(57)【要約】【課題】  アンテナ装置の指向性を改善するために、アンテナコイルの数を増やすことは、コストの上昇、信頼性の低下、装置の大型化を招くことになる。本願発明は、アンテナコイルの数を増やすことなく、平面内の全方位に対して感度を有するアンテナ装置を提供することを目的とする。【解決手段】  上記目的を達成するために、本願発明は、ファラデー効果を有するファラデー回転素子を、ファラデー回転素子の中心から外周方向に放射する静磁場下に置いて、外周方向からの電磁波の磁場方向を回転させて、ファラデー回転素子の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイルに鎖交させるものである。【選択図】図３
2006203672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー回転素子と、
前記ファラデー回転素子の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体と、
前記ファラデー回転素子の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイルと、
を備えるアンテナ装置。
【請求項２】
前記ファラデー回転素子の外周方向から前記起磁体への磁路を形成するヨークを、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記ファラデー回転素子は、中心よりも外周の方が厚いことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記ファラデー回転素子は、磁路を形成する部分の半径Ｒが略
Ｒ＝π（２ｎ−１）／（２θ）
であることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかのアンテナ装置。
但し、ｎは正整数、θは前記静磁場における前記ファラデー回転素子でのファラデー回転係数（ｒａｄ／ｍｍ）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電磁波を用いて信号又は電力を受信するアンテナ装置、特に、全方向性のアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
巻き線型のアンテナ装置は、電磁波の磁場成分を電磁誘導によってアンテナコイルに誘導される電流に変換しているため、アンテナコイルが指向性を持っていた。巻き線型のアンテナ装置は、ループアンテナに分類され、中でもアンテナコイルの内部に磁性体を有しているものは、バーアンテナと呼称される。
【０００３】
従来のループアンテナの例を図１に示す。図１において、８１はＸ−Ｚ面にループを持つアンテナコイル、２はＹ軸方向に磁場を持つＸ軸方向からの電磁波、３はＸ軸方向に磁場を持つＹ軸方向からの電磁波である。
【０００４】
Ｘ軸方向からの電磁波の磁場２は、アンテナコイル８１に対して磁場が鎖交するために、アンテナコイル８１に誘導電流を発生させる。一方、Ｙ軸方向からの電磁波３の磁場は、アンテナコイル８１に対して磁場が鎖交しないために、アンテナコイル８１に誘導電流を発生させない。
【０００５】
アンテナコイル８１の指向性を図２に示す。図２は、図１のアンテナコイル８１をＺ軸方向から見た指向性パターン８４である。アンテナコイル８１がＸ−Ｚ面にあるため、Ｘ−Ｙ面での感度は、Ｘ軸方向に８の字状の指向性パターンとなり、Ｙ軸方向には感度がないことが分かる。
【０００６】
ループアンテナの指向性を改善する試みとして、２つのアンテナコイルを用意して、Ｘ−Ｙ面での指向性を改善する例がある（例えば、特許文献１参照。）。また、３つのアンテナコイルを用意して、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸の全方位に対して指向性を改善する例もある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２４２７４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５７５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、アンテナ装置の指向性を改善するために、アンテナコイルの数を増やすことは、コストの上昇、信頼性の低下、装置の大型化を招くことになる。
【０００９】
本願発明は、アンテナコイルの数を増やすことなく、平面内の全方位に対して感度を有するアンテナ装置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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願発明は、ファラデー効果を有するファラデー回転素子を、ファラデー回転素子の中心から外周方向に放射する静磁場下に置いて、外周方向からの電磁波の磁場方向を回転させて、ファラデー回転素子の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイルに鎖交させるものである。
【００１１】
具体的には、本願発明は、ファラデー回転素子と、前記ファラデー回転素子の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体と、前記ファラデー回転素子の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイルと、を備えるアンテナ装置である。
【００１２】
本願発明のアンテナ装置では、ファラデー効果を有するファラデー回転素子の中心から外周方向に静磁場を形成するため、外周方向からの電磁波はファラデー回転素子によって磁場方向が回転させられ、必ず電磁波の磁場方向がアンテナコイルに鎖交することになる。鎖交した電磁波はアンテナコイルに誘導電流を発生させる。ファラデー回転素子で全方位の外周方向からの電磁波が同じ磁場方向の回転が与えられるため、本願発明のアンテナ装置は、全方位に対して感度を有することになる。
【００１３】
従って、本願発明により、アンテナコイルの数を増やすことなく、アンテナコイルを含む平面内の全方位に対して感度を有するアンテナ装置とすることができる。
【００１４】
本願発明のアンテナ装置において、前記ファラデー回転素子の外周方向から前記起磁体への磁路を形成するヨークを、さらに備えることが好ましい。
【００１５】
ヨークによって閉磁路を集中的に形成することができ、ファラデー回転素子による磁場方向を効率的に回転させることができる。
【００１６】
本願発明のアンテナ装置において、前記ファラデー回転素子は、中心よりも外周の方が厚いことが好ましい。
【００１７】
ファラデー回転素子の外周を厚くすることによって、ファラデー回転素子の外周方向からの電磁波を効率的に取り込むことができる。
【００１８】
本願発明のアンテナ装置において、前記ファラデー回転素子は、磁路を形成する部分の半径Ｒが略
Ｒ＝π（２ｎ−１）／（２θ）
であることが好ましい。
【００１９】
上記の半径であれば、最も効率的に電磁波を受信することができる。
【００２０】
以上の説明では、静磁場はファラデー回転素子の中心から外周方向に形成されると説明したが、ファラデー回転素子の外周方向から中心に形成されても同様の効果が得られる。以下の説明でも同様である。
【発明の効果】
【００２１】
本願発明によれば、アンテナコイルの数を増やすことなく、平面内の全方位に対して感度を有するアンテナ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
添付の図面を参照して本願発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本願発明の構成の例であり、本願発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
【００２３】
本願発明のアンテナ装置は、ファラデー効果を有する円盤状の磁性体を用い、円盤の中心から外周方向へ放射状の静磁場を形成し、この円盤の外周部にアンテナコイルが巻回されている。
【００２４】
ファラデー効果を有する磁性体としては、Ｍｇ−Ｍｎ系、Ｍｇ−Ｍｎ−Ａｌ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ａｌ系、Ｌｉ系等に代表されるスピネル型フェライト、又は
Ｒ３Ｆｅ５Ｏ１２なる化学式で表されるガーネット系フェライトが例示できる。この場合、ＲはＹ（イットリウム）又はＧｄ（ガドリニウム）等の希土類元素を示す。さらにこのガーネット系フェライトでは、Ｆｅの一部をＡｌ、Ｇｄ、Ｃａ等で置換してもよい。
【００２５】
放射状の静磁場を形成するための手段としては、フェライト系若しくは金属系の永久磁石、又は電磁石が適用できる。
【００２６】
ヨークは、ファラデー回転素子と共に効率的に閉磁路を形成するために使用されるものであり、アンテナ装置の使用周波数における透磁率が、ファラデー回転素子よりも小さい材料が望ましい。例えば、フェライト系、金属系又は焼結金属系が例示できる。
【００２７】
なお、ヨークはアンテナ装置に必須の構成要素ではない。
【００２８】
（実施の形態１）
本願発明の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図を図３に、図３に示すアンテナ装置の分解斜視図を図４に、図３におけるアンテナ装置のＸ−Ｚ面における断面図を図５に示す。図３、図４及び図５において、１１は円盤状の磁性体からなるファラデー回転素子、１２はファラデー回転素子１１の円盤の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイル、１４はファラデー回転素子１１の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体、１３はファラデー回転素子１１の円盤の外周方向から起磁体１４への磁路を形成する円盤状の磁性体からなるヨーク、１５は起磁体１４が形成する静磁場である。但し、図３においては、起磁体１４は図示されていない。また、図３及び図４においては、静磁場１５は図示されていない。
【００２９】
図３及び図４で本実施形態のアンテナ装置の構成を説明する。ファラデー回転素子１１の外周を取巻くようにアンテナコイル１２が配置される。ファラデー回転素子１１の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成するために、起磁体１４の中心軸とファラデー回転素子１１の中心軸とが一致するように起磁体１４が配置される。ファラデー回転素子１１の外周方向から起磁体１４への磁路を集中させて形成するために、ヨーク１３の中心軸とファラデー回転素子１１の中心軸とが一致するようにヨーク１３が配置される。
【００３０】
図５において、起磁体１４からの静磁場１５は、ファラデー回転素子１１の円盤の中心から外周方向に向かい、ヨーク１３の外周方向から中心方向に向かって起磁体１４に戻り、閉磁路を形成する。ヨーク１３がない場合は、ファラデー回転素子１１の円盤の中心から外周方向に向かった静磁場は、空中を経由してファラデー回転素子１１の外周方向から中心方向に向かって起磁体１４に戻り、閉磁路を形成する。ヨーク１３は、ファラデー回転素子１１の外周方向から中心方向に向かい起磁体１４に戻る静磁場１５をヨーク内に集中させるため、静磁場１５が効率的に閉磁路を形成することができる。アンテナコイル１２内を電磁波の磁場が横切ると、アンテナコイル１２に電流が誘導され、電磁波を検出することができる。
【００３１】
図６は、電磁波の進行に伴って磁場が回転する様子を説明する図である。図６を用いて本実施形態のアンテナ装置の動作を説明する。図３、図４及び図５と同じ符号は同じ意味を表す。
【００３２】
図６において、ファラデー回転素子１１がファラデー効果を持たない磁性体の場合は、Ｙ軸方向に磁場を持つ電磁波２が、Ｘ軸方向からアンテナ装置のファラデー回転素子１１を通過しても、電磁波２の磁場成分はアンテナコイル１２に対して平行であるため、アンテナコイル１２に鎖交する磁束は存在せず、アンテナコイル１２に電流は誘導されない。
【００３３】
一方、本実施形態のようにファラデー回転素子１１がファラデー効果を持つ磁性体の場合は、図６のようにファラデー回転素子１１の中心から放射状に磁路を形成する静磁場１５中を進行する電磁波２は、図６に示す一連の矢線のように、Ｙ−Ｚ面内で磁場が回転する。ファラデー回転素子１１の中心を通過した後は、静磁場１５の向きが逆になるため、磁場は反対方向に回転する。
【００３４】
磁場の回転方向は、静磁場１５の方向によって決定され、静磁場１５の方向が逆になれば、回転の方向も逆になる。左回転又は右回転のいずれでも本実施形態のアンテナ装置の効果は有効である。
【００３５】
電磁波２の磁場は、ファラデー回転素子１１に到達する前までは、Ｚ軸方向の成分が存在しないが、ファラデー回転素子１１を通過中にＺ軸方向の成分が現れる。Ｚ軸方向の磁場は、アンテナコイル１２に磁束が鎖交し、誘導電流を発生させる。Ｘ軸方向に限らず、Ｘ−Ｙ平面における全方位からの電磁波に対して同じ効果を得る。
【００３６】
従って、本実施形態のアンテナ装置では、１つのアンテナコイルを用いてもＸ−Ｙ平面の全方位に対して感度を有することになる。逆に、アンテナコイル１２に交流信号を印加すると、アンテナ装置からＸ−Ｙ平面内の全方位に対して等しい放射強度を持つ電磁波を放射することができる。
【００３７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、ファラデー回転素子の磁路を形成する部分の半径Ｒの最適値を求める。
【００３８】
図６を用いて磁場の回転を説明する。Ｘ軸方向からの電磁波２が、ファラデー回転素子１１の外周部に達した時点では、電磁波２はＺ軸方向の磁場成分を持たない。ファラデー回転素子１１の内部を進行するに従い、ファラデー回転素子１１のファラデー効果によって、磁場が回転を始め、Ｚ軸方向にも磁場成分が発生する。
【００３９】
図６において、ファラデー回転素子の円盤の磁路を形成する部分の半径をＲ、中心から半径Ｒまでの間の任意の位置をｒとすると、ファラデー回転素子１１の内部で発生する電磁波２のＺ軸方向の磁束密度Ｂｚ（ｒ）は、下記（１）式で表される。
【数１】
2006203672.tif 000003
上記（１）式において、μはファラデー回転素子１１の所定の周波数における透磁率、Ｈは電磁波２の磁界強度、θは前記所定の周波数及びファラデー回転素子１１の静磁場におけるファラデー回転係数（ｒａｄ／ｍ）である。
【００４０】
Ｘ軸に沿って、上記（１）式を下記（２）式のように積分すると、アンテナコイル１２に鎖交する磁束が得られる。
【数２】
2006203672.tif 000004
【００４１】
上記（２）式において、
【数３】
2006203672.tif 000005
【００４２】
上記（３）式で置き換えると、
【数４】
2006203672.tif 000006
【００４３】
上記（４）式において、θ・Ｒを横軸に、磁束Ｂを縦軸に表したグラフを図７に示す。図７から分かるように、πの周期で最大値と最小値が繰り返される。ここで、半径Ｒに注目すると、上記（４）式のＢは、下記（５）式の条件を満たす場合に最大値となる。
【数５】
2006203672.tif 000007
【００４４】
上記（５）式において、ｎ＝１の場合に、ファラデー回転素子の半径を最小にして、磁束を最大にすることができる。ｎ＝１の場合の磁束密度Ｂｚ（ｒ）の変化を図８に示す。図８において、横軸はファラデー回転素子の円盤の磁路を形成する中心からの距離、縦軸はその距離に応じた磁束密度を表す。図８から分かるように、ファラデー回転素子１１の外周方向から進行した電磁波２は、ファラデー回転素子１１の中心に向かうにしたがって、磁場が回転し、Ｚ軸方向の磁場成分が現れる。電磁波２が中心から離れるにしたがって、磁場は逆に回転し、Ｚ軸方向の磁場が消失する。ファラデー回転素子の磁路を形成する中心における回転角は９０度のときに、電磁波２のアンテナコイル１２に鎖交する磁束が最大となる。
【００４５】
従って、本実施形態のファラデー回転素子は、円盤の磁路を形成する部分の半径Ｒが以下（６）式のときにアンテナ装置の受信感度又は放射効率が最大となる。
【数６】
2006203672.tif 000008
また、上記（６）式において、ｎ＝１のときが最小の半径で磁束を最大にすることができる。
以下の実施の形態のアンテナ装置についても、ファラデー回転素子の磁路を形成する部分の半径Ｒの最適値は同様の結果が得られる。
【００４６】
（実施の形態３）
本願発明のアンテナ装置の他の実施の形態を説明する。本実施の形態のアンテナ装置は、実施の形態１で説明したアンテナ装置の２台を、ヨークを背にして組み合わせた構成である。
【００４７】
図１０に本実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視図を、図１１に本実施形態のアンテナ装置の断面図を示す。図１０及び図１１において、２１−１及び２１−２は円盤状の磁性体からなるファラデー回転素子、２２−１はファラデー回転素子２１−１の円盤の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイル、２２−２はファラデー回転素子２１−２の円盤の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイル、２４−１はファラデー回転素子２１−１の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体、２４−２はファラデー回転素子２１−２の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体、２３はファラデー回転素子２１−１又は２１−２の円盤の外周方向から起磁体２４−１又は２４−２への磁路を形成する円盤状の磁性体からなるヨーク、２５は起磁体２４−１又は２４−２が形成する静磁場である。
【００４８】
図１０で本実施形態のアンテナ装置の構成を説明する。ファラデー回転素子２１−１の外周を取巻くようにアンテナコイル２２−１が配置され、ファラデー回転素子２１−２の外周を取巻くようにアンテナコイル２２−２が配置される。図１０では、アンテナコイル２２−１及びアンテナコイル２２−２は、それぞれ別体として構成されているが、一体として構成してもよい。
【００４９】
ファラデー回転素子２１−１の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成するために、起磁体２４−１の中心軸とファラデー回転素子２１−１の中心軸とが一致するように起磁体２４−１が配置され、ファラデー回転素子２１−２の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成するために、起磁体２４−２の中心軸とファラデー回転素子２１−２の中心軸とが一致するように起磁体２４−２が配置される。ファラデー回転素子２１−１及び２１−２の外周方向から起磁体２４−１又は２４−２への磁路を集中させて形成するために、ヨーク２３の中心軸とファラデー回転素子２１−１及び２１−２の中心軸とが一致するようにヨーク２３が配置される。
【００５０】
図１１において、起磁体２４−１からの静磁場２５は、ファラデー回転素子２１−１の円盤の中心から外周方向に向かい、ヨーク２３の外周方向から中心方向に向かって起磁体２４−１に戻り、閉磁路を形成する。起磁体２４−２からの静磁場２５は、ファラデー回転素子２１−２の円盤の中心から外周方向に向かい、ヨーク２３の外周方向から中心方向に向かって起磁体２４−２に戻り、閉磁路を形成する。
【００５１】
図１１では、起磁体２４−１及び起磁体２４−２は、磁場の方向が対抗するように配置されているが、一つの永久磁石を静磁場２５のような磁場となるように着磁することによって実現してもよい。又は、磁性体をコアとし、コアにコイルを巻回して電磁石によって実現してもよい。
【００５２】
ヨーク２３がない場合は、ファラデー回転素子２１−１の円盤の中心から外周方向に向かった静磁場は、空中を経由してファラデー回転素子２１−１の外周方向から中心方向に向かって起磁体２４−１に戻り、閉磁路を形成し、ファラデー回転素子２１−２の円盤の中心から外周方向に向かった静磁場は、空中を経由してファラデー回転素子２１−２の外周方向から中心方向に向かって起磁体２４−２に戻り、閉磁路を形成する。ヨーク２３は、ファラデー回転素子２１−１及び２１−２の外周方向から中心方向に向かい起磁体２４−１又は２４−２に戻る静磁場をヨーク内に集中させるため、静磁場２５が効率的に閉磁路を形成することができる。アンテナコイル２２−１内又は２２−２内を電磁波の磁場が横切ると、アンテナコイル２２−１又は２２−２に電流が誘導され、電磁波を検出することができる。
【００５３】
図１１を用いて本実施形態のアンテナ装置の動作を説明する。図１１において、ファラデー回転素子２１−１及び２１−２がファラデー効果を持たない磁性体の場合は、Ｙ軸方向（紙面に垂直方向）に磁場を持つ電磁波２が、Ｘ軸方向からアンテナ装置のファラデー回転素子２１−１又は２１−２を通過しても、電磁波２の磁場成分はアンテナコイル２２−１及び２２−２に対して平行であるため、アンテナコイル２２−１又は２２−２に鎖交する磁束は存在せず、アンテナコイル２２−１及び２２−２に電流は誘導されない。
【００５４】
一方、本実施形態のようにファラデー回転素子２１−１及び２１−２がファラデー効果を持つ磁性体の場合は、図１１のようにファラデー回転素子２１−１又は２１−２の中心から放射状に磁路を形成する静磁場２５中を進行する電磁波２は、Ｙ−Ｚ面内で磁場が回転する。ファラデー回転素子２１−１又は２１−２の中心を通過した後は、静磁場２５の向きが逆になるため、磁場は反対方向に回転する。
【００５５】
磁場の回転方向は、静磁場２５の方向によって決定され、静磁場２５の方向が逆になれば、回転の方向も逆になる。左回転又は右回転のいずれでも本実施形態のアンテナ装置の効果は有効である。
【００５６】
電磁波２の磁場は、ファラデー回転素子２１−１又は２１−２に到達する前までは、Ｚ軸方向の成分が存在しないが、ファラデー回転素子２１−１又は２１−２を通過中にＺ軸方向の成分が現れる。Ｚ軸方向の磁場は、アンテナコイル２２−１又は２２−２に磁束が鎖交し、誘導電流を発生させる。Ｘ軸方向に限らず、Ｘ−Ｙ平面における全方位からの電磁波に対して同じ効果を得る。
【００５７】
実施の形態１のアンテナ装置に比べて、１つのヨークを共有しつつ、２つのファラデー回転素子を使用することによって、感度良く電磁波を検出することができる。
【００５８】
従って、本実施形態のアンテナ装置では、１つのアンテナコイルを用いてもＸ−Ｙ平面の全方位に対して感度を有することになる。逆に、アンテナコイル２２−１又は２２−２に交流信号を印加すると、アンテナ装置からＸ−Ｙ平面内の全方位に対して等しい放射強度を持つ電磁波を放射することができる。
【００５９】
（実施の形態４）
本願発明のアンテナ装置の他の実施の形態を説明する。本実施の形態のアンテナ装置は、実施の形態１で説明したアンテナ装置の２台を、ファラデー回転素子を背にして組み合わせた構成である。
【００６０】
図１２に本実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視図を、図１３に本実施形態のアンテナ装置の断面図を示す。図１２及び図１３において、３１は円盤状の磁性体からなるファラデー回転素子、３２はファラデー回転素子３１の円盤の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイル、３４−１及び３４−２はファラデー回転素子３１の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体、３３−１はファラデー回転素子３１の円盤の外周方向から起磁体３４−１への磁路を形成する円盤状の磁性体からなるヨーク、３３−２はファラデー回転素子３１の円盤の外周方向から起磁体３４−２への磁路を形成する円盤状の磁性体からなるヨーク、３５は起磁体３４−１又は３４−２が形成する静磁場である。
【００６１】
図１２で本実施形態のアンテナ装置の構成を説明する。ファラデー回転素子３１の外周を取巻くようにアンテナコイル３２が配置される。ファラデー回転素子３１の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成するために、起磁体３４−１の中心軸とファラデー回転素子３１の中心軸とが一致するように起磁体３４−１が配置され、ファラデー回転素子３１の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成するために、起磁体３４−２の中心軸とファラデー回転素子３１の中心軸とが一致するように起磁体３４−２が配置される。ファラデー回転素子３１の外周方向から起磁体３４−１又は３４−２への磁路を集中させて形成するために、ヨーク３３−１及び３３−２の中心軸とファラデー回転素子３１の中心軸とが一致するようにヨーク３３−１及び３３−２が配置される。
【００６２】
図１３において、起磁体３４−１からの静磁場３５は、ファラデー回転素子３１の円盤の中心から外周方向に向かい、ヨーク３３−１の外周方向から中心方向に向かって起磁体３４−１に戻り、閉磁路を形成する。起磁体３４−２からの静磁場３５は、ファラデー回転素子３１の円盤の中心から外周方向に向かい、ヨーク３３−２の外周方向から中心方向に向かって起磁体３４−２に戻り、閉磁路を形成する。
【００６３】
図１３では、起磁体３４−１及び起磁体３４−２は、磁場の方向が対抗するように配置されている。起磁体３４−１及び起磁体３４−２は、磁性体をコアとし、コアにコイルを巻回して電磁石によって実現してもよい。
【００６４】
ヨーク３３−１又は３３−２がない場合は、ファラデー回転素子３１の円盤の中心から外周方向に向かった静磁場は、空中を経由してファラデー回転素子３１の外周方向から中心方向に向かって起磁体３４−１又は３４−２に戻り、閉磁路を形成する。ヨーク３３−１及び３３−２は、ファラデー回転素子３１の外周方向から中心方向に向かい起磁体３４−１又は３４−２に戻る静磁場３５をヨーク内に集中させるため、静磁場３５が効率的に閉磁路を形成することができる。アンテナコイル３２内を電磁波２の磁場が横切ると、アンテナコイル３２に電流が誘導され、電磁波２を検出することができる。
【００６５】
図１３を用いて本実施形態のアンテナ装置の動作を説明する。図１３において、ファラデー回転素子３１がファラデー効果を持たない磁性体の場合は、Ｙ軸方向（紙面に垂直方向）に磁場を持つ電磁波２が、Ｘ軸方向からアンテナ装置のファラデー回転素子３１を通過しても、電磁波２の磁場成分はアンテナコイル３２に対して平行であるため、アンテナコイル３２に鎖交する磁束は存在せず、アンテナコイル３２に電流は誘導されない。
【００６６】
一方、本実施形態のようにファラデー回転素子３１がファラデー効果を持つ磁性体の場合は、図１３のようにファラデー回転素子３１の中心から放射状に磁路を形成する静磁場３５中を進行する電磁波２は、Ｙ−Ｚ面内で磁場が回転する。ファラデー回転素子３１の中心を通過した後は、静磁場３５の向きが逆になるため、磁場は反対方向に回転する。
【００６７】
磁場の回転方向は、静磁場３５の方向によって決定され、静磁場３５の方向が逆になれば、回転の方向も逆になる。左回転又は右回転のいずれでも本実施形態のアンテナ装置の効果は有効である。
【００６８】
電磁波２の磁場は、ファラデー回転素子３１に到達する前までは、Ｚ軸方向の成分が存在しないが、ファラデー回転素子３１を通過中にＺ軸方向の成分が現れる。Ｚ軸方向の磁場は、アンテナコイル３２に磁束が鎖交し、誘導電流を発生させる。Ｘ軸方向に限らず、Ｘ−Ｙ平面における全方位からの電磁波に対して同じ効果を得る。
【００６９】
実施の形態１のアンテナ装置に比べて、１つのファラデー回転素子を共有しつつ、２つのヨークを使用することによって、感度良く電磁波を検出することができる。
【００７０】
従って、本実施形態のアンテナ装置では、１つのアンテナコイルを用いてもＸ−Ｙ平面の全方位に対して感度を有することになる。逆に、アンテナコイル３２に交流信号を印加すると、アンテナ装置からＸ−Ｙ平面内の全方位に対して等しい放射強度を持つ電磁波を放射することができる。
【００７１】
（実施の形態５）
本願発明のアンテナ装置の他の実施の形態を説明する。本実施の形態のアンテナ装置は、実施の形態１又は実施の形態２で説明したアンテナ装置に対して、ファラデー回転素子の円盤の中心よりも外周の方が厚い構成である。
【００７２】
図１４に本実施形態のアンテナ装置の断面図を示す。図１４において、４１は円盤状の磁性体からなるファラデー回転素子、４２はファラデー回転素子４１の円盤の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイル、４４はファラデー回転素子４１の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体、４３はファラデー回転素子４１の円盤の外周方向から起磁体４４への磁路を形成する円盤状の磁性体からなるヨーク、４５は起磁体４４が形成する静磁場である。
【００７３】
図１４に示すアンテナ装置は、構成及び動作は実施の形態１又は実施の形態２で説明したアンテナ装置と同様である。実施の形態１又は実施の形態２のアンテナ装置との違いは、ファラデー回転素子４１が円盤の中心よりも外周の方が厚い点である。外周の方を厚くすることによって、Ｘ軸方向からの電磁波をより多くファラデー回転素子４１に集中させることができる。より多くの電磁波をファラデー回転素子４１に集中させることによって、実施の形態１又は実施の形態２のアンテナ装置に比べて電磁波の検出感度を向上することができる。
【００７４】
図１４では、ファラデー回転素子４１の円盤の外周部の一部を中心よりも厚くしているが、円盤の中心から外周に向けて徐々に厚くしてもよい。また、厚くしたファラデー回転素子４１の外周部にヨーク４３を接するように配置してもよい。
【００７５】
実施の形態３で説明したアンテナ装置に対して、ファラデー回転素子の円盤の中心よりも外周の方を厚くした構成を図１５に示す。
【００７６】
図１５は本実施形態の他のアンテナ装置の断面図を示す。図１５において、５１−１及び５１−２は円盤状の磁性体からなるファラデー回転素子、５２はファラデー回転素子５１−１及び５１−２の円盤の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイル、５４−１はファラデー回転素子５１−１の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体、５４−２はファラデー回転素子５１−２の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体、５３はファラデー回転素子５１−１又は５１−２の円盤の外周方向から起磁体５４−１又は５４−２への磁路を形成する円盤状の磁性体からなるヨーク、５５は起磁体５４−１又は５４−２が形成する静磁場である。
【００７７】
図１５に示すアンテナ装置は、構成及び動作は実施の形態３で説明したアンテナ装置と同様である。実施の形態３のアンテナ装置との違いは、ファラデー回転素子５１が円盤の中心よりも外周の方が厚い点である。外周の方を厚くすることによって、Ｘ軸方向からの電磁波をより多くファラデー回転素子５１に集中させることができる。より多くの電磁波をファラデー回転素子５１に集中させることによって、実施の形態３のアンテナ装置に比べて電磁波の検出感度を向上することができる。
【００７８】
図１５では、ファラデー回転素子５１の円盤の外周部の一部を中心よりも厚くしているが、円盤の中心から外周に向けて徐々に厚くしてもよい。また、図１５では、ファラデー回転素子５１−１及び５１−２は別体としているが、一体として構成してもよい。さらに、厚くしたファラデー回転素子５１の外周部にヨーク５３を接するように配置してもよい。
【００７９】
図１６は本実施形態の他のアンテナ装置の断面図を示す。図１６において、６１は円盤状の磁性体からなるファラデー回転素子、６２はファラデー回転素子６１の円盤の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイル、６４−１及び６４−２はファラデー回転素子６１の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体、６３−１はファラデー回転素子６１の円盤の外周方向から起磁体６４−１への磁路を形成する円盤状の磁性体からなるヨーク、６３−２はファラデー回転素子６１の円盤の外周方向から起磁体６４−２への磁路を形成する円盤状の磁性体からなるヨーク、６５は起磁体６４−１又は６４−２が形成する静磁場である。
【００８０】
図１６に示すアンテナ装置は、構成及び動作は実施の形態４で説明したアンテナ装置と同様である。実施の形態４のアンテナ装置との違いは、ファラデー回転素子６１が円盤の中心よりも外周の方が厚い点である。外周の方を厚くすることによって、Ｘ軸方向からの電磁波をより多くファラデー回転素子６１に集中させることができる。より多くの電磁波をファラデー回転素子６１に集中させることによって、実施の形態４のアンテナ装置に比べて電磁波の検出感度を向上することができる。
【００８１】
図１６では、ファラデー回転素子６１の円盤の外周部の一部を中心よりも厚くしているが、円盤の中心から外周に向けて徐々に厚くしてもよい。また、厚くしたファラデー回転素子６１の外周部にヨーク６３を接するように配置してもよい。
【００８２】
従って、本実施形態のこれらのアンテナ装置では、１つのアンテナコイルを用いてもＸ−Ｙ平面の全方位に対して感度を有することになる。逆に、アンテナコイルに交流信号を印加すると、アンテナ装置からＸ−Ｙ平面内の全方位に対して等しい放射強度を持つ電磁波を放射することができる。
【００８３】
以上の実施形態では、Ｙ軸方向に磁場を持つ電磁波がアンテナ装置に入射する場合について説明したが、Ｚ軸方向、更にはより一般的にＹ軸から一定の角度α方向に磁場を持つ電磁波がアンテナ装置に入射する場合であっても、アンテナコイルに鎖交する磁場成分を持ち、全方位に対して感度を有し、更には上記角度αに依存しないことを以下に説明する。
【００８４】
（１）式から、Ｙ軸から一定の角度α方向に磁場を持つ電磁波がアンテナ装置に入射する場合には、Ｚ軸方向の磁束密度Ｂｚ（ｒ）は、下記（７）式で表される。
【数７】
2006203672.tif 000009
【００８５】
Ｘ軸に沿って、上記（７）式を下記（８）式のように積分すると、アンテナコイル１２に鎖交する磁束が得られる。
【数８】
2006203672.tif 000010
【００８６】
上記（８）式において、下記（９）式に置き換える。
【数９】
2006203672.tif 000011
【００８７】
その結果、下記（１０）式となる。
【数１０】
2006203672.tif 000012
【００８８】
上記（１０）式は、（４）式と同一である。すなわち、Ｙ軸から一定の角度α方向に磁場を持つ電磁波がアンテナ装置に入射する場合であっても、その角度αに関係なく、（５）式、および（６）式の条件が成り立つ。つまり、Ｘ軸−Ｙ軸平面の全周方向に対して、偏波面に依存しない受信感度が得られる。上記（７）式における、角度αがπ／２の場合の磁束密度Ｂｚ（ｒ）の変化を図８（ｂ）に示す。この場合には、円盤の外周部において磁束密度が最大となり、円盤の中心において磁束密度が最小となる。
【００８９】
また、円盤の磁路を形成する部分の半径Ｒを調整することによって、アンテナの全方位にＸ−Ｙ面から一定の角度の磁場を有する電磁波を放射することができる。
【００９０】
以上の説明では、ファラデー回転素子及びヨークは円盤状として説明したが、いずれも多角形であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本願発明に係るアンテナ装置は、電磁波を検出する受信用や電磁波を放射する送信用のアンテナとして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】従来のループアンテナの例を示す図である。
【図２】図１のアンテナコイルをＺ軸方向から見た指向性パターンを示す図である。
【図３】本願発明の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図４】図３に示すアンテナ装置の分解斜視図である。
【図５】図３におけるアンテナ装置のＸ−Ｚ面における断面図である。
【図６】電磁波の進行に伴って磁場が回転する様子を説明する図である。
【図７】本願発明の実施形態に係るアンテナ装置において、θ・Ｒを横軸に、磁束Ｂを縦軸に表したグラフである。
【図８】本願発明の実施形態に係るアンテナ装置において、ｎ＝１の場合の磁束密度Ｂｚ（ｒ）の変化を示す図である。
【図９】本願発明の実施形態に係るアンテナ装置において、ｎ＝１の場合の磁束密度Ｂｚ（ｒ）の変化を示す図である。
【図１０】本願発明の実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視図である。
【図１１】本願発明の実施形態のアンテナ装置の断面図である。
【図１２】本願発明の実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視図である。
【図１３】本願発明の実施形態のアンテナ装置の断面図である。
【図１４】本願発明の実施形態のアンテナ装置の断面図である。
【図１５】本願発明の実施形態のアンテナ装置の断面図である。
【図１６】本願発明の実施形態のアンテナ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
２：Ｙ軸方向に磁場を持つＸ軸方向からの電磁波
３：Ｘ軸方向に磁場を持つＹ軸方向からの電磁波
１１、２１−１、２１−２、３１、４１、５１−１、５１−２、６１：円盤状の磁性体からなるファラデー回転素子、
１２、２２−１、２２−２、３２、４２、５２、６２：ファラデー回転素子の円盤の外周を取巻くように巻回されたアンテナコイル、
１４、２４−１、２４−２、３４−１、３４−２、４４、５４−１、５４−２、６４−１、６４−２：ファラデー回転素子の円盤の中心から外周方向に静磁場を形成する起磁体、
１３、２３、３３−１、３３−２、４３、５３、６３−１、６３−２：ファラデー回転素子の円盤の外周方向から起磁体への磁路を形成する円盤状の磁性体からなるヨーク、
１５、２５、３５、４５、５５、６５：起磁体が形成する静磁場
８１：Ｘ−Ｚ面にループを持つアンテナコイル
８４：アンテナコイル８１をＺ軸方向から見た指向性パターン
【図１】
2006203672.tif 000013
【図２】
2006203672.tif 000014
【図３】
2006203672.tif 000015
【図４】
2006203672.tif 000016
【図５】
2006203672.tif 000017
【図６】
2006203672.tif 000018
【図７】
2006203672.tif 000019
【図８】
2006203672.tif 000020
【図９】
2006203672.tif 000021
【図１０】
2006203672.tif 000022
【図１１】
2006203672.tif 000023
【図１２】
2006203672.tif 000024
【図１３】
2006203672.tif 000025
【図１４】
2006203672.tif 000026
【図１５】
2006203672.tif 000027
【図１６】
2006203672.tif 000028