特開 2024-6569 アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024006569

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 19/02 20060101AFI20240110BHJP

   H01Q 5/25 20150101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H01Q19/02

H01Q5/25

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022107598

(22)【出願日】2022-07-04

(71)【出願人】

【識別番号】000003551

【氏名又は名称】株式会社東海理化電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100140958

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 学

(74)【代理人】

【識別番号】100137888

【弁理士】

【氏名又は名称】大山 夏子

(72)【発明者】

【氏名】河野 裕己

(72)【発明者】

【氏名】深貝 直史

(72)【発明者】

【氏名】古田 昌輝

(72)【発明者】

【氏名】久保 穣

【テーマコード（参考）】

5J020

【Ｆターム（参考）】

5J020BA01

5J020BD04

5J020DA01

5J020DA03

5J020DA06

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で基板平面の全周方向に対する略均等な信号の指向性を形成する。
【解決手段】基板に配置されるチップアンテナと、前記基板の平面に直行する方向において前記チップアンテナの上方または下方に配置される金属エレメントと、を備える、アンテナ装置が提供される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に配置されるチップアンテナと、
前記基板の平面に直行する方向において前記チップアンテナの上方または下方に配置される金属エレメントと、
を備える、
アンテナ装置。

【請求項2】

前記金属エレメントは、前記チップアンテナとの間における距離が、前記チップアンテナが送信する信号の周波数に応じて定まる規定の長さよりも短くなるように配置される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記金属エレメントは、前記チップアンテナとの間における距離が、前記チップアンテナが送信する信号の周波数に係る波長の四分の一よりも短くなるように配置される、
請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記金属エレメントは、前記基板の平面に直行する方向における厚さが、前記チップアンテナが送信する信号の周波数により定まる規定の条件を満たすように形成される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記金属エレメントは、前記基板の平面に直行する方向における厚さが、前記チップアンテナが送信する信号の周波数に係る波長以下となるように形成される、
請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記金属エレメントは、前記チップアンテナに電力を供給する電池である、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

ユーザにより携帯される携帯機に搭載される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記チップアンテナは、超広帯域の信号を送信する、
請求項１から請求項７までのうちいずれか一項に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、種々の装置に無線通信機能が搭載されている。また、装置に無線通信機能を実現させるためのアンテナの開発も盛んに行われている。上記アンテナには、例えば、特許文献１に開示されるようなチップアンテナが含まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２１３１３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されるようなチップアンテナでは、電流の流れる方向に応じて形成さえる電界によって、送信される信号の指向性が定まる。例えば、一般的なチップアンテナでは、基板平面に対して平行に電流が流れることから、基板平面の全周方向に対して略均等な信号の指向性を形成することが困難である。

【0005】

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡易な構成で基板平面の全周方向に対する略均等な信号の指向性を形成することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板に配置されるチップアンテナと、前記チップアンテナと同一の前記基板に配置される金属エレメントと、を備え、前記金属エレメントは、前記チップアンテナを電流が流れる方向において、前記基板に対して長手方向が垂直となるように配置される、アンテナ装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

以上説明したように本発明によれば、簡易な構成で基板平面の全周方向に対する略均等な信号の指向性を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】チップアンテナにより送信される信号の指向性について説明するための図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１０の構成例について説明するための図である。

【図3】同実施形態に係るチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０の配置例を示す図である。

【図4】同実施形態に係る配置条件を満たさないチップアンテナおよび金属エレメントを備える比較装置によるＨ偏波およびＶ偏波の指向性を示す図である。

【図5】同実施形態に係る配置条件を満たすチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０を備えるアンテナ装置１０によるＨ偏波およびＶ偏波の指向性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0010】

＜１．実施形態＞
＜＜１．１．背景＞＞
上述したように、近年では、装置に無線通信機能を実現させるためのアンテナの開発が盛んに行われている。

【0011】

上記アンテナには、例えば、基板上に配置されるチップアンテナが含まれる。チップアンテナは、例えば高周波用誘電体セラミックスを使って形成され、小型化および広帯域性に優れる。

【0012】

チップアンテナにより送信される信号の指向性は、一般的な半波長（λ／２）ダイポールアンテナや接地型λ／４モノポールアンテナと同様に、アンテナエレメントを流れる電流の方向に応じて形成される電界により決定される。

【0013】

図１は、チップアンテナにより送信される信号の指向性について説明するための図である。

【0014】

図１には、チップアンテナを中心としたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸における送信信号の指向性を表現したイメージが示されている。

【0015】

また、図１では、チップアンテナにおいて電流がＺ軸方向に流れる場合における送信信号の指向性が表現されている。

【0016】

この場合、図示するように、Ｘ軸およびＹ軸により形成される２次元平面上では、チップアンテナの全周方向に略均等に送信信号の指向性が形成されるのに対し、Ｚ軸方向では送信信号の指向性は弱くなる。

【0017】

また、通常、チップアンテナは、当該チップアンテナが含むアンテナエレメントが、基板と並行となるように当該基板に配置される。

【0018】

すなわち、一般的なチップアンテナでは、基板に対して平行に電流が流れることから、電流が流れる方向における送信信号の指向性が弱くなり、結果として、基板平面の全周方向に対して略均等な送信信号の指向性を形成することが困難である。

【0019】

しかし、チップアンテナを搭載する装置の用途によっては、基板平面の全周方向に対して略均等な送信信号の指向性を形成することが望ましい場合もある。

【0020】

例えば、チップアンテナをユーザによる携帯機に搭載し、当該携帯機に無線通信機能を持たせる場合を想定する。

【0021】

上記携帯機は、例えば、車両などの移動体との間で無線通信を行う装置であってもよい。

【0022】

また、この場合、上記移動体は、例えば、携帯機との間において無線通信を行い、当該無線通信の結果に基づく各種の制御を行ってもよい。

【0023】

一例として、上記制御には、移動体が備えるドアの解錠制御や、エンジンの始動制御が挙げられる。

【0024】

例えば、移動体は、無線通信の結果に基づき、携帯機の真正性が認められる場合に、ドアの解錠制御や、エンジンの始動制御を行ってもよい。

【0025】

また、例えば、移動体は、無線通信の結果に基づき、携帯機と移動体との間における距離が規定の距離以下であることが推定される場合に、ドアの解錠制御や、エンジンの始動制御を行ってもよい。

【0026】

しかし、移動体が上記のような制御を行う場合、携帯機と移動体との間における無線通信が保たれることが求められる。

【0027】

携帯機と移動体との間における無線通信が不能となった場合や、無線通信の品質が著しく低下した場合、移動体は、上述したような携帯機の真正性の判定や距離の推定を正常に行うことができず、結果としてドアやエンジンを正しく制御することが困難となる。

【0028】

上記のような状況を回避するためには、例えば、携帯機に搭載されるチップアンテナから送信される信号が、移動体に搭載されるアンテナによって感度良く受信されることが重要となる。

【0029】

しかし、例えば、ユーザが携帯機をポケットに収納する場合などにおいては、携帯機の前後面のいずれかがユーザ側を向くのが通常である。

【0030】

この場合、携帯機の前後面と平行して搭載される基板に配置されるチップアンテナでは、電流が携帯機の前後面と平行して流れることにより、基板に対して平行な電界成分であるＨ偏波（Horizontally polarized wave）が増大する。

【0031】

しかし、上記の状況におけるＨ偏波は、携帯機の前後面のいずれかと対向するユーザの人体による影響を受けやすいことから、特性の劣化（利得の低下）が生じやすい。

【0032】

この場合、移動体に搭載されるアンテナが、携帯機に搭載されるチップアンテナから送信される信号を感度良く受信できず、上述したような制御が不能となる可能性がある。

【0033】

上記のような理由から、携帯機にチップアンテナを搭載する場合には、Ｈ偏波のみならず、基板および人体に対して垂直な電界成分であるＶ偏波（Vertically polarized wave）を増大させることが重要となる。

【0034】

これによれば、上述のような状況においてＨ偏波が人体の影響を受けやすい場合であっても、基板平面の全周方向に送信信号の指向性を形成することができ、当該人体の影響を受けづらいＶ偏波により無線通信を確立させることが可能となる。

【0035】

以下、上記を実現する本実施形態に係るアンテナ装置１０の構成例について詳細に説明する。

【0036】

＜＜１．２．構成例＞＞
本実施形態に係るアンテナ装置１０は、他の装置に搭載されるアンテナとの間において無線信号の送受信を行う装置である。

【0037】

例えば、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、ユーザにより携帯される携帯機に搭載されてもよい。この場合、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、上述したような移動体に搭載されるアンテナとの間において無線信号の送受信を行ってもよい。

【0038】

図２は、本実施形態に係るアンテナ装置１０の構成例について説明するための図である。図２に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、基板１１０に配置されるチップアンテナ１２０と、金属エレメント１３０と、を備える。

【0039】

なお、図２においては、基板１１０に配置され得る他の構成については記載を省略している。

【0040】

また、図２においては、説明の便宜上、チップアンテナ１２０および金属エレメント１３０を強調して示している。基板１１０に対するチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０の寸法は、図２に示す例に規定されるものではない。

【0041】

また、本実施形態に係るチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０の形状についても同様である。本実施形態に係るチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０は、図２に示すものとは異なる形状で形成されてもよい。

【0042】

（チップアンテナ１２０）
本実施形態に係るチップアンテナ１２０は、規定の無線通信規格に準拠した信号を送信する。

【0043】

上記規定の通信規格には、例えば、超広帯域（ＵＷＢ：Ultra-Wide Band）無線通信が挙げられる。規定の通信規格として超広帯域無線通信を採用する場合、本実施形態に係るチップアンテナは、超広帯域の信号を送信する。

【0044】

一方、本実施形態に係る規定の通信規格は、上記の例に限定されない。本実施形態に係るチップアンテナ１２０は、例えば、ＬＦ（Low Frequency）帯の信号や、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の信号を送信してもよい。

【0045】

（金属エレメント１３０）
本実施形態に係る金属エレメント１３０は、伝導性を有する金属を用いて形成される。

【0046】

また、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、アンテナ装置１０が搭載される携帯機に元来備えられる構成部品であってよい。

【0047】

一例として、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、チップアンテナ１２０に電力を供給する電池であってもよい。

【0048】

電池のように、携帯機の製造に元々必要となる構成部品を本実施形態に係る金属エレメント１３０として用いることにより、新たな構成部品を別途に製造することなく、また、携帯機のように内機スペースが限定される場合であっても、後述するような効果を奏することが可能である。

【0049】

なお、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、電池に限定されず、例えば、携帯機の筐体に付随する金属加飾などであってもよい。

【0050】

また、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、基板１１０の平面に直行する方向においてチップアンテナ１２０の上方または下方に配置されることを特徴の一つとする。

【0051】

図２に示す一例の場合、金属エレメント１３０は、基板１１０の平面に直行する方向において、基板１１０を挟んでチップアンテナ１２０の下方に配置に配置される。

【0052】

上記のような配置によれば、チップアンテナ１２０において基板１１０と平行して流れる電流によって形成される電界に、金属エレメント１３０が共振することにより、金属エレメント１３０にも電界が発生する。

【0053】

この際、金属エレメント１３０に発生する電界は、基板１１０の平面に直行するＶ偏波の成分を多く有する。

【0054】

上記の作用によれば、基板１１０の全周方向に対する略均等な信号の指向性を形成することが可能となる。

【0055】

また、上述のように、Ｈ偏波が人体の影響を受けやすい場合であっても、当該人体の影響を受けづらいＶ偏波により無線通信を確立させることが可能となる。

【0056】

なお、上記を実現するためには、金属エレメント１３０を効果的に共振させることが重要となる。

【0057】

このために、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、以下に説明するような条件を満たすように配置されてもよい。

【0058】

図３は、本実施形態に係るチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０の配置例を示す図である。

【0059】

例えば、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、チップアンテナ１２０との間の距離Ｌ１が、チップアンテナ１２０が送信する信号の周波数に応じて定まる規定の長さよりも短くなるように配置されてもよい。

【0060】

ここで、上記の規定の長さは、チップアンテナ１２０が送信する信号の周波数に係る波長の四分の一であってもよい。

【0061】

この場合、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、チップアンテナ１２０との間の距離Ｌ１が、チップアンテナ１２０が送信する信号の周波数に係る波長の四分の一よりも短くなるように配置されてもよい。

【0062】

すなわち、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、距離Ｌ１＜λ／４、を満たすように配置されてもよい。

【0063】

上記のような配置によれば、金属エレメント１３０を効果的に共振させることができ、またＶ偏波を効果的に増大させることが可能となる。

【0064】

なお、例えば、金属エレメント１３０が基板１１０を挟んでチップアンテナの下方に配置され、かつ基板１１０の下面にＧＮＤが形成される場合においては、金属エレメント１３０は、ＧＮＤとの間における距離がλ/４未満となるように配置されてもよい。このような場合においては、ＧＮＤをチップアンテナ１２０の一部と見做すことができる。

【0065】

また、上記の条件に加え、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、基板１１０の平面に直行する方向における厚さＤ１が、チップアンテナ１２０が送信する信号の周波数により定まる規定の条件を満たすように形成されてもよい。

【0066】

一例として、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、基板１１０の平面に直行する方向における厚さＤ１が、チップアンテナ１２０が送信する信号の周波数に係る波長以下となるように形成されてもよい。

【0067】

すなわち、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、厚さＤ１≦λ、を満たすように形成されてもよい。

【0068】

上記のような形状によれば、金属エレメント１３０を効果的に共振させることができ、またＶ偏波を効果的に増大させることが可能となる。

【0069】

さらには、金属エレメント１３０は、厚さＤ１が、λ／４、λ／２、３λ／４、λなど波長に対して切りのよい長さとなるよう形成されてもよい。

【0070】

これによれば、金属エレメント１３０の共振をさらに効果的に実現することが可能となる。

【0071】

上記のような形状および配置によれば、基板１１０に対して垂直方向（図３に示す一例の場合、Ｚ軸方向）に流れる電流の成分を増加させることができ、基板１１０の全周方向における略均等な送信信号の指向性をより効果的に形成することが可能となる。

【0072】

さらには、本実施形態に係る金属エレメント１３０は、チップアンテナ１２０に電力を供給する給電点１２５に極力近づけて配置することが望ましい。

【0073】

例えば、本実施形態に係る給電点１２５と金属エレメント１３０とを接触されることが構造上困難な場合においては、金属エレメント１３０は、給電との間における距離Ｌ３が０より長く、かつ給電点１２５に近接して配置されてもよい。

【0074】

上記のような配置によれば、基板１１０に対して垂直方向に流れる電流の成分をより効果的に増加させることが可能となる。

【0075】

＜＜１．３．効果＞＞
次に、本実施形態に係るアンテナ装置１０による奏される効果について詳細に説明する。

【0076】

図４および図５は、本実施形態に係る金属エレメント１３０を備えるアンテナ装置１０により奏される効果について説明するための図である。

【0077】

図４には、上述の配置条件を満たさないチップアンテナおよび金属エレメントを備えるアンテナ装置（以下、比較装置、と称する）によるＨ偏波およびＶ偏波の指向性を示すグラフが示されている。

【0078】

図４を参照すると、比較装置では、基板の全周方向（Ｘ軸およびＹ軸により規定される水平面上の各方向）において、Ｖ偏波の成分がＨ偏波に対し相対的に少なく、特に、Ｙ軸方向におけるＶ偏波の成分が著しく少ないことが認められる。

【0079】

一方、図５には、本実施形態に係る上述の配置条件を満たすチップアンテナ１２０および金属エレメント１３０を備えるアンテナ装置１０によるＨ偏波およびＶ偏波の指向性を示すグラフが示されている。

【0080】

図５を参照すると、本実施形態に係るアンテナ装置１０では、比較装置と比べ、基板１１０の全周方向（Ｘ軸およびＹ軸により規定される水平面上の各方向）において、Ｖ偏波の成分が全体的に増大していることが認められる。

【0081】

以上示したように、本実施形態に係る金属エレメント１３０を備えるアンテナ装置１０によれば、元来携帯機に備えられる電池などを金属エレメント１３０として利用した簡易な構成で、携帯機のように内機スペースが限られる場合であっても、基板１１０面の全周方向に対する略均等な信号の指向性を形成することが可能となる。

【0082】

また、上述のように、Ｈ偏波が人体の影響を受けやすい場合であっても、当該人体の影響を受けづらいＶ偏波により無線通信を確立させることが可能となる。

【0083】

＜２．補足＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0084】

１０：アンテナ装置、１１０：基板、１２０：チップアンテナ、１３０：金属エレメント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】