JP2009049455A - アンテナ、通信装置、通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯を使う電波通信用のアンテナと、ＬＦ帯を使う電磁誘導通信用のアンテナとを共用でき、偏波ダイバーシチを用いてフェージングによる電界強度の低下を低減できるアンテナを提供する。
【解決手段】 ＬＦ帯の搬送波で通信するループアンテナ１０１、ループアンテナ１０１上に設けられ、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の搬送波を使って電波通信するＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂ、共振制御付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂとを一対としたＬＣ並列共振回路対を有するアンテナにおいて、給電点２２３を挟んでＬＣ並列共振回路対が少なくとも１つずつ設けられ、共振制御付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂはＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂよりも給電点２２３の近傍に設けられ、共振制御付きＬＣ並列共振回路２０３ａのスイッチ２０５は交互に切替えられて共振を無効化、または有効化する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アンテナ、通信装置、通信システムに係り、特に、波長帯域が異なる２種類の搬送波による通信が可能な２周波共用アンテナ、このアンテナを備えた通信装置及び通信システムに関する。

現在、無線通信には、磁界を利用した電磁誘導通信と、電界を利用した電波による通信がある。電波による無線通信（電波通信）は、搬送波に高周波数の電波を使用することができるので、比較的小型のアンテナを使用しながら伝送レートの高い通信が可能になる。また、電波通信は、普及率が高く、通信の機器が量産できて製造コストが安価である。
ただし、電波通信には、屋内、屋外を問わず発生するフェージングによって信号強度が弱まるという欠点がある。なお、フェージングとは、電波が建物や壁等の障害物によって反射されて生成される到来波や見通し内の直接到来波同士が干渉する現象をいう。このような通信は、送信機と受信機との距離を特定する際の誤差がフェージングによって大きくなるという欠点がある。

一方、電磁誘導通信は、一般的に電波通信より周波数が低いＬＦ帯（３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）の電波を使用する。電磁誘導通信では、波長が数ｋｍに及ぶため、数ｃｍから数ｍの範囲ではフェージングが起こり難い。このため、フェージングが起こるか否かによって送信機と受信機との距離を特定することに使用できる。しかし、電磁誘導通信は、送信機、受信機との距離が通信可能な範囲から外れると磁界が急激に減衰することによって通信が途切れるという欠点を有する。

上記した電波通信、電磁誘導通信の欠点を補うためには、電波通信と電磁誘導通信とを組み合わせることが有効であると考えられる。周波数領域が異なる２種類の電波を使った無線通信の従来技術としては、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１は、共振するＶＨＦ帯とＵＨＦ帯との両方を使った無線通信の装置について記載したものであり、ＶＨＦ帯用アンテナ、ＵＨＦ帯用アンテナの２種類のアンテナを備えている。

また、フェージングを軽減する手法として、偏波ダイバーシチといわれる手法がある。偏波ダイバーシチは、フェージングによって発生する電界の偏波の垂直と水平の強度に相関がなく、垂直偏波の電界強度が低いときでも水平偏波の電界強度が強い、あるいはその逆の場合があることを利用し、偏波面を切替えることによってフェージングを軽減するものである。
電波通信と電磁誘導通信とを組み合わせた通信に、さらに偏波ダイバーシチを用いれば、電磁誘導通信によって送信機と受信機との距離を特定し、以降は偏波ダイバーシチを用いてフェージングを軽減しながら電波通信によって通信することができる。
特開平５−２７５９１７号公報

しかしながら、特許文献１のように電波通信、電磁誘導通信を組み合わせる構成は、図８に示すように、電磁誘導通信用のループアンテナ８０１と、電波無線通信用のアンテナ８０２またはアンテナ８０３とが必要になる。ループアンテナ８０１とアンテナ８０２または８０３という複数のアンテナを設けることは、無線通信装置の設置により広いスペースが必要となるため、無線装置の設置場所を制限することにもなる。
また、偏波ダイバーシチを用いれば、アンテナ８０２及びアンテナ８０３の二方向のアンテナが必要になって、無線通信装置の設置に必要なスペースがいっそう広くなるという不具合がある。

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであって、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯を使う電波通信用のアンテナと、ＬＦ帯を使う電磁誘導通信用のアンテナとを共用し、さらにＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の通信に偏波ダイバーシチを用いてフェージングによる電界強度の低下を低減し、しかもアンテナの設置スペースを省スペース化できるアンテナ及びこのアンテナを備えた通信装置及び通信システムを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明のアンテナは、第１の搬送波を使って電磁誘導通信するループアンテナと、前記ループアンテナ上に設けられ、第２の搬送波を使って電波通信するためのインダクタンスとコンデンサとを並列に接続したＬＣ並列共振回路と、前記インダクタンスと前記コンデンサとスイッチとを並列に接続した共振制御付きＬＣ並列共振回路とを一対としたＬＣ並列共振回路対と、を有するアンテナであって、前記ループアンテナに電力を供給する給電点を挟んで前記ＬＣ並列共振回路対が少なくとも１つずつ設けられ、前記共振制御付きＬＣ並列共振回路は、前記ＬＣ並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられ、前記給電点を挟んで設けられた少なくとも２つの前記共振制御付きＬＣ並列共振回路のスイッチは、交互に切替えられて前記共振制御付きＬＣ並列共振回路における共振を無効化、または有効化することを特徴とする。

また、請求項２に記載のアンテナは、請求項１に記載の発明において、前記ＬＣ並列共振回路対のＬＣ並列共振回路が前記給電点から第２の搬送波の略１／４波長の長さ隔てた位置に設けられることを特徴とする。
また、請求項３に記載のアンテナは、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第１搬送波の周波数が３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲にあって、前記第２搬送波の周波数が３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲または３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲にあることを特徴とする。
また、請求項４に記載のアンテナは、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記給電点にあって不平衡型信号と平衡型信号を変換するバランを備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載の通信装置は、第１の搬送波を使って電磁誘導通信するループアンテナと、前記ループアンテナ上に設けられ、第２の搬送波を使って電波通信するためのインダクタンスとコンデンサとを並列に接続したＬＣ並列共振回路と、前記インダクタンスとスイッチとを並列に接続した共振制御付きＬＣ並列共振回路とを一対としたＬＣ並列共振回路対と、を有し、前記ループアンテナに電力を供給する給電点を挟んで前記ＬＣ並列共振回路対が少なくとも１つずつ設けられ、前記共振制御付きＬＣ並列共振回路が前記ＬＣ並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられるアンテナと、前記アンテナの前記給電点を挟んで設けられた少なくとも２つの前記共振制御付きＬＣ並列共振回路のスイッチを交互に切替えて前記共振制御付きＬＣ並列共振回路の共振を無効化、または有効化する制御手段を備えた本体と、を備えることを特徴とする。

また、請求項６に記載の通信システムは、第１の搬送波を使って電磁誘導通信するループアンテナと、前記ループアンテナ上に設けられ、第２の搬送波を使って電波通信するためのインダクタンスとコンデンサとを並列に接続したＬＣ並列共振回路と、前記インダクタンスと前記コンデンサと共振の有効化及び無効化を切替えるスイッチとを備えた共振制御付きＬＣ並列共振回路とを一対としたＬＣ並列共振回路対と、を有し、前記ループアンテナにバランを接続した接続位置において電力を供給する給電点を挟んで前記ＬＣ並列共振回路対が少なくとも１つずつ設けられ、前記共振制御付きＬＣ並列共振回路は、前記ＬＣ並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられるアンテナと、前記アンテナにおける前記給電点を挟んで設けられた少なくとも２つの前記共振制御付きＬＣ並列共振回路のスイッチを交互に切替えて前記共振制御付きＬＣ並列共振回路の共振を無効化、または有効化する制御手段を備えた本体とを備えた無線親機と、前記無線親機が電磁誘導通信によって送信した第１搬送波を受信すると共に、前記無線親機と第２搬送波を使って電波通信する無線子機と、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ループアンテナの給電点を挟んでＬＣ並列共振回路と共振制御付きＬＣ並列共振回路とを一対としたＬＣ並列共振回路対を設け、さらに共振制御付きＬＣ並列共振回路をＬＣ並列共振回路よりも給電点の近傍に設けている。このため、ループアンテナにより第１の搬送波を使って通信することができる。また、ＬＣ並列共振回路対に含まれるＬＣ並列共振回路や共振制御付きＬＣ並列共振回路を第２の搬送波と共振するよう設計することによって第２の搬送波を使っても通信することができる。このため、第１の搬送波（例えばＬＦ帯）を使う電磁誘導通信用のアンテナと第２の搬送波（例えばＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯）を使う電波通信用のアンテナとを共用し、アンテナの設置スペースを省スペース化できる。さらに、２つの共振制御付きＬＣ並列共振回路の共振を交互に無効化、有効化することによって第２の搬送波の通信に偏波ダイバーシチを用いてフェージングによる電界強度の低下を低減するアンテナを提供することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、共振回路を第２搬送波の受信に最適な位置に設け、アンテナの受信性能を高めることができる。
また、請求項３に記載の発明によれば、１つのアンテナをＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）またはＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）を使う電波通子と、ＬＦ帯（３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）を使う電磁誘導通信とに使用することができる。
また、請求項４に記載の発明によれば、不平衡伝送路を使用するＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯を使った通信を可能にすることができる。

また、請求項５の発明によれば、通信装置のアンテナにおいて、ループアンテナの給電点を挟んでＬＣ並列共振回路と共振制御付きＬＣ並列共振回路とを一対としたＬＣ並列共振回路対を設け、さらに共振制御付きＬＣ並列共振回路をＬＣ並列共振回路よりも給電点の近傍に設けている。このため、ループアンテナにより第１の搬送波を使って通信することができる。また、ＬＣ並列共振回路対に含まれるＬＣ並列共振回路や共振制御付きＬＣ並列共振回路を第２の搬送波と共振するよう設計することによって第２の搬送波を使っても通信することができる。このため、第１の搬送波（例えばＬＦ帯）を使う電磁誘導通信用のアンテナと第２の搬送波（例えばＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯）を使う電波通信用のアンテナとを共用し、アンテナの設置スペースを省スペース化できる。さらに、２つの共振制御付きＬＣ並列共振回路の共振を交互に無効化、有効化することによって第２の搬送波の通信に偏波ダイバーシチを用いてフェージングによる電界強度の低下を低減することができる通信装置を提供することができる。

また、請求項６の発明によれば、通信システムを構成する通信装置のアンテナにおいて、ループアンテナの給電点を挟んでＬＣ並列共振回路と共振制御付きＬＣ並列共振回路とを一対としたＬＣ並列共振回路対を設け、さらに共振制御付きＬＣ並列共振回路をＬＣ並列共振回路よりも給電点の近傍に設けている。このため、ループアンテナにより第１の搬送波を使って通信することができる。また、ＬＣ並列共振回路対に含まれるＬＣ並列共振回路や共振制御付きＬＣ並列共振回路を第２の搬送波と共振するよう設計することによって第２の搬送波を使っても通信することができる。このため、第１の搬送波（例えばＬＦ帯）を使う電磁誘導通信用のアンテナと第２の搬送波（例えばＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯）を使う電波通信用のアンテナとを共用し、アンテナの設置スペースを省スペース化できる。さらに、２つの共振制御付きＬＣ並列共振回路の共振を交互に無効化、有効化することによって第２の搬送波の通信に偏波ダイバーシチを用いてフェージングによる電界強度の低下を低減することができる通信システムを提供することができる。

以下、図を参照して本発明に係るアンテナ及びこのアンテナを備えた通信システムの実施形態１、実施形態２を説明する。なお、本明細書の実施形態１、実施形態２に示したアンテナは、いずれもＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）またはＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）を使う電波通子と、ＬＦ帯（３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）を使う電磁誘導通信に利用できるアンテナ（２周波共用アンテナ）である。

本発明の実施形態１、実施形態２のアンテナの構成の説明に先立ち、先ず、アンテナを使用して行われる通信のシステムについて説明する。図１は、本発明の実施形態のアンテナを使用した通信システムの例を説明するための図であって、ＬＦ帯送信部及びＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯送信受信部を持つ通信システムを示している。
図示した通信システムは、無線装置である無線親機１、無線親機１が備えるアンテナ（図１においては実施形態１のアンテナを構成するループアンテナ１０１として示した）、無線子機２で構成されている。無線親機１は、通信に使用される電波の周波数変換及び変復調をする装置である。また、無線子機２は、ＬＦ帯受信部及びＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の電波を送信する送信部を持つ。

図１の通信システムは、無線親機１が電磁誘導通信でデータを所定のエリア内に送信する。このエリア内に存在する無線子機２は、ＬＦ帯受信部でデータを受信する。無線親機１は、電磁誘導通信によって送信したデータの受信の可否によって無線子機２の位置を特定する。電磁誘導通信は、電波通信よりもフェージングが生じ難く、無線子機が存在するエリアを正確に特定することができる。

また、本実施形態では、電磁誘導通信によるデータの受信後、無線子機２は、無線親機１に対してＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の電波でデータを送信する。無線子機２が送信したデータの受信に備え、無線親機１は、無線子機２が存在するエリアの特定後はＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の電波を送信し、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の電波を受信できるよう設定が切り替えられる。

以上の通信システムの動作において、２周波アンテナである実施形態１のアンテナは、無線親機１がＬＦ帯を使って送信したデータを受信し、以降はＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の電波を使ってデータを送受信する。本実施形態１、実施形態２は、ＬＦ帯を使う電磁誘導通信と、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯を使う電波通信の両者に対応可能に２周波アンテナを構成し、無線親機１の設置スペースがアンテナによって制限されることを防ぐものである。

（実施形態１）
図２は、本発明の実施形態１のアンテナと、このアンテナを備える本体である通信親機１を説明するための図である。実施形態１のアンテナは、第１の搬送波であるＬＦ帯の搬送波（以降、単にＬＦ帯ともいう）を使って電磁誘導通信するループアンテナ１０１と、ループアンテナ１０１上に設けられ、第２の搬送波であるＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の搬送波（以降、単にＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯ともいう）を使って電波通信するためのインダクタンス２０１とコンデンサ２０４とを並列に接続したＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂと、インダクタンス２０１とコンデンサ２０４と共振の有効化及び無効化を切替えるスイッチ２０５とを備えた共振制御付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂと、を有している。

ＬＣ並列共振回路２０２ａと共振制御付きＬＣ並列共振回路２０３ａとは一対のＬＣ並列共振回路対を構成する。また、ＬＣ並列共振回路２０２ｂと共振制御付きＬＣ並列共振回路２０３ｂとは一対のＬＣ並列共振回路対を構成する。
スイッチ２０５は、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂの共振を無効化するための短絡スイッチである。なお、スイッチ２０５は、電磁的なリレーであってもよいし、フォトＭＯＳリレーであってもよい。

また、実施形態１では、ループアンテナ１０１にバラン２０６を接続した接続位置において電力を供給する給電点２２３を挟んでＬＣ並列共振回路対が少なくとも１つずつ設けられる。共振制御付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂは、ＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂよりも給電点２２３の近傍に設けられる。バランとは、平衡型の 回路と不平衡型の回路を結合して不平衡型信号と平衡型信号とを変換する構成である。

さらに、実施形態１のアンテナでは、給電点２２３を挟んで設けられた２つの共振制御付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂのスイッチ２０５が交互に切替えられて共振制御付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂにおける共振が無効化、または有効化される。なお、このような共振の制御は、通信親機１の制御手段である制御回路２１８によって行われる。

ループアンテナ１０１によって受信された信号は、通信親機１に入力する。通信親機１は、周波数変換及び変・復調装置として機能するものであって、ＬＦ帯の電磁誘導通信と、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯による通信とを切替える磁界／電界切替ＳＷ２０７、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯通信時にループアンテナ１０１とインピーダンス整合をとる整合回路２０８、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の電波だけを通過させる帯域通過フィルタ２０９を備えている。帯域通過フィルタ２０９を設けたことにより、送信時に隣接チャネルへ影響する電力を制御して信号の信号対雑音比を向上させることができる。

また、通信親機１は、通信における送信と受信とを切替える送受信切替ＳＷ２１０を備えている。復調回路２１１、デコーダ２１２、電界受信判定部２１６は、受信信号を処理するための構成である。また、電界送信データ生成部２１７、エンコーダ２１５、変調回路２１４は、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の送信信号を送信するための構成である。
電磁誘導送信データ生成部２２１、電磁誘導送信装置２２０、増幅器２１９、コンデンサ２０４は、ＬＦ帯の送信信号を送信するための構成である。局部発信器２１３は、復調回路２１１、変調回路２１４により変復調された搬送波を生成するための構成である。
通信親機１は、以上の構成を統括的に制御する制御回路２１８を有している。制御回路２１８は、送受信された結果を示すデータを通信親機１とやり取りする外部接続機器２２２と接続されている。

以上述べた構成において、実施形態1のアンテナは、ＬＦ帯用のループアンテナ１０１にＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂ、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂを設けて構成されている。共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂ、ＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂのインダクタンス２０１、コンデンサ２０４は、ループアンテナの集中定数素子となっていて、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の搬送波に共振するよう設計されている。実施形態１のアンテナは、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯による通信においてはＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂで終端されているように動作する。一方、ＬＦ帯の電磁誘導通信においては、インピーダンスがやや増加するものの、一般的なループアンテナとして動作する。

さらに、実施形態１の通信装置では、ＬＣ並列共振回路２０２ａ、ＬＣ並列共振回路２０２ａ及び共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａと、ＬＣ並列共振回路２０２ｂ及び共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ｂとは、給電点（バラン２０６の位置）を挟んで位置している。共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂは、ＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂよりも給電点近傍に設けられている。また、ＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂは、給電点からＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の１／４波長離れた位置に設けられる。

このような構成において、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ｂのスイッチを交互にオン、オフすると、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａによる共振と、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ｂによる共振とが交互に有効化または無効化する。共振を交互に有効化、無効化することにより、実施形態１のアンテナは、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の垂直偏波と水平偏波とを切替えて通信することができる。

ＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂ、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂがＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の搬送波の周波数で共振するようにするには、インダクタ２０３、コンデンサ２０４が以下の式（１）を満たすよう設計すればよい。
（２πｆ）²＝１／（Ｌ・Ｃ） （１）
上記した式（１）において、πは円周率、ｆはＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の搬送波の周波数（Ｈｚ）、Ｌはインダクタンス（Ｈ）、Ｃはコンデンサの容量（Ｆ）である。

すなわち、実施形態１では、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａのスイッチ２０５をオンし、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ｂのスイッチ２０５をオフすると、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の共振周波数付近では、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａを経由して垂直方向（図中に矢線ｙとして示す）電流が流れ、電流がＬＣ並列共振回路２０２ａにおいて終端される。このとき、ループアンテナは、垂直方向のモノポールアンテナと同様に機能する。なお、モノポールアンテナは周知の構成であるから、これ以上の説明を省くものとする。

また、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａのスイッチ２０５をオフし、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ｂのスイッチ２０５をオンすると、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の共振周波数付近では、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ｂを経由して水平方向（図中に矢線ｘとして示す）電流が流れ、電流がＬＣ並列共振回路２０２ｂにおいて終端される。このとき、ループアンテナは、水平方向のモノポールアンテナと同様に機能する。なお、モノポールアンテナは周知の構成であるから、これ以上の説明を省くものとする。

このように、実施形態１は、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂのオン、オフを切替えることよってモノポールアンテナの偏波面を切替えることができる。
一方、ＬＦ帯における電磁誘導通信では、使用される周波数がＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂの共振周波数よりも充分小さい。このため、ループアンテナは、一般の導線に比べればわずかながらインピーダンスが高まるものの、略導線によって構成されたものと略同様に機能する。
ここで、上述した式（１）に具体的な数値を代入して説明する。ＬＦ帯の周波数を１２５ｋＨｚ、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の周波数を３００ＭＨｚとする。また、式（１）を満たすよう、Ｌ及びＣを、次のように決定する。Ｌ＝２８ｐＦ、Ｃ＝１０ｐＦとする。

上記した条件において、通信の搬送波が３００ＭＨｚである場合、実施形態１では、共振制御なしでＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂまでの導線がモノポールアンテナを構成する。また。搬送波の波長が１２５ｋＨｚである場合、ＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂのインピーダンスは、以下の式（２）によって求められる。
−ｊ２πｆＬ／（（２πｆ）²ＬＣ−１）＝ｊ０．０２[Ω] （２）
このように、実施形態１のアンテナでは、ＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂのインピーダンスが充分小さく、ＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂを持たないループアンテナと略同様に機能することが可能である。

図３は、以上述べた実施形態１のアンテナを備えた無線親機１の動作を説明するための図であって、無線親機１の通信シーケンスを示している。図示した通信シーケンスでは、先ず無線親機１からＬＦ帯の電磁誘導通信で無線親機ＩＤを含んだ応答要求コマンドを送信することによって特定のエリアに無線子機が存在するか否かを判定する（Ｓ１）。
この際、無線親機１は、制御回路２１８の制御によって電磁誘導送信データ生成部２２５が応答要求コマンドを含むデータを生成する。生成されたデータは、電磁誘導送信装置２２０によって変調され、増幅された後にアンテナから送信される。なお、この際、磁界／電界通信切替ＳＷ２０７は、磁界通信の側に切替えられている。

電磁誘導通信によるデータの送信後、制御回路２１８が無線親機１をＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の電波を受信できる状態に切替える。この切替えは、磁界／電界通信切替ＳＷ２０７を電界通信側に切替え、送受信切替ＳＷ２１０を送信側に切替えることによって実現する。
また、所定のエリアに無線子機２が存在した場合、無線子機２は、無線親機１に対して無線親機ＩＤ、及び自己の無線子機ＩＤを含んだ応答コマンドをＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の電波で送信する（Ｓ２）。以上の手順によって通信システムにおける、いわゆるハンドシェイクが完了する。

ハンドシェイクの完了後、無線親機１は、必要に応じてテレメータリングまたはテレコントロールのコマンドを無線子機２に送信する（Ｓ３）。無線子機２は、コマンドにしたがって動作すると共に、無線親機１へデータ受信したことを応答する（Ｓ４）。無線親機１は、通信終了時に終了コマンドを送信し（Ｓ５）、これに無線子機２が応答する形で通信を終了する（Ｓ６）。

以上述べた実施形態１によれば、無線親機１が電磁誘導通信によって無線子機２が存在するエリアを特定することができる。また、無線子機２が存在するエリアが特定できた後、無線親機１は無線子機２と電波通信によってデータを授受することができる。このため、無線親機１は、フェージングの影響が少ないＬＦ帯を使って比較的正確に無線子機２の位置を特定することができる。また、無線子機２の位置を特定した後には、電波通信により高い伝送レートで効率よくデータを送受信することができる。

そして、実施形態１のアンテナは、このような動作において、電磁誘導通信、電波通信のいずれにも使用することができる。したがって、実施形態１の構成は、唯一のアンテナを備えるだけで電磁誘導通信と電波通信とを併用して通信することができ、無線子機２の位置を正確に特定しつつ伝送効率の良い通信が可能であり、しかも設置スペースの制約が小さい無線親機を構成することができる。
また、実施形態１のアンテナは、共振制御機能付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂのスイッチ２０５を交互にオン、オフすることによって偏波ダイバーシチを実現することができる。このため、偏波面を切替えることによってフェージングを軽減しながら電波通信をすることができる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。図４は、本発明の実施形態２を説明するための図である。実施形態２では、実施形態１で説明した構成と同様の構成については図４において同様の符号を付して示し、説明を一部略すものとする。
実施形態２の構成は、バラン２０６が通信親機１の側に設けられる点でバラン２０６をループアンテナ１０１に設ける実施形態１と相違する。
ＬＦ帯を使って電磁誘導通信する場合、ループアンテナ１０１とコンデンサ２０４とが直列共振する。直列共振によってループアンテナ１０１を流れる電流の大きさに比例する磁界が得られので、電磁誘導通信にはバラン２０６は必要ない。しかし、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯を使った通信では、５０Ωの不平衡伝送路を一般的に使用するのでバラン２０６が必要になる。

このような点に鑑みれば、バラン２０６を必ずしもループアンテナ１０１に設ける必要がなく、実施形態２の構成も理に適っているといえる。したがって、実施形態２は、通信装置の設計の自由度を高めることができるものといえる。ただし、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯用のモノポールアンテナの近傍に設ける必要がある構成のバランもあって、このようなバランを使用する場合には実施形態１の構成が適している。

実施形態１のようにループアンテナ１０１の側に設けることに適するバランには、電流阻止型バランがある。また、実施形態２のように、本体側に設けることが可能なバランには、集中定数バランがある。なお、電流阻止型バラン、集中定数バランのいずれも周知の構成であるから、ここでは詳細な説明を省くものとする。
なお、本発明の実施形態１、実施形態２は、以上述べた構成に限定されるものではない。例えば、実施形態１、実施形態２のいずれにおいてもループアンテナは１ターン巻きまわされるものに限定されるものでなく、より多い回数巻きまわされるものであってもよい。

図５は、実施形態１のループアンテナ１０１を３ターン巻き回すよう構成したループアンテナ５０１と通信親機１とを示している。図６は、実施形態２のループアンテナ１０１を３ターン巻き回すよう構成したループアンテナ６０１と通信親機１とを示している。図５に示した構成は、バラン２０６をループアンテナ５０１側に備えた点で、バラン２０６を通信親機１に内蔵した図６に示した構成と相違する。
図５は、ループアンテナの巻き数以外の構成が図２と全て同じであるから、通信親機１の詳細な図示を省く。図６は、ループアンテナのターン数以外の構成が図４と全て同じであるから、通信親機１の詳細な図示を省いている。なお、ループアンテナのターン数は３回に限定されるものでなく、２回であっても、３回以上であってもよいことはいうまでもない。

ループ回路を複数回巻き回した構成では、ＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂより後段のループアンテナがＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の通信に影響を及ぼす可能性がある。この影響を抑えるには、ＬＣ並列共振回路２０２ａ、２０２ｂ及び共振制御付きＬＣ並列共振回路２０３ａ、２０３ｂのインダクタンス２０１のインダクタンスＬやコンデンサ２０４の容量Ｃの値を調整することが有効である。また、複数回巻きまわされたループアンテナのターン同士を所定の距離以上離すことも有効である。図７は、ループアンテナの１回目のターン７０１と、２回目のターン７０２とを図中の縦方向にＤ１、横方向にＤ２離した状態を示している。
なお、本発明の実施形態１、実施形態２では、上記したインダクタンスＬや容量Ｃの値の調整と、ループアンテナ間の距離の距離を調整する方法とのいずれか一方のみを使用する構成に限定されるものではない。両者を組み合わせてループアンテナを複数回巻き回した場合の通信への影響を抑えることができることはもちろんである。

本発明の実施形態のアンテナを使用した通信システムの例を説明するための図である。 本発明の実施形態１のアンテナと、このアンテナを備える本体である通信親機を説明するための図である。 実施形態１のアンテナを備えた無線親機の動作を説明するための図である。 本発明の実施形態２を説明するための図である。 実施形態１においてループアンテナを３ターン巻き回した構成を説明するための図である。 実施形態２においてループアンテナを３ターン巻き回した構成を説明するための図である。 ループアンテナの１回目のターンと２回目のターンとを離すことを説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１ 通信親機、２ 無線子機、１０１，５０１，６０１ ループアンテナ
２０１ インダクタンス、２０２ａ，２０２ｂ ＬＣ並列共振回路
２０３ａ，２０３ｂ 共振制御機能付きＬＣ並列共振回路
２０４ コンデンサ、２０５ スイッチ、２０６ バラン
２０７ 切替スイッチ磁界／電界切替ＳＷ２０７
２０８ 整合回路、２０９ 帯域通過フィルタ、２１１ 復調回路
２１２ デコーダ、２１３ 局部発信器、２１４ 変調回路
２１５ エンコーダ、２１６ 電界受信判定部、２１７ 電界送信データ生成部
２１８ 制御回路、２１９ 増幅器、２２０ 電磁誘導送信装置
２２１ 電磁誘導送信データ生成部、２２２ 外部接続機器
２２３ 給電点、２２５ 電磁誘導送信データ生成部

Claims (6)

1. 第１の搬送波を使って電磁誘導通信するループアンテナと、
   前記ループアンテナ上に設けられ、第２の搬送波を使って電波通信するため、インダクタンスとコンデンサとを並列に接続したＬＣ並列共振回路と、前記インダクタンスと前記コンデンサとスイッチとを並列に接続した共振制御付きＬＣ並列共振回路とを一対としたＬＣ並列共振回路対と、を有するアンテナであって、
   前記ループアンテナに電力を供給する給電点を挟んで前記ＬＣ並列共振回路対が少なくとも１つずつ設けられ、前記共振制御付きＬＣ並列共振回路は、前記ＬＣ並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられ、
   前記給電点を挟んで設けられた少なくとも２つの前記共振制御付きＬＣ並列共振回路のスイッチは、交互に切替えられて前記共振制御付きＬＣ並列共振回路における共振を無効化、または有効化することを特徴とするアンテナ。
2. 前記ＬＣ並列共振回路対のＬＣ並列共振回路が前記給電点から第２の搬送波の略１／４波長の長さ隔てた位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第１搬送波の周波数が３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲にあって、前記第２搬送波の周波数が３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲または３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記給電点にあって不平衡型信号と平衡型信号を変換するバランを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ。
5. 第１の搬送波を使って電磁誘導通信するループアンテナと、
   前記ループアンテナ上に設けられ、第２の搬送波を使って電波通信するため、インダクタンスとコンデンサとを並列に接続したＬＣ並列共振回路と、前記インダクタンスと前記コンデンサとスイッチとを並列に接続した共振制御付きＬＣ並列共振回路とを一対としたＬＣ並列共振回路対と、を有し、
   前記ループアンテナに電力を供給する給電点を挟んで前記ＬＣ並列共振回路対が少なくとも１つずつ設けられ、前記共振制御付きＬＣ並列共振回路が前記ＬＣ並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられるアンテナと、
   前記アンテナの前記給電点を挟んで設けられた少なくとも２つの前記共振制御付きＬＣ並列共振回路のスイッチを交互に切替えて前記共振制御付きＬＣ並列共振回路の共振を無効化、または有効化する制御手段を備えた本体と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
6. 第１の搬送波を使って電磁誘導通信するループアンテナと、
   前記ループアンテナ上に設けられ、第２の搬送波を使って電波通信するため、インダクタンスとコンデンサとを並列に接続したＬＣ並列共振回路と、前記インダクタンスと前記コンデンサとスイッチとを並列に接続した共振制御付きＬＣ並列共振回路とを一対としたＬＣ並列共振回路対と、を有し、
   前記ループアンテナにバランを接続した接続位置において電力を供給する給電点を挟んで前記ＬＣ並列共振回路対が少なくとも１つずつ設けられ、前記共振制御付きＬＣ並列共振回路は、前記ＬＣ並列共振回路よりも前記給電点の近傍に設けられるアンテナと、前記アンテナにおける前記給電点を挟んで設けられた少なくとも２つの前記共振制御付きＬＣ並列共振回路のスイッチを交互に切替えて前記共振制御付きＬＣ並列共振回路の共振を無効化、または有効化する制御手段を備えた本体とを備えた無線親機と、
   前記無線親機が電磁誘導通信によって送信した第１搬送波を受信すると共に、前記無線親機と第２搬送波を使って電波通信する無線子機と、を備えることを特徴とする通信システム。

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