JP6058573B2 - アンテナおよび電子機器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、近接無線技術に関する。

近年、高速データ通信が可能な近接無線技術の開発が進められている。この近接無線技術は、互いに近接された２つのデバイス間の高速無線データ転送を可能にする。近接無線通信機能を有するデバイスそれぞれは近接無線アンテナ（カプラ）を含む。

近接無線技術で用いられる典型的なアンテナは、例えば、結合電極、共振部、グランド板等から構成される。信号は、共振部を介して結合電極に供給される。この結果、結合電極に多くの電荷が蓄積される。これにより、互いに近接された２つのデバイスのアンテナ同士の結合が可能となる。

特開２０１２−２３１３１４号公報

しかし、従来では、近接無線通信によってデバイス間の安定したデータ通信を実行できるようにするためには、それらデバイスのアンテナ同士を高精度で向かい合わせることが必要とされた。

本発明の目的は、相手のデバイスと結合し易くすることができるアンテナおよび電子機器を提供することである。

実施形態によれば、アンテナは、第１開放端と第２開放端とを備え、第１方向に延在する第１結合素子と、第３開放端と第４開放端とを備え、前記第１結合素子と隙間を置いて対向し且つ前記第１結合素子と平行に延在する第２結合素子と、給電端子の正側給電点と前記第１結合素子の前記第１および第２の開放端間の中点との間を接続する第１接続素子であって、前記給電端子は前記第１結合素子と前記第２結合素子との間に位置する、第１接続素子と、前記第１結合素子と前記第２結合素子との間に位置する接続点と前記第１結合素子の前記中点との間を接続する第２接続素子と、前記給電端子のグランド側給電点と前記第２結合素子の前記第３および第４の開放端間の中点との間を接続する第３接続素子と、前記接続点と前記第２結合素子の前記中点との間を接続する第４接続素子とを具備する。前記第１結合素子の前記中点と前記第１および第２の開放端の各々との間の電気長は、近接無線通信で使用される周波数に対応する波長λの１／４の奇数倍の第１電気長である。前記第２結合素子の前記中点と前記第３および第４の開放端の各々との間の電気長は、前記第１電気長である。前記第１、第２、第３および第４の接続素子の各々の電気長は、前記波長λの１／４の奇数倍の第２電気長である。

実施形態に係るアンテナ（カプラ）の構成例を示す図。 同実施形態に係るアンテナの原理を説明するための図。 同実施形態に係るアンテナの実装構造の第１の例を示す図。 同実施形態に係るアンテナの実装構造の第２の例を示す図。 図４のアンテナの実装構造を裏面側から見た図。 図４のアンテナ内の２つのアンテナパターン間を接続（短絡）する接続点の構造を示す斜視図。 図４のアンテナの電界の向きを説明するための図。 同実施形態に係るアンテナの特性測定において用いられる同アンテナと基準カプラとの間の位置関係の例を説明するための図。 同実施形態に係るアンテナの特性測定において用いられる同アンテナと基準カプラとの間の位置関係の別の例を説明するための図。 同実施形態に係るアンテナの特性を示す図。 同実施形態に係るアンテナの幅を広げた場合に対応する同アンテナの実装構造の例を示す図。 同実施形態に係るアンテナが適用される電子機器を示す斜視図。 図１２の電子機器の筐体の面上に近接される外部デバイス（スマートホン）の向きの例を示す図。 図１２の電子機器の構成を示す図。 同実施形態に係るアンテナが適用される他の電子機器を示す斜視図。 同実施形態に係るアンテナが適用されるさらに他の電子機器（通信機器）を示す斜視図。 図１６の電子機器のボトムケースにアッパーケースが取り付けられた状態を示す図。 図１６の電子機器のボトムケース内に他の電子機器（スマートホン）が挿入される過程を示す図。 図１６の電子機器のボトムケース内に他の電子機器（スマートホン）が挿入された状態を示す図。 図１６の電子機器のボトムケースにトップケースが取り付けられる過程を示す図。 図１６の電子機器のボトムケースにトップケースが取り付けられた状態を示す図。 図１８の電子機器のボトムケースに、同実施形態に係るアンテナと非接触充電のためのコイルとを含むプリント回路基板を配置した状態を示す図。

以下、図面を参照して、実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、実施形態に係るアンテナ１の構成について説明する。このアンテナ１は、アンテナ１と他のアンテナとの間の電磁的結合によって電磁波を送受信する。アンテナ１は、近接無線通信のために使用されるアンテナ（カプラ）として機能する。近接無線通信は、互いに近接されたデバイス間のデータ転送を実行する。近接無線通信方式としては、例えばTransferJet（登録商標）を使用し得る。TransferJetは、UWB（Ultra Wide Band）を利用した近接無線通信方式である。２つのデバイスが通信範囲（例えば３ｃｍ）内に接近した場合、それらデバイスそれぞれに設けられたアンテナ間が電磁気的に結合される。この結合により、それらデバイスはピア・ツー・ピアで無線通信することができる。

アンテナ１は、様々な種類のデバイスにアンテナ１を容易に取り付けできるようにするために、平面型のアンテナとして実現されている。このアンテナ１は、プリント回路基板上の配線パターンによって実現され得る。

このアンテナ１は、このアンテナ１が搭載されるデバイスと他のデバイスとの間を結合し易くできるように構成されている。例えば、アンテナ１が搭載されるデバイスは、スマートホンのようなモバイルデバイスに対して各種サービスを提供するように構成されたデジタル端末（ボックス）であってもよい。この場合、このデジタル端末（ボックス）の筐体の上面（通信面）上のどこにモバイルデバイスが置かれたとしても、あるいはこの上面（通信面）上のどこにモバイルデバイスが近接されたとしても、デバイス間で安定した近接無線通信を実行できるようにすることが好ましい。

あるいは、アンテナ１が搭載されるデバイスは、スマートホンのようなモバイルデバイスであってもよい。この場合には、例えば、スマートホンの筐体の背面内のどの部分が他のデバイスのアンテナ（カプラ）部分に近接された場合でも、これらデバイス間の安定した近接無線通信を実行できるようにすることが好ましい。

そこで、本実施形態では、アンテナ１と他のアンテナとを精度良く向かい合わせること無くそれらアンテナ間の電磁気的な結合を可能とするアンテナ構造を採用している。このアンテナ構造は、平面形状を有するアンテナ１の上面上の特定の一部分のみならず、平面形状を有するアンテナ１の上面上の領域全体が結合部として機能するように構成されている。

このアンテナ構造は、デバイス間の位置合わせに関する制約、例えば、デジタル端末（ボックス）とモバイルデバイスとの間の位置合わせに関する制約を緩和することを可能にする。よって、デジタル端末（ボックス）の筐体の上面（通信面）上のどこにモバイルデバイスが置かれたとしても、あるいはこの上面（通信面）上のどこにモバイルデバイスが近接されたとしても、近接無線通信によってこれらデバイス間の安定したデータ通信を実行することができる。

さらに、本実施形態のアンテナ構造は、アンテナ１内の結合素子（結合部分）の大型化に好適なアンテナ構造を提供する。

結合素子（結合部分）の面積が大きいアンテナ構造は、デジタル端末（ボックス）の筐体の上面（通信面）に配置されるアンテナやモバイルデバイスの背面に配置されるアンテナの実現に好適である。

以下、アンテナ１の構造について説明する。
図１は、このアンテナ１を上面から見た図である。図１に示されているように、アンテナ１は、第１結合素子１１と、接続素子１２と、接続素子１３と、第２結合素子２１と、接続素子２２と、接続素子２３とを備える。これら素子１１〜１３、２１〜２３の各々は線状であり、プリント回路基板上の配線パターンによって実現し得る。

第１結合素子１１、接続素子１２、接続素子１３を含む第１のアンテナパターンＡＰ１と第２結合素子２１、接続素子２２、接続素子２３を含む第２のアンテナパターンＡＰ２は、このアンテナ１の長手方向（ｘ方向）に延びる中心線２に関して対称である。

第１結合素子１１は、アンテナ１と他のアンテナとの間を電磁気的に結合するために用いられる素子である。この結合素子１１は細長い素子であり、開放端Ｅ１と開放端Ｅ２とを有する。開放端Ｅ１は結合素子１１の一端であり、ここにはどの導電体も接続されない。開放端Ｅ２は結合素子１１の他端であり、ここにもどの導電体も接続されない。結合素子１１は、第１方向（ｘ方向）に延在している。

第２結合素子２１も、アンテナ１と他のアンテナとの間を電磁気的に結合するために用いられる素子である。第２結合素子２１は、上述の結合素子１１と隙間を置いて対向し、且つ結合素子１１と平行に延在する。

この第２結合素子２１も細長い素子であり、開放端Ｅ３と開放端Ｅ４とを有する。開放端Ｅ３は結合素子２１の一端であり、ここにはどの導電体も接続されない。開放端Ｅ４は結合素子２１の他端であり、ここにもどの導電体も接続されない。

アンテナ１において、第１結合素子１１と第２結合素子２１との間の領域には、給電端子１０と接続点（短絡点）Ｐとが位置する。給電端子１０は、信号を伝送する同軸ケーブルが接続されるコネクタであってもよい。接続点（短絡点）Ｐは、２つのアンテナパターンＡＰ１、ＡＰ２を接続するための接続位置である。

給電端子１０および接続点（短絡点）Ｐは、上述の中心線２上に位置されていてもよい。さらに、給電端子１０および接続点（短絡点）Ｐは、第１結合素子１１の中点Ａ１と第２結合素子２１の中点Ａ２とを結ぶ仮想線の両側に位置していてもよい。給電端子１０と接続点Ｐとの間のｘ方向の距離は、特に制限されるものでは無く、接続素子１２、１３、２２、２３の長さに適した距離に設定すれば良い。接続素子１２、１３、２２、２３の長さ（電気長）に関しては後述する。

接続素子１２は、第１結合素子１１への給電のために、給電端子１０の正側給電点１０ａと結合素子１１の中点Ａ１との間を接続する素子である。接続素子１２の一端は、正側給電点１０ａに接続される。接続素子１２の他端は、第１結合素子１１の中点Ａ１に接続される。以下では、接続素子１２は給電素子と称する。

第１結合素子１１の中点Ａ１は、第１結合素子１１の２つの開放端Ｅ１、Ｅ２間の中点である。つまり、第１結合素子１１の中点Ａ１は、第１結合素子１１の長手方向の中間点に位置する。開放端Ｅ１と中点Ａ１との間の距離は、開放端Ｅ２と中点Ａ１との間の距離に等しい。

正側給電点１０ａは上述のコネクタの正側端子である。上述のコネクタは、同軸ケーブルの内部導体に接続される正側端子と、同軸ケーブルの外部導体に接続されるグランド側端子とを含む。正側端子が正側給電点１０ａとして使用され、グランド側端子がグランド側給電点１０ｂとして使用される。

接続素子１３は、接続点（短絡点）Ｐと第１結合素子１１の中点Ａ１とを接続する素子である。接続素子１３の一端は、接続点（短絡点）Ｐに接続される。接続素子１３の他端は、第１結合素子１１の中点Ａ１に接続される。以下では、素子１３は短絡素子と称する。

第１結合素子１１、給電素子１２、短絡素子１３を含む第１のアンテナパターンＡＰ１は、第１結合素子１１の中点Ａ１に関して左右対称の形状を有している。

接続素子２２は、第２結合素子２１への給電のために、給電端子１０のグランド側給電点１０ｂと第２結合素子２１の中点Ａ２との間を接続する素子である。接続素子２２の一端は、グランド側給電点１０ｂに接続される。接続素子２２の他端は、第２結合素子２１の中点Ａ２に接続される。以下では、接続素子２２は給電素子と称する。

第２結合素子２１の中点Ａ２は、第２結合素子２１の２つの開放端Ｅ３、Ｅ４間の中点である。つまり、第２結合素子２１の中点Ａ２は、第２結合素子２１の長手方向の中間点に位置する。開放端Ｅ３と中点Ａ２との間の距離は、開放端Ｅ４と中点Ａ２との間の距離に等しい。

接続素子２３は、接続点（短絡点）Ｐと第２結合素子２１の中点Ａ２とを接続する素子である。接続素子２３の一端は、接続点（短絡点）Ｐに接続される。接続素子２３の他端は、第２結合素子２１の中点Ａ２に接続される。以下では、素子２３は短絡素子と称する。

第２結合素子２１、給電素子２２、短絡素子２３を含む第２のアンテナパターンＡＰ２は、第２結合素子２１の中点Ａ２に関して左右対称の形状を有している。

次に、第１結合素子１１の電気長について説明する。

第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ１との間の電気長は、Ｌ１（第１電気長）である。このＬ１は、ｎ×λ／４に設定されている。λは上述の近接無線通信で使用される周波数に対応する波長である。より詳しくは、近接無線通信で使用される周波数帯域内の中心周波端数に対応する波長がλである。ｎは１以上の奇数であればよい。換言すれば、結合素子１１の中点Ａ１と第１開放端Ｅ１との間の電気長は、波長λの１／４の奇数倍である。アンテナ１の大型化（第１結合素子１１の大型化）を図る場合には、ｎの値を３以上の奇数に設定すれば良い。

図１においては、Ｌ１＝７×λ／４に設定される場合が例示されている。このように結合素子１１の全長の１／２が７×λ／４に設定されている場合には、他のデバイスのアンテナ（例えば小型アンテナ）が結合素子１１の長手方向内のどの部分に対向してもアンテナ間の結合が可能となる。よって、安定した近接無線通信を実行することが出来る。

同様に、第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ２との間の電気長も、第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ１との間の電気長と同じＬ１である。

上述したように、第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ１との間の電気長はｎ×λ／４であるので、第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ１との間の素子部分は一つの共振アンテナ部（共振部）として機能する。同様に、第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ２との間の電気長もｎ×λ／４であるので、第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ２との間の素子部分は別の一つの共振アンテナ部（共振部）として機能する。このように、第１結合素子１１自体が共振部として機能する。

したがって、アンテナ１においては、第１結合素子１１の他に、共振スタブのような専用の共振回路を設けることなく、所望周波数帯域の信号に対応する多くの電流を結合素子１１に流すことができる。この結果、アンテナ１の上面においては、第１結合素子１１の長手方向に沿った部分、つまり第１結合素子１１を囲む領域（アンテナ１の上部領域）は、他のアンテナとの結合が可能な結合部分として機能する。上述したように、給電素子１２が第１結合素子１１の中点Ａ１に接続されているので、第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ１との間の素子部分における電流分布は、第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ２との間の素子部分における電流分布と対称となる。よって、第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ１との間の素子部分、または第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ２との間の素子部分のどちらに相手のアンテナが近接された場合でも、これらアンテナ間の電磁気的な結合の強さを同等にすることができる。

次に、第２結合素子２１の電気長について説明する。

第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ３との間の電気長は、上述のＬ１（第１電気長）に等しい。同様に、第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ４との間の電気長も、上述のＬ１（第１電気長）に等しい。

したがって、第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ２との間の電気長はｎ×λ／４であるので、第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ３との間の素子部分も一つの共振アンテナ部（共振部）として機能する。同様に、第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ４との間の電気長もｎ×λ／４であるので、第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ４との間の素子部分も別の一つの共振アンテナ部（共振部）として機能する。このように、第２結合素子２１自体が共振部として機能する。この結果、所望周波数帯域の信号に対応する多くの電流を第２結合素子２１に流すことができる。

したがって、アンテナ１の上面において、第２結合素子２１の長手方向に沿った部分、つまり第２結合素子２１を囲む領域（アンテナ１の下部部）も、他のアンテナとの結合が可能な結合部分として機能する。上述したように、給電素子２２が第２結合素子２１の中点Ａ２に接続されているので、第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ３との間の素子部分における電流分布は、第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ４との間の素子部分における電流分布と対称となる。よって、第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ３との間の素子部分、または第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ４との間の素子部分のどちらに相手のアンテナが近接された場合でも、これらアンテナ間の電磁気的な結合の強さを同等にすることができる、
次に、給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、および短絡素子２３の各々の電気長について説明する。

本実施形態では、第１結合素子１１を囲む領域と第２結合素子２１を囲む領域との間の領域（中央領域）も結合部として利用できるようにするために、給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、短絡素子２３の各々の電気長Ｌ２（第２の電気長）は、波長λの１／４の奇数倍に設定されている。すなわち、Ｌ２＝ｍ×λ／４である。

ｍは１以上の奇数であればよい。換言すれば、給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、短絡素子２３の各々の電気長Ｌ２は、波長λの１／４の奇数倍である。アンテナ１の大型化を図る場合には、ｍの値を３以上の奇数に設定すれば良い。

アンテナ１の実用的なサイズを考慮すれば、ｎは３以上の奇数、ｍは３以上の奇数、ｍはｎ以下、の条件が満たされるように、アンテナ１内の各素子の長さを設定しても良い。図１においては、Ｌ１＝７×λ／４、Ｌ２＝５×λ／４、に設定される場合が例示されている。

このように給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、短絡素子２３の各々の電気長Ｌ２が波長λの１／４の奇数倍に設定されている場合には、給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、短絡素子２３の各々も、一つの共振アンテナ部（共振部）として機能する。この結果、給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、短絡素子２３の各々に多くの電流が流れる。したがって、アンテナ１の上面においては、給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、短絡素子２３の長手方向にそれぞれ沿った４つの領域も、他のアンテナとの結合が可能な結合部分として機能する。したがって、第１結合素子１１の長手方向に沿った部分と第１結合素子２１の長手方向に沿った部分との間の領域（中央領域）も結合部として利用可能となる。この場合、紙面から見て、中央領域内の第１象限（右上）、第２象限（左上）、第３象限（左下）、および第４象限（右下）は、短絡素子１３、給電素子１２、給電素子２２、および短絡素子２３によってカバーされる。

短絡素子１３、給電素子１２、給電素子２２、および短絡素子２３の各々は、少なくとも、第１方向に直交する第２方向（ｙ方向）に延びる素子部分を有していても良い。これにより、たとえ、相手のデバイスの向きが、そのデバイスのアンテナの結合素子の長手方向がｙ方向に延在するような向きでアンテナ１の上面に近接された場合でも、これらアンテナ間を結合しやすくすることができる。

例えば、給電素子１２に関しては、図１に示されているように、折れ曲がった形状を有していてもよい。すなわち、給電素子１２は、給電端子１０の正側給電点１０ａから−ｙ方向に延在する素子部分１２ａを線分として有している。素子部分１２ａは、給電端子１０の正側給電点１０ａから結合素子１１に向けて延在する。素子部分１２ａを除く給電素子１２の残りの素子部分（残り線分）は、素子部分１２ａの端部から斜め右上方向に向けて延び、素子部分１２ａの端部と結合素子１１の中点Ａ１とを接続する。このように、給電素子１２は延在方向が異なる２つの素子部分を含む。この構造により、アンテナ１の上面に対向される他のデバイスのアンテナの結合素子の様々な向きをサポートすることが可能となる。

給電端子１０のｘ方向の位置は、結合素子１１の中点Ａ１の直下ではなく、中点Ａ１と開放端Ｅ１との間の位置に設定しても良い。このように、給電端子１０のｘ方向の位置は、結合素子１１の中点Ａ１の直下の位置よりも−ｘ方向側にオフセットされた位置に設定可能である。同様に、接続点（短絡点）Ｐのｘ方向の位置は、結合素子１１の中点Ａ１の直下ではなく、中点Ａ１と開放端Ｅ２との間の位置に設定しても良い。このように、接続点（短絡点）Ｐのｘ方向の位置は、結合素子１１の中点Ａ１の直下の位置よりも＋ｘ方向側にオフセットされた位置に設定可能である。

これにより、たとえ給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、短絡素子２３の各々の電気長Ｌ２を長くしても、アンテナ１の幅方向のサイズの過度の増加を防止することが出来る。

ところで、第１結合素子１１においては、Ｌ１の長さがλ／４よりも長くなるほど、信号が減衰しやすくなる。つまり、Ｌ１の長さがλ／４よりも長くなるほど、第１結合素子１１と他のアンテナとが結合可能な空間面積は広がるが、第１結合素子１１周囲の電界強度は低下する可能性がある。

しかし、本実施形態では、上述したように、第１結合素子１１だけでなく、第２結合素子２１、給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、および短絡素子２３が共振部として機能する。したがって、これら６つの素子の働きによって十分な電界強度を得ることができる。

次に、図２を参照して、図１のアンテナ１の原理を説明する。

図２の左上部は、ある平面型小型アンテナを示している。この小型アンテナの結合素子１１’の全長はλ／２である。給電素子１２’の長さは波長λに対して無視しうる程度短い。この給電素子１２’は給電点（正側給電点）１０ａ’と結合素子１１’の中点Ａ１’とを接続する。短絡素子１３’は、結合素子１１’の中点Ａ１’とグランド板（ＧＮＤ）とを接続する。

この小型アンテナにおいては、結合素子１１’だけが結合部分として機能する。

図２の右上部は、改良されたアンテナ構造を示す。このアンテナ構造は、本実施形態のアンテナ１の一部分に対応する。

改良されたアンテナ構造においては、結合素子１１’は２×ｎ×λ／４の全長を有する結合素子１１に置き換えられている。給電素子１２’は、ｍ×λ／４の長さを有する給電素子１２に置き換えられている。短絡素子１３’は、ｍ×λ／４の長さを有する短絡素子１３に置き換えられている。ｍ×λ／４の長さを有する給電素子１２および短絡素子１３の各々は、上述したように共振部および結合部として機能することができる。よって、改良されたアンテナ構造においては、３つの結合部分を有する。

図２の右下部は、さらに改良されたアンテナ構造を示す。このアンテナ構造は、本実施形態のアンテナ１の構造である。

アンテナ１では、第１結合素子１１、第２結合素子２１、給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、および短絡素子２３に対応する６つの領域が結合部分として機能する。よって、アンテナ１が搭載されるデバイスと他のデバイスとの間を結合し易くすることができる。

次に、図３を参照して、図１のアンテナ１を実現するための実装構造例を説明する。
アンテナ１はプリント回路基板２０を備えている。プリント回路基板２０は、硬質プリント回路基板またはフレキシブル回路基板のいずれであってもよい。プリント回路基板２０の幅はＷ、長さはＬである。プリント回路基板２０の第１表面２０ａ上においては、第１結合素子１１、給電素子１２、短絡素子１３、第２結合素子２１、給電素子２２、短絡素子２３、および給電端子（コネクタ）１０が配置されている。

第１結合素子１１は、その第１結合素子１１の長手方向がプリント回路基板２０の長さＬの方向に伸びた一辺２０ｃと平行に延在するように第１表面２０ａ上に配置される。この場合、第１結合素子１１は、第１結合素子１１の長辺がプリント回路基板２０の第１表面２０ａの一辺２０ｃと面一となるように、プリント回路基板２０の長さＬの方向に伸びた第１表面２０ａ上の一方の縁部に配置してもよい。給電素子１２は、結合素子１１の中点Ａ１と給電端子１０の正側給電点１０ａとの間に延在される。給電端子１０はプリント回路基板２０の裏面側に設けられても良い。この場合、給電端子１０の正側給電点１０ａはビア（スルーホール）を介して給電素子１２に接続されてもよく、給電端子１０のグランド側給電点１０ｂはビアを介して給電素子２２に接続されてもよい。短絡素子１３は、第１結合素子１１の中点Ａ１と接続点（短絡点）Ｐとの間に延在される。

第２結合素子２１は、その第２結合素子２１の長手方向がプリント回路基板２０の長さＬの方向に伸びた他辺２０ｄと平行に延在するように第１表面２０ａ上に配置される。この場合、第２結合素子２１は、第２結合素子２１の長辺がプリント回路基板２０の第１表面２０ａの他辺２０ｄと面一となるように、プリント回路基板２０の長さＬの方向に伸びた第１表面２０ａ上の他方の縁部に配置してもよい。

給電素子２２は、給電端子１０のグランド側給電点１０ｂと第２結合素子２１の中点Ａ２との間に延在される。短絡素子２３は、第２結合素子２１の中点Ａ２と接続点（短絡点）Ｐとの間に延在される。

次に、図４から図７を参照して、図１のアンテナ１を実現するための別の実装構造例を説明する。
ここでは、プリント回路基板の表面及び裏面の２つの面を用いてアンテナ１が実現される。

図４に示されているように、アンテナ１はプリント回路基板２０を備えている。プリント回路基板２０は、上述したように硬質プリント回路基板またはフレキシブル回路基板のいずれであってもよい。プリント回路基板２０の第１表面２０ａ上の第1領域においては、第１結合素子１１、給電素子１２、短絡素子１３、および給電端子（コネクタ）１０が配置されている。

第１結合素子１１は、図３で説明した実装構造例と同様に、その第１結合素子１１の長手方向がプリント回路基板２０の長さＬの方向に伸びた一辺２０ｃと平行に延在するように、第１表面２０ａ上に配置される。この場合、第１結合素子１１は、結合素子１１の長辺がプリント回路基板２０の第１表面２０ａの一辺２０ｃと面一となるように、プリント回路基板２０の長さＬの方向に伸びた第１表面２０ａ上の一方の縁部に配置される。

図５に示されているように、プリント回路基板２０の第２表面２０ｂ上の第２領域においては、第２結合素子２１、給電素子２２、および短絡素子２３が配置されている。第２表面２０ｂ上の第２領域は、第２表面２０ｂ上の第２領域と第１表面２０ａ上の第1領域とを同一平面上に投影した場合に第１表面２０ａ上の第1領域から離される領域である。つまり、第２領域は、第1領域に対向しない領域である。

第２結合素子２１は、図３で説明した実装構造例と同様に、その第２結合素子２１の長手方向がプリント回路基板２０の長さＬの方向に伸びた他方の辺２０ｄと平行に延在するように第２表面２０ｂ上に配置される。この場合、第２結合素子２１は、第２結合素子２１の長辺がプリント回路基板２０の第２表面２０ｂの一辺２０ｄと面一となるように、プリント回路基板２０の長さＬの方向に伸びた第２表面２０ｂ上の一方の縁部に配置される。

接続点（短絡点）Ｐに関しては、第１表面２０ａ上の短絡素子１３と第２表面２０ｂ上の短絡素子２３は、図６に示すように、ビア（スルーホール）３０を介して互いに接続される。

図７に示されているように、第１表面２０ａ上の第１領域内の第１結合素子１１、給電素子１２および短絡素子１３には正の電荷が蓄積され、第２表面（裏面）２０ｂ上の第２領域内の第２結合素子２１、給電素子２２および短絡素子２３には負のイメージ電荷が蓄積される。したがって、プリント回路基板２０の下側から上側に向かう方向（ｚ方向）の電界成分を増やすことが出来る。この結果、平面上のアンテナ１の＋ｚ方向の結合性能を高めることが可能となり、平面上のアンテナ１とこのアンテナ１の上面に対向する他のアンテナとの間をより結合しやすくすることが出来る。

次に、図８〜図１０を参照して、アンテナ１の特性測定の結果について説明する。ここでは、アンテナ１がプリント回路基板の２つの面を用いて実装される構造である場合を想定する。図８、図９は測定条件を示している。

図８の測定条件においては、アンテナ１と基準アンテナ（基準カプラ）１０とが垂直方向（ｚ方向）に１５ｍｍ離されている。つまり、アンテナ１の上面（第１表面２０ａ）から距離１５ｍｍ離された位置に基準アンテナ（基準カプラ）１０が配置される。

基準アンテナ（基準カプラ）１０としてはこの分野で広く知られているアンテナを用いればよい。図８の例では、基準アンテナ（基準カプラ）１０は共振回路１０Ａ、結合素子１０Ｂ、およびグランド板１０Ｃを備えている。

図９の測定条件においては、アンテナ１と基準アンテナ（基準カプラ）１０とが水平方向（ｙ方向）に１５ｍｍ離されている。つまり、アンテナ１の端面（結合素子１１が配置されている辺）から１５ｍｍ離された位置に基準アンテナ（基準カプラ）１０が配置される。

図１０は、図８、図９の測定条件下におけるアンテナ１のＳ２１特性を示している。図１０の横軸は周波数を表し、図１０の縦軸はＳ２１［ｄＢ］を表している。図１０において、３１は図９の測定条件（水平対向）下におけるアンテナ１のＳ２１特性を表す。３２は図８の測定条件（垂直対向）下におけるアンテナ１のＳ２１特性を表す。図８、図９のどちらの測定条件においても、所望周波数４．４８ＧＨｚ近傍の周波数領域において、十分な特性が得られる。

図１１は、図３のアンテナ１よりもアンテナ１の幅Ｗを広げた場合の実装構造例を示す。

図１１においては、第１結合素子１１の電気長の１／２、給電素子１２の電気長、短絡素子１３の電気長、第２結合素子２１の電気長の１／２、給電素子２２の電気長、および短絡素子２３の電気長の各々は、Ｌ１（＝７×λ／４）に設定されている。したがって、アンテナ１の幅Ｗ（プリント回路基板２０の幅Ｗ）は、図３のプリント回路基板２０の幅Ｗよりも広く設定されている。なお、図１１のアンテナ１もプリント回路基板２０の両面を用いて実装しても良い。

次に、図１２を参照して、アンテナ１が搭載される電子機器の例を説明する。

この電子機器は、スマートホンのようなデバイス（モバイルデバイス）に対して各種サービスを提供するように構成されたデジタル端末（ボックス）である。このボックス１００は、ボックス本体１０１とディスプレイ１０２とを備える。ボックス本体１０１の筐体の上面１０２は、スマートホンとの近接無線通信を実行するための通信面として機能する。上面１０２は、ボックス本体１０１の筐体の上壁の表面である。

本実施形態のアンテナ１は上面１０２に配置される。この場合、アンテナ１は、アンテナ１のプリント回路基板２０の第１表面２０ａがボックス本体１０１の筐体の上壁の内面と対向するように、ボックス本体１０１の筐体の上壁の内面に取り付けられても良い。

ユーザは、自身のスマートホン（モバイルデバイス）を上面１０２上に置く、または上面１０２上にかざすことによって、例えば、デジタルコンテンツの転送といった所望のサービスを利用することが出来る。ディスプレイ１０２の画面には、ボックス本体１０１内に保存されているコンテンツの一覧が表示されても良い。

図１３は、上面１０２上に置かれるスマートホン４０の向きの例を示す。いま、スマートホン４０の筐体の特定箇所に小型アンテナ（小型カプラ）が存在する場合を想定する。図１３の左部に示すような向きでスマートホン４０が上面１０２上に置かれた場合と、図１３の右部に示すような向きでスマートホン４０が上面１０２上に置かれた場合とで、スマートホン４０の小型アンテナが対向される上面１０２上の位置は異なる。本実施形態のアンテナ１は、その上面のほぼ全体が結合部として機能する。したがって、上面１０２上に置かれるスマートホン４０の向きによらずに、スマートホン４０とボックス本体１０１との間の安定したデータ通信を実行することが可能となる。

図１４は、ボックス本体１０１の構成例を示す。
ボックス本体１０１の筐体内には、アンテナ１に加え、プロセッサ５１、近接無線通信モジュール５２、ストレージデバイス５３、および周辺インタフェースなどが設けられている。

プロセッサ５１は、近接無線通信モジュール５２、ストレージデバイス５３、および周辺インタフェースを制御する。近接無線通信モジュール５２は、アンテナ１を使用して相手デバイスとの近接無線通信を実行する。この近接無線通信モジュール５２は、高周波回路（ＲＦ回路）とホストインタフェースとを含む。ホストインタフェースは、ＵＳＢのようなインタフェースであってもよい。近接無線通信においては、例えば、ストレージデバイス５３内に格納されたコンテンツを相手デバイスに転送するサービス、相手デバイスから受信されるコンテンツをストレージデバイス５３に保存するサービスなどが実行される。

図１５は、アンテナ１を備える別の電子機器の例を示す。

図１５の電子機器はモバイルデバイス、例えばスマートホン４０である。このスマートホン４０はアンテナ１が取り付け可能な筐体を備える。この筐体は、例えば、下部筐体４１と上部筐体４２とを含む。上部筐体４２の上面にはディスプレイ４３が配置されている。下部筐体４１の下面にはマイクロＵＳＢコネクタのようなコネクタ４４が設けられている。

アンテナ１は、下部筐体４１の底壁の内面に取り付けられていてもよい。この場合、アンテナ１のプリント回路基板２０の第１表面２０ａが下部筐体４１の底壁の内面と対向されてもよい。

このようにスマートホン４０にアンテナ１を内蔵することにより、ユーザは、スマートホン４０の背面を他のデバイスにかざすだけでこれらデバイス間のデータ転送を実行することができる。

アンテナ１を備えるモバイルデバイスは、スマートホンに限定されない。アンテナ１を備えるモバイルデバイスとしては、例えば、ＰＤＡ、パーソナルコンピュータ、タブレットであってもよい。

図１５では、アンテナ１が取り付け可能な筐体がスマートホン４０自体の筐体である場合を示したが、アンテナ１が取り付け可能な筐体は、スマートホン４０（モバイルデバイス）に取り付け可能なバックカバーであってもよい。以下、バックカバーにアンテナ１を取り付ける構造について説明する。このバックカバーは、モバイルデバイスに近接無線通信機能を追加するための通信機器として機能する。換言すれば、このバックカバーは、モバイルデバイスに取り付け可能な一種の通信機器である。

図１６は、バックカバーの主部であるボトムケース７１を示す。ボトムケース７１の底壁の内面にはアンテナ１が取り付け可能な設置部が設けられている。この設置部は単なる部品実装スペースであってもよいし、アンテナ１のプリント回路基板２０を支持可能な部材であってもよい。

ボトムケース７１の底壁の内面には、さらに、スマートホン４０のコネクタに接続可能なコネクタ７２が取り付け可能な設置部が設けられている。この設置部は単なる部品実装スペースであってもよいし、コネクタ７２を支持可能な部材を備えていてもよい。

スマートホン４０のコネクタは図１５で説明したコネクタ４４に相当する。このスマートホン４０のコネクタは、スマートホン４０の筐体に設けられた周辺インタフェース用のコネクタ（メスコネクタ）、例えば、マイクロＵＳＢのレセプタクルである。コネクタ７２は、上述の周辺インタフェース用のコネクタ（メスコネクタ）に接続可能なオスコネクタ、例えば、マイクロＵＳＢのプラグである。

ボトムケース７１の底壁の内面には、さらに、アンテナ１を使用して近接無線通信を実行する近接無線通信モジュール７３が取り付け可能な設置部が設けられている。この設置部は単なる部品実装スペースであってもよいし、近接無線通信モジュール７３のプリント回路基板を支持可能な部材を備えていてもよい。近接無線通信モジュール７３は、図１４で説明した近接無線通信モジュール５２と同様に、高周波回路（ＲＦ回路）とホストインタフェースとを含む。ホストインタフェースは、ＵＳＢのようなインタフェースであってもよい。

近接無線通信モジュール７３は、ケーブル２０１を介してコネクタ５２に接続されるように構成されている。さらに、近接無線通信モジュール７３は、ケーブル２０２を介してアンテナ１に接続されるように構成されている。

ボトムケース７１にスマートホン４０が挿入された場合には、スマートホン４０のコネクタにコネクタ７２が挿入される。これにより、近接無線通信モジュール７３は、スマートホン４０と電気的に接続されると共に、ＵＳＢのようなインタフェースを介してスマートホン４０から供給される電力によって動作することができる。

ボトムケース７１にスマートホン４０が挿入された場合には、スマートホン４０のコネクタは外部に露出されなくなる。

このため、ボトムケース７１の底壁の内面には、さらに、外部とのインタフェース用のコネクタ７４が取り付け可能な設置部を設けてもよい。コネクタ７４は、ボトムケース７１の下面に設けられた開口７１ａを介してコネクタ７４の端面が外部に露出されるように設置部に取り付けられる。この設置部は単なる部品実装スペースであってもよいし、コネクタ７４を支持可能な部材を備えていてもよい。コネクタ７４は、ケーブル２０３を介してコネクタ７２に接続される。

スマートホン４０をボトムケース７１から取り外すこと無く、ユーザは、コネクタ７４にＵＳＢケーブルなどを差すことができる。例えば、コネクタ７２が取り付けられたプリント回路基板には、ケーブル２０１とケーブル２０３の一方を自動選択するための回路を配置しても良い。

図１７は、トップケース８１がボトムケース７１に取り付けられた状態を示す。トップケース８１は、ボトムケース７１の下部上面に嵌め込むことが筐体部分である。

図１８に示されているようにスマートホン４０がボトムケース７１の両側壁に沿って下方向にスライドされることにより、スマートホン４０が図１９に示されているようにボトムケース７１に挿入される。この場合、スマートホン４０のコネクタにはコネクタ７２が挿入される。

図２０に示されているようにトップケース９１はスマートホン４０の背面上部に取り付けることができる。トップケース９１は、スマートホン４０の背面上部を覆うためのケースである。そしてトップケース９１が下方にスライドされることによって、図２１に示されているようにトップケース９１がボトムケース７１に嵌め込まれる。これによって、ボトムケース７１、トップケース９１、トップケース８１から構成されるバックカバーによってスマートホン４０の筐体の背面を覆うことが出来る。

なお、以上の説明では、バックカバーの筐体がボトムケース７１、トップケース９１、およびトップケース８１の３つの筐体部分を備える場合を例示したが、バックカバーの筐体はボトムケース７１のような１つの筐体部分だけを備えていてもよい。また、スマートホン４０のコネクタに接続されるコネクタ７２が配置される位置は、ボトムケース７１の下面に限らず、スマートホン４０のコネクタの位置に対応する位置に設定すれば良い。また、アンテナ１、コネクタ７２、７４、および近接無線モジュール７３等の部品はバックカバーの工場出荷前に予めボトムケース７１に取り付けられていても良いが、バックカバーを購入したユーザが、このバックカバーの製品パッケージに同梱されているアンテナ１、コネクタ７２、７４、および近接無線モジュール７３等の各部品をボトムケース７１内の対応する設置部に取り付けても良い。

図２２は、バックカバーの主部であるボトムケース７１の別の例を示す。
図２２に示されているように、アンテナ１のプリント回路基板２０の面上（ここでは、第２表面２０ｂ）には、スマートホン４０のコネクタを介してスマートホン４０を給電するための非接触充電用コイル３００が配置されていてもよい。非接触充電用コイル３００は、図２４に示されているように、アンテナ１の中心領域（給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、および短絡素子２３によって囲まれた空間）に配置しても良い。

ボトムケース７１の底壁の内面には、さらに、非接触充電用コイル３００によって受けられた電力をコネクタ７２に送る回路モジュール７５が取り付け可能な設置部が設けられていてもよい。この設置部は単なる部品実装スペースであってもよいし、回路モジュール７５のプリント回路基板を支持可能な部材を備えていてもよい。

回路モジュール７５は、非接触充電用コイル３００またはコネクタ７４の一方の部品を選択するためのスイッチ部を備えていても良い。この場合、回路モジュール７５はケーブル３０１を介してコネクタ７４に接続され、ケーブル３０２を介して非接触充電用コイル３００に接続され、さらに、ケーブル３０３を介してコネクタ７２に接続されてもよい。

必ずしも、回路モジュール７５がスイッチ部を備えていなくても良い。この場合、回路モジュール７５とネクタ７４との間は接続されなくてもよい。回路モジュール７５は非接触充電用コイル３００からの電力をケーブル３０３を介してコネクタ７２に送るように構成されていても良い。

以上説明したように、本実施形態においては、第１結合素子１１の中点Ａ１と開放端Ｅ１，Ｅ２の各々との間の電気長は波長λの１／４の奇数倍の第１電気長（Ｌ１）に設定されている。また、第２結合素子２１の中点Ａ２と開放端Ｅ３，Ｅ４の各々との間の電気長も第１電気長（Ｌ１）に設定されている。これにより、アンテナ１の上面において、第１結合素子１１の長手方向に沿った部分と、第２結合素子２１の長手方向に沿った部分とを、他のアンテナとの結合が可能な結合部分として機能させることができる。

さらに、給電素子１２、短絡素子１３、給電素子２２、短絡素子２３の各々の電気長は、波長λの１／４の奇数倍の第２電気長（Ｌ２）に設定されている。これにより、第１結合素子１１の長手方向に沿った部分と第２結合素子２１の長手方向に沿った部分との間の領域（中央領域）も結合部として利用できる。よって、アンテナ１の上面のほぼ全領域を結合部として利用することが可能となるので、アンテナ１と他のアンテナとの間を容易に結合することが可能となる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…アンテナ、１１…第１結合素子、１２…給電素子、１３…短絡素子、２１…第２結合素子、２２…給電素子、２３…短絡素子、１０…給電端子、Ｐ…接続点（短絡点）

Claims (11)

1. 第１開放端と第２開放端とを備え、第１方向に延在する第１結合素子と、
   第３開放端と第４開放端とを備え、前記第１結合素子と隙間を置いて対向し且つ前記第１結合素子と平行に延在する第２結合素子と、
   給電端子の正側給電点と前記第１結合素子の前記第１および第２の開放端間の中点との間を接続する第１接続素子であって、前記給電端子は前記第１結合素子と前記第２結合素子との間に位置する、第１接続素子と、
   前記第１結合素子と前記第２結合素子との間に位置する接続点と前記第１結合素子の前記中点との間を接続する第２接続素子と、
   前記給電端子のグランド側給電点と前記第２結合素子の前記第３および第４の開放端間の中点との間を接続する第３接続素子と、
   前記接続点と前記第２結合素子の前記中点との間を接続する第４接続素子とを具備し、
   前記第１結合素子の前記中点と前記第１および第２の開放端の各々との間の電気長は、近接無線通信で使用される周波数に対応する波長λの１／４の奇数倍の第１電気長であり、
   前記第２結合素子の前記中点と前記第３および第４の開放端の各々との間の電気長は、前記第１電気長であり、
   前記第１、第２、第３および第４の接続素子の各々の電気長は、前記波長λの１／４の奇数倍の第２電気長である、アンテナ。
2. 前記第１電気長はｎ×λ／４であり、
   前記第２電気長はｍ×λ／４であり、
   ｎは３以上の奇数であり、
   ｍは３以上の奇数である請求項１記載のアンテナ。
3. プリント回路基板をさらに具備し、
   前記第１結合素子、前記第２接続素子および前記第３の接続素子は、前記プリント回路基板の第１面上の第１領域に配置され、
   前記第２結合素子、前記第３接続素子および前記第４の接続素子は、前記プリント回路基板の第２面上の第２領域に配置される請求項１記載のアンテナ。
4. 前記プリント回路基板は硬質プリント回路基板またはフレキシブル回路基板のいずれかである請求項３記載のアンテナ。
5. 前記給電端子および前記接続点は、前記第１結合素子の前記中点と前記第２結合素子の前記中点とを結ぶ仮想線の両側に位置する請求項１記載のアンテナ。
6. 前記第１、第２、第３および第４の接続素子の各々は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って延在する素子部分を少なくとも含む請求項１記載のアンテナ。
7. アンテナが取り付け可能な筐体と、
   前記アンテナを使用して近接無線通信を実行する通信モジュールとを具備し、
   前記アンテナは、
   第１開放端と第２開放端とを備え、第１方向に延在する第１結合素子と、
   第３開放端と第４開放端とを備え、前記第１結合素子と隙間を置いて対向し且つ前記第１結合素子と平行に延在する第２結合素子と、
   給電端子の正側給電点と前記第１結合素子の前記第１および第２の開放端間の中点との間を接続する第１接続素子であって、前記給電端子は前記第１結合素子と前記第２結合素子との間に位置する、第１接続素子と、
   前記第１結合素子と前記第２結合素子との間に位置する接続点と前記第１結合素子の前記中点との間を接続する第２接続素子と、
   前記給電端子のグランド側給電点と前記第２結合素子の前記第３および第４の開放端間の中点との間を接続する第３接続素子と、
   前記接続点と前記第２結合素子の前記中点との間を接続する第４接続素子とを具備し、
   前記第１結合素子の前記中点と前記第１および第２の開放端の各々との間の電気長は、近接無線通信で使用される周波数に対応する波長λの１／４の奇数倍の第１電気長であり、
   前記第２結合素子の前記中点と前記第３および第４の開放端の各々との間の電気長は、前記第１電気長であり、
   前記第１、第２、第３および第４の接続素子の各々の電気長は、前記波長λの１／４の奇数倍の第２電気長である、電子機器。
8. 前記第１電気長はｎ×λ／４であり、
   前記第２電気長はｍ×λ／４であり、
   ｎは３以上の奇数であり、
   ｍは３以上の奇数である請求項７記載の電子機器。
9. 前記電子機器は、前記電子機器に近接されたモバイルデバイスに前記近接無線通信によってサービスを提供するデジタル端末、モバイルデバイス、またはモバイルデバイスに取り付け可能な通信機器のいずれかである請求項７記載の電子機器。
10. 前記通信機器は、モバイルデバイスに取り付け可能なバックカバーを前記筐体として含み、
    前記バックカバーは、
    前記アンテナが取り付け可能な第１設置部と、
    モバイルデバイスのコネクタに接続可能な第１コネクタが取り付け可能な第２設置部と、
    前記通信モジュールが取り付け可能な第３設置部とを備える請求項９記載の電子機器。
11. 第１および第２の結合素子と、
    正側給電点と前記第１結合素子の中点との間を接続する第１接続素子と、
    接続点と前記第１結合素子の中点との間を接続する第２接続素子と、
    グランド側給電点と前記第２結合素子の中点との間を接続する第３接続素子と、
    前記接続点と前記第２結合素子の中点との間を接続する第４接続素子とを具備し、
    前記第１結合素子の中点とその第１および第２の開放端の各々との間の電気長は、近接路線通信で使用される周波数に対応する波長λの１／４の奇数倍の第１電気長であり、
    前記第２結合素子の中点とその第３および第４の開放端の各々との間の電気長は、前記第１電気長であり、
    前記第１乃至第４の接続素子の各々の電気長は、前記波長λの１／４の奇数倍の第２電気長である、アンテナ。

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