(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の導電体の幅方向略中央を長手方向に延びる第１スリットと、
前記第１スリットの両端から幅方向にそれぞれ延びる第２スリットの両端から、長手方向中央に向かって所定長さ延びる第３スリットと、
長手方向略中央の両側縁から前記第１スリットに向かうようにそれぞれ形成された長さでインピーダンスを調整する切欠き部と、
前記第１スリットに沿う前記導電体に接続されて給電点を設ける給電線路と、
前記給電点と対向する位置に接地される接地導体と、
を備えることを特徴とする小型アンテナ。
【請求項２】
前記給電線路は、前記導電体の放射面側から接続され、
前記給電点は、求められる指向性に応じて前記導電体の前記第１スリットに沿う所定の位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ。
【請求項３】
前記導電体の放射面と反対側の面には、前記導電体から放射される電波を反射するための、前記導電体よりも大きい反射板が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の小型アンテナ。
【請求項４】
前記導電体は、導電フィルムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の小型アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信用及び電力伝送用の小型アンテナに係り、詳しくは小型で高いアンテナ利得を得ることができる小型アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種通信装置に用いられるアンテナとして、例えば平面アンテナが知られている。平面アンテナの一種であるパッチアンテナは、小型で構成が簡易であり、且つ高利得を得ることができるので広く利用されている。
パッチアンテナは、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、金属で構成される放射面１０１とグランド板１０２とを備え、放射面１０１とグランド面１０２との間には誘電体層１０３が介装されている。グランド板１０２の背面には給電コネクタ１０４が接続されており、放射面１０１に設けられた給電点１０５に給電コネクタ１０４内を延びる給電線１０６が接続される。
【０００３】
このように構成されたパッチアンテナ１００の大きさは、利用される周波数に応じて決まる。また、パッチアンテナ１００の大きさやアンテナの利得は、誘電体層１０３の誘電率によっても決まるため、小型のパッチアンテナで高利得を得ることは困難であった。
このようなことから、所定の間隔で配置された２つの放射導体にそれぞれ設けられた給電点からの長さの差が波長の半分となる点から給電することによって、放射導体から励振される主ビームの指向性を高くさせ、高利得を得ることのできる平面アンテナが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３０４４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献のように高いアンテナ利得を得るためには、グランド板を十分な大きさ（例えば、１辺を９０ｍｍ程度）とする必要があり、アンテナの小型化にはまだ課題が残っている。
また、上記公報に開示された従来技術のように、放射導体とグランド板とにそれぞれ電極を配置して電圧を印加する必要があり、放射導体への給電を行う給電線路はグランド板の背面側から延びる構成となる。このようなアンテナはグランド板の背面側に給電線路が厚みとして生じてしまい、例えば振動を検出するセンサをアンテナと一体化して窓ガラス等に取り付けても給電線路の厚みでセンサに振動が伝わりにくくなるため、アンテナの薄型化が求められていた。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、小型且つ薄型でパッチアンテナと同等の高いアンテナ利得を得ることができる小型アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するべく、請求項１の小型アンテナは、平面状の導電体の幅方向略中央を長手方向に延びる第１スリットと、前記第１スリットの両端から幅方向にそれぞれ延びる第２スリットの両端から、長手方向中央に向かって所定長さ延びる第３スリットと、長手方向略中央の両側縁から前記第１スリットに向かうようにそれぞれ形成された長さでインピーダンスを調整する切欠き部と、前記第１スリットに沿う前記導電体に接続されて給電点を設ける給電線路と、前記給電点と対向する位置に接地される接地導体と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の小型アンテナは、請求項１において、前記給電線路は、前記導電体の放射面側から接続され、前記給電点は、求められる指向性に応じて前記導電体の前記第１スリットに沿う所定の位置に設けられることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の小型アンテナは、請求項１または２において、前記導電体の放射面と反対側の面には、前記導電体から放射される電波を反射するための、前記導電体よりも大きい反射板が設けられることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の小型アンテナは、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記導電体は、導電フィルムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の小型アンテナによれば、導電体の幅方向略中央に設けられた第１スリットに沿って導電体の一側に給電線路が接続され、他側に接地導体が接地される。
従って、導電体が放射面及びグランド板として機能するので、アンテナの小型化及び薄型化が可能となる。
【００１２】
また、導電体には、長手方向略中央の両側縁から第１スリットに向かう長さでインピーダンスを調整する切欠き部が形成されており、この切欠き部の長さに応じてインピーダンス調整が行われるので、高いアンテナ利得を得ることができる。
さらに、導電体に接続される給電線路の接続点である給電点に対してアンテナがループ状に閉じた状態となり、直流電流及び低周波信号に対して給電点が短絡された状態となるので、静電気等の進入を防止することができると共に低周波の雑音に対する耐性を向上させることができる。
【００１３】
請求項２の小型アンテナによれば、導電体の放射面側に給電線路を接続して給電点を設けているので、小型アンテナの背面側の給電線路の厚みはなくなり、アンテナの薄型化が可能となる。従って、例えば導電体の放射面側にセンサを配置してアンテナと一体化することで、薄型のセンサ搭載アンテナを実現することが可能である。
【００１４】
また、給電点は第１スリットに沿って設けられるので、小型アンテナが放射する主ビームの指向性を調整する場合には第１スリットに沿って給電線路を移動させて給電点を設けるだけでよいので、容易にビームチルト調整を行うことができる。
また、導電体の放射面側から給電線路を移動させて給電点を設ければよいので、小型アンテナを壁等に取り付けた後でも、所望の方向へのビームチルト調整を容易に行うことができる。
【００１５】
請求項３の小型アンテナによれば、放射面の背面側に導電体よりも大きい反射板が設けられるので、背面側への電波の回り込みを防止することができる。また、反射板を設けても、アンテナの小型化及び薄型化が実現できる。
【００１６】
請求項４の小型アンテナによれば、導電体は導電フィルムであるので、より薄型の小型アンテナを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る小型アンテナを示す概略構成図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図１の小型アンテナに形成されたスリットに発生する電気力線を示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る小型アンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る小型アンテナのアンテナ利得特性を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る小型アンテナのビームチルトを行う場合の概略図である。
【図７】（Ａ）は従来のパッチアンテナを示す概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）のVII-VII線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る小型アンテナの概略構成図である。小型アンテナ１は、金属からなる反射板２の一面に、導電性を有する導電板（導電体）３が配置されて構成されている。反射板２は、磁性体部材や導電性を有する導電性部材等からなり、例えば銅箔等の金属箔が形成された部材を用いるようにしてもよい。反射板２は導電板３に対して大きく形成され、導電板３の各端部から反射板２の各端部までの距離が略等しくなるように、導電板３が反射板２に固定される。これにより、導電板３から放射される電波が反射板２の背面側への回り込みが抑制される。導電板３は金属板や導電性を有する炭素系材料等からなる導電性部材であればよく、本実施形態では金属部材で構成される。
【００１９】
導電板３には、幅方向の略中央に第１スリット４が形成されており、第１スリット４の両端から幅方向外側に向かって第２スリット５が形成される。第２スリット５の両端から長手方向中央に向かって第３スリット６、６がそれぞれ所定長さ延びて形成されている。第１スリット４及び第２スリット５のなす角度と、第２スリット５及び第３スリット６のなす角度とはそれぞれ略直角である。第１スリット４のスリット幅Ｗｓ１、第２スリット５のスリット幅Ｗｓ２、及び第３スリット６のスリット幅Ｗｓ３は略等しく形成される。
【００２０】
第１スリット４の長さＬ１、第２スリットの長さＬ２、及び第３スリットの長さＬ３は、使用周波数における波長λに対して、
Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３≦λ      （１）
という関係があり、長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３は式（１）を満たす長さで規定される。本実施形態では、使用周波数に応じて第３スリット６の長さＬ３を調整する。
【００２１】
第１スリット４の長さＬ１、第２スリットの長さＬ２、及び第３スリットの長さＬ３が式（１）を満たさない場合には所望の周波数が得られずアンテナの小型化ができなくなったり、所望のアンテナ指向性が得られなくなる。
【００２２】
また、第１スリット４のスリット幅Ｗｓ１、第２スリット５のスリット幅Ｗｓ２、及び第３スリット６のスリット幅Ｗｓ３は、それぞれ使用周波数における波長λより十分小さく形成される。また、各スリット幅Ｗｓ１、Ｗｓ２、Ｗｓ３は、第１スリット４の長さＬ１、第２スリットの長さＬ２、及び第３スリットの長さＬ３の総和よりも十分小さく形成される。第１スリット４の長さＬ１、第２スリット５の長さＬ２、及び第３スリット６の長さＬ３と同様に、各スリット幅Ｗｓ１、Ｗｓ２、Ｗｓ３は小型アンテナ１の周波数特性及び指向性に影響を与えるので所望の周波数及び指向性となるスリット幅で各スリット幅Ｗｓ１、Ｗｓ２、Ｗｓ３がそれぞれ形成される。
【００２３】
導電板３には長手方向略中央に、導電板３の両端から中央部に向かってそれぞれノッチ（切欠き部）７、７が矩形に形成されている。小型アンテナ１のインピーダンスは、ノッチ７の長さｄに応じて決まる。従って小型アンテナ１のインピーダンス調整は、ノッチ７の長さｄを調整することで行われる。なお、本実施形態ではノッチ７の形状を矩形としているが、テーパー、台形、三角形等の種々の形状とするようにしてもよい。このようにノッチ７の形状を変えてインピーダンス調整を行うことによって、使用周波数での小型アンテナ１のリターンロス特性に影響を与えることになる。従って、ノッチ７は使用周波数におけるリターンロス特性が最適となる形状にする必要がある。
【００２４】
導電板３に形成された第１スリット、第２スリット、及び第３スリットは、図１に示したＸ軸に対して対称となるように形成される。同様に、導電板３に形成された第２スリット、第３スリット、及びノッチ７は、図１に示すＹ軸に対して対称となるように形成される。
第１スリット４の一側であり、且つ第１スリット４の長手方向略中央にケーブル８内を延びる給電線路９が接続され、その接続点が給電点１０となる。
【００２５】
詳しくは、図２に図１のII-II線に沿う断面図を示すように、第１スリット４を挟む導電板３の一側３ａには給電線路９が接続され、導電板３の他側３ｂにはケーブル８の外部導体（接地導体）８ａから延びる接地線路（接地導体）８ｂが接続される。なお、導電板３の他側３ｂには外部導体８ａを接続するようにしてもよい。
【００２６】
給電線路９及び接地線路８ｂは、例えばはんだ付け等によって導電板３に接続される。ケーブル８は高周波電源（図示せず）に接続されており、高周波電源から給電線路９を介して導電板３への給電が行われる。
【００２７】
このように構成された小型アンテナ１の作用について図３に基づいて以下に説明する。図３は、給電線路９から給電される場合に、小型アンテナ１に形成された第１スリット４、第２スリット５、及び第３スリット６に発生する電気力線を示す概略図である。なお、見やすさを考慮して外部導体８ａ、第１スリット４に接続される接地線路８ｂ及び給電線路９は図示を省略する。
【００２８】
小型アンテナ１は、図示しない高周波電源から給電線路９を介して導電板３の一側３ａに給電されると、導電板３の他側３ｂはグランド板として機能する。即ち、給電線路９が接続されている導電板３が放射面として、且つグランド板として機能する。従って、導電板３の給電線路９が接続されている方向を正面方向とすると、図３に示すように、第１スリット４を挟む導電板３の一側３ａ及び他側３ｂの間、第２スリット５を挟む導電板３の間、及び第３スリット６を挟む導電板３の間に電気力線が発生する。
【００２９】
詳しくは、第１スリット４では、導電板３の一側３ａから他側３ｂに向かって電気力線が発生する。第２スリット５について、導電板３の一側３ａでは、ノッチ７から導電板３の端部へ向かう方向に電気力線が発生する。一方、導電板３の他側３ｂでは、導電板３の端部から長手方向中央に向かう方向に電気力線が発生する。第３スリット６について、導電板３の一側３ａでは、第１スリット４から導電板３の端部に向かう方向に電気力線が発生する。一方、導電板３の他側３ｂでは、導電板３の端部から第１スリット４に向かう方向に電気力線が発生する。このように第１スリット４、第２スリット５、及び第３スリット６に図３に示すような電気力線即ち電界が発生し、導電板３の正面方向に向かって電波が放射される。
【００３０】
本実施形態に係る小型アンテナ１のアンテナ特性について、図４、５に基づいて説明する。図４は小型アンテナ１のＶＳＷＲ特性を示す図であり、図５は小型アンテナ１の周波数２．５ＧＨｚにおけるアンテナ放射特性を示す図である。なお、測定に用いた小型アンテナ１は、反射板２の長手方向の長さＨ＝７０ｍｍ、反射板２の幅方向の長さＷ＝６０ｍｍ、第１スリット４の長さＬ１＝６０ｍｍ、第２スリット５の長さＬ２＝３６ｍｍ、第３スリット６の長さＬ３＝１１ｍｍ、第１スリット４のスリット幅Ｗｓ１＝第２スリット５のスリット幅Ｗｓ２＝第３スリット６のスリット幅Ｗｓ３＝２ｍｍ、ノッチ７の長さｄ＝２１ｍｍで設定されている。
【００３１】
周波数帯域２．２〜２．７ＧＨｚでの小型アンテナ１のＶＳＷＲ特性を測定したところ、図４に示すように、約２．４５ＧＨｚ〜２．５３ＧＨｚの周波数帯域でＶＳＷＲが２．０以下、周波数２．５ＧＨｚではＶＳＷＲが１．０という結果が得られた。
【００３２】
また、図５に示すように、小型アンテナ１のアンテナ放射特性として、ノッチ７の長さｄ＝２１ｍｍのときに正面方向（０°）での利得が６．８４ｄＢｉとなり、従来のパッチアンテナとほぼ同等のアンテナ利得を得ることができるという結果が得られた。
【００３３】
ところで、小型アンテナ１で、第１スリット４、第２スリット５、及び第３スリット６から放射される主ビームを傾けるビームチルト調整を行うには、給電線路９を第１スリット４に沿って移動させ、所望の方向に主ビームの指向性を向けることができる位置に給電点１０を設けることで実現することができる。
【００３４】
詳しくは、図６にビームチルト調整を行う場合の概略図を示すように、第１スリット４に沿って、第１スリット４の長手方向中央からＡ方向に給電点１０をずらしていくと、小型アンテナ１の主ビームは図５の正面方向（０°）から左方向（４５°方向）へずれていく。一方、第１スリット４の長手方向中央からＢ方向に給電点１０をずらしていくと、小型アンテナ１の主ビームは図５の正面方向（０°）から右方向（３１５°方向）へずれていく。このように、導電板３の放射面側から給電線路９を移動させて給電点１０の位置を調整することで、小型アンテナ１の主ビーム方向を調整することができ、小型アンテナ１を例えば壁面や窓ガラス等に取り付けた後でも所望の方向へのビームチルト調整を容易に行うことができる。
【００３５】
このように、本実施形態に係る小型アンテナによれば、導電板３の幅方向略中央に設けられた第１スリット４に沿って導電板３の一側３ａに給電線路９が接続され、導電板３の他側３ｂに接地線路８ｂが接続される。
従って、導電板３が電波を放射する放射面及びグランド板として機能することになるので、アンテナを小型化及び薄型化させることができる。
【００３６】
また、導電板３に形成されるノッチ７によってインピーダンス調整が行われるので、従来のパッチアンテナと略等しい周波数特性および指向性を有しつつ、高いアンテナ利得を得ることができる。
【００３７】
また、給電点１０に対して小型アンテナ１の導電板３はループ状に閉じており、直流電流及び低周波信号に対して給電点１０は短絡された状態となるので、静電気の進入を防止することができると共に、低周波の雑音に対する耐性を向上させることができる。
【００３８】
そして、給電線路９が導電板３の放射面側から接続されるので、小型アンテナ１の背面側の厚さとして給電線路９の厚みを考慮する必要はなくなり、小型アンテナ１の薄型化が可能となる。従って、例えば導電板３の放射面側に振動等を検出するセンサを配置する場合でも振動がセンサへ伝達されやすくなり、センサと一体型の小型アンテナを構成することも可能となる。
【００３９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、小型アンテナ１として導電板３の背面側からの放射を抑制するために反射板２を設けたが、反射板２を設けずに導電板３に給電線路から給電されるように構成してもよい。このように構成された小型アンテナの主ビームは、従来のダイポールアンテナのように導電板３の正面側及び背面側の両方向に放射されるようになり、小型アンテナ１をさらに小型化させることができる。
【００４０】
また、上記実施形態では、導電板３は金属部材から構成されるようにしたが、導電性を有する透明な導電フィルムを用いるようにしてもよい。導電フィルムとして、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜が形成された透明フィルムや、銅を格子状にメッシュした透明フィルム等が挙げられるが、これに限られるものではない。このような導電フィルムを用いることで、小型アンテナ１のさらなる薄型化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の小型アンテナは、高いアンテナ利得を確保しつつ小型化且つ薄型化を実現でき、またビームチルト調整を容易に行うことができるので、センサと一体化させて、例えば壁面や窓ガラス等の目立たない場所に配置するワイヤレスセンサ搭載アンテナとして利用することができる。また、所望の方向へ主ビームを調整することができるので、小型アンテナの通信距離を拡大させることができる。さらに、電子機器等に対して、電源コード等を用いずに離れた場所から電力を供給する非接触給電体としても利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  小型アンテナ
３  導電板（導電体）
４  第１スリット
５  第２スリット
６  第３スリット
７  ノッチ（切欠き部）
８ａ  外部導体（接地導体）
９  給電線路
１０  給電点
【図１】
0005912567.tif 000002
【図２】
0005912567.tif 000003
【図３】
0005912567.tif 000004
【図４】
0005912567.tif 000005
【図５】
0005912567.tif 000006
【図６】
0005912567.tif 000007
【図７】
0005912567.tif 000008