(57)【要約】  【課題】  良好な放射特性を発揮できて高い利得を実現できることに加えて、小型化、特に低背化を図れるバーアンテナを提供する。  【解決手段】  ＣｏＯを０．２〜１０重量％添加したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなり、ＵＨＦ帯（３１５ＭＨｚ帯）における損失係数μ″が３×１０-2以下である短冊状のコア１に、巻回した状態での長さをλ／４以下としてコイルをが巻回しており、インピーダンス整合用の第１トリマコンデンサ３及び第２トリマコンデンサ４を外付けしている。このような構成をなす低背化したバーアンテナ１０は、小型機器に組み込める。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用する電波帯での損失係数μ″が３×１０-2以下であるフェライトからなるコアと、該コアに巻回されており、該コアに巻回した状態での長さがλ／４以下であるコイルと、インピーダンスを整合させるためのコンデンサとを備えることを特徴とするバーアンテナ。
【請求項２】
前記コアと前記コイルとの間にスペーサを設けてあることを特徴とする請求項１記載のバーアンテナ。
【請求項３】
前記コアの断面形状が矩形状をなしていることを特徴とする請求項１または２記載のバーアンテナ。
【請求項４】
前記コアの材料は、ＣｏＯを０．２〜１０重量％添加したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＨＦ帯を使用する小型機器への搭載に最適であって、小型な構成と良好な放射特性とが両立可能なバーアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
３１５ＭＨｚ帯で代表されるＵＨＦ帯微弱無線は、無線局の免許を必要としないため近距離でのデータ通信を主な用途として広く行われれている。例えば、自動車のキーレスエントリシステム、住宅の電子キーシステム、携帯電話のテレビジョン放送受信システム、ワイヤレステレメータシステムなどの分野で利用されている。これらの分野での機器は集積回路技術の発展によって小型化が進んでおり、これに伴って、搭載されるアンテナの小型化に対する要望が高い。
【０００３】
従来、微弱電磁波を用いた機器におけるアンテナとしては、λ／４ホイップアンテナまたはプリント基板に直接形成したループアンテナなどが使用されてきている。しかしながら、これらのアンテナの設置には、例えば３１５ＭＨｚ帯の場合、λ／４ホイップアンテナで２０ｃｍ程度、ループアンテナで５０×３０ｍｍ程度の設置面積が必要であり、この種のアンテナを小型機器へ搭載することは困難である。
【０００４】
小型化を図るアンテナとして、誘電体の波長短縮効果（比誘電率の−１／２乗に比例して波長が短縮）を利用して短縮化したセラミックアンテナ、または、λ／４エレメントを螺旋状に巻いて短縮化したヘリカルアンテナなどが用いられている。しかしながら、これらのアンテナでは、小型化した場合に、利得が著しく低下するという問題がある。
【０００５】
コアにコイルを巻回させた構成をなすバーアンテナについても多数の提案がなされているが（例えば、特許文献１，２参照）、十分に小型化を図れたものは見られない。
【特許文献１】特開２００１−１０２８３２号公報
【特許文献２】特開２００４−１４７０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような携帯型の小型通信機器においては、その全体構成を小型にするために、送受信用のアンテナを、筐体に組み込んだり、回路基板に埋め込んだりすることが多い。よって、このような小型機器に搭載されるアンテナには、特に低背化（薄型化）が要求される。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、良好な放射特性を発揮できて高い利得を実現できることに加えて、小型化、特に低背化を図れるバー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】
【０００８】
本発明に係るバーアンテナは、使用する電波帯での損失係数μ″が３×１０-2以下であるフェライトからなるコアと、該コアに巻回されており、該コアに巻回した状態での長さがλ／４以下であるコイルと、インピーダンスを整合させるためのコンデンサとを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のバーアンテナにあっては、損失係数μ″が３×１０-2以下であるフェライトからなるコアに、巻回した状態での長さ、つまり波長短縮効果を考慮した長さがλ／４以下であるコイルを巻回し、外付けのコンデンサにてインピーダンス整合をとる構成としている。これにより、小型・低背の構成であっても、大きい共振電流を流せて大きな起磁力を発生して、良好な放射特性を得る。
【００１０】
本発明に係るバーアンテナは、上記構成にあって、前記コアと前記コイルとの間にスペーサを設けてあることを特徴とする。
【００１１】
本発明のバーアンテナにあっては、コアとコイルとの間にスペーサを設けて、コアに密着させずにコイルを巻回している。よって、波長短縮効果を低減して、コイルの巻回数を多くしてコアへ印加する起磁力を大きくする。
【００１２】
本発明に係るバーアンテナは、上記構成にあって、前記コアの断面形状が矩形状をなしていることを特徴とする。
【００１３】
本発明のバーアンテナにあっては、コアの断面形状を矩形状としている。よって、更なる低背化を図れる。
【００１４】
本発明に係るバーアンテナは、上記構成にあって、前記コアの材料は、ＣｏＯを０．２〜１０重量％添加したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材であることを特徴とする。
【００１５】
本発明のバーアンテナにあっては、ＣｏＯを０．２〜１０重量％添加したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材をコアに使用している。よって、３×１０-2以下の低損失を容易に実現する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のバーアンテナでは、損失係数μ″が３×１０-2以下であるフェライトからなるコアと、コアに螺旋状に巻回される、巻回した状態での長さがλ／４以下であるコイルと、インピーダンス整合用のコンデンサとを備えるようにしたので、良好な特性を有しながら、小型化、特に低背化を実現することができる。
【００１７】
本発明のバーアンテナでは、コアとコイルとの間にスペーサを設けて、波長短縮効果を低減するようにしたので、コイルの巻回数を多くできてコアへ印加する起磁力を大きくでき、特性の向上を図ることができる。
【００１８】
本発明のバーアンテナでは、コアの断面を矩形状とするようにしたので、更なる低背化を図ることができる。
【００１９】
本発明のバーアンテナでは、コア材として、ＣｏＯを０．２〜１０重量％添加したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材を用いるようにしたので、良好な特性に必要な３×１０-2以下の低損失を容易に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明に係るバーアンテナ１０の一例の構成を示す図である。
【００２１】
図１において、１は短冊状のコアであり、コア１はＣｏＯを０．２〜１０重量％添加したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト（Ｆｅ2 Ｏ3 ：２０〜４９モル％，ＮｉＯ：０〜５０モル％，ＣｕＯ：５〜２０モル％，Ｚｎ：残部）からなる。また、ＵＨＦ帯（３１５ＭＨｚ帯）におけるコア１の損失係数μ″は３×１０-2以下である。コア１の中心部には、コイル２が螺旋状に数ターン巻回されている。コイル２の巻回した状態での長さ、つまり波長短縮効果を考慮した長さ（以下、コイル２の延長長さという）を、λ／４以下としている。コイル２の引き出し側には、第１トリマコンデンサ３が直列接続されるとともに、第２トリマコンデンサ４が並列接続されている。これらの第１，第２トリマコンデンサ３，４は、後述するようにＬ素子として機能するコイル２とのインピーダンス整合を行うためのものである。
【００２２】
コア１の損失係数μ″を３×１０-2以下にしている理由は次の通りである。損失が大きい場合には、エネルギがコア１を温めるために消費されて、電波放射に十分に利用されず、外部への電波放射が少なくなって良好な放射特性が得られない。したがって、その入力エネルギを電波放射に有効に利用できるように、コア１の損失係数μ″を３×１０-2以下としている。この損失係数の数値は、ＣｏＯを０．２〜１０重量％添加したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを使用することにより、容易に実現できる。
【００２３】
ソフトフェライトコアに螺旋状にコイルを巻回したバーアンテナにおいて、コイルのインピーダンスの周波数特性を測定すると、周波数が低い場合、つまり波長が問題とならない場合には、常にＬ素子として機能するが、周波数が高くなって波長が問題となる場合、コイルの延長長さがλ／４以下であるときに誘導性、λ／４を超えたときに容量性となる。コイルが容量性を呈すると、電流の向きが反転する部分が発生して、コアに印加する起磁力が低下する。
【００２４】
そこで、本発明では、コイル２の延長長さをλ／４以下として誘導性とし、外付けの第１，第２トリマコンデンサ３，４によりインピーダンス整合を行う。コイル２と第１，第２トリマコンデンサ３，４との共振作用によって、大きな共振電流が流れ、コア１に大きな起磁力を印加できて、効率よく磁界を外部空間に放射することができる。この結果、従来のλ／４ホイップアンテナと同程度の特性を保持しながら、３ｍｍ以下の低背化と長さλ／２０以下の短縮化とを実現できる。
【００２５】
本発明のバーアンテナは、外部に電界が放散しない磁界結合型であって、共振電流を接地面に流さない構造であるため、接地面が不要である。よって、接地面積の確保が困難な小型機器にも容易に搭載でき、プラスチック筐体への取付けも可能である。また、磁界結合型であるため、近接導体による浮遊静電容量の影響を受けにくいので、小型機器に組み込んでも性能低下は小さい。また、マッチングのずれも生じにくい。
【００２６】
図２は、本発明に係るバーアンテナ１０の他の例の構成を示す図である。図２において、図１と同一部分には同一番号を付して、それらの説明は省略する。
【００２７】
図２に示す例では、コイル２を巻回する領域のコア１の表面にスペーサ５を設けており、コイル２をコア１に密着させずに隙間を空けて巻回している。コイル２がコア１に密着している近傍の電界挙動で波長短縮効果の程度が決まる。そこで、この例では、コイル２をコア１に密着させずに巻くことで波長短縮効果を軽減して、コイル２の巻回数を多くしてコア１へ印加する起磁力を大きくするようにしている。なお、他の構成は図１と同じである。
【００２８】
以下、３１５ＭＨｚ帯における本発明のバーアンテナの具体的な実施例について説明する。コア１、コイル２、第１，第２トリマコンデンサ３，４として、以下のようなものを使用した。
【００２９】
（コア１）
材料：Ｆｅ2 Ｏ3 ：４５モル％，ＮｉＯ：３５モル％，ＣｕＯ：１５モル％，ＺｎＯ：        ５モル％，ＣｏＯ：１重量％のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトであり、その特性        は比透磁率μ′＝８、比誘電率ε′＝８
寸法：幅１２ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍ
（コイル２）
材料：ポリウレタン被覆銅線（ＪＩＳ（ＵＥＷ２種）相当材）
寸法：直径０．５ｍｍ、延長長さλ／４以下（具体的には上記コア１に近接した状態で        は８０〜９５ｍｍ）
巻回状態：巻回数３ターン、巻き線間スペース２ｍｍ、コア１とのスペース０．５ｍｍ（第１トリマコンデンサ３）
容量：３ｐＦ
（第２トリマコンデンサ４）
容量：４０ｐＦ
【００３０】
次に、本発明に係るバーアンテナ１０の特性評価について説明する。上述したような数値例を有するバーアンテナ１０を作製して、その特性を測定した。インピーダンスアナライザに接続して、インピーダンスの調整を行った。この調整は、第１，第２トリマコンデンサ３，４の容量を調整する方法で５０Ωに合わせた。
【００３１】
作製したバーアンテナ１０に発振器を接続し、受信側に３１５ＭＨｚ標準ダイポールアンテナを使用し、両アンテナ間の距離を３ｍ空けて電波暗室内で受信電力を測定した。また、比較例として、ガラスエポキシ（ＦＲ−４）基板を用い銅箔パターンで形成したワイヤアンテナ（３０×５０ｍｍ）に２個のコンデンサを用いたインピーダンス整合回路を付加し、さらに５０Ω同軸線を接続した比較アンテナを作製し、作製した比較アンテナを使用して、上述した本発明のバーアンテナ１０と同一の条件にて受信電力を測定した。
【００３２】
入力を５ｄＢｍとした場合、従来の比較アンテナでは受信電力の測定結果が−６０ｄＢｍであったのに対して、本発明のバーアンテナ１０では受信電力の測定結果が−４０〜−５０ｄＢｍであった。本発明に係るバーアンテナ１０を送信アンテナに使用した場合、従来のワイヤアンテナを使用する場合と比べて、小型の構成にも拘わらず同一の送信電力で受信側に到達する電力を１０ｄＢ以上増加することができた。よって、本発明のバーアンテナ１０を用いることにより、従来困難であった小型送信機にも、放射特性に優れたアンテナを組み込ませることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るバーアンテナの一例の構成を示す図である。
【図２】本発明に係るバーアンテナの他の例の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  コア
２  コイル
３  第１トリマコンデンサ
４  第２トリマコンデンサ
５  スペーサ
１０  バーアンテナ
【図１】
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【図２】
2006074627.tif 000004