JP2016005065A - 磁界アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】所望の方向以外に漏れる磁界を小さくできる磁界アンテナを提供する。
【解決手段】ブランチ１１、１２は共にｚ（ｚ＋）方向を向くので、磁力線Ｈは主にその方向にしか存在せず、ｚ（ｚ−）方向の磁力線は極めて少ない（磁界は極めて小さい）。よって、ｚ（ｚ−）方向に金属があっても、磁界分布の乱れを極めて少なくできるという効果がある。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁界アンテナに関するものである。

磁界を利用した近距離無線通信システムが提案されている(特許文献１)。電波の距離減衰特性は20dB/decに留まるが、磁界の減衰特性は60dB/decと急峻である。したがって磁界を利用した無線通信システムにおいては、通信エリア外で磁界強度が急激に減衰するので、エリア近傍の障害物からの反射波の影響を受けにくいというメリットがある。

特開２０１３−１２５９９１号公報 特開２０１３−１２５９９８号公報

磁界を生成する磁界アンテナとして、図８に示すようなループアンテナが利用される(特許文献２)。ループアンテナの特徴として、ループ面を対称に表と裏の双方に磁界（磁力線Ｈ）が生成されるという点が挙げられる(図９)。このような特性のデメリットは、例えば、ループアンテナ裏側に導体が存在する場合、磁界が導体と相互作用を起こし、これの影響で、ループアンテナの表側の磁界分布が乱れることである。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所望の方向以外の磁界を小さくできる磁界アンテナを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の磁界アンテナは、同一方向を向くＭ本（ただし、Ｍ＞２）のブランチを有する磁性体と、前記Ｍ本のブランチのうちのＮ本（ただし、Ｎ＜Ｍ）のそれぞれに巻かれ、一方端を信号源の出力端子に接続された本流導体線と、前記Ｍ本のブランチに含まれ且つ前記Ｎ本のブランチに含まれないブランチのそれぞれに巻かれ、一方端を前記信号源のグラウンド端子に接続された支流導体線とを備え、前記各支流導体線の他方端は、いずれかの前記本流導体線の他方端に接続され、前記各本流導体線の他方端は、いずれかの前記支流導体線の他方端に接続されていることを特徴とする。

本発明の磁界アンテナによれば、本流導体線の巻かれたブランチの先端から発生して支流導体線の巻かれたブランチの先端から磁性体に吸収される磁力線は、主にブランチの向く方向に存在するので、その方向以外の磁界を小さくできる。

第１の実施の形態に係る磁界アンテナの平面図を示す。 図１の磁性体の斜視図を示す。 第２の実施の形態に係る磁界アンテナの平面図を示す。 図３の磁性体の斜視図を示す。 第２の実施の形態に係る磁界アンテナに使用される磁性体の斜視図を示す。 第４の実施の形態に係る磁界アンテナ（配線例１）の平面図を示す。 第４の実施の形態に係る磁界アンテナ（配線例２）の平面図を示す。 従来の磁界アンテナの一例を示す。 図８に示す磁界アンテナ近傍の磁力線分布を示す。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

各実施の形態に係る磁界アンテナは、詳しくは後述するが、同一方向を向くＭ本（ただし、Ｍ＞２）のブランチを有する磁性体と、Ｍ本のブランチのうちのＮ本（ただし、Ｎ＜Ｍ）のそれぞれに巻かれ、一方端を信号源の出力端子に接続された本流導体線と、Ｍ本のブランチに含まれ且つＮ本のブランチに含まれないブランチのそれぞれに巻かれ、一方端を信号源のグラウンド端子に接続された支流導体線とを備え、各支流導体線の他方端は、いずれかの本流導体線の他方端に接続され、各本流導体線の他方端は、いずれかの支流導体線の他方端に接続されていることを特徴とする。

[第１の実施の形態]
図１は、第１の実施の形態に係る磁界アンテナの平面図を示し、図２は、図１の磁性体の斜視図を示す。Ｍは２、Ｎは１である。図２では、本流導体線、支流導体線、信号源等を図示省略する。

すなわち、磁界アンテナは、ｚ（ｚ＋）方向を向く２本のブランチ１１、１２を有する磁性体１と、２本のブランチのうちの１本（１１）に巻かれ、一方端２Ｈ１を信号源１０の出力端子１０１に接続された本流導体線２Ｈと、２本のブランチ１１、１２に含まれ且つ１本のブランチ１１に含まれないブランチ１２に巻かれ、一方端２Ｓ１を信号源１０のグラウンド端子１０２に接続された支流導体線２Ｓとを備える。

また、支流導体線２Ｓの他方端２Ｓ２は、本流導体線２Ｈの他方端２Ｈ２に接続され、すなわち、本流導体線２Ｈの他方端２Ｈ２は、支流導体線２Ｓの他方端２Ｓ２に接続されている。グラウンド端子１０２は接地されている。

磁性体１は、いわゆるＵ字形である。

例えば、支流導体線２Ｓの一方端２Ｓ１は可変抵抗ＶＲを介して信号源１０のグラウンド端子１０２に接続されている。

信号源１０から電流ｉを供給すると、ブランチ１１の先端から磁力線Ｈが発生し、磁力線Ｈはブランチ１２の先端から磁性体１内に吸収される。可変抵抗ＶＲを使って電流ｉを調整することにより、磁力線Ｈの強度を調整できる。なお、調整が不要なら可変抵抗は不要である。

ブランチ１１、１２は共にｚ（ｚ＋）方向を向くので、磁力線Ｈは主にその方向にしか存在せず、ｚ（ｚ−）方向の磁力線は極めて少ない（磁界は極めて小さい）。よって、ｚ（ｚ−）方向に金属があっても、磁界分布の乱れを極めて少なくできるという効果がある。

[第２の実施の形態]
図３は、第２の実施の形態に係る磁界アンテナの平面図を示し、図４は、図３の磁性体の斜視図を示す。Ｍは３、Ｎは１である。図４では、本流導体線、支流導体線、信号源等を図示省略する。

すなわち、磁界アンテナは、ｚ（ｚ＋）方向を向く３本のブランチ１１、１２、１３を有する磁性体１と、３本のブランチのうちの１本（１１）に巻かれ、一方端２Ｈ１を信号源１０の出力端子１０１に接続された本流導体線２Ｈと、３本のブランチ１１、１２、１３に含まれ且つ１本のブランチ１１に含まれないブランチ１２、１３のそれぞれに巻かれ、一方端２Ｓ１を信号源１０のグラウンド端子１０２に接続された支流導体線２Ｓとを備える。

また、支流導体線２Ｓの他方端２Ｓ２は、本流導体線２Ｈの他方端２Ｈ２に接続され、すなわち、本流導体線２Ｈの他方端２Ｈ２は、支流導体線２Ｓの他方端２Ｓ２に接続されている。グラウンド端子１０２は接地されている。

磁性体１は、いわゆるＥ字形である。すなわち、ｚ方向の逆方向に磁性体１を見て、１（＝Ｎ）本のブランチ１１は、残りの各ブランチ１２、１３の位置を結ぶ直線のいずれかの位置（例えば、中点）に配置されている。

例えば、ブランチ１２に巻かれた支流導体線２Ｓの一方端２Ｓ１は可変抵抗ＶＲ１を介して信号源１０のグラウンド端子１０２に接続されている。

また、ブランチ１３に巻かれた支流導体線２Ｓの一方端２Ｓ１は可変抵抗ＶＲ１を介して信号源１０のグラウンド端子１０２に接続されている。

信号源１０から電流ｉを供給すると、ブランチ１１の先端から磁力線Ｈが発生し、磁力線Ｈはブランチ１２、１３の先端から磁性体１内に吸収される。可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２を使って電流ｉ１、ｉ２を調整することにより、磁力線Ｈの強度を個別に調整できる。なお、調整が不要なら可変抵抗は不要である。

ブランチ１１、１２、１３は共にｚ（ｚ＋）方向を向くので、磁力線Ｈは主にその方向にしか存在せず、ｚ（ｚ−）方向の磁力線は極めて少ない（磁界は極めて小さい）。よって、ｚ（ｚ−）方向に金属があっても、磁界分布の乱れを極めて少なくできるという効果がある。

[第３の実施の形態]
図５は、第２の実施の形態に係る磁界アンテナに使用される磁性体の斜視図を示す。図では、本流導体線、支流導体線、信号源等を省略する。Ｍは５、Ｎは１である。

すなわち、磁界アンテナは、ｚ（ｚ＋）方向を向く５本のブランチ１１、１２、１３、１４、１５を有する磁性体１を備える。図示しないが、磁界アンテナは、５本のブランチのうちの１本（１１）に巻かれ、一方端を信号源の出力端子に接続された本流導体線と、５本のブランチ１１、１２、１３、１４、１５に含まれ且つ１本のブランチ１１に含まれないブランチ１２、１３、１４、１５のそれぞれに巻かれ、一方端を信号源のグラウンド端子に接続された支流導体線とを備える。また、支流導体線の他方端は、本流導体線の他方端に接続され、すなわち、本流導体線の他方端は、支流導体線の他方端に接続されている。グラウンド端子は接地されている。

なお、第１の実施の形態、第２の実施の形態のように、可変抵抗を設けてもよい。

また、ｚ方向の逆方向に磁性体１を見て、１（＝Ｎ）本のブランチ１１が円の中心に配置されているとした場合、各ブランチ１２、１３、１４、１５は、円の円周のいずれかの位置に配置されている。なお、支流導体線および支流導体線が巻かれるブランチの数は共に４だが、３または５以上でもよい。また、その位置は、円周を均等分割する境界であることが好ましい。

信号源から電流を供給すると、ブランチ１１の先端から磁力線Ｈが発生し、磁力線Ｈはブランチ１２、１３、１４、１５の先端から磁性体１内に吸収される。可変抵抗を使って電流を調整することにより、磁力線Ｈの強度を調整できる。なお、調整が不要なら可変抵抗は不要である。

ブランチ１１、１２、１３、１４、１５は共にｚ（ｚ＋）方向を向くので、磁力線Ｈは主にその方向にしか存在せず、ｚ（ｚ−）方向の磁力線は極めて少ない（磁界は極めて小さい）。よって、ｚ（ｚ−）方向に金属があっても、磁界分布の乱れを極めて少なくできるという効果がある。

[第４の実施の形態]
図６は、第４の実施の形態に係る磁界アンテナ（配線例１）の平面図を示す。Ｍは５、Ｎは２である。

すなわち、磁界アンテナは、ｚ（ｚ＋）方向を向く５本のブランチ１１、１２、１３、１４、１５を有する磁性体１と、５本のブランチのうちの２本（１１、１２）のそれぞれに巻かれ、一方端２Ｈ１を信号源１０の出力端子１０１に接続された本流導体線２Ｈと、５本のブランチ１１、１２、１３、１４、１５に含まれ且つ２本のブランチ１１、１２に含まれないブランチ１３、１４、１５のそれぞれに巻かれ、一方端２Ｓ１を信号源１０のグラウンド端子１０２に接続された支流導体線２Ｓとを備える。

また、ブランチ１３、１４に巻かれた支流導体線２Ｓの他方端２Ｓ２は、ブランチ１１に巻かれた本流導体線２Ｈの他方端２Ｈ２に接続される。ブランチ１５に巻かれた支流導体線２Ｓの他方端２Ｓ２は、ブランチ１２に巻かれた本流導体線２Ｈの他方端２Ｈ２に接続される。すなわち、本流導体線２Ｈの他方端２Ｈ２は、支流導体線２Ｓの他方端２Ｓ２に接続されている。グラウンド端子１０２は接地されている。

例えば、ブランチ１３に巻かれた支流導体線２Ｓの一方端２Ｓ１は可変抵抗ＶＲ１を介して信号源１０のグラウンド端子１０２に接続されている。

また、ブランチ１４に巻かれた支流導体線２Ｓの一方端２Ｓ１は可変抵抗ＶＲ２を介して信号源１０のグラウンド端子１０２に接続されている。

また、ブランチ１５に巻かれた支流導体線２Ｓの一方端２Ｓ１は可変抵抗ＶＲ３を介して信号源１０のグラウンド端子１０２に接続されている。

信号源１０から電流ｉを供給すると、ブランチ１１の先端から磁力線Ｈが発生し、磁力線Ｈはブランチ１３、１４の先端から磁性体１内に吸収される。可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２を使って電流ｉ１、ｉ２を調整することにより、磁力線Ｈの強度を個別に調整できる。なお、調整が不要なら可変抵抗は不要である。

また、信号源１０から電流ｉを供給すると、ブランチ１２の先端から磁力線Ｈが発生し、磁力線Ｈはブランチ１５の先端から磁性体１内に吸収される。可変抵抗ＶＲ３を使って電流ｉ３を調整することにより、磁力線Ｈの強度を調整できる。なお、調整が不要なら可変抵抗は不要である。

ブランチ１１、１２、１３、１４、１５は共にｚ（ｚ＋）方向を向くので、磁力線Ｈは主にその方向にしか存在せず、ｚ（ｚ−）方向の磁力線は極めて少ない（磁界は極めて小さい）。よって、ｚ（ｚ−）方向に金属があっても、磁界分布の乱れを極めて少なくできるという効果がある。

また、図のように、前者の磁力線Ｈが存在する空間と後者の磁力線Ｈが存在する空間を分離させ、磁力線がほとんど存在しない空間Ａを意図的に作ることができる。例えば、前者の磁力線が存在する空間と後者の磁力線が存在する空間とで異なるサービスを提供するなどの応用が可能である。

図７は、第４の実施の形態に係る磁界アンテナ（配線例２）の平面図を示す。Ｍは５、Ｎは２である。

すなわち、磁界アンテナは、ｚ（ｚ＋）方向を向く５本のブランチ１１、１２、１３、１４、１５を有する磁性体１と、５本のブランチのうちの２本（１１、１２）のそれぞれに巻かれ、一方端２Ｈ１を信号源１０（又は信号源１０Ａ）の出力端子１０１に接続された本流導体線２Ｈと、５本のブランチ１１、１２、１３、１４、１５に含まれ且つ２本のブランチ１１、１２に含まれないブランチ１３、１４、１５のそれぞれに巻かれ、一方端２Ｓ１を信号源１０（又は信号源１０Ａ）のグラウンド端子１０２に接続された支流導体線２Ｓとを備える。

ブランチ１１に巻かれた本流導体線の一方端は信号源１０の出力端子に接続され、ブランチ１２に巻かれた本流導体線の一方端は信号源１０Ａの出力端子に接続される。ブランチ１３、１４に巻かれた支流導体線の一方端は、信号源１０のグラウンド端子に接続され、ブランチ１５に巻かれた支流導体線の一方端は、信号源１０Ａのグラウンド端子に接続される。

また、ブランチ１３、１４に巻かれた支流導体線２Ｓの他方端２Ｓ２は、ブランチ１１に巻かれた本流導体線２Ｈの他方端２Ｈ２に接続され、ブランチ１５に巻かれた支流導体線２Ｓの他方端２Ｓ２は、ブランチ１２に巻かれた本流導体線２Ｈの他方端２Ｈ２に接続され、すなわち、本流導体線２Ｈの他方端２Ｈ２は、支流導体線２Ｓの他方端２Ｓ２に接続されている。

２つのグラウンド端子１０２は接地されている。

例えば、ブランチ１３に巻かれた支流導体線２Ｓの一方端２Ｓ１は可変抵抗ＶＲ１を介して信号源１０のグラウンド端子１０２に接続されている。

また、ブランチ１４に巻かれた支流導体線２Ｓの一方端２Ｓ１は可変抵抗ＶＲ２を介して信号源１０のグラウンド端子１０２に接続されている。

また、ブランチ１５に巻かれた支流導体線２Ｓの一方端２Ｓ１は可変抵抗ＶＲ３を介して信号源１０Ａのグラウンド端子１０２に接続されている。

信号源１０から電流ｉを供給すると、ブランチ１１の先端から磁力線Ｈが発生し、磁力線Ｈはブランチ１３、１４の先端から磁性体１内に吸収される。可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２を使って電流ｉ１、ｉ２を調整することにより、磁力線Ｈの強度を個別に調整できる。なお、調整が不要なら可変抵抗は不要である。

また、信号源１０Ａから電流ｉａを供給すると、ブランチ１２の先端から磁力線Ｈが発生し、磁力線Ｈはブランチ１５の先端から磁性体１内に吸収される。可変抵抗ＶＲ３を使って電流ｉａを調整することにより、磁力線Ｈの強度を調整できる。なお、調整が不要なら可変抵抗は不要である。

ブランチ１１、１２、１３、１４、１５は共にｚ（ｚ＋）方向を向くので、磁力線Ｈは主にその方向にしか存在せず、ｚ（ｚ−）方向の磁力線は極めて少ない（磁界は極めて小さい）。よって、ｚ（ｚ−）方向に金属があっても、磁界分布の乱れを極めて少なくできるという効果がある。

また、図のように、前者の磁力線Ｈが存在する空間と後者の磁力線Ｈが存在する空間を分離させ、磁力線がほとんど存在しない空間Ａを意図的に作ることができる。前者の磁力線が存在する空間と後者の磁力線が存在する空間とで異なるサービスを提供するなどの応用が可能である。

１…磁性体
２Ｈ…本流導体線
２Ｈ１…本流導体線の一方端
２Ｈ２…本流導体線の他方端
２Ｓ…支流導体線
２Ｓ１…支流導体線の一方端
２Ｓ２…支流導体線 他方端
１０、１０Ａ…信号源
１１、１２、１３、１４、１５…ブランチ
１０１…信号源の出力端子
１０２…信号源のグラウンド端子
ｉ、ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉａ…電流
ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３…可変抵抗

Claims (5)

1. 同一方向を向くＭ本（ただし、Ｍ＞２）のブランチを有する磁性体と、
   前記Ｍ本のブランチのうちのＮ本（ただし、Ｎ＜Ｍ）のそれぞれに巻かれ、一方端を信号源の出力端子に接続された本流導体線と、
   前記Ｍ本のブランチに含まれ且つ前記Ｎ本のブランチに含まれないブランチのそれぞれに巻かれ、一方端を前記信号源のグラウンド端子に接続された支流導体線とを備え、
   前記各支流導体線の他方端は、いずれかの前記本流導体線の他方端に接続され、
   前記各本流導体線の他方端は、いずれかの前記支流導体線の他方端に接続されていることを特徴とする磁界アンテナ。
2. 前記Ｍは２、前記Ｎは１であることを特徴とする請求項１記載の磁界アンテナ。
3. 前記Ｍは３、前記Ｎは１であり、
   前記同一方向の逆方向に前記磁性体を見て、前記Ｎ本のブランチは、残りの各ブランチの位置を結ぶ直線のいずれかの位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁界アンテナ。
4. 前記Ｍは４以上、前記Ｎは１であり、
   前記同一方向の逆方向に前記磁性体を見て、前記Ｎ本のブランチが円の中心に配置されているとした場合、
   残りの各ブランチは、前記円の円周のいずれかの位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁界アンテナ。
5. 前記残りの各ブランチの位置は、前記円周を均等分割する境界であることを特徴とする請求項４記載の磁界アンテナ。
   

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