アンテナ装置及び無線装置
【課題】ループ状アンテナ素子を備え多機能化された無線装置において、当該アンテナ素子を各機能に係る複数のシステム間で切り換えて共用化又は共通化したときの性能低下を防ぎ、かつ、ループ状アンテナ素子を含むアンテナ装置の特性を機能別に独立して調整可能にする。
【解決手段】アンテナ装置１は、ループ状アンテナ素子１０並びに容量性素子１１及び１２からなる共振回路により、給電端１５及び接地端１７間に無線回路が接続される第１のシステムのアンテナとして動作する。またスイッチ素子１４を切り換え、アンテナ素子１０及び容量性素子１１からなる共振回路により、給電端１６及び接地端１７間に無線回路が接続される第２のシステムのアンテナとして動作する。
【解決手段】アンテナ装置１は、ループ状アンテナ素子１０並びに容量性素子１１及び１２からなる共振回路により、給電端１５及び接地端１７間に無線回路が接続される第１のシステムのアンテナとして動作する。またスイッチ素子１４を切り換え、アンテナ素子１０及び容量性素子１１からなる共振回路により、給電端１６及び接地端１７間に無線回路が接続される第２のシステムのアンテナとして動作する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置及び無線装置に係り、特にループ状に形成された導体をアンテナ素子として用いるアンテナ装置及び無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ループ状に形成された導体からなるアンテナ素子と、当該アンテナ素子を介して外部装置（リーダライタ）との間でデータを送受信する集積回路（ＩＣ）を内蔵したカード型のデバイスが知られている。このようなデバイスは、非接触ＩＣカードと呼ばれる。また、非接触ＩＣカードと等価な機能を内蔵した無線装置（例えば携帯電話機）が知られている。これらの非接触ＩＣカード又は無線装置は、例えば料金精算、入退室管理、認証等の目的に用いられる。
【０００３】
携帯電話機等の無線装置に、非接触ＩＣカード機能とリーダライタ機能の両方を搭載する技術も知られている（例えば、特許文献１参照。）。上記の特許文献１によれば、非接触ＩＣカード機能とリーダライタ機能を複合して半導体集積回路を構成し、共通のアンテナを介して外部のリーダライタ又は外部の非接触ＩＣカードとの通信を行うことができる旨が記載されている。
【０００４】
この他にも、リーダライタの小型化や効率の向上を図る技術が知られている（例えば、特許文献２又は特許文献３参照。）。上記の特許文献２によれば、リーダライタの送信部からループアンテナを含む第１の共振回路に接続し、ループアンテナから結合コンデンサ及び第２の共振回路を介して受信部に接続するように構成して送受分離することにより、送信効率と受信感度の両方を改善する旨が記載されている。
【０００５】
上記の特許文献３によれば、リーダライタの３端子化されたループコイルとコンデンサの接続の工夫により、マッチングと高調波の抑制を図ってアンテナ効率を改善する旨が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−７４４２３号公報（第２、７乃至１２ページ、図３）
【特許文献２】特開２００５−２６７４１号公報（第２、６乃至８ページ、図１）
【特許文献３】特開２００４−２３５８８４号公報（第２、６乃至９ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
携帯電話機等の無線装置に内蔵されるループ状のアンテナ素子（例えば非接触ＩＣカード機能又はリーダライタ機能に用いられるが、これらに限らない。）のサイズは、使用される周波数帯域（例えば現在実用化されている非接触ＩＣカードのシステムにおいては１３ＭＨｚ帯）により、かなり大きなものとなる場合がある。
【０００７】
一方、例えば携帯電話機のような無線装置は複数のシステム機能を搭載して多機能化する傾向にあるから、ループ状のアンテナ素子を他システムのアンテナにも共用したり、他システムのアンテナと回路を共通化したりすることができれば便宜であると共に、スペース効率も改善される。本発明が解決しようとする第１の課題は、上述したようなループ状のアンテナ素子の共用化又は共通化を図る点にある。
【０００８】
無線装置に複数の機能の両方を搭載する場合、それぞれの機能に用いられる周波数が相異なる場合（例えば携帯電話と非接触ＩＣカード）と、同一である場合（例えば非接触ＩＣカードとリーダライタ）が考えられる。上述した共用化又は共通化が図られるループ状のアンテナ素子を含むアンテナ装置は、それぞれの機能に係る無線回路に切り換えて接続される。当該アンテナ装置の共振周波数等の特性は、機能別に独立して調整可能であることが望ましい。本発明が解決しようとする第２の課題は、このような独立調整を可能にする点にある。
【０００９】
上述した特許文献１乃至特許文献３に開示された技術はいずれも、ループ状のアンテナ素子を上述したように共用化又は共通化するものではなく、上記の第１の課題を解決することはできないという問題があった。
【００１０】
上述した特許文献１に開示された技術は、非接触ＩＣカード機能とリーダライタ機能のそれぞれにおけるループ状のアンテナ素子の特性を独立に調整可能とするものではなく、上記の第２の課題を解決することはできないという問題があった。上述した特許文献２又は特許文献３に開示された技術は、リーダライタ機能のみに関するものであって、上記の第２の課題を解決することはできないという問題があった。
【００１１】
従来の非接触ＩＣカード又はリーダライタ用のアンテナ装置は、例えば図８（ａ）に示すように、ループ状のアンテナ素子と容量性素子からなる並列共振回路として構成される。図中のアンテナ装置８ａは、ループ状に形成された導体からなるアンテナ素子８０及び容量性素子８１が並列共振回路をなして構成される。アンテナ装置８ａは、給電端８５及び接地端８７を図示しない無線回路に接続することにより給電される。
【００１２】
アンテナ素子８０のインダクタンス値をＬ（８０）、抵抗値をＲ（８０）、容量性素子８１の容量値をＣ（８１）、アンテナ素子８０と容量性素子８１からなる並列共振回路の共振角周波数をω（８ａ）、アンテナ素子８０のＱ値をＱ（８ａ）とすると、
Ｑ（８ａ）＝（ω（８ａ）×Ｌ（８０））／Ｒ（８０）
ただしω（８ａ）＝（Ｌ（８０）×Ｃ（８１））の平方根の逆数
で表される。
【００１３】
図８（ｂ）に示すようにアンテナ装置８ａを変形して、複数のシステム（仮に、第１システム及び第２システムという。）に共用可能なアンテナ装置８ｂを構成することができる。アンテナ装置８ｂは、アンテナ装置８ａの構成にスイッチ素子８４を付加し、アンテナ素子８０の図中上側の端部（上端）がスイッチ素子８４により切り換えられて給電端８５又は新たに設けられた給電端８６のいずれかに電気的に接続されるよう構成されたものである。
【００１４】
アンテナ装置８ｂは、アンテナ装置８ａと同様に給電端８５及び接地端８７を図示しない第１システム用の無線回路に接続すると共にスイッチ素子８４を給電端８５の側に切り換えることにより第１システム用のアンテナとして給電されるのに加えて、給電端８６及び接地端８７を別の図示しない第２システム用の無線回路に接続すると共にスイッチ素子８４を給電端８６の側に切り換えることにより第２システム用のアンテナとして給電される。
【００１５】
アンテナ素子８０のインダクタンス値及び抵抗値、容量性素子８１の容量値はそれぞれ図８（ａ）の場合と同じとし、スイッチ素子８４の導通抵抗をＲ（８４）とする。この値はアンテナ素子８０の抵抗値Ｒ（８０）に直列であるから、図８（ｂ）におけるアンテナ素子８０のＱ値をＱ（８ｂ）とすると、
Ｑ（８ｂ）＝（ω（８ａ）×Ｌ（８０））／（Ｒ（８４）＋Ｒ（８０））
で表される。
【００１６】
したがって、
Ｑ（８ｂ）＝Ｑ（８ａ）／（１＋（Ｒ（８４）／Ｒ（８０）））
となり、図８（ｂ）における（スイッチ素子８４を挿入したときの）アンテナ素子８０のＱ値は、図８（ａ）におけるアンテナ素子８０のＱ値に比べて低下する。
【００１７】
アンテナ素子８０の両端間に誘起される電圧値は上記のＱ値に比例するから、スイッチ素子８４を設けて給電端８５の側に切り換えたときのアンテナ装置８ｂの性能は、アンテナ装置８ａの性能に劣る。例えばＲ（８４）の値とＲ（８０）の値が略等しいとすると、スイッチ素子８４を挿入したことにより性能がほぼ半減することになる。
【００１８】
図８（ｃ）に示すようにアンテナ装置８ｂを変形して、アンテナ装置８ｃを構成する。アンテナ装置８ｃは、スイッチ素子８４を容量性素子８１と給電端８５（又は８６）との間に設けた点においてアンテナ装置８ｂと相違し、その他の点についてはアンテナ装置８ｂと同じである。
【００１９】
図８（ｃ）においてスイッチ素子８４を給電端８５の側に切り換えたときのアンテナ素子８０のＱ値は、図８（ａ）におけるのと同じＱ（８ａ）である。また、アンテナ素子８０と容量性素子８１からなる並列共振回路の共振角周波数は、図８（ａ）におけるのと同じω（８ａ）である。アンテナ素子８０と容量性素子８１からなる並列共振回路のインピーダンスの抵抗分は、その共振周波数ω（８ａ）において最も高くなり、一般にスイッチ素子８４の導通抵抗より数桁高い値をとる。したがって、スイッチ素子８４を設けたことにより生じるアンテナ素子８０の両端誘起電圧の低下は１パーセント以下にとどまり、図８（ｂ）の構成における上記の問題点（スイッチ素子８４の挿入に伴う性能の低下）は軽減される。
【００２０】
図８（ｄ）に示すようにアンテナ装置８ｃを変形して、アンテナ装置８ｄを構成する。アンテナ装置８ｄは、例えば４分の１波長モノポール型の付加アンテナ素子８９をアンテナ素子８０の上端と電気的に接続した点においてアンテナ装置８ｃと相違し、その他の点についてはアンテナ装置８ｃと同じである。
【００２１】
付加アンテナ素子８９は一般に、アンテナ素子８０と容量性素子８１からなる並列共振回路とは異なる共振周波数を有する。付加アンテナ素子８９の共振周波数における上記の並列共振回路のインピーダンスは、その並列共振角周波数ω（８ａ）における最大値に比べて低下する。したがって、スイッチ素子８４を給電端８６の側に切り換えたとき給電端８６から給電されるアンテナ電流は、付加アンテナ素子８９だけでなく上記の並列共振回路にも側流するため、付加アンテナ素子８９の損失が増大したのと等価である。
【００２２】
付加アンテナ素子８９の損失を改善するためアンテナ素子８０又は容量性素子８１の定数を調整すると、スイッチ素子８４を給電端８５の側に切り換えたときの共振周波数の値が変動する。すなわち、調整の独立性が保たれない。
【００２３】
以上、図８を参照して説明したところを要約すると、図８（ｂ）の構成では、スイッチ素子８４を挿入したことによりアンテナ素子８０のＱ値が低下してアンテナ性能が低下し、その点を改善した図８（ｃ）又は（ｄ）の構成では、付加アンテナ素子を設けてもその性能を十分に発揮することが難しいという問題があった。
【００２４】
本発明は上述した諸問題を解決するためになされたもので、多機能化された無線装置において、ループ状のアンテナ素子を各機能に係る複数のシステム間で共用化又は共通化したときの性能低下を防ぎ、かつ、ループ状のアンテナ素子を含むアンテナ装置の特性を機能別に独立して調整可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、第１の給電端と、第２の給電端と、第１の端部及び第２の端部を有し、ループ状に形成された導体からなるアンテナ素子と、前記アンテナ素子と並列に接続された第１の容量性素子と、前記アンテナ素子の第１の端部が、前記第１の給電端又は前記第２の給電端のうちいずれか一方と電気的に接続されるように切り換えるスイッチ素子と、一端が前記第１の給電端と電気的に接続され、他端が前記アンテナ素子の第２の端部と電気的に接続された第２の容量性素子とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の無線装置は、第１の給電端及び第２の給電端と、第１の端部及び第２の端部を有してループ状に形成された導体からなるアンテナ素子と、前記アンテナ素子と並列に接続された第１の容量性素子と、前記アンテナ素子の第１の端部が前記第１の給電端又は前記第２の給電端のいずれか一方と電気的に接続されるように切り換えるスイッチ素子と、一端が前記第１の給電端と電気的に接続され他端が前記アンテナ素子の第２の端部と電気的に接続された第２の容量性素子とを含んでなるアンテナ装置と、前記アンテナ装置の第１の給電端又は第２の給電端のうちの一方に接続された送受信回路と、前記アンテナ装置の第１の給電端又は第２の給電端のうちの他方に接続された受信回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ループ状のアンテナ素子及びスイッチ素子を含む共振回路の構成を選ぶことにより、多機能化された無線装置においてループ状のアンテナ素子を含む回路を複数のシステム間で共用化又は共通化し、かつ、ループ状のアンテナ素子を含むアンテナ装置の特性を機能別に独立して調整可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２９】
以下、図１を参照して、本発明の実施例１を説明する。図１（ａ）は、本発明の実施例１に係るアンテナ装置１の構成及び接続を表す図である。アンテナ装置１は、アンテナ素子１０、容量性素子１１、容量性素子１２及びスイッチ素子１４を有している。アンテナ素子１０はループ状に形成された導体からなる２端子素子で、図中の上側及び下側にそれぞれ端部（上端と下端）を有している。容量性素子１１及び容量性素子１２は、それぞれ例えば固定コンデンサ、可変コンデンサ、バラクタダイオード等の２端子素子である。スイッチ素子１４は、機械的スイッチ又は電子的スイッチ（半導体スイッチ等）である。容量性素子１１は、アンテナ素子１０と並列に接続されている。
【００３０】
アンテナ装置１は２のシステムに切り換えて共用可能に構成されており、給電端１５、給電端１６及び接地端１７を有している。アンテナ素子１０の上端は、スイッチ素子１４を介して給電端１５と電気的に接続されている。容量性素子１２は、一端が給電端１５と電気的に接続され、他端がアンテナ素子１０の下端及び接地端１７と電気的に接続される。
【００３１】
図１（ａ）において、アンテナ素子１０のインダクタンス値をＬ（１０）、Ｑ値をＱ（１ａ）、容量性素子１１の容量値をＣ（１１）、容量性素子１２の容量値をＣ（１２）とする。アンテナ素子１０は、容量性素子１１及び容量性素子１２と並列共振回路を構成し、その共振角周波数は（Ｌ（１０）×（Ｃ（１１）＋Ｃ（１２）））の平方根の逆数に等しい。この値により定まる周波数又はその近傍の周波数を用いるシステム（これを、第１のシステムと呼ぶ。）の図示しない無線回路を給電端１５及び接地端１７の間に接続することにより、アンテナ装置１を当該第１のシステムにおいて使用することができる。
【００３２】
第１のシステムにおいてスイッチ素子１４を設けたことによるアンテナ素子１０のＱ値の低下は、スイッチ素子１４の導通抵抗の値を、第１のシステムの使用周波数におけるアンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路のインピーダンスの抵抗分に比べて小さくすることにより、先に図８（ｃ）を参照して説明したのと同じように限定することができる。
【００３３】
図１（ｂ）は図１（ａ）と同じくアンテナ装置１の構成及び接続を表し、スイッチ素子１４が切り換えられた点を除いて図１（ａ）と同じ図である。アンテナ素子１０の上端は、スイッチ素子１４を介して給電端１６と電気的に接続されている。アンテナ素子１０は、容量性素子１１と並列共振回路を構成し、その共振角周波数は（Ｌ（１０）×Ｃ（１１））の平方根の逆数に等しい。この値により定まる周波数又はその近傍の周波数を用いるシステム（これを、第２のシステムと呼ぶ。）の図示しない無線回路を給電端１６及び接地端１７の間に接続することにより、アンテナ装置１を当該第２のシステムにおいて使用することができる。
【００３４】
第２のシステムにおいてスイッチ素子１４を設けたことによるアンテナ素子１０のＱ値の低下は、スイッチ素子１４の導通抵抗の値が、第２のシステムの使用周波数すなわちアンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路の共振周波数における当該並列共振回路のインピーダンスの抵抗分に比べて十分小さいことから、先に図８（ｃ）を参照して説明したのと同じように限定することができる。
【００３５】
本発明の実施例１によれば、スイッチ素子の切り換えによって１のループ状アンテナ素子を含む複数の共振回路を形成可能にすることにより、相異なる周波数で使用される複数のシステム用のアンテナを構成することができる。
【実施例２】
【００３６】
以下、図２を参照して、本発明の実施例２を説明する。図２（ａ）は、本発明の実施例２に係るアンテナ装置２の構成及び接続を表す図である。アンテナ装置２は、図１（ａ）又は（ｂ）に表したアンテナ装置１に容量性素子２３を付加したものであるから、アンテナ装置１と共通の構成については同じ符号を付して表し、説明を省略する。容量性素子２３は、例えば固定コンデンサ、可変コンデンサ、バラクタダイオード等の２端子素子である。容量性素子２３は、一端が給電端１６と電気的に接続され、他端がアンテナ素子１０の下端及び接地端１７と電気的に接続されている。
【００３７】
図２（ａ）においては、図１（ａ）を参照して説明したのと同様に、アンテナ素子１０の上端はスイッチ素子１４を介して給電端１５と電気的に接続されている。アンテナ素子１０、容量性素子１１及び容量性素子１２が構成する並列共振回路の共振角周波数は（Ｌ（１０）×（Ｃ（１１）＋Ｃ（１２）））の平方根の逆数に等しい。この値により定まる周波数又はその近傍の周波数を用いる第１のシステムの図示しない無線回路を給電端１５及び接地端１７の間に接続することにより、アンテナ装置２を当該第１のシステムにおいて使用することができる。
【００３８】
図２（ｂ）は図２（ａ）と同じくアンテナ装置２の構成及び接続を表し、スイッチ素子１４が切り換えられた点を除いて図２（ａ）と同じ図である。アンテナ素子１０の上端は、スイッチ素子１４を介して給電端１６と電気的に接続されている。アンテナ素子１０は、容量性素子２３及び容量性素子１１と並列共振回路を構成し、その共振角周波数は（Ｌ（１０）×（Ｃ（１１）＋Ｃ（２３）））の平方根の逆数に等しい（Ｃ（２３）は容量性素子２３の容量値。）。この値により定まる周波数又はその近傍の周波数を用いる第２のシステムの図示しない無線回路を給電端１６及び接地端１７の間に接続することにより、アンテナ装置２を当該第２のシステムにおいて使用することができる。
【００３９】
アンテナ装置２は、実施例１で説明したアンテナ装置１と同様に、相異なる周波数で使用される複数のシステム用のアンテナとして用いることができる。それぞれの周波数においてスイッチ素子１４を設けたことによるアンテナ素子１０のＱ値の低下は、スイッチ素子１４の導通抵抗の値をアンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路の上記各周波数におけるインピーダンスの抵抗分に比べて小さくすることにより、実施例１において説明したのと同じように限定することができる。
【００４０】
例えば、第１のシステムが非接触ＩＣカード、第２のシステムがリーダライタであるような場合には、両システムの使用周波数が同じか又は近い値をとる。実施例１は、アンテナ装置１が給電端１５から給電される第１のシステムの使用周波数が、給電端１６から給電される第２のシステムの使用周波数よりも高いことを前提としている。したがって、実施例１のアンテナ装置１を上記のように第１及び第２のシステムの使用周波数が同じか又は近い場合に適用することは難しい。
【００４１】
これに対して、アンテナ装置２は、上記のように第１及び第２のシステムの使用周波数が同じか又は近い場合にも容易に適用することができる。一方のシステムにおいて周波数の調整を行っても、他方のシステムに影響を与えないようにすることができる。
【００４２】
本発明の実施例２によれば、スイッチ素子の切り換えによって１のループ状アンテナ素子を含む複数の共振回路を形成可能にし、同じか又は近い値をとる周波数で使用される複数のシステム用のアンテナとして用いることができるという、付加的な効果が得られる。
【実施例３】
【００４３】
以下、図３を参照して、本発明の実施例３を説明する。図３（ａ）は、本発明の実施例３に係るアンテナ装置３の構成及び接続を表す図である。アンテナ装置３は、図１（ａ）又は（ｂ）に表したアンテナ装置１に付加アンテナ素子３０を付加したものであるから、アンテナ装置１と共通の構成については同じ符号を付して表し、説明を省略する。アンテナ装置３に含まれるアンテナ素子１０の上端は、スイッチ素子１４を介して給電端１５と電気的に接続されている。
【００４４】
付加アンテナ素子３０は、アンテナ素子１０の上端と電気的に接続される。付加アンテナ素子３０の共振周波数は、アンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路の共振周波数又はその近傍に設定される。例えば付加アンテナ素子３０が４分の１波長モノポールアンテナである場合には、スイッチ素子１４の切り換えにより給電端１６に接続された場合を考え、給電端１６からスイッチ素子１４を経て付加アンテナ素子３０の開放端までの線路長を選ぶことにより上記の設定が可能である。
【００４５】
図３（ａ）において、アンテナ素子１０は容量性素子１１及び容量性素子１２と並列共振回路を構成し、実施例１で説明したのと同じくその共振周波数又はその近傍の周波数を用いる第１のシステムにおいてアンテナ装置３を使用することができる。スイッチ素子１４を設けたことによるアンテナ素子１０のＱ値の低下は、実施例１と同様に限定することができる。付加アンテナ素子３０の共振周波数と上記の並列共振周波数との差を十分大きくとることにより、付加アンテナ素子３０が付加されたことによる影響を限定することができる。
【００４６】
図３（ｂ）は図３（ａ）と同じくアンテナ装置３の構成及び接続を表し、スイッチ素子１４が切り換えられた点を除いて図３（ａ）と同じ図である。付加アンテナ素子３０は、スイッチ素子１４を介して給電端１６と電気的に接続されている。アンテナ素子１０は、容量性素子１１と並列共振回路を構成し、その共振周波数において当該並列共振回路のインピーダンスは最も高い値をとる。したがって、図８（ｄ）に表した場合と異なり給電端１６から付加アンテナ素子３０に給電されるアンテナ電流の当該並列共振回路への側流は限定され、付加アンテナ素子３０の損失の増加を抑えることができる。
【００４７】
付加アンテナ素子３０の損失を改善するためアンテナ素子１０又は容量性素子１１の定数を調整した場合であっても、スイッチ素子１４を給電端１５の側に切り換えたときの共振周波数の値は容量性素子１２の定数によって調整することができる。すなわち、調整の独立性が保たれる。
【００４８】
本発明の実施例３によれば、スイッチ素子の切り換えによって１のループ状アンテナ素子を含む複数の共振回路を形成可能にすると共に、その一方の共振周波数又はその近傍の周波数に共振する付加アンテナ素子を設けることにより、相異なる周波数で使用される複数のシステム用のアンテナをスペース効率よく構成することができる。
【実施例４】
【００４９】
以下、図４を参照して、本発明の実施例４を説明する。図４（ａ）は、本発明の実施例４に係るアンテナ装置４の構成及び接続を表す図である。アンテナ装置４は、図３（ａ）又は（ｂ）に表したアンテナ装置３にスイッチ素子４４を付加したものであるから、アンテナ装置３と共通の構成については同じ符号を付して表し、説明を省略する。アンテナ素子１０の上端は、スイッチ素子１４を介して給電端１５と電気的に接続される。アンテナ素子１０の下端は、スイッチ素子４４を介して接地端１７と電気的に接続される。
【００５０】
図４（ａ）に表されたアンテナ装置４の回路は、図３（ａ）に表されたアンテナ装置３の回路と電気的に等価である。したがって、アンテナ素子１０は容量性素子１１及び容量性素子１２と並列共振回路を構成し、実施例１で説明したのと同じくその共振周波数又はその近傍の周波数を用いる第１のシステムにおいてアンテナ装置４を使用することができる。
【００５１】
図４（ｂ）は図４（ａ）と同じくアンテナ装置４の構成及び接続を表し、スイッチ素子１４及びスイッチ素子４４が切り換えられた点を除いて図４（ａ）と同じ図である。なお、スイッチ素子１４及びスイッチ素子４４は、上記のように連動して切り換えられるように構成されている。付加アンテナ素子３０は、スイッチ素子１４を介して給電端１６と電気的に接続されている。
【００５２】
アンテナ素子１０の下端は、スイッチ素子４４が切り換えられたために開放されている。その結果、給電端１６から付加アンテナ素子３０に給電されるアンテナ電流はアンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路へ側流せず、付加アンテナ素子３０の損失は増加しない。実施例３の場合と異なり、この効果を得るために付加アンテナ素子３０の共振周波数をアンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路の共振周波数又はその近傍に設定する必要はない。
【００５３】
本発明の実施例４によれば、付加アンテナ素子の共振周波数設定の自由度を高めることができるという、付加的な効果が得られる。
【実施例５】
【００５４】
以下、図５乃至図７を参照して、本発明の実施例５を説明する。図５は、本発明の実施例５に係る無線装置５の構成及び接続を表す図である。無線装置５は、実施例１において説明したアンテナ装置１と、送受信回路５１及び受信回路５２を備えている。アンテナ装置１の構成については、実施例１で説明した通りであるので再度の説明を省略する。
【００５５】
送受信回路５１は、実施例１で説明した第１のシステムの無線回路として、アンテナ装置１の給電端１５及び接地端１７に接続される。送受信回路５１は、例えば非接触ＩＣカード又はリーダライタ用の送受信回路であるが、これに限るものではない。受信回路５２は、実施例１で説明した第２のシステムの無線回路として、アンテナ装置１の給電端１６及び接地端１７に接続される。受信回路５２は、例えば読み取り専用装置用の受信回路であるが、これに限るものではない。無線装置５は、送受信回路５１の使用周波数が受信回路５２の使用周波数よりも高い場合に適用することができる。
【００５６】
図６は、本発明の実施例５に係る無線装置６の構成及び接続を表す図である。無線装置６は、実施例１において説明したアンテナ装置１と、送受信回路６１及び受信回路６２を備えている。
【００５７】
送受信回路６１は、実施例１で説明した第２のシステムの無線回路として、アンテナ装置１の給電端１６及び接地端１７に接続される。送受信回路６１は、例えば非接触ＩＣカード又はリーダライタ用の送受信回路であるが、これに限るものではない。受信回路６２は、実施例１で説明した第１のシステムの無線回路として、アンテナ装置１の給電端１５及び接地端１７に接続される。受信回路６２は、例えば読み取り専用装置用の受信回路であるが、これに限るものではない。無線装置６は、受信回路６２の使用周波数が送受信回路６１の使用周波数よりも高い場合に適用することができる。
【００５８】
なお図６に表した無線装置６の構成において、アンテナ装置１を実施例３で説明したアンテナ装置３又は実施例４で説明したアンテナ装置４と置き換え、送受信回路６１を例えば携帯電話又は無線ＬＡＮ用の送受信回路としてもよい。この場合には、受信回路６２の使用周波数が送受信回路６１の使用周波数より低くてもよい。
【００５９】
図７は、本発明の実施例５に係る無線装置７の構成及び接続を表す図である。無線装置７は、実施例２において説明したアンテナ装置２と、送受信回路７１及び受信回路７２を備えている。アンテナ装置２の構成については、実施例２で説明した通りであるので再度の説明を省略する。
【００６０】
送受信回路７１は、実施例２で説明した第１のシステムの無線回路として、アンテナ装置２の給電端１５及び接地端１７に接続される。送受信回路７１は、例えば非接触ＩＣカード又はリーダライタ用の送受信回路であるが、これに限るものではない。受信回路７２は、実施例２で説明した第２のシステムの無線回路として、アンテナ装置２の給電端１６及び接地端１７に接続される。受信回路７２は、例えば読み取り専用装置用の受信回路であるが、これに限るものではない。
【００６１】
無線装置７は、上述した無線装置５と同様に、送受信回路７１の使用周波数と受信回路７２の使用周波数が相異なる場合に適用することができる。無線装置７は、送受信回路７１の使用周波数と受信回路７２の使用周波数が同じか又は近い値をとる場合に適用することができる。送信回路の増幅器と受信回路の増幅器とで端子間容量が異なる場合に、アンテナ装置２の構成により複数の共振回路を独立して調整可能である利点が発揮される。
【００６２】
本発明の実施例５によれば、実施例１乃至実施例４において説明したアンテナ装置を複数のシステムに共用化又は共通化した無線装置を構成し、各システムの共振周波数を異ならせたり、周波数を同一にして独立に調整したりすることができる。
【００６３】
以上の実施例１乃至実施例５において説明したアンテナ装置又は無線装置の構成、接続、周波数等の条件は例示であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１に係るアンテナ装置の構成及び接続を表す図（（ａ）及び（ｂ）の区別はスイッチ素子の切り換えに対応する。）。
【図２】本発明の実施例２に係るアンテナ装置の構成及び接続を表す図（（ａ）及び（ｂ）の区別はスイッチ素子の切り換えに対応する。）。
【図３】本発明の実施例３に係るアンテナ装置の構成及び接続を表す図（（ａ）及び（ｂ）の区別はスイッチ素子の切り換えに対応する。）。
【図４】本発明の実施例４に係るアンテナ装置の構成及び接続を表す図（（ａ）及び（ｂ）の区別はスイッチ素子の切り換えに対応する。）。
【図５】本発明の実施例５に係る無線装置の第１の構成及び接続を表す図。
【図６】本発明の実施例５に係る無線装置の第２の構成及び接続を表す図。
【図７】本発明の実施例５に係る無線装置の第３の構成及び接続を表す図。
【図８】（ａ）は従来の非接触ＩＣカード等用のアンテナ装置の構成及び接続を表す図、（ｂ）はその変形例の構成及び接続を表す図、（ｃ）はさらに素子の位置関係を入れ換えた場合の構成及び接続を表す図、（ｄ）はさらに付加アンテナ素子を付加した場合の構成及び接続を表す図。
【符号の説明】
【００６５】
１、２、３、４ アンテナ装置
５、６、７ 無線装置
１０ アンテナ素子
１１、１２、２３ 容量性素子
１４ スイッチ素子
１５、１６ 給電端
１７ 接地端
３０ 付加アンテナ素子
５１、６１、７１ 送受信回路
５２、６２、７２ 受信回路
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置及び無線装置に係り、特にループ状に形成された導体をアンテナ素子として用いるアンテナ装置及び無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ループ状に形成された導体からなるアンテナ素子と、当該アンテナ素子を介して外部装置（リーダライタ）との間でデータを送受信する集積回路（ＩＣ）を内蔵したカード型のデバイスが知られている。このようなデバイスは、非接触ＩＣカードと呼ばれる。また、非接触ＩＣカードと等価な機能を内蔵した無線装置（例えば携帯電話機）が知られている。これらの非接触ＩＣカード又は無線装置は、例えば料金精算、入退室管理、認証等の目的に用いられる。
【０００３】
携帯電話機等の無線装置に、非接触ＩＣカード機能とリーダライタ機能の両方を搭載する技術も知られている（例えば、特許文献１参照。）。上記の特許文献１によれば、非接触ＩＣカード機能とリーダライタ機能を複合して半導体集積回路を構成し、共通のアンテナを介して外部のリーダライタ又は外部の非接触ＩＣカードとの通信を行うことができる旨が記載されている。
【０００４】
この他にも、リーダライタの小型化や効率の向上を図る技術が知られている（例えば、特許文献２又は特許文献３参照。）。上記の特許文献２によれば、リーダライタの送信部からループアンテナを含む第１の共振回路に接続し、ループアンテナから結合コンデンサ及び第２の共振回路を介して受信部に接続するように構成して送受分離することにより、送信効率と受信感度の両方を改善する旨が記載されている。
【０００５】
上記の特許文献３によれば、リーダライタの３端子化されたループコイルとコンデンサの接続の工夫により、マッチングと高調波の抑制を図ってアンテナ効率を改善する旨が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−７４４２３号公報（第２、７乃至１２ページ、図３）
【特許文献２】特開２００５−２６７４１号公報（第２、６乃至８ページ、図１）
【特許文献３】特開２００４−２３５８８４号公報（第２、６乃至９ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
携帯電話機等の無線装置に内蔵されるループ状のアンテナ素子（例えば非接触ＩＣカード機能又はリーダライタ機能に用いられるが、これらに限らない。）のサイズは、使用される周波数帯域（例えば現在実用化されている非接触ＩＣカードのシステムにおいては１３ＭＨｚ帯）により、かなり大きなものとなる場合がある。
【０００７】
一方、例えば携帯電話機のような無線装置は複数のシステム機能を搭載して多機能化する傾向にあるから、ループ状のアンテナ素子を他システムのアンテナにも共用したり、他システムのアンテナと回路を共通化したりすることができれば便宜であると共に、スペース効率も改善される。本発明が解決しようとする第１の課題は、上述したようなループ状のアンテナ素子の共用化又は共通化を図る点にある。
【０００８】
無線装置に複数の機能の両方を搭載する場合、それぞれの機能に用いられる周波数が相異なる場合（例えば携帯電話と非接触ＩＣカード）と、同一である場合（例えば非接触ＩＣカードとリーダライタ）が考えられる。上述した共用化又は共通化が図られるループ状のアンテナ素子を含むアンテナ装置は、それぞれの機能に係る無線回路に切り換えて接続される。当該アンテナ装置の共振周波数等の特性は、機能別に独立して調整可能であることが望ましい。本発明が解決しようとする第２の課題は、このような独立調整を可能にする点にある。
【０００９】
上述した特許文献１乃至特許文献３に開示された技術はいずれも、ループ状のアンテナ素子を上述したように共用化又は共通化するものではなく、上記の第１の課題を解決することはできないという問題があった。
【００１０】
上述した特許文献１に開示された技術は、非接触ＩＣカード機能とリーダライタ機能のそれぞれにおけるループ状のアンテナ素子の特性を独立に調整可能とするものではなく、上記の第２の課題を解決することはできないという問題があった。上述した特許文献２又は特許文献３に開示された技術は、リーダライタ機能のみに関するものであって、上記の第２の課題を解決することはできないという問題があった。
【００１１】
従来の非接触ＩＣカード又はリーダライタ用のアンテナ装置は、例えば図８（ａ）に示すように、ループ状のアンテナ素子と容量性素子からなる並列共振回路として構成される。図中のアンテナ装置８ａは、ループ状に形成された導体からなるアンテナ素子８０及び容量性素子８１が並列共振回路をなして構成される。アンテナ装置８ａは、給電端８５及び接地端８７を図示しない無線回路に接続することにより給電される。
【００１２】
アンテナ素子８０のインダクタンス値をＬ（８０）、抵抗値をＲ（８０）、容量性素子８１の容量値をＣ（８１）、アンテナ素子８０と容量性素子８１からなる並列共振回路の共振角周波数をω（８ａ）、アンテナ素子８０のＱ値をＱ（８ａ）とすると、
Ｑ（８ａ）＝（ω（８ａ）×Ｌ（８０））／Ｒ（８０）
ただしω（８ａ）＝（Ｌ（８０）×Ｃ（８１））の平方根の逆数
で表される。
【００１３】
図８（ｂ）に示すようにアンテナ装置８ａを変形して、複数のシステム（仮に、第１システム及び第２システムという。）に共用可能なアンテナ装置８ｂを構成することができる。アンテナ装置８ｂは、アンテナ装置８ａの構成にスイッチ素子８４を付加し、アンテナ素子８０の図中上側の端部（上端）がスイッチ素子８４により切り換えられて給電端８５又は新たに設けられた給電端８６のいずれかに電気的に接続されるよう構成されたものである。
【００１４】
アンテナ装置８ｂは、アンテナ装置８ａと同様に給電端８５及び接地端８７を図示しない第１システム用の無線回路に接続すると共にスイッチ素子８４を給電端８５の側に切り換えることにより第１システム用のアンテナとして給電されるのに加えて、給電端８６及び接地端８７を別の図示しない第２システム用の無線回路に接続すると共にスイッチ素子８４を給電端８６の側に切り換えることにより第２システム用のアンテナとして給電される。
【００１５】
アンテナ素子８０のインダクタンス値及び抵抗値、容量性素子８１の容量値はそれぞれ図８（ａ）の場合と同じとし、スイッチ素子８４の導通抵抗をＲ（８４）とする。この値はアンテナ素子８０の抵抗値Ｒ（８０）に直列であるから、図８（ｂ）におけるアンテナ素子８０のＱ値をＱ（８ｂ）とすると、
Ｑ（８ｂ）＝（ω（８ａ）×Ｌ（８０））／（Ｒ（８４）＋Ｒ（８０））
で表される。
【００１６】
したがって、
Ｑ（８ｂ）＝Ｑ（８ａ）／（１＋（Ｒ（８４）／Ｒ（８０）））
となり、図８（ｂ）における（スイッチ素子８４を挿入したときの）アンテナ素子８０のＱ値は、図８（ａ）におけるアンテナ素子８０のＱ値に比べて低下する。
【００１７】
アンテナ素子８０の両端間に誘起される電圧値は上記のＱ値に比例するから、スイッチ素子８４を設けて給電端８５の側に切り換えたときのアンテナ装置８ｂの性能は、アンテナ装置８ａの性能に劣る。例えばＲ（８４）の値とＲ（８０）の値が略等しいとすると、スイッチ素子８４を挿入したことにより性能がほぼ半減することになる。
【００１８】
図８（ｃ）に示すようにアンテナ装置８ｂを変形して、アンテナ装置８ｃを構成する。アンテナ装置８ｃは、スイッチ素子８４を容量性素子８１と給電端８５（又は８６）との間に設けた点においてアンテナ装置８ｂと相違し、その他の点についてはアンテナ装置８ｂと同じである。
【００１９】
図８（ｃ）においてスイッチ素子８４を給電端８５の側に切り換えたときのアンテナ素子８０のＱ値は、図８（ａ）におけるのと同じＱ（８ａ）である。また、アンテナ素子８０と容量性素子８１からなる並列共振回路の共振角周波数は、図８（ａ）におけるのと同じω（８ａ）である。アンテナ素子８０と容量性素子８１からなる並列共振回路のインピーダンスの抵抗分は、その共振周波数ω（８ａ）において最も高くなり、一般にスイッチ素子８４の導通抵抗より数桁高い値をとる。したがって、スイッチ素子８４を設けたことにより生じるアンテナ素子８０の両端誘起電圧の低下は１パーセント以下にとどまり、図８（ｂ）の構成における上記の問題点（スイッチ素子８４の挿入に伴う性能の低下）は軽減される。
【００２０】
図８（ｄ）に示すようにアンテナ装置８ｃを変形して、アンテナ装置８ｄを構成する。アンテナ装置８ｄは、例えば４分の１波長モノポール型の付加アンテナ素子８９をアンテナ素子８０の上端と電気的に接続した点においてアンテナ装置８ｃと相違し、その他の点についてはアンテナ装置８ｃと同じである。
【００２１】
付加アンテナ素子８９は一般に、アンテナ素子８０と容量性素子８１からなる並列共振回路とは異なる共振周波数を有する。付加アンテナ素子８９の共振周波数における上記の並列共振回路のインピーダンスは、その並列共振角周波数ω（８ａ）における最大値に比べて低下する。したがって、スイッチ素子８４を給電端８６の側に切り換えたとき給電端８６から給電されるアンテナ電流は、付加アンテナ素子８９だけでなく上記の並列共振回路にも側流するため、付加アンテナ素子８９の損失が増大したのと等価である。
【００２２】
付加アンテナ素子８９の損失を改善するためアンテナ素子８０又は容量性素子８１の定数を調整すると、スイッチ素子８４を給電端８５の側に切り換えたときの共振周波数の値が変動する。すなわち、調整の独立性が保たれない。
【００２３】
以上、図８を参照して説明したところを要約すると、図８（ｂ）の構成では、スイッチ素子８４を挿入したことによりアンテナ素子８０のＱ値が低下してアンテナ性能が低下し、その点を改善した図８（ｃ）又は（ｄ）の構成では、付加アンテナ素子を設けてもその性能を十分に発揮することが難しいという問題があった。
【００２４】
本発明は上述した諸問題を解決するためになされたもので、多機能化された無線装置において、ループ状のアンテナ素子を各機能に係る複数のシステム間で共用化又は共通化したときの性能低下を防ぎ、かつ、ループ状のアンテナ素子を含むアンテナ装置の特性を機能別に独立して調整可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、第１の給電端と、第２の給電端と、第１の端部及び第２の端部を有し、ループ状に形成された導体からなるアンテナ素子と、前記アンテナ素子と並列に接続された第１の容量性素子と、前記アンテナ素子の第１の端部が、前記第１の給電端又は前記第２の給電端のうちいずれか一方と電気的に接続されるように切り換えるスイッチ素子と、一端が前記第１の給電端と電気的に接続され、他端が前記アンテナ素子の第２の端部と電気的に接続された第２の容量性素子とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の無線装置は、第１の給電端及び第２の給電端と、第１の端部及び第２の端部を有してループ状に形成された導体からなるアンテナ素子と、前記アンテナ素子と並列に接続された第１の容量性素子と、前記アンテナ素子の第１の端部が前記第１の給電端又は前記第２の給電端のいずれか一方と電気的に接続されるように切り換えるスイッチ素子と、一端が前記第１の給電端と電気的に接続され他端が前記アンテナ素子の第２の端部と電気的に接続された第２の容量性素子とを含んでなるアンテナ装置と、前記アンテナ装置の第１の給電端又は第２の給電端のうちの一方に接続された送受信回路と、前記アンテナ装置の第１の給電端又は第２の給電端のうちの他方に接続された受信回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ループ状のアンテナ素子及びスイッチ素子を含む共振回路の構成を選ぶことにより、多機能化された無線装置においてループ状のアンテナ素子を含む回路を複数のシステム間で共用化又は共通化し、かつ、ループ状のアンテナ素子を含むアンテナ装置の特性を機能別に独立して調整可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２９】
以下、図１を参照して、本発明の実施例１を説明する。図１（ａ）は、本発明の実施例１に係るアンテナ装置１の構成及び接続を表す図である。アンテナ装置１は、アンテナ素子１０、容量性素子１１、容量性素子１２及びスイッチ素子１４を有している。アンテナ素子１０はループ状に形成された導体からなる２端子素子で、図中の上側及び下側にそれぞれ端部（上端と下端）を有している。容量性素子１１及び容量性素子１２は、それぞれ例えば固定コンデンサ、可変コンデンサ、バラクタダイオード等の２端子素子である。スイッチ素子１４は、機械的スイッチ又は電子的スイッチ（半導体スイッチ等）である。容量性素子１１は、アンテナ素子１０と並列に接続されている。
【００３０】
アンテナ装置１は２のシステムに切り換えて共用可能に構成されており、給電端１５、給電端１６及び接地端１７を有している。アンテナ素子１０の上端は、スイッチ素子１４を介して給電端１５と電気的に接続されている。容量性素子１２は、一端が給電端１５と電気的に接続され、他端がアンテナ素子１０の下端及び接地端１７と電気的に接続される。
【００３１】
図１（ａ）において、アンテナ素子１０のインダクタンス値をＬ（１０）、Ｑ値をＱ（１ａ）、容量性素子１１の容量値をＣ（１１）、容量性素子１２の容量値をＣ（１２）とする。アンテナ素子１０は、容量性素子１１及び容量性素子１２と並列共振回路を構成し、その共振角周波数は（Ｌ（１０）×（Ｃ（１１）＋Ｃ（１２）））の平方根の逆数に等しい。この値により定まる周波数又はその近傍の周波数を用いるシステム（これを、第１のシステムと呼ぶ。）の図示しない無線回路を給電端１５及び接地端１７の間に接続することにより、アンテナ装置１を当該第１のシステムにおいて使用することができる。
【００３２】
第１のシステムにおいてスイッチ素子１４を設けたことによるアンテナ素子１０のＱ値の低下は、スイッチ素子１４の導通抵抗の値を、第１のシステムの使用周波数におけるアンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路のインピーダンスの抵抗分に比べて小さくすることにより、先に図８（ｃ）を参照して説明したのと同じように限定することができる。
【００３３】
図１（ｂ）は図１（ａ）と同じくアンテナ装置１の構成及び接続を表し、スイッチ素子１４が切り換えられた点を除いて図１（ａ）と同じ図である。アンテナ素子１０の上端は、スイッチ素子１４を介して給電端１６と電気的に接続されている。アンテナ素子１０は、容量性素子１１と並列共振回路を構成し、その共振角周波数は（Ｌ（１０）×Ｃ（１１））の平方根の逆数に等しい。この値により定まる周波数又はその近傍の周波数を用いるシステム（これを、第２のシステムと呼ぶ。）の図示しない無線回路を給電端１６及び接地端１７の間に接続することにより、アンテナ装置１を当該第２のシステムにおいて使用することができる。
【００３４】
第２のシステムにおいてスイッチ素子１４を設けたことによるアンテナ素子１０のＱ値の低下は、スイッチ素子１４の導通抵抗の値が、第２のシステムの使用周波数すなわちアンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路の共振周波数における当該並列共振回路のインピーダンスの抵抗分に比べて十分小さいことから、先に図８（ｃ）を参照して説明したのと同じように限定することができる。
【００３５】
本発明の実施例１によれば、スイッチ素子の切り換えによって１のループ状アンテナ素子を含む複数の共振回路を形成可能にすることにより、相異なる周波数で使用される複数のシステム用のアンテナを構成することができる。
【実施例２】
【００３６】
以下、図２を参照して、本発明の実施例２を説明する。図２（ａ）は、本発明の実施例２に係るアンテナ装置２の構成及び接続を表す図である。アンテナ装置２は、図１（ａ）又は（ｂ）に表したアンテナ装置１に容量性素子２３を付加したものであるから、アンテナ装置１と共通の構成については同じ符号を付して表し、説明を省略する。容量性素子２３は、例えば固定コンデンサ、可変コンデンサ、バラクタダイオード等の２端子素子である。容量性素子２３は、一端が給電端１６と電気的に接続され、他端がアンテナ素子１０の下端及び接地端１７と電気的に接続されている。
【００３７】
図２（ａ）においては、図１（ａ）を参照して説明したのと同様に、アンテナ素子１０の上端はスイッチ素子１４を介して給電端１５と電気的に接続されている。アンテナ素子１０、容量性素子１１及び容量性素子１２が構成する並列共振回路の共振角周波数は（Ｌ（１０）×（Ｃ（１１）＋Ｃ（１２）））の平方根の逆数に等しい。この値により定まる周波数又はその近傍の周波数を用いる第１のシステムの図示しない無線回路を給電端１５及び接地端１７の間に接続することにより、アンテナ装置２を当該第１のシステムにおいて使用することができる。
【００３８】
図２（ｂ）は図２（ａ）と同じくアンテナ装置２の構成及び接続を表し、スイッチ素子１４が切り換えられた点を除いて図２（ａ）と同じ図である。アンテナ素子１０の上端は、スイッチ素子１４を介して給電端１６と電気的に接続されている。アンテナ素子１０は、容量性素子２３及び容量性素子１１と並列共振回路を構成し、その共振角周波数は（Ｌ（１０）×（Ｃ（１１）＋Ｃ（２３）））の平方根の逆数に等しい（Ｃ（２３）は容量性素子２３の容量値。）。この値により定まる周波数又はその近傍の周波数を用いる第２のシステムの図示しない無線回路を給電端１６及び接地端１７の間に接続することにより、アンテナ装置２を当該第２のシステムにおいて使用することができる。
【００３９】
アンテナ装置２は、実施例１で説明したアンテナ装置１と同様に、相異なる周波数で使用される複数のシステム用のアンテナとして用いることができる。それぞれの周波数においてスイッチ素子１４を設けたことによるアンテナ素子１０のＱ値の低下は、スイッチ素子１４の導通抵抗の値をアンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路の上記各周波数におけるインピーダンスの抵抗分に比べて小さくすることにより、実施例１において説明したのと同じように限定することができる。
【００４０】
例えば、第１のシステムが非接触ＩＣカード、第２のシステムがリーダライタであるような場合には、両システムの使用周波数が同じか又は近い値をとる。実施例１は、アンテナ装置１が給電端１５から給電される第１のシステムの使用周波数が、給電端１６から給電される第２のシステムの使用周波数よりも高いことを前提としている。したがって、実施例１のアンテナ装置１を上記のように第１及び第２のシステムの使用周波数が同じか又は近い場合に適用することは難しい。
【００４１】
これに対して、アンテナ装置２は、上記のように第１及び第２のシステムの使用周波数が同じか又は近い場合にも容易に適用することができる。一方のシステムにおいて周波数の調整を行っても、他方のシステムに影響を与えないようにすることができる。
【００４２】
本発明の実施例２によれば、スイッチ素子の切り換えによって１のループ状アンテナ素子を含む複数の共振回路を形成可能にし、同じか又は近い値をとる周波数で使用される複数のシステム用のアンテナとして用いることができるという、付加的な効果が得られる。
【実施例３】
【００４３】
以下、図３を参照して、本発明の実施例３を説明する。図３（ａ）は、本発明の実施例３に係るアンテナ装置３の構成及び接続を表す図である。アンテナ装置３は、図１（ａ）又は（ｂ）に表したアンテナ装置１に付加アンテナ素子３０を付加したものであるから、アンテナ装置１と共通の構成については同じ符号を付して表し、説明を省略する。アンテナ装置３に含まれるアンテナ素子１０の上端は、スイッチ素子１４を介して給電端１５と電気的に接続されている。
【００４４】
付加アンテナ素子３０は、アンテナ素子１０の上端と電気的に接続される。付加アンテナ素子３０の共振周波数は、アンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路の共振周波数又はその近傍に設定される。例えば付加アンテナ素子３０が４分の１波長モノポールアンテナである場合には、スイッチ素子１４の切り換えにより給電端１６に接続された場合を考え、給電端１６からスイッチ素子１４を経て付加アンテナ素子３０の開放端までの線路長を選ぶことにより上記の設定が可能である。
【００４５】
図３（ａ）において、アンテナ素子１０は容量性素子１１及び容量性素子１２と並列共振回路を構成し、実施例１で説明したのと同じくその共振周波数又はその近傍の周波数を用いる第１のシステムにおいてアンテナ装置３を使用することができる。スイッチ素子１４を設けたことによるアンテナ素子１０のＱ値の低下は、実施例１と同様に限定することができる。付加アンテナ素子３０の共振周波数と上記の並列共振周波数との差を十分大きくとることにより、付加アンテナ素子３０が付加されたことによる影響を限定することができる。
【００４６】
図３（ｂ）は図３（ａ）と同じくアンテナ装置３の構成及び接続を表し、スイッチ素子１４が切り換えられた点を除いて図３（ａ）と同じ図である。付加アンテナ素子３０は、スイッチ素子１４を介して給電端１６と電気的に接続されている。アンテナ素子１０は、容量性素子１１と並列共振回路を構成し、その共振周波数において当該並列共振回路のインピーダンスは最も高い値をとる。したがって、図８（ｄ）に表した場合と異なり給電端１６から付加アンテナ素子３０に給電されるアンテナ電流の当該並列共振回路への側流は限定され、付加アンテナ素子３０の損失の増加を抑えることができる。
【００４７】
付加アンテナ素子３０の損失を改善するためアンテナ素子１０又は容量性素子１１の定数を調整した場合であっても、スイッチ素子１４を給電端１５の側に切り換えたときの共振周波数の値は容量性素子１２の定数によって調整することができる。すなわち、調整の独立性が保たれる。
【００４８】
本発明の実施例３によれば、スイッチ素子の切り換えによって１のループ状アンテナ素子を含む複数の共振回路を形成可能にすると共に、その一方の共振周波数又はその近傍の周波数に共振する付加アンテナ素子を設けることにより、相異なる周波数で使用される複数のシステム用のアンテナをスペース効率よく構成することができる。
【実施例４】
【００４９】
以下、図４を参照して、本発明の実施例４を説明する。図４（ａ）は、本発明の実施例４に係るアンテナ装置４の構成及び接続を表す図である。アンテナ装置４は、図３（ａ）又は（ｂ）に表したアンテナ装置３にスイッチ素子４４を付加したものであるから、アンテナ装置３と共通の構成については同じ符号を付して表し、説明を省略する。アンテナ素子１０の上端は、スイッチ素子１４を介して給電端１５と電気的に接続される。アンテナ素子１０の下端は、スイッチ素子４４を介して接地端１７と電気的に接続される。
【００５０】
図４（ａ）に表されたアンテナ装置４の回路は、図３（ａ）に表されたアンテナ装置３の回路と電気的に等価である。したがって、アンテナ素子１０は容量性素子１１及び容量性素子１２と並列共振回路を構成し、実施例１で説明したのと同じくその共振周波数又はその近傍の周波数を用いる第１のシステムにおいてアンテナ装置４を使用することができる。
【００５１】
図４（ｂ）は図４（ａ）と同じくアンテナ装置４の構成及び接続を表し、スイッチ素子１４及びスイッチ素子４４が切り換えられた点を除いて図４（ａ）と同じ図である。なお、スイッチ素子１４及びスイッチ素子４４は、上記のように連動して切り換えられるように構成されている。付加アンテナ素子３０は、スイッチ素子１４を介して給電端１６と電気的に接続されている。
【００５２】
アンテナ素子１０の下端は、スイッチ素子４４が切り換えられたために開放されている。その結果、給電端１６から付加アンテナ素子３０に給電されるアンテナ電流はアンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路へ側流せず、付加アンテナ素子３０の損失は増加しない。実施例３の場合と異なり、この効果を得るために付加アンテナ素子３０の共振周波数をアンテナ素子１０と容量性素子１１からなる並列共振回路の共振周波数又はその近傍に設定する必要はない。
【００５３】
本発明の実施例４によれば、付加アンテナ素子の共振周波数設定の自由度を高めることができるという、付加的な効果が得られる。
【実施例５】
【００５４】
以下、図５乃至図７を参照して、本発明の実施例５を説明する。図５は、本発明の実施例５に係る無線装置５の構成及び接続を表す図である。無線装置５は、実施例１において説明したアンテナ装置１と、送受信回路５１及び受信回路５２を備えている。アンテナ装置１の構成については、実施例１で説明した通りであるので再度の説明を省略する。
【００５５】
送受信回路５１は、実施例１で説明した第１のシステムの無線回路として、アンテナ装置１の給電端１５及び接地端１７に接続される。送受信回路５１は、例えば非接触ＩＣカード又はリーダライタ用の送受信回路であるが、これに限るものではない。受信回路５２は、実施例１で説明した第２のシステムの無線回路として、アンテナ装置１の給電端１６及び接地端１７に接続される。受信回路５２は、例えば読み取り専用装置用の受信回路であるが、これに限るものではない。無線装置５は、送受信回路５１の使用周波数が受信回路５２の使用周波数よりも高い場合に適用することができる。
【００５６】
図６は、本発明の実施例５に係る無線装置６の構成及び接続を表す図である。無線装置６は、実施例１において説明したアンテナ装置１と、送受信回路６１及び受信回路６２を備えている。
【００５７】
送受信回路６１は、実施例１で説明した第２のシステムの無線回路として、アンテナ装置１の給電端１６及び接地端１７に接続される。送受信回路６１は、例えば非接触ＩＣカード又はリーダライタ用の送受信回路であるが、これに限るものではない。受信回路６２は、実施例１で説明した第１のシステムの無線回路として、アンテナ装置１の給電端１５及び接地端１７に接続される。受信回路６２は、例えば読み取り専用装置用の受信回路であるが、これに限るものではない。無線装置６は、受信回路６２の使用周波数が送受信回路６１の使用周波数よりも高い場合に適用することができる。
【００５８】
なお図６に表した無線装置６の構成において、アンテナ装置１を実施例３で説明したアンテナ装置３又は実施例４で説明したアンテナ装置４と置き換え、送受信回路６１を例えば携帯電話又は無線ＬＡＮ用の送受信回路としてもよい。この場合には、受信回路６２の使用周波数が送受信回路６１の使用周波数より低くてもよい。
【００５９】
図７は、本発明の実施例５に係る無線装置７の構成及び接続を表す図である。無線装置７は、実施例２において説明したアンテナ装置２と、送受信回路７１及び受信回路７２を備えている。アンテナ装置２の構成については、実施例２で説明した通りであるので再度の説明を省略する。
【００６０】
送受信回路７１は、実施例２で説明した第１のシステムの無線回路として、アンテナ装置２の給電端１５及び接地端１７に接続される。送受信回路７１は、例えば非接触ＩＣカード又はリーダライタ用の送受信回路であるが、これに限るものではない。受信回路７２は、実施例２で説明した第２のシステムの無線回路として、アンテナ装置２の給電端１６及び接地端１７に接続される。受信回路７２は、例えば読み取り専用装置用の受信回路であるが、これに限るものではない。
【００６１】
無線装置７は、上述した無線装置５と同様に、送受信回路７１の使用周波数と受信回路７２の使用周波数が相異なる場合に適用することができる。無線装置７は、送受信回路７１の使用周波数と受信回路７２の使用周波数が同じか又は近い値をとる場合に適用することができる。送信回路の増幅器と受信回路の増幅器とで端子間容量が異なる場合に、アンテナ装置２の構成により複数の共振回路を独立して調整可能である利点が発揮される。
【００６２】
本発明の実施例５によれば、実施例１乃至実施例４において説明したアンテナ装置を複数のシステムに共用化又は共通化した無線装置を構成し、各システムの共振周波数を異ならせたり、周波数を同一にして独立に調整したりすることができる。
【００６３】
以上の実施例１乃至実施例５において説明したアンテナ装置又は無線装置の構成、接続、周波数等の条件は例示であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１に係るアンテナ装置の構成及び接続を表す図（（ａ）及び（ｂ）の区別はスイッチ素子の切り換えに対応する。）。
【図２】本発明の実施例２に係るアンテナ装置の構成及び接続を表す図（（ａ）及び（ｂ）の区別はスイッチ素子の切り換えに対応する。）。
【図３】本発明の実施例３に係るアンテナ装置の構成及び接続を表す図（（ａ）及び（ｂ）の区別はスイッチ素子の切り換えに対応する。）。
【図４】本発明の実施例４に係るアンテナ装置の構成及び接続を表す図（（ａ）及び（ｂ）の区別はスイッチ素子の切り換えに対応する。）。
【図５】本発明の実施例５に係る無線装置の第１の構成及び接続を表す図。
【図６】本発明の実施例５に係る無線装置の第２の構成及び接続を表す図。
【図７】本発明の実施例５に係る無線装置の第３の構成及び接続を表す図。
【図８】（ａ）は従来の非接触ＩＣカード等用のアンテナ装置の構成及び接続を表す図、（ｂ）はその変形例の構成及び接続を表す図、（ｃ）はさらに素子の位置関係を入れ換えた場合の構成及び接続を表す図、（ｄ）はさらに付加アンテナ素子を付加した場合の構成及び接続を表す図。
【符号の説明】
【００６５】
１、２、３、４ アンテナ装置
５、６、７ 無線装置
１０ アンテナ素子
１１、１２、２３ 容量性素子
１４ スイッチ素子
１５、１６ 給電端
１７ 接地端
３０ 付加アンテナ素子
５１、６１、７１ 送受信回路
５２、６２、７２ 受信回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の給電端と、
第２の給電端と、
第１の端部及び第２の端部を有し、ループ状に形成された導体からなるアンテナ素子と、
前記アンテナ素子と並列に接続された第１の容量性素子と、
前記アンテナ素子の第１の端部が、前記第１の給電端又は前記第２の給電端のうちいずれか一方と電気的に接続されるように切り換えるスイッチ素子と、
一端が前記第１の給電端と電気的に接続され、他端が前記アンテナ素子の第２の端部と電気的に接続された第２の容量性素子とを
備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
一端が前記第２の給電端と電気的に接続され、他端が前記アンテナ素子の第２の端部と電気的に接続された第３の容量性素子を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子の第１の端部と電気的に接続され、前記アンテナ素子のインダクタンス値及び前記第１の容量性素子の容量値によって定まる共振周波数又はその近傍で共振する付加アンテナ素子を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナ素子の第１の端部と電気的に接続された付加アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の第１の端部が前記第２の給電端と電気的に接続されるように前記スイッチ素子を切り換えたとき、前記アンテナ素子の第２の端部が開放されるように前記アンテナ素子の第２の端部に電気的に接続された付加スイッチ素子を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
第１の給電端及び第２の給電端と、第１の端部及び第２の端部を有してループ状に形成された導体からなるアンテナ素子と、前記アンテナ素子と並列に接続された第１の容量性素子と、前記アンテナ素子の第１の端部が前記第１の給電端又は前記第２の給電端のいずれか一方と電気的に接続されるように切り換えるスイッチ素子と、一端が前記第１の給電端と電気的に接続され他端が前記アンテナ素子の第２の端部と電気的に接続された第２の容量性素子とを含んでなるアンテナ装置と、
前記アンテナ装置の第１の給電端又は第２の給電端のうちの一方に接続された送受信回路と、
前記アンテナ装置の第１の給電端又は第２の給電端のうちの他方に接続された受信回路とを
備えたことを特徴とする無線装置。
【請求項１】
第１の給電端と、
第２の給電端と、
第１の端部及び第２の端部を有し、ループ状に形成された導体からなるアンテナ素子と、
前記アンテナ素子と並列に接続された第１の容量性素子と、
前記アンテナ素子の第１の端部が、前記第１の給電端又は前記第２の給電端のうちいずれか一方と電気的に接続されるように切り換えるスイッチ素子と、
一端が前記第１の給電端と電気的に接続され、他端が前記アンテナ素子の第２の端部と電気的に接続された第２の容量性素子とを
備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
一端が前記第２の給電端と電気的に接続され、他端が前記アンテナ素子の第２の端部と電気的に接続された第３の容量性素子を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子の第１の端部と電気的に接続され、前記アンテナ素子のインダクタンス値及び前記第１の容量性素子の容量値によって定まる共振周波数又はその近傍で共振する付加アンテナ素子を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナ素子の第１の端部と電気的に接続された付加アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の第１の端部が前記第２の給電端と電気的に接続されるように前記スイッチ素子を切り換えたとき、前記アンテナ素子の第２の端部が開放されるように前記アンテナ素子の第２の端部に電気的に接続された付加スイッチ素子を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
第１の給電端及び第２の給電端と、第１の端部及び第２の端部を有してループ状に形成された導体からなるアンテナ素子と、前記アンテナ素子と並列に接続された第１の容量性素子と、前記アンテナ素子の第１の端部が前記第１の給電端又は前記第２の給電端のいずれか一方と電気的に接続されるように切り換えるスイッチ素子と、一端が前記第１の給電端と電気的に接続され他端が前記アンテナ素子の第２の端部と電気的に接続された第２の容量性素子とを含んでなるアンテナ装置と、
前記アンテナ装置の第１の給電端又は第２の給電端のうちの一方に接続された送受信回路と、
前記アンテナ装置の第１の給電端又は第２の給電端のうちの他方に接続された受信回路とを
備えたことを特徴とする無線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−６１００９（Ｐ２００８−６１００９Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３６８０１（Ｐ２００６−２３６８０１）
【出願日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]