アンテナ装置

【課題】アンテナを小型化でき、さらにはアンテナを小型化してもアンテナの性能を保持することが可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】表面にＧＮＤパターンと給電パターンが、その面上に設けられた基板と、予め定められた螺旋軸方向に沿って螺旋状に伸びる螺旋部を有する外部エレメントと、外部エレメントの内側に予め定められた間隔を隔てて配置され、外部エレメントの螺旋軸方向に沿って螺旋状に伸びる螺旋部を有する内部エレメントと、を有し、２つのエレメントのうち、いずれか一方の一端を給電パターンに接続し、他方の一端をＧＮＤパターンに接続してアンテナを構成し、外部エレメントの螺旋部の外周縁の少なくとも一部が、基板上に形成されて外部エレメントとの間で静電容量を発生する静電容量発生部材と、予め定められた距離を隔てて対向するように、アンテナを配置する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両や住宅等に用いられるキーレスリモートシステムなどのアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両や住宅等に用いられるキーレスリモートシステム用の無線機（いわゆるキーレス受信機）のように、ＵＨＦ，ＶＨＦ帯といった比較的波長の長い（数十ｃｍ〜数ｍ）領域の電波を使用するアンテナ装置においては、アンテナ装置の大きさはアンテナの大きさにより決定するといってもよい。したがって、アンテナ装置を小型化するためにはアンテナを小型化することが重要である。
【０００３】
本願出願人は、一方を信号線とし、他方をＧＮＤ線とする２つのエレメントとして、螺旋状に延びる外部エレメントの内部に、間隔を隔てて外部エレメントの軸方向に沿って螺旋状に延びる形状とした内部エレメントを配置し、２つのエレメントに接触されて２つのエレメントを所定の位置関係に保持する誘電体からなる保持部材を備え、２つのエレメントが、基板に固定される側において螺旋部に連結された端部として、基板のランド形成面に略平行とされた部位を含む表面実装部をそれぞれ有し、表面実装部が互いに異なるランドとそれぞれ接続されているアンテナ装置を考案している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２７８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、保持部材によって２つのエレメントが所定の位置関係に保持されるので、アンテナの性能を保持することができるとともに、誘電体を用いて保持部材を構成しているので、これによってエレメントを流れる高周波電流の波長短縮が生じ、基板のランド形成面からのアンテナの高さ（アンテナ装置の体格）を小型化することができる。
【０００６】
しかし、誘電体を用いることによる誘電体損が生じるため小型化に限界がある。
【０００７】
図１４に、特許文献１のアンテナ装置の概略図（上面図および側面図）、図１５に、図１４の構成における等価回路を示す（９ｂについては後述）。図１５のように、アンテナエレメント（１２０，１３０）は、それぞれ、コイル（Ｌ２２，Ｌ２３），コンデンサ（Ｃ２２，Ｃ２３），抵抗（Ｒ２２，Ｒ２３）を含む直列共振回路として表すことができる。また、それぞれのエレメントのインピーダンスは、Ｚ２２，Ｚ２３である。
【０００８】
アンテナの自己共振周波数ｆは、アンテナエレメントの内部インピーダンスの容量ＣとインダクタンスＬで一意に決まり、ｆ＝１／｛２π（√ＬＣ）｝の関係がある。つまり、アンテナの小型化を実現するためには、ＣやＬを大きくできる構成とすることが重要である（もちろん、整合回路を用いて所望の周波数に共振させることは可能だが、整合損によるアンテナ利得低下は避けられない）。
【０００９】
図１４，図１５では、内外エレメント間の寄生容量Ｃ２１を介して直列共振回路を構成している。従来技術では、アンテナエレメントが螺旋構造となっており、インダクタンスＬ２２，Ｌ２３を比較的大きくできるため、λ／２よりも短いアンテナ長で共振できる。つまり、小型化できる。しかし、下記２点の理由から、従来技術の構成では小型化に限界がある。
【００１０】
・理由１：さらなる小型化には内外エレメントの螺旋部（１２１，１３１）の巻回数を増やす必要がある。しかし、螺旋部のピッチ間の容量Ｃ２２，Ｃ２３が増えるため、合成容量Ｃとしては減少し、Ｌの増加が合成容量Ｃの減少で相殺され、大幅な小型化は期待できない（すなわち、自己共振周波数ｆの減少に繋がらない）。
・理由２：螺旋の径を大きくすることで、Ｃの減少を抑えながらＬの増加を期待できるが、アンテナの大型化が避けられない。
【００１１】
上記問題点を背景として、本発明の課題は、アンテナを小型化でき、さらにはアンテナを小型化してもアンテナの性能を保持することが可能なアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１２】
上記課題を解決するためのアンテナ装置は、ＧＮＤパターンと給電パターンが、その面上に設けられた基板と、予め定められた螺旋軸方向に沿って螺旋状に伸びる螺旋部を有する外部エレメントと、外部エレメントの内側に予め定められた間隔を隔てて配置され、外部エレメントの螺旋軸方向に沿って螺旋状に伸びる螺旋部を有する内部エレメントと、を有し、２つのエレメントのうち、いずれか一方のエレメントの一端を給電パターンに接続し、他方のエレメントの一端をＧＮＤパターンに接続してアンテナを構成し、外部エレメントの螺旋部の外周縁の少なくとも一部が、基板上に形成された、外部エレメントとの間で静電容量を発生する静電容量発生部材と、予め定められた距離を隔てて対向するように、アンテナを配置することを特徴とする。
【００１３】
上記構成によって、外部エレメントと基板上の静電容量発生部材との間で静電容量を発生することで、アンテナにおける上述の合成容量Ｃを増加できるため（詳細は後述）、従来技術の構成と比べて、小型（短いアンテナ長）で所望の周波数に共振することが可能となる。
【００１４】
また、本発明のアンテナ装置は、外部エレメントの螺旋部の巻回数と、内部エレメントの螺旋部の巻回数とが異なるように定められる。
【００１５】
上記構成によって、外部エレメントと内部エレメントとの対向面積が小さくなり、内外エレメント間の寄生容量を小さくすることができ、上述の合成容量における寄生容量の影響を低減することができる。
【００１６】
また、本発明のアンテナ装置は、基板に取り付けられて、外部エレメントおよび内部エレメントのうちの少なくとも一方を支持する支持部を有する。
【００１７】
上記構成によって、外部エレメントの螺旋部の外周縁と静電容量発生部材との間隔、あるいは内外エレメントの間隔を所望の状態に保つことができる。
【００１８】
また、本発明のアンテナ装置は、静電容量発生部材を、外部エレメントの螺旋部の先端部の螺旋面に対向するように配置する。
【００１９】
上記構成によって、アンテナにおける上述の合成容量Ｃをさらに増加でき、アンテナをより小型化できる。
【００２０】
また、本発明のアンテナ装置は、静電容量発生部材としてＧＮＤパターンを用いる。
【００２１】
ＧＮＤパターンは、回路が確実に動作するため、あるいはノイズ対策のために、他の配線パターンよりも比較的太くあるいは広く形成されている。上記構成によって、基板の配線パターンを大きく変更することなく、アンテナを配置することができる。また、基板上におけるアンテナの配置の自由度も高くなる。
【００２２】
また、本発明のアンテナ装置における静電容量発生部材は、ＧＮＤパターン上の少なくとも一部に形成された誘電層を含む。
【００２３】
上記構成によって、外部エレメントとの間で発生する静電容量を大きくすることができ、アンテナをさらに小型化することができる。
【００２４】
また、本発明のアンテナ装置は、外部エレメントの外周縁が誘電層に接触し、誘電層が外部エレメントを支持する。
【００２５】
上記構成によって、支持部を小型化することができる。また、支持部が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のアンテナ装置の構成を示す正面図。
【図２】図１の上面図。
【図３】図１のＡ方向から見た右側面図。
【図４】本発明のアンテナ装置で発生する静電容量を示す図。
【図５】本発明のアンテナ装置の等価回路を示す図。
【図６】本発明の構成における共振周波数とアンテナ長との関係を示す図。
【図７】ＧＮＤパターンの構成の別例を示す図。
【図８】ＧＮＤパターンの構成の別例を示す図。
【図９】ＧＮＤパターンの構成の別例を示す図。
【図１０】本発明のアンテナ装置の構成の別例を示す正面図。
【図１１】図１０のＡ方向から見た右側面図。
【図１２】本発明のアンテナ装置の構成の別例を示す正面図。
【図１３】図１２の上面図。
【図１４】従来構成のアンテナ装置の上面図および側面図。
【図１５】従来構成のアンテナ装置の等価回路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明のアンテナ装置について、図面を用いて説明する。図１にアンテナ装置１の正面図を、図２にアンテナ装置１を基板２の上面から見た上面図（支持部７を除く）を、図３に図１のアンテナ装置１をＡ方向から見た右側面図を、それぞれ示す。アンテナ装置１は、例えば車両や住宅等に用いられるキーレスリモートシステムの受信機として構成されている。
【００２８】
アンテナ装置１は、要部として、基板２と、外部エレメント５と内部エレメント６の２つのエレメントからなり、基板２に実装されたアンテナ１０と、アンテナ１０を支持する支持部７を有している。
【００２９】
基板２は、例えば周知のプリント配線基板であり、その表面には、ＧＮＤ電位（接地電位ともいう）が供給される、例えば金属薄膜状のＧＮＤパターン３、および例えば金属薄膜状の給電パターン４が形成され、外部エレメント５の一端５ｂがＧＮＤパターン３に接続され、内部エレメント６の一端６ｂが給電パターン４に接続されている。そして、アンテナ１０からの受信信号は、インピーダンスマッチングのための図示されない整合素子を介して、給電パターン４によって図示されないＲＦ（Radio Frequency）回路（２０）に伝送されるように構成されている。なお、ＧＮＤパターン３が本発明の静電容量発生部材に相当する。
【００３０】
アンテナ１０は、基板２のランド形成面に沿った方向（例えば、基板２の表面と略平行方向）に螺旋状に延びる螺旋部５ａを有する外部エレメント５と、外部エレメント５の内側に間隔を隔てて配置され、外部エレメント５の軸方向Ｐに沿って螺旋状に延びる螺旋部６ａを有する内部エレメント６とを有し、２つのエレメント５，６の一方を信号線（本実施例では内部エレメント６）とし、他方をＧＮＤ線（本実施例では外部エレメント５）とするＬ（インダクタンス）Ｃ（キャパシタンス）共振回路構成のアンテナである。
【００３１】
本実施例では、図２に示すように、導体線を、内径Ｒ１、螺旋間ピッチＰ１で平面円形状となるように螺旋状に巻回して外部エレメント５を構成している。また、導体線を、Ｒ１よりも小さい内径Ｒ２、螺旋間ピッチＰ２で平面円形状となるように螺旋状に巻回して内部エレメント６を構成している。そして、外部エレメント５の螺旋部５ａの長さＬ１と内部エレメント６の螺旋部６ａの長さＬ２は略等しくなっている。
【００３２】
なお、外部エレメント５の巻回数と内部エレメント６の巻回数とが異なる（つまり、螺旋間ピッチＰ１，Ｐ２が異なる）ようにすることが望ましい。これにより、外部エレメント５と内部エレメント６との対向面積が小さくなるので、内外エレメント間の寄生容量Ｃ１（図４，図５参照）を、より小さくすることができる。また、内部エレメント６に螺旋部６ａを設けず、直線形状（巻回数がゼロ回の螺旋）としてもよい。
【００３３】
図２，図３のように、基板２の表面上の給電パターン４以外の領域には、ＧＮＤパターン３が形成され、外部エレメント５の螺旋部５ａの外縁とＧＮＤパターン３との間隙が予め定められた値ｄとなるように、アンテナ１０が配置されている。
【００３４】
支持部７は、外部エレメント支持部７ａと内部エレメント支持部７ｂを含み、アンテナ１０の先端部（ＧＮＤパターン３および給電パターン４に接続されていない端部）に取り付けられている。そして、それぞれ外部エレメント５の先端部および内部エレメント６の先端部のうち少なくとも一方を支持し、螺旋部５ａとＧＮＤパターン３との間隔ｄ、および外部エレメント５と内部エレメント６との間隔を略一定としている。
【００３５】
無論、アンテナ１０の材質、螺旋部の長さ（Ｌ１，Ｌ２）、あるいは基板との接続強度を適切なものとして、アンテナ１０のみで螺旋部５ａとＧＮＤパターン３との間隔ｄ、および外部エレメント５と内部エレメント６との間隔（例えば、（Ｒ１−Ｒ２）／２）を維持できるときには、外部エレメント支持部７ａと内部エレメント支持部７ｂのいずれか一方または支持部７全体は不要となる。
【００３６】
図４に、本発明のアンテナ装置１で発生する静電容量を示す。アンテナ装置１では、内外エレメント間の寄生容量Ｃ１，外部エレメント５の螺旋部５ａのピッチ間の静電容量Ｃ２，内部エレメント６の螺旋部６ａのピッチ間の静電容量Ｃ３の他に、外部エレメント５〜ＧＤＮパターン３間の静電容量Ｃ４，内部エレメント６〜ＧＤＮパターン３間の静電容量Ｃ５が発生する。
【００３７】
図５に、本発明のアンテナ装置１の等価回路を示す。上述の内外エレメント間の寄生容量Ｃ１を介して外部エレメント５（Ｒ２，Ｃ２，Ｌ２）および内部エレメント６（Ｒ３，Ｃ３，Ｌ３）が直列に接続され、それぞれのエレメントがＧＮＤパターン３と高周波的に結合された、並列共振回路を構成する。特に外部エレメント５とＧＮＤパターン３は物理的に近接しており、強く結合している。このような構成とすることで、各エレメント（５，６）のインダクタンス（Ｌ２，Ｌ３）を維持したまま、合成容量Ｃを増加できるため、従来技術の構成と比べて、小型（短いアンテナ長）で所望の周波数に共振することが可能である。また、アンテナ長が短くなることで、各螺旋部の巻回数も少なくなり、ピッチ間の容量Ｃ２，Ｃ３も小さくすることができる。
【００３８】
図６に本発明のアンテナ装置１の構成と従来技術の構成とを比較した、共振周波数とアンテナ長との関係の、数値計算シミュレーション結果を示す。共振周波数が例えば２６５〜２８５ＭＨｚのときには、共振させるために必要なアンテナ長は、本発明の構成を適用することで従来技術の構成と比べ、約１００ｍｍ短くすることができる。つまり、本発明の構成では、従来技術の構成と比べ、より小型化が可能となる。
【００３９】
図１の構成において、アンテナ装置１が収納される筐体の天板が金属である場合、この天板を接地してＧＮＤパターン３の代わりに用い、アンテナ１０（すなわち外部エレメント５の外周縁）を、距離ｄだけ隔てて天板に対向する位置に配置してもよい。
【００４０】
図７〜図９に、ＧＮＤパターン３の構成の別例を示す。ＧＮＤパターン３は、図１のような、基板２の表面上の、アンテナ１０（すなわち外部エレメント５の外周縁）の対向面の周辺全域に形成する必要はない。例えば、図７のように、ＧＮＤパターン３の、螺旋軸Ｐ方向の長さＸ１をＬ１よりも短くしてもよい。図７の例では、螺旋部の内径方向の長さＹ１はＹ（基板２の縦方向の長さ，図１参照）と同じになっている。また、図８のように、ＧＮＤパターン３の、螺旋部の内径方向の長さＹ２をＹまたは螺旋部５ａの内径Ｒ１よりも小さくしてもよい。図８の例では、Ｙ２＝Ｒ２，Ｘ１＝Ｌ１となっている。また、図９のように、ＧＮＤパターン３と螺旋軸Ｐとが、予め定められた角度で交差するように、ＧＮＤパターン３を形成してもよい。なお、３ａは、外部エレメント５の一端５ｂが接続されるＧＮＤパターンで、図示はしていないが、ＧＮＤパターン３と電気的に接続されている。
【００４１】
図１０に、アンテナ装置１の構成の別例（正面図）を示す。本構成は、図１の変形例であるため、図１と同様の構成については同一の符号を付与し、ここでの詳細な説明は割愛する。図１０の構成では、ＧＮＤパターン３の上面に、絶縁性を有する誘電層８を形成している。また、外部エレメント５の螺旋部５ａの外縁と誘電層８との間隙ｄが０の状態（すなわち、螺旋部５ａの外縁と誘電層８とが接した状態）を示している。なお、誘電層８が本発明の静電容量発生部材に相当する。
【００４２】
図１０の構成では、誘電層８が外部エレメント５の支持部を兼ねている。よって、支持部７は内部エレメント支持部７ｂのみでよい。無論、間隙ｄを０以外の値としてもよい。
【００４３】
また、図７〜図９のＧＮＤパターン３の構成の別例と同様に、例えば、外部エレメント５の螺旋部５ａの外縁とＧＮＤパターン３との間隙ｄが最も小さくなる位置およびその近傍のみに誘電層８を形成するというように、誘電層８をＧＮＤパターン３の上面全体に形成しなくてもよい。
【００４４】
図１１に、図１０の構成の別例（Ａ方向からの右側面図）を示す。図１１の例は、誘電層８の表面に、螺旋軸Ｐ方向に沿って、外部エレメント５の螺旋部５ａの外縁に接して、外部エレメント５を支持するための凹状の支持部８ａを形成したものである。このとき、螺旋部５ａの隣り合う導体線の間（ピッチ間）に誘電層８を形成しない方が、螺旋部５ａのピッチ間の容量Ｃ２の増加を抑制できる。
【００４５】
図１２，図１３に、アンテナ装置１の構成の別例を示す。本構成は、図１の変形例であるため、図１と同様の構成については同一の符号を付与し、ここでの詳細な説明は割愛する。図１２は、本構成の正面図で、図１３は、図１２のアンテナ装置１を基板２の上面から見た上面図である。本構成では、外部エレメント５の先端部（ＧＮＤパターン３に接続されていない端部）の螺旋面に予め定められた間隔ｄ２を隔てて対向するように、面形状のＧＮＤパターン９が形成されている。
【００４６】
ＧＮＤパターン９の形状は、面形状の他に棒状でもよい。また、面の形状は、矩形状，多角形状，円形状のいずれでもよい。さらに、ＧＮＤパターン９は、螺旋面の少なくとも一部に対向していればよい。アンテナ装置１が収納される筐体の側壁が金属である場合、この側壁を接地してＧＮＤパターン９の代わりに用い、アンテナ１０を側壁付近に配置してもよい。
【００４７】
また、ＧＮＤパターン９の螺旋面との対向面の少なくとも一部に、誘電層９ａを形成してもよい（図１２参照）。
【００４８】
図１４の従来技術の構成は、基板１１０のランド形成面から離反する方向に螺旋状に延びる螺旋部１２１を有する外部エレメント１２０と、外部エレメント１２０の内側に間隔を隔てて配置され、外部エレメント１２０の軸方向に沿って螺旋状に延びる螺旋部１３１を有する内部エレメント１３０とを有しているが、この螺旋部１２１に予め定められた間隔ｄ３を隔てて対向するように、面形状のＧＮＤパターン９ｂを形成してもよい。
【００４９】
また、図１の支持部７の支柱７ｃの、外部エレメント５との対向面にＧＮＤパターン９ｃを形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
車両や住宅等に用いられるキーレスリモートシステム以外のアンテナ装置にも適用可能である。また、受信機のみならず送信機にも適用可能である。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１アンテナ装置
２基板
３ＧＮＤパターン（静電容量発生部材）
４給電パターン
５外部エレメント
５ａ螺旋部
６内部エレメント
６ａ螺旋部
７支持部
８，９ａ誘電層（静電容量発生部材）
９，９ｂ，９ｃＧＮＤパターン（静電容量発生部材）
１０アンテナ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＮＤパターンと給電パターンが、その面上に設けられた基板と、
予め定められた螺旋軸方向に沿って螺旋状に伸びる螺旋部を有する外部エレメントと、
前記外部エレメントの内側に予め定められた間隔を隔てて配置され、前記外部エレメントの螺旋軸方向に沿って螺旋状に伸びる螺旋部を有する内部エレメントと、
を有し、
前記２つのエレメントのうち、いずれか一方のエレメントの一端を前記給電パターンに接続し、他方のエレメントの一端を前記ＧＮＤパターンに接続してアンテナを構成し、
前記外部エレメントの螺旋部の外周縁の少なくとも一部が、前記基板上に形成され、前記外部エレメントとの間で静電容量を発生する静電容量発生部材と、予め定められた距離を隔てて対向するように、前記アンテナを配置することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記外部エレメントの螺旋部の巻回数と、前記内部エレメントの螺旋部の巻回数とが異なるように定められる請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記基板に取り付けられて、前記外部エレメントおよび前記内部エレメントのうちの少なくとも一方を支持する支持部を有する請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記静電容量発生部材を、前記外部エレメントの螺旋部の先端部の螺旋面に対向するように配置する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記静電容量発生部材として前記ＧＮＤパターンを用いる請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記静電容量発生部材は、前記ＧＮＤパターン上の少なくとも一部に形成された誘電層を含む請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記外部エレメントの外周縁が前記誘電層に接触し、前記誘電層が前記外部エレメントを支持している請求項６に記載のアンテナ装置。

【図１】