(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間において互いに垂直の関係を有する３つの面のそれぞれに沿って配置される導体ループを備える３軸ループアンテナにおいて、
第１の前記導体ループは、第２の前記導体ループの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第１の前記面に沿って配置され、
第２の前記導体ループは、第３の前記導体ループの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第２の前記面に沿って配置され、
第１の前記導体ループを基板パターンとして有する正方形または長方形の第１基板と、
第２の前記導体ループを基板パターンとして有する正方形または長方形の第２基板と、
第３の前記導体ループを基板パターンとして有する正方形または長方形の第３基板とを備え、
前記第１基板の第１の端面が前記第２基板の一方の表面に対向し、
前記第１基板の第１の端面に垂直な第１基板の第２の端面が前記第３基板の一方の表面に対向し、
前記第３基板の第１の端面が前記第２基板の前記一方の表面に対向する
ことを特徴とする３軸ループアンテナ。
【請求項２】
前記第１の導体ループと前記第３の導体ループに接続されるフィード線が、前記第２基板の一方の表面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の３軸ループアンテナ。
【請求項３】
空間において互いに垂直の関係を有する３つの面のそれぞれに沿って配置される導体ループを備える３軸ループアンテナにおいて、
第１の前記導体ループは、第２の前記導体ループの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第１の前記面に沿って配置され、
第２の前記導体ループは、第３の前記導体ループの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第２の前記面に沿って配置され、
正方形または長方形の基板であり、該基板の第１の端面には該端面に平行な第２の端面に向けたスリットが形成され、第１の前記導体ループを基板パターンとして有する第１基板と、
第２の前記導体ループを基板パターンとして有する正方形または長方形の第２基板と、
第３の前記導体ループを基板パターンとして有する正方形または長方形の第３基板とを備え、
前記第１基板の第１の端面が前記第２基板の一方の表面に対向し、かつ、前記第１基板のスリットの周囲部分が前記第３基板を跨ぐように配置され、
前記第３基板の第１の端面が前記第２基板の前記一方の表面に対向する
ことを特徴とする３軸ループアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３軸ループアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁界を利用した無線通信システムが提案されている(特許文献１)。このようなシステムでは、磁界に対する等方的な検出感度を有する端末が必要である。等方的な磁界検出感度を実現する手段の１つは、磁界ベクトルの絶対値を検出することである。そのためにまず、直交する３つのループアンテナ(導体ループ）からなる３軸ループアンテナを利用し、磁界ベクトルBの3つの空間成分(Bx, By, Bz)を検出する。さらに、3つの空間成分に対して絶対値演算
【数１】
0005987022.tif 000002
を行うことで、磁界の絶対値を検出できる。このような検出は、例えば図８の回路構成によって実現可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２５９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３軸ループアンテナの実現手段として、立方体の６つの面のうち直交する３面にループアンテナ（導体ループ）を配置する構造が提案されている(図９)。
【０００５】
この構造の問題点は、ループアンテナ間の相互インダクタンスが零で無いため、検出される磁界ベクトルの空間成分に誤差が生じることである。具体的な例として、B=(0,0,Bz)の場合について考えてみる。この場合Bzがzループを貫くことにより、zループに受信電流Izが流れる。ところがIzによって生じた磁束がyループとxループを貫き受信電流IｙとIｘが発生するので、元々は存在しないはずのByとBxが誤検出されてしまう。結果として、検出した磁界の絶対値(|B|)の精度が低下する。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、相互インダクタンスが小さく、磁界を高い精度で検出できる３軸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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、第１の本発明の３軸ループアンテナは、空間において互いに垂直の関係を有する３つの面のそれぞれに沿って配置される導体ループを備える３軸ループアンテナにおいて、第１の前記導体ループは、第２の前記導体ループの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第１の前記面に沿って配置され、第２の前記導体ループは、第３の前記導体ループの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第２の前記面に沿って配置され、第１の前記導体ループを基板パターンとして有する正方形または長方形の第１基板と、第２の前記導体ループを基板パターンとして有する正方形または長方形の第２基板と、第３の前記導体ループを基板パターンとして有する正方形または長方形の第３基板とを備え、前記第１基板の第１の端面が前記第２基板の一方の表面に対向し、前記第１基板の第１の端面に垂直な第１基板の第２の端面が前記第３基板の一方の表面に対向し、前記第３基板の第１の端面が前記第２基板の前記一方の表面に対向することを特徴とする。
第２の本発明の３軸ループアンテナは、空間において互いに垂直の関係を有する３つの面のそれぞれに沿って配置される導体ループを備える３軸ループアンテナにおいて、第１の前記導体ループは、第２の前記導体ループの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第１の前記面に沿って配置され、第２の前記導体ループは、第３の前記導体ループの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第２の前記面に沿って配置され、正方形または長方形の基板であり、該基板の第１の端面には該端面に平行な第２の端面に向けたスリットが形成され、第１の前記導体ループを基板パターンとして有する第１基板と、第２の前記導体ループを基板パターンとして有する正方形または長方形の第２基板と、第３の前記導体ループを基板パターンとして有する正方形または長方形の第３基板とを備え、前記第１基板の第１の端面が前記第２基板の一方の表面に対向し、かつ、前記第１基板のスリットの周囲部分が前記第３基板を跨ぐように配置され、前記第３基板の第１の端面が前記第２基板の前記一方の表面に対向することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の３軸ループアンテナは、相互インダクタンスが小さく、磁界を高い精度で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係る３軸ループアンテナを示す。
【図２】第２の実施の形態に係る３軸ループアンテナを示す。
【図３】第１基板２ｘ、第２基板２ｙ、第３基板２ｚの平面図を示す。
【図４】第３の実施の形態に係る３軸ループアンテナを示す。
【図５】第４の実施の形態に係る３軸ループアンテナを示す。
【図６】第５の実施の形態に係る３軸ループアンテナを示す。
【図７】第６の実施の形態に係る３軸ループアンテナを示す。
【図８】従来における磁界検出の回路構成の例を示す。
【図９】従来の３軸ループアンテナの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
[第１の実施の形態]
第１の実施の形態に係る３軸ループアンテナを図１に示す。
３軸ループアンテナは、空間において互いに垂直の関係を有する３つの面のそれぞれに沿って配置される導体ループ１ｘ、１ｙ、１ｚを備える。ここでいう面とは、幾何学上の面である。つまり、２次元的な広がりをいうものであり、実体を伴う必要はない。
【００１２】
導体ループ１ｘ、１ｙ、１ｚはそれぞれ、ｘ軸に垂直な面、ｙ軸に垂直な面、ｚ軸に垂直な面に沿って配置される。
【００１３】
第１の導体ループ１ｘは、第２の導体ループ１ｙの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第１の面に沿って配置される。
第２の導体ループ１ｙは、第３の導体ループ１ｚの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第２の面に沿って配置される。
【００１４】
ここでいう線対称軸とは、幾何学上の線対称軸であり、実体を伴う必要はない。
面に沿って配置されるとは、理想的には、導体ループの各部が面のいずれかの位置に存在することをいう。
【００１５】
さらに、図１の例では、第３の導体ループ１ｚは、第１の導体ループ１ｘの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第３の面に沿って配置される。
内側領域、線対称軸、各面については図示省略する。
【００１６】
また、３軸ループアンテナは、立方体１を備える。第１の導体ループ１ｘは、立方体１の第１面１１の中心１１ｃ、第１面１１に垂直な第２面１２の中心１２ｃ、第１面１１に平行な第３面１３の中心、第２面１２に平行な第４面１４の中心に沿って配置される。
【００１７】
第２の導体ループ１ｙは、第１面１１に垂直な第５面１５の中心１５ｃ、第２面１２の中心１２ｃ、第５面１５に平行な第６面の中心、第４面１４の中心に沿って配置される。  第３の導体ループ１ｚは、第１面の中心１１ｃ、第６面１６の中心、第３面１３の中心、第５面１５の中心１５ｃに沿って配置される
【００１８】
具体的には、絶縁体で形成された立方体１には、各面（１１〜１６）の中心を通る溝２がループ状に３本形成されている。各溝２に、絶縁体で被覆された導体ループ（１ｘ、１ｙ、１ｚ）が巻かれている。図１における巻き数は1回であるが、巻き数は複数回でもよい。このように配置された３本の導体ループは互いに直交し、さらに３つの導体ループの中心が一致する。この場合、任意の導体ループに流れる電流が作る磁束は他の導体ループを貫通しないので、この磁束によって他の導体ループには電流が流れない。言い換えると、導体ループ間の相互インダクタンスは理想的には零である。したがって、図９に示す従来の３軸ループアンテナで起きるような、異なる磁界成分の誤検出は発生しない。すなわち、磁界を高い精度で検出できる。
なお、立方体１を直方体に代えても同様の作用効果が得られる。
【００１９】
[第２の実施の形態]
第２の実施の形態に係る３軸ループアンテナを図２に示す。
３軸ループアンテナは、空間において互いに垂直の関係を有する３つの面のそれぞれに沿って配置される導体ループ１ｘ、１ｙ、１ｚを備える。
【００２０】
導体ループ１ｘ、１ｙ、１ｚはそれぞれ、ｘ軸に垂直な面、ｙ軸に垂直な面、ｚ軸に垂直な面に沿って配置される。
【００２１】
第１の導体ループ１ｘは、第２の導体ループ１ｙの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第１の面に沿って配置される。
第２の導体ループ１ｙは、第３の導体ループ１ｚの内側領域を線対称に分ける線対称軸を含む第２の面に沿って配置される。
内側領域、線対称軸、各面については図示省略する。
【００２２】
具体的には、３軸ループアンテナは、第１の導体ループ１ｘを基板パターンとして有する正方形または長方形の第１基板２ｘと、第２の導体ループ１ｙを基板パターンとして有する正方形または長方形の第２基板２ｙと、第３の導体ループ１ｚを基板パターンとして有する正方形または長方形の第３基板２ｚとを備える。
【００２３】
第１基板２ｘの第１の端面２１ｘが第２基板２ｙの一方の表面２１ｙに対向し、第１基板２ｘの第１の端面２１ｘに垂直な第１基板２ｘの第２の端面２２ｘが第３基板２ｚの一方の表面２１ｚに対向し、第３基板２ｚの第１の端面２２ｚが第２基板２ｙの一方の表面２１ｙに対向する。
【００２４】
対向するとは、理想的には端面が表面に平行な状態をいい、接していても接していなくてもよい。
導体ループは、例えば、長方形状である。
【００２５】
第１基板２ｘ、第２基板２ｙ、第３基板２ｚの平面図を図３に示す。
第２基板２ｙに形成された導体ループ１ｙの内側領域には、内側領域を線対称に分ける線対称軸Ａ、Ｂが存在する。線対称軸Ａに沿って、第１基板２ｘの第１の端面２１ｘが配置される。線対称軸Ｂに沿って、第３基板２ｚの端面２２ｚが配置される。
【００２６】
第３基板２ｚに形成された導体ループ１ｚの内側領域には、内側領域を線対称に分ける線対称軸Ｃが存在する。線対称軸Ｃに沿って、第１基板２ｘが配置される。
【００２７】
第１基板２ｘと第３基板２ｚを第２基板２ｙの上に垂直に立てるため、第１基板２ｘと第３基板２ｚは突起部ｍを有しており、第２基板２ｙには突起部ｍを挿入するための孔ｎが形成されている。
【００２８】
第２の実施の形態においては、導体ループを流れる電流により生じる磁束が他の導体ループを貫通しないので、相互インダクタンスは理想的には零になる。したがって、磁界を高い精度で検出できる。
【００２９】
[第３の実施の形態]
第３の実施の形態に係る３軸ループアンテナを図４に示す。
第３の実施の形態は第２の実施の形態に類似しているが、第１の導体ループ１ｘと第３の導体ループ１ｚに接続されるフィード線ｆが、第２基板２ｙの一方の表面２１ｙに形成されているので、各導体ループの端子を狭い領域にまとめて配置できる。これにより、導体ループの端部をアンプなどに接続することが容易になる。また、第２の実施の形態と同様に、各導体ループの相互インダクタンスは理想的には零になるので、磁界を高い精度で検出できる。
【００３０】
[第４の実施の形態]
第４の実施の形態に係る３軸ループアンテナを図５に示す。
第４の実施の形態は第２の実施の形態に類似しているが、第１基板２ｘの第１の端面２１ｘには該端面２１ｘに平行な第２の端面２３ｘに向けたスリット２４ｘが形成され、スリット２４ｘの周囲部分が第３基板２ｚを跨ぐように配置される。
【００３１】
そのため、第１の導体ループ１ｘの一部が、第２基板２ｙ上に形成されている。第２の実施の形態と同様に、各導体ループの相互インダクタンスは理想的には零になるので、磁界を高い精度で検出できる。
【００３２】
[第５の実施の形態]
第５の実施の形態に係る３軸ループアンテナを図６に示す。
第５の実施の形態は第２の実施の形態に類似しているが、第１の導体ループ１ｘは、全て第１基板２ｘ上に形成されている。第４の実施の形態と同様に、各導体ループの相互インダクタンスは理想的には零になるので、磁界を高い精度で検出できる。
【００３３】
[第６の実施の形態]
第６の実施の形態に係る３軸ループアンテナを図７に示す。
第６の実施の形態に係る３軸ループアンテナは、第５の実施の形態において導体ループ１ｘ、１ｙ、１ｚの巻き数を複数回にしたものである。第５の実施の形態と同様に、各導体ループの相互インダクタンスは理想的には零になるので、磁界を高い精度で検出できる。
【００３４】
なお、第２〜第６の実施の形態において、各導体ループの形状は、例えば、長方形、正方形、楕円、円など、線対称軸を有する形状であれば、どのような形状でもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…立方体
１ｘ…第１の導体ループ
１ｙ…第２の導体ループ
１ｚ…第３の導体ループ
２…溝
２ｘ…第１基板
２ｙ…第２基板
２ｚ…第３基板
１１…第１面
１１ｃ、１２ｃ、１５ｃ…中心
１２…第２面
１３…第３面
１４…第４面
１５…第５面
１６…第６面
２１ｘ、２２ｘ、２２ｚ、２３ｘ…端面
２１ｙ、２１ｚ…表面
２４ｘ…スリット
Ａ、Ｂ、Ｃ…線対称軸
【図１】
0005987022.tif 000003
【図２】
0005987022.tif 000004
【図３】
0005987022.tif 000005
【図４】
0005987022.tif 000006
【図５】
0005987022.tif 000007
【図６】
0005987022.tif 000008
【図７】
0005987022.tif 000009
【図８】
0005987022.tif 000010
【図９】
0005987022.tif 000011