JP6080928B1 - Antenna device - Google Patents
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Abstract
【課題】リモートキーレスエントリーシステムなどの携帯機のアンテナ装置では微小ループアンテナを使用しているが、放射電波が弱く、改善する必要があった。【解決手段】アンテナ装置が組み込まれる装置の保持部とアンテナ装置の給電回路を接近させて配置し、使用者が装置を保持した場合に、人体が高周波的に結合して効果的にダイポールモード電流が流れるようにしてアンテナの放射電波を強化した。【選択図】図2In a portable device antenna device such as a remote keyless entry system, a minute loop antenna is used. However, a radiated radio wave is weak and needs to be improved. When a holding unit of a device in which an antenna device is incorporated and a feeding circuit of the antenna device are arranged close to each other and a user holds the device, the human body is coupled in a high frequency and effectively dipole mode current The radiated radio wave of the antenna was reinforced. [Selection] Figure 2
Description
この発明は、車両用のリモートキーレスエントリーシステムなどのロック・アンロック信号を送信する携帯機に搭載される送信用アンテナとして用いるのに好適なアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device suitable for use as a transmission antenna mounted on a portable device that transmits a lock / unlock signal such as a remote keyless entry system for a vehicle.
リモートキーレスエントリーシステムは、使用者が所持する携帯機と車両に搭載された車載器の間で電波による無線通信を行うもので、典型的な単方向通信を行うシステムでは、携帯機には車両のドアのロックまたはアンロックを指示する電波を放射するアンテナ装置が設けられ、使用者が携帯機を操作することによって、車両のドアのロックまたはアンロックを指示する電波を放射し、この携帯機から放射された電波を車載器のアンテナ装置が受信してドアのロックまたはアンロックの操作を行うように構成されている。 The remote keyless entry system performs radio communication by radio waves between a portable device possessed by a user and an in-vehicle device mounted on the vehicle. In a typical one-way communication system, the portable device includes a vehicle. An antenna device that emits a radio wave that instructs to lock or unlock the door is provided, and when the user operates the portable device, a radio wave that instructs to lock or unlock the door of the vehicle is radiated from the portable device. The antenna device of the vehicle-mounted device receives the radiated radio wave and is configured to lock or unlock the door.
携帯機にアンテナ装置を設ける場合、その携帯機のケースの大きさの制約からアンテナ効率が十分ではない場合が多い。特に、携帯機のアンテナ装置としては、導体がループ状に形成された微小ループアンテナを使用しているが、電波を放射する場合に微小ループアンテナに給電するとき、使用者が操作する携帯機では、人体の影響を受けるため放射電波が弱まるという問題が指摘されていた。
すなわち、人体は、高周波に対して非常に損失の大きな媒質であり、人体からの電波放射は少ないので、電波を放射する回路基板を使用者の手で覆われると、電波の放出が弱くなるというものである。
このため、人体による影響を低減するために、例えば、特許文献1に開示されているアンテナ装置では、ケースの外箱の一部を導電体で形成し、その導電体を給電回路の接地回路に接続する構造を取り入れることによって、使用時に給電回路の接地電位側およびアンテナ装置の終端回路側が人体を通してグランドに接地されるようにして通信中のアンテナ利得等に十分な性能を発揮させることを提案している。
When an antenna device is provided in a portable device, the antenna efficiency is often not sufficient due to the size restriction of the portable device case. In particular, as a portable device antenna device, a minute loop antenna having a conductor formed in a loop shape is used. However, in a portable device operated by a user when power is supplied to the minute loop antenna when radio waves are radiated. The problem that the radiated radio wave is weakened due to the influence of the human body has been pointed out.
In other words, the human body is a medium that is very lossy with respect to high frequencies, and the radio wave emission from the human body is small. Therefore, if the circuit board that radiates radio waves is covered with the user's hand, the radio wave emission is weakened Is.
For this reason, in order to reduce the influence of the human body, for example, in the antenna device disclosed in
特許文献1のアンテナ装置では、一般的に誘電体で作られているケースの一部を導電体とすると共に、その導電体を給電回路の接地回路に接続することによって、利用者が携帯機を握ると、人体を通してケースの導電体の部分と基板グランドを接続させることでアンテナ性能が低減しないように工夫されている。しかしながら、基板グランドとケースを接続させるためにケースの一部を導電体とする構造は、高コスト、製造工数が大きくなるという課題が生じる。
この発明は、携帯機に使用されるアンテナ装置として、製造工程を大きく変更することがなく、アンテナとして十分な機能を持つ装置を提供することを目的とするものである。
In the antenna device of
An object of the present invention is to provide a device having a sufficient function as an antenna without greatly changing the manufacturing process as an antenna device used in a portable device.
本発明のアンテナ装置は、携帯機のケースに収容される回路基板、前記回路基板に取り付けられた微小ループアンテナ、前記携帯機の前記ケースの保持部の近傍の前記回路基板に配置され、前記微小ループアンテナに接続され、前記微小ループアンテナに電力を給電する給電回路、前記微小ループアンテナを所望の周波数帯に調整する終端回路、前記回路基板の前記微小ループアンテナが設けられたアンテナ領域とは異なる領域に設けられたグランド、前記回路基板の前記アンテナ領域に設けられた第1のスイッチ、前記回路基板の前記アンテナ領域とは異なる領域に設けられた第2のスイッチ、および前記第1のスイッチと前記第2のスイッチの間に導電体が設けられており、前記導電体が前記グランドに接続されていることを特徴とするものである。 The antenna device of the present invention is disposed on the circuit board in the vicinity of the circuit board housed in the case of the portable device, the minute loop antenna attached to the circuit board, the holding portion of the case of the portable device, and the minute device A feeding circuit that is connected to a loop antenna and feeds power to the minute loop antenna, a termination circuit that adjusts the minute loop antenna to a desired frequency band, and an antenna area provided with the minute loop antenna on the circuit board ground provided in the region, a first switch provided to the antenna area of the circuit board, a second switch provided in a different region from that of the antenna area before Symbol circuit board, and the first switch conductors between said second switch is provided, wherein the electrical conductor is connected to the ground and Than is.
本発明のアンテナ装置によると、第1のスイッチをアンテナ領域内に設け第2のスイッチをアンテナ領域外に設け、給電回路を、アンテナ装置を収容する携帯機のケースの使用者が保持する保持部の近傍に設けたので、使用者がケースを保持してスイッチ操作を行う際に、給電回路と使用者の保持する人体の一部が近接することで高周波的に結合し、給電回路の配置のみでアンテナ性能を改善させることができる。 According to the antenna device of the present invention, the first switch is provided in the antenna region, the second switch is provided outside the antenna region, and the feeder circuit is held by the user of the portable device case that houses the antenna device. When the switch is operated with the case held by the user, the power supply circuit and a part of the human body held by the user are close to each other so that they are coupled in high frequency, and only the arrangement of the power supply circuit The antenna performance can be improved.
<実施の形態1>
この発明の対象としている携帯機の外観は、図1Aに示すように、一般的な携帯機と変わらず、誘電体のケース1に第1のボタン2と第2のボタン3を備えており、第1のボタン2と第2のボタン3が設けられている領域(ボタン領域)とこの携帯機を使用者が握るための領域(把持領域)が設定されている。この携帯機のケース1の内部には、アンテナ装置10が設けられ、使用者が第1のボタン2あるいは第2のボタンを押すことによって、所定の信号の送信を行う。
<
As shown in FIG. 1A, the appearance of the portable device that is the subject of the present invention is the same as that of a general portable device, and is provided with a
アンテナ装置10の構造は、図1Bに平面図、図1Cに断面図として表しているように、回路基板11の上にCPU(セントラル・プロセッシング・ユニット)12、送信回路13、給電回路14、微小ループアンテナ15、終端回路16、第1のスイッチ17および第2のスイッチ18を設けている。そして、CPU12、送信回路13、給電回路14、微小ループアンテナ15、終端回路16および第2のスイッチ18は、基板グランド19の上に取り付けられている。また、回路基板14の裏面には、アンテナ装置10を駆動するための電圧を供給する電池20が取り付けられている。
図1Bに示すように、第1のスイッチ17は、微小ループアンテナ15に取り囲まれた領域内に配置され、第2のスイッチ18は、基板グランド19上に配置されている。
As shown in the plan view of FIG. 1B and the cross-sectional view of FIG. 1C, the structure of the
As shown in FIG. 1B, the
この携帯機を操作する場合には、図2に示すように、使用する手が右手、左手を問わず、携帯機のケース1を下側から支持して、上側から第1のボタン2あるいは第2のボタン3を押さえることになる。図2は、携帯機の使用形態の一例を示しており、右手によって携帯機を操作する状態を表している。図2Aでは、第1のボタン2を押している状態を表し、また、図2Bでは、第2のボタン3を押している状態を表している。この動作では、使用者が携帯機を包み込むように保持し、所望のリモートキーレス機能に対応したボタンを押すことで、アンテナ装置10の第1のスイッチ17あるいは第2のスイッチ18が押されることになる。例えば、第2のスイッチ18が押された場合には、第2のスイッチ18が押さえられることによってCPU12が、押された第2のスイッチ18に対応したデータを送信回路13に送る。
When operating this portable device, as shown in FIG. 2, regardless of whether the hand to be used is a right hand or a left hand, the
送信回路13では、データを変調して高周波信号、例えばUHF(Ultra High Frequency)帯2値FSK(Frequency Shift Keying)変調波のような高周波信号を出力する。この高周波信号は、給電回路14において給電され、微小ループアンテナ15のエレメントにて空間へ放射される。この微小ループアンテナ15は、例えば、回路基板11上に形成されたパターンによって構成されている。給電回路14、終端回路16は、微小ループアンテナ15のエレメントを所望の周波数帯で動作させるために調整する回路である。UHF帯では、例えば、給電回路14は、対地のコイルで基板グランド19に接続されている。また、終端回路16は、シリーズに接続されたコンデンサで基板グランド19に接続されている。基板グランド19は、回路基板11上に形成されていて、微小ループアンテナ15からの放射を阻害しないように、微小ループアンテナ15のエレメントが設けられている端部とは反対の端側に形成されている。
The
給電回路14は、回路基板11上に取り付けられているが、特に、使用者が携帯機のボタン操作を行う際に、携帯機を支える位置もしくは近い位置、例えば、微小ループでは波長の1/4以下の長さで構成されており、波長の1/10以下の長さ、好ましくは波長の1/40以下の長さであれば電気的に近接しているとみなすことができる位置、の回路基板11上に配置されている。例えば、図2Aでは、人差し指で携帯機を保持し親指でボタンを押すため、人差し指の第2関節から第3関節の間の位置に給電点を設ける。人差し指と給電回路14が近接することで高周波的に結合(電界結合)し、給電回路14が微小ループアンテナ15のエレメントに給電する際に、使用者の人差し指すなわち人体に電界を励起して電流が流れることになる。
The
この実施の形態1のように、微小ループアンテナ15に回路基板11上の給電回路14から給電した場合、図2Cに示すように、微小ループアンテナ15のエレメントに流れる微小ループモード電流(経路a)だけでなく、基板グランド19にダイポールモード電流が流れる(経路b)。このため、携帯機から放射される信号は、微小ループモード電流による放射とダイポールモード電流による放射の和の信号となる。
このため、基板グランド19を人体側に設けることで、基板グランド19に流れたダイポールモード電流が高周波結合によって人差し指を通じて人体へと流れる(経路c)。人体は、波長オーダーの長さを有するため、ダイポールモード電流からの放射が強くなる。このため、給電回路14を人差し指位置(すなわち、携帯機を支持する位置)に配置することで、微小ループアンテナ電流と、人体をグランドとしたダイポールモード電流となるため、人体で保持することで携帯機としてのアンテナ性能が改善される。
以上のように給電回路14を携帯機の保持する位置に設けることによりアンテナ性能を改善させることができる。
When the
For this reason, by providing the
As described above, the antenna performance can be improved by providing the
なお、図1では、第1のスイッチ17と第2のスイッチ18というように、スイッチが2個実装された一例である。ここで、スイッチは、少なくとも1個は微小ループアンテナ15内に配置され、もう一個は基板グランド19上に配置されている。回路基板11の形状を平板状の長方形として示したが、回路基板11の形状は長方形に限定されず、楕円形又は正方形等でもよい。ただし、回路基板11は、携帯機の使用者が操作する上で扱い易さの観点から一方向に長く、一方向に短い、楕円形状が好ましいと考えられる。また、この実施の形態1では、右手での保持例を示したが、左手での保持の場合も同様に、携帯機の裏面側で支えることから、支えるところに給電点を配置させることになる。
FIG. 1 shows an example in which two switches, such as a
<実施の形態2>
一般的に、微小ループアンテナ15のエレメント内に、導電体が設けられることでアンテナ性能が低下する。これは、微小ループアンテナ15のエレメント内に生じる電界が妨害されるためである。実施の形態1のように人体をアンテナグランドとして活用する場合、使用者の手もアンテナグランドの一部として機能する。このため、図3Aのように第1のボタン2を押さえる場合と、図3Cのように第2のボタン3のように押さえる場合のように、押さえるボタンが異なれば、微小ループアンテナ15のエレメント内にグランドが近付いたりあるいは離れたりという状態になる。このため、押さえるボタンによって微小ループアンテナ15のエレメントから放射される電波の強度が図3Bから図3Dに示すように変化することになる。このように、リモートキーレスエントリーシステムにおいて、ボタンを押す操作によってアンテナの電波強度が極端に異なることを避ける必要がある場合への対応について次に説明する。
<
Generally, the antenna performance is deteriorated by providing a conductor in the element of the
この実施の形態2においては、電波の強度に変化が生じないようにするための改良を施している。
図4を用いて実施の形態2について説明する。図4Aは、アンテナ装置を示しており、基板グランド19の配置を示す。給電回路14および終端回路16等は実施の形態1と同じため図示を省略する。
この実施の形態2では、第1のスイッチ17と第2のスイッチ18の間を導電体である第2の基板グランド192を設け、グランドに接続している。ここで、第2の基板グランド192を回路基板11の上に設けるように表しているが、回路基板11が多層基板の場合には、必ずしも表面に設ける必要はなく、積層体のどの層に第2の基板グランド192を設けても構わない。
In the second embodiment, improvements are made to prevent changes in radio wave intensity.
The second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows the antenna device and shows the arrangement of the
In the second embodiment, a
ここで、給電回路14に高周波信号が給電されると、微小ループアンテナ15のエレメントに電流が流れることにより電界が発生する。電界は、微小ループアンテナ15内にも発生する。この電界は、図4Bに示すように、微小ループアンテナ15の領域内においては電波強度が強く発生するが、第1のスイッチ17、第2のスイッチ18の間に設けられた第2の基板グランド192にて遮蔽される。このため、第2の基板グランド192の周辺の電波強度は低下することになる。
この実施の形態2では、親指によってスイッチ操作を行うように表している。微小ループアンテナ15のエレメント内において、使用者の親指による影響をなくすため、接続する第2の基板グランド192は、例えば、アンテナ性能を低下させないため一般的な指のサイズよりも細い3mm程度の幅としている。
なお、第2の基板グランド192の形状は、図4のような矩形形状だけではなく円弧状のような形状のものでも構わない。
Here, when a high-frequency signal is supplied to the
In the second embodiment, the switch operation is performed with the thumb. In order to eliminate the influence of the user's thumb in the element of the
Note that the shape of the
この電波強度を低下させる遮蔽板として第2のグランド基板192の機能を持つ構造を設けておくことで、スイッチを押す際に、指が近付いたり、離れたりした際でも、電波強度に大きな変化が生じないことになる。すなわち、押さえるボタンの選択によって生じるアンテナ性能の差を低減させることができる。
以上のように、回路基板11の上に搭載されているスイッチの間に第2の基板グランド192のように電波を遮蔽する部材を設けることによって、微小ループアンテナ15のエレメントから放射される電波強度をあらかじめ低下させることができることから、押さえるボタンが異なっていてもそのアンテナ性能はそれほど異なるものではなくなる。
By providing a structure having the function of the
As described above, the strength of the radio wave radiated from the element of the
<実施の形態3>
実施の形態2においては、第1のスイッチ17と第2のスイッチ18の間に第2の基板グラウンド192を設けることによって、押さえるボタンに応じて生じるアンテナの性能差を低減している。
しかしながら、終端回路16と給電回路14の配置位置についても配慮する必要がある。すなわち、図5Aおよび図5Bに示すように、回路基板11の長手方向において、終端
回路16が給電回路14よりも微小ループアンテナ15側にある状態において、例えば、図5Aに示すように、使用者が親指で第1のボタン2を押す場合、終端回路16と使用者の親指が高周波的に結合する。このためダイポールモード電流が高周波結合によって終端回路16から使用者の親指に流れる(経路1)以外に、使用者の親指を通じて終端回路16への人体ダイポールモード電流(経路2)が生じることになる。このため、経路2が増えることにより、ダイポールモード電流は、基板ダイポールモード電流、経路1による人体ダイポールモード電流と経路2による人体ダイポールモード電流の和となる。したがって、第1のボタン2を押さえる場合と、図5Bに示すように第2のボタン3を押さえる場合では、アンテナ性能が異なるという状態が生じることになる。この実施の形態3では、押さえるボタンによってアンテナ性能が大きく異なるという状態を防ぐための改良を施している。
<
In the second embodiment, by providing the
However, it is necessary to consider the arrangement positions of the
この実施の形態3について、図6Aおよび図6Bを用いて説明する。なお、携帯機、アンテナ装置等の実施の形態2と同じ部分については、図示および説明を省略している。
この実施の形態3では、終端回路16と給電回路14を微小ループアンテナ15から見て同一位置に配置している。すなわち、図6Aおよび図6Bに示すように、前記回路基板の長手方向の同一の距離の前記微小ループアンテナに対して対称の位置に配置している。言い換えれば、回路基板11の長手方向において、微小ループアンテナ15の位置から見て、終端回路16は、給電回路14と同一位置に配置されている。なお、基板グランド19は、給電回路14および終端回路16に対して、微小ループアンテナ15のエレメントの反対側に配置されている。
The third embodiment will be described with reference to FIGS. 6A and 6B. Note that illustration and description of the same parts as those of the second embodiment such as the portable device and the antenna device are omitted.
In the third embodiment, the
このように配置することによって、親指を介して終端回路16から人体へ流れるダイポールモード電流は、例えば、図6Aに示すように、使用者が親指で第1のボタン2を押さえた場合、終端回路16との結合量は、親指が終端回路16から離れるため、親指と終端回路16との結合量は低減される。同様に、図6Bに示すように、使用者が親指で第2のボタン3を押さえた場合には、ダイポールモード電流は、第1のボタン2を押さえた場合と同じように、経路3と、親指との結合による経路4に流れる。この状態において、第1のボタン2と終端回路16の結合量と第2のボタン3と終端回路16の結合量は、どちらのボタンを押した場合でも、終端回路16と親指の最短距離が同じため、それぞれの結合量は、同程度になる。
With this arrangement, the dipole mode current flowing from the
このため、第1のボタン2を押さえた場合と第2のボタン3を押さえた場合において、アンテナ性能の差を低減させることができる。
以上のように、終端回路16と給電回路14を回路基板11の長手方向に対して同一位置に配置することによって、押さえるボタンによって生じるアンテナ性能の変化を低減することができる。
For this reason, a difference in antenna performance can be reduced when the
As described above, by arranging the
なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。 In the present invention, any constituent element of the embodiment can be appropriately changed or omitted within the scope of the invention.
1 ケース、2 第1のボタン、3 第2のボタン、10 アンテナ装置、
11 回路基板、12 CPU、13 送信回路、14 給電回路、
15 微小ループアンテナ、16 終端回路、17 第1のスイッチ、
18 第2のスイッチ、19 基板グランド、20 電池、
192 第2の基板グランド
1 case, 2 first button, 3 second button, 10 antenna device,
11 circuit board, 12 CPU, 13 transmitting circuit, 14 feeding circuit,
15 micro loop antenna, 16 termination circuit, 17 first switch,
18 second switch, 19 substrate ground, 20 battery,
192 Second substrate ground
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