(57)【要約】【課題】小型化が可能であり、且つ、損失を増加させる原因となるＬやＣの素子を用いたインピーダンスマッチング回路が不要なアンテナ装置を提供する。【解決手段】一端１１ａ，１２ａが給電点２０と容量結合し、他端１１ｂ，１２ｂが開放されたスパイラル状導体１１，１２を備える。スパイラル状導体１１，１２は互いに異なる平面に形成され、矢印Ａから見たスパイラル状導体１１の一端１１ａから他端１１ｂへの巻回方向と、矢印Ａから見たスパイラル状導体１２の一端１２ａから他端１２ｂへの巻回方向とが互いに逆方向である。これにより、これらスパイラル状導体１１，１２を小型化することが可能となる。しかも、スパイラル状導体１１，１２と給電点２０との間の容量値によって入力インピーダンスを調整することができ、ＬやＣの素子を用いたインピーダンスマッチング回路を用いる必要もなくなる。【選択図】図１
2008042584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が給電点と容量結合し、他端が開放された第１及び第２のスパイラル状導体を備えるアンテナ装置であって、
前記第１及び第２のスパイラル状導体は互いに異なる平面に形成され、
一方向から見た前記第１のスパイラル状導体の前記一端から他端への巻回方向と、前記一方向から見た前記第２のスパイラル状導体の前記一端から他端への巻回方向とが互いに逆方向であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
誘電体ブロックをさらに備え、前記誘電体ブロックの一方の主面に前記第１のスパイラル状導体が形成され、前記誘電体ブロックの他方の主面に前記第２のスパイラル状導体が形成されてい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】
前記給電点を構成する給電導体と、前記給電導体と所定の間隔をもって形成された前記第１のスパイラル状導体の前記一端と、前記給電導体と所定の間隔をもって形成された前記第２のスパイラル状導体の前記一端とが、いずれも前記誘電体ブロックの側面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１及び第２のスパイラル状導体の最外周部分の１周の長さは、中心周波数の波長をλとした場合、いずれも約λ／８に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のスパイラル状導体の全長は、中心周波数の波長をλとした場合、いずれも約λ／３に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１のスパイラル状導体と前記第２のスパイラル状導体との距離は、中心周波数の波長をλとした場合、約λ／１００に設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置に関し、特に、スパイラル状の放射導体を有するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の一部には、微弱電波を用いた無線通信機能が搭載されたものが存在する。微弱電波は使用に際して許認可が不要であることから、近年、自動車のキーレスエントリーシステムや、セキュリティー対策機器などの携帯機器に広く利用されている。このような携帯機器は、その性質上、小型であることが非常に重視されることから、これに組み込まれるアンテナ装置としてもできるだけ小型であることが望まれる。
【０００３】
しかしながら、アンテナ装置に用いられる放射導体のサイズは、使用する周波数に依存するため、周波数帯によっては小型化が困難な場合がある。例えば、自動車のキーレスエントリーシステムには、周波数が約３１５ＭＨｚの微弱電波が用いられることが多く、この場合、空気中における１波長（＝λ）は約９５２ｍｍに達する。したがって、通常の１／２波長ダイポールアンテナを用いた場合、放射導体の全長が約４７６ｍｍも必要となり、自動車のキーに内蔵することができなくなる。
【０００４】
このため、従来は、放射導体とＲＦ回路との間にＬやＣなどの素子からなるインピーダンスマッチング回路を挿入し、これによって小型な放射導体の使用を可能としている。しかしながら、インピーダンスマッチング回路にＬやＣなどの素子を用いた場合には挿入損失が大幅に増大することから、ＲＦ回路の出力を高める必要が生じ、バッテリーの駆動時間が短くなってしまう。
【特許文献１】特公平６−２０１６３号公報
【特許文献２】特開２００２−３１９８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した問題を解決するためには、自動車のキーなどの筐体内部において放射導体をスパイラル状に巻回したり、ミアンダ状に折り曲げるなどの工夫が必要となるが、この場合は放射導体の形状によってアンテナ特性が大幅に変動する。
【０００６】
したがって、本発明は、小型化が可能であり、且つ、損失を増加させる原因となるＬやＣの素子を用いたインピーダンスマッチング回路が不要な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】
【０００７】
本発明によるアンテナ装置は、一端が給電点と容量結合し、他端が開放された第１及び第２のスパイラル状導体を備えるアンテナ装置であって、第１及び第２のスパイラル状導体は互いに異なる平面に形成され、一方向から見た第１のスパイラル状導体の前記一端から他端への巻回方向と、前記一方向から見た第２のスパイラル状導体の前記一端から他端への巻回方向とが互いに逆方向であることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、一対のスパイラル状導体が互いに逆方向に巻回されているとともに、いずれのスパイラル状導体も給電点に対して容量結合していることから、これらスパイラル状導体を小型化することが可能となる。しかも、スパイラル状導体と給電点との間の容量値によって入力インピーダンスを調整することが可能であることから、損失を増加させる原因となるＬやＣの素子を用いたインピーダンスマッチング回路を用いる必要もなくなる。
【０００９】
本発明によるアンテナ装置は誘電体ブロックをさらに備えることが好ましく、この場合、誘電体ブロックの一方の主面に第１のスパイラル状導体を形成し、誘電体ブロックの他方の主面に第２のスパイラル状導体を形成することが好ましい。これによれば、誘電体ブロックの両面にスパイラル状導体を印刷することによって、小型で高性能なアンテナ装置を作製することが可能となる。
【００１０】
この場合、給電点を構成する給電導体と、給電導体と所定の間隔をもって形成された第１のスパイラル状導体の前記一端と、給電導体と所定の間隔をもって形成された第２のスパイラル状導体の前記一端とが、いずれも誘電体ブロックの側面に形成されていることが好ましい。これによれば、スパイラル状導体と給電点とを容量結合させるための部品を別途用いる必要がなくなることから、部品点数を削減することが可能となる。
【００１１】
本発明において、第１及び第２のスパイラル状導体の最外周部分の１周の長さは、中心周波数の波長をλとした場合、いずれも約λ／８に設定されていることが好ましい。また、第１及び第２のスパイラル状導体の全長は、中心周波数の波長をλとした場合、いずれも約λ／３に設定されていることが好ましい。さらに、第１のスパイラル状導体と第２のスパイラル状導体との距離は、中心周波数の波長をλとした場合、約λ／１００に設定されていることが好ましい。これらの条件を満たせば、良好なアンテナ特性を確保しつつ、全体のサイズを十分に小型化することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
このように、本発明によれば、小型化であり且つ損失を増加させる原因となるＬやＣの素子を用いたインピーダンスマッチング回路が不要なアンテナ装置を提供することが可能となる。したがって、自動車のキーレスエントリーシステムなど、小型且つ省電力であることが求められる携帯電子機器のアンテナ装置として好適に利用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の好ましい実施形態によるアンテナ装置１０の基本構造を模式的に示す略斜視図であり、図２は略側面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１０は、第１のスパイラル状導体１１及び第２のスパイラル状導体１２を備えている。第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２は互いに異なるＸＹ平面に形成されており、本実施形態では、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２のＸ方向及びＹ方向における位置が実質的に一致している。つまり、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２は、Ｚ方向における位置だけが異なっており、両者の中心は実質的に一致している。
【００１６】
また、本実施形態によるアンテナ装置１０は、容量Ｃ１，Ｃ２を備えている。容量Ｃ１は、一方の電極が給電点２０に接続され、他方の電極が第１のスパイラル状導体１１の一端１１ａに接続されている。また、容量Ｃ２は、一方の電極が給電点２０に接続され、他方の電極が第２のスパイラル状導体１２の一端１２ａに接続されている。第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の他端１１ｂ，１２ｂは、いずれも開放されている。
【００１７】
さらに、本実施形態によるアンテナ装置１０をＺ方向から見た場合、第１のスパイラル状導体１１の一端１１ａから他端１１ｂへの巻回方向と、第２のスパイラル状導体１２の一端１２ａから他端１２ｂへの巻回方向は、互いに逆方向とされている。具体的には、図１に示す矢印Ａから見た場合、第１のスパイラル状導体１１については、一端１１ａから他端１１ｂへ向かって左回り（反時計回り）に巻回されており、第２のスパイラル状導体１２については、一端１２ａから他端１２ｂへ向かって右回り（時計回り）に巻回されている。
【００１８】
本実施形態では、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２とも、その外径が四角形である。最外周部分におけるＸ方向の長さをＬｘとし、最外周部分におけるＹ方向の長さをＬｙとすると、中心周波数の波長をλとした場合、いずれもλ／３２程度に設定することが好ましい。換言すれば、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の最外周部分の１周の長さは、いずれも約λ／８に設定することが好ましい。最外周部分の長さをこれよりも長くしすぎると、スパイラル状導体１１，１２の外径が大きくなるため、アンテナ装置１０の小型化が困難となる一方、最外周部分の長さをこれよりも短くしすぎると、線間容量の増大などによりアンテナ特性が劣化してしまう。これに対し、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の最外周をλ／８程度に設定すれば、良好なアンテナ特性を獲得しつつ、アンテナ装置１０のサイズを小型化することが可能となる。
【００１９】
また、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の全長は、中心周波数の波長をλとした場合、いずれも約λ／３に設定することが好ましい。スパイラル状導体１１，１２の全長をこれよりも長くしすぎると、スパイラル状導体１１，１２の外径が大きくなったり、線間容量が増大したりする一方、全長をこれよりも短くしすぎると、所望のインピーダンスを得ることが困難となってしまう。これに対し、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の全長をλ／３程度に設定すれば、良好なアンテナ特性を獲得しつつ、アンテナ装置１０のサイズを小型化することが可能となる。
【００２０】
さらに、第１のスパイラル状導体１１と第２のスパイラル状導体１２とのＺ方向における距離Ｈについては、中心周波数の波長をλとした場合、約λ／１００に設定することが好ましい。Ｚ方向における距離Ｈをこれよりも長くしすぎると、アンテナ装置１０が大型化する一方、距離Ｈをこれよりも短くしすぎると、２つのスパイラル状導体１１，１２間における磁気的影響が無視できなくなる結果、アンテナ特性が劣化してしまう。これに対し、Ｚ方向における距離Ｈλ／１００程度に設定すれば、良好なアンテナ特性を獲得しつつ、アンテナ装置１０のサイズを小型化することが可能となる。
【００２１】
給電点２０と第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２とを容量結合させる容量Ｃ１，Ｃ２については、図１に示すように、給電点２０に接続されたワイヤの一部と、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２を構成するワイヤの一部を平行に配置することによって構成することができる。したがって、容量Ｃ１，Ｃ２の容量値は、ワイヤの平行部分の長さＬＨによって調整することができる。容量Ｃ１，Ｃ２の容量値を変化させると、所望のインピーダンス（例えば５０Ω）が得られる周波数が変動することから、目的とする周波数に応じてワイヤの平行部分の長さＬＨを調整すればよい。
【００２２】
以上の構成を有する本実施形態によるアンテナ装置１０は、原理的には、１／２波長ダイポールアンテナとして機能する。しかしながら、一般的な１／２波長ダイポールアンテナに比べてその外径が非常に小さく、このため、自動車のキーなどの筐体に収容することが可能となる。また、所望のインピーダンス（例えば５０Ω）が得られる周波数を微調整可能であることから、損失を増加させる原因となるＬやＣの素子を用いたインピーダンスマッチング回路を経由することなくＲＦ回路に接続可能となる。その結果、挿入損失が非常に少なくなるため、ＲＦ回路の出力を抑えることができるため、バッテリーの寿命を延ばすことも可能となる。
【００２３】
図３は、本実施形態によるアンテナ装置１０の具体的な構成例を示す略斜視図である。
【００２４】
図３に示すように、アンテナ装置１０を実際に作製する場合、板状の誘電体ブロック１９を用意し、その一方の主面１９ａに第１のスパイラル状導体１１を形成するとともに、他方の主面１９ｂに第２のスパイラル状導体１２（図３では図示せず）を形成する。さらに、誘電体ブロック１９の側面１９ｃには、第１のスパイラル状導体１１の一端１１ａを含む部分と、第２のスパイラル状導体１２の一端１２ａを含む部分と、給電点２０（図１及び図２参照）を構成する給電導体２１を形成する。誘電体ブロック１９の厚みは、図１及び図２に示した距離Ｈに相当する。
【００２５】
誘電体ブロック１９の材料としては、特に限定されるものではないが、Ｂａ−Ｎｄ−Ｔｉ系材料（比誘電率８０〜１２０）、Ｎｄ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系材料（比誘電率４３〜４６）、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓｒ−Ｔｉ（比誘電率３８〜４１）、Ｂａ−Ｔｉ系材料（比誘電率３４〜３６）、Ｂａ−Ｍｇ−Ｗ系材料（比誘電率２０〜２２）、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系材料（比誘電率１９〜２１）、サファイヤ（比誘電率９〜１０）、アルミナセラミックス（比誘電率９〜１０）、コージライトセラミックス（比誘電率４〜６）などを用いることができ、型枠を用いて焼成することによって作製することができる。誘電体の誘電率によってアンテナ装置を小型化することが可能であり、具体的には、使用する誘電体の比誘電率をεとすると、
１／√ε
のサイズに小型化することができる。
【００２６】
第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２及び給電導体２１の材料としては、銀、銀−パラジウム、銀−白金、銅などを用いることができ、スクリーン印刷や転写などの方法によってこれら材料を含むペーストを塗布した後、所定の温度条件で焼付けを行うことにより形成することができる。
【００２７】
誘電体ブロック１９の側面１９ｃに形成する給電導体２１は、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の一端１１ａ，１２ａ近傍と所定の間隔をもって対向する電極部分２１ａ、並びに、端部に形成された幅広部分２１ｂとを含んでいる。
【００２８】
給電導体２１の電極部分２１ａと第１のスパイラル状導体１１の一端１１ａ近傍によって形成される容量は、図１及び図２に示した容量Ｃ１に相当する。同様に、給電導体２１の電極部分２１ａと第２のスパイラル状導体１２の一端１２ａ近傍によって形成される容量は、図１及び図２に示した容量Ｃ２に相当する。つまり、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の一端１１ａ，１２ａ近傍のうち、給電導体２１の電極部分２１ａと対向する部分の長さは、図１及び図２に示した平行部分の長さＬＨに相当する。したがって、容量Ｃ１，Ｃ２の容量値を調整するためには、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の一端１１ａ，１２ａ近傍の長さを調整すればよい。
【００２９】
一方、給電導体２１の幅広部分２１ｂは、図示しないプリント基板上の配線と接続するための端子として用いられる。プリント基板とアンテナ装置１０との電気的及び機械的接続を十分に確保するためには、幅広部分２１ｂの面積を十分に広く設定することが好ましい。
【００３０】
このように、本実施形態によるアンテナ装置１０は、１個の誘電体ブロックの表面に導体を形成するだけで作製することが可能である。
【００３１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３２】
例えば、上記実施形態においてはスパイラル状導体１１，１２の平面形状を四角形としているが、これらの外径が四角形であることは必須でなく、円形や八角形などであっても構わないし、楕円形であっても構わない。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【００３４】
まず、図１及び図２に示したアンテナ装置１０と同様の構造を有するアンテナを想定し、ＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method）により、試験周波数を３１４．３６ＭＨｚ（≒３１５ＭＨｚ＝λ３１５）とした場合の特性を解析した。
【００３５】
条件としては、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の最外周部分におけるＸ方向及びＹ方向の長さをそれぞれＬｘ，Ｌｙとし（図１参照）、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２のＺ方向における距離をＨとし（図１及び図２参照）、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の合計長をＬｗｉｒｅとし、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の巻線間隔をＬｐとし（図１参照）、第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の半径をρとし、給電点２０から容量Ｃ１，Ｃ２までの距離をＬｖ１とし（図２参照）、容量Ｃ１，Ｃ２から第１及び第２のスパイラル状導体１１，１２の巻回部までの距離をＬｖ２とし（図２参照）、容量Ｃ１，Ｃ２の電極間距離をδとすると（図２参照）、これらを表１に示すとおりに設定した。
【００３６】
【表１】
2008042584.tif 000003
【００３７】
容量Ｃ１，Ｃ２を構成するワイヤの平行部分の長さＬＨについては、２ｍｍ，４ｍｍ，６ｍｍの３段階に変更した。
【００３８】
入力インピーダンスの抵抗成分（Ｒｉｎ）の解析結果を図４に示す。また、入力インピーダンスのリアクタンス成分（Ｘｉｎ）の解析結果を図５に示す。
【００３９】
図４及び図５に示すように、ＬＨ＝６ｍｍとした場合に、試験周波数である３１４．３６ＭＨｚにおいて入力インピーダンスの抵抗成分（Ｒｉｎ）が約５０Ω、入力インピーダンスのリアクタンス成分（Ｘｉｎ）がほぼゼロとなった。また、このような特性が得られる周波数は、ＬＨを短くするほど高周波方向に移動することが確認できた。
【００４０】
ＬＨ＝６ｍｍとした場合の放射パターンの解析結果を図６に示す。図６において、（ａ）はｚ軸と平行な面の放射パターンを示し、（ｂ）はｘ軸と平行な面の放射パターンを示している。また、図６（ａ）において、実線はＥθを表し、破線はＥφを示している。図６に示す解析結果からｘ方向における利得を算出すると、利得は１．６７ｄＢｉであり、極めて高い利得が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるアンテナ装置１０の基本構造を模式的に示す略斜視図である。
【図２】図１に示すアンテナ装置１０の略側面図である。
【図３】アンテナ装置１０の具体的な構成例を示す略斜視図である。
【図４】入力インピーダンスの抵抗成分（Ｒｉｎ）の解析結果を示すグラフである。
【図５】入力インピーダンスのリアクタンス成分（Ｘｉｎ）の解析結果を示すグラフである。
【図６】放射パターンの解析結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１０      アンテナ装置
１１      第１のスパイラル状導体
１１ａ    第１のスパイラル状導体の一端
１１ｂ    第１のスパイラル状導体の他端
１２      第２のスパイラル状導体
１２ａ    第２のスパイラル状導体の一端
１２ｂ    第２のスパイラル状導体の他端
１９      誘電体ブロック
１９ａ    誘電体ブロックの一方の主面
１９ｂ    誘電体ブロックの他方の主面
１９ｃ    誘電体ブロックの側面
２０      給電点
２１      給電導体
２１ａ    電極部分
２１ｂ    幅広部分
Ｃ１，Ｃ２    容量
【図１】
2008042584.tif 000004
【図２】
2008042584.tif 000005
【図３】
2008042584.tif 000006
【図４】
2008042584.tif 000007
【図５】
2008042584.tif 000008
【図６】
2008042584.tif 000009