JP6413624B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device.
携帯端末には小型軽量化が求められることから、非接触通信機能を有する携帯端末では、アンテナ装置を小型化する必要がある。アンテナ装置の小型化の方法としては、例えば、誘電体を用いることが一般的に知られている。しかしながら、アンテナ装置に誘電体を採用すると、ある程度のアンテナ装置の小型化が図れるものの、アンテナ装置の製造コストが増大してしまう。さらに、誘電体を採用することで重量が増加してしまい、アンテナ装置の軽量化が困難になるという問題がある。 Since a portable terminal is required to be small and light, a portable terminal having a non-contact communication function needs to be downsized. As a method for reducing the size of an antenna device, for example, it is generally known to use a dielectric. However, when a dielectric is used for the antenna device, the antenna device can be downsized to some extent, but the manufacturing cost of the antenna device increases. Furthermore, the use of a dielectric increases the weight, which makes it difficult to reduce the weight of the antenna device.
そこで、下記特許文献1に開示されるパッチアンテナでは、アンテナエレメント用導電性板材における四辺の中点位置に切欠部をそれぞれ設け、給電端子を切欠部の周端に配置し、地板とアンテナエレメント用導電性板材とを固定する固定部材を当該アンテナエレメント用導電性板材での対角線上に配置することで、アンテナ装置の小型化を図っている。 Therefore, in the patch antenna disclosed in Patent Document 1 below, a notch is provided at each of the midpoint positions of the four sides of the antenna element conductive plate, and the feed terminal is disposed at the peripheral end of the notch, so that the ground plate and the antenna element are provided. The antenna device is miniaturized by disposing fixing members for fixing the conductive plate material on a diagonal line of the antenna element conductive plate material.
しかしながら、上記特許文献1に開示されるようにアンテナエレメントに切欠部を設ける構成では、ある程度の小型化(例えば、10〜20%)しか図ることができず、更なる小型化の要求に応えることが困難であるという問題がある。 However, with the configuration in which the antenna element is provided with a notch as disclosed in Patent Document 1, only a certain size reduction (for example, 10 to 20%) can be achieved, and the demand for further size reduction is met. There is a problem that is difficult.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、軽量化を阻害することなく更なる小型化を図り得るアンテナ装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an antenna device that can be further reduced in size without impeding weight reduction.
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項1に記載のアンテナ装置(50,50a〜50d)は、導電性の材料によって構成されたアンテナエレメント(60,60a〜60c)およびアンテナグランド(70,70a)を備え、前記アンテナエレメントは、前記アンテナグランドに対向するように配置される方形の本体部(61)と、前記本体部の四辺に対して前記アンテナグランドに向かうようにそれぞれ連結する連結部(62a〜62d)と、を有し、前記本体部および前記連結部は、前記本体部の一辺のうち前記連結部との連結部位を除く縁部(E1)の長さと前記連結部の外縁のうち前記本体部との連結部位を除く縁部(E2)の長さとの和が、使用する電波の波長の1/2に等しくなるようにそれぞれ形成され、前記連結部は、前記アンテナグランド側の端部が内側に折り曲げられて形成され、前記アンテナグランド側の端部が複数回折り曲げられることを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、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る。
In order to achieve the above object, an antenna device (50, 50a to 50d) according to claim 1 of the claims includes an antenna element (60, 60a to 60c) made of a conductive material and an antenna ground ( 70, 70a), and the antenna element is connected to a rectangular main body portion (61) disposed so as to face the antenna ground so as to face the antenna ground with respect to four sides of the main body portion. A connecting portion (62a-62d), wherein the main body portion and the connecting portion are formed on one side of the main body portion with a length of an edge portion (E1) excluding a connecting portion with the connecting portion and the connecting portion. edges excluding the connecting portion between the main body portion of the outer edge sum of the length of (E2), each formed to be equal to 1/2 of the wavelength of a radio wave to be used, the communication Parts, the end of the antenna ground side is formed by bending inwardly the ends of the antenna ground side is characterized Rukoto bent a plurality of times.
In addition, the code | symbol in each said parenthesis shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
請求項1の発明では、アンテナエレメントは、アンテナグランドに対向するように配置される方形の本体部と、本体部の四辺に対してアンテナグランドに向かうようにそれぞれ連結する連結部と、を有している。そして、本体部および連結部は、本体部の一辺のうち連結部との連結部位を除く縁部(以下、第1縁部ともいう)の長さと連結部の外縁のうち本体部との連結部位を除く縁部(以下、第2縁部ともいう)の長さとの和が、使用する電波の波長の1/2に等しくなるようにそれぞれ形成される。 In the invention of claim 1, the antenna element has a rectangular main body portion disposed so as to face the antenna ground, and a connecting portion that is connected to each of the four sides of the main body portion toward the antenna ground. ing. And a main-body part and a connection part are a connection site | part with a main-body part among the length of the edge part (henceforth a 1st edge part) except a connection site | part with a connection part among one side of a main-body part, and the outer edge of a connection part. Are formed so that the sum of the lengths of the edges excluding (hereinafter also referred to as second edges) is equal to ½ of the wavelength of the radio wave used.
これにより、アンテナエレメントの一辺を構成する縁部の長さは、第1縁部の長さと第2縁部の長さとの和となり、平面視において同じ面積での平板方形状のアンテナエレメントの一辺を構成する縁部の長さよりも長くなる。すなわち、本発明に係るアンテナエレメントは、一辺を構成する縁部の長さを等しくした平板方形状のアンテナエレメントに対して、平面視での面積を小さくすることができる。アンテナエレメントに供給された電流はアンテナエレメントの縁部を電流経路として流れるので、必要な長さの電流経路を確保しつつアンテナエレメントに関して平面視での面積を小さくすることができる。したがって、軽量化を阻害することなく更なる小型化を図り得るアンテナ装置を実現することができる
特に、連結部は、アンテナグランド側の端部が内側に折り曲げられて形成されるため、アンテナエレメントの一辺を構成する縁部の長さがさらに長くなるので、アンテナエレメントに関して平面視での面積をさらに小さくすることができる。
さらに、アンテナグランド側の端部が複数回折り曲げられるため、折り曲げ回数に応じてアンテナエレメントの一辺を構成する縁部の長さを容易に長くできるので、アンテナエレメントに関してさらに平面視での面積を小さくすることができる。
請求項2の発明では、アンテナエレメントの連結部は、本体部に一体に連結される第1連結部用部材と、アンテナグランドの少なくとも一部が導体層の一部として形成されるグランド用基板の基板面に導体層として形成される第2連結部用部材とを電気的に接続することで構成される。
このように、グランド用基板の基板面に形成される導体層を連結部の一部として形成できるため、上記導体層の形状に応じてアンテナエレメントの一辺を構成する縁部の長さを長くできる。これにより、アンテナエレメントに関して平面視での面積をさらに小さくすることができる。
請求項3の発明では、アンテナグランドは、アンテナエレメントの本体部に対向するように配置される方形のグランド本体部と、このグランド本体部の四辺に対してアンテナエレメントの本体部に向かうようにそれぞれ連結するグランド連結部と、を有するように形成される。
これにより、背面側への放射を増加させることなくアンテナグランドの平面視での面積を小さくすることができる。特に、グランド連結部とアンテナエレメントの連結部との間で容量成分が構成されやすくなり、この容量成分が大きくなるほど共振周波数が低くなる。このため、上記容量成分が共振周波数を低下させる分に応じてアンテナエレメントの一辺を構成する縁部の長さを短くしても共振周波数が変化しないので、上記容量成分に応じてアンテナ装置の小型化を図ることができる。
特に、グランド本体部が導体層の一部として形成されるグランド本体部用基板が設けられ、このグランド本体部用基板に対して立設するように設けられる金属板によりグランド連結部が構成される。これにより、グランド本体部とこのグランド本体部の四辺に対してアンテナエレメントの本体部に向かうようにそれぞれ連結するグランド連結部とを有するアンテナグランドを、容易に形成することができる。
請求項4の発明では、グランド連結部は、対応するアンテナエレメントの連結部に対してそれぞれ平行となるように形成されるため、グランド連結部とアンテナエレメントの連結部との間で構成される容量成分が大きくなる。このため、大きくなった容量成分に応じてアンテナ装置の更なる小型化を図ることができる。
Thereby, the length of the edge part which comprises one side of an antenna element becomes the sum of the length of a 1st edge part, and the length of a 2nd edge part, and one side of the flat plate-shaped antenna element in the same area in planar view It becomes longer than the length of the edge part which comprises. That is, the antenna element according to the present invention can reduce the area in plan view compared to a flat plate-shaped antenna element in which the lengths of the edges constituting one side are equal. Since the current supplied to the antenna element flows through the edge of the antenna element as a current path, the area of the antenna element in a plan view can be reduced while securing a current path of a necessary length. Therefore, it is possible to realize an antenna device that can be further reduced in size without impeding weight reduction.
In particular, the connecting portion is formed by bending the end portion on the antenna ground side inward, so that the length of the edge portion constituting one side of the antenna element is further increased, so the area of the antenna element in plan view is reduced. It can be further reduced.
Furthermore, since the end portion on the antenna ground side is bent a plurality of times, the length of the edge portion constituting one side of the antenna element can be easily increased according to the number of times of bending, so the area of the antenna element in plan view can be further reduced. can do.
In the invention according to
Thus, since the conductor layer formed on the substrate surface of the ground substrate can be formed as a part of the connecting portion, the length of the edge constituting one side of the antenna element can be increased according to the shape of the conductor layer. . As a result, the area of the antenna element in plan view can be further reduced.
In the invention of
As a result, the area of the antenna ground in plan view can be reduced without increasing the radiation to the back side. In particular, a capacitance component is easily formed between the ground connection portion and the connection portion of the antenna element, and the resonance frequency decreases as the capacitance component increases. For this reason, since the resonance frequency does not change even if the length of the edge constituting one side of the antenna element is shortened in accordance with the amount by which the capacitance component lowers the resonance frequency, the antenna device can be reduced in size according to the capacitance component. Can be achieved.
In particular, a ground main body substrate in which the ground main body portion is formed as a part of the conductor layer is provided, and a ground connecting portion is constituted by a metal plate provided so as to stand up with respect to the ground main body substrate. . Thereby, an antenna ground having a ground main body part and ground connection parts that are connected to the four sides of the ground main body part so as to face the main body part of the antenna element can be easily formed.
In the invention of
請求項5の発明では、本体部と連結部とのなす角度が90°であるため、アンテナエレメントの平面視での面積が本体部の平面視での面積となるので、本体部と連結部とのなす角度が90°を超える場合と比較して、さらに平面視での面積を小さくすることができる。特に、本体部と連結部とのなす角度が90°未満である場合には、連結部が本体部に覆われて放射に寄与しなくなるので、本体部と連結部とのなす角度を90°とすることで、アンテナエレメントに関して平面視での面積を小さくしつつ、アンテナ利得の低下を抑制することができる。
In the invention of
請求項6の発明では、連結部の縁部には切り欠きが形成されるため、この切り欠きの形状に応じて第2縁部が長くなることから、アンテナエレメントの一辺を構成する縁部の長さがさらに長くなるので、アンテナエレメントに関してさらに平面視での面積を小さくすることができる。
In the invention of
請求項7の発明では、本体部の中央には開口が形成されるため、アンテナエレメントの軽量化を図ることができる。アンテナエレメントに供給された電流はアンテナエレメントの縁部を電流経路として流れるので、電流経路を構成しない中央の部位を開口の形成により除去してもアンテナ性能に影響しないからである。特に、本発明に係るアンテナ装置が採用される携帯端末等にて使用される他の部品を上記開口内に配置することで、上記携帯端末等の小型化を図ることができる。 In the invention of claim 7 , since the opening is formed in the center of the main body portion, the weight of the antenna element can be reduced. This is because the current supplied to the antenna element flows through the edge of the antenna element as a current path, and therefore the antenna performance is not affected even if the central portion that does not constitute the current path is removed by forming the opening. In particular, it is possible to reduce the size of the portable terminal or the like by disposing other components used in the portable terminal or the like in which the antenna device according to the present invention is employed in the opening.
[第1実施形態]
以下、本発明に係るアンテナ装置を具現化した第1実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係るアンテナ装置50を搭載した携帯端末10を概略的に例示する図であり、図1(A)は携帯端末10の平面図であり、図1(B)は携帯端末10の側面図である。
[First Embodiment]
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment in which an antenna device according to the invention is embodied will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a
図1(A),(B)に示す携帯端末10は、ユーザによって携帯されて様々な場所で用いられて、外部機器と非接触通信するための非接触通信機能を有する携帯型の情報端末として構成されている。この携帯端末10は、アンテナ装置を介して送受信される電波を媒介としてRFIDタグ(無線タグ)に記憶されている情報を読み取る無線タグリーダとしての機能に加えて、バーコードや二次元コードなどの情報コードを読み取る情報コードリーダとしての機能を兼ね備え、読み取りを二方式で行いうる構成となっている。
A
図1(A),(B)に示すように、携帯端末10は、ABS樹脂等の合成樹脂材料により形成される上側ケース11aおよび下側ケース11bが組み付けられて構成される長手状の筐体11によって外郭が形成されている。また、上側ケース11aには、所定の情報を入力する際に操作されるファンクションキーおよびテンキー等のキー操作部25や、所定の情報を表示するための表示部24等が配置されている。また、下側ケース11bには、下方に向けて開口する読取口12が形成されている。
As shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), a
図2(A)は、図1の携帯端末10の電気的構成を例示するブロック図であり、図2(B)は、その携帯端末10の無線タグ処理部30を概略的に例示するブロックであり、図2(C)は、その携帯端末10の情報コード読取部40を概略的に例示するブロック図である。
図2(A)に示すように、携帯端末10の筐体11内には、携帯端末10全体を制御する制御部21が設けられている。この制御部21は、マイコンを主体として構成されるものであり、CPU、システムバス、入出力インタフェース等を有し、メモリ22とともに情報処理装置を構成している。また、制御部21には、LED23、表示部24、キー操作部25、バイブレータ26、ブザー27、外部インタフェース28などが接続されている。
2A is a block diagram illustrating the electrical configuration of the
As shown in FIG. 2A, a
キー操作部25は、制御部21に対して操作信号を与える構成をなしており、制御部21は、この操作信号を受けて操作信号の内容に応じた動作を行う。また、LED23、表示部24、バイブレータ26およびブザー27は、制御部21によって制御される構成をなしており、それぞれ、制御部21からの指令を受けて動作する。外部インタフェース28は、外部機器等との間でのデータ通信を行うためのインタフェースとして構成されており、制御部21と協働して通信処理を行う構成をなしている。また、筐体11内には、電源部29が設けられており、この電源部29やバッテリ29aによって制御部21や各種電気部品に電力が供給されるようになっている。
The
また、制御部21には、無線タグ処理部30および情報コード読取部40が接続されている。
無線タグ処理部30は、後述するアンテナ装置50および制御部21と協働してRFIDタグ(無線タグ)Tとの間で電磁波による通信を行ない、RFIDタグTに記憶されるデータの読取り、或いはRFIDタグTに対するデータの書込みを行なうように機能するものである。この無線タグ処理部30は、公知の電波方式で伝送を行う回路として構成されており、図2(B)にて概略的に示すように、送信回路31、受信回路32、整合回路33などを有している。
In addition, a wireless
The wireless
送信回路31は、キャリア発振器、符号化部、増幅器、送信部フィルタ、変調部などによって構成されており、キャリア発振器から所定の周波数のキャリア(搬送波)が出力される構成をなしている。また、符号化部は、制御部21に接続されており、当該制御部21より出力される送信データを符号化して変調部に出力している。変調部は、キャリア発振器からのキャリア(搬送波)、及び符号化部からの送信データが入力される部分であり、キャリア発振器より出力されるキャリア(搬送波)に対し、通信対象へのコマンド送信時に符号化部より出力される符号化された送信符号(変調信号)によってASK(Amplitude Shift Keying)変調された被変調信号を生成し、増幅器に出力している。増幅器は、入力信号(変調部によって変調された被変調信号)を所定のゲインで増幅し、その増幅信号を送信部フィルタに出力しており、送信部フィルタは、増幅器からの増幅信号をフィルタリングした送信信号を、整合回路33を介してアンテナ装置50に出力している。このようにしてアンテナ装置50に送信信号が出力されると、その送信信号が送信電波として当該アンテナ装置50より外部に放射される。
The
一方、アンテナ装置50によって受信された応答信号は、整合回路33を介して受信回路32に入力される。この受信回路32は、受信部フィルタ、増幅器、復調部、二値化処理部、複号化部などによって構成されており、アンテナ装置50を介して受信された応答信号を受信部フィルタによってフィルタリングした後、増幅器によって増幅し、その増幅信号を復調部によって復調する。そして、その復調された信号波形を二値化処理部によって二値化し、復号化部にて復号化した後、その復号化された信号を受信データとして制御部21に出力している。
On the other hand, the response signal received by the
情報コード読取部40は、情報コードを光学的に読み取るように機能するもので、図2(C)に示すように、CCDエリアセンサからなる受光センサ43、結像レンズ42、複数個のLEDやレンズ等から構成される照明部41などを備えた構成をなしており、制御部21と協働して読取対象Rに付された情報コードC(バーコードや二次元コード)を読み取るように機能する。
The information
この情報コード読取部40によって読み取りを行う場合、まず、制御部21によって指令を受けた照明部41から照明光Lfが出射され、この照明光Lfが読取口12を通って読取対象Rに照射される。そして、照明光Lfが情報コードCにて反射した反射光Lrは読取口12を通って装置内に取り込まれ、結像レンズ42を通って受光センサ43に受光される。読取口12と受光センサ43との間に配される結像レンズ42は、情報コードCの像を受光センサ43上に結像させる構成をなしており、受光センサ43はこの情報コードCの像に応じた受光信号を出力する。受光センサ43から出力された受光信号は、画像データとしてメモリ22(図2(A))に記憶され、情報コードCに含まれる情報を取得するためのデコード処理に用いられるようになっている。なお、情報コード読取部40には、受光センサ43からの信号を増幅する増幅回路や、その増幅された信号をデジタル信号に変換するAD変換回路等が設けられているがこれらの回路については図示を省略している。
When reading is performed by the information
次に、アンテナ装置50について、図3〜図5を参照して詳述する。なお、図3は、第1実施形態に係るアンテナ装置50の斜視図である。図4は、図3のアンテナ装置50をアンテナエレメント60側からみた平面図である。図5は、図4のX1−X1線相当の切断面による断面図である。
図3〜図5に示すように、アンテナ装置50は、パッチアンテナとして構成されるもので、導電性の材料によって構成されたアンテナエレメント60およびアンテナグランド70を備えている。
Next, the
As shown in FIGS. 3 to 5, the
図5に示すように、アンテナグランド70は、アンテナ基板51の内層に設けられるベタパターン等の導体層から構成されている。なお、アンテナグランド70は、アンテナ基板51の表面または裏面に設けられるベタパターン等の導体層から構成されてもよい。
As shown in FIG. 5, the
アンテナエレメント60は、本体部61と4つの連結部62a〜62dとを備えている。本体部61は、一辺の長さがLoの正方形状に形成されており、アンテナ基板51の基板面に組み付けられる台座52に固定されることで、アンテナグランド70に対して所定の距離を介して対向するように配置されている。台座52は、本体部61の下面と各連結部62a〜62dの内側面とに接触した状態で嵌合するように形成されている。本体部61には、アンテナ基板51に立設される給電用ピン53が接続されている。なお、図5では、垂直偏波用の給電用ピンおよび水平偏波用の給電用ピンの一方を図示している。
The
各連結部62a〜62dは、本体部61の四辺61a〜61dの中央部に対して、当該本体部61となす角度θ(図5参照)が90°となるようにそれぞれ一体に連結されている。本実施形態では、本体部61および各連結部62a〜62dは、例えば、厚さ0.2mm程度の銅板の成形により、各連結部62a〜62dが本体部61に対してアンテナグランド70の方向に直角に折り曲げられるようにして形成されている。
Each of the connecting
連結部62aは、長辺の長さがL2a、短辺の長さがL2bの長方形状であって、本体部61が台座52に固定される際に延出側の長辺を構成する縁部にて所定の隙間を介してアンテナ基板51に対向するように形成されている。すなわち、連結部62aの長辺の長さL2aと、本体部61の一辺のうちの連結部62aとの連結部位を除く縁部(以下、第1縁部E1ともいう)の長さL1との和が、本体部61の一辺の長さLoに等しくなる。他の連結部62b〜62dも連結部62aと同様に長辺の長さがL2a、短辺の長さがL2bの長方形状に形成されている。
The connecting
そして、連結部62a〜62dの外縁のうち本体部61との連結部位を除く縁部(以下、第2縁部E2ともいう)の長さは、L2a+2×L2bとなる。これにより、アンテナエレメント60の一辺を構成する縁部の長さ(以下、単に一縁長さともいう)は、第1縁部E1の長さと第2縁部E2の長さとの和であるL1+L2a+2×L2bとなり、本体部61の一辺の長さLoよりも2×L2b分だけ長くなる。
And the length of the edge part (henceforth the 2nd edge part E2) except the connection part with the main-
アンテナエレメント60の一縁長さは、使用する電波の波長をλとするとき、λ/2に等しくなるように設定する必要がある。本実施形態では、900MHz帯の周波数を利用するため、アンテナエレメント60の一縁長さは、約150mmに設定される。
The edge length of the
アンテナエレメント60の一縁長さは、本体部61に対して直交する方向からの平面視において(図4に相当)、アンテナエレメント60と同じ面積での平板方形状のアンテナエレメント(本体部61単体と同じ形状となるアンテナエレメント)の一辺を構成する縁部の長さよりも長くなる。
The one edge length of the
すなわち、本実施形態に係るアンテナ装置50のアンテナエレメント60に関して、一辺を構成する縁部の長さを等しくした平板方形状のアンテナエレメントに対して、平面視での面積を小さくすることができる。アンテナエレメント60に供給された電流はアンテナエレメント60の縁部E1,E2を電流経路として流れるので、必要な長さの電流経路を確保しつつアンテナエレメント60に関して平面視での面積を小さくすることができる。
That is, with respect to the
例えば、本体部61の長さLo(=L1+L2a)が100mm、連結部62a〜62dの長さL2bが25mmとなるアンテナエレメント60の一縁長さは、150mmとなり、アンテナエレメント60の平面視での面積は、100cm2となる。一方で、平板方形状のアンテナエレメントにて一辺を構成する縁部の長さを150mmとすると、このアンテナエレメントの平面視での面積は、225cm2となる。これにより、本実施形態に係る構成のアンテナエレメント60を採用することで、必要な長さ(例えば、150mm)の電流経路を確保しつつ、アンテナエレメント60に関して平面視での面積を小さくすることができることがわかる。
For example, the length of one edge of the
以下、本発明を採用したアンテナ装置と誘電体を利用したパッチアンテナとを比較したアンテナ利得の解析結果について図6〜図8を参照して説明する。なお、以下に示す解析結果では、それぞれ形状を簡素化した基本形状のアンテナ装置について、平面視したアンテナエレメントの一辺を構成する縁部の長さをエレメントサイズLeとするとき、このエレメントサイズLeを変化させた際のアンテナ利得の変化について比較する。 Hereinafter, antenna gain analysis results comparing an antenna device employing the present invention and a patch antenna using a dielectric will be described with reference to FIGS. In the analysis results shown below, when the length of the edge part constituting one side of the antenna element in plan view is defined as the element size Le for the basic shape antenna devices each having a simplified shape, the element size Le is Comparison will be made with respect to changes in antenna gain when changing.
なお、図6は、アンテナ装置の基本形状を示す斜視図であり、図6(A)は、本発明を採用したアンテナ装置50の基本形状に相当するものであり、図6(B)は、誘電体103を利用した誘電体パッチアンテナ装置100に相当するものである。図7は、エレメントサイズLeとアンテナ利得との関係を示す図表であり、図7(A)は、本発明を採用したアンテナ装置50の解析結果を示し、図7(B)は、誘電体パッチアンテナ装置100の解析結果を示す。図8は、図7の解析結果をまとめたグラフである。なお、図8では、エレメントサイズLeとアンテナ利得との関係について、本発明を採用したアンテナ装置50の解析結果を実線S1にて示し、誘電体103を利用した誘電体パッチアンテナ装置100の解析結果を破線S2にて示す。
6 is a perspective view showing the basic shape of the antenna device, FIG. 6A corresponds to the basic shape of the
図6(A)に示すように、本解析におけるアンテナエレメント60は、エレメントサイズLeが本体部61の長さLoとなり、曲げ長さが連結部62a〜62dの長さL2bとなるように構成される。また、図6(B)に示すように、比較対象である誘電体パッチアンテナ装置100は、一辺の長さがLeの正方形にて平板状に形成されるアンテナエレメント101とアンテナグランド102との間に誘電率εの誘電体103が配置されるように構成される。また、アンテナグランドは、アンテナ装置50および誘電体パッチアンテナ装置100ともに、一辺が200mmの正方形にて平板状に形成される。
As shown in FIG. 6A, the
図7(A)(B)および図8からわかるように、同じエレメントサイズLeであれば、本発明を採用したアンテナ装置50のアンテナ利得(図8の実線S1参照)が誘電体パッチアンテナ装置100のアンテナ利得(図8の破線S2参照)よりも高くなっている。アンテナエレメントに関して平面視での面積が同じであっても、アンテナエレメント60の一縁長さがアンテナエレメント101の一辺の長さよりも長くなるからである。なお、図8では、エレメントサイズLeが140mmの正方形にて平板状に形成されるアンテナエレメントを採用し誘電体を採用しないアンテナ装置のアンテナ利得(8.577dBi)を符号S3にて示している。
As can be seen from FIGS. 7A and 7B and FIG. 8, if the element size is the same Le, the antenna gain (see the solid line S1 in FIG. 8) of the
以上説明したように、本実施形態に係るアンテナ装置50では、アンテナエレメント60は、アンテナグランド70に対向するように配置される方形の本体部61と、本体部61の四辺に対してアンテナグランド70に向かうようにそれぞれ連結する連結部62a〜62dと、を有している。そして、本体部61および連結部62a〜62dは、本体部61の一辺のうち連結部62a〜62dとの連結部位を除く縁部を第1縁部E1、連結部62a〜62dの外縁のうち本体部61との連結部位を除く縁部を第2縁部E2とするとき、第1縁部E1の長さL1と第2縁部Eの長さL2a+2×L2bとの和が、使用する電波の波長λの1/2に等しくなるようにそれぞれ形成される。
As described above, in the
これにより、本発明に係るアンテナエレメント60は、一辺を構成する縁部の長さを等しくした平板方形状のアンテナエレメントに対して、平面視での面積が小さくなるので、必要な長さの電流経路を確保しつつアンテナエレメント60に関して平面視での面積を小さくすることができる。したがって、軽量化を阻害することなく更なる小型化を図り得るアンテナ装置を実現することができる。
As a result, the
特に、携帯端末10のように携帯されて使用される機器では、アンテナエレメントの平面視での面積が大きくなると把持しにくくなるが、本発明に係るアンテナ装置50が採用される携帯端末10では、アンテナエレメント60の平面視での面積を小さくできるので、携帯端末10の操作性や携帯性を向上させることができる。
In particular, in a device that is carried and used, such as the
また、本体部61と連結部62a〜62dとのなす角度θが90°であるため、アンテナエレメント60の平面視での面積が本体部61の平面視での面積となるので、本体部61と連結部62a〜62dとのなす角度θが90°を超える場合と比較して、さらに平面視での面積を小さくすることができる。特に、本体部61と連結部62a〜62dとのなす角度θが90°未満である場合には、連結部62a〜62dが本体部61に覆われて放射に寄与しなくなる可能性があるので、本体部61と連結部62a〜62dとのなす角度θを90°とすることで、アンテナエレメント60に関して平面視での面積を小さくしつつ、アンテナ利得の低下を抑制することができる。
In addition, since the angle θ formed by the
なお、連結部62a〜62dによる放射を優先等させる場合には、連結部62a〜62dは、要求される平面視での面積を満足することを前提に、角度θが90°を超えるように本体部61に連結されてもよい。また、連結部62a〜62dによる放射の寄与よりも本体部61とアンテナグランド70との距離を短くした小型化を優先する場合には、連結部62a〜62dは、角度θが90°未満となるように本体部61に連結されてもよい。
In addition, when giving priority to the radiation by the connecting
また、アンテナグランド70は、アンテナ基板51に設けられるベタパターン等の導体層から構成されることに限らず、アンテナ基板51を廃止して、アンテナエレメント60の本体部61に対して所定の距離を介して対向するように配置される金属板等から構成されてもよい。
The
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るアンテナ装置について、図9を用いて説明する。なお、図9は、第2実施形態におけるアンテナ装置50aの要部を示す断面図である。なお、図9では、台座52の図示を省略している。
本第2実施形態では、各連結部のアンテナグランド側の端部が内側に折り曲げられる点が主に上記第1実施形態と異なる。このため、第1実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, an antenna device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 9 is sectional drawing which shows the principal part of the
The second embodiment is mainly different from the first embodiment in that the end on the antenna ground side of each connecting portion is bent inward. For this reason, substantially the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図9に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置50aは、上述したアンテナ装置50に対して、アンテナエレメント60に代えてアンテナエレメント60aを備えるように形成されている。アンテナエレメント60aは、各連結部62a〜62dのアンテナグランド側の端部63がそれぞれ内側に向けて折り曲げられるように形成されている。なお、台座52は、各端部63を避けて本体部61の下面の四隅等に嵌合するように形成される。
As shown in FIG. 9, the
このような構成では、端部63の内側への延出長さをL2cとするとき(図9参照)、第2縁部E2の長さは、L2a+2×(L2b+L2c)となる。これにより、アンテナエレメントに関して平面視での面積が上記アンテナ装置50のアンテナエレメント60と同じであっても、アンテナエレメント60aの一縁長さを、延出長さL2cだけさらに長くすることができる。
In such a configuration, when the length extending inward of the
すなわち、アンテナエレメント60aは、一縁長さを等しくしたアンテナエレメント60に対して、平面視での面積が小さくなる。これにより、本実施形態に係るアンテナ装置50aは、上記アンテナ装置50に対して、必要な長さの電流経路を確保しつつアンテナエレメント60aに関して平面視での面積をさらに小さくすることができる。
That is, the
図10は、第2実施形態の第1変形例におけるアンテナ装置50aの要部を示す断面図である。なお、図10では、台座52の図示を省略している。
各連結部62a〜62dのアンテナグランド側の端部は、上述した端部63のように内側に向けて1回折り曲げされるように形成されることに限らず、複数回折り曲げされるように形成されてもよい。例えば、図10に示す端部63aのように、アンテナグランド側の端部を2回折り曲げてもよい。このように、折り曲げ回数に応じてアンテナエレメントの一辺を構成する縁部の長さを容易に長くできるので、アンテナエレメント60aに関してさらに平面視での面積を小さくすることができる。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main part of an
The end portions on the antenna ground side of the connecting
図11は、第2実施形態の第2変形例におけるアンテナ装置50aの要部を示す断面図である。図12は、図11のアンテナ基板51の平面図である。なお、図11では、台座52の図示を省略している。また、図12では、各第1連結部用部材64aや本体部61を二点鎖線にて図示している。
各連結部62a〜62dは、本体部61に一体に連結される第1連結部用部材64aと、アンテナ基板51の基板面に導体層として形成される第2連結部用部材64bとを電気的に接続することで構成されてもよい。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main part of an
Each of the connecting
具体的には、例えば、図11に示すように、各第1連結部用部材64aは、本体部61の四辺61a〜61dの中央部に対して、当該本体部61となす角度θが90°となるようにそれぞれ一体に連結される。そして、第1連結部用部材64aのアンテナ基板側の端部は、第2連結部用部材64bの外側の縁部にはんだ等を介してそれぞれ電気的に接続される。
Specifically, for example, as shown in FIG. 11, each
このように、アンテナ基板51の基板面に形成される導体層を連結部の一部として形成できるため、上記導体層の形状に応じてアンテナエレメント60aの一縁長さを長くすることができる。これにより、アンテナエレメント60aに関して平面視での面積をさらに小さくすることができる。なお、本実施形態におけるアンテナ基板51は、「グランド用基板」の一例に相当し得る。
Thus, since the conductor layer formed on the substrate surface of the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係るアンテナ装置について、図13を用いて説明する。なお、図13は、第3実施形態におけるアンテナ装置50bの要部を示す斜視図である。
本第3実施形態では、各連結部の縁部に切り欠きが形成される点が主に上記第1実施形態と異なる。このため、第1実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, an antenna device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a perspective view showing a main part of the
The third embodiment is mainly different from the first embodiment in that a notch is formed at the edge of each connecting portion. For this reason, substantially the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図13に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置50bは、上述したアンテナ装置50に対して、アンテナエレメント60に代えてアンテナエレメント60bを備えるように形成されている。アンテナエレメント60bの各連結部62a〜62dの延出側の長辺を構成する縁部の中央には、それぞれ切り欠き(スリット)65が設けられている。各切り欠き65は、幅値が一定となる凹状に形成されている。
As shown in FIG. 13, the
このような構成では、切り欠き65の幅をL2d、深さをL2eとするとき(図13参照)、第2縁部E2の長さは、L2a+2×(L2b+L2e)となる。なお、本実施形態では、切り欠き65を除く連結部の延出側の端部の長さと切り欠き65の幅L2dとの和が、L2aに等しくなる。これにより、アンテナエレメントに関して平面視での面積が上記アンテナ装置50と同じであっても、アンテナエレメント60bの一縁長さを、切り欠き65の深さL2eに応じてさらに長くすることができる。
In such a configuration, when the width of the
すなわち、アンテナエレメント60bは、一縁長さを等しくしたアンテナエレメント60に対して、平面視での面積が小さくなる。これにより、本実施形態に係るアンテナ装置50bは、上記アンテナ装置50に対して、必要な長さの電流経路を確保しつつアンテナエレメント60bに関して平面視での面積をさらに小さくすることができる。
That is, the
なお、各連結部62a〜62dに切り欠き65を形成する本実施形態の特徴的構成は、他の実施形態等にも適用することができる。
In addition, the characteristic structure of this embodiment which forms the
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係るアンテナ装置について、図14を用いて説明する。なお、図14は、第4実施形態におけるアンテナ装置50cの要部を示す斜視図である。
本第4実施形態では、アンテナエレメントの本体部の中央に開口が形成される点が主に上記第1実施形態と異なる。このため、第1実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, an antenna device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a perspective view showing a main part of the
The fourth embodiment is mainly different from the first embodiment in that an opening is formed at the center of the main body of the antenna element. For this reason, substantially the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図14に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置50cは、上述したアンテナ装置50に対して、アンテナエレメント60に代えてアンテナエレメント60cを備えるように形成されている。アンテナエレメント60cの本体部61の中央には、方形状の開口66が形成されている。そして、台座52にも開口66に連なる開口52aが形成されている。
As shown in FIG. 14, the
このように本体部61の中央に開口66が形成されるため、アンテナエレメント60cの軽量化を図ることができる。アンテナエレメントに供給された電流はアンテナエレメントの縁部を電流経路として流れるので、電流経路を構成しない中央の部位を開口66の形成により除去してもアンテナ性能に影響しないからである。
Thus, since the
特に、携帯端末10にて使用される他の部品、例えば、受光センサ43等を上記開口66内に配置することで、上記携帯端末10の小型化を図ることができる。
In particular, the
なお、本体部61の中央に開口66を形成する本実施形態の特徴的構成は、他の実施形態等にも適用することができる。
The characteristic configuration of the present embodiment in which the
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態に係るアンテナ装置について、図15〜図17を用いて説明する。なお、図15は、第5実施形態におけるアンテナ装置50dの要部を示す斜視図である。図16は、図15のアンテナ装置50dの平面図である。図17は、図16のX2−X2線相当の切断面による断面図である。
本第5実施形態では、アンテナグランドの外縁部がアンテナエレメント側に折り曲げるように形成される点が主に上記第1実施形態と異なる。このため、第1実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, an antenna device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a perspective view showing a main part of the
The fifth embodiment is mainly different from the first embodiment in that the outer edge portion of the antenna ground is formed to be bent toward the antenna element side. For this reason, substantially the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図15〜図17に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置50dは、上述したアンテナ装置50に対して、アンテナグランド70に代えてアンテナグランド70aを備えるように形成されている。アンテナグランド70aは、方形のグランド本体部71と4つのグランド連結部72a〜72dとを備えている。
As shown in FIGS. 15 to 17, the
グランド本体部71は、アンテナ基板51aの内層に設けられるベタパターン等の導体層から構成されている(図17参照)。このため、グランド本体部71は、アンテナエレメント60の本体部61に対向するように配置される。なお、グランド本体部71は、アンテナ基板51aの表面または裏面に設けられるベタパターン等の導体層から構成されてもよい。なお、本実施形態におけるアンテナ基板51aは、「グランド本体部用基板」の一例に相当し得る。
The ground
各グランド連結部72a〜72dは、アンテナ基板51aに対して立設するように設けられる金属板により構成されている。アンテナ基板51aの表面には、各グランド連結部72a〜72dを支持するための支持部材54が設けられている。支持部材54は、台座52に支持されたアンテナエレメント60を囲うように、四角筒状に形成されている。各グランド連結部72a〜72dは、支持部材54に支持された状態で、グランド本体部71の四辺の複数箇所にビア(図示略)を介して接続されるパッド等に対してはんだ接合されている。
Each
これにより、各グランド連結部72a〜72dは、グランド本体部71の四辺に対してアンテナエレメント60の本体部61に向かうようにそれぞれ連結され、対応するアンテナエレメント60の連結部62a〜62dに対してそれぞれ平行となるように配置される。
Thereby, each
以上説明したように、本実施形態に係るアンテナ装置50dでは、アンテナグランド70aは、アンテナエレメント60の本体部61に対向するように配置される方形のグランド本体部71と、このグランド本体部71の四辺に対してアンテナエレメント60の本体部61に向かうようにそれぞれ連結するグランド連結部72a〜72dと、を有するように形成される。
As described above, in the
これにより、背面側(図17の下側)への放射を増加させることなくアンテナグランド70aの平面視での面積を小さくすることができる。特に、グランド連結部72a〜72dとアンテナエレメント60の連結部62a〜62dとの間で容量成分が構成されやすくなり、この容量成分が大きくなるほど共振周波数が低くなる。このため、上記容量成分が共振周波数を低下させる分に応じてアンテナエレメント60の一縁長さを短くしても共振周波数が変化しないので、上記容量成分に応じてアンテナ装置50dの小型化を図ることができる。
Thereby, the area of the
特に、各グランド連結部72a〜72dは、対応するアンテナエレメント60の連結部62a〜62dに対してそれぞれ平行となるように形成されるため、グランド連結部72a〜72dとアンテナエレメント60の連結部62a〜62dとの間で構成される容量成分が大きくなる。このため、大きくなった容量成分に応じてアンテナ装置50dの更なる小型化を図ることができる。
In particular, since each of the
また、グランド本体部71が導体層の一部として形成されるアンテナ基板(グランド本体部用基板)51aが設けられ、このアンテナ基板51aに対して立設するように設けられる金属板により各グランド連結部72a〜72dが構成される。これにより、グランド本体部71とこのグランド本体部71の四辺に対してアンテナエレメント60の本体部61に向かうようにそれぞれ連結するグランド連結部72a〜72dとを有するアンテナグランド70aを、容易に形成することができる。
In addition, an antenna substrate (ground body portion substrate) 51a in which the
なお、グランド本体部71は、アンテナ基板51aに設けられるベタパターン等の導体層から構成されることに限らず、アンテナ基板51aを廃止して、アンテナエレメント60の本体部61に対して所定の距離を介して対向するように配置される金属板等から構成されてもよい。この場合、各グランド連結部72a〜72dは、上記金属板等の端部を本体部61に向かうように折り曲げることで形成することができる。
The ground
なお、アンテナグランド70aのグランド連結部(外縁部)72a〜72dがアンテナエレメント側に折り曲げるように形成される本実施形態の特徴的構成は、他の実施形態等にも適用することができる。
Note that the characteristic configuration of this embodiment in which the ground connection portions (outer edge portions) 72a to 72d of the
[他の実施形態]
なお、本発明は上記各実施形態および変形例に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
(1)本発明に係るアンテナ装置50,50a〜50dは、RFIDタグ(非接触通信媒体)Tを読み取る無線タグリーダとしての機能に加えて情報コードを光学的に読み取る情報コードリーダとしての機能を兼ね備える携帯端末に適用されることに限らず、無線タグリーダとしての機能のみを有する携帯端末に適用されてもよいし、さらに他の機能を有する携帯端末に適用されてもよい。また、本発明に係るアンテナ装置50,50a〜50dは、上述のような携帯端末に採用されることに限らず、無線通信機能を有する据え置き型の端末に採用されてもよい。
[Other Embodiments]
In addition, this invention is not limited to said each embodiment and modification, For example, you may actualize as follows.
(1) The
10…携帯端末
50,50a〜50d…アンテナ装置
51…アンテナ基板(グランド用基板)
51a…アンテナ基板(グランド本体部用基板)
60,60a〜60c…アンテナエレメント
61…本体部
62a〜62d…連結部
70,70a…アンテナグランド
71…グランド本体部
72a〜72d…グランド連結部
DESCRIPTION OF
51a ... Antenna substrate (substrate for ground body)
60, 60a to 60c ...
Claims (7)
前記アンテナエレメントは、前記アンテナグランドに対向するように配置される方形の本体部と、前記本体部の四辺に対して前記アンテナグランドに向かうようにそれぞれ連結する連結部と、を有し、
前記本体部および前記連結部は、前記本体部の一辺のうち前記連結部との連結部位を除く縁部の長さと前記連結部の外縁のうち前記本体部との連結部位を除く縁部の長さとの和が、使用する電波の波長の1/2に等しくなるようにそれぞれ形成され、
前記連結部は、前記アンテナグランド側の端部が内側に折り曲げられて形成され、
前記アンテナグランド側の端部が複数回折り曲げられることを特徴とするアンテナ装置。 Comprising an antenna element and an antenna ground made of a conductive material;
The antenna element has a rectangular main body portion disposed so as to face the antenna ground, and a connecting portion that is connected to the four sides of the main body portion so as to face the antenna ground,
The main body part and the connecting part have a length of an edge part excluding a connection part with the connection part and a length of an edge part excluding a connection part with the main body part among outer edges of the connection part. Are formed to be equal to 1/2 of the wavelength of the radio wave used ,
The connecting portion is formed by bending the end portion on the antenna ground side inwardly,
Antenna apparatus characterized by an end of the antenna ground side is found bent multiple times.
前記アンテナエレメントは、前記アンテナグランドに対向するように配置される方形の本体部と、前記本体部の四辺に対して前記アンテナグランドに向かうようにそれぞれ連結する連結部と、を有し、
前記本体部および前記連結部は、前記本体部の一辺のうち前記連結部との連結部位を除く縁部の長さと前記連結部の外縁のうち前記本体部との連結部位を除く縁部の長さとの和が、使用する電波の波長の1/2に等しくなるようにそれぞれ形成され、
前記アンテナグランドの少なくとも一部がアンテナエレメント側の基板面を除き導体層の一部として形成されるグランド用基板を備え、
前記アンテナエレメントの前記連結部は、第1連結部用部材と第2連結部用部材とを電気的に接続することで構成され、
前記本体部には、前記第1連結部用部材が一体に連結され、
前記グランド用基板の前記アンテナエレメント側の基板面には、前記第2連結部用部材が導体層として形成されることを特徴とするアンテナ装置。 Comprising an antenna element and an antenna ground made of a conductive material;
The antenna element has a rectangular main body portion disposed so as to face the antenna ground, and a connecting portion that is connected to the four sides of the main body portion so as to face the antenna ground,
The main body part and the connecting part have a length of an edge part excluding a connection part with the connection part and a length of an edge part excluding a connection part with the main body part among outer edges of the connection part. Are formed to be equal to 1/2 of the wavelength of the radio wave used ,
A grounding substrate in which at least a part of the antenna ground is formed as a part of the conductor layer excluding the substrate surface on the antenna element side,
The connecting portion of the antenna element is configured by electrically connecting a first connecting portion member and a second connecting portion member,
The main body part is integrally connected to the first connecting part member,
To the substrate surface of the antenna element side of the ground substrate, an antenna device wherein the second connecting portion for members and wherein Rukoto formed as a conductor layer.
前記アンテナエレメントは、前記アンテナグランドに対向するように配置される方形の本体部と、前記本体部の四辺に対して前記アンテナグランドに向かうようにそれぞれ連結する連結部と、を有し、
前記本体部および前記連結部は、前記本体部の一辺のうち前記連結部との連結部位を除く縁部の長さと前記連結部の外縁のうち前記本体部との連結部位を除く縁部の長さとの和が、使用する電波の波長の1/2に等しくなるようにそれぞれ形成され、
前記アンテナグランドは、前記アンテナエレメントの前記本体部に対向するように配置される方形のグランド本体部と、前記グランド本体部の四辺に対して前記アンテナエレメントの前記本体部に向かうようにそれぞれ連結するグランド連結部と、を有するように形成され、
前記グランド本体部が導体層の一部として形成されるグランド本体部用基板を備え、
前記グランド連結部は、前記グランド本体部用基板の四辺に対して立設するように設けられて前記グランド本体部に電気的に接続される金属板により構成され、
前記グランド本体部用基板の表面には、前記グランド連結部を支持するための支持部材が設けられることを特徴とするアンテナ装置。 Comprising an antenna element and an antenna ground made of a conductive material;
The antenna element has a rectangular main body portion disposed so as to face the antenna ground, and a connecting portion that is connected to the four sides of the main body portion so as to face the antenna ground,
The main body part and the connecting part have a length of an edge part excluding a connection part with the connection part and a length of an edge part excluding a connection part with the main body part among outer edges of the connection part. Are formed to be equal to 1/2 of the wavelength of the radio wave used ,
The antenna ground is connected to a rectangular ground main body portion disposed so as to face the main body portion of the antenna element, and to be directed to the main body portion of the antenna element with respect to four sides of the ground main body portion. A ground connection portion, and
The ground body portion includes a ground body portion substrate formed as a part of the conductor layer,
The ground connecting portion is configured by a metal plate that is provided so as to be erected with respect to the four sides of the ground body portion substrate and is electrically connected to the ground body portion,
Wherein the ground body section for the surface of the substrate, an antenna device support member for supporting said ground connecting part and said Rukoto provided.
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