JP4732485B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両や住宅等に用いられるキーレスリモートシステムやスマートエントリーシステムなどのアンテナ装置に関するものである。

例えば車両や住宅等に用いられるキーレスリモートシステム用の無線機（所謂キーレス受信機）のように、ＵＨＦ，ＶＨＦ帯といった比較的波長の長い（数十ｃｍ〜数ｍ）領域の電波を使用するアンテナ装置においては、アンテナ装置の体格に対してアンテナの大きさが支配的である。したがって、アンテナ装置を小型化するためにはアンテナを小型化することが重要である。

これに対し、アンテナを小型化する構成として例えば特許文献１が開示されている。このアンテナは、直線状に延びる内部導体と、これを中心として間隔を隔てて密巻状に巻回された外部コイル状導体とを有し、特有の周波数で共振するように構成されている。
特開２００３−１５２４２７号公報

上記構成の場合、内部導体が直線状に延びる構造となっているので、小型化に限界がある。例えば無線機を小型化するために内部導体の伸延方向に直交する方向のアンテナの外形を小さくする場合、共振するための電気長を確保するために内部導体及び外部コイル状導体の少なくとも一方を長くする必要があるが、内部導体が直線状であるので高さが大きく増加してしまう。

これに対し、本出願人は、一方を信号線とし、他方をＧＮＤ線とする２つのエレメントとして、螺旋状に延びる外部エレメントの内部に、間隔を隔てて内部エレメントを配置する構成において、内部エレメントを外部エレメントの軸方向に沿って螺旋状に延びる形状とした終端開放型のアンテナを、先に出願している（特開２００７−４３６５３号公報）。このように内部エレメントを螺旋状とすると、帯域を狭くすることができ、ひいてはアンテナ利得を向上することができる。そして、これにより、ほぼ同じアンテナ利得であれば、直線状の内部エレメントを有するアンテナよりもアンテナの体格を小型化することができる。

また、本出願人は、このようなアンテナを、誘電体からなる保持部材により所定の位置関係に保持してなるアンテナ装置についても、先に出願している（例えば特願２００７−６２４６２号）。これによれば、保持部材によって２つのエレメントを所定の位置関係に保持し、アンテナの性能を保持することができるとともに、誘電体による高周波電流の波長短縮効果により、アンテナ装置の体格を小型化することができる。

しかしながら、本発明者がさらに鋭意検討を進めたところ、誘電体からなる保持部材を採用した場合、２つのエレメントにおける螺旋の巻き数の関係が、アンテナ利得（換言すればアンテナの体格）に影響することが明らかとなった。

本発明は上記問題点に鑑み、アンテナの性能を保持しつつ、アンテナの体格をより小型化することができる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為に、請求項１に記載のアンテナ装置は、螺旋状に延びる螺旋部を有する外部エレメントと、外部エレメントにおける螺旋部の内側に間隔を隔てて配置され、外部エレメントにおける螺旋部の軸方向に沿って螺旋状に延びる螺旋部を有する内部エレメントとを有し、２つのエレメントの一方を信号線とし、他方をＧＮＤ線とする終端開放型のアンテナと、誘電体からなり、２つのエレメントにおける各螺旋部に接触されて、２つのエレメントを所定の位置関係に保持する保持部材と、を備えるものであって、内部エレメントにおける螺旋部の巻き数が、外部エレメントにおける螺旋部の巻き数以下とされていることを特徴とする。

このように本発明によれば、保持部材によって２つのエレメントが所定の位置関係に保持されるので、アンテナの性能を保持することができる。なお、アンテナを構成する２つのエレメントは、螺旋部の軸方向において同一側の端部が給電点（高周波源）に接続され、各エレメントに流れる高周波電流により、一方が信号線のときは他方がＧＮＤ線となり、周期的に信号線とＧＮＤ線とが切り替わるようになっている。

また、誘電体を用いて保持部材を構成しているので、これによってエレメントを流れる高周波電流の波長短縮が生じ、アンテナの体格を小型化することができる。

また、誘電体からなる保持部材が各エレメントと接する構成では、誘電体特有の性質である静電正接（ｔａｎδ：誘電損失、誘電正接ともいう）が生じる。しかしながら、本発明のように、内部エレメントにおける螺旋部の巻き数を、外部エレメントにおける螺旋部の巻き数以下とすると、静電正接によるロスを低減して、内部エレメントにおける螺旋部の巻き数を、外部エレメントにおける螺旋部の巻き数よりも多くした構成よりも、アンテナ利得を向上することができる。すなわち、アンテナ利得がほぼ同じであれば、アンテナの体格をより小型化することができる。このことは、本発明者によって確認されている。

請求項１に記載の発明は、請求項２に記載のように、内部エレメントの螺旋部が保持部材によって被覆され、外部エレメントの螺旋部が保持部材の外面に巻き回された構成において特に効果的である。このような構成では、内部エレメントの螺旋部が誘電体からなる保持部材に覆われているため、保持部材内部の電界強度が高くなり静電正接が生じやすいが、内部エレメントの螺旋部の巻き数を、外部エレメントにおける螺旋部の巻き数以下とすることで、静電正接によるロスを低減し、アンテナ利得を向上、又は、アンテナの体格をより小型化することができる。

なお、請求項２に記載の発明においては、例えば請求項３に記載のように、螺旋部の軸方向において、外部エレメントの螺旋部及び内部エレメントの螺旋部の長さが略等しくされ、保持部材が、２つのエレメントにおける螺旋部間の相対する領域全てに介在された構成としても良い。

この場合、上記した効果に加え、外部エレメントからの２次電流が効率よく内部エレメントに作用するので、請求項２に記載の発明の効果に加え、アンテナ利得をより向上する、又は、アンテナの体格をより小型化することができる。

請求項１〜３いずれかに記載の発明においては、例えば請求項４に記載のように、高周波源と接続される２つのランドが同一面上に設けられた基板を備え、２つのエレメントは、螺旋部の軸方向が、基板のランド形成面と略平行とされるとともに、軸方向における同一側の短部が互いに異なるランドとそれぞれ接続された構成としても良い。また、請求項５に記載のように、高周波源と接続される２つのランドが同一面上に設けられた基板を備え、２つのエレメントは、螺旋部の軸方向が、基板のランド形成面と略垂直とされるとともに、軸方向における同一側の短部が互いに異なるランドとそれぞれ接続された構成としても良い。

いずれにおいても、各エレメントの端部が、基板の同一面に設けられたランドとそれぞれ接続されるので、２つのエレメントをリフローによって基板に一括実装することが可能であり、これにより、アンテナの実装を効率化することができる。なお、保持部材によって保持された状態で２つエレメントを実装することで、実装をより効率化することができる。

また、上記したが、キーレスリモートシステム用の無線機（所謂キーレス受信機）のように、ＵＨＦ，ＶＨＦ帯といった比較的波長の長い（数十ｃｍ〜数ｍ）領域の電波を使用するアンテナ装置では、アンテナ装置の体格に対してアンテナの大きさが支配的である。そして、基板におけるランド形成面と略垂直な方向（以下、単に垂直方向と示す）のほうが、基板におけるランド形成面と略平行な方向よりも、アンテナ装置の体格に対するアンテナの影響が大きい。これに対し、請求項４に記載の発明では、２つのエレメントにおける螺旋部の軸方向が、基板におけるランド形成面と略平行となっている。したがって、アンテナ装置の体格をより小型化することができる。

請求項５に記載の発明においては、請求項６に記載のように、２つのランドのうちの一方が基板のランド形成面上に設けられたＧＮＤパターンと接続され、２つのエレメントにおける端部（ランドと接続される側の端部）と螺旋部とを繋ぐ部位が、保持部材を介してＧＮＤパターン上に積層配置されたストリップライン構造とされた構成とすると良い。

このように、保持部材を利用してエレメントにおける繋ぎ部位をストリップライン構造とすると、アンテナのインピーダンスを安定化させて、アンテナの性能のばらつきを抑制することができる。また、ＧＮＤパターン上に積層配置された保持部材は波長短縮効果に少なからず寄与するので、アンテナ装置の体格を小型化することができる。

請求項１〜６いずれかに記載の発明においては、請求項７に記載のように、保持部材が内部エレメントの螺旋部内にも配置され、内部エレメントと接触された構成としても良い。内部エレメントとの螺旋部内に配置された保持部材も波長短縮効果に少なからず寄与するので、アンテナ装置の体格をより小型化することができる。

請求項１〜７いずれか記載の発明においては、請求項８に記載のように、保持部材が外部エレメントの螺旋部外にも配置され、外部エレメントと接触された構成としても良い。外部エレメントの螺旋部外に配置された保持部材も波長短縮効果に少なからず寄与するので、アンテナ装置の体格をより小型化することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（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の要部の概略構成を示す平面図（基板の表面上方から見た上面視平面図）である。図２は、アンテナ周辺の斜視図である。図３は、図２において、保持部材を透過させて内部エレメントを示した図である。なお、本実施形態に係るアンテナ装置は、車両のキーレスリモートシステムの受信機として構成されている。

図１〜図３に示すように、アンテナ装置１００は、要部として、２つのエレメント１１１，１１２を有する終端開放型のアンテナ１１０と、２つのエレメント１１１，１１２を所定の位置関係に保持する保持部材１２０と、アンテナ１１０（及びアンテナ１１０に一体化された保持部材１２０）が実装された基板１３０とを有している。なお、基板１３０は、絶縁材料からなる基材（例えば誘電率３程度の樹脂基材）を用いて構成されている。

アンテナ１１０は、図１〜図３に示すように、基板１３０の表面１３１に沿って（表面１３１と略平行に）螺旋状に延びる螺旋部１１１ａを有する外部エレメント１１１と、外部エレメント１１１の内側に間隔を隔てて配置され、外部エレメント１１１の軸方向（以下、単に軸方向と示す）に沿って螺旋状に延びる螺旋部１１２ａを有する内部エレメント１１２とにより構成されている。そして、各エレメント１１１，１１２は、軸方向における一方であって同一側の端部１１１ｂ，１１２ｂ（以下、実装部１１１ｂ，１１２ｂと示す）側にて給電点９０と接続され、給電点９０を介して図示しない高周波源（交流電源）と接続されている。このようにアンテナ１１０は、２つのエレメント１１１，１１２の一方を信号線、他方をＧＮＤ線とし、高周波電流により信号線とＧＮＤ線とが周期的に切り替わるＲＬＣ直列共振構造の終端開放型アンテナとなっている。なお、このアンテナ１１０は、本出願人による特開２００７−４３６５３号公報に記載されたアンテナと、基板１３０の表面１３１に対する軸方向の向きが異なる以外は基本的な構造が同じであるので、重複する構造及び効果についての詳細な記載は省略する。

本実施形態においては、図３に示すように、軸方向において、螺旋部１１１ａ，１１２ａの長さが略等しくなっている。このような構成とすると、外部エレメント１１１に流れる電流による２次電流（イメージ電流）が効率よく内部エレメント１１２に作用するので、アンテナ利得をより向上することができる。すなわち、アンテナ１１０の体格をより小型化することができる。また、外部エレメント１１１の中心軸と内部エレメント１１２の中心軸が一致するように、各エレメント１１１，１１２が配置されている。なお、各エレメント１１１，１１２の螺旋形状としては、特に限定されるものではなく、例えば平面略円形、平面略矩形、矩形以外の平面多角形などを採用することができる。

また、本実施形態では、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの螺旋間ピッチ（軸方向において隣接する螺旋部１１２ａの間隔）が、外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの螺旋間ピッチよりも広くされ、螺旋部１１２ａの巻き数ｎが、螺旋部１１１ａの巻き数ｍよりも少なく（ｎ＜ｍ）なっている。この２つのエレメント１１１，１１２における巻き数の関係が、本実施形態の主たる特徴部分であるので、その詳細については後述する。なお。本実施形態においては、外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍが１８、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎが３となっている。すなわち、巻き数ｎが巻き数ｍ未満となっている。

また、各エレメント１１１，１１２の実装部１１１ｂ，１１２ｂは、所謂表面実装構造となっており、基板１３０の表面１３１に設けられた対応するランド１３２ａ，１３３ａ上に配置され、図示しないはんだを介してランド１３２ａ，１３３ａと接続されている。詳しくは、２つのエレメント１１１，１１２において、軸方向における一方であって同一側の端部が、基板１３０の表面１３１に略平行とされ、各エレメント１１１，１１２における実装部１１１ｂ，１１２ｂとなっている。また、ランド１３２ａ，１３３ａは、基板１３０に設けられ、給電点９０と接続された配線部１３２，１３３における、各エレメント１１１，１１２との接続部（電極）である。このように、実装部１１１ｂ，１１２ｂの構造として表面実装構造を採用すると、２つのエレメント１１１，１１２をリフローによって基板１３０に一括実装することが可能であり、基板１３０に対するエレメント１１１，１１２の実装を効率化することができる。本実施形態においても、各エレメント１１１，１１２は、基板１３０に対して、リフローによって一括実装されている。

ここで、アンテナ１１０は、上記したように、螺旋状に延びる外部エレメント１１１の内部に所定の間隔を隔てて内部エレメント１１２を配置してなる所謂ダイポール構造となっている。したがって、２つのエレメント１１１，１１２の位置関係がアンテナ１１０の性能（共振特性）に対して重要である。例えば、２つのエレメント１１１，１１２の対向領域の間隔が変化すると、２つのエレメント１１１，１１２の対向領域間に構成されるコンデンサの容量が変化するため、共振周波数が変化し放射特性に影響を与える。

保持部材１２０は、このような問題を解決するため（アンテナ１１０の性能を保持するため）に、２つのエレメント１１１，１１２の螺旋部１１１ａ，１１２ａにそれぞれ接触されて、２つのエレメント１１１，１１２が所定の位置関係に保持するように構成されている。この保持部材１２０により、外部エレメント１１１の中心軸と内部エレメント１１２の中心軸が一致されている。

また、保持部材１２０は誘電体からなる。したがって、エレメント１１１，１１２（螺旋部１１１ａ，１１２ａ）に流れる高周波電流の波長短縮が生じ、誘電体が配置されない構成に比べて、アンテナ１１０の共振周波数を低域にシフトさせることができる。すなわち、同じ共振周波数であれば、誘電体が配置されない構成に比べて、電気長（エレメント１１１，１１２の長さ）を短くし、アンテナ１１０（ひいてはアンテナ装置１００）の体格を小型化することができる。

本実施形態では、樹脂とセラミックの混合材料からなり、リフロー実装に対する耐熱性を有する誘電率（ε）が２０の誘電体によって、保持部材１２０が構成されている。そして、保持部材１２０は、軸方向の長さが螺旋部１１１ａ，１１２ａの長さよりも若干長い略直方体（例えば軸方向の長さ２４ｍｍ、基板１３０の表面１３１に沿い且つ軸方向に垂直な方向の長さ３ｍｍ、表面１３１に垂直な方向の長さが２ｍｍ）とされ、保持部材１２０の内部に内部エレメント１１２の螺旋部１１２ａ全体が配置されている。すなわち、螺旋部１１２ａを覆うように、螺旋部１１２ａの周囲に保持部材１２０が配置されている。また、保持部材１２０の表面（外面）に、外部エレメント１１１の螺旋部１１１ａが軸方向に沿って巻回されている。すなわち、２つのエレメント１１１，１１２の螺旋部１１１ａ，１１２ａ間の相対する領域全てに、保持部材１２０が介在されている。

次に、上記構成のアンテナ装置１００の製造方法の一例について説明する。図４は、外部エレメントの下側部分を構成するリードフレームの概略構成を示す斜視図である。図５は、アンテナ装置の製造工程のうち、アンテナと保持部材とのユニットの下側部分を形成する工程を示す斜視図である。図５は、アンテナ装置の製造工程のうち、アンテナと保持部材とのユニットの上側部分を形成する工程を示す斜視図である。なお、ここでいう上下方向とは、基板１３０の表面１３１に対し略垂直な方向（以下、単に垂直方向と示す）であり、下側とは表面１３１に近い側、上側とは表面１３１に遠い側である。

先ず、アンテナ１１０を構成する２つのエレメント１１１，１１２、保持部材１２０、基板１３０をそれぞれ準備する。本実施形態では、金属板に打ち抜き、曲げ加工など施すことで、図５に示すように所定の巻き数ｎを有する内部エレメント１１２を準備する。

また、外部エレメント１１１として、図４〜図６に示すように、下側エレメント１１３ａと上側エレメント１１４ａを有し、垂直方向において分割された構造のものを準備する。下側エレメント１１３ａは、螺旋部１１１ａのうちの基板１３０の表面１３１に配置される部分であり、金属板に打ち抜き、曲げ加工など施すことで、図４及び図５に示すように、リードフレーム１１３の一部として構成されている。なお、図４及び図５に示す符号１１３ｂは、下側エレメント１１３ａ（螺旋部１１１ａ）の長手方向において、それぞれの端部側で下側エレメント１１３ａ同士を連結する連結部１１３ｂである。この連結部１１３ｂは、アンテナ１１０としては不要な部分であり、後に除去される。また、上側エレメント１１４ａは、外部エレメント１１１のうちの下側エレメント１１３ａを除く部分（螺旋部１１１ａの一部及び実装部１１１ｂ）であり、金属板に打ち抜き、曲げ加工など施すことで、図６に示すように、リードフレーム１１４の一部として構成されている。なお、図６に示す符号１１４ｂは、上側エレメント１１４ａの長手方向において、螺旋部１１１ａを構成する部分のそれぞれの端部側で上側エレメント１１４ａ同士を連結する連結部１１４ｂである。この連結部１１４ｂも、アンテナ１１０としては不要な部分であり、後に除去される。

また、誘電体からなる保持部材１２０として、図５及び図６に示すように、下側保持部材１２０ａと上側保持部材１２０ｂを有し、垂直方向において分割された構造のものを準備する。下側保持部材１２０ａは、上記したように樹脂とセラミックの混合材料を用いて略直方体状に成形されており、その上面から側面にかけて、内部エレメント１１２が嵌めこまれる溝（図示略）が設けられている。また、下面には、下側エレメント１１３ａが嵌めこまれる溝（図示略）が設けられている。上側保持部材１２０ｂも、下側保持部材１２０ａと同じ材料を用いて略直方体状に成形されており、その上面から側面にかけて、上側エレメント１１４ａが嵌めこまれる溝（図示略）が設けられている。

次に、下側保持部材１２０ａ対応する溝にリードフレーム１１３の下側エレメント１１３ａを嵌め込むとともに、対応する溝に内部エレメント１１２を嵌め込む。これにより、下側保持部材１２０ａ、内部エレメント１１２、リードフレーム１１３が一体化されたユニットとなる。また、同様に、上側保持部材１２０ｂ対応する溝にリードフレーム１１４の上側エレメント１１４ａを嵌め込む。これにより、上側保持部材１２０ｂとリードフレーム１１４が一体化されたユニットとなる。そして、下側保持部材１２０ａと上側保持部材１２０ｂを嵌め合わせて一体化し、保持部材１２０とする。これにより、内部エレメント１１２の螺旋部１１２ａが、保持部材１２０によって覆われた状態となる。また、外部エレメント１１１の螺旋部１１１ａを構成する下側エレメント１１３ａと上側エレメント１１４ａの対応する端部同士が重なった状態となる。

次に、下側エレメント１１３ａと上側エレメント１１４ａの重なった部分にレーザ光を照射し、端部同士をレーザ溶接する。そして、レーザ溶接後、リードフレーム１１３，１１４の不要部分である連結部１１３ｂ，１１４ｂを除去することで、図２及び図３に示したアンテナ１１０と保持部材１２０とのユニットが形成される。

次に、別途準備した基板１３０のランド１３２ａ，１３３ａ上に、スクリーン印刷やディスペンサなどで図示しないはんだを塗布した後、実装部１１１ｂ，１１２ｂが対応するランド１３２ａ，１３３ａ上に載置されるように、一体化されたアンテナ１１０及び保持部材１２０を、基板１３０の表面１３１上に位置決め載置する。そして、この位置決め状態で、リフローを実施することにより、実装部１１１ｂ，１１２ｂと対応するランド１３２ａ，１３３ａとがはんだを介して接合され、上記したアンテナ装置１００が形成される。

なお、アンテナ１１０と保持部材１２０とのユニットを基板１３０に配置する際に、実装部１１１ｂ、１１２ｂ以外の箇所を基板１３０の表面１３１に固定することで、基板１３０に対するアンテナ１１０の実装構造を安定化させることもできる。例えば、外部エレメントの一部（例えばレーザ溶接部や保持部材１２０の下側の部分）を基板１３０との接続部（電気的な接続機能を提供しない接続部）としても良い。

次に、本実施形態に係るアンテナ装置１００の効果について説明する。上記したように、本実施形態に係るアンテナ装置１００では、保持部材１２０によって、２つのエレメント１１，１１２を所定の位置関係に保持することができる。したがって、２つのエレメント１１１，１１２がともに螺旋部１１１ａ，１１２ａを有し、各螺旋部１１１ａ，１１２ａが基板１３０の表面１３１に沿って延びる構成でありながら、アンテナ１１０の性能を保持することができる。

また、保持部材１２０が誘電体を用いて構成されている。したがって、保持部材１２０（誘電体）による高周波電流の波長短縮により、誘電体が配置されない構成に比べて、アンテナ１１０の共振周波数を低域にシフトさせることができる。すなわち、同じ共振周波数であれば、誘電体が配置されない構成に比べて、電気長（エレメント１１１，１１２の長さ）を短くし、アンテナ１１０（ひいてはアンテナ装置１００）の体格を小型化することができる。このことは、２つのエレメント１１１，１１２からなるコンデンサにおいて、コンデンサの容量が誘電体の誘電率が大きいほど大きくなり、それに伴ってＲＬＣ直列共振回路のアンテナ１１０の共振周波数が小さくなることからも明らかである。また、保持部材１２０を構成する誘電体の誘電率が大きいほど、上述した波長短縮効果の影響が大きくなるので、アンテナ装置１００の体格をより小型化することができる。

なお、本発明者は、本実施形態に示した構成のアンテナ装置１００において、誘電率による波長短縮の効果を確認している。その結果を図７に示す。図７は、電磁界シミュレーションによる波長短縮効果を示す図であり、横軸を周波数、縦軸を反射係数としている。図７では、本実施形態に示したアンテナ装置１００（誘電率２０）を実線で示し、比較例として、同一構成のアンテナ装置１００において、誘電率１０を破線、誘電率７を一点鎖線で示している。なお、電気長は各条件で等しいものとしている。図７に示すように、本実施形態に示したアンテナ装置１００（誘電率２０）では共振周波数が３１０ＭＨｚとなり、誘電率１０の場合には３８０ＭＨｚ、誘電率７の場合の場合には４４４ＭＨｚとなっている。このことからも、保持部材１２０を構成する誘電体の誘電率が大きいほど、波長短縮効果の影響が大きくなることが明らかである。したがって、同じ共振周波数であれば、電気長を短くして、アンテナ装置１００の体格をより小型化することができる。

また、本実施形態では、２つのエレメント１１１，１１２からなるアンテナ１１０として２重螺旋構造を採用したことによる効果と上記した誘電体による波長短縮効果により、アンテナ１１０と基板１３０のＧＮＤパターン１３２ｂとの間にインダクタを挿入しなくとも（整合回路を必要とせずに）、アンテナ１１０自身で共振特性を得ることができる。したがって、例えば図８に示すように、配線部１３２の一部としてＧＮＤパターン１３２ｂを有する構成としても、ＧＮＤパターン１３２ｂの影響が小さく（図８に一点鎖線で示すように基板１３０からの放射が小さく）、アンテナ１１０の放射効率が高く（図８に破線で示すようにアンテナ１１０からの放射が大きく）なる。したがって、正面方向に電波を放射することができる。このことは、図９に示す指向性の図（３ｍ地点での電界強度の図）からも明らかである。なお、図９に破線で示すように、アンテナ装置１００を人が所持した場合、同心円状の指向性を実現することができる。図８は、配線部１３２の一部としてＧＮＤパターン１３２ｂを有する構成での、電界強度分布を示す図である。図９は、アンテナ装置１００の指向性を示す図であり、実線はアンテナ装置単体での指向性を示している。

なお、図８及び図９の比較例を図１０及び図１１に示す。図１０に示すアンテナ装置１では、アンテナ１０が一般的なチップアンテナとなっており、共振特性を得るために、アンテナ１０と基板３０のＧＮＤパターン３２ｂとの間に複数のインダクタ５０が挿入されている（すなわち整合回路を必要とする）。このようなアンテナ装置１では、図１０に示すように、基板３０（ＧＮＤパターン３２ｂ）に強い電流が誘起されるので、ＧＮＤパターン１３２ｂの影響が大きく（図１０に一点鎖線で示すように基板３０からの放射が大きく）、アンテナ１０の放射効率が低く（図１０に破線で示すようにアンテナ１０からの放射が小さく）なる。したがって、正面方向に電波が放射しにくくなる。このことは、図１１に示す指向性の図（３ｍ地点での電界強度の図）からも明らかである。

また、本実施形態では、各エレメント１１１，１１２の実装部１１１ｂ,１１２ｂが表面実装構造となっており、基板１３０の表面１３１に設けられた対応するランド１３２ａ，１３３ａ上に配置され、図示しないはんだを介してランド１３２ａ，１３３ａと接続されている。したがって、２つのエレメント１１１，１１２をリフローによって基板１３０に一括実装することが可能であり、基板１３０に対するエレメント１１１，１１２の実装を効率化することができる。

また、本実施形態では、アンテナ１１０を構成する２つのエレメント１１１，１１２において、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎが外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍよりも少なくなっている。本発明者は、上記した構成のアンテナ装置１００において、２つのエレメント１１１，１１２の巻き数ｍ，ｎと利得との関係について確認した。その結果、例えば図１２に示すように、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎを外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍ以下（ｎ≦ｍ）とすると、螺旋部１１２ａの巻き数ｎが外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍより多い構成（ｎ＞ｍ）よりも、アンテナ１１０の利得が大きくなることが明らかとなった。また、内部エレメント１１２が螺旋部１１２ａを有し、螺旋部１１２ａの巻き数ｎが螺旋部１１１ａの巻き数ｍ以下の範囲内に、アンテナ１１０の利得が最大となる巻き数が存在することも明らかとなった。なお、図１２では、上記したアンテナ装置１００において、ｔａｎδ＝０．００６（公知の誘電体としては静電正接がほぼ最小のもの）のときの、エレメント１１１，１１２の巻き数ｍ，ｎと利得との関係のシミュレーション結果を示しており、内部エレメント１１２の巻き数ｎが３、外部エレメント１１１の巻き数ｍが１８のときに、利得が最大となっている。この結果をもとに、本実施形態に示すアンテナ装置１００では、内部エレメント１１２の巻き数ｎが３、外部エレメント１１１の巻き数ｍが１８となっている。また、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎとアンテナ１１０の電界強度分布との関係についても、本発明者は確認を行った、その一例を図１３及び図１４を示す。図１３は、内部エレメント１１２の巻き数ｎが３、外部エレメント１１１の巻き数ｍが１８のときの電界強度分布を示す図であり、図１４は、内部エレメント１１２の巻き数ｎが９、外部エレメント１１１の巻き数ｍが１６．５のときの電界強度分布を示す図である。図１３及び図１４から、電気長一定の状態で、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎを多くするほど、保持部材１２０（誘電体）内部の電界強度が高くなることが明らかである。

このように、螺旋部１１２ａの巻き数ｎが外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍ以下の範囲内で、アンテナ１１０の利得が最大となる巻き数が存在する理由としては、以下のことが考えられる。誘電体からなる保持部材１２０が各エレメント１１１，１１２と接する構成、特に本実施形態に示したように、内部エレメント１１２の螺旋部１１２ａが保持部材１２０によって覆われた構成では、外部エレメント１１１よりも内部エレメント１１２による電界の影響を保持部材１２０（誘電体）が受ける。内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎが多いほど、軸方向において隣接する螺旋部１１２ａの間隔が短くなり、螺旋部１１２ａ間に不要な電気的結合部（浮遊容量部）が形成されるため、保持部材１２０（誘電体）内部の電界強度が高くなる。そして、この電界の影響により、誘電体特有の性質である静電正接（ｔａｎδ：誘電損失、誘電正接ともいう）が生じ、熱ロスとしてアンテナ１１０の利得が低下する。また、誘電体（保持部材１２０）が存在しない、すなわち、ｔａｎδ＝０では静電正接が生じないため、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎが多いほど、外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍが減少し、これによりアンテナ１１０から外部への放射量が増加する。これら２つの特性から、誘電体からなる保持部材１２０が各エレメント１１１，１１２と接する構成では、内部エレメント１１２が螺旋部１１２ａを有し、且つ、その螺旋部１１２ａの巻き数ｎが、図１２に示すように外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍ以下の範囲内において、アンテナ利得が最大となる巻き数が存在するものと考えられる。なお、図１２では、ｔａｎδ＝０．００６（公知の誘電体としては静電正接がほぼ最小のもの）のときの、エレメント１１１，１１２の巻き数ｍ，ｎと利得との関係を示したが、静電正接（ｔａｎδ）の値が上記と異なる場合でも同様である。

このように、本実施形態では、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎを外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍよりも少なくしているので、誘電体からなる保持部材１２０が各エレメント１１１，１１２と接する構成において、アンテナ利得を向上することができる。すなわち、アンテナ利得がほぼ同じであれば、例えば内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎが、外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍよりも多い構成よりも、アンテナ１１０の体格、ひいてはアンテナ装置１００の体格をより小型化することができる。

また、本実施形態では、アンテナ１１０を構成する２つのエレメント１１１，１１２の螺旋部１１１ａ，１１２ａが、基板１３０の表面１３１に沿って延びている。すなわち、アンテナ１１０が基板１３０の表面１３１に略平行に配置されている。ここで、上記したように、比較的波長の長い（数十ｃｍ〜数ｍ）領域の電波を使用するアンテナ装置では、アンテナ装置の体格に対してアンテナの大きさが支配的である。また、基板１３０の表面１３１に略垂直な方向のほうが、基板１３０の表面１３１に略平行な方向よりも、アンテナ装置１００の体格に対するアンテナ１１０の影響が大きい。したがって、本実施形態によれば、２螺旋部１１１ａ，１１２ａの軸方向が、基板１３０の表面１３１に対して略垂直とされた構成よりも、アンテナ装置１００の体格をより小型化することができる。

なお、アンテナ装置１００の製造方法は上記例に限定されるものではない。それ以外にも、例えば、金属線（ワイヤ）を加工して２つのエレメント１１１，１１２を形成し、このエレメント１１１，１１２を上記した構成の保持部材１２０（１２０ａ，１２０ｂ）の溝に嵌め込んでアンテナ１１０と保持部材１２０とが一体化された構成としても良い。また、保持部材１２０を射出成形する際に、２つのエレメント１１１，１１２の少なくとも一方をインサート部品としても良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図１５及び図１６に基づいて説明する。図１５は、第２実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図１６は、２つのエレメントの巻き数と利得との関係を示す図である。図１６は、第１実施形態に示した図１２に対応している。

第２実施形態に係るアンテナ装置は、第１実施形態に示したアンテナ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１実施形態においては、２つのエレメント１１１，１１２における螺旋部１１１ａ，１１２ａの軸方向が、基板１３０の表面１３１に略平行とされる例を示した。これに対し、本実施形態では、図１５に示すように、２つのエレメント１１１，１１２における螺旋部１１１ａ，１１２ａの軸方向が、基板１３０の表面１３１に対して略垂直となっている点を特徴とする。それ以外の構成については、第１実施形態に示したアンテナ装置１００（図１参照）とほぼ同じ構成となっている。

なお、図１５に示すアンテナ装置１００においても、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎが、外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍ以下となっている。具体的には、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎが３、外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍが７とされ、巻き数ｎが巻き数ｍ未満となっている。

また、配線部１３２の一部として基板１３０の表面１３１に設けられたＧＮＤパターン１３２ｂにおける、外部エレメント１１１の実装部１１１ｂとの接続部位（ＧＮＤパターン１３２ｂの一部）が、ランド１３２ａとなっている。このＧＮＤパターン１３２ｂは、ＧＮＤパターン１３２ｂ上にアンテナ１１０が配置されるように、基板１３０の表面１３１において、アンテナ１１０の配置位置に対応して平面略矩形状に設けられている。そして、このＧＮＤパターン１３２ｂの近傍にランド１３３ａが設けられ、ランド１３３ａを端部としてＧＮＤパターン１３２ｂから離反する方向に配線部１３３が設けられている。

また、保持部材１２０は、２つのエレメント１１１，１１２の螺旋部１１１ａ，１１２ａと接して所定位置の位置関係を保持する保持部１２１と、ＧＮＤパターン１３２ｂ上に設けられたベース部１２２とを有している。保持部１２１は、螺旋部１１１ａ，１１２ａの下端から上端よりも若干高い位置まで設けられており、螺旋部１１１ａ，１１２ａ間の相対する領域全てに介在されている。ベース部１２２は、ＧＮＤパターン１３２ｂよりも若干小さい大きさをもってＧＮＤパターン１３２ｂ上に設けられている。そして、このベース部１２２内に、２つのエレメント１１１，１１２において、実装部１１１ｂ，１１２ｂと螺旋部１１１ａ，１１２ａとを繋ぐ繋ぎ部１１１ｃ，１１２ｃが、ＧＮＤパターン１３２ｂと接しないように埋設されている。また、実装部１１１ｂ，１１２ｂは、ベース部１２２の端面（側面）から露出されており、対応するランド１３２ａ，１３３ａとそれぞれ接続されている。

このように構成されるアンテナ装置１００においても、第１実施形態に示したアンテナ装置１００と同様の効果を発揮することができる。例えば保持部材１２０（特に保持部１２１）によって２つのエレメント１１，１１２が所定の位置関係に保持されるので、アンテナ１１０の性能を保持することができる。また、保持部材１２０が誘電体を用いて構成されているので、高周波電流の波長短縮効果により、アンテナ１１０（ひいてはアンテナ装置１００）の体格を小型化することができる。また、２つのエレメント１１１，１１２からなるアンテナ１１０として２重螺旋構造を採用したことによる効果と上記した誘電体による波長短縮効果により、アンテナ１１０とＧＮＤパターン１３２ｂとの間にインダクタを挿入しなくとも（整合回路を必要とせずに）、アンテナ１１０自身で共振特性を得ることができる。したがって、正面方向に電波を放射することができる。さらには、各エレメント１１１，１１２の実装部１１１ｂ,１１２ｂが表面実装構造となっているので、２つのエレメント１１１，１１２をリフローによって基板１３０に一括実装することが可能である。

また、本実施形態においても、上記したように、アンテナ１１０を構成する２つのエレメント１１１，１１２において、内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎを外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍよりも少なくしている。したがって、誘電体からなる保持部材１２０が各エレメント１１１，１１２と接する構成において、アンテナ利得を向上することができる。すなわち、アンテナ利得がほぼ同じであれば、例えば内部エレメント１１２における螺旋部１１２ａの巻き数ｎが、外部エレメント１１１における螺旋部１１１ａの巻き数ｍよりも多い構成よりも、アンテナ１１０の体格、ひいてはアンテナ装置１００の体格をより小型化することができる。

なお、本発明者は、上記した構成のアンテナ装置１００においても、２つのエレメント１１１，１１２の巻き数ｍ，ｎと利得との関係について確認しており、螺旋部１１２ａの巻き数ｎを螺旋部１１１ａの巻き数ｍ以下とすると、ｎ＞ｍの構成よりもアンテナ利得を向上できることを明らかとしている。なお、一例として図１６を示す。図１６に示す例では、上記した構成のアンテナ装置１００において、ｔａｎδ＝０．００６のときの、エレメント１１１，１１２の巻き数ｍ，ｎと利得との関係のシミュレーション結果を示している。この条件では、内部エレメント１１２の巻き数ｎが３、外部エレメント１１１の巻き数ｍが７のときに、利得が最大となっている。この結果をもとに、本実施形態に示すアンテナ装置１００では、内部エレメント１１２の巻き数ｎが３、外部エレメント１１１の巻き数ｍが７となっている。

また、本実施形態においては、各エレメント１１１，１１２の繋ぎ部１１１ｃ，１１２ｃが、ベース部１２２内に埋設された例を示した。しかしながら、例えば図１７に示すように、繋ぎ部１１１ｃ，１１２ｃが、基板１３０の表面１３１に対して略平行とされるとともに、ベース部１２２上に積層配置された構成としても良い。すなわち、繋ぎ部１１１ｃ，１１２ｃがストリップライン構造とされた構成としても良い。なお、図１７に示す例では、ベース部１２２が平面矩形状のＧＮＤパターン１３２ｂ（図示略）よりも大きい平面矩形の板状とされ、ＧＮＤパターン１３２ｂ上に積層配置されている。この積層状態で、基板１３０の表面１３１の上方から見て、ＧＮＤパターン１３２ｂはベース部１２２によって被覆され、ランド１３２ａのみが露出されている。また、ベース部１２２のＧＮＤパターン１３２ｂとの接触面の裏面には、エレメント１１１，１１２の繋ぎ部１１１ｃ，１１２ｃが一体的に保持されている。このように、保持部材１２０を利用して繋ぎ部１１１ｃ，１１２ｃをストリップライン構造とすると、アンテナ１１０のインピーダンスを安定化させて、アンテナ１１０の性能のばらつきを抑制することができる。また、ＧＮＤパターン１３２ｂ上に積層配置された保持部材１２０（ベース部１２２）も波長短縮効果に少なからず寄与するので、これによってアンテナ１１０の共振周波数を低域にシフトさせ、ひいてはアンテナ装置１００の体格をさらに小型化することができる。また、本実施形態においては、ベース部１２２の表面に繋ぎ部１１１ｃ，１１２ｃが保持されているので、保持部材１２０によるエレメント１１１，１１２の保持効果を高めることができる。また、ランド１３２ａ，１３３ａに対する位置精度を高めることができる。図１７は、変形例を示す斜視図であり、図１７中の符号１４０は、はんだである。

なお、ストリップライン構造としては、上記例に限定されるものではない。保持部材１２０が保持部１２１のみを有し、ＧＮＤパターン１３２ｂが基板１３０の表面１３１の裏面に設けられ、基板１３０を介してＧＮＤパターン１３２ｂ上に繋ぎ部１１１ｃ，１１２ｃ（エレメント１１１，１１２の一部）が積層されて、ストリップライン構造とされた構成としても良い。

また、本実施形態では、配線部１３２の一部として、基板１３０の表面１３１におけるアンテナ１１０の直下にＧＮＤパターン１３２ｂが設けられる例を示した。しかしながら、ＧＮＤパターン１３２ｂが基板１３０におけるアンテナ１１０の直下とは異なる位置に設けられた構成としても良いし、配線部１３２の一部としてＧＮＤパターン１３２ｂのない構成としても良い。さらには、ベース部１２２のない構成としても良い。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態において、アンテナ装置１００を車載用キーレス受信機に適用する例を示した。しかしながら、本実施形態に示すアンテナ装置１００の適用範囲は上記例に限定されるものではない。スマートエントリーシステムなどのアンテナ装置に適用することもできる。また、受信機だけでなく送信機に適用することができるのは言うまでもない。

本実施形態では、内部エレメント１１２の螺旋部１１２ａが、誘電体からなる保持部材１２０によって覆われ、保持部材１２０の表面（外面）に、外部エレメント１２１の螺旋部１１１ａが巻回された例を示した。しかしながら、保持部材１２０の形態としては上記例に限定されるものではなく、螺旋部１１１ａ，１１２ａに接触して、２つのエレメント１１１，１１２を所定の位置関係に保持できるものであれば良い。例えば内部エレメント１１２の螺旋部１１２ａの内部にも、保持部材１２０が配置された構成としても良いし、外部エレメント１１１の螺旋部１１１ａの外周側にも、保持部材１２０が配置された構成としても良い。さらには、螺旋部１１１ａ，１１２ａの相対する領域の一部のみに保持部材１２０が配置された構成としても良い。保持部材１２０におけるエレメント１１１，１１２と接する部分は波長短縮効果に少なからず寄与するので、アンテナ１１０の共振周波数をより低域にシフトさせ、ひいてはアンテナ装置１００の体格をより小型化することができる。ただし、外部エレメント１１１の螺旋部１１１ａも誘電体からなる保持部材１２０によって覆われた構成とすると、保持部材１２０によって覆われない構成に比べて、外部エレメントの巻き数がアンテナ利得に与える影響が大きくなる。したがって、内部エレメント１１２の螺旋部１１２ａが保持部材１２０によって被覆され、外部エレメント１１１の螺旋部１１１ａが保持部材１２０の外面に巻き回された構成とすることが好ましい。

第１実施形態に係るアンテナ装置の要部の概略構成を示す平面図である。 図１におけるアンテナ周辺の斜視図である。 図２において、内部エレメントを透過させて示した図である。 外部エレメントの下側部分を構成するリードフレームの概略構成を示す斜視図である。 アンテナ装置の製造工程のうち、アンテナと保持部材とのユニットの下側部分を形成する工程を示す斜視図である。 アンテナ装置の製造工程のうち、アンテナと保持部材とのユニットの上側部分を形成する工程を示す斜視図である。 電磁界シミュレーションによる波長短縮効果を示す図である。 基板にＧＮＤパターンが設けられた構成における電界強度分布を示す図である。 アンテナ装置の指向性を示す図であり、実線はアンテナ装置単体での指向性、破線は人が所持した状態での指向性を示している。 比較例の電界強度分布を示す図である。 比較例の指向性を示す図であり、実線はアンテナ装置単体での指向性、破線は人が所持した状態での指向性を示している。 ２つのエレメントの巻き数と利得との関係を示す図である。 内部エレメントの巻き数ｎが３、外部エレメントの巻き数ｍが１８のときの電界強度分布を示す図である。 内部エレメントの巻き数ｎが９、外部エレメントの巻き数ｍが１６．５のときの電界強度分布を示す図である。 第２実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 ２つのエレメントの巻き数と利得との関係を示す図である。 変形例を示す斜視図である。

符号の説明

９０・・・給電点
１００・・・アンテナ装置
１１０・・・アンテナ
１１１・・・外部エレメント
１１１ａ・・・螺旋部
１１２・・・内部エレメント
１１２ａ・・・螺旋部
１２０・・・保持部材
１３０・・・基板
１３２ａ，１３３ａ・・・ランド

Claims (8)

1. 螺旋状に延びる螺旋部を有する外部エレメントと、前記外部エレメントにおける螺旋部の内側に間隔を隔てて配置され、前記外部エレメントにおける螺旋部の軸方向に沿って螺旋状に延びる螺旋部を有する内部エレメントとを有し、２つの前記エレメントの一方を信号線とし、他方をＧＮＤ線とする終端開放型のアンテナと、
   誘電体からなり、２つの前記エレメントにおける各螺旋部に接触されて、２つの前記エレメントを所定の位置関係に保持する保持部材と、を備えるアンテナ装置であって、
   前記内部エレメントにおける螺旋部の巻き数が、前記外部エレメントにおける螺旋部の巻き数以下とされていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記内部エレメントの螺旋部は、前記保持部材によって被覆され、
   前記外部エレメントの螺旋部は、前記保持部材の外面に巻き回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. 前記螺旋部の軸方向において、前記外部エレメントの螺旋部及び前記内部エレメントの螺旋部の長さが略等しくされ、
   前記保持部材は、２つの前記エレメントにおける螺旋部間の相対する領域全てに介在されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 高周波源と接続される２つのランドが同一面上に設けられた基板を備え、
   ２つの前記エレメントは、前記螺旋部の軸方向が、前記基板のランド形成面に対して略平行とされるとともに、前記軸方向における同一側の端部が、互いに異なる前記ランドとそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 高周波源と接続される２つのランドが同一面上に設けられた基板を備え、
   ２つの前記エレメントは、前記螺旋部の軸方向が、前記基板のランド形成面と略垂直とされるとともに、前記軸方向における同一側の端部が、互いに異なる前記ランドとそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. ２つの前記ランドの一方は、前記基板のランド形成面上に設けられたＧＮＤパターンと電気的に接続され、
   ２つの前記エレメントにおける前記端部と前記螺旋部とを繋ぐ部位が、前記保持部材を介して前記ＧＮＤパターン上に積層配置されたストリップライン構造とされていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記保持部材は、前記内部エレメントの螺旋部内にも配置され、前記内部エレメントと接触されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記保持部材は、前記外部エレメントの螺旋部外にも配置され、前記外部エレメントと接触されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載のアンテナ装置。

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