JP4702253B2

JP4702253B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4702253B2
Application number: JP2006277529A
Authority: JP
Inventors: 功寛宮下; 嘉茂吉川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-10-11
Also published as: JP2008098898A

Description

本発明は、ループアンテナを用いたアンテナ装置に関するものである。

近年、情報セキュリティの確保のため、無線による個人認証技術の開発が進められている。具体的には、使用者が無線通信装置を所持し、パソコン、携帯電話、車などの対象物にも無線通信装置が備えられ、無線により常時認証を行う。対象物が使用者の周囲一定範囲内に入ったとき、対象物の制御を可能にする。使用者の周囲一定範囲から外れたときは、対象物の制御を不能にする。

使用者の周囲一定範囲に対象物があるかどうか判断するために、無線による認証通信時に対象物と使用者の距離を無線通信装置にて測定する必要がある。

もっとも簡易な距離測定の方法として受信電界強度による測定がある。距離測定のための特別な回路を必要とせず、無線認証のための無線通信装置を利用して距離が測定できる。

しかしながら、使用者が無線通信装置を所持するため、搭載されているアンテナの利得は人体など導体が近接するとき大きく低下する。

以上の理由により、周囲の環境により受信電界強度が急激に低下する現象が起こり、距離の増大に伴い受信電界強度が低下するという距離と受信電界強度の関係が崩れ、距離測定の精度が大きく劣化する。

従来は、導体によるアンテナ利得の低下を防ぐ方法として、回路基板に対してループ面が垂直である構造をしたループアンテナを使用する方法（特許文献１、特許文献２参照）があった。

この構造のループアンテナの製作方法は、コの字型の導電板を導電パターンが設けられた回路基板に半田付けする方法（特許文献１の図２参照）、ケース内面に金属を蒸着させることにより導電パターンを設け、ケースに設けられた導電パターンと回路基板上の導電パターンを回路基板上に実装された板ばねにより接触させ、電気的に接続する方法（特許文献１の図１１参照）があった。
特開２００５−１０９６０９号公報特開２０００−２４４２１９号公報

しかしながら、上記従来特許文献１の方法では、コの字型の導電板は面実装が困難であり、リフロー半田付けができないため製造コストが高いという課題を有していた。また、ケース内面に金属を蒸着させるとループアンテナの特性のばらつきが大きいという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題に鑑み、面実装が可能であり、特性のばらつきが小さく、回路基板に対してループ面が垂直であるループアンテナを用いたアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のアンテナ装置は、絶縁体からなる回路基板と、前記回路基板上に設けられ、絶縁体からなるアンテナ基板と、前記回路基板上に設けられた給電手段に接続され、形成するループ面が前記回路基板の面に対して略垂直になるように設けられたループアンテナとを、備えたアンテナ装置であって、前記ループアンテナは、前記アンテナ基板の表面上に形成されるパターンと、前記アンテナ基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより構成される前記ループアンテナの上部を形成する第１のアンテナ素子と、前記回路基板の裏面上に形成されるパターンと、前記回路基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより構成される前記ループアンテナの下部を形成する第２のアンテナ素子とを、電気的に接続することにより構成される。

以上のように、本発明は、面実装が可能で、特性のばらつきが小さく、回路基板に対してループ面が垂直であるループアンテナを用いたアンテナ装置を実現することができる。

第１の発明は、絶縁体からなる回路基板と、前記回路基板上に設けられ、絶縁体からなるアンテナ基板と、前記回路基板上に設けられた給電手段に接続され、形成するループ面が前記回路基板の面に対して略垂直になるように設けられたループアンテナとを、備えたアンテナ装置であって、前記ループアンテナは、前記アンテナ基板の表面上に形成されるパターンと、前記アンテナ基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより構成される前記ループアンテナの上部を形成する第１のアンテナ素子と、前記回路基板の裏面上に形成されるパターンと、前記回路基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより構成される前記ループアンテナの下部を形成する第２のアンテナ素子とを、電気的に接続することにより構成される、アンテナ装置である。

この構成により、面実装が可能で、特性のばらつきが小さく、回路基板に対してループ面が垂直であるループアンテナを用いたアンテナ装置を実現することができる。

第２の発明は、絶縁体からなる回路基板と、前記回路基板上に設けられ、絶縁体からなる２組のアンテナ基板と、前記回路基板上に設けられた給電手段に接続され、形成するループ面が前記回路基板の面に対して略垂直になるように設けられた２組のループアンテナとを、備えたアンテナ装置であって、２組の前記ループアンテナはそれぞれ、前記アンテナ基板の表面上に形成されるパターンと、前記アンテナ基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより構成される前記ループアンテナの上部を形成する第１のアンテナ素子と、前記回路基板の裏面上に形成されるパターンと、前記回路基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより構成される前記ループアンテナの下部を形成する第２のアンテナ素子とを、電気的に接続することにより構成され、２組の前記ループアンテナは互いに略直交するように配置される、アンテナ装置である。

この構成により、面実装が可能で、特性のばらつきが小さく、回路基板に対してループ面が垂直であるループアンテナを用いたアンテナ装置を実現することができる。また、偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。

以下、本発明のアンテナ装置を実施するための最良の形態について、図１から図１０の各図面に沿って説明する。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。

（実施の形態１）
以下に、本発明のアンテナ装置の実施の形態１の詳細について説明する。

図１は、アンテナ装置の構成を示す図である。Ｘ、ＹおよびＺは、各々の座標軸を示す。

図２は、後述するループアンテナ１０５の骨組みを示す図である。

図３は、後述するアンテナ基板１０２の構成を示す図である。

図４は、後述するアンテナ基板１０２を面実装していない状態のアンテナ装置の構成を示す図である。

図１において、送受信回路１００は、送信信号を生成し出力し、入力された受信信号を処理する送受信回路である。なお、送受信回路１００は、送信回路のみ、または受信回路のみであってもよい。送受信回路１００は後述するループアンテナ１０５へ信号を供給する給電手段である。

回路基板１０１は、送受信回路１００が実装された絶縁体からなる回路基板である。

アンテナ基板１０２は、回路基板１０１の端に実装された長方体の絶縁体からなる基板である。また、形状は長方体でなくともよい。

パターン１０３０１、１０３０２は、アンテナ基板１０２の表面上の長さ方向に間隔をおいて形成された導体からなるパターンである。

スルーホール１０３０３、１０３０４、１０３０５、１０３０６は、アンテナ基板１０２の厚み方向に、アンテナ基板１０２を貫通するように設けられ、パターン１０３０１、１０３０２の各端とそれぞれ電気的に接続される導体からなるスルーホールである。

ランド１０３０７、１０３０８、１０３０９、１０３１０は、アンテナ基板１０２の裏面に設けられ、スルーホール１０３０３、１０３０４、１０３０５、１０３０６の各端とそれぞれ電気的に接続される導体からなるランドである。

第１のアンテナ素子１０３は、パターン１０３０１、１０３０２と、スルーホール１０３０３、１０３０４、１０３０５、１０３０６とランド１０３０７、１０３０８、１０３０９、１０３１０からなり、ループアンテナの上部を形成するアンテナ素子である。

パターン１０４０１、１０４０２は、回路基板１０１の裏面上に間隔をおいて形成された導体からなるパターンである。

スルーホール１０４０３、１０４０４、１０４０５、１０４０６、１０４１１は、回路基板１０１の厚み方向に、回路基板１０１を貫通するように設けられた導体からなるスルーホールである。

スルーホール１０４０３、１０４０４、１０４０５、１０４１１は、パターン１０４０１、１０４０２の各端とそれぞれ電気的に接続される。

ランド１０４０７、１０４０８、１０４０９、１０４１０は、回路基板１０１の表面に設けられ、スルーホール１０４０３、１０４０４、１０４０５、１０４０６の各端とそれぞれ電気的に接続される導体からなるランドである。

第２のアンテナ素子１０４は、パターン１０４０１、１０４０２と、スルーホール１０４０３、１０４０４、１０４０５、１０４０６、１０４１１とランド１０４０７、１０４０８、１０４０９、１０４１０からなり、ループアンテナの下部を形成するアンテナ素子である。

ループアンテナ１０５は、互いに対向して配置されたアンテナ基板１０２の裏面に設けられたランド１０３０７、１０３０８、１０３０９、１０３１０と、回路基板１０１の表面に設けられたランド１０４０７、１０４０８、１０４０９、１０４１０を、面実装により電気的に接続することで、第１のアンテナ素子１０３と第２のアンテナ素子１０４により形成された２回巻きのループアンテナである。

ループアンテナ１０５は、基板上に形成されたパターンとスルーホールにより構成されるため、寸法の精度が高く、特性のばらつきが小さい。また、ループアンテナ１０５の巻き数は２回巻きでなくてもよい。

信号パターン１０５１、１０５２は、送受信回路に接続され、回路基板１０１の表面上に形成された導体からなるパターンである。信号パターン１０５１は、ランド１０４１０に電気的に接続され、信号パターン１０５２は、スルーホール１０４１１に電気的に接続され、信号パターン１０５１、１０５２は送受信回路１００からの信号をループアンテナ１０５へ供給する。

以上のように構成されたアンテナ装置について、その作用を説明する。

アンテナ装置からの電波の放射は、ループアンテナ１０５により行われる。ループアンテナ１０５からの放射の偏波は、水平偏波（Ｘ軸方向の偏波をいい、以下同様である）である。

ループアンテナ１０５のループ面は、アンテナ基板１０２と回路基板１０１が接続されて形成される。アンテナ基板１０２のみにループ面を形成される場合に比べて、ループの面積を広く取ることができるため、ループアンテナ１０５の利得を高くすることができる。

また、ループアンテナ１０５は、回路基板１０１に対してループ面が垂直である構造をしている。図５は、後述する導体板３００が本実施の形態のアンテナ装置に近接する時のアンテナ装置と後述する導体板３００の位置関係を示す図である。導体板３００は、板状の導体からなる導体板である。

アンテナ装置に導体板３００が近接するとき、ループアンテナ１０５は、導体板３００に対してループ面が垂直であるため、導体板が近接したとき、アンテナの利得は低下しない。

ループアンテナ１０５は、アンテナ基板１０２を回路基板１０１に面実装することにより製造できるため、リフロー半田付けができ、製造コストを抑えることができる。

またループアンテナ１０５は、アンテナ基板１０２と回路基板１０１上に形成されたパターンとスルーホールにより構成されるため、寸法の精度が高く、特性のばらつきが小さい。

以上のように、回路基板１０１に対してループ面が垂直であるループアンテナ１０５をアンテナ基板１０２、回路基板１０１上にパターンとスルーホールにて形成することで、
面実装が可能で、特性のばらつきが小さく、回路基板に対してループ面が垂直であるループアンテナを用いたアンテナ装置を実現することができる。

（実施の形態２）
以下に、本発明のアンテナ装置の実施の形態２の詳細について説明する。

本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

実施の形態１と異なるのは、後述するループアンテナ２０５を設けた点である。

図６は、アンテナ装置の構成を示す図である。

図７は、後述するループアンテナ１０５、２０５の骨組みを示す図である。

図８は、後述するアンテナ基板２０２の構成を示す図である。

図９は、後述するアンテナ基板１０２、２０２を面実装していない状態のアンテナ装置の構成を示す図である。

アンテナ基板２０２は、回路基板１０１の端に実装された長方体の絶縁体からなる基板である。また、形状は長方体でなくともよい。また、アンテナ基板２０２はアンテナ基板１０２に対して直交して配置されている。

パターン２０３０１、２０３０２は、アンテナ基板２０２の表面上の長さ方向に間隔をおいて形成された導体からなるパターンである。

スルーホール２０３０３、２０３０４、２０３０５、２０３０６は、アンテナ基板２０２の厚み方向に、アンテナ基板２０２を貫通するように設けられ、パターン２０３０１、２０３０２の各端とそれぞれ電気的に接続される導体からなるスルーホールである。

ランド２０３０７、２０３０８、２０３０９、２０３１０は、アンテナ基板２０２の裏面に設けられ、スルーホール２０３０３、２０３０４、２０３０５、２０３０６の各端とそれぞれ電気的に接続される導体からなるランドである。

第１のアンテナ素子２０３は、パターン２０３０１、２０３０２と、スルーホール２０３０３、２０３０４、２０３０５、２０３０６とランド２０３０７、２０３０８、２０３０９、２０３１０からなり、ループアンテナの上部を形成するアンテナ素子である。

パターン２０４０１、２０４０２は、回路基板１０１の裏面上に間隔をおいて形成された導体からなるパターンである。

スルーホール２０４０３、２０４０４、２０４０５、２０４０６、２０４１１は、回路基板１０１の厚み方向に、回路基板１０１を貫通するように設けられた導体からなるスルーホールである。

スルーホール２０４０３、２０４０４、２０４０５、２０４１１は、パターン２０４０１、２０４０２の各端とそれぞれ電気的に接続される。

ランド２０４０７、２０４０８、２０４０９、２０４１０は、回路基板１０１の表面に
設けられ、スルーホール２０４０３、２０４０４、２０４０５、２０４０６の各端とそれぞれ電気的に接続される導体からなるランドである。

第２のアンテナ素子２０４は、パターン２０４０１、２０４０２と、スルーホール２０４０３、２０４０４、２０４０５、２０４０６、２０４１１とランド２０４０７、２０４０８、２０４０９、２０４１０からなり、ループアンテナの下部を形成するアンテナ素子である。

ループアンテナ２０５は、互いに対向して配置されたアンテナ基板２０２の裏面に設けられたランド２０３０７、２０３０８、２０３０９、２０３１０と、回路基板１０１の表面に設けられたランド２０４０７、２０４０８、２０４０９、２０４１０を、面実装により電気的に接続することで、第１のアンテナ素子２０３と第２のアンテナ素子２０４により形成された２回巻きのループアンテナである。

ループアンテナ２０５は、基板上に形成されたパターンとスルーホールにより構成されるため、寸法の精度が高く、特性のばらつきが小さい。また、ループアンテナ２０５の巻き数は２回巻きでなくてもよい。

信号パターン２０５１、２０５２は、送受信回路に接続され、回路基板１０１の表面上に形成された導体からなるパターンである。信号パターン２０５１は、ランド２０４１０に電気的に接続され、信号パターン２０５２は、スルーホール２０４１１に電気的に接続され、信号パターン２０５１、２０５２は送受信回路１００からの信号をループアンテナ２０５へ供給する。

アンテナ装置からの電波の放射は、ループアンテナ１０５、２０５により行われる。ループアンテナ１０５からの放射の偏波は、水平偏波（Ｘ軸方向の偏波をいい、以下同様である）である。ループアンテナ２０５からの放射の偏波は、垂直偏波（Ｚ軸方向の偏波をいい、以下同様である）である。

ループアンテナ１０５、２０５のループ面は、アンテナ基板１０２、２０２と回路基板１０１が接続されて形成される。アンテナ基板１０２、２０２のみにループ面を形成される場合に比べて、ループの面積を広く取ることができるため、ループアンテナ１０５、２０５の利得を高くすることができる。

また、ループアンテナ１０５、２０５は、回路基板１０１に対してループ面が垂直である構造をしている。図１０は、後述する導体板３００が本実施の形態のアンテナ装置に近接する時のアンテナ装置と後述する導体板３００の位置関係を示す図である。

アンテナ装置に導体板３００が近接するとき、ループアンテナ１０５、２０５は、導体板３００に対してループ面が垂直であるため、導体板が近接したとき、アンテナの利得は低下しない。

ループアンテナ１０５、２０５は、アンテナ基板１０２、２０２を回路基板１０１に面実装することにより製造できるため、リフロー半田付けができ、製造コストを抑えることができる。

またループアンテナ１０５、２０５は、アンテナ基板１０２、２０２と回路基板１０１上に形成されたパターンとスルーホールにより構成されるため、寸法の精度が高く、特性
のばらつきが小さい。

以上のように、回路基板１０１に対してループ面が垂直であるループアンテナ１０５、２０５をアンテナ基板１０２、２０２、回路基板１０１上にパターンとスルーホールにて形成することで、面実装が可能で、特性のばらつきが小さく、回路基板に対してループ面が垂直であるループアンテナを用いたアンテナ装置を実現することができる。

また、ループアンテナ１０５、２０５から放射される電波の偏波は互いに直交関係にあるため、偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。

本発明のアンテナ装置は、導体によるアンテナ利得の低下を防ぐことができる。よって、本発明のアンテナ装置を、例えば、距離によるセキュリティの確保が必要な機器に内蔵される無線通信装置に搭載されるアンテナ装置として適用できる。

本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置を示す構成図本発明の実施の形態１におけるループアンテナ１０５の骨組みを示す構成図本発明の実施の形態１におけるアンテナ基板１０２を示す構成図本発明の実施の形態１におけるアンテナ基板１０２を面実装していない状態のアンテナ装置を示す構成図本発明の実施の形態１における導体板３００がアンテナ装置に近接する時のアンテナ装置と導体板３００の位置関係を示す図本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置を示す構成図本発明の実施の形態２におけるループアンテナ１０５、２０５の骨組みを示す構成図本発明の実施の形態２におけるアンテナ基板２０２を示す構成図本発明の実施の形態２におけるアンテナ基板１０２、２０２を面実装していない状態のアンテナ装置を示す構成図本発明の実施の形態２における導体板３００がアンテナ装置に近接する時のアンテナ装置と導体板３００の位置関係を示す図

符号の説明

１００送受信回路（給電手段）
１０１回路基板
１０２、２０２アンテナ基板
１０３、２０３第１のアンテナ素子
１０３０１、１０３０２、１０４０１、１０４０２、２０３０１、２０３０２、２０４０１、２０４０２パターン
１０３０３、１０３０４、１０３０５、１０３０６、１０４０３、１０４０４、１０４０５、１０４０６、１０４１１、２０３０３、２０３０４、２０３０５、２０３０６、２０４０３、２０４０４、２０４０５、２０４０６、２０４１１スルーホール
１０４、２０４第２のアンテナ素子
１０５、２０５ループアンテナ
１０５１、１０５２、２０５１、２０５２信号パターン
３００導体板

Claims

絶縁体からなる回路基板と、
前記回路基板上に設けられ、絶縁体からなるアンテナ基板と、
前記回路基板上に設けられた給電手段に接続され、形成するループ面が前記回路基板の面に対して略垂直になるように設けられたループアンテナとを、
備えたアンテナ装置であって、
前記ループアンテナは、
前記アンテナ基板の表面上に形成されるパターンと、前記アンテナ基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより構成される前記ループアンテナの上部を形成する第１のアンテナ素子と、
前記回路基板の裏面上に形成されるパターンと、前記回路基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより構成される前記ループアンテナの下部を形成する第２のアンテナ素子とを、
電気的に接続することにより構成される、
アンテナ装置。
絶縁体からなる回路基板と、
前記回路基板上に設けられ、絶縁体からなる２組のアンテナ基板と、
前記回路基板上に設けられた給電手段に接続され、形成するループ面が前記回路基板の面に対して略垂直になるように設けられた２組のループアンテナとを、
備えたアンテナ装置であって、
２組の前記ループアンテナはそれぞれ、
前記アンテナ基板の表面上に形成されるパターンと、前記アンテナ基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより構成される前記ループアンテナの上部を形成する第１のアンテナ素子と、
前記回路基板の裏面上に形成されるパターンと、前記回路基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより構成される前記ループアンテナの下部を形成する第２のアンテナ素子とを、
電気的に接続することにより構成され、
２組の前記ループアンテナは互いに略直交するように配置される、
アンテナ装置。