(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電点の近傍の磁場領域に当該給電点に接続され平面視で導体が中央部に開口部を有する閉領域を形成する平面コイルを備え、前記平面コイルは、フィルム基板の同一面において境界線を挟んで対向する第１及び第２の区域にそれぞれ形成された導体が、前記フィルム基板を前記境界線を中心に折り曲げることで重なり合い平面視で閉領域を形成したものであり、前記平面コイルによる磁力線放射を放射源としたことを特徴とするモノポール又はダイポール型のアンテナ装置。
【請求項２】
前記平面コイルが複数接続されていることを特徴とする請求項１記載のモノポール又はダイポール型のアンテナ装置。
【請求項３】
前記平面コイルに接続された他の放射導体を設け、
前記他の放射導体による共振電流放射と前記平面コイルによる磁力線放射とを行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモノポール又はダイポール型のアンテナ装置。
【請求項４】
前記平面コイルに可変容量素子を直列に接続し、前記可変容量素子にチューニング電圧を印加してアンテナ共振周波数を可変としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のモノポール又はダイポール型のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型の無線通信機器等に使用可能なダイポール又はモノポール型のアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にアンテナの長さは波長に比べ、長い方が受信感度が上がるが、携帯電話等のアンテナ装置として用いる場合、アンテナ長を波長の長さと同一寸法にしたのでは大き過ぎて携帯性に優れないので、アンテナ長を短くすることが望まれる。
【０００３】
図１０（ａ）は１／２波長ダイポールアンテナの模式図である。アンテナに高周波電流を供給すると、アンテナ線上に電流と電圧が分布する。アンテナの長さが１／２波長の整数倍のときアンテナが共振して効率よく電波が放射される（共振電流放射）。１／２波長ダイポールアンテナではアンテナの長さは１／２波長前後の長さが必要である。
【０００４】
ダイポール又はモノポールアンテナの電気長を変えずにアンテナを小型化するためには、等価容量Ｃ又は等価インダクタＬを大きくして共振周波数を小さくすることが考えられる。しかし、等価容量Ｃを大きくするためにはアンテナ面積が大きくなるので好ましくない。また、チップインダクタを挿入することにより寸法を大きくすることなくインダクタＬを大きくできるが、チップインダクタは放射しないのでアンテナ全体の効率が悪くなる。
【０００５】
図１０（ｂ）はアンテナ線をミアンダラインで構成したダイポールアンテナの模式図である。アンテナ線をミアンダラインで構成することにより、アンテナの電気長を変えずに、アンテナの長さを１／８波長程度まで小型化することができる。但し、ミアンダラインの間隔を狭くするほどアンテナ長を短くできるが、ミアンダラインの間隔がある程度まで狭くなると段間結合容量の影響でミアンダラインによる小型化にも限界がある。
【０００６】
また、ミアンダラインで構成したダイポールアンテナにおいて、アンテナ長を１／８波長からさらに短縮するアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたアンテナ装置は、プリント基板とは別体に放射エレメントを設け、該放射エレメントの導体パターンをプリント基板より誘電率が大きい誘電体部材に形成するといったものである。これにより、誘電体部材の比誘電率による受信信号波長の短縮量が多くなるので、アンテナの小型化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００６−３１９４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたアンテナ装置のように誘電体部材の比誘電率による受信信号波長の短縮量だけでは限界があり、アンテナ装置のさらなる小型化が望まれる。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、大幅な小型化を実現可能なダイポール又はモノポール型の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】
【０００９】
本発明のモノポール又はダイポール型のアンテナ装置は、給電点の近傍の磁場領域に当該給電点に接続され平面視で導体が中央部に開口部を有する閉領域を形成する平面コイルを備え、前記平面コイルは、フィルム基板の同一面において境界線を挟んで対向する第１及び第２の区域にそれぞれ形成された導体が、前記フィルム基板を前記境界線を中心に折り曲げることで重なり合い平面視で閉領域を形成したものであり、前記平面コイルによる磁力線放射を放射源としたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、モノポール又はダイポール型のアンテナ装置でありながら平面コイルによる磁力線放射を放射源とした放射が行われる。しかも、磁場領域のインダクタ（平面コイル）が大きいため、アンテナ共振周波数が低くなり、アンテナ装置の小型化が図られる。
【００１１】
上記モノポール又はダイポール型のアンテナ装置において、複数の平面コイルを接続することもでき、インダクタ（平面コイル）を大きくしてアンテナ共振周波数を低くすることができる。
【００１４】
また本発明は、上記モノポール又はダイポール型のアンテナ装置において、前記平面コイルに接続された他の放射導体を設け、前記他の放射導体による共振電流放射と前記平面コイルによる磁力線放射とを行うことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、モノポール又はダイポール型のアンテナ装置として他の放射導体から共振電流放射を行うことができると共に、給電部近傍の平面コイルからは磁力線放射を行うことができる。
【００１６】
また本発明は、上記モノポール又はダイポール型のアンテナ装置において、前記平面コイルに可変容量素子を直列に接続し、前記可変容量素子にチューニング電圧を印加してアンテナ共振周波数を可変としたことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、可変容量素子にチューニング電圧を印加してアンテナ共振周波数を変えることができるので、受信帯域の広帯域化が可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アンテナ装置の大幅な小型化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るアンテナ装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）は本実施の形態に係るアンテナ装置の模式図であり、同図（ａ）はアンテナ装置を高開口平面コイルの開口方向から見た平面図、同図（ｂ）はアンテナ装置を高開口平面コイルの側面方向から見た側面図である。
【００２０】
本実施の形態に係るアンテナ装置１は、アンテナ中央部に配置した給電部２の一方の側（図中右側）に複数の高開口平面コイル３ａ，３ｂが直列に接続され、該給電部２の他方の側（図中左側）に複数の高開口平面コイル４ａ，４ｂが直列に接続され、ダイポール型アンテナを構成している。アンテナ装置１において電場領域に当たるアンテナ両端部に共振電流による電界放射のための放射導体５，６が接続されている。図１（ａ）（ｂ）には給電部２の両側にそれぞれ２つの高開口平面コイル３ａ，３ｂ及び４ａ，４ｂを接続した状態を模式的に示しているが、高開口平面コイルの接続数は所要のアンテナ感度を得られる接続数に設定する。
【００２１】
高開口平面コイル３ａ，３ｂ及び４ａ，４ｂは、磁場領域である給電部２の近傍に配置されている。図１（ａ）に示すように、高開口平面コイル３ａはコイル中央が大きく開口した開口部７を有し、コイル開口方向からの平面視で導体が閉領域（７）を形成している。図１（ｂ）に示すように、高開口平面コイル３ａは平面視で導体が閉領域（７）を形成するために、導体同士の一部を上下方向に重ねるように配置している。なお、他の高開口平面コイル３ｂ及び４ａ，４ｂも同様の構造を有している。
【００２２】
図２はアンテナ装置１の給電部２及び高開口平面コイル３ａ，３ｂ及び４ａ，４ｂを抜き出した斜視図である。本実施の形態では、平面視で導体が閉領域を形成するように導体を矩形状に四回りさせている。給電部２に対して接続部１１を介して高開口平面コイル３ａの一端部１２が接続されている。高開口平面コイル３ａは、給電部２側の一端部１２が上下方向において一番高い位置となり、当該一端部１２から導体１３が同じ高さで矩形状に一回りしている（一回り目の矩形導体１３）。一端部１２を始点にして矩形に一回りした一回り目の矩形導体１３の他端部は一端部１２の少し手前で一段下がり、そこから二回り目の矩形導体１４が一回り目の矩形導体１３の下側を平面視で略同一の位置を矩形状に一回りしている。二回り目の矩形導体１４は、一端部１２側から見て反対側の辺が一回り目の矩形導体１３よりも１ライン分だけ内側を通っていると共に、次段の高開口平面コイル３ｂとの接続導体１５と重なる場所では一段高くなって干渉を避ける構造となっている。また、二回り目の矩形導体１４は一回りして戻ってきた一端部１２側の辺が一回り目の矩形導体１３よりも１ライン分だけ内側を通っている。三回り目の導体１６は再び一回り目の矩形導体１３と同じ高さに戻り、一回り目及び二回り目の矩形導体１３、１４よりも１ライン分だけ内側を通り矩形状に一回りしている。そして、四回り目の半矩形導体１７が次段の高開口平面コイル３ｂと近接した場所で二回り目の矩形導体１４の形成位置より下まで立下り、そこまで延出している接続導体１５の端部に接続している。
【００２３】
このように、一繋がりの矩形導体１３，１４，１６及び半矩形導体１７を上下方向に一部重ねて配置することで、高開口平面コイル３ａの中央部には大きな開口部７が形成されている。他の高開口平面コイル３ｂも同様に構成されている。
【００２４】
以上のように構成されたアンテナ装置１では、図３に示すように共振電流放射と磁力線放射との異なる放射モードにて放射が行われる。給電部２に高周波電流を供給すると、ダイポールアンテナとして動作し、複数の高開口平面コイル３ａ等及び高開口平面コイル４ａ等からなるアンテナ線上に電流と電圧が分布し、中央の給電部２で電流が最大となると共に電圧が最小となり、給電部２から最も離れたアンテナ端部で電流が最小となると共に電界が最大となる。給電部２に供給される高周波電流がアンテナ装置１の共振周波数と一致する場合は、図３に示すように、アンテナ端部の放射導体（５，６及び給電部２から離れて磁場の弱い領域に配置された高開口平面コイル）での共振電流放射（共振電流による放射）が最も強くなる。共振電流放射の方向はアンテナ装置１の長手方向となる。
【００２５】
一方、給電部２の近傍では高開口平面コイル３ａ、３ｂ及び高開口平面コイル４ａ、４ｂにより強い磁場領域が形成されており、高開口平面コイル３ａ等及び高開口平面コイル４ａ等が発生させた磁界によって図３に示すように、磁力線放射が行われる。給電部２に供給される高周波電流がアンテナ装置１の共振周波数と一致する場合に最大の共振電流が流れるので、その時の磁力線放射が最大となる。
【００２６】
また、本実施の形態では、Ｑの低い放射しやすいインダクタンス（Ｌ）を高開口平面コイル３ａ等及び高開口平面コイル４ａ等で構成している。給電部２の近傍は磁場領域であり、そこに大きなインダクタンス（Ｌ）が配置されるので、アンテナ装置１の共振周波数が低くなる効果がある。
【００２７】
図４は本実施の形態に係るアンテナ装置１の小型化効果を検証したアンテナ共振周波数のシミュレーション結果を示す図である。アンテナ長ＬはＬ＝１５０ｍｍに設定している。本実施の形態に示すようにアンテナ線を高開口平面コイル３ａ等及び高開口平面コイル４ａ等で構成した場合、アンテナ共振周波数は２００ＭＨｚ付近であった。一方、図１０（ａ）のように直線状の１／２波長の導体で構成した場合のアンテナ共振周波数は１０００ＭＨｚ付近であり、図１０（ｂ）のようにミアンダラインで構成した場合のアンテナ共振周波数は５００ＭＨｚ付近である。
【００２８】
このように、本実施の形態によるアンテナ装置１の共振周波数はミアンダラインで構成した場合の１／２以下になっているので、アンテナ長はミアンダラインで構成した場合の１／２以下まで短縮することができることになる。よって、特許文献１のように誘電体部材の比誘電率による受信信号波長の短縮効果を利用する場合に比べて、大幅な小型化効果を奏することができる。
【００２９】
次に、アンテナ共振周波数を可変にしたアンテナ装置の変形例を説明する。
図５は共振周波数を可変にしたアンテナ装置の模式図である。同図に示すアンテナ装置２０は、基本的な構成は上記した図１（ａ）（ｂ）に示すアンテナ装置１と同一構成を有しており、同一部分には同一符号を付して説明の重複を避ける。
【００３０】
アンテナ装置２０では、高開口平面コイル３ａ（４ａ）と高開口平面コイル３ｂ（４ｂ）との間に可変容量素子としてバラクタダイオード２１ａ，２２ａをそれぞれ直列に接続している。バラクタダイオード２１ａ，２２ａの各カソードを抵抗Ｒ３，Ｒ４を介してグランドに接続し、各アノードに抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してチューニング電圧ＶＴを印加するように構成している。その他の構成はアンテナ装置１と同様である。
【００３１】
以上のように構成されたアンテナ装置２０では、高開口平面コイル３ａ等及び高開口平面コイル４ａ等とバラクタダイオード２１ａ，２２ａとで共振回路を形成する。高開口平面コイル３ａ、４ａのインダクタ値をＬ１、高開口平面コイル３ｂ、４ｂのインダクタ値をＬ２とし、バラクタダイオード２１ａ，２２ａの容量をＣＴとする。アンテナ装置２０の共振周波数Ｆｏは、次の通りとなる。
Ｆｏ＝1/2π（（ＣＴＴＬ・（Ｌ１＋Ｌ２）））１／２
なお、ＣＴＴＬはアンテンのＴｏｔａｌ等価容量であり、ＣＴの値に直結している。
したがって、バラクタダイオード２１ａ，２２ａの容量ＣＴを可変させることで共振周波数Ｆｏがシフトする。
【００３２】
このようなアンテナ装置２０によれば、共振電流放射と磁力線放射の放射源として小型化可能であると共に、共振周波数Ｆｏを可変することができるので受信周波数を広帯域化でき、テレビジョン放送のような広帯域の信号を受信可能になる。
【００３３】
図６は平面コイルの形状を変えたアンテナ装置の変形例を示す図であり、給電部及びそこに接続された平面コイルを拡大して示す図である。平面コイル３ａ，４ａは、所定の太さを有する線状の導体１８が平面内で外側から内側に向けて矩形状に３回転し、導体１８の中央端部を矩形状に巻かれた導体の下を通して次の平面コイル３ｂ，４ｂの一端部に接続している。平面コイル３ａ，４ａと次段の平面コイル３ｂ，４ｂとの間にバラクタダイオード２１ａ，２２ａを直列接続している。
【００３４】
このような平面コイルを用いてアンテナ装置を構成した場合も、導体１８が平面視で閉領域を形成するので、共振電流放射と磁力線放射との異なる放射モードにて放射が行われる。そして、Ｑの低い放射しやすいインダクタンス（Ｌ）を平面コイルで構成しているので、磁場領域に大きなインダクタンス（Ｌ）が配置され、アンテナ装置の共振周波数を低くしてアンテナ長の小型化を図ることができる。
なお、アンテナ装置において、平面視で閉領域を形成して磁力線放射の放射源となる高開口平面コイルの製造方法及びコイル形状について説明する。
【００３５】
図７（ａ）に示すように、絶縁性の可撓性フィルムからなるフィルム基板３１の上半分の領域３２に折り曲げ線上の一辺が開放した矩形状の導体パターン３４ａ〜３４ｄを所定間隔で形成する。また、フィルム基板３１の下半分の領域３３に折り曲げ線上の一辺の中間部が開放した矩形状の導体パターン３５ａ〜３５ｄを上側の導体パターン３４ａ〜３４ｄに対して略半周期ずらして所定間隔で形成する。
【００３６】
次に、折り曲げ線を中心にしてフィルム基板３１を折り曲げることにより、図７（ｂ）に示すように矩形状の導体の閉領域３６ａ〜３６ｇが所定の間隔で連続する複数の平面コイルが形成される。
【００３７】
図８（ａ）（ｂ）は導体による真円状の閉領域が形成される平面コイルの製造方法を例示している。図８（ａ）に示すように、フィルム基板３１の上半分の領域３２に折り曲げ線上の直線部が開放した長円状の導体パターン３７ａ〜３７ｃを所定間隔で形成する。また、フィルム基板３１の下半分の領域３３に折り曲げ線上の直線部が開放した長円状の導体パターン３８ａ、３８ｂを上側の導体パターン３７ａ〜３７ｃに対して略半周期ずらして所定間隔で形成する。
【００３８】
次に、折り曲げ線を中心にしてフィルム基板３１を折り曲げることにより、図８（ｂ）に示すように長円状の導体パターン３７ａ〜３７ｃ及び導体パターン３８ａ、３８ｂの曲線部が重なり合い円形の閉領域３９ａ〜３９ｄが所定の間隔で連続する複数の平面コイルが形成される。
【００３９】
図９（ａ）（ｂ）は導体による半円状の閉領域が形成される平面コイルの製造方法を例示している。図９（ａ）に示すように、フィルム基板３１の上半分の領域３２に折り曲げ線上の一辺が開放した矩形状の導体パターン３４ａ〜３４ｄを所定間隔で形成する。また、フィルム基板３１の下半分の領域３３に折り曲げ線上の直線部が開放した長円状の導体パターン４１ａ〜４１ｄを上側の導体パターン３４ａ〜３４ｄに対して略半周期ずらして所定間隔で形成する。
【００４０】
次に、折り曲げ線を中心にしてフィルム基板３１を折り曲げることにより、図９（ｂ）に示すように矩形状の導体パターン３４ａ〜３４ｄ及び長円状の導体パターン４１ａ〜４１ｄの曲線部が重なり会い半円形の閉領域４２ａ〜４２ｇが所定の間隔で連続する複数の平面コイルが形成される。
【００４１】
以上の説明ではダイポール型アンテナを例に説明したが、モノポール型アンテナであっても同様に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、ダイポール又はモノポール型のアンテナ装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）本実施の形態に係るアンテナ装置の模式図であり、高開口平面コイルの開口方向から見た平面図、（ｂ）アンテナ装置を高開口平面コイルの側面方向から見た側面図
【図２】本実施の形態に係るアンテナ装置の給電部及び高開口平面コイルを抜き出した斜視図
【図３】本実施の形態に係るアンテナ装置の共振電流放射及び磁力線放射を示す図
【図４】本実施の形態に係るアンテナ装置の小型化効果を検証した共振周波数のシミュレーション結果を示す図
【図５】共振周波数を可変にしたアンテナ装置の模式図
【図６】平面コイルの形状を変えたアンテナ装置の変形例を示す図
【図７】（ａ）矩形状の高開口平面コイルの製造方法において折り曲げ前の状態を示す平面図、（ｂ）折り曲げ後の状態を示す平面図
【図８】（ａ）円形の高開口平面コイルの製造方法において折り曲げ前の状態を示す平面図、（ｂ）折り曲げ後の状態を示す平面図
【図９】（ａ）半円形の高開口平面コイルの製造方法において折り曲げ前の状態を示す平面図、（ｂ）折り曲げ後の状態を示す平面図
【図１０】（ａ）ダイポールアンテナの模式図、（ｂ）ミアンダ型のダイポールアンテナの模式図
【符号の説明】
【００４４】
１…アンテナ装置、２…給電部、３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…高開口平面コイル、５，６…コンデンサ、１１…接続部、１２…高開口平面コイル一端部、１３…矩形導体（一回り目）、１４…矩形導体（二回り目）、１５…接続導体、１６…矩形導体（三回り目）、１７…半矩形導体（四回り目）、２１ａ，２２ａ…バラクタダイオード、３１…フィルム基板、３２…上半分の領域、３３…下半分の領域、３４ａ〜３４ｄ…導体パターン（上側）、３５ａ〜３５ｄ…導体パターン（下側）
【図１】
0004790684.tif 000002
【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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【図８】
0004790684.tif 000009
【図９】
0004790684.tif 000010
【図１０】
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