JP2012142706A - 無線通信用アンテナおよび無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠方への信号（電磁波）の漏洩を防止することができるようにする。
【解決手段】第１の共振器（第１のλ／２共振器１１）および第２の共振器（第２のλ／２共振器１２）を、互いの開放端同士が対向するように互いに並列的に配置（平行配置）すると共に、対向する開放端同士をキャパシタ２０，３０を介して接続する。この構造により、第１および第２の共振器に流れる電流の向きが互いに逆になるような基本共振モードを得ることができる。これにより、基本共振モードでは、第１および第２の共振器に流れる電流が互いに打ち消し合い、遠方への放射電力が小さくなるので、基本共振モードに対応する周波数帯域の信号伝送に関して、遠方への信号（電磁波）の漏洩を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、近距離で信号（電磁波）の伝送を行う無線通信用アンテナおよび無線通信装置に関する。

従来より、それぞれに共振器が形成された複数の基板を用いて信号伝送を行う信号伝送装置が知られている。例えば特許文献１には、異なる基板それぞれに共振器を構成し、それら共振器同士を電磁結合させて２段のフィルタを構成して信号伝送させるものが開示されている。

特開２００８−６７０１２号公報

一般に、共振器を用いた無線通信用アンテナにおいて、アンテナから放射される電磁波の成分には、遠方にまで伝搬する成分と、アンテナの近傍にしか伝搬しない成分とがある。このとき、遠方に伝搬する成分の強度はアンテナからの距離ｒに反比例して減衰し、近傍にしか伝搬しない成分の強度はアンテナからの距離ｒの２乗または３乗に反比例して減衰する。一方、高速での無線通信を実現するためには、信号の帯域幅を広くすることが有利である。この際、広帯域の信号を使うためには、既存の無線通信システムとの周波数および帯域幅の干渉を避けなければならない（電波法による制限がある）。上述したようにアンテナから放射される電磁波の成分には遠方にまで伝搬する成分があるが、例えば数ミリメートルから数センチメートル程度の近距離での無線通信を行う場合には、この遠方にまで伝搬する成分を極力小さくするよう、アンテナの放射電力を極限的に小さくしなければいけない。電波法に違反しない程度、微弱な送信電力を用いることで、周波数および帯域幅の制限がなくなり、近距離での高速無線通信を実現することができる。特許文献１に記載のような従来の共振器構造では、近距離での高速無線通信を実現しつつ、遠方への信号（電磁波）の漏洩を防止することが困難である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、遠方への信号（電磁波）の漏洩を防止することができるようにした無線通信用アンテナおよび無線通信装置を提供することにある。

本発明による無線通信用アンテナは、それぞれが開放端を有し、互いの開放端同士が対向するように互いに並列的に配置された第１および第２の共振器と、互いに対向する開放端同士を接続するキャパシタとを備えたものである。

本発明による無線通信装置は、信号の送信を行う第１のアンテナと、第１のアンテナから送信された信号の受信を行う第２のアンテナとを備え、第１のアンテナを、上記した本発明の無線通信用アンテナで構成したものである。
また、第１のアンテナが信号の受信を行う機能をさらに有すると共に、第２のアンテナが信号の送信を行う機能をさらに有し、第１のアンテナと第２のアンテナとの間で双方向に信号の送受信を行うような場合には、第１のアンテナと第２のアンテナとをそれぞれ、上記した本発明の無線通信用アンテナで構成しても良い。

本発明の無線通信用アンテナまたは無線通信装置では、第１および第２の共振器が、それぞれの開放端同士が対向するように互いに並列的に配置されると共に、対向する開放端同士がキャパシタを介して接続されていることで、基本共振モード（共振周波数が最も低い最低次の共振モード）では、第１および第２の共振器に流れる電流の向きが互いに逆になる（差動の共振モードになる）。これにより、基本共振モードでは、第１および第２の共振器に流れる電流が互いに打ち消し合い、遠方での放射電力が小さくなる。

本発明の無線通信用アンテナにおいて、第１および第２の共振器は例えば、導体線路を用いた線路型共振器で構成することができる。キャパシタは、第１および第２の共振器の開放端側に形成された導体による電極パターンで構成することができる。
また、キャパシタを、第１および第２の共振器とは別部品のコンデンサ素子で構成してもよい。

また、本発明の無線通信用アンテナにおいて、第１の共振器を両端が開放端とされた第１のλ／２共振器（１／２波長共振器）で構成し、第２の共振器を両端が開放端とされた第２のλ／２共振器で構成しても良い。この場合、キャパシタを、第１のキャパシタと第２のキャパシタとで構成し、第１のキャパシタを、第１の共振器の一方の開放端と第２の共振器の一方の開放端とに接続し、第２のキャパシタを、第１の共振器の他方の開放端と第２の共振器の他方の開放端とに接続する。

第１および第２の共振器をλ／２共振器で構成した場合、例えば、第１のλ／２共振器において共振中心位置に対して所定の距離だけ離れた位置に信号源の一端を接続すると共に、信号源の他端を接地することが好ましい。または、第１のλ／２共振器において共振中心位置に対して所定の距離だけ離れた位置に信号源の一端を接続し、第２のλ／２共振器の共振中心位置に信号源の他端を接続するようにしても良い。

また、本発明の無線通信用アンテナにおいて、第１の共振器を一端が開放端とされ他端が短絡端とされた第１のλ／４共振器（１／４波長共振器）で構成し、第２の共振器を一端が開放端とされ他端が短絡端とされた第２のλ／４共振器で構成するようにしても良い。
この場合、例えば、第１のλ／４共振器の短絡端に対して所定の距離だけ離れた位置に信号源の一端を接続すると共に、信号源の他端を接地することが好ましい。

なお、本発明の無線通信用アンテナまたは無線通信装置において、「信号伝送」とは、アナログ信号やデジタル信号等の送信／受信のような信号伝送に限らず、電力の送電／受電のような電力伝送も含む。

本発明の無線通信用アンテナまたは無線通信装置によれば、第１および第２の共振器を、互いの開放端同士が対向するように互いに並列的に配置すると共に、対向する開放端同士をキャパシタを介して接続するようにしたので、第１および第２の共振器に流れる電流の向きが互いに逆になるような基本共振モードを得ることができる。これにより、基本共振モードでは、第１および第２の共振器に流れる電流が互いに打ち消し合い、遠方での放射電力が小さくなるので、基本共振モードに対応する周波数帯域の信号伝送に関して、遠方への信号（電磁波）の漏洩を防ぐことができる。

本発明の第１の実施の形態に係る無線通信用アンテナの基本構成を示す回路図である。 図１に示した無線通信用アンテナにおける基本共振モードでの電荷分布および電流ベクトルの状態を示す説明図である。 （Ａ）は図１に示した無線通信用アンテナにおける基本共振モードでの第１の共振器の電界分布および電流ベクトルの状態を示す説明図であり、（Ｂ）は基本共振モードでの第２の共振器の電界分布および電流ベクトルの状態を示す説明図である。 図１に示した無線通信用アンテナにおける共振器の励振方法の第１の例を示す構成図である。 図１に示した無線通信用アンテナにおける共振器の励振方法の第１の例共振器の第２の励振方法を示す構成図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成例を示す平面図である。 図６に示した具体的な構成例における基本共振モードでの電流ベクトルの状態をシミュレーションした結果を示す特性図である。 図１に示した無線通信用アンテナを用いた無線通信装置の一例を示す斜視図である。 図８に示した無線通信装置における導体パターンの構造を示す平面図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第１の変形例を示す平面図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第２の変形例を示す平面図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第３の変形例を示す平面図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第４の変形例を示す平面図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第５の変形例を示す平面図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第６の変形例を示す平面図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第７の変形例を示す平面図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第８の変形例を示す平面図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第９の変形例を示す平面図である。 図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第１０の変形例を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信用アンテナの基本構成を示す回路図である。 図２０に示した無線通信用アンテナにおける基本共振モードでの電荷分布および電流ベクトルの状態を示す説明図である。 図２０に示した無線通信用アンテナにおける共振器の励振方法を示す構成図である。 図２０に示した無線通信用アンテナの具体的な構成例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
［無線通信用アンテナの基本構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る無線通信用アンテナの基本構成を示している。この無線通信用アンテナは、第１のλ／２共振器１１（第１の共振器）と、第２のλ／２共振器１２（第２の共振器）と、第１のキャパシタ２０と、第２のキャパシタ３０とを備えている。

第１のλ／２共振器１１と第２のλ／２共振器１２はそれぞれ、両端が開放端とされ、互いの開放端同士が対向するように互いに並列的に配置（例えば同一面内で平行配置または上下方向に平行配置）されている。第１のキャパシタ２０と第２のキャパシタ３０は、第１のλ／２共振器１１と第２のλ／２共振器１２との互いに対向する開放端同士に接続されている。

より具体的には、第１のキャパシタ２０は、互いに対向する第１のλ／２共振器１１の一方の開放端と第２のλ／２共振器１２の一方の開放端とに接続されている。第１のキャパシタ２０の第１のコンデンサ電極２１は、第１のλ／２共振器１１の一方の開放端に接続されている。第１のキャパシタ２０の第２のコンデンサ電極２２は、第２のλ／２共振器１２の一方の開放端に接続されている。

また、第２のキャパシタ３０は、互いに対向する第１のλ／２共振器１１の他方の開放端と第２のλ／２共振器１２の他方の開放端とに接続されている。第２のキャパシタ３０の第１のコンデンサ電極３１は、第１のλ／２共振器１１の他方の開放端に接続されている。第２のキャパシタ３０の第２のコンデンサ電極３２は、第２のλ／２共振器１２の他方の開放端に接続されている。

［無線通信用アンテナの基本動作および作用］
図２は、この無線通信用アンテナにおける基本共振モード（共振周波数が最も低い最低次の共振モード）での電荷分布および電流ベクトルの状態を示している。図３（Ａ）は基本共振モードでの第１のλ／２共振器１１の電界Ｅの分布および電流ベクトル（ｉ）の状態を示し、図３（Ｂ）は基本共振モードでの第２のλ／２共振器１２の電界分布および電流ベクトルの状態を示している。

この無線通信用アンテナでは、第１および第２のλ／２共振器１１，１２が、互いの開放端同士が対向するように互いに並列的に配置（平行配置）されると共に、対向する開放端同士が第１および第２のキャパシタ２０，３０を介して接続されていることで、基本共振モードでは、図３（Ａ），（Ｂ）に示したような電界強度分布となる。すなわち、第１のキャパシタ２０のキャパシタンスＣｉｎｔ１と第２のキャパシタ３０のキャパシタンスＣｉｎｔ２とが同じであるものとすると、共振器の物理的な中心線１６を共振中心（ゼロ電位）として、第１のλ／２共振器１１と第２のλ／２共振器１２とで電界分布は互いに逆位相になる。このため、基本共振モードでは、第１のλ／２共振器１１と第２のλ／２共振器１２とで、図２に示したように、流れる電流ｉの向きが互いに逆になる（差動の共振モードになる）。これにより、基本共振モードでは、第１のλ／２共振器１１と第２のλ／２共振器１２とで、互いに流れる電流が互いに打ち消し合い、遠方での放射電力が小さくなる。従って、基本共振モードに対応する周波数帯域の信号伝送に関して、遠方への信号（電磁波）の漏洩を防ぐことができる。

一般に、共振器を用いた無線通信用アンテナにおいて、アンテナから放射される電磁波の成分には、遠方にまで伝搬する成分と、アンテナの近傍にしか伝搬しない成分とがある。遠方に伝搬する成分はエネルギーとして外部に放射され、入力共振器に帰ってこないため、損失（放射損）となる。一方、近傍にしか伝搬しない成分のエネルギーは、外部に放射されずに、共振器近傍の空間にリアクタンスエネルギーとして蓄えられる。従って、遠方にまで伝搬する成分の放射電力がゼロの場合であっても、２つの無線通信用アンテナ同士を近づけると、近傍にしか伝搬しない成分があることで、２つの無線通信用アンテナを構成するそれぞれの共振器同士が電磁的に結合してリアクタンス結合する。この場合、２つの無線通信用アンテナを構成するそれぞれの共振器間で、近傍にしか伝搬しない成分によるエネルギー交換が始まり、共鳴状態となり、混成共振モードを形成し、異なる共振器間（２つの無線通信用アンテナ間）での信号伝送が可能になる。これにより、例えば図１に示した無線通信用アンテナを結合器（カプラ）とみなすと、図１に示した構成の無線通信用アンテナを２つ用いて、互いに近づけると、放射電力を極力小さくして、リアクタンス結合によってのみ伝送する無線通信装置を実現できる。従って、既存の無線通信システムとの周波数および帯域幅の干渉を避けつつ、近距離での高速無線通信を実現できる。

［信号源との接続方法（共振器の励振方法）］
図４は、図１に示した無線通信用アンテナにおける共振器の励振方法の第１の例を示している。この第１の例では、第１のλ／２共振器１１において共振中心位置に対して所定の距離ｘ０だけ離れた位置１７に信号源１３の一端（第１の接続線１５）が接続されていると共に、信号源１３の他端（第２の接続線１４）が接地されている。なお、第１のキャパシタ２０のキャパシタンスＣｉｎｔ１と第２のキャパシタ３０のキャパシタンスＣｉｎｔ２とが同じであるものとすると、共振器の物理的な中心線１６が共振中心（ゼロ電位）となる。この場合、中心線１６から距離ｘ０だけ離れた位置１７に信号源１３の一端を接続する。

図５は、共振器の励振方法の第２の例を示している。この第２の例では、第１のλ／２共振器１１において共振中心位置に対して所定の距離ｘ０だけ離れた位置１７に信号源１３の一端（第１の接続線１５）が接続されていると共に、第２のλ／２共振器１２の共振中心位置に信号源１３の他端（第２の接続線１４）が接続されている。なお、第１のキャパシタ２０のキャパシタンスＣｉｎｔ１と第２のキャパシタ３０のキャパシタンスＣｉｎｔ２とが同じであるものとすると、共振器の物理的な中心線１６が共振中心（ゼロ電位）となる。この場合、中心線１６から距離ｘ０だけ離れた位置１７に信号源１３の一端を接続し、中心線１６の位置に信号源１３の他端を接続する。

図４および図５における距離ｘ０は、第１のλ／２共振器１１と信号源１３との整合（インピーダンス・マッチング）が取れるような値に設定される。距離ｘ０が小さければ小さいほど、第１のλ／２共振器１１と信号源１３との結合が小さくなる。

［無線通信用アンテナの具体的な構成例］
図６（Ａ），（Ｂ）は、図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成例を示している。例えば、平板状の誘電体基板の互いに対向する２つの面に図６（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンの導体を形成する。例えば、誘電体基板の上面に図６（Ａ）の導体パターンを形成し、底面に図６（Ｂ）の導体パターンを形成する。図６（Ａ）の導体パターンは、中心部に第１のλ／２共振器１１を構成する第１の導体線路パターンがあり、その第１の導体線路パターンの両端（開放端）に、第１のキャパシタ２０の第１のコンデンサ電極２１の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第１のコンデンサ電極３１の電極パターンとがそれぞれ半円状に形成されている。図６（Ｂ）の導体パターンも同様の構造であり、中心部に第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンがあり、その第２の導体線路パターンの両端（開放端）に、第１のキャパシタ２０の第２のコンデンサ電極２２の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第２のコンデンサ電極３２の電極パターンとがそれぞれ半円状に形成されている。

図７は、図６（Ａ），（Ｂ）に示した具体的な構成例における基本共振モードでの電流ベクトルの状態をシミュレーションした結果を示している。図７に示したように、第１のλ／２共振器１１と第２のλ／２共振器１２とで、流れる電流の向きが互いに逆方向になっているのが分かる。

［無線通信装置の構成例］
無線通信システムを構築する場合、遠方への電磁波の漏洩を防ぐために、少なくとも送信側のアンテナを図１に示した無線通信用アンテナで構成すると良い。互いに２つのアンテナ間で双方向の通信を行う場合には、２つのアンテナをそれぞれ図１に示した無線通信用アンテナで構成すると良い。ここでは、実質的に同一構造の２つのアンテナを用いた無線通信装置の例を示す。

図８は、図１に示した無線通信用アンテナを用いた無線通信装置の一例を示している。この無線通信装置は、第１のアンテナ１と、第２のアンテナ２とを備えている。第１のアンテナ１は、平板状の第１の誘電体基板５を有している。第２のアンテナ２は、平板状の第２の誘電体基板６を有している。通信時には、第１の誘電体基板５と第２の誘電体基板６とが、間隔ｄ（例えば数ミリメートルから数センチメートル）を空けて互いに対向配置される。

第１の誘電体基板５の互いに対向する第１の面（上面）と第２の面（底面）とには、図９（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンの導体が形成されている。第２の誘電体基板６の互いに対向する第１の面（上面）と第２の面（底面）とにも同様のパターンの導体が形成されている。より具体的には、第１の誘電体基板５の上面には図９（Ａ）の導体パターンが形成され、底面には図９（Ｂ）の導体パターンが形成されている。第２の誘電体基板６の上面には図９（Ｂ）の導体パターンが形成され、底面には図９（Ａ）の導体パターンが形成されている。

図９（Ａ）の導体パターンは、図６（Ａ）の導体パターンと同様に、中心部に第１のλ／２共振器１１を構成する第１の導体線路パターンがあり、その第１の導体線路パターンの両端（開放端）に、第１のキャパシタ２０の第１のコンデンサ電極２１の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第１のコンデンサ電極３１の電極パターンとがそれぞれ半円状に形成されている。図９（Ａ）の導体パターンとしてはさらに、例えば信号源１３（図４）の一端を接続するための第１の接続線１５となる線路パターンが形成されている。第１の接続線１５となる線路パターンの一端は、中心部の第１の導体線路パターンに接続されている。なお、上述したように、第１のλ／２共振器１１と信号源１３とのインピーダンス・マッチングが取れるように、第１の接続線１５となる線路パターンの一端は、第１のλ／２共振器１１を構成する第１の導体線路パターンの中心位置から距離ｘ０だけ離れた位置に接続することが好ましい。

図９（Ｂ）の導体パターンは、図６（Ｂ）の導体パターンと同様に、中心部に第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンがあり、その第２の導体線路パターンの両端（開放端）に、第１のキャパシタ２０の第２のコンデンサ電極２２の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第２のコンデンサ電極３２の電極パターンとがそれぞれ半円状に形成されている。図９（Ｂ）の導体パターンとしてはさらに、例えば信号源１３（図４）の他端を接続するための第２の接続線１４となる線路パターンと、グランド電極１８となる電極パターンとが形成されている。第２の接続線１４となる線路パターンの一端は、中心部の第２の導体線路パターンに接続されている。なお、第２の接続線１４となる線路パターンの一端は、第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンの中心位置に接続することが好ましい。

この無線通信装置は、例えば、第１のアンテナ１を送信アンテナとし、第２のアンテナ２を第１のアンテナ１から送信された信号の受信を行う受信アンテナとして動作させることができる。また、第１のアンテナ１と第２のアンテナ２との双方を送受信アンテナとして用いて、第１のアンテナ１と第２のアンテナ２との間で双方向に信号の送受信を行うこともできる。

［無線通信用アンテナの具体的な構成の変形例］
図１０は、図１に示した無線通信用アンテナの具体的な構成の第１の変形例を示している。この第１の変形例は、例えば、平板状の誘電体基板の１つの面内に図１０に示したようなパターンの導体を形成したものである。図１０に示したように、同一平面内に、第１のλ／２共振器１１を構成する第１の導体線路パターンと、第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンとが並列的に形成されている。第１の導体線路パターンの両端（開放端）部分において、第２の導体線路パターンに対向する側には、第１のキャパシタ２０の第１のコンデンサ電極２１の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第１のコンデンサ電極３１の電極パターンとがそれぞれ形成されている。これらの電極パターンは、第１の導体線路パターンに対して段差状に形成されている。第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンの両端（開放端）部分において、第１の導体線路パターンに対向する側には、第１のキャパシタ２０の第２のコンデンサ電極２２の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第２のコンデンサ電極３２の電極パターンとがそれぞれ形成されている。これらの電極パターンは、第２の導体線路パターンに対して段差状に形成されている。

図１０の構成例では、同一平面内で、第１のコンデンサ電極２１の電極パターンと第２のコンデンサ電極２２の電極パターンとが所定間隔を空けて対向することで、第１のキャパシタ２０が形成される。また、同一平面内で、第１のコンデンサ電極３１の電極パターンと第２のコンデンサ電極３２の電極パターンとが所定間隔を空けて対向することで第２のキャパシタ３０が形成される。

図１１は、第２の変形例を示している。この第２の変形例は、図１０の構成例と同様、例えば、平板状の誘電体基板の１つの面内に図１１に示したようなパターンの導体を形成したものである。この第２の変形例の基本的な構造は図１０の構成例と同様であるが、第１のキャパシタ２０および第２のキャパシタ３０を構成する電極パターンの形状が異なっている。この第２の変形例では、第１のコンデンサ電極２１の電極パターンと第２のコンデンサ電極２２の電極パターンとがそれぞれ、くし状に形成され、所定間隔を空けてくし状の線路部分が交互に対向することで、インターディジタル型の線路構造となるような第１のキャパシタ２０が形成されている。同様に、第１のコンデンサ電極３１の電極パターンと第２のコンデンサ電極３２の電極パターンとがそれぞれ、くし状に形成され、所定間隔を空けてくし状の線路部分が交互に対向することで、インターディジタル型の線路構造となるような第２のキャパシタ３０が形成される。この第２の変形例では、第１のキャパシタ２０および第２のキャパシタ３０を構成する電極パターンをインターディジタル型の線路構造にしていることで、対向容量が増え、より大きな容量を形成することができる。これにより、アンテナ全体としての小型化を図ることができる。

図１２は、第３の変形例を示している。この第３の変形例は、図１０の構成例と同様、例えば、平板状の誘電体基板の１つの面内に、第１のλ／２共振器１１を構成する第１の導体線路パターンと、第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンとが並列的に形成されている。この第３の変形例は、第１のキャパシタ２０および第２のキャパシタ３０を導体の電極パターンではなく、第１のλ／２共振器１１および第２のλ／２共振器１２とは別部品のコンデンサ素子で構成している点が、図１０の構成例とは異なっている。具体的には、互いに対向する第１のλ／２共振器１１（第１の導体線路パターン）の一方の開放端と第２のλ／２共振器１２（第２の導体線路パターン）の一方の開放端とに、第１のキャパシタ２０としての第１のチップコンデンサ４１が接続されている。また、互いに対向する第１のλ／２共振器１１（第１の導体線路パターン）の他方の開放端と第２のλ／２共振器１２（第２の導体線路パターン）の他方の開放端とに第２のキャパシタ３０としての第２のチップコンデンサ４２が接続されている。この第３の変形例では、第１のキャパシタ２０および第２のキャパシタ３０を導体の電極パターンではなく、コンデンサ素子で構成しているので、例えば図１０の構成例に比べて、より大きな容量を形成することができ、アンテナ全体としての小型化を図ることができる。

図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、第４の変形例を示している。例えば、平板状の誘電体基板の互いに対向する２つの面に図１３（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンの導体を形成する。図１３（Ｃ）は、図１３（Ａ），（Ｂ）に示した導体パターンを重ねた（対向させた）状態を示している。例えば、誘電体基板の上面に図１３（Ｂ）の導体パターンを形成し、底面に図１３（Ａ）の導体パターンを形成する。図１３（Ａ）の導体パターンとしては、第１のλ／２共振器１１を構成する第１の導体線路パターンと、第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンとが並列的に形成されている。図１３（Ｂ）の導体パターンとしては、互いに対向する第１のλ／２共振器１１（第１の導体線路パターン）の一方の開放端と第２のλ／２共振器１２（第２の導体線路パターン）の一方の開放端とに対応する位置に、第１のコンデンサ電極３３の電極パターンが形成されている。これにより、誘電体基板の互いに対向する２つの面間に第１のキャパシタ２０が形成される。また、互いに対向する第１のλ／２共振器１１（第１の導体線路パターン）の他方の開放端と第２のλ／２共振器１２（第２の導体線路パターン）の他方の開放端とに対応する位置に、第２のコンデンサ電極３４の電極パターンが形成されている。これにより、誘電体基板の互いに対向する２つの面間に第２のキャパシタ３０が形成される。この第４の変形例によれば、２つの対向する面間で容量を形成するため、例えば図１０の構成例のように１つの面内でキャパシタを形成する場合に比べて、より大きな容量を形成することができ、アンテナ全体としての小型化を図ることができる。

図１４（Ａ）〜（Ｃ）は、第５の変形例を示している。例えば、平板状の誘電体基板の互いに対向する２つの面に図１４（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンの導体を形成する。図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ），（Ｂ）に示した導体パターンを重ねた（対向させた）状態を示している。例えば、誘電体基板の上面に図１４（Ｂ）の導体パターンを形成し、底面に図１４（Ａ）の導体パターンを形成する。図１４（Ａ）の導体パターンとしては、第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンが形成され、その第２の導体線路パターンの両端（開放端）部分に、第１のキャパシタ２０の第２のコンデンサ電極２２の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第２のコンデンサ電極３２の電極パターンとが、全体としてＣ字形状に形成されている。図１４（Ｂ）の導体パターンとしては、第１のλ／２共振器１１を構成する第１の導体線路パターンが形成され、その第１の導体線路パターンの両端（開放端）部分に、第１のキャパシタ２０の第１のコンデンサ電極２１の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第１のコンデンサ電極３１の電極パターンとが、全体として図１４（Ａ）の導体パターンとは左右対称的となるＣ字形状に形成されている。この第５の変形例によれば、２つの対向する面間で容量を形成するため、例えば図１０の構成例のように１つの面内でキャパシタを形成する場合に比べて、より大きな容量を形成することができ、アンテナ全体としての小型化を図ることができる。

図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、第６の変形例を示している。例えば、平板状の誘電体基板の互いに対向する２つの面に図１５（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンの導体を形成する。図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ），（Ｂ）に示した導体パターンを重ねた（対向させた）状態を示している。例えば、誘電体基板の上面に図１５（Ｂ）の導体パターンを形成し、底面に図１５（Ａ）の導体パターンを形成する。図１５（Ａ）の導体パターンとしては、第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンが形成され、その第２の導体線路パターンの両端（開放端）部分に、第１のキャパシタ２０の第２のコンデンサ電極２２の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第２のコンデンサ電極３２の電極パターンとが、全体としてＩ字形状に形成されている。図１５（Ｂ）の導体パターンとしては、第１のλ／２共振器１１を構成する第１の導体線路パターンが形成され、その第１の導体線路パターンの両端（開放端）部分に、第１のキャパシタ２０の第１のコンデンサ電極２１の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第１のコンデンサ電極３１の電極パターンとが、全体としてＩ字形状に形成されている。この第６の変形例によれば、２つの対向する面間で容量を形成するため、例えば図１０の構成例のように１つの面内でキャパシタを形成する場合に比べて、より大きな容量を形成することができ、アンテナ全体としての小型化を図ることができる。

図１６（Ａ）〜（Ｃ）は、第７の変形例を示している。例えば、平板状の誘電体基板の互いに対向する２つの面に図１６（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンの導体を形成する。図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ），（Ｂ）に示した導体パターンを重ねた（対向させた）状態を示している。例えば、誘電体基板の上面に図１６（Ｂ）の導体パターンを形成し、底面に図１６（Ａ）の導体パターンを形成する。図１６（Ａ）の導体パターンとしては、第２のλ／２共振器１２を構成するミアンダ構造の第２の導体線路パターンが形成され、そのミアンダ構造の第２の導体線路パターンの両端（開放端）部分に、第１のキャパシタ２０の第２のコンデンサ電極２２の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第２のコンデンサ電極３２の電極パターンとが形成されている。図１６（Ｂ）の導体パターンとしては、第１のλ／２共振器１１を構成するミアンダ構造の第１の導体線路パターンが形成され、そのミアンダ構造の第１の導体線路パターンの両端（開放端）部分に、第１のキャパシタ２０の第１のコンデンサ電極２１の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第１のコンデンサ電極３１の電極パターンとが形成されている。この第７の変形例によれば、２つの対向する面間で容量を形成するため、例えば図１０の構成例のように１つの面内でキャパシタを形成する場合に比べて、より大きな容量を形成することができ、アンテナ全体としての小型化を図ることができる。また、この第７の変形例によれば、第１および第２の導体線路パターンをミアンダ構造にしているため、第１のλ／２共振器１１と第２のλ／２共振器１２との間で流れる電流ｉの向きが互いに逆になるだけでなく、それぞれの共振器内に流れる電流ｉの向きも互いに逆になる。このため、第１および第２の導体線路パターンを単純に直線状にした場合に比べて、第１および第２のλ／２共振器１１，１２に流れる電流ｉがより効果的に打ち消し合い、遠方での放射電力がより小さくなる。

図１７（Ａ）〜（Ｃ）は、第８の変形例を示している。例えば、平板状の誘電体基板の互いに対向する２つの面に図１７（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンの導体を形成する。図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ），（Ｂ）に示した導体パターンを重ねた（対向させた）状態を示している。例えば、誘電体基板の上面に図１７（Ｂ）の導体パターンを形成し、底面に図１７（Ａ）の導体パターンを形成する。この第８の変形例は、第１のλ／２共振器１１を構成する第１の導体線路パターンと、第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンとが、上記第７の変形例と同様、ミアンダ構造になっている。

この第８の変形例は、第１のキャパシタ２０および第２のキャパシタ３０を導体の電極パターンではなく、第１のλ／２共振器１１および第２のλ／２共振器１２とは別部品のコンデンサ素子で構成している点が、上記第７の変形例とは異なっている。具体的には、第１のキャパシタ２０としての第１のチップコンデンサ４１が、第１のλ／２共振器１１の一方の開放端（第１の導体線路パターンの一方の端部２１Ａ）と第２のλ／２共振器１２の一方の開放端（第２の導体線路パターンの一方の端部２２Ａ）とに接続されている。第２の導体線路パターンの一方の端部２２Ａは、誘電体基板を貫通する第１の接続導体２２Ｂを介して第１のチップコンデンサ４１に接続されている。また、第２のキャパシタ３０としての第２のチップコンデンサ４２が、第１のλ／２共振器１１の他方の開放端（第１の導体線路パターンの他方の端部３１Ａ）と第２のλ／２共振器１２の他方の開放端（第２の導体線路パターンの他方の端部３２Ａ）とに接続されている。第２の導体線路パターンの他方の端部３２Ａは、誘電体基板を貫通する第２の接続導体３２Ｂを介して第２のチップコンデンサ４２に接続されている。この第８の変形例では、第１のキャパシタ２０および第２のキャパシタ３０を導体の電極パターンではなく、コンデンサ素子で構成しているので、例えば上記第７の変形例に比べて、小さい面積でより大きな容量を形成することができる。

図１８（Ａ）〜（Ｃ）は、第９の変形例を示している。例えば、平板状の誘電体基板の互いに対向する２つの面に図１８（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンの導体を形成する。図１８（Ｃ）は、図１８（Ａ），（Ｂ）に示した導体パターンを重ねた（対向させた）状態を示している。例えば、誘電体基板の上面に図１８（Ｂ）の導体パターンを形成し、底面に図１８（Ａ）の導体パターンを形成する。図１８（Ａ）の導体パターンとしては、第２のλ／２共振器１２を構成するスパイラル構造の第２の導体線路パターンが形成され、そのスパイラル構造の第２の導体線路パターンの両端（開放端）部分に、第１のキャパシタ２０の第２のコンデンサ電極２２の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第２のコンデンサ電極３２の電極パターンとが形成されている。図１８（Ｂ）の導体パターンとしては、第１のλ／２共振器１１を構成するスパイラル構造の第１の導体線路パターンが形成され、そのスパイラル構造の第１の導体線路パターンの両端（開放端）部分に、第１のキャパシタ２０の第１のコンデンサ電極２１の電極パターンと第２のキャパシタ３０の第１のコンデンサ電極３１の電極パターンとが形成されている。この第９の変形例によれば、２つの対向する面間で容量を形成するため、例えば図１０の構成例のように１つの面内でキャパシタを形成する場合に比べて、より大きな容量を形成することができ、アンテナ全体としての小型化を図ることができる。また、この第９の変形例によれば、第１および第２の導体線路パターンをスパイラル構造にしているため、第１のλ／２共振器１１と第２のλ／２共振器１２との間で流れる電流ｉの向きが互いに逆になるだけでなく、それぞれの共振器内に流れる電流ｉの向きが部分的に互いに逆になる。このため、第１および第２の導体線路パターンを単純に直線状にした場合に比べて、第１および第２のλ／２共振器１１，１２に流れる電流ｉがより効果的に打ち消し合い、遠方での放射電力がより小さくなる。

図１９（Ａ）〜（Ｃ）は、第１０の変形例を示している。例えば、平板状の誘電体基板の互いに対向する２つの面に図１９（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンの導体を形成する。図１９（Ｃ）は、図１９（Ａ），（Ｂ）に示した導体パターンを重ねた（対向させた）状態を示している。例えば、誘電体基板の上面に図１９（Ｂ）の導体パターンを形成し、底面に図１９（Ａ）の導体パターンを形成する。この第１０の変形例は、第１のλ／２共振器１１を構成する第１の導体線路パターンと、第２のλ／２共振器１２を構成する第２の導体線路パターンとが、上記第９の変形例と同様、スパイラル構造になっている。

この第１０の変形例は、第１のキャパシタ２０および第２のキャパシタ３０を導体の電極パターンではなく、第１のλ／２共振器１１および第２のλ／２共振器１２とは別部品のコンデンサ素子で構成している点が、上記第９の変形例とは異なっている。具体的には、第１のキャパシタ２０としての第１のチップコンデンサ４１が、第１のλ／２共振器１１の一方の開放端（第１の導体線路パターンの一方の端部２１Ａ）と第２のλ／２共振器１２の一方の開放端（第２の導体線路パターンの一方の端部２２Ａ）とに接続されている。第２の導体線路パターンの一方の端部２２Ａは、誘電体基板を貫通する第１の接続導体２２Ｂを介して第１のチップコンデンサ４１に接続されている。また、第２のキャパシタ３０としての第２のチップコンデンサ４２が、第１のλ／２共振器１１の他方の開放端（第１の導体線路パターンの他方の端部３１Ａ）と第２のλ／２共振器１２の他方の開放端（第２の導体線路パターンの他方の端部３２Ａ）とに接続されている。第２の導体線路パターンの他方の端部３２Ａは、誘電体基板を貫通する第２の接続導体３２Ｂを介して第２のチップコンデンサ４２に接続されている。この第１０の変形例では、第１のキャパシタ２０および第２のキャパシタ３０を導体の電極パターンではなく、コンデンサ素子で構成しているので、例えば上記第９の変形例に比べて、小さい面積でより大きな容量を形成することができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る無線通信用アンテナについて説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る無線通信用アンテナと実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

［無線通信用アンテナの基本構成］
図２０は、本発明の第２の実施の形態に係る無線通信用アンテナの基本構成を示している。この無線通信用アンテナは、第１のλ／４共振器５１（第１の共振器）と、第２のλ／４共振器５２（第２の共振器）と、第１のキャパシタ２０とを備えている。

第１のλ／４共振器５１と第２のλ／４共振器５２はそれぞれ、一端が開放端とされると共に他端が短絡端とされ、互いの開放端同士が対向すると共に互いの短絡端同士が対向するようにして互いに平行配置されている。第１のキャパシタ２０は、第１のλ／４共振器５１と第２のλ／４共振器５２との互いに対向する開放端同士に接続されている。第１のキャパシタ２０の第１のコンデンサ電極２１は、第１のλ／４共振器５１の開放端に接続されている。第１のキャパシタ２０の第２のコンデンサ電極２２は、第２のλ／４共振器５２の開放端に接続されている。

［無線通信用アンテナの基本動作および作用］
本実施の形態に係る無線通信用アンテナの構造は、上記第１の実施の形態に係る無線通信用アンテナを、共振時にゼロ電位となる部分（第１のキャパシタ２０のキャパシタンスＣｉｎｔ１と第２のキャパシタ３０のキャパシタンスＣｉｎｔ２とが同じであるものとすると、共振器の物理的な中心線１６）で半分に分割した構造とされている。基本的には、上記第１の実施の形態に係る無線通信用アンテナと同様の作用・効果が得られる。

図２１は、この無線通信用アンテナにおける基本共振モード（共振周波数が最も低い最低次の共振モード）での電荷分布および電流ベクトルの状態を示している。この無線通信用アンテナでは、第１および第２のλ／４共振器５１，５２が、互いの開放端同士が対向するように互いに平行配置されると共に、対向する開放端同士が第１のキャパシタ２０を介して接続されていることで、基本共振モードでは、第１のλ／４共振器５１と第２のλ／４共振器５２とで電界分布は互いに逆位相になる。このため、基本共振モードでは、第１のλ／４共振器５１と第２のλ／４共振器５２とで、図２１に示したように、流れる電流ｉの向きが互いに逆になる（差動の共振モードになる）。これにより、基本共振モードでは、第１のλ／４共振器５１と第２のλ／４共振器５２とで、互いに流れる電流が互いに打ち消し合い、遠方での放射電力が小さくなる。従って、基本共振モードに対応する周波数帯域の信号伝送に関して、遠方への信号（電磁波）の漏洩を防ぐことができる。

本実施の形態に係る無線通信用アンテナも、上記第１の実施の形態に係る無線通信用アンテナと同様に結合器（カプラ）とみなすと、図２０に示した構成の無線通信用アンテナを２つ用いて、互いに近づけると、放射電力を極力小さくして、リアクタンス結合によってのみ伝送する無線通信装置を実現できる。従って、既存の無線通信システムとの周波数および帯域幅の干渉を避けつつ、近距離での高速無線通信を実現できる。

［信号源との接続方法（共振器の励振方法）］
図２２は、図２０に示した無線通信用アンテナにおける共振器の励振方法の一例を示している。この第１の例では、第１のλ／４共振器５１において短絡端の位置５６に対して所定の距離ｘ０だけ離れた位置５７に信号源１３の一端（第１の接続線１５）が接続されていると共に、信号源１３の他端（第２の接続線１４）が接地されている。なお、信号源１３の他端（第２の接続線１４）を、例えば第２のλ／４共振器５２の短絡端に接続しても良い。

図２２における距離ｘ０は、第１のλ／４共振器５１と信号源１３との整合（インピーダンス・マッチング）が取れるような値に設定される。距離ｘ０が小さければ小さいほど、第１のλ／４共振器５１と信号源１３との結合が小さくなる。

［無線通信用アンテナの具体的な構成例］
本実施の形態に係る無線通信用アンテナの構造は、基本的に、上記第１の実施の形態に係る無線通信用アンテナを半分に分割したものなので、具体的な構成例としては、図６および図１０〜図１９に示した上記第１の実施の形態に係る各具体的な構成例の構造を半分に分割した構造にすれば良い。例えば図１５に示した構成例を半分に分割すると、図２３に示したような構造が得られる。

例えば、平板状の誘電体基板の互いに対向する２つの面に図２３（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンの導体を形成する。図２３（Ｃ）は、図２３（Ａ），（Ｂ）に示した導体パターンを重ねた（対向させた）状態を示している。例えば、誘電体基板の上面に図２３（Ｂ）の導体パターンを形成し、底面に図２３（Ａ）の導体パターンを形成する。図２６（Ｂ）の導体パターンとしては、第１のλ／４共振器５１を構成する第１の導体線路パターンが形成され、その第１の導体線路パターンの一端（開放端）部分に、第１のキャパシタ２０の第１のコンデンサ電極２１の電極パターンが形成されている。図２３（Ａ）の導体パターンとしては、第２のλ／４共振器５２を構成する第２の導体線路パターンが形成され、その第２の導体線路パターンの一端（開放端）部分に、第１のキャパシタ２０の第２のコンデンサ電極２２の電極パターンが形成されている。これにより、誘電体基板の互いに対向する２つの面間に第１のキャパシタ２０が形成される。

＜その他の実施の形態＞
本発明は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記各実施の形態の無線通信用アンテナは、アナログ信号やデジタル信号等の送信／受信のための信号伝送のみならず、電力の送電／受電のための電力伝送装置としても利用可能である。

また、上記各実施の形態では、誘電体基板に導体線路パターンからなる共振器を形成する構成例について説明したが、共振器を例えば電気長がλ／２またはλ／４である集中定数素子によって構成しても良い。また、上記各実施の形態では、導体パターンを誘電体基板の上面または底面の少なくとも一方に形成する構成例について説明したが、誘電体基板を例えば多層基板として、導体パターンをその内層に形成しても良い。

１…第１のアンテナ、２…第２のアンテナ、３…送信回路、４…受信回路、５…第１の誘電体基板、６…第２の誘電体基板、１１…第１のλ／２共振器、１２…第２のλ／２共振器、１３…信号源、１４…第２の接続線、１５…第１の接続線、１６…中心線、１７…距離ｘ０だけ離れた位置、１８…グランド電極、２０…第１のキャパシタ、２１…第１のコンデンサ電極、２１Ａ…一方の端部、２２…第２のコンデンサ電極、２２Ａ…一方の端部、２２Ｂ…第１の接続導体、３０…第２のキャパシタ、３１…第１のコンデンサ電極、３１Ａ…他方の端部、３２…第２のコンデンサ電極、３２Ａ…他方の端部、３２Ｂ…第２の接続導体、３３…第１のコンデンサ電極、３４…第２のコンデンサ電極、４１…第１のチップコンデンサ、４２…第２のチップコンデンサ、５１…第１のλ／４共振器、５２…第２のλ／４共振器、５６…短絡端の位置、５７…距離ｘ０だけ離れた位置、ｉ…電流。

Claims (11)

1. それぞれが開放端を有し、互いの前記開放端同士が対向するように互いに並列的に配置された第１および第２の共振器と、
   互いに対向する前記開放端同士を接続するキャパシタと
   を備えた無線通信用アンテナ。
2. 前記第１および第２の共振器は、流れる電流の向きが互いに逆となる共振モードで信号の伝搬を行う
   請求項１に記載の無線通信用アンテナ。
3. 前記第１および第２の共振器は、導体線路を用いた線路型共振器で構成され、
   前記キャパシタは、前記第１および第２の共振器の開放端側に形成された導体による電極パターンよりなる
   請求項１に記載の無線通信用アンテナ。
4. 前記キャパシタは、前記第１および第２の共振器とは別部品のコンデンサ素子である
   請求項１に記載の無線通信用アンテナ。
5. 前記第１の共振器は、両端が開放端とされた第１のλ／２共振器であり、
   前記第２の共振器は、両端が開放端とされた第２のλ／２共振器であり、
   前記キャパシタは、第１のキャパシタと第２のキャパシタとからなり、
   前記第１のキャパシタは、前記第１のλ／２共振器の一方の開放端と前記第２のλ／２共振器の一方の開放端とに接続され、
   前記第２のキャパシタは、前記第１のλ／２共振器の他方の開放端と前記第２のλ／２共振器の他方の開放端とに接続されている
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の無線通信用アンテナ。
6. 前記第１のλ／２共振器において共振中心位置に対して所定の距離だけ離れた位置に信号源の一端が接続されていると共に、前記信号源の他端が接地されている
   請求項５に記載の無線通信用アンテナ。
7. 前記第１のλ／２共振器において共振中心位置に対して所定の距離だけ離れた位置に信号源の一端が接続されていると共に、前記第２のλ／２共振器の共振中心位置に前記信号源の他端が接続されている
   請求項５に記載の無線通信用アンテナ。
8. 前記第１の共振器は、一端が開放端とされ他端が短絡端とされた第１のλ／４共振器であり、
   前記第２の共振器は、一端が開放端とされ他端が短絡端とされた第２のλ／４共振器である
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の無線通信用アンテナ。
9. 前記第１のλ／４共振器の短絡端に対して所定の距離だけ離れた位置に信号源の一端が接続されていると共に、前記信号源の他端が接地されている
   請求項８に記載の無線通信用アンテナ。
10. 信号の送信を行う第１のアンテナと、
    前記第１のアンテナから送信された信号の受信を行う第２のアンテナと
    を備え
    前記第１のアンテナは、
    それぞれが開放端を有し、互いの前記開放端同士が対向するように互いに並列的に配置された第１および第２の共振器と、
    互いに対向する前記開放端同士を接続するキャパシタと
    を有する無線通信装置。
11. 前記第１のアンテナは信号の受信を行う機能をさらに有すると共に、前記第２のアンテナは信号の送信を行う機能をさらに有し、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間で双方向に信号の送受信を行うようになされ、
    前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとがそれぞれ、
    それぞれが開放端を有し、互いの前記開放端同士が対向するように互いに並列的に配置された第１および第２の共振器と、
    互いに対向する前記開放端同士を接続するキャパシタと
    を有する請求項１０に記載の無線通信装置。

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