(57)【要約】【課題】  自己共振周波数を高くすることができる多重ループアンテナを提供する。【解決手段】  多重ループアンテナ１のループパターン７〜９は、多層基板３のうち厚さ方向の異なる位置にそれぞれ配置する。また、ループパターン７〜９は、ループ線路７Ａ〜９Ａの巻線形状が互いに異なる構成とする。一方、ループ線路７Ａ〜９Ａの幅寸法Ｗ1〜Ｗ3は、互いに同じ値に設定する。これにより、ループパターン７〜９間の容量結合を抑制しつつ、インピーダンスを整合させることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の絶縁層を厚さ方向に積層した多層基板と、該多層基板のうち絶縁層を挟んで厚さ方向の異なる位置に設けられ巻線形状の線路からなる複数のループパターンと、前記多層基板の絶縁層を貫通して形成され該複数のループパターンを直列に接続するビアホールとからなる多重ループアンテナにおいて、
前記複数のループパターンのうち少なくとも１つのループパターンは、他のループパターンと巻線形状が異なる構成とし、
前記複数のループパターンは、その線路の幅寸法を互いに同じ値に設定したことを特徴とする多重ループアンテナ。
【請求項２】
前記複数のループパターンは、互いの巻線形状が全て異なる構成としてなる請求項１に記載の多重ループアンテナ。
【請求項３】
前記複数のループパターンは、前記多層基板の先端部分に位置して互いに平行に延びる平行線路部を備える構成としてなる請求項１または２に記載の多重ループアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のループパターンを互いに直列接続した多重ループアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による多重ループアンテナとして、例えば多層プリント配線板の異なる層に巻線形状のループパターンをそれぞれ形成し、これら複数のループパターンを互いに直列接続したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、隣合うループパターンの巻線形状は互いに同一となると共に、これら複数のループパターンを重なり合うように配置している。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来技術による多重ループアンテナでは、複数のループパターンを重ね合わせる構成としたから、単一のループパターンを用いてアンテナを構成した場合に比べて、ループパターンの開口面積を小さくすることができる。しかし、各層のループパターンが厚さ方向で重なり合う部分の面積が大きくなるから、各層のループパターン間で生じる容量結合が大きくなる傾向がある。この結果、ループパターンによるインダクタンスと容量結合によるキャパシタンスとによって自己共振が生じると共に、この自己共振周波数が低くなるという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、自己共振周波数を高くすることができる多重ループアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、複数の絶縁層を厚さ方向に積層した多層基板と、該多層基板のうち絶縁層を挟んで厚さ方向の異なる位置に設けられ巻線形状の線路からなる複数のループパターンと、前記多層基板の絶縁層を貫通して形成され該複数のループパターンを直列に接続するビアホールとからなる多重ループアンテナにおいて、前記複数のループパターンのうち少なくとも１つのループパターンは、他のループパターンと巻線形状が異なる構成とし、前記複数のループパターンは、その線路の幅寸法を互いに同じ値に設定したことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明では、前記複数のループパターンは、互いの巻線形状が全て異なる構成としている。
【０００８】
請求項３の発明では、前記複数のループパターンは、前記多層基板の先端部分に位置して互いに平行に延びる平行線路部を備える構成としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、複数のループパターンのうち少なくとも１つのループパターンは、他のループパターンと巻線形状が異なる構成としたから、全てのループパターンを同じ巻線形状とした場合に比べて、複数のループパターンが重なり合う部分の面積が小さくなる。この結果、複数のループパターン間で生じる容量結合を小さくすることができるから、多重ループアンテナの自己共振周波数を高めることができる。
【００１０】
また、複数のループパターンはその線路の幅寸法を互いに同じ値に設定したから、複数のループパターンの特性インピーダンスを互いに同程度の値にすることができ、これらの特性インピーダンスを整合させることができる。このため、各ループパターン間でインピーダンスの不整合が生じることがないから、不整合に基づくアンテナ感度の低下を抑制することができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、複数のループパターンは互いの巻線形状が全て異なる構成としたから、複数のループパターンが重なり合う部分の面積がさらに小さくなる。これにより、複数のループパターン間で生じる容量結合をさらに減少させることができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、複数のループパターンは多層基板の先端部分に位置して互いに平行に延びる平行線路部を備える構成とした。このため、多重ループアンテナを用いて基板表面の磁界を検出するときには、多層基板を検出対象となる基板の表面に配置することによって、各ループパターンの平行線路部を基板表面に近接して配置することができる。この結果、基板表面に生じた磁界は各ループパターンの内側を通過するから、基板表面の微小な磁界であっても確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態による多重ループアンテナを磁気検出用のプローブに適用した場合を例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１ないし図４は実施の形態による多重ループアンテナ１を示している。また、多重ループアンテナ１は、後述する絶縁層４〜６を備えた多層基板３、ループパターン７〜９、ビアホール１１〜１３等によって構成されている。そして、多重ループアンテナ１は、プローブＰの先端側に配置されると共に、例えば樹脂材料等からなるケーシング２の内部に収容されている。なお、ケーシング２は、必ずしも多重ループアンテナ１全体を覆う必要はなく、例えば測定対象となる基板Ｓ側が開口した構成としてもよい。
【００１５】
多層基板３は、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向のうち例えばＸ方向およびＹ方向に対して平行に広がる平板状に形成されると共に、３層の絶縁層４〜６を厚さ方向となるＺ方向に積層することによって構成されている。このとき、各絶縁層４〜６は、例えば絶縁性の樹脂材料を用いて層状に形成されている。また、多層基板３の先端部３Ａは、例えば四角形状に形成されると共に、プローブＰの検出端となる先端部分（Ｘ方向の一端部分）に配置されている。一方、多層基板３の基端部分（Ｘ方向の他端部分）はプローブＰの内部に向けて延び、例えばマイクロストリップライン、ストリップライン、またはケーブルを介して検出装置本体（いずれも図示せず）に接続されている。
【００１６】
第１のループパターン７は、例えば導電性金属材料を用いて細長い線路として形成され、第１の絶縁層４の表面に配置されている。また、ループパターン７は、例えば略三角形の巻線形状となったループ線路７Ａと、ループ線路７Ａの両端側にそれぞれ設けられた２つの接続部７Ｂ，７Ｃとによって構成されている。
【００１７】
このとき、ループ線路７Ａの底辺部分は、絶縁層４のうちＸ方向の一端側に位置して平行線路部７Ｄとなると共に、該平行線路部７Ｄは多層基板３の先端部３Ａに沿ってＹ方向に向けて直線状に延びている。また、ループ線路７Ａのうち平行線路部７Ｄを除いた他の２辺部分は、非平行線路部７Ｅ，７Ｆとなり、平行線路部７Ｄの両端側にそれぞれ接続されている。
【００１８】
さらに、接続部７Ｂは、絶縁層４の基端側（Ｘ方向の他端側）に位置してＹ方向の一端側に配置されている。また、接続部７Ｃは、接続部７Ｂと同様に絶縁層４の基端側（Ｘ方向の他端側）に位置するものの、Ｙ方向に対しては絶縁層４のうち中央部側に配置されている。そして、接続部７Ｂ，７Ｃは、非平行線路部７Ｅ，７Ｆの両端のうち平行線路部７Ｄとは反対側の端部にそれぞれ形成されている。
【００１９】
第２のループパターン８は、第１のループパターン７と同様に、導電性金属材料を用いて細長い線路として形成されている。また、ループパターン８は、第２の絶縁層５の表面に形成され、多層基板３のうち第１の絶縁層４を挟んで第１のループパターン７とは厚さ方向（Ｚ方向）の異なる位置に配置されている。さらに、第２のループパターン８は、略三角形の巻線形状となったループ線路８Ａと、ループ線路８Ａの両端側にそれぞれ設けられた２つの接続部８Ｂ，８Ｃとによって構成されている。
【００２０】
このとき、ループ線路８Ａの底辺部分は、絶縁層５のうちＸ方向の一端側に位置して平行線路部８Ｄとなると共に、該平行線路部８Ｄは多層基板３の先端部３Ａに沿ってＹ方向に向けて直線状に延びている。また、ループ線路８Ａのうち平行線路部８Ｄを除いた他の２辺部分は、非平行線路部８Ｅ，８Ｆとなり、平行線路部８Ｄの両端側にそれぞれ接続されている。
【００２１】
ここで、接続部８Ｂは、第１のループパターン７の接続部７Ｃと対向した位置に配置されている。また、接続部８Ｃは、接続部８Ｂと同様に絶縁層４の基端側（Ｘ方向の他端側）に位置するものの、接続部８Ｂと異なる位置として例えば接続部８ＢよりもＹ方向の他端側に配置されている。そして、接続部８Ｂ，８Ｃは、非平行線路部８Ｅ，８Ｆの両端のうち平行線路部８Ｄとは反対側の端部にそれぞれ形成されている。
【００２２】
第３のループパターン９は、第１のループパターン７と同様に、導電性金属材料を用いて細長い線路として形成されている。また、ループパターン９は、第３の絶縁層６の表面に形成され、多層基板３のうち絶縁層４，５を挟んで第１，第２のループパターン７，８とは厚さ方向（Ｚ方向）の異なる位置に配置されている。さらに、第３のループパターン９は、略三角形の巻線形状となったループ線路９Ａと、ループ線路９Ａの一端側に設けられた接続部９Ｂとによって構成されている。
【００２３】
このとき、ループ線路９Ａの底辺部分は、絶縁層６のうちＸ方向の一端側に位置して平行線路部９Ｃとなると共に、該平行線路部９Ｃは多層基板３の先端部３Ａに沿ってＹ方向に向けて直線状に延びている。また、ループ線路９Ａのうち平行線路部９Ｃを除いた他の２辺部分は、非平行線路部９Ｄ，９Ｅとなり、平行線路部９Ｃの両端側にそれぞれ接続されている。
【００２４】
ここで、接続部９Ｂは、第２のループパターン８の接続部８Ｃと対向した位置に配置されている。そして、接続部９Ｂは、非平行線路部９Ｄの両端のうち平行線路部８Ｄとは反対側の端部に形成されている。また、非平行線路部９Ｅは、絶縁層６のうちＹ方向の他端側に位置してＸ方向に沿って絶縁層６の基端側に向けて延びている。そして、非平行線路部９Ｅは、ループパターン９を外部に接続するための接続線路となって例えばマイクロストリップライン、ストリップライン、またはケーブル等に接続されている。
【００２５】
ここで、平行線路部７Ｄ，８Ｄ，９Ｃは、絶縁層４，５を挟んで互いに対向した位置に配置されると共に、Ｙ方向に向けて互いに平行に延びている。このため、平行線路部７Ｄ，８Ｄ，９Ｃは、互いに重なり合っている。
【００２６】
一方、非平行線路部７Ｅ，８Ｅ，９Ｄおよび非平行線路部７Ｆ，８Ｆ，９Ｅは、互いに異なる方向に向けて非平行な状態で延びている。このため、非平行線路部７Ｅ，８Ｅ，９Ｄが互いに重なり合うことはなく、非平行線路部７Ｆ，８Ｆ，９Ｅも互いに重なり合うことがない。
【００２７】
これにより、第１〜第３のループパターン７〜９は、ループ線路７Ａ〜９Ａの巻線形状が互いに異なっている。但し、ループ線路７Ａ〜９Ａの幅寸法Ｗ1〜Ｗ3は、互いに同じ値に設定されている。
【００２８】
接続線路１０は、ループパターン７〜９と同様に、導電性金属材料を用いて細長い線路として形成され、絶縁層６のうちＹ方向の一端側に位置してＸ方向に沿って絶縁層６の基端側に向けて延びている。また、接続線路１０の先端側には接続部１０Ａが形成され、該接続部１０Ａは、ループパターン７の接続部７Ｂと対向した位置に配置されている。そして、接続線路１０は、ループパターン７を外部に接続するための例えばマイクロストリップライン、ストリップライン、またはケーブル等に接続されている。
【００２９】
第１のビアホール１１は、第１，第２のループパターン７，８の接続部７Ｃ，８Ｂと対応した位置に配置され、第１の絶縁層４を貫通した状態で形成されている。そして、ビアホール１１は、接続部７Ｃ，８Ｂを通じてループパターン７，８を電気的に接続している。
【００３０】
第２のビアホール１２は、第２，第３のループパターン８，９の接続部８Ｃ，９Ｂと対応した位置に配置され、第２の絶縁層５を貫通した状態で形成されている。そして、ビアホール１２は、接続部８Ｃ，９Ｂを通じてループパターン８，９を電気的に接続している。
【００３１】
第３のビアホール１３は、第１のループパターン７の接続部７Ｂおよび接続線路１０の接続部１０Ａと対応した位置に配置され、第１，第２の絶縁層４，５を貫通した状態で形成されている。そして、ビアホール１３は、接続部７Ｂ，１０Ａを通じてループパターン７と接続線路１０とを電気的に接続している。
【００３２】
これにより、第１，第２のビアホール１１，１２は、第１〜第３のループパターン７〜９を直列に接続している。また、第３のビアホール１３は、第１のループパターン７を接続線路１０に接続している。この結果、互いに直列接続された第１〜第３のループパターン７〜９は、非平行線路部９Ｅおよび接続線路１０を介して例えばマイクロストリップライン、ストリップライン、またはケーブル等に接続されるものである。
【００３３】
本実施の形態による多重ループアンテナ１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００３４】
まず、プローブＰの先端部分を、測定対象となる基板Ｓの表面に近接した状態で配置する。そして、プローブＰを基板Ｓの表面上で移動させる。ここで、プローブＰの近傍に位置して基板Ｓの表面にＺ方向の磁界が発生すると、この磁界は多重ループアンテナ１のループパターン７〜９の内部を通過する。これにより、例えばループパターン７〜９に電圧が生じるため、この電圧を検出することによって、基板Ｓの表面に生じる磁界を検出することができる。
【００３５】
然るに、ループパターン７〜９は絶縁層４，５を挟んで離間しているから、これらのループパターン７〜９間には容量結合が生じる。このため、多重ループアンテナ１には、ループパターン７〜９によるインダクタンスと容量結合によるキャパシタンスとによって自己共振が生じる。自己共振が生じることでインピーダンスが高くなり、不整合が発生して、アンテナ感度が低下する。
【００３６】
そこで、従来技術と本実施の形態とについて、インピーダンスの周波数特性を測定した。その結果を図５に示す。
【００３７】
なお、従来技術の場合は、特許文献１に記載されたように、３個のループパターンは互いの巻線形状が同じ四角形状とし、これらが重なり合うように配置するものとした。
【００３８】
図５中に破線で示すように、従来技術の場合は、自己共振周波数ｆ1が例えば４００ＭＨｚ程度まで低下することが分かる。この理由は、従来技術では、同じ巻線形状となった３個のループパターンが互いに重なり合うから、各層のループパターンが厚さ方向で重なり合う部分の面積が大きくなり、これらのループパターン間での容量結合が大きくなるためと考えられる。
【００３９】
一方、図５中に実線で示すように、本実施の形態の場合は、自己共振周波数ｆ0が例えば５００ＭＨｚ付近まで上昇することが分かる。本実施の形態では、３個のループパターン７〜９は巻線形状が互いに異なり、非平行線路部７Ｅ，８Ｅ，９Ｄは重なり合わず、非平行線路部７Ｆ，８Ｆ，９Ｅも重なり合わない構成となっている。このため、非平行線路部７Ｅ，８Ｅ，９Ｄおよび非平行線路部７Ｆ，８Ｆ，９Ｅでの容量結合が小さくなるから、容量結合によるキャパシタンスを減少させることができる。これにより、本実施の形態では、従来技術に比べて、自己共振周波数ｆ0を高くすることができるから、高周波側の磁界も検出することができ、高周波特性を向上することができる。
【００４０】
かくして、本実施の形態では、ループパターン７〜９は互いの巻線形状が異なる構成としたから、全てのループパターンを同じ巻線形状とした場合に比べて、ループパターン７〜９が重なり合う部分の面積が小さくなる。この結果、ループパターン７〜９間で生じる容量結合を小さくすることができるから、多重ループアンテナ１の自己共振周波数を高めることができる。
【００４１】
また、複数のループパターン７〜９はその線路の幅寸法Ｗ1〜Ｗ3を互いに同じ値に設定したから、複数のループパターン７〜９の特性インピーダンスを互いに同程度の値にすることができ、これらの特性インピーダンスを整合させることができる。このため、各ループパターン７〜９間でインピーダンスの不整合が生じることがないから、不整合に基づくアンテナ感度の低下を抑制することができる。
【００４２】
さらに、複数のループパターン７〜９は多層基板３の先端部３Ａに位置して互いに平行に延びる平行線路部７Ｄ，８Ｄ，９Ｃを備える構成とした。このため、多重ループアンテナ１を用いて基板Ｓの表面の磁界を検出するときには、多層基板３を検出対象となる基板Ｓの表面に配置することによって、各ループパターン７〜９の平行線路部７Ｄ，８Ｄ，９Ｃを基板Ｓの表面に近接して配置することができる。この結果、基板Ｓの表面に生じた磁界は各ループパターン７〜９の内側を通過するから、微小な磁界であっても確実に検出することができる。
【００４３】
なお、前記実施の形態では、ループパターン７〜９は互いの巻線形状が全て異なる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばループパターン７〜９のうちいずれか１つのループパターンが他のループパターンと異なる構成としてもよい。特に、厚さ方向で互いに隣合うループパターン７，８間やループパターン８，９間で生じる容量結合が大きくなる。このため、厚さ方向の中間に位置するループパターン８を他のループパターン７，９と異なる巻線形状とし、ループパターン７，９は同じ巻線形状に形成してもよい。
【００４４】
また、前記実施の形態では、ループパターン７〜９は略三角形の巻線形状に形成したが、例えば四角形等の多角形状としてもよく、半円形状、半楕円形状に形成してもよい。
【００４５】
また、前記実施の形態では、３個のループパターン７〜９を直列接続する構成としたが、２個のループパターンを直列接続する構成としてもよく、４個以上のループパターンを直列接続する構成としてもよい。
【００４６】
さらに、前記実施の形態では、多重ループアンテナ１を基板表面の磁界を検出するプローブＰに適用した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、基板の表面に限らず、他の部位に生じる電磁界を検出する構成としてもよい。この場合、平行線路部７Ｄ，８Ｄ，９Ｃは必ずしも必要ではなく、ループパターン７〜９は非平行線路部だけを用いて形成する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態による多重ループアンテナを示す斜視図である。
【図２】図１中のループパターンを多層基板を透視した状態で示す斜視図である。
【図３】図１中の多重ループアンテナを分解した状態で示す分解斜視図である。
【図４】第２の絶縁層および第２のループパターンを図１中の矢示IV−IV方向からみた平面図である。
【図５】周波数と多重ループアンテナのインピーダンスとの関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  多重ループアンテナ
３  多層基板
４〜６  絶縁層
７〜９  ループパターン
７Ｄ，８Ｄ，９Ｃ  平行線路部
１１〜１３  ビアホール
【図１】
2010103819.tif 000003
【図２】
2010103819.tif 000004
【図３】
2010103819.tif 000005
【図４】
2010103819.tif 000006
【図５】
2010103819.tif 000007