JP4281116B2

JP4281116B2 - 給電装置

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Publication number: JP4281116B2
Application number: JP2008030440A
Authority: JP
Inventors: 晶夫倉本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: US20100090787A1; WO2008136308A1; US8130157B2; EP2148388A1; WO2008136308A8; JP2008295019A

Description

本発明はアンテナに給電するための給電装置に関する。

近年、携帯電話や、無線ＬＡＮのホットスポットサービス、ＷｉＭＡＸなど、さまざまな屋外の無線サービスシステムが使用できるようになっている。また、放送分野においても、地上波デジタルテレビ放送等が始まっている。このようなワイヤレスの多様なサービスを有効に利用するためには、アンテナ性能の向上が重要である。一方で、上記の複数のサービスに対応した端末では、必然的に広帯域のアンテナが必要になる。かつ、上記サービスに用いられる端末は、小型化が進み、それらに内蔵されるアンテナは、感度低下が問題となっている。このような問題を解決する技術として有効なのは、洋服や体に付けるウエアラブルアンテナの技術である。洋服などにアンテナを付加することができれば、比較的大きなアンテナが構成可能であるため、感度の問題は解決される。
特開２００１−１１９２３２号公報特開２００３−２５８５２０号公報特開２００６−３０９４０１号公報特開平１１−１８０５４５号公報

従来の技術では、衣服にフィットしたアンテナは、導電性の布などで構成する必要があるところ、導電性の布で構成された放射素子を有するアンテナに、直接ハンダ付けすることは難しく、給電が不可能であった。また、フレキシブルプリント基板のような折り曲げ可能な素材で構成される場合、ハンダ付けは可能であるが、壊れやすいという欠点を有していた。さらに、導電性の布で構成されたアンテナが、衣服に取り付けられた場合、洗濯のために、給電回路を容易に取り外すことも不可能であった。

例えば、従来の給電装置としては、図１９に示すようなハンダ付け５１１、５１２により接続されていた。しかし、放射素子５０１、５０２が導電性の布で構成された場合、直接ハンダ付けすることは困難である。また、フレキシブルプリント基板のような折り曲げ可能な素材で構成される場合、ハンダ付けは可能であるが、放射素子が、ハンダ付け箇所の周辺で、折り曲げ動作が繰り返されると、ハンダ付けが外れたりして、壊れやすいという欠点を有していた。

そこで、本発明は、衣服にフィットできるアンテナのための壊れにくい給電装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、同軸ケーブルを給電のために利用し、前記同軸ケーブルの中心導体が第１の放射素子と少なくとも容量結合により交流的に接続され、前記同軸ケーブルの外部導体が第２の放射素子と少なくとも容量結合により交流的に接続された給電装置であって、前記第１の放射素子と前記中心導体との間に第１の給電部を備え、前記第２の放射素子と前記外部導体との間の第２の給電部を備え、前記第１の給電部は、前記中心導体と接触した給電導体を備え、前記第２の給電部は、前記外部導体と接触した給電導体を備え、前記第１の給電部は第１のはめ込み手段により前記第１の放射素子に付けられ、前記第２の給電部は第２のはめ込み手段により前記第２の放射素子に付けられることを特徴とする給電装置が提供される。

本発明によれば、１）直接ハンダ付け不要、２）こわれにくい、３）容易に取り外し可能、４）インピーダンスマッチング調整が容易、乱暴に引き抜いたり、乱暴に扱ってもこわれにくい、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の給電装置の第１の実施形態の構成図である。任意の形状の放射素子１、２は、折り曲げ可能な、フレキシブルプリント基板や、導電性の布により構成される。給電部２０は、給電導体３０と絶縁体４０により構成される。通常、給電部２０は、フレキシブルプリント基板や薄いプリント基板によって一体化して構成される。同様に、給電部２１は、給電導体３１と絶縁体４１により構成される。給電部２０と同様、給電部２１は、フレキシブルプリント基板や薄いプリント基板によって一体化して構成される。給電部２０、２１は、それぞれ、糸１７によって、放射素子１、２に縫い付けられて固定されている。

糸１７は、導電性のない通常の糸であってもよいし、導電性のある糸であってもよいし、導電性のある針金であってもよい。

同軸中心導体１２は、給電導体３０にハンダ付けされ、同軸外部導体１１は、給電導体３１にハンダ付けされている。給電導体３０及び３１は、放射素子１、２との間に静電容量を持ち、絶縁体４０、４１の厚さを十分に薄い材料を用い、給電導体３０、３１と放射素子１、２の間の静電容量を大きくし、その値が使用周波数に対して十分小さなリアクタンスになるようにすれば、高周波的には直接接続したことと同じ効果が得られる。また、絶縁体４０、４１の厚さや、給電導体３０、３１の面積を調整して、静電容量を調整することにより、放射素子１、２へ給電する際のインピーダンス整合の調整も可能になる。

給電部２０、２１を、フレキシブルプリント基板で構成し、糸１７で縫いつけることで、布に良くなじみ、衣服などに装着した場合でも、違和感が無く、壊れにくいという利点がある。

図２は、本発明の給電装置の第２の実施形態の構成図である。ベース５０は、布などのやわらかく、折り曲げ可能な素材により構成される。ベース５０の上に、導線性の布や、折り曲げ可能なフレキシブルプリント基板等により構成される任意形状の放射素子５１、５２が糸５３によって縫いつけられている。そして、放射素子５１、５２に本来給電される位置周辺に、マジックテープ（登録商標）５４が、糸５３によって縫いつけてある。この場合、放射素子５１、５２、マジックテープ（登録商標）５４は、糸５３によらなくても、接着剤や、アイロンプリントの接着剤で接着する構成も可能である。マジックテープ（登録商標）５４には、給電ユニット６０が、取り付けられて、給電されるようになっている。

図３は、給電ユニット６０の詳細図である。給電ユニット６０は、マジックテープ（登録商標）６１とプリント板６２を備える。マジックテープ（登録商標）６１は、図２において、給電ユニット６０を、放射素子側のマジックテープ（登録商標）５４と接合させるためのものである。プリント板６２は、折り曲げ可能なフレキシブルプリント基板や薄いプリント基板等により構成され、表面の導体パターンとして、給電導体６３、６４を有している。そして、給電導体６３には、同軸ケーブル１０の同軸中心導体１２が、給電導体６４には、同軸外部導体１１がハンダ付けされる。給電ユニット６０を取り付けることにより、給電導体６３、６４が、それぞれ、放射素子５１、５２と静電容量をもち、図１の説明の原理で給電される。

図４は、本発明の給電装置の第３の実施形態の構成図である。図２同様に、ベース５０は、布などのやわらかく、折り曲げ可能な素材により構成され、ベース５０の上に、任意形状の放射素子５１、５２が糸５３によって縫いつけられている。放射素子５１の本来給電される位置には、フック７０が糸で縫いつけられている。そして、放射素子５２には、本来給電される位置周辺に、マジックテープ（登録商標）７１が糸５３によって縫いつけてある。この場合、マジックテープ（登録商標）７１が糸５３によらず、接着剤等でも固定可能なことは、前の説明同様である。

一方、給電ユニット８０は、フック８１とマジックテープ（登録商標）８２を有しており、それぞれ、フック７０とマジックテープ（登録商標）７１に取り付けることで、給電ユニット８０を、ベース５０側に密着させ、放射素子５１、５２を給電することができる。

図５は、給電ユニット８０の詳細図である。ここで、給電ユニット８０は、（１）、（２）の２通りの構成が考えられる。

（１）の構成では、給電ユニット８０は、導体よりなり金具８３、プリント板８６、マジックテープ（登録商標）８２により構成される。金具８３には、フック８１が一体成形されている。金具８３は、薄い誘電体よりなるプリント板８６の先端部を挟み込むように固定される。この場合、金具８３の固定は、接着剤や、ビス、ハトメなどを用いる方法も有効である。プリント板の下側には、マジックテープ（登録商標）８２が取り付けられる。この場合のマジックテープ（登録商標）の固定も、糸８５や、接着材等、さまざまな方法が可能である。プリント板８６が、フレキシブルプリント板のような非常に薄いものである場合は、糸８５が有効である。プリント板８６の裏面には、給電導体８８が導体パターンとしてエンチングにより形成されている。金具８３の裏面、及び、給電導体８８には、図３同様、同軸ケーブル１０の同軸中心導体１２と同軸外部導体１１がハンダ付けされれば、給電ユニット８０により、給電が可能になる。

（２）の構成で、（１）と異なる点は、金具８３が、金具８９と給電導体８７に分割されている点である。この場合、フック８１は金具８９に一体成形されている。そして、プリント板８６を挟みこむようにして、給電導体８７が、導体のネジ９０によって固定される。固定の方法は、ネジ９０やビスを用いる以外に、接着剤や、ハトメ、ホッチキスなどを用いる方法がある。あとは、（１）の説明同様、給電導体８７、及び、給電導体８８には、同軸ケーブル１０の同軸中心導体１２と同軸外部導体１１がハンダ付けされれば、給電ユニット８０により、給電が可能になる。

図４及び図５の構成では、マジックテープ（登録商標）７１と８２の接合部分では、放射素子５２と給電導体８８が静電容量を持つことで高周波的に接続され、放射素子５１については、フック７０と８１が電気的に接触することで給電が行われる。

図６は、本発明の給電回路の第４の実施形態の構成図である。図４及び図５の構成との違いは、給電ユニット１１０及び、その接合方法が導体のボタンによることである。すなわち、給電ユニット１１０の接合は、給電ユニット１１０に糸１０１で縫いつけられている導体のボタン１１１と、放射素子５１、５２上に糸１０１で縫いつけられている導体のボタン１００がはめ合わさることで達成される。

ボタンを放射素子に縫いつける糸１７は、導電性のない通常の糸であってもよいし、導電性のある糸であってもよいし、導電性のある針金であってもよい。

図７は、給電ユニット１１０の詳細図である。（１）は表面、（２）は裏面である。給電ユニット１１０は、フレキシブルプリント基板や薄いプリント基板によって構成されるプリント板１１４に、糸１０１で縫いつけられた導体１１２、１１３により構成される。導体１１２、１１３は、導電性の布よりなり、ボタン１１１が糸１０１によって、裏側に縫いつけられた構造となっている。プリント板１１４の表面には、導体１１２、１１３とほぼ同じ位置、ほぼ同じ形状で、給電導体１１５，１１６が導体パターンとしてエッチングにより形成されている。給電導体１１５、１１６には、同軸ケーブル１０が、図３と同様にハンダ付けされる。給電ユニット１１０では、給電導体１１５、１１６が、それぞれ、導体１１２、１１３の間と静電容量を持つことで高周波的に接続され、導体１１２、１１３は、導体のボタン１１１，１００を介して、放射素子５１、５２と電気的に接触し、給電が行われる。

図８は、本発明の給電装置の第５の実施形態の構成図である。図６及び図７の構成との違いは、給電ユニット１２０及び、放射素子５１側の接合が導体のフック７０、８１によって行われている点である。

図９は、給電ユニット１２０の詳細図である。（１）は表面、（２）は裏面である。給電ユニット１２０は、フレキシブルプリント基板や薄いプリント基板によって構成されるプリント板１１４と、導体のフック８１を含む金具８９と、導電性の布よりなる導体１１３により構成される。金具８１は、プリント板１１４に対して、接着剤、ネジ、ビス、ハトメ、ホッチキスなどを用いて固定できる。また、導体１１３の固定は、図７の（２）の説明同様である。図９の表面における同軸ケーブル１０との接続も、図７（１）と同じである。

図１０は、本発明の給電装置の第６の実施形態の構成図である。図１０において、ベース５０側は、図４の構成と同じである。また、給電ユニット１３０を、フックとマジックテープ（登録商標）で接合する点も同じである。図４との相違は、給電ユニット１３０の構造にある。

図１１は、給電ユニット１３０の詳細図である。（１）は表面、（２）は裏面、（３）は組立図である。給電ユニット１３０は、絶縁体１３１の先端部に、金具８３を固定し、下側に、マジックテープ（登録商標）１３３の付いた導電性の布１３２を巻きつけて、縫い合わせて固定したものである。（１）の表面の図に示されているように、表面では、フレキシブル基板のような薄いプリント板１３４が一緒に縫い合わされて固定されている。そして、プリント板１３４の導体パターン部も、導電性の布１３２が重ねあわされて縫い付けられており、導電性の布１３２とは、導通状態になっている。なお、導電性の布１３２が、絶縁体１３１に巻きつけるとき、容易に抜けないように、絶縁体１３１には、くぼみ部１３５が設けられている。

図１０及び図１１における給電は、放射素子５１に関しては、フック７０とフック８１が電気的に接触することで行われる。また、放射素子５２に関しては、導電性の布１３２との間に静電容量を持つことで高周波的に接続され、給電が行われる。

図１２は、本発明の給電方法の第７の実施形態の構成図である。図１２において、ベース５０側は、ボタン１００が放射素子５１、５２にそれぞれ１つずつ付加されていることを除いて、図６の構成と同じである。ボタン１００は、糸１０１によって、導体または導電性の布より構成される放射素子５１および５２に縫い付けられている。

一方、給電ユニット２００にも、ボタン１００とはまりあう対のボタン１１１が付加されている。さらに、給電ユニット２００には、給電のために同軸ケーブル２０１が接続され、その先にコネクタ２０２が接続されている。

図１３は、給電ユニット２００の詳細図である。(１)は接続面、(２)は裏面、（３）は断面である。（１）接続面の図より、給電ユニット２００は、プラスチックやプリント基板などの絶縁体よりなるベース２１０と、導体よりなる２つの金具２１１と、２つのボタン１１１から構成されることがわかる。金具２１１にはボタン１１１が接続されている。金具２１１とボタン１１１の接続に関し、金具２１１が金属板で、ボタン１１１が金属の場合においては、ハンダ付けやカシメ、圧着、はめ込みなどの方法によって、接続が可能である。この場合は、電気的な導通も確保される。また、ボタン１１１が金属であってもハンダ付けが難しい場合や、金属でない場合においては、接着剤、カシメ、圧着、はめ込みなどの方法によって接続が可能である。この場合は、電気的な導通は確保されないが、動作原理としては問題ない（後に説明する）。金具２１１は、端部より折り曲げられ、ベース２１０を貫通して、ベース２１０の裏側に折り曲げられる構造となっている。

（２）の裏面の図より、ベース２１０の裏側まで折り曲げられた金具２１１の端部は、接続部２１２となる。接続部２１２には、同軸ケーブル２０１に接続される。同軸ケーブル２０１の同軸中心導体２２０は、接続部２１２の一方にハンダ付けまたは圧着などによって接続される。同軸ケーブル２０１の同軸外部導体２２１は、導体の接続線２２２を介して接続部２１２の他方にハンダ付けまたは圧着などによって接続される。これらの接続は、いずれも電気的な導通が確保されるような方法で接続される。同軸ケーブル２０１の他端にはコネクタ２０２が接続されている。

（３）の断面の図より、給電ユニット２００の断面が詳細に理解できる。金具２１１は、断面でみるとコの字状に構成される。

図１４は、本発明の給電方法の使用時の構成図である。給電ユニット２００のボタン１１１を、放射素子５１、５２上に付加されているボタン１００にはめ込むことで、給電ユニットと放射素子５１、５２を密着して接続できるようになっている。このときの電気的動作原理を以下に説明する。同軸ケーブル２０１の同軸中心導体２２０と同軸外部導体２２１は、それぞれ２つの接続部２１２に電気的に接続される。２つの接続部２１２は、金具２１１の一部であるから、金具２１１には、当然、導通している。そして、ボタン１１１をボタン１００にはめ込むと、金具２１１と放射素子５１または５２は、非常に接近することになる。このとき、金具２１１の面と放射素子５１または５２の間で、静電容量を持つことになるので、金具２１１と放射素子５１または５２は、静電結合し、高周波電力を伝送することができ、電気的に接続したことになる。この場合、適切な静電結合をさせるために、使用する周波数と金具２１１の面積により、十分小さなよう容量性リアクタンスが得られるように設計する必要ある。

また、静電容量による電気的な接続であるため、ボタン１００またはボタン１１１は、金属等の導体である必然性はない。ただし、ボタン１００、１１１とも金属であれば、金属の接触による導通は確保できるため、金属の接触により給電方法としても差し支えない。このような場合は、金具２１１の面積は、ボタン１１１を固定するための必要最小限でかまわないことになる。

ただし、ボタン１００が非常に小さく、ボタン１００に密着する放射素子５１または５２との導通が不安定な場合においては、やはり接触による導通は期待せずに、金具２１１の面積を十分大きくとり、静電結合を主体とした方が、安定な給電が可能になる。

図１５は、本発明の給電方法の第８の実施形態の構成図である。図１４との違いは、バンド２５０が付加されていることである。図１４の構成では、同軸ケーブル２０１が固定されておらず、同軸ケーブルお引き回しによっては、放射素子５１、５２の近傍で揺れると、アンテナとしての動作が不安定になる。よって、同軸ケーブル２１０を固定して、安定したアンテナ特性を得るためのものである。

図１５において、バンド２５０は、布や絶縁体、あるいは導体でも問題ない。そして、ボタン２５１も、バンド２５０をベース５０に固定するためのものであり、スナップのようなものでも、衣服に用いるボタンのようなものでも使用可能である。

図１６は、本発明の給電方法の第９の実施形態の構成図である。図１２の構成と比べての相違点は、給電ユニット３００において、ボタン１００と１１１を２組ずつ使用していることである。

また、図１７は、給電ユニット３００の詳細図である。(１)は接続面、(２)は裏面、（３）は断面である。ボタン１１１が、上下の金具３１１に２つずつ使用されている。このように、ボタンを多用することで、金具３１１と放射素子５１、５２との距離が安定して近接した状態を維持しやすくなるため、静電結合または接触による給電が安定的に行えるメリットがある。ボタン１００、１１１の数量は、２組に限らす、状況により、３組以上の構成も有力である。

図１８は、給電ユニットのいろいろな形状の例を示している。(１)は、金具４１１が、ベース４１０の外側に沿ってコの字状に折り曲げられて接続部４１２が形成されている例である。図１３の金具２１１よりも簡単に構成できる可能性がある。

（２）は、ベース４２０、金具４２１、接続部４２２をプリント基板のエッチングにより構成した例である。金具４２１と接続部４２２との接続は、スルーホール４２３によって行う。

（２）も、ベース４３０、金具４３１、接続部４３２をプリント基板のエッチングにより構成した例である。金具４３１と接続部４３２との接続は、スルーホール４３３によって行う。接続部４３２の形状が円形になっている。

なお、金具２１１、３１１、４１１、４２１、４３１の形状は方形、円形等に限らず任意の形状で問題ない。同様に、接続部２１２、３１２、４１２、４２２、４３２の形状も同様である。

本発明の給電装置は、放射素子が導電性の布や、フレキシブルプリント基板で構成される折り曲げ可能なアンテナに、同軸ケーブルで接続する場合、
１）直接ハンダ付け不要
２）こわれにくい
３）容易に取り外し可能
４）インピーダンスマッチングが容易
５）乱暴に引き抜いたり、乱暴に扱ってもこわれにくい
という特徴を有する。

衣服につけるウエラブルアンテナの給電装置。

本発明の給電装置の第１の実施形態の構成図である。本発明の給電装置の第２の実施形態の構成図である。第２の実施形態の給電装置の詳細図である。本発明の給電装置の第３の実施形態の構成図である。第３の実施形態の給電装置の詳細図である。本発明の給電装置の第４の実施形態の構成図である。第４の実施形態の給電装置の詳細図である。本発明の給電装置の第５の実施形態の構成図である。第５の実施形態の給電装置の詳細図である。本発明の給電装置の第６の実施形態の構成図である。第６の実施形態の給電装置の詳細図である。本発明の給電方法の第７の実施形態の構成図である。第７の実施形態の給電装置の詳細図である。第７の実施形態の使用時の構成図である。本発明の給電方法の第８の実施形態の構成図である。本発明の給電方法の第９の実施形態の構成図である。第９の実施形態の給電装置の詳細図である。給電ユニットの形状を示す図である。従来技術の給電装置である。

符号の説明

１、２放射素子
１０同軸ケーブル
１１同軸外部導体
１２同軸中心導体
１３ハンダ付け
１７糸
２０、２１給電部
３０、３１給電導体
４０、４１絶縁体

Claims

同軸ケーブルを給電のために利用し、
前記同軸ケーブルの中心導体が第１の放射素子と少なくとも容量結合により交流的に接続され、
前記同軸ケーブルの外部導体が第２の放射素子と少なくとも容量結合により交流的に接続された給電装置であって、
前記第１の放射素子と前記中心導体との間に第１の給電部を備え、
前記第２の放射素子と前記外部導体との間の第２の給電部を備え、
前記第１の給電部は、前記中心導体と接触した給電導体を備え、
前記第２の給電部は、前記外部導体と接触した給電導体を備え、
前記第１の給電部は第１のはめ込み手段により前記第１の放射素子に付けられ、
前記第２の給電部は第２のはめ込み手段により前記第２の放射素子に付けられることを特徴とする給電装置。
請求項１に記載の給電装置において、
前記第１の給電部は前記第１の放射素子に縫いつけられ、
前記第２の給電部は前記第２の放射素子に縫いつけられたことを特徴とする給電装置。
請求項１又は２に記載の給電装置において、
前記第１のはめ込み手段は第１のボタンであり、
前記第２のはめ込み手段は第２のボタンであることを特徴とする給電装置。
請求項１乃至３の何れかに記載の給電装置において、
前記第１の給電部及び前記第２の給電部として、折り曲げ可能な材料が利用されたことを特徴とする給電装置。
請求項１乃至４の何れかに記載の給電装置において、
前記同軸ケーブルの中心導体と前記第１の放射素子との間に第１の金具が介在し、前記中心導体と前記第１の金具が接続され、前記第１の放射素子と前記第１の金具が少なくとも容量結合により交流的に接続され、
前記同軸ケーブルの外部導体と前記第２の放射素子との間に第２の金具が介在し、前記外部導体と前記第２の金具が接続され、前記第２の放射素子と前記第２の金具が少なくとも容量結合により交流的に接続され、
前記第１の放射素子と前記第１の金具とは少なくとも１つの前記第１のはめ込み手段により接続されており、前記第２の放射素子と前記第２の金具とは少なくとも１つの前記第２のはめ込み手段により接続されていることを特徴とする給電装置。
請求項５に記載の給電装置において、
前記第１のはめ込み手段は第１のボタンであり、
前記第２のはめ込み手段は第２のボタンであることを特徴とする給電装置。
請求項６に記載の給電装置において、
前記第１の放射素子と前記第１の金具とは２以上の前記第１のボタンにより接続されており、前記第２の放射素子と前記第２の金具とは２以上の前記第２のボタンにより接続されていることを特徴とする給電装置。
請求項１乃至７の何れかに記載の給電装置において、
前記同軸ケーブルの先端部の他の少なくとも一部は、前記第１及び第２の放射素子が付けられたベースに固定されていることを特徴とする給電装置。
請求項５乃至８の何れかに記載の給電装置において、
前記第１の金具、前記第２の金具又はその双方は、絶縁体よりなるベースに固着されていることを特徴とする給電装置。
請求項９に記載の給電装置において、
前記第１の金具、前記第２の金具又はその双方はコの字の形状を有し、前記ベースがコの字の内部に挿入されていることを特徴とする給電装置。
前記第１のボタン、前記第２のボタンの少なくとも一方は、導体であることを特徴とする請求項３又は６に記載の給電装置。
前記第１のボタン、前記第２のボタンの少なくとも一方は、絶縁体であることを特徴とする請求項３又は６に記載の給電装置。
前記給電導体は板状であり、その面積を調整して静電容量を調整することにより、前記放射素子へ給電する際のインピーダンス整合の調整を行うことを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の給電装置。
前記給電導体は、金属板であることを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の給電装置。