による融着接続、あるいは通電性を保持し得る形状の専用のコネクタやステイなどを用いてもよい。そして後で述べる実施例にも示すように給電構造を変形することで、接触型や回路基板上設置型の給電方法も使用できる。
【００２７】
なお、図２では第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１とを接続し、さらに同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４の一部分とを接続しているが、実際には内導体５１と外導体５２は入れ替えても良い。これは後で述べる実施例においても同様である。
【００２８】
図２のスロット２への給電により、図３に示すように、スロット２では相対する第一の放射導体３と第二の放射導体４との導体間で電界７が発生し、これに垂直なスロット２の開口方向に磁流（Ｍ）８が発生し、スロット２はスロットアンテナとして機能する。さらに第一の放射導体３上の長手方向に電流（Ｊ１）９と第二の放射導体４上の長さ方向（導体板１の長さ方向）に電流（Ｊ２）９１と発生する。そしてこれら電流９、９１によって、第一の放射導体３と第二の放射導体４は、それぞれが個々のモノポールアンテナとして機能する。以上のように、本発明の板状アンテナ６は、一つのスロットアンテナと、二つのモノポールアンテナを、同一導体板上に電気的に構成している。これにより、第二の放射導体４上の電流９１により構成されるモノポールアンテナの長さ（導体板の長さｂ）は、電流９１の定在波と板状アンテナ６全体のインピーダンス整合に寄与し、本板状アンテナ６の幅ａと高さｂを調整することで、第一および第二の放射導体の電気的な整合を決定できる構造になっている。さらに、第一の放射導体３の幅（図１のｅ）を調整することにより、本板状アンテナでは、磁流（Ｍ）８によるスロットアンテナの電力放射を調整でき、目的に応じ、スロットアンテナによる電力放射を抑制し、電流（Ｊ１）９と電流（Ｊ２）９１による二つのモノポールアンテナでの電力放射のみの構成も可能となる。
【００２９】
次に、板状アンテナ６の幅ａと長さｂを同様にした場合の励振特性を図４に示す。周波数帯を２．４ＧＨｚ帯とし、この周波数帯における電波の波長に合わせ、板状アンテナの各寸法は、ａ＝３２mm、ｂ＝３２mm、ｃ＝２mm、ｄ＝２９mm、ｅ＝２mm、ｆ＝３mmとし、厚さ０．２mmの導体板を使用した。なおこれら寸法は、スロットアンテナによる電力放射を抑制し、二つのモノポールアンテナで電力を放射させる構造例である。また、板状アンテナへの給電は、直径０．８mmの細径同軸ケーブルを用い、図２の方法に従い、はんだ付けにより接続している。このときの励振特性は図４の通りとなり、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）２以下（反射損失（Return Loss）：約−１０dB以下）が広帯域で実現されている。
【００３０】
次に、図４の構造での指向特性を図５に示す。図５では、本発明の板状アンテナ６が座標系のｙｚ面に置かれた状態で、（ａ）ではｚ軸を回転させｘｙ面における指向特性を、（ｂ）ではｘ軸を回転させｙｚ面における指向特性を、そして（ｃ）ではｙ軸を回転させｘｚ面での指向特性を水平偏波（Ｈｏｒ．）と垂直偏波（Ｖｅｒ．）に分けて示している。（ａ）のｘｙ面では、図３のＪ１による水平偏波とＪ２による垂直偏波が現れている。次に（ｂ）のｙｚ面では、図３のＪ１による垂直偏波とＪ２による水平偏波が現れている。そして（ｃ）のｘｚ面では、図３のＪ１とＪ２による水平偏波が現れている。各図の結果より、本発明の板状アンテナ６は、ｘｙ面、ｙｚ面、ｘｚ面全ての面の全方位において、水平偏波と垂直偏波の組み合わせで、Ｎｕｌｌ点の無い良好な送受信特性を実現している（水平偏波と垂直偏波をそれぞれ個別に見ればＮｕｌｌ点は存在するが、両者を組み合わせて見た場合は、Ｎｕｌｌ点が無くなる）。なお、先に述べた公知例におけるアンテナではその構造上、本板状アンテナ６のような全面ならびに全方位に対し良好な指向特性は実現できないことは知られている。
【００３１】
また、スロットの長さ（図１のｄ）に対して、板状アンテナ６の幅ａもしくは長さｂを調整することで、図５の指向特性を使用目的に合わせ傾けることも可能であるが、その詳細は後で述べる本発明の実施例で説明する。
【００３２】
なお、本実施の形態の場合は、図３に示すように、磁流８の方向に対して電流９の方向は平行、電流９１の方向は直交しているが、スロット２の長手方向の中心軸線を境にして形成された第一の放射導体３と第二の放射導体４の境界部分の導体部分が斜めに形成されている場合は、それに沿って電流９１が流れるため、磁流８の方向と電流９１の方向は直交しなくなる。
【００３３】
次に、本発明の板状アンテナ６の第一および第二の放射導体の電気的な整合による帯域幅変化の特徴を示すため、図６の本板状アンテナ６の長さｂを変化させたときの帯域幅［ＶＳＷＲ（電圧定在波比）２以下］の変化を図６〜図８に示す。まず、図６の構造において、第一の放射導体３の幅ｅとスロット２の幅ｃを固定し、第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１との接続位置と同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４との接続位置も固定し、板状アンテナ６の長さｂを変化させた場合の帯域幅の変化を図７に示す。図７より、帯域幅が周期的に振動して変化することが判る。これは、図３に示した電流（Ｊ２）９１の定在波の変化による効果である。ただし図７の結果では、この定在波の変化に伴うインピーダンスの変化により、励振のピーク周波数も動いてしまう。そのため次に、第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１との接続位置と同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４との接続位置を、板状アンテナ６の長さｂの変化に伴い調整し、励振のピーク周波数を固定した評価結果を図８に示す。図８より、図７同様に帯域幅が振動して変化しており、さらに周期的な変化となっている。この特性も、図３に示した電流（Ｊ２）９１の定在波の変化による効果である。以上の結果より、本板状アンテナ６は、第一および第二の放射導体の電気的な整合を利用することで、帯域幅を容易に決定できる構造になっていることが判る。なお図７〜図８の結果は、使用する周波数やアンテナ自体の大きさにより若干異なる場合もあるが、基本的な特性は変わらない。
【００３４】
次に、本発明の板状アンテナ６のスロット幅ｃによる帯域幅変化の特徴を示すため、図９の本板状アンテナ６のスロット２の幅ｃを変化させたときの帯域幅［ＶＳＷＲ（電圧定在波比）２以下］の変化を図１０〜図１１に示す。まず、図９の構造において、第一の放射導体３の幅ｅを固定し、第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１との接続位置と同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４との接続位置も固定し、板状アンテナ６のスロット２の幅ｃを変化させた場合の帯域幅の変化を図１０に示す。なお、このとき本板状アンテナ６の幅ａと長さｂは同等とし、そのサイズは図８の結果で良好な場合を参考にしている。図１０より、スロット２の幅ｃの増加に伴い、帯域幅が狭くなっていくことが判る。ただし、図１０の場合は、図７の場合よりも、インピーダンスの変化が大きく、スロット２の幅ｃの変化に伴い、励振のピーク周波数のずれも大きいことが実験により判っている。そのため次に、第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１との接続位置と同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４との接続位置を、スロット２の幅ｃの変化に伴い調整し、励振のピーク周波数を固定した評価結果を図１１に示す。図１１より、スロット２の幅ｃの増加に対し、帯域幅の変化が少なくなることが判る。さらにスロット２の幅ｃが、本板状アンテナ６の長さｂの半分程度となっても帯域が保たれていることも判る。すなわち本板状アンテナ６は、第一および第二の放射導体の電気的な整合により、スロット２の幅ｃを広くしても、帯域を保つことが容易に実現できる構造となっていることが判る。なお図１０〜図１１の結果は、使用する周波数やアンテナ自体の大きさにより若干異なる場合もあるが、基本的な特性は変わらないものである。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、周波数帯を２．４ＧＨｚ帯としたが、本発明の板状アンテナは、導体板の幅ａが周波数帯における電波の波長の概ね１／４であれば、原理上どの周波数帯にも対応することができる。周波数帯が低くなるほど、幅ａを長くしなければならないため、特に、家電機器や携帯端末への内蔵を考慮した場合には、板状アンテナのサイズからみて、使用周波数を０．１ＧＨｚ（このとき波長の１／４の長さは、約７５０mm）以上とするのが好ましい。
【００３６】
以上の図７〜図１１の結果より、本板状アンテナ６は、第一および第二の放射導体の電気的な整合を保つようにそのサイズを決定し、且つスロットへの給電位置を考慮すれば、多少の構造の変化に対してもその有用な帯域幅を保つことが容易に実現できるアンテナ構造になっていることが判る。さらにこれら結果からも明らかな効果を組み合わせることで、構造決定の自由度が広く、設置用スペースに対し容易に対応しえる構造であることも言える。
【００３７】
また、本発明の板状アンテナに使用した同軸線路の一方端を、本板状アンテナを内蔵する製品に別途設けられた給電回路もしくはその中継回路に接続し、給電線路としての機能を持たせることで、小型で薄型、且つ汎用性が高く、さらに設置自由度の広い板状アンテナを実現できる。
【００３８】
また、給電線路として同軸線路を使用しているため、製品内部に配置された他の機器類に対し、この給電線路は邪魔にならないように本体内部で自由に引き回すことができる。
【００３９】
以上のことにより、携帯端末や家庭内での無線ネットワーク用家電品の製品筐体や各種部品の設置位置などの仕様に関し、大きな変更を必要とせず、さらに筐体内の隙間程度のスペースでも内蔵でき、低コストで、且つ性能が確保されているアンテナを実現できる。
【００４０】
また、上記板状アンテナを携帯端末や家庭内での無線ネットワーク用家電品の内部に設置すれば、これら製品の移動などの際、外付けアンテナの取り外し、再設置や再調整、そしてケーブル等の引き回しや予期せぬトラブルでのアンテナ故障などの使用者に常に付きまとっていた煩わしさを解消し、さらに本発明の良質な特性から、製品設置位置に関して選択の自由度をより広くできる効果も実現できる。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を各図により説明する。
（実施例１）
本発明の第１実施例を図１２〜図１４により説明する。図１２は、本発明の板状アンテナ６１において、スロット２の長さｄと第一の放射導体３と第二の放射導体４の境界部分における導体部の幅ｆとを足した長さａ１の第一の放射導体３と、板状アンテナの長さｂとを同様にし、長さａ１よりも板状アンテナの幅ａを大きくした場合の構造を示している。このとき、長さａ１は使用する電波の波長の概ね１／４としている。図１２のように、長さａ１と板状アンテナ６の幅ａによって生ずる差Δの部分１０（以下、ギャップと定義する）が存在することでスロット２に発生する電磁界が、独自の整合をとるためにギャップ１０の大きさに対応して傾くことになる。その結果、ギャップ１０がない場合には、図５のような指向特性になるのに対し、本実施例では、図１３のように指向特性がギャップ１０の存在する方向にシフトさせることが可能となる。なお、このときの励振特性は図１４のようになり、有用な広い帯域が得られている。また、このギャップ１０の広さΔを操作することで図１３の指向特性をさらにシフトさせることができる。
（実施例２）
本発明の第２実施例を図１５〜図１６により説明する。図１５は、実施例１の構造において、ギャップ１０の大きさと第一の放射導体３の幅ｅを固定し、板状アンテナ６１の長さｂを変化させた場合の実施例を示している。この場合、板状アンテナ６１の長さｂの変化に伴い、図３に示した電流（Ｊ２）９１の定在波が変化し、これによりギャップ１０によるスロット２で傾いた電磁界成分をより傾けることが可能となる。その結果、図１６に示すように板状アンテナ６１の長さｂの変化に伴い、実施例１と同様にギャップ１０の存在する方向に指向特性をシフトさせ、さらにギャップ１０の無い方向の指向特性を抑制できることが判る。すなわち板状アンテナ６１の長さｂにより、その指向特性を制御できることが可能となっている。なお、このときの励振特性は実施例１と同様に有用な広い帯域が得られているが、ここではその表示は割愛する。
（実施例３）
本発明の第３実施例を図１７により説明する。図１７は、実施例１および２に示した本発明の板状アンテナ６１の給電構造を変形させた板状アンテナ６２を示している。第一の放射導体３からインピーダンス整合を考慮した位置で、導体線路１１を第二の放射導体４に向けて延ばし、この導体線路１１と同軸線路５の内導体５１とを接続し、さらに第二の放射導体４には、スロットを構成する第一の放射導体３から延ばされた導体線路１１が第二の放射導体４と接触しないように切り欠け部を形成し、同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４の一部分とを接続した構造である。この構造により、同軸線路５の方向を図１７（ａ）のように板状アンテナ６２の長さ方向にしたり、図１７（ｂ）（ｃ）のように板状アンテナ６２の幅方向にしたりすることができ、同軸線路５を折ることなく配置できる方向の自由度を広げることが可能となる。
（実施例４）
本発明の第４実施例を図１８により説明する。図１８は、実施例１および２に示した本発明の板状アンテナ６１の給電構造を変形させた板状アンテナ６３を示している。第一の放射導体３からインピーダンス整合を考慮した位置で、導体線路１１を第二の放射導体４に向けて延ばし、さらに第二の放射導体４からもインピーダンス整合を考慮した位置で導体線路１２をスロットを構成する第一の放射導体３に向けて延ばし、スロットを構成する第一の放射導体３から延びた導体線路１１と同軸線路５の内導体５１とを接続し、さらに第二の放射導体４から延びた導体線路１２と同軸線路５の外導体５２を接続した構造である。この構造により、同軸線路５を折ることなく板状アンテナ６３の幅方向に同軸線路５を配置することが可能となる。
（実施例５）
本発明の第５実施例を図１９により説明する。図１９は、実施例１および２に示した本発明の板状アンテナ６１の給電構造を変形させ、平面的な上面部を有する立体的な土台１３上に構成した本発明の板状アンテナ６４を示している。板状アンテナ６４は、土台１３上にめっき材などを塗布するなどの加工法により形成することができる。土台１３は、板状アンテナ６４のスロット２にあたる部分を空洞にし、第一の放射導体３からインピーダンス整合を考慮した位置で導体線路１１を、そして第二の放射導体４からもインピーダンス整合を考慮した位置で導体線路１２を土台１３の下方に向けて延ばし、土台の下から給電できる構造としている。この構造は、携帯電話への内蔵やある特定な場所への固定を可能とした構造である。なお土台１３は、絶縁性からなり、板状アンテナ６４に求められるサイズの小型化等に伴い、その材料（誘電率）を選択することが好ましい。また、回路基板上に形成された配線パターン（図示せず）を板状アンテナ６４への給電線路とし、基板上に土台１３を搭載することによって、配線パターンと上記導体線路１１、１２をそれぞれ接続するようにしてもよい。なお、導体線路１１、１２の断面積及び長さは、外部のグランドと高周波的に接続されないように設定されている。
（実施例６）
本発明の第６実施例を図２０により説明する。図２０は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を立体的に変形させた板状アンテナ６５、６６を示している。板状アンテナ６５、６６のスロットを構成する第一の放射導体３と第二の放射導体４の両方に加工が施されており、導体板の全面が湾曲状に形成されている。
（実施例７）
本発明の第７実施例を図２１により説明する。図２１は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を立体的に変形させた板状アンテナ６７、６８を示している。板状アンテナ６７、６８のスロットを構成する第一の放射導体３と第二の放射導体４の両方に加工が施されており、導体板が円筒状に形成されている。図２１（ａ）に示された板状アンテナ６７は、第一の放射導体３の長さ方向（すなわち、第二の放射導体４の幅方向）に対して曲げ加工を施したものであり、図２１（ｂ）に示された板状アンテナ６８は、導体板の長さ方向に対して曲げ加工を施したものである。
（実施例８）
本発明の第８実施例を図２２により説明する。図２２は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を立体的に変形させた板状アンテナ６９、７０を示している。図２２（ａ）に示された板状アンテナ６９は、第二の放射導体４の幅方向に折り目が１つ設けられるように折り曲げられて形成されている。図２２（ｂ）に示された板状アンテナ７０は、導体板の長さ方向に折り目が１つ設けられるようにスロットを構成する第一の放射導体３と第二の放射導体４をそれぞれ１ヵ所折り曲げて形成されている。
（実施例９）
本発明の第９実施例を図２３により説明する。図２３は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を立体的に変形させた板状アンテナ７１〜７４を示している。図２３（ａ）に示された板状アンテナ７１は、第二の放射導体４の幅方向に折り目が２つ設けられるように折り曲げられて形成されている。図２３（ｂ）に示された板状アンテナ７２は、導体板の長さ方向に折り目が２つ設けられるようにスロットを構成する第一の放射導体３と第二の放射導体４をそれぞれ２ヵ所折り曲げて形成されている。図２３（ｃ）に示された板状アンテナ７３は、第二の放射導体４の幅方向に折り目が３つ設けられるように折り曲げられて形成されている。図２３（ｄ）に示された板状アンテナ７４は、導体板の長さ方向に折り目が３つ設けられるようにスロットを構成する第一の放射導体３と第二の放射導体４をそれぞれ３ヵ所折り曲げて形成されている。
（実施例１０）
本発明の第１０実施例を図２４により説明する。図２４は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を変形させたものであり、導体板の外縁を円形状に形成し円板型とした板状アンテナ７５〜７７を示している。図２４（ａ）、（ｂ）に示された板状アンテナ７５、７６は、スロット２が直線形状に形成されているものであり、図２４（ｃ）に示された板状アンテナ７７は、スロット２が略半円形状に形成されているものである。
（実施例１１）
本発明の第１１実施例を図２５により説明する。図２５は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を変形させたものであり、導体板の外縁を曲線に形成した板状アンテナ７８〜８０を示している。図２５（ａ）に示された板状アンテナ７８は、スロットを構成する第一の放射導体３がＳ字曲線を描くように形成されていると共に、スロットを構成する第一の放射導体３と対向する第二の放射導体４の辺がその形状に合わせて曲線形状に形成されている。図２５（ｂ）に示された板状アンテナ７９は、スロットを構成する第一の放射導体３の長さ方向（すなわち、第二の放射導体４の幅方向）に沿って、スロットを構成する第一の放射導体３および第二の放射導体４の両方がＳ字曲線を描くように形成されている。図２５（ｃ）に示された板状アンテナ８０は、導体板の外縁が略眼鏡形状に形成されると共に、スロット２が湾曲形状に形成されている。
【００４２】
板状アンテナの形状は、上述した各実施例の形状に限らず、板状アンテナを設置する設置位置の形状または状況により、それに応じた種々形状のものを用いることができる。スロットの形状ならびにその位置が決定されれば、導体板の形状は様々なものに変形してもよい。また、第一の放射導体３の長さは、使用する周波数帯における電波の波長の概ね１／４の奇数倍とすればよく、もう一方の第二の放射導体４の幅と同じでなくてもよい。
【００４３】
これにより、板状アンテナを設置する内蔵位置のスペースもしくは構造に柔軟に適応可能となり、小型化を達成できる。さらに、板状アンテナの構造が自由に選べることから、要求される指向特性に柔軟に対応可能となる。
【００４４】
なお、板状アンテナの形状の変形の有無に関わらず、板状アンテナの各部サイズは、板状アンテナが設置される筐体等に使用されている各種材料の誘電率や導体部品の影響を加味し、実際に内蔵した際の使用する周波数帯における電波の波長に合わせ、且つ良好な励振特性が得られるように決定される。
また、板状アンテナを機器の筐体に設置する場合は、その全体をラミネート材等の絶縁性フィルムで覆い、板状アンテナ周辺の導体を排除するなどして、機器内の導体部分や接地部（グランド）と同電位にならないようにすることで、アンテナ独自の特性を保持し、優れたアンテナ特性を得ることができる。
【００４５】
さらに、板状アンテナは実施例１および２で示したように、指向特性をシフトさせ、且つ特定の方向の指向特性を抑制することが可能である。そのため複数のアンテナを隣接して設置する場合、隣接するアンテナ間で発生する電磁干渉を抑制でき、その結果通常のアンテナよりもその設置間の距離を短くすることができる。
【００４６】
上記した本発明の実施例１〜１１の板状アンテナによれば、従来技術による携帯端末や家庭内における無線ネットワーク用機器（電化製品）で使用される本体の筐体外部に別筐体などを使用し、且つ別途ケーブルなどを使用して取り付ける外付けアンテナに代わり、移動の際に生ずるアンテナ取り外しや再設置、再調整などの手間を無くし、且つアンテナ自身の破損を防ぐことができ、さらに携帯端末や電化製品の設置位置の自由度を広げ、さらに製品の製造コストの高上や開発期間の長期化などの原因となる筐体や各種部品の設置位置等の仕様を大きく変更させることなく、さらに筐体内の隙間程度のスペースでも内蔵でき、低コストで、且つ性能が確保されているアンテナを提供することが可能になる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、次のように優れた効果を発揮する。
【００４８】
小スペースで携帯端末や電化製品或いは壁等に内蔵でき、低コストで、且つ性能が確保されている板状アンテナおよびそれを備えた電気機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の板状アンテナで使用する導体板の構造図。
【図２】本発明の板状アンテナの構造図。
【図３】本発明の板状アンテナの電気的な構造図。
【図４】本発明の板状アンテナの励振特性を示す図。
【図５】本発明の板状アンテナの指向特性を示す図。
【図６】本発明の板状アンテナの構造図。
【図７】本発明の板状アンテナの構造変化に伴う帯域幅を示す図。
【図８】本発明の板状アンテナの構造変化に伴う帯域幅を示す図。
【図９】本発明の板状アンテナの構造図。
【図１０】本発明の板状アンテナの構造変化に伴う帯域幅を示す図。
【図１１】本発明の板状アンテナの構造変化に伴う帯域幅を示す図。
【図１２】本発明の実施例１に係わる板状アンテナの構造図。
【図１３】本発明の実施例１に係わる板状アンテナの指向特性を示す図。
【図１４】本発明の実施例１に係わる板状アンテナの励振特性を示す図。
【図１５】本発明の実施例２に係わる板状アンテナの構造図。
【図１６】本発明の実施例２に係わる板状アンテナの指向特性を示す図。
【図１７】本発明の実施例３に係わる板状アンテナの構造図。
【図１８】本発明の実施例４に係わる板状アンテナの構造図。
【図１９】本発明の実施例５に係わる板状アンテナの斜視図。
【図２０】本発明の実施例６に係わる板状アンテナの斜視図。
【図２１】本発明の実施例７に係わる板状アンテナの斜視図。
【図２２】本発明の実施例８に係わる板状アンテナの斜視図。
【図２３】本発明の実施例９に係わる板状アンテナの斜視図。
【図２４】本発明の実施例１０に係わる板状アンテナの構造図。
【図２５】本発明の実施例１１に係わる板状アンテナの構造図。
【符号の説明】
１ 導体板
２ スロット
３ 第一の放射導体
４ 第二の放射導体
５ 同軸線路
５１ 内導体
５２ 外導体
６、６１〜８０ 板状アンテナ
７ 電界
８ 磁流
９、９１ 電流
１０ ギャップ
１１、１２ 導体線路
１３ 土台
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体板で構成され、且つ小型で薄型であり、携帯端末や電化製品等の電気機器あるいは壁等に内蔵することも容易な板状アンテナおよびそれを備えた電気機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基地局用や衛星放送用などの大型アンテナを除き、携帯電話やモバイルコンピュータなど（以下、一括して携帯端末と略す）をはじめとする専用の各種アンテナの小型化が盛んに行われている。特に小型化が求められる携帯端末用のアンテナは、その端末自身の小型化に伴い、設置用スペースの問題、さらにアンテナ体積の制約に反した性能の要求などの問題を抱えている。また、最近盛んに検討されている家庭内における無線ネットワーク構想においても、室内壁面へのアンテナの導入やパーソナルコンピュータや電化製品（以下、一括して電化製品と略す）などへのアンテナの導入に伴い、そのアンテナ自身の大きさにも同様な問題が起こっている。
【０００３】
上記の問題は、携帯端末や電化製品において、その筐体もしくは本体ケース（以下、一括して筐体と略す）内に専用のアンテナを内蔵する場合、新たに専用のスペースを確保しなければならないことが要因となる。さらに製品の小型化や軽量化が伴う場合、当然のことながらアンテナ自身の小体積化や軽量化も必要となり、これにより要求されるアンテナの性能を満たすことが困難になる。すなわち、アンテナを筐体に内蔵し、且つ性能を確保するためには、筐体内にそれなりの設置スペースの確保が必要になり、この結果これまで使用してきた各仕様の変更などで、製品の製造コストの高上や開発期間の長期化などが発生することになる。そのため、この問題を回避するため、その殆どが本体の筐体外部に別筐体などを使用し、且つ別途ケーブルなどを使用して取り付ける外付けアンテナが使用されている。しかしこの方法では、その携帯端末や電化製品を移動した際、外付けアンテナを一度取り外さなければならない場合が多々あり、さらに再設置や再調整などの手間も発生し、場合によってはケーブル等の引き回しや予期せぬトラブルでのアンテナ故障、さらにこれら携帯端末や電化製品の設置位置の自由度が制限されるなどの使用者には常に煩わしさが付きまとうことになる。
【０００４】
これら問題の解決を目的とし、携帯端末もしくは電化製品の筐体内の隙間等に内蔵し得る薄型の内蔵アンテナの代表的な公知例に、特開平５−２２０１８号、特開平８−２５６００９号がある。これら公知例のアンテナは、それぞれが薄型であり、且つ製造も容易なものとなっている。しかしながら、これら公知例のアンテナで高い放射利得を得るためには、広いグランド部が必要な構造であり、結果的に構造が大きくなりやすい。そのため高い放射利得を確保し、さらに構造を小さくするために、機器筐体内の高周波回路部の接地部（グランド）または接地導体（グランド）とアンテナのグランド部とを直に金属製のねじや溶接等で接続する等して高周波的に接続し、この導体部分にもアンテナ上の電流分布を存在させ、最終的にこれら機器筐体内のグランドをアンテナのグランド部の一部分として利用しなければならない。すなわち公知例のアンテナは、アンテナ設置位置もしくはスペース部分において、アンテナのグランド部と筐体内のグランドとを金属製のねじや溶接等で直に接続することが必要となり、結果的に製品の小型化や軽量化への要求には不向きで、且つ汎用性に乏しいものとなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことより、携帯端末や家庭内での無線ネットワーク用家電品に内蔵される各専用のアンテナは、製品の製造コストの高上や開発期間の長期化などを生じることなく安易に導入でき、さらに使用者の煩わしさを軽減することを達成するものでなくてはならない。さらに、アンテナ自身も低コストである必要もある。
【０００６】
本発明の目的は，小スペースで携帯端末や電化製品或いは壁等に容易に内蔵でき、低コストで、且つ汎用性に優れ、さらに携帯端末や電化製品筐体内の接地導体部分をアンテナの一部分として利用することなく、単体で高い放射効率を実現する板状アンテナおよびそれを備えた電気機器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の板状アンテナは、導体板に切り込みを入れて、スロットを形成し、該スロットの長手方向の中心軸線を境界にして第一の放射導体と第二の放射導体を形成し、該スロットを形成する対向する二つの導体縁で給電するよう給電線路を接続し、前記導体板を絶縁性材料で覆い、かつ前記導体板を、外部のグランドと接続されていないようにしたことにある。
【０００８】
前記導体板は、アンテナが搭載もしくは内蔵される機器における高周波回路部の接地部または該機器に設けられた接地導体とは別に形成されたものである。
【０００９】
前記スロットは、前記導体板の中心より偏った位置に形成され、第二の放射導体は第一の放射導体より面積が広くなるように形成するのが好ましい。
【００１０】
上記したスロットの長手方向に対応した前記第一の放射導体の寸法は、使用する電波の波長の概ね１／４の奇数倍に設定されているのが好ましい。
【００１１】
また前記スロットの幅は、使用する電波の波長の１／８以下に設定されていることが好ましい。
【００１２】
ここで、使用する電波の波長とは、本発明の板状アンテナを搭載する無線機器が通信に用いる電磁波の波長である。
【００１３】
上記スロットの対向する導体縁同士は、常に同距離な平行でなくても良い。
【００１４】
上記スロットの対向する導体縁の一部をスロット内部に延長し、延長した導体部に給電するようにしても良い。
【００１５】
上記導体板は、絶縁性の土台上に形成されており、スロットの対向する導体縁の一部を土台の下方に向け延長し、延長した導体部を高周波回路の基板上に形成された配線パターンと電気的に接続することで給電するようにしても良い。
【００１６】
前記導体板は、略全体がラミネート等により絶縁性材料に覆われた構成とする。なお、スロットに給電を行う給電部分については、その絶縁性材料は取り除かれている。また、この場合、絶縁性材料であるラミネート材（誘電体材料）の誘電率による影響を考慮して、ラミネート材を施さないときと比べ、使用する電波の波長に対し、アンテナの各部の寸法を若干小さくする必要がある。
【００１７】
これら絶縁性材料の使用により、上記板状アンテナを外部のグランド部と高周波的に接続させない構成を容易に確保することができる。また、これにより、板状アンテナ単体での特性を容易に保持できるため、結果的に汎用性を高めることが可能となる。
【００１８】
単線もしくは複数本の撚り合せからなる内導体と該内導体の外周に位置する外導体を有する同軸線路をアンテナへの給電線路とし、前記板状アンテナのスロットを形成する対向した二つの導体縁に、前記同軸線路の一方端における内導体と外導体をそれぞれ接続するようにしてもよい。
【００１９】
前記スロットに給電するため、前記同軸線路の内導体と外導体とでそれぞれ接続する場合、通電性のあるはんだ材等による融着接続だけではなく、コネクタ等の使用による接続もその使用目的に合わせ選択できる。
【００２０】
前記スロットへの給電位置は、インピーダンス整合を考慮して決定されるのが好ましい。
【００２１】
上記した板状アンテナは、電気機器の内部に設置して使用されるのが好ましい。また、複数の板状アンテナを電気機器に搭載もしくは内蔵する場合には、それぞれの板状導体で切り込みの入った縁が、対向しないように配置するのが好ましい。
【００２２】
本発明の板状アンテナは、携帯端末や電化製品の筐体内もしくは壁等において、隙間程度のスペースでも設置が可能な小型、且つ薄型であり、低コスト、且つ汎用性に優れている。本発明の構造では、第一の放射導体により第一のモノポールアンテナが形成され、第二の放射導体により、第一のモノポールアンテナとは異なる電流の方向を有する第二のモノポールアンテナが形成される。この為、さらに板状アンテナが搭載もしくは内蔵される筐体内の高周波回路部の接地部またはその筐体内に設けられた接地導体部分をアンテナの一部として利用することなく高い放射効率を実現し、交差するバランスの取れた２つのモノポールアンテナを実現できるので、本発明の板状アンテナを無線機器に搭載もしくは内蔵する場合、装置方向によらず無指向性を実現できる。
【００２３】
また、本発明の板状アンテナによれば、他のアンテナを近傍に配置させる場合には、他のアンテナとの干渉を生じさせないように、他のアンテナと対向する側と対向しない側のバランスを変えて指向特性の制御が行えるため、アンテナ特性を大きく崩さずに他のアンテナとの設置間隔を狭くすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
本発明の板状アンテナの特徴を、図１から図２を用いて説明する。
本発明の板状アンテナは、図１のように幅ａ、長さｂの導体板１に幅ｃで長さｄの一端が開放されたスロット２を形成し、このスロット２の長手方向の中心軸線を境界にして第一の放射導体３と第二の放射導体４を形成している。また、スロット２は、導体板１の中心より偏った位置に形成し、第二の放射導体４は第一の放射導体３より面積を広くしている。導体板１の幅ａは、使用する電波の波長の概ね１／４の奇数倍としている。使用する電波の周波数が２．４ＧＨｚ帯の場合、このときの電波の波長は約１２０mmとなる。その１／４では約３０mmとなり、この長さが例えば導体板１の幅ａとなる。なお、上記の使用する電波の波長とは、本発明の板状アンテナを搭載する無線機器が通信に用いる電磁波の波長のことである。また、スロット２の幅ｃ、第一の放射導体３の幅ｅ、第一の放射導体３と第二の放射導体４の境界部分における導体部の幅ｆは、要求されるアンテナ特性に従い、そのサイズが決定されるものである。
また、導体板１は、外部の接地部（グランド）と高周波的に接続されていない構成となっている。ここで、高周波的に接続されていないとは、本発明の板状アンテナは外部の接地部と常時同電位となる導体部分を有さないことである。すなわち、本発明の板状アンテナを電気機器に搭載もしくは内蔵した場合、板状アンテナは給電線のみによって、電気機器の送受信回路を構成する高周波回路部と電気的に接続されているだけであり、その機器内の接地導体部（グランド）と、導体板１は接触せずもしくは直に繋がらずに、それぞれが独立した構成となっている。実際に、本発明の板状アンテナをノートパソコンやＰＤＡに代表される通信用電気機器の筐体に設置する場合は、その全体をラミネート材等の絶縁性フィルムで覆い、板状アンテナ周辺の導体を排除し、機器内の導体部分やグランド部と同電位にならないようにしている。
【００２６】
次に図２のように、スロット２への給電方法の一例として、インピーダンス整合を考慮した位置でスロット２を構成する第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１とを接続し、さらに同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４の一部分とを接続することで給電構造を構成している。なお、これら接続は通電性のあるはんだ材等による融着接続、あるいは通電性を保持し得る形状の専用のコネクタやステイなどを用いてもよい。そして後で述べる実施例にも示すように給電構造を変形することで、接触型や回路基板上設置型の給電方法も使用できる。
【００２７】
なお、図２では第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１とを接続し、さらに同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４の一部分とを接続しているが、実際には内導体５１と外導体５２は入れ替えても良い。これは後で述べる実施例においても同様である。
【００２８】
図２のスロット２への給電により、図３に示すように、スロット２では相対する第一の放射導体３と第二の放射導体４との導体間で電界７が発生し、これに垂直なスロット２の開口方向に磁流（Ｍ）８が発生し、スロット２はスロットアンテナとして機能する。さらに第一の放射導体３上の長手方向に電流（Ｊ１）９と第二の放射導体４上の長さ方向（導体板１の長さ方向）に電流（Ｊ２）９１と発生する。そしてこれら電流９、９１によって、第一の放射導体３と第二の放射導体４は、それぞれが個々のモノポールアンテナとして機能する。以上のように、本発明の板状アンテナ６は、一つのスロットアンテナと、二つのモノポールアンテナを、同一導体板上に電気的に構成している。これにより、第二の放射導体４上の電流９１により構成されるモノポールアンテナの長さ（導体板の長さｂ）は、電流９１の定在波と板状アンテナ６全体のインピーダンス整合に寄与し、本板状アンテナ６の幅ａと高さｂを調整することで、第一および第二の放射導体の電気的な整合を決定できる構造になっている。さらに、第一の放射導体３の幅（図１のｅ）を調整することにより、本板状アンテナでは、磁流（Ｍ）８によるスロットアンテナの電力放射を調整でき、目的に応じ、スロットアンテナによる電力放射を抑制し、電流（Ｊ１）９と電流（Ｊ２）９１による二つのモノポールアンテナでの電力放射のみの構成も可能となる。
【００２９】
次に、板状アンテナ６の幅ａと長さｂを同様にした場合の励振特性を図４に示す。周波数帯を２．４ＧＨｚ帯とし、この周波数帯における電波の波長に合わせ、板状アンテナの各寸法は、ａ＝３２mm、ｂ＝３２mm、ｃ＝２mm、ｄ＝２９mm、ｅ＝２mm、ｆ＝３mmとし、厚さ０．２mmの導体板を使用した。なおこれら寸法は、スロットアンテナによる電力放射を抑制し、二つのモノポールアンテナで電力を放射させる構造例である。また、板状アンテナへの給電は、直径０．８mmの細径同軸ケーブルを用い、図２の方法に従い、はんだ付けにより接続している。このときの励振特性は図４の通りとなり、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）２以下（反射損失（Return Loss）：約−１０dB以下）が広帯域で実現されている。
【００３０】
次に、図４の構造での指向特性を図５に示す。図５では、本発明の板状アンテナ６が座標系のｙｚ面に置かれた状態で、（ａ）ではｚ軸を回転させｘｙ面における指向特性を、（ｂ）ではｘ軸を回転させｙｚ面における指向特性を、そして（ｃ）ではｙ軸を回転させｘｚ面での指向特性を水平偏波（Ｈｏｒ．）と垂直偏波（Ｖｅｒ．）に分けて示している。（ａ）のｘｙ面では、図３のＪ１による水平偏波とＪ２による垂直偏波が現れている。次に（ｂ）のｙｚ面では、図３のＪ１による垂直偏波とＪ２による水平偏波が現れている。そして（ｃ）のｘｚ面では、図３のＪ１とＪ２による水平偏波が現れている。各図の結果より、本発明の板状アンテナ６は、ｘｙ面、ｙｚ面、ｘｚ面全ての面の全方位において、水平偏波と垂直偏波の組み合わせで、Ｎｕｌｌ点の無い良好な送受信特性を実現している（水平偏波と垂直偏波をそれぞれ個別に見ればＮｕｌｌ点は存在するが、両者を組み合わせて見た場合は、Ｎｕｌｌ点が無くなる）。なお、先に述べた公知例におけるアンテナではその構造上、本板状アンテナ６のような全面ならびに全方位に対し良好な指向特性は実現できないことは知られている。
【００３１】
また、スロットの長さ（図１のｄ）に対して、板状アンテナ６の幅ａもしくは長さｂを調整することで、図５の指向特性を使用目的に合わせ傾けることも可能であるが、その詳細は後で述べる本発明の実施例で説明する。
【００３２】
なお、本実施の形態の場合は、図３に示すように、磁流８の方向に対して電流９の方向は平行、電流９１の方向は直交しているが、スロット２の長手方向の中心軸線を境にして形成された第一の放射導体３と第二の放射導体４の境界部分の導体部分が斜めに形成されている場合は、それに沿って電流９１が流れるため、磁流８の方向と電流９１の方向は直交しなくなる。
【００３３】
次に、本発明の板状アンテナ６の第一および第二の放射導体の電気的な整合による帯域幅変化の特徴を示すため、図６の本板状アンテナ６の長さｂを変化させたときの帯域幅［ＶＳＷＲ（電圧定在波比）２以下］の変化を図６〜図８に示す。まず、図６の構造において、第一の放射導体３の幅ｅとスロット２の幅ｃを固定し、第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１との接続位置と同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４との接続位置も固定し、板状アンテナ６の長さｂを変化させた場合の帯域幅の変化を図７に示す。図７より、帯域幅が周期的に振動して変化することが判る。これは、図３に示した電流（Ｊ２）９１の定在波の変化による効果である。ただし図７の結果では、この定在波の変化に伴うインピーダンスの変化により、励振のピーク周波数も動いてしまう。そのため次に、第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１との接続位置と同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４との接続位置を、板状アンテナ６の長さｂの変化に伴い調整し、励振のピーク周波数を固定した評価結果を図８に示す。図８より、図７同様に帯域幅が振動して変化しており、さらに周期的な変化となっている。この特性も、図３に示した電流（Ｊ２）９１の定在波の変化による効果である。以上の結果より、本板状アンテナ６は、第一および第二の放射導体の電気的な整合を利用することで、帯域幅を容易に決定できる構造になっていることが判る。なお図７〜図８の結果は、使用する周波数やアンテナ自体の大きさにより若干異なる場合もあるが、基本的な特性は変わらない。
【００３４】
次に、本発明の板状アンテナ６のスロット幅ｃによる帯域幅変化の特徴を示すため、図９の本板状アンテナ６のスロット２の幅ｃを変化させたときの帯域幅［ＶＳＷＲ（電圧定在波比）２以下］の変化を図１０〜図１１に示す。まず、図９の構造において、第一の放射導体３の幅ｅを固定し、第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１との接続位置と同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４との接続位置も固定し、板状アンテナ６のスロット２の幅ｃを変化させた場合の帯域幅の変化を図１０に示す。なお、このとき本板状アンテナ６の幅ａと長さｂは同等とし、そのサイズは図８の結果で良好な場合を参考にしている。図１０より、スロット２の幅ｃの増加に伴い、帯域幅が狭くなっていくことが判る。ただし、図１０の場合は、図７の場合よりも、インピーダンスの変化が大きく、スロット２の幅ｃの変化に伴い、励振のピーク周波数のずれも大きいことが実験により判っている。そのため次に、第一の放射導体３の一部分と同軸線路５の内導体５１との接続位置と同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４との接続位置を、スロット２の幅ｃの変化に伴い調整し、励振のピーク周波数を固定した評価結果を図１１に示す。図１１より、スロット２の幅ｃの増加に対し、帯域幅の変化が少なくなることが判る。さらにスロット２の幅ｃが、本板状アンテナ６の長さｂの半分程度となっても帯域が保たれていることも判る。すなわち本板状アンテナ６は、第一および第二の放射導体の電気的な整合により、スロット２の幅ｃを広くしても、帯域を保つことが容易に実現できる構造となっていることが判る。なお図１０〜図１１の結果は、使用する周波数やアンテナ自体の大きさにより若干異なる場合もあるが、基本的な特性は変わらないものである。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、周波数帯を２．４ＧＨｚ帯としたが、本発明の板状アンテナは、導体板の幅ａが周波数帯における電波の波長の概ね１／４であれば、原理上どの周波数帯にも対応することができる。周波数帯が低くなるほど、幅ａを長くしなければならないため、特に、家電機器や携帯端末への内蔵を考慮した場合には、板状アンテナのサイズからみて、使用周波数を０．１ＧＨｚ（このとき波長の１／４の長さは、約７５０mm）以上とするのが好ましい。
【００３６】
以上の図７〜図１１の結果より、本板状アンテナ６は、第一および第二の放射導体の電気的な整合を保つようにそのサイズを決定し、且つスロットへの給電位置を考慮すれば、多少の構造の変化に対してもその有用な帯域幅を保つことが容易に実現できるアンテナ構造になっていることが判る。さらにこれら結果からも明らかな効果を組み合わせることで、構造決定の自由度が広く、設置用スペースに対し容易に対応しえる構造であることも言える。
【００３７】
また、本発明の板状アンテナに使用した同軸線路の一方端を、本板状アンテナを内蔵する製品に別途設けられた給電回路もしくはその中継回路に接続し、給電線路としての機能を持たせることで、小型で薄型、且つ汎用性が高く、さらに設置自由度の広い板状アンテナを実現できる。
【００３８】
また、給電線路として同軸線路を使用しているため、製品内部に配置された他の機器類に対し、この給電線路は邪魔にならないように本体内部で自由に引き回すことができる。
【００３９】
以上のことにより、携帯端末や家庭内での無線ネットワーク用家電品の製品筐体や各種部品の設置位置などの仕様に関し、大きな変更を必要とせず、さらに筐体内の隙間程度のスペースでも内蔵でき、低コストで、且つ性能が確保されているアンテナを実現できる。
【００４０】
また、上記板状アンテナを携帯端末や家庭内での無線ネットワーク用家電品の内部に設置すれば、これら製品の移動などの際、外付けアンテナの取り外し、再設置や再調整、そしてケーブル等の引き回しや予期せぬトラブルでのアンテナ故障などの使用者に常に付きまとっていた煩わしさを解消し、さらに本発明の良質な特性から、製品設置位置に関して選択の自由度をより広くできる効果も実現できる。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を各図により説明する。
（実施例１）
本発明の第１実施例を図１２〜図１４により説明する。図１２は、本発明の板状アンテナ６１において、スロット２の長さｄと第一の放射導体３と第二の放射導体４の境界部分における導体部の幅ｆとを足した長さａ１の第一の放射導体３と、板状アンテナの長さｂとを同様にし、長さａ１よりも板状アンテナの幅ａを大きくした場合の構造を示している。このとき、長さａ１は使用する電波の波長の概ね１／４としている。図１２のように、長さａ１と板状アンテナ６の幅ａによって生ずる差Δの部分１０（以下、ギャップと定義する）が存在することでスロット２に発生する電磁界が、独自の整合をとるためにギャップ１０の大きさに対応して傾くことになる。その結果、ギャップ１０がない場合には、図５のような指向特性になるのに対し、本実施例では、図１３のように指向特性がギャップ１０の存在する方向にシフトさせることが可能となる。なお、このときの励振特性は図１４のようになり、有用な広い帯域が得られている。また、このギャップ１０の広さΔを操作することで図１３の指向特性をさらにシフトさせることができる。
（実施例２）
本発明の第２実施例を図１５〜図１６により説明する。図１５は、実施例１の構造において、ギャップ１０の大きさと第一の放射導体３の幅ｅを固定し、板状アンテナ６１の長さｂを変化させた場合の実施例を示している。この場合、板状アンテナ６１の長さｂの変化に伴い、図３に示した電流（Ｊ２）９１の定在波が変化し、これによりギャップ１０によるスロット２で傾いた電磁界成分をより傾けることが可能となる。その結果、図１６に示すように板状アンテナ６１の長さｂの変化に伴い、実施例１と同様にギャップ１０の存在する方向に指向特性をシフトさせ、さらにギャップ１０の無い方向の指向特性を抑制できることが判る。すなわち板状アンテナ６１の長さｂにより、その指向特性を制御できることが可能となっている。なお、このときの励振特性は実施例１と同様に有用な広い帯域が得られているが、ここではその表示は割愛する。
（実施例３）
本発明の第３実施例を図１７により説明する。図１７は、実施例１および２に示した本発明の板状アンテナ６１の給電構造を変形させた板状アンテナ６２を示している。第一の放射導体３からインピーダンス整合を考慮した位置で、導体線路１１を第二の放射導体４に向けて延ばし、この導体線路１１と同軸線路５の内導体５１とを接続し、さらに第二の放射導体４には、スロットを構成する第一の放射導体３から延ばされた導体線路１１が第二の放射導体４と接触しないように切り欠け部を形成し、同軸線路５の外導体５２と第二の放射導体４の一部分とを接続した構造である。この構造により、同軸線路５の方向を図１７（ａ）のように板状アンテナ６２の長さ方向にしたり、図１７（ｂ）（ｃ）のように板状アンテナ６２の幅方向にしたりすることができ、同軸線路５を折ることなく配置できる方向の自由度を広げることが可能となる。
（実施例４）
本発明の第４実施例を図１８により説明する。図１８は、実施例１および２に示した本発明の板状アンテナ６１の給電構造を変形させた板状アンテナ６３を示している。第一の放射導体３からインピーダンス整合を考慮した位置で、導体線路１１を第二の放射導体４に向けて延ばし、さらに第二の放射導体４からもインピーダンス整合を考慮した位置で導体線路１２をスロットを構成する第一の放射導体３に向けて延ばし、スロットを構成する第一の放射導体３から延びた導体線路１１と同軸線路５の内導体５１とを接続し、さらに第二の放射導体４から延びた導体線路１２と同軸線路５の外導体５２を接続した構造である。この構造により、同軸線路５を折ることなく板状アンテナ６３の幅方向に同軸線路５を配置することが可能となる。
（実施例５）
本発明の第５実施例を図１９により説明する。図１９は、実施例１および２に示した本発明の板状アンテナ６１の給電構造を変形させ、平面的な上面部を有する立体的な土台１３上に構成した本発明の板状アンテナ６４を示している。板状アンテナ６４は、土台１３上にめっき材などを塗布するなどの加工法により形成することができる。土台１３は、板状アンテナ６４のスロット２にあたる部分を空洞にし、第一の放射導体３からインピーダンス整合を考慮した位置で導体線路１１を、そして第二の放射導体４からもインピーダンス整合を考慮した位置で導体線路１２を土台１３の下方に向けて延ばし、土台の下から給電できる構造としている。この構造は、携帯電話への内蔵やある特定な場所への固定を可能とした構造である。なお土台１３は、絶縁性からなり、板状アンテナ６４に求められるサイズの小型化等に伴い、その材料（誘電率）を選択することが好ましい。また、回路基板上に形成された配線パターン（図示せず）を板状アンテナ６４への給電線路とし、基板上に土台１３を搭載することによって、配線パターンと上記導体線路１１、１２をそれぞれ接続するようにしてもよい。なお、導体線路１１、１２の断面積及び長さは、外部のグランドと高周波的に接続されないように設定されている。
（実施例６）
本発明の第６実施例を図２０により説明する。図２０は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を立体的に変形させた板状アンテナ６５、６６を示している。板状アンテナ６５、６６のスロットを構成する第一の放射導体３と第二の放射導体４の両方に加工が施されており、導体板の全面が湾曲状に形成されている。
（実施例７）
本発明の第７実施例を図２１により説明する。図２１は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を立体的に変形させた板状アンテナ６７、６８を示している。板状アンテナ６７、６８のスロットを構成する第一の放射導体３と第二の放射導体４の両方に加工が施されており、導体板が円筒状に形成されている。図２１（ａ）に示された板状アンテナ６７は、第一の放射導体３の長さ方向（すなわち、第二の放射導体４の幅方向）に対して曲げ加工を施したものであり、図２１（ｂ）に示された板状アンテナ６８は、導体板の長さ方向に対して曲げ加工を施したものである。
（実施例８）
本発明の第８実施例を図２２により説明する。図２２は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を立体的に変形させた板状アンテナ６９、７０を示している。図２２（ａ）に示された板状アンテナ６９は、第二の放射導体４の幅方向に折り目が１つ設けられるように折り曲げられて形成されている。図２２（ｂ）に示された板状アンテナ７０は、導体板の長さ方向に折り目が１つ設けられるようにスロットを構成する第一の放射導体３と第二の放射導体４をそれぞれ１ヵ所折り曲げて形成されている。
（実施例９）
本発明の第９実施例を図２３により説明する。図２３は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を立体的に変形させた板状アンテナ７１〜７４を示している。図２３（ａ）に示された板状アンテナ７１は、第二の放射導体４の幅方向に折り目が２つ設けられるように折り曲げられて形成されている。図２３（ｂ）に示された板状アンテナ７２は、導体板の長さ方向に折り目が２つ設けられるようにスロットを構成する第一の放射導体３と第二の放射導体４をそれぞれ２ヵ所折り曲げて形成されている。図２３（ｃ）に示された板状アンテナ７３は、第二の放射導体４の幅方向に折り目が３つ設けられるように折り曲げられて形成されている。図２３（ｄ）に示された板状アンテナ７４は、導体板の長さ方向に折り目が３つ設けられるようにスロットを構成する第一の放射導体３と第二の放射導体４をそれぞれ３ヵ所折り曲げて形成されている。
（実施例１０）
本発明の第１０実施例を図２４により説明する。図２４は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を変形させたものであり、導体板の外縁を円形状に形成し円板型とした板状アンテナ７５〜７７を示している。図２４（ａ）、（ｂ）に示された板状アンテナ７５、７６は、スロット２が直線形状に形成されているものであり、図２４（ｃ）に示された板状アンテナ７７は、スロット２が略半円形状に形成されているものである。
（実施例１１）
本発明の第１１実施例を図２５により説明する。図２５は、設置位置の形状または状況により導体板の形状を変形させたものであり、導体板の外縁を曲線に形成した板状アンテナ７８〜８０を示している。図２５（ａ）に示された板状アンテナ７８は、スロットを構成する第一の放射導体３がＳ字曲線を描くように形成されていると共に、スロットを構成する第一の放射導体３と対向する第二の放射導体４の辺がその形状に合わせて曲線形状に形成されている。図２５（ｂ）に示された板状アンテナ７９は、スロットを構成する第一の放射導体３の長さ方向（すなわち、第二の放射導体４の幅方向）に沿って、スロットを構成する第一の放射導体３および第二の放射導体４の両方がＳ字曲線を描くように形成されている。図２５（ｃ）に示された板状アンテナ８０は、導体板の外縁が略眼鏡形状に形成されると共に、スロット２が湾曲形状に形成されている。
【００４２】
板状アンテナの形状は、上述した各実施例の形状に限らず、板状アンテナを設置する設置位置の形状または状況により、それに応じた種々形状のものを用いることができる。スロットの形状ならびにその位置が決定されれば、導体板の形状は様々なものに変形してもよい。また、第一の放射導体３の長さは、使用する周波数帯における電波の波長の概ね１／４の奇数倍とすればよく、もう一方の第二の放射導体４の幅と同じでなくてもよい。
【００４３】
これにより、板状アンテナを設置する内蔵位置のスペースもしくは構造に柔軟に適応可能となり、小型化を達成できる。さらに、板状アンテナの構造が自由に選べることから、要求される指向特性に柔軟に対応可能となる。
【００４４】
なお、板状アンテナの形状の変形の有無に関わらず、板状アンテナの各部サイズは、板状アンテナが設置される筐体等に使用されている各種材料の誘電率や導体部品の影響を加味し、実際に内蔵した際の使用する周波数帯における電波の波長に合わせ、且つ良好な励振特性が得られるように決定される。
また、板状アンテナを機器の筐体に設置する場合は、その全体をラミネート材等の絶縁性フィルムで覆い、板状アンテナ周辺の導体を排除するなどして、機器内の導体部分や接地部（グランド）と同電位にならないようにすることで、アンテナ独自の特性を保持し、優れたアンテナ特性を得ることができる。
【００４５】
さらに、板状アンテナは実施例１および２で示したように、指向特性をシフトさせ、且つ特定の方向の指向特性を抑制することが可能である。そのため複数のアンテナを隣接して設置する場合、隣接するアンテナ間で発生する電磁干渉を抑制でき、その結果通常のアンテナよりもその設置間の距離を短くすることができる。
【００４６】
上記した本発明の実施例１〜１１の板状アンテナによれば、従来技術による携帯端末や家庭内における無線ネットワーク用機器（電化製品）で使用される本体の筐体外部に別筐体などを使用し、且つ別途ケーブルなどを使用して取り付ける外付けアンテナに代わり、移動の際に生ずるアンテナ取り外しや再設置、再調整などの手間を無くし、且つアンテナ自身の破損を防ぐことができ、さらに携帯端末や電化製品の設置位置の自由度を広げ、さらに製品の製造コストの高上や開発期間の長期化などの原因となる筐体や各種部品の設置位置等の仕様を大きく変更させることなく、さらに筐体内の隙間程度のスペースでも内蔵でき、低コストで、且つ性能が確保されているアンテナを提供することが可能になる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、次のように優れた効果を発揮する。
【００４８】
小スペースで携帯端末や電化製品或いは壁等に内蔵でき、低コストで、且つ性能が確保されている板状アンテナおよびそれを備えた電気機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の板状アンテナで使用する導体板の構造図。
【図２】本発明の板状アンテナの構造図。
【図３】本発明の板状アンテナの電気的な構造図。
【図４】本発明の板状アンテナの励振特性を示す図。
【図５】本発明の板状アンテナの指向特性を示す図。
【図６】本発明の板状アンテナの構造図。
【図７】本発明の板状アンテナの構造変化に伴う帯域幅を示す図。
【図８】本発明の板状アンテナの構造変化に伴う帯域幅を示す図。
【図９】本発明の板状アンテナの構造図。
【図１０】本発明の板状アンテナの構造変化に伴う帯域幅を示す図。
【図１１】本発明の板状アンテナの構造変化に伴う帯域幅を示す図。
【図１２】本発明の実施例１に係わる板状アンテナの構造図。
【図１３】本発明の実施例１に係わる板状アンテナの指向特性を示す図。
【図１４】本発明の実施例１に係わる板状アンテナの励振特性を示す図。
【図１５】本発明の実施例２に係わる板状アンテナの構造図。
【図１６】本発明の実施例２に係わる板状アンテナの指向特性を示す図。
【図１７】本発明の実施例３に係わる板状アンテナの構造図。
【図１８】本発明の実施例４に係わる板状アンテナの構造図。
【図１９】本発明の実施例５に係わる板状アンテナの斜視図。
【図２０】本発明の実施例６に係わる板状アンテナの斜視図。
【図２１】本発明の実施例７に係わる板状アンテナの斜視図。
【図２２】本発明の実施例８に係わる板状アンテナの斜視図。
【図２３】本発明の実施例９に係わる板状アンテナの斜視図。
【図２４】本発明の実施例１０に係わる板状アンテナの構造図。
【図２５】本発明の実施例１１に係わる板状アンテナの構造図。
【符号の説明】
１ 導体板
２ スロット
３ 第一の放射導体
４ 第二の放射導体
５ 同軸線路
５１ 内導体
５２ 外導体
６、６１〜８０ 板状アンテナ
７ 電界
８ 磁流
９、９１ 電流
１０ ギャップ
１１、１２ 導体線路
１３ 土台
Claims (10)
- 導体板に切り込みを入れて、スロットを形成し、該スロットの長手方向の中心軸線を境界にして第一の放射導体と第二の放射導体を形成し、該スロットを形成する対向する二つの導体縁で給電するよう給電線路を接続し、前記導体板を絶縁性材料で覆い、かつ前記導体板を、外部のグランドと接続されていないようにしたことを特徴とする板状アンテナ。
- 前記導体板は、アンテナが搭載もしくは内蔵される機器における高周波回路部の接地部または該機器に設けられた接地導体とは、別に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の板状アンテナ。
- 前記スロットは、前記導体板の中心より偏った位置に形成され、前記第二の放射導体は前記第一の放射導体より面積が広いことを特徴とする請求項１または２に記載の板状アンテナ。
- 前記スロットの長手方向に対応した前記第一の放射導体の寸法は、使用する電波の波長の概ね１／４の奇数倍に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の板状アンテナ。
- 前記スロットの幅は、使用する電波の波長の１／８以下に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の板状アンテナ。
- 前記スロットの対向する導体縁の一部をスロット内部に延長し、延長した導体部に給電することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の板状アンテナ。
- 前記導体板は、絶縁性の土台上に形成されており、スロットの対向する導体縁の一部を土台の下方に向け延長し、延長した導体部を高周波回路の基板上に形成された配線パターンと電気的に接続することで給電することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の板状アンテナ。
- 単線もしくは複数本の撚り合せからなる内導体と該内導体の外周に位置する外導体を有する同軸線路をアンテナへの給電線路とし、前記スロットを形成する対向する二つの導体縁に、前記同軸線路の一方端における内導体と外導体がそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の板状アンテナ。
- 請求項１から８のいずれかに記載の板状アンテナをその内部に設置した電気機器。
- 請求項１から８のいずれかに記載の複数の板状アンテナを、それぞれのスロットの切り込みが入った導体板縁が対向しないように、搭載または内蔵した電気機器。
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