(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のループ（１１）を有する第１、第２のループコイル（１０、２０）が、コイル開口面の法線方向（１０ａ、２０ａ）が互いに直交するように構成された低周波用アンテナにおいて、
前記第１、第２のループコイル（１０、２０）の少なくとも一方（１０）は、１つの前記ループ（１１）が一束の導線（１２、４０）によって構成されるとともに、隣り合う前記ループ（１１）同士が前記一束の導線の横幅（φ）と同等以上の大きさの間隔（ｄ）で配置されており、
前記一束の導線（１２、４０）は、単線（１３、４１）が複数重ねられた多層構造を有し、
前記間隔（ｄ）は、前記一束の導線の横幅（φ）の１．５倍〜３．５倍の大きさであることを特徴とする低周波用アンテナ。
【請求項２】
前記一束の導線は、横断面が円形状である複数の単線（４１）を、六方細密構造もしくは立方細密構造をとるように、束ねた撚り線（４０）であり、
前記撚り線（４０）が複数回巻回されて、前記複数のループ（１１）が形成されているとともに、前記撚り線（４０）を構成する前記複数の単線（４１）がひと繋がりとなるように、前記複数の単線（４１）の一端側および他端側を結線したことを特徴とする請求項１に記載の低周波用アンテナ。
【請求項３】
複数のループ（１１）を有する第１、第２のループコイル（１０、２０）が、コイル開口面の法線方向（１０ａ、２０ａ）が互いに直交するように構成された低周波用アンテナにおいて、
前記第１、第２のループコイル（１０、２０）の少なくとも一方（１０）は、１つの前記ループ（１１）が一束の導線（１２、４０）によって構成されるとともに、隣り合う前記ループ（１１）同士が前記一束の導線の横幅（φ）と同等以上の大きさの間隔（ｄ）で配置されており、
前記一束の導線（１２、４０）は、単線（１３、４１）が複数重ねられた多層構造を有し、
前記一束の導線は、横断面が円形状である複数の単線（４１）を、六方細密構造もしくは立方細密構造をとるように、束ねた撚り線（４０）であり、
前記撚り線（４０）が複数回巻回されて、前記複数のループ（１１）が形成されているとともに、前記撚り線（４０）を構成する前記複数の単線（４１）がひと繋がりとなるように、前記複数の単線（４１）の一端側および他端側を結線したことを特徴とする低周波用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低周波の電波を送受信する低周波用アンテナに関するもので、特に放射方向を複数有する低周波用アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低周波用アンテナとして磁界の放射方向を複数有するものがある。このような低周波用アンテナは、コイル開口面の法線方向が互いに直交するように形成された複数のループコイルを備えている。そして、この複数のループコイルは交差するように形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９６３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、複数のループコイルを交差するように形成した低周波用アンテナでは、一のループコイルのアンテナ効率Ｑが、このループコイルと磁界の放射方向が同じループコイルを単独で用いた低周波用アンテナのアンテナ効率よりも低下して通信距離が短くなってしまう。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、一のループコイルのアンテナ効率Ｑを向上させることができる低周波用アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、アンテナ効率Ｑが低下する理由が、一のループコイルの磁界を別のループコイルが阻害していたことに着眼したものである。
【０００７】
すなわち、上記目的を達成するため、請求項１〜３に記載の発明では、第１、第２のループコイル（１０、２０）の少なくとも一方（１０）は、１つのループ（１１）が一束の導線（１２、４０）によって構成されるとともに、隣り合うループ（１１）同士が一束の導線の横幅（φ）と同等以上の大きさの間隔（ｄ）で配置されており、
一束の導線（１２、４０）は、単線（１３、４１）が複数重ねられた多層構造を有することを特徴としている。
【０００８】
これによると、一方のループコイル（１０）の構造を、１つのループ（１１）が一束の導線（１２）によって構成されるとともに、隣り合うループ（１１）同士が一束の導線の横幅（φ）と同等以上の大きさの間隔（ｄ）で配置された構造とすることで、本発明を採用しない場合と比較して、他方のループコイル（２０）が作る磁界経路の阻害を軽減でき、他方のループコイル（２０）のアンテナ効率を向上させることができる。
【０００９】
また、ループコイルの配置スペースが限られている場合、複数のループをこのように間欠的に配置しようとすると、ループを形成しないスペースを設けるため、その分、ループコイルの巻き数が減ってしまう。これに対して、本発明では、導線を多層構造とすることで、複数のループを間欠的に配置しても、ループコイルの巻き数を確保することができる。
【００１０】
ところで、一方のループコイル（１０）における間隔（ｄ）を大きくするほど、他方のループコイル（２０）のアンテナ効率を向上できるが、その反面、一方のループコイル（１０）のアンテナ効率は低下してしまう（図６参照）。
【００１１】
そこで、請求項１に記載の発明では、一方のループコイル（１０）における間隔（ｄ）を一束の導線の幅（φ）の１．５倍〜３．５倍の大きさとすることを特徴としている。これにより、一方のループコイルのアンテナ効率の低下を抑制しつつ、他方のループコイルのアンテナ効率を向上できる。
【００１２】
また、請求項２、３に記載の発明では、一束の導線は、横断面が円形状である複数の単線（４１）を、六方細密構造もしくは立方細密構造をとるように、束ねた撚り線（４０）であり、
撚り線（４０）が複数回巻回されて、複数のループ（１１）が形成されているとともに、撚り線（４０）を構成する複数の単線（４１）がひと繋がりとなるように、複数の単線（４１）の一端側および他端側を結線したことを特徴としている。
【００１３】
このように、一束の導線として撚り線を用いる場合は、撚り線（４０）を構成する複数の単線（４１）がひと繋がりとなっていることが好ましい。
【００１４】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態における低周波用アンテナの斜視図である。
【図２】（ａ）は図１中の第１のループコイル１０の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第１実施形態および比較例１の低周波用アンテナにおける第２のループコイルのアンテナ効率Ｑのシミュレーション結果である。
【図４】第１実施形態および比較例１の低周波用アンテナにおける第２のループコイルのインダクタンスＬおよび抵抗Ｒのシミュレーション結果である。
【図５】比較例１の低周波用アンテナの斜視図である。
【図６】第１実施形態の低周波用アンテナに対して、隣り合うループ１１の間隔ｄを変化させたときの第１、第２のループコイル１０、２０のアンテナ効率Ｑの変化率を示すシミュレーション結果である。
【図７】（ａ）は第２実施形態における低周波用アンテナの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中の撚り線４０の横断面図である。
【図８】第２実施形態の変形例における撚り線４０の横断面図である。
【図９】第２実施形態の変形例における撚り線４０の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１７】
（第１実施形態）
図１に、本実施形態の低周波用アンテナ１の全体構成を示す。本実施形態の低周波用アンテナ１は、車両に搭載されるスマートエントリーシステムにおいて、車載用送受信機が低周波の電波（リクエスト信号）を送信するための送信用アンテナとして用いられるものである。なお、スマートエントリーシステムは、車両と電子キーとの間の無線通信により、ユーザがキーを手に取ることなくドアのロック／アンロックやエンジンスタート等を可能とするものである。また、低周波の電波とは、電波法で定義される３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの電波を意味する。
【００１８】
低周波用アンテナ１は、２軸方向に磁界を放射する２軸アンテナであり、具体的には、図１に示すように、第１のループコイル１０と、第２のループコイル２０とを備え、第１のループコイル１０のコイル開口面の法線方向（コイルの向き）１０ａと、第２のループコイル２０のコイル開口面の法線方向（コイルの向き）２０ａとが互いに直交している。これにより、低周波用アンテナ１は、互いに直交した磁界放射成分を持っている。
【００１９】
第１のループコイル１０と第２のループコイル２０とは、同じ磁性体コア３０に交差するように銅線等の導線が複数回巻かれたものであり、それぞれが、複数のループを有している。第１のループコイル１０は、そのコイル方向１０ａでの磁性体コア３０の中心側に位置し、両端には存在していない。同様に、第２のループコイル２０も、そのコイル方向２０ａでの磁性体コア３０の中心側に位置し、両端には存在していない。
【００２０】
磁性体コア３０としては、例えば、フェライトコアが用いられる。磁性体コア３０の体格は、立方体もしくは直方体であり、図１の例では、縦３０ａ×横３０ｂ×長さ３０ｃが、例えば、１０ｍｍ×２０ｍｍ×７０ｍｍの直方体である。なお、この磁性体コア３０を省略して、第１、第２のループコイル１０、２０を空芯コイルとしても良い。
【００２１】
図２（ａ）に図１中の第１のループコイル１０の拡大図を示し、図２（ｂ）に図２（ａ）中のＡ−Ａ線断面図を示す。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、第１のループコイル１０は、多層構造の導線が間欠的に巻回された構造となっている。具体的には、第１のループコイル１０は、１つのループ１１が一束の導線１２によって構成されているとともに、隣り合うループ１１同士が所定間隔ｄで配置されている。
【００２３】
一束の導線１２は、扁平形状（平板形状）の単線１３が複数重ねられた多層構造を有しており、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、４層構造となっている。この４層構造の導線１２は、単線１３を磁性体コア３０に巻回する際に、１つのループ１１となるように単線１３を４回巻回することで形成され、単線１３を４回巻回した後、単線１３を隣のループ１１の位置に巻回することで、次の４層構造の導線１２が形成される。このように、１つの単線１３を磁性体コア３０に順に巻回することで、第１のループコイル１０が形成される。
【００２４】
隣り合うループ１１の所定間隔ｄ、すなわち、隣り合う導線１２の線間距離ｄは、本実施形態では、一束の導線１２の横幅φの３倍の大きさである。なお、一束の導線１２の横幅φとは、コイルの向きでの幅である。ちなみに、本実施形態では、全てのループ１１が隣のループ１１との間に間隔ｄを有しており、それらの間隔ｄは均等である。
【００２５】
そして、第１のループコイル１０は、図２（ａ）に示すように、本実施形態では、ループ１１の数が８つであり、すなわち、一束の導線１２の巻数が８ターンとなっている。
【００２６】
ここで、ループ１１の数および多層構造の導線１２の層数は、所望のインダクタンス値を形成するのに必要なループコイルのコイル長（単線１３の全長）と、磁性体コア３０の体格の制約条件と、隣り合うループ１１の所定間隔ｄとに応じて決定される。本実施形態では、インダクタンス値を１２０μＨとするために必要なコイル長と、体格が１０ｍｍ×２０ｍｍ×７０ｍｍである磁性体コア３０表面に対する第１のループコイル１０全体の占有領域を、従来のように１層の導線を密着させて巻回させて形成したループコイルの占有領域と同等とすることと、所定間隔ｄを導線１２の横幅φの３倍とすることとに基づいて、ループ１１の数および多層構造の導線１２の層数が決定されている。このようにして、インダクタンス値１２０μＨを体格の制約条件内で実現している。
【００２７】
一方、第２のループコイル２０は、従来のように、断面円形状の１本の導線を密着させて複数回巻回したものであり、１つのループが１層構造の導線（単線）によって形成され、隣り合うループの間に隙間が無い構造のものである。
【００２８】
図３、４に、本実施形態の低周波用アンテナ１における第２のループコイル２０のアンテナ効率Ｑ、インダクタンスＬおよび抵抗Ｒのシミュレーション結果を示す。
【００２９】
ここで、図３に示すアンテナ効率Ｑは、次式のように、図４に示す第２ループコイル２０が形成するインダクタンスＬと第２ループコイル２０が放射する磁界に対する抵抗Ｒとから算出される。
【００３０】
Ｑ＝ωＬ［Ｈ］／Ｒ［Ω］
ω＝２πｆ
ｆ＝１３４［Ｈｚ］
このように、アンテナ効率Ｑは、第２ループコイル２０が形成するインダクタンスＬと、磁性体コアの損失と銅損の和（＝抵抗Ｒ）の比と定義される。
【００３１】
なお、図３、４では、図５に示す比較例１の低周波用アンテナにおける第２のループコイル２０のシミュレーション結果を合わせて示している。図５に示す比較例１の低周波用アンテナは、本実施形態の第１のループコイル１０を、断面円形状の１本の導線を密着させて複数回巻回した第１のループコイルＪ１０に変更したものである。この第１のループコイルＪ１０は、１つのループが１層構造の導線（単線）によって形成され、隣り合うループの間に隙間が無い構造となっている。
【００３２】
図３に示す結果より、第１のループコイル１０を間欠的に多層に卷回した構成とすることで、第１のループコイル１０を間隔をあけずに密着させて１層で巻回した構成とした場合よりも、第２ループコイル２０のアンテナ効率Ｑが大きく向上することがわかる。
【００３３】
この理由は、図４に示すように、インダクタンスＬは本実施形態と比較例１では変化しておらず、抵抗Ｒが比較例１よりも本実施形態の方が小さいことから、第１のループコイル１０を間欠的に卷回することで、第２ループコイル２０が作る磁界経路の阻害を軽減して、コイルの銅損分が低下したためであると考えられる。
【００３４】
次に、隣り合うループ１１の間隔ｄの大きさについて説明する。
【００３５】
図６は、隣り合うループ１１の間隔ｄを変化させたときの第１、第２のループコイル１０、２０のアンテナ効率Ｑの変化率を示すシミュレーション結果である。図６中の第２のループコイル２０のアンテナ効率Ｑは第１のループコイル１０が無い場合のアンテナ効率Ｑを基準とし、第１のループコイル１０のアンテナ効率Ｑは第１のループコイル１０を間欠的に巻回しない場合のアンテナ効率Ｑを基準としたものである。また、横軸の０、１φ、２φ、３φ、４φ、５φは、それぞれ、間隔ｄが一束の導線１２の横幅φの０倍、１倍、２倍、３倍、４倍、５倍であることを意味する。また、横軸のカッコ書きは一束の導線１２の層数を示しており、この層数は、上述の決定方法により、所望のインダクタンス（１２０μＨ）を得るために、間隔ｄと体格の制約条件からループの数とともに一意に決定される。なお、間隔ｄが３φのときが第１実施形態である。
【００３６】
図６に示す結果より、間隔ｄが一束の導線１２の横幅φと同等以上の大きさであれば、間隔ｄが０のときと比較して、第２のループコイル２０のアンテナ効率Ｑが向上することがわかる。
【００３７】
また、図６に示す結果より、第２のループコイル２０のアンテナ効率Ｑは、間隔ｄが大きくなるに従って向上していくことがわかる。
【００３８】
逆に、第１のループコイル１０のアンテナ効率Ｑは、間隔ｄが大きくなるに従って低下していき、両者のアンテナ効率Ｑにはトレードオフの関係があることがわかる。このように、間隔ｄが大きくなるに従って、第１のループコイル１０のアンテナ効率Ｑが低下するのは、間隔ｄが大きくなると、所望のインダクタンスＬを得るのに、体格の制約条件からループ１１の数が減って、導線１２の層数が増えるからである。すなわち、導線１２を積層構造とすると、第１のループコイル１０が作る磁界経路を第１のループコイル１０自身が阻害し、その層数が増加するにつれて、阻害度合が増大するからである。
【００３９】
このため、第２ループコイル２０のアンテナ効率Ｑとともに、第１のループコイル１０のアンテナ効率Ｑも考慮して、第１のループコイル１０の間隔ｄと導線１２の層数を決定することが好ましい。
【００４０】
そこで、低周波用アンテナ１を用いる通信においては、±１ｄＢ程度の変化内で保障されることが多くあるため、変化量２ｄＢ相当となるアンテナ効率Ｑの変化率８０％（０．８）以上を目標値とすると、図６に示す結果より、第１のループコイル１０の間隔ｄは一束の導線１２の横幅φの１．５倍〜３．５倍であることが好ましい。このとき、多層構造である導線１２の層数は、間隔ｄの大きさに応じて２〜４層となる。
【００４１】
（第２実施形態）
図７（ａ）に本実施形態の低周波用アンテナ１の斜視図を示し、図７（ｂ）に一束の導線の横断面図を示す。本実施形態の低周波用アンテナ１は、一束の導線の構造が第１実施形態と異なるものであり、他の構成について第１実施形態と同様である。
【００４２】
具体的には、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態では、第１のループコイル１０の１つのループ１１を構成する一束の導線として撚り線４０を用いている。撚り線４０は、横断面が円形状である複数の単線４１をねじって束ねたものである。図７（ａ）に示す撚り線４０は、図７（ｂ）に示すように、４本の単線４１が立方細密構造をとるように束ねられており、単線４１が２層積層された構造となっている。
【００４３】
本実施形態では、単線４１が４本束ねられた撚り線４０を用意し、磁性体コアに対して、この撚り線４０を間欠的に螺旋状に複数回巻回することで、複数のループ１１を有する第１のループコイル１０が形成される。
【００４４】
そして、この撚り線４０を構成する４本の単線４１がひと繋がりとなるように、４本の単線４１の一端側および他端側を結線している。すなわち、図７（ａ）に示すように、１本目の単線４１の一端４１ａを接続端部とし、１本目の単線４１の他端４１ａ’と２本目の単線４１の一端４１ｂとを結線する（４１ａ’−４１ｂ）。同様に、２本目の単線４１の他端４１ｂ’と３本目の単線４１の一端４１ｃとを結線し（４１ｂ’−４１ｃ）、３本目の単線４１の他端４１ｃ’と４本目の単線４１の一端４１ｄとを結線し（４１ｃ’−４１ｄ）、４本目の単線４１の他端４１ｄ’を接続端部とする。
【００４５】
このように、４本の単線４１をひと繋がり（直列接続）とすることで、各単線４１同士がひと繋がりでなく並列接続される場合と比較して、各単線４１に流れる電流量を多くすることができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、一束の導線を２層構造とするために、４本の単線４１を束ねた撚り線４０を用いたが、一束の導線の層数に応じて、束ねる単線４１の本数を変更することができる。ここで、図８（ａ）、（ｂ）に導線の層数を３とする場合の撚り線４０の横断面を示し、図９（ａ）、（ｂ）に導線の層数を４とする場合の撚り線４０の横断面を示す。
【００４７】
例えば、導線の層数を３とする場合では、図８（ａ）に示すように、立方細密構造をとるように９本の単線４１を束ねた撚り線４０を用いたり、図８（ｂ）に示すように、六方細密構造をとるように７本の単線４１を束ねた撚り線４０を用いたりすることができる。
【００４８】
また、導線の層数を４とする場合では、図９（ａ）に示すように、立方細密構造をとるように１６本の単線４１を束ねた撚り線４０を用いたり、図９（ｂ）に示すように、六方細密構造をとるように１３本の単線４１を束ねた撚り線４０を用いたりすることができる。
【００４９】
（他の実施形態）
（１）上述の各実施形態では、第１のループコイル１０が有する全てのループ１１が隣のループ１１との間に間隔ｄを有していたが、全てのループ１１が間隔ｄを有していなくても良く、全てのループのうち一部のループ同士が密着していても良い。
【００５０】
例えば、第１のループコイル１０において、コイル方向１０ａの両端に位置するループ１１が隣のループ１１と密着していても良い。要するに、本発明では、全てのループのうち複数のループにおいて、隣り合うループ同士の間に間隔ｄを設けていれば良い。
【００５１】
（２）上述の各実施形態では、隣り合うループ１１の間隔ｄは均等であったが、均等でなくても良い。
【００５２】
（３）上述の実施形態では、第１、第２のループコイル１０、２０のうち第１のループコイル１０のみを、多層構造の導線が間欠的に巻回された構造としたが、第１、第２のループコイル１０、２０のうち第２のループコイル２０のみや、その両方を多層構造の導線が間欠的に巻回された構造としても良い。要するに、第１、第２のループコイル１０、２０の少なくとも一方を、多層構造の導線が間欠的に巻回された構造とすれば良い。
【００５３】
第１、第２のループコイル１０、２０の両方を、このような構造とすることで、第１、第２のループコイル１０、２０のそれぞれが、他方のループコイル（２０）が作る磁界経路を阻害することを軽減できる。
【００５４】
（４）上述の各実施形態では、第１、第２のループコイル１０、２０を有する２軸アンテナに本発明を適用したが、さらに、第３のループコイルを有する３軸アンテナに本発明を適用することもできる。
【００５５】
（５）上述の各実施形態の低周波用アンテナ１を、車両のタイヤ空気圧を監視するタイヤ空気圧モニタシステムに用いられる送信用アンテナに適用することも可能である。
【００５６】
（６）上述の各実施形態を実施可能な範囲で組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００５７】
１      低周波用アンテナ
１０    第１のループコイル
１１    １つのループ
１２    一束の導線
１３    導線を構成する単線
２０    第２のループコイル
３０    磁性体コア
４０    撚り線
４１    撚り線を構成する単線
【図１】
0005521938.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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