JP5353609B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線機や携帯端末、特に車両のスマートエントリーシステム、に用いられるアンテナ装置に関し、特に微小ループアンテナを備えるアンテナ装置に関するものである。

従来、携帯無線機本体内に内蔵されるアンテナ装置として、例えば特許文献１，２が開示されている。これらアンテナ装置では、ループアンテナの両端が、それぞれ配線を介して高周波源としての無線回路（給電手段）と接続されている。また、ループアンテナの形成するループ面は、無線機地板（回路基板）の平面に対して垂直となっている。このように、ループ面が無線機地板に対して垂直となっているので、無線機地板の平面に対して垂直方向から導体（例えば人体）が近接しても、導体上の鏡像（イメージ）を利用して、ループアンテナからの電界放射量の低減、すなわちアンテナ利得の低下、を抑制することができる。

特開２００２−４３８２６号公報 特開２００８−９８８９８号公報

ところで、小型化を主目的として、その周囲長を波長（使用波長）に対して十分に短い長さ（一般的には送信乃至受信波長の１／１０以下）とした微小ループアンテナを備えるアンテナ装置が知られている。このアンテナ装置では、微小ループアンテナのサイズが非常に小さいため、無線回路を介して微小ループアンテナの端部間を電気的に接続する配線により構成されるループアンテナの影響を無視できない。換言すれば、配線部分がループアンテナとして動作する。したがって、微小ループアンテナを備えたアンテナ装置の利得は、上記した微小ループアンテナの利得と、配線によるループアンテナの利得との和となる。

また、ループ面が無線機地板に対して垂直とされた微小ループアンテナを備えるアンテナ装置では、無線機地板からの微小ループアンテナの高さが低く、無線機地板の平面に対して垂直方向から人体などの導体が近接することとなる。しかしながら、上記した従来のアンテナ装置の構成によれば、微小ループアンテナの端部間を電気的に接続する配線により構成されるループアンテナのループ面が、無線機地板の平面に略平行となる。したがって、導体が近接すると、配線によるループアンテナのアンテナ利得が、配線に流れる電流により導体に誘起されるイメージ電流によって相殺されて大きく低下し、アンテナ装置全体のアンテナ利得は、ほぼ微小ループアンテナの利得のみとなる。すなわち、アンテナ装置全体でのアンテナ利得は、導体の有無によって異なるものとなり、安定した通信を行うことができなくなる恐れがある。

本発明は上記問題点に鑑み、微小ループアンテナを備えたアンテナ装置において、導体の有無によらず安定した通信を行うように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、基板と、基板に設けられた無線回路と、基板に設けられ、形成するループ面が基板の平面に垂直とされた微小ループアンテナと、基板に設けられ、微小ループアンテナの一端と無線回路とを電気的に接続する部位及び微小ループアンテナの他端と無線回路とを電気的に接続する部位を有する配線部と、を備えたアンテナ装置である。そして、配線部、すなわち無線回路を介して微小ループアンテナの一端から他端までの電流経路、の形成するループ面が、基板の平面に垂直とされており、配線部は、基板の平面に垂直な方向において互いに異なる位置に設けられた第１配線部及び第２配線部と、基板に設けた孔内に導電部材を配置してなり、第１配線部における微小ループアンテナの一端との接続端とは反対側の端部と、第２配線部における微小ループアンテナの他端との接続端とは反対側の端部とを電気的に接続する層間接続部と、を有し、第１配線部及び第２配線部における微小ループアンテナの端部との接続部位が、基板の平面に沿う方向において互いに重なる位置とされ、第１配線部と第２配線部とに互いに対向する部位が、基板の平面に沿う方向であって対向部位における配線部の幅方向において重なる位置とされていることを特徴とする。

このように本発明では、無線回路を介して微小ループアンテナの両端間を電気的に接続する配線部によりループアンテナが構成されるが、このループアンテナのループ面が基板の平面に垂直となるように、配線部を基板に設けている。したがって、微小ループアンテナのアンテナ利得だけでなく、配線部によるループアンテナのアンテナ利得も、人体などの導体が、基板の平面に対して垂直方向から近接したときと、導体が無いときとで殆ど変化しない。これにより、微小ループアンテナの利得と配線部によるアンテナの利得の和であるアンテナ装置全体のアンテナ利得は、導体の有無によって殆ど変化しないので、本発明によれば、導体の有無（使用環境）によらず安定した通信を行うことができる。

また、スルーホールやビアホールなどの、基板に形成した孔に、導電部材を配置して層間接続部が構成されているので、配線部の構成を簡素化することができる。なお、第１配線部と第２配線部とが重なるとは、幅方向において少なからず重なっていれば良い。また、配線部の幅方向とは、第１配線部及び第２配線部の長手方向（電流の流れる方向）とは垂直な方向（幅方向）である。

好ましくは、請求項２に記載のように、第１配線部及び第２配線部の対向部位が、基板の平面に沿う方向であって対向部位における配線部の幅方向において、互いに一致する構成とすると良い。すなわち、第１配線部及び第２配線部の幅を一致させ、且つ、配置位置も、基板の平面に沿う方向であって幅方向において、一致させることが好ましい。

これによれば、ループ面と基板の平面とのなす角度が９０度となる。したがって、第１配線部と第２配線部とが重なる関係にあるものの一致しない構成（ループ面がほぼ垂直）に比べて、導体有無でのアンテナ利得の変化量を低減することができる。この効果については本発明者によって確認されている。

また、請求項３に記載のように、基板の平面に垂直な方向において、基板には、配線パターンが多層に配置されており、第１配線部及び第２配線部が、異なる層に位置する配線パターンである構成を採用すると良い。これによれば、多層基板の構成の一部を用いて配線部が完全に構成できるので、金属板や金属線などを用いて配線部を構成するよりも、配線部の構成を簡素化し、ひいては製造コストを低減することが可能である。

アンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 電流経路とループ面を説明するための図である。 基板平面に垂直なループ面の効果を示す図である。 導体の有無とアンテナ利得との関係を示す図である。 配線部によるループ面を基板平面と平行としたアンテナ装置（比較例）の概略構成を示す図である。 第１配線部及び第２配線部の位置関係とアンテナ利得との関係を示す図である。 （ａ），（ｂ）ともに、その他変形例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図（基板２０の表面２１側から見た斜視図）である。図２は、図１に示すアンテナ装置において、電流経路とループ面を説明するための図であり、図中の矢印は電流経路（あるタイミングでの電流の流れ方向）を示している。図３は、基板平面に垂直なループ面の効果を示す図である。図１，２においては、基板２０内に設けられた層間接続部４３，５５と、基板２０の裏面２２側に設けられた第２エレメント４２を、それぞれ破線で示している。なお、以下においては、基板２０の表面２１及び裏面２２に沿う方向を単に基板平面に沿う方向とし、該基板平面に垂直な方向、すなわち基板２０の厚み方向を単に厚み方向と示すものとする。また、基板２０の平面とは、基板２０の表面２１、裏面２２、乃至これらの面２１,２２に平行な面（例えば多層基板において、内層の面）を指す。

図１に示すアンテナ装置１０は、車両のスマートエントリーシステムのカードキーに適用されるものであり、このアンテナ装置１０が、アンテナ装置１０の体格に対応したカード状（厚み方向に薄い直方体状）のケース内に収容されて、カードキーとなる。なお、カードキーのケースは、基板２０の表面２１及び裏面２２のそれぞれと対向する平面長方形の対向部位を有し、アンテナ装置１０が収容された状態で、ケースの各対向部位は表面２１及び裏面２２と略平行となる。また、対向部位間の距離（換言すれば、ケースの厚み）は、ケースの各対向部位の大きさ（平面長方形の短辺及び長辺いずれの長さ）に比べて短く設定されている。

アンテナ装置１０は、要部として、基板２０と、基板２０に設けられた無線回路３０と、基板２０に設けられ、形成するループ面が基板２０の平面に垂直とされた微小ループアンテナ４０と、基板２０に設けられ、微小ループアンテナ４０の一端４１ａと無線回路３０とを電気的に接続する部位及び微小ループアンテナ４０の他端４２ｃと無線回路３０とを電気的に接続する部位を有する配線部５０と、を備えている。

基板２０は、樹脂などの電気絶縁材料からなり、無線回路３０、微小ループアンテナ４０、及び配線部５０が設けられる（固定される）基材である。本実施形態では、樹脂からなる平面長方形の基板２０に配線パターンが配置されて配線基板となっており、上記配線パターンとして、微小ループアンテナ４０の一部と配線部５０の一部を含んでいる。また、上記配線パターンは、基板２０に対し厚み方向に多層に配置されており、配線パターンを備えた基板２０が所謂多層基板となっている。

詳しくは、平面長方形の基板２０の表面２１に、配線パターンとして、配線部５０における表面２１側の部位（第１配線部）５１，５４，５６が形成されている。また、基板２０の表面２１には、微小ループアンテナ４０のうちの表面２１側の部位である第１エレメント４１の一端４１ｅと接続されるランド（図示略）も形成されている。アンテナ装置１０は、このランドを有さなくとも良く、その場合、第１エレメント４１の一端４１ｅは層間接続部４３とランドを介さずに接続される。また、層間接続部４３がランドを貫通して形成されている場合、すなわち、表面２１において層間接続部４３の周囲にランドが位置する場合には、第１エレメント４１の一端４１ｅがランド及び層間接続部４３と接続されても良い。一方、基板２０の裏面２２には、配線パターンとして、微小ループアンテナ４０のうちの裏面２２側の部位である第２エレメント４２をなす配線パターン、及び、配線部５０における裏面２２側の部位（第２配線部）５３が形成されている。

無線回路３０は、微小ループアンテナ４０に対する高周波源であり、微小ループアンテナ４０と電気的に接続され、微小ループアンテナ４０に送信信号を出力する送信回路、及び、微小ループアンテナ４０が受信した受信信号を処理する受信回路の少なくとも一方として機能するものである。本実施形態では、微小ループアンテナ４０に送信信号を出力するとともに、微小ループアンテナ４０が受信した受信信号を処理する送受信回路として構成されている。また、無線回路３０は、半導体チップに電子素子が集積されてなるＩＣチップとして構成されており、基板２０の表面２１に実装されている。なお、ＩＣチップ以外にも、基板２０の配線パターン及び基板２０に実装されたディスクリート素子により、無線回路３０が構成されても良い。

微小ループアンテナ４０は、その周囲長が波長（使用波長）に対して十分に短い長さ（例えば送信乃至受信波長の１／１０以下程度）であり、無線回路３０と電気的に接続されるべく基板２０に設けられ（固定され）、この設置状態で、その形成するループ面が基板２０の平面（表面２１及び裏面２２）に垂直とされたものである。ここで、ループ面が垂直とは、ループ面と基板平面のなす角が９０度だけでなく、ほぼ９０度も含まれる。また、ループ面とは、微小ループアンテナ４０において、電流経路に対し垂直な方向である幅方向の中心位置からなる面である。このような微小ループアンテナ４０は、厚み方向において互いに異なる位置に配置され、且つ、お互いに対向する位置関係にある２つのエレメント４１，４２の一端同士を、配線などの電気中継部材を介して電気的に接続することで構成される。本実施形態では、微小ループアンテナ４０が、金属薄板を所定形状に打ち抜き、折曲してなる第１エレメント４１、基板２０に形成された配線パターンとしての第２エレメント４２、及び基板２０に形成された層間接続部４３により構成されている。

第１エレメント４１は、金属薄板を平面Ｌ字状に打ち抜き、折曲してなるものであり、該エレメント４１の長手方向（換言すればエレメント４１内を流れる電流の流れ方向）に対して垂直な方向（エレメント４１の幅方向）の幅が、その全長にわたってほぼ均一とされている。また、第１エレメント４１は、４箇所でその板厚方向に折曲されており、折曲部分を境として、基板２０に実装された状態で基板２０の表面２１に平行となる部位（４１ａ，４１ｃ，４１ｅ）と、基板２０の表面２１に垂直となる部位（４１ｂ，４１ｄ）の計５つの部位を有している。詳しくは、平面Ｌ字状の金属薄板のＬ字長手部分とＬ字短手部分において、それぞれ端部と、長手部分と短手部分の連結部位との間に、端部側から谷折りで９０度、山折りで９０度の折曲部分がそれぞれ１箇所ずつ設けられている。

部位４１ａ，４１ｅは、それぞれ第１エレメント４１の端部であり、一方の端部４１ａは、基板２０に設けられた配線パターンとしての配線部５１の一端上に配置され、はんだなどを介して配線部５１と電気的且つ機械的に接続されている。他方の端部４１ｅは、配線パターンとしての図示しないランド（層間接続部４３）上に配置され、はんだなどを介してランドと電気的且つ機械的に接続されている。これら両端部４１ａ，４１ｅの間に位置する部位４１ｃは、基板２０の表面２１に沿う形状がＬ字状とされており、このＬ字部位４１ｃは、端部４１ａ，４１ｅが基板２０に実装された状態で、基板２０の表面２１から離れて、基板２１上に位置する。このＬ字部位４１ｃは、一端（Ｌ字の長手側端部）が垂直部位４１ｂを介して端部４１ａと連結され、他端（Ｌ字の短手側端部）が垂直部位４１ｄを介して端部４１ｅと連結されており、これら垂直部位４１ｂ，４１ｄに支持されることで、基板２０の表面２１上に浮いた状態となる。したがって、第１エレメント４１の平面形状、すなわち基板平面に沿う形状は、基板２０の表面２１に平行な部位４１ａ，４１ｃ，４１ｅにより、平面Ｌ字状をなす。

第２エレメント４２は、基板２０の裏面２２に、配線パターンの一部として構成されており、基板平面に沿う形状が、第１エレメント４１に対応する形状となっている。すなわち、平面Ｌ字状をなす端部４１ａ、Ｌ字部位４１ｃ、端部４１ｅのそれぞれに対向する端部４２ａ、Ｌ字部位４２ｂ、端部４２ｃを備えた平面Ｌ字状となっている。これらの部位４２ａ〜４２ｃは、１つの配線パターンとして、端部４２ａ、Ｌ字部位４２ｂ、端部４２ｃの順に連結されている。特に本実施形態では、基板２０の表面２１に垂直な光により、第１エレメント４１を基板２０の裏面２２に投影した投影部位が、第２エレメント４２と一致する構成となっている。換言すれば、第２エレメント４２の長手方向（エレメント４２内を流れる電流の流れ方向）に対して垂直な方向（エレメント４２の幅方向）の幅が、その全長にわたって第１エレメント４１の対向する部分と同じ幅とされ、且つ、基板平面に沿う方向であって電流の流れ方向に垂直な方向（幅方向）において、第１エレメント４１と第２エレメント４２との対向部位が一致する位置関係となっている。すなわち、微小ループアンテナ４０のループ面と基板２０の平面のなす角が９０度となっている。また、第１エレメント４１の端部４１ｅの直下に、第２エレメント４２の端部４２ａが位置し、第１エレメント４１の端部４１ａの直下に第２エレメント４２の端部４２ｃが位置している。

層間接続部４３は、厚み方向に沿って基板２０に形成された孔内に、導電部材（メッキや、導電性ペーストによるもの）を配置してなり、厚み方向において、互いに異なる位置に存在する２つのエレメント４１，４２の一方の端部４１ｅ，４２ａを電気的に接続する機能を果たすものである。このような層間接続部４３としては、例えば基板２０を貫通する所謂スルーホール内に導電部材が配置されたものを採用することができる。本実施形態では、層間接続部４３が、基板２０の表面２１及び裏面２２を貫通しており、表面２１において図示しないランド及び第１エレメント４１の端部４１ｅと、裏面２２において第２エレメント４２の端部４２ａと接続されている。これにより、第１エレメント４１の一端部４１ｅと第２エレメント４２の一端部４２ａとが層間接続部４３を介して電気的に接続され、電気的に連結された両エレメント４１，４２及び層間接続部４３が、１つの微小ループアンテナ４０を構成している。なお、図１，２では、層間接続部４３の形状を角柱状としているが、その形状は特に限定されるものではなく、円柱状などを採用することもできる。この点は、層間接続部５５についても同様である。

配線部５０は、第１エレメント４１における第２エレメント４２との接続端４１ｅとは反対側の端部４１ａと無線回路３０とを電気的に接続する配線部５１と、第２エレメント４２における第１エレメント４１との接続端４２ａとは反対側の端部４２ｃと無線回路３０とを電気的に接続する配線部５２と、を有する。そして、配線部５０、すなわち微小ループアンテナ４０の一端４２ｃから無線回路３０を介した他端４１ａまでの電流経路、の形成するループ面が、基板２０の平面に垂直となるように構成されたものである。ここで、ループ面とは、配線部５０において、電流経路に対し垂直な方向である幅方向の中心位置からなる面である。なお、配線部５０によるループアンテナの周囲長も、微小ループアンテナ４０同様、波長（使用波長）に対して十分に短い長さ（例えば送信乃至受信波長の１／１０以下程度）である。

本実施形態では、配線部５１が、基板２０の表面２１に形成された配線パターンの一部として構成されており、一端が第１エレメント４１の端部４１ａと接続され、他端が無線回路３０と接続されている。一方、配線部５２は、基板２０の裏面２２に形成された配線パターンの一部として構成され、一端が第２エレメント４２の端部４２ｃと電気的に接続され、他端が後述する層間接続部５５と接続された裏面側配線部５３と、配線パターンの一部として基板２０の表面２１に形成されたＧＮＤ（グランド）パターン５４と、基板２０の表面２１及び裏面２２を貫通する孔内に導電部材を配置してなり、裏面側配線部５３における端部４２ｃとの接続端とは反対側の端部とＧＮＤパターン５４とを電気的に接続する層間接続部５５と、基板２０の表面２１に形成された配線パターンの一部として構成され、ＧＮＤパターン５４と無線回路３０とを電気的に接続する配線部５６と、を有している。

なお、本実施形態では、裏面側配線部５３が、配線パターンとして第２エレメント４２と連結され、配線部５６が、配線パターンとしてＧＮＤパターン５４と連結されている。すなわち、配線部５０のうち、配線部５１、ＧＮＤパターン５４、及び配線部５６により第１配線部が構成され、裏面側配線部５３により第２配線部が構成されている。ただし、層間接続部５５は、ＧＮＤパターン５４における配線部５６との連結部位の近傍（周辺）にてＧＮＤパターン５４に接続されている。したがって、図２に示すように、配線部５０を流れる電流は、例えば層間接続部５５及びＧＮＤパターン５４を介して配線部５６に流れるものの、ＧＮＤパターン５４においては配線部５６との連結部位の近傍のみを流れることとなる。したがって、電流経路としてみれば、第１配線部は、実質的に２つの配線部５１，５６により構成されている。

基板２０の表面２１に形成された配線部５１，５６は、その長手方向（該配線部５１，５６内を流れる電流の流れ方向）に対して垂直な方向（配線部５１，５６の幅方向）の幅が、その全長にわたってほぼ均一とされている。一方、基板２０の裏面２２に形成された裏面側配線部５３は、基板平面に沿う形状が、配線部５１，５６（第１配線部）に対応する形状となっている。特に本実施形態では、基板２０の表面２１に垂直な光により、配線部５１，５６（第１配線部）を基板２０の裏面２２に投影した投影部位が、裏面側配線部５３と一致する構成となっている。換言すれば、裏面側配線部５３の幅、すなわち長手方向（裏面側配線部５３内を流れる電流の流れ方向）に対して垂直な方向（幅方向）の幅が、その全長にわたって配線部５１，５６（第１配線部）の対向する部分と同じ幅とされ、且つ、基板平面に沿う方向であって電流の流れ方向に垂直な方向（幅方向）において、配線部５１，５６（第１配線部）と裏面側配線部５３との対向部位が一致する位置関係となっている。これにより、配線部５０のループ面と基板２０の平面のなす角が９０度となっている。

このように、小型化を主目的として、その周囲長を波長（使用波長）に対して十分に短い長さとした微小ループアンテナ４０を備えるアンテナ装置１０では、微小ループアンテナ４０のサイズが非常に小さいため、配線部５０により構成されるループアンテナの影響を無視できない。換言すれば、配線部５０がループアンテナとして動作する。したがって、アンテナ装置１０の利得は、微小ループアンテナ４０の利得と、配線部５０によるループアンテナの利得との和となる。

また、アンテナ装置１０のように、カード状（厚み方向に薄い直方体状）のケース内に収容されて携帯機を構成するアンテナ装置では、その使用環境において、人体が厚み方向において遠方から基板２０の表面２１又は裏面２２に近接したり、財布などに収納された状態で、基板２０の表面２１又は裏面２２に対し、表面に金属蒸着などがなされたポイントカードが近接配置される。すなわち、基板２０の平面に対し、厚み方向から導体が近接し、表面２１又は裏面２２に対して対向配置される。

これに対し、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、微小ループアンテナ４０のループ面が基板２０の平面に対して垂直とされるだけでなく、配線部５０のなすループアンテナのループ面も、基板２０の厚みを利用し、基板２０の平面に対して垂直となっている。図３に示すように、厚み方向から導体が近接し、基板平面（例えば基板２０の裏面２２）に略平行に配置された状態で、導体には、配線に流れる電流により誘起されるイメージ電流が生じる。ここで、ループアンテナのループ面が基板平面に垂直な場合、図３に示すように、基板平面に平行な部分のうち、導体に近い部分の電流は、相対するイメージ電流（逆向きの電流）によって相殺されるものの、基板平面に垂直な部分では、該部分を流れる電流とイメージ電流が同一方向となり相殺されない。そして、基板平面に平行な部分のうち、導体に対して遠い部分の電流と、該電流に対応するイメージ電流とにより、図３の破線に示すようなループアンテナが構成されることとなる。このように、導体上の鏡像（イメージ）を利用して、ループアンテナからの電界放射量の低減、すなわちアンテナ利得の低下、を抑制することができる。すなわち、導体が近接したときと導体が無いときとで、それぞれのアンテナ利得が殆ど変化しないようになっている。アンテナ装置１０全体のアンテナ利得は、上記のごとく、微小ループアンテナ４０の利得と配線部５０によるアンテナの利得の和であるので、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、導体の有無（使用環境）によらず安定した通信を行うことができる。

また、本実施形態では、基板２０に形成された層間接続部５５が、配線部５０の一部を構成しており、該層間接続部５５により、第１配線部としてのＧＮＤパターン５４と第２配線部としての裏面側配線部５３が電気的に接続されている。このように配線基板（多層基板）では一般的な構造の層間接続部５５を用いると、配線部５０の構成を簡素化することができる。

また、本実施形態では、基板２０に配線パターンが多層に配置されており、配線パターンを備える基板２０が多層基板となっている。そして、異なる層に位置する配線パターンにより、配線部５０を構成する第１配線部及び第２配線部、すなわち層間接続部５５を除く配線部５０の部分、が構成されている。このように、多層基板の構成の一部を用いて配線部５０を構成すると、多層基板とは別に金属板や金属線などを用いて配線部５０を構成するよりも、配線部５０の構成を簡素化し、ひいては製造コストを低減することが可能である。

さらに本実施形態では、配線部５１，５６（第１配線部）を基板２０の裏面２２に投影した投影部位が、その全長で裏面側配線部５３と一致する構成となっている。換言すれば、裏面側配線部５３の幅が、その全長にわたって配線部５１，５６（第１配線部）の対向する部分と同じ幅とされ、且つ、基板平面に沿い、且つ、幅方向おいて、配線部５１，５６（第１配線部）と裏面側配線部５３との対向部位が一致する位置関係となっている。そして、これにより、配線部５０のループ面と基板２０の平面のなす角が９０度となっている。したがって、厚み方向から導体が近接しても、導体のイメージ電流によって配線部５０に流れる電流が相殺されがたいので、導体近接によるアンテナ利得の低下をより効果的に抑制することができる。

なお、上記したアンテナ装置１０の効果は、本発明者によって確認されている。この確認では、基板２０の平面に対し、厚み方向から導体が近接し、表面２１又は裏面２２に対して導体が対向配置された状態を導体有り（例えば図５参照）としている。図４は、上記したアンテナ装置において、導体の有無とアンテナ利得との関係を示す図である。図５は、上記したアンテナ装置の比較例、具体的には、配線部によるループ面を基板平面と平行としたアンテナ装置の概略構成を示す図である。図６は、配線部を構成する第１配線部と第２配線部との位置関係とアンテナ利得との関係を示す図である。

図４には、同一構成のアンテナ装置１０をそれぞれ備える２つの無線機を、アンテナからの放射電力が一定となるように異なる周波数で駆動させ、一方は導体なし、一方は導体有りの状態での無線機からの利得を、無線機に対して遠方に設置したダイポールアンテナにより、スぺクトルアナライザーを用いて観測した結果を示している。

図５では、便宜上、上記したアンテナ装置１０の構成要素と対応する要素に、アンテナ装置１０の構成要素の符号に１００を加算した符号を付与している。図５に示す比較例では、第２配線部１５３が基板１２０の裏面ではなく表面１２１に形成されており、層間接続部５５の代わりに、表面１２１に形成されたＧＮＤパターン１５４が、第１配線部をなす配線部１５６と第２配線部１５３とを電気的に接続する機能を果たしている。換言すれば、電流が、ＧＮＤパターン１５４のエッジを基板平面に沿う方向（紙面横方向）に流れるようになっている。また、図５では、第１配線部を構成する配線部１５１，１５６が、第２配線部１５３に平行配置されている。このように、比較例としてのアンテナ装置１１０では、配線部１５０が基板１２０の表面１２１側のみに形成されている。そして、図５では、第１配線部を構成する配線部１５１，１５６と、第２配線部１５３との距離をｄとしている。この距離ｄは、第１配線部（配線部１５１，１５６）と第２配線部１５３の幅方向の中心線間の距離であり、この距離ｄを図５の横軸としている。また、図５に示す符号１００は、アンテナ装置１１０（基板１２０）に近接した導体である。また、図５においても、図２同様、電流経路を矢印で示している。

また、図６では、△（破線）が導体無しでの結果、□（実線）が導体有りでの結果、○が導体有り時の電流低下量を示している。図６において、利得は、導体無し、且つ、ｄ＝０（第１配線部１５１，１５６の直下に第２配線部１５３が位置する状態、すなわち本実施形態に係るアンテナ装置１０）を基準（０ｄＢ）としており、電流の低下量は、導体有り、且つ、ｄ＝０（本実施形態に係るアンテナ装置１０）を基準（０ｄＢ）としている。

図４に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、導体が無い場合と、導体が有る場合とで、電力利得に差が生じていない。これは、基板２０の平面に垂直な方向から導体が近接しても、図３により説明したように、導体上の鏡像（イメージ）を利用して、アンテナ利得が低下しないためであると考えられる。なお、図４では、導体有無で周波数をずらしているが、導体有無を同一の周波数で比較しても同様の結果が得られる。

図６に示すように、導体無しの場合、アンテナ装置１０（ｄ＝０）に対して、ループアンテナを構成する配線部の距離ｄが長くなるほど、アンテナ利得が増加している。これは、第１配線部を構成する配線部１５１，１５６、第２配線部１５３、ＧＮＤパターン１５４により構成され、基板１２０の表面１２１に平行なループアンテナの面積（ループ面の大きさ）が大きくなるためであると考えられる。

一方、導体有りの場合、アンテナ装置１０（ｄ＝０）の利得は、導体無しの利得とほぼ一致する。そして、距離ｄが長くなるほど、アンテナ利得が減少している。また、電流の低下量も、アンテナ装置１０（ｄ＝０）に対して、距離ｄが長くなるほど、アンテナ利得の減少に対応して減少している。これは、１）基板１２０に近接した導体１００上のイメージ電流により、配線部１５０を流れる電流が相殺され、ループ面積増大の効果を打ち消された、２）導体１００上の渦電流が形成する磁界、及び、ループ面が基板１２０の平面（表面１２１）と平行とされた配線部１５０と導体１００との間の寄生容量により、配線部１５０によるループアンテナのインピーダンスが増加し、図６に示すようにアンテナ電流量の低下が生じた、ためであると考えられる。

このように、図４及び図６の結果も、配線部５０のなすループアンテナのループ面を、基板２０の平面に対して垂直とすることが、導体近接時のアンテナ利得の低下を抑制し、ひいては、導体の有無（使用環境）によらず安定した通信を行うために有効であることを示している。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記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。

本実施形態では、アンテナ装置１０が、車両のスマートエントリーシステムのカードキーに適用される例を示した。しかしながら、本実施形態に示すアンテナ装置１０の適用範囲は上記例に限定されるものではない。それ以外の無線機や携帯端末に適用することもできる。

本実施形態では、配線部５０が、その一部としてＧＮＤパターン５４を含む例を示した。しかしながら、ＧＮＤパターン５４を有さない構成としても良い。

微小ループアンテナ４０、及び、配線部５０によるループアンテナの構成は上記例に限定されるものではない。ともに基板平面に対して垂直なループ面を有するものであれば良い。

本実施形態では、第１エレメント４１が金属板からなり、第２エレメント４２が基板２０に形成された配線パターンからなる例を示した。しかしながら、第２エレメント４２を金属板、第１エレメント４１を配線パターンとしても良い。また、両エレメント４１，４２をともに金属板、両エレメント４１，４２をともに配線パターンとしても良い。さらには、金属板と配線パターンとにより、少なくとも一方のエレメント４１（４２）を構成しても良い。これらエレメント４１，４２は、微小ループアンテナ４０として基板２０に固定されていれば良い。また、配線パターンによりエレメント４１（４２）が構成される場合、基板２０の内部に配置された内層パターンを用いることもできる。内層パターンを用いた場合、層間接続部４３は、基板２０に設けたビアホール内に導電部材を配置してなる所謂接続ビアとなる。

また、微小ループアンテナ４０同様、配線部５０の構成も上記例に限定されるものではない。例えば、配線部５０の一部に金属板を用いても良い。また、配線パターンとして、基板２０の内部に配置された内層パターンを用いることもできる。内層パターンを用いた場合、層間接続部５５は、所謂接続ビアとなる。

本実施形態では、裏面側配線部５３の幅が、その全長にわたって配線部５１，５６（第１配線部）の対向する部分と同じ幅とされ、且つ、基板平面に沿う方向であって電流の流れ方向に垂直な方向（幅方向）において、配線部５１，５６（第１配線部）と裏面側配線部５３との対向部位が一致する位置関係とされる例を示した。すなわち、配線部５０のループ面と基板２０の平面のなす角が９０度とされる例を示した。しかしながら、配線部５１，５６（第１配線部）と裏面側配線部５３（第２配線部）とが、基板平面に沿う方向であって電流の流れ方向に垂直な方向において、少なからず重なる配置とすれば、配線部５０のループ面を、基板平面に対してほぼ垂直とすることができる。一致ではないものの重なる位置関係としては、例えば図７（ａ）に示すように、電流の流れ方向に対して垂直な幅方向において、配線部５１（第１配線部）と裏面側配線部５３（第２配線部）の一部が重なるような配置、図７（ｂ）に示すように、配線部５１（第１配線部）と裏面側配線部５３（第２配線部）の幅が異なり、幅が狭い側（図７（ｂ）では配線部５１）の全面が、幅の太い側（図７（ｂ）では裏面側配線部５３）と対向するような配置がある。このような構成としても、上記したアンテナ装置１０よりは若干劣るものの、導体によるアンテナ利得の低下を抑制することができる。なお、図７（ｂ）に示す例では、配線部５１（第１配線部）と裏面側配線部５３（第２配線部）の中心線５７同士が重なるような配置としている。したがって、図７（ｂ）に示すように、中心線同士が重ならないような配置に比べて、アンテナ利得低下を効果的に抑制することが可能である。図７（ａ），（ｂ）は、ともに、その他変形例を示す平面図である。

１０・・・アンテナ装置
２０・・・基板
２１・・・表面
２２・・・裏面
３０・・・無線回路
４０・・・微小ループアンテナ
５０・・・配線部
５５・・・層間接続部

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板に設けられた無線回路と、
   前記基板に設けられ、形成するループ面が前記基板の平面に垂直とされた微小ループアンテナと、
   前記基板に設けられ、前記微小ループアンテナの一端と前記無線回路とを電気的に接続する部位及び前記微小ループアンテナの他端と前記無線回路とを電気的に接続する部位を有する配線部と、を備えたアンテナ装置であって、
   前記無線回路を介して前記微小ループアンテナの一端から他端までを電気的に接続する前記配線部の形成するループ面が、前記基板の平面に垂直とされており、
   前記配線部は、前記基板の平面に垂直な方向において互いに異なる位置に設けられた第１配線部及び第２配線部と、前記基板に設けた孔内に導電部材を配置してなり、前記第１配線部における前記微小ループアンテナの一端との接続端とは反対側の端部と、前記第２配線部における前記微小ループアンテナの他端との接続端とは反対側の端部とを電気的に接続する層間接続部と、を有し、
   前記第１配線部及び前記第２配線部における前記微小ループアンテナの端部との接続部位が、前記基板の平面に沿う方向において互いに重なる位置とされ、
   前記第１配線部と前記第２配線部との互いに対向する部位は、前記基板の平面に沿う方向であって前記互いに対向する部位での配線部の幅方向において重なる位置とされていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１配線部及び前記第２配線部との互いに対向する部位は、前記基板の平面に沿う方向であって前記互いに対向する部位での配線部の幅方向において、互いに一致し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. 前記基板の平面に垂直な方向において、前記基板には、配線パターンが多層に配置されており、
   前記第１配線部及び前記第２配線部は、異なる層に位置する前記配線パターンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。

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