JP6354267B2 - アンテナ装置、および通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置、アンテナ装置を備えた通信装置において、アンテナの利得を向上させる技術に関する。

アンテナエレメントの近くに無給電素子を配置することでアンテナの利得を向上させる技術が知られている。たとえば、特許文献１に開示のアンテナ装置は、パッチアンテナを備えている。このパッチアンテナは、平面形状のアンテナエレメントの後方に、凹形状に折り曲げられたアンテナグランドが配置され、このアンテナグランドの側方から後方にかけて無給電素子が配置されている。アンテナエレメントに給電されると、無給電素子に誘導電流が発生し、無給電素子からも電波がアンテナエレメントの正面方向に放射される。その結果、正面方向への利得が向上する。

特開２０１１−４０４４号公報

しかし、パッチアンテナなどの平面アンテナにおいて、アンテナエレメントの後方は基板などの構造物が多いため、無給電素子を配置することは困難である場合も多い。また、アンテナエレメントの後方には金属物も多い。そのため、アンテナエレメントの後方に無給電素子を配置する場合には、無給電素子が金属物の影響を受ける可能性があるので、機器ごとに無給電素子の調整が必要になってしまう可能性も高い。

加えて、平面アンテナから放射する電波を円偏波とする場合には、垂直偏波と水平偏波の両方の偏波の利得を向上させる必要がある。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、円偏波を放射するアンテナ装置またはアンテナ装置を備えた通信装置において、配置の制約が少なく、調整の手間も軽減しつつ、利得を向上させることにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。また、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するためのアンテナ装置の発明は、平面型のアンテナエレメント（１１）と、アンテナエレメントが接続されたグランド（１２）とを備え、円偏波を放射するアンテナ装置（１０、１１０）であって、樹脂製のケース（２）を備え、アンテナエレメントに対してグランドとは反対側となるエレメント前方に、板状またはループ状の無給電素子（１３、１１３、２１３）が配置されており、無給電素子は、矩形形状であって、１辺の長さが、使用周波数よりも前記無給電素子の共振周波数が高くなる長さとなっており、かつ、ケースの内表面に固定されていることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置は、エレメント前方に板状またはループ状の無給電素子を配置している。詳しくはシミュレーション結果をもとに後述するが、円偏波を放射するアンテナ装置では、エレメント前方に板状またはループ状の無給電素子を配置すると、前方への合成利得が向上する。エレメント前方は電波を放射する方向であることから、通常、アンテナエレメントの後方に比較して構造物も少ない。よって、無給電素子を配置する制約が少ない。また、エレメント前方は金属物も少ないことから、無給電素子を機器ごとに調整する手間も軽減する。

なお、円偏波を放射するアンテナ装置において、エレメント前方に板状またはループ状の無給電素子を配置することにより、前方への合成利得が向上する理由は、次の２つであると考察している。

第１に、無給電素子が導波器として機能するからであると考察している。円偏波は偏波面が時間とともに変化していくという特徴があるが、無給電素子を板状またはループ状、すなわち二次元形状とすることで、円偏波であっても無給電素子が導波器として機能すると考察している。第２に、無給電素子がアンテナエレメントと結合し、これにより、Ｑ値が高くなるためであると考察している。
また、アンテナ装置は、樹脂ケースを備えている場合が多い。したがって、本発明によれば、一般的にアンテナ装置が備えている樹脂ケースを利用することができる。

請求項２の発明は、無給電素子の大きさおよび位置が、アンテナエレメントの外側境界からアンテナエレメントが形成されている面であるエレメント形成面に対して垂直にエレメント前方に放射される電波を遮らない大きさ、および、位置になっていることを特徴とする。

このようにすれば、アンテナエレメントから、エレメント形成面に対して垂直にエレメント前方に放射される電波が無給電素子に遮られない。アンテナエレメントからエレメント前方に放射される電波は、主としてアンテナエレメントの外側境界から放射される。したがって、このようにすれば、アンテナエレメントからエレメント前方に放射される電波が無給電素子で遮られる程度が少なくなるので、エレメント前方に対する利得が特に向上する。

請求項３記載の発明は、無給電素子（２１３）は、矩形形状であり、辺の途中に、折れ曲がり点および曲線部分の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする。

このようにすれば、これら折れ曲がり点および曲線部分が、無給電素子の辺の途中に形成されていない場合、すなわち、無給電素子の各辺が一直線である場合に比較して、無給電素子の頂点間の直線距離が短くなる。

所望の周波数の電波を放射するアンテナエレメントにおいて、エレメント長を短縮する種々の技術が知られている。そのため、アンテナエレメントの大きさは、放射する周波数に基づいて定まる大きさよりも、かなり小さいこともある。

本発明によれば、無給電素子の頂点間の辺に沿った長さを、無給電素子の辺が一直線である場合と同じにするのであれば、無給電素子の各辺が一直線である場合に比較して、無給電素子の頂点間の直線距離が短くなる。したがって、アンテナエレメントの大きさが小さくても、無給電素子は、アンテナエレメントから放射される電波を遮る程度を少なくできる。また、無給電素子の頂点間の長さが短くなっても、無給電素子の辺に沿った長さが短くなる程度を抑制できるので、導波器としての機能低下を抑制できる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項のアンテナ装置と、アンテナ装置を用いて通信を行う通信部（３０）とを備えた通信装置（２００、３００、４００）であって、アンテナエレメント、グランド、通信部を備えた携帯型の本体部（２１０、３１０）と、本体部に対して分離状態と結合状態とが可能であり、無給電素子を備えた別体部（２３０、３２０、４１０）とを備え、別体部は、本体部と結合した状態で、アンテナエレメントに対して前方に配置される位置に、無給電素子を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、本体部は、アンテナエレメント、グランド、通信部を備えているので、別体部から分離状態として、別体部を用いずに通信を行うことができる。

また、本体部は携帯型であるため、通信相手に近づけて通信を行うことができ、無給電素子による利得向上が必要ない場合も多い。その場合には、別体部を分離状態とすることで、別体部の分、本体部を携帯したときの重量が軽くなる。したがって、別体部を分離状態とすることで、本体部を携帯した状態で通信を行う時のユーザの負担が軽減する。

また、別体部を結合状態とすれば、通信距離を長くすることもできる。しかも、別体部に無給電素子を備えているので、本体部に無給電素子を配置する場所を確保する必要もない。

請求項５記載の発明は、別体部（２３０）も携帯型であり、別体部および本体部（２１０）は、互いに嵌り合う嵌合部（２４２、２１１）をそれぞれ備えており、別体部の嵌合部と、本体部の嵌合部とが嵌合することで、本体部と別体部とが結合状態となることを特徴とする。

本発明によれば、別体部も携帯型であることから、本体部と別体部を結合状態として、通信距離を長くしつつも、通信装置を携帯することができる。また、別体部を分離して、重量を軽くした状態で本体部を携帯することもできる。

請求項６記載の発明は、別体部（３２０）は、別体部を設置する設置面に設置される基部（３２１）と、基部の上端に結合しており、本体部を出し入れする開口（３４１）を備え、本体部を収容する収容空間（３４０）を形成する収容壁部（３３１、３３２、３３３）と、を備えており、収容空間に本体部が収容されることにより結合状態となり、無給電素子は収容壁部の内部または表面に備えられていることを特徴とする。

本発明によれば、別体部は、本体部を収容するものであり、基部は設置面に設置される。すなわち、本発明によれば、別体部は、本体部を置いておく設置台になっている。したがって、結合状態では、ユーザは通信装置を持つ必要がなく、据置型の通信装置として使用できる。また、結合状態では、通信装置を持つ必要がないことから、無給電素子や、その無給電素子を備える別体部の重量は問題とせずに、利得を向上させることができる。

請求項７記載の発明は、別体部（４１０）は、壁または天井に固定されており、壁または天井とともに、少なくとも一方向開口し本体部を収容する収容空間（４４０）を形成する収容壁部（４１１、４１２、４１３）を備え、無給電素子は収容壁部の内部または表面に備えられていることを特徴とする。

この本発明でも、結合状態では、別体部の収容空間に本体部が収容されているので、結合状態では、ユーザは通信装置を持つ必要がなく、据置型の通信装置として使用できる。

本発明の通信装置の第１実施形態となるハンディターミナル１の外観を示す斜視図である。 図１のハンディターミナル１のケース２内に備えられる要素の一部を示すブロック図である。 アンテナ装置１０の構成を説明する断面図である。 アンテナ装置１０の特性を調べるためのシミュレーションモデルを示す図である。 板型無給電素子１３のサイズを変化させたときの合成利得を計算したシミュレーション結果を示すグラフである。 板型無給電素子１３と逆Ｆ型アンテナエレメント１１との間の距離を変化させたときの合成利得を計算したシミュレーション結果を示すグラフである。 第２実施形態のアンテナ装置１１０の特性を調べるためのシミュレーションモデルを示す図である。 ループ型無給電素子１１３のサイズを変化させたときの合成利得を計算したシミュレーション結果を示すグラフである。 ループ型無給電素子１１３と逆Ｆ型アンテナエレメント１１との間の距離を変化させたときの合成利得を計算したシミュレーション結果を示すグラフである。 第３実施形態のハンディターミナル２００の構成を示す図である。 ハンディターミナル２００が備える板型無給電素子１３のサイズ、および、離間距離を変化したときの読み取り距離アップ比を計算したシミュレーション結果である。 第４実施形態の通信装置３００の構成を示す図である。 第５実施形態の通信装置４００の構成を示す図である。 変形例１における板型無給電素子２１３の平面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の通信装置の第１実施形態となるハンディターミナル１の外観を示す斜視図である。ハンディターミナル１は、携帯型であり、図示しないＲＦＩＤタグに記憶されている記録データを読み取る機能と、二次元コードなどの光学式の情報コードを読み取る機能を備えている。

これらの機能を実現するために、ハンディターミナル１は、樹脂製のケース２内に、図２にブロック図で示すように、アンテナ装置１０、制御部２０、通信部３０を備える。また、図示していないが電池なども備える。

図２に示すように、通信部３０は、送信部４０、受信部５０を備える。送信部４０は、符号部４１、変調部４２、増幅部４３を備えている。

符号部４１は、制御部２０から供給された信号を符号化する。符号部４１は、この符号化した信号を変調部４２へ出力する。変調部４２は、符号部４１にて符号化された信号を電気的デジタル信号に変換した後に、予め設定されている通信チャンネルを用いて、予め決定されている通信方式に基づいた変調方式により変調する。増幅部４３は、変調部４２で変調された信号を増幅する。増幅された信号は、アンテナ装置１０から電波として送信される。

受信部５０は、復調部５１、復号部５２を備える。復調部５１は、アンテナ装置１０が受信した電波を復調して復号部５２に送る。復号部５２は復調された信号を符号し、複合した信号を制御部２０に送る。

図３に示すように、アンテナ装置１０は、基板６０の表面に主として形成されたアンテナエレメント１１と、基板６０の裏面に形成されたグランドパターン１２とを備える。なお、基板６０の表面とは、次に説明する板型無給電素子１３と対向する側の面である。また、この基板６０はガラスエポキシなどの誘電体製である。

アンテナエレメント１１は図４を用いて詳しく説明するが、本実施形態では逆Ｆ型であるので、以下、逆Ｆ型アンテナエレメント１１という。また、この逆Ｆ型アンテナエレメント１１を本実施形態では４つ、四角形が形成されるように配置している。これら逆Ｆ型アンテナエレメント１１の配置も図４で説明する。

グランドパターン１２は、平面形状であり、サイズは、４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１により形成される四角形よりも大きくなっている。グランドパターン１２は、たとえば、銅箔により形成されている。

アンテナ装置１０は、上記逆Ｆ型アンテナエレメント１１、グランドパターン１２の他に、板型無給電素子１３も備える。板型無給電素子１３は、ケース２の内表面２ａに貼り付けられている。この板型無給電素子１３は、銅などの金属薄膜であり、たとえば、蒸着法によりケース２の内表面２ａ上に形成される。なお、本明細書では、板を、薄膜と呼ばれることも多い、厚みの薄いものも含む意味で用いている。

図４に、本実施形態におけるアンテナ装置１０のシミュレーションモデルを示す。このシミュレーションモデルにおいて、実際のアンテナ装置１０の対応部分には、アンテナ装置１０と同じ符号を付す。このシミュレーションモデルを用いて、アンテナ装置１０の構成をさらに説明する。

図４に示すように、逆Ｆ型アンテナエレメント１１は、本体部１１ａ、給電線１１ｂ、短絡線１１ｃを備えている。なお、図４に示すシミュレーションモデルでは、逆Ｆ型アンテナエレメント１１を線状としているが、実際の逆Ｆ型アンテナエレメント１１には、もちろん幅がある。

本体部１１ａは、グランドパターン１２が形成する平面と平行に配置されている。給電線１１ｂは、本体部１１ａの一方の端から折れ曲がった部分であり、本体部１１ａと接続している側とは反対側の端が給電部１４と接続している。短絡線１１ｃは、本体部１１ａ、給電線１１ｂが接続されている側に近い部分に、一方の端が接続されている。短絡線１１ｃの他方の端は、グランドパターン１２に接続されている。

逆Ｆ型アンテナエレメント１１は、これら本体部１１ａ、給電線１１ｂ、短絡線１１ｃの長さを調節することにより、所望の電気長になるように設定されている。所望の電気長は、ここではλ／４である。λはｃ／ｆで表される。なお、ｃは光速であり、ｆは周波数である。アンテナ装置１０はＲＦＩＤタグに備えられている通信機と通信するものであるため、上記周波数ｆは、ＲＦＩＤタグで用いることができる周波数、たとえば、９２０ＭＨｚ、４３３ＭＨｚなどである。

４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１は、各逆Ｆ型アンテナエレメント１１の本体部１１ａにより、ほぼ四角形が形成されるように配置されている。よって、互いに対向する本体部１１ａは互いに平行であり、また、隣り合う本体部１１ａは互いにほぼ直角である。

これら４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１の各給電部１４に、位相差をつけて給電することで、アンテナ装置１０からは円偏波が放射される。この点は公知であるので、これ以上の説明は省略する。また、図４の例では、本体部１１ａは一直線上であるが、必ずしも、本体部１１ａは一直線上である必要はなく、折れ曲がった形状でもよい。本体部１１ａが一直線上でなくてもよい点も公知である。

これら４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１の４つの本体部１１ａにより、それら４つの本体部１１ａを含む１つの平面を考えることができる。このように逆Ｆ型アンテナエレメント１１などの線状アンテナを複数配置して平面を考えることができる場合、その複数の線状アンテナエレメントからなる全体のアンテナエレメントは、平面型のアンテナエレメントである。

なお、本実施形態では、４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１の全部の本体部１１ａを含んで形成される四角形の縁が、請求項におけるアンテナエレメントの外側境界に相当し、また、その四角形を含んでいる平面がエレメント形成面に相当する。

本実施形態の板型無給電素子１３は、正方形の平板形状であり、エレメント形成面と平行である。この板型無給電素子１３があることにより、本実施形態のアンテナ装置１０は、逆Ｆ型アンテナエレメント１１から板型無給電素子１３へ向かう側である前方への合成利得が向上する。板型無給電素子１３の大きさ、および、板型無給電素子１３から逆Ｆ型アンテナエレメント１１までの距離（以下、離間距離）を種々に変更しても、前方への合成利得が向上する。なお、合成利得は、垂直偏波の利得と水平偏波の利得の合成である。

図５に、前方への合成利得と、板型無給電素子１３の一辺のサイズとの関係を示す。この関係は、図４に示したシミュレーションモデルを用いて求めている。シミュレーションにおいては、離間距離は５ｍｍ、逆Ｆ型アンテナエレメント１１の本体部１１ａの長さは６５ｍｍ、給電線１１ｂ、短絡線１１ｃの長さは１５ｍｍとした。互いに対向する逆Ｆ型アンテナエレメント１１間の距離は７０ｍｍである。板型無給電素子１３のサイズは種々変更しているが、いずれも場合も、板型無給電素子１３の中心を通りその板型無給電素子１３に対して垂直な軸が、４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１により囲まれる領域の中心を通るようにしている。また、給電部１４に給電する高周波の周波数は約９２０ＭＨｚである。

図５において太線は、板型無給電素子１３がない場合の合成利得であり、ほぼ４ｄＢｉである。板型無給電素子１３の一辺のサイズが６０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲では、板型無給電素子１３がない場合に比較して１ｄＢ近く、前方への合成利得が向上している。

この理由は、第１に、板型無給電素子１３が導波器として機能するからであると考えられる。円偏波は偏波面が時間とともに変化していくという特徴があるが、板型無給電素子１３は二次元形状であることから、偏波面が時間とともに変化するという特徴を持つ円偏波であっても、導波器として機能すると考えられる。第２に、板型無給電素子１３が逆Ｆ型アンテナエレメント１１と結合し、これにより、Ｑ値が高くなるためであると考えられる。

このシミュレーションで用いた周波数は約９００ＭＨｚであるため、λ／４は約８０ｍｍである。板型無給電素子１３が導波器として機能するためには、互いに隣り合う２つの辺の長さの合計が、λ／２よりも少し短い長さとなればよいと考察している。よって、一辺の長さはλ／４よりも少し短い長さであればよいことになる。なお、少し短い長さとは、板型無給電素子１３が容量性、すなわち、使用周波数よりも共振周波数が高くなる長さであればよい。

λ／４は約８０ｍｍであることから、図５における６０ｍｍ〜７０ｍｍは、最も、λ／４よりも少し短い長さになっていると言える。そのため、６０ｍｍ〜７０ｍｍが最も合成利得が高くなっていると考えられる。６０ｍｍよりも板型無給電素子１３の一辺のサイズが短くなると、導波器としてよく機能する長さから外れていくことになる。また、サイズが小さくなると、結合の程度も少なくなる。よって、板型無給電素子１３の一辺のサイズが短くなると、次第に、板型無給電素子１３がない場合と比較した合成利得の向上が少なくなる。

また、板型無給電素子１３の一辺のサイズが８０ｍｍになると、合成利得は、板型無給電素子１３がない場合よりも低下している。対向する逆Ｆ型アンテナエレメント１１間の距離は７０ｍｍであることから、板型無給電素子１３の一辺のサイズが８０ｍｍの場合、４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１により囲まれる四角形の大きさよりも、板型無給電素子１３のサイズのほうが大きくなってしまっている。そのため、逆Ｆ型アンテナエレメント１１から、エレメント形成面に対して垂直に放射される電波は、板型無給電素子１３に遮られてしまう。この理由により、板型無給電素子１３の一辺のサイズが８０ｍｍになると、合成利得は、板型無給電素子１３がない場合よりも低下すると考えられる。

図６には、前方への合成利得と離間距離との関係を示す。この関係も図４に示したシミュレーションモデルを用いて求めている。シミュレーションにおいては、板型無給電素子１３の一辺のサイズは６０ｍｍとした。逆Ｆ型アンテナエレメント１１の本体部１１ａ、給電線１１ｂ、短絡線１１ｃの長さは、および、互いに対向する逆Ｆ型アンテナエレメント１１間の距離は、図５の場合と同じである。また、周波数は、図５の場合と同じく約９２０ＭＨｚである。

図６における太線も、板型無給電素子１３がない場合の合成利得である。図６の波形を厳密に見ると、離間距離が１５ｍｍ付近でピークが存在しており、このピークから離れるほど、合成利得は低下している。

ただし、離間距離が長くなっても、板型無給電素子１３による利得向上の効果が少なくなるだけであり、板型無給電素子１３がない場合よりも利得を低下させるとは考えにくい。したがって、板型無給電素子１３を配置することにより、離間距離の制限はなく、合成利得が向上すると言える。

以上、説明した第１実施形態では、４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１を備え、円偏波を放射するアンテナ装置１０において、エレメント前方に板型無給電素子１３を配置すると、図５、６に示したように、前方への合成利得が向上する。

また、エレメント前方は電波を放射する方向であることから、通常、エレメント後方に比較して構造物も少ない。よって、板型無給電素子１３を配置する制約が少なく、また、エレメント前方は金属物も少ないことから、板型無給電素子１３を機器ごとに調整する手間も軽減する。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

図７に、第２実施形態におけるアンテナ装置１１０に対応するシミュレーションモデルを示す。このアンテナ装置１１０は、第１実施形態が備えていた板型無給電素子１３に代えて、ループ型無給電素子１１３を備えている。ループ型無給電素子１１３の中心位置、材質は、板型無給電素子１３と同じである。また、ループ型無給電素子１１３は、そのループにより一つの平面が形成される形状であり、そのループ型無給電素子１１３を含む平面がエレメント形成面と平行となる角度で配置される。

ループ型無給電素子１１３を配置したアンテナ装置１１０も、ループ型無給電素子１１３がない場合に比較して、前方への合成利得が向上する。ループ型無給電素子１１３の大きさ、および、離間距離を種々に変更しても、前方への合成利得が向上する。

図８に、前方への合成利得と、ループ型無給電素子１１３の一辺のサイズとの関係を示す。この関係は、図７に示したシミュレーションモデルを用いて求めている。シミュレーションにおける条件は図５と同じである。周波数は、図５の場合と同じく約９２０ＭＨｚである。

図８のグラフは、図５のグラフとほぼ同様、６０ｍｍ付近において特に利得が向上している。なお、図５では７０ｍｍでも合成利得が向上しているのに対して、図８では、７０ｍｍになると、合成利得は、ループ型無給電素子１１３がない場合よりも低下している。７０ｍｍは、図５、図８のシミュレーションにおいて、互いに対向する逆Ｆ型アンテナエレメント１１間の距離７０ｍｍと同じである。

したがって、図５、図８から、離間距離が５ｍｍの場合には、合成利得が向上する無給電素子１３、１１３のサイズの上限は、逆Ｆ型アンテナエレメント１１間の距離付近であることが分かる。ただし、後述するが、離間距離が長くなれば、無給電素子１３、１１３のサイズが逆Ｆ型アンテナエレメント１１間の距離よりも長くても、合成利得が向上する。

図９には、第２実施形態における、前方への合成利得と離間距離との関係を示す。この関係も図７に示したシミュレーションモデルを用いて求めている。シミュレーションにおける条件は図６と同じである。また、周波数は図５の場合と同じく約９２０ＭＨｚである。

図９の波形も、図６の波形と同様、離間距離が１５ｍｍ付近でピークが存在しており、このピークから離れるほど、合成利得は低下している。ただし、合成利得が１よりも小さくなっている離間距離はない。したがって、ループ型無給電素子１１３を配置することにより、離間距離の制限はなく、合成利得が向上すると言える。

以上、説明した第２実施形態は、第１実施形態の板型無給電素子１３をループ型無給電素子１１３に変更しているが、図８のグラフは図５のグラフに類似しており、図９のグラフは図６のグラフに類似している。よって、板型無給電素子１３をループ型無給電素子１１３に変更しても、板型無給電素子１３の場合と同様の効果が得られることが分かる。

＜第３実施形態＞
図１０に示すハンディターミナル２００は、本体部２１０と、別体部２３０を備える。本体部２１０は、内部に、アンテナ基本部２２０を備える。アンテナ基本部２２０は、アンテナ装置１０から板型無給電素子１３を除いた構成であり、４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１、グランドパターン１２、給電部１４などを、第１実施形態と同じ構成で備えている。もちろん、本体部２１０は、アンテナ基本部２２０の他に、図２に示した制御部２０、通信部３０なども備える。また、この本体部２１０には、２つの嵌合凹部２１１も形成されている。

別体部２３０は、樹脂製の保持部２４０の内部に、板型無給電素子１３を埋め込んだ構成である。この保持部２４０は、板型無給電素子１３が埋め込まれており、本体部２１０に対向する対向板部２４１と、その対向板部２４１の互いに対向する縁にそれぞれ連結されて、対向板部２４１から突き出す２つの嵌合突部２４２を備えている。

この２つの嵌合突部２４２の先端は、それぞれ、本体部２１０の嵌合凹部２１１と嵌合する。２つの嵌合突部２４２が嵌合凹部２１１に嵌合することで、本体部２１０と別体部２３０は結合状態となる。嵌合突部２４２を嵌合凹部２１１から抜き取れば、本体部２１０と別体部２３０とを分離した状態にできる。

板型無給電素子１３の配置は、本体部２１０と別体部２３０とが結合した状態で、図４に示した状態、すなわち、板型無給電素子１３の中心を通り板型無給電素子１３に対して垂直な軸が４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１の中心を通るように、保持部２４０内に配置されている。

図１１は、図１０のハンディターミナル２００を結合状態で用いたときの読み取り距離アップ比を示すグラフである。読み取り距離は、ハンディターミナル２００を分離状態で用いたときを基準としている。このグラフは、シミュレーションにより求めた値を示しており、シミュレーションにおける条件のうち、逆Ｆ型アンテナエレメント１１の大きさは、これまでの実施形態と同じである。互いに対向する逆Ｆ型アンテナエレメント１１間の距離は８０ｍｍとした。このグラフにおいて、各波形の違いは、板型無給電素子１３の一辺の長さの違いである。いずれの場合も、使用周波数は９２０ＭＨｚとした。

図１１から分かるように、板型無給電素子１３の一辺の長さがいずれの長さであっても、離間距離が２０ｍｍ以上では、読み取り距離がアップしている。板型無給電素子１３の一辺の長さが１００ｍｍである場合には、逆Ｆ型アンテナエレメント１１間の距離である８０ｍｍよりも長いことになる。第１実施形態の結果と異なり、この場合でも読み取り距離はアップしている。この理由は、離間距離が長くなると、アンテナエレメントから放射された電波が板型無給電素子１３を回折しやすくなるためであると考えられる。第１実施形態の図５では離間距離は５ｍｍであったので、板型無給電素子１３を回折しにくかったと考えられる。図１１でも、離間距離が最も短い１０ｍｍの場合には、板型無給電素子１３の一辺の長さが１００ｍｍの場合の読み取り距離アップ比は１よりも小さくなっている。

また、離間距離が最も短い１０ｍｍの場合には、板型無給電素子１３の一辺の長さが短くなるほど、読み取り距離アップ比が高くなっている。この理由は、板型無給電素子１３により、逆Ｆ型アンテナエレメント１１から放射される電波が遮られる程度が少なくなるためであると考えられる。

この第３実施形態のハンディターミナル２００は、本体部２１０に、逆Ｆ型アンテナエレメント１１、制御部２０、通信部３０を備えているので、別体部２３０を用いずに通信を行うことができる。また、本体部２１０は携帯型であるため、通信相手に近づけて通信を行うことができ、板型無給電素子１３による利得向上が必要ない場合も多い。その場合には、別体部２３０を分離状態とすることで、別体部２３０の分、本体部２１０を携帯したときの重量が軽くなる。したがって、別体部２３０を分離状態とすることで、本体部２１０を携帯した状態で通信を行う時のユーザの負担を軽減できる。

また、別体部２３０を結合状態とすれば、通信距離を長くすることもできる。しかも、別体部２３０に板型無給電素子１３を備えているので、本体部２１０に板型無給電素子１３を配置する場所を確保する必要もない。

＜第４実施形態＞
図１２に示す第４実施形態の通信装置３００は、本体部に相当するハンディターミナル３１０と、別体部に相当する設置台３２０を備えている。ハンディターミナル３１０の構成は、嵌合凹部２１１がない以外は図１１の本体部２１０と同じ構成である。

設置台３２０は、机の上面や床面などの設置面３５０に設置される。この設置台３２０は基部３２１と収容部３３０を備える。基部３２１は、設置面３５０に設置される部分であり、設置台３２０にハンディターミナル３１０が設置されても、設置台３２０が転倒しない重量および形状になっている。

収容部３３０は、いずれも基部３２１と結合して、その基部３２１から上方に延びる板状体である収容壁部３３１、３３２、３３３を備えている。なお、収容壁部３３３は、ハンディターミナル３１０を挟んで反対側に、もう一つ備えられている。これら収容壁部３３１、３３２、３３３に囲われることで収容空間３４０が形成される。

この収容空間３４０上側に開口３４１を備えており、開口３４１を通してハンディターミナル３１０が収容空間３４０に対して出し入れされる。収容空間３４０の大きさは、ハンディターミナル３１０を収容した状態で、そのハンディターミナル３１０の位置がほぼ一定に定まる大きさとなっている。

収容壁部３３１は樹脂などの誘電体製であり、内部には板型無給電素子１３が埋め込まれている。ハンディターミナル３１０が収容空間３４０に収容された状態で、アンテナ基本部２２０内の逆Ｆ型アンテナエレメント１１に対する板型無給電素子１３の位置が第３実施形態と同じになるように、板型無給電素子１３は、収容壁部３３１に埋め込まれている。

ハンディターミナル３１０が収容部３３０に収容された状態が結合状態であり、ハンディターミナル３１０を収容部３３０から取り出した状態が分離状態である。ハンディターミナル３１０が収容部３３０に収容されている状態では、第３実施形態と同じ読み取り距離アップ比になる。

この第４実施形態の通信装置３００は、ハンディターミナル３１０を、板型無給電素子１３を備えた部分である設置台３２０から分離できるので、第３実施形態と同じく、ハンディターミナル３１０を携帯した状態で通信を行う時のユーザの負担を軽減できる。

また、ハンディターミナル３１０を設置する設置台３２０に板型無給電素子１３が備えられている。したがって、結合状態では、ユーザはハンディターミナル３１０を持つ必要がない。また、結合状態では、ハンディターミナル３１０を持つ必要がないことから、板型無給電素子１３や、その板型無給電素子１３を備える設置台３２０の重量は問題とせずに、読み取り距離をアップさせることができる。

＜第５実施形態＞
図１３に示すように、第５実施形態の通信装置４００は、天井４５０に取り付けられている。この通信装置４００は、第４実施形態と同じハンディターミナル３１０と、収容部４１０を備えている。収容部４１０は、収容壁部４１１、４１２、４１３を備えている。

収容壁部４１１、４１２は、天井４５０に一辺が固定されて、天井４５０から下方に突き出している。なお、収容壁部４１２は、ハンディターミナル３１０を挟んで反対側に、もう一つ備えられている。収容壁部４１３は、天井から突き出している上記収容壁部４１１、４１２と結合しており、天井４５０と平行になっている。

これら収容壁部４１１、４１２、４１３と天井４５０とにより、開口４４１を有する収容空間４４０が形成される。この収容空間４４０にハンディターミナル３１０が収容される。

収容壁部４１３は樹脂などの誘電体製であり、内部には板型無給電素子１３が埋め込まれている。ハンディターミナル３１０が収容空間４４０に収容された状態で、アンテナ基本部２２０内の逆Ｆ型アンテナエレメント１１に対する板型無給電素子１３の位置が第３、第４実施形態と同じになるように、板型無給電素子１３は、収容壁部４１３に埋め込まれている。

この第５実施形態の通信装置４００も、ハンディターミナル３１０を、収容部４１０から分離して、ハンディターミナル３１０単独で通信できるので、第３、４実施形態と同じく、ハンディターミナル３１０を携帯した状態で通信を行う時のユーザの負担を軽減できる。

また、ハンディターミナル３１０を収容する収容部４１０に板型無給電素子１３が備えられている。したがって、収容部４１０にハンディターミナル３１０が収容された結合状態では、ユーザはハンディターミナル３１０を持つ必要がないことから、板型無給電素子１３や、その板型無給電素子１３を備える設置台３２０の重量は問題とせずに、読み取り距離をアップさせることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

＜変形例１〜４＞
たとえば、前述の実施形態では、板型無給電素子１３の各辺は一直線であったが、これに限られない。図１４は変形例１における板型無給電素子２１３の平面図である。この板型無給電素子２１３は、一辺の途中に折れ曲がり点２１３Ａがある（変形例１）。なお、折れ曲がり点とは、線が不連続に曲がっている点を意味する。

このように折れ曲がり点２１３Ａがあることで、折れ曲がり点２１３Ａが一辺の途中に形成されていない場合、すなわち、各辺が一直線である場合に比較して、板型無給電素子２１３は頂点間の直線距離が短くなる。

所望の周波数の電波を放射しながらも、エレメント長を短縮する種々の技術が知られている。そのため、アンテナエレメントの大きさは、放射する周波数に基づいて定まる大きさよりも、かなり小さいこともある。

図１４の板型無給電素子２１３は、各辺が一直線である場合に比較して頂点間の直線距離が短くなる。したがって、アンテナエレメントの大きさが小さくても、板型無給電素子２１３は、導波器としての機能低下を抑制しながらも、アンテナエレメントから放射される電波を遮る程度を少なくできる。

なお、折れ曲がり点２１３Ａに代えて、一辺の途中に曲線部分があってもよい（変形例２）。このようにしても、各辺が一直線である場合よりも頂点間の直線距離を短くできる。

また、ループ型無給電素子１１３の辺の途中に、折れ曲がり点を形成したり（変形例３）、また、ループ型無給電素子１１３の辺の途中に曲線部分を形成してもよい（変形例４）。

＜変形例５、６＞
第３〜５実施形態では、板型無給電素子１３を備えていたが、これに代えて、ループ型無給電素子１１３を用いてもよい（変形例５）。また、これら板型無給電素子１３、ループ型無給電素子１１１３を別体部２３０、設置台３２０、収容部４１０の表面に備えてもよい（変形例６）。

＜変形例７＞
前述の実施形態では、４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１により円偏波を放射するようにしていたが、これに限られない。円偏波を放射するアンテナとしてはパッチアンテナが周知である。このパッチアンテナを４つの逆Ｆ型アンテナエレメント１１を含むアンテナの代わりに用いてもよい。この場合には、たとえば、絶縁性の基板の一方の面に形成された矩形の金属箔パターンが請求項のアンテナエレメントに相当し、その基板の反対の面にグランドパターンが形成される。また、パッチアンテナ以外の平面アンテナで円偏波を放射するようにしてもよい。

＜変形例８＞
第５実施形態では、天井４５０に、収容部４１０が取り付けられていたが、壁に収容部４１０が取り付けられてもよい。

１：ハンディターミナル（通信装置）、 ２：ケース、 ２ａ：内表面、 １０：アンテナ装置、 １１：逆Ｆ型アンテナエレメント、 １２：グランドパターン、 １３：板型無給電素子、 １４：給電部、 ２０：制御部、 ３０：通信部、 ６０：基板、 １１０：アンテナ装置、 １１３：ループ型無給電素子、 ２００：ハンディターミナル、 ２１０：本体部、 ２１１：嵌合凹部、 ２１３：板型無給電素子、 ２２０：アンテナ基本部、 ２３０：別体部、 ２４２：嵌合突部、 ３００：通信装置、 ３１０：ハンディターミナル、 ３２０：設置台、 ３２１：基部、 ３３０：収容部、 ３３１：収容壁部、 ３４０：収容空間、 ３５０：設置面、 ４００：通信装置、 ４１０：収容部、 ４１３：収容壁部、 ４４０：収容空間

Claims (7)

1. 平面型のアンテナエレメント（１１）と、
   前記アンテナエレメントが接続されたグランド（１２）とを備え、円偏波を放射するアンテナ装置（１０、１１０）であって、
   樹脂製のケース（２）を備え、
   前記アンテナエレメントに対して前記グランドとは反対側となるエレメント前方に、板状またはループ状の無給電素子（１３、１１３、２１３）が配置されており、
   前記無給電素子は、矩形形状であって、１辺の長さが、使用周波数よりも前記無給電素子の共振周波数が高くなる長さとなっており、かつ、前記ケースの内表面に固定されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１において、
   前記無給電素子の大きさおよび位置が、前記アンテナエレメントの外側境界から前記アンテナエレメントが形成されている面であるエレメント形成面に対して垂直に前記エレメント前方に放射される電波を遮らない大きさ、および、位置になっていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項２において、
   前記無給電素子（２１３）は、矩形形状であり、辺の途中に、折れ曲がり点および曲線部分の少なくとも一方が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項のアンテナ装置と、前記アンテナ装置を用いて通信を行う通信部（３０）とを備えた通信装置（２００、３００、４００）であって、
   前記アンテナエレメント、前記グランド、前記通信部を備えた携帯型の本体部（２１０、３１０）と、
   前記本体部に対して分離状態と結合状態とが可能であり、前記無給電素子を備えた別体部（２３０、３２０、４１０）とを備え、
   前記別体部は、前記本体部と結合した状態で、アンテナエレメントに対して前方に配置される位置に、前記無給電素子を備えていることを特徴とする通信装置。
5. 請求項４において、
   前記別体部（２３０）も携帯型であり、
   前記別体部および前記本体部（２１０）は、互いに嵌り合う嵌合部（２４２、２１１）をそれぞれ備えており、
   前記別体部の嵌合部と、前記本体部の嵌合部とが嵌合することで、前記本体部と前記別体部とが結合状態となることを特徴とする通信装置。
6. 請求項４において、
   前記別体部（３２０）は、
   前記別体部を設置する設置面に設置される基部（３２１）と、
   前記基部の上端に結合しており、前記本体部を出し入れする開口（３４１）を備え、前記本体部を収容する収容空間（３４０）を形成する収容壁部（３３１、３３２、３３３）と、を備えており、
   前記収容空間に前記本体部が収容されることにより前記結合状態となり、
   前記無給電素子は前記収容壁部の内部または表面に備えられていることを特徴とする通信装置。
7. 請求項４において、
   前記別体部（４１０）は、壁または天井に固定されており、壁または天井とともに、少なくとも一方向開口し前記本体部を収容する収容空間（４４０）を形成する収容壁部（４１１、４１２、４１３）を備え、
   前記無給電素子は前記収容壁部の内部または表面に備えられていることを特徴とする通信装置。

Images