JPH11282993A - ループアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電波法における特定周波数を使用し、アンテナ
の設計値と実測値とを一致させ、電波法を満足させるこ
とが可能となるループアンテナを提供する。 【解決手段】所定の開口面積を持つループアンテナ本体
８１の一方の面側に、ループアンテナ本体８１と絶縁性
を保ったまま（プリント配線基板８３を間にして）、ル
ープアンテナ本体８１に沿う形でグランドパターン８２
を配設し、このグランドパターン８２を接地してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、無線通
信機能を有する携帯可能情報記憶媒体との間で無線によ
る送受信を行なうことにより、携帯可能情報記憶媒体に
対してデータの送信および受信など、所定の情報処理を
行なう無線通信機能を有する情報処理装置に用いられる
ループアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、無線電波を使用して通信を行な
う無線通信システムにあっては、ノイズなどの環境の影
響を受けずに安定的に通信を行なうために、強い電界強
度の電波を使用する必要がある。しかしながら、電波法
の規定により自由に情報処理装置から強い電界強度の電
波を放射することが不可能である。このため、電波法に
おいて、特定の周波数について強い電波を放射すること
が許されている。しかしながら、本周波数は規定が厳し
く、使用に関しては充分な注意が必要である。

【０００３】上記特定の周波数は、波長をλとすると、
λ／２πが電波法で規定している測定距離３ｍ付近の周
波数である。放射電界強度を計算する際に、距離がλ／
２π付近は理論計算と実測値とを一致させることが困難
である。また、測定する環境においても大きく影響を受
ける。したがって、机上でアンテナを設計し、実際に３
ｍ付近で測定を行なうと、設計値と大きく異なり、電波
法を満足することができないことが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、強い
電界強度を送信可能な特定周波数は、λ／２πが電波法
で規定している測定距離３ｍ付近の周波数である。放射
電界強度を計算する際に、距離がλ／２π付近は理論計
算と実測値とを一致させることが困難である。また、測
定する環境においても大きく影響を受ける。したがっ
て、机上でアンテナを設計し、実際に３ｍ付近で測定を
行なうと、設計値と大きく異なり、電波法を満足するこ
とができないことが多い。

【０００５】そこで、本発明は、電波法における特定周
波数を使用し、アンテナの設計値と実測値とを一致さ
せ、電波法を満足させることが可能となるループアンテ
ナを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のループアンテナ
は、所定の開口面積を持つループアンテナ本体の一方の
面側に、ループアンテナ本体と絶縁性を保ったまま、ル
ープアンテナ本体に沿う形で板状の導体を配設し、この
導体を接地してなることを特徴とする。

【０００７】また、本発明のループアンテナは、所定の
開口面積を持つループアンテナ本体の一方の面側に、所
定の距離おいて板状の磁性体を配設するとともに、前記
ループアンテナ本体の他方の面側に、ループアンテナ本
体と絶縁性を保ったまま、ループアンテナ本体に沿う形
で板状の導体を配設し、この導体を接地してなることを
特徴とする。

【０００８】また、本発明のループアンテナは、磁性体
は、ループアンテナ本体の外形サイズと同一もしくは大
きなサイズのフェライト板からなることを特徴とする。
また、本発明のループアンテナは、磁性体のループアン
テナ本体側の面とは反対側の面に板状の導体を配設して
なることを特徴とする。

【０００９】また、本発明のループアンテナは、ループ
アンテナ本体の形状が長辺および短辺が存在する矩形状
の場合、その給電点を長辺の中心部に配設し、導体は、
給電点の反対側の長辺中心部を給電点の方向に向けて延
出させて、給電点のグランド端子の部分で接地すること
を特徴とする。

【００１０】さらに、本発明のループアンテナは、ルー
プアンテナを構成すちむむる共振コンデンサおよびＱ調
整用の抵抗器は、ループアンテナ本体と一直線上になる
ように、また、ループアンテナ本体の長辺の中心付近
で、かつ、給電点の近傍に実装することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】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。図１は、本実施の形態に係
る無線通信システムの構成を概略的に示している。図１
において、１は無線通信機能を有する情報処理装置、２
は情報処理装置１のループアンテナ、３は情報処理装置
１の上位装置、４は無線通信機能を有する携帯可能情報
記憶媒体、５は携帯可能情報記憶媒体４のループアンテ
ナであり、情報処理装置１が、携帯可能情報記憶媒体４
との間で無線による送受信を行なうことにより、携帯可
能情報記憶媒体４に対してデータの送信および受信な
ど、所定の情報処理を行なうようになっている。

【００１２】図２は、情報処理装置１の基本的構成の一
例を概略的に示している。図２において、１１は変調回
路・送信ドライバ、１２は復調回路・受信アンプで、こ
れらにはループアンテナ２が接続されている。１３は各
種処理を実行する制御回路で、これには変調回路・送信
ドライバ１１および復調回路・受信アンプ１２が接続さ
れている。

【００１３】以下に、動作の概略を簡単に説明する。上
位装置３で生成されるデータを制御回路１３に送り、制
御回路１３においてデータ化された信号を変調回路・送
信ドライバ１１において変調、増幅し、ループアンテナ
２に供給する。ループアンテナ２は、変調回路・送信ド
ライバ１１からの信号を電波として空間に放射する。

【００１４】一方、携帯可能情報記憶媒体４から送信さ
れる電波は、情報処理装置１のループアンテナ２で受信
され、復調回路・受信アンプ１２に送られる。復調回路
・受信アンプ１２では、受信した信号に対して増幅、復
調などの処理を行なうことにより、受信データを得る。
得られた受信データは制御回路１３に送られ、制御回路
１３において受信データに基づく所定の処理が行なわれ
る。

【００１５】図３は、携帯可能情報記憶媒体４の基本的
構成の一例を概略的に示している。図３において、２１
は復調回路・受信アンプ、２２は変調回路・送信ドライ
バで、これらにはループアンテナ５が接続されている。
２３は各種処理を実行する制御回路で、これには復調回
路・受信アンプ２１および変調回路・送信ドライバ２２
が接続されている。２４は電池などの電源部で、各回路
に動作電源を供給する。

【００１６】以下に、動作の概略を簡単に説明する。情
報処理装置１から空間に放射された電波は、ループアン
テナ５により受信され、受信信号は復調回路・受信アン
プ２１に送られる。復調回路・受信アンプ２１では、受
信した信号に対して増幅、復調などの処理を行なうこと
により、受信データを得る。得られた受信データは制御
回路２３に送られ、制御回路２３において受信データに
基づく所定の処理が行なわれる。

【００１７】一方、制御回路２３において作成された送
信データ、たとえば、受信信号のデータ処理の結果に基
づく返信データは、変調回路・送信ドライバ２２に送ら
れる。変調回路・送信ドライバ２２では、送信データを
変調、増幅し、ループアンテナ５に供給する。ループア
ンテナ５は、変調回路・送信ドライバ２２からの信号を
電波として空間に放射する。

【００１８】なお、情報処理装置１としては、たとえ
ば、無線カードリーダ・ライタへの適用が考えられ、携
帯可能情報記憶媒体４としては、たとえば、定期券など
として用いられる無線カードへの適用が考えられる。そ
の場合、上位装置３としては、たとえば、自動改札装置
への適用が考えられる。

【００１９】また、電源部２４として電池を用いている
が、たとえば、情報処理装置１から電力波をも送信し、
携帯可能情報記憶媒体４において、この電力波を受信す
ることにより、この電力波から、携帯可能情報記憶媒体
４の内部で用いる電源を生成するようにしてもよい。

【００２０】以下、情報処理装置１で用いられるループ
アンテナ２について詳細に説明する。図４は、ループア
ンテナの一般的な例を示している。図４において、３１
がループアンテナであり、回路素子に置き換えるとイン
ダクタとなる。この図においては、巻数が２ターンの方
形ループコイルで、マッチング回路３２が接続されてい
る。マッチング回路３２は、共振回路およびインピーダ
ンス変換回路であり、通常、無線通信機の分野において
は５０Ωにインピーダンス変換される。なお、３３は信
号源である。

【００２１】図５に、ループアンテナの放射と測定系を
示す。以下の説明では、簡略化のため巻数が１ターンの
ループアンテナとして考えることとする。図５におい
て、４１は巻数が１ターンのループアンテナ、４２はマ
ッチング回路、４３はシグナルジェネレータ、４４は測
定用のアンテナ、４５はスペクトラムアナライザであ
る。

【００２２】ここで、波長をλとすると、λ／２πが３
ｍ付近、つまり、周波数でいうと十数ＭＨｚ付近である
ので、一般的にはアンテナ４４もループアンテナを使用
することが多い。シグナルジェネレータ４３から送信さ
れた信号は、マッチング回路４２においてインピーダン
ス変換および共振回路を通じ、ループアンテナ４１から
放射される。

【００２３】ループアンテナ４１から放射された電波
は、アンテナ４４によって受信され、スペクトラムアナ
ライザ４５において、受信信号のレベルを確認する。こ
こで、アンテナ４４のファクタなどを用いてループアン
テナ４１の放射電界強度を算出することが可能である。

【００２４】図６は、微小ループコイルからの放射電界
強度モデルを示す。５１は設計値として考える微小ルー
プコイル、５２は電磁気学などで使用する極座標表示で
ある。なお、点Ｐにおける電界および磁界強度に関する
数式は文献などにより既知であるので、ここでは省略す
る。

【００２５】図７は、微小ループアンテナからの放射を
解いたものである。アンテナ間距離をｒとすると、特性
６１は磁界Ｈｒ成分、特性６２は磁界Ｈθ成分、特性６
３は１／ｒ³ のラインである。ここで、３ｍ付近に注目
すると、Ｈｒ成分、Ｈθ成分中の１／ｒ項と、１／ｒ²
項と、１／ｒ³ 項が等しい領域であり、計算値と実測値
とはなかなか一致しない。性能が悪い送信アンテナを使
用して、このポイントでの電界強度を測定すると、設計
値と大幅に異なる電界強度が測定される。

【００２６】図８は、性能の悪いアンテナを使用した場
合の距離対放射電界（磁界）強度特性の一例を示す。本
来、アンテナはＨｒ成分が重要であるので、図８のグラ
フにはＨｒ成分のみを記載した。特性７１は測定値を、
特性７２は１／ｒ³ のラインを示す。図８から明らかな
ように、特性７１は設計値を大きく外れ、３ｍ付近でデ
ィップしているから、それ以降は大きく成分が乱れてい
る。

【００２７】そこで、本発明を適用することにより上記
問題を解決することが可能であり、以下に具体的に説明
する。図９は、第１の実施の形態に係るループアンテナ
で、板状の導体としてのグランドパターンをループアン
テナ本体に沿う形で設置したものである。なお、本例で
はプリント配線基板により実現しているが、通常の線材
などを使用しても特性に変化はない。以下に説明する実
施の形態には、プリント配線基板で実現した場合につい
て記載する。

【００２８】図９において、８１は所定の開口面積を持
つループアンテナ本体であり、本例では、たとえば、巻
数が１ターンの矩形状のループコイルとする。８２は板
状の導体としてのグランドパターンで、ループアンテナ
本体８１とでプリント配線基板８３を挟み、ループアン
テナ本体８１と反対側に、ループアンテナ本体８１に沿
う形で形成されている。グランドパターン８２は、ルー
プアンテナ本体８１のグランド端子（接地点）に接続さ
れる。

【００２９】図１０は、第２の実施の形態に係るループ
アンテナで、図９において示したアンテナ本体の背面側
に板状の磁性体としてのフェライト板を設置したもので
ある。すなわち、アンテナ本体８１のプリント配線基板
８３が位置する面とは反対側の面に、スペーサ８４を介
して板状の磁性体としてのフェライト板８５が設置され
ている。スペーサ８４は、フェライト板８５とプリント
配線基板８３との間隔を調整するための絶縁性のスペー
サである。

【００３０】フェライト板８５は誘電率が高く、ループ
アンテナ本体８１の近傍における磁界強度が大きくなる
傾向がある。したがって、３ｍ先での電界強度がアンテ
ナ近傍と併せて相対的に減衰する。また、グランドパタ
ーン８２を設置することにより、３ｍ先での放射電界強
度の乱れが抑えられる。

【００３１】図１１は、第３の実施の形態に係るループ
アンテナで、図９において示したアンテナ構成におい
て、フェライト板の裏側に板状の導体としての銅板を貼
り付けたものである。すなわち、フェライト板８５の裏
側に、フェライト板８５との電気的接続を保持した状態
で、板状の導体としての銅板８６が貼り付けられてい
る。銅板８６は、ループアンテナ本体８１のグランドと
電気的に接続される。また銅板８６はフェライト板８５
と電気的に接続されている。

【００３２】上記銅板８６が無い場合は、フェライト板
８５の材質によっては距離対電界強度特性が乱れること
があるが、銅板８６を設置することによって、上記問題
点は解決される。

【００３３】図１２は、第４の実施の形態に係るループ
アンテナで、矩形状のループアンテナ本体の給電点とグ
ランドパターンの配置に関するものである。ループアン
テナ本体８１が短辺ａおよび長辺ｂを有する矩形状の場
合、すなわち、ｂ／ａ＞１の場合は、必ず長辺ｂの中心
近傍に給電点を設置する必要がある。給電点を短辺ａに
設置したり、長辺ｂの端に設置した場合、やはり３ｍ先
での放射電界強度パターンが乱れる。特に、３ｍの地点
で送信アンテナを回転させると、理想通りの放射パター
ンが観測されず、いびつな形となる。

【００３４】そこで、本例では、ループアンテナ本体８
１の長辺ｂにおける中心部の給電点に対して反対側から
グランドパターン８２の一部を給電点に向けて延出し、
この延出部８２ａを給電点付近でスルーホール８７を介
してループアンテナ本体８１のグランドと接続してい
る。スルーホール８７は、グランドパターン８２の延出
部８２ａとループアンテナ本体８１のグランドとを接続
するためのもので、プリント配線基板８３に形成されて
いる。

【００３５】図１３は、マッチング回路の一例を示す。
８１はループアンテナ本体、８２はグランドパターン、
９１は共振コンデンサ、９２はＱ調整用抵抗器、９３は
インピーダンス調整コンデンサ、９４はコネクタであ
る。これらの部品は、配置により３ｍ先の電界強度特性
が変化する。

【００３６】図１４は、図１３に示したマッチング回路
のレイアウトに関する図である。８１はループアンテナ
本体、８２はグランドパターン、９１は共振コンデン
サ、９２はＱ調整用抵抗器、９３はインピーダンス調整
コンデンサ、９４はコネクタである。共振コンデンサ９
１およびＱ調整用抵抗器９２は、ループアンテナ本体８
１の線上に一直線状に配置する必要がある。

【００３７】共振コンデンサ９１およびＱ調整用抵抗器
９２は、共振回路の一部であり、ここには大きな電流が
流れる。このため、上記部品からの輻射が問題となる。
本例のように、共振コンデンサ９１およびＱ調整用抵抗
器９２を配置することにより、その抵抗器９２およびコ
ンデンサ９１からの放射も、ループアンテナ本体８１か
らの放射の一部と考えられるようになる。

【００３８】図１５に、図１４に示したアンテナ構成に
対する実測値の一例を示す。今回の試作においては、設
計値と１ｄＢ程度の誤差内に実測値を抑えることができ
た。図１５において、特性７３は１／ｒ³ のラインで、
特性７４は実測値である。

【００３９】以上説明したように、上記実施の形態によ
れば、ループアンテナ本体を形成している面と反対側に
グランドパターンを構成する、アンテナ共振回路の共振
コンデンサ、Ｑ調整用抵抗器をループアンテナ本体と直
列的に配置する構成とする、ループアンテナ本体を形成
している面と同一面に所定距離をおいてフェライト板を
設置する構成とする、フェライト板の後ろに導電性を持
たせ銅板を接着し、ループアンテナ本体のグランドと接
続する構成とする、給電点を必ず長辺から取出す構成に
することにより、従来の問題である、３ｍ付近の設計値
の不一致を防ぐことが可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、電
波法における特定周波数を使用し、アンテナの設計値と
実測値とを一致させ、電波法を満足させることが可能と
なるループアンテナを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】無線通信システムの構成を概略的に示すブロッ
ク図。

【図２】情報処理装置の基本的構成の一例を概略的に示
すブロック図。

【図３】携帯可能情報記憶媒体の基本的構成の一例を概
略的に示すブロック図。

【図４】ループアンテナの一般的な例を模式的に示す概
略構成図。

【図５】ループアンテナの放射と測定系を示す模式図。

【図６】微小ループコイルからの放射電界強度モデルを
示す図。

【図７】微小ループアンテナからの放射を解いた図。

【図８】性能の悪いアンテナを使用した場合の距離対放
射電界（磁界）強度特性の一例を示す図。

【図９】第１の実施の形態に係るループアンテナの構成
を模式的に示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面
図。

【図１０】第２の実施の形態に係るループアンテナの構
成を模式的に示す側面図。

【図１１】第３の実施の形態に係るループアンテナの構
成を模式的に示す側面図。

【図１２】第４の実施の形態に係るループアンテナの構
成を模式的に示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側
面図。

【図１３】マッチング回路の一例を示す回路図。

【図１４】図１３に示したマッチング回路のレイアウト
に関する図。

【図１５】図１４に示したアンテナ構成に対する実測値
の一例を示す図。

【符号の説明】

１……情報処理装置、２……ループアンテナ、３……上
位装置、４……携帯可能情報記憶媒体、５……ループア
ンテナ、１１……変調回路・送信ドライバ、１２……復
調回路・受信アンプ、１３……制御回路、８１……ルー
プアンテナ本体、８２……グランドパターン（板状の導
体）、８２ａ……延出部、８３……プリント配線基板、
８４……スペーサ、８５……フェライト板（板状の磁性
体）、８６……銅板（板状の導体）、９１……共振コン
デンサ、９２……Ｑ調整用抵抗器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の開口面積を持つループアンテナ本
   体の一方の面側に、ループアンテナ本体と絶縁性を保っ
   たまま、ループアンテナ本体に沿う形で板状の導体を配
   設し、この導体を接地してなることを特徴とするループ
   アンテナ。
2. 【請求項２】 所定の開口面積を持つループアンテナ本
   体の一方の面側に、所定の距離おいて板状の磁性体を配
   設するとともに、前記ループアンテナ本体の他方の面側
   に、ループアンテナ本体と絶縁性を保ったまま、ループ
   アンテナ本体に沿う形で板状の導体を配設し、この導体
   を接地してなることを特徴とするループアンテナ。
3. 【請求項３】 前記磁性体は、ループアンテナ本体の外
   形サイズと同一もしくは大きなサイズのフェライト板か
   らなることを特徴とする請求項２記載のループアンテ
   ナ。
4. 【請求項４】 前記磁性体のループアンテナ本体側の面
   とは反対側の面に板状の導体を配設してなることを特徴
   とする請求項２または３記載のループアンテナ。
5. 【請求項５】 前記ループアンテナ本体の形状が長辺お
   よび短辺が存在する矩形状の場合、その給電点を長辺の
   中心部に配設し、前記導体は、前記給電点の反対側の長
   辺中心部を前記給電点の方向に向けて延出させて、前記
   給電点のグランド端子の部分で接地することを特徴とす
   る請求項１または２記載のループアンテナ。
6. 【請求項６】 ループアンテナを構成する共振コンデン
   サおよびＱ調整用の抵抗器は、ループアンテナ本体と一
   直線上になるように、また、ループアンテナ本体の長辺
   の中心付近で、かつ、給電点の近傍に実装することを特
   徴とする請求項５記載のループアンテナ。