(57)【要約】【課題】基板の限られた領域に収納出来、薄くて小型のループアンテナを提供する。【解決手段】寄生アンテナはループアンテナと金属誘導子とからなり、金属誘導子はループアンテナの周辺にループアンテナから絶縁されて配置される。信号を受信するとループアンテナは電界を発生する。ループアンテナで発生した電界は金属誘導子にエネルギーを放射し、金属誘導子は誘導電界を発生し、外部放射電界を発生させる。金属誘導子によって生成された電界の方向がループアンテナの電界の方向と同一となるため、ループアンテナの放射効率が向上する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループアンテナと金属誘導子とからなる寄生アンテナであって、
前記金属誘導子が前記ループアンテナの周辺に前記ループアンテナから絶縁されて配置され、前記ループアンテナからの放射エネルギーを受信することを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の寄生アンテナにおいて、
前記ループアンテナと前記金属誘導子とが同一レベルにあることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項３】
請求項２に記載の寄生アンテナにおいて、
前記金属誘導子が前記ループアンテナの内側に配置されていることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項４】
請求項１に記載の寄生アンテナにおいて、
前記金属誘導子が前記ループアンテナの垂直方向に配置されていることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項５】
請求項１に記載の寄生アンテナにおいて、
前記ループアンテナの長さが動作周波数での波長の１０分の１以下であることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項６】
請求項１に記載の寄生アンテナにおいて、
前記金属誘導子が棒状に成形されていることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項７】
請求項１に記載の寄生アンテナにおいて、
前記金属誘導子が前記ループアンテナに対応する円弧角（ラジアン）を有する湾曲した棒状に成形されていることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項８】
ループアンテナと複数の金属誘導子とからなる寄生アンテナであって、
前記複数の金属誘導子が前記ループアンテナの周辺に前記ループアンテナから絶縁されて均一に配置され、前記ループアンテナからの放射エネルギーを受信することを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項９】
請求項８に記載の寄生アンテナにおいて、
前記ループアンテナと前記複数の金属誘導子とが同一レベルにあることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項１０】
請求項８に記載の寄生アンテナにおいて、
前記複数の金属誘導子が前記ループアンテナの内側に配置されていることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項１１】
請求項８に記載の寄生アンテナにおいて、
前記複数の金属誘導子がリング状に配列されていることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項１２】
請求項８に記載の寄生アンテナにおいて、
前記複数の金属誘導子が棒状に成形されていることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項１３】
請求項８に記載の寄生アンテナにおいて、
前記複数の金属誘導子が前記ループアンテナの垂直方向に配置されていることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項１４】
請求項８に記載の寄生アンテナにおいて、
前記ループアンテナの長さが動作周波数での波長の１０分の１以下であることを特徴とする寄生アンテナ。
【請求項１５】
請求項１２に記載の寄生アンテナにおいて、
前記複数の誘導子がそれぞれ前記ループアンテナに対応する円弧角（ラジアン）を有する湾曲した棒状に成形されていることを特徴とする寄生アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンテナに係り、特に寄生アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信は、人々の日常生活の利便性を向上させるうえで非常に重要である。
無線機器の設計に関しては、アンテナ特性により信号の送信及び受信の品質が決定される。このため、アンテナ特性を向上させることが研究者にとって主要な課題となる。
【０００３】
図１は従来の励起ダイポールアンテナの概略構成を示す図である。
位相が互いに１８０度異なる二つの電流ｉがダイポールアンテナの二つの極に入力される。二極の励起電流は同一方向に流れているのでアンテナは励起されて電界Ｅが放射される。電界分布は図１に点線で示されている。実用上はループアンテナは一般に１ＧＨｚ以下の低周波で動作するような構造を有している。
【０００４】
図２（Ａ）はループアンテナ２５０を示したもので、無線周波回路２１０の出力端子ＯＵＴに結合された端子と、無線周波回路２１０の接地端子に結合された他の端子とを有している。
無線周波回路２１０の出力端子ＯＵＴからループアンテナ２５０に印加された励起電流は、ループアンテナ２５０を通って無線周波回路２１０の接地端子へ流れる。その結果、図２（Ｂ）に示すように下向きに示す磁界Ｈが誘起される。
ループアンテナの特性に関しては、アンテナ動作の解析においてループアンテナによって作られる閉領域（ループ）の面積が重要な要素となる。
一般にループアンテナはループの面積が小さいよりも大きいほどその特性が向上する。しかしアンテナ特性を向上させるためにアンテナの面積を大きくすると装置をより薄く小さくしようとする設計思想に抵触する。
従って、ループアンテナの限られた領域内でアンテナの特性を向上させることが重要な課題となる。
さらにループアンテナによって占有される領域には、アンテナの動作に悪影響を与えるため他の部品を搭載することができないので回路基板の貴重な面積が無駄になり効率が悪いという問題があった。
如何にアンテナを大きくしてアンテナ特性を向上させるかという問題と回路基板の効率的な利用を促進するためにループアンテナの占有面積をいかに削減するかという問題との間にはジレンマが存在する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
回路基板内の制限された領域内でループアンテナの特性を向上させるために従来のループアンテナの構造は見直す必要があり、薄型で小型の装置のための利用者の要求を満足させる必要がある。
本発明の目的はアンテナ特性を向上できる寄生アンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現することのできる本発明による寄生アンテナの構造を以下詳述する。
本発明の寄生アンテナはループアンテナと金属誘導子とから構成され、金属誘導子はループアンテナの周辺にループアンテナから絶縁されて配置される。
即ち、金属誘導子はループアンテナとは直接的な物理接触は有しない。
ループアンテナが励起されたときに発生する電界は金属誘導子内にエネルギーを放射する。この結果、誘導電流が金属誘導子に発生する。そして金属誘導子はダイポールアンテナのように電界を発生させる。この電界は誘起電流に従って外側へ放射される。金属誘導子によって生成される電界の方向がループアンテナによって生成される電界の方向と同一となるため、ループアンテナの放射特性は増加する。
【０００７】
実用上は金属誘導子は単独または対にして用いられ、ループアンテナの内側、外側もしくは上方に配置される。金属誘導子の形状は棒状もしくはループアンテナの形状に対応した湾曲した棒状の形状を有している。従って放射エネルギーの結合効率を高めることができる。しかし金属誘導子の形状はループアンテナの形状に対応するように必ずしも限定する必要はない。他の形状の金属誘導子もアンテナによって放射される電界の強さを増大させる限り本発明の要旨に適合するものである。しかしアンテナの効率は金属誘導子の形状によって異なる。金属誘導子はできる限りループアンテナに接触することなく近接させて配置するのが望ましい。このように配置すると金属誘導子は放射エネルギーをより多く受信し、アンテナ特性を向上させることができる。
【０００８】
更に金属誘導子とループアンテナとの距離を考慮して設計する必要がある。この距離は金属誘導子の形状とは関係しない。アンテナ効率とループアンテナの占有する面積とのバランスを考慮に入れると、ループアンテナの長さは動作周波数での波長の１０分の１以下にする必要がある。
本発明の他の目的、特徴及び利点は以下の好ましい実施例（これに限定されないが）及び詳細な説明から明らかになるであろう。
以下、本発明を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の一実施例に係る寄生アンテナの概略構成を示す図である。
寄生アンテナはループアンテナ３５０と金属誘導子３７０とから構成され、金属誘導子３７０はループアンテナ３５０の内側にループアンテナ３５０から絶縁されて配置される。
即ち、金属誘導子３７０はループアンテナ３５０とは直接接触することはない。
ループアンテナ３５０が励起されると励起電界がループアンテナ３５０に印加される。励起電界の向きはループアンテナ３５０上に矢印で示されている。励起電界の方向と同一方向の電界が誘起され、ループアンテナ３５０内を外側に向かって放射される。電界は金属誘導子３７０に対して放射されるためアンテナ電界の向きと反対向きの電界が金属誘導子３７０の表面に誘起される。境界条件により誘導子の表面の正接方向の電界は０となる。
【００１０】
電気誘導子３７０の表面に誘起された電流の向きは図３の金属誘導子３７０上に矢印で示されている。
図４（Ａ）は図３に示す金属誘導子上に誘起された電界分布を示す概略図である。
金属誘導子上の誘起電流の向きは図４（Ａ）上に実線矢印で示されている。
従来のダイポールアンテナについて説明したように、各金属誘導子は事実上電気ダイポール源と考えることができる。
従って、各金属誘導子はダイポールアンテナとして動作し外側に向かって放射される電界Ｅを発生させる。電界Ｅの分布は図４（Ａ）に点線で示されている。金属誘導子によって生成された電界は重畳され、電界の結果的分布は図４（Ｂ）に示すようになる。
【００１１】
図５は図３のループアンテナによって誘起された電界の分布を示す概略図である。ループアンテナ上の誘起電流は実線矢印で、誘起電界の分布は点線矢印で図５にそれぞれ示されている。
図４（Ｂ）と図５とを参照すると、誘起電界によって金属誘導子上に生成された電界は図５に時計回りで示すように同一方向を有していることがわかる。これはループアンテナによって誘起された電界の方向と同一である。従ってループアンテナの放射効率を増大させるとともにアンテナ特性を増加させる。金属誘導子上の誘起電流はループアンテナによって放射される電界のエネルギーにより生成されるため余分の電流源を必要としない。すなわち寄生アンテナを形成する複数の金属誘導子をもったループアンテナは、金属誘導子のない同一構造のループアンテナと同様の動作をする。さらに金属誘導子をループアンテナの内側に配置した場合、内側に放射されるループアンテナの電界は電気誘導子によって反射されるためループアンテナの放射効率を増大させる。
【００１２】
実用的には金属誘導子は単一もしくは対で形成されループアンテナの内側、外側または上側に配置される。
金属誘導子の形状は棒状もしくはループアンテナの形状に対応するよう湾曲した棒状とすることができる。
これにより放射エネルギーの結合効率を増大させることができる。金属誘導子の形状はループアンテナの形状に必ずしも対応させる必要はない。他の形状の金属誘導子のアンテナによって放射される電界の強度を増加させる限り本発明の要旨に適合するものである。
【００１３】
もちろん金属誘導子の形状に応じてアンテナ特性は変化する。金属誘導子はループアンテナに直接接触しない範囲でループアンテナになるべく近接して配置するのがよい。このような配置にすればより多くの放射エネルギーを受信することができるためアンテナ特性が向上する。さらに金属誘導子とループアンテナとの距離を設計上は考慮する必要がある。しかしこれは金属誘導子の形状とは関係しない。ループアンテナによって占有される領域は円形や方形の形状に限定されるものでもなく単一の円形に限定されるものでもない。所定領域内のループアンテナの円形回路が多ければ多いほどループアンテナはより強い磁界を誘起する。ループアンテナの円形数を増加させるのに加えてループアンテナを取り巻く領域にさらに小さい電気誘導子を加えることによりアンテナから放射される磁界の強さを改善することができる。
【００１４】
さらに金属誘導子はループアンテナが占有している面積内にも配置することができる。従来はループアンテナが占有している領域に配置することは無駄であると考えられておりどんな部品も配置することはなかった。
したがって本発明によれば回路基板はより効率的に使用することができ回路基板領域の余分な領域を使用することなくループアンテナの放射効率を高めることができる。
換言すれば、二個のアンテナが同一の特性を有している場合、寄生アンテナの大きさをループアンテナの大きさよりも小さくすることができる。アンテナ特性とループアンテナによって占有される面積との間のバランスを考えて、ループアンテナの長さは動作周波数での波長の１０分の１以下にする必要がある。
【００１５】
本発明では金属誘導子６７０は図６に示すようにループアンテナ６５０から絶縁され外側に配置することもできる。また金属誘導子７７０は図７（Ａ）に示すようにループアンテナ６５０から絶縁されループアンテナ６５０の上方に配置することもできる。
図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線に沿った断面図では金属誘導子７７０は図７（Ｂ）に示すｙ方向すなわちループアンテナ７５０の垂直方向に明確に配置されているのがわかる。そして高さｈだけループアンテナ７５０から離れて配置されている。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による寄生アンテナは少なくとも以下に示すような利点を有している。
１　コストを削減することができる。
本発明によればアンテナによって放射される電界の強さはループアンテナの周りの金属誘導子をループアンテナの放射エネルギーによって励起することによって増加させる。このようなループアンテナによる励起はループアンテナの電界の方向と同一の方向に電界を誘起し、アンテナの入力電力を増加することなく実現することができる。アンテナの入力電力を増加する必要がないので無線周波回路は出力電力を増加させるように調整する必要はない。
一方、アンテナ特性を向上させるためにアンテナを駆動するための無線周波回路の出力電力を高めなければならない場合には、追加の出力増幅回路を無線周波回路内に配置する必要がある。このような構成を採用すると追加の増幅器とバイアス用の部品が必要とされ、この結果コストが増加してしまう。
【００１７】
本発明では無線周波回路自身を変更する必要がなく、またアンテナ特性を向上させるためには金属誘導子を単にループアンテナの周囲に配置するだけでよい。したがって製造コストを大幅に削減することができる。
２　回路基板の有効利用率を高めることができる。
本発明による寄生アンテナでは、金属誘導子はループアンテナが占有している領域内に配置できる。この領域は、従来、部品を配置しなかった領域である。したがって以前は無駄な領域とみなされていた回路基板領域が本発明によればより有効に利用されることになる。他の観点から考えると、アンテナの放射強度が余分の回路基板領域を必要とすることなく増加できるので、回路基板領域の利用効率が増加する。したがって回路基板領域の単位面積あたりのコストを下げることができる。
３　回路基板の大きさを削減することができる。
本発明による寄生アンテナは余分な回路基板領域を必要とすることなくアンテナの放射効率を増加することができる。また同一のアンテナ特性をもった典型的なループアンテナよりも大きさを小さくすることができる。したがってこの寄生アンテナを使用することにより、回路基板の大きさを削減することが可能となる。この結果、市販されている他の製品と比べより有効である。
以上、本発明を実施例と好ましい実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変形と類似する構成を同様に含むものである。したがって本発明の範囲はそのような変形例と類似する構成を含むように可能な限り広く解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の励起型ダイポールアンテナの概略構成図。
【図２】（Ａ）は従来のループアンテナの概略構成図。
（Ｂ）は（Ａ）のアンテナが励起されたときの磁界を示す図。
【図３】本発明の好ましい実施例に基づく寄生アンテナの概略図。
【図４】（Ａ）は図３に示す電気誘導子上に誘起された電界の分布を示す図。
（Ｂ）は（Ａ）に示す電気誘導子によって誘起されたネット電界の分布を示す図。
【図５】図３に示すループアンテナによって誘起された電界の分布を示す図。
【図６】ループアンテナの外側に配置された金属誘導子を示す概略図。
【図７】（Ａ）はループアンテナの上部に配置された金属誘導子を示す概略図。
（Ｂ）は図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線に沿った断面図。
【符号の説明】
３５０　　ループアンテナ
３７０　　金属誘導子
６５０　　ループアンテナ
６７０　　金属誘導子
７５０　　ループアンテナ
７７０　　金属誘導子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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