(57)【要約】【課題】直列に接続された複数のアンテナに流れる電流の振幅と位相を意図した値に制御する。【解決手段】アンテナ１と、アンテナ１に対して直列に接続され、インダクタンスを有するアンテナ２を備えたアンテナ回路において、アンテナ２に対して並列に接続した可変容量Ｃｖと可変抵抗Ｒｖを備える。これにより、２つのアンテナ１，２を流れる電流Ｉ１，Ｉ２の実振幅比ｒと位相差θを所望の値になるように制御することが可能となる。アンテナ１，２に位相差θのある電流Ｉ１，Ｉ２を流すことで、良好な通信エリアの形成が可能となる。また、アンテナ１，２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の実振幅比ｒを１以外にすることで、非対称な通信エリアの形成が可能となる。【選択図】図１
2019004411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナと、
前記第１のアンテナに対して直列に接続されたインダクタンスを有する第２のアンテナと、
前記第２のアンテナに対して並列に接続された調整用容量と、
前記第２のアンテナに対して並列に接続された調整用抵抗と、
を備えることを特徴とするアンテナ回路。
【請求項２】
前記調整用容量の容量値を
【数１７】
2019004411.tif 000019
前記調整用抵抗の抵抗値を
【数１８】
2019004411.tif 000020
（ただし、ｒ０は前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流の振幅比、θ０は前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流の位相差、ωは前記第１のアンテナと第２のアンテナに流れる電流の角周波数、Ｌ２は前記第２のアンテナのインダクタンスである）として、所望の振幅比ｒ０と位相差θ０を得ることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ回路。
【請求項３】
前記第２のアンテナに対して直列に接続された容量と、
前記第２のアンテナに対して直列に接続された抵抗と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ回路。
【請求項４】
前記調整用容量の容量値を
【数１９】
2019004411.tif 000021
前記調整用抵抗の抵抗値を
【数２０】
2019004411.tif 000022
（ただし、ｒ０は前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流の振幅比、θ０は前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流の位相差、ωは前記第１のアンテナと第２のアンテナに流れる電流の角周波数、Ｌ２は前記第２のアンテナのインダクタンス、Ｃ２は前記容量の容量値、Ｒ２は前記抵抗の抵抗値である）として、所望の振幅比ｒ０と位相差θ０を得ることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ回路。
【請求項５】
前記振幅比ｒ０が１であることを特徴とする請求項２又は４に記載のアンテナ回路。
【請求項６】
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、同一形状のアンテナであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のアンテナ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、意図的に通信エリアの境界を設定可能な無線通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、意図的に通信エリアを限定した無線通信システムに対する要望が高まっている。このようなシステムとして、磁界を利用したシステムが実用化されている。磁界を生成する手段としては、ループアンテナやバーアンテナが利用されている。また設計者が意図する磁界を生成する手段として、複数のアンテナを利用し、それらに流す電流の位相を適切に制御することが有効であると指摘されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６０５９８３３号公報
【特許文献２】特許第６０６９５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、複数のアンテナを利用する技術においては、複数のアンテナを直列に接続する構成がしばしば採用される（特許文献２）。このような直列接続構成は、必要な信号源がただ１つで済む点において利点がある。しかしながら、特許文献２に記載されている単純な直列接続構成では、アンテナに流れる電流の振幅と位相は、必然的に全てのアンテナにおいて等しい値となる。
【０００５】
したがって、特許文献１で提案されているように、各アンテナに流す電流の振幅や位相を制御するためには、複数の信号源が必要になってしまう点が課題であった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、直列に接続された複数のアンテナに流れる電流の振幅と位相を意図した値に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るアンテナ回路は、第１のアンテナと、前記第１のアンテナに対して直列に接続されたインダクタンスを有する第２のアンテナと、前記第２のアンテナに対して並列に接続された調整用容量と、前記第２のアンテナに対して並列に接続された調整用抵抗と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、直列に接続された複数のアンテナに流れる電流の振幅と位相を意図した値に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施の形態におけるアンテナ回路の構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１のアンテナ回路の等価回路を示す図である。
【図３】図３は、図２の等価回路に対してシミュレーションを行ったときの電流波形を示す図である。
【図４】図４は、アンテナの配置例を示す図である。
【図５】図５は、振幅比が１で位相差の無い電流を図４のアンテナに与えた場合に得られる磁界分布を示す図である。
【図６】図６は、図３に示す電流を図４のアンテナに与えた場合に得られる磁界分布を示す図である。
【図７】図７は、図２の等価回路に対してシミュレーションを行ったときの電流波形を示す図である。
【図８】図８は、図７に示す電流を図４のアンテナに与えた場合に得られる磁界分布を示す図である。
【図９】図９は、本実施の形態における別のアンテナ回路の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、図９のアンテナ回路の等価回路を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０の等価回路に対してシミュレーションを行ったときの電流波形を示す図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す電流を図４のアンテナに与えた場合に得られる磁界分布を示す図である。
【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】
図１は、本実施の形態におけるアンテナ回路の構成例を示す図である。
【００１２】
図１に示すアンテナ回路は、直列に接続した複数のアンテナ１，２と、信号源３と、アンテナ２に対して並列に接続した可変容量Ｃｖと可変抵抗Ｒｖを備える。
【００１３】
図１のアンテナ回路では、アンテナ１，２は、互いに逆方向の電流が流れるように接続されている。アンテナ１，２は、同一方向に電流が流れるように接続してもよい。アンテナ２を流れる電流Ｉ２の複素振幅は、可変容量Ｃｖの容量値と可変抵抗Ｒｖの抵抗値に応じて変化し、アンテナ１を流れる電流Ｉ１の複素振幅と異なる。可変容量Ｃｖの容量値と可変抵抗Ｒｖの抵抗値を適切に設定することにより、２つのアンテナ１，２を流れる電流の実振幅比（ｒ＝｜Ｉ１／Ｉ２｜）と位相差（θ＝ａｒｇ（Ｉ１／Ｉ２））が意図した値になるように制御できる。なお、断りのない限り、電流を表すシンボルＩ１，Ｉ２は、複素振幅を表すものとする。
【００１４】
図２に、図１のアンテナ回路の等価回路を示す。Ｚ１は、アンテナ１のインピーダンスを表す。Ｌ２は、アンテナ２のインダクタンスを表す。
【００１５】
電流の実振幅比ｒと位相差θは、次式（１），（２）で表される。
【００１６】
【数１】
2019004411.tif 000003
【００１７】
【数２】
2019004411.tif 000004
【００１８】
ただし、ωは信号源３が発生する信号の角周波数である。
【００１９】
式（１），（２）とも、アンテナ１のインピーダンスＺ１に依存しないことが分かる。したがって、アンテナ１は、任意のアンテナを用いてもよい。アンテナ２は、ループアンテナ及びバーアンテナのようにインダクタンスを有するアンテナであればよい。図１の例では、アンテナ１，２は同一形状のアンテナであるが、同一形状でなくてもよい。
【００２０】
ここで、電流の所望の実振幅比ｒ０と位相差θ０を実現するために必要な可変容量Ｃｖの値Ｃｖoptと可変抵抗Ｒｖの値Ｒｖoptについて説明する。
【００２１】
実振幅比ｒ０と位相差θ０を式（１），（２）に代入し、ＣｖoptとＲｖoptについて解くと、以下の式（３），（４）が得られる。
【００２２】
【数３】
2019004411.tif 000005
【００２３】
【数４】
2019004411.tif 000006
【００２４】
図１のアンテナ回路の可変容量Ｃｖの値を式（３）で求まる値に設定し、可変抵抗Ｒｖの値を式（４）で求まる値に設定することにより、所望の実振幅比ｒ０と位相差θ０が実現できる。
【００２５】
例えば、所望の実振幅比ｒ０と位相差θ０が次式（５）の値であるとする。
【００２６】
【数５】
2019004411.tif 000007
【００２７】
また、信号源３の信号周波数ｆとアンテナ２のインダクタンスＬ２が次式（６）の値であるとする。
【００２８】
【数６】
2019004411.tif 000008
【００２９】
式（５），（６）を式（３），（４）に代入し、適切なパラメータを計算すると、以下の値Ｃｖopt，Ｒｖoptを得る。
【００３０】
【数７】
2019004411.tif 000009
【００３１】
図３は、式（６），（７）のパラメータを使用し、図２の等価回路に対してシミュレーションを行ったときの電流Ｉ１，Ｉ２の波形である。信号源３からの印加電圧振幅は１Ｖとした。
【００３２】
図３から、電流Ｉ１，Ｉ２の振幅比が１となり、時間差が３１ｎｓ（１１ｄｅｇに相当）となっていることがわかる。本実施形態のアンテナ回路において、式（３），（４）から算出される値Ｃｖopt，Ｒｖoptを採用することにより、アンテナ１，２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の振幅比と位相差を自在に制御できる。
【００３３】
ここで、電流位相差が磁界分布に与える影響について説明する。
【００３４】
図４に示すように、ｘ−ｙ面内に同一形状のアンテナ１，２が設置されているものとする。アンテナ１，２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の向きは互いに逆向きであるとする。
【００３５】
図５は、振幅比が１で位相差の無い電流を図４に示すアンテナ１，２に与えた場合に得られる磁界分布を示す図である。図６は、図３に示す電流Ｉ１，Ｉ２を図４に示すアンテナ１，２に与えた場合に得られる磁界分布を示す図である。図５，６の各等高線は、ｙ座標が０，５０，６０，７０，８０ｃｍにおける、磁界強度がある一定値に一致する点の軌跡を表す。
【００３６】
図５では、ｙ座標の値が大きい場合に等高線が分割されてしまい、通信エリアを形成する上での問題点であった。それに対し、図６では、ｙ座標の値が大きい場合でも等高線が分割されておらず、良好な通信エリアの形成が可能である。
【００３７】
次に、非対称な磁界分布を形成する実施例について説明する。
【００３８】
図５に示したように、従来のアンテナ回路の構成から得られる磁界分布はｙ−ｚ面に関して対称である。また、図６に示したように、アンテナ１，２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の位相のみを変化させても、ｙ−ｚ面に関して対称であることに変わりない。用途によっては非対称な磁界分布が望まれる場合がある。
【００３９】
本実施形態のアンテナ回路において、アンテナ１，２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の振幅と位相の双方を互いに異なる値に設定することで、ｙ−ｚ面に関して非対称な磁界分布を創り出すことができる。
【００４０】
例えば、次式（８）を満たすような電流Ｉ１，Ｉ２をアンテナ１，２に流すことを考える。なお、信号源３の信号周波数ｆとアンテナ２のインダクタンスＬ２は式（６）の値であるとする。
【００４１】
【数８】
2019004411.tif 000010
【００４２】
式（６），（８）を式（３），（４）に代入し、適切なパラメータを計算すると以下の値Ｃｖopt，Ｒｖoptを得る。
【００４３】
【数９】
2019004411.tif 000011
【００４４】
図７は、式（６），（９）のパラメータを使用し、図２の等価回路に対してシミュレーションを行ったときの電流Ｉ１，Ｉ２の波形である。信号源３からの印加電圧振幅は１Ｖとした。
【００４５】
図７から、電流Ｉ１，Ｉ２の振幅比が１／１．３となり、時間差が２８ｎｓ（１０ｄｅｇに相当）となっていることがわかる。
【００４６】
図８は、図７に示す電流Ｉ１，Ｉ２を図４に示すアンテナ１，２に与えた場合に得られる磁界分布を示す図である。図８に示すように、ｙ−ｚ面に関して非対称な磁界分布が形成されることが確認できる。
【００４７】
次に、本実施の形態における別のアンテナ回路について説明する。
【００４８】
図９は、本実施の形態における別のアンテナ回路の構成例を示す図である。
【００４９】
図９に示すアンテナ回路は、アンテナ１，２のそれぞれに対して直列に、抵抗Ｒ１，Ｒ２と容量Ｃ１，Ｃ２が接続されている点で、図１のアンテナ回路と相違する。可変容量Ｃｖと可変抵抗Ｒｖのそれぞれは、アンテナ２と抵抗Ｒ２と容量Ｃ２を含む構成に対して並列に接続される。
【００５０】
アンテナ１，２としてループアンテナが使われる場合には、ループアンテナのインダクタンスに起因するインピーダンスを低減する目的で容量が直列に接続される。また、アンテナのＱ値を下げるために、意図的に抵抗が接続される場合がある。
【００５１】
図１０に、図９のアンテナ回路の等価回路を示す。図１０の等価回路に対しては、電流の所望の実振幅比ｒ０と位相差θ０を実現するための可変容量Ｃｖの容量値Ｃｖoptと可変抵抗Ｒｖの抵抗値Ｒｖoptは、次式（１０），（１１）で得られる。
【００５２】
【数１０】
2019004411.tif 000012
【００５３】
【数１１】
2019004411.tif 000013
【００５４】
例えば、所望の実振幅比ｒ０と位相差θ０が次式（１２）の値であるとする。
【００５５】
【数１２】
2019004411.tif 000014
【００５６】
また、信号源３の信号周波数ｆ、アンテナ２のインダクタンスＬ２、容量Ｃ１，Ｃ２、及び抵抗Ｒ１，Ｒ２が次式（１３）の値であるとする。
【００５７】
【数１３】
2019004411.tif 000015
【００５８】
式（１２），（１３）を式（１０），（１１）に代入し、適切なパラメータを計算すると、以下の値Ｃｖopt，Ｒｖoptを得る。
【００５９】
【数１４】
2019004411.tif 000016
【００６０】
図１１は、式（１３），（１４）のパラメータを使用し、図１０の等価回路に対してシミュレーションを行ったときの電流Ｉ１，Ｉ２の波形である。信号源３からの印加電圧振幅は１Ｖとした。
【００６１】
図１１から、電流Ｉ１，Ｉ２の振幅比が１となり、時間差が３１ｎｓ（１１ｄｅｇに相当）となっていることがわかる。また、アンテナ１，２のそれぞれに容量Ｃ１，Ｃ２が直列に接続されたことの効果として、電流Ｉ１，Ｉ２の振幅が図３に比べて大きくなっている。
【００６２】
次に、図９のアンテナ回路において、振幅比ｒ０を１以外（ｒ０≠１）とする実施例について説明する。
【００６３】
例えば、次式（１５）を満たすような電流Ｉ１，Ｉ２をアンテナ１，２に流すことを考える。
【００６４】
【数１５】
2019004411.tif 000017
【００６５】
なお、信号源３の信号周波数ｆとアンテナ２のインダクタンスＬ２、容量Ｃ１，Ｃ２、及び抵抗Ｒ１，Ｒ２は式（１３）の値であるとする。
【００６６】
式（１２），（１３）を式（１０），（１１）に代入し、適切なパラメータを計算すると以下の値Ｃｖopt，Ｒｖoptを得る。
【００６７】
【数１６】
2019004411.tif 000018
【００６８】
図１２は、式（１３），（１６）のパラメータを使用し、図１０の等価回路に対してシミュレーションを行ったときの電流Ｉ１，Ｉ２の波形である。信号源３からの印加電圧振幅は１Ｖとした。
【００６９】
図１２から、電流Ｉ１，Ｉ２の振幅比が１．３となり、時間差が３１ｎｓ（１１ｄｅｇに相当）となっていることがわかる。また、アンテナ１，２のそれぞれに容量Ｃ１，Ｃ２が直列に接続されたことの効果として、電流Ｉ１，Ｉ２の振幅が図７に比べて大きくなっている。
【００７０】
以上のように、図９のアンテナ回路において、式（１０），（１１）から算出される値Ｃｖopt，Ｒｖoptを採用することにより、アンテナ１，２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の振幅比と位相差を自在に制御でき、さらに、アンテナ１，２に大きな電流を流すことができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、アンテナ１と、アンテナ１に対して直列に接続され、インダクタンスを有するアンテナ２を備えたアンテナ回路において、アンテナ２に対して並列に接続した可変容量Ｃｖと可変抵抗Ｒｖを備えることにより、２つのアンテナ１，２を流れる電流Ｉ１，Ｉ２の実振幅比ｒと位相差θを所望の値になるように制御することが可能となる。アンテナ１，２に位相差θのある電流Ｉ１，Ｉ２を流すことで、良好な通信エリアの形成が可能となる。また、アンテナ１，２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の実振幅比ｒを１以外にすることで、非対称な通信エリアの形成が可能となる。
【符号の説明】
【００７２】
１，２…アンテナ
３…信号源
Ｃｖ…可変容量
Ｒｖ…可変抵抗
Ｃ１，Ｃ２…容量
Ｒ１，Ｒ２…抵抗
【図１】
2019004411.tif 000023
【図２】
2019004411.tif 000024
【図３】
2019004411.tif 000025
【図４】
2019004411.tif 000026
【図５】
2019004411.tif 000027
【図６】
2019004411.tif 000028
【図７】
2019004411.tif 000029
【図８】
2019004411.tif 000030
【図９】
2019004411.tif 000031
【図１０】
2019004411.tif 000032
【図１１】
2019004411.tif 000033
【図１２】
2019004411.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月28日(2017.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナと、
前記第１のアンテナに対して直列に接続されたインダクタンスを有する第２のアンテナと、
前記第２のアンテナに対して並列に接続された調整用容量と、
前記第２のアンテナに対して並列に接続された調整用抵抗と、を備え、
前記調整用容量の容量値を
【数１７】
2019004411.tif 000035
前記調整用抵抗の抵抗値を
【数１８】
2019004411.tif 000036
（ただし、ｒ０は前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流の振幅比、θ０は前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流の位相差、ωは前記第１のアンテナと第２のアンテナに流れる電流の角周波数、Ｌ２は前記第２のアンテナのインダクタンスである）として、所望の振幅比ｒ０と位相差θ０を得ることを特徴とするアンテナ回路。
【請求項２】
第１のアンテナと、
前記第１のアンテナに対して直列に接続されたインダクタンスを有する第２のアンテナと、
前記第２のアンテナに対して直列に接続された容量と、
前記第２のアンテナに対して直列に接続された抵抗と、
前記第２のアンテナと前記容量と前記抵抗を含む回路に対して並列に接続された調整用容量と、
前記第２のアンテナと前記容量と前記抵抗を含む回路に対して並列に接続された調整用抵抗と、
を備えることを特徴とするアンテナ回路。
【請求項３】
前記調整用容量の容量値を
【数１９】
2019004411.tif 000037
前記調整用抵抗の抵抗値を
【数２０】
2019004411.tif 000038
（ただし、ｒ０は前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流の振幅比、θ０は前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流の位相差、ωは前記第１のアンテナと第２のアンテナに流れる電流の角周波数、Ｌ２は前記第２のアンテナのインダクタンス、Ｃ２は前記容量の容量値、Ｒ２は前記抵抗の抵抗値である）として、所望の振幅比ｒ０と位相差θ０を得ることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ回路。
【請求項４】
前記振幅比ｒ０が１であることを特徴とする請求項１又は３に記載のアンテナ回路。
【請求項５】
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、同一形状のアンテナであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアンテナ回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
第１の本発明に係るアンテナ回路は、第１のアンテナと、前記第１のアンテナに対して直列に接続されたインダクタンスを有する第２のアンテナと、前記第２のアンテナに対して並列に接続された調整用容量と、前記第２のアンテナに対して並列に接続された調整用抵抗と、を備え、前記調整用容量の容量値を
【数１７】
2019004411.tif 000039
前記調整用抵抗の抵抗値を
【数１８】
2019004411.tif 000040
（ただし、ｒ０は前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流の振幅比、θ０は前記第１のアンテナと前記第２のアンテナに流れる電流の位相差、ωは前記第１のアンテナと第２のアンテナに流れる電流の角周波数、Ｌ２は前記第２のアンテナのインダクタンスである）として、所望の振幅比ｒ０と位相差θ０を得ることを特徴とする。
第２の本発明に係るアンテナ回路は、第１のアンテナと、前記第１のアンテナに対して直列に接続されたインダクタンスを有する第２のアンテナと、前記第２のアンテナに対して直列に接続された容量と、前記第２のアンテナに対して直列に接続された抵抗と、前記第２のアンテナと前記抵抗と前記容量を含む回路に対して並列に接続された調整用容量と、前記第２のアンテナと前記抵抗と前記容量を含む回路に対して並列に接続された調整用抵抗と、を備えることを特徴とする。