JP2010081268A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ装置において、アンテナ特性を相手方通信器の設置環境に対応させ、通信の確実性を高める。
【解決手段】ループアンテナ７、７’にＲＦ信号を伝送する信号伝送ライン６３、６３’の長さを調整して、水平偏波又は所望の円偏波に対応させる。回路基板６の第１面６ａに設けられたループアンテナ７及び第２面６ｂに設けられたループアンテナ７’によって右旋円偏波及び左旋円偏波に対応させ、偏波ダイバーシチを実行しフェージングによる通信エラーの発生を抑制する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ループアンテナを用いて信号を送信又は受信するアンテナ装置に関する。

近年、無線送信器から送信された無線信号を壁面などの造営面に配設された無線受信器により受信して、その受信した信号に基づいて照明装置などの開閉動作を行うように構成された負荷制御システムが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

このような無線通信を利用する負荷制御システムにおいては、用途によって、電波による無線通信を利用して信号を送受信する方が、赤外光を利用して信号を送受信する場合よりも望ましい場合がある。これは、無線通信の電波の透過性や回折性等により、赤外光よりも無線通信の方が信号を送信可能になるエリアが広くなる等のメリットがあるからである。このような電波による無線通信を利用する無線通信器においては、アンテナの回路基板から輻射される電波の水平・垂直両成分は、回路基板の配置設計で左右されたり、回路基板を実装する無線通信器が設置される無線環境障害の程度によって変動する。

図８に壁面に配設された無線通信器２００とその出力偏波を示す。無線通信器２００は、壁面１００に設けられた開口に埋め込まれている。無線通信器２００は、相手方の無線通信器に対して無線信号を送信する送信器としての機能と、相手方の無線通信器から送信された無線信号を受信する受信器としての機能を有している。ここで無線通信器２００が理想的な微小ループアンテナを有し、垂直成分がないと仮定すると、図８（ａ）に示すように、無線通信器２００の背後に電線が存在しない場合、無線通信器２００からは水平偏波が出力される。また、図８（ｂ）に示すように、無線通信器２００の背後に電線１０１が存在する場合であっても、無線通信器２００が金属箱１０２によってシールドされている場合には、無線通信器２００からは水平偏波が出力される。一方、図８（ｃ）に示すように、無線通信器２００の背後に電線１０１が存在する場合、電線１０１に流れる電流の影響により、無線通信器２００からは円偏波が出力されることがある。この円偏波は、無線通信器２００と電線１０１との距離や、電線１０１に流れる電流の大きさ等によって一般的には楕円状に偏ったものとなる。また、この円偏波は、無線通信器２００の回路構成等により右旋円偏波又は左旋円偏波となる（図３参照）。以上は、無線通信器２００が送信器として機能する場合について記したが、受信器として機能する場合も同様である。なお、電線１０１の例としては、無線通信器２００によって照明装置が制御される場合、無線通信器２００と照明装置を接続する電線等が挙げられる。

このように、無線通信器が設置されている環境によって無線送信器から出力される無線信号は、その無線通信器に特有の偏向モードを有することとなり、通信を確実に行うためには、無線通信器のアンテナ特性を相手方の無線通信器の仕様や設置環境に合わせて設計する必要がある場合が生ずる。
特開２００６−２５３０９２号公報

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、無線通信において、アンテナ特性を相手方通信器の仕様や設置環境等に応じて容易に設計することが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、グランド面を含む導電性パターンを有する回路基板と、前記回路基板に立設された２つのループアンテナと、前記２つのループアンテナをそれぞれ構成する導電路上に直列接続されたコンデンサと、前記ループアンテナに入力又は該ループアンテナから出力される信号をそれぞれ伝送する２つの信号伝送ラインとを備え、前記２つのループアンテナと導電性パターンのグランド面とがそれぞれ直交し、前記２つのループアンテナは、それぞれ偏波及び／又は指向性の異なるものであることを特徴とするアンテナ装置である。

請求項２の発明は、請求項１のアンテナ装置において、前記２つのループアンテナのうち、一方は前記回路基板の第１面の側に、他方は前記回路基板の第２面の側にそれぞれ立設されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１のアンテナ装置において、前記２つのループアンテナは、共に前記回路基板の同一面の側に立設されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置において、前記２つのループアンテナは、互いに近接して平行に配置され、一方のループアンテナへの信号伝送ラインは前記第１面の側、他方のループアンテナへの信号伝送ラインは前記第２面の側にそれぞれ形成されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置において、前記２つのループアンテナは、それぞれの信号伝送ラインを挟んで平行に配置されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置において、前記２つのループアンテナは、互いに直交するように配置されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、２つのループアンテナを用いてダイバーシチを実行する際に、通信相手方機器に特有の仕様や設置環境に応じてアンテナの偏向特性を対応させることができ、通信の確実性を高めることができる。例えば、相手方の無線受信器の背後に電線が存在したり、円偏波が出力される場合には、無線送信器の信号伝送ラインの長さを比較的長めに設計することにより、ループアンテナに流れる電流によって励起される水平偏波成分とグランド面を流れる電流によって励起される垂直偏波成分を合成させて、無線送信器のアンテナ特性を所望の円偏波に対応させることができる。一方、相手方の無線受信器が金属によってシールドされ、水平偏波が出力される場合には、垂直偏波成分を抑制できる程度に無線送信器の信号伝送ラインを十分に短く設計することにより、無線送信器のアンテナ特性を水平偏波に対応させることができる。また、円偏波に対応させる場合において、コンデンサと信号伝送ラインの相対位置を変更することにより、右旋円偏波から左旋円偏波に、又は左旋円偏波から右旋円偏波に変更することができる。これにより、受信器の仕様や通信環境に応じて所望の円偏波に対応させることができる。

請求項２の発明によれば、一方のループアンテナは回路基板の第１面の側に、他方のループアンテナは回路基板の第２面の側にそれぞれ立設されているので、両者を用いて右旋円偏波と左旋円偏波を出力することが可能となる。これにより、簡素な構成で偏波ダイバーシチを実現できる。

請求項３の発明によれば、２つのループアンテナが、回路基板の同一面の側に立設されているで、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。特に、２つのループアンテナが回路基板の部品が実装される面の側に立設される構成においては、アンテナ装置の更なる小型化を実現できる。

請求項４の発明によれば、２つのループアンテナが、互いに近接して平行に配置され、一方の信号伝送ラインが第１面の側、他方の信号伝送ラインが第２面の側にそれぞれ形成されているので、それぞれの信号伝送ラインの長さを最短にすることができる。これにより、信号伝送ラインの引き回しによる通信への影響を軽減することができる。

請求項５の発明によれば、２つのループアンテナが、それぞれの信号伝送ラインを挟んで平行に配置されているので、それぞれの信号伝送ラインの長さを最短にすることができる。これにより、信号伝送ラインの引き回しによる通信への影響を軽減することができる。

請求項６の発明によれば、２つのループアンテナが、互いに直交するように配置されているので、簡素な構成で指向性ダイバーシチを実現できる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置を用いた負荷制御システムの一例として、照明制御システムを示す。照明制御システム１は、負荷として照明装置２と、照明装置２を制御するための無線信号を電波により送信する無線送信器（リモートコントローラ）３と、例えば商用交流電源である電源４と照明装置２に電線を介して接続された無線受信器５等で構成されている。ここで、本実施形態においては、負荷として、白熱灯からなる照明装置２を例示するが、これに限定する主旨ではなく、蛍光灯及び蛍光灯電子安定器などの他の照明装置の他、照明装置以外の負荷であってもよい。また、無線受信器５に送信器としての機能を付加してもよい。

図２は、無線送信器３の内部に組み込まれているアンテナ装置３１の構成を示す。なお、無線受信器５の内部にもアンテナ装置３１と同等のアンテナ装置が組み込まれている。以下、無線送信器３に組み込まれているアンテナ装置３１について説明するが、無線受信器５のアンテナ装置についても同様である。アンテナ装置３１は、グランド面６１を含む導電性パターンを有する回路基板６と、回路基板６に略垂直に立設されたループアンテナ７と、ループアンテナ７を構成する導電路上に直列接続されたコンデンサ８と、ループアンテナ７において入／出力される信号を生成／処理するＲＦ信号処理部９と、アンテナ装置３１の制御を司る制御部１０等によって構成されている。なお、コンデンサ８は、バリキャップ（容量可変ダイオード）を含むものとする。

回路基板６は、部品が実装される第１面６ａ及びその裏面の第２面６ｂを有し、第１面６ａには、グランド面６１等の導電性パターンが形成され、ループアンテナ７、コンデンサ８、ＲＦ信号処理部９、制御部１０等の部品が実装されている。回路基板６の導電性パターンには、グランド面６１、ループアンテナ７の一部となるアンテナライン６２、ループアンテナ７に給電することにより、ループアンテナ７に入力又はループアンテナ７から出力される高周波のＲＦ信号を伝送する信号伝送ライン（給電ライン）６３、アンテナライン６２をグランド面６１に接続するグランドライン６４が含まれる。アンテナライン６２と信号伝送ライン６３及びグランドライン６４とは、第１面６ａの上で互いに直交して接続されている。また、グランド面６１と信号伝送ライン６３とは、絶縁膜により互いに絶縁されている。また、ＲＦ信号処理部９及び制御部１０は、グランド面６１の上に絶縁膜を介して搭載されている。

ループアンテナ７は、コの字状に形成されたアンテナエレメント７１と、アンテナライン６２等によって構成されている。アンテナエレメント７１の両端は、回路基板６に設けられている開孔に挿入され、アンテナライン６２の両端とそれぞれ接続されている。コンデンサ８は、アンテナライン６２の上に直列接続されている。

上述した構成を有するアンテナ装置３１において、設計段階で信号伝送ライン６３の長さを調整することにより、アンテナ装置３１の入力偏波及び出力偏波の特性を変更できる。例えば、信号伝送ライン６３の長さを比較的長く設定したときは、グランド面６１を流れる電流によって垂直偏波が励起される。ループアンテナ７を流れる電流によって励起される水平偏波成分とグランド面６１を流れる電流によって励起される垂直偏波成分が一致する場合には、アンテナ装置３１の特性を円偏波に対応させることができる。信号伝送ライン６３の長さを変更し、水平偏波成分と垂直偏波成分が一致しなくなると、アンテナ装置３１の特性を楕円偏波に対応させることができる。また、垂直偏波成分を十分に抑制できる程度に信号伝送ラインを十分に短く設計することにより、アンテナ装置３１の特性を水平偏波に対応させることができる。

図３に示すように、アンテナ装置３１は、アンテナライン６２に接続される信号伝送ライン６３、グランドライン６４及びコンデンサ８の相対的な位置関係を設計段階で調整することにより、アンテナ装置３１の偏波特性を変更することができる。図３において（ａ）、又は（ｄ）に示すように、上方から視て、ループアンテナ７の右回りに信号伝送ライン６３、グランドライン６４、コンデンサ８の順序で配置されている場合には、アンテナ装置３１の特性は右旋円偏波に対応する。一方、図３において（ｂ）、又は（ｃ）に示すように、上方から視て、ループアンテナ７の左回りに信号伝送ライン６３、グランドライン６４、コンデンサ８の順序で配置されている場合には、アンテナ装置３１の特性は左旋円偏波に対応する。また、右旋円偏波は反射によって左旋円偏波となるため、通信相手方機器のアンテナ特性や通信環境によって通信に適した円偏波は異なる。なお、図２に示したアンテナ装置３１は、右旋円偏波に対応する。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置３２を示している。アンテナ装置３２は、ループアンテナ７’及びコンデンサ８’を回路基板６の第２面６ｂに備えた点で、第１実施形態に係るアンテナ装置３１と相違する。ループアンテナ７’はループアンテナ７と同等であり、コンデンサ８’はコンデンサ８と同等である。また、回路基板６の第２面６ｂには、アンテナライン６２’、信号伝送ライン６３’及びグランドライン６４’が形成されている。アンテナライン６２とアンテナライン６２’とは回路基板６に対して平面視で重複し、回路基板６のベース板によって絶縁されている。信号伝送ライン６３、６３’及びグランドライン６４、６４’についても同様である。また、ループアンテナ７とループアンテナ７’とは、回路基板６に対して平面視で重複するように配置されている。すなわち、ループアンテナ７とループアンテナ７’とは、互いに近接して平行に配置されている。アンテナエレメント７１の両端とアンテナエレメント７１’の両端も回路基板６のベース板によって絶縁されている。

アンテナ装置３２は、ループアンテナ７によって右旋円偏波に、ループアンテナ７’によって左旋円偏波にそれぞれ対応する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。よって、ループアンテナ７及びループアンテナ７’を用いて偏波ダイバーシチを実行することにより、フェージングによる通信エラーの発生を抑制することができる。また、信号伝送ライン６３は第１面６ａの側、信号伝送ライン６３’は第２面６ｂの側にそれぞれ形成されているので、同一平面内でそれぞれの信号伝送ライン６３、６３’を互いに回避させながら配置する必要がなくなる。これにより、信号伝送ライン６３、６３’の長さを最短にすることができ、信号伝送ライン６３、６３’の引き回しによる通信への影響を軽減することができる。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置３３を示している。アンテナ装置３３は、ループアンテナ７とループアンテナ７’を信号伝送ライン６３、６３’を挟んで平行に配置されている点で、第２実施形態に係るアンテナ装置３２と相違する。また、アンテナライン６２’、信号伝送ライン６３’等が第１面６ａの側に形成されている点で、第２実施形態に係るアンテナ装置３２と相違する。また、これに伴い、グランドライン６４’も変更されている。

アンテナ装置３３によれば、ループアンテナ７とループアンテナ７’とを信号伝送ライン６３、６３’を挟んで平行に配置されているので、導電性パターンをＲＦ信号処理部９に対して対称に配置できる。よって、信号伝送ライン６３、６３’を互いに回避させながら配置する必要がなくなり、信号伝送ライン６３、６３’の長さを最短にすることができ、信号伝送ライン６３、６３’の引き回しによる通信への影響を軽減することができる。

（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置３４を示している。アンテナ装置３４は、ループアンテナ７と同等のループアンテナ７’が互いに直交するように配置されている点で、第３実施形態に係るアンテナ装置３３等と相違する。また、これに伴い、信号伝送ライン６３’及びグランドライン６４’も変更されている。アンテナ装置３４によれば、ループアンテナ７とループアンテナ７’が互いに直交するように配置されているので、簡素な構成で指向性ダイバーシチを実現できる。

（第５実施形態）
図７は、本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置３５を示している。アンテナ装置３５は、ループアンテナ７と同等のループアンテナ７’が、共に第１面６ａの側に互いに近接して平行に配置されている点で、第２実施形態に係るアンテナ装置３２等と相違する。ループアンテナ７によって右旋円偏波に、ループアンテナ７’によって左旋円偏波にそれぞれ対応するように、グランドライン６４’及びコンデンサ８’の位置が変更されている。アンテナ装置３５によれば、ループアンテナ７とループアンテナ７’が、共に第１面６ａの側に配置されているので、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。なお、本実施形態においては、ループアンテナ７とループアンテナ７’が、共に第２面６ｂの側に配置されていてもよい。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、アンテナエレメント７１及び導電性パターンの形状は、図２及び図４乃至図７に示したものに限られることなく、適宜変更が可能である。特に、信号伝送ライン６３、６３’の長さは、相手方の通信機器の設置環境等に応じて、所望のアンテナ特性が得られるように適宜設定すればよい。また、コンデンサ８、８’の配置についても同様である。図５に示したアンテナ装置３３及び図６に示したアンテナ装置３４において、アンテナエレメント７１’を第１面６ａの側に配置したものであってもよい。

本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置を用いた照明制御システムの一例を示す図。 同アンテナ装置の構成を示す斜視図。 同アンテナ装置における回路の配置とアンテナ装置から出力される偏波の関係を示す図。 本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。 本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。 本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。 本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。 アンテナ装置の設置環境と出力偏波の関係を示す断面図。

符号の説明

３１、３２、３３、３４、３５ アンテナ装置
６ 回路基板
７ ループアンテナ
８ コンデンサ
９ ＲＦ信号処理部
６１ グランド面
６３ 信号伝送ライン

Claims (6)

1. グランド面を含む導電性パターンを有する回路基板と、
   前記回路基板に立設された２つのループアンテナと、
   前記２つのループアンテナをそれぞれ構成する導電路上に直列接続されたコンデンサと、
   前記ループアンテナに入力又は該ループアンテナから出力される信号をそれぞれ伝送する２つの信号伝送ラインとを備え、
   前記２つのループアンテナと前記導電性パターンのグランド面とがそれぞれ直交し、
   前記２つのループアンテナは、それぞれ偏波及び／又は指向性の異なるものであることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記２つのループアンテナのうち、一方は前記回路基板の第１面の側に、他方は前記回路基板の第２面の側にそれぞれ立設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。
3. 前記２つのループアンテナは、共に前記回路基板の同一面の側に立設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。
4. 前記２つのループアンテナは、互いに近接して平行に配置され、一方のループアンテナへの信号伝送ラインは前記第１面の側、他方のループアンテナへの信号伝送ラインは前記第２面の側にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記２つのループアンテナは、それぞれの信号伝送ラインを挟んで平行に配置されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置。
6. 前記２つのループアンテナは、互いに直交するように配置されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置。

Images