JP2007060127A - スロット・アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 コンシューマ機器に内蔵され、ＵＷＢ使用帯域において良好な特性を得ることができる、小型且つ薄型のスロット・アンテナを提供する。
【解決手段】 グランド層のほぼ中央にスロットを穿設し、胴体パターンのほぼ中央に舞いクロスとストリップ・ラインを通じて給電点を設ける。給電時には、スロットを横切るように発生する電界が定在波を生じて共振する。また、スロットにまたがるように装荷した抵抗により整形された電界の定在波が生じ、且つ、広帯域において整合がとることができ、ＵＷＢのローバンド（３．１〜４．９ＧＨｚ）における反射特性が−１０ｄＢ以下となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンシューマ機器に内蔵可能な小型且つ薄型のスロット・アンテナに係り、特に、コンシューマ機器に内蔵され、ＵＷＢ使用帯域において良好な特性を得るスロット・アンテナに関する。

さらに詳しくは、本発明は、コンシューマ機器に内蔵され、機器内の周辺回路からの電磁波の影響や機器周辺の反射物の影響を受けずに安定した特性を得るとともに、周辺の高周波回路への影響を除去したスロット・アンテナに係り、特に、同じスロット・アンテナを用いて送受信する場合に極めて近い距離でも使用でき、且つ、広い通信エリアにおける使用が可能なスロット・アンテナに関する。

近年、「ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）通信」と呼ばれる、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚという非常に広い周波数帯域を使用した無線通信方式が注目を集めている。ＵＷＢ通信では、通信距離が１０ｍ程度のＰＡＮ（ＰｅｒｓｏｎａｌＡｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を想定しているが、伝送速度が１００Ｍｂｐｓ程度であり、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとしてその実用化が期待されている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３などにおいて、ＵＷＢ通信のアクセス制御方式として、プリアンブルを含んだパケット構造のデータ伝送方式が考案されている。また、米インテル社は、ＵＷＢのアプリケーションとして、パソコン向けの汎用インターフェースとして普及しているＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）の無線版を検討している。

また、ＵＷＢは送信電力の関係から近距離向けの無線通信方式であるが、高速な無線伝送が可能であることから、民生用のシステムとして、デジタル・カメラや音楽再生機器などのモバイル・デジタル機器とテレビやパソコンを近い距離で無線接続する際に適用して、音楽や画像などのコンテンツを高速にデータ伝送することができる。

一方、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚという伝送帯域を占有しなくても１００Ｍｂｐｓを越えるデータ伝送が可能であることやＲＦ回路の作り易さを考慮して、３．１〜４．９ＧＨｚのＵＷＢローバンドを使った伝送システムも開発が盛んである。

最近では、画像や音楽などのデータをパソコンとの間で交換する目的で、無線通信機能を搭載したモバイル機器も出現している（例えば、非特許文献２を参照のこと）。本発明者らは、ＵＷＢローバンドを利用したデータ伝送システムを、この種の小型のモバイル機器に搭載する有効な無線通信技術の１つと考えている。

ここで、ＵＷＢ通信技術をモバイル機器へ適用を考えた場合、機器本体と同様にＵＷＢ伝送用のアンテナも小型で設計する必要がある、と本発明者らは思料する。また、アンテナを機器に内蔵するためには、機器内の他の回路からの電磁波の影響や機器周辺の反射物の影響を回避して、無線システムとして許容される周波数特性が得られるよう、アンテナを設計しなければならない。また逆に、ＵＷＢアンテナにおいて使用する広帯域のうち高周波成分が同じ機器内の他の高周波回路に与える影響も除去しなければならない。

ＵＷＢは近距離大容量の無線通信方式であることから、ストレージデバイスを含む超高速な近距離用のＤＡＮ（ＤｅｖｉｃｅＡｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）など、超近距離エリアにおける高速データ伝送への適用が予想される。このような場合には、ＵＷＢ用アンテナとしても、５〜１５０ｍｍ程度の超近距離でも反射特性及び結合特性ともに良好なアンテナ特性を保証する必要がある。

一方、アンテナは基本的に共振現象を利用しており、その長さによって共振周波数が決まる。このため、広い周波数帯域を用いて伝送を行なうＵＷＢ通信では、その使用周波数帯（３．１〜１０．６ＧＨｚ）に渡って共振させることは困難である。

ＵＷＢを超近距離通信に利用する場合、１波長分程度の近傍電磁界では電界と磁界が独立した挙動をすることから、所望のアンテナ特性を得ることが難しい。狭帯域ならともかく、ＵＷＢ通信では広い範囲で反射特性を得なければならず、より困難となる。

さらに、アンテナを超近距離で使用する場合、通信を行なうアンテナを内蔵した機器からの反射や、アンテナのグランド板からの反射があり、所望の特性を得るための設計は困難である。

ＵＷＢのような１００Ｍｂｐｓ以上の大容量通信を保証するためには、反射特性が規定仕様の帯域幅内で−１０ｄＢ以下となるようにアンテナを設計しなければならない。このことに加え、ＵＷＢ規定の仕様の帯域幅内において１００Ｍｂｐｓ以上のスループットが得られるようにするためには、アンテナの結合特性に急峻な利得の減衰がなく、全体の利得があるレベル以上となるように設計する必要がある。

小型化及び薄型化を考慮した場合、いわゆるパッチ・アンテナとスロット・アンテナを挙げることができる。ここで、パッチ・アンテナは、絶縁物質を介在物として放射導体とグランド導体を対向して配置して構成される。また、スロット・アンテナは、導体パターンとグランド層と、これらに挟まれた誘電体層で構成され、グランド層にはスロットが穿設されている。

例えば、導電率が概ね０．１以上１０以下である導電率特性を有する物質を放射導体と導体地板との間に介在させることにより、当該導電率特性を有する物質によって、導体地板と放射導体における信号の漏れこみを適度に生じさせるようにして、広帯域でしかも十分な利得が得られる低背化したパッチ・アンテナについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

スロット・アンテナ及びパッチ・アンテナはいずれもアンテナの小型化及び薄型化には有利であるが、本来は広帯域で所望の特性を得られるものではない。このため、いずれの構造のアンテナを採用するにせよ、ＵＷＢ用アンテナとして設計する際には、広帯域化するための工夫が必要となる。

一般には、同等の寸法では、スロット・アンテナの方がパッチ・アンテナよりも広い帯域を得ることができる。パッチ・アンテナはアンテナとしての動作帯域は数％しかない。したがって、本発明者らは、コンシューマ機器に内蔵して用いるＵＷＢ用アンテナとして、スロット・アンテナがより適当であると考えている。

ＵＷＢ用アンテナとして機器に内蔵して用いる場合や、さらに超近距離で無線通信する際には、機器内の他の回路からの電磁波の影響や機器周辺の反射物の影響、使用する広帯域のうち高周波成分が同じ機器内の他の高周波回路に与える影響、通信を行なうアンテナが内蔵された機器からの反射や、アンテナのグランド板からの反射、といった問題がある（前述）。しかしながら、機器内蔵を対象としたＵＷＢ用アンテナに関して、公知技術は皆無に等しい。

特開２００３−３０４１１５号公報 日経エレクトロニクス２００２年３月１１日号「産声を上げる無線の革命児Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ」 Ｐ．５５−６６ ｈｔｔｐ：／／ｐｃｗｅｂ．ｍｙｃｏｍ．ｃｏ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／２００２／０９／０３／１０．ｈｔｍｌ

本発明の目的は、コンシューマ機器に内蔵され、ＵＷＢ使用帯域（具体的には、ＵＷＢのローバンド３．１〜４．９ＧＨｚ）において良好な特性を得ることができる、小型且つ薄型の優れたスロット・アンテナを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、機器内の周辺回路からの電磁波の影響や機器周辺の反射物の影響を受けずに安定した特性を得るとともに、周辺の高周波回路への影響を除去することができる、ＵＷＢ用機器内蔵型の優れたスロット・アンテナを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、同じスロット・アンテナを用いて送受信する場合に極めて近い距離でも使用でき、且つ、広い通信エリアにおける使用が可能な、ＵＷＢ用機器内蔵型の優れたスロット・アンテナを提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１の面に形成された導体パターンと、
前記誘電体基板の第２の面に形成されたグランド層と、
前記導体パターンのほぼ中央に設けられた給電点と、
前記給電点から前記導体パターンのほぼ中央に延びるマイクロストリップ・ラインと、
前記グランド層において給電点を通る前記誘電体基板の中心線をまたぐ位置に所定の幅で穿設されたスロットと、
を具備することを特徴とするスロット・アンテナである。そして、このスロット・アンテナを小型の機器に内蔵して用いる場合には、前記導体パターンに沿って実装される金属シールド・ケースをさらに備える。

本発明は、主としてコンシューマ機器に内蔵して用いられ、ＵＷＢ仕様帯域において良好な特性を持つ、小型且つ薄型のスロット・アンテナに関する。

ＵＷＢのような１００Ｍｂｐｓ以上の大容量通信を保証するためには、反射特性が規定仕様の帯域幅内で−１０ｄＢ以下となるようにアンテナを設計しなければならない。さらにＵＷＢ規定の仕様の帯域幅内において１００Ｍｂｐｓ以上のスループットが得られるようにするためには、アンテナの結合特性に急峻な利得の減衰がなく、全体の利得があるレベル以上となるように設計する必要がある。

小型且つ薄型に構成されるアンテナとしてパッチ・アンテナとスロット・アンテナが知られているが、いずれも基本的には動作帯域が数％程度の狭帯域アンテナである。同等の寸法ではスロット・アンテナの方がより広い帯域を得ることができることから、本発明者らは、コンシューマ機器に内蔵して用いるＵＷＢ用アンテナとして、スロット・アンテナがより適当であると考えている。

スロット・アンテナは、基本的には、導体パターンとグランド層と、これらに挟まれた誘電体層で構成され、グランド層のほぼ中央にはスロットが穿設されている。また、導体パターンのほぼ中央に給電点が設けられ、この給電点から導体パターンの中央に向かってマイクロストリップ・ラインが延びている。そして、主にスロットから電磁界を放射することを基本的な動作原理とし、給電スロットを横切るように形成される電界が定在波を生じて共振するように振舞う。

本発明では、グランド層に穿設したスロットの配置（すなわち、給電点からの左右の長さや幅）を最適化している。さらに、機器に内蔵する際に導体パターン側を覆う金属シールド・ケースを取り付けて、機器内の周辺回路からの電磁波の影響や機器周辺の反射物の影響を取り除くようにしている。この結果、安定したアンテナ特性が得られるようになり、スロット・アンテナで３．１〜４．９ＧＨｚといった非常に広い周波数帯域での動作を実現することができる。

さらに、グランド層にあるスロットの上に、両端がグランド層に接するように電気抵抗体を装荷することによって、グランド層での反射を抑制して広帯域での特性を引き出すことができる。

また、１つのスロットに対してこのような電気抵抗体を複数装荷することによって、１個の電気抵抗体しか装荷しない場合に比べ、インピーダンス整合を調整する自由度を得ることができるので、より広帯域にわたって良好なアンテナ特性を得ることができる。

また、電気抵抗体を給電部から離間して装荷するとインピーダンス整合の取れている周波数の範囲が狭くなる。このため、１又は複数の電気抵抗体をスロット中心付近の適度な位置に装荷することによって、アンテナ特性が改善される効果を得ることができる。

また、スロットの中心（若しくは給電部の位置）から非対称となる位置に、抵抗値の異なる複数の電気抵抗体を適切に装荷することにより、２個の電気抵抗体を対称な位置に装荷した場合と比べて、より高い自由度を以ってインピーダンス整合の保証に寄与し、より広帯域にわたって良好なアンテナ特性を得ることができる。但し、複数の電気抵抗体を装荷する場合、装荷する位置や電気抵抗体の抵抗値によって特性が大きく変化するため、その装荷方法は限定される。

また、本発明に係るＵＷＢ用アンテナは、送受信に同じ構成のアンテナをカップラ（一対）として使用することにより、特性が保証される。

本発明によれば、コンシューマ機器に内蔵され、ＵＷＢ使用帯域（具体的には、ＵＷＢのローバンド３．１〜４．９ＧＨｚ）において良好な特性を得ることができる、小型且つ薄型の優れたスロット・アンテナを提供することができる。

また、本発明によれば、機器内の周辺回路からの電磁波の影響や機器周辺の反射物の影響を受けずに安定した特性を得るとともに、周辺の高周波回路への影響を除去することができる、ＵＷＢ用機器内蔵型の優れたスロット・アンテナを提供することができる。

また、本発明によれば、同じスロット・アンテナを用いて送受信する場合に極めて近い距離でも使用でき、且つ、広い通信エリアにおける使用が可能な、ＵＷＢ用機器内蔵型の優れたスロット・アンテナを提供することができる。

本発明に係るスロット・アンテナでは、給電時にスロットを横切るように発生する電界が定在波を生じて共振し、且つ、スロットにまたがるように装荷した電気抵抗体により整形された電界の定在波が生じ、広帯域においてインピーダンスの整合がとることができるので、ＵＷＢ用アンテナとして用いることができる。

また、本発明に係るスロット・アンテナをコンシューマ機器に内蔵する際に、金属のシールド・ケースを片面の導体パターン層に実装することにより、周辺の電磁波の影響を受けることなく安定した特性を得ることができるので、内蔵型アンテナとして十分に機能することができる。

また、本発明に係るスロット・アンテナを送受信機それぞれに適用して、互いのアンテナのスロットが向かい合うように配置して無線通信を行なうことにより、ＵＷＢのローバンド（３．１〜４．９ＧＨｚ）において、変動の少なく、高いスループットが得られるレベルの結合特性を安定して得ることができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

本発明は、主としてコンシューマ機器に内蔵して用いられ、ＵＷＢ仕様帯域において良好な特性を持つ、小型且つ薄型のスロット・アンテナに関する。

スロット・アンテナは、基本的には、導体パターンとグランド層と、これらに挟まれた誘電体層で構成され、グランド層のほぼ中央にはスロットが穿設されている。また、導体パターンのほぼ中央に給電点が設けられ、この給電点から導体パターンの中央に向かってマイクロストリップ・ラインが延びている。そして、主にスロットから電磁界を放射することを基本的な動作原理とし、給電スロットを横切るように形成される電界が定在波を生じて共振するようになっている。

本発明に係るスロット・アンテナは、とりわけローバンド（３．１〜４．９ＧＨｚ）のＵＷＢ用アンテナとしてコンシューマ機器に内蔵して用いること、及び超近距離における無線データ伝送に適用することを主な特徴としており、このため、上記の基本構造に対し、幾つかの工夫がなされている。

図１には、本発明の一実施形態に係るスロット・アンテナの導体パターン１０６側並びにグランド層１０２側それぞれの表面構造を示している。また、図２には、当該スロット・アンテナの断面構造を示している（但し、金属シールド・ケースを取り付けた状態とする）。

図１に示すように、スロット・アンテナは、誘電体基板１００と、誘電体基板１００の一方の面１０１に形成された導体パターン１０６と、誘電体基板１０１の他方の面に形成されたグランド層１０２で構成される。

誘電体基板１００は、例えばＦＲ４と呼ばれる素材で構成され、その比誘電率εは４．２〜４．８である。

導体パターン１０６は、誘電体基板１００の一方の表面１０１上でその周縁に沿って形成された銅箔パターンからなる。図３には、導体パターン１０６の構成例を示している。導体パターン１０６上には、誘電体基板１００を貫通する多数のスルーホールが形成されている。そして、これらスルーホール内は充填され、誘電体基板１００の裏側に形成されたグランド層１０２につながっている。各スルーホールは互いの間隔が４ｍｍとなるよう配列されている。

誘電体基板１００の導体パターン１０６側の表面１０１には、周縁部から基板１００（若しくは導体パターン１０６）のほぼ中央部に向かって延びる銅箔パターンが形成され、マイクロストリップ・ライン１０４を構成している。このマイクロストリップ・ライン１０４は、幅１．２ｍｍのほぼ直線のパターンで構成され例えば、矩形をなす誘電体基板１００を２等分する中心線上に配設されている。

また、導体パターン１０６とマイクロストリップ・ライン１０４との交差を回避するため、マイクロストリップ・ライン１０４と交差する両端において、５ｍｍのパターン分離部によって銅箔パターンが適正に分離されている。

そして、マイクロストリップ・ライン１０４の周縁端は、導体パターン１０６のパターン分離部のほぼ中央に位置し、導体パターン１０６の給電点１０３となっている。

グランド層１０２は、誘電体基板１００の導体パターン１０６とは反対側の面ほぼ全体にわたって形成された銅箔パターンからなる。図４には、グランド層１０２の構成例を示している。グランド層１０２は、そのほぼ中央において細線状に銅箔パターンを穿設してできたスロット１０５を有している。図示の例では、スロット１０５は、その反対側の面に形成されたマイクロストリップ・ライン１０４が延びる方向とはほぼ直交している。そして、給電点１０３を通じてマイクロストリップ・ライン１０４に給電すると、スロット１０５から電磁界を放射してスロット１０５を横切るように電界が形成され、そして、この電界が定在波を生じて共振する。

グランド層１０２に穿設したスロット１０５は、給電点１０５を通る基板の中心線をまたぐように配置されている。スロット１０５の具体的な配置、すなわち給電点１０５からの左右の長さや幅は、安定したアンテナ特性が得られるよう、最適化することが好ましい。図示の例では、スロット１０５は幅１ｍｍ、長さが３７．５ｍｍであり、グランド層１０２の中心から２１ｍｍ、１６．５ｍｍの位置にまたがるように構成されている。

また、図１並びに図４に示したように、グランド層１０２に穿設されたスロット１０５上には、複数（図示の例では２つ）の電気抵抗体１０７が装荷されている。それぞれの電気抵抗体１０７は、例えば１００Ω以上の抵抗値を持ち、両端がグランド層１０２に接するように配設されている。このように装荷された電気抵抗体１０７は、グランド層１０２での反射を抑制して広帯域での特性を引き出す効果があるが、この点の詳細については後述に譲る。

また、スロット１０５に対して複数の電気抵抗体１０７を装荷することによって、インピーダンス整合を調整する自由度を得ることができる。例えば、スロット１０５中心付近の適度な位置に装荷することによって、アンテナ特性が改善される。

図１並びに図２に示したスロット・アンテナを機器内蔵型アンテナとして適用する場合、機器内の周辺回路からの電磁波の影響や機器周辺の反射物の影響を取り除くとともに、放射する広帯域のうち高周波成分が周辺の高周波回路へ与える影響を考慮する必要がある。本実施形態では、図２に示したように、コンシューマ機器などに当該スロット・アンテナを内蔵する際には、導体パターン１０１側を覆う金属シールド・ケース２０１を取り付けるようにしている。

図５には、金属シールド・ケース２０１の上面図及び側面図を示している。金属シールド・ケース２０１は、誘電体基板の表面１０１の周縁に形成された導体パターン１０６に沿って、高さ３．２ｍｍ、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍの金属製のケースである。また、図６には、当該スロット・アンテナのアンテナ基板に金属シールド・ケース２０１を取り付けたときの縦断面側面図を示している。基板の厚さは０．８ｍｍ、金属ケースの高さは３．２ｍｍ、全体で４ｍｍの高さとなるように構成される。

小型のデジタル・カメラや音楽プレーヤのようなポータブル機器にアンテナを内蔵した場合、ユーザが機器を手で掴んだまま通信を行なうといった状況が想定される。また、小型の機器に無線通信機能を搭載する場合、アンテナ以外の回路も機器に内蔵されることになる。アンテナ周辺の状況が変化しながら通信を行ない、且つ、周辺に金属の反射物が存在する場合であっても、金属シールド・ケース２０１を取り付けることによって、所望のアンテナ特性を安定して得ることができるようになる。

スロット・アンテナ自体は、パッチ・アンテナと同様に、本来は動作帯域が数％程度の狭帯域アンテナである。これに対し、本発明に係るスロット・アンテナは、３．１〜４．９ＧＨｚの非常に広い周波数帯域で動作することが可能な、ＵＷＢ用で且つ機器内蔵型アンテナである。これは、グランド層１０２に穿設したスロット１０５の配置（すなわち、給電点１０３からの左右の長さや幅）を最適化したことや、機器に内蔵する際に導体パターン１０１側を覆う金属シールド・ケース２０１を取り付けて、機器内の周辺回路からの電磁波の影響や機器周辺の反射物の影響を取り除いたことにより、安定した特性が得られるようになったことに依拠する。

また、本発明に係るスロット・アンテナは、グランド層１０２に設けられたスロット１０５の上に、両端がグランド層１０２に接するように電気抵抗体１０７を装荷することによって、グランド層１０２での反射を抑制して広帯域での特性を引き出している。さらに、１つのスロット１０５の中心部分の適度な位置に、複数の電気抵抗体１０７を装荷することによって、アンテナ特性の改善を図っている。

また、本実施形態に係るスロット・アンテナをＵＷＢ用アンテナとして適用した場合、送受信に同じ構成のアンテナをカップラ（一対）として使用することにより、特性が保証される。

図７には、本実施形態に係るスロット・アンテナをＵＷＢ用アンテナとして適用した場合の特性を示している。但し、アンテナ間の距離を１０ｍｍとして、シミュレーション及び実測を行ない、同図では横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、縦軸にＳパラメータのデシベル値をとった。

Ｓパラメータは下式のように定義される。但し、ａ１及びａ２は入力電圧、ｂ１及びｂ２は反射電圧である。

上式において、ＳパラメータのＳ１１は反射係数、Ｓ２１は結合係数を表す。反射係数Ｓ１１が小さいほどアンテナとしてマッチングが取れていることを示す。また、Ｓ２１は、アンテナの結合特性、すなわち送信機から受信機への送信信号の振幅特性（減衰率）に相当し、所望の周波数帯域で高く且つ平坦であれば、マルチパスの影響が少なくて良い。

図７では、Ｓ１１＿ｓｉｍ．及びＳ２１＿ｓｉｍ．がそれぞれＳ１１及びＳ２１のシミュレーションにより得られた数値結果を表し、Ｓ１１及びＳ２１が実測値を表している。同図より、本実施形態に係るＵＷＢ用アンテナは、ＵＷＢのローバンド（３．１〜４．９ＧＨｚ）においてＳ１１が−１０ｄＢ以下となり、通常要求されている反射特性を達成できていることが判る。

一般には、アンテナを近距離で使用する場合、通信を行なうアンテナが内蔵された機器からの反射やアンテナのグランド板からの反射があり、所望の特性を得ることは困難である（前述）。これに対し、本実施形態に係るＵＷＢ用アンテナでは、１０ｍｍという近距離でも所要の特性を十分に達成できていることが判る。

図２及び図６に示したように、周辺の電磁波の影響を取り除くためにアンテナ基板に金属シールド・ケースを取り付けているが、この場合、金属シールド・ケースによっても反射が生じる。本実施形態では、その影響も考慮しており、広帯域で動作するアンテナとして十分な特性を得ることができているので、コンシューマ機器に内蔵して用いることができる。

また、１０ｍｍという近距離でも十分な特性が得られることから、本実施形態に係るＵＷＢ用アンテナとＵＷＢ無線通信装置を内蔵した機器同士が近距離でデータ送受信を行なうことも可能である。

本実施形態に係るスロット・アンテナでは、両端がグランド導体１０２に接するように、複数の電気抵抗体１０７をスロット１０５の上に装荷して、グランド層１０２での反射を抑制して広帯域での特性向上と、インピーダンス整合によるアンテナ特性の改善を図っている。図７との比較として、電気抵抗体１０７を装荷しない場合のスロット・アンテナをＵＷＢ用アンテナとして用いた場合のＳパラメータの特性を図８に示している。この場合、３．１〜４．９ＧＨｚの範囲で反射係数が−１０ｄＢを下回っておらず、所望の特性を得られないことが理解できよう。

また、図９には、アンテナ間の距離を１００ｍｍとしたときの本実施形態に係るスロット・アンテナをＵＷＢ用アンテナとして適用した場合の特性（シミュレーション及び実測結果）を示している。但し、同図では横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、縦軸にＳパラメータのデシベル値をとった。同図から、距離が１００ｍｍまで離れた場合であっても、本実施形態に係るＵＷＢ用アンテナでは、ＵＷＢのローバンド（３．１〜４．９ＧＨｚ）においてＳ１１が−１０ｄＢ以下となり、通常要求されている反射特性を達成できていることが判る。

また、本実施形態では、グランド層１０２に設けられたスロット１０５の上に、両端がグランド層１０２に接するように電気抵抗体１０７を装荷することによって、グランド層１０２での反射を抑制して広帯域での特性を引き出すようにしている。

図１０には、スロット１０５に電気抵抗体１０７を装荷したグランド層１０２を示している。同図では、グランド層の中心をｘ＝０ｍｍの地点とし、左が正、右が負の方向と定義する。

図１１には、スロット１０５上のｘ＝０ｍｍの位置に１００Ωの電気抵抗体１０７を装荷したときのＳパラメータのシミュレーション結果を示している。ここでは、スロット１０５に１つだけ抵抗を装荷しており、給電部付近に電気抵抗体を装荷することにより、インピーダンスの整合がとり、３．１〜４．９ＧＨｚの周波数帯において反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢを下回るような所望特性に近い特性が得られている。

また、図１２には、スロット１０５上のｘ＝０ｍｍの位置に２００Ωの電気抵抗体１０７を装荷したときのＳパラメータのシミュレーション結果を示している。通り、３．１〜４．９ＧＨｚの周波数帯において反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢを下回っていない。この結果より、スロット１０５を給電部付近に装荷した場合であっても、図示の適切な抵抗値の電気抵抗体を装荷しなければ、所望の特性を得られないことが判る。

さらに、１つのスロット１０５に対してこのような電気抵抗体１０７を複数装荷することによって、インピーダンス整合を調整する自由度を得ることができる。例えば、スロット１０５中心付近の適度な位置に装荷することによって、アンテナ特性が改善される効果がある。

図１３には、スロット１０５上のｘ＝±０．６ｍｍの位置にそれぞれ１５０Ωの電気抵抗体１０７を装荷したときのＳパラメータのシミュレーション結果を示している。この結果より、１つのスロット１０５に対して、適切な抵抗値を持つ２個の電気抵抗体１０７を装荷することにより、適切な抵抗値を持つ電気抵抗体１０７を１個だけ装荷した場合に比べて、広帯域においてＳ１１の値が−１０ｄＢを下回っていることが確認できる。これは、電気抵抗体２個を適切にスロット１０５に装荷することが、１個の場合よりインピーダンス整合に寄与しているためであり、広帯域に渡って良好なアンテナ特性が得られるという効果がある。

また、図１４には、スロット１０５上のｘ＝±５ｍｍの位置にそれぞれ１５０Ωの電気抵抗体１０７を装荷したときのＳパラメータのシミュレーション結果を示している。このように、電気抵抗体１０７を給電部１０３から離間して装荷した場合には、インピーダンス整合のとれている周波数の範囲が狭くなるため、所望の周波数帯３．１〜４．９ＧＨｚにおいて良好な特性が得られていないことが判る。図１３及び図１４にそれぞれ示したシミュレーション結果を比較することにより、スロット１０５上に複数の電気抵抗体１０７を装荷する場合であっても、給電部１０３付近に装荷することが好ましいということが理解できよう。

また、図１５には、スロット１０５上に２個の電気抵抗体を装荷した他の例についてのＳパラメータのシミュレーション結果を示している。ここでは、スロット１０５上のｘ＝‐０．６ｍｍの位置に１００Ωの電気抵抗体１０７を、ｘ＝＋２．５ｍｍの位置に１５０Ωの電気抵抗体１０７をそれぞれ装荷している。このように、スロット１０５の中心（若しくは給電部１０３の位置）から非対称となる位置に、抵抗値の異なる複数の電気抵抗体１０７を適切に装荷することにより、２個の電気抵抗体１０７を対称な位置に装荷した場合と比べて、より高い自由度を以ってインピーダンス整合の保証に寄与していると考えられる。これらの結果より、スロット・アンテナのスロット部１０５に電気抵抗体１０７を装荷する場合、装荷する位置や電気抵抗体１０７の抵抗値によって特性が大きく変化するため、その装荷方法は限定されており、さらに、複数の電気抵抗体１０７を適切な位置に装荷することが、広帯域に渡って良好なアンテナ特性を得るために有効であることが理解できよう。

また、本実施形態に係るスロット・アンテナをＵＷＢ用アンテナとして適用した場合、送受信に同じ構成のアンテナをカップラ（一対）として使用することにより、特性が保証される。

図１６には、送受信のＵＷＢ用アンテナ間の距離を５０ｍｍとし、各アンテナのスロット１０５が向かい合う方向をｚ方向と設定した場合に、ｘ方向に５０ｍｍ、ｙ方向にそれぞれ５０ｍｍ動かしたときのＳパラメータの特性を示している。

同図より、送受信アンテナのどちらか一方のアンテナを動かした場合であっても、規定仕様の周波数帯域（３．１〜４．９ＧＨｚ）で反射特性が−１０ｄＢ以下となっており、１００Ｍｂｐｓ以上の大容量通信を保証することができる。また、ここでは説明を省略したが、結合特性についても、５００Ｍｂｐｓモードの伝送が可能なレベルであることを確認している。また、アンテナの向かい合う方向や角度が前後した場合であっても、同様のアンテナ特性が得られることを確認している。

ここで、送受信に同じ構成のアンテナをカップラ（一対）として使用する場合、互いのスロット・アンテナのスロット１０５部分が対向していない場合の影響が懸念される。

図１７には、送受信の各スロット・アンテナのスロット１０５部分が対向している場合のＳパラメータの特性を示している。また、図１８には、受信側のスロット・アンテナのスロット部１０５の位置を送信側のスロットに対しｙ方向に−１０ｍｍだけ動かしたときのＳパラメータの特性を示している。

図１７と図１８を比較して判るように、送受信間において、スロット１０５が完全に対向するような配置から１０ｍｍずらして互いのスロット・アンテナを向き合わせた場合であっても、４ＧＨｚの点で−３ｄＢ程度しか結合係数（Ｓ２１）が劣化しておらず、所望の結合特性を満たしていることを理解できよう。

上述したように、本発明に係るスロット・アンテナでは、給電時にスロットを横切るように発生する電界が定在波を生じて共振するとともに、スロットにまたがるように装荷した電気抵抗体により整形された電界の定在波が生じ、広帯域においてインピーダンスの整合がとることができ、この結果、ＵＷＢのローバンド（３．１〜４．９ＧＨｚ）における反射特性が−１０ｄＢ以下となることから、ＵＷＢ用アンテナとして用いることができる。

本発明に係るスロット・アンテナは、ＵＷＢ仕様帯域において良好な特性を持ち、アンテナを内蔵した機器内の周辺回路からの電磁波の影響や機器周辺の反射物の影響を受けず、且つ同じ機器内の高周波回路に影響を与えることがない。さらに、ＤＡＮのような長近距離エリアにおける無線データ通信に適用した場合であっても、ＵＷＢ用アンテナとして長近距離でも反射特性及び結合特性ともに良好な特性を得ることができ、アンテナを内蔵した機器からの反射や、アンテナのグランド板からの反射の影響を回避することができる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係るスロット・アンテナの導体パターン１０１側並びにグランド層１０２側それぞれの表面構造を示した図である。 図２は、図１に示したスロット・アンテナの断面構造を示した図である。 図３は、導体パターン１０６の構成例を示した図である。 図４は、グランド層１０２の構成例を示した図である。 図５は、金属シールド・ケース２０１の上面図及び側面図を示した図である。 図６は、スロット・アンテナのアンテナ基板に金属シールド・ケース２０１を取り付けたときの縦断面側面図を示した図である。 図７は、アンテナ間の距離を１０ｍｍとしたときの本発明に係るスロット・アンテナをＵＷＢ用アンテナとして適用した場合の特性を示した図である。 図８は、電気抵抗体を装荷しない場合のスロット・アンテナのＳパラメータの特性を示した図である。 図９は、アンテナ間の距離を１００ｍｍとしたときの本発明に係るスロット・アンテナをＵＷＢ用アンテナとして適用した場合の特性を示した図である。 図１０は、スロット１０５に電気抵抗体１０７を装荷したグランド層１０２を示した図である。 図１１は、スロット１０５上のｘ＝０ｍｍの位置に１００Ωの電気抵抗体１０７を装荷したときのＳパラメータのシミュレーション結果を示した図である。 図１２は、スロット１０５上のｘ＝０ｍｍの位置に２００Ωの電気抵抗体１０７を装荷したときのＳパラメータのシミュレーション結果を示した図である。 図１３は、スロット１０５上のｘ＝±０．６ｍｍの位置にそれぞれ１５０Ωの電気抵抗体１０７を装荷したときのＳパラメータのシミュレーション結果を示した図である。 図１４は、スロット１０５上のｘ＝±５ｍｍの位置にそれぞれ１５０Ωの電気抵抗体１０７を装荷したときのＳパラメータのシミュレーション結果を示した図である。 図１５は、スロット１０５上のｘ＝‐０．６ｍｍの位置に１００Ωの電気抵抗体１０７を、ｘ＝＋２．５ｍｍの位置に１５０Ωの電気抵抗体１０７をそれぞれ装荷したときのＳパラメータのシミュレーション結果を示した図である。 図１６は、送受信のＵＷＢ用アンテナ間の距離を５０ｍｍとし、各アンテナのスロット１０５が向かい合う方向をｚ方向と設定した場合に、ｘ方向に５０ｍｍ、ｙ方向にそれぞれ５０ｍｍ動かしたときのＳパラメータの特性を示した図である。 図１７は、送受信の各スロット・アンテナのスロット部分が対向している場合のＳパラメータの特性を示した図である。 図１８は、受信側のスロット・アンテナのスロット部の位置を送信側のスロットに対しｙ方向に−１０ｍｍだけ動かしたときのＳパラメータの特性を示した図である。

符号の説明

１０１…誘電体基板
１０２…グランド層
１０３…給電部
１０４…マイクロストリップ・ライン
１０５…スロット
１０６…導体パターン
１０７…電気抵抗体

Claims (9)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の第１の面に形成された導体パターンと、
   前記誘電体基板の第２の面に形成されたグランド層と、
   前記導体パターンのほぼ中央に設けられた給電点と、
   前記給電点から前記導体パターンのほぼ中央に延びるマイクロストリップ・ラインと、
   前記グランド層において給電点を通る前記誘電体基板の中心線をまたぐ位置に所定の幅で穿設されたスロットと、
   を具備することを特徴とするスロット・アンテナ。
2. 前記導体パターンに沿って実装される金属シールド・ケースをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスロット・アンテナ。
3. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の第１の面に形成された導体パターンと、
   前記誘電体基板の第２の面に形成されたグランド層と、
   前記導体パターンのほぼ中央に設けられた給電点と、
   前記給電点から前記導体パターンのほぼ中央に延びるマイクロストリップ・ラインと、
   前記グランド層のほぼ中央に穿設されたスロットと、
   前記導体パターンに沿って実装された金属シールド・ケースと、
   を具備することを特徴とするスロット・アンテナ
4. 前記スロット上に、両端がグランド層に接するように装荷された電気抵抗体をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のスロット・アンテナ。
5. １又は複数の電気抵抗体を前記スロット中心付近の適度な位置に装荷する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のスロット・アンテナ。
6. 前記スロットの中心から非対称となる位置に抵抗値の異なる複数の電気抵抗体を装荷する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のスロット・アンテナ。
7. 請求項１又は３に記載のスロット・アンテナを用いたことを特徴とするＵＷＢ通信機。
8. 請求項２又は３に記載のスロット・アンテナを用いたことＵＷＢ通信装置を内蔵したことを特徴とする情報機器。
9. 送受信機においてそれぞれ請求項１又は３に記載のスロット・アンテナをカップラとして使用することを特徴とするＵＷＢ通信システム。