JP6611165B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信を通じて他の電子機器との間で情報を送受信する電子機器のアンテナ装置に関する。

例えばビーコンや無線通信機能を有するデータロガー等、無線通信を通じて他の電子機器との間で情報を送受信する小型の電子機器が公知である。このような電子機器は、より具体的には例えば、温度、湿度、照度、気圧等を検出するセンサ、Bluetooth（登録商標）規格等に準拠する無線通信回路、フィルム電池等の薄型の電源を備える。そして近年、ＩｏＴ（Internet of Things）やＩｏＥ（Internet of Everything）といった考え方が注目を集めており、上記のような無線通信機能を有する小型の電子機器は、さらなる小型化、薄型化の要請が高まりつつある。

このような電子機器の小型化、薄型化に寄与する従来技術の一例として、プリント回路基板にプリント配線パターンでアンテナを構成する技術が公知である（例えば特許文献１を参照）。当該従来技術によれば、無線通信の電波を送受信するアンテナをプリント回路基板にプリント配線パターンで構成することによって、無線通信機能を有する小型の電子機器のさらなる小型化、薄型化が可能になる。

特開２００４−２０１２７８号公報

上記のような無線通信機能を有する小型の電子機器は、様々な用途に使用され、また使用される環境も様々である。このような電子機器においては、その使用環境から受ける影響によってアンテナ特性（インピーダンス、周波数特性、指向性、利得等）が変化してしまう虞が生ずる。またアンテナ装置は、使用される場所や用途によって要求されるアンテナ特性が異なってくる場合もある。この場合、上記の従来技術においては、使用環境等に応じてアンテナの長さや形状等を調整するとなると、その都度、プリント回路基板のプリント配線パターンを新たに設計し直すことになるため効率的でないという課題が生ずる。

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、プリント配線パターンでアンテナが形成されているプリント回路基板を変更することなく、使用環境等に応じてアンテナ特性を調整することが可能なアンテナ装置を提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、絶縁性を有する材料で形成されているケースと、給電点及び前記給電点に接続されているアンテナパターンを含み、前記ケースの内部に収容されるプリント回路基板と、前記ケースの表面に設けられ、前記アンテナパターンと電磁気的に結合する導体と、を備えるアンテナ装置である。

ケースの表面に設けられている導体は、その形状や大きさ、配置等を高い自由度をもって容易に変更することができる。そしてケースの表面に設けられる導体の形状や大きさ、配置等を調整することによって、アンテナパターンを変更することなく、アンテナパターンと導体との間の電磁気的な結合状態を変更してアンテナ特性を調整することができる。

これにより本発明の第１の態様によれば、プリント配線パターンでアンテナが形成されているプリント回路基板を変更することなく、使用環境等に応じてアンテナ特性を調整することが可能なアンテナ装置を提供できるという作用効果が得られる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記導体は、シート状であり、前記ケースの表面に貼着されているアンテナ装置である。
本発明の第２の態様によれば、シート状の導体をケースの表面に貼着する構成とすることによって、導体の形状や大きさ、配置等の調整を容易に行うことができる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記プリント回路基板は、前記給電点に接続されているグランドパターンを含み、前記アンテナパターンは、一端側が前記給電点に接続されている給電端であり、他端側が開放されている開放端であり、前記導体は、前記アンテナパターンの開放端に対応する部分から前記グランドパターンの一部に対応する部分に亘って設けられているアンテナ装置である。
本発明の第３の態様によれば、ケースの表面における導体の形状や大きさ、配置等を調整することによって、アンテナパターンとグランドパターンとの間のキャパシタンス値を増減調整することができるので、アンテナ装置の周波数特性を調整することができる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第３の態様において、前記アンテナパターンは、前記開放端側に他の部分よりパター幅が広い部分を有するアンテナ装置である。
本発明の第４の態様によれば、アンテナパターンを予め上記のような形状としておくことによって、アンテナパターンとグランドパターンとの間のキャパシタンス値の増減調整幅を広げることができる。

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記プリント回路基板は、前記給電点に接続されているグランドパターンを含み、前記アンテナパターンは、一端側が前記給電点に接続されている給電端であり、他端側が開放されている開放端であり、前記導体は、前記アンテナパターンの給電端に対応する部分から前記グランドパターンの一部に対応する部分に亘って設けられているアンテナ装置である。
本発明の第５の態様によれば、ケースの表面における導体の形状や大きさ、配置等を調整することによって、アンテナパターンのインダクタンス値を増減調整することができるので、アンテナ装置の周波数特性を調整することができる。

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記導体は、前記アンテナパターンに対応する部分に、前記アンテナパターンと平行になるように設けられているアンテナ装置である。
本発明の第６の態様によれば、導体を通じて、アンテナパターンの周波数と異なる周波数の電波を送受信することができる。したがって本発明の第６の態様によれば、例えば導体の長さや導体の数を調整することによって、送受信可能な電波の周波数帯域が広い広帯域アンテナや複数の異なる周波数の電波を送受信可能な複共振アンテナ等を構成することができる。

＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記導体は、前記アンテナパターンに対応する部分から指向性を持たせる方向へ離間する位置に、前記アンテナパターンと平行になるように設けられているアンテナ装置である。
本発明の第７の態様によれば、いわゆる八木アンテナの導波器として導体を機能させることができる。そして本発明の第７の態様によれば、例えばアンテナパターンに対する導体の位置等を調整することによって、所望の方向へ指向性を有するアンテナを構成することができる。

＜本発明の第８の態様＞
本発明の第８の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記導体は縮退分離素子を含むアンテナ装置である。
本発明の第８の態様によれば、導体を通じて円偏波の電波を送受信することができる。

本発明によれば、プリント配線パターンでアンテナが形成されているプリント回路基板を変更することなく、使用環境等に応じてアンテナ特性を調整することが可能なアンテナ装置を提供することができる。

本発明に係るアンテナ装置の要部を図示した斜視図。 プリント回路基板の要部を図示した平面図。 本発明に係るアンテナ装置の第１実施例の要部を図示した平面図。 第１実施例のアンテナ装置の等価回路を図示した回路図。 本発明に係るアンテナ装置の第２実施例の要部を図示した平面図。 本発明に係るアンテナ装置の第３実施例の要部を図示した平面図。 第３実施例のアンテナ装置の等価回路を図示した回路図。 本発明に係るアンテナ装置の第４実施例の要部を図示した平面図。 本発明に係るアンテナ装置の第５実施例の要部を図示した平面図。 本発明に係るアンテナ装置の第６実施例の要部を図示した平面図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

＜アンテナ装置の構成＞
本発明に係るアンテナ装置の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るアンテナ装置の要部を図示した斜視図である。図２は、プリント回路基板２０の要部を図示した平面図である。

本発明に係るアンテナ装置は、ケース１０、プリント回路基板２０、導体テープ３０を備える。

ケース１０は、例えば樹脂等の絶縁性を有する材料で形成されている。プリント回路基板２０は、ケース１０の内部空間に収容されており、給電点２１、アンテナパターン２２、グランドパターン２３を含む。

給電点２１は、プリント回路基板２０に実装されている図示していない送受信回路からアンテナパターン２２へ高周波電力を伝送する高周波源である。また給電点２１は、アンテナパターン２２で電波を受信することで発生する高周波電力を上記の送受信回路へ伝送する。アンテナパターン２２は、その一例として、いわゆる逆Ｌ型アンテナ（Inverted-L Antenna）であり、公知のモノポールアンテナである。アンテナパターン２２は、プリント回路基板２０にプリント配線パターンで形成されている主放射兼給電パターンである。アンテナパターン２２の一端側は、給電点に接続されている給電端２２１であり、他端側は開放されている開放端２２２である。アンテナパターン２２は、送受信周波数の電波の波長λに対して電気的長さがλ／４となるように形成されており、その周波数で励振されて電波を送受信する。

「導体」としての導体テープ３０は、ケース１０の表面に設けられており、アンテナパターン２２と電磁気的に結合する。より具体的には導体テープ３０は、アルミや銅等の導電性を有する材料で形成されたシート状の部材である。導体テープ３０は、例えば接着剤等でケース１０の表面に貼着される態様であるのが好ましい。それによって導体テープ３０の形状や大きさ、配置等の調整を容易に行うことができる。また本発明の「導体」は、この導体テープ３０に特に限定されるものではなく、ケース１０の表面に設けられ、アンテナパターン２２と電磁気的に結合する導体であれば、どのような形態でもよい。例えば一面に接着剤が予め塗布されたシール材としてもよいし、例えばケース１０の表面に蒸着膜で形成してもよい。

このような構成の本発明に係るアンテナ装置において、ケース１０の表面に設けられている導体テープ３０は、その形状や大きさ、配置等を高い自由度をもって容易に変更することができる。そしてケース１０の表面に設けられる導体テープ３０の形状や大きさ、配置等を調整することによって、アンテナパターン２２を変更することなく、アンテナパターン２２と導体テープ３０との間の電磁気的な結合状態を変更してアンテナ特性を調整することができる。

このようにして本発明によれば、プリント配線パターンでアンテナが形成されているプリント回路基板２０を変更することなく、使用環境等に応じてアンテナ特性を調整することが可能なアンテナ装置を提供することができる。

＜第１実施例＞
本発明に係るアンテナ装置の第１実施例について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、本発明に係るアンテナ装置の第１実施例の要部を図示した平面図である。図４は、第１実施例のアンテナ装置の等価回路を図示した回路図である。

アンテナパターン２２は、等価回路として、インダクタンスＬ１とキャパシタンスＣ１と放射抵抗Ｒ１を有する。そしてケース１０の表面に設けられている導体テープ３０は、アンテナパターン２２の開放端２２２に対応する部分からグランドパターン２３の一部に対応する部分に亘って設けられている。それによって第１実施例のアンテナ装置の等価回路は、キャパシタンスＣ１の値が増加する（図４）。

このようにキャパシタンスＣ１の値が増加することにより、アンテナ装置の共振周波数が低下することになる。そしてキャパシタンスＣ１は、例えば導体テープ３０の形状や大きさ、配置等を調整することによって増減調整することができる。したがって第１実施例のアンテナ装置によれば、ケース１０の表面における導体テープ３０の形状や大きさ、配置等を調整することによって、アンテナパターン２２とグランドパターン２３との間のキャパシタンス値を増減調整することができ、それによって周波数特性を調整することができる。

＜第２実施例＞
本発明に係るアンテナ装置の第２実施例について、図５を参照しながら説明する。図５は、本発明に係るアンテナ装置の第２実施例の要部を図示した平面図である。
第２実施例は、アンテナパターン２２の形状が異なる以外は第１実施例と同じ構成であるため、第１実施例と異なる部分について以下説明することとし、第１実施例と共通する構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

第２実施例のアンテナパターン２２は、図示の如く開放端２２２側に他の部分よりパター幅が広い部分を有する。第２実施例のアンテナ装置は、アンテナパターン２２をこのような形状とすることによって、導体テープ３０の形状や大きさ、配置等を調整することによるキャパシタンスＣ１（図４）の増減調整の幅が第１実施例よりも広くなる。したがって第２実施例のアンテナ装置によれば、アンテナパターン２２とグランドパターン２３との間のキャパシタンス値の増減調整幅を広げることができる。

＜第３実施例＞
本発明に係るアンテナ装置の第３実施例について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、本発明に係るアンテナ装置の第３実施例の要部を図示した平面図である。図７は、第３実施例のアンテナ装置の等価回路を図示した回路図である。

アンテナパターン２２は、等価回路として、インダクタンスＬ１とキャパシタンスＣ１と放射抵抗Ｒ１を有する。そしてケース１０の表面に設けられている導体テープ３０は、アンテナパターン２２の給電端２２１に対応する部分からグランドパターン２３の一部に対応する部分に亘って設けられている。それによって第３実施例のアンテナ装置の等価回路は、インダクタンスＬ１の値が減少する（図７）。

このようにインダクタンスＬ１の値が減少することにより、アンテナ装置の共振周波数が上昇することになる。そしてインダクタンスＬ１は、例えば導体テープ３０の形状や大きさ、配置等を調整することによって増減調整することができる。したがって第３実施例のアンテナ装置によれば、ケース１０の表面における導体テープ３０の形状や大きさ、配置等を調整することによって、アンテナパターン２２のインダクタンス値を増減調整することができ、それによって周波数特性を調整することができる。

＜第４実施例＞
本発明に係るアンテナ装置の第４実施例について、図８を参照しながら説明する。図８は、本発明に係るアンテナ装置の第４実施例の要部を図示した平面図である。

ケース１０の表面に設けられている導体テープ３０は、アンテナパターン２２に対応する部分に、アンテナパターン２２と平行になるように設けられている。より具体的には導体テープ３０は、その一例として第１導体テープ３１及び第２導体テープ３２を含む。第１導体テープ３１及び第２導体テープ３２は、いずれもケース１０の表面のアンテナパターン２２に対応する部分に、アンテナパターン２２と平行になるように設けられている。第１導体テープ３１及び第２導体テープ３２は、可能な限りアンテナパターン２２の近傍に、例えばアンテナパターン２２の真上となる位置に設けるのが好ましい。

第１導体テープ３１及び第２導体テープ３２は、送受信周波数の電波の波長λに対して電気的長さがλ／２となるように形成されており、その周波数で励振されて電波を送受信する。そして第１導体テープ３１及び第２導体テープ３２の電気的長さを個々に設定することによって、第１導体テープ３１及び第２導体テープ３２を通じて、アンテナパターン２２の共振周波数と異なる複数の周波数の電波を送受信することが可能になる。したがって第４実施例のアンテナ装置によれば、第１導体テープ３１及び第２導体テープ３２の電気的長さを個々に調整することによって、例えば送受信可能な電波の周波数帯域が広い広帯域アンテナや複数の異なる周波数の電波を送受信可能な複共振アンテナ等を構成することができる。
尚、第４実施例においては複数の導体テープ（第１導体テープ３１及び第２導体テープ３２）を設ける態様を例に説明したが、例えば一の導体テープ（第１導体テープ３１又は第２導体テープ３２のいずれか一方）のみを設ける態様でも上記の作用効果が得られるのは言うまでもない。

＜第５実施例＞
本発明に係るアンテナ装置の第５実施例について、図９を参照しながら説明する。図９は、本発明に係るアンテナ装置の第５実施例の要部を図示した平面図である。

ケース１０の表面に設けられている導体テープ３０は、アンテナパターン２２に対応する部分から指向性を持たせる方向（符号Ａ）へ所定間隔をもって離間する位置に、アンテナパターン２２と平行になるように設けられている。より具体的には導体テープ３０は、アンテナパターン２２の共振周波数の電波の波長λに対して、その電気的長さがλ／２より短くなるように形成されており、公知の八木アンテナの導波器として機能する。したがって第５実施例のアンテナ装置によれば、例えばアンテナパターン２２に対する導体テープ３０の位置等を調整することによって、所望の方向（符号Ａ）へ指向性を有するアンテナを構成することができる。また第５実施例のアンテナ装置においては、例えば八木アンテナの導波器を複数構成するように複数の導体テープ３０を設ければ、利得や指向性形状等を調整することができる。

＜第６実施例＞
本発明に係るアンテナ装置の第６実施例について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本発明に係るアンテナ装置の第６実施例の要部を図示した平面図である。

ケース１０の表面に設けられている導体テープ３０は、アンテナパターン２２の共振周波数の電波の波長λに対して電気的長さがλ／２となるように形成されており、その周波数で励振されて電波を送受信する。また導体テープ３０は、図示の如く略正方形形状をなしているとともに、対角となる２箇所の角に縮退分離素子３３が設けられている。縮退分離素子３３は、一例として、導体テープ３０の対角となる２箇所の角部を切除することによって、構成されている。第６実施例のアンテナ装置によれば、このように導体テープ３０に縮退分離素子３３を設けることによって、導体テープ３０を通じて円偏波の電波を送受信することができる。

１０ ケース
２０ プリント回路基板
２１ 給電点
２２ アンテナパターン
２３ グランドパターン
３０ 導体テープ
３１ 第１導体テープ
３２ 第２導体テープ
３３ 縮退分離素子

Claims (1)

1. 絶縁性を有する材料で形成されているケースと、
   給電点及び前記給電点に接続されているアンテナパターンを含み、前記ケースの内部に収容されるプリント回路基板と、
   前記ケースの表面に設けられ、前記アンテナパターンと電磁気的に結合する導体と、を備え、
   前記導体は縮退分離素子を含む、アンテナ装置。

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