JP2012147295A - Antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンテナに関するものである。 The present invention relates to an antenna.
ループの全長が1波長より十分に小さいループアンテナを微小ループアンテナと呼んでいる。微小ループアンテナは、例えばページャなどの携帯無線通信装置において広く用いられている。ここで、微小ループアンテナの入力抵抗は一般にきわめて小さいので、多巻き構造とし、入力抵抗のステップアップを図った多巻き微小ループアンテナが考案されている。微小ループアンテナは磁流アンテナとして動作し、金属板や人体などが接近したときにも良好なアンテナ利得特性が得られることが知られている。(例えば、特許文献1〜3参照)。
A loop antenna whose total length of the loop is sufficiently smaller than one wavelength is called a micro loop antenna. The micro loop antenna is widely used in a portable wireless communication device such as a pager. Here, since the input resistance of the micro loop antenna is generally extremely small, a multi-turn micro loop antenna having a multi-winding structure and increasing the input resistance has been devised. It is known that a minute loop antenna operates as a magnetic current antenna, and good antenna gain characteristics can be obtained even when a metal plate or a human body approaches. (For example, see
すなわちループアンテナは人体や導体との距離によるアンテナ利得の変動が小さいという特徴を持つため、機器間で相互に通信を行うときに受信電界レベルを測定することにより、相手機器までの距離を測る用途にも適した構成である。ここで、アンテナからの電力放射によって、機器自体の筐体に高周波電流が流れてアンテナ利得が変動する(電流アンテナのとしての性質を持つ)ことがあるが、これを避けるためには、ループアンテナの両端より平衡給電する給電形態をとることが効果的である。 In other words, the loop antenna has the characteristic that the fluctuation of the antenna gain due to the distance to the human body and conductor is small, so it can be used to measure the distance to the other device by measuring the received electric field level when communicating between devices It is also suitable for the configuration. Here, due to the power radiation from the antenna, a high-frequency current may flow in the casing of the device itself, and the antenna gain may fluctuate (having a property as a current antenna). To avoid this, a loop antenna may be used. It is effective to adopt a power supply form in which balanced power is supplied from both ends of the.
しかしながら、従来技術の多巻き構造としたループアンテナでは、上記のように平衡給電を行っても、金属板や人体などの導体との距離によりアンテナ利得が変化するという課題があった。 However, the conventional loop antenna having a multi-winding structure has a problem that the antenna gain varies depending on the distance from a conductor such as a metal plate or a human body even when balanced feeding is performed as described above.
ループアンテナのアンテナ利得を改善するために、多巻き構造を用いる。しかし多巻き構造とした場合、ループアンテナのループ軸方向の長さが大きくなり、本来の磁流アンテナとしての性質に加え、電流アンテナとしての性質も生じてしまう。そして、機器自体の筐体に高周波電流が流れてします。この筐体に流れた高周波電流は、筐体やアンテナと金属板や人体などの導体との距離により大きく変動する。これによりアンテナの利得が変化し、上記の様な相手との距離を測る用途に用いた場合、距離検知精度が悪化してしまうという問題があった。 A multi-winding structure is used to improve the antenna gain of the loop antenna. However, when the multi-winding structure is adopted, the length of the loop antenna in the loop axis direction becomes large, and the properties as a current antenna are produced in addition to the properties as an original magnetic current antenna. A high-frequency current flows through the housing of the device itself. The high-frequency current flowing through the housing greatly varies depending on the distance between the housing or the antenna and a conductor such as a metal plate or a human body. As a result, the gain of the antenna is changed, and there is a problem that the distance detection accuracy is deteriorated when the antenna is used for the purpose of measuring the distance to the other party as described above.
本発明の目的は以上の問題点を解決し、導体とアンテナとの距離に依らず、従来のループアンテナに比較してアンテナ利得の変動が小さいアンテナ装置と、それを用いた無線通信装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above problems and provide an antenna device having a smaller variation in antenna gain than a conventional loop antenna regardless of the distance between the conductor and the antenna, and a wireless communication device using the antenna device There is to do.
前記従来の課題を解決するために、本発明のアンテナは、誘電体基板と、誘電体基板に対して垂直に形成した第1ループ素子、第2ループ素子及び第3ループ素子を備え、第1ループ素子、第2ループ素子、第3ループ素子の順で隣り合うように設置し、かつそれぞ
れが向かい合うように設置し、少なくとも隣り合わない第1ループ素子と第3ループ素子との端点を接続する箇所を設けたものである。
In order to solve the above-described conventional problems, an antenna according to the present invention includes a dielectric substrate, and a first loop element, a second loop element, and a third loop element that are formed perpendicular to the dielectric substrate. Install the loop element, the second loop element, and the third loop element so that they are adjacent to each other in order, and connect the end points of the first and third loop elements that are not adjacent to each other. A place is provided.
以上説明したように、本発明によれば、多巻きのループアンテナ構成としたときに無線機器の筐体に高周波電流が流れることを抑えることができるため、金属面や人体などの導体に接近していても離れていても、アンテナ利得の変化が非常に小さい。そのため、相手機器から信号の受信レベルを測定することにより、相手機器までの距離を検出したときの誤差を小さくすることができる。更に本発明によれば、上記特徴を安価な構成により実現することが可能となる。 As described above, according to the present invention, when a multi-turn loop antenna configuration is used, it is possible to suppress a high-frequency current from flowing through the housing of the wireless device, so that it is close to a conductor such as a metal surface or a human body. The change in antenna gain is very small whether it is far or away. Therefore, by measuring the signal reception level from the counterpart device, the error when detecting the distance to the counterpart device can be reduced. Furthermore, according to the present invention, the above features can be realized with an inexpensive configuration.
第1の発明は、誘電体基板と、誘電体基板に対して垂直に形成した第1ループ素子、第2ループ素子及び第3ループ素子を備えたアンテナにおいて、第1ループ素子、第2ループ素子、第3ループ素子の順で隣り合うように設置し、かつそれぞれが向かい合うように設置し、少なくとも隣り合わない第1ループ素子と第3ループ素子との端点を接続する箇所を設けたものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an antenna including a dielectric substrate and a first loop element, a second loop element, and a third loop element formed perpendicular to the dielectric substrate. The third loop elements are arranged so as to be adjacent to each other in order, and are arranged so as to face each other, and at least a place for connecting the end points of the first loop element and the third loop element that are not adjacent to each other is provided. .
第2の発明は、特に第1の発明において、誘電体基板は2層以上の導電体層を備え、第1ループ素子と第3ループ素子との端点を接続する層と、隣り合う第1ループ素子と第2ループ素子、または第2ループ素子と第3ループ素子との端点を接続する層を異なる層とするものである。 In a second aspect of the invention, particularly in the first aspect of the invention, the dielectric substrate includes two or more conductor layers, and the first loop adjacent to the layer connecting the end points of the first loop element and the third loop element. The layers connecting the end points of the element and the second loop element or the second loop element and the third loop element are different layers.
第3の発明は、特に第2の発明において、2層以上の導電体層からなる誘電体基板はスルーホール構造とするものである。 According to a third invention, particularly in the second invention, the dielectric substrate comprising two or more conductor layers has a through-hole structure.
また、第4の発明は特に第3の発明において、第1ループ素子、第2ループ素子、第3ループ素子を、線形状の金属材料を折り曲げて形成するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the first loop element, the second loop element, and the third loop element are formed by bending a linear metal material.
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。同様のものについては同一の符号を付し、詳細説明を省略する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Similar components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るアンテナ101の構成を示す斜視図である。図1において、第1の実施形態に係るアンテナ101は、3回巻きループアンテナの巻き構造に特徴がある。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an
図1において、誘電体基板1の表面には無線回路3、バラン4、第1の平衡給電端子5および第2の平衡給電端子6が形成されている。また、誘電体基板1の裏面はグランドパターン2が構成されている。ここで、誘電体基板1は2層以上の導電体層からなり、スルーホール構造である。
In FIG. 1, a
無線回路3の高周波入出力端子がバラン4の入力端子に接続され、バラン4の平衡出力
端子が第1の平衡給電端子5および第2の平衡給電端子6に接続されている。ここで、バラン4とは、不平衡信号と平衡信号とを変換する回路であり、無線回路3の不平衡信号を平衡信号出力に変換するものである。具体的には、バラン4は+90度および−90度位相器からなる構成や、フェライト材料とコイルから成るメガネバラン構造などで構成することができ、それ以外にも任意の方法で平衡−不平衡変換を行う回路を用いることができる。
The high frequency input / output terminal of the
そして、ループアンテナ101の一端は第1の平衡給電端子5に接続され、ループアンテナ101の他端が第2の平衡給電端子6に接続される。ここで、ループアンテナ101にバラン4の出力である平衡信号を入力するのは、無線機の筐体すなわち誘電体基板1に高周波信号を流さないためである。平衡給電を行うことにより、第1の平衡給電端子5から流出した高周波電流は全て第2の平衡給電端子6に流入する。あるいはその逆も同様である。そのため誘電体基板1に高周波電流が流れることを抑えることができる。
One end of the
ループアンテナ101は、図1に示すように、第1ループ素子7、第2ループ素子8および第3ループ素子9が一列に並んで配置される。ここで、ループ素子は図1に示されるように閉ループ構造ではなく、両端が開放されたオープンループ構造をとっている。また、ループ素子の軸(図1中に破線で記載)が互いに一直線上にくるように配置されている。
As shown in FIG. 1, in the
ループアンテナ101では、線形状の金属材料を折り曲げて形成された第1ループ素子7、第2ループ素子8および第3ループ素子9を直列に接続することにより3回巻きのループアンテナを形成するが、その接続方法に特徴がある。
In the
すなわち、第1ループ素子7の一端10が第1の平衡給電端子5に接続され、第1ループ素子7の他端11は第3ループ素子9の一端14に接続される。更に、第2ループ素子8の一端12が第3ループ素子9の他端15に接続され、第2ループ素子8の他端13が第2の平衡給電端子6に接続される。このように、隣り合う各ループ素子を順番に接続するのではなく、一つ飛ばしで接続する構造をとる。
That is, one
さらに、図1において各ループ素子の接続配線が一つの平面付近で交差し、各ループ素子の端は同一平面上ないし同一平面付近にあり、この平面内で配線が交差している。 Further, in FIG. 1, the connection wirings of the loop elements intersect in the vicinity of one plane, and the ends of the loop elements are on the same plane or in the vicinity of the same plane, and the wirings intersect in this plane.
ここで、比較例として図4を示す。図4に示されるループアンテナ401は、隣り合うループ素子を順番に接続し、アンテナの先端(第3ループ素子)から第2の平衡給電端子に接続されている。ループ構造のループの軸に対する対称性を考えると、図4の構成は対象性が大きく崩れていることがわかる。第1の平衡給電端子5から第1ループ素子までの配線長が比較的短いのに対して、第2の平衡給電端子6から第3ループ素子までの配線長が長くなっているからである。
Here, FIG. 4 is shown as a comparative example. The
一方、図1の構成では、第1の平衡給電端子5から第1ループ素子7までの配線長と第2の平衡給電端子6から第2ループ素子8までの配線長の差が小さくなっている。他の接続点における配線構造も図1の方がループ素子の軸を基準として対称的に配線され、配線長の差が小さい。このような構造により、平衡状態の崩れ(不平衡成分の増大)が抑えられ、これにより誘電体基板1に不要な高周波電流が流れることを避けることができる。
On the other hand, in the configuration of FIG. 1, the difference between the wiring length from the first balanced
さらに、各ループ素子の接続配線が一つの平面付近で交差し、各ループ素子の端が同一平面上ないし同一平面付近にあり、この平面内で配線が交差することで、アンテナ構造が簡素化され、コストダウンが可能となる。 In addition, the connection wiring of each loop element intersects in the vicinity of one plane, and the ends of each loop element are on the same plane or in the vicinity of the same plane. Cost reduction is possible.
なお、本実施の形態では、ループアンテナ101として、第1ループ素子7、第2ループ素子8および第3ループ素子9を直列に接続することによる3回巻きのループアンテナを例としたが、図2に示すように3回巻き以上のループアンテナとしてもよい。
In the present embodiment, the
[2回巻きについて]
図2に示すループアンテナ201では、図1と比較してさらに第4ループ素子16を設けており、第2ループ素子8の一端12が第4ループ素子16の他端18に接続され、第3ループ素子9の他端15が第4ループ素子16の一端17に接続される。
[About 2 turns]
In the
以上のような接続方法をとることにより、各ループ素子の接続配線がループ素子の軸に対して対称的ないし対称に近い形となるため、不平衡成分の発生を避けることができ、導体の距離によりアンテナ利得が変化することが避けられ、アンテナ利得を一定に保つことができる。 By adopting the connection method described above, the connection wiring of each loop element becomes symmetrical or nearly symmetrical with respect to the axis of the loop element, so that the occurrence of an unbalanced component can be avoided, and the conductor distance Therefore, the antenna gain can be prevented from changing, and the antenna gain can be kept constant.
[3回巻きについて]
また、図3に示すループアンテナ301は、図2と比較してさらに第5ループ素子17を設けており、図3に示す接続方法とすることで、各ループ素子の接続配線がループ素子の軸に対して対称的ないし対称に近い形とし、不平衡成分の発生を避けながら5回巻きのループアンテナを形成することができる。
[About 3 turns]
Further, the
[N回巻きについて]
最後に、ループアンテナの巻き数がN回の場合の各ループ素子の接続方法について述べる。そこで、誘電体基板1の面に対して水平方向にN個のループ素子を、各ループ素子の軸がほぼ一直線上にくるように配置し、第1の平衡給電端子5および第2の平衡給電端子6に最も近い位置に配置されるループ素子を第1ループ素子とし、以下遠ざかるに従い、第2ループ素子から第Nループ素子を配置する形態を想定する。さらに、第nループ素子(n=1、2、3、・・・・・N)の一端をTn−1と表記し、多端をTn−2と表記する。
[About N turns]
Finally, a connection method of each loop element when the number of turns of the loop antenna is N will be described. Therefore, N loop elements are arranged in the horizontal direction with respect to the surface of the
まず、第1ループ素子の一端T1−1が第1の平衡給電端子5に接続される。また、第2ループ素子一端T2−1が第2の平衡給電端子6に接続される。そして、その他のループ素子については、nが奇数であるか偶数であるかで接続方法が変わる。
First, one end T <b> 1-1 of the first loop element is connected to the first balanced
まず、nが奇数である場合は、第nループ素子の一端Tn−1を第(n−2)ループ素子の多端T(n−2)−2に接続し、第nループ素子の多端Tn−2が第(n+2)ループ素子の一端T(n+2)−1に接続する。 First, when n is an odd number, one end Tn-1 of the n-th loop element is connected to the multi-end T (n-2) -2 of the (n-2) -th loop element, and the multi-end Tn-- of the n-th loop element is connected. 2 is connected to one end T (n + 2) −1 of the (n + 2) th loop element.
また、nが偶数である場合は、第nループ素子の一端Tn−1を第(n+2)ループ素子の多端T(n+2)−2に接続し、第nループ素子の多端Tn−2を第(n−2)ループ素子の一端T(n−2)−1に接続する。 When n is an even number, one end Tn-1 of the n-th loop element is connected to the multi-end T (n + 2) -2 of the (n + 2) -th loop element, and the multi-end Tn-2 of the n-th loop element is connected to the ( n-2) Connect to one end T (n-2) -1 of the loop element.
但し上記の例外として、n=N−1である第nループ素子については、その一端Tn−1が第Nのループ素子の多端TN−2に接続される。あるいは、n=N−1である第nループ素子については、その多端Tn−2が第Nループ素子の一端TN−1に接続される。 However, as an exception to the above, for the n-th loop element in which n = N-1, one end Tn-1 is connected to the multi-end TN-2 of the N-th loop element. Alternatively, for the n-th loop element in which n = N-1, the multi-end Tn-2 is connected to one end TN-1 of the N-th loop element.
上記のようなルールに則って各ループ素子間を接続することにより、ループ構造の対称性を崩すことなくループアンテナを構成できる。 By connecting the loop elements according to the above rules, a loop antenna can be configured without breaking the symmetry of the loop structure.
なお、巻き数に関わらず各ループ素子の接続配線の交差は同一平面内ないし同一平面付近で構成することで、ループ構造が簡単になりコストダウンが可能となる。 It should be noted that the intersection of the connection wirings of the respective loop elements is configured in the same plane or in the vicinity of the same plane regardless of the number of windings, thereby simplifying the loop structure and reducing the cost.
また、本実施の形態に示すアンテナを無線通信装置に備えることで、金属面や人体などの導体に対する影響度が小さくなり、安定した無線通信を行うことができる。 In addition, by providing the wireless communication device with the antenna described in this embodiment, the degree of influence on a conductor such as a metal surface or a human body is reduced, and stable wireless communication can be performed.
以上のように、本発明にかかるアンテナ及びそのアンテナを用いた無線通信装置によれば、金属面や人体などの導体に対する影響度が小さくなり、安定した無線通信を行うことができる。 As described above, according to the antenna and the wireless communication apparatus using the antenna according to the present invention, the degree of influence on a conductor such as a metal surface or a human body is reduced, and stable wireless communication can be performed.
1 誘電体基板
2 グランドパターン
3 無線回路
4 バラン
5 第1の平衡給電端子
6 第2の平衡給電端子
7 第1ループ素子
8 第2ループ素子
9 第3ループ素子
16 第4ループ素子
19 第5ループ素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1ループ素子、第2ループ素子、第3ループ素子の順で隣り合うように設置し、かつそれぞれが向かい合うように設置し、
少なくとも隣り合わない前記第1ループ素子と前記第3ループ素子との端点を接続する箇所を設けたアンテナ。 In an antenna including a dielectric substrate and a first loop element, a second loop element, and a third loop element formed perpendicular to the dielectric substrate,
The first loop element, the second loop element, and the third loop element are installed so as to be adjacent to each other in this order, and are installed so as to face each other.
The antenna which provided the location which connects the end point of the said 1st loop element and said 3rd loop element which are not adjacent at least.
前記第1ループ素子と前記第3ループ素子との端点を接続する層と、
隣り合う前記第1ループ素子と前記第2ループ素子、または前記第2ループ素子と前記第3ループ素子との端点を接続する層を異なる層とする請求項1記載のアンテナ。 The dielectric substrate includes two or more conductor layers,
A layer connecting end points of the first loop element and the third loop element;
2. The antenna according to claim 1, wherein layers that connect end points of the adjacent first loop element and the second loop element or the second loop element and the third loop element are different layers.
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WO2016016964A1 (en) * | 2014-07-30 | 2016-02-04 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Loop antenna and communication control device |
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2011
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