(57)【要約】【課題】ＲＦＩＤタグ等の小型の通信端末に適用可能なキャビティスロットアンテナを実現し、小型化及び高性能化を図る。【解決手段】アンテナ装置１０は、グランド導体１５を有する基板１２と、基板１２と略平行に空気層又は誘電体層を介して配置されメアンダ状の閉多角形状のスロット１３を有する平板状のアンテナ導体１１と、アンテナ導体１１と基板１２とを接続する複数の短絡導体１４と、短絡導体１４の近傍に配置されアンテナ導体１１に給電する給電導体３１と、を有し、スロット１３の外周の長さが略１λ〜２λ、スロット１３の幅が０．００５λ〜０．０５λであり、複数の短絡導体１４の間隔がλ／２以下である。【選択図】図１
2019161490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド導体を有する基板と、
前記グランド導体と略平行に空気層又は誘電体層を介して配置され、少なくとも一部が屈折した閉多角形状のスロットを有する平板状のアンテナ導体と、
前記アンテナ導体と前記グランド導体とを接続する複数の短絡導体と、
前記複数の短絡導体のうちのいずれかの短絡導体の近傍に配置され、前記アンテナ導体に給電する給電導体と、を有し、
使用する周波数の波長をλとしたとき、
前記スロットの外周の長さは略１λ〜２λ、前記スロットの幅は０．００５λ〜０．０５λであり、
前記複数の短絡導体の間隔はλ／２以下であり、
前記アンテナ導体と前記グランド導体との間の距離は、０．００５λ〜０．０５λである、
アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ導体は、外形が略長方形状の板状部材により構成され、短辺又は長辺より延出した延出部を有し、前記延出部を前記スロットを有する面に対して略直角に折り曲げた折り曲げ部を有しており、
前記短絡導体は、前記アンテナ導体の折り曲げ部によって形成される、
アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ導体は、前記スロットとして、メアンダ状に複数箇所で屈折したスロットを有する、
アンテナ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置であって、
前記基板は、プリント配線基板により構成され、前記グランド導体がグランドパターンにより形成されており、
前記複数の短絡導体と前記グランド導体のグランドパターンとが接続される、
アンテナ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のアンテナ装置であって、
前記基板に回路部品が実装され、前記回路部品は前記アンテナ導体と前記基板上に配置される、
アンテナ装置。
【請求項６】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ導体は、外形が略長方形状の板状部材により構成され、短辺及び長辺の長さがλ／８〜λ／２であり、前記スロットにおける前記アンテナ導体の長辺方向の長さがλ／２以下である、
アンテナ装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ導体は、複数のスロットを有し、各スロットの外周の長さがそれぞれ略１λ〜２λである、
アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、小型の通信端末に用いて好適なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばワイヤレスセンサネットワークを構成するセンサ端末など、小型の通信端末においては、装置の小型化、薄型化に伴い、アンテナの小型化が必要となる。通信システムとしてＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）を用いた場合、通信端末はＲＦＩＤタグとして機能し、リーダーライタとの間で通信、受電などが行われる。この種のＲＦＩＤタグ等の小型の通信端末において、薄型、低背な構成を実現する場合、アンテナとしてパッチアンテナ、キャビティ付きスロットアンテナ等を用いるのが一般的である。なお、以下では、キャビティ付きスロットアンテナを適宜「キャビティスロットアンテナ」と称する。
【０００３】
例えば特許文献１には、導体箔等によってキャビティを有する袋状導体を構成した無線通信用のキャビティ付き薄型スロットアンテナが開示されている。この構成によれば、安価な薄型のキャビティスロットアンテナを実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８７４０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナでは、直線状のスロットを有する構成であり、スロットの長さが１波長程度と長くなるため、スロットの長手方向の小型化において制約がある。また、キャビティとして袋状導体を用いる構成であり、導体を隙間なく袋状に形成する必要があるため、更なる小型化を考慮した場合、アンテナ装置の作成が困難になってくる。また、スロット間に対して給電を行う構成であり、平衡給電となるため、例えば高周波回路との結合のためにマイクロストリップ線路を用いる場合、高効率な整合が困難であり、アンテナ性能の向上が難しいという課題がある。
【０００６】
本開示は、上述した従来の事情に鑑みて案出され、ＲＦＩＤタグ等の小型の通信端末に適用可能なキャビティスロットアンテナを実現し、小型化及び高性能化を図ることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、グランド導体を有する基板と、前記グランド導体と略平行に空気層又は誘電体層を介して配置され、少なくとも一部が屈折した閉多角形状のスロットを有する平板状のアンテナ導体と、前記アンテナ導体と前記グランド導体とを接続する複数の短絡導体と、前記複数の短絡導体のうちのいずれかの短絡導体の近傍に配置され、前記アンテナ導体に給電する給電導体と、を有し、使用する周波数の波長をλとしたとき、前記スロットの外周の長さは略１λ〜２λ、前記スロットの幅は０．００５λ〜０．０５λであり、前記複数の短絡導体の間隔はλ／２以下であり、前記アンテナ導体と前記グランド導体との間の距離は、０．００５λ〜０．０５λである、アンテナ装置を提供する。
【０００８】
また、本開示は、上記のアンテナ装置であって、前記アンテナ導体は、外形が略長方形状の板状部材により構成され、短辺又は長辺より延出した延出部を有し、前記延出部を前記スロットを有する面に対して略直角に折り曲げた折り曲げ部を有しており、前記短絡導体は、前記アンテナ導体の折り曲げ部によって形成される、アンテナ装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、ＲＦＩＤタグ等の小型の通信端末に適用可能なキャビティスロットアンテナを実現し、小型化及び高性能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）はアンテナ装置全体の斜視図、（Ｂ）はアンテナ導体と基板とを示す分解斜視図
【図２】第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図であり、（Ａ）はアンテナ導体の平面図、（Ｂ）は短辺方向から見た側面図、（Ｃ）は長辺方向から見た側面図
【図３】第１の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図であり、（Ａ）はＹＺ平面の特性を示す図、（Ｂ）はＸＺ平面の特性を示す図
【図４】第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）はアンテナ装置全体の斜視図、（Ｂ）はアンテナ導体と基板とを示す分解斜視図
【図５】第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図であり、（Ａ）はアンテナ導体の平面図、（Ｂ）はグランド導体の平面図
【図６】第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図であり、（Ａ）はアンテナ導体の平面図、（Ｂ）は短辺方向から見た側面図、（Ｃ）は長辺方向から見た側面図
【図７】第２の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図であり、（Ａ）はＹＺ平面の特性を示す図、（Ｂ）はＸＺ平面の特性を示す図
【図８】第２の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図であり、（Ａ）はアンテナ単体の特性を示す図、（Ｂ）は人体近接時のアンテナの特性を示す図
【図９】図８の（Ａ）（Ｂ）の２つの状態における利得及び効率の変化を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るアンテナ装置を具体的に開示した各実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）はアンテナ装置全体の斜視図、（Ｂ）はアンテナ導体と基板とを示す分解斜視図である。第１の実施形態は、本開示に係るキャビティスロットアンテナの基本構成の一例を示すものである。
【００１３】
第１の実施形態に係るアンテナ装置１０は、平板状のアンテナ導体１１と、基板１２とを備える。アンテナ導体１１は、外形が略長方形状に形成され、メアンダ状に複数箇所で屈折した閉多角形状のスロット１３を有する。アンテナ導体１１は、導体板、放射板として機能する。アンテナ導体１１には、例えば洋白（銅、亜鉛、ニッケルから構成される合金）等の厚さが０．１〜１ｍｍ程度の金属板が用いられる。図において、アンテナ導体１１の短辺方向をＸ方向、長辺方向をＹ方向、アンテナ導体１１に対して垂直方向をＺ方向とする。以下の図においても同様である。本明細書では、アンテナ装置において使用する周波数（使用目的の周波数帯域の中心周波数）の波長をλとする。
【００１４】
アンテナ導体１１と基板１２とは、略平行に所定間隔離れた状態で配置され、短絡部を構成する２つ以上の短絡導体１４によって接続され短絡される。アンテナ導体１１は、板状部材により構成され、アンテナ導体１１の短辺において２つずつ合計４つ延出した延出部を有し、この延出部をアンテナ導体１１のスロット１３を有する面に対して略直角に折り曲げた折り曲げ部を有している。短絡導体１４は、アンテナ導体１１の折り曲げ部によって形成される。アンテナ導体１１の折り曲げ部は、アンテナ導体１１と基板１２とを略平行に所定間隔で支持する支持部として機能する。短絡導体１４は、図示例の４つに限定されず、２つ、３つ、５つ以上であってもよい。なお、短絡導体１４は、アンテナ導体１１の長辺を延出した延出部を略直角に折り曲げた折り曲げ部によって形成してもよい。短絡導体１４は、アンテナ導体１１とは別体の導体部材であってもよい。
【００１５】
基板１２は、プリント配線基板等によって構成され、ベタグランド等のグランドパターンによるグランド導体１５を有する。グランド導体１５は、地板として機能する。グランド導体１５には、例えばプリント配線基板の配線パターンの銅箔が用いられる。なお、洋白等の金属板によってグランド導体１５を構成してもよい。短絡導体１４の端部は、基板１２のグランド導体１５に半田付け等によって接続される。アンテナ導体１１の一方の短辺近傍の中央部分には、給電部を構成する給電ピン等による給電導体３１が設けられ、給電導体３１の一端とアンテナ導体１１とが接続されてアンテナ装置１０への給電が行われるようになっている。給電導体３１は、アンテナ導体１１の一方の短辺にある２つの短絡導体１４の近傍に、短絡導体１４と略平行に配置される。給電導体３１の他端は、グランド導体１５とは絶縁された状態で基板１２と接続される。
【００１６】
アンテナ装置１０は、アンテナ導体１１に少なくとも一部が折れ曲がった閉多角形状のスロット１３を有し、アンテナ導体１１と略平行の基板１２のグランド導体１５とが、複数の短絡導体１４によって短絡され、アンテナ導体１１とグランド導体１５との間にキャビティが形成される。したがって、スロット１３によってキャビティ付きのスロットアンテナとして機能する。アンテナ導体１１とグランド導体１５との間は、空気層としてもよいし、誘電体を充填する等して誘電体層を設けてもよい。誘電体層を設ける場合、アンテナ導体１１と基板１２とが誘電体層によって所定間隔に支持される支持構造を有し、キャビティが保持される構造となる。アンテナ導体１１と基板１２とで挟まれた複数の短絡導体１４の間は空隙となっている。この構成により、アンテナ導体１１及びグランド導体１５に対して垂直のＺ方向に指向性を持つキャビティスロットアンテナが構成される。
【００１７】
図２は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図であり、（Ａ）はアンテナ導体の平面図、（Ｂ）は短辺方向から見た側面図、（Ｃ）は長辺方向から見た側面図である。アンテナ導体１１は、短辺の長さＬ１が例えば０．１５λ、略λ／６程度、長辺の長さＬ２が例えば０．２５７λ、略λ／４程度とする。アンテナ導体１１の短辺の長さＬ１及び長辺の長さＬ２は、λ／８〜λ／２であればよい。基板１２及びグランド導体１５は、アンテナ導体１１の外形と略同じ大きさとする。
【００１８】
スロット１３は、アンテナ導体１１の長辺方向に３つ延在したスリットを一筆状に繋げたメアンダ形状（長辺を底辺として略Ｓ字形状）になっている。スロット１３はＵ字形状などであってもよい。スロット１３は、長さＬ３が例えば０．８２λであり、幅Ｄ１が例えば０．０２λであり、閉多角形状のスロット１３の外周の長さ、すなわちスロット部分の導体と空気との境界の長さが略１λ〜２λとなっている。スロット１３の長さＬ３は０．５λ〜１．０λ、スロット１３の幅Ｄ１は、０．００５λ〜０．０５λであればよい。
【００１９】
アンテナ導体１１と基板１２のグランド導体１５との間の距離Ｄ２、すなわち空気層又は誘電体層の厚みは、例えば０．０２２λとする。距離Ｄ２は、スロット１３の幅Ｄ１と同程度でよく、０．００５λ〜０．０５λであればよい。基板１２の端部と給電導体３１との距離Ｄ３は、例えば０．０１２λとする。２つの短絡導体１４の間の距離Ｄ５は、例えば０．０５λとする。短絡導体１４の間の距離Ｄ５は、全てにおいて、略λ／２以下、好ましくは略λ／４以下とすればよい。
【００２０】
図３は、第１の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図であり、（Ａ）はＹＺ平面の特性を示す図、（Ｂ）はＸＺ平面の特性を示す図である。図３では、周波数ｆ＝０．９ＧＨｚにおけるアンテナ装置１０の放射特性及び受信特性をシミュレーションにより求めた結果を示している。なお、図３の（Ａ）はＹＺ平面のθ方向の回転のみを示しており、左方の９０ｄｅｇがＹ軸方向、上方の０ｄｅｇがＺ軸方向である。図３の（Ｂ）はＸＺ平面のφ方向の回転のみを示しており、右方の９０ｄｅｇがＸ軸方向、上方の０ｄｅｇがＺ軸方向である。
【００２１】
図３に示されるように、本実施形態のアンテナ装置１０は、Ｚ方向、すなわちアンテナ導体１１に対して垂直方向に指向性を有するアンテナとなっている。Ｚ方向のメインローブの利得は３．１４ｄＢｉ、−３ｄＢの半値幅はＹＺ平面で１１１．４ｄｅｇ、ＸＺ平面で１１６．０ｄｅｇ、サイドローブレベルは−２．４ｄＢとなる良好な利得及び指向特性が得られた。
【００２２】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）はアンテナ装置全体の斜視図、（Ｂ）はアンテナ導体と基板とを示す分解斜視図である。第２の実施形態は、第１の実施形態におけるアンテナ導体１１及び基板１２の形状を変更した構成の一例を示すものである。
【００２３】
第２の実施形態に係るアンテナ装置２０は、平板状のアンテナ導体２１と、基板２２とを備える。アンテナ導体２１は、外形が略長方形状で四隅を切り欠いた形状に形成され、メアンダ状に複数箇所で屈折した閉多角形状のスロット２３を有する。アンテナ導体２１には、例えば洋白等の厚さが０．１〜１ｍｍ程度の金属板が用いられる。図において、アンテナ導体２１の短辺方向をＸ方向、長辺方向をＹ方向、アンテナ導体２１に対して垂直方向をＺ方向とする。以下の図においても同様である。
【００２４】
アンテナ導体２１と基板２２とは、略平行に所定間隔離れた状態で配置され、短絡部を構成する２つ以上の短絡導体２４によって接続され短絡される。アンテナ導体２１は、板状部材により構成され、アンテナ導体２１の短辺において２つずつ合計４つ延出した延出部を有し、この延出部をアンテナ導体２１のスロット２３を有する面に対して略直角に折り曲げた折り曲げ部を有している。短絡導体２４は、アンテナ導体２１の折り曲げ部によって形成される。アンテナ導体２１の折り曲げ部は、アンテナ導体２１と基板２２とを略平行に所定間隔で支持する支持部として機能する。短絡導体２４は、図示例の４つに限定されず、２つ、３つ、５つ以上であってもよい。なお、短絡導体２４は、アンテナ導体２１の長辺を延出した延出部を略直角に折り曲げた折り曲げ部によって形成してもよい。短絡導体２４は、アンテナ導体２１とは別体の導体部材であってもよい。
【００２５】
図５は、第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図であり、（Ａ）はアンテナ導体の平面図、（Ｂ）は基板の平面図である。図５の（Ａ）（Ｂ）は、アンテナ導体２１、基板２２をそれぞれ図４において底面側、すなわち基板２２の外表面側から見た図である。
【００２６】
基板２２は、プリント配線基板等によって構成され、ベタグランド等のグランドパターンによるグランド導体２５を有する。グランド導体２５は、地板として機能する。グランド導体２５には、例えばプリント配線基板の配線パターンの銅箔が用いられる。なお、洋白等の金属板によってグランド導体２５を構成してもよい。短絡導体２４の端部は、基板２２のグランド導体２５に半田付け等によって接続される。アンテナ導体２１の一方の短辺近傍の中央部分には、給電部を構成する給電導体３２が設けられ、アンテナ装置１０への給電が行われるようになっている。給電導体３２は、アンテナ導体２１の短辺において一部が切り込まれて延出し、アンテナ導体２１のスロット２３を有する面に対して略直角に折り曲げた折り曲げ部によって形成され、アンテナ導体２１と一体の部材で構成されている。給電導体３２は、アンテナ導体２１の一方の短辺にある２つの短絡導体２４の近傍に、短絡導体２４と略平行に配置される。給電導体３２の端部は、グランド導体２５とは絶縁された状態で基板２２と接続される。基板２２の一方の面には、キャパシタ、インダクタ等の給電回路を構成する回路部品２６が実装される。回路部品２６は、基板２２において、アンテナ導体２１とは反対の外表面側、又はアンテナ導体２１との間の空間の内側のいずれかの面に設けてもよい。
【００２７】
アンテナ装置２０は、アンテナ導体２１に少なくとも一部が折れ曲がった閉多角形状のスロット２３を有し、アンテナ導体２１と略平行の基板２２のグランド導体２５とが、複数の短絡導体２４によって短絡され、アンテナ導体２１とグランド導体２５との間にキャビティが形成される。したがって、スロット２３によってキャビティ付きのスロットアンテナとして機能する。アンテナ導体２１とグランド導体２５との間は、空気層としてもよいし、誘電体を充填する等して誘電体層を設けてもよい。誘電体層を設ける場合、アンテナ導体２１と基板２２とが誘電体層によって所定間隔に支持される支持構造を有し、キャビティが保持される構造となる。アンテナ導体２１と基板２２とで挟まれた複数の短絡導体２４の間は空隙となっている。この構成により、アンテナ導体２１に対して垂直のＺ方向に指向性を持つキャビティスロットアンテナが構成される。
【００２８】
図６は、第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図であり、（Ａ）はアンテナ導体の平面図、（Ｂ）は短辺方向から見た側面図、（Ｃ）は長辺方向から見た側面図である。アンテナ導体２１は、短辺の長さＬ１が例えば０．１２９λ、略λ／８程度、長辺の長さＬ２が例えば０．２２７λ、略λ／４程度とする。アンテナ導体２１の短辺の長さＬ１及び長辺の長さＬ２は、λ／８〜λ／２であればよい。基板２２及びグランド導体２５は、短辺の長さＬ５が例えば０．１５λ、略λ／６程度、長辺の長さＬ６が例えば０．２５７λ、略λ／４程度とする。基板２２及びグランド導体２５の短辺の長さＬ５及び長辺の長さＬ６は、λ／８〜λ／２であればよい。
【００２９】
スロット２３は、アンテナ導体２１の長辺方向に５つ延在したスリットを一筆状に繋げたメアンダ形状になっている。スロット２３はＳ字形状、Ｕ字形状などであってもよい。スロット２３は、長さＬ３が例えば０．８５λであり、幅Ｄ１が例えば０．０１２λであり、閉多角形状のスロット２３の外周の長さ、すなわちスロット部分の導体と空気との境界の長さが略１λ〜２λとなっている。メアンダ形状のスロット２３において、アンテナ導体２１の長辺方向の長さＬ４は、例えば０．１９λとなっている。スロット２３におけるアンテナ導体２１の長辺方向の長さＬ４は、λ／２以下、好ましくはλ／４以下とする。スロット２３の長さＬ３は０．５λ〜１．０λ、スロット２３の幅Ｄ１は、０．００５λ〜０．０５λであればよい。
【００３０】
アンテナ導体２１と基板２２のグランド導体２５との間の距離Ｄ２、すなわち空気層又は誘電体層の厚みは、例えば０．０１９λとする。距離Ｄ２は、スロット２３の幅Ｄ１と同程度でよく、０．００５λ〜０．０５λであればよい。基板２２の端部と給電導体３２との距離Ｄ３は、例えば０．０３１λとする。短絡導体２４の幅Ｄ４は、例えば０．０２５λとし、２つの短絡導体２４の間の距離Ｄ５は、例えば０．０５λとする。短絡導体２４の間の距離Ｄ５は、全てにおいて、略λ／２以下、好ましくは略λ／４以下とすればよい。
【００３１】
図７は、第２の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図であり、（Ａ）はＹＺ平面の特性を示す図、（Ｂ）はＸＺ平面の特性を示す図である。図７では、周波数ｆ＝０．９４ＧＨｚにおけるアンテナ装置２０の放射特性及び受信特性をシミュレーションにより求めた結果を示している。なお、図７の（Ａ）はＹＺ平面のθ方向の回転のみを示しており、左方の９０ｄｅｇがＹ軸方向、上方の０ｄｅｇがＺ軸方向である。図７の（Ｂ）はＸＺ平面のφ方向の回転のみを示しており、右方の９０ｄｅｇがＸ軸方向、上方の０ｄｅｇがＺ軸方向である。
【００３２】
図７に示されるように、本実施形態のアンテナ装置２０は、Ｚ方向、すなわちアンテナ導体２１に対して垂直方向に指向性を有するアンテナとなっている。Ｚ方向のメインローブの利得は３．１３ｄＢｉ、−３ｄＢの半値幅はＹＺ平面で１１２．４ｄｅｇ、ＸＺ平面で１２２．９ｄｅｇ、サイドローブレベルは−２．２ｄＢとなる良好な利得及び指向特性が得られた。
【００３３】
図８は、第２の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図であり、（Ａ）はアンテナ単体の特性を示す図、（Ｂ）は人体近接時のアンテナの特性を示す図である。図８では、アンテナ装置単体の状態と、人体近接時としてアンテナ装置に人体ファントムを近接させた状態のそれぞれにおいて、実測した測定結果を示している。
【００３４】
図８の（Ａ）は、自由空間に第２の実施形態のアンテナ装置２０を配置した場合の特性、図８の（Ｂ）は、アンテナ装置２０の基板２２と人体ファントムとの間隔を５ｍｍとして近接配置した場合の特性をそれぞれ示している。図８の（Ａ）（Ｂ）において、実線（ＸＺｐｈｉ）はＸＺ平面のφ方向の回転、破線（ＹＺｔｈｅｔａ）はＹＺ平面のθ方向の回転、一点鎖線（ＸＺｔｈｅｔａ）はＸＺ平面のθ方向の回転、二点鎖線（ＹＺｐｈｉ）はＹＺ平面のφ方向の回転をそれぞれ表している。この場合、右方の９０ｄｅｇがＸ軸又はＹ軸方向、上方の０ｄｅｇがＺ軸方向である。
【００３５】
図９は、図８の（Ａ）（Ｂ）の２つの状態における利得及び効率の変化を示す図である。アンテナ単体の状態では、Ｚ方向の利得が２．４５ｄＢｉ、効率が−１．３ｄＢ、人体近接時の状態では、Ｚ方向の利得が１．１５ｄＢｉ、効率が−４．３ｄＢの各測定結果が得られた。本実施形態のアンテナ装置では、自由空間において約２〜３ｄＢｉ、人体近接時においても約１ｄＢｉ程度の利得を確保できた。人体近接時の特性の劣化量は、利得が−１．３ｄＢ、効率が−３ｄＢであり、人体近接時の性能劣化が少ない結果となった。一般的なダイポールアンテナの場合、人体近接時の性能劣化は−１０ｄＢ程度であり、本実施形態のアンテナ装置では、特に、指向性を持つＺ方向における人体の影響を少なく抑えることが可能となっている。
【００３６】
本実施形態のアンテナ装置１０、２０は、平板状のアンテナ導体１１、２１とグランド導体１５、２５を有する基板１２、２２とを略平行に配置し、複数の短絡導体１４、２４により両者を接続する構成を有する。また、アンテナ導体１１、２１に閉多角形状のスロット１３、２３を設け、アンテナの開放端がアンテナ導体１１、２１の内側に閉じた構成となっている。すなわち、スロット１３、２３は、開放部を有しない構成で、閉じた経路となっている。また、複数の短絡導体１４、２４の間の距離は、全て略λ／２以下となっており、短絡導体１４の間の隙間がスロットアンテナのスロットとして機能しない構成となっている。スロット１３、２３の外周の長さは略１λ〜２λ、スロット１３、２３の幅は０．００５λ〜０．０５λである。また、アンテナ導体１１、２１と基板１２、２２との間の距離は、０．００５λ〜０．０５λである。この構成により、簡易で組立性の良好な構造のキャビティスロットアンテナを実現可能である。
【００３７】
また、アンテナ導体１１、２１において、メアンダ状などの折り曲がった閉多角形状のスロット１３、２３を設けてもよい。また、アンテナ導体１１、２１は、外形が略長方形状の板状部材により構成され、短辺及び長辺の長さがλ／８〜λ／２、スロット１３、２３におけるアンテナ導体１１、２１の長辺方向の長さがλ／２以下としてもよい。これにより、アンテナ導体１１、２１の面積を小さくでき、アンテナの小型化を図れる。また、複数の短絡導体１４、２４の間に隙間を設け、短絡導体１４、２４の近傍において給電導体３１、３２によりアンテナ導体１１、２１と基板１２、２２の間で給電する構成としてもよい。これにより、スロット１３、２３を有するアンテナ導体１１、２１に対して不平衡給電で給電することができ、マイクロストリップ線路等と接続可能であるので、アンテナ装置を含む無線送受信部全体を不平衡回路で構成でき、通信端末の小型化を図ることができる。
【００３８】
また、アンテナ導体１１、２１と基板１２、２２との間に誘電体層を設けてもよい。この場合、アンテナ導体１１、２１と基板１２、２２との間隔を誘電体層によって維持することができ、スロット１３、２３の物理長を短縮することができる。
【００３９】
また、第２の実施形態のアンテナ装置２０では、メアンダ状のスロット２３の折り曲げ部を多くすることにより、第１の実施形態と比べて、更なる小型化を図ることが可能である。また、複数の短絡導体２４と給電導体３２は、アンテナ導体２１より延出して略直角に折り曲げた折り曲げ部によって構成され、これらの短絡導体２４と給電導体３２を基板２２に接続する構成としてもよい。これにより、少ない部品によってアンテナ装置を構成でき、組立性を向上できる。また、基板１２、２２は、プリント配線基板により構成し、グランド導体１５、２５がグランドパターンにより形成され、複数の短絡導体１４、２４とグランド導体１５、２５のグランドパターンとが接続される構成としてもよい。これにより、アンテナ装置の組立性を向上できる。また、給電回路等の回路部品２６を、基板２２において、アンテナ導体２１とは反対の外表面側、又はアンテナ導体２１との間の空間の内側のいずれかに設けてもよい。アンテナ導体２１と基板２２との間に回路部品２６を実装して配置した場合、アンテナ装置の厚さを小さくでき、更なる小型化に寄与できる。
【００４０】
また、本実施形態のアンテナ装置は、アンテナ導体に対して垂直なＺ方向において十分な指向性と利得を得ることができ、また、人体近接時において性能劣化が少ない利点を有する。このため、本実施形態のアンテナ装置を、アンテナ性能の劣化が大きく使用条件が厳しい環境下、例えば小型のセンサ端末に搭載して人が身に着けるか又は人体に装着するウェアラブルセンサ端末、或いは金属等の導電体や誘電体が近傍に存在する狭い空間に配置されるセンサ端末等に設けた場合においても、高いアンテナ性能を得ることが可能である。よって、人体に装着して脈波などの生体情報を検出して送信するセンサ端末等に好適なアンテナ装置を実現できる。
【００４１】
上述したように、本実施形態によれば、小型でかつ良好な特性を有するキャビティ付きのスロットアンテナを構成できる。このため、ＲＦＩＤタグ等の小型の通信端末に好適なキャビティスロットアンテナを実現しつつ、アンテナ装置の小型化及び高性能化を図ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態のアンテナ装置１０、２０において、アンテナ導体１１、２１に設けるスロット１３、２３は、１つに限定されず、複数のスロットを設けてもよい。この場合、各スロットの外周の長さをそれぞれ略１λ〜２λとし、複数のスロットを形成する。複数のスロットを設けた場合、使用可能な周波数の帯域幅を拡大することができる。２つのスロットを設けた場合、１つのスロットに比べて、例えば１．５倍程度にアンテナの周波数帯域幅を広げることが可能である。また、単一のアンテナ導体の部品において複数のスロットを形成可能であるので、組立精度の誤差による性能バラツキを低減できる。
【００４３】
上述した本実施形態のアンテナ装置１０、２０は、例えば通信システムとしてＲＦＩＤを用いた小型のセンサ端末のアンテナ装置として適用可能である。この場合、本実施形態のアンテナ装置を、リーダーライタとの間の通信用、及びリーダーライタからの受電用のアンテナとして搭載し、エナジーハーベスト（energy harvest：環境発電）端末を構成することにより、ワイヤレスかつ電池交換不要のセンサ端末を実現可能である。本実施形態のアンテナ装置１０、２０は、低背かつ小型に構成可能であるので、狭窄な部位、人体近傍など、種々の場所に配置でき、センサ端末の配置の自由度の向上に寄与できる。
【００４４】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本開示は、ＲＦＩＤタグ等の小型の通信端末に適用可能なキャビティスロットアンテナを実現し、小型化及び高性能化を図ることができるアンテナ装置として有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１０、２０  アンテナ装置
１１、２１  アンテナ導体
１２、２２  基板
１３、２３  スロット
１４、２４  短絡導体
１５、２５  グランド導体
２６  回路部品
３１、３２  給電導体
【図１】
2019161490.tif 000003
【図２】
2019161490.tif 000004
【図３】
2019161490.tif 000005
【図４】
2019161490.tif 000006
【図５】
2019161490.tif 000007
【図６】
2019161490.tif 000008
【図７】
2019161490.tif 000009
【図８】
2019161490.tif 000010
【図９】
2019161490.tif 000011