JP2008288917A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つのアンテナ装置を、ある程度通信距離が短く、電波の受信強度を元にして送受信間の距離を推定する距離推定通信用途と送受信間の距離推定を行わす、長距離の通信が可能な長距離通信のいずれでも使用可能とする。
【解決手段】回路基板２の実装面に対して略垂直となるように形成された微小ループアンテナ１１と、微小ループアンテナ１１を構成する導電路上に直列接続された第１キャパシタ４と第１スイッチ素子１４及び第２キャパシタ５と第２スイッチ素子１５の２組の並列回路と、回路基板２の実装面に形成されたグランドパターン６と、回路基板２上に実装された無線回路部１２を備え、距離推定通信の場合、第１スイッチ１４をオンし、第２スイッチ素子１５をオフして、給電点Ｐ１との距離が長い第２キャパシタ５を使用し、長距離通信の場合、第１スイッチ素子１４をオフし、第２スイッチ１５をオンして、給電点Ｐ１との距離が短い第１キャパシタ４を使用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信装置に用いられる微小ループアンテナを含むアンテナ装置、特に、通信距離が短く、電波の受信強度を元にして送受信間の距離を推定する距離推定通信と、送受信間の距離推定は行わず、長距離通信を可能とする長距離通信の切り替えが可能なアンテナ装置に関する。

例えば非特許文献１に示されているような微小ループアンテナは、ループアンテナの全長を送信波長の１／１０以下程度にまで小さくしたものであり、微小ダイポールアンテナよりも雑音電界に強い特徴をもっている。そのため、従来から携帯型無線通信装置などに広く用いられている。

微小ループアンテナを用いたアンテナ装置では、所望する通信周波数において、無線回路部の出力インピーダンスとの整合を取るため、微小ループを構成する導体上の1点に、キャパシタンスを直列挿入し、また、微小ループを構成する導体上の別の1点を無線回路部のグランドに接地している。そのため、微小ループアンテナから電波が放射されるのみならず、微小ループアンテナが実装される回路基板のグランドパターンからも電波がある程度放射される。従来の微小ループアンテナでは、回路基板のグランドパターンから放射される電波はほとんど無視されていた。

微小ループを構成する導体から放射される電波よりも回路基板のグランドパターンから放射される電波の方が大きいアンテナ装置においては、導電体や人体などが上記のようなアンテナ装置にある一定の距離よりも接近した場合に、回路基板のグランドパターンに流れるダイポールモード電流が変化して、アンテナ利得が大きく変動する。電波の受信強度を元にして送信機と受信機の間の距離を推定しようとする場合、アンテナ利得が一定であれば、空間での減衰量の理論式が既知であるので、受信強度を元にして送信機と受信機の間の距離を推定することができる。しかしながら、微小ループを構成する導体から放射される電波よりも回路基板のグランドパターンから放射される電波の方が大きいアンテナ装置においては、上記のように付近の導電体や人体などが存在するか否かによってアンテナ利得が大きく変動するため、電波の受信強度を元にして送信機と受信機の間の距離を推定する用途には不適当であった。さらに、微小ループを構成する導体から放射される電波よりも回路基板のグランドパターンから放射される電波の方が大きいアンテナ装置においては、一般に微小ループアンテナのアンテナ利得が低いため、長距離通信には向かないという問題点を有していた。

なお、特許文献１には、開ループの微小ループアンテナのアンテナ利得の低下を抑制するために、キャパシタの使用及び微小ループアンテナを接地することが開示されている。
電子情報通信学会編 "アンテナ工学ハンドブック" ＰＰ.６２-６３ オーム社 第１版 １９８０年１０月３０日発行 特許第３７３５６３５号

本発明は、上記の従来例の問題点を解決するためになされたものであり、携帯型無線通信装置に使用可能なアンテナ装置であって、ある程度通信距離が限定されている距離推定通信用途においては、アンテナ利得を安定させ、アンテナ装置から送信される電波の強度を測定することにより、測定点とアンテナ装置の距離の推定を可能とすると共に、距離推定が不要な場合には長距離通信も可能とするアンテナ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、
回路基板の実装面に対して略垂直となるように形成された微小ループアンテナと、前記微小ループアンテナを構成する導電路上に直列接続されたキャパシタンス成分と、前記回路基板の実装面に形成されたグランドパターンと、前記回路基板上に実装された無線回路部を備えたアンテナ装置において、
前記微小ループアンテナの導電路上における前記キャパシタンス成分と、前記微小ループアンテナへの給電点及び前記微小ループアンテナの接地点との相対的な位置が可変であり、
前記キャパシタンス成分と前記給電点との距離を長くした第１の状態で使用することにより、前記グランドパターンに流れるダイポールモード電流を小さくして、前記アンテナ装置によって励起される電波の強度を安定化させ、それにより、このアンテナ装置から送信される電波の強度を測定することにより、測定点とアンテナ装置の距離の推定を可能とし、
前記キャパシタンス成分と前記給電点との距離を短くした第２の状態で使用することにより、前記グランドパターンに流れるダイポールモード電流を大きくして、グランドパターンから放射される垂直偏波成分を大きくして、通信可能距離を長くしたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記キャパシタンス成分は、前記微小ループアンテナの導電路上において、前記微小ループアンテナへの給電点に近い第１の位置に直列接続された第１キャパシタ及び第１スイッチ素子の並列回路と、前記微小ループアンテナへの給電点から前記第１の位置よりも遠い第２の位置に直列接続された第２キャパシタ及び第２スイッチ素子の並列回路で構成され、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子のいずれか一方がオンされ、同時に他方がオフされることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記キャパシタンス成分は、前記微小ループアンテナの導電路に直列接続された１つのキャパシタと、前記微小ループアンテナの導電路上の複数箇所に設けられ、前記微小ループアンテナへの給電点を切り換える給電点切り換えスイッチ及び前記微小ループアンテナの接地点を切り換える接地点切り換えスイッチで構成され、前記給電点切り換えスイッチのいずれかがオンされ、その他がオフされると共に、前記接地点切り換えスイッチいずれかがオンされ、その他がオフされることにより、前記キャパシタに対する給電点及び接地点の相対的な位置を変化させることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
前記微小ループアンテナの導電路に、少なくとも１つの共振周波数調整用キャパシタを接続したことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４に記載のアンテナ装置において、前記共振周波数調整用キャパシタは、静電容量可変であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
前記微小ループアンテナの導電路に、少なくとも１組の共振周波数調整用キャパシタ及びスイッチ素子の並列回路を接続したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、１つのアンテナ装置において、微小ループアンテナの導電路上におけるキャパシタンス成分と、微小ループアンテナへの給電点及び微小ループアンテナの接地点との相対的な位置が可変であるので、例えば、キャパシタンス成分と給電点との距離を長くした第１の状態で使用することにより、微小ループアンテナの対称性が高くなり、グランドパターンに流れるダイポールモード電流が小さくなる。その結果、アンテナ装置によって励起される電波の強度が安定化され、それにより、このアンテナ装置から送信される電波の強度を測定することにより、測定点とアンテナ装置の距離の推定が可能となる。一方、キャパシタンス成分と給電点との距離を短くした第２の状態で使用することにより、グランドパターンに流れるダイポールモード電流が大きくなる。その結果、グランドパターンから放射される垂直偏波成分が大きくなり、通信可能距離が長くなる。すなわち、距離推定通信用途と長距離通信用途のいずれにも適するアンテナ装置が得られる。

請求項２の発明によれば、キャパシタンス成分が、微小ループアンテナの導電路上において、微小ループアンテナへの給電点に近い第１の位置に直列接続された第１キャパシタ及び第１スイッチ素子の並列回路と、微小ループアンテナへの給電点から第１の位置よりも遠い第２の位置に直列接続された第２キャパシタ及び第２スイッチ素子の並列回路で構成され、第１スイッチ素子と第２スイッチ素子のいずれか一方がオンされ、同時に他方がオフされるので、比較的簡単な回路構成により、上記距離推定通信用途と長距離通信用途のいずれにも適するアンテナ装置が得られ、アンテナ装置のコストを低減することができる。

請求項３の発明によれば、キャパシタンス成分が、微小ループアンテナの導電路に直列接続された１つのキャパシタと、微小ループアンテナの導電路上の複数箇所に設けられ、微小ループアンテナへの給電点を切り換える給電点切り換えスイッチ及び微小ループアンテナの接地点を切り換える接地点切り換えスイッチで構成され、給電点切り換えスイッチのいずれかがオンされ、その他がオフされると共に、接地点切り換えスイッチいずれかがオンされ、その他がオフされることにより、キャパシタに対する給電点及び接地点の相対的な位置を変化させているので、比較的簡単な回路構成により、上記距離推定通信用途と長距離通信用途のいずれにも適するアンテナ装置が得られ、アンテナ装置のコストを低減することができる。

請求項４の発明によれば、小ループアンテナの導電路に、少なくとも１つの共振周波数調整用キャパシタを接続したので、例えば組み立て工程における検査段階において、キャパシタの部品誤差などにより、所望するアンテナの共振周波数が得られない場合であっても、追加される共振周波数調整用キャパシタの静電容量及び／又は数を調整することにより、グランドパターンに流れるダイポールモード電流を制御することができ、アンテナの共振周波数を微調整することができる。

請求項５の発明によれば、アンテナ完成後であっても、例えば導電体が近接している場合など、アンテナの共振周波数がシフトしやすい状況において、所定のテストモードを実行し、容量可変式キャパシタの静電容量を制御することにより、アンテナの共振周波数を微調整することができ、グランドパターンに流れるダイポールモード電流を所望するレベルに制御することができる。

請求項６の発明によれば、アンテナ完成後であっても、例えば導電体が近接している場合など、アンテナの共振周波数がシフトしやすい状況において、所定のテストモードを実行し、スイッチ素子のオン／オフを制御することにより、アンテナの共振周波数を微調整することができ、グランドパターンに流れるダイポールモード電流を所望するレベルに制御することができる。

（第１実施形態）
本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る微小ループアンテナを用いたアンテナ装置１の基本的な構成を示す。アンテナ装置１は、回路基板２と、回路基板２上に形成された導体パターン３と、導体パターン３間に挿入された複数（例えば２個）の第１キャパシタ（コンデンサ）４及び第２キャパシタ５と、第１キャパシタ４及び第２キャパシタ５に並列に接続され、これら第１キャパシタ４と第２キャパシタ５を切り換えるための第１スイッチ素子１４及び第２スイッチ素子１５と、導体パターン３及び回路基板２上に実装された略コの字状のアンテナ素子１０で構成された微小ループアンテナ１１と、回路基板２上に実装された無線回路部１２及び制御回路部１３などで構成されている。また、回路基板２上にはグランドパターン６、導体パターン３とグランドパターン６を接続する接地線（ジャンパー線）７、微小ループアンテナ１１に信号を供給する給電線（ジャンパー線）８などが設けられている。

無線通信の周波数をｆ_０とすると、無線回路部１２からは周波数ｆ_０の信号が出力され、微小ループアンテナ１１は、ループ１周の全長が送信波長λ_０の１／１０になるように、その幅及び高さが設計されており、周波数ｆ_０（＝２π／λ_０）でロスが最も少なくなる（アンテナ利得の低下を小さくする）ようにインピーダンス調整されている。具体的には、キャパシタ５の静電容量を適宜選択することにより、微小ループアンテナ１１の共振周波数を調整している。また、アンテナの共振周波数が所望する周波数であると仮定して、給電線８と第１導体パターン３の接続点（給電点）Ｐ１から、接地線７と導体パターン３の接続点（接地点）Ｐ２までの距離Ｘを変化させることで、アンテナ入力インピーダンスＳ_１１を調整することができる。

無線回路部１２から高周波信号が出力されると、アンテナ装置１に高周波電流が励起される。図２に示すように、この高周波電流は、微小ループアンテナ１１を構成する導電路に沿って流れ微小ループアンテナ１１としての放射に寄与する電流（微小ループモード電流）Ｉ_１と、回路基板２の長手方向に流れ、回路基板２の長手方向のダイポールアンテナとしての放射に寄与する電流（ダイポールモード電流）Ｉ_２の２つに分けて考えることができる。微小ループモード電流Ｉ_１は、微小ループアンテナ１１によって構成される矩形と平行な方向に、微小ループ面と平行な偏波の電波（水平偏波成分）を励起する。一方、ダイポールモード電流Ｉ_２は、グランドパターン６の長手方向と垂直な方向に、グランドパターン６の長手方向と平行な偏波の電波（垂直偏波成分）を励起する。

図１に示す第１実施形態に係るアンテナ装置１においては、前述のような微小ループモード電流Ｉ_１とダイポールモード電流Ｉ_２が合成された電流が流れるが、微小ループアンテナ１１の対称性がくずれるほど、ダイポールモード電流Ｉ_２の割合が大きくなる。従って、長距離通信を行う場合には、微小ループアンテナの対称性を大きくくずし、グランドパターン６に流れるダイポールモード電流Ｉ_２を大きくすることによって、グランドパターン６から放射される垂直偏波成分を大きくして、通信可能距離を長くすればよい。

逆に、微小ループアンテナ１１の対称性が高いほど、ダイポールモード電流Ｉ_２の割合が小さくなる。従って、アンテナ装置から送信される電波の強度を測定することにより、測定点とアンテナ装置の距離の推定する場合には、微小ループアンテナに流れる微小ループモード電流Ｉ_１によって励起される水平偏波成分を安定化させるために、微小ループアンテナ１１に対称性を持たせ、ダイポールモード電流Ｉ_２を極力小さくして、より好ましくはほぼ零にして、ダイポールモード電流Ｉ_２によって励起される垂直偏波成分をほとんど発生させないようにすればよい。

第１実施形態に係るアンテナ装置の回路図を図３に示す。グランドパターン６に流れるダイポールモード電流Ｉ_２を大きくするためには、微小ループアンテナ１１の対称性を大きくくずせばよいので、第１キャパシタ４は、導体パターン３と接地線７の接続点Ｐ２に近いほどよい。そのため、第１実施形態においては、グランドパターン６に流れるダイポールモード電流Ｉ_２を極力大きくするために、給電点Ｐ１に対して近い位置に長距離通信時に使用される第１キャパシタ４及び第１スイッチ素子１４を設けている。逆に、ダイポールモード電流Ｉ_２を小さくするためには、微小ループアンテナ１１の対称性を高くすればよい。そのため、グランドパターン６にダイポールモード電流Ｉ_２が流れないようにするために、あるいはグランドパターン６に流れるダイポールモード電流Ｉ_２を極力小さくするために、給電点Ｐ１に対して遠い位置に距離推定通信時に使用される第２キャパシタ５及び第２スイッチ素子１５を設けている。理想的には、第２キャパシタ５の位置と、給電点Ｐ１と接地点Ｐ２の中点の位置が、微小ループアンテナ１１のループの中心に対してなるべく対称の関係となるように配置することが好ましい。なお、第１スイッチ素子１４と第２スイッチ素子１５は、いずれか一方のみが選択的にオンされ、同時にオンされることはない。

このような構成によれば、第１スイッチ素子１４をオンし、第２スイッチ素子１５をオフすることにより、微小ループアンテナ１１が距離推定通信用に設定され、微小ループアンテナ１１の対称性を高くなるので、グランドパターン６に流れるダイポールモード電流Ｉ_２を小さく、より好ましくは零にすることができ、アンテナ利得が安定する。そのため、アンテナ装置１から送信される電波の強度を測定することにより、測定点とアンテナ装置１の距離の推定が可能となる。一方、第１スイッチ素子１４をオフし、第２スイッチ素子１５をオンすることにより、微小ループアンテナ１１が長距離通信用に設定され、微小ループアンテナ１１の対称性が低くなり、グランドパターン６に流れるダイポールモード電流Ｉ_２が大きくなる。そのため、グランドパターン６から放射される垂直偏波成分が大きくなり、通信可能距離が長くなる。

（第２実施形態）
本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態の回路構成を図４に示す。図４からわかるように、第２実施形態は、図３に示す第１実施形態に係るアンテナ装置１の構成に、さらに、少なくとも１個（図４では２個を例示する）の共振周波数調整用キャパシタ２１、２２・・・を直列接続したものである。このような構成によれば、例えば組み立て工程における検査段階において、第１キャパシタ４又は第２キャパシタ５の部品誤差などにより、所望するアンテナの共振周波数が得られない場合であっても、設計変更又は部品交換が比較的困難な第１キャパシタ４又は第２キャパシタ５の静電容量値を変更することなく、追加される共振周波数調整用キャパシタ２１、２２の静電容量及び／又は数を調整することにより、グランドパターン６に流れるダイポールモード電流Ｉ_２を制御することができ、アンテナの共振周波数を微調整することができる。

（第３実施形態）
本発明に係るアンテナ装置の第３実施形態の回路構成を図５に示す。図５からわかるように、第３実施形態に係るアンテナ装置は、図３に示す第１実施形態に係るアンテナ装置１の構成に、さらに、少なくとも１組（図５では２組を例示する）の共振周波数調整用キャパシタ２１、２２・・・及びスイッチ素子３１、３２・・・の並列回路を直列接続したものである。このような構成によれば、アンテナ装置１の完成後であっても、制御回路部１３によりスイッチ素子３１、３２・・・のオン／オフを制御することにより、第１キャパシタ４又は第２キャパシタ５の静電容量値とこれら共振周波数調整用キャパシタ２１、２２・・・の静電容量の組み合わせにより、アンテナの共振周波数を微調整することができる。そのため、例えば導電体がアンテナ装置１に接近した場合であっても、グランドパターン６に流れるダイポールモード電流Ｉ_２を所望するレベルに制御することができ、距離推定通信用途及び長距離通信用とのいずれにおいても、アンテナ装置の通信特性を安定化させることができる。

（第４実施形態）
本発明に係るアンテナ装置の第４実施形態の回路構成を図６に示す。図６に示す第４実施形態に係るアンテナ装置は、上記第３実施形態における共振周波数調整用キャパシタ２１、２２・・・及びスイッチ素子３１、３２・・・の並列回路の代わりに、図３に示す第１実施形態に係るアンテナ装置１の構成に、さらに、少なくとも１組（図６では２組を例示する）の共振周波数調整用の容量可変式キャパシタ４１、４２・・・を直列接続したものである。このような構成によれば、アンテナ装置１の完成後であっても、制御回路部１３により容量可変式キャパシタ４１、４２・・・の静電容量を制御することにより、第１キャパシタ４又は第２キャパシタ５の静電容量値とこれら共振周波数調整用の容量可変式キャパシタ４１、４２・・・の静電容量の組み合わせにより、アンテナの共振周波数を微調整することができ、グランドパターン６に流れるダイポールモード電流Ｉ_２を所望するレベルに制御することができる。

（第５実施形態）
本発明に係るアンテナ装置の第５実施形態の回路構成を図７に示す。図７に示す第５実施形態に係るアンテナ装置は、図５に示す第３実施形態又は図６に示す第４実施形態に係るアンテナ装置１の構成に、さらに、無線回路部１２から出力された信号の反射波の大きさを計測する検波回路１６を備えたものである（図７では第３実施形態をベースにした場合を例示する）。

アンテナ装置の出荷検査工程において、制御回路部１３をテストモードに設定し、各キャパシタ４、５、２１、２２・・・の静電容量をそれぞれ所定の値になるように設定した状態で、無線回路部１２よりテスト信号を出力する。このとき、無線回路部１２の出力インピーダンスと、微小ループアンテナ１１の入力インピーダンスの整合状態により、反射波が発生する。この反射波の大きさを検波回路１６によって計測する。次に、制御回路部１３からの制御信号によりスイッチ素子１４、１５、３１、３２・・・のオン／オフの組み合わせを変えて、同様に反射波の大きさを計測する。このようにして、スイッチ素子１４、１５、３１、３２・・・のオン／オフの組み合わせを複数設定し、それぞれの組み合わせに対する反射波の大きさを計測し、最も反射波が小さくなる組み合わせを求める。なお、第４実施形態における容量可変式キャパシタ４１、４２・・・の静電容量を調整する場合も同様である。

このような構成によれば、アンテナ装置の出荷検査工程において、従来は手作業で行っていた補正キャパシタンス量の調整を自動化できるため、製造コストを低減することができる。また、テストモードを実使用状態において定期的に実行することにより、設置環境による共振周波数のずれを定期的に補正し、所望する送信周波数においてアンテナ利得の低下を小さくすることができる。なお、テストモードでは、無線回路部１２よりテスト信号を出力する必要があるため、本来行う通信とテストモードとを同時に実行することはできない。間欠的に通信を行う無線装置においては、１つの通信シーケンスが完了した直後は、通信を行わない時間が存在する。この通信を行わない時間を利用してテストモードを実行することにより、本来行うべき通信を妨げることなく、確実にテストモードを実行することができる。

さらに、通信完了した後から次回の通信までに設置環境などが変化し、設置環境が悪い状態になっている場合も考えられるが、本通信における反射波をモニタしておき、その反射波が大きな場合は、再度上記アンテナの共振周波数の調整を実行して再送信することにより、通信の信頼性を向上させることができる。さらに、携帯型無線通信装置のように設置環境が頻繁に変化する場合には、上記テストモードを本来行うべき本通信の前に実行し、アンテナの共振周波数を良好な状態にした上で、本通信を開始することができる。一方、固定式の無線通信装置の場合には、あるていど無線通信装置の設置時に設置環境が決定されるため、設置時又は無線通信装置間の登録時に、上記アンテナの共振周波数の調整を実施すればよい。

（第６実施形態）
本発明に係るアンテナ装置の第６実施形態のブロック構成を図８に示す。第６実施形態では、上記第５実施形態に係るアンテナ装置１を備えた無線通信装置（送受信装置）を２台用いて、互いに所定の電波を送受信することによって、スイッチ素子１４、１５、３１、３２・・・のオン／オフの組み合わせ又は容量可変式キャパシタ４１、４２・・・の静電容量の調整を可能とする。

図７において、第１無線通信装置１００及び第２無線通信装置２００は、それぞれアンテナ装置１０１及び２０１（上記アンテナ装置１と同じもの）と、送信部１０２及び２０２と、受信部１０３及び２０３と、送受信切り換えスイッチ１０４及び２０４を備えている。第１無線通信装置１００と第２無線通信装置２００との間で送受信を行う場合、まず、第１無線通信装置１００の送受信切り換えスイッチ１０４を送信部１０２側に切り換え、送信部１０２からアンテナ装置１０１を介して所定の電波ＲＷ１を第２無線通信装置２００に向けて送信する。このとき、第２無線通信装置２００の送受信切り換えスイッチ２０４は受信部２０３側に切り換えられており、受信部２０３はアンテナ装置２０１を介して電波ＲＷ１を受信し、受信した電波ＲＷ１の受信レベル（強度）を測定する。

次に、第２無線通信装置２００の送受信切り換えスイッチ２０４を送信部２０２側に切り換え、送信部２０２からアンテナ装置２０１を介して測定した電波ＲＷ１の受信レベルに相当する信号を電波ＲＷ２にのせて第１無線通信装置１００に向けて送信する。第１無線通信装置１００の送受信切り換えスイッチ１０４は受信部１０３側に切り換えられており、受信部１０３はアンテナ装置１０１を介して電波ＲＷ２を受信し、受信した電波ＲＷ２により送信された信号から、送信した電波ＲＷ１が第２無線通信装置２００に対してどのくらいのレベルで到達したのかを知ることができる。

スイッチ素子１４、１５、３１、３２・・・のオン／オフの組み合わせ又は容量可変式キャパシタ４１、４２・・・の静電容量の調整を変えて上記送受信を繰り返すことにより、第２無線通信装置２００において最も受信レベルが高くなるように、第１無線通信装置１００のアンテナの共振周波数を調整することができる。また、同様の処理を第２無線通信装置２００について行うことにより、第１無線通信装置１００において最も受信レベルが高くなるように、第２無線通信装置２００のアンテナの共振周波数を調整することができる。

（第７実施形態）
本発明に係るアンテナ装置の第７実施形態の回路構成を図９に示す。図９からわかるように、第７実施形態に係るアンテナ装置１では、微小ループアンテナ１１の導電路上にはキャパシタ５０が１個のみ直列接続されると共に、微小ループアンテナ１１の導電路上の複数箇所（図９では４箇所を例示する）において、給電線８及び接地線７との接続位置（給電点Ｐ１及び接地点Ｐ２）を切り換える給電点切り換えスイッチ５１、５２、５３及び５４と接地点切り換えスイッチ６１、６２、６３及び６４が設けられている。

このような構成により、給電点切り換えスイッチ５１、５２、５３及び５４のいずれかをオンし、その他をオフすると共に、接地点切り換えスイッチ６１、６２、６３及び６４のいずれかをオンし、その他をオフすることにより、キャパシタ５０に対する給電点Ｐ１及び接地点Ｐ２の相対的な位置を変化させることができ、グランドパターン６に流れるダイポールモード電流Ｉ_２を制御することができる。

例えば、給電点切り換えスイッチ５３をオンすることにより、給電点Ｐ１とキャパシタ５０の距離が最も長くなり、ダイポールモード電流Ｉ_２が最小となる。その結果、距離推定通信用のアンテナ装置として使用することができる。一方、給電点切り換えスイッチ５１をオンすることにより、給電点Ｐ１とキャパシタ５０の距離が最も短くなり、ダイポールモード電流Ｉ_２が最大となる。その結果、長距離通信用のアンテナ装置として使用することができる。また、給電点切り換えスイッチ５１、５２、５３及び５４と接地点切り換えスイッチ６１、６２、６３及び６４を適宜組み合わせることにより、アンテナ特性を様々に変化させることができ、これら距離推定通信用及び長距離通信用以外の他の用途に適したアンテナ特性を得ることができる。

本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態の構成を示す斜視図。 本発明に係るアンテナ装置における微小ループモード電流及びダイポールモード電流の方向と、それらのアンテナによる水平偏向成分及び垂直偏向成分の関係を示す斜視図。 第１実施形態におけるアンテナ装置を回路図。 本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態の構成を示す回路図。 本発明に係るアンテナ装置の第３実施形態の構成を示す回路図。 本発明に係るアンテナ装置の第４実施形態の構成を示す回路図。 本発明に係るアンテナ装置の第５実施形態の構成を示す回路図。 本発明に係るアンテナ装置の第６実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係るアンテナ装置の第７実施形態の構成を示す回路図。

符号の説明

１ アンテナ装置
２ 回路基板
３ 導体パターン
４ 第１キャパシタ
５ 第２キャパシタ
６ グランドパターン
７ 接地線
８ 給電線
１０ アンテナ素子
１１ 微小ループアンテナ
１２ 無線回路部
１３ 制御回路部
１４ 第１スイッチ素子
１５ 第２スイッチ素子
１６ 検波回路
３１、３２ スイッチ素子
４１、４２ 容量可変式キャパシタ
５０ キャパシタ
５１、５２、５３、５４ 給電点切り換えスイッチ
６１、６２、６３、６４ 接地点切り換えスイッチ
Ｐ１ 給電点
Ｐ２ 接地点
Ｉ_１ 微小ループモード電流
Ｉ_２ ダイポールモード電流

Claims (6)

1. 回路基板の実装面に対して略垂直となるように形成された微小ループアンテナと、前記微小ループアンテナを構成する導電路上に直列接続されたキャパシタンス成分と、前記回路基板の実装面に形成されたグランドパターンと、前記回路基板上に実装された無線回路部を備えたアンテナ装置において、
   前記微小ループアンテナの導電路上における前記キャパシタンス成分と、前記微小ループアンテナへの給電点及び前記微小ループアンテナの接地点との相対的な位置が可変であり、
   前記キャパシタンス成分と前記給電点との距離を長くした第１の状態で使用することにより、前記グランドパターンに流れるダイポールモード電流を小さくして、前記アンテナ装置によって励起される電波の強度を安定化させ、それにより、このアンテナ装置から送信される電波の強度を測定することにより、測定点とアンテナ装置の距離の推定を可能とし、
   前記キャパシタンス成分と前記給電点との距離を短くした第２の状態で使用することにより、前記グランドパターンに流れるダイポールモード電流を大きくして、グランドパターンから放射される垂直偏波成分を大きくして、通信可能距離を長くしたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記キャパシタンス成分は、前記微小ループアンテナの導電路上において、前記微小ループアンテナへの給電点に近い第１の位置に直列接続された第１キャパシタ及び第１スイッチ素子の並列回路と、前記微小ループアンテナへの給電点から前記第１の位置よりも遠い第２の位置に直列接続された第２キャパシタ及び第２スイッチ素子の並列回路で構成され、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子のいずれか一方がオンされ、同時に他方がオフされることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記キャパシタンス成分は、前記微小ループアンテナの導電路に直列接続された１つのキャパシタと、前記微小ループアンテナの導電路上の複数箇所に設けられ、前記微小ループアンテナへの給電点を切り換える給電点切り換えスイッチ及び前記微小ループアンテナの接地点を切り換える接地点切り換えスイッチで構成され、前記給電点切り換えスイッチのいずれかがオンされ、その他がオフされると共に、前記接地点切り換えスイッチいずれかがオンされ、その他がオフされることにより、前記キャパシタに対する給電点及び接地点の相対的な位置を変化させることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記微小ループアンテナの導電路に、少なくとも１つの共振周波数調整用キャパシタを接続したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記共振周波数調整用キャパシタは、静電容量可変であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記微小ループアンテナの導電路に、少なくとも１組の共振周波数調整用キャパシタ及びスイッチ素子の並列回路を接続したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

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