(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性のある平面状の導電性材料で成り、基線底端を開放する底縁開放部と基線先端で傘状をなす先端傘状部とで形成される矢印形スリットと、該矢印形スリットの基線部を挟む両側に対して受給電する受給電部を有し、
前記矢印形スリットの先端傘状部の外部で、前記矢印形スリットの基線部両側を、前記スリットの幅と同程度か、またはそれ以下の幅で短絡した形状を成している
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナにおいて、前記矢印形スリットの先端が平らな形状であることを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のアンテナにおいて、前記基線部の中心線を対称軸として、線対称の構造を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のアンテナにおいて、前記受給電の位置が、前記底縁開放部と前記先端傘状部とを結ぶ前記基線部の中間にあることを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のアンテナにおいて、前記導電性材料の形状が方形、楕円形、またはそれに類する形状であることを特徴とするアンテナ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のアンテナにおいて、前記導電性材料の上に装着される無線通信回路または無線通信回路を含む電子装置と、前記無線通信回路と前記受給電部との間を接続する伝送線路と、該伝送線路のグラウンド部を前記導電性材料と導通させる接続手段とを有することを特徴とするアンテナ。
【請求項７】
平面状の導電性材料で成り、基線底端を開放する底縁開放部と基線先端で傘状をなす先端傘状部とで形成される矢印形スリットと、前記矢印形スリットの先端傘状部の外部で前記矢印形スリットの基線部両側を短絡する短絡部と、前記矢印形スリットの基線部を挟む両側を放射エレメントとして用いるための受給電部と、を有し、
前記短絡部は前記矢印形スリットの幅と同程度か、またはそれ以下の幅を成している
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項８】
請求項７に記載のアンテナにおいて、前記導電性材料は柔軟性を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載のアンテナにおいて、前記矢印形スリットの先端が平らな形状であることを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚みの薄い柔軟性のある導電性材料により形成され身体の肌着を含む衣類への装着を適切とするアンテナにおいて、身体による損失を抑えつつ、身体との親和性が高い構造を有するアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信機能を有する携帯型電子装置では、装置本体にアンテナを取り付けることが多い。しかし、携帯し易くするために装置の小型化が要求される。装置の小型化に伴ってアンテナの小型化も必要となる。したがって、アンテナでは、小型化によるアンテナ感度の劣化を極力抑制することが重要である。
【０００３】
最近、アンテナでは、携帯型電子装置とは別体に構成して身に付ける構造のものが開発されつつある（特許文献１，２，及び３）。これらのアンテナをウェアラブルアンテナと称している。ウェアラブルアンテナは身に付ける構造であるから、身に付けた場合にユーザにとって違和感がなく、アンテナの大きさや形状の自由度が大きいという特徴がある。
【０００４】
定性的には、アンテナが大きいほど高い感度が得られる傾向にあるため、装置本体に取り付けなければならないアンテナと比較して、ウェアラブルアンテナは高感度化に適していると考えられる。また、ウェアラブルアンテナは、衣服などの身に付けるものに容易に取り付けられるため、その寸法が大きい場合にも、持ち運ぶことの困難さを感じることがない。
【０００５】
特許文献１（特表２００４−５１８３２２号公報）に開示されたアンテナは、衣服の内部に収容されうるアンテナであって、肩胛骨間で背中の近傍に保持される構造である。また、特許文献２（特表２００３−５１６０１１号公報）に開示されたアンテナは、妨害なく衣類に装着することができるとともに移動通信の使用に適切なファブリックアンテナである。また、特許文献３（特開２００１−２１１０１８号公報）に開示されたアンテナは、腕時計にアンテナを備えた構造のものである。また、下記非特許文献１に開示されたアンテナは、室内設置のための小型化に適したテレビ受信用アンテナである。また、下記非特許文献２に開示されたアンテナは、ＵＷＢ（Ultra-Wave-Band）アプリケーション用のアンテナである。
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５１８３２２号公報（図５ａ参照）
【特許文献２】特表２００３−５１６０１１号公報（図４参照）
【特許文献３】特開２００１−２１１０１８号公報（図１参照）
【非特許文献１】岡野義信、坂内功治共著「地上デジタルテレビ用小形広帯域アンテナの開発」電子情報通信学会論文誌Vol.J90-B No.7 ,PP679-688（６８２ページ、図６参照）
【非特許文献２】Xuan Hui Wu、Zhi Ning Chen共著「Comparison of Planar Dipoles in UWB Applications」IEEE trans．AP Vol.53 No.6 ,PP1973-1983（１９７３ページ、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した文献などでは、アンテナエレメントをウェアラブルアンテナとして用いる場合には、アンテナエレメントが湾曲することによる特性劣化を避けるため、アンテナエレメントは可能な限り身体表面が平坦な部分を選んで設けられるか、または、固定された形状のアンテナエレメントが、例えば腕時計に設けられるように意図されている。
【０００８】
しかし、これらのアンテナを身体のごく近傍の衣服、例えば肌着に装着すると、電磁波にとって損失体である身体の影響で、アンテナ感度が十分得られない可能性がある。
【０００９】
従って、解決しようとする課題は、従来のものと比較して、身体との親和性が更に高いとともに、身体による損失を更に抑えたウェアラブルアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるアンテナは、柔軟性のある平面状の導電性材料で成り、基線底端を開放する底縁開放部と基線先端で傘状をなす先端傘状部とで形成される矢印形スリットと、該矢印形スリットの基線部を挟む両側に対して受給電する受給電部を有し、前記矢印形スリットの先端傘状部の外部で、前記矢印形スリットの基線部両側を、前記スリットの幅と同程度か、またはそれ以下の幅で短絡した形状を成していることを特徴とする。
【００１１】
前記導電性材料は、綿、羊毛、絹などの天然繊維、またはポリエステル、アクリルなどの化学合成繊維に導電性材料を付着させた材料であり、また、導電性の糸状材料を布状に縫製したものである。また、上述するように、導電性布における任意の二点間は、導通している必要がある。
【００１２】
更に、アンテナ機能を発揮のための受給電部は、前記矢印形スリットの基線部を挟む両側の前記導電性材料間を接続して受給電する。
【００１３】
また、このアンテナは、前記基線の中心線を対称軸として、線対称の構造であることが望ましい。これにより、指向性における人体方向の感度がそれ以外の方向の感度より抑制される効果が高まる。したがって、身体との親和性が高いとともに、身体による損失を抑えたウェアラブルアンテナを提供することができる。
【００１４】
また、このアンテナは、前記受給電の位置が、前記底縁開放部と前記先端傘状部とを結ぶ前記基線部の中間にあることが望ましい。これにより、入力特性、例えば、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）の制御が容易になり、また無線通信用高周波（以後、ＲＦと呼称する）回路との接続がしやすいウェアラブルアンテナを提供することができる。
【００１５】
また、このアンテナは、前記導電性材料の形状が、方形、楕円形、またはそれに類する線対称形状であることが望ましい。これにより、前記導電性材料の周囲に沿って流れる電流に起因する指向性を調整することができる。また、見た目のデザイン性についての自由度を高めることができる。
【００１６】
また、このアンテナは、前記導電性材料の上に装着されるＲＦ回路またはＲＦ回路を含む電子装置と、該ＲＦ回路と前記受給電部間を接続する伝送線路と、該伝送線路のグラウンド部を前記導電性材料と導通させる接続手段とを有することが望ましい。例えば、グラウンド導通用導電性材料で伝送線路を覆うことにより、このグラウンド導通用導電性材料と前記導電性材料と伝送線路の外導体とを導通させることができる。また、伝送線路の外導体を、グラウンド導通用導電性接着材料により、前記導電性材料と導通させてもよい。これにより、前記伝送線路のシールド性能が高まり、到来電波が前記伝送線路に直接的に結合することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、身体との親和性が高いとともに、身体による損失を抑えたウェアラブルアンテナを提供することができる。
【００１８】
前記スリット基線部に生じる磁流に起因する放射成分と、前記基線部以外のスリットに生じる磁流に起因する放射成分が互いに打ち消しあうことで、指向性における人体方向、つまり導電性布の法線方向の感度がそれ以外の方向の感度より抑制される。したがって、身体との親和性が高いとともに、身体による損失を抑えたウェアラブルアンテナを提供することができる。
【００１９】
また、スリットの磁流による放射と、導電性材料パターンの上辺及び下辺を流れる電流による放射が合成されるため、広帯域なウェアラブルアンテナ、またはデュアルバンド対応のウェアラブルアンテナを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
従来のものと比較して、身体との親和性が更に高いとともに、身体による損失を更に抑えたウェアラブルアンテナを提供するという目的を、身体の肌着に装着することに適した柔軟性のある平面状の導電性材料が、基線底端を開放する底縁開放部と基線先端で傘状をなす先端傘状部とで形成される矢印形スリットを有し、前記矢印形スリットの先端傘状部の外部にあり、前記矢印形スリットの基線部両側を、前記スリット幅と同程度か、またはそれ以下の幅で短絡する形状とすることにより実現した。
【００２１】
例えば、図１に示されるように、本発明によるウェアラブルアンテナ１は肌着となるＴシャツ２の胸部に装着している。この例では、ウェアラブルアンテナを胸部に装着しているが、腹部でも、腕でもよいし、背中でもよい。また、図１は、アンテナをシャツの上に装着した例であるが、シャツの生地にウェアラブルアンテナを縫付けし、または、シャツの一部をウェアラブルアンテナとすることもできる。さらに、ズボン、スカート、また衣服以外の帽子などにも装着でき、または、それらの一部とすることもできる。本アンテナで受電したり、または本アンテナに給電したりするための受給電点とＲＦ回路を伝送線路で接続している。
【００２２】
ここでは、矢印の始点を基線底端、矢印の終点を基線先端、始点と終点とを結ぶ線を基線と呼称する。したがって、基線先端が傘状を成すことになる。
【実施例１】
【００２３】
本発明の一実施例について図２−１および図２−２並びに図３を参照して説明する。
【００２４】
図２−１は、本発明によるアンテナの実施の一形態を模式図で示す平面図である。このウェアラブルアンテナは矢印形スリット１０を方形の導電性布２０の中央付近に有しており、矢印形スリット１０は、先端部１１、底端の底縁開放部１２、基線部１３、および傘状部１４で構成され、中心線１５による対称形を成している。先端部１１と底縁開放部１２とが基線部１３で結合され、先端部１１の両側のスリットで傘状部１４を形成し、先端傘状部とする。導電性材料の導電性布２０は、方形の二つの長辺のうち、上方の縁部では矢印形スリット１０の先端部１１の外側で幅の狭い導電性布の短絡部２１により短絡しており、下方の縁部では底縁開放部１２で開放されている。また、受給電部３０が、スリットの先端部１１と底縁開放部１２との間の基線部１３に形成される。
【００２５】
図２−２は、受給電部３０の実施の一形態を模式図で示す平面図である。すなわち、受給電部３０は矢印形スリット１０の基線部１３両側における導電性布２０を同軸ケーブルの伝送線路３１によりＲＦ回路３２に接続している。
【００２６】
次に、図３を参照して、本アンテナの動作原理を、送信アンテナとして用いる場合を例に、説明する。ＲＦ回路のＲＦ信号が伝送線路３１を介して給電点に導かれ、給電点でアンテナ１（図１参照）を励振すると、矢印形スリット１０にはスロット線路モードが励振される。言い換えると、給電はこの矢印形スリット１０の基線部１３に磁界を発生させ磁流を生じさせる。そして、導電性布２０では、矢印形スリット１０の底縁開放部１２が開放で、先端部１１近辺の周縁部が短絡部２１により短絡されているため、これらの周縁部ではスロット線路モードの電磁界が反射される。そのため、矢印形スリット１０に定在波が生じる。したがって、スロットアンテナと同様の動作原理により、電波が放射される。
【００２７】
また、電流は、導体の周縁に沿って流れ易く、導電性布の上辺及び下辺近傍で流れる。上辺及び下辺の左右の端部は開放であるため、上辺及び下辺はそれぞれダイポールアンテナと同様の電流モードである。したがって、ダイポールアンテナと同様の動作により、電波が放射される。これらの二つの放射原理により電波が放射されるため、例えば、ある周波数帯で電波が放射しやすいようにスリット長を設定し、また別の周波数帯で電波が放射し易いように上辺及び下辺の長さを設定することにより、それら二つの帯域で電波を放射し易いアンテナとなる。これにより、広帯域なアンテナまたはデュアルバンド対応のアンテナを実現することができる。なお、図中の電流については、ＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain）法などによる市販の３次元電磁界シミュレータを用いることで確認することができる。
【００２８】
ＲＦ回路は、送信機能だけに限らず、送受信機能を持っていてもよい。さらに、テレビやラジオなどのチューナ回路のような受信機能を持つこともできる。また、ＲＦ回路は、ディスプレイ、スピーカ、信号処理回路などを有する電子装置に接続していてもよい。
【００２９】
ここで、損失体である人体の影響を抑制する原理について説明する。一般に人体の影響を抑制して実用的なアンテナ特性とするためには、人体がない場合の本アンテナ単体の指向性に関し、人体があるべき方向への感度がそれ以外の方向への感度より抑制されていることが望ましい。図３で、基線部１３以外の上方の二つの傘状部１４のスリットにも磁流が生じるが、これらの磁流は基線部１３の磁流と逆向きの成分を持っている。つまり、基線部１３のスリットの磁流の向きを上向きと仮定すると、左上のスリットの磁流は左向きと下向きとの合成方向、また右上のスリットの磁流は右向きと下向きとの合成方向となっており、基線部１３の上向きと他の二つの下向きは逆向きとなっている。したがって、基線部１３のスリットの磁流による放射成分と、他の二つの傘状部１４のスリットの磁流による放射成分は、特に人体方向への放射に関して打ち消しあう。しかし、これは完全に打ち消し合うとは限らない。つまり、人体の正面、または後方への放射が、その他の方向への放射よりも抑制され、つまり人体の影響を抑制することができる。一方、上述した非特許文献１では、スリット形状が「Ｔ」字形となっているため、そのような磁流の打ち消しあう効果は得られず、人体の影響を受けやすいことで高い感度を得ることは難しい。
【００３０】
このように、中心線を対称軸として、線対称の構造としたことにより、指向性における人体方向、つまり導電性布の法線方向の感度がそれ以外の方向の感度より抑制される効果が高まる。また、受給電点をスリットの底縁開放部１２を始点とし先端部１１を終点とする基線部１３の中間部に設けることにより、その位置を変えてアンテナ特性を制御することができる。具体的には、スリット基線部１３における磁流の分布を変化させることができるので、それによって入力インピーダンスを変化させることができる。したがって、所望の特性に調整し易いというメリットがある。
【実施例２】
【００３１】
本発明の一実施例について図４を参照して説明する。
【００３２】
図４は上記実施例と異なる形態を有するウェアラブルアンテナを模式図で示す平面図である。本実施例による導電性布２０Ａは、図２における方形の導電性布２０の四隅を丸めた形状となっている。本実施例においても、上述の実施例とその動作原理は変わらない。導電性布２０Ａは、四隅で曲線を描いているので、導電性布の上辺及び下辺の電流に起因する指向性を調整することができる。また、見た目のデザイン性についての自由度を高めることができる。
【実施例３】
【００３３】
本発明の一実施例について図５を参照して説明する。
【００３４】
図５は上記実施例と異なる形態を有するウェアラブルアンテナを模式図で示す平面図である。本実施例による導電性布２０Ｂは、図２における方形の導電性布を楕円形としたものである。本実施例においても、上述の実施例とその動作原理は変わらない。導電性布２０Ｂは、導電性布の周縁形状が局線を描くので、上辺および下辺の電流に起因する指向性を調整することができる。また、見た目のデザイン性についての自由度を高めることができる。
【実施例４】
【００３５】
本発明の一実施例について図６を参照して説明する。
【００３６】
図６は上記実施例と異なる形態を有するウェアラブルアンテナを模式図で示す断面図である。本実施例によるアンテナは、例えば、図２−２の伝送線路３１を、薄い導電性材料３３Ａで覆い、この導電性材料３３Ａがアンテナを形成している導電性布２０と伝送線路３１の外導体とに間を接続して導通させている。これにより、伝送線路のシールド性能が高まり、到来電波が伝送線路に直接的に結合することを抑制することができる。
【実施例５】
【００３７】
本発明の一実施例について図７を参照して説明する。
【００３８】
図７は上記実施例と異なる形態を有するウェアラブルアンテナを模式図で示す断面図である。本実施例によるアンテナは、例えば、図２−２における伝送線路３１の外導体を、接着材の導電性材料３３Ｂにより、アンテナを形成している導電性布２０と接続し導通させている。これにより、伝送線路のシールド性能が高まり、到来電波が伝送線路に直接的に結合することを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
身体の肌着に装着することに適した柔軟性のある平面状の導電性材料が、基線底端が開放された底縁開放部と基線先端に傘状の先端傘状部とを形成する矢印形スリットと有し、前記矢印形スリットの先端傘状部の外部にあり、前記矢印形スリットの基線部両側を、前記スリット幅と同程度か、またはそれ以下の幅で短絡する形状を用いて容易に所望の高周波を発生でき、更に、導電性材料の形状を変えることにより、指向性を含む特性を容易に調整できるアンテナとして広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明によるアンテナをシャツに装着の状態の実施の一形態を模式的に示した平面図である。
【図２−１】本発明によるアンテナの実施の一形態を模式図で示す平面図である。（実施例１）
【図２−２】図２−２の受給電部の実施の一形態を模式図で示す平面図である。（実施例１）
【図３】図２−１に示すアンテナの動作原理を模式的に示した平面図である。（実施例１）
【図４】本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例２）
【図５】本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した平面図である。（実施例３）
【図６】本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した断面図である。（実施例４）
【図７】本発明によるアンテナの実施の一形態を模式的に示した断面図である。（実施例５）
【符号の説明】
【００４１】
１    アンテナ
２    シャツ
１０    スリット
１１    先端部
１２    底縁開放部
１３    基線部
１４    傘状部
１５    中心線
２０、２０Ａ、２０Ｂ    導電性布（導電性材料）
２１、２１Ａ、２１Ｂ    短絡部
３０    受給電部
３１    伝送線路
３２    ＲＦ回路
３３Ａ、３３Ｂ    導電性材料
【図１】
0005125615.tif 000002
【図２−１】
0005125615.tif 000003
【図２−２】
0005125615.tif 000004
【図３】
0005125615.tif 000005
【図４】
0005125615.tif 000006
【図５】
0005125615.tif 000007
【図６】
0005125615.tif 000008
【図７】
0005125615.tif 000009