JPWO2004070879A1 - アンテナ装置とそれを用いた無線通信装置 - Google Patents

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Abstract

アンテナ装置（１００−１１６）は、微小ループアンテナ（Ａ３）と、少なくとも１つのアンテナ素子（Ａ１，Ａ２）とを備えて構成される。微小ループアンテナ（Ａ３）は、接地導体（１１）を有する誘電体基板（１０）に電磁的に近接して設けられ、所定の巻き回数Ｎで巻回されて所定の微小長さを有し、所定の金属板（３０）がアンテナ装置（１００−１１６）に近接したときに磁流アンテナとして動作する一方、金属板（３０）がアンテナ装置（１００−１１６）から離隔したときに電流アンテナとして動作する。アンテナ素子（Ａ１，Ａ２）は、微小ループアンテナ（Ａ３）に接続され、電流アンテナとして動作する。アンテナ装置（１００−１１６）において、その一端は給電点（Ｑ）に接続され、その他端は誘電体基板（１０）の接地導体（１１）に接続される。

Description

本発明は、主として無線通信装置に用いられ、ループアンテナを含むアンテナ装置と、当該アンテナ装置を用いた無線通信装置に関する。
従来、ループアンテナは、特に携帯電話機などの携帯無線通信装置において用いられ、その構成は、例えば、従来技術文献「電子情報通信学会編，“アンテナ光学ハンドブック”，ｐｐ．５９−６３、オーム社，第１版，１９８０年１０月３０日発行」において開示されている。ループアンテナの全長は、一般に約１波長で構成され、その電流分布から、半波長ダイポールアンテナを２個並置した構造に近似できて、ループ軸方向の指向特性アンテナとして動作する。
ここで、ループアンテナを小さくし、その全長を０．１波長以下にすると、ループ導線に流れる電流分布はほとんど一定値となる。この状態のループアンテナを特に微小ループアンテナと呼んでいる。この微小ループアンテナは、微小ダイポールアンテナよりも雑音電界に強く、またその実効高を簡単に計算できるために、磁界測定用のアンテナとして利用されている。
この微小ループアンテナは、１回巻きの小型アンテナとして、例えばページャなどの携帯無線通信装置において広く用いられている。ここで、微小ループアンテナの入力抵抗は一般にきわめて小さいので、多巻き構造とし、入力抵抗のステップアップを図った多巻き微小ループアンテナが考案されている。微小ループアンテナは磁流アンテナとして動作し、金属板や人体などが接近したときにも良好なアンテナ利得特性が得られることが知られている。
しかしながら、従来技術の微小ループアンテナでは、金属板や人体などの導体が無線装置やアンテナに接近した場合には良好なアンテナ利得特性を示すが、導体が離れている場合にはアンテナ利得が低下するという問題があった。
本発明の目的は以上の問題点を解決し、導体がアンテナ接近していても離れていても、従来技術の微小ループアンテナに比較して高いアンテナ利得を得ることができるアンテナ装置と、それを用いた無線通信装置を提供することにある。
第１の発明に係るアンテナ装置は、接地導体を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板に電磁的に近接して設けられ、所定の巻き回数Ｎで巻回されて所定の微小長さを有し、所定の金属板がアンテナ装置に近接したときに磁流アンテナとして動作する一方、上記金属板がアンテナ装置から離隔したときに電流アンテナとして動作する微小ループアンテナと、
上記微小ループアンテナに接続され、電流アンテナとして動作する少なくとも１本のアンテナ素子とを備えたアンテナ装置であって、
上記アンテナ装置の一端は給電点に接続され、上記アンテナ装置の他端は上記誘電体基板の接地導体に接続されたことを特徴とする。
上記アンテナ装置において、上記少なくとも１本のアンテナ素子は、好ましくは、上記誘電体基板の面と実質的に平行となるように設けられたことを特徴とする。
また、上記アンテナ装置において、好ましくは、２本のアンテナ素子を備えたことを特徴とする。
さらに、上記アンテナ装置において、好ましくは、上記２本のアンテナ素子はそれぞれ実質的に直線形状であって、互いに平行となるように設けられたことを特徴とする。
上記アンテナ装置は、好ましくは、上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続され、上記微小ループアンテナのインダクタンスと直列共振するための少なくとも１個の第１のキャパシタをさらに備えたことを特徴とする。
ここで、上記第１のキャパシタは、好ましくは、上記アンテナ素子の実質的な中央点に挿入して接続したことを特徴とする。また、上記第１のキャパシタは、好ましくは、複数個のキャパシタ素子を直列に接続してなることを特徴とする。とって代わって、上記第１のキャパシタは、好ましくは、複数個のキャパシタ素子を直列に接続してなる複数組の回路を互いに並列に接続したことを特徴とする。
また、上記アンテナ装置は、好ましくは、上記給電点に接続され、上記アンテナ装置の入力インピーダンスと、上記給電点に接続される給電ケーブルの特性インピーダンスとを整合させるインピーダンス整合回路をさらに備えたことを特徴とする。
さらに、上記アンテナ装置において、上記微小ループアンテナは、好ましくは、そのループ軸方向が上記誘電体基板の面と実質的に直交するように設けられたことを特徴とする。もしくは、上記微小ループアンテナは、好ましくは、そのループ軸方向が上記誘電体基板の面と実質的に平行となるように設けられたことを特徴とする。とって代わって、上記微小ループアンテナは、好ましくは、そのループ軸方向が上記誘電体基板の面に対して所定の傾斜角で傾斜されるように設けられたことを特徴とする。
またさらに、上記アンテナ装置において、上記微小ループアンテナの巻き回数Ｎは、好ましくは、実質的にＮ＝（ｎ−１）＋０．５（ここで、ｎは自然数である。）に設定されたことを特徴とする。ここで、上記微小ループアンテナの巻き回数Ｎは、より好ましくは、実質的にＮ＝１．５に設定されたことを特徴とする。
また、上記アンテナ装置は、好ましくは、上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子に電磁的に近接して設けられた少なくとも１個の浮遊導体と、
上記浮遊導体を上記接地導体と接続し又は接続しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の指向特性又は偏波面を変化させる第１のスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする。
ここで、上記アンテナ装置は、好ましくは、互いに実質的に直交するように設けられた２個の浮遊導体を備え、
上記第１のスイッチ手段は、上記各浮遊導体を上記接地導体と接続し又は接続しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の指向特性及び偏波面の少なくとも一方を変化させることを特徴とする。
さらに、上記アンテナ装置は、好ましくは、上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続された第１のリアクタンス素子と、
上記第１のリアクタンス素子を短絡し又は短絡しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の共振周波数を変化させる第２のスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする。
ここで、上記第２のスイッチ手段は、好ましくは、そのオフ時に寄生容量を有する高周波半導体素子を含み、
上記寄生容量を実質的にキャンセルするための第１のインダクタをさらに備えたことを特徴とする。
また、上記アンテナ装置は、好ましくは、上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続された一端を有する第２のリアクタンス素子と、
上記第２のリアクタンス素子の他端を接地し又は接地しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の共振周波数を変化させる第３のスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする。
ここで、好ましくは、上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続された第３のリアクタンス素子をさらに備えたことを特徴とする。
さらに、上記アンテナ装置において、上記第３のスイッチ手段は、好ましくは、そのオフ時に寄生容量を有する高周波半導体素子を含み、
上記寄生容量を実質的にキャンセルするための第２のインダクタをさらに備えたことを特徴とする。
またさらに、好ましくは、上記のアンテナ装置を複数個備え、
上記複数個のアンテナ装置により受信された無線信号に基づいて、複数個のアンテナ装置を選択的に切り換えて、選択したアンテナ装置を給電点に接続する第４のスイッチ手段を備えたことを特徴とする。
ここで、上記第４のスイッチ手段は、好ましくは、上記選択しないアンテナ装置を接地することを特徴とする。
また、上記アンテナ装置において、好ましくは、上記アンテナ素子を、接地導体が形成されていない上記誘電体基板上に形成したことを特徴とする。
ここで、好ましくは、上記微小ループアンテナを別の誘電体基板上に形成したことを特徴とする。
さらに、上記アンテナ装置において、好ましくは、上記別の誘電体基板は少なくとも１つの凸部を有し、
上記誘電体基板は上記誘電体基板の少なくとも１つの凸部と嵌合する少なくとも１つの穴部を有し、
上記別の誘電体基板の少なくとも１つの凸部を上記誘電体基板の少なくとも１つの穴部に嵌合させることにより、上記別の誘電体基板を上記誘電体基板に連結したことを特徴とする。
とって代わって、上記アンテナ装置において、好ましくは、上記誘電体基板は少なくとも１つの凸部を有し、
上記別の誘電体基板は上記誘電体基板の少なくとも１つの凸部と挿入して嵌合する少なくとも１つの穴部を有し、
上記誘電体基板の少なくとも１つの凸部を上記別の誘電体基板の少なくとも１つの穴部に挿入して嵌合させることにより、上記誘電体基板を上記別の誘電体基板に連結したことを特徴とする。
またさらに、上記アンテナ装置は、好ましくは、
上記誘電体基板上に形成され、上記アンテナ素子に接続された第１の接続導体と、
上記別の誘電体基板上に形成され、上記微小ループアンテナに接続された第２の接続導体とをさらに備え、
上記誘電体基板と上記別の誘電体基板とを連結したとき、上記第１の接続導体と上記第２の接続導体とを電気的に接続したことを特徴とする。
ここで、好ましくは、上記第１の接続導体は、その一部分であって所定の第１の面積を有し、上記第２の接続導体との接続のための半田付けを行う第１の導体露出部を備え、
上記第２の接続導体は、その一部分であって所定の第２の面積を有し、上記第１の接続導体との接続のための半田付けを行う第２の導体露出部を備えたことを特徴とする。
第２の発明に係る無線通信装置は、上記のアンテナ装置と、
上記アンテナ装置に接続された無線通信回路とを備えたことを特徴とする。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の構成を示す斜視図である。
図２は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の構成を示す斜視図である。
図３は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の構成を示す斜視図である。
図４は、図１のアンテナ装置１０１に金属板３０を近接したときの状態を示す斜視図である。
図５は、図１のアンテナ装置１０１の等価回路を示す回路図である。
図６は、図４の状態で実行した実験のために用いる実験システムを示す正面図である。
図７は、図６の実験結果であって、金属板３０からアンテナ装置１０１までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
図８は、図６の実験のために用いる第２の比較例に係るアンテナ装置１９２の構成を示す平面図である。
図９は、図６の実験のために用いる第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の構成を示す平面図である。
図１０は、図６の実験のために用いる第１の比較例に係るアンテナ装置１９１の構成を示す平面図である。
図１１は、図６の実験のために用いる第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の構成を示す平面図である。
図１２は、図８乃至図１１の各アンテナ装置について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
図１３は、図１１のアンテナ装置１０１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
図１４は、図９のアンテナ装置１０２について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
図１５は、図１０のアンテナ装置１９１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
図１６は、図８のアンテナ装置１９２について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
図１７は、図８乃至図１１の各アンテナ装置について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対する各アンテナ装置の給電点Ｑにおける入力電圧定在波比（入力ＶＳＷＲ）を示すグラフである。
図１８は、図１のアンテナ装置１０１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎをパラメータとしたときの、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
図１９は、図１のアンテナ装置１０１において巻き回数Ｎ＝１．５のときの動作を示すための概略正面図である。
図２０は、図１９の動作における見かけ上の動作状態を示す概略正面図である。
図２１は、図１のアンテナ装置１０１において巻き回数Ｎ＝２のときの動作を示すための概略正面図である。
図２２は、図２１の動作における見かけ上の動作状態を示す概略正面図である。
図２３は、図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させたときの効果を示す、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
図２４は、図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させたときにおける、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
図２５は、図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させないとき、すなわち図１のアンテナ装置１０１における、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
図２６は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の構成を示す斜視図である。
図２７は、本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の構成を示す斜視図である。
図２８は、本発明の第５の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１０５Ａの構成を示す斜視図である。
図２９は、本発明の第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６の構成を示す斜視図である。
図３０は、本発明の第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７の構成を示す斜視図である。
図３１は、本発明の第８の実施形態に係るアンテナ装置１０８の構成を示す斜視図である。
図３２は、図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の中央位置Ｑ０に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。
図３３は、図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の給電点Ｑ側端部Ｑ１に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。
図３４は、図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１のループアンテナＡ３側端部Ｑ２に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。
図３５は、本発明の第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置１０４Ａの構成を示す斜視図である。
図３６は、本発明の第４の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置１０４Ｂの構成を示す斜視図である。
図３７は、本発明の第９の実施形態に係るアンテナ装置１０９の構成を示す斜視図である。
図３８は、本発明の第１０の実施形態に係るアンテナ装置１１０の構成を示す斜視図である。
図３９は、本発明の第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１の構成を示す斜視図である。
図４０は、本発明の第１２の実施形態に係るアンテナ装置１１２の構成を示す斜視図である。
図４１は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第１の実施例５１−１の電気回路を示す回路図である。
図４２は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第２の実施例５１−２の電気回路を示す回路図である。
図４３は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第３の実施例５１−３の電気回路を示す回路図である。
図４４は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第４の実施例５１−４の電気回路を示す回路図である。
図４５は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第１の実施例５２−１の電気回路を示す回路図である。
図４６は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第２の実施例５２−２の電気回路を示す回路図である。
図４７は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第３の実施例５２−３の電気回路を示す回路図である。
図４８は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第４の実施例５２−４の電気回路を示す回路図である。
図４９は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第５の実施例５２−５の電気回路を示す回路図である。
図５０は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第６の実施例５２−６の電気回路を示す回路図である。
図５１は、本発明の第１３の実施形態に係るアンテナ装置１１３の構成を示す斜視図である。
図５２は、本発明の第１４の実施形態に係るアンテナ装置１１４の構成を示す平面図である。
図５３は、本発明の第１５の実施形態に係るアンテナ装置１１５の構成を示す斜視図である。
図５４は、図５３のアンテナ装置１１５の裏側の構造を示す斜視図である。
図５５は、図５４の基板嵌合連結部の詳細を示す斜視図である。
図５６は、本発明の第１６の実施形態に係るアンテナ装置１１６の構成を示す斜視図である。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。なお、同様のものについては同一の符号を付し、詳細説明を省略する。
第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の構成を示す斜視図である。図１において、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１は、実質的に直線状であって互いに実質的に平行に配置される２本のアンテナ素子Ａ１，Ａ２と、これらアンテナ素子Ａ１，Ａ２の間に挿入接続されかつアンテナ素子Ａ１，Ａ２に対して垂直な方向で設けられ、巻き回数Ｎ＝１．５を有する矩形の微小ループアンテナＡ３と、アンテナ素子Ａ１と給電点Ｑとの間に挿入接続されたキャパシタＣ１とを備えて構成されたことを特徴としている。
図１において、裏面全面に接地導体１１が形成されてなる誘電体基板１０の長手方向の左上側縁端部に給電点Ｑが設けられ、給電点Ｑは、微小ループアンテナのインダクタンスとともに直列共振回路を構成するキャパシタＣ１を介してアンテナ素子Ａ１の一端に接続される。アンテナ素子Ａ１の他端は微小ループアンテナＡ３を介してアンテナ素子Ａ２の一端に接続され、アンテナ素子Ａ２の他端は、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに充填されたスルーホール導体１３を介して接地導体１１に接続されて接地される。また、給電点Ｑは、インピーダンス整合用キャパシタＣ２及びスルーホール導体１２を介して接地導体１１に接続されて接地されるとともに、給電点Ｑは、誘電体基板１０上に形成された、例えばマイクロストリップ線路などの給電ケーブル２５を介して、誘電体基板１０上に形成された無線通信回路２０のサーキュレータ２３に接続される。ここで、インピーダンス整合用キャパシタＣ２は、給電点Ｑにおいてアンテナ装置１０１を見たときの入力インピーダンスを、給電ケーブル２５の特性インピーダンスに整合させるために用いられる。また、スルーホール導体１２はスルーホール導体１３と同様に、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに充填された導体である。なお、図１に示すように、誘電体基板１０の面に対して垂直な方向をＸ方向とし、誘電体基板１０の長手方向であって、誘電体基板１０からアンテナ装置１０１に向う方向をＺ方向とし、上記Ｘ方向及びＺ方向に対して垂直な方向であって、誘電体基板１０の幅方向をＹ方向としている。
なお、誘電体基板１０として、ガラスエポキシ基板、テフロン（登録商標）基板、フェノール基板、多層基板などを用いることができる。
図１のアンテナ装置１０１において、直線状の導線にてなるアンテナ素子Ａ１，Ａ２はそれぞれ長さＨを有し、互いに平行であってＺ方向に延在するように配置される。また、微小ループアンテナＡ３は、そのループの軸方向がＺ方向と平行であって、微小ループアンテナＡ３のループ平面がアンテナ素子Ａ１，Ａ２や誘電体基板１０の面に対して垂直となるように配置されている。また、微小ループアンテナＡ３は、巻き回数Ｎ＝１．５を有しかつ幅ｗ及び高さｈを有する矩形形状を有し、これにより所定の全長長さＬ（＝３ｗ＋４ｈ）を有する。ここで、全長長さＬは、後述する無線通信回路２０で使用する無線信号の周波数の波長λに対して、０．０１λ以上であって、０．５λ以下、好ましくは０．２λ以下、より好ましくは０．１λ以下に設定され、これにより、微小ループアンテナＡ３を構成する。なお、微小ループアンテナＡ３の外径寸法（矩形の一辺の長さ又は円形の直径）は、０．０１λ以上であって、０．２λ以下、好ましくは０．１λ以下、より好ましくは０．０３λ以下に設定される。
さらに、無線通信回路２０において、アンテナ装置１０１により受信された無線信号は給電点Ｑを介してサーキュレータ２３に入力された後、無線受信回路２１に入力され、高周波増幅、周波数変換及び復調などの処理が施され、音声信号、映像信号又はデータ信号などのデータが取り出される。コントローラ２４は無線受信回路２１及び無線送信回路２２の動作を制御する。無線送信回路２２は、送信すべき音声信号、映像信号又はデータ信号などのデータに従って、無線搬送波を変調し、変調された無線搬送波を電力増幅した後、サーキュレータ２３及び給電点Ｑを介してアンテナ装置１０１に出力し、当該無線信号をアンテナ装置１０１から放射させる。また、コントローラ２４は図示しないインターフェース回路を介して所定の外部装置に接続され、外部装置からのデータを含む無線信号をアンテナ装置１０１により放射する一方、アンテナ装置１０１により受信された無線信号に含まれるデータを外部装置に出力する。
以上のように構成されたアンテナ装置１０１においては、
（ａ）接地導体１１を有する誘電体基板１０と、
（ｂ）図４乃至図７などを参照して詳細後述するように、接地導体１１と電磁的な結合が生じるように（すなわち、微小ループアンテナＡ３に高周波信号を流したときに微小ループアンテナＡ３のコイルにより誘起される電磁界が接地導体１１に対して実質的に印加されるように）誘電体基板１０と電磁的に近接して設けられ、図４の金属板３０がアンテナ装置１０１に近接したときに、金属板３０と垂直な方向に平行な指向特性の主ビームを有する磁流アンテナとして動作する一方、金属板３０がアンテナ装置１０１から離隔したときに電流アンテナとして動作する微小ループアンテナＡ３と、
（ｃ）アンテナ素子Ａ１，Ａ２の導線の長手方向に対して垂直な方向に指向特性の主ビームを有する電流アンテナ（いわゆる伝送線路アンテナともいう。）として動作する２本のアンテナ素子Ａ１，Ａ２とを備え、
（ｄ）アンテナ素子Ａ１の一端は給電点Ｑを介して無線通信回路２０に接続され、アンテナ素子Ａ２の一端は接続導体１１に接続されて接地され、これにより、アンテナ装置１０１は不平衡型アンテナとなる。
このようにアンテナ装置１０１を構成することにより、従来技術の微小ループアンテナに比較して、垂直偏波（図４に示すように誘電体基板１０を地面に対して垂直となるように立設したときのＺ方向の偏波をいい、以下、同様である。）と水平偏波（図４に示すように誘電体基板１０を地面に対して垂直となるように立設したときのＹ方向の偏波をいい、以下同様である。）との合成指向特性において、高いアンテナ利得を得ることができる。特に、図４を参照して後述する金属板３０がアンテナ装置１０１に近接する場合に限らず、金属板３０から離隔される場合であっても非常に高いアンテナ利得を得ることができる。
以上のように構成されたアンテナ装置１０１は、誘電体基板１０上の無線通信回路２０とともに所定の筐体に収容され、無線通信装置を構成する。当該構成については、以下の実施形態においても同様である。
以上の第１の実施形態において、２本のアンテナ素子Ａ１，Ａ２を用いているが、本発明はこれに限らず、少なくとも１本のアンテナ素子Ａ１又はＡ２を備えればよい。また、微小ループアンテナＡ３は矩形形状であるが、本発明はこれに限らず、円形状、楕円形状又は多角形など他の形状であってもよい。ここで、微小ループアンテナＡ３のループは、螺旋コイル形状であってもよいし、渦巻きコイル形状であってもよい。さらに、微小ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎは１．５に限らず、詳細後述するように、他の巻き回数Ｎであってもよい。また、キャパシタＣ１を用いているが、本発明はこれに限らず、キャパシタＣ１を用いず、アンテナ装置１０１を構成してもよい。さらに、インピーダンス整合用キャパシタＣ２を用いているが、本発明はこれに限らず、これに代えてインピーダンス整合用インダクタ、もしくはキャパシタとインダクタの組み合わせ回路であるインピーダンス整合回路を用いてもよいし、インピーダンス整合回路が不要であるときは設けなくてもよい。以上の変形例は、以下に示す実施形態やその変形例に対しても適用できる。
次いで、アンテナ装置１０１のキャパシタＣ１の容量値の決定方法について以下に説明する。
図１のアンテナ装置１０１において、無線送信回路２２又は給電点Ｑに対して、キャパシタＣ１と、微小ループアンテナＡ３のインダクタンスが直列に接続され、当該インダクタンスのリアクタンスをほぼ打ち消すようにキャパシタＣ１が設定されている。また、微小ループアンテナＡ３の他端は接地導体１１に接続されている。ここで、微小ループアンテナＡ３のインダクタンスを大きくし、すなわち、そのリアクタンスを大きくし、キャパシタＣ１の容量を小さくし、すなわちそのリアクタンスを大きく設定しているため、微小ループアンテナＡ３のインダクタンスと、キャパシタＣ１との接続点で大きな高周波電圧振幅が発生する。ここで、当該接続点で大きな高周波電圧振幅が発生する理由は、一般にＬＣ共振回路の共振時のインピーダンスＺは、Ｚ＝Ｌ／（Ｒ・Ｃ）＝ＱωＬ（ここで、Ｒ＝Ｒｌ＋Ｒｃ；Ｒｌは放射抵抗であり、Ｒｃは損失抵抗であり、Ｑは品質係数（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）である。）で表され、当該ＬＣ共振回路に同一の電力を供給したときに、インダクタンスＬに比例して電圧振幅が大きくなり、また、インダクタンスＬを大きくしかつキャパシタンスＣを小さくすることにより共振インピーダンスが大きくなる。なお、微小ループアンテナＡ３のインダクタンスは自由空間に対して電界及び磁界で結合しており、自由空間に対して放射抵抗を持っている。そのため、前記接続点で大きな高周波電圧振幅が発生すると、自由空間への放射エネルギーが大きくなり良好なアンテナ利得を得ることができる。
本発明者が試作したある実施例では、４２９ＭＨｚ帯のアンテナ装置１０１として動作し、キャパシタＣ１の容量は１ｐＦであるので、そのインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜は３７１Ωと大きくなっている。概略キャパシタＣ１のインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜を２００Ω以上に設定することにより、高いアンテナ利得を得ることができる。そして、キャパシタＣ１の容量を決定すると、共振周波数の条件より、微小ループアンテナＡ３の大きさをほぼ一義的に決定することができる。
なお、キャパシタＣ１の容量を上記の実施例よりも小さく設計することにより、インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜を非常に大きな値とすることが可能であるが、実際のアンテナ装置１０１では寄生容量の影響などにより、安定して同一の共振周波数を得ることが困難となってくる。概略、インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜の範囲として２００Ω〜２０００Ω程度が容易に実現可能と想定されるが、上記範囲を超えて設定しても構わない。また、キャパシタＣ１のインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜をより大きくすればアンテナ利得が向上するのは、対応する微小ループアンテナＡ３のインダクタンス値を大きくできるからである。
以上のように構成された第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１は、２本のアンテナ素子Ａ１，Ａ２と、微小ループアンテナＡ３とを備えて構成されるので、構造がきわめて簡単であり、小型・軽量で製造でき、かつ製造コストが安価である。
第２の実施形態
図２は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の構成を示す斜視図である。図２において、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１に比較して、微小ループアンテナＡ３のループ軸方向をＸ方向と平行とし、すなわち、微小ループアンテナＡ３のループ平面を、２本のアンテナ素子Ａ１，Ａ２と実質的に同一の平面に配置したことを特徴としている。以上のように構成されたアンテナ装置１０２において、微小ループアンテナＡ３のループ軸方向はＸ方向と平行となり、詳細後述するように、特に、金属板３０を離隔した場合において、微小ループアンテナＡ３が電流アンテナとして有効的に動作して垂直偏波のアンテナ利得を増大させる（図１４参照）。
第３の実施形態
図３は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の構成を示す斜視図である。図３において、第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１に比較して、微小ループアンテナＡ３のループ軸方向を、微小ループアンテナＡ３と各アンテナ素子Ａ１，Ａ２との接続点間の軸を中心として、Ｚ方向から所定の傾斜角θ（０＜θ＜９０°）だけ傾斜するように、微小ループアンテナＡ３を配置したことを特徴としている。以上のように構成されたアンテナ装置１０３において、アンテナ装置１０１と、アンテナ装置１０２との組み合わせとして動作し、アンテナ装置１０１の動作特徴と、アンテナ装置１０２の動作特徴とを有する。従って、これらのアンテナ装置１０１，１０２の欠点を補完した指向特性を得ることができ、総合的な垂直偏波及び垂直偏波のアンテナ利得を増大できる。
実施形態に係るアンテナ装置の実験とその実験結果
図４は、図１のアンテナ装置１０１に金属板３０を近接したときの状態を示す斜視図である。図４において、誘電体基板１０を地面に対して垂直となるように立設し、誘電体基板１０の裏面に形成された接地導体１１が金属板３０と対向するように誘電体基板１０を配置している。ここで、接地導体１１と、金属板３０との間の距離をＤとしている。ここで、アンテナ装置１０１が金属板３０から離れているときは、微小ループアンテナＡ３のコイル部によりトップローディングされたモノポールアンテナと類似の電流型動作となり、接地導体１１に電流Ｉ１が励起されることによりＸ方向への放射の電界偏波面はＺ方向のＥ１となる。一方、金属板３０が誘電体基板１０に接近したときは、微小ループアンテナＡ３のコイル部の磁流Ｍにより、金属板３０の表面に磁流Ｍ‘が励起された微小ループアンテナと類似した磁流型動作となり、偏波面はＹ方向のＥ２となる。すなわち金属板３０の有無により電流型動作と磁流型動作が切り換わる特性を示す。
図５は、図１のアンテナ装置１０１の等価回路を示す回路図である。図５の等価回路において、アンテナ装置１０１の入力端である給電点Ｑと接地導体１１との間には、インピーダンス整合用キャパシタＣ２が接続され、給電点Ｑは以下の回路素子を介して接地導体１１に接続される。
（ａ）直列共振用のキャパシタＣ１。
（ｂ）アンテナ素子Ａ１の損失抵抗ＲＣＡ１。
（ｃ）アンテナ素子Ａ１の放射抵抗ＲｒＡ１。
（ｄ）アンテナ素子Ａ１のインダクタンスＬＡ１。
（ｅ）微小ループアンテナＡ３の放射抵抗Ｒｒｌｏｏｐ。
（ｆ）微小ループアンテナＡ３の損失抵抗ＲＣｌｏｏｐ。
（ｇ）誘起電圧ｅ。
（ｈ）微小ループアンテナＡ３のインダクタンスＬｌｏｏｐ。
（ｉ）アンテナ素子Ａ２のインダクタンスＬＡ２。
（ｊ）アンテナ素子Ａ２の放射抵抗ＲｒＡ２。
（ｋ）アンテナ素子Ａ２の損失抵抗ＲＣＡ２。
ここで、アンテナ装置１０１の全体の放射抵抗Ｒｒ及び損失抵抗ＲＣは次式で表される。
Ｒｒ＝ＲｒＡ１＋ＲｒＡ２＋Ｒｒｌｏｏｐ （１）
ＲＣ＝ＲＣＡ１＋ＲＣＡ２＋ＲＣｌｏｏｐ （２）
図５のアンテナ装置１０１において流れる電流をＩとすると、放射電力Ｐｒと損失電力ＰＣは次式で表される。
Ｐｒ＝（１／２）Ｉ２Ｒｒ （３）
ＰＣ＝（１／２）Ｉ２ＲＣ （４）
ここで、アンテナ装置１０１に入力される入力電力Ｐｉｎは次式で表される。
Ｐｉｎ＝Ｐｒ＋ＰＣ （５）
従って、アンテナ装置１０１の放射効率ηは次式で表される。
η＝Ｐｒ／Ｐｉｎ＝Ｒｒ／（Ｒｒ＋ＲＣ） （６）
それ故、以上の式を用いてアンテナ装置１０１の動作及び特性について解析できる。
図６は、図４の状態で実行した実験のために用いる実験システムを示す正面図である。図６に示すように、誘電体基板１０上に形成され外部発振器２２Ａに接続されたアンテナ装置１０１を金属板３０に距離Ｄで近接させ又は離隔させ、このときの距離Ｄを変化させたときに、アンテナ装置１０１からＸ方向に１．５ｍの距離にあり、長手方向がＺ方向に平行であるスリーブアンテナ３１を用いて、半波長ダイポールを基準利得としたときのＸ方向のアンテナ利得［ｄＢｄ］を測定した。ここで、測定周波数は４２９ＭＨｚであり、誘電体基板１０の寸法は２９×６３ｍｍであり、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の長さＨ＝１０ｍｍ、微小ループアンテナＡ３の高さｈ＝８ｍｍ、幅ｗ＝２９ｍｍである。アンテナ装置１０１の各素子Ａ１，Ａ２，Ａ３は０．８ｍｍφの銅線を折り曲げて作成し、キャパシタＣ１の容量は１ｐＦである。
図７は、図６の実験結果であって、金属板３０からアンテナ装置１０１までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図７から明らかなように、金属板３０がアンテナ装置１０１から離れているときは、垂直偏波成分（Ｚ軸方向）が大きく、誘電体基板１０の接地導体１１に流れる電流Ｉ１による放射が支配的となっている。次いで、金属板３０がＤ＝４ｃｍ以下に接近すると、垂直偏波成分が急激に低下し、代わって水平偏波成分（Ｙ軸方向）が大きくなる。このとき、微小ループアンテナＡ３のコイル部が磁流アンテナとして動作している。このとき、垂直偏波成分と水平偏波成分を合成した合成特性では、金属板３０からの距離Ｄによる利得変化が小さいことがわかる。従って、アンテナ装置１０１は、金属板３０を近接した場合も離隔した場合も所定のアンテナ利得以上のアンテナ利得を得ることができる。
図８は、図６の実験のために用いる第２の比較例に係るアンテナ装置１９２の構成を示す平面図である。図８に示すように、第２の比較例に係るアンテナ装置１９２は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えず、誘電体基板１０の面に平行な微小ループアンテナＡ３のみで構成される。なお、誘電体基板１０の寸法は１９ｍｍ×２７ｍｍであり、図９乃至図１１においても同様である。
図９は、図６の実験のために用いる第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の構成を示す平面図である。図９に示すように、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２は、図２と同様に、アンテナ素子Ａ１，Ａ２と、誘電体基板１０の面に平行な微小ループアンテナＡ３とで構成される。
図１０は、図６の実験のために用いる第１の比較例に係るアンテナ装置１９１の構成を示す平面図である。図１０に示すように、第１の比較例に係るアンテナ装置１９１は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えず、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３のみで構成される。
図１１は、図６の実験のために用いる第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の構成を示す平面図である。図１１に示すように、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１は、図１と同様に、アンテナ素子Ａ１，Ａ２と、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３とで構成される。
なお、図８乃至図１１において、実験に用いるアンテナ装置１０１，１０２，１９１，１９２の寸法は図示の通りである。
図１２は、図８乃至図１１の各アンテナ装置について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図１２から明らかなように、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えたアンテナ装置１０１，１０２は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えないアンテナ装置１９１，１９２に比較して、金属板３０から離隔しているときに、より大きなアンテナ利得を得ることができる。また、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３を備えたアンテナ装置１０１，１９１は、誘電体基板１０の面に水平な微小ループアンテナＡ３を備えたアンテナ装置１０２，１９２に比較して、金属板３０に近接しているときに、より大きなアンテナ利得を得ることができる。従って、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えるとともに、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３を備えることにより、金属板３０から離隔している場合と、金属板３０に近接している場合との両方において、より大きなアンテナ利得を得ることができる。
図１３は、図１１のアンテナ装置１０１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図１４は、図９のアンテナ装置１０２について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図１５は、図１０のアンテナ装置１９１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図１６は、図８のアンテナ装置１９２について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
これらの図１３乃至図１６は、各アンテナ装置１０１，１０２，１９１，１９２において、アンテナ利得の偏波成分の変化を示すグラフである。図１３乃至図１６から明らかなように、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えたアンテナ装置１０１，１０２は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えないアンテナ装置１９１，１９２に比較して、金属板３０から離隔しているときに、垂直偏波成分が増大することにより、より大きなアンテナ利得を得ることができる。また、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３を備えたアンテナ装置１０１，１９１は、誘電体基板１０の面に水平な微小ループアンテナＡ３を備えたアンテナ装置１０２，１９２に比較して、金属板３０に近接しているときに、水平偏波成分が増大することにより、より大きなアンテナ利得を得ることができる。
次いで、微小ループアンテナＡ３のコイル軸方向について以下に説明する。微小ループアンテナＡ３のコイル軸方向は、図１に示すように、誘電体基板１０の長手方向と平行となるように設定することが好ましい。これにより、金属版３０が接近したときにも利得低下が小さいという特徴がある。また、微小ループアンテナＡ３のコイル軸方向を、図２に示すように、誘電体基板１０と直交するように設定してもよく、この場合、アンテナ素子Ａ１，Ａ２により接地導体１１から微小ループアンテナＡ３をより遠くに離すことができるために、アンテナ利得をより大きくすることができる。そして、金属板３０が接近していない場合にはむしろ図２のアンテナ装置１０２の方が図１のアンテナ装置１０１に比較して大きい利得を得ることができる。また、図２のアンテナ装置１０２において、大きな主ビームの指向特性を有せず、すなわち、無指向性に近い指向特性を得ることができる。また、図２のアンテナ装置１０２においては、誘電体基板１０に対して垂直であって、微小ループアンテナＡ３の両端部側に金属板３０があるときには、金属板３０とは反対方向に電波を放射できる。従って、無線通信装置の前方に接近して金属板３０があるときでも利得低下が小さいといえる。
図１７は、図８乃至図１１の各アンテナ装置について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対する各アンテナ装置の給電点Ｑにおける入力電圧定在波比（以下、入力ＶＳＷＲという。）を示すグラフである。図１７から明らかなように、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３を備えたアンテナ装置１０１，１９１において、金属板３０を近接したときの入力ＶＳＷＲの劣化が小さくなり、さらに、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えたアンテナ装置１０１では、その劣化がさらに小さくなる。
図１８は、図１のアンテナ装置１０１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎをパラメータとしたときの、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図１８から明らかなように、金属板３０を近接したときのアンテナ利得は、巻き回数Ｎ＝１．５のときが最も大きい。この理由について、アンテナ装置１０１の動作を示す図１９乃至図２２を参照して以下に考察する。
図１９は、図１のアンテナ装置１０１において巻き回数Ｎ＝１．５のときの動作を示すための概略正面図である。図２０は、図１９の動作における見かけ上の動作状態を示す概略正面図である。図２１は、図１のアンテナ装置１０１において巻き回数Ｎ＝２のときの動作を示すための概略正面図である。図２２は、図２１の動作における見かけ上の動作状態を示す概略正面図である。
図１９においては、微小ループアンテナＡ３の１．５回巻きコイルに流れる水平方向の高周波電流Ｉ１１，Ｉ１２，Ｉ１３を示している。ここで、電流Ｉ１２と電流Ｉ１３は向きが逆でほぼ同じ大きさであり打ち消しあうため、微小ループアンテナＡ３は、見かけ上、図２０に示すような電流Ｉ１１と磁流の鏡像Ａ３’による見かけ上の電流Ｉ１１’からなる大きなループを持った磁流アンテナとして動作する。一方、微小ループアンテナＡ３のコイルを２回巻きとした場合は、図２１に示すように、電流Ｉ１１と電流Ｉ１３、電流Ｉ１２と電流Ｉ１４が互いに打ち消しあうために、図２２に示すように見かけ上の電流Ｉ１１が小さくなりアンテナ利得は大幅に低下する。このように、微小ループアンテナＡ３のコイルの巻き回数Ｎを概略１．５回巻きとすることにより、より高いアンテナ利得と小型化を両立することができる。
なお、実施形態では、微小ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎを概略１．５回巻きとしたが、正確に１．５回巻きでなくともよい。具体的には、１．２回巻き〜１．８回巻きの範囲であれば比較的大きなアンテナ利得を得ることができる。また、微小ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎを概略０．５回巻き又は概略２．５回巻きなどとしても良好な特性を得られる。特に、概略２．５回巻きでは、概略１．５回巻きに比べてさらにアンテナの小型化を図ることができる。そして、微小ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎについて、概略Ｎ＝（ｎ−１）＋０．５（ここで、ｎは自然数である。）とすることにより、大きなアンテナ利得を得ることができる。具体的には、概略０．５回巻き、概略１．５回巻き、概略２．５回巻き、概略３．５回巻き、概略４．５回巻きなどに設定してもよい。
図２３は、図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させたとき（この状態でのアンテナ装置を１０１Ｇとし、図２３において１０１Ｇで示す。）の効果を示す、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図２４は、図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させたときにおける、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図２５は、図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させないとき、すなわち図１のアンテナ装置１０１における、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
ここで、図２３乃至図２５の実験は、後述する図３０のアンテナ装置１０７において、アンテナ素子Ａ２のストリップ導体の幅を、誘電体基板１０の幅の約半分まで増大させて行った。この状態でのアンテナ装置１０１Ｇでは、右側のアンテナ素子Ａ２をほとんど接地導体の状態にしており、アンテナ素子Ａ２を無くしたことに等価であると考えられる。すなわち、図２３から明らかなように、アンテナ素子Ａ２を有するアンテナ装置１０１のアンテナ利得は、アンテナ素子Ａ２を有しない比較例のアンテナ装置１０１Ｇのアンテナ利得に比較して非常に高い。
以上説明したように、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１によれば、金属板３０からの距離Ｄを小さくすると、電流型動作から磁流型動作に切り替わることで、常に良好な放射利得が得られる。本発明者らは、当該アンテナ装置１０１を適用した無線通信装置の無線モジュールを白物家庭電化製品各機器に内蔵して、特性評価した結果、指向特性測定における最大アンテナ利得として、冷蔵庫において−１０ｄＢｄ、エアコンディショナーにおいて−１１ｄＢｄの良好なアンテナ利得が得られた。
さらに、微小ループアンテナＡ３のコイルの大きさ及び巻き回数Ｎと、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の長さとの関係について以下に説明する。これらの関係を適切に調整することにより金属板３０の有無によってほとんど入力ＶＳＷＲが変化しないようになり、これらの関係のバランスがとれる。本発明者らの実験によれば、これは金属板３０の接近によりアンテナ素子Ａ１，Ａ２のインダクタンスは減少するが、微小ループアンテナＡ３のコイルのインダクタンスは増加するためであると考えられる。その根拠としては、微小ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎが少ない（Ｎ＝０．５又は１）場合は、金属板３０の接近により共振周波数が高い方に変化するのに対して、巻き回数Ｎが多い（１．５回又は２回）場合は低い方に変化することを測定している。
第４の実施形態
図２６は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の構成を示す斜視図である。図２６において、第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４は、図１の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１に比較して以下の点が異なる。
（１）アンテナ素子Ａ１，Ａ２をそれぞれ誘電体基板１０上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、アンテナ素子Ａ１，Ａ２が形成されている誘電体基板１０の奥側縁端部の裏面において接地導体１１は形成されていない。
（２）誘電体基板１０の長手方向の奥側縁端部において、誘電体基板１０と垂直であって誘電体基板１０と実質的に同一の幅を有する誘電体基板１４を、例えば接着剤による貼り付けなどにより立設した。
（３）微小ループアンテナＡ３を上記誘電体基板１４上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、微小ループアンテナＡ３の接地側近傍の端部において、誘電体基板１４を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１５を形成し、微小ループアンテナＡ３の接地側近傍の端部はスルーホール導体１５を介して、誘電体基板１４の裏面に形成されたストリップ導体１５ｓを介してアンテナ素子Ａ２に接続される。
（４）キャパシタＣ１は、給電点Ｑ近傍ではなく、好ましくは、図２６に示すように、アンテナ素子Ａ１の概略中央点に接続される。なお、作用効果については図３２乃至図３４を参照して詳細後述する。
ここで、誘電体基板１０，１４としては、例えば、ガラスエポキシ基板、テフロン（登録商標）基板、セラミック基板、紙フェノール基板、多層基板など任意の基板を用いることができる。
本実施形態では、ストリップ導体を用いてアンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３を形成しているので、プリント配線法を用いて高い寸法精度で製作することが可能である。一般的なガラスエポキシ基板上の銅箔のストリップ導体では、量産時のストリップ導体幅のばらつきとして±３０μｍ以内程度が得られる。そのため、ストリップ導体を用いたアンテナ装置のインピーダンスのばらつきを小さくすることができる。また、キャパシタＣ１は例えばチップコンデンサで構成でき、これも高精度品が市販されている。例えば、容量が数ｐＦの高精度品では容量誤差±０．１ｐＦとなっている。
従って、アンテナ装置１０４のこれらストリップ導体と、チップコンデンサのキャパシタＣ１を用いることにより、アンテナ装置１０４の共振周波数のばらつきを抑えることができる。また、無線通信回路２０を実装するプリント配線基板である誘電体基板１０上にアンテナ構造を組み込めるため、組立て箇所がほとんど無く寸法精度を上げることができる。そして、アンテナ装置１０４の共振周波数のばらつきが小さいので、製造時の共振周波数の調整行程を省略することができる。また、アンテナ装置１０４として、誘電体基板１０，１４以外の構造物が不要なため装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
また、比較的幅の広い（例えば、ストリップ導体幅０．５〜２ｍｍ程度）銅箔のストリップ導体は、高周波抵抗が小さく、微小ループアンテナＡ３のコイルのＱ値として１００前後あるいはそれ以上を得ることができる。また、キャパシタＣ１のチップコンデンサでは、容量０．５〜１０ｐＦ程度のものでＱ値が１００以上のものを容易に入手可能である。そのため、損失が小さく、高い利得のアンテナ装置１０４を実現できる。また、このアンテナ装置１０４では、プリント配線基板である誘電体基板１４上に、微小ループアンテナＡ３のストリップ導体を形成したために、これに実装するキャパシタＣ１の挿入位置に自由度があるという利点がある。
以上の実施形態においては、微小ループアンテナＡ３のストリップ導体を誘電体基板１４上に形成しているが、本発明はこれに限らず、例えば図１に示すように、微小ループアンテナＡ３のコイル状の導線を用いてもよい。
第５の実施形態
図２７は、本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の構成を示す斜視図である。図２７において、第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５は、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、以下の点が異なる。
（１）アンテナ素子Ａ１，Ａ２が形成されている誘電体基板１０の奥側縁端部の裏面において、接地導体１１とは、誘電体基板１０の長手方向の所定の間隔ｄをおいて、接続導体１１と電気的に絶縁されるように、浮遊導体１１Ａが形成される。ここで、浮遊導体１１Ａは、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３とは電磁的に結合するように近接して形成されている。
（２）接地導体１１と浮遊導体１１Ａとの間に、例えば機械的な接点スイッチであるスイッチＳＷ１が接続される。
以上のように構成されたアンテナ素子１０５において、スイッチＳＷ１をオン又はオフに切り換えることにより、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の誘電体基板１０を介した接地状態を変化させている。すなわち、スイッチＳＷ１がオフのときには、浮遊導体１１Ａが接地されておらず、接地電位から電気的に浮いている状態であるため、アンテナ装置１０５を構成する微小ループアンテナＡ３のストリップ導体及びアンテナ素子Ａ１，Ａ２のストリップ導体の電位変化に与える影響は小さい。このとき、図７において垂直偏波成分として示す特性に近いアンテナ利得特性となる。一方、スイッチＳＷ１がオンのときは、浮遊導体１１ＡがスイッチＳＷ１を介して接地導体１１に接続されて接地されるために、図７において、誘電体基板１０の裏面側に金属板３０が接近した場合に相当する水平偏波成分に近いアンテナ利得特性となる。すなわち、スイッチＳＷ１のオン・オフによりアンテナ装置１０５の放射方向の指向特性及び偏波面の方向を切り換えることができる。特に、偏波面はほぼ９０度変化し、これにより、ダイバーシチ効果を得ることができ、無線通信回路２０の通信性能を大幅に改善することができる。
以上の第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５において、浮遊導体１１Ａはアンテナ素子Ａ１，Ａ２のうちの一部のみに近接して形成してもよい。また、浮遊導体１１Ａを、多層基板にてなる誘電体基板１０内の内層面に形成してもよい。さらに、アンテナ装置１０５を構成するアンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３を誘電体基板１０，１４上のストリップ導体ではなく、導線で形成してもよい。
図２８は、本発明の第５の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１０５Ａの構成を示す斜視図である。図２８において、第５の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１０５Ａは、第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５に比較して以下の点が異なる。
（１）スイッチＳＷ１を、高周波半導体ダイオードＤ１で構成した。
（２）高周波半導体ダイオードＤ１の両端はそれぞれ、高周波阻止用インダクタ４１，４２を介してスイッチコントローラ４０に接続される。
ここで、スイッチコントローラ４０は、高周波半導体ダイオードＤ１をオン及びオフにそれぞれ切り換えるための所定の２つの逆バイアス電圧を高周波半導体ダイオードＤ１に印加し、これにより、アンテナ装置１０５の放射方向の指向特性及び偏波面の方向を切り換えることができる。本実施形態によれば、アンテナ装置１０５Ａを非常に簡単な構造で構成でき、小型・軽量であり製造コストを安価にできる。
第６の実施形態
図２９は、本発明の第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６の構成を示す斜視図である。図２９において、第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６は、第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５に比較して以下の点が異なる。
（１）誘電体基板１０の左側側面のアンテナ素子Ａ１近傍の奥側であって、誘電体基板１０，１４とは直交するように、浮遊導体３０Ａを形成してなる誘電体基板１４ｂを、誘電体基板１０の左側側面に貼付して設ける。ここで、浮遊導体３０Ａは、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３とは電磁的に結合するように近接して形成されている。
（２）浮遊導体３０Ａは、例えば、機械的な接点スイッチ又は高周波半導体ダイオードにてなるスイッチＳＷ２を介して接地導体１１などに接続されて接地される。
本実施形態によれば、２つの浮遊導体１１Ａ，３０Ａが設けられ、各浮遊導体１１Ａ，３０のうち少なくとも１つを接地するように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれオン・オフすることにより、送受信される無線信号の電波の指向特性や偏波面を切り換えることができる。例えば、スイッチＳＷ１をオンすることにより、図７の金属板３０の近接時に示すようにＹ方向の水平偏波成分が支配的になり、金属板３０の離隔時において水平偏波成分（Ｙ方向）のＸ方向への放射が支配的になる。また、スイッチＳＷ２をオンすることにより、接地導体となる浮遊導体３０Ａが反射板となり、水平偏波成分（Ｘ方向）のＹ方向への放射が増大することになる。従って、金属板３０の離隔時においては、２つの浮遊導体１１Ａ，３０Ａは互いに直交しているので、主ビーム方向を９０度程度変化させることが可能である。
以上の実施形態において、浮遊導体１１ＡとスイッチＳＷ１との第１の組の回路と、浮遊導体３０ＡとスイッチＳＷ２との第２の組の回路とをともに備えているが、本発明はこれに限らず、少なくとも一方の組の回路を備えてもよい。
第７の実施形態
図３０は、本発明の第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７の構成を示す斜視図である。図３０において、第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７は、図２の第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２に比較して以下の点が異なる。
（１）アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３をそれぞれ誘電体基板１０上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、これらアンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３が形成されている誘電体基板１０の奥側縁端部の裏面において接地導体１１は形成されていない。
（２）微小ループアンテナＡ３の接地側近傍の端部において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１６を形成し、微小ループアンテナＡ３の接地側近傍の端部はスルーホール導体１６を介して、誘電体基板１０の裏面に形成されたストリップ導体１６ｓに接続される。スルーホール導体１６近傍であって、スルーホール導体１６から微小ループアンテナＡ３のストリップ導体を挟設した位置において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１７を形成し、ストリップ導体１６ｓは当該スルーホール導体１７を介してアンテナ素子Ａ２のストリップ導体の一端に接続される。
（３）キャパシタＣ１を、アンテナ素子Ａ１の実質的な中央点Ｑ０に接続していており、その作用効果については、図３２乃至図３４を参照して詳細後述する。
本実施形態では、ストリップ導体を用いてアンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３を形成しているので、プリント配線法を用いて高い寸法精度で製作することが可能であり、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４と同様の効果を有するが、アンテナ装置としての基本動作は図２の第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２と同様である。
第８の実施形態
図３１は、本発明の第８の実施形態に係るアンテナ装置１０８の構成を示す斜視図である。図３１において、第８の実施形態に係るアンテナ装置１０８は、図１の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１に比較して、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の実質的な中央点Ｑ０に接続したことを特徴としている。以下において、キャパシタＣ１のアンテナ素子Ａ１上の最適な挿入位置について説明する。
図３２は、図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の中央位置Ｑ０に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。図３３は、図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の給電点Ｑ側端部Ｑ１に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。図３４は、図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１のループアンテナＡ３側端部Ｑ２に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。
図３２から明らかなように、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の中央点Ｑ０に接続したときに、金属板３０が離れているときは、アンテナ素子０８はモノポールアンテナに類似した放射特性を有し、金属板３０が接近すると一般的な磁流アンテナのループアンテナに類似した放射特性を有するため、金属板３０の距離Ｄに依らず良好なアンテナ利得特性を得ることができる。また、図３３に示すように、キャパシタＣ１を給電点Ｑ近傍に接続したときは、水平偏波成分が比較的小さくなるため、特に金属板３０が接近したときにアンテナ利得の低下が生じてしまう。さらに、図３４に示すように、キャパシタＣ１を微小ループアンテナＡ３側の一端に接続したときは、垂直偏波成分が比較的小さくなり、金属板３０から離れているときアンテナ利得の低下が生じてしまう。従って、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の実質的な中央点Ｑ０付近に挿入接続することにより、金属板３０の位置に依らず常に良好なアンテナ利得を保持することができる。
以上の実施形態においては、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の中央点Ｑ０、その両端部Ｑ１，Ｑ２に挿入接続しているが、本発明はこれに限らず、アンテナ素子Ａ１の任意の途中の位置に挿入してもよい。また、キャパシタＣ１を、アンテナ素子Ａ２又は微小ループアンテナＡ３の任意の位置に挿入接続してもよい。さらに、キャパシタＣ１を複数のキャパシタで分散し、分散した複数のキャパシタを、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３のうちの少なくとも１つの任意の複数の位置に分散して挿入接続してもよい。
第４の実施形態の変形例
図３５は、本発明の第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置１０４Ａの構成を示す斜視図である。図３５において、第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置１０４Ａは、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、図２６のキャパシタＣ１に代えて、直列に接続した２個のキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２をアンテナ素子Ａ１に接続したことを特徴としている。これにより、以下に示すように、アンテナ装置１０４Ａの共振周波数の製造ばらつきを小さくすることができる。
本実施形態に係るアンテナ装置１０４Ａでは、例えば１ｐＦである比較的小さな容量のキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２を用いている。容量が０．５ｐＦ〜１０ｐＦである市販の高精度セラミック積層チップコンデンサでは、容量誤差が割合ではなく絶対値で規定されている。例えば１ｐＦのコンデンサでは、±０．１ｐＦの誤差を持っている。これは容量ばらつきが±１０％に相当する。ここで容量が１０％ばらつくとアンテナ装置１０４Ａの共振周波数は、±４．９％ばらつく。本実施形態に係るアンテナ装置１０４Ａで、ＶＳＷＲ＜２が得られる比帯域幅は１０％程度であるため、製造余裕がほとんどなくなってしまう。そこで、本実施形態では、例えば２ｐＦのキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２を２個直列に接続して合成容量１ｐＦを得ている。２ｐＦのキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２の容量誤差は±０．１ｐＦであるため、合成容量の誤差は±５％となり、共振周波数は±２．５％のばらつきに抑えられる。これにより製造時に共振周波数の調整を行わなくても製品歩留まりを向上することができる。
以上の実施形態においては、２個のキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２を直接に接続しているが、本発明はこれに限らず、複数個のキャパシタを直列に接続してもよい。
図３６は、本発明の第４の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置１０４Ｂの構成を示す斜視図である。図３６において、第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置１０４Ｂは、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、図２６のキャパシタＣ１に代えて、直列に接続した２個のキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２と、直列に接続した２個のキャパシタＣ１−３，Ｃ１−４とを並列に接続し、この並列素子回路をアンテナ素子Ａ１に接続したことを特徴としている。これにより、以下に示すように、アンテナ装置１０４Ｂの共振周波数の製造ばらつきを小さくし、キャパシタによる高周波信号の損失を低減することができる。
２つのキャパシタを直列に接続した場合、キャパシタ部品の高周波抵抗成分が直列に接続された形となるため、損失が増大しアンテナ利得が低下する場合がある。そこで、本実施形態では、例えば１ｐＦのキャパシタＣ１−１乃至Ｃ１−４を４個用い、２個ずつ直列に接続したものを２組並列に接続する構成をとっている。ここで、仮に各キャパシタＣ１−１乃至Ｃ１−４の高周波抵抗成分を１Ωとすると、キャパシタを２個直列に接続したときの合成抵抗は２Ωであるが、上記のようにキャパシタを４個接続したときの合成抵抗は１Ωとなる。従って、キャパシタを２個直列に接続したときの半分の損失になる。
次いで、容量誤差について考える。例えば容量２ｐＦ±０．１ｐＦのキャパシタを２個直列とすると、容量ばらつきは±５％である。一方、容量１ｐＦ±０．１ｐＦのキャパシタを上記のような構成で４個接続すると容量ばらつきは±１０％となり２個直列の場合よりも一見悪化しているように思われる。しかしながら、実際には各キャパシタＣ１−１乃至Ｃ１−４のばらつきの分布は中央値を中心とした正規分布に類似した分布を示し、互いに相関がないため、キャパシタを４個で構成したときにはばらつき幅がほぼ±５％以内に収まり、キャパシタ２個で構成した場合とほぼ同じばらつき幅となる。すなわち、キャパシタ４個構成では容量ばらつきを２個構成とほぼ同等に抑えながら、損失成分を半分に抑えることができる。
以上の実施形態においては、キャパシタを２個ずつ直列に接続したものを２組並列に接続しているが、本発明はこれに限らず、キャパシタを複数個直列に接続したものを複数組並列に接続してもよい。
第９の実施形態
図３７は、本発明の第９の実施形態に係るアンテナ装置１０９の構成を示す斜視図である。図３７において、第９の実施形態に係るアンテナ装置１０９は、図３０の第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７に比較して、アンテナ素子Ａ２の接地側の一端において周波数切り換え回路５１を接続したことを特徴としており、当該周波数切り換え回路５１の詳細については、図４１乃至図４４を参照して詳細後述する。
第１０の実施形態
図３８は、本発明の第１０の実施形態に係るアンテナ装置１１０の構成を示す斜視図である。図３８において、第１０の実施形態に係るアンテナ装置１１０は、図３０の第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７に比較して、アンテナ素子Ａ２の接地側の一端及びアンテナ素子Ａ２の実質的な中央点Ａ２ｍに、周波数切り換え回路５２を接続したことを特徴としており、当該周波数切り換え回路５２の詳細については、図４５乃至図５０を参照して詳細後述する。
第１１の実施形態
図３９は、本発明の第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１の構成を示す斜視図である。図３９において、第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１は、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、アンテナ素子Ａ２の接地側の一端において周波数切り換え回路５１を接続したことを特徴としており、当該周波数切り換え回路５１の詳細については、図４１乃至図４４を参照して詳細後述する。
第１２の実施形態
図４０は、本発明の第１２の実施形態に係るアンテナ装置１１２の構成を示す斜視図である。図４０において、第１２の実施形態に係るアンテナ装置１１２は、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、アンテナ素子Ａ２の接地側の一端及びアンテナ素子Ａ２の実質的な中央点Ａ２ｍに、周波数切り換え回路５２を接続したことを特徴としており、当該周波数切り換え回路５２の詳細については、図４５乃至図５０を参照して詳細後述する。
周波数切り換え回路の実施例
図４１は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第１の実施例５１−１の電気回路を示す回路図である。図４１において、アンテナ素子Ａ２の接地側の一端は、キャパシタＣ３を介して接地されるとともに、スイッチＳＷ３を介して接地される。ここで、アンテナ素子Ａ１に接続されるキャパシタＣ１の容量を例えば約１０ｐＦとし、キャパシタＣ３の容量を例えば約１ｐＦとしたとき、スイッチＳＷ３をオフとしたときのキャパシタＣ１，Ｃ３の合成容量は、キャパシタＣ３の容量より小さい。そのため、スイッチＳＷ３をオンとしたときに、アンテナ装置の共振周波数が例えば約５％低下させることができる。すなわち、スイッチＳＷ３をオン・オフすることにより、アンテナ装置の共振周波数を選択的に切り換えることができる。
図４２は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第２の実施例５１−２の電気回路を示す回路図である。図４２においては、図４１のキャパシタＣ３に代えてインダクタＬ１を用いており、図４１及び図４２のいずれの場合においてもリアクタンス素子を挿入している。本実施例では、スイッチＳＷ３をオンすることによりインダクタＬ１を短絡することにより、アンテナ装置のインダクタンス値が小さくなり、共振周波数を上げることができる。例えば、インダクタＬ１のインダクタンス値を、微小ループアンテナＡ３のインダクタンス値の１０％に設定した場合、スイッチＳＷ３の切り替えにより、共振周波数をおよそ５％だけ可変できる。
図４３は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第３の実施例５１−３の電気回路を示す回路図である。図４３においては、図４１の回路において、スイッチＳＷ３と並列にインダクタＬ２を接続したことを特徴としている。ここで、インダクタＬ２のインダクタンス値は、スイッチＳＷ３がオフのときであって、スイッチＳＷ３を高周波半導体ダイオードで構成したときのその寄生容量を並列共振でキャンセルするように設定することが好ましい。本実施例では、スイッチＳＷ３の寄生容量は例えば約２ｐＦであり、インダクタＬ２のインダクタンス値として約６８ｎＨを用いる。これにより、例えば４２９ＭＨｚ帯において、スイッチＳＷ３の寄生容量の影響をキャンセルすることができる。これにより、スイッチＳＷ３がオフのときに、その寄生容量のために共振周波数が設計値よりずれてしまう問題点を解決できる。
図４４は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第４の実施例５１−４の電気回路を示す回路図である。図４４では、図４２の回路にインダクタＬ２を追加したことを特徴としており、上述の第３の実施例５１−３と同様の作用効果を有する。
図４５は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第１の実施例５２−１の電気回路を示す回路図である。図４５において、アンテナ素子Ａ２の一端は接地され、アンテナ素子Ａ２の実質的な中央点Ａ２ｍは、キャパシタＣ４及びスイッチＳＷ４を介して接地される。ここで、アンテナ素子Ａ２は高周波的なインダクタンス成分を含む。スイッチＳＷ４をオンすると、アンテナ装置の共振周波数が変化するが、キャパシタＣ４の容量によって周波数変化の方向が異なる。
本発明者らが試作したアンテナ装置では、キャパシタＣ１の容量を約１ｐＦとし、キャパシタＣ４の容量を約１０ｐＦとした場合、４２９ＭＨｚと４２６ＭＨｚに共振周波数を切り換えている。ここで、スイッチＳＷ４をオンすると共振周波数が高くなる。これは、キャパシタＣ４によりアンテナ素子Ａ２の中央点Ａ２ｍが短絡接地された形になり、微小ループアンテナＡ３のインダクタンス値が実質的に小さくなるためである。
ここで、アンテナ素子Ａ２での接続点Ａ２ｍの位置及びキャパシタＣ４の容量値を適当に選択することによりスイッチＳＷ４をオンしたときの共振周波数の変化量を調整することができる。すなわち、アンテナ素子Ａ２での接続点Ａ２ｍを微小ループアンテナＡ３から離れた位置（すなわち、接地に近い位置）に配置すると当該アンテナ装置のインダクタンス成分が大きくなり、スイッチＳＷ４をオンしたときの共振周波数変化が大きい。また、キャパシタＣ４の容量値を大きくすると、スイッチＳＷ４をオンしたときの共振周波数変化が大きい。
図４６は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第２の実施例５２−２の電気回路を示す回路図である。図４６において、図４５のキャパシタＣ４に代えて、インダクタＬ２を接続したことを特徴としており、図４５及び図４６のいずれの場合もリアクタンス素子を挿入している。本実施例において、アンテナ素子Ａ２は高周波的なインダクタンス成分を含み、スイッチＳＷ４をオンすると、共振周波数が大きくなる場合を示している。これは、アンテナ素子Ａ２のインダクタンス成分に並列に、インダクタＬ２が接続されており、スイッチＳＷ４がオフのときの上記インダクタンス成分に比べて、オンしたときのインダクタ成分とインダクタＬ２との合成インダクタンス値は小さくなるためである。そして、例えば上記インダクタ成分のインダクタンス値に比べて、インダクタＬ２のインダクタンス値を１０倍程度に選べば、共振周波数を少しだけ変化させることが可能になる。
図４７は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第３の実施例５２−３の電気回路を示す回路図である。図４７においては、図４５の回路のアンテナ素子Ａ２の接地側一端をキャパシタＣ５を介して接地したことを特徴としている。本実施例では、スイッチＳＷ４のオフ時の共振周波数は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の各インダクタンス値と、キャパシタＣ１及びＣ５の各容量値、並びに微小ループアンテナＡ３のインダクタンス値により決まるが、スイッチＳＷ４のオン時の共振周波数は、これらに加えてキャパシタＣ４の容量値で決まる。ここで、スイッチＳＷ４をオン・オフすることにより、アンテナ装置の共振周波数を変化させることができる。
図４８は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第４の実施例５２−４の電気回路を示す回路図である。図４８においては、図４６の回路のアンテナ素子Ａ２の接地側一端をインダクタＬ３を介して接地したことを特徴としており、図４７及び図４８のいずれの場合もリアクタンス素子を挿入している。本実施例では、スイッチＳＷ４のオフ時の共振周波数は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の各インダクタンス値と、キャパシタＣ１の容量値、インダクタＬ３のインダクタンス値、並びに微小ループアンテナＡ３のインダクタンス値により決まるが、スイッチＳＷ４のオン時の共振周波数は、これらに加えてキャパシタＣ４の容量値で決まる。ここで、スイッチＳＷ４をオン・オフすることにより、アンテナ装置の共振周波数を変化させることができる。
図４９は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第５の実施例５２−５の電気回路を示す回路図である。図４９においては、図４７の回路のスイッチＳＷ４と並列にインダクタＬ２を接続したことを特徴としている。ここで、インダクタＬ２のインダクタンス値は、スイッチＳＷ４がオフのときであって、スイッチＳＷ４を高周波半導体ダイオードで構成したときのその寄生容量を並列共振でキャンセルするように設定することが好ましい。本実施例では、スイッチＳＷ４の寄生容量は例えば約２ｐＦであり、インダクタＬ２のインダクタンス値として約６８ｎＨを用いる。これにより、例えば４２９ＭＨｚ帯において、スイッチＳＷ４の寄生容量の影響を実質的にキャンセルすることができる。これにより、スイッチＳＷ４がオフのときに、その寄生容量のために共振周波数が設計値よりずれてしまう問題点を解決できる。
図５０は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第６の実施例５２−６の電気回路を示す回路図である。図５０においては、図４８の回路のスイッチＳＷ４と並列にインダクタＬ２を接続したことを特徴としている。これにより、図４９の実施例と同様に、スイッチＳＷ４のオフ時の寄生容量の影響を実質的にキャンセルできる。
なお、図４５及び図４６の回路においても、スイッチＳＷ４に対して並列に、スイッチＳＷ４のオフ時の寄生容量の影響をキャンセルするためのインダクタＬ２を接続してもよい。
以上の実施形態における周波数切り換え回路５１，５２を使用する周波数帯域の拡大の目的で用いたが、共振周波数ばらつきが多い場合に、共振周波数を所望の周波数に合わせるための、周波数調整の目的で用いてもよい。
以上の実施形態において、周波数切り換え回路５１を、アンテナ素子Ａ２と接地との間に挿入しているが、本発明はこれに限らず、微小ループアンテナＡ３とアンテナ素子Ａ１，Ａ２の少なくとも１つに接続し、追加挿入したリアクタンス素子を並列に短絡するスイッチＳＷ３を接続すればよい。
以上の実施形態において、周波数切り換え回路５２で各リアクタンス素子を接続する点は、アンテナ素子Ａ２の中央点Ａ２ｍ又はアンテナ素子Ａ２の接地側端部であるが、本発明はこれに限らず、微小ループアンテナＡ３とアンテナ素子Ａ１，Ａ２の少なくとも１つに接続し、追加挿入したリアクタンス素子を接地短絡するスイッチＳＷ４を接続すればよい。
第１３の実施形態
図５１は、本発明の第１３の実施形態に係るアンテナ装置１１３の構成を示す斜視図である。第１３の実施形態に係るアンテナ装置１１３は、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して以下の点が異なる。
（１）誘電体基板１０の左奥側のおもて面上に、プリント配線法を用いて、アンテナ素子Ａ１，Ａ２とは直交するように、それぞれ実質的に直線形状の銅箔のストリップ導体にてなるアンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａを形成した。なお、アンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａが形成されている誘電体基板１０の左奥側部の裏面において接地導体１１は形成されていない。また、アンテナ素子Ａ２ａの接地側端部は、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに充填されたスルーホール導体１３ａを介して接地導体１１に接続されて接地される。
（２）誘電体基板１０の長手方向の左奥側部において、誘電体基板１０及び１４に対して垂直であって誘電体基板１４と実質的に同一の幅を有する誘電体基板１４ａを立設した。ここで、誘電体基板１４ａの幅方向は、誘電体基板１０の長手方向と平行である。
（３）微小ループアンテナＡ３ａを上記誘電体基板１４ａ上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、微小ループアンテナＡ３ａの接地側近傍の端部において、誘電体基板１４ａを厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１５ａを形成し、微小ループアンテナＡ３ａの接地側近傍の端部はスルーホール導体１５ａ、並びに、誘電体基板１４ａの裏面に形成されたストリップ導体１５ａｓを介してアンテナ素子Ａ２ａに接続される。
（４）キャパシタＣ１ａは、給電点Ｑ近傍ではなく、好ましくは、図５１に示すように、アンテナ素子Ａ１ａの概略中央点に接続される。
（５）アンテナ素子Ａ１の給電点Ｑ側端部はスイッチＳＷ５の接点ａ及びスイッチＳＷ６の接点ｂに接続され、アンテナ素子Ａ１ａの給電点Ｑ側端部は、スイッチＳＷ５の接点ｂ及びスイッチＳＷ６の接点ａに接続される。スイッチＳＷ５の共通端子は給電点Ｑに接続され、スイッチＳＷ６の共通端子は接地される。これらスイッチＳＷ５及びＳＷ６は連動して例えば無線通信回路２０内のコントローラ２４（図１参照）により制御される。
以上のように構成されたアンテナ装置１１３において、互いにループ軸方向が直交する微小ループアンテナＡ３及びＡ３ａと、互いに直交するアンテナ素子Ａ１，Ａ２及びＡ１ａ，Ａ２ａとをそれぞれ有する２つのアンテナ１１３Ａ、１１３Ｂを備えており、コントローラ２４（図１参照）により、例えばアンテナ１１３Ａにより受信される無線信号のレベルがアンテナ１１３Ｂにより受信される無線信号のレベルよりも大きいとき、スイッチＳＷ５を接点ａ側に切り換えるとともにスイッチＳＷ６を接点ｂ側に切り換える一方、その逆の場合は、スイッチＳＷ５を接点ｂ側に切り換えるとともに、スイッチＳＷ６を接点ａ側に切り換える。これにより、より大きな受信レベルを有するアンテナを選択して無線通信回路２０に接続し（当該アンテナを使用中のアンテナという。）、かつ無線通信回路２０に接続していない未使用のアンテナを接地している。ここで、未使用のアンテナを接地することにより当該未使用のアンテナの影響で使用中のアンテナの動作特性に対して劣化させることを防止できる。
これら２つのアンテナ１１３Ａ，１１３Ｂは互いに直交する指向特性及び偏波特性を有しているので、ルートダイバーシチ効果及び偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。例えば、家庭内のように壁等が多い環境においては、マルチパスにより複数の方向より受信があるため指向特性を切り換えることによりルートダイバーシチ効果が得られる。また、金属板３０に接近している場合には、互いに直交する偏波特性を有する２つのアンテナ１１３Ａ，１１３Ｂを用いて、偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。さらに、金属板３０からの距離Ｄによって指向特性及び偏波面が変化するが、各アンテナ１１３Ａ，１１３Ｂの指向特性や偏波面が互いに直交するように変化するため、ダイバーシチ効果を常に保持することができる。
以上の実施形態においては、２個のアンテナ１１３Ａ，１１３Ｂを備えてアンテナ装置１１３を構成しているが、複数個の同様のアンテナを備えて、スイッチＳＷ５を用いて選択的に切り換えてもよい。
第１４の実施形態
図５２は、本発明の第１４の実施形態に係るアンテナ装置１１４の構成を示す平面図である。第１４の実施形態に係るアンテナ装置１１４は、図３０の第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７に比較して以下の点が異なる。
（１）誘電体基板１０の左側のおもて面上に、プリント配線法を用いて、アンテナ素子Ａ１，Ａ２とは直交するように、それぞれ実質的に直線形状の銅箔のストリップ導体にてなるアンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａを形成した。なお、アンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａが形成されている誘電体基板１０の左側部の裏面において接地導体１１は形成されていない。また、アンテナ素子Ａ２ａの接地側端部は、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに充填されたスルーホール導体１３ａを介して接地導体１１に接続されて接地される。
（２）微小ループアンテナＡ３ａを上記誘電体基板１０の左側縁端部のおもて面上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、微小ループアンテナＡ３ａの接地側近傍の端部において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１６ａを形成し、また、スルーホール導体１６ａの近傍であって、スルーホール導体１６ａから微小ループアンテナＡ４ａのストリップ導体を挟設した位置に、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１７ａを形成した。ここで、微小ループアンテナＡ３ａの接地側近傍の端部は、スルーホール導体１６ａ、誘電体基板１０の裏面に形成されたストリップ導体１６ａｓ、スルーホール導体１７ａを介してアンテナ素子Ａ２ａに接続される。
（３）キャパシタＣ１ａは、給電点Ｑ近傍ではなく、好ましくは、図５２に示すように、アンテナ素子Ａ１ａの概略中央点に接続される。
（４）アンテナ素子Ａ１の給電点Ｑ側端部はスイッチＳＷ５の接点ａに接続され、アンテナ素子Ａ１ａの給電点Ｑ側端部は、スイッチＳＷ５の接点ｂに接続される。スイッチＳＷ５の共通端子は給電点Ｑに接続される。
以上のように構成されたアンテナ装置１１４において、互いにループ軸方向が平行な微小ループアンテナＡ３及びＡ３ａと、互いに直交するアンテナ素子Ａ１，Ａ２及びＡ１ａ，Ａ２ａとをそれぞれ有する２つのアンテナ１１４Ａ、１１４Ｂを備えており、例えば無線通信回路２０内のコントローラ２４（図１参照）により制御されるスイッチＳＷ５により、例えばアンテナ１１４Ａにより受信される無線信号のレベルがアンテナ１１４Ｂにより受信される無線信号のレベルよりも大きいとき、スイッチＳＷ５を接点ａ側に切り換える一方、その逆の場合は、スイッチＳＷ５を接点ｂ側に切り換える。これら２つのアンテナ１１４Ａ，１１４Ｂは互いに異なる指向特性及び偏波特性を有しているので、ルートダイバーシチ効果及び偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。
本実施形態においては、特に、誘電体基板１０に金属板３０が近接した場合にはアンテナ利得が低下するが、１枚の誘電体基板１０上に、２つのアンテナ１１４Ａ，１１４Ｂを備えたダイバーシチアンテナを構成できるため、アンテナ装置１１４を備えた無線通信装置の薄型化、小型化に有利な構成を有する。携帯無線通信装置への適用、もしくは金属板３０が対向して配置されない無線通信装置への適用に向いている。
以上の実施形態においては、２個のアンテナ１１４Ａ，１１４Ｂを備えてアンテナ装置１１４を構成しているが、複数個の同様のアンテナを備えて、スイッチＳＷ５を用いて選択的に切り換えてもよい。
第１５の実施形態
図５３は、本発明の第１５の実施形態に係るアンテナ装置１１５の構成を示す斜視図である。図５４は、図５３のアンテナ装置１１５の裏側の構造を示す斜視図である。図５５は、図５４の基板嵌合連結部の詳細を示す斜視図である。
第１５の実施形態に係るアンテナ装置１１５は、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、誘電体基板１４を誘電体基板１０に立設するとき、誘電体基板１４の下端面に高さ方向に突出するように形成した凸部６１，６２をそれぞれ、誘電体基板１０の奥側縁端部に形成した穴部７１，７２に嵌合させる基板嵌合連結部を備えたことを特徴としており、以下これについて詳述する。
図５３及び図５４において、誘電体基板１０の奥側縁端部には、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通する矩形の穴部７１，７２が形成される一方、誘電体基板１４の下端面には、上記穴部７１，７２にそれぞれ嵌合する矩形柱形状の凸部６１，６２が形成される。
ここで、誘電体基板１０の穴部７１の近傍位置までアンテナ素子Ａ１のストリップ導体が延在して形成され、当該穴部７１の近傍位置において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体７３を形成し、アンテナ素子Ａ１の端部は当該スルーホール導体７３を介して誘電体基板１０の裏面の接続導体８１に接続される。当該接続導体８１は穴部７１を間に挟み、誘電体基板１０の長手方向での穴部７１の両側において形成される。接続導体８１において、穴部７１を挟むその中央部で所定の面積を有する導体露出部８１ｐのみその導体が露出するように、その他の部分はレジスト（図示せず。）を形成し、各導体露出部８１ｐのみで半田付け可能にしている。
また、誘電体基板１０の穴部７２の近傍位置までアンテナ素子Ａ２のストリップ導体が延在して形成され、当該穴部７２の近傍位置において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体７４を形成し、アンテナ素子Ａ１の端部は当該スルーホール導体７４を介して誘電体基板１０の裏面の接続導体８２に接続される。当該接続導体８２は穴部７２を間に挟み、誘電体基板１０の長手方向での穴部７２の両側において形成される。接続導体８２において、穴部７２を挟むその中央部で所定の面積を有する導体露出部８２ｐのみその導体が露出するように、その他の部分はレジスト（図示せず。）を形成し、各導体露出部８２ｐのみで半田付け可能にしている。
一方、誘電体基板１４のアンテナ素子Ａ１，Ａ２側の第１の面（なお、第１の面に平行な反対側の面を誘電体基板１４の第２の面という。）において、微小ループアンテナＡ３のストリップ導体１５Ａｔが形成され、その一端は、凸部６１のアンテナ素子Ａ１，Ａ２側の第１の面（なお、第１の面に平行な反対側の面を凸部６１の第２の面という。また、凸部６２についても、同様に第１と第２の面を定義する。）に形成された矩形の接続導体６３に接続される一方、その他端は、誘電体基板１４の厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することにより形成されたスルーホール導体１５Ａを介して、誘電体基板１４の第２の面に形成された微小ループアンテナＡ３のストリップ導体１５Ａｓに接続される。そのストリップ導体１５Ａｓの端部は、凸部６２の第２の面まで延在した後、当該凸部６２の第２の面に形成された接続導体６４に接続される。
さらに、矩形の接続導体６３は凸部６１の第１と第２の面の両方に形成され、これら両方に形成された接続導体６３は、当該接続導体６３の形成領域において、誘電体基板１４を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填して形成されたスルーホール導体６３ｃを介して互いに接続されるとともに、その一部分の中央部で所定の面積を有する導体露出部６３ｐのみその導体が露出するように、その他の部分はレジスト（図示せず。）を形成し、各導体露出部６３ｐのみで半田付け可能にしている。また、矩形の接続導体６４は凸部６２の第１と第２の面の両方に形成され、これら両方に形成された接続導体６４は、当該接続導体６４の形成領域において、誘電体基板１４を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填して形成されたスルーホール導体６４ｃを介して互いに接続されるとともに、その一部分の中央部で所定の面積を有する導体露出部６４ｐのみその導体が露出するように、その他の部分はレジスト（図示せず。）を形成し、各導体露出部６４ｐのみで半田付け可能にしている。
そして、誘電体基板１４の凸部６１，６２をそれぞれ、誘電体基板１０の穴部７１，７２に嵌合させた後、凸部６１，６２の導体露出部６３ｐ，６４ｐをそれぞれ、誘電体基板１０側の導体露出部８１ｐ，８２ｐに、例えば半田８２ｐｈ（図５５参照）を用いて半田付けにより電気的に接続する。これにより、誘電体基板１０と誘電体基板１４とが固定連結される。
なお、誘電体基板１０，１４としては、例えば、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、セラミック基板、テフロン（登録商標）基板など任意の基板材料を用いてもよい。また、２つの誘電体基板１０，１４で基板材料を変えてもよい。例えば、誘電体基板１０は微細パターンが形成できるガラスエポキシ基板（ＦＲ４）を用い、誘電体基板１４は安価な紙フェノール基板などを用いることができる。
以上の実施形態においては、誘電体基板１０，１４は所定の厚さを有し、凸部６１，６２と、穴部７１，７２との間の基板嵌合連結部の構造により、互いに強固に固定することができる。また、凸部６１，６２と穴部７１，７２は誘電体基板１０，１４のデュータ加工法又は型抜き加工法で容易に製作することができ、寸法誤差を小さくできる。そして、アンテナ装置１１５の構成要素をストリップ導体により形成しているので、各電気回路要素値のばらつきを抑えることができるため、アンテナ装置１１５の共振周波数のばらつきを抑えることができ、製造時の周波数調整工程を省略することができる。
さらに、接続導体６３，６４，８１，８２においてそれぞれその中央部において所定の面積を有する導体露出部６３ｐ，６４ｐ，８１ｐ，８２ｐを形成して半田付けしている。ここで、接続導体６３，６４，８１，８２において高周波信号を流したとき、表皮効果により各周辺部に、より大きな高周波電流が流れるが、当該各周辺部を導体露出部とせず、半田付けしない領域とすることにより、半田の付着量によるキャパシタンス及びインダクタンスの変化量を極力小さくする抑えることにより、アンテナ装置の共振周波数のばらつきを抑えることができる。
以上の実施形態においては、２つの凸部６１，６２をそれぞれ、２つの穴部７１，７２に嵌合させているが、本発明はこれに限らず、少なくとも１つの凸部をそれに対応する少なくとも１つの穴部に嵌合させてもよい。
第１６の実施形態
図５６は、本発明の第１６の実施形態に係るアンテナ装置１１６の構成を示す斜視図である。第１６の実施形態に係るアンテナ装置１１６は、図５３の第１５の実施形態に係るアンテナ装置１１５に比較して、基板嵌合連結構造が以下のように異なることを特徴としている。
図５６において、誘電体基板１０はその長手方向の端面から長手方向で突出する矩形柱形状の凸部２０１，２０２を有する一方、誘電体基板１４はその厚さ方向に貫通する矩形の穴部２１１，２１２を有する。ここで、凸部２０１，２０２の厚さ方向の両面にそれぞれ、矩形の接続導体２０３，２０４を形成し、両面の各接続導体２０３，２０４はそれぞれスルーホール導体２０３ｃ，２０４ｃにより電気的に接続される。また、両面の各接続導体２０３，２０４の端面側の中央部においてそれぞれ、第１５の実施形態における導体露出部６３ｐ，６４ｐ，８１ｐ，８２ｐと同様の導体露出部２０３ｐ，２０４ｐを形成した。
一方、誘電体基板１４の一方の面において、微小ループアンテナＡ３のストリップ導体１５Ａｓが形成され、その一端は穴部２１１の近傍に形成された接続導体２１３に接続され、その他端は穴部２１２の近傍に形成された接続導体２１４に接続される。ここで、接続導体２１３，２１４はそれぞれ穴部２１１，２１２を間に挟んで、誘電体基板１４の高さ方向の両側に形成され、かつ第１５の実施形態における導体露出部６３ｐ，６４ｐ，８１ｐ，８２ｐと同様の導体露出部２１３ｐ，２１４ｐを有する。
以上の実施形態においては、誘電体基板１０の凸部２０１，２０２をそれぞれ誘電体基板１４の穴部２１１，２１２に挿入して導体露出部２０３ｐ，２０４ｐをそれぞれ導体露出部２１３ｐ，２１４ｐに半田付けにより接続することにより、誘電体基板１０を誘電体基板１４に強固に連結して固定できる。本実施形態に係るアンテナ装置１１６は、第１５の実施形態に係るアンテナ装置１１５と同様の作用効果を有する。
また、本実施形態によれば、誘電体基板１４を誘電体基板１０に挿入する構成としたために、微小ループアンテナＡ３のストリップ導体の形状を、第１５の実施形態に比較して大きくすることができる。特に、本実施形態に係るアンテナ装置１１６を樹脂ケースなどに格納して使用する場合には樹脂ケースの厚さ方向一杯まで誘電体基板１４を大きくすることができるという利点がある。
以上の実施形態においては、２つの凸部２０１，２０２をそれぞれ、２つの穴部２１１，２１２に嵌合させているが、本発明はこれに限らず、少なくとも１つの凸部をそれに対応する少なくとも１つの穴部に嵌合させてもよい。
 産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明によれば、導体がアンテナ接近していても離れていても、従来技術の微小ループアンテナに比較して高いアンテナ利得を得ることができるアンテナ装置と、それを用いた無線通信装置を提供することができる。従って、本発明に係るアンテナ装置を、ページャ、携帯電話機などの移動体無線通信装置や白物家庭電化製品などに内蔵又は装着される無線通信装置のアンテナ装置として幅広く適用できる。また、ガスメータ、電気メータ、水道メータなどに設置される自動検針装置のアンテナ装置としても用いることができる。
本発明は、主として無線通信装置に用いられ、ループアンテナを含むアンテナ装置と、当該アンテナ装置を用いた無線通信装置に関する。
従来、ループアンテナは、特に携帯電話機などの携帯無線通信装置において用いられ、その構成は、例えば、非特許文献１において開示されている。ループアンテナの全長は、一般に約１波長で構成され、その電流分布から、半波長ダイポールアンテナを２個並置した構造に近似できて、ループ軸方向の指向特性アンテナとして動作する。
ここで、ループアンテナを小さくし、その全長を０．１波長以下にすると、ループ導線に流れる電流分布はほとんど一定値となる。この状態のループアンテナを特に微小ループアンテナと呼んでいる。この微小ループアンテナは、微小ダイポールアンテナよりも雑音電界に強く、またその実効高を簡単に計算できるために、磁界測定用のアンテナとして利用されている。
この微小ループアンテナは、１回巻きの小型アンテナとして、例えばページャなどの携帯無線通信装置において広く用いられている。ここで、微小ループアンテナの入力抵抗は一般にきわめて小さいので、多巻き構造とし、入力抵抗のステップアップを図った多巻き微小ループアンテナが考案されている。微小ループアンテナは磁流アンテナとして動作し、金属板や人体などが接近したときにも良好なアンテナ利得特性が得られることが知られている。
特開２００１−３２６５１４号公報。 特開２００２−２０４１１４号公報。 特開平１０−１２６１４１号公報。 特公平７−４４４９２号公報。 特開２００１−１２７５４０号公報。 特開平９−１３０１３２号公報。 電子情報通信学会編，"アンテナ工学ハンドブック"，ｐｐ．５９−６３、オーム社，第１版，１９８０年１０月３０日発行。
しかしながら、従来技術の微小ループアンテナでは、金属板や人体などの導体が無線装置やアンテナに接近した場合には良好なアンテナ利得特性を示すが、導体が離れている場合にはアンテナ利得が低下するという問題があった。
本発明の目的は以上の問題点を解決し、導体がアンテナ接近していても離れていても、従来技術の微小ループアンテナに比較して高いアンテナ利得を得ることができるアンテナ装置と、それを用いた無線通信装置を提供することにある。
第１の発明に係るアンテナ装置は、接地導体を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板に電磁的に近接して設けられ、所定の巻き回数Ｎで巻回されて所定の微小長さを有し、所定の金属板がアンテナ装置に近接したときに磁流アンテナとして動作する一方、上記金属板がアンテナ装置から離隔したときに電流アンテナとして動作する微小ループアンテナと、
上記微小ループアンテナに接続され、電流アンテナとして動作する少なくとも１本のアンテナ素子とを備えたアンテナ装置であって、
上記アンテナ装置の一端は給電点に接続され、上記アンテナ装置の他端は上記誘電体基板の接地導体に接続されたことを特徴とする。
上記アンテナ装置において、上記少なくとも１本のアンテナ素子は、好ましくは、上記誘電体基板の面と実質的に平行となるように設けられたことを特徴とする。
また、上記アンテナ装置において、好ましくは、２本のアンテナ素子を備えたことを特徴とする。
さらに、上記アンテナ装置において、好ましくは、上記２本のアンテナ素子はそれぞれ実質的に直線形状であって、互いに平行となるように設けられたことを特徴とする。
上記アンテナ装置は、好ましくは、上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続され、上記微小ループアンテナのインダクタンスと直列共振するための少なくとも１個の第１のキャパシタをさらに備えたことを特徴とする。
ここで、上記第１のキャパシタは、好ましくは、上記アンテナ素子の実質的な中央点に挿入して接続したことを特徴とする。また、上記第１のキャパシタは、好ましくは、複数個のキャパシタ素子を直列に接続してなることを特徴とする。とって代わって、上記第１のキャパシタは、好ましくは、複数個のキャパシタ素子を直列に接続してなる複数組の回路を互いに並列に接続したことを特徴とする。
また、上記アンテナ装置は、好ましくは、上記給電点に接続され、上記アンテナ装置の入力インピーダンスと、上記給電点に接続される給電ケーブルの特性インピーダンスとを整合させるインピーダンス整合回路をさらに備えたことを特徴とする。
さらに、上記アンテナ装置において、上記微小ループアンテナは、好ましくは、そのループ軸方向が上記誘電体基板の面と実質的に直交するように設けられたことを特徴とする。もしくは、上記微小ループアンテナは、好ましくは、そのループ軸方向が上記誘電体基板の面と実質的に平行となるように設けられたことを特徴とする。とって代わって、上記微小ループアンテナは、好ましくは、そのループ軸方向が上記誘電体基板の面に対して所定の傾斜角で傾斜されるように設けられたことを特徴とする。
またさらに、上記アンテナ装置において、上記微小ループアンテナの巻き回数Ｎは、好ましくは、実質的にＮ＝（ｎ−１）＋０．５（ここで、ｎは自然数である。）に設定されたことを特徴とする。ここで、上記微小ループアンテナの巻き回数Ｎは、より好ましくは、実質的にＮ＝１．５に設定されたことを特徴とする。
また、上記アンテナ装置は、好ましくは、上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子に電磁的に近接して設けられた少なくとも１個の浮遊導体と、
上記浮遊導体を上記接地導体と接続し又は接続しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の指向特性又は偏波面を変化させる第１のスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする。
ここで、上記アンテナ装置は、好ましくは、互いに実質的に直交するように設けられた２個の浮遊導体を備え、
上記第１のスイッチ手段は、上記各浮遊導体を上記接地導体と接続し又は接続しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の指向特性及び偏波面の少なくとも一方を変化させることを特徴とする。
さらに、上記アンテナ装置は、好ましくは、上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続された第１のリアクタンス素子と、
上記第１のリアクタンス素子を短絡し又は短絡しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の共振周波数を変化させる第２のスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする。
ここで、上記第２のスイッチ手段は、好ましくは、そのオフ時に寄生容量を有する高周波半導体素子を含み、
上記寄生容量を実質的にキャンセルするための第１のインダクタをさらに備えたことを特徴とする。
また、上記アンテナ装置は、好ましくは、上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続された一端を有する第２のリアクタンス素子と、
上記第２のリアクタンス素子の他端を接地し又は接地しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の共振周波数を変化させる第３のスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする。
ここで、好ましくは、上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続された第３のリアクタンス素子をさらに備えたことを特徴とする。
さらに、上記アンテナ装置において、上記第３のスイッチ手段は、好ましくは、そのオフ時に寄生容量を有する高周波半導体素子を含み、
上記寄生容量を実質的にキャンセルするための第２のインダクタをさらに備えたことを特徴とする。
またさらに、好ましくは、上記のアンテナ装置を複数個備え、
上記複数個のアンテナ装置により受信された無線信号に基づいて、複数個のアンテナ装置を選択的に切り換えて、選択したアンテナ装置を給電点に接続する第４のスイッチ手段を備えたことを特徴とする。
ここで、上記第４のスイッチ手段は、好ましくは、上記選択しないアンテナ装置を接地することを特徴とする。
また、上記アンテナ装置において、好ましくは、上記アンテナ素子を、接地導体が形成されていない上記誘電体基板上に形成したことを特徴とする。
ここで、好ましくは、上記微小ループアンテナを別の誘電体基板上に形成したことを特徴とする。
さらに、上記アンテナ装置において、好ましくは、上記別の誘電体基板は少なくとも１つの凸部を有し、
上記誘電体基板は上記誘電体基板の少なくとも１つの凸部と嵌合する少なくとも１つの穴部を有し、
上記別の誘電体基板の少なくとも１つの凸部を上記誘電体基板の少なくとも１つの穴部に嵌合させることにより、上記別の誘電体基板を上記誘電体基板に連結したことを特徴とする。
とって代わって、上記アンテナ装置において、好ましくは、上記誘電体基板は少なくとも１つの凸部を有し、
上記別の誘電体基板は上記誘電体基板の少なくとも１つの凸部と挿入して嵌合する少なくとも１つの穴部を有し、
上記誘電体基板の少なくとも１つの凸部を上記別の誘電体基板の少なくとも１つの穴部に挿入して嵌合させることにより、上記誘電体基板を上記別の誘電体基板に連結したことを特徴とする。
またさらに、上記アンテナ装置は、好ましくは、
上記誘電体基板上に形成され、上記アンテナ素子に接続された第１の接続導体と、
上記別の誘電体基板上に形成され、上記微小ループアンテナに接続された第２の接続導体とをさらに備え、
上記誘電体基板と上記別の誘電体基板とを連結したとき、上記第１の接続導体と上記第２の接続導体とを電気的に接続したことを特徴とする。
ここで、好ましくは、上記第１の接続導体は、その一部分であって所定の第１の面積を有し、上記第２の接続導体との接続のための半田付けを行う第１の導体露出部を備え、
上記第２の接続導体は、その一部分であって所定の第２の面積を有し、上記第１の接続導体との接続のための半田付けを行う第２の導体露出部を備えたことを特徴とする。
第２の発明に係る無線通信装置は、上記のアンテナ装置と、
上記アンテナ装置に接続された無線通信回路とを備えたことを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、導体がアンテナ接近していても離れていても、従来技術の微小ループアンテナに比較して高いアンテナ利得を得ることができるアンテナ装置と、それを用いた無線通信装置を提供することができる。従って、本発明に係るアンテナ装置を、ページャ、携帯電話機などの移動体無線通信装置や白物家庭電化製品などに内蔵又は装着される無線通信装置のアンテナ装置として幅広く適用できる。また、ガスメータ、電気メータ、水道メータなどに設置される自動検針装置のアンテナ装置としても用いることができる。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。なお、同様のものについては同一の符号を付し、詳細説明を省略する。
第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の構成を示す斜視図である。図１において、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１は、実質的に直線状であって互いに実質的に平行に配置される２本のアンテナ素子Ａ１，Ａ２と、これらアンテナ素子Ａ１，Ａ２の間に挿入接続されかつアンテナ素子Ａ１，Ａ２に対して垂直な方向で設けられ、巻き回数Ｎ＝１．５を有する矩形の微小ループアンテナＡ３と、アンテナ素子Ａ１と給電点Ｑとの間に挿入接続されたキャパシタＣ１とを備えて構成されたことを特徴としている。
図１において、裏面全面に接地導体１１が形成されてなる誘電体基板１０の長手方向の左上側縁端部に給電点Ｑが設けられ、給電点Ｑは、微小ループアンテナのインダクタンスとともに直列共振回路を構成するキャパシタＣ１を介してアンテナ素子Ａ１の一端に接続される。アンテナ素子Ａ１の他端は微小ループアンテナＡ３を介してアンテナ素子Ａ２の一端に接続され、アンテナ素子Ａ２の他端は、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに充填されたスルーホール導体１３を介して接地導体１１に接続されて接地される。また、給電点Ｑは、インピーダンス整合用キャパシタＣ２及びスルーホール導体１２を介して接地導体１１に接続されて接地されるとともに、給電点Ｑは、誘電体基板１０上に形成された、例えばマイクロストリップ線路などの給電ケーブル２５を介して、誘電体基板１０上に形成された無線通信回路２０のサーキュレータ２３に接続される。ここで、インピーダンス整合用キャパシタＣ２は、給電点Ｑにおいてアンテナ装置１０１を見たときの入力インピーダンスを、給電ケーブル２５の特性インピーダンスに整合させるために用いられる。また、スルーホール導体１２はスルーホール導体１３と同様に、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに充填された導体である。なお、図１に示すように、誘電体基板１０の面に対して垂直な方向をＸ方向とし、誘電体基板１０の長手方向であって、誘電体基板１０からアンテナ装置１０１に向う方向をＺ方向とし、上記Ｘ方向及びＺ方向に対して垂直な方向であって、誘電体基板１０の幅方向をＹ方向としている。
なお、誘電体基板１０として、ガラスエポキシ基板、テフロン（登録商標）基板、フェノール基板、多層基板などを用いることができる。
図１のアンテナ装置１０１において、直線状の導線にてなるアンテナ素子Ａ１，Ａ２はそれぞれ長さＨを有し、互いに平行であってＺ方向に延在するように配置される。また、微小ループアンテナＡ３は、そのループの軸方向がＺ方向と平行であって、微小ループアンテナＡ３のループ平面がアンテナ素子Ａ１，Ａ２や誘電体基板１０の面に対して垂直となるように配置されている。また、微小ループアンテナＡ３は、巻き回数Ｎ＝１．５を有しかつ幅ｗ及び高さｈを有する矩形形状を有し、これにより所定の全長長さＬ（＝３ｗ＋４ｈ）を有する。ここで、全長長さＬは、後述する無線通信回路２０で使用する無線信号の周波数の波長λに対して、０．０１λ以上であって、０．５λ以下、好ましくは０．２λ以下、より好ましくは０．１λ以下に設定され、これにより、微小ループアンテナＡ３を構成する。なお、微小ループアンテナＡ３の外径寸法（矩形の一辺の長さ又は円形の直径）は、０．０１λ以上であって、０．２λ以下、好ましくは０．１λ以下、より好ましくは０．０３λ以下に設定される。
さらに、無線通信回路２０において、アンテナ装置１０１により受信された無線信号は給電点Ｑを介してサーキュレータ２３に入力された後、無線受信回路２１に入力され、高周波増幅、周波数変換及び復調などの処理が施され、音声信号、映像信号又はデータ信号などのデータが取り出される。コントローラ２４は無線受信回路２１及び無線送信回路２２の動作を制御する。無線送信回路２２は、送信すべき音声信号、映像信号又はデータ信号などのデータに従って、無線搬送波を変調し、変調された無線搬送波を電力増幅した後、サーキュレータ２３及び給電点Ｑを介してアンテナ装置１０１に出力し、当該無線信号をアンテナ装置１０１から放射させる。また、コントローラ２４は図示しないインターフェース回路を介して所定の外部装置に接続され、外部装置からのデータを含む無線信号をアンテナ装置１０１により放射する一方、アンテナ装置１０１により受信された無線信号に含まれるデータを外部装置に出力する。
以上のように構成されたアンテナ装置１０１においては、
（ａ）接地導体１１を有する誘電体基板１０と、
（ｂ）図４乃至図７などを参照して詳細後述するように、接地導体１１と電磁的な結合が生じるように（すなわち、微小ループアンテナＡ３に高周波信号を流したときに微小ループアンテナＡ３のコイルにより誘起される電磁界が接地導体１１に対して実質的に印加されるように）誘電体基板１０と電磁的に近接して設けられ、図４の金属板３０がアンテナ装置１０１に近接したときに、金属板３０と垂直な方向に平行な指向特性の主ビームを有する磁流アンテナとして動作する一方、金属板３０がアンテナ装置１０１から離隔したときに電流アンテナとして動作する微小ループアンテナＡ３と、
（ｃ）アンテナ素子Ａ１，Ａ２の導線の長手方向に対して垂直な方向に指向特性の主ビームを有する電流アンテナ（いわゆる伝送線路アンテナともいう。）として動作する２本のアンテナ素子Ａ１，Ａ２とを備え、
（ｄ）アンテナ素子Ａ１の一端は給電点Ｑを介して無線通信回路２０に接続され、アンテナ素子Ａ２の一端は接続導体１１に接続されて接地され、これにより、アンテナ装置１０１は不平衡型アンテナとなる。
このようにアンテナ装置１０１を構成することにより、従来技術の微小ループアンテナに比較して、垂直偏波（図４に示すように誘電体基板１０を地面に対して垂直となるように立設したときのＺ方向の偏波をいい、以下、同様である。）と水平偏波（図４に示すように誘電体基板１０を地面に対して垂直となるように立設したときのＹ方向の偏波をいい、以下同様である。）との合成指向特性において、高いアンテナ利得を得ることができる。特に、図４を参照して後述する金属板３０がアンテナ装置１０１に近接する場合に限らず、金属板３０から離隔される場合であっても非常に高いアンテナ利得を得ることができる。
以上のように構成されたアンテナ装置１０１は、誘電体基板１０上の無線通信回路２０とともに所定の筐体に収容され、無線通信装置を構成する。当該構成については、以下の実施形態においても同様である。
以上の第１の実施形態において、２本のアンテナ素子Ａ１，Ａ２を用いているが、本発明はこれに限らず、少なくとも１本のアンテナ素子Ａ１又はＡ２を備えればよい。また、微小ループアンテナＡ３は矩形形状であるが、本発明はこれに限らず、円形状、楕円形状又は多角形など他の形状であってもよい。ここで、微小ループアンテナＡ３のループは、螺旋コイル形状であってもよいし、渦巻きコイル形状であってもよい。さらに、微小ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎは１．５に限らず、詳細後述するように、他の巻き回数Ｎであってもよい。また、キャパシタＣ１を用いているが、本発明はこれに限らず、キャパシタＣ１を用いず、アンテナ装置１０１を構成してもよい。さらに、インピーダンス整合用キャパシタＣ２を用いているが、本発明はこれに限らず、これに代えてインピーダンス整合用インダクタ、もしくはキャパシタとインダクタの組み合わせ回路であるインピーダンス整合回路を用いてもよいし、インピーダンス整合回路が不要であるときは設けなくてもよい。以上の変形例は、以下に示す実施形態やその変形例に対しても適用できる。
次いで、アンテナ装置１０１のキャパシタＣ１の容量値の決定方法について以下に説明する。
図１のアンテナ装置１０１において、無線送信回路２２又は給電点Ｑに対して、キャパシタＣ１と、微小ループアンテナＡ３のインダクタンスが直列に接続され、当該インダクタンスのリアクタンスをほぼ打ち消すようにキャパシタＣ１が設定されている。また、微小ループアンテナＡ３の他端は接地導体１１に接続されている。ここで、微小ループアンテナＡ３のインダクタンスを大きくし、すなわち、そのリアクタンスを大きくし、キャパシタＣ１の容量を小さくし、すなわちそのリアクタンスを大きく設定しているため、微小ループアンテナＡ３のインダクタンスと、キャパシタＣ１との接続点で大きな高周波電圧振幅が発生する。ここで、当該接続点で大きな高周波電圧振幅が発生する理由は、一般にＬＣ共振回路の共振時のインピーダンスＺは、Ｚ＝Ｌ／（Ｒ・Ｃ）＝ＱωＬ（ここで、Ｒ＝Ｒｌ＋Ｒｃ；Ｒｌは放射抵抗であり、Ｒｃは損失抵抗であり、Ｑは品質係数（Quality Factor)である。）で表され、当該ＬＣ共振回路に同一の電力を供給したときに、インダクタンスＬに比例して電圧振幅が大きくなり、また、インダクタンスＬを大きくしかつキャパシタンスＣを小さくすることにより共振インピーダンスが大きくなる。なお、微小ループアンテナＡ３のインダクタンスは自由空間に対して電界及び磁界で結合しており、自由空間に対して放射抵抗を持っている。そのため、前記接続点で大きな高周波電圧振幅が発生すると、自由空間への放射エネルギーが大きくなり良好なアンテナ利得を得ることができる。
本発明者が試作したある実施例では、４２９ＭＨｚ帯のアンテナ装置１０１として動作し、キャパシタＣ１の容量は１ｐＦであるので、そのインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜は３７１Ωと大きくなっている。概略キャパシタＣ１のインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜を２００Ω以上に設定することにより、高いアンテナ利得を得ることができる。そして、キャパシタＣ１の容量を決定すると、共振周波数の条件より、微小ループアンテナＡ３の大きさをほぼ一義的に決定することができる。
なお、キャパシタＣ１の容量を上記の実施例よりも小さく設計することにより、インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜を非常に大きな値とすることが可能であるが、実際のアンテナ装置１０１では寄生容量の影響などにより、安定して同一の共振周波数を得ることが困難となってくる。概略、インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜の範囲として２００Ω〜２０００Ω程度が容易に実現可能と想定されるが、上記範囲を超えて設定しても構わない。また、キャパシタＣ１のインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜をより大きくすればアンテナ利得が向上するのは、対応する微小ループアンテナＡ３のインダクタンス値を大きくできるからである。
以上のように構成された第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１は、２本のアンテナ素子Ａ１，Ａ２と、微小ループアンテナＡ３とを備えて構成されるので、構造がきわめて簡単であり、小型・軽量で製造でき、かつ製造コストが安価である。
第２の実施形態．
図２は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の構成を示す斜視図である。図２において、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１に比較して、微小ループアンテナＡ３のループ軸方向をＸ方向と平行とし、すなわち、微小ループアンテナＡ３のループ平面を、２本のアンテナ素子Ａ１，Ａ２と実質的に同一の平面に配置したことを特徴としている。以上のように構成されたアンテナ装置１０２において、微小ループアンテナＡ３のループ軸方向はＸ方向と平行となり、詳細後述するように、特に、金属板３０を離隔した場合において、微小ループアンテナＡ３が電流アンテナとして有効的に動作して垂直偏波のアンテナ利得を増大させる（図１４参照）。
第３の実施形態．
図３は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の構成を示す斜視図である。図３において、第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１に比較して、微小ループアンテナＡ３のループ軸方向を、微小ループアンテナＡ３と各アンテナ素子Ａ１，Ａ２との接続点間の軸を中心として、Ｚ方向から所定の傾斜角θ（０＜θ＜９０゜）だけ傾斜するように、微小ループアンテナＡ３を配置したことを特徴としている。以上のように構成されたアンテナ装置１０３において、アンテナ装置１０１と、アンテナ装置１０２との組み合わせとして動作し、アンテナ装置１０１の動作特徴と、アンテナ装置１０２の動作特徴とを有する。従って、これらのアンテナ装置１０１，１０２の欠点を補完した指向特性を得ることができ、総合的な垂直偏波及び垂直偏波のアンテナ利得を増大できる。
実施形態に係るアンテナ装置の実験とその実験結果．
図４は、図１のアンテナ装置１０１に金属板３０を近接したときの状態を示す斜視図である。図４において、誘電体基板１０を地面に対して垂直となるように立設し、誘電体基板１０の裏面に形成された接地導体１１が金属板３０と対向するように誘電体基板１０を配置している。ここで、接地導体１１と、金属板３０との間の距離をＤとしている。ここで、アンテナ装置１０１が金属板３０から離れているときは、微小ループアンテナＡ３のコイル部によりトップローディングされたモノポールアンテナと類似の電流型動作となり、接地導体１１に電流Ｉ１が励起されることによりＸ方向への放射の電界偏波面はＺ方向のＥ１となる。一方、金属板３０が誘電体基板１０に接近したときは、微小ループアンテナＡ３のコイル部の磁流Ｍにより、金属板３０の表面に磁流Ｍ‘が励起された微小ループアンテナと類似した磁流型動作となり、偏波面はＹ方向のＥ２となる。すなわち金属板３０の有無により電流型動作と磁流型動作が切り換わる特性を示す。
図５は、図１のアンテナ装置１０１の等価回路を示す回路図である。図５の等価回路において、アンテナ装置１０１の入力端である給電点Ｑと接地導体１１との間には、インピーダンス整合用キャパシタＣ２が接続され、給電点Ｑは以下の回路素子を介して接地導体１１に接続される。
（ａ）直列共振用のキャパシタＣ１。
（ｂ）アンテナ素子Ａ１の損失抵抗ＲＣＡ１。
（ｃ）アンテナ素子Ａ１の放射抵抗ＲｒＡ１。
（ｄ）アンテナ素子Ａ１のインダクタンスＬＡ１。
（ｅ）微小ループアンテナＡ３の放射抵抗Ｒｒｌｏｏｐ。
（ｆ）微小ループアンテナＡ３の損失抵抗ＲＣｌｏｏｐ。
（ｇ）誘起電圧ｅ。
（ｈ）微小ループアンテナＡ３のインダクタンスＬｌｏｏｐ。
（ｉ）アンテナ素子Ａ２のインダクタンスＬＡ２。
（ｊ）アンテナ素子Ａ２の放射抵抗ＲｒＡ２。
（ｋ）アンテナ素子Ａ２の損失抵抗ＲＣＡ２。
ここで、アンテナ装置１０１の全体の放射抵抗Ｒｒ及び損失抵抗ＲＣは次式で表される。
［数１］
Ｒｒ＝ＲｒＡ１＋ＲｒＡ２＋Ｒｒｌｏｏｐ （１）
［数２］
ＲＣ＝ＲＣＡ１＋ＲＣＡ２＋ＲＣｌｏｏｐ （２）
図５のアンテナ装置１０１において流れる電流をＩとすると、放射電力Ｐｒと損失電力ＰＣは次式で表される。
［数３］
Ｐｒ＝（１／２）Ｉ２Ｒｒ （３）
［数４］
ＰＣ＝（１／２）Ｉ２ＲＣ （４）
ここで、アンテナ装置１０１に入力される入力電力Ｐｉｎは次式で表される。
［数５］
Ｐｉｎ＝Ｐｒ＋ＰＣ （５）
従って、アンテナ装置１０１の放射効率ηは次式で表される。
［数６］
η＝Ｐｒ／Ｐｉｎ＝Ｒｒ／（Ｒｒ＋ＲＣ） （６）
それ故、以上の式を用いてアンテナ装置１０１の動作及び特性について解析できる。
図６は、図４の状態で実行した実験のために用いる実験システムを示す正面図である。図６に示すように、誘電体基板１０上に形成され外部発振器２２Ａに接続されたアンテナ装置１０１を金属板３０に距離Ｄで近接させ又は離隔させ、このときの距離Ｄを変化させたときに、アンテナ装置１０１からＸ方向に１．５ｍの距離にあり、長手方向がＺ方向に平行であるスリーブアンテナ３１を用いて、半波長ダイポールを基準利得としたときのＸ方向のアンテナ利得［ｄＢｄ］を測定した。ここで、測定周波数は４２９ＭＨｚであり、誘電体基板１０の寸法は２９×６３ｍｍであり、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の長さＨ＝１０ｍｍ、微小ループアンテナＡ３の高さｈ＝８ｍｍ、幅ｗ＝２９ｍｍである。アンテナ装置１０１の各素子Ａ１，Ａ２，Ａ３は０．８ｍｍφの銅線を折り曲げて作成し、キャパシタＣ１の容量は１ｐＦである。
図７は、図６の実験結果であって、金属板３０からアンテナ装置１０１までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図７から明らかなように、金属板３０がアンテナ装置１０１から離れているときは、垂直偏波成分（Ｚ軸方向）が大きく、誘電体基板１０の接地導体１１に流れる電流Ｉ１による放射が支配的となっている。次いで、金属板３０がＤ＝４ｃｍ以下に接近すると、垂直偏波成分が急激に低下し、代わって水平偏波成分（Ｙ軸方向）が大きくなる。このとき、微小ループアンテナＡ３のコイル部が磁流アンテナとして動作している。このとき、垂直偏波成分と水平偏波成分を合成した合成特性では、金属板３０からの距離Ｄによる利得変化が小さいことがわかる。従って、アンテナ装置１０１は、金属板３０を近接した場合も離隔した場合も所定のアンテナ利得以上のアンテナ利得を得ることができる。
図８は、図６の実験のために用いる第２の比較例に係るアンテナ装置１９２の構成を示す平面図である。図８に示すように、第２の比較例に係るアンテナ装置１９２は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えず、誘電体基板１０の面に平行な微小ループアンテナＡ３のみで構成される。なお、誘電体基板１０の寸法は１９ｍｍ×２７ｍｍであり、図９乃至図１１においても同様である。
図９は、図６の実験のために用いる第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の構成を示す平面図である。図９に示すように、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２は、図２と同様に、アンテナ素子Ａ１，Ａ２と、誘電体基板１０の面に平行な微小ループアンテナＡ３とで構成される。
図１０は、図６の実験のために用いる第１の比較例に係るアンテナ装置１９１の構成を示す平面図である。図１０に示すように、第１の比較例に係るアンテナ装置１９１は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えず、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３のみで構成される。
図１１は、図６の実験のために用いる第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の構成を示す平面図である。図１１に示すように、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１は、図１と同様に、アンテナ素子Ａ１，Ａ２と、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３とで構成される。
なお、図８乃至図１１において、実験に用いるアンテナ装置１０１，１０２，１９１，１９２の寸法は図示の通りである。
図１２は、図８乃至図１１の各アンテナ装置について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図１２から明らかなように、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えたアンテナ装置１０１，１０２は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えないアンテナ装置１９１，１９２に比較して、金属板３０から離隔しているときに、より大きなアンテナ利得を得ることができる。また、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３を備えたアンテナ装置１０１，１９１は、誘電体基板１０の面に水平な微小ループアンテナＡ３を備えたアンテナ装置１０２，１９２に比較して、金属板３０に近接しているときに、より大きなアンテナ利得を得ることができる。従って、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えるとともに、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３を備えることにより、金属板３０から離隔している場合と、金属板３０に近接している場合との両方において、より大きなアンテナ利得を得ることができる。
図１３は、図１１のアンテナ装置１０１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図１４は、図９のアンテナ装置１０２について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図１５は、図１０のアンテナ装置１９１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図１６は、図８のアンテナ装置１９２について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
これらの図１３乃至図１６は、各アンテナ装置１０１，１０２，１９１，１９２において、アンテナ利得の偏波成分の変化を示すグラフである。図１３乃至図１６から明らかなように、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えたアンテナ装置１０１，１０２は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えないアンテナ装置１９１，１９２に比較して、金属板３０から離隔しているときに、垂直偏波成分が増大することにより、より大きなアンテナ利得を得ることができる。また、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３を備えたアンテナ装置１０１，１９１は、誘電体基板１０の面に水平な微小ループアンテナＡ３を備えたアンテナ装置１０２，１９２に比較して、金属板３０に近接しているときに、水平偏波成分が増大することにより、より大きなアンテナ利得を得ることができる。
次いで、微小ループアンテナＡ３のコイル軸方向について以下に説明する。微小ループアンテナＡ３のコイル軸方向は、図１に示すように、誘電体基板１０の長手方向と平行となるように設定することが好ましい。これにより、金属版３０が接近したときにも利得低下が小さいという特徴がある。また、微小ループアンテナＡ３のコイル軸方向を、図２に示すように、誘電体基板１０と直交するように設定してもよく、この場合、アンテナ素子Ａ１，Ａ２により接地導体１１から微小ループアンテナＡ３をより遠くに離すことができるために、アンテナ利得をより大きくすることができる。そして、金属板３０が接近していない場合にはむしろ図２のアンテナ装置１０２の方が図１のアンテナ装置１０１に比較して大きい利得を得ることができる。また、図２のアンテナ装置１０２において、大きな主ビームの指向特性を有せず、すなわち、無指向性に近い指向特性を得ることができる。また、図２のアンテナ装置１０２においては、誘電体基板１０に対して垂直であって、微小ループアンテナＡ３の両端部側に金属板３０があるときには、金属板３０とは反対方向に電波を放射できる。従って、無線通信装置の前方に接近して金属板３０があるときでも利得低下が小さいといえる。
図１７は、図８乃至図１１の各アンテナ装置について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対する各アンテナ装置の給電点Ｑにおける入力電圧定在波比（以下、入力ＶＳＷＲという。）を示すグラフである。図１７から明らかなように、誘電体基板１０の面に垂直な微小ループアンテナＡ３を備えたアンテナ装置１０１，１９１において、金属板３０を近接したときの入力ＶＳＷＲの劣化が小さくなり、さらに、アンテナ素子Ａ１，Ａ２を備えたアンテナ装置１０１では、その劣化がさらに小さくなる。
図１８は、図１のアンテナ装置１０１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎをパラメータとしたときの、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図１８から明らかなように、金属板３０を近接したときのアンテナ利得は、巻き回数Ｎ＝１．５のときが最も大きい。この理由について、アンテナ装置１０１の動作を示す図１９乃至図２２を参照して以下に考察する。
図１９は、図１のアンテナ装置１０１において巻き回数Ｎ＝１．５のときの動作を示すための概略正面図である。図２０は、図１９の動作における見かけ上の動作状態を示す概略正面図である。図２１は、図１のアンテナ装置１０１において巻き回数Ｎ＝２のときの動作を示すための概略正面図である。図２２は、図２１の動作における見かけ上の動作状態を示す概略正面図である。
図１９においては、微小ループアンテナＡ３の１．５回巻きコイルに流れる水平方向の高周波電流Ｉ１１，Ｉ１２，Ｉ１３を示している。ここで、電流Ｉ１２と電流Ｉ１３は向きが逆でほぼ同じ大きさであり打ち消しあうため、微小ループアンテナＡ３は、見かけ上、図２０に示すような電流Ｉ１１と磁流の鏡像Ａ３’による見かけ上の電流Ｉ１１’からなる大きなループを持った磁流アンテナとして動作する。一方、微小ループアンテナＡ３のコイルを２回巻きとした場合は、図２１に示すように、電流Ｉ１１と電流Ｉ１３、電流Ｉ１２と電流Ｉ１４が互いに打ち消しあうために、図２２に示すように見かけ上の電流Ｉ１１が小さくなりアンテナ利得は大幅に低下する。このように、微小ループアンテナＡ３のコイルの巻き回数Ｎを概略１．５回巻きとすることにより、より高いアンテナ利得と小型化を両立することができる。
なお、実施形態では、微小ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎを概略１．５回巻きとしたが、正確に１．５回巻きでなくともよい。具体的には、１．２回巻き〜１．８回巻きの範囲であれば比較的大きなアンテナ利得を得ることができる。また、微小ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎを概略０．５回巻き又は概略２．５回巻きなどとしても良好な特性を得られる。特に、概略２．５回巻きでは、概略１．５回巻きに比べてさらにアンテナの小型化を図ることができる。そして、微小ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎについて、概略Ｎ＝（ｎ−１）＋０．５（ここで、ｎは自然数である。）とすることにより、大きなアンテナ利得を得ることができる。具体的には、概略０．５回巻き、概略１．５回巻き、概略２．５回巻き、概略３．５回巻き、概略４．５回巻きなどに設定してもよい。
図２３は、図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させたとき（この状態でのアンテナ装置を１０１Ｇとし、図２３において１０１Ｇで示す。）の効果を示す、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図２４は、図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させたときにおける、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。図２５は、図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させないとき、すなわち図１のアンテナ装置１０１における、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。
ここで、図２３乃至図２５の実験は、後述する図３０のアンテナ装置１０７において、アンテナ素子Ａ２のストリップ導体の幅を、誘電体基板１０の幅の約半分まで増大させて行った。この状態でのアンテナ装置１０１Ｇでは、右側のアンテナ素子Ａ２をほとんど接地導体の状態にしており、アンテナ素子Ａ２を無くしたことに等価であると考えられる。すなわち、図２３から明らかなように、アンテナ素子Ａ２を有するアンテナ装置１０１のアンテナ利得は、アンテナ素子Ａ２を有しない比較例のアンテナ装置１０１Ｇのアンテナ利得に比較して非常に高い。
以上説明したように、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１によれば、金属板３０からの距離Ｄを小さくすると、電流型動作から磁流型動作に切り替わることで、常に良好な放射利得が得られる。本発明者らは、当該アンテナ装置１０１を適用した無線通信装置の無線モジュールを白物家庭電化製品各機器に内蔵して、特性評価した結果、指向特性測定における最大アンテナ利得として、冷蔵庫において−１０ｄＢｄ、エアコンディショナーにおいて−１１ｄＢｄの良好なアンテナ利得が得られた。
さらに、微小ループアンテナＡ３のコイルの大きさ及び巻き回数Ｎと、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の長さとの関係について以下に説明する。これらの関係を適切に調整することにより金属板３０の有無によってほとんど入力ＶＳＷＲが変化しないようになり、これらの関係のバランスがとれる。本発明者らの実験によれば、これは金属板３０の接近によりアンテナ素子Ａ１，Ａ２のインダクタンスは減少するが、微小ループアンテナＡ３のコイルのインダクタンスは増加するためであると考えられる。その根拠としては、微小ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎが少ない（Ｎ＝０．５又は１）場合は、金属板３０の接近により共振周波数が高い方に変化するのに対して、巻き回数Ｎが多い（１．５回又は２回）場合は低い方に変化することを測定している。
第４の実施形態．
図２６は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の構成を示す斜視図である。図２６において、第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４は、図１の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１に比較して以下の点が異なる。
（１）アンテナ素子Ａ１，Ａ２をそれぞれ誘電体基板１０上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、アンテナ素子Ａ１，Ａ２が形成されている誘電体基板１０の奥側縁端部の裏面において接地導体１１は形成されていない。
（２）誘電体基板１０の長手方向の奧側縁端部において、誘電体基板１０と垂直であって誘電体基板１０と実質的に同一の幅を有する誘電体基板１４を、例えば接着剤による貼り付けなどにより立設した。
（３）微小ループアンテナＡ３を上記誘電体基板１４上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、微小ループアンテナＡ３の接地側近傍の端部において、誘電体基板１４を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１５を形成し、微小ループアンテナＡ３の接地側近傍の端部はスルーホール導体１５を介して、誘電体基板１４の裏面に形成されたストリップ導体１５ｓを介してアンテナ素子Ａ２に接続される。
（４）キャパシタＣ１は、給電点Ｑ近傍ではなく、好ましくは、図２６に示すように、アンテナ素子Ａ１の概略中央点に接続される。なお、作用効果については図３２乃至図３４を参照して詳細後述する。
ここで、誘電体基板１０，１４としては、例えば、ガラスエポキシ基板、テフロン（登録商標）基板、セラミック基板、紙フェノール基板、多層基板など任意の基板を用いることができる。
本実施形態では、ストリップ導体を用いてアンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３を形成しているので、プリント配線法を用いて高い寸法精度で製作することが可能である。一般的なガラスエポキシ基板上の銅箔のストリップ導体では、量産時のストリップ導体幅のばらつきとして±３０μｍ以内程度が得られる。そのため、ストリップ導体を用いたアンテナ装置のインピーダンスのばらつきを小さくすることができる。また、キャパシタＣ１は例えばチップコンデンサで構成でき、これも高精度品が市販されている。例えば、容量が数ｐＦの高精度品では容量誤差±０．１ｐＦとなっている。
従って、アンテナ装置１０４のこれらストリップ導体と、チップコンデンサのキャパシタＣ１を用いることにより、アンテナ装置１０４の共振周波数のばらつきを抑えることができる。また、無線通信回路２０を実装するプリント配線基板である誘電体基板１０上にアンテナ構造を組み込めるため、組立て箇所がほとんど無く寸法精度を上げることができる。そして、アンテナ装置１０４の共振周波数のばらつきが小さいので、製造時の共振周波数の調整行程を省略することができる。また、アンテナ装置１０４として、誘電体基板１０，１４以外の構造物が不要なため装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
また、比較的幅の広い（例えば、ストリップ導体幅０．５〜２ｍｍ程度）銅箔のストリップ導体は、高周波抵抗が小さく、微小ループアンテナＡ３のコイルのＱ値として１００前後あるいはそれ以上を得ることができる。また、キャパシタＣ１のチップコンデンサでは、容量０．５〜１０ｐＦ程度のものでＱ値が１００以上のものを容易に入手可能である。そのため、損失が小さく、高い利得のアンテナ装置１０４を実現できる。また、このアンテナ装置１０４では、プリント配線基板である誘電体基板１４上に、微小ループアンテナＡ３のストリップ導体を形成したために、これに実装するキャパシタＣ１の挿入位置に自由度があるという利点がある。
以上の実施形態においては、微小ループアンテナＡ３のストリップ導体を誘電体基板１４上に形成しているが、本発明はこれに限らず、例えば図１に示すように、微小ループアンテナＡ３のコイル状の導線を用いてもよい。
第５の実施形態．
図２７は、本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の構成を示す斜視図である。図２７において、第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５は、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、以下の点が異なる。
（１）アンテナ素子Ａ１，Ａ２が形成されている誘電体基板１０の奥側縁端部の裏面において、接地導体１１とは、誘電体基板１０の長手方向の所定の間隔ｄをおいて、接続導体１１と電気的に絶縁されるように、浮遊導体１１Ａが形成される。ここで、浮遊導体１１Ａは、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３とは電磁的に結合するように近接して形成されている。
（２）接地導体１１と浮遊導体１１Ａとの間に、例えば機械的な接点スイッチであるスイッチＳＷ１が接続される。
以上のように構成されたアンテナ素子１０５において、スイッチＳＷ１をオン又はオフに切り換えることにより、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の誘電体基板１０を介した接地状態を変化させている。すなわち、スイッチＳＷ１がオフのときには、浮遊導体１１Ａが接地されておらず、接地電位から電気的に浮いている状態であるため、アンテナ装置１０５を構成する微小ループアンテナＡ３のストリップ導体及びアンテナ素子Ａ１，Ａ２のストリップ導体の電位変化に与える影響は小さい。このとき、図７において垂直偏波成分として示す特性に近いアンテナ利得特性となる。一方、スイッチＳＷ１がオンのときは、浮遊導体１１ＡがスイッチＳＷ１を介して接地導体１１に接続されて接地されるために、図７において、誘電体基板１０の裏面側に金属板３０が接近した場合に相当する水平偏波成分に近いアンテナ利得特性となる。すなわち、スイッチＳＷ１のオン・オフによりアンテナ装置１０５の放射方向の指向特性及び偏波面の方向を切り換えることができる。特に、偏波面はほぼ９０度変化し、これにより、ダイバーシチ効果を得ることができ、無線通信回路２０の通信性能を大幅に改善することができる。
以上の第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５において、浮遊導体１１Ａはアンテナ素子Ａ１，Ａ２のうちの一部のみに近接して形成してもよい。また、浮遊導体１１Ａを、多層基板にてなる誘電体基板１０内の内層面に形成してもよい。さらに、アンテナ装置１０５を構成するアンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３を誘電体基板１０，１４上のストリップ導体ではなく、導線で形成してもよい。
図２８は、本発明の第５の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１０５Ａの構成を示す斜視図である。図２８において、第５の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１０５Ａは、第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５に比較して以下の点が異なる。
（１）スイッチＳＷ１を、高周波半導体ダイオードＤ１で構成した。
（２）高周波半導体ダイオードＤ１の両端はそれぞれ、高周波阻止用インダクタ４１，４２を介してスイッチコントローラ４０に接続される。
ここで、スイッチコントローラ４０は、高周波半導体ダイオードＤ１をオン及びオフにそれぞれ切り換えるための所定の２つの逆バイアス電圧を高周波半導体ダイオードＤ１に印加し、これにより、アンテナ装置１０５の放射方向の指向特性及び偏波面の方向を切り換えることができる。本実施形態によれば、アンテナ装置１０５Ａを非常に簡単な構造で構成でき、小型・軽量であり製造コストを安価にできる。
第６の実施形態．
図２９は、本発明の第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６の構成を示す斜視図である。図２９において、第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６は、第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５に比較して以下の点が異なる。
（１）誘電体基板１０の左側側面のアンテナ素子Ａ１近傍の奥側であって、誘電体基板１０，１４とは直交するように、浮遊導体３０Ａを形成してなる誘電体基板１４ｂを、誘電体基板１０の左側側面に貼付して設ける。ここで、浮遊導体３０Ａは、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３とは電磁的に結合するように近接して形成されている。
（２）浮遊導体３０Ａは、例えば、機械的な接点スイッチ又は高周波半導体ダイオードにてなるスイッチＳＷ２を介して接地導体１１などに接続されて接地される。
本実施形態によれば、２つの浮遊導体１１Ａ，３０Ａが設けられ、各浮遊導体１１Ａ，３０のうち少なくとも１つを接地するように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれオン・オフすることにより、送受信される無線信号の電波の指向特性や偏波面を切り換えることができる。例えば、スイッチＳＷ１をオンすることにより、図７の金属板３０の近接時に示すようにＹ方向の水平偏波成分が支配的になり、金属板３０の離隔時において水平偏波成分（Ｙ方向）のＸ方向への放射が支配的になる。また、スイッチＳＷ２をオンすることにより、接地導体となる浮遊導体３０Ａが反射板となり、水平偏波成分（Ｘ方向）のＹ方向への放射が増大することになる。従って、金属板３０の離隔時においては、２つの浮遊導体１１Ａ，３０Ａは互いに直交しているので、主ビーム方向を９０度程度変化させることが可能である。
以上の実施形態において、浮遊導体１１ＡとスイッチＳＷ１との第１の組の回路と、浮遊導体３０ＡとスイッチＳＷ２との第２の組の回路とをともに備えているが、本発明はこれに限らず、少なくとも一方の組の回路を備えてもよい。
第７の実施形態．
図３０は、本発明の第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７の構成を示す斜視図である。図３０において、第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７は、図２の第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２に比較して以下の点が異なる。
（１）アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３をそれぞれ誘電体基板１０上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、これらアンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３が形成されている誘電体基板１０の奥側縁端部の裏面において接地導体１１は形成されていない。
（２）微小ループアンテナＡ３の接地側近傍の端部において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１６を形成し、微小ループアンテナＡ３の接地側近傍の端部はスルーホール導体１６を介して、誘電体基板１０の裏面に形成されたストリップ導体１６ｓに接続される。スルーホール導体１６近傍であって、スルーホール導体１６から微小ループアンテナＡ３のストリップ導体を挟設した位置において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１７を形成し、ストリップ導体１６ｓは当該スルーホール導体１７を介してアンテナ素子Ａ２のストリップ導体の一端に接続される。
（３）キャパシタＣ１を、アンテナ素子Ａ１の実質的な中央点Ｑ０に接続していており、その作用効果については、図３２乃至図３４を参照して詳細後述する。
本実施形態では、ストリップ導体を用いてアンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３を形成しているので、プリント配線法を用いて高い寸法精度で製作することが可能であり、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４と同様の効果を有するが、アンテナ装置としての基本動作は図２の第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２と同様である。
第８の実施形態．
図３１は、本発明の第８の実施形態に係るアンテナ装置１０８の構成を示す斜視図である。図３１において、第８の実施形態に係るアンテナ装置１０８は、図１の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１に比較して、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の実質的な中央点Ｑ０に接続したことを特徴としている。以下において、キャパシタＣ１のアンテナ素子Ａ１上の最適な挿入位置について説明する。
図３２は、図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の中央位置Ｑ０に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。図３３は、図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の給電点Ｑ側端部Ｑ１に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。図３４は、図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１のループアンテナＡ３側端部Ｑ２に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。
図３２から明らかなように、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の中央点Ｑ０に接続したときに、金属板３０が離れているときは、アンテナ装置１０８はモノポールアンテナに類似した放射特性を有し、金属板３０が接近すると一般的な磁流アンテナのループアンテナに類似した放射特性を有するため、金属板３０の距離Ｄに依らず良好なアンテナ利得特性を得ることができる。また、図３３に示すように、キャパシタＣ１を給電点Ｑ近傍に接続したときは、水平偏波成分が比較的小さくなるため、特に金属板３０が接近したときにアンテナ利得の低下が生じてしまう。さらに、図３４に示すように、キャパシタＣ１を微小ループアンテナＡ３側の一端に接続したときは、垂直偏波成分が比較的小さくなり、金属板３０から離れているときアンテナ利得の低下が生じてしまう。従って、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の実質的な中央点Ｑ０付近に挿入接続することにより、金属板３０の位置に依らず常に良好なアンテナ利得を保持することができる。
以上の実施形態においては、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の中央点Ｑ０、その両端部Ｑ１，Ｑ２に挿入接続しているが、本発明はこれに限らず、アンテナ素子Ａ１の任意の途中の位置に挿入してもよい。また、キャパシタＣ１を、アンテナ素子Ａ２又は微小ループアンテナＡ３の任意の位置に挿入接続してもよい。さらに、キャパシタＣ１を複数のキャパシタで分散し、分散した複数のキャパシタを、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３のうちの少なくとも１つの任意の複数の位置に分散して挿入接続してもよい。
第４の実施形態の変形例．
図３５は、本発明の第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置１０４Ａの構成を示す斜視図である。図３５において、第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置１０４Ａは、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、図２６のキャパシタＣ１に代えて、直列に接続した２個のキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２をアンテナ素子Ａ１に接続したことを特徴としている。これにより、以下に示すように、アンテナ装置１０４Ａの共振周波数の製造ばらつきを小さくすることができる。
本実施形態に係るアンテナ装置１０４Ａでは、例えば１ｐＦである比較的小さな容量のキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２を用いている。容量が０．５ｐＦ〜１０ｐＦである市販の高精度セラミック積層チップコンデンサでは、容量誤差が割合ではなく絶対値で規定されている。例えば１ｐＦのコンデンサでは、±０．１ｐＦの誤差を持っている。これは容量ばらつきが±１０％に相当する。ここで容量が１０％ばらつくとアンテナ装置１０４Ａの共振周波数は、±４．９％ばらつく。本実施形態に係るアンテナ装置１０４Ａで、ＶＳＷＲ＜２が得られる比帯域幅は１０％程度であるため、製造余裕がほとんどなくなってしまう。そこで、本実施形態では、例えば２ｐＦのキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２を２個直列に接続して合成容量１ｐＦを得ている。２ｐＦのキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２の容量誤差は±０．１ｐＦであるため、合成容量の誤差は±５％となり、共振周波数は±２．５％のばらつきに抑えられる。これにより製造時に共振周波数の調整を行わなくても製品歩留まりを向上することができる。
以上の実施形態においては、２個のキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２を直接に接続しているが、本発明はこれに限らず、複数個のキャパシタを直列に接続してもよい。
図３６は、本発明の第４の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置１０４Ｂの構成を示す斜視図である。図３６において、第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置１０４Ｂは、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、図２６のキャパシタＣ１に代えて、直列に接続した２個のキャパシタＣ１−１，Ｃ１−２と、直列に接続した２個のキャパシタＣ１−３，Ｃ１−４とを並列に接続し、この並列素子回路をアンテナ素子Ａ１に接続したことを特徴としている。これにより、以下に示すように、アンテナ装置１０４Ｂの共振周波数の製造ばらつきを小さくし、キャパシタによる高周波信号の損失を低減することができる。
２つのキャパシタを直列に接続した場合、キャパシタ部品の高周波抵抗成分が直列に接続された形となるため、損失が増大しアンテナ利得が低下する場合がある。そこで、本実施形態では、例えば１ｐＦのキャパシタＣ１−１乃至Ｃ１−４を４個用い、２個ずつ直列に接続したものを２組並列に接続する構成をとっている。ここで、仮に各キャパシタＣ１−１乃至Ｃ１−４の高周波抵抗成分を１Ωとすると、キャパシタを２個直列に接続したときの合成抵抗は２Ωであるが、上記のようにキャパシタを４個接続したときの合成抵抗は１Ωとなる。従って、キャパシタを２個直列に接続したときの半分の損失になる。
次いで、容量誤差について考える。例えば容量２ｐＦ±０．１ｐＦのキャパシタを２個直列とすると、容量ばらつきは±５％である。一方、容量１ｐＦ±０．１ｐＦのキャパシタを上記のような構成で４個接続すると容量ばらつきは±１０％となり２個直列の場合よりも一見悪化しているように思われる。しかしながら、実際には各キャパシタＣ１−１乃至Ｃ１−４のばらつきの分布は中央値を中心とした正規分布に類似した分布を示し、互いに相関がないため、キャパシタを４個で構成したときにはばらつき幅がほぼ±５％以内に収まり、キャパシタ２個で構成した場合とほぼ同じばらつき幅となる。すなわち、キャパシタ４個構成では容量ばらつきを２個構成とほぼ同等に抑えながら、損失成分を半分に抑えることができる。
以上の実施形態においては、キャパシタを２個ずつ直列に接続したものを２組並列に接続しているが、本発明はこれに限らず、キャパシタを複数個直列に接続したものを複数組並列に接続してもよい。
第９の実施形態．
図３７は、本発明の第９の実施形態に係るアンテナ装置１０９の構成を示す斜視図である。図３７において、第９の実施形態に係るアンテナ装置１０９は、図３０の第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７に比較して、アンテナ素子Ａ２の接地側の一端において周波数切り換え回路５１を接続したことを特徴としており、当該周波数切り換え回路５１の詳細については、図４１乃至図４４を参照して詳細後述する。
第１０の実施形態．
図３８は、本発明の第１０の実施形態に係るアンテナ装置１１０の構成を示す斜視図である。図３８において、第１０の実施形態に係るアンテナ装置１１０は、図３０の第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７に比較して、アンテナ素子Ａ２の接地側の一端及びアンテナ素子Ａ２の実質的な中央点Ａ２ｍに、周波数切り換え回路５２を接続したことを特徴としており、当該周波数切り換え回路５２の詳細については、図４５乃至図５０を参照して詳細後述する。
第１１の実施形態．
図３９は、本発明の第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１の構成を示す斜視図である。図３９において、第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１は、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、アンテナ素子Ａ２の接地側の一端において周波数切り換え回路５１を接続したことを特徴としており、当該周波数切り換え回路５１の詳細については、図４１乃至図４４を参照して詳細後述する。
第１２の実施形態．
図４０は、本発明の第１２の実施形態に係るアンテナ装置１１２の構成を示す斜視図である。図４０において、第１２の実施形態に係るアンテナ装置１１２は、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、アンテナ素子Ａ２の接地側の一端及びアンテナ素子Ａ２の実質的な中央点Ａ２ｍに、周波数切り換え回路５２を接続したことを特徴としており、当該周波数切り換え回路５２の詳細については、図４５乃至図５０を参照して詳細後述する。
周波数切り換え回路の実施例
図４１は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第１の実施例５１−１の電気回路を示す回路図である。図４１において、アンテナ素子Ａ２の接地側の一端は、キャパシタＣ３を介して接地されるとともに、スイッチＳＷ３を介して接地される。ここで、アンテナ素子Ａ１に接続されるキャパシタＣ１の容量を例えば約１０ｐＦとし、キャパシタＣ３の容量を例えば約１ｐＦとしたとき、スイッチＳＷ３をオフとしたときのキャパシタＣ１，Ｃ３の合成容量は、キャパシタＣ３の容量より小さい。そのため、スイッチＳＷ３をオンとしたときに、アンテナ装置の共振周波数が例えば約５％低下させることができる。すなわち、スイッチＳＷ３をオン・オフすることにより、アンテナ装置の共振周波数を選択的に切り換えることができる。
図４２は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第２の実施例５１−２の電気回路を示す回路図である。図４２においては、図４１のキャパシタＣ３に代えてインダクタＬ１を用いており、図４１及び図４２のいずれの場合においてもリアクタンス素子を挿入している。本実施例では、スイッチＳＷ３をオンすることによりインダクタＬ１を短絡することにより、アンテナ装置のインダクタンス値が小さくなり、共振周波数を上げることができる。例えば、インダクタＬ１のインダクタンス値を、微小ループアンテナＡ３のインダクタンス値の１０％に設定した場合、スイッチＳＷ３の切り替えにより、共振周波数をおよそ５％だけ可変できる。
図４３は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第３の実施例５１−３の電気回路を示す回路図である。図４３においては、図４１の回路において、スイッチＳＷ３と並列にインダクタＬ２を接続したことを特徴としている。ここで、インダクタＬ２のインダクタンス値は、スイッチＳＷ３がオフのときであって、スイッチＳＷ３を高周波半導体ダイオードで構成したときのその寄生容量を並列共振でキャンセルするように設定することが好ましい。本実施例では、スイッチＳＷ３の寄生容量は例えば約２ｐＦであり、インダクタＬ２のインダクタンス値として約６８ｎＨを用いる。これにより、例えば４２９ＭＨｚ帯において、スイッチＳＷ３の寄生容量の影響をキャンセルすることができる。これにより、スイッチＳＷ３がオフのときに、その寄生容量のために共振周波数が設計値よりずれてしまう問題点を解決できる。
図４４は、図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第４の実施例５１−４の電気回路を示す回路図である。図４４では、図４２の回路にインダクタＬ２を追加したことを特徴としており、上述の第３の実施例５１−３と同様の作用効果を有する。
図４５は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第１の実施例５２−１の電気回路を示す回路図である。図４５において、アンテナ素子Ａ２の一端は接地され、アンテナ素子Ａ２の実質的な中央点Ａ２ｍは、キャパシタＣ４及びスイッチＳＷ４を介して接地される。ここで、アンテナ素子Ａ２は高周波的なインダクタンス成分を含む。スイッチＳＷ４をオンすると、アンテナ装置の共振周波数が変化するが、キャパシタＣ４の容量によって周波数変化の方向が異なる。
本発明者らが試作したアンテナ装置では、キャパシタＣ１の容量を約１ｐＦとし、キャパシタＣ４の容量を約１０ｐＦとした場合、４２９ＭＨｚと４２６ＭＨｚに共振周波数を切り換えている。ここで、スイッチＳＷ４をオンすると共振周波数が高くなる。これは、キャパシタＣ４によりアンテナ素子Ａ２の中央点Ａ２ｍが短絡接地された形になり、微小ループアンテナＡ３のインダクタンス値が実質的に小さくなるためである。
ここで、アンテナ素子Ａ２での接続点Ａ２ｍの位置及びキャパシタＣ４の容量値を適当に選択することによりスイッチＳＷ４をオンしたときの共振周波数の変化量を調整することができる。すなわち、アンテナ素子Ａ２での接続点Ａ２ｍを微小ループアンテナＡ３から離れた位置（すなわち、接地に近い位置）に配置すると当該アンテナ装置のインダクタンス成分が大きくなり、スイッチＳＷ４をオンしたときの共振周波数変化が大きい。また、キャパシタＣ４の容量値を大きくすると、スイッチＳＷ４をオンしたときの共振周波数変化が大きい。
図４６は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第２の実施例５２−２の電気回路を示す回路図である。図４６において、図４５のキャパシタＣ４に代えて、インダクタＬ２を接続したことを特徴としており、図４５及び図４６のいずれの場合もリアクタンス素子を挿入している。本実施例において、アンテナ素子Ａ２は高周波的なインダクタンス成分を含み、スイッチＳＷ４をオンすると、共振周波数が大きくなる場合を示している。これは、アンテナ素子Ａ２のインダクタンス成分に並列に、インダクタＬ２が接続されており、スイッチＳＷ４がオフのときの上記インダクタンス成分に比べて、オンしたときのインダクタ成分とインダクタＬ２との合成インダクタンス値は小さくなるためである。そして、例えば上記インダクタ成分のインダクタンス値に比べて、インダクタＬ２のインダクタンス値を１０倍程度に選べば、共振周波数を少しだけ変化させることが可能になる。
図４７は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第３の実施例５２−３の電気回路を示す回路図である。図４７においては、図４５の回路のアンテナ素子Ａ２の接地側一端をキャパシタＣ５を介して接地したことを特徴としている。本実施例では、スイッチＳＷ４のオフ時の共振周波数は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の各インダクタンス値と、キャパシタＣ１及びＣ５の各容量値、並びに微小ループアンテナＡ３のインダクタンス値により決まるが、スイッチＳＷ４のオン時の共振周波数は、これらに加えてキャパシタＣ４の容量値で決まる。ここで、スイッチＳＷ４をオン・オフすることにより、アンテナ装置の共振周波数を変化させることができる。
図４８は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第４の実施例５２−４の電気回路を示す回路図である。図４８においては、図４６の回路のアンテナ素子Ａ２の接地側一端をインダクタＬ３を介して接地したことを特徴としており、図４７及び図４８のいずれの場合もリアクタンス素子を挿入している。本実施例では、スイッチＳＷ４のオフ時の共振周波数は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の各インダクタンス値と、キャパシタＣ１の容量値、インダクタＬ３のインダクタンス値、並びに微小ループアンテナＡ３のインダクタンス値により決まるが、スイッチＳＷ４のオン時の共振周波数は、これらに加えてキャパシタＣ４の容量値で決まる。ここで、スイッチＳＷ４をオン・オフすることにより、アンテナ装置の共振周波数を変化させることができる。
図４９は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第５の実施例５２−５の電気回路を示す回路図である。図４９においては、図４７の回路のスイッチＳＷ４と並列にインダクタＬ２を接続したことを特徴としている。ここで、インダクタＬ２のインダクタンス値は、スイッチＳＷ４がオフのときであって、スイッチＳＷ４を高周波半導体ダイオードで構成したときのその寄生容量を並列共振でキャンセルするように設定することが好ましい。本実施例では、スイッチＳＷ４の寄生容量は例えば約２ｐＦであり、インダクタＬ２のインダクタンス値として約６８ｎＨを用いる。これにより、例えば４２９ＭＨｚ帯において、スイッチＳＷ４の寄生容量の影響を実質的にキャンセルすることができる。これにより、スイッチＳＷ４がオフのときに、その寄生容量のために共振周波数が設計値よりずれてしまう問題点を解決できる。
図５０は、図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第６の実施例５２−６の電気回路を示す回路図である。図５０においては、図４８の回路のスイッチＳＷ４と並列にインダクタＬ２を接続したことを特徴としている。これにより、図４９の実施例と同様に、スイッチＳＷ４のオフ時の寄生容量の影響を実質的にキャンセルできる。
なお、図４５及び図４６の回路においても、スイッチＳＷ４に対して並列に、スイッチＳＷ４のオフ時の寄生容量の影響をキャンセルするためのインダクタＬ２を接続してもよい。
以上の実施形態における周波数切り換え回路５１，５２を使用する周波数帯域の拡大の目的で用いたが、共振周波数ばらつきが多い場合に、共振周波数を所望の周波数に合わせるための、周波数調整の目的で用いてもよい。
以上の実施形態において、周波数切り換え回路５１を、アンテナ素子Ａ２と接地との間に挿入しているが、本発明はこれに限らず、微小ループアンテナＡ３とアンテナ素子Ａ１，Ａ２の少なくとも１つに接続し、追加挿入したリアクタンス素子を並列に短絡するスイッチＳＷ３を接続すればよい。
以上の実施形態において、周波数切り換え回路５２で各リアクタンス素子を接続する点は、アンテナ素子Ａ２の中央点Ａ２ｍ又はアンテナ素子Ａ２の接地側端部であるが、本発明はこれに限らず、微小ループアンテナＡ３とアンテナ素子Ａ１，Ａ２の少なくとも１つに接続し、追加挿入したリアクタンス素子を接地短絡するスイッチＳＷ４を接続すればよい。
第１３の実施形態．
図５１は、本発明の第１３の実施形態に係るアンテナ装置１１３の構成を示す斜視図である。第１３の実施形態に係るアンテナ装置１１３は、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して以下の点が異なる。
（１）誘電体基板１０の左奥側のおもて面上に、プリント配線法を用いて、アンテナ素子Ａ１，Ａ２とは直交するように、それぞれ実質的に直線形状の銅箔のストリップ導体にてなるアンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａを形成した。なお、アンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａが形成されている誘電体基板１０の左奥側部の裏面において接地導体１１は形成されていない。また、アンテナ素子Ａ２ａの接地側端部は、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに充填されたスルーホール導体１３ａを介して接地導体１１に接続されて接地される。
（２）誘電体基板１０の長手方向の左奧側部において、誘電体基板１０及び１４に対して垂直であって誘電体基板１４と実質的に同一の幅を有する誘電体基板１４ａを立設した。ここで、誘電体基板１４ａの幅方向は、誘電体基板１０の長手方向と平行である。
（３）微小ループアンテナＡ３ａを上記誘電体基板１４ａ上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、微小ループアンテナＡ３ａの接地側近傍の端部において、誘電体基板１４ａを厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１５ａを形成し、微小ループアンテナＡ３ａの接地側近傍の端部はスルーホール導体１５ａ、並びに、誘電体基板１４ａの裏面に形成されたストリップ導体１５ａｓを介してアンテナ素子Ａ２ａに接続される。
（４）キャパシタＣ１ａは、給電点Ｑ近傍ではなく、好ましくは、図５１に示すように、アンテナ素子Ａ１ａの概略中央点に接続される。
（５）アンテナ素子Ａ１の給電点Ｑ側端部はスイッチＳＷ５の接点ａ及びスイッチＳＷ６の接点ｂに接続され、アンテナ素子Ａ１ａの給電点Ｑ側端部は、スイッチＳＷ５の接点ｂ及びスイッチＳＷ６の接点ａに接続される。スイッチＳＷ５の共通端子は給電点Ｑに接続され、スイッチＳＷ６の共通端子は接地される。これらスイッチＳＷ５及びＳＷ６は連動して例えば無線通信回路２０内のコントローラ２４（図１参照）により制御される。
以上のように構成されたアンテナ装置１１３において、互いにループ軸方向が直交する微小ループアンテナＡ３及びＡ３ａと、互いに直交するアンテナ素子Ａ１，Ａ２及びＡ１ａ，Ａ２ａとをそれぞれ有する２つのアンテナ１１３Ａ、１１３Ｂを備えており、コントローラ２４（図１参照）により、例えばアンテナ１１３Ａにより受信される無線信号のレベルがアンテナ１１３Ｂにより受信される無線信号のレベルよりも大きいとき、スイッチＳＷ５を接点ａ側に切り換えるとともにスイッチＳＷ６を接点ｂ側に切り換える一方、その逆の場合は、スイッチＳＷ５を接点ｂ側に切り換えるとともに、スイッチＳＷ６を接点ａ側に切り換える。これにより、より大きな受信レベルを有するアンテナを選択して無線通信回路２０に接続し（当該アンテナを使用中のアンテナという。）、かつ無線通信回路２０に接続していない未使用のアンテナを接地している。ここで、未使用のアンテナを接地することにより当該未使用のアンテナの影響で使用中のアンテナの動作特性に対して劣化させることを防止できる。
これら２つのアンテナ１１３Ａ，１１３Ｂは互いに直交する指向特性及び偏波特性を有しているので、ルートダイバーシチ効果及び偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。例えば、家庭内のように壁等が多い環境においては、マルチパスにより複数の方向より受信があるため指向特性を切り換えることによりルートダイバーシチ効果が得られる。また、金属板３０に接近している場合には、互いに直交する偏波特性を有する２つのアンテナ１１３Ａ，１１３Ｂを用いて、偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。さらに、金属板３０からの距離Ｄによって指向特性及び偏波面が変化するが、各アンテナ１１３Ａ，１１３Ｂの指向特性や偏波面が互いに直交するように変化するため、ダイバーシチ効果を常に保持することができる。
以上の実施形態においては、２個のアンテナ１１３Ａ，１１３Ｂを備えてアンテナ装置１１３を構成しているが、複数個の同様のアンテナを備えて、スイッチＳＷ５を用いて選択的に切り換えてもよい。
第１４の実施形態．
図５２は、本発明の第１４の実施形態に係るアンテナ装置１１４の構成を示す平面図である。第１４の実施形態に係るアンテナ装置１１４は、図３０の第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７に比較して以下の点が異なる。
（１）誘電体基板１０の左側のおもて面上に、プリント配線法を用いて、アンテナ素子Ａ１，Ａ２とは直交するように、それぞれ実質的に直線形状の銅箔のストリップ導体にてなるアンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａを形成した。なお、アンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａが形成されている誘電体基板１０の左側部の裏面において接地導体１１は形成されていない。また、アンテナ素子Ａ２ａの接地側端部は、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに充填されたスルーホール導体１３ａを介して接地導体１１に接続されて接地される。
（２）微小ループアンテナＡ３ａを上記誘電体基板１０の左側縁端部のおもて面上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、微小ループアンテナＡ３ａの接地側近傍の端部において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１６ａを形成し、また、スルーホール導体１６ａの近傍であって、スルーホール導体１６ａから微小ループアンテナＡ４ａのストリップ導体を挟設した位置に、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１７ａを形成した。ここで、微小ループアンテナＡ３ａの接地側近傍の端部は、スルーホール導体１６ａ、誘電体基板１０の裏面に形成されたストリップ導体１６ａｓ、スルーホール導体１７ａを介してアンテナ素子Ａ２ａに接続される。
（３）キャパシタＣ１ａは、給電点Ｑ近傍ではなく、好ましくは、図５２に示すように、アンテナ素子Ａ１ａの概略中央点に接続される。
（４）アンテナ素子Ａ１の給電点Ｑ側端部はスイッチＳＷ５の接点ａに接続され、アンテナ素子Ａ１ａの給電点Ｑ側端部は、スイッチＳＷ５の接点ｂに接続される。スイッチＳＷ５の共通端子は給電点Ｑに接続される。
以上のように構成されたアンテナ装置１１４において、互いにループ軸方向が平行な微小ループアンテナＡ３及びＡ３ａと、互いに直交するアンテナ素子Ａ１，Ａ２及びＡ１ａ，Ａ２ａとをそれぞれ有する２つのアンテナ１１４Ａ、１１４Ｂを備えており、例えば無線通信回路２０内のコントローラ２４（図１参照）により制御されるスイッチＳＷ５により、例えばアンテナ１１４Ａにより受信される無線信号のレベルがアンテナ１１４Ｂにより受信される無線信号のレベルよりも大きいとき、スイッチＳＷ５を接点ａ側に切り換える一方、その逆の場合は、スイッチＳＷ５を接点ｂ側に切り換える。これら２つのアンテナ１１４Ａ，１１４Ｂは互いに異なる指向特性及び偏波特性を有しているので、ルートダイバーシチ効果及び偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。
本実施形態においては、特に、誘電体基板１０に金属板３０が近接した場合にはアンテナ利得が低下するが、１枚の誘電体基板１０上に、２つのアンテナ１１４Ａ，１１４Ｂを備えたダイバーシチアンテナを構成できるため、アンテナ装置１１４を備えた無線通信装置の薄型化、小型化に有利な構成を有する。携帯無線通信装置への適用、もしくは金属板３０が対向して配置されない無線通信装置への適用に向いている。
以上の実施形態においては、２個のアンテナ１１４Ａ，１１４Ｂを備えてアンテナ装置１１４を構成しているが、複数個の同様のアンテナを備えて、スイッチＳＷ５を用いて選択的に切り換えてもよい。
第１５の実施形態．
図５３は、本発明の第１５の実施形態に係るアンテナ装置１１５の構成を示す斜視図である。図５４は、図５３のアンテナ装置１１５の裏側の構造を示す斜視図である。図５５は、図５４の基板嵌合連結部の詳細を示す斜視図である。
第１５の実施形態に係るアンテナ装置１１５は、図２６の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４に比較して、誘電体基板１４を誘電体基板１０に立設するとき、誘電体基板１４の下端面に高さ方向に突出するように形成した凸部６１，６２をそれぞれ、誘電体基板１０の奥側縁端部に形成した穴部７１，７２に嵌合させる基板嵌合連結部を備えたことを特徴としており、以下これについて詳述する。
図５３及び図５４において、誘電体基板１０の奥側縁端部には、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通する矩形の穴部７１，７２が形成される一方、誘電体基板１４の下端面には、上記穴部７１，７２にそれぞれ嵌合する矩形柱形状の凸部６１，６２が形成される。
ここで、誘電体基板１０の穴部７１の近傍位置までアンテナ素子Ａ１のストリップ導体が延在して形成され、当該穴部７１の近傍位置において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体７３を形成し、アンテナ素子Ａ１の端部は当該スルーホール導体７３を介して誘電体基板１０の裏面の接続導体８１に接続される。当該接続導体８１は穴部７１を間に挟み、誘電体基板１０の長手方向での穴部７１の両側において形成される。接続導体８１において、穴部７１を挟むその中央部で所定の面積を有する導体露出部８１ｐのみその導体が露出するように、その他の部分はレジスト（図示せず。）を形成し、各導体露出部８１ｐのみで半田付け可能にしている。
また、誘電体基板１０の穴部７２の近傍位置までアンテナ素子Ａ２のストリップ導体が延在して形成され、当該穴部７２の近傍位置において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体７４を形成し、アンテナ素子Ａ１の端部は当該スルーホール導体７４を介して誘電体基板１０の裏面の接続導体８２に接続される。当該接続導体８２は穴部７２を間に挟み、誘電体基板１０の長手方向での穴部７２の両側において形成される。接続導体８２において、穴部７２を挟むその中央部で所定の面積を有する導体露出部８２ｐのみその導体が露出するように、その他の部分はレジスト（図示せず。）を形成し、各導体露出部８２ｐのみで半田付け可能にしている。
一方、誘電体基板１４のアンテナ素子Ａ１，Ａ２側の第１の面（なお、第１の面に平行な反対側の面を誘電体基板１４の第２の面という。）において、微小ループアンテナＡ３のストリップ導体１５Ａｔが形成され、その一端は、凸部６１のアンテナ素子Ａ１，Ａ２側の第１の面（なお、第１の面に平行な反対側の面を凸部６１の第２の面という。また、凸部６２についても、同様に第１と第２の面を定義する。）に形成された矩形の接続導体６３に接続される一方、その他端は、誘電体基板１４の厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することにより形成されたスルーホール導体１５Ａを介して、誘電体基板１４の第２の面に形成された微小ループアンテナＡ３のストリップ導体１５Ａｓに接続される。そのストリップ導体１５Ａｓの端部は、凸部６２の第２の面まで延在した後、当該凸部６２の第２の面に形成された接続導体６４に接続される。
さらに、矩形の接続導体６３は凸部６１の第１と第２の面の両方に形成され、これら両方に形成された接続導体６３は、当該接続導体６３の形成領域において、誘電体基板１４を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填して形成されたスルーホール導体６３ｃを介して互いに接続されるとともに、その一部分の中央部で所定の面積を有する導体露出部６３ｐのみその導体が露出するように、その他の部分はレジスト（図示せず。）を形成し、各導体露出部６３ｐのみで半田付け可能にしている。また、矩形の接続導体６４は凸部６２の第１と第２の面の両方に形成され、これら両方に形成された接続導体６４は、当該接続導体６４の形成領域において、誘電体基板１４を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填して形成されたスルーホール導体６４ｃを介して互いに接続されるとともに、その一部分の中央部で所定の面積を有する導体露出部６４ｐのみその導体が露出するように、その他の部分はレジスト（図示せず。）を形成し、各導体露出部６４ｐのみで半田付け可能にしている。
そして、誘電体基板１４の凸部６１，６２をそれぞれ、誘電体基板１０の穴部７１，７２に嵌合させた後、凸部６１，６２の導体露出部６３ｐ，６４ｐをそれぞれ、誘電体基板１０側の導体露出部８１ｐ，８２ｐに、例えば半田８２ｐｈ（図５５参照）を用いて半田付けにより電気的に接続する。これにより、誘電体基板１０と誘電体基板１４とが固定連結される。
なお、誘電体基板１０，１４としては、例えば、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、セラミック基板、テフロン（登録商標）基板など任意の基板材料を用いてもよい。また、２つの誘電体基板１０，１４で基板材料を変えてもよい。例えば、誘電体基板１０は微細パターンが形成できるガラスエポキシ基板（ＦＲ４）を用い、誘電体基板１４は安価な紙フェノール基板などを用いることができる。
以上の実施形態においては、誘電体基板１０，１４は所定の厚さを有し、凸部６１，６２と、穴部７１，７２との間の基板嵌合連結部の構造により、互いに強固に固定することができる。また、凸部６１，６２と穴部７１，７２は誘電体基板１０，１４のデュータ加工法又は型抜き加工法で容易に製作することができ、寸法誤差を小さくできる。そして、アンテナ装置１１５の構成要素をストリップ導体により形成しているので、各電気回路要素値のばらつきを抑えることができるため、アンテナ装置１１５の共振周波数のばらつきを抑えることができ、製造時の周波数調整工程を省略することができる。
さらに、接続導体６３，６４，８１，８２においてそれぞれその中央部において所定の面積を有する導体露出部６３ｐ，６４ｐ，８１ｐ，８２ｐを形成して半田付けしている。ここで、接続導体６３，６４，８１，８２において高周波信号を流したとき、表皮効果により各周辺部に、より大きな高周波電流が流れるが、当該各周辺部を導体露出部とせず、半田付けしない領域とすることにより、半田の付着量によるキャパシタンス及びインダクタンスの変化量を極力小さくする抑えることにより、アンテナ装置の共振周波数のばらつきを抑えることができる。
以上の実施形態においては、２つの凸部６１，６２をそれぞれ、２つの穴部７１，７２に嵌合させているが、本発明はこれに限らず、少なくとも１つの凸部をそれに対応する少なくとも１つの穴部に嵌合させてもよい。
第１６の実施形態．
図５６は、本発明の第１６の実施形態に係るアンテナ装置１１６の構成を示す斜視図である。第１６の実施形態に係るアンテナ装置１１６は、図５３の第１５の実施形態に係るアンテナ装置１１５に比較して、基板嵌合連結構造が以下のように異なることを特徴としている。
図５６において、誘電体基板１０はその長手方向の端面から長手方向で突出する矩形柱形状の凸部２０１，２０２を有する一方、誘電体基板１４はその厚さ方向に貫通する矩形の穴部２１１，２１２を有する。ここで、凸部２０１，２０２の厚さ方向の両面にそれぞれ、矩形の接続導体２０３，２０４を形成し、両面の各接続導体２０３，２０４はそれぞれスルーホール導体２０３ｃ，２０４ｃにより電気的に接続される。また、両面の各接続導体２０３，２０４の端面側の中央部においてそれぞれ、第１５の実施形態における導体露出部６３ｐ，６４ｐ，８１ｐ，８２ｐと同様の導体露出部２０３ｐ，２０４ｐを形成した。
一方、誘電体基板１４の一方の面において、微小ループアンテナＡ３のストリップ導体１５Ａｓが形成され、その一端は穴部２１１の近傍に形成された接続導体２１３に接続され、その他端は穴部２１２の近傍に形成された接続導体２１４に接続される。ここで、接続導体２１３，２１４はそれぞれ穴部２１１，２１２を間に挟んで、誘電体基板１４の高さ方向の両側に形成され、かつ第１５の実施形態における導体露出部６３ｐ，６４ｐ，８１ｐ，８２ｐと同様の導体露出部２１３ｐ，２１４ｐを有する。
以上の実施形態においては、誘電体基板１０の凸部２０１，２０２をそれぞれ誘電体基板１４の穴部２１１，２１２に挿入して導体露出部２０３ｐ，２０４ｐをそれぞれ導体露出部２１３ｐ，２１４ｐに半田付けにより接続することにより、誘電体基板１０を誘電体基板１４に強固に連結して固定できる。本実施形態に係るアンテナ装置１１６は、第１５の実施形態に係るアンテナ装置１１５と同様の作用効果を有する。
また、本実施形態によれば、誘電体基板１４を誘電体基板１０に挿入する構成としたために、微小ループアンテナＡ３のストリップ導体の形状を、第１５の実施形態に比較して大きくすることができる。特に、本実施形態に係るアンテナ装置１１６を樹脂ケースなどに格納して使用する場合には樹脂ケースの厚さ方向一杯まで誘電体基板１４を大きくすることができるという利点がある。
以上の実施形態においては、２つの凸部２０１，２０２をそれぞれ、２つの穴部２１１，２１２に嵌合させているが、本発明はこれに限らず、少なくとも１つの凸部をそれに対応する少なくとも１つの穴部に嵌合させてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、導体がアンテナ接近していても離れていても、従来技術の微小ループアンテナに比較して高いアンテナ利得を得ることができるアンテナ装置と、それを用いた無線通信装置を提供することができる。従って、本発明に係るアンテナ装置を、ページャ、携帯電話機などの移動体無線通信装置や白物家庭電化製品などに内蔵又は装着される無線通信装置のアンテナ装置として幅広く適用できる。また、ガスメータ、電気メータ、水道メータなどに設置される自動検針装置のアンテナ装置としても用いることができる。
本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の構成を示す斜視図である。 図１のアンテナ装置１０１に金属板３０を近接したときの状態を示す斜視図である。 図１のアンテナ装置１０１の等価回路を示す回路図である。 図４の状態で実行した実験のために用いる実験システムを示す正面図である。 図６の実験結果であって、金属板３０からアンテナ装置１０１までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。 図６の実験のために用いる第２の比較例に係るアンテナ装置１９２の構成を示す平面図である。 図６の実験のために用いる第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の構成を示す平面図である。 図６の実験のために用いる第１の比較例に係るアンテナ装置１９１の構成を示す平面図である。 図６の実験のために用いる第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の構成を示す平面図である。 図８乃至図１１の各アンテナ装置について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。 図１１のアンテナ装置１０１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。 図９のアンテナ装置１０２について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。 図１０のアンテナ装置１９１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。 図８のアンテナ装置１９２について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。 図８乃至図１１の各アンテナ装置について図６の実験を行ったときの実験結果であって、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対する各アンテナ装置の給電点Ｑにおける入力電圧定在波比（入力ＶＳＷＲ）を示すグラフである。 図１のアンテナ装置１０１について図６の実験を行ったときの実験結果であって、ループアンテナＡ３の巻き回数Ｎをパラメータとしたときの、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。 図１のアンテナ装置１０１において巻き回数Ｎ＝１．５のときの動作を示すための概略正面図である。 図１９の動作における見かけ上の動作状態を示す概略正面図である。 図１のアンテナ装置１０１において巻き回数Ｎ＝２のときの動作を示すための概略正面図である。 図２１の動作における見かけ上の動作状態を示す概略正面図である。 図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させたときの効果を示す、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。 図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させたときにおける、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。 図１のアンテナ装置１０１のアンテナ素子Ａ２の素子幅を増大させないとき、すなわち図１のアンテナ装置１０１における、金属板３０から各アンテナ装置までの距離Ｄに対するＸ方向のアンテナ利得を示すグラフである。 本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の構成を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の構成を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１０５Ａの構成を示す斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６の構成を示す斜視図である。 本発明の第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７の構成を示す斜視図である。 本発明の第８の実施形態に係るアンテナ装置１０８の構成を示す斜視図である。 図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の中央位置Ｑ０に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。 図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１の給電点Ｑ側端部Ｑ１に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。 図３１のアンテナ装置１０８において、キャパシタＣ１をアンテナ素子Ａ１のループアンテナＡ３側端部Ｑ２に接続したときの、金属板３０からアンテナ装置１０８までの距離Ｄに対するアンテナ利得を示すグラフである。 本発明の第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置１０４Ａの構成を示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置１０４Ｂの構成を示す斜視図である。 本発明の第９の実施形態に係るアンテナ装置１０９の構成を示す斜視図である。 本発明の第１０の実施形態に係るアンテナ装置１１０の構成を示す斜視図である。 本発明の第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１の構成を示す斜視図である。 本発明の第１２の実施形態に係るアンテナ装置１１２の構成を示す斜視図である。 図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第１の実施例５１−１の電気回路を示す回路図である。 図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第２の実施例５１−２の電気回路を示す回路図である。 図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第３の実施例５１−３の電気回路を示す回路図である。 図３７及び図３９のアンテナ装置１０９，１１１の周波数切り換え回路５１の第４の実施例５１−４の電気回路を示す回路図である。 図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第１の実施例５２−１の電気回路を示す回路図である。 図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第２の実施例５２−２の電気回路を示す回路図である。 図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第３の実施例５２−３の電気回路を示す回路図である。 図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第４の実施例５２−４の電気回路を示す回路図である。 図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第５の実施例５２−５の電気回路を示す回路図である。 図３８及び図４０のアンテナ装置１１０，１１２の周波数切り換え回路５２の第６の実施例５２−６の電気回路を示す回路図である。 本発明の第１３の実施形態に係るアンテナ装置１１３の構成を示す斜視図である。 本発明の第１４の実施形態に係るアンテナ装置１１４の構成を示す平面図である。 本発明の第１５の実施形態に係るアンテナ装置１１５の構成を示す斜視図である。 図５３のアンテナ装置１１５の裏側の構造を示す斜視図である。 図５４の基板嵌合連結部の詳細を示す斜視図である。 本発明の第１６の実施形態に係るアンテナ装置１１６の構成を示す斜視図である。
（１）アンテナ素子Ａ１，Ａ２が形成されている誘電体基板１０の奥側縁端部の裏面において、接地導体１１とは、誘電体基板１０の長手方向の所定の間隔ｄをおいて、接地導体１１と電気的に絶縁されるように、浮遊導体１１Ａが形成される。ここで、浮遊導体１１Ａは、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び微小ループアンテナＡ３とは電磁的に結合するように近接して形成されている。
（２）接地導体１１と浮遊導体１１Ａとの間に、例えば機械的な接点スイッチであるスイッチＳＷ１が接続される。
以上のように構成されたアンテナ装置１０５において、スイッチＳＷ１をオン又はオフに切り換えることにより、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の誘電体基板１０を介した接地状態を変化させている。すなわち、スイッチＳＷ１がオフのときには、浮遊導体１１Ａが接地されておらず、接地電位から電気的に浮いている状態であるため、アンテナ装置１０５を構成する微小ループアンテナＡ３のストリップ導体及びアンテナ素子Ａ１，Ａ２のストリップ導体の電位変化に与える影響は小さい。このとき、図７において垂直偏波成分として示す特性に近いアンテナ利得特性となる。一方、スイッチＳＷ１がオンのときは、浮遊導体１１ＡがスイッチＳＷ１を介して接地導体１１に接続されて接地されるために、図７において、誘電体基板１０の裏面側に金属板３０が接近した場合に相当する水平偏波成分に近いアンテナ利得特性となる。すなわち、スイッチＳＷ１のオン・オフによりアンテナ装置１０５の放射方向の指向特性及び偏波面の方向を切り換えることができる。特に、偏波面はほぼ９０度変化し、これにより、ダイバーシチ効果を得ることができ、無線通信回路２０の通信性能を大幅に改善することができる。
本実施形態によれば、２つの浮遊導体１１Ａ，３０Ａが設けられ、各浮遊導体１１Ａ，３０Ａのうち少なくとも１つを接地するように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれオン・オフすることにより、送受信される無線信号の電波の指向特性や偏波面を切り換えることができる。例えば、スイッチＳＷ１をオンすることにより、図７の金属板３０の近接時に示すようにＹ方向の水平偏波成分が支配的になり、金属板３０の離隔時において水平偏波成分（Ｙ方向）のＸ方向への放射が支配的になる。また、スイッチＳＷ２をオンすることにより、接地導体となる浮遊導体３０Ａが反射板となり、水平偏波成分（Ｘ方向）のＹ方向への放射が増大することになる。従って、金属板３０の離隔時においては、２つの浮遊導体１１Ａ，３０Ａは互いに直交しているので、主ビーム方向を９０度程度変化させることが可能である。
（１）誘電体基板１０の左側のおもて面上に、プリント配線法を用いて、アンテナ素子Ａ１，Ａ２とは直交するように、それぞれ実質的に直線形状の銅箔のストリップ導体にてなるアンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａを形成した。なお、アンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａが形成されている誘電体基板１０の左側部の裏面において接地導体１１は形成されていない。また、アンテナ素子Ａ２ａの接地側端部は、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに充填されたスルーホール導体１３ａを介して接地導体１１に接続されて接地される。
（２）微小ループアンテナＡ３ａを上記誘電体基板１０の左側縁端部のおもて面上に、プリント配線法を用いて、銅箔のストリップ導体を形成することにより構成した。なお、微小ループアンテナＡ３ａの接地側近傍の端部において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１６ａを形成し、また、スルーホール導体１６ａの近傍であって、スルーホール導体１６ａから微小ループアンテナＡ３ａのストリップ導体を挟設した位置に、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体１７ａを形成した。ここで、微小ループアンテナＡ３ａの接地側近傍の端部は、スルーホール導体１６ａ、誘電体基板１０の裏面に形成されたストリップ導体１６ａｓ、スルーホール導体１７ａを介してアンテナ素子Ａ２ａに接続される。
（３）キャパシタＣ１ａは、給電点Ｑ近傍ではなく、好ましくは、図５２に示すように、アンテナ素子Ａ１ａの概略中央点に接続される。
（４）アンテナ素子Ａ１の給電点Ｑ側端部はスイッチＳＷ５の接点ａに接続され、アンテナ素子Ａ１ａの給電点Ｑ側端部は、スイッチＳＷ５の接点ｂに接続される。スイッチＳＷ５の共通端子は給電点Ｑに接続される。
また、誘電体基板１０の穴部７２の近傍位置までアンテナ素子Ａ２のストリップ導体が延在して形成され、当該穴部７２の近傍位置において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールに導体を充填することによりスルーホール導体７４を形成し、アンテナ素子Ａ２の端部は当該スルーホール導体７４を介して誘電体基板１０の裏面の接続導体８２に接続される。当該接続導体８２は穴部７２を間に挟み、誘電体基板１０の長手方向での穴部７２の両側において形成される。接続導体８２において、穴部７２を挟むその中央部で所定の面積を有する導体露出部８２ｐのみその導体が露出するように、その他の部分はレジスト（図示せず。）を形成し、各導体露出部８２ｐのみで半田付け可能にしている。

Claims (30)

  1. 接地導体を有する誘電体基板と、
    上記誘電体基板に電磁的に近接して設けられ、所定の巻き回数Ｎで巻回されて所定の微小長さを有し、所定の金属板がアンテナ装置に近接したときに磁流アンテナとして動作する一方、上記金属板がアンテナ装置から離隔したときに電流アンテナとして動作する微小ループアンテナと、
    上記微小ループアンテナに接続され、電流アンテナとして動作する少なくとも１本のアンテナ素子とを備えたアンテナ装置であって、
    上記アンテナ装置の一端は給電点に接続され、上記アンテナ装置の他端は上記誘電体基板の接地導体に接続されたことを特徴とするアンテナ装置。
  2. 上記少なくとも１本のアンテナ素子は、上記誘電体基板の面と実質的に平行となるように設けられたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  3. ２本のアンテナ素子を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
  4. 上記２本のアンテナ素子はそれぞれ実質的に直線形状であって、互いに平行となるように設けられたことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
  5. 上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続され、上記微小ループアンテナのインダクタンスと直列共振するための少なくとも１個の第１のキャパシタをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  6. 上記第１のキャパシタは、上記アンテナ素子の実質的な中央点に挿入して接続したことを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
  7. 上記第１のキャパシタは、複数個のキャパシタ素子を直列に接続してなることを特徴とする請求項５又は６記載のアンテナ装置。
  8. 上記第１のキャパシタは、複数個のキャパシタ素子を直列に接続してなる複数組の回路を互いに並列に接続したことを特徴とする請求項５又は６記載のアンテナ装置。
  9. 上記給電点に接続され、上記アンテナ装置の入力インピーダンスと、上記給電点に接続される給電ケーブルの特性インピーダンスとを整合させるインピーダンス整合回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  10. 上記微小ループアンテナは、そのループ軸方向が上記誘電体基板の面と実質的に直交するように設けられたことを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  11. 上記微小ループアンテナは、そのループ軸方向が上記誘電体基板の面と実質的に平行となるように設けられたことを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  12. 上記微小ループアンテナは、そのループ軸方向が上記誘電体基板の面に対して所定の傾斜角で傾斜されるように設けられたことを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  13. 上記微小ループアンテナの巻き回数Ｎは実質的に、Ｎ＝（ｎ−１）＋０．５（ここで、ｎは自然数である。）に設定されたことを特徴とする請求項１乃至１２のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  14. 上記微小ループアンテナの巻き回数Ｎは実質的に、Ｎ＝１．５に設定されたことを特徴とする請求項１３記載のアンテナ装置。
  15. 上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子に電磁的に近接して設けられた少なくとも１個の浮遊導体と、
    上記浮遊導体を上記接地導体と接続し又は接続しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の指向特性又は偏波面を変化させる第１のスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１４のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  16. 互いに実質的に直交するように設けられた２個の浮遊導体を備え、
    上記第１のスイッチ手段は、上記各浮遊導体を上記接地導体と接続し又は接続しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の指向特性及び偏波面の少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項１５記載のアンテナ装置。
  17. 上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続された第１のリアクタンス素子と、
    上記第１のリアクタンス素子を短絡し又は短絡しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の共振周波数を変化させる第２のスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１６のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  18. 上記第２のスイッチ手段は、そのオフ時に寄生容量を有する高周波半導体素子を含み、
    上記寄生容量を実質的にキャンセルするための第１のインダクタをさらに備えたことを特徴とする請求項１７記載のアンテナ装置。
  19. 上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続された一端を有する第２のリアクタンス素子と、
    上記第２のリアクタンス素子の他端を接地し又は接地しないように選択的に切り換えることにより上記アンテナ装置の共振周波数を変化させる第３のスイッチ手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１６のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  20. 上記微小ループアンテナ及び上記アンテナ素子の少なくとも一方に接続された第３のリアクタンス素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１９記載のアンテナ装置。
  21. 上記第３のスイッチ手段は、そのオフ時に寄生容量を有する高周波半導体素子を含み、
    上記寄生容量を実質的にキャンセルするための第２のインダクタをさらに備えたことを特徴とする請求項１９又は２０記載のアンテナ装置。
  22. 請求項１乃至２１のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置を複数個備え、
    上記複数個のアンテナ装置により受信された無線信号に基づいて、複数個のアンテナ装置を選択的に切り換えて、選択したアンテナ装置を給電点に接続する第４のスイッチ手段を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
  23. 上記第４のスイッチ手段は、上記選択しないアンテナ装置を接地することを特徴とする請求項２２記載のアンテナ装置。
  24. 上記アンテナ素子を、接地導体が形成されていない上記誘電体基板上に形成したことを特徴とする請求項１乃至２３のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  25. 上記微小ループアンテナを別の誘電体基板上に形成したことを特徴とする請求項２４記載のアンテナ装置。
  26. 上記別の誘電体基板は少なくとも１つの凸部を有し、
    上記誘電体基板は上記誘電体基板の少なくとも１つの凸部と嵌合する少なくとも１つの穴部を有し、
    上記別の誘電体基板の少なくとも１つの凸部を上記誘電体基板の少なくとも１つの穴部に嵌合させることにより、上記別の誘電体基板を上記誘電体基板に連結したことを特徴とする請求項２５記載のアンテナ装置。
  27. 上記誘電体基板は少なくとも１つの凸部を有し、
    上記別の誘電体基板は上記誘電体基板の少なくとも１つの凸部と挿入して嵌合する少なくとも１つの穴部を有し、
    上記誘電体基板の少なくとも１つの凸部を上記別の誘電体基板の少なくとも１つの穴部に挿入して嵌合させることにより、上記誘電体基板を上記別の誘電体基板に連結したことを特徴とする請求項２５記載のアンテナ装置。
  28. 上記誘電体基板上に形成され、上記アンテナ素子に接続された第１の接続導体と、
    上記別の誘電体基板上に形成され、上記微小ループアンテナに接続された第２の接続導体とをさらに備え、
    上記誘電体基板と上記別の誘電体基板とを連結したとき、上記第１の接続導体と上記第２の接続導体とを電気的に接続したことを特徴とする請求項２６又は２７記載のアンテナ装置。
  29. 上記第１の接続導体は、その一部分であって所定の第１の面積を有し、上記第２の接続導体との接続のための半田付けを行う第１の導体露出部を備え、
    上記第２の接続導体は、その一部分であって所定の第２の面積を有し、上記第１の接続導体との接続のための半田付けを行う第２の導体露出部を備えたことを特徴とする請求項２８記載のアンテナ装置。
  30. 請求項１乃至２９のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置と、
    上記アンテナ装置に接続された無線通信回路とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
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