JP3870958B2

JP3870958B2 - アンテナ装置並びに無線通信装置

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Publication number: JP3870958B2
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Inventors: 毅前田
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Description

本発明は、無線通信で使用されるアンテナ装置並びに無線通信装置に係り、特に、電波の送受信を同時に行なう無線機に使用されるアンテナ装置並びに無線通信装置に関する。

さらに詳しくは、本発明は、反射波読み取り器側からの無変調搬送波の送信と、反射器側におけるアンテナ負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づく反射波の変調を利用してデータ通信を行なうバック・スキャッタ方式の無線通信システムに利用されるアンテナ装置並びに無線通信装置に係り、特に、絶縁性物質を介在物として放射導体と導体地板とを対向して配置することにより構成される薄型構成のアンテナ装置並びに無線通信装置に関する。

複数の機器をネットワーク接続することにより、コマンドやデータ伝送の効率化、情報資源の共有化、ハードウェア資源の共有化を実現することができる。さらに最近では、有線方式による配線からユーザを解放するシステムとして、無線通信が注目されている。

無線通信に関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（ＴｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１や、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２、ＩＥＥＥ８０２．１５．３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などを挙げることができる。近年、無線ＬＡＮシステムは安価になり、ＰＣにも標準内蔵されるようになったこととも相俟って、無線ＬＡＮの普及が著しい。

比較的小規模な無線通信システムは、家庭内などで、ホスト機器と端末機器間のデータ伝送に使用される。ここで言うホスト機器の例としては、テレビ、モニタ、プリンタ、ＰＣ、ＶＴＲ、ＤＶＤプレイヤーなど、据え置き型の家電製品が挙げられる。また、端末機器の例としては、デジタル・カメラや、ビデオ・カメラ、携帯電話、携帯情報端末、携帯型音楽再生装置など、消費電力を極力抑えたいモバイル系機器が挙げられる。この種のシステムのアプリケーションとしては、カメラ付き携帯電話やデジタル・カメラで撮った画像データを無線ＬＡＮ経由でＰＣにアップロードすることなどである。

ところが、無線ＬＡＮは本来コンピュータでの利用を前提として設計・開発されたものであり、モバイル系機器に搭載する場合、その消費電力が問題となる。現在市販されているＩＥＥＥ８０２．１１ｂの無線ＬＡＮカードの多くは、送信時に８００ｍＷ以上、受信時に６００ｍＷ以上の消費電力がある。この消費電力は、バッテリ駆動のポータブル機器にとっては、負担が大きい。

無線ＬＡＮ機能を近距離限定で動作させて、その送信電力を小さくしても、消費電力は８割程度しか低下することができない。特に、デジタル・カメラなどの画像入力装置から画像表示装置側への伝送は、送信比率が通信全体のほとんど占めるような通信形態となるため、なおさら低消費電力の無線伝送手段が求められている。

また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信に関しては、伝送速度が最大でも７２０ｋｂｐｓと低速度であり、昨今の高画質化により、ファイルサイズの大きくなった画像の伝送時間がかかり不便である。

これに対し、ＲＦＩＤで用いられるバック・スキャッタ方式に基づく反射波を利用した無線伝送によれば、例えば機器間で送信比率が通信のほとんどを占めるような通信形態において、低消費電力化を実現することができる。

バック・スキャッタ方式の無線通信システムは、変調処理を施した反射波によりデータを送信する反射器と、反射器からの反射波からデータを読み取る反射波読み取り器で構成される。データ伝送時には、反射波読み取り器が無変調搬送波を送信する。これに対し、反射器は、例えばアンテナの終端のオン／オフなどの負荷インピーダンス操作を用い、無変調搬送波に対し伝送データに応じた変調処理を施すことで、データを送出する。そして、反射波読み取り器側では、この反射波を受信し復調・復号処理して伝送データを取得することができる。

反射波伝送システムでは、バック・スキャッタリングを行なうためのアンテナ・スイッチは一般的にガリウム砒素のＩＣで構成され、その消費電力は数１０μＷ以下であり、データ伝送を行なうときの平均電力としては、送達確認方式の場合で１０ｍＷ以下、一方向伝送では、数１０μＷでデータ伝送が可能である。これは、一般的な無線ＬＡＮの平均消費電力と比較すると、圧倒的な性能差である（例えば、非特許文献１を参照のこと）。

図７には、ＲＦＩＤなどで使用されているバック・スキャッタ方式による無線データ伝送の様子を模式的に示している。

同図に示すバック・スキャッタ方式では、まずホスト機器７０１のアンテナ７０４より無変調搬送波７０７が送信され、端末機器７０５のアンテナ７０６で受信される。このとき、端末機器７０５は、端末機器７０５からホスト機器７０１へ伝送すべきデータのビット列に応じて、アンテナ７０６の終端操作を行ない、受信電波を吸収あるいは反射することにより変調反射波７０８を生成し、ホスト機器７０１へ向けて送信される。ホスト機器７０１では、この変調反射波７０８をアンテナ７０４で受信し、受信部（Ｒｘ）７０３によってデータ復調が行なわれる。

このように、バック・スキャッタ方式では、ホスト機器７０１は、無変調搬送波７０７の送信と、端末機器７０５によって反射された変調反射波７０８の受信を同時に行なう。

ホスト機器７０１から送出された無変調反射波は端末機器７０５に到達するまでの往路で減衰され、端末機器７０５側での反射時並びに反射波がホスト機器７０１に到達する復路でもさらに減衰する。このため、受信部７０３では電力強度が弱い反射波を処理しなければならない。すなわち、受信部７０３では、ＤＣオフセット、送信機雑音の影響を受け易く、伝送距離を伸ばすことが困難となっている。

ここで、ホスト機器７０１の受信感度に影響を与える要素の１つとして、送信部７０２から送信された無変調搬送波の一部７１０が、ホスト機器７０１の内部の信号経路で受信部７０３へ回り込むことが挙げられる。送信部７０２から送信する無変調搬送波の周波数と受信部７０３で受信する反射波の周波数は、ともに同一周波数帯であることから、受信部７０３では、送信７０２側から回り込んだ送信信号（この場合、無変調搬送波）の影響を受ける。

受信部７０３へ回り込んだ送信信号７１０は、アンテナ７０４で受信した変調反射波７０９に対しては妨害ノイズとなり、ＢＥＲ（ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）の著しい劣化を引き起こすこともある。したがって、ホスト機器７０１においては、送信信号７１０の受信部へ回り込みを抑圧する必要があると思料される。

図８には、ホスト機器８０１のアンテナ端にサーキュレータ８１０を具備することで、送信信号８１１の受信部（Ｒｘ）８０３への回り込みを改善した構成例を示している。しかしながら、一般的にサーキュレータ８１０のアイソレーションを大きくすると高価になり、また、設置スペースも大きくなるという問題点を有する。また、サーキュレータ８１０によりある程度は送信信号の回り込みを軽減することができるが、その値は無限ではなく、２０ｄＢ程度のアイソレーションが現実的な値である。

また、図９には、ホスト機器９０１の送信部（Ｔｘ）９０２、及び受信部（Ｒｘ）９０３にそれぞれ独立したアンテナ９０４及び９０５を装備することにより、送信信号９１０の受信部９０３への回り込みを改善した構成例を示している。この場合、アンテナ９０４及び９０５の配置方法を工夫することにより、送受信間のアイソレーションを確保することができる。しかしながら、アンテナを物理的に離して配置する必要があるため、ホスト機器９０１が搭載される筐体のサイズが必然的に大きくなってしまうという問題点がある。

他方、反射波伝送を行なうバック・スキャッタ通信方式では、反射波読み取り器並びに反射器において、アンテナ指向性が求められる。この点について、他の無線通信システムとの比較で説明する。

無線ＬＡＮなど一般的な無線通信システムでは、ＡＰ（アクセスポイント）などの制御局から送信された電波を端末局のアンテナで受信する。ある程度長距離の通信を行なうシステムの場合、図１５に示すように、端末局側では、ＡＰからの直接波以外に、壁などで反射した散乱波（マルチパス＃１、マルチパス＃２）を受信することになる（見通し外通信）。マルチパスは壁などで反射して端末局へ到来するので、ＡＰから送信した時点での偏波と異なることになる（垂直偏波で送信しても、マルチパスは垂直偏波とは限らない）。したがって、端末側でのアンテナは、円偏波や無指向性のアンテナがよく用いられる。

これに対し、反射波伝送では、比較的近距離の通信を想定しており、反射器のアンテナでは、図１６に示すように反射波読み取り器のアンテナからの直接波（この場合、無変調搬送波）しか受信しない（見通し内通信）。ここで、反射波読み取り器のアンテナから垂直偏波で送信したと仮定する。このとき、反射器側のアンテナ２は垂直偏波に対応したアンテナでなければ良好に受信できない。したがって、反射波読み取り器及び反射器はともに偏波が同一のアンテナを用いることとなる。そうすると、反射器で生成された反射波は、やはり垂直偏波として反射波読み取り器へ送信される。

また、バック・スキャッタ方式では、反射器側ではキャリア発生源を持たず受信した電波を反射させてデータ伝送をするという原理上、その信号強度は微弱となり、さらに電波の往路と復路で減衰されてしまう。このため、無変調搬送波を効率よく反射器へ到達させるとともに、反射波を効率よく受信するために、反射波読み取り器及び反射器のアンテナは互いへ向けて指向性を持たせ、大きなアンテナ利得を得ることが望まれる。

ここで、指向性を有するアンテナとして、平面パッチ・アンテナ（マイクロストリップ・アンテナＭＳＡ：ＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐＡｎｔｅｎｎａとも言う）が知られている。パッチ・アンテナは、絶縁性物質を介在物として放射導体と導体地板とを対向して配置することにより構成される薄型アンテナであり、放射導体の形状は、特に決まりはないが、大体において矩形若しくは円形が用いられている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

図１０には、パッチ・アンテナの構成例を示している。同図に示すパッチ・アンテナは、導体地板１００１と放射導体１００２で構成され、放射導体１００２は導体地板１００１の上方に離間して配置される。パッチ・アンテナの放射導体１００２の素子寸法１０ａ及び１０ｂは、使用周波数帯の波長λに対し、通常１／２λ又はそれ以下であり、反射板を別途設けることなく単向性の放射パターンを実現することができる。

同図中、参照番号１００３は放射導体１００２の支持体であり、放射導体１００２の中心部に位置する。また、参照番号１００４は、放射導体１００２の給電ポートである。励振させるために給電ポート１００４を放射導体１００２の中心部１００３からややオフセットした位置に設けられ、このオフセット長を調整することにより所望のインピーダンスに対してアンテナの整合をとることができる。

一般に、パッチ・アンテナの放射導体１００２は方形であり、その共振周波数ｆ₀は放射導体１００２の素子寸法１０ｂに、帯域幅は素子寸法１０ａに依存する。システムに要求される帯域幅を満たす範囲では、素子寸法１０ａを変え、方形パッチ・アンテナの小型化を図っても、その共振周波数ｆ₀に顕著な差異は生じない。

パッチ・アンテナは概ねＺ軸方向の単方向性を示し、数ｄＢｉ程度の指向性利得が得られることから、十分な信号強度を得るという観点からは、反射波伝送を行なうバック・スキャッタ通信方式に好適に適用することができると考えられる。しかしながら、バック・スキャッタ通信方式では、反射波読み取り器側では送信と受信を同一周波数帯で行なうことから（前述）、送信部と受信部のアイソレーションを確保する必要がある。

特開２００３−３０４１１５号公報特願２００３−２９１８０９号明細書

本発明の目的は、反射波読み取り器側からの無変調搬送波の送信と、反射器側におけるアンテナ負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づく反射波の変調を利用してデータ通信を行なう反射波伝送方式のように、電波の送受信を同時に行なう無線機に好適に適用することができる、優れたアンテナ装置並びに無線通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、絶縁性物質を介在物として放射導体と導体地板とを対向して配置することにより薄型に構成され、大きなアンテナ指向性利得を得ることができる、優れたアンテナ装置並びに無線通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、アンテナ指向性を持たせ大きなアンテナ利得を得るとともに、送信部から受信部への回り込み電流を好適に抑止することができる、優れたアンテナ装置並びに無線通信装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、平面導体地板と、
前記平面導体地板の上方に配設された第１の放射を行なう第１の放射導体と、
前記平面導体地板の上方に、前記第１の放射導体に対し平行で且つ前記平面地板の中心に対して前記第１の放射導体と対称となるように隣接して配設された、第２の放射を行なう第２の放射導体と、
前記第１の放射導体及び前記第２の放射導体それぞれ個別に設けられた第１の給電ポートと第２の給電ポートと、
を具備することを特徴とするアンテナ装置である。

本発明に係るアンテナ装置は、１つの導体地板上に２つの放射導体を備えているが、それぞれ個別に給電ポートが設けられていることから、第１の放射導体と第２の放射導体が独立に動作することができる。

ここで、前記第１の放射導体の端部は前記第１の放射導体の最大利得を有する方向へ平面地板に対しほぼ垂直に曲設されるとともに、前記第２の放射導体の端部が該第２の放射導体の最大利得を有する方向へ平面地板に対しほぼ垂直に曲設されているので、第１の給電ポートと第２の給電ポートとの間のアイソレーションを高めることができる。

第１の放射導体と第２の放射導体それぞれの端部の折り曲げ部分の長さを適切に調節することにより、第１の放射導体及び第２の放射導体上の高周波電流を制御することができる。すなわち、一方の放射導体から、互いに隣接する他方の放射導体方向への放射を抑制することができる。

また、第１の放射導体と第２の放射導体はそれぞれ端部を折り曲げただけであり、実質的な大きさの変化はなく、共振周波数にも顕著な差異は生じないため、周波数を調整することは容易である。

これにより、互いに平行して隣接する第１の放射導体と第２の放射導体間の距離を短くしても、互いの放射の影響を少なくできることから、一方の給電ポートから他方の給電ポートへのアイソレーションを高めることができる。また、第１の放射導体と第２の放射導体の占有面積を小さくできることから、アンテナ装置全体のサイズを縮小することが可能となる。

また、前記第１の平面放射導体の端部は、前記第１の放射導体の最大利得を有する方向へ平面地板に対しほぼ垂直に曲設され、さらにその先端が前記第１の放射導体の中心へ向かって前記平面地板に対して水平に折り曲げるとともに、前記第２の平面放射導体の端部は、前記第２の放射導体の最大利得を有する方向へ平面地板に対しほぼ垂直に曲設され、さらにその先端が前記第２の放射導体の中心へ向かって前記平面地板に対して水平に折り曲げるようにしてもよい。これによって、第１の給電ポートと第２の給電ポート間のアイソレーションを高めるとともに、アンテナ装置を低背化することができる。

この場合、第１の放射導体と第２の放射導体において、平面導体地板に対し垂直及び水平に折り曲げられた部分の長さを適切に調整することにより、互いに平行して隣接する第１の放射導体と第２の放射導体間の距離を短くしても、一方の給電ポートから他方の給電ポートへのアイソレーションを高めることができる。これにより、第１の放射導体と第２の放射導体の占有面積を小さくすることができる。また、放射導体の端部をコの字型にしているため低背化が可能となることから、アンテナ装置全体のサイズをさらに縮小できることができる。

本発明によれば、絶縁性物質を介在物として放射導体と導体地板とを対向して配置することにより薄型に構成され、大きなアンテナ指向性利得を得ることができる、優れたアンテナ装置並びに無線通信装置を提供することができる。

また、本発明によれば、アンテナ指向性を持たせ大きなアンテナ利得を得るとともに、送信部から受信部への回り込み電流を好適に抑止することができる、優れたアンテナ装置並びに無線通信装置を提供することができる。

また、本発明によれば、１つの導体地板上に２つの放射導体を配置し、２つの給電ポートを設けることにより各放射導体の占有面積を小さくし、小型に構成することができる、優れたアンテナ装置並びに無線通信装置を提供することができる。

また、本発明によれば、１つの導体地板上に隣接して２つの放射導体が構成された平面パッチ・アンテナに対し、放射導体間の距離が短くても、各給電ポート間のアイソレーションをとることができる、優れたアンテナ装置並びに無線通信装置を提供することができる。

本発明によれば、１つの導体地板上に２つの放射導体を有する平面アンテナ装置に関し、アンテナ間の距離を小さくすることでアンテナの実装面積を小さくしても、良好にアイソレーションを保つことが可能である。したがって、バック・スキャッタ方式のように、電波の送受信を同時に行なうような無線通信システムにおいて、そのホスト側となる筐体の小型化が可能となる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

図１１には、１つの導体地板１１０１上に２つの放射導体１１０２及び１１０３を配置した構成を示している。また、図１２には、図１１に示されるアンテナ装置によって得られるリターン・ロス（ＲｅｔｕｒｎＬｏｓｓ）及びアイソレーション（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を示している。但し、図１１において、放射導体１１０２及び１１０３それぞれの素子寸法を１１ａ＝２０ｍｍ、１１ｂ＝５４ｍｍ、導体地板１１０１から放射導体１１０２及び１１０３までの距離１１ｈ＝５ｍｍ、導体地板１１０１の寸法１１ｇ＿ｗ＝１００ｍｍ、１１ｇ＿ｈ＝７５ｍｍ、放射導体１１０２の中心から給電ポート１１０４まで、並びに放射導体１１０３の中心から給電ポート１１０５までの距離（オフセット）１１ｐ＝６ｍｍ、放射導体１１０２と放射導体１１０３との距離１１Ｗ＝４０ｍｍとする。リターン・ロスは給電ポート１１０４の反射特性であり、アイソレーションは給電ポー１１０４と給電ポート１１０５の間の通過特性である。ここで、放射導体１１０２と放射導体１１０３は、導体地板１１０１の中心であるＹ軸に対してＸ軸方向にほぼ対称に配置されていることから、放射導体１１０３のリターン・ロス及びアイソレーション特性は図１２に示されるものと同一となる。

図１２より、リターン・ロスが−１０ｄＢ以下の帯域は２４３０〜２５００ＭＨｚとなり、通常の平面パッチ・アンテナと比較すると動作帯域は狭帯域となるものの、アイソレーションは上記帯域において約−２０ｄＢとなることが分かる。

また、図１３に、上記の条件における放射導体１１０２及び１１０３の主偏波の放射パターン（θ＝９０度におけるφ面内パターン、すなわちＺ−Ｘ面内パターンである）を示す。同図において、１３−Ａは放射導体１１０２、１３−Ｂは放射導体１１０３の放射パターンをそれぞれ示している。

図１３より、放射導体１１０２及び１１０３ともに、Ｚ軸方向に最大利得を有しており、その値はおよそ７ｄＢｉとなることが分かる。したがって、各給電ポートのアイソレーションを比較的大きく保ちつつ、放射導体１１０２と１１０３を独立に動作させることが可能となる。

以上より、電波の送受信を同時に行なうバック・スキャッタ方式において、ホスト機器のアンテナとして、図１１に示すような２給電パッチ・アンテナを用いた場合、放射導体１１０２及び１１０３の素子寸法１１ｂの値を適切に設定することによって、２つの放射導体の占有面積を小さくできることから、アンテナ装置全体のサイズを縮小することができる。

しかしながら、給電ポート１１０４と１１０５の間のアイソレーションは、放射導体１１０２と１１０３との間の距離１１Ｗに依存する。

図１４には、図１１において、放射導体１１０２及び１１０３それぞれの素子寸法を１１ａ＝２０ｍｍ、１１ｂ＝５４ｍｍ、導体地板１１０１から放射導体１１０２及び１１０３までの距離１１ｈ＝５ｍｍ、導体地板１１０１の寸法１１ｇ＿ｗ＝７５ｍｍ、１１ｇ＿ｈ＝７５ｍｍ、放射導体１１０２の中心から給電ポート１１０４まで、並びに放射導体１１０３の中心から給電ポート１１０５までの距離（オフセット）１１ｐ＝６ｍｍ、放射導体１１０２と放射導体１１０３との距離１１Ｗ＝２０ｍｍとし、図１２におけるアンテナ装置よりサイズを縮小した場合における放射導体１１０２のリターン・ロス及びアイソレーションを示している。

図１４より、リターン・ロスの値は図１２に示したものとほぼ同じであり、動作帯域は２４３０〜２５００ＭＨｚであることが分かる。一方、アイソレーションは、上記帯域中−１１〜−１２ｄＢとなり、図１２における値と比較すると、図１４におけるアイソレーションの値が大幅に大きくなることから、アンテナ間距離５Ｗを小さくすることで、給電ポート１１０４と給電ポート１１０５との間のアイソレーションが劣化することが分かる。

すなわち、図１１に示したような、１つの導体地板上に２つの放射導体を実装し、導体地板を含めた全体的なアンテナ装置のサイズを小さくする場合には、２つの放射導体間の距離は必然的に短くなることからアイソレーションが大きく劣化する、という問題がある。

図１には、本発明の実施形態に係る２給電のアンテナ装置の構成例を示している。

図示のアンテナ装置は、Ｘ方向に１ｇ＿ｗ、Ｙ方向に１ｇ＿ｈの長さをそれぞれ有する平面導体地板１０１の上方に、２つの放射導体１０２と１０３が互いに１Ｗだけ離間して配置されている。導体地板１０１から放射導体１０２と１０３までの距離は１ｈである。

ここで、放射導体１０２及び放射導体１０３の中心をそれぞれ下式（１）及び（２）で示す。

Ｘ＝（１Ｗ−１ｂ）／２、Ｙ＝０、Ｚ＝ｈ …（１）
Ｘ＝（１Ｗ＋１ｂ）／２、Ｙ＝０、Ｚ＝ｈ …（２）

放射導体１０２及び１０３はそれぞれ式（１）及び（２）に示される位置を中心としてＸ方向に１ａ、Ｙ方向に１ｂの長さを有している。また、放射導体１０２及び１０３は、式（１）及び（２）に表される位置で、それぞれ支持体１０６及び１０７を介して導体地板１０１と物理的に接続される。放射導体１０２の給電ポート１０４と放射導体１０３の給電ポート１０５は、それぞれ支持体１０６及び１０７からＹ方向に１ｐの長さだけずれた位置に設けられる。

図１に示すアンテナ装置は、２つの放射導体１０２及び１０３それぞれの端部がＺ方向に長さ１ｄだけ垂直に折り曲げられており、放射導体１０２と１０３はＸＹ平面でＹ軸に対して対称な形をなしている。

図１に示すように構成されるアンテナ装置であって、放射導体の寸法１ａ＝４７［ｍｍ］、１ｂ＝２０［ｍｍ］、放射導体端部の折り曲げの長さ１ｄ＝８ｍｍ、導体地板の寸法１ｇ＿ｗ＝７５［ｍｍ］、１ｇ＿ｈ＝７５［ｍｍ］、導体地板１０１から放射導体１０２及び１０３までの距離１ｈ＝５［ｍｍ］、各放射導体１０２及び１０３の中心からそれぞれの給電ポートまでの距離１ｐ＝６［ｍｍ］、２つの放射導体１０２及び１０３間の距離１Ｗ＝２０［ｍｍ］とするアンテナ装置の特性について、以下に具体的に説明する。

図２には、上記条件の下、図１に示したアンテナ装置によって得られるリターン・ロス及びアイソレーション特性を示している。同図において、リターン・ロスは、図１において給電ポート１０４の反射特性を表し、アイソレーションは給電ポート１０４から１０５への通過特性を表している。ここで、給電ポート１０５の反射特性及び給電ポート１０５から１０４へのアイソレーションは、放射導体１０２と１０３がＹ軸に対して対称であることから、図２に示す値と同一になる。

図２より、リターン・ロスが−１０ｄＢ以下の周波数を動作帯域とすると、２４３０〜２４９０ＭＨｚとなる。このとき、当該周波数において、アイソレーションは−３０〜−３５ｄＢとなり、放射導体１０２、１０３を折り曲げたことにより、アイソレーションを大幅に向上させることができる。

また、図３には、上記条件における放射導体１０２及び１０３の主偏波の放射パターン（θ＝９０度におけるφ面内パターン、すなわちＺ−Ｘ面内パターンである）を示す。同図において、３−Ａは放射導体１０２、３−Ｂは放射導体１０３の放射パターンをそれぞれ示している。

同図より、放射導体１０２と１０３は、ともに他方の放射導体方向（放射導体１０２においては３−Ａ中９０度付近、放射導体１０３においては３−Ｂ中２７０度付近）への放射が抑制されており、互いに干渉しない放射パターンであることが分かる。さらに、放射利得は、放射導体１０２及び１０３ともにＺ軸方向（図３中、０度）で最大値を有し、概ね６ｄＢｉであることから、平面パッチ・アンテナ特有の指向性も確保することができる。

図４には、本発明のさらに他の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示している。

図示のアンテナ装置は、基本的な構造は図１に示したものと同じであり、２つの放射導体４０２及び４０３の端部をコの字型に折り曲げ、低背化している点に特徴がある。このとき、放射導体４０２と４０３は、それぞれの端部がＺ方向に長さ４ｄだけ垂直に折り曲げられ、さらにそれらの先端が放射導体４０２及び４０３の中心部へ向かって、導体地板４０１に対して４ｄ'だけ水平に折り曲げられている。

図４に示すアンテナ装置であって、放射導体の寸法４ａ＝２０［ｍｍ］、４ｂ＝４７［ｍｍ］、放射導体端部の折り曲げの長さ４ｄ＝５［ｍｍ］、４ｄ'＝７［ｍｍ］、導体地板の寸法４ｇ＿ｗ＝７５［ｍｍ］、４ｇ＿ｈ＝７５［ｍｍ］、導体地板から放射導体までの距離４ｈ＝５［ｍｍ］、放射導体の中心から給電ポートまでの距離４ｐ＝６［ｍｍ］、２つの放射導体間の距離４Ｗ＝２０［ｍｍ］とするアンテナ装置の特性について、以下に具体的に説明する。

図５には、上記条件の下、図４に示したアンテナ装置によって得られるリターン・ロス及びアイソレーション特性を示している。同図において、リターン・ロスは、図４において給電ポート４０４の反射特性を表し、アイソレーションは給電ポート４０４から４０５への通過特性を表している。ここで、給電ポート４０５の反射特性及び給電ポート４０５から４０４へのアイソレーションは、放射導体４０２と４０３がＹ軸に対して対称であることから、図５に示す値と同一になる。

図５より、リターン・ロスが−１０ｄＢ以下の周波数を動作帯域とすると、２４３０〜２４８５ＭＨｚとなり、動作帯域幅は図１に示したアンテナ装置とほぼ同じである。また、当該周波数において、アイソレーションは−３３〜−３７ｄＢとなり、放射導体４０２及び４０３の端部をコの字型に折り曲げても、アイソレーション特性は図１に示したアンテナ装置とほぼ同じである。

また、図６には、上記条件における放射導体４０２と４０３の主偏波の放射パターン（θ＝９０度におけるφ面内パターン、すなわちＺ−Ｘ面内パターンである）を示している。同図において、６−Ａは放射導体４０２、６−Ｂは放射導体４０３の放射パターンをそれぞれ示している。

同図より、図４に示したアンテナ装置によって得られる放射パターンは、図１に示したアンテナ装置とほぼ同じであり、放射利得は、放射導体４０２及び４０３ともにＺ軸方向（図６中、０度）で最大値を有し、概ね６ｄＢｉである。

したがって、図４に示したアンテナ装置によれば、放射導体の先端をコの字型に折り曲げることで、図１に示したアンテナ装置と比較して、動作帯域幅、アイソレーション、放射特性に関していずれも遜色ない特性を保ちつつ、アンテナ装置の低背化が可能となる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、読取装置側からの無変調搬送波の送信と、送信装置側における伝送データにて反射波に変調を行なう反射波伝送システムを例にとって本発明の実施形態について説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。反射波伝送以外のメディアを利用する他の無線通信システムであっても、送信部から受信部への回りこみ電流を防止したい場合や、アンテナ指向性を持たせ大きなアンテナ利得を得たい場合、小型のアンテナを構成した場合に、同様に本発明を適用することができる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

図１は、本発明の実施形態に係る、２給電のアンテナ装置の構成例を示した図である。図２は、図１に示したアンテナ装置によって得られるリターン・ロス及びアイソレーション特性を示した図である。図３は、放射導体１０２と１０３の主偏波の放射パターンを示した図である。図４は、本発明のさらに他の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示した図である。図５は、図４に示したアンテナ装置によって得られるリターン・ロス及びアイソレーション特性を示した図である。図６は、放射導体４０２と４０３の主偏波の放射パターンを示した図である。図７は、ＲＦＩＤなどで使用されているバック・スキャッタ方式による無線データ伝送の様子を模式的に示した図である。図８は、ホスト機器８０１のアンテナ端にサーキュレータ８１０を具備することで、送信信号の受信部８０３への回り込みを改善した構成例を示した図である。図９は、ホスト機器９０１の送信部９０２、及び受信部９０３にそれぞれ独立したアンテナ９０４及び９０５を装備することにより、送信信号の受信部３０３への回り込みを改善した構成例を示した図である。図１０は、パッチ・アンテナの構成例を示した図である。図１１は、１つの導体地板１１０１上に２つの放射導体１１０２及び１１０３を配置した構成を示した図である。図１２は、図１１に示されるアンテナ装置によって得られるリターン・ロス（ＲｅｔｕｒｎＬｏｓｓ）及びアイソレーション（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を示した図である。図１３は、放射導体１１０２及び１１０３の主偏波の放射パターン（θ＝９０度におけるφ面内パターン、すなわちＺ−Ｘ面内パターンである）を示した図である。図１４は、放射導体１１０２のリターン・ロス及びアイソレーションを示した図である。図１５は、見通し外通信を行なう無線通信システムにおける送受信の仕組みを説明するための図である。図１６は、見通し内通信を行なう無線通信システムにおける送受信の仕組みを説明するための図である。

符号の説明

１０１…導体地板
１０２，１０３…放射導体
１０４，１０５…給電ポート
１０６，１０７…支持体

Claims

平面導体地板と、
前記平面導体地板に配設された第１の放射を行なう第１の放射導体と、前記第１の放射導体の中心からオフセットされた位置に設けられた第１の給電ポートとを備えた第１のアンテナ部と、
前記平面導体地板に前記第１の放射導体に対し平行で且つ前記平面地板の中心に対して前記第１の放射導体と対称となるように隣接して配設された、第２の放射を行なう第２の放射導体と、前記第２の放射導体の中心からオフセットされた位置に設けられた第２の給電ポートとを備えた第２のアンテナ部とを具備し、
前記第１の放射導体の端部は前記第１の放射導体の最大利得を有する方向へ前記平面地板に対しほぼ垂直に曲設されるとともに、前記第２の放射導体の端部が該第２の放射導体の最大利得を有する方向へ前記平面地板に対しほぼ垂直に曲設され、
前記第１のアンテナ部は送信用アンテナとして使用されるとともに、前記第２のアンテナ部は受信用アンテナとして使用される、
ことを特徴とするアンテナ装置。
平面導体地板と、
前記平面導体地板に配設された第１の放射を行なう第１の放射導体と、前記第１の放射導体の中心からオフセットされた位置に設けられた第１の給電ポートとを備えた第１のアンテナ部と、
前記平面導体地板に前記第１の放射導体に対し平行で且つ前記平面地板の中心に対して前記第１の放射導体と対称となるように隣接して配設された、第２の放射を行なう第２の放射導体と、前記第２の放射導体の中心からオフセットされた位置に設けられた第２の給電ポートとを備えた第２のアンテナ部とを具備し、
前記第１の平面放射導体の端部は、前記第１の放射導体の最大利得を有する方向へ平面地板に対しほぼ垂直に曲設され、さらにその先端が前記第１の放射導体の中心へ向かって前記平面地板に対して水平に折り曲げられ、
前記第２の平面放射導体の端部は、前記第２の放射導体の最大利得を有する方向へ平面地板に対しほぼ垂直に曲設され、さらにその先端が前記第２の放射導体の中心へ向かって前記平面地板に対して水平に折り曲げられ、
前記第１のアンテナ部は送信用アンテナとして使用されるとともに、前記第２のアンテナ部は受信用アンテナとして使用される、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
無変調搬送波に対する反射器からの反射波の変調を利用した反射波通信を行なう無線通信装置であって、
搬送波を送信するとともに前記反射器からの反射波を受信するアンテナと、
無変調搬送波の送信動作、搬送波によるデータ送信及び受信した反射波信号の受信処理を制御する通信制御手段とを備え、
前記アンテナは、
平面導体地板と、
前記平面導体地板に配設された第１の放射を行なう第１の放射導体と、前記第１の放射導体の中心からオフセットされた位置に設けられた第１の給電ポートとを備えた第１のアンテナ部と、
前記平面導体地板に前記第１の放射導体に対し平行で且つ前記平面地板の中心に対して前記第１の放射導体と対称となるように隣接して配設された、第２の放射を行なう第２の放射導体と、前記第２の放射導体の中心からオフセットされた位置に設けられた第２の給電ポートとを備えた第２のアンテナ部とを具備し、
前記第１の放射導体の端部は前記第１の放射導体の最大利得を有する方向へ前記平面地板に対しほぼ垂直に曲設されるとともに、前記第２の放射導体の端部が該第２の放射導体の最大利得を有する方向へ前記平面地板に対しほぼ垂直に曲設され、
前記第１のアンテナ部は前記の無変調搬送波の送信に使用されるとともに、前記第２のアンテナ部は前記の反射波信号の受信に使用される、
ことを特徴とする無線通信装置。
無変調搬送波に対する反射器からの反射波の変調を利用した反射波通信を行なう無線通信装置であって、
搬送波を送信するとともに前記反射器からの反射波を受信するアンテナと、
無変調搬送波の送信動作、搬送波によるデータ送信及び受信した反射波信号の受信処理を制御する通信制御手段とを備え、
前記アンテナは、
平面導体地板と、
前記平面導体地板に配設された第１の放射を行なう第１の放射導体と、前記第１の放射導体の中心からオフセットされた位置に設けられた第１の給電ポートとを備えた第１のアンテナ部と、
前記平面導体地板に前記第１の放射導体に対し平行で且つ前記平面地板の中心に対して前記第１の放射導体と対称となるように隣接して配設された、第２の放射を行なう第２の放射導体と、前記第２の放射導体の中心からオフセットされた位置に設けられた第２の給電ポートとを備えた第２のアンテナ部とを具備し、
前記第１の平面放射導体の端部は、前記第１の放射導体の最大利得を有する方向へ平面地板に対しほぼ垂直に曲設され、さらにその先端が前記第１の放射導体の中心へ向かって前記平面地板に対して水平に折り曲げられ、
前記第２の平面放射導体の端部は、前記第２の放射導体の最大利得を有する方向へ平面地板に対しほぼ垂直に曲設され、さらにその先端が前記第２の放射導体の中心へ向かって前記平面地板に対して水平に折り曲げられ、
前記第１のアンテナ部は前記の無変調搬送波の送信に使用されるとともに、前記第２のアンテナ部は前記の反射波信号の受信に使用される、
ことを特徴とする無線通信装置。