(57)【要約】  送信アンテナ１００及び受信アンテナ２００は、各円形ループアンテナ素子が、無線通信周波数から決まる波長の約整数倍の異なる周囲長を持ち、同一平面に同心円状に配置される第１の円形ループアンテナ群１００Ａ，２００Ａと、第１の円形ループアンテナ群の複数の円形ループアンテナ素子と同一の周囲長の円形ループアンテナ素子を持つ第２の円形ループアンテナ群１００Ｂ，２００Ｂとを備える。第１の円形ループアンテナ群と第２の円形ループアンテナ群とで、同一の周囲長の円形ループアンテナ素子に給電部を接続する端子の角度位置を、（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した角度位置（但し、ｌは任意の整数、ｍｉは波長の約整数倍であるｍ１〜ｍＮの値）に設定する。
2018216438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信アンテナと、前記送信アンテナから送信された無線信号を受信する受信アンテナとを有する無線通信装置であり、
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、
無線通信周波数から決まる波長の約整数倍であるｍ１，ｍ２，・・・，ｍＮ倍（Ｎは２以上の整数）のそれぞれ異なる周囲長を有するＮ個の円形ループアンテナ素子が、同一平面に同心円状に配置される第１の円形ループアンテナ群と、
前記第１の円形ループアンテナ群とは別の同一平面に同心円状に配置されたＮ個の円形ループアンテナ素子が、前記第１の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子と同一の周囲長を持つ第２の円形ループアンテナ群と、
前記第１の円形ループアンテナ群及び第２の円形ループアンテナ群のそれぞれの円形ループアンテナ素子に個別に接続される複数の給電部とを備え、
前記送信アンテナのＮ個の円形ループアンテナ素子の中心軸と、前記受信アンテナのＮ個の円形ループアンテナ素子の中心軸とを、ほぼ直線状に配置し、
前記第１の円形ループアンテナ群と前記第２の円形ループアンテナ群とで、同じ周囲長を有する円形ループアンテナ素子に前記給電部を接続する角度位置が、（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した角度位置（但し、ｌは任意の整数、ｍｉは波長の約整数倍であるｍ１〜ｍＮの値）に設定する
無線通信装置。
【請求項２】
前記第１の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子は、前記給電部を接続する角度位置を同じ位置とし、前記第２の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子は、前記第１の円形ループアンテナ群の円形ループアンテナ素子に対して、（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した角度位置に前記給電部を接続する
請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記第１の円形ループアンテナ群と前記第２の円形ループアンテナ群とで、同じ周囲長を有する円形ループアンテナ素子に前記給電部を接続する角度位置が、（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した角度位置とした上で、前記第１の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子に前記給電部を接続する角度位置を、それぞれ異なる角度位置に設定すると共に、前記第２の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子に前記給電部を接続する角度位置を、それぞれ異なる角度位置に設定する
請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記送信アンテナの前記第１の円形ループアンテナ群及び前記第２の円形ループアンテナ群のＮ個ずつの円形ループアンテナ素子に、それぞれ別の送信部を接続すると共に、前記受信アンテナの前記第１の円形ループアンテナ群及び前記第２の円形ループアンテナ群のＮ個ずつの円形ループアンテナ素子に、それぞれ別の受信部を接続し、
それぞれの前記送信部から前記送信アンテナの各円形ループアンテナ素子の一端及び他端に、差動信号となる送信信号を供給し、前記受信アンテナの各円形ループアンテナ素子の一端及び他端から、差動信号となる受信信号をそれぞれの前記受信部に供給するようにした
請求項１〜３のいずれか1項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
無線通信周波数から決まる波長の約整数倍であるｍ１，ｍ２，・・・，ｍＮ倍（Ｎは２以上の整数）のそれぞれ異なる周囲長を有するＮ個の円形ループアンテナ素子が、同一平面に同心円状に配置される第１の円形ループアンテナ群と、
前記第１の円形ループアンテナ群とは別の同一平面に同心円状に配置されたＮ個の円形ループアンテナ素子が、前記第１の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子と同一の周囲長を持つ第２の円形ループアンテナ群と、
前記第１の円形ループアンテナ群及び第２の円形ループアンテナ群のそれぞれの円形ループアンテナ素子に個別に接続される複数の給電部とを備え、
前記第１の円形ループアンテナ群と前記第２の円形ループアンテナ群とで、同じ周囲長を有する円形ループアンテナ素子に前記給電部を接続する角度位置が、（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した角度位置（但し、ｌは任意の整数、ｍｉは波長の約整数倍であるｍ１〜ｍＮの値）に設定する
アンテナ装置。
【請求項６】
前記第１の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子は、前記給電部を接続する角度位置を同じ位置とし、前記第２の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子は、前記第１の円形ループアンテナ群の円形ループアンテナ素子に対して、（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した角度位置に前記給電部を接続する
請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１の円形ループアンテナ群と前記第２の円形ループアンテナ群とで、同じ周囲長を有する円形ループアンテナ素子に前記給電部を接続する角度位置が、（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した角度位置とした上で、前記第１の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子に前記給電部を接続する角度位置を、それぞれ異なる角度位置に設定すると共に、前記第２の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子に前記給電部を接続する角度位置を、それぞれ異なる角度位置に設定する
請求項５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、無線通信装置及びアンテナ装置に関し、特に同一周波数帯を使用して複数の系のデータを同時に無線伝送可能な無線通信装置、及びその無線通信装置に使用されるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの豊富なコンテンツと、光回線による超高速ネットワークならびに最終ユーザへの無線ネットワークの普及で、“いつでも、どこでも、誰とでも”、さらには“いまだけ、ここだけ、あなただけ”という個人のニ−ズに合わせた情報の提供を可能にする高度情報社会への進展が急速に進んでいる。さらに、センサーネットワークを用いた人を介さない通信によるビッグデータの収集も並行して進んでいる。これらを支える無線システムとして、携帯電話、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、ブルートゥース（登録商標）、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）、ジグビー等多様なシステムが提供されている。【０００３】
加えて、これらのシステムをシームレスに接続し、各システムを組み合わせて提供するサービスも進展している。これらの無線システムは、固有の通信帯域を占有して通信を行うものであり、特に大量のデータを高速に伝送するためには広い周波数帯域を用いる必要があり、貴重な資源である周波数資源を多く必要とするという問題があった。このため、有効利用の指標として伝送情報量を帯域幅で割った周波数あたりの伝送レート（bit/Hz）を向上できる技術の重要性が増大している。【０００４】
周波数あたりの伝送レートを向上できる技術の１つとして、複数のアンテナを送信側と受信側に配置したＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）と称される技術が知られている。ＭＩＭＯは、同じ時間内に同じ帯域内で、伝搬特性の違いを活用して多重化する空間多重化の手法である。例えば、送信側と受信側のそれぞれがｎ個（ｎは任意の整数）のアンテナを備えた場合、送信アンテナの電圧電流と受信アンテナの電圧電流の関係は、伝搬路の伝達関数（例えばＺ行列）で一意に定めることができ、ｎ行×ｎ列の正方行列として表現される。【０００５】
この行列の固有ベクトルを用いるとｎ行×ｎ列の正方行列は対角化でき、ｎ個の固有ベクトルに関する伝達関数は独立となるので、ｎ重の多重化が可能となる。しかしながら、ＭＩＭＯでは、混ざり合った信号を数学的に分離するため、複雑な信号処理が必要になるという問題がある。また、複数のアンテナを協調させて動作させることになるので、システム構成が複雑になるという問題もあった。【０００６】
このような状況を踏まえて、近年、同一の周波数における多重化の手法として、ＯＡＭ(Orbital Angular Momentum)通信が提案されている。この手法は、電磁界の軌道角運動量が保存される場合にのみ相互作用が許容される現象を活用するものであり、電磁波に軌道角運動量（ＯＡＭ）の情報を持たせて伝送する手法である。
レーザのようなビーム断面がガウス分布系となる波動では、断面における方位φに関する位相空間分布は、通常の波では一定である。一方、ＯＡＭ波では、ｅｘｐ（ｊｍφ）（但し、ｍはＯＡＭ波のモード次数で磁気量子数と呼ばれる）に従い、方位φに対して線形に変化して、同一位相面が螺旋状に進む。
このようなＯＡＭ波は、光通信の場合には、レーザとホログラムあるいはスパイラル位相板を用いて比較的簡単に実現することができる。一方、マイクロ波の場合には、固有モードの送信方法や受信方法、及び絞られたビームの伝送方法が光通信と大きく異なるため、ＯＡＭ波の実現は容易ではない。【０００７】
例えば、特許文献１には、光でＯＡＭ通信を行う場合の構成を模擬して、パラボラアンテナにスパイラル状の切込みを入れて、反射面を波長の整数倍ずらすことにより、電磁波でＯＡＭ波を生成させる技術が記載されている。【０００８】
また、特許文献２には、アレイ状のアンテナ素子を円周上に配置して、各アンテナ素子間の位相を一定の間隔でずらすことで、円周上の受信位置で、位相面がｅｘｐ（ｊｍφ）と変化する電磁界を作り出す技術が記載されている。この技術は、ずらす位相量を離散的に変えることにより、異なるＯＡＭモードを作り出し、モード間で多重化を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２０１４／１９９４５１号公報
【特許文献２】特開２０１５−２３１１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載されるように、パラボラアンテナにスパイラル状に切込みを入れて、反射面を波長の整数倍ずらすことで、ＯＡＭ波を生成することができる。
しかしながら、切り込みを入れた特殊な形状のパラボラアンテナを製作するのは容易ではなく、量産が困難であるという問題がある。【００１１】
また、特許文献２に記載されるように、アレイ状のアンテナ素子を円周上に配置する構成とする場合には、一般のＭＩＭＯ通信の場合と同様に、アンテナ間の受信信号間の相関から、各モードの信号を取り出すための複雑な信号処理が必要となる。さらに、送信側では、ｅｘｐ（ｊｍφ）で回転する電磁界を作成するため、一定の位相差をアンテナ間に与えるための位相器を配置する必要がある。したがって、アレイ状のアンテナ素子を円周上に配置する場合には、送信回路や受信回路の構成が複雑になるという問題がある。【００１２】
このように、従来から提案されている周波数あたりの伝送レートを向上させる技術は、複雑なアンテナが必要となる問題や、複雑な構成の送受信回路が必要になるという問題があり、周波数あたりの伝送レートをより簡単な構成で向上させることが望まれていた。【００１３】
本発明の目的は、周波数あたりの伝送レートを簡単な構成で向上させることができる無線通信装置及びアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の無線通信装置は、送信アンテナと、送信アンテナから送信された無線信号を受信する受信アンテナとを有する無線通信装置である。
送信アンテナ及び受信アンテナは、無線通信周波数から決まる波長の約整数倍であるｍ１，ｍ２，・・・，ｍＮ倍（Ｎは２以上の整数）のそれぞれ異なる周囲長を有するＮ個の円形ループアンテナ素子が、同一平面に同心円状に配置される第１の円形ループアンテナ群と、第１の円形ループアンテナ群とは別の同一平面に同心円状に配置されたＮ個の円形ループアンテナ素子が、第１の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子と同一の周囲長を持つ第２の円形ループアンテナ群と、第１の円形ループアンテナ群及び第２の円形ループアンテナ群のそれぞれの円形ループアンテナ素子に個別に接続される複数の給電部とを備える。
送信アンテナのＮ個の円形ループアンテナ素子の中心軸と、受信アンテナのＮ個の円形ループアンテナ素子の中心軸とを、ほぼ直線状に配置する。
そして、第１の円形ループアンテナ群と第２の円形ループアンテナ群とで、同じ周囲長を有する円形ループアンテナ素子に給電部を接続する角度位置が、（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した角度位置（但し、ｌは任意の整数、ｍｉは波長の約整数倍であるｍ１〜ｍＮの値）とする。【００１５】
また本発明のアンテナ装置は、無線通信周波数から決まる波長の約整数倍であるｍ１，ｍ２，・・・，ｍＮ倍（Ｎは２以上の整数）のそれぞれ異なる周囲長を有するＮ個の円形ループアンテナ素子が、同一平面に同心円状に配置される第１の円形ループアンテナ群と、第１の円形ループアンテナ群とは別の同一平面に同心円状に配置されたＮ個の円形ループアンテナ素子が、第１の円形ループアンテナ群のＮ個の円形ループアンテナ素子と同一の周囲長を持つ第２の円形ループアンテナ群と、第１の円形ループアンテナ群及び第２の円形ループアンテナ群のそれぞれの円形ループアンテナ素子に個別に接続される複数の給電部とを備える。
そして、第１の円形ループアンテナ群と第２の円形ループアンテナ群とで、同じ周囲長を有する円形ループアンテナ素子に給電部を接続する角度位置が、（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した角度位置（但し、ｌは任意の整数、ｍｉは波長の約整数倍であるｍ１〜ｍＮの値）とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態例による無線通信装置の全体構成例を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナ構成（上面のパターン）を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナ構成（下面のパターン）を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナの断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナの給電部付近を拡大して示す平面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナの電流分布と極座標系での電磁界の観測点を示す図である。
【図７】給電部を接続する端子位置が同じ場合のアンテナの反射損失の例を示す特性図である。
【図８】給電部を接続する端子位置が同じ場合の各素子間の通過特性の例（アンテナ１を励振）を示す特性図である。
【図９】給電部を接続する端子位置が同じ場合の素子間の通過特性の例（アンテナ２を励振）を示す特性図である。
【図１０】給電部を接続する端子位置が同じ場合の素子間の通過特性の例（アンテナ３を励振）を示す特性図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナの反射損失の例を示す特性図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナの各素子間の通過特性の例（アンテナ１を励振）を示す特性図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナの各素子間の通過特性の例（アンテナ２を励振）を示す特性図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナの各素子間の通過特性の例（アンテナ３を励振）を示す特性図である。
【図１５】第１の円形ループアンテナ群と第２の円形ループアンテナ群とで、給電部を接続する端子の角度位置が同じ場合の反射損失の例を示す特性図である。
【図１６】第１の円形ループアンテナ群と第２の円形ループアンテナ群とで、給電部を接続する端子の角度位置が同じ場合の通過特性の例（アンテナ１を励振）を示す特性図である。
【図１７】第１の円形ループアンテナ群と第２の円形ループアンテナ群とで、給電部を接続する端子の角度位置が同じ場合の通過特性の例（アンテナ４を励振）を示す特性図である。
【図１８】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナ（励振アンテナのループ半径：8.4mm）の反射損失の例を示す特性図である。
【図１９】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナ（励振アンテナのループ半径：8.4mm）の通過特性の例（アンテナ１を励振）を示す特性図である。
【図２０】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナ（励振アンテナのループ半径：8.4mm）の通過特性の例（アンテナ４を励振）を示す特性図である。
【図２１】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナ（励振アンテナのループ半径：16.7mm,25mm）の各素子間の通過特性の例（アンテナ２を励振）を示す特性図である。
【図２２】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナ（励振アンテナのループ半径：16.7mm,25mm）の各素子間の通過特性の例（アンテナ３を励振）を示す特性図である。
【図２３】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナ（励振アンテナのループ半径：16.7mm,25mm）の各素子間の通過特性の例（アンテナ５を励振）を示す特性図である。
【図２４】本発明の第１の実施の形態例によるアンテナ（励振アンテナのループ半径：16.7mm,25mm）の各素子間の通過特性の例（アンテナ６を励振）を示す特性図である。
【図２５】本発明の第２の実施の形態例による無線通信装置の全体構成例を示す構成図である。
【図２６】本発明の第２の実施の形態例によるアンテナ構成（上面のパターン）を示す平面図である。
【図２７】本発明の第２の実施の形態例によるアンテナ構成（下面のパターン）を示す平面図である。
【図２８】本発明の第２の実施の形態例によるアンテナの反射損失の例を示す特性図である。
【図２９】本発明の第２の実施の形態例による送信アンテナ間の通過特性の例（アンテナ１を励振）を示す特性図である。
【図３０】本発明の第２の実施の形態例による送信アンテナ間の通過特性の例（アンテナ２を励振）を示す特性図である。
【図３１】本発明の第２の実施の形態例による送信アンテナ間の通過特性の例（アンテナ３を励振）を示す特性図である。
【図３２】本発明の第２の実施の形態例によるアンテナの反射損失の例を示す特性図である。
【図３３】本発明の第２の実施の形態例によるアンテナの各素子間の通過特性の例（アンテナ１を励振）を示す特性図である。
【図３４】本発明の第２の実施の形態例によるアンテナの各素子間の通過特性の例（アンテナ２を励振）を示す特性図である。
【図３５】本発明の第２の実施の形態例によるアンテナの各素子間の通過特性の例（アンテナ３を励振）を示す特性図である。
【図３６】本発明の第２の実施の形態例によるアンテナの各素子間の通過特性の例（アンテナ４を励振）を示す特性図である。
【図３７】本発明の第２の実施の形態例によるアンテナの各素子間の通過特性の例（アンテナ５を励振）を示す特性図である。
【図３８】本発明の第２の実施の形態例によるアンテナの各素子間の通過特性の例（アンテナ６を励振）を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜１．第１の実施の形態例＞
以下、本発明の第１の実施の形態例を、図１〜図２４を参照して説明する。
［１−１．システム全体の構成］
図１は、第１の実施の形態例の無線通信装置全体の構成例を示す図である。
第１の実施の形態例の無線通信装置は、比較的近距離で送信アンテナ１００から受信アンテナ２００に無線通信を行うものである。送信アンテナ１００と受信アンテナ２００は同一の構成であり、それぞれ複数（ここでは６本）の円形ループアンテナ素子１１０〜１６０，２１０〜２６０を備える。図２及び図３は送信アンテナ１００の上面及び下面の構成を示すが、受信アンテナ２００についても、送信アンテナ１００と同一の形状である。
【００１８】
すなわち、送信アンテナ１００は、６本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０を備える。この６本の円形ループアンテナ素子１１０〜１６０は、第１の円形ループアンテナ群１００Ａと第２の円形ループアンテナ群１００Ｂとに分かれる。第１の円形ループアンテナ群１００Ａと第２の円形ループアンテナ群１００Ｂは、図４に示すように、１枚の基板１９０の表面側の誘電体層１９１に第１の円形ループアンテナ群１００Ａが配置され、基板１９０の裏面側の誘電体層１９２に第２の円形ループアンテナ群１００Ｂが配置される。
【００１９】
第１の円形ループアンテナ群１００Ａは、３本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０を備え、この３本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０は、中心位置Ｃ１を一致させた状態で同一平面（基板１９０の表面側の誘電体層１９１）に配置される。
第２の円形ループアンテナ群１００Ｂは、３本の円形ループアンテナ素子１４０，１５０，１６０を備え、この３本の円形ループアンテナ素子１４０，１５０，１６０は、中心位置Ｃ２を一致させた状態で同一平面（基板１９０の裏面側の誘電体層１９２）に配置される。
【００２０】
また、受信アンテナ２００は、送信アンテナ１００と同一形状であり、６本の円形ループアンテナ素子２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０を備え、第１の円形ループアンテナ群２００Ａと第２の円形ループアンテナ群２００Ｂとに分かれる。
【００２１】
第１の円形ループアンテナ群２００Ａは、３本の円形ループアンテナ素子２１０，２２０，２３０を備え、この３本の円形ループアンテナ素子２１０，２２０，２３０は、中心位置Ｃ１を一致させた状態で同一平面に配置される。
第２の円形ループアンテナ群２００Ｂは、３本の円形ループアンテナ素子２４０，２５０，２６０を備え、この３本の円形ループアンテナ素子２４０，２５０，２６０は、中心位置Ｃ２を一致させた状態で同一平面に配置される。
送信アンテナ１００の円形ループアンテナ素子１１０〜１６０と受信アンテナ２００の円形ループアンテナ素子２１０〜２６０は、後述するように給電部で途切れた円形の導体で構成され、導体が環状には繋がっていない（図５参照）。
【００２２】
送信アンテナ１００及び受信アンテナ２００を構成する各円形ループアンテナ素子１１０〜１６０，２１０〜２６０は、それぞれが独立しており、無線通信装置で無線伝送する周波数から決まる波長の約整数倍となる長さを有する。
ここで、第１の円形ループアンテナ群１００Ａの円形ループアンテナ素子１１０と、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの円形ループアンテナ素子１４０とは、同一の周囲長であり、ループ半径が等しい。同様に、円形ループアンテナ素子１２０と円形ループアンテナ素子１５０も同一の周囲長でループ半径が等しく、さらに、円形ループアンテナ素子１３０と円形ループアンテナ素子１６０も同一の周囲長でループ半径が等しい。
【００２３】
受信アンテナ２００についても、第１の円形ループアンテナ群２００Ａの円形ループアンテナ素子２１０と、第２の円形ループアンテナ群２００Ｂの円形ループアンテナ素子２４０とは、同一の周囲長であり、ループ半径が等しい。同様に、円形ループアンテナ素子２２０と円形ループアンテナ素子２５０も同一の周囲長でループ半径が等しく、さらに、円形ループアンテナ素子２３０と円形ループアンテナ素子２６０も同一の周囲長でループ半径が等しい。
なお、ここでは第１の円形ループアンテナ群１００Ａ、２００Ａの各素子と、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂ、２００Ｂの各素子のループ半径が等しいと述べたが、アンテナ間の干渉で最適値はわずかにずれる場合があるので、これを補償するため、完全に等しいループ半径から若干ずれた値とした、ほぼ等しい半径としてもよい。
各円形ループアンテナ素子１１０〜１６０，２１０〜２６０の長さの詳細については後述する。
【００２４】
図１に示すように、送信アンテナ１００の第１の円形ループアンテナ群１００Ａの中心位置Ｃ１と第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの中心位置Ｃ２は、各円形ループアンテナ素子１１０〜１６０が配置された平面と直交する方向で見たとき一致しており、中心軸φ０上にある。
同様に、受信アンテナ２００の第１の円形ループアンテナ群２００Ａの中心位置Ｃ３と第２の円形ループアンテナ群２００Ｂの中心位置Ｃ４も、各円形ループアンテナ素子２１０〜２６０が配置された平面と直交する方向で見たとき一致しており、中心軸φ０を通過上にある。
したがって、中心軸φ０は、送信アンテナ１００の全ての円形ループアンテナ素子１１０〜１６０と受信アンテナ２００の全ての円形ループアンテナ素子２１０〜２６０の中心位置Ｃ１〜Ｃ４を通過する。各中心位置Ｃ１〜Ｃ４は、中心軸φ０と完全に一致することが特性上望ましいが、各中心位置Ｃ１〜Ｃ４が中心軸φ０から多少ずれていても伝送は可能である。
送信アンテナ１００と受信アンテナ２００との距離Ｌは、例えば数ｍｍから数十ｃｍ程度の比較的近距離に設定する。但し、後述する変形例で説明するように、放物面を備えた反射部材であるパラボロイドを配置して、伝送距離Ｌを長距離化するようにしてもよい。
【００２５】
送信側の構成について説明すると、送信データ生成部１０は、６つの送信データ系列を生成し、生成した６つの送信データ系列を、６つの送信部２１，２２，２３，２４，２５，２６に供給する。各送信部２１，２２，２３，２４，２５，２６は、供給される送信データ系列で変調された、同じ周波数の送信波とする。各送信部２１，２２，２３，２４，２５，２６で得られた送信波は、信号線３１，３２，３３，３４，３５，３６を介して、６本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０に接続された給電部１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１に供給される。
そして、６本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０は、各給電部１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１に供給された送信波を無線伝送する。
【００２６】
ここで、送信アンテナ１００の第１の円形ループアンテナ群１００Ａの３本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０については、給電部１１１，１２１，１３１を接続する端子位置を、同じ角度位置に設定する。一方、送信アンテナ１００の第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの３本の円形ループアンテナ素子１４０，１５０，１６０については、給電部１４１，１５１，１５１を接続する端子位置を、第１の円形ループアンテナ群１００Ａ側の３本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０に給電部１１１，１２１，１３１を接続した端子位置から、所定角度ずつシフトした角度位置に設定する。
【００２７】
例えば、第１の円形ループアンテナ群１００Ａの３本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０に給電部１１１，１２１，１３１を接続した端子位置φＵ１、φＵ２、φＵ３を基準位置（０度）としたとき（これら端子位置φＵ１、φＵ２、φＵ３は同じ角度位置）、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの円形ループアンテナ素子１４０に給電部１４１を接続した端子位置は、基準位置からシフトした角度位置φＬ１とする。同様に、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの円形ループアンテナ素子１５０に給電部１５１を接続した端子位置は、基準位置からシフトした角度位置φＬ２とする。さらに、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの円形ループアンテナ素子１６０に給電部１６１を接続した端子位置は、基準位置からシフトした角度位置φＬ３とする。
ここでは、角度位置φＬ３はπ／６、角度位置φＬ２はπ／４、角度位置φＬ１はπ／２である。これらの角度の設定の詳細については後述する。
【００２８】
６本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０から無線伝送された信号は、受信アンテナ２００の６本の円形ループアンテナ素子２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０で個別に受信される。６本の円形ループアンテナ素子２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０は、それぞれ別の給電部２１１，２２１，２３１，２４１，２５１，２６１を備え、各給電部２１１，２２１，２３１，２４１，２５１，２６１に得られる受信信号が、信号線４１，４２，４３，４４，４５，４６を介して個別の受信部５１，５２，５３，５４，５５，５６に供給される。各受信部５１，５２，５３，５４，５５，５６は、同じ周波数で伝送された信号を復調して、受信データ系列を得る。各受信部５１，４２，５３，５４，５５，５６で得られた受信データ系列は、受信データ処理部６０に供給される。
【００２９】
受信アンテナ２００の６本の円形ループアンテナ素子２１０〜２６０に給電部２１１〜２６１を接続する端子位置は、送信アンテナ１００の６本の円形ループアンテナ素子１１０〜１６０に給電部１１１〜１６１を接続する端子位置と同じである。そして、第２の円形ループアンテナ群２００Ｂの円形ループアンテナ素子１４０，１５０，１６０に給電部１４１，１５１，１６１を接続する端子位置は、基準位置から角度φＬ１，φＬ２，φＬ３だけシフトさせている。
【００３０】
［１−２．アンテナ装置の構成］
図２〜図５は、送信アンテナ１００の構成を示す。受信アンテナ２００についても送信アンテナ１００と同じ構成であり、図２〜図５に示す説明を適用することができる。
図２及び図３は、送信アンテナ１００の第１の円形ループアンテナ群１００Ａ（図２）と第２の円形ループアンテナ群１００Ｂ（図３）とを、図１の中心軸φ０の上側から平面で見た図である。
【００３１】
図２に示すように、送信アンテナ１００の第１の円形ループアンテナ群１００Ａの３本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０は、同心円状に配置される。また、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの３本の円形ループアンテナ素子１４０，１５０，１６０についても、第１の円形ループアンテナ群１００Ａと同じ条件で同心円状に配置される。それぞれの円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０を構成する導体の長さは、送信信号の周波数から決まる波長の約整数倍に設定する。
【００３２】
すなわち、無線送信信号の波長をλとしたとき、円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０の周囲長が、その波長λの約整数倍となるようにする。つまり、同心円の中心Ｃ１から、各円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０を構成する導体の中心までの半径をａ１，ａ２，ａ３とし、この半径ａ１〜ａ３をａｉ（ｉは１〜３の整数）として示した場合、各円形ループアンテナ素子１１０〜１３０，１４０〜１６０の半径ａｉは、以下の［数１］式で示される。
【００３３】
【数１】
2018216438.tif 000003
【００３４】
但し、ｎｉは任意の自然数であり、各円形ループアンテナ素子１１０〜１３０ごと（及び円形ループアンテナ素子１４０〜１６０ごと）に異なる値の自然数である。
【００３５】
図２に示すように第１の円形ループアンテナ群１００Ａの各円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０を配置したとき、最内周の円形ループアンテナ素子１１０が最小の周囲長となり、最外周の円形ループアンテナ素子１３０が最大の周囲長となる。同様に、図３に示すように第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの各円形ループアンテナ素子１４０，１５０，１６０を配置したとき、最内周の円形ループアンテナ素子１４０が最小の周囲長となり、最外周の円形ループアンテナ素子１６０が最大の周囲長となる。つまり、ｎｉは、例えば、各円形ループアンテナ群１００Ａ，１００Ｂごとに、内側から外側に向けて１，２，３のように順に増加する自然数である。但し、ｎｉの値が１つずつ増加する連なった値とするのは１つの例であり、ランダムに増加する値でもよい。
【００３６】
図４は、送信アンテナ１００の断面形状を示す。
送信アンテナ１００は、第１の円形ループアンテナ群１００Ａの３本の円形ループアンテナ素子１１０〜１３０が、基板１９０の表面側の誘電体層１９１の上に配置される。また、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの３本の円形ループアンテナ素子１４０〜１６０が、基板１９０の裏面側の誘電体層１９２の上に配置される。
【００３７】
基板１９０は、硬質プラスチック独立気泡発泡体（商品名ロハセル）等の低誘電率フォームが使用される。あるいは、基板１９０の代わりに自由空間としてもよい。
誘電体層１９１，１９２としては、例えばガラス・エポシキ基板（ＦＲ−４等と称される基板）が使用される。
誘電体層１９１，１９２の上に各円形ループアンテナ群１００Ａ，１００Ｂを配置したとき、波長は誘電体基板の誘電率εｅで短縮されるため、各円形ループアンテナ素子１１０〜１３０，１４０〜１６０の半径ａｉは、次の［数２］式で示される。ここでの波長λ0は自由空間における波長を示す。
【００３８】
【数２】
2018216438.tif 000004
【００３９】
また、各円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０の導体幅ｄは、ループ半径の１／１０以下が望ましい。例えば、各円形ループアンテナ素子１１０〜１３０，１４０〜１６０の導体幅ｄは、最内周の円形ループアンテナ素子１１０，１４０の半径の１／１０以下の任意の値とする。あるいは、各円形ループアンテナ素子１１０〜１３０，１４０〜１６０ごとに、それぞれの半径の１／１０以下となるように、外周側になるに従って導体幅ｄが太くなるようにしてもよい。
【００４０】
そして、第１の円形ループアンテナ群１００Ａの各円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０に給電部１１１，１２１，１３１を接続する端子の角度位置φＵ１、φＵ２、φＵ３と、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの各円形ループアンテナ素子１４０，１５０，１６０に給電部１４１，１５１，１６１を接続する端子の角度位置φＬ１、φＬ２、φＬ３は、既に説明したように異なる角度位置に設定する。
【００４１】
すなわち、第１の円形ループアンテナ群１００Ａの３本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０に給電部１１１，１２１，１３１を接続する端子位置（φＵ１、φＵ２、φＵ３の位置）を基準としたとき、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの円形ループアンテナ素子１４０に給電部１４１を接続した端子位置は、基準位置φαから角度φＬ１だけシフトさせる。同様に、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの円形ループアンテナ素子１５０に給電部１５１を接続する端子位置は、基準位置φαから角度φＬ２だけシフトさせる。さらに、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの円形ループアンテナ素子１６０に給電部１６１を接続する端子位置は、基準位置φαから角度φＬ３だけシフトさせている。
【００４２】
一般には、ループ半径が波長のｍｉ倍のループに関して、第１の円形ループアンテナ群１００Ａと第２の円形ループアンテナ群１００Ｂとでは、角度が（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した位置とする。ここでｌは任意の整数でよい。ここでは、上面側である第１の円形ループアンテナ群１００Ａの給電部１１１，１２１，１３１を接続した端子の角度位置をφＵ１、φＵ２、φＵ３とし、下面側である第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの給電部１４１，１５１，１６１を接続した端子の角度位置をφＬ１、φＬ２、φＬ３とする。ここでの第１の円形ループアンテナ群１００Ａ側の角度位置φＵ１、φＵ２、φＵ３は、全て同じ角度である。
【００４３】
なお、受信アンテナ２００側の第１の円形ループアンテナ群２００Ａの各円形ループアンテナ素子２１０，２２０，２３０に給電部２１１，２２１，２３１を接続する端子位置と、第２の円形ループアンテナ群２００Ｂの各円形ループアンテナ素子２４０，２５０，２６０に給電部２４１，２５１，２６１を接続する端子位置も、送信アンテナ１００側と同様の条件で、異なる角度位置に設定する。すなわち、上面側である第１の円形ループアンテナ群２００Ａの給電部２１１，２２１，２３１を接続した端子の角度位置をφＵ１、φＵ２、φＵ３とし、下面側である第２の円形ループアンテナ群２００Ｂの給電部２４１，２５１，２６１を接続する端子の角度位置をφＬ１、φＬ２、φＬ３とする。
【００４４】
図５は、円形ループアンテナ素子１１０に接続される給電部１１１の詳細構成を拡大して示したものである。
【００４５】
円形ループアンテナ素子１１０の端子部である一端１１０ａと他端１１０ｂとの間は非導通状態で近接し、一端１１０ａ及び他端１１０ｂには、直線状の結合線路１１１ａ及び１１１ｂが接続される。この結合線路１１１ａ及び１１１ｂは、約９０°曲がった位置に配置された別の直線状の結合線路１１１ｃ及び１１１ｄに接続され、結合線路１１１ｃ及び１１１ｄの端に、差動入出力端子であるパッド１１１ｅ及び１１１ｆが形成される。
２つのパッド１１１ｅ及び１１１ｆには、図１に示す送信部２１から互いに逆極性の差動信号が供給される。
【００４６】
図５に示す構成の給電部１１１は、実インピーダンス変換を行うパランとして機能する。このバランとしての機能を持つ給電部１１１により、例えば円形ループアンテナ素子１１０の入力インピーダンスを、同軸ケーブルのインピーダンスである５０Ωに合わせることができる。なお、図５に示す給電部１１１の構成は一例であり、アンテナ用の給電部として知られたその他のバラン（平衡−不平衡変換器）を給電部１１１に適用してもよい。
【００４７】
送信アンテナ１００が備える他の円形ループアンテナ素子１２０，１３０，１４０，１５０，１６０に接続された給電部１２１，１３１，１４１，１５１，１６１についても、図５に示す給電部１１１と同様の構成であり、それぞれの給電部１２１，１３１，１４１，１５１，１６１に対応した送信部２２，２３，２４，２５，２６から差動信号が供給される。
【００４８】
また、受信アンテナ２００の各円形ループアンテナ素子２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０に接続された給電部２１１，２２１，２３１，２４１，２５１，２６１も、図５に示す給電部１１１と同様の構成である。すなわち、各給電部２１１，２２１，２３１，２４１，２５１，２６１のパッド（図５に示すパッド１１１ｅ及び１１１ｆと同様の構成）に、各円形ループアンテナ素子２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０で受信した差動信号が得られ、パッドに得られる差動信号が各受信部５１，５２，５３，５４，５５，５６に供給される。
【００４９】
［１−３．アンテナ装置の動作特性］
次に、送信アンテナ１００及び受信アンテナ２００の動作特性について説明する。
まず、個々の円形ループアンテナ素子１１０〜１６０，２１０〜２６０の単体としての特性を説明する。
以下の特性説明時には、図１に示した円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０を、それぞれアンテナ１，２，３，４，５，６と称する。励振される１つの円形ループアンテナ素子ｉ（ｉは１〜６のいずれか）をＸＹ面に配置し、かつその励振端子の位置をＸ軸上（φ＝０）にとったとき、その円形ループアンテナｉ上の電流分布Ｉi（φ）は、導体の対称性からフーリエ級数展開することで、次の［数３］式で表現できる。ここで下付き添え字はアンテナ番号を、上付き添え字は展開次数を示す。 
【００５０】
【数３】
2018216438.tif 000005
【００５１】
この［数３］式に基づいて、円形ループアンテナ素子の長さ（周囲長）が波長の約整数倍になったときの電流分布は、周囲長が波長のｍｉ倍のアンテナｍｉを励振した場合ｃｏｓ（ｍｉφ）の展開係数のＩｍｉｍｉが圧倒的に大きく、他の係数は大幅に小さい。またこの場合、放射電磁界の磁気量子数モードはｍｉ次が支配的になる。
【００５２】
以上の点をもとに本実施の形態例の送信アンテナ１００と受信アンテナ２００との伝送特性について説明する。
円形ループアンテナ素子１１０〜１６０は、それぞれの群ごとにｍ１＝１，ｍ２＝２，ｍ３＝３としたので、一番小さな円形ループアンテナ素子１１０を励振した場合ではＩ1１が圧倒的に大きく、中間のサイズの円形ループアンテナ素子１２０を励振した場合にはＩ22が圧倒的に大きく、最大のサイズの円形ループアンテナ素子１３０を励振した場合にはＩ33が圧倒的に大きい。
【００５３】
ここで、例えば最小サイズの円形ループアンテナ１を励振した場合、この円形ループアンテナの放射電磁界は、磁気量子数が１次の電磁界で、アンテナ上の電流展開係数の次数は１次のみと近似できる。この場合の他のアンテナ素子に対する誘起電流は、同じ電流の次数間でのみで起きることが知られている。ここで、この状況をさらに詳しく解析した結果、ループ半径が等しいアンテナ上では導体上のφに関する電流分布は近似的に等しいことを見出した。
【００５４】
アンテナ１が励振された場合、電流は１次のみの電流がアンテナ１上に誘起され、これは他のアンテナに１次のみの電流を誘起する。一方、ループ半径が異なるアンテナでは、１次の電流は誘起されない。したがって下面の同じループ半径であるアンテナ４のみに１次の電流が誘起される。
【００５５】
アンテナ４上の電流分布Ｉ４（φ）は、電流分布は近似的に等しいことから以下のようになる。ここで励振アンテナの端子の位置はφ＝０と置いたので、以降時計回りにφをとる。なお、この場合φの符号が反転するが、ｃｏｓｍφの値は変わらない。
【００５６】
【数４】
2018216438.tif 000006
【００５７】
ここで、アンテナ４（円形ループアンテナ素子１４０）の端子位置は、図１〜図３に示すように、φ＝π／２の位置にあるので、端子の電流は以下のように与えられる。
【００５８】
【数５】
2018216438.tif 000007
【００５９】
すなわち、アンテナ４の端子には電流は流れないので、同じループ半径であっても、受信しない。一方アンテナ４の端子を、アンテナ１，２，３の端子と同じ方向にすると、以下のようになる。
【００６０】
【数６】
2018216438.tif 000008
【００６１】
このように端子位置が同じ角度位置である場合には、最大の電流が流れるので、大きく受信する点が動作として異なる。同様に波長のｍｉ倍のアンテナｉを励振した場合は、ループ半径が異なるアンテナはｍｉ次の電流は励起しないため受信しないが、対向した面の同じループ半径のアンテナｉ′には以下の電流分布が励起される。
【００６２】
【数７】
2018216438.tif 000009
【００６３】
しかしながら、対向した面の同じループ半径のアンテナｉ′の端子は（２ｌ＋１）π／２ｍｉの位置にあるので、端子電流はやはり０となる。
【００６４】
【数８】
2018216438.tif 000010
【００６５】
したがって、図１に示す構成の送信アンテナ１００及び受信アンテナ２００を用意したとき、近似的には、端子方位が異なるどのアンテナ素子間でも受信しない特性となる。一方端子方位を同じにすると、同じループ半径のものでは大きく受信する。つまり、送信と受信で同じループ半径かつ端子位置が同じアンテナ素子では送受信するが、他の組み合わせではまったく送受信しないので、同じ周波数帯を使った多重化が可能となる。
なお、同じループ半径で、端子配置がｌπ／ｍｉずれている場合も［数７］から最大の電流が流れる。従って、最大の電力を受けたい受信側のアンテナについては、上記の例のように端子方位が等しくてもよいが、ｌπ／ｍｉずれていてもよい。
【００６６】
すなわち、ｍ＝１，２，３を用いた図１〜図３に示す構成では、上面の第１の円形ループアンテナ群１００Ａの３本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０と、下面の第２の円形ループアンテナ群１００Ｂの３本の円形ループアンテナ素子１４０，１５０，１６０の計６素子が存在するため、各アンテナ素子に異なる信号を載せることで、６値多重が可能になる。端子位置が同じ場合には、多重数は、同一平面に配置された周囲長が異なるアンテナ素子の数に制限される。
【００６７】
ここまでの説明では電流分布を近似していたので、通過特性も近似的にしか正しくないと考えられる。次に、実際に図１〜図３に示す送信アンテナ１００及び受信アンテナ２００を用いて、通過特性を評価した結果を示す。
ここでは、アンテナ１〜６（円形ループアンテナ素子１１０〜１６０，２１０〜２６０）を、厚さ０．１ｍｍのＦＲ−４基板上に配置した。各群のループ半径は８．４ｍｍ、１６．７ｍｍ、２５ｍｍとした。この場合の周囲長は５２．８ｍｍ、１０４．９ｍｍ、１５７．１ｍｍであり、実効比誘電率１．２、周波数５．２ＧＨｚにおける波長５２．６６ｍｍの概ね１倍、２倍、３倍である５２．７ｍｍ、１０５．３ｍｍ、１５８．０ｍｍと概ね等しい。また、第１の円形ループアンテナ群１００Ａのアンテナ１〜３を配置した面（上面）と、第２の円形ループアンテナ群１００Ｂのアンテナ４〜６を配置した面（下面）との間隔は１０ｍｍである。各アンテナ素子の端子インピーダンスは１００Ωとする。
【００６８】
図７〜図１０は、アンテナ１〜６（円形ループアンテナ素子１１０〜１６０，２１０〜２６０）の全ての端子の角度位置（配置方向）が全て同じである場合の反射特性（図７）と各素子間の通過特性（図８〜図１０）を示す。
また、図１１〜図１４は、図１に示すように、各アンテナ１〜６の端子の角度位置（配置方向）を設定した場合（つまりアンテナ４〜６の端子位置が上面のアンテナ１〜３の端子位置からπ／２，π／４，π／６ずれた構造）の反射特性（図１１）と各素子間の通過特性（図１２〜図１４）を示す。
これら図７〜図１４において、図７及び図１１は、送信アンテナ１００の反射損失を示す。また、図８及び図１２は、アンテナ１を励振させた場合の通過特性、図９及び図１３は、アンテナ２を励振させた場合の通過特性、図１０及び図１４は、アンテナ３を励振させた場合の通過特性を示す。
【００６９】
例えば、図７及び図１１に示す反射損失Ｓ１１は送信アンテナ１００のアンテナ１の反射損失を示し、反射損失Ｓ２２は送信アンテナ１００のアンテナ２の反射損失を示し、反射損失Ｓ３３は送信アンテナ１００のアンテナ３の反射損失を示す。
また、図８及び図１２に示す通過特性Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１，Ｓ５１，Ｓ６１は、それぞれアンテナ１を励振させた場合のアンテナ２，３，４，５，６の通過特性を示す。
【００７０】
図７に示すように、端子位置が同じ場合には良好な反射損失が得られている。しかしながら、図８〜図１０に示すように、ループ半径が等しいアンテナ素子間では、アイソレーションが悪くなっている。具体的には、例えば図８の特性Ｓ４１、図９の特性Ｓ５２、図１０の特性Ｓ６３では、５．２ＧＨｚ近傍で、５ｄＢ程度になっている。
【００７１】
一方、本実施の形態例の送信アンテナ１００の特性では、例えば図１２の特性Ｓ４１、図１３の特性Ｓ５２、図１４の特性Ｓ６３では、５．２ＧＨｚ近傍で、−３０ｄＢ以下である。したがって、同一面の異なるループ半径の素子間のアイソレーションより大きな値が得られており、ループ半径が同じ素子（例えばアンテナ１とアンテナ４）でも大きなアイソレーションを得ることができる。
【００７２】
なお、５．２ＧＨｚにおける、所望のアンテナ以外からの通過量は、図１１に示すように約−２０ｄＢで小さいともいえるが、各アンテナが放射する搬送波に信号を載せることを考えると、これは干渉波となるため、できるだけ小さくすることが通信性能を向上させる上で重要である。
【００７３】
次に、送信アンテナ１００と受信アンテナ２００との間の特性について説明する。
図１５〜図１７は、端子の角度位置（方位角）が同じアンテナ素子である場合の反射損失及び通過特性を示す。一方、図１８〜図２０は、端子の角度位置（方位角）を図１に示すように変えた場合の反射損失及び通過特性を示す。
ここでは、送信アンテナ１００の６本の円形ループアンテナ素子１１０〜１６０を、アンテナ１〜６とし、受信アンテナ２００の６本の円形ループアンテナ素子２１０〜２６０を、アンテナ７〜１２と称する。
なお、図１に示した送信円形ループアンテナ群１００Ａを配置した面と、送信円形ループアンテナ群１００Ｂを配置した面との間隔は１０ｍｍ、送受信アンテナ間の距離Ｌは３０ｍｍである。さらに、受信円形ループアンテナ群２００Ａを配置した面と、受信円形ループアンテナ群２００Ｂを配置した面との間隔も１０ｍｍである。
【００７４】
図１５及び図１８に示す反射損失は、送信アンテナ１００の反射特性を示す。例えば、特性Ｓ１１は、送信アンテナ１００のアンテナ１（素子１１０）での反射特性を示す。
図１６〜図１７及び図１９〜図２０に示す通過特性は、送信アンテナ１００のアンテナ１及び４（素子１１０，１４０）を励振させた場合の通過特性を示す。例えば特性Ｓ１２は、送信アンテナ１００のアンテナ１（素子１１０）から送信アンテナ１００のアンテナ２（素子１２０）への通過特性を示す。また特性Ｓ１７は、送信アンテナ１００のアンテナ１（素子１１０）から受信アンテナ２００のアンテナ７（素子２１０）への通過特性を示す。
【００７５】
図１５〜図１７に示すように、端子方向が同じ素子を２個並べた場合の通過特性では、最大の通過量となっているのは、図１６、図１７いずれの例でも、励振アンテナと同じループ半径でかつ最も近接している場合である。例えば図１６の例では、通過特性Ｓ１４が最大であり、図１７の例では通過特性Ｓ４１が最大である。同じループ半径でも受信アンテナ２００への通過特性Ｓ１７，Ｓ１＿１０，Ｓ４７，Ｓ４＿１０は小さい。これは端子配置が同じ方向であるため、受信アンテナ２００内の通過を抑制することができず、送信アンテナ１００のアンテナ１，４（素子１１０，１４０）に乗った信号は受信アンテナ内で伝送してしまうことによる。これを無視して、送信アンテナ１００から受信アンテナ２００のアンテナ７，１０（素子２１０，２４０）への通過量を比べた場合には、図１６及び図１７に示すように、通過はより近いアンテナ７への通過（Ｓ１７，Ｓ４７）の方が、より遠いアンテナ１０への通過より大きくなり、多重化は不可能である。
【００７６】
一方、図１８〜図２０の例では、反射損失の良い５．１５ＧＨｚ近傍で見ると、図１９の例（励振アンテナ１）での最大の通過量は通過特性Ｓ１７であり、図２０の例（励振アンテナ４）での最大の通過量は通過特性Ｓ４＿１０となっている。なお、表示した周波数範囲では、Ｓ１＿１０及びＳ４７は−５０ｄＢ以下で図１８〜図２０には現れていない。
すなわち、距離としては送信アンテナ１００内のアンテナ１とアンテナ４の距離が近いにもかかわらず、送信アンテナ１００の下面のアンテナと受信アンテナ２００の下面のアンテナ、あるいは送信アンテナの上面のアンテナと受信アンテナの上面のアンテナ間で通過が最大となっている。このように端子配置をずらしたことで、送信アンテナ内の別の素子への通過は抑制され、送信アンテナと受信アンテナとの間で、ループ半径並びに端子方向両方がそろったアンテナ素子間の通過が最大となる。このことから、多重化が可能なことがわかる。
【００７７】
図１８〜図２０では、ループ半径が８．４ｍｍの送信アンテナ１００のアンテナ１，４（素子１１０，１４０）の特性について示したが、図２１〜図２４に送信アンテナ２，３，５，６の特性を示す。励振アンテナがアンテナ２の場合（図２１）は、ループ半径と端子方向が同じ受信アンテナ２００のアンテナ８との通過特性Ｓ２８が最大となっている。同様に、励振アンテナがアンテナ３の場合の特性Ｓ３９（図２２）、励振アンテナがアンテナ５の場合の特性Ｓ５＿１１（図２３）、励振アンテナがアンテナ６の場合の特性Ｓ６＿１２（図２４）が最大となっている。したがって、送信アンテナ１００と受信アンテナ２００とで、ループ半径と端子方向とも同じ素子間で通過が最大となっており、またそれ以外のアンテナ間との通過は５．１５ＧＨｚで−２７ｄＢである。送信アンテナ１００の各素子を励振した場合、最大通過量と２番目の通過量の差はすべての場合の最小値でも１４．１ｄＢ以上（Ｓ５＿１１−Ｓ５６）であり、十分にそれぞれの系の伝送信号を分離することができ、６つの伝送系を使って６値の多重化が可能である。
【００７８】
以上述べたように、本実施の形態例の送信アンテナ１００及び受信アンテナ２００を用意することで、各素子のループ半径が等しくても端子の角度位置（方位）を所望の値ずらすことで、ループ半径が等しい２つのアンテナ間の通過量を抑制することができる。例えば図１に示すように３種類のループ半径のアンテナ素子を用いることで、ループ半径の種類数の２倍の６値の多重化ができる。
しかも、本実施の形態例の場合には、それぞれのアンテナ素子が送信する周波数は同じであり、従来のような位相器を必要としないシンプルな構成で、単一の周波数帯でも、円形ループアンテナ素子の配置数に比例して送信データ量を増やすことができる。また、各円形ループアンテナ素子は、ほぼ単独のモードの電磁界を選択的に放射し受容するため、それぞれの受信部５１〜５６は、各円形ループアンテナ素子の受信信号を復調するだけで、受信データを取り出すことができる。したがって、複数系統のデータを分離するための特別な処理が必要なく、送信部２１〜２６や受信部５１〜５６の回路構成が非常に簡単になる。
したがって、第１の実施の形態例によると、シンプルな構造で安価かつ量産性に優れたアンテナ装置を使用して、周波数あたりの伝送レートを向上させた無線通信を実現することができる。しかも、第１の実施の形態例の場合、アンテナ装置に接続される送信部や受信部として、複数の系の信号の分離や混合などのための特別な構成を必要としないので、無線通信装置全体としても簡単な構成で、周波数あたりの伝送レートを向上させた無線通信が可能になるという効果を有する。
なお、ここでは３種類のループ半径を用意した例について説明したが、ループ半径の種類は、３種類に限定されず、２種類あるいは４種類以上としてもよい。
【００７９】
＜２．第２の実施の形態例＞
次に、本発明の第２の実施の形態例を、図２５〜図３８を参照して説明する。
この第２の実施の形態例を説明する図２５〜図３８において、第１の実施の形態例で説明した図１〜図２４と同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００８０】
［２−１．アンテナ装置の構成］
図２５は、本実施の形態例の送信アンテナ１００′及び受信アンテナ２００′と、それらに接続される送信系及び受信系の構成を示す。
図２６及び図２７は、送信アンテナ１００′の第１の円形ループアンテナ群１００Ａ′（図２６）と、下面側の第２の円形ループアンテナ群１００Ｂ′（図２７）とを平面で示す。
【００８１】
第２の実施の形態例においては、送信アンテナ１００′として、上面側の第１の円形ループアンテナ群１００Ａ′と下面側の第２の円形ループアンテナ群１００Ｂ′とを備え、それぞれの群が３本ずつの円形ループアンテナ素子１１０〜１３０，１４０〜１６０を有する点は、第１の実施の形態例の送信アンテナ１００と同じである。また、受信アンテナ２００′として、上面側の第１の円形ループアンテナ群２００Ａ′と下面側の第２の円形ループアンテナ群２００Ｂ′とを備え、それぞれの群が３本ずつの円形ループアンテナ素子２１０〜２３０，２４０〜２６０を有する点も、第１の実施の形態例の受信アンテナ２００と同じである。各アンテナ素子の周囲長などの条件も、第１の実施の形態例と同じである。
送信アンテナ１００′と受信アンテナ２００′との位置関係についても、図１の例と同様に、各アンテナ群１００Ａ′，１００Ｂ′，２００Ａ′，２００Ｂ′の中心が、同じ中心軸φ０を通過するように配置する。
【００８２】
また、送信アンテナ１００′の円形ループアンテナ素子１１０〜１６０に接続される送信部２１〜２６や、受信アンテナ２００′の円形ループアンテナ素子２１０〜２６０に接続される受信部５１〜５６についても、第１の実施の形態例と同じであり、全ての円形ループアンテナ素子１１０〜１６０が同じ周波数帯の信号を送信する。
【００８３】
そして、第２の実施の形態例においては、各円形ループアンテナ素子１１０〜１６０，２１０〜２６０に、給電部１１１〜１６１，２１１〜２６１を接続する角度位置が、第１の実施の形態例とは異なる。
ここでは、図２６及び図２７に示すように、送信アンテナ１００′の上面の３本の円形ループアンテナ素子１１０〜１３０の給電部１１１〜１３１の接続位置（端子位置）と、下面の３本の円形ループアンテナ素子１４０〜１６０の給電部１４１〜１６１の接続位置（端子位置）とのそれぞれを、（２ｌ＋１）π／２ｍｉだけ回転した位置となっている点は第１の実施の形態と同じである。
【００８４】
第２の実施の形態の特徴は、上面の３本の円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０の給電部１１１，１２１，１３１の接続位置をφＵ１、φＵ２、φＵ３とし、基準の角度位置を０とおくと、例えばφＵ１＝０，φＵ２＝π／２，φＵ３＝π／４と同一方向にないことによる。
このとき、下面の３本の円形ループアンテナ素子１４０，１５０，１６０の給電部１４１，１５１，１６１の接続位置をφＬ１、φＬ２、φＬ３は、φＬ１＝π／２，φＬ２＝π／４，φＬ３＝π／１２とする。この場合、周囲長が等しい素子１１０の端子位置と素子１４０の端子位置は、π／２だけ角度位置がシフトし、素子１２０の端子位置と素子１５０の端子位置は、π／４だけ角度位置がシフトし、素子１３０の端子位置と素子１６０の端子位置は、π／６だけ角度位置がシフトすることになる。
【００８５】
図２６及び図２７では、送信アンテナ１００′の給電部１１１〜１６１の接続位置（角度位置）を示すが、受信アンテナ２００′の給電部２１１〜２１６の接続位置（角度位置）についても、送信アンテナ１００′と同様に設定する。
【００８６】
［２−２．アンテナ装置の動作特性］
次に、本実施の形態例の送信アンテナ１００′及び受信アンテナ２００′の動作特性について、図２８〜図３８を参照して説明する。なお、この場合にも、第１の実施の形態例と同様に、送信側の６本の円形ループアンテナ素子１１０〜１６０をアンテナ１〜６とし、受信側の６本の円形ループアンテナ素子１１０〜１６０をアンテナ７〜１２とする。
【００８７】
まず、送信アンテナ１００′の特性を評価した結果を、図２８〜図３１に示す。ここでは、各円形ループアンテナ素子１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０を、厚さ０．１ｍｍのＦＲ−４と称される基板の上に配置し、各群の３つの素子のループ半径を、８．４ｍｍ、１６．７ｍｍ、２５ｍｍとし、導体幅ｄをすべて０．４ｍｍとした。また、第１の円形ループアンテナ群を配置した上面と、第２の円形ループアンテナ群を配置した下面との間隔を１０ｍｍに設定する。各アンテナ素子の端子インピーダンスは１００Ωとする。
【００８８】
図２８に示す反射損失Ｓ１１は送信アンテナ１００のアンテナ１の反射損失を示し、反射損失Ｓ２２は送信アンテナ１００のアンテナ２の反射損失を示し、反射損失Ｓ３３は送信アンテナ１００のアンテナ３の反射損失を示す。
また、図２９に示す通過特性Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１，Ｓ５１，Ｓ６１は、それぞれアンテナ１を励振させた場合のアンテナ２，３，４，５，６への通過特性、図３０に示す通過特性Ｓ１２，Ｓ３２，Ｓ４２，Ｓ５２，Ｓ６２は、それぞれアンテナ２を励振させた場合のアンテナ１，３，４，５，６への通過特性、図３１に示す通過特性Ｓ１３，Ｓ２３，Ｓ４３，Ｓ５３，Ｓ６３は、それぞれアンテナ３を励振させた場合のアンテナ１，２，４，５，６の通過特性を示す。
【００８９】
第１の実施の形態例で説明した、上面の端子位置が同じ角度の場合の例である図７〜図１０では、５．２ＧＨｚにおける異なるアンテナ素子間の通過の最大値は、アンテナ３を励振した場合のＳ２３で−２３．３ｄＢである。一方、第２の実施の形態例の送信アンテナ１００′の場合には、例えば図３０に示すように、アンテナ２を励振した場合の特性Ｓ４２で−３０．７ｄＢであり、７．４ｄＢだけ、同じ群内の他のアンテナへの通過量が抑制されている。
【００９０】
次に、第２の実施の形態例における、送信アンテナ１００′と受信アンテナ２００′との間の特性について説明する。
図３２は反射損失を、図３３〜図３８は送信アンテナ１００′と受信アンテナ２００′との間の通過特性を示す。ここで、図３３はアンテナ１（素子１１０）を励振した場合、図３４はアンテナ２（素子１２０）を励振した場合、図３５はアンテナ３（素子１３０）を励振した場合、図３６はアンテナ４（素子１４０）を励振した場合、図３７はアンテナ５（素子１５０）を励振した場合、図３８はアンテナ６（素子１６０）を励振した場合を示している。
【００９１】
いずれも最大の通過量となるのは、ループ半径並びに端子角度が等しい特性Ｓ１７，Ｓ２８，Ｓ３９，Ｓ４＿１０，Ｓ５＿１１，Ｓ６＿１２であり、他の特性の通過量は小さいので、６値の多重化が可能である。また２番目に大きい通過量は、５．１５ＧＨｚで−３０ｄＢである。最大通過量と２番目の通過量の差はすべての場合の最小値でも１５．６ｄＢ以上（Ｓ５＿１１−Ｓ５６）であり、この特性は、第１の実施の形態例のアンテナ特性として示した値である１４．１ｄＢ以上（図２１〜図２４参照）と比べて、さらに１．５ｄＢ大きくなっており、第２の実施の形態例の送信アンテナ１００′及び受信アンテナ２００′は、さらに特性が優れていることがわかる。
したがって、第２の実施の形態例によると、上述した第１の実施の形態例で説明した効果と同様の効果が得られる。さらに、第２の実施の形態例の場合には、第１の実施の形態例よりも良好なアンテナ特性で実現できる。
【００９２】
＜３．変形例＞
なお、ここまで説明した実施の形態例の構成は、本発明の要旨を変更しない範囲で、変形や変更が可能である。
例えば、送信アンテナ１００や受信アンテナ２００に配置する円形ループアンテナ素子１１０〜１６０，２１０〜２６０の数は、それぞれ１つの群ごとに３本の素子で合計６本の素子としたが、必要な伝送レートに応じて、６本以外の任意の複数本の素子を配置した送信アンテナ及び受信アンテナとしてもよい。
【００９３】
また、第２の実施の形態例で示した各素子に給電部を接続する端子位置φＵ１，φＵ２，φＵ３の具体的な角度は一例であり、ループ半径や使用する誘電体基板の違いに応じてその他の角度を設定してもよい。この場合、少なくとも上面（表面）側と下面（裏面）側の同じ半径の円形ループアンテナどうしで、相対的な端子位置を凡そ（２ｌ＋１）π／２ｍｉ異なるように設定すればよい。
【００９４】
また、第１及び第２の実施の形態例では、第１のアンテナ素子群と第２のアンテナ素子群とを、基板１９０の表面及び裏面に配置するようにしたが、同様に第１のアンテナ素子群と第２のアンテナ素子群とを、それぞれ別の基板に配置してもよい。
【００９５】
さらに、送信アンテナ１００（１００′）と受信アンテナ２００（２００′）との間の伝送距離を長距離化するために、送信アンテナ１００（１００′）に近接して、放物面を備えた反射部材である、パラボロイドを配置すると共に、受信アンテナ２００（２００′）に近接してパラボロイドを配置するようにしてもよい。
【００９６】
また、各実施の形態例では、一方を送信アンテナ１００（１００′）とし、他方を受信アンテナ２００（２００′）としたが、送信アンテナ１００（１００′）と受信アンテナ２００（２００′）は同一の構成であるため、送信側と受信側を随時切り替えて、双方向に無線通信を行うようにしてもよい。
【００９７】
さらに、双方向に無線通信を行う場合、送信アンテナ１００（１００′）側の複数の円形ループアンテナを、２つの群に分けて、一方の群の円形ループアンテナ（例えば図１の円形ループアンテナ素子１１０〜１３０）を送信用とし、他方の群の円形ループアンテナ（例えば図１の円形ループアンテナ素子１４０〜１６０）を受信用として、送信と受信を同一周波数で同時に行うようにしてもよい。
【００９８】
また、送信アレイに近接して受信アレイの反対側に導体反射板を付加し、受信側と反対側に放射され無駄になる電磁界をすべて受信側に送信する構成も有効である。送信アレイと反射板の間隔は、通信周波数における波長の１／４から１／２０程度とする。また、反射板を受信側にも設け電磁界を送受信アレイ間に閉じ込めて送信電力を有効に利用することも有効である。
【００９９】
また、先に示したように、本発明の送受信を行うアンテナ対の端子方位の相対角度は、ｌπ／ｍｉずれていてもよい。ここでｌは任意の整数であり、ｌ＝０の場合が第１の実施の形態例で説明した場合に相当する。
【符号の説明】
【０１００】
１０…送信データ生成部、２１〜２６…送信部、３１〜３６，４１〜４６…信号線、５１〜５６…受信部、６０…受信データ処理部、１００，１００′…送信アンテナ、２００，２００′…受信アンテナ、１００Ａ，１００Ａ′，２００Ａ，２００Ａ′…第１の円形ループアンテナ群、１００Ｂ，１００Ｂ′，２００Ｂ，２００Ｂ′…第２の円形ループアンテナ群、１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０…円形ループアンテナ素子、１１１，１２１，１３１，１４１，２１１，２２１，２３１，２４１…給電部、１９０…基板、１９１，１９２…誘電体層
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【国際調査報告】
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