JP5764745B2 - アンテナおよび無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信に使用されるアンテナおよび無線通信装置に関する。

近年、医療、ヘルスケア等の用途において、比較的狭いエリアで近距離無線通信を行うためのＷＢＡＮ（Wireless Body Area Network）が注目されている。ＷＢＡＮは生体モニタ用センサやＩＣ（Integrated Circuit）等が内蔵されている無線通信装置をユーザーが携帯または装着して通信を行うためのネットワークである。この場合、ＷＢＡＮは、生体情報などのデータを収集・伝送することによって、リアルタイム性と効率性の向上を目的として使用される。ここで、生体情報は、例えば、ユーザーの体温、脈拍、血圧等の情報である。

図３２は、ＷＢＡＮシステム構成の一例を示す図である。

図３２に示されるＷＢＡＮシステムでは、人体近傍ネットワークＮＷ１０内において、センサノード５０１とマスタノード５０２とが通信を行う。センサノード５０１およびマスタノード５０２の各々は無線通信装置である。センサノード５０１およびマスタノード５０２の各々は、人体（ユーザー）の各部に装着される。各センサノード５０１は、生体情報を取得し、該生体情報を、マスタノード５０２へ送信する。

マスタノード５０２は、各センサノード５０１から生体情報を受信する。

マスタノード５０２は、外部機器５００と通信を行う。マスタノード５０２は、各マスタノード５０２から受信した生体情報を、外部機器５００へ送信する。

外部機器５００は、受信した生体情報を元に、リアルタイムにユーザーへ健康状態の通知を行う。また、外部機器５００は、病院などの医療機関へ生体情報を通知する。これにより、ユーザーの病気の早期発見などに役立てる。

なお、マスタノード５０２を利用せず、人体（ユーザー）の各部に装着されている各センサノード５０１が直接、外部機器５００と通信を行ってもよい。

従来の近距離無線通信を利用するシステムには、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムがある。ＲＦＩＤシステムには、電波を用いて改札清算や入退場管理などのデータの記録や読み出しを行うＩＣカードシステム、荷札や商品タグを用いた商品物流システムなどがある。つまり、ＲＦＩＤシステムは、現在多方面で利用されている。

これらのＲＦＩＤシステムで用いられる無線通信装置に搭載されるアンテナとして、平面としてのハウジング上に形成された複数の線上導体から構成されるアンテナ（以下、従来アンテナという）が、特許文献１に開示されている。

特開２００５−２４４２８３号公報

しかしながら、従来アンテナは平面上に構成される。すなわち、従来アンテナの形状は、平面形状である。そのため、例えば、従来アンテナに対し垂直な面における、従来アンテナから放射される電波の指向性の偏りは大きい。つまり、従来アンテナでは、従来アンテナに対する面の位置によっては、電界強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在する。

ここで、従来アンテナが、ＷＢＡＮシステムで使われたとする。この場合、図３３（ａ）のように、ユーザー毎に、無線通信装置（センサノード５０１、マスタノード５０２）の貼り付け位置が異なる。また、図３３（ｂ）のように、ユーザー毎に、無線通信装置（センサノード５０１、マスタノード５０２）の装着向きが変わったりする。また、図３３（ｃ）のように、ユーザーの動きにより、無線通信装置（センサノード５０１）の向きが変わったりする。

したがって、アンテナの指向性が３次元的に変化し、ユーザーの姿勢や動きによっては通信が途切れるという可能性がある。これは、３次元空間のある平面において、従来アンテナから放射される電波の指向性の偏りが大きいことが原因である。すなわち、従来アンテナでは、従来アンテナに対する面の位置によっては、電界強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在することが原因である。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、３次元空間における直交する各平面において電界強度が大きく低下する箇所の発生を防止するアンテナを提供することである。

上述の課題を解決するために、この発明のある局面に従うアンテナは、無線通信に使用される。アンテナは、接地される平面状の平面導体と、少なくとも第１線状導体、第２線状導体および第３線状導体が一体形成される立体線状導体とを備える。前記第１線状導体は、前記平面導体の主面側に設けられ、かつ、前記主面に対し垂直に設けられる。前記第２線状導体は、前記主面側に設けられ、かつ、前記主面と平行であり、前記第３線状導体は、前記主面側に設けられ、かつ、前記主面と平行であり、かつ、前記第２線状導体に対し垂直に設けられ、前記第２線状導体の一端と前記第３線状導体の一端とは電気的に接続され、前記平面導体には、前記無線通信に使用される高周波電流が外部から供給される給電点が、前記平面導体と電気的に非接続となるように設けられ、前記給電点は、前記立体線状導体の前記第１線状導体の一端と電気的に接続され、前記立体線状導体には前記高周波電流が流れ、前記立体線状導体に前記高周波電流が流れることにより前記平面導体には電流が流れる。ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各々が互いに直交する３次元座標系において、前記平面導体の主面が前記３次元座標系のｚ−ｙ平面と平行であるとし、前記ｘ軸に沿った２つの方向の一方を＋ｘ方向とし、前記ｘ軸に沿った２つの方向の他方を−ｘ方向とし、前記ｙ軸に沿った２つの方向の一方を＋ｙ方向とし、前記ｙ軸に沿った２つの方向の他方を−ｙ方向とし、前記ｚ軸に沿った２つの方向の一方を＋ｚ方向とし、前記ｚ軸に沿った２つの方向の他方を−ｚ方向とし、前記立体線状導体の前記ｘ軸方向の長さをＬｘとし、前記立体線状導体の前記ｙ軸方向の長さをＬｙとし、前記平面導体の前記ｚ軸方向の長さをＬｚ１とし、前記立体線状導体の前記ｚ軸方向の長さをＬｚ２とし、前記立体線状導体に流れる前記高周波電流のうち前記＋ｘ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｘとし、前記立体線状導体に流れる前記高周波電流のうち前記＋ｙ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｙとし、前記平面導体に流れる電流のうち＋ｚ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｚ１とし、前記立体線状導体に流れる前記高周波電流のうち＋ｚ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｚ２とし、Ｉｘ×Ｌｘを電磁気モーメントＭｘとし、Ｉｙ×Ｌｙを電磁気モーメントＭｙとし、Ｉｚ１×Ｌｚ１−Ｉｚ２×Ｌｚ２を電磁気モーメントＭｚとした場合、Ｍｘ＝Ｍｙ＝Ｍｚの関係式が満たされる。

すなわち、アンテナは、平面状の平面導体と、少なくとも第１線状導体、第２線状導体および第３線状導体が一体形成される立体線状導体とを備える。第１線状導体は、前記平面導体の主面に対し垂直に設けられる。第２線状導体は、前記主面と平行である。第３線状導体は、前記主面と平行であり、かつ、前記第２線状導体に対し垂直に設けられる。

また、Ｉｘ×Ｌｘを電磁気モーメントＭｘとし、Ｉｙ×Ｌｙを電磁気モーメントＭｙとし、Ｉｚ１×Ｌｚ１−Ｉｚ２×Ｌｚ２を電磁気モーメントＭｚとした場合、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるようにアンテナが構成される。

本願発明者は、シミュレーションおよび試作品の測定により、Ｉｘ×Ｌｘを電磁気モーメントＭｘとし、Ｉｙ×Ｌｙを電磁気モーメントＭｙとし、Ｉｚ１×Ｌｚ１−Ｉｚ２×Ｌｚ２を電磁気モーメントＭｚとした場合、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように構成されたアンテナは、３次元空間における直交する各平面において電界強度が大きく低下する箇所の発生を防止するアンテナであることを確認した。

したがって、当該アンテナは、３次元空間における直交する各平面において電界強度が大きく低下する箇所の発生を防止するアンテナである。

また、好ましくは、前記平面導体の形状は、四角形であり、前記給電点は、前記平面導体の角の近傍に設けられる。

また、好ましくは、前記立体線状導体は、前記第１線状導体、前記第２線状導体、前記第３線状導体および第４線状導体が一体形成されており、前記第４線状導体は、前記主面側に設けられ、前記第４線状導体は、前記第１線状導体と平行であり、前記第４線状導体の長さは、前記第１線状導体の長さと同じであり、前記第２線状導体の他端と前記平面導体とは、前記第４線状導体により電気的に接続される。

また、好ましくは、前記平面導体の前記ｚ軸方向の長さおよび前記第１線状導体、前記第２線状導体、前記第３線状導体および前記第４線状導体の各々の長さは、前記高周波電流の周波数の波長の１／４以下である。

また、好ましくは、前記立体線状導体は、前記第１線状導体、前記第２線状導体、前記第３線状導体および前記第４線状導体と、該第３線状導体と電気的に接続される第５線状導体とが一体形成されており、前記第５線状導体は、前記主面側に設けられる。

また、好ましくは、前記第２線状導体の長さは、前記平面導体の前記ｙ軸方向の長さ以下であり、前記第３線状導体の長さは、前記平面導体の前記ｚ軸方向の長さ以下である。

また、好ましくは、前記立体線状導体は、前記第１線状導体、前記第２線状導体および前記第３線状導体と、前記平面導体の主面と反対側に設けられる第６線状導体とが一体形成されており、前記第６線状導体は、該第６線状導体および前記第１線状導体が同一直線上に並ぶように設けられ、前記給電点には、前記第６線状導体の一端が電気的に接続され、前記給電点に電気的に接続される前記第１線状導体の一端と、前記給電点に電気的に接続される前記第６線状導体の一端とは電気的に接続される。

また、好ましくは、前記第１線状導体、前記第２線状導体および前記第３線状導体の少なくとも１つには、ローディングコイルが挿入される。

また、好ましくは、前記第１線状導体、前記第２線状導体および前記第３線状導体の少なくとも１つの形状は、メアンダ形状である。

また、好ましくは、前記第１線状導体、前記第２線状導体および前記第３線状導体の少なくとも１つは、ローディングキャパシタと接続される。

また、好ましくは、前記平面導体には、さらに、スリットが設けられる。

また、好ましくは、前記アンテナの入力インピーダンスおよび出力インピーダンスは、外部の整合回路により整合される。

この発明の他の局面に従う無線通信装置は、前記アンテナを利用して無線通信を行う。

本発明により、３次元空間における直交する各平面において電界強度が大きく低下する箇所の発生を防止するアンテナを実現することができる。

図１は、第１の実施の形態における無線通信装置の構成を示すブロック図である。 図２は、３次元座標系を示す図である。 図３は、第１の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。 図４は、平面導体の形成場所を示す図である。 図５は、給電領域を説明するための図である。 図６は、シミュレーションＡで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。 図７は、各電界の放射特性を示す図である。 図８は、シミュレーションＡで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。 図９は、各電界の放射特性を示す図である。 図１０は、シミュレーションＡで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。 図１１は、各電界の放射特性を示す図である。 図１２は、シミュレーションＪで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。 図１３は、各電界の放射特性を示す図である。 図１４は、シミュレーションＪで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。 図１５は、各電界の放射特性を示す図である。 図１６は、シミュレーションＪで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。 図１７は、各電界の放射特性を示す図である。 図１８は、電界の放射特性を示す図である。 図１９は、比較アンテナの構成を示す図である。 図２０は、電界の放射特性を示す図である。 図２１は、アンテナの構成を示す図である。 図２２は、アンテナの構成を示す図である。 図２３は、第１の実施の形態の変形例１におけるアンテナの構成を示す図である。 図２４は、第１の実施の形態の変形例１におけるアンテナの構成を示す図である。 図２５は、第１の実施の形態の変形例２におけるアンテナの構成を示す図である。 図２６は、第１の実施の形態の変形例３におけるアンテナの構成を示す図である。 図２７は、第１の実施の形態の変形例４におけるアンテナの構成を示す図である。 図２８は、第１の実施の形態の変形例５におけるアンテナの構成を示す図である。 図２９は、第１の実施の形態の変形例６におけるアンテナの構成を示す図である。 図３０は、第１の実施の形態の変形例７におけるアンテナの構成を示す図である。 図３１は、無線通信装置に含まれる整合回路を示す図である。 図３２は、ＷＢＡＮシステム構成の一例を示す図である。 図３３は、ＷＢＡＮシステムにおける無線通信装置の使用例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は行わない場合がある。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態における無線通信装置１０００の構成を示すブロック図である。

図１に示されるように、無線通信装置１０００は、無線ＩＣ（Integrated Circuit）２０と、給電線Ｌ１０と、アンテナ２００とを備える。

詳細は後述するが、無線ＩＣ２０は、給電線Ｌ１０により、アンテナ２００と電気的に接続される。無線ＩＣ２０は、無線通信に使用する高周波電流（電力）を、給電線Ｌ１０を介してアンテナ２００へ供給する。

ここで、本明細書における３次元座標系について説明する。

図２は、３次元座標系を示す図である。

図２に示されるように、３次元座標系では、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各々が互いに直交する。ｘ軸に沿った２つの方向の一方を＋ｘ方向とし、ｘ軸に沿った２つの方向の他方を−ｘ方向とする。また、ｙ軸に沿った２つの方向の一方を＋ｙ方向とし、ｙ軸に沿った２つの方向の他方を−ｙ方向とする。また、前記ｚ軸に沿った２つの方向の一方を＋ｚ方向とし、ｚ軸に沿った２つの方向の他方を−ｚ方向とする。

以下においては、ｘ軸とｙ軸とを含む平面を、ｘ−ｙ平面という。また、以下においては、ｚ軸とｘ軸とを含む平面を、ｚ−ｘ平面という。また、以下においては、ｚ軸とｙ軸とを含む平面を、ｚ−ｙ平面という。

図３は、第１の実施の形態におけるアンテナ２００の構成を示す図である。

図３（ａ）は、アンテナ２００の斜視図である。図３（ｂ）は、アンテナ２００を、３次元座標系のｚ−ｙ平面に投影した図である。

アンテナ２００は、平面導体Ｍ２０と、立体線状導体２０１を備える。

平面導体Ｍ２０の形状は、平面状である。また、平面導体Ｍ２０の形状は、四角形である。なお、平面導体Ｍ２０の形状は、四角形に限定されず、他の形状（例えば、六角形）であってもよい。平面導体Ｍ２０は接地されている。

図４に示されるように、平面導体Ｍ２０は、基板ＳＢ２０上に形成される。

平面導体Ｍ２０の平面のサイズは、基板ＳＢ２０の平面のサイズと同じである。なお、平面導体Ｍ２０の平面のサイズは、基板ＳＢ２０の平面のサイズと異なってもよい。

再び、図３を参照して、立体線状導体２０１は、線状導体２１０、線状導体２２０、線状導体２３０および線状導体２４０が一体形成された線状導体である。線状導体２１０、線状導体２２０、線状導体２３０および線状導体２４０は、それぞれ、第１線状導体、第２線状導体、第３線状導体および第４線状導体である。

線状導体２１０，２２０，２３０，２４０の各々は、直線状の導体である。なお、線状導体２１０，２２０，２３０，２４０の各々は、直線状の導体に限定されず、他の形状の導体であってもよい。線状導体２１０，２２０，２３０，２４０の各々は、すず、銅などの金属材料から構成される。

線状導体２１０，２２０，２３０，２４０の各々は、平面導体Ｍ２０の主面側に設けられる。平面導体Ｍ２０の主面とは、図４の平面導体Ｍ２０において、基板ＳＢ２０が接する面と反対側の面である。

線状導体２１０は、平面導体Ｍ２０の主面に対し垂直に設けられる。線状導体２２０，２３０の各々は、平面導体Ｍ２０の主面と平行である。線状導体２３０は、線状導体２２０に対し垂直に設けられる。線状導体２３０の一端は、接点Ｎ１０において、線状導体２２０と電気的に接続される。線状導体２３０は、接点Ｎ１０から−ｚ方向に延在するように設けられる。

線状導体２４０の長さは、線状導体２１０の長さと同じである。線状導体２４０は、線状導体２１０と平行である。

線状導体２２０の長さは、平面導体Ｍ２０のｙ軸方向の長さ以下である。また、線状導体２３０の長さは、平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さ以下である。

線状導体２１０，２２０，２３０，２４０の各々の太さは、ほぼ同一である。線状導体２２０，２３０の各々の半径は、線状導体２１０の長さよりも短いとする。すなわち、線状導体２２０，２３０の各々の太さは、線状導体２２０，２３０が、平面導体Ｍ２０に接しないような太さである。

線状導体２４０の一端は、平面導体Ｍ２０と電気的に接続される。前述したように、線状導体２２０の一端と線状導体２３０の一端とは電気的に接続される。線状導体２２０の他端と平面導体Ｍ２０とは、線状導体２４０により電気的に接続される。

また、図３（ｂ）に示されるように、線状導体２２０、２３０の各々は、平面導体Ｍ２０の端部の上方に配置される。なお、線状導体２２０、２３０の各々は、平面導体Ｍ２０の内部の上方に配置されてもよい。

ここで、平面導体Ｍ２０の主面が３次元座標系のｚ−ｙ平面と平行であるとする。この場合、線状導体２１０，２４０は、３次元座標系のｘ軸に平行である。また、線状導体２２０は、３次元座標系のｙ軸に平行である。また、線状導体２３０は、３次元座標系のｚ軸に平行である。

図３には、後述する給電点ＰＴ１０を含む給電領域Ｐ１０が示される。

図５は、給電領域Ｐ１０を説明するための図である。

図５（ａ）は、給電領域Ｐ１０付近の構成を詳細に示す図である。

給電領域Ｐ１０は、平面導体Ｍ２０の主面上に設けられる。給電領域Ｐ１０は、給電点ＰＴ１０を含む。給電点ＰＴ１０は、平面導体Ｍ２０の主面上に設けられる。給電点ＰＴ１０は、絶縁膜ＰＸ２０により、平面導体Ｍ２０と電気的に非接続とされる。すなわち、平面導体Ｍ２０には、給電点ＰＴ１０が、平面導体Ｍ２０と電気的に非接続となるように設けられる。

給電点ＰＴ１０は、図３に示されるように、平面導体Ｍ２０の角の近傍に設けられる。なお、給電点ＰＴ１０は、平面導体Ｍ２０の角の近傍に設けられなくてもよい。

ここで、給電線Ｌ１０の詳細な構成について説明する。

図５（ｂ）は、給電線Ｌ１０の詳細な構成を示す図である。

図５（ｂ）に示されるように、給電線Ｌ１０は、電源線ＰＬ１０を含む。電源線ＰＬ１０は、高周波電流を伝達する導電線である。電源線ＰＬ１０は、絶縁膜ＰＸ１０により覆われる。絶縁膜ＰＸ１０の表面には、グランド膜Ｇ１０が形成される。すなわち、電源線ＰＬ１０と、グランド膜Ｇ１０とは電気的に非接続とされる。また、グランド膜Ｇ１０は接地される。

給電点ＰＴ１０は、給電線Ｌ１０の電源線ＰＬ１０と電気的に接続される。平面導体Ｍ２０に設けられる給電領域Ｐ１０の境界は、グランド膜Ｇ１０と電気的に接続される。電源線ＰＬ１０およびグランド膜Ｇ１０は、無線ＩＣ２０と電気的に接続される。

無線ＩＣ２０は、無線通信に使用する高周波電流（電力）を、電源線ＰＬ１０を介して給電点ＰＴ１０へ供給する。すなわち、給電点ＰＴ１０には、無線通信に使用される高周波電流が外部から供給される。給電点ＰＴ１０は、立体線状導体２０１の線状導体２１０の一端と電気的に接続される。

これにより、立体線状導体２０１には、給電点ＰＴ１０に供給される高周波電流が流れる。この場合、立体線状導体２０１を含むアンテナ２００から、電波が放射される。平面導体Ｍ２０は、当該電波の放射のために有効に利用される。

すなわち、無線ＩＣ２０は、アンテナ２００を利用して無線通信を行う。言い換えれば、無線通信装置１０００は、アンテナ２００を利用して無線通信を行う。

また、立体線状導体２０１に高周波電流が流れることにより、平面導体Ｍ２０には給電点ＰＴ１０に向かって電流が流れる。

なお、立体線状導体２０１が外部から電波を受信した場合、当該電波は高周波電流となり、該高周波電流は、給電点ＰＴ１０および電源線ＰＬ１０を介して、無線ＩＣ２０へ流れる。

また、線状導体２１０の他端は、線状導体２２０における接点Ｎ１１と電気的に接続される。

平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さは、無線通信に使用される高周波電流の周波数の波長λの１／４以下である。また、線状導体２１０、２２０，２３０，２４０の各々の長さは、無線通信に使用される高周波電流の周波数の波長λの１／４以下である。

ここで、アンテナ２００から電波を放射するために、給電点ＰＴ１０に供給される高周波電流が立体線状導体２０１に流れている状態において、以下の定義をする。

平面導体Ｍ２０の主面が、図２の３次元座標系のｚ−ｙ平面と平行であるとする。また、立体線状導体２０１のｘ軸方向の長さをＬｘとする。すなわち、線状導体２１０、２４０の各々の長さをＬｘとする。また、立体線状導体２０１のｙ軸方向の長さをＬｙとする。すなわち、線状導体２２０の長さをＬｙとする。また、立体線状導体２０１のｚ軸方向の長さをＬｚ２とする。すなわち、線状導体２３０の長さをＬｚ２とする。また、平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さをＬｚ１とする。

さらに、立体線状導体２０１に流れる高周波電流のうち＋ｘ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｘとする。立体線状導体２０１に流れる高周波電流のうち＋ｙ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｙとする。平面導体Ｍ２０に流れる電流のうち＋ｚ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｚ１とする。立体線状導体２０１に流れる高周波電流のうち＋ｚ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｚ２とする。

また、さらに、Ｉｘ×Ｌｘを電磁気モーメントＭｘと定義する。また、Ｉｙ×Ｌｙを電磁気モーメントＭｙと定義する。Ｉｚ１×Ｌｚ１−Ｉｚ２×Ｌｚ２を電磁気モーメントＭｚと定義する。

この場合、線状導体２１０には、＋ｘ方向に向かって、電流Ｉｘ１が流れる。また、この場合、線状導体２４０には、−ｘ方向に向かって、電流Ｉｘ２が流れる。電流Ｉｘは、Ｉｘ１＋（−Ｉｘ２）により算出される電流である。

また、この場合、線状導体２２０には、接点Ｎ１１から＋ｙ方向へ電流Ｉｙ１が流れる。また、この場合、線状導体２２０には、接点Ｎ１１から−ｙ方向へ電流Ｉｙ２が流れる。電流Ｉｙは、Ｉｙ１＋（−Ｉｙ２）により算出される電流である。

また、この場合、線状導体２３０には、−ｚ方向に向かって、電流Ｉｚ２が流れる。すなわち、線状導体２３０に流れる電流は、＋ｚ方向を正とすると、−電流Ｉｚ２と示される。

本願発明者らは、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚにおいて、以下の式（１）が満たされることにより、３次元空間における全方位において電界強度が大きく低下する箇所（ヌル点）の発生を防止するアンテナを実現できるという仮説（以下、仮説Ａという）をたてた。

Ｍｘ＝Ｍｙ＝Ｍｚ ・・・式（１）

なお、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚは、それぞれ、以下の式（２），（３），（４）で定義される。

Ｍｘ＝Ｉｘ×Ｌｘ ・・・式（２）
Ｍｙ＝Ｉｙ×Ｌｙ ・・・式（３）
Ｍｚ＝Ｉｚ１×Ｌｚ１−Ｉｚ２×Ｌｚ２ ・・・式（４）

すなわち、本願発明者らは、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるようにアンテナのサイズおよび形状を設計することにより、３次元空間における直交する各平面の全方位において電界強度が大きく低下する箇所（ヌル点）の発生を防止するアンテナを実現できるという仮説Ａをたてた。ここで、直交する各平面は、ｘ−ｙ平面、ｚ−ｙ平面およびｚ−ｘ平面である。そして、当該仮説Ａの正当性を立証するために、コンピュータで動作する電磁界シミュレータを使用してシミュレーションを行った。

ここで、シミュレーション対象のアンテナは、図３のアンテナ２００である。シミュレーションの条件（以下、条件Ａという）は以下のとおりである。線状導体２１０、２４０の各々の長さは１５ｍｍである。線状導体２２０の長さは４０ｍｍである。線状導体２３０の長さは３８ｍｍである。平面導体Ｍ２０のｙ軸方向およびｚ軸方向の長さは４０ｍｍである。給電点ＰＴ１０に供給される高周波電流の周波数は９５０ＭＨｚである。

以下においては、条件ＡにおけるシミュレーションをシミュレーションＡという。

図６は、シミュレーションＡで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。

図６の電界の放射特性は、ｘ−ｙ平面における電界の放射特性である。

以下においては、電界をＥと表記する。また、以下においては、電界Ｅのθ成分をＥθと表記する。ここで、θとは、図３に示されるように、ｚ軸と電界の向きとの成す角度である。また、以下においては、電界Ｅのφ成分をＥφと表記する。ここで、φとは、図３に示されるように、ｘ軸と電界の向きとの成す角度である。

特性線Ｌθ１０は、ｘ−ｙ平面における電界Ｅθの放射特性を示す。特性線Ｌφ１０は、ｘ−ｙ平面における電界Ｅφの放射特性を示す。特性線ＬＥ１０は、ｘ−ｙ平面における電界Ｅの放射特性を示す。当該電界Ｅは、電界Ｅθと電界Ｅφとを合成した電界である。電界Ｅは、以下の式（５）で算出される値である。

図７は、図６に示される各電界の放射特性を示す図である。図７において、縦軸は各特性線の振幅（利得）を示し、横軸は角度を示す。

図７の特性線ＬＥ１１，Ｌθ１１，Ｌφ１１は、それぞれ、特性線ＬＥ１０，Ｌθ１０，Ｌφ１０に対応する。

図７の特性線ＬＥ１１の振幅（利得）の最大値と最小値との差は５ｄＢ以下である。

すなわち、図６および図７の結果から、ｘ−ｙ平面では、全方位においてアンテナから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在しないといえる。

図８は、シミュレーションＡで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。

図８の電界の放射特性は、ｚ−ｙ平面における電界の放射特性である。

特性線Ｌθ２０は、ｚ−ｙ平面における電界Ｅθの放射特性を示す。特性線Ｌφ２０は、ｚ−ｙ平面における電界Ｅφの放射特性を示す。特性線ＬＥ２０は、ｚ−ｙ平面における電界Ｅの放射特性を示す。当該電界Ｅは、電界Ｅθと電界Ｅφとを合成した電界である。

図９は、図８に示される各電界の放射特性を示す図である。なお、縦軸および横軸は、図７と同じである。

図９の特性線ＬＥ２１，Ｌθ２１，Ｌφ２１は、それぞれ、特性線ＬＥ２０，Ｌθ２０，Ｌφ２０に対応する。

図９の特性線ＬＥ２１の振幅（利得）の最大値と最小値との差は５ｄＢ以下である。

すなわち、図８および図９の結果から、ｚ−ｙ平面では、全方位においてアンテナから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在しないといえる。

図１０は、シミュレーションＡで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。

図１０の電界の放射特性は、ｚ−ｘ平面における電界の放射特性である。

特性線Ｌθ３０は、ｚ−ｘ平面における電界Ｅθの放射特性を示す。特性線Ｌφ３０は、ｚ−ｘ平面における電界Ｅφの放射特性を示す。特性線ＬＥ３０は、ｚ−ｘ平面における電界Ｅの放射特性を示す。当該電界Ｅは、電界Ｅθと電界Ｅφとを合成した電界である。

図１１は、図１０に示される各電界の放射特性を示す図である。なお、縦軸および横軸は、図７と同じである。

図１１の特性線ＬＥ３１，Ｌθ３１，Ｌφ３１は、それぞれ、特性線ＬＥ３０，Ｌθ３０，Ｌφ３０に対応する。

図１１の特性線ＬＥ３１の振幅（利得）の最大値と最小値との差は５ｄＢ以下である。

すなわち、図１０および図１１の結果から、ｚ−ｘ平面では、全方位においてアンテナから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在しないといえる。

次に、式（１）の関係を満たさない、比較対象としてのアンテナ（以下、比較対象アンテナという）に対し、電磁界シミュレータを使用してシミュレーションを行った結果について説明する。

以下においては、比較対象アンテナに対し行ったシミュレーションを、シミュレーションＪという。シミュレーションＪの条件（以下、条件Ｊ）は、前述の条件Ａと比較して、平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さが７０ｍｍである点のみが異なる。それ以外の条件は、条件Ａと同じである。

図１２は、シミュレーションＪで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。

図１２の電界の放射特性は、ｘ−ｙ平面における電界の放射特性である。

特性線Ｌθ４０は、ｘ−ｙ平面における電界Ｅθの放射特性を示す。特性線Ｌφ４０は、ｘ−ｙ平面における電界Ｅφの放射特性を示す。特性線ＬＥ４０は、ｘ−ｙ平面における電界Ｅの放射特性を示す。当該電界Ｅは、電界Ｅθと電界Ｅφとを合成した電界である。

図１３は、図１２に示される各電界の放射特性を示す図である。縦軸および横軸は、図７と同じである。

図１３の特性線ＬＥ４１，Ｌθ４１，Ｌφ４１は、それぞれ、特性線ＬＥ４０，Ｌθ４０，Ｌφ４０に対応する。

図１３の特性線ＬＥ４１の振幅（利得）の最大値と最小値との差は５ｄＢ以下である。

すなわち、図１２および図１３の結果から、ｘ−ｙ平面では、全方位においてアンテナから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在しないといえる。

図１４は、シミュレーションＪで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。

図１４の電界の放射特性は、ｚ−ｙ平面における電界の放射特性である。

特性線Ｌθ５０は、ｚ−ｙ平面における電界Ｅθの放射特性を示す。特性線Ｌφ５０は、ｚ−ｙ平面における電界Ｅφの放射特性を示す。特性線ＬＥ５０は、ｚ−ｙ平面における電界Ｅの放射特性を示す。当該電界Ｅは、電界Ｅθと電界Ｅφとを合成した電界である。

図１５は、図１４に示される各電界の放射特性を示す図である。なお、縦軸および横軸は、図７と同じである。

図１５の特性線ＬＥ５１，Ｌθ５１，Ｌφ５１は、それぞれ、特性線ＬＥ５０，Ｌθ５０，Ｌφ５０に対応する。

図１５の特性線ＬＥ５１の振幅（利得）の最大値と最小値との差は５ｄＢより大きい。

すなわち、図１４および図１５の結果から、ｚ−ｙ平面では、アンテナから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在するといえる。

図１６は、シミュレーションＪで示された、アンテナから放射される電界の放射特性を示す図である。

図１６の電界の放射特性は、ｚ−ｘ平面における電界の放射特性である。

特性線Ｌθ６０は、ｚ−ｘ平面における電界Ｅθの放射特性を示す。特性線Ｌφ６０は、ｚ−ｘ平面における電界Ｅφの放射特性を示す。特性線ＬＥ６０は、ｚ−ｘ平面における電界Ｅの放射特性を示す。当該電界Ｅは、電界Ｅθと電界Ｅφとを合成した電界である。

図１７は、図１６に示される各電界の放射特性を示す図である。なお、縦軸および横軸は、図７と同じである。

図１７の特性線ＬＥ６１，Ｌθ６１，Ｌφ６１は、それぞれ、特性線ＬＥ６０，Ｌθ６０，Ｌφ６０に対応する。

図１７の特性線ＬＥ６１の振幅（利得）の最大値と最小値との差は５ｄＢより大きい。

すなわち、図１６および図１７の結果から、ｚ−ｘ平面では、アンテナから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在するといえる。

以上のシミュレーション結果から、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるようにアンテナのサイズおよび形状を設計することにより、３次元空間における直交する各平面の全方位において電界強度が大きく低下する箇所（ヌル点）の発生を防止するアンテナが得られると推定できる。

本願発明者らは、式（１）および前述の条件Ａを満たすアンテナの試作品（以下、試作アンテナＡという）を作成し、実際の電界の放射特性を測定した。試作アンテナＡは、図３のアンテナ２００である。

図１８は、試作アンテナＡから放射される電界の放射特性を示す図である。

図１８（ａ）の電界の放射特性は、ｘ−ｙ平面における電界の放射特性である。

特性線Ｌθ１１０は、ｘ−ｙ平面における電界Ｅθの放射特性を示す。特性線Ｌφ１１０は、ｘ−ｙ平面における電界Ｅφの放射特性を示す。特性線ＬＥ１１０は、ｘ−ｙ平面における電界Ｅの放射特性を示す。当該電界Ｅは、電界Ｅθと電界Ｅφとを合成した電界である。

特性線ＬＥ１１０の形状は、ほぼ円形状である。すなわち、図１８（ａ）から、ｘ−ｙ平面では、全方位において試作アンテナＡから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在しないといえる。

図１８（ｂ）の電界の放射特性は、ｚ−ｙ平面における電界の放射特性である。

特性線Ｌθ１２０は、ｚ−ｙ平面における電界Ｅθの放射特性を示す。特性線Ｌφ１２０は、ｚ−ｙ平面における電界Ｅφの放射特性を示す。特性線ＬＥ１２０は、ｚ−ｙ平面における電界Ｅの放射特性を示す。当該電界Ｅは、電界Ｅθと電界Ｅφとを合成した電界である。

特性線ＬＥ１２０の形状は、ほぼ円形状である。すなわち、図１８（ｂ）から、ｚ−ｙ平面では、全方位において試作アンテナＡから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在しないといえる。

図１８（ｃ）の電界の放射特性は、ｚ−ｘ平面における電界の放射特性である。

特性線Ｌθ１３０は、ｚ−ｘ平面における電界Ｅθの放射特性を示す。特性線Ｌφ１３０は、ｚ−ｘ平面における電界Ｅφの放射特性を示す。特性線ＬＥ１３０は、ｚ−ｘ平面における電界Ｅの放射特性を示す。当該電界Ｅは、電界Ｅθと電界Ｅφとを合成した電界である。

特性線ＬＥ１３０の形状は、ほぼ円形状である。すなわち、図１８（ｃ）から、ｚ−ｘ平面では、全方位において試作アンテナＡから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在しないといえる。

また、本願発明者らは、式（１）を満たさないアンテナ（以下、比較アンテナ９００という）を作成し、実際の電界の放射特性を測定した。比較アンテナ９００は、前述の条件Ｊを満たすように形成されたアンテナである。

図１９は、比較アンテナ９００の構成を示す図である。

図１９に示されるように、比較アンテナ９００は、図３のアンテナと比較して、平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さのみが異なる。それ以外の構成は、アンテナ２００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さＬｚ１は、一例として、７０ｍｍであるとする。

Ｌｚ１が７０ｍｍである場合、すなわち、Ｌｚ１が大きくなった場合、式（４）により、電磁気モーメントＭｚが、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙに対して大きくなる。その結果、式（１）は満たされない。すなわち、比較アンテナ９００において、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々は等しくない。

図２０は、比較アンテナ９００から放射される電界の放射特性を示す図である。

図２０（ａ）の電界の放射特性は、ｘ−ｙ平面における電界の放射特性である。特性線ＬＥ２１０は、ｘ−ｙ平面における電界Ｅの放射特性を示す。

特性線ＬＥ２１０の形状は、ほぼ円形状である。すなわち、図２０（ａ）から、ｘ−ｙ平面では、全方位において比較アンテナ９００から放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在しないといえる。

図２０（ｂ）の電界の放射特性は、ｚ−ｙ平面における電界の放射特性である。

図２０（ｂ）から、ｚ−ｙ平面では、アンテナから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在するといえる。

図２０（ｃ）の電界の放射特性は、ｚ−ｘ平面における電界の放射特性である。

図２０から、ｚ−ｘ平面では、アンテナから放射される電界の強度が大きく低下する箇所（ヌル点）が存在するといえる。

つまり、図１８により、式（１）および前述の条件Ａを満たす試作アンテナＡは、３次元空間における直交する各平面の全方位において電界強度が大きく低下する箇所（ヌル点）の発生を防止するアンテナと言える。言い換えれば、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように設計されたアンテナは、３次元空間における直交する各平面の全方位において電界強度が大きく低下する箇所（ヌル点）の発生を防止するアンテナである。したがって、上記仮説Ａは、正しいことが証明された。

以上により、本実施の形態におけるアンテナ２００は、３次元空間における直交する各平面の全方位において電界強度が大きく低下する箇所（ヌル点）の発生を防止するアンテナである。すなわち、アンテナ２００は、３次元空間における直交する各平面において電界強度が大きく低下する箇所（ヌル点）の発生を防止するアンテナである。すなわち、アンテナ２００は、３次元空間における直交する各平面において指向性の偏りが小さいアンテナである。

したがって、アンテナ２００を備える無線通信装置１０００が、人体上や人体から離れた場所で、どの位置にどの向きに設置されても安定した通信を行うことができる。

すなわち、アンテナ２００を備える無線通信装置１０００は、人体における装着位置、向き、人の動きに関わらず安定した通信を行うことができる。つまり、アンテナ２００は、人体に装着される複数の無線通信装置間で通信が行われる場合、各無線通信装置に使用される場合に特に有効である。

また、人体に装着する無線通信装置と、人体から離れた無線通信装置とが通信を行う場合においても、各無線通信装置に使用される場合に特に有効である。

さらに、平面導体Ｍ２０を、電波（電界）の放射に積極的に利用するため、アンテナ２００を備える無線通信装置１０００を小型化することができる。

なお、図３の立体線状導体２０１において、給電点ＰＴ１０に近い部分ほど流れる電流が大きくなる。そのため、各電磁気モーメントに対応する導体の長さは小さくすることができる。一方、立体線状導体２０１において、給電点ＰＴ１０から遠い部分（例えば、線状導体２３０）に流れる電流は、給電点ＰＴ１０に近い部分（例えば、線状導体２１０）に流れる電流より小さい。

線状導体２１０と線状導体２４０との距離は、アンテナ２００の入力インピーダンスが、アンテナ２００に流れる、無線通信に使用される高周波電流の周波数に対して５０Ωとなる距離であることが望ましい。アンテナ２００の入力インピーダンスは、給電点ＰＴ１０からアンテナ２００側を見た場合のインピーダンスである。

しかしながら、大抵の場合、アンテナ形状等の影響から、アンテナ２００の入力インピーダンスは５０Ωにはならない。そのため、図示しない整合回路が使用される。当該整合回路により、アンテナ２００の入力インピーダンスは５０Ωになるように、インピーダンス整合が行われる。整合回路は、無線通信装置１０００に含まれる。

前述したように、給電点ＰＴ１０は、平面導体Ｍ２０の角の近傍に設けられる。これにより、線状導体２２０、線状導体２３０の長さを有効に確保することができる。そのため、アンテナ２００を備える無線通信装置１０００を小型化することができる。

また、前述したように、平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さおよび線状導体２１０、２２０，２３０，２４０の各々の長さは、無線通信に使用される高周波電流の周波数の波長λの１／４以下である。

アンテナ２００は、給電点ＰＴ１０を中心として波長λの高周波電流を励起する。平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さおよび線状導体２１０、２２０，２３０，２４０の長さがλ／４以上となると、平面導体Ｍ２０上に正と負の振幅が同時に発生する。そのため放射特性の劣化を招く。

したがって、平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さおよび線状導体２１０、２２０，２３０，２４０の長さを、λ／４以下とする。これにより、アンテナ２００の放射特性の劣化を防ぎ、アンテナ２００の性能を向上することができる。

なお、図３の線状導体２３０は、接点Ｎ１０から−ｚ方向に延在するように設けられるとしたがこれに限定されない。線状導体２３０は、図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示されるアンテナ２００Ａのように、接点Ｎ１０から＋ｚ方向に延在するように設けられてもよい。

図２１（ａ）は、アンテナ２００Ａの斜視図である。図２１（ｂ）は、アンテナ２００Ａを、３次元座標系のｚ−ｙ平面に投影した図である。アンテナ２００Ａにおいても、前述したのと同様に、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように各部のサイズおよび形状が規定される。

この場合、線状導体２３０には＋ｚ方向に電流が流れる。当該電流は、Ｉｚ２と表される。

この場合、電磁気モーメントＭｚは、以下の式（６）で表される。

Ｍｚ＝Ｉｚ１×Ｌｚ１＋Ｉｚ２×Ｌｚ２ ・・・式（６）

式（４）および式（６）より、アンテナ２００Ａにおける電磁気モーメントＭｚの値は、アンテナ２００における電磁気モーメントＭｚの値より大きいことがわかる。この場合、アンテナ２００Ａは、アンテナ２００よりも、平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さを短くすることができる。

また、前述したように、給電点ＰＴ１０は、平面導体Ｍ２０の角の近傍に設けられなくてもよい。例えば、図２２のアンテナ２００Ｂのように、給電点ＰＴ１０は、中央付近に配置されてもよい。図２２（ａ）は、アンテナ２００Ｂの斜視図である。図２２（ｂ）は、アンテナ２００Ｂを、３次元座標系のｚ−ｙ平面に投影した図である。

アンテナ２００Ｂにおいても、前述したのと同様に、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように各部のサイズおよび形状が規定される。

＜第１の実施の形態の変形例１＞
本実施の形態の変形例１における無線通信装置１０００は、アンテナ２００の代わりにアンテナ２００Ｃを備える。それ以外の無線通信装置１０００の構成は、図１の無線通信装置１０００と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

図２３は、第１の実施の形態の変形例１におけるアンテナ２００Ｃの構成を示す図である。

図２３（ａ）は、アンテナ２００Ｃの斜視図である。図２３（ｂ）は、アンテナ２００Ｃを、３次元座標系のｚ−ｙ平面に投影した図である。

図２３に示されるように、アンテナ２００Ｃは、アンテナ２００と比較して、立体線状導体２０１の代わりに立体線状導体２０１Ｃを備える点が異なる。それ以外のアンテナ２００Ｃの構成は、アンテナ２００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

立体線状導体２０１Ｃは、図３の立体線状導体２０１と比較して、さらに、線状導体２５０を含む点が異なる。

立体線状導体２０１Ｃは、線状導体２１０、線状導体２２０、線状導体２３０、線状導体２４０および線状導体２５０が一体形成された線状導体である。線状導体２５０は、第５線状導体である。

線状導体２５０は、直線状の導体である。なお、線状導体２５０は、直線状の導体に限定されず、他の形状の導体であってもよい。線状導体２５０は、平面導体Ｍ２０の主面側に設けられる。

線状導体２５０の一端は、接点Ｎ２１において、線状導体２３０と電気的に接続される。線状導体２５０は、接点Ｎ２１から−ｙ方向に延在するように設けられる。

なお、線状導体２５０は、接点Ｎ２１から、＋ｙ方向，−ｚ方向，±ｘ方向のいずれに延在するように設けられてもよい。

また、図２４に示されるアンテナ２００Ｄのように、線状導体２５０は、ｘ，ｙ，ｚ軸のいずれにも平行とならないように設けられてもよい。図２４（ａ）は、アンテナ２００Ｄの斜視図である。図２４（ｂ）は、アンテナ２００Ｄを、３次元座標系のｚ−ｙ平面に投影した図である。

アンテナ２００Ｃおよびアンテナ２００Ｄにおいても、第１の実施の形態と同様に、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように各部のサイズおよび形状が規定される。

以上、本実施の形態の変形例１によれば、線状導体２５０により、電波を効率よく放射するのに必要な、立体線状導体２０１Ｃにおける電気長を調整することができる。また、さらに、線状導体２５０により、電磁気モーメントの大きさを柔軟に調整することができる。よって、アンテナ２００Ｃまたはアンテナ２００Ｄを備える無線通信装置１０００を小型化できる。また、アンテナの柔軟な設計が可能となる。

＜第１の実施の形態の変形例２＞
本実施の形態の変形例２における無線通信装置１０００は、アンテナ２００の代わりにアンテナ２００Ｅを備える。それ以外の無線通信装置１０００の構成は、図１の無線通信装置１０００と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

図２５は、第１の実施の形態の変形例２におけるアンテナ２００Ｅの構成を示す図である。

図２５に示されるように、アンテナ２００Ｅは、アンテナ２００と比較して、立体線状導体２０１の代わりに立体線状導体２０１Ｅを備える点が異なる。それ以外のアンテナ２００Ｅの構成は、アンテナ２００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

立体線状導体２０１Ｅは、線状導体２１０、線状導体２２０、線状導体２３０および線状導体２６０が一体形成された線状導体である。すなわち、立体線状導体２０１Ｅは、線状導体２４０を含まない。線状導体２６０は、第６線状導体である。

線状導体２６０は、平面導体Ｍ２０の主面と反対側に設けられる。線状導体２６０は、平面導体Ｍ２０の主面に対し垂直に設けられる。また、線状導体２６０は、該線状導体２６０および線状導体２１０が同一直線上に並ぶように設けられる。

給電領域Ｐ１０に含まれる給電点ＰＴ１０には、線状導体２６０の一端が電気的に接続される。すなわち、給電点ＰＴ１０に電気的に接続される線状導体２１０の一端と、給電点ＰＴ１０に電気的に接続される線状導体２６０の一端とは電気的に接続される。

アンテナ２００Ｅにおいても、第１の実施の形態と同様に、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように各部のサイズおよび形状が規定される。

以上、本実施の形態の変形例２によれば、線状導体２６０により、線状導体２１０のｘ軸方向の長さを短くすることができる。その結果、アンテナの柔軟な設計に対応することができる。

なお、線状導体２６０は線状導体２１０と同一の金属材料で構成されてもよい。

＜第１の実施の形態の変形例３＞
本実施の形態の変形例３における無線通信装置１０００は、アンテナ２００の代わりにアンテナ２００Ｆを備える。それ以外の無線通信装置１０００の構成は、図１の無線通信装置１０００と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

図２６は、第１の実施の形態の変形例３におけるアンテナ２００Ｆの構成を示す図である。

図２６に示されるように、アンテナ２００Ｆは、アンテナ２００と比較して、立体線状導体２０１の代わりに立体線状導体２０１Ｆを備える点が異なる。それ以外のアンテナ２００Ｆの構成は、アンテナ２００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

立体線状導体２０１Ｆは、図３の立体線状導体２０１と比較して、線状導体２２０の代わりに線状導体２２０Ｆを含む点が異なる。それ以外の立体線状導体２０１Ｆの構成は、立体線状導体２０１と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

立体線状導体２０１Ｆは、線状導体２１０、線状導体２２０Ｆ、線状導体２３０および線状導体２４０が一体形成された線状導体である。

線状導体２２０Ｆは、図３の線状導体２２０の全てまたは一部にローディングコイルＬ２２が挿入された線状導体である。

ローディングコイルＬ２２は、通常、アンテナの電気的な長さが足りない場合、または、意図的にアンテナの物理的な長さを短くしたい場合に、アンテナのリアクタンス成分を無くしてアンテナに効率よく電流を流すために使用される。

ここで、物理的な長さとは、ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸方向に延在する線状導体において、対応する方向の長さである。例えば、ｘ軸方向に沿って延在する線状導体２１０のｘ軸方向の長さが、線状導体２１０の物理的な長さである。

つまり、ｙ軸方向に延在する線状導体２２０Ｆの物理的な長さは、線状導体２２０Ｆのｙ軸方向の長さである。

アンテナ２００Ｆにおいても、第１の実施の形態と同様に、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように各部のサイズおよび形状が規定される。

以上、本実施の形態の変形例３によれば、ローディングコイルＬ２２を用いることにより、立体線状導体２０１Ｆの線状導体２２０Ｆの電気的な長さを長くすることができ、所望の共振周波数に設定することが可能となる。その結果、アンテナの放射特性を向上させることができる。また、ローディングコイルＬ２２が挿入された線状導体の物理的な長さを短くできるため、アンテナの小型化を実現できる。

なお、ローディングコイルＬ２２は、線状導体２１０，２３０，２４０のいずれに挿入されてもよい。

＜第１の実施の形態の変形例４＞
本実施の形態の変形例４における無線通信装置１０００は、アンテナ２００の代わりにアンテナ２００Ｇを備える。それ以外の無線通信装置１０００の構成は、図１の無線通信装置１０００と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

図２７は、第１の実施の形態の変形例４におけるアンテナ２００Ｇの構成を示す図である。

図２７に示されるように、アンテナ２００Ｇは、アンテナ２００と比較して、立体線状導体２０１の代わりに立体線状導体２０１Ｇを備える点が異なる。それ以外のアンテナ２００Ｇの構成は、アンテナ２００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

立体線状導体２０１Ｇは、図３の立体線状導体２０１と比較して、線状導体２２０の代わりに線状導体２２０Ｇを含む点が異なる。それ以外の立体線状導体２０１Ｇの構成は、立体線状導体２０１と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

立体線状導体２０１Ｇは、線状導体２１０、線状導体２２０Ｇ、線状導体２３０および線状導体２４０が一体形成された線状導体である。

立体線状導体２０１Ｇは、図３の線状導体２２０の全てまたは一部の形状を、メアンダ形状（ジグザグ形状）としたものである。

メアンダ形状の導体は、通常、アンテナの電気的な長さを保持しつつ、アンテナの小型化を実現することができる。そのため、メアンダ形状の導体は、携帯電話等で使用される小型アンテナに用いられている。

アンテナ２００Ｇにおいても、第１の実施の形態と同様に、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように各部のサイズおよび形状が規定される。

以上、本実施の形態の変形例４によれば、メアンダ形状の立体線状導体２０１Ｇを用いることで、アンテナの電気な長さを長くすることができる。つまり、アンテナの電気な長さを柔軟に調整できる。これにより、当該アンテナにおいて無線通信に使用される高周波電流の周波数を、所望の共振周波数に設定することが可能となる。その結果、アンテナの放射特性を向上させることができる。また、線状導体の形状をメアンダ形状とすることにより、当該線状導体の物理的な長さを短くできるため、アンテナの小型化を実現できる。

なお、線状導体２１０，２３０，２４０の各々における全てまたは一部の形状を、メアンダ形状としてもよい。

＜第１の実施の形態の変形例５＞
本実施の形態の変形例５における無線通信装置１０００は、アンテナ２００の代わりにアンテナ２００Ｈを備える。それ以外の無線通信装置１０００の構成は、図１の無線通信装置１０００と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

図２８は、第１の実施の形態の変形例５におけるアンテナ２００Ｈの構成を示す図である。

図２８に示されるように、アンテナ２００Ｈは、アンテナ２００と比較して、立体線状導体２０１の代わりに立体線状導体２０１Ｈを備える点が異なる。それ以外のアンテナ２００Ｈの構成は、アンテナ２００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

立体線状導体２０１Ｈは、図３の立体線状導体２０１と比較して、さらに線状導体２７０を含む点が異なる。それ以外の立体線状導体２０１Ｈの構成は、立体線状導体２０１と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

線状導体２７０は、線状導体２１０と平行に設けられる。線状導体２７０は、平面導体Ｍ２０の主面に対し垂直に設けられる。

立体線状導体２０１Ｈは、線状導体２１０、線状導体２２０、線状導体２３０および線状導体２４０および線状導体２７０が一体形成された線状導体である。

線状導体２７０には、ローディングキャパシタＣ２２が挿入される。

ローディングキャパシタＣ２２は、通常、アンテナの電気的な長さが足りない場合、または、意図的にアンテナの物理的な長さを短くしたい場合に、アンテナのリアクタンス成分を無くしてアンテナに効率よく電流を流すために使用される。

線状導体２２０および線状導体２３０の接点Ｎ１０と、平面導体Ｍ２０とは、線状導体２７０により接続される。つまり、ローディングキャパシタＣ２２は、線状導体２２０および線状導体２３０の接点Ｎ１０と、平面導体Ｍ２０との間に設けられる。すなわち、線状導体２２０および線状導体２３０は、ローディングキャパシタＣ２２と電気的に接続される。

アンテナ２００Ｈにおいても、第１の実施の形態と同様に、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように各部のサイズおよび形状が規定される。

以上、本実施の形態の変形例５によれば、ローディングキャパシタＣ２２を用いることにより、ローディングキャパシタＣ２２と電気的に接続される線状導体２２０の物理的な長さを短くできるため、アンテナの小型化を実現できる。

なお、ローディングキャパシタＣ２２は、線状導体２１０，２３０，２４０のいずれに挿入されてもよい。すなわち、ローディングキャパシタＣ２２は、線状導体２１０，２３０，２４０のいずれと電気的に接続されてもよい。

＜第１の実施の形態の変形例６＞
図２９は、第１の実施の形態の変形例６におけるアンテナ２００の構成を示す図である。なお、図２９には、説明のために、アンテナ２００に含まれない基板ＳＢ２０が示される。

図２９に示されるように、アンテナ２００に含まれる平面導体Ｍ２０の平面のサイズは、基板ＳＢ２０の平面のサイズと異なる。

直交する各平面の全方位において電界強度が大きく低下する箇所（ヌル点）の発生を防止するアンテナを実現させるためには、式（１）〜式（４）を満たすように、アンテナのサイズおよび形状を決定すればよい。したがって、平面導体Ｍ２０の平面のサイズが、基板ＳＢ２０の平面のサイズと異なっていても、アンテナのサイズおよび形状が式（１）〜式（４）を満たすようになっていればよいため、アンテナの柔軟な設計が可能となる。

＜第１の実施の形態の変形例７＞
本実施の形態の変形例７における無線通信装置１０００は、アンテナ２００の代わりにアンテナ２００Ｊを備える。それ以外の無線通信装置１０００の構成は、図１の無線通信装置１０００と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

図３０は、第１の実施の形態の変形例７におけるアンテナ２００Ｊの構成を示す図である。

図３０に示されるように、アンテナ２００Ｊは、アンテナ２００と比較して、平面導体Ｍ２０に、スリットＳＬ２２が設けられる点が異なる。それ以外のアンテナ２００Ｊの構成は、アンテナ２００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

スリットＳＬ２２の形状およびサイズを調整することにより、平面導体Ｍ２０に流れる電流量を調整することができる。

なお、アンテナ２００Ｊにおいても、第１の実施の形態と同様に、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように各部のサイズおよび形状が規定される。すなわち、アンテナ２００Ｊでは、電磁気モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々が等しくなるように、平面導体Ｍ２０のｚ軸方向の長さおよび線状導体２３０の長さが規定される。これにより、平面導体Ｍ２０にスリットＳＬ２２を設けることにより、アンテナの柔軟な設計が可能となる。

（整合回路）
図３１は、無線通信装置１０００に含まれる前述した整合回路３００を示す図である。整合回路３００は、基板ＳＢ２０に実装される。

図３１に示されるように、整合回路３００は、アンテナ２００と無線ＩＣ２０とを接続する給電線Ｌ１０において、アンテナ２００の近傍に設けられる。

整合回路３００は、アンテナ２００の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスの各々が、５０Ωとなるように整合をとる回路である。整合回路３００は周知な回路であるので、整合回路３００の詳細な説明は行わない。整合回路３００は、例えば、抵抗、インダクタ、キャパシタ等の受動素子から構成される。

アンテナ２００の入力インピーダンスは、給電点ＰＴ１０からアンテナ２００側を見た場合のインピーダンスである。アンテナ２００の出力インピーダンスは、給電点ＰＴ１０から無線ＩＣ２０側を見た場合のインピーダンスである。

以上のように、アンテナ２００の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスの整合をとることにより、無線ＩＣ２０から出力された高周波信号が効率よくアンテナ２００から放射される。また、アンテナ２００が受信した高周波信号を効率よく無線ＩＣへ送信できる。

なお、無線通信装置１０００は、図３１に示されるアンテナ２００の代わりに、前述したアンテナ２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ，２００Ｅ，２００Ｆ，２００Ｇ，２００Ｈ，２００Ｊのいずれを備えてもよい。この場合、整合回路３００により、無線通信装置１０００が備えるアンテナ（例えば、アンテナ２００Ａ）の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスの整合をとることができる。

以上、本発明におけるアンテナ（例えば、アンテナ２００）について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、あるいは異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明は、３次元空間における直交する各平面において電界強度が大きく低下する箇所の発生を防止するアンテナとして、利用することができる。

２０ 無線ＩＣ
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ，２００Ｅ，２００Ｆ，２００Ｇ，２００Ｈ，２００Ｊ アンテナ
２０１，２０１Ｃ，２０１Ｅ，２０１Ｆ、２０１Ｇ，２０１Ｈ 立体線状導体
２１０，２２０，２２０Ｆ，２２０Ｇ，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０ 線状導体
３００ 整合回路
１０００ 無線通信装置
Ｃ２２ ローディングキャパシタ
Ｌ１０ 給電線
Ｌ２２ ローディングコイル
Ｍ２０ 平面導体
Ｐ１０ 給電領域
ＰＴ１０ 給電点
ＳＢ２０ 基板
ＳＬ２２ スリット

Claims (13)

1. 無線通信に使用されるアンテナであって、
   接地される平面状の平面導体と、
   第１線状導体、第２線状導体および第３線状導体が一体形成される立体線状導体と、を備え、
   前記第１線状導体は、前記平面導体の主面側に設けられ、かつ、前記主面に対し垂直に設けられ、
   前記第２線状導体は、前記主面側に設けられ、かつ、前記主面と平行であり、
   前記第３線状導体は、前記主面側に設けられ、かつ、前記主面と平行であり、かつ、前記第２線状導体に対し垂直に設けられ、
   前記第１線状導体の一端と前記第２線状導体とは電気的に接続され、
   前記第２線状導体の一端と前記第３線状導体の一端とは電気的に接続され、
   前記平面導体には、前記無線通信に使用される高周波電流が外部から供給される給電点が、前記平面導体と電気的に非接続となるように設けられ、
   前記給電点は、前記立体線状導体の前記第１線状導体の他端と電気的に接続され、
   前記立体線状導体には前記高周波電流が流れ、
   前記立体線状導体に前記高周波電流が流れることにより前記平面導体には電流が流れ、
   ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各々が互いに直交する３次元座標系において、前記平面導体の主面が前記３次元座標系のｚ−ｙ平面と平行であるとし、前記ｘ軸に沿った２つの方向の一方を＋ｘ方向とし、前記ｘ軸に沿った２つの方向の他方を−ｘ方向とし、前記ｙ軸に沿った２つの方向の一方を＋ｙ方向とし、前記ｙ軸に沿った２つの方向の他方を−ｙ方向とし、前記ｚ軸に沿った２つの方向の一方を＋ｚ方向とし、前記ｚ軸に沿った２つの方向の他方を−ｚ方向とし、
   前記第１線状導体の前記ｘ軸方向の長さをＬｘとし、前記第２線状導体の前記ｙ軸方向の長さをＬｙとし、前記平面導体の前記ｚ軸方向の長さをＬｚ１とし、前記第３線状導体の前記ｚ軸方向の長さをＬｚ２とし、
   前記第１線状導体に流れる前記高周波電流のうち前記＋ｘ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｘとし、前記第２線状導体に流れる前記高周波電流のうち前記＋ｙ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｙとし、前記平面導体に流れる電流のうち＋ｚ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｚ１とし、前記第３線状導体に流れる前記高周波電流のうち＋ｚ方向に向かう電流を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｚ２とし、
   Ｉｘ×Ｌｘを電磁気モーメントＭｘとし、Ｉｙ×Ｌｙを電磁気モーメントＭｙとし、Ｉｚ１×Ｌｚ１−Ｉｚ２×Ｌｚ２を電磁気モーメントＭｚとした場合、
   Ｍｘ＝Ｍｙ＝Ｍｚ
   の関係式が満たされる、アンテナ。
2. 前記平面導体の形状は、四角形であり、
   前記給電点は、前記平面導体の角の近傍に設けられる、
   請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記立体線状導体には、さらに、第４線状導体が一体形成されており、
   前記第４線状導体は、前記主面側に設けられ、
   前記第４線状導体は、前記第１線状導体と平行であり、
   前記第４線状導体の前記ｘ軸方向の長さは、前記第１線状導体の前記ｘ軸方向の長さと同じであり、
   前記第４線状導体の一端は、前記平面導体と電気的に接続され、
   前記第４線状導体の他端は、前記第２線状導体の他端と電気的に接続され、
   前記第１線状導体は、前記第２線状導体の両端以外のいずれか一点で電気的に接続され、
   前記第４線状導体に流れる前記高周波電流のうち、＋ｘ方向に向かう電流成分を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｘ１とし、
   （Ｉｘ＋Ｉｘ１）×Ｌｘを前記電磁気モーメントＭｘとした場合、
   Ｍｘ＝Ｍｙ＝Ｍｚ
   の関係式が満たされる、
   請求項１または２に記載のアンテナ。
4. 前記平面導体の前記ｚ軸方向の長さおよび前記第１線状導体、前記第２線状導体、前記
   第３線状導体および前記第４線状導体の各々の長さは、前記高周波電流の周波数の波長の
   １／４以下である、
   請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記立体線状導体には、さらに、第５線状導体が一体形成されており、
   前記第５線状導体は、前記主面側に、前記第３線状導体と直角に設けられ、
   前記第５線状導体の一端は、前記第３線状導体と電気的に接続され、
   前記第５線状導体の前記ｘ軸方向の長さ成分をＬｘ１とし、前記第５線状導体の前記ｙ軸方向の長さ成分をＬｙ１とし、
   前記第５線状導体に流れる前記高周波電流のうち、＋ｘ方向に向かう電流成分を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｘ２とし、＋ｙ方向に向かう電流成分を正値で表した場合の該電流の大きさをＩｙ１とし、
   Ｉｘ×Ｌｘ＋Ｉｘ２×Ｌｘ１を前記電磁気モーメントＭｘとし、Ｉｙ×Ｌｙ＋Ｉｙ１×Ｌｙ１を前記電磁気モーメントＭｙとした場合、
   Ｍｘ＝Ｍｙ＝Ｍｚ
   の関係式が満たされる、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナ。
6. 前記第２線状導体の長さは、前記平面導体の前記ｙ軸方向の長さ以下であり、
   前記第３線状導体の長さは、前記平面導体の前記ｚ軸方向の長さ以下である、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナ。
7. 前記立体線状導体には、さらに、第６線状導体が一体形成されており、
   前記第６線状導体は、該第６線状導体および前記第１線状導体が同一直線上に並ぶよう、前記平面導体の主面と反対側に設けられ、
   前記給電点には、前記第６線状導体の一端が電気的に接続され、
   前記給電点に電気的に接続される前記第１線状導体の一端と、前記給電点に電気的に接続される前記第６線状導体の一端とは電気的に接続され、
   前記第１線状導体のｘ軸方向の長さと、前記第６線状導体のｘ軸方向の長さとを足し合わせた長さを前記Ｌｘとする、
   請求項１または２に記載のアンテナ。
8. 前記第１線状導体、前記第２線状導体および前記第３線状導体の中の少なくとも一の線状導体は、形状の一部にローディングコイルを含む、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナ。
9. 前記第１線状導体、前記第２線状導体および前記第３線状導体の中の少なくとも一の線状導体は、形状の一部にメアンダ形状を含む、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナ。
10. 前記第１線状導体、前記第２線状導体および前記第３線状導体の中の少なくとも一の線状導体は、ローディングキャパシタと接続される、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナ。
11. 前記平面導体には、さらに、スリットが設けられる、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアンテナ。
12. 前記アンテナの入力インピーダンスおよび出力インピーダンスは、外部の整合回路により整合される、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアンテナ。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のアンテナを利用して無線通信を行う無線通信装置。

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