多重ループアンテナ
【課題】本発明の目的は、小型で広帯域特性を有するループアンテナの提供にある。
【解決手段】本発明の多重ループアンテナは、給電部と、給電部より給電される第１のループと、第１のループの内側に設けられ、給電部より逆相給電される第２のループと、第２のループの内側、及び前記第１のループの外側の少なくとも一方に設けられた第３のループとを有する。
【解決手段】本発明の多重ループアンテナは、給電部と、給電部より給電される第１のループと、第１のループの内側に設けられ、給電部より逆相給電される第２のループと、第２のループの内側、及び前記第１のループの外側の少なくとも一方に設けられた第３のループとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地上波デジタル放送又は無線通信サービスに向けた小型で広帯域のループアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地上波デジタル放送などの無線通信サービスの普及に伴い、アンテナの研究開発が活発に行われ、様々な形状のアンテナが提案されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、矩形のループと円形のループとが給電点を共通として接続された構造を有する地上波デジタル放送向け２重ループアンテナが開示されている（図２３（ａ）参照）。特許文献１に記載された２重ループアンテナは、矩形ループの内側に円形ループを配置し、加えて円形のループ部が矩形のループ部に内接している。
【０００４】
他の例としては、たとえば非特許文献１「ワイヤレスＰＡＮを目指した広帯域アンテナ」では、同図（ｂ）からわかるように、サイズの異なる２つの矩形ループを平面状に内外に配置した２重ループアンテナが報告されている。当該アンテナは、それぞれのループの給電点を共通にとして、面積が大きい第１のループの中に面積が小さい第２のループが配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７５１１号広報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】倉本 晶夫 ワイヤレスＰＡＮを目指した広帯域アンテナ（電子情報通信学会論文誌 B Vol.Ｊ90-B No.9 pp797-809）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した２重ループアンテナの構成は、サイズや形状の異なる２つのループアンテナを、給電部を共通として接続したものである。すなわち、ループアンテナは、ループ部に電力を供給するための給電端子（あるいは給電端子間のことを開放端と呼ぶ）をループの両端に有するが、上記の構成では、それぞれ異なるループアンテナがそれぞれの給電端子を共通として給電点に接続されている。このため、内側に配置されたループ、および外側に配置されたループにおける電流は、同位相（同じ方向）に流れるようになる。
【０００８】
多重ループアンテナの広帯域化の検討によって、２重ループでは双方のループで電磁結合が生じ、他方のループにより発生した磁界により一方のループが電磁誘導を受け、ループ上には誘導電流が誘起されてしまうことが、広帯域化を阻害する一因と判った。
【０００９】
後ほど述べるように、多重ループアンテナの広帯域化のためには、２重に配置したループでは、直接給電（励振）したときの電流に対し、電磁誘導による誘起電流が同位相（方向）になることが判った。すなわち、このことは２重ループを給電点により直接的に励振した際、内外のループ部分に流れる電流が逆位相（逆方向）になれば良いことを意味する。
【００１０】
特許文献１に記載されたような構成では、給電点を共通としているので、内外ループに流れる電流は同位相であり、提案する多重ループアンテナのように逆位相にしたときのほどの帯域特性が得られない課題があった。
【００１１】
また、例えば特許文献１に記載されたような構成では、帯域を広げるために、２つのループ素子の大きさ、サイズ比、線幅、２つのループ素子の位置関係などの最適化をはかるため、広帯域化の点で充分な自由度を持つとは言い難かった。
【００１２】
本発明の目的は、広帯域特性を有し、且つ特性の調整が容易な多重ループアンテナを提供することにある。
【００１３】
本発明による多重ループアンテナは、上記課題を鑑みてなされたものであって、２重ループの内外に配置されたループに流れる電流を逆位相にするため、内外ループの接続や給電方法、給電部の構造、さらには、内外ループの調整・接続機構に関して特徴を持たせものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の多重ループアンテナは、給電部と、前記給電部より給電される第１のループと、前記第１のループの内側に設けられ、前記給電部より逆相給電される第２のループと、前記第２のループの内側、及び前記第１のループの外側の少なくとも一方に設けられた第３のループとを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の多重ループアンテナは、給電部と、導電性のループ部の両端に第１及び第２の給電端子を有して前記給電部より給電される第１のループと、前記第１のループの内側に設けられ、導電性のループ部の両端に第１及び第２の給電端子を有して前記給電部より給電される第２のループと、前記第１のループの第１の給電端子と前記第２のループの第２の給電端子とを接続する第１の接続線と、前記第１のループの第２の給電端子と前記第２のループの第１の給電端子とを接続する第２の接続線とを有し、前記第１の接続線、および前記第２の接続線には、前記給電部から極性のことなる電圧または電流が供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、広帯域特性を有し、尚且つ特性の調整が容易なアンテナ特性を有する多重ループアンテナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の一形態であるループアンテナ１を示す概略図である。
【図２】第２の実施の一形態であるループアンテナ２を示す概略図である。
【図３】第３の実施の一形態であるループアンテナ３を示す概略図である。
【図４】第４の実施の一形態であるループアンテナ４を示す概略図である。
【図５】第５の実施の一形態であるループアンテナ５を示す概略図である。
【図６】第６の実施の一形態であるループアンテナ６を示す概略図である。
【図７】第７の実施の一形態であるループアンテナ７を示す概略図である。
【図８】第８の実施の一形態であるループアンテナ８を示す概略図である。
【図９】第９の実施の一形態であるループアンテナ９を示す概略図である。
【図１０】他の実施形態のループアンテナを例示する概略図である。
【図１１】他の実施形態のループアンテナを例示する概略図である。
【図１２】第２の実施形態の解析モデルを示した図である。
【図１３】第２の実施形態のＶＳＷＲ特性の計算結果を示した図である。
【図１４】第４の実施形態の解析モデルを示した図である。
【図１５】第４の実施形態のＶＳＷＲ特性の計算結果を示した図である。
【図１６】第８の実施形態の解析モデルを示した図である。
【図１７】第８の実施形態のＶＳＷＲ特性の計算結果を示した図である。
【図１８】第８の実施形態のアンテナ上の電流分布を示した図である。
【図１９】第８の実施形態の試作アンテナを写した図である。
【図２０】第８の実施形態の試作アンテナの寸法を示した図である。
【図２１】第８の実施形態のＶＳＷＲ特性の実測結果と計算結果を示した図である。
【図２２】第８の実施形態の放射パターンの計算結果を示した図である。
【図２３】特許文献１及び非特許文献１に記載された２重ループアンテナを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて、詳細に説明する。
【００１９】
（実施形態１）
〔構成〕
図１は、第１の実施の一形態であるループアンテナ１を示す概略図である。ループアンテナ１は、図１（ａ）に示すように第１のループ１１と第２のループ２１を有し、図中下方のクロス部分に給電部６０を有する。第１のループ１１は、給電端子１および１’ を開放端として有する。第２のループ２１は、給電端子２および２’を開放端として有する。
【００２０】
ループアンテナ１は、図１（ｂ）に示すようにループの端子２と１’、および端子１と２’を互いに交差するように接続線１００および１０１でつなぐことにより、第１のループ１１と第２のループ２１を直結した構成としている。ここで第１のループ１１と第２のループ２１はそれぞれの使用周波数の１波長に相当する長さを有している。
【００２１】
給電部６０は、図に示す様に立体的に設けられ、片端を接続線１００に、他端を１０１に接続される。換言すれば、給電部６０から得られる電圧または電流の極性が互いに逆となるように、第１のループ１１と第２のループ２１を、開放端１-２’と開放端２-１’で互い違いに接続されている。
【００２２】
給電部６０よりそれぞれの接続線に流れ出る電流は、開放端を介してループ部分へ流れ、それぞれのループ１１および２１に流れる電流は逆向きとなる。このようにクロス部分に接続された給電部６０は、その片端が第１のループ１１と第２のループ１２の一端につながれ、また他端も第１のループ１１と第２のループ１２につながれ、本アンテナを構成する。第１のループ１１と第２のループ２１は、給電部６０に対して逆相に接続された構成をとっている。
【００２３】
〔作用・効果〕
このような構成によって、広帯域なアンテナができる原理を以下に説明する。
【００２４】
一般に、線状アンテナにおいて、広帯域化する場合には、２つの長さの異なる、すなわち、共振周波数の異なる素子を近傍に配置して、片方の素子に給電を行なわずに、いずれか一方にのみ給電する方法をとる。しかし、このような方法では、給電されていない素子への結合振幅分布が小さく、副共振の効果が少ないため、通常、１０％程度の帯域しか得られない。
【００２５】
したがって、より広い帯域を得るには、２つの長さの異なる（共振周波数の異なる）素子を近傍に配置して、両方の素子に給電し、互いの空間結合振幅を強くし、副共振の効果を強める方法が有効である。
【００２６】
この場合、２つの素子は、物理的に、適度に素子を隔てて置く必要があり、この際の空間的な結合において、位相差を生じる。したがって、適度に空間的な距離を置いた場合の位相差を考慮し、２つの素子を逆位相で給電し、互いの素子の誘起電流が同位相となるように、素子間隔を調整することで、より広帯域なアンテナが実現できる。
【００２７】
上記に説明した項目を考慮して、広帯域化のポイントである以下の３点に注目して、多重アンテナの構造を定める。
１）２つの共振周波数の異なる素子を用いる
２）より強い結合を得るために、両方に給電する
３）上記２）の空間的な相互誘起電流が、直接給電した電流と同位相になるようにする
【００２８】
これらの条件を満たす構造として、図１の構造とする。すなわち、本発明によるアンテナは、共振長が異なる第１のループ１１と第２のループ１２を、立体的に設けられた給電部６０により直接的に給電（励振）し、ループ１１とループ１２の開放端子を交差させて接続することにより、それぞれのループに誘起される電流が直接励振したときの電流とほぼ同位相（方向）になるように構成したものである。
【００２９】
通常、第１のループ１１の共振周波数をｆ１、第２のループ１２の共振周波数をｆ２とおくと（ｆ１＜ｆ２）、ｆ２／ｆ１は、１．５前後とすることができる（通常の無給電素子の場合は、１．１程度である）。
【００３０】
次に別の実施の形態を複数示す。尚、第１の実施の形態と同一要素、同一内容については、説明を明瞭とする為、記載を簡略化又は省略する。
【００３１】
（実施形態２）
〔構成〕
図２は、第２の実施の一形態である多重ループアンテナ２を示す概略図である。多重ループアンテナ２は、図２に示すように第１のループ１２と第２のループ２２と第３のループ３２を有し、クロス部分に給電部６０を有する。第１のループ１２と第２のループ２１は、給電部６０に対して逆相に接続される。
第３のループ３２は、ループ２２の内側に設けられる。
【００３２】
〔作用・効果〕
図２の構造は、電気的にみれば、図１の内側に、さらに円周が短い、すなわち、共振周波数の高い無給電素子を配置したことになる。
【００３３】
多重ループアンテナ２は、第１のループ１２の共振周波数をｆ１、第２のループ２２の共振周波数をｆ２、第３のループ３２の共振周波数をｆ３とおくと（ｆ１＜ｆ２＜ｆ３）となり、ｆ２／ｆ１が１．５前後とする帯域に加え、ｆ３／ｆ２が１．１前後とする高域の周波数まで帯域を広げられる。
【００３４】
（実施形態３）
〔構成〕
図３は、第３の実施の一形態である多重ループアンテナ３を示す概略図である。多重ループアンテナ３は、図３に示すように第１のループ１３と第２のループ２３と第３のループ３３を有し、クロス部分に給電部６０を有する。第１のループ１３と第２のループ２３は、給電部６０に対して逆相に接続される。
第３のループ３３は、第１のループ１３の外側に設けられる。
【００３５】
〔作用・効果〕
図３の構造は、電気的にみれば、図１の外側に、さらに円周が長い、すなわち、共振周波数の低い無給電素子を配置したことになる。
【００３６】
多重ループアンテナ３は、第１のループ１３の共振周波数をｆ１、第２のループ２３の共振周波数をｆ２、第３のループ３３の共振周波数をｆ３とおくと（ｆ３＜ｆ１＜ｆ２）となり、ｆ２／ｆ１が１．５前後とする帯域に加え、ｆ３／ｆ１が１．１前後とする低域の周波数まで帯域を広げられる。
【００３７】
（実施形態４）
〔構成〕
図４は、第４の実施の一形態である多重ループアンテナ４を示す概略図である。多重ループアンテナ４は、図４に示すように第１のループ１４と第２のループ２４と第３のループ３４を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、多重ループアンテナ４は、第２のループ２４と第３のループ３４とが接続部４４によって接続されている。
【００３８】
接続部４４は、結合度を高めるために第２のループ２４上の比較的大きな電流が流れる領域で接続されることが望ましい。
【００３９】
第２のループ２４を所望の周波数に対して１λの長さを有するものとすると、給電点に対向するループ辺上であって、例えば、辺の中心付近の電流最大位置で接続しても良い。
【００４０】
〔作用・効果〕
図４の構造は、電気的にみれば、図２の内側の無給電素子を直接接続し、結合を強めたものと考えられる。この場合、第３のループに直接給電しているアンテナとは異なり、第２のループ２４の末端に接続されているので、第２のループ２４と第３のループ３４との結合は、図２の場合より、わずかに強くなる程度と考えられる。
【００４１】
よって、多重ループアンテナ４の特性は、多重ループアンテナ２に対して、若干広帯域な特性が得られることになる。
【００４２】
（実施形態５）
〔構成〕
図５は、第５の実施の一形態である多重ループアンテナ５を示す概略図である。多重ループアンテナ５は、図５に示すように第１のループ１５と第２のループ２５と第３のループ３５を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、多重ループアンテナ５は、第１のループ１５と第３のループ３５とが接続部４５によって接続されている。
【００４３】
接続部４５は、結合度を高めるために第１のループ１５上の比較的大きな電流が流れる領域で接続されることが望ましい。
【００４４】
第１のループ１５を所望の周波数に対して１λの長さを有するものとすると、給電点に対向するループ辺上であって、例えば、辺の中心付近の第１のループの電流最大位置で接続しても良い。
【００４５】
〔作用・効果〕
図５の構造は、電気的にみれば、図３の外側の無給電素子を直接接続し、結合を強めたものと考えられる。この場合、第３のループに直接給電しているアンテナとは異なり、第１のループ１５の末端に接続されているので、第１のループ１５と第３のループ３５との結合は、図３の場合より、わずかに強くなる程度と考えられる。
【００４６】
よって、多重ループアンテナ５の特性は、多重ループアンテナ３に対して、この場合の帯域は、図３の場合より、若干広帯域な特性が得られることになる。
【００４７】
（実施形態６）
〔構成〕
図６は、第６の実施の一形態である多重ループアンテナ６を示す概略図である。多重ループアンテナ６は、図６に示すように第１のループ１６と第２のループ２６と第３のループ３６を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、多重ループアンテナ６には、第３のループ３６の内側に調整素子５６が設けられている。
【００４８】
〔作用・効果〕
図６の構造は、電気的にみれば、図２の内側の無給電素子に、調整素子５６を、整合用のスタブとして設けたことになる。調整素子５６の長さを調節することで、多重ループアンテナ６の入力インピーダンスを調整する可能となり、より広帯域な特性が得られる。
【００４９】
（実施形態７）
〔構成〕
図７は、第７の実施の一形態である多重ループアンテナ７を示す概略図である。多重ループアンテナ７は、図７に示すように第１のループ１７と第２のループ２７と第３のループ３７を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、多重ループアンテナ７には、第３のループ３７の外側に調整素子５７が設けられている。
【００５０】
〔作用・効果〕
上記多重ループアンテナ６同様、調整素子５７の長さを調節することで、入力インピーダンスを調整することができ、より広帯域な特性が得られる。
【００５１】
（実施形態８）
〔構成〕
図８は、第８の実施の一形態である多重ループアンテナ８を示す概略図である。多重ループアンテナ８は、図８に示すように第１のループ１８と第２のループ２８と第３のループ３８を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、第２のループ２８と第３のループ３８とは、接続部４８で接続されている。また、第３のループ３８には、内側に調整素子５８が設けられている。
【００５２】
第３のループ３８上において調整素子５８が接続されて位置は、後述のように、比較的電流が小さい領域である。調整素子５８が設けられる領域は、磁界が小さく、電界が強いところであるため、２つの調整素子をその先端を向かい合わせるように設置し、その間隔を調整すると、キャパシタンス的な結合が変化する。当該変化がアンテナのインピーダンスを調整することに寄与する。
【００５３】
〔作用・効果〕
多重ループアンテナ８も、多重ループアンテナ２と多重ループアンテナ６の関係同様、調整素子５８の長さを調節することで、入力インピーダンスを調整することが可能となり、より広帯域な特性が得られる。
【００５４】
（実施形態９）
〔構成〕
図９は、第９の実施の一形態である多重ループアンテナ９を示す概略図である。多重ループアンテナ９は、図９に示すように第１のループ１９と第２のループ２９と第３のループ３９を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、第１のループ２９と第３のループ３９とは、接続部４９で接続されている。また、第３のループ３９には、外側に調整素子５９が設けられている。
【００５５】
〔作用・効果〕
多重ループアンテナ９も、多重ループアンテナ３と多重ループアンテナ７の関係同様、調整素子５９の長さを調節することで、入力インピーダンスを調整することが可能となり、より広帯域な特性が得られる。
【００５６】
（実施形態１０）
〔構成〕
ここまで、本発明のループアンテナの実施形態として、ループ形状が矩形である場合について説明してきたが、ループ形状はこれに限らず、円形や楕円形、長方形、多角形であっても良い。図１０（ａ）に、ループアンテナを円形ループアンテナとした場合の実施形態を示す。図１０（ｂ）は、ループアンテナを楕円形ループアンテナとした場合の実施形態を示す。図１０（ｃ）は、ループアンテナを長方形ループアンテナとした場合の実施形態を示す。図１０（ｄ）は、ループアンテナを多角形ループアンテナとした場合の実施形態を示す。
【００５７】
〔作用・効果〕
図１０に示される多重ループアンテナは、多重ループアンテナ８の外形を四角から円、楕円、多角形としたものである。図１０に示される多重ループアンテナの原理も、多重ループアンテナ８と同様である。このように、例えば、収納物の形状に応じて、外形を任意な形状としてよい。
【００５８】
また、図１０(ｂ)のように、横長の楕円とすることで、方位方向のビーム幅を若干シャープにすることは可能である。同様に、縦長の楕円とすれば、仰角方向のビームをシャープにすることが可能である。
【００５９】
（実施形態１１）
〔構成〕
図１１は、ループアンテナを１重のループアンテナとした図である。このように、１重のループアンテナの内側ないしループアンテナの外側の少なくとも一方に１点で電気的に接続されて設けられたループを設けて、多重ループを構成し、必要に応じて調整素子を設けることによって、従来の１重ループアンテナに対して小型化、広帯域化を図ることができる。
【００６０】
また、ループアンテナを３重や４重としても良い。ループアンテナを多重化する場合には、夫々のループに対して、次の内側のループに逆電流が流れるようにする。
【００６１】
〔作用・効果〕
図１１に示される多重ループアンテナは、多重ループアンテナ２ないし９を用いて説明したように、空間結合より若干結合の強い無給電素子を有することによって、空間結合の多重ループアンテナよりも広帯域な特性が得られる。
【００６２】
多重ループアンテナの材質としては、金属板でも良いし、ＰＷＢ、ＦＰＣ、導電布、導電性シートにアンテナ素子を貼り付け又はプリンティングしても良い。
【００６３】
また、第１ないし第３のループを自己補対するように設けることによって、更に良好な特性を得られる。
【００６４】
また、第１ないし第３のループは、ループの中心位置を揃えたることが望ましい。
【００６５】
以上説明したとおり、本発明によれば、広帯域特性を有し、尚且つ特性の調整が容易なアンテナ特性を有する多重ループアンテナを提供できる。
【００６６】
これまで、実施形態１から１１の構成と動作について説明してきた。次に、各実施形態のループアンテナの特性の計算結果、および実測結果について説明する。
【００６７】
（実施形態２）
実施形態２に係るループアンテナ１００の特性についての計算結果を説明する。
【００６８】
ループアンテナ１００の各寸法は、図１２に示す様に、L1=187, L2=168, L3=127, L4=111（単位はmm）とし、当該寸法のループアンテナ１００の特性（モデル１）、モデル１のループアンテナの内側に1辺が104.5mmの第３のループを装荷した場合の特性（モデル２）、1辺が94mmの第３のループを装荷した場合の特性（モデル３）についてそれぞれ計算を行った。
【００６９】
図１３は、ループアンテナ１００における第３のループの寸法に起因するVSWRの周波数特性を示す図である。図１３に示されたように、第３のループを第２のループの内側に装荷することによって、第２のループの寸法から定まる低VSWR領域が高周波側にシフトした。即ち、第３のループを第２のループの内側に装荷することによって、VSWR＜2を満足する周波数領域を広げ、アンテナを広帯域化できる。
【００７０】
（実施形態４）
実施形態４に係るループアンテナ２００の特性についての計算結果を説明する。
【００７１】
ループアンテナ２００の各寸法は、図１４に示す様に、L1=187, L2=168, L3=127, L4=111，L5=94（単位はmm）とする。当該寸法のループアンテナ２００に、給電部から第２のループの使用周波数、第３のループの使用周波数それぞれの１／２波長に相当する電気長だけ離れた位置で第２のループと第３のループとを接続する導体として機能する接続部を設けた。
【００７２】
図１５は、ループアンテナ２００における接続部の有無に起因するVSWRの周波数特性を示す図である。図１５に示されたように、第２のループと第３のループを導体によって接続することによって、全体的にVSWR値が低下した。特に、第２のループの寸法から定まるVSWR＜2の周波数領域が広がるという結果が得られた。
【００７３】
このように、第２のループと第３のループを導体によって接続することによって、全体的にVSWR値を低下できる。即ち、VSWR＜2を満足する周波数領域を広げ、アンテナを広帯域化できる。
【００７４】
（実施形態８-１）
実施形態８に係るループアンテナ３００の特性についての計算結果を説明する。
【００７５】
ループアンテナ３００の各寸法は、図１６に示す様に、L1=187, L2=168, L3=127, L4=111，L5=94（単位はmm）とする。また、実施形態４と同様に第２のループと第３のループとを接続する接続部を有する。当該寸法形状のループアンテナ３００に、第３のループの左辺、右辺の中央部から内側にそれぞれ対向するように延びた２つの調整素子を設けた。
【００７６】
図１７は、ループアンテナ３００における調整素子の有無に起因するVSWRの周波数特性を示す図である。図１７に示されたように、第３のループの内側に調整素子を設けることによって、第２のループの寸法から定まるVSWR＜2の領域が高周波側に拡大した。即ち、第３のループの内側に調整素子を設けることによって、VSWR＜2を満足する周波数領域を高周波数側に広げ、アンテナの広帯域化を可能とできる。
【００７７】
図１８は、周波数６７０ＭＨｚのときのアンテナ上の電流分布を示したものであり、調整素子の好適な配置を示したものである。ただし、ここで用いたアンテナ寸法は上記（図１６）とは若干異なり、L178=, L2=160, L3=121, L4=106，L5=94（単位はmm）である。この周波数では第３のループ長は１λループを形成しないが（0.84λ程度）、ループ上の電流分布より、給電点に対向する辺上では電流が強く、調整素子を設置した辺上の領域では電流が小さいことを確認した。この結果は、調整素子の設置領域は電流が小さい領域が好適であることを意味しており、結合などが小さい理想的な1λループの場合には、給電点よりλ／４に相当する領域付近であると言える。
【００７８】
（実施形態８-２）
実施形態８のアンテナ形状を基本形として、給電点の間隔を2.7mmとしたループアンテナ５００について、実測と計算結果を基に説明する。
【００７９】
最も広帯域な特性を示した給電部の高さ（2.7mm）を計算によって算出し、当該計算結果を踏まえて実際にアンテナを試作してループアンテナの実測を行った。試作アンテナを図１９に示す。試作アンテナのアンテナパターンには導電性布を用い、非導電性の布上に導電性布を両面テープ等で貼り付けて、図２０に示すアンテナ５００の寸法に合わせて製作した。給電部は、第１のループと第２のループが交差する部分において、両者の間隔が2.7mmとなるように一方のループを浮かせ、その間に給電用の同軸ケーブルを挿入し、芯線とグランドをそれぞれ第１のループと第２のループに接続した構成とした。VSWRの実測結果とシミュレーション結果を図２１に示す。
【００８０】
図２１に示されたように、VSWR特性の実測の結果、500MHz〜550MHz近傍と700MHz近傍の２箇所で非常に低いVSWR値を示す特性が得られた。これは低VSWR値を示す周波数に若干の差異はあるもののシミュレーションにおいても同様の傾向が見られる。帯域幅に関しては、シミュレーションおよび実測においても共に、所望の周波数帯域（470MHz〜710MHz）において所望するVSWR値（2.3以下）を満たす結果が得られた。
【００８１】
なお、今回のモデルでは、給電点の間隔を2.7mmとしているが、この間隔を変化させることでＶＳＷＲが変化することを確認しており、本アンテナ構成では、給電点の高さを変えて、所望の周波数帯域において所望のＶＳＷＲ値をコントロールしても良い。
【００８２】
尚、周波数帯域470MHz〜710MHz、VSWR値2.3以下は、ワンセグ放送の受信に望まれる値である。
【００８３】
ここまで当該ループアンテナ５００の試作品のアンテナ単体の特性と計算結果について説明してきたが、本アンテナの応用例としては、衣類等に装着して使用するウェアラブルアンテナが挙げられる。例えばループパターンを導電性布やFPCを用いて作成することで折りたたみや屈曲可能な柔軟性を有したループアンテナを提供できる。これを例えば、衣服の人体胸部前面や背面に脱着可能な構成とすることで、地上波デジタル放送受信用ループアンテナとなる。
【００８４】
また、ループパターンはサイズの小さい内側のループをPWBで構成して外側のループを導電布で構成しても良い。このようにすることによって、アンテナの一部分に形状保持の硬性を有して全体的に柔軟性を持ったループアンテナを提供できる。
【００８５】
最後に、多重ループアンテナの指向性特性を示す。
図２２は、ループアンテナ５００のX-Y座標面における指向性特性を示す図である。図２２に示されたように、ループアンテナ５００は、所望の周波数帯域の全ての領域において良行な指向性特性を有する。また、他の多重ループアンテナも同様の特性を示す。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、地上波デジタル放送向けのループアンテナに適用できる。これに限らず、アンテナ寸法等を調整することにより、例えばＵＨＦ帯やＵＷＢ、2GHz帯、5GHz帯を１つの帯域又は複数の帯域に跨って使用するループアンテナに適用できる。また、ＷｉＭＡＸ、ＷＵＳＢ、ＷＬＡＮ、ＬＴＥなどの通信規格に対応したループアンテナに適用できる。
【符号の説明】
【００８７】
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９ 第１のループ
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９ 第２のループ
３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８，３９ 第３のループ
４４、４５、４８、４９ 接続部
５６、５７、５８、５９ 調整素子
６０ 給電部
【技術分野】
【０００１】
本発明は地上波デジタル放送又は無線通信サービスに向けた小型で広帯域のループアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地上波デジタル放送などの無線通信サービスの普及に伴い、アンテナの研究開発が活発に行われ、様々な形状のアンテナが提案されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、矩形のループと円形のループとが給電点を共通として接続された構造を有する地上波デジタル放送向け２重ループアンテナが開示されている（図２３（ａ）参照）。特許文献１に記載された２重ループアンテナは、矩形ループの内側に円形ループを配置し、加えて円形のループ部が矩形のループ部に内接している。
【０００４】
他の例としては、たとえば非特許文献１「ワイヤレスＰＡＮを目指した広帯域アンテナ」では、同図（ｂ）からわかるように、サイズの異なる２つの矩形ループを平面状に内外に配置した２重ループアンテナが報告されている。当該アンテナは、それぞれのループの給電点を共通にとして、面積が大きい第１のループの中に面積が小さい第２のループが配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７５１１号広報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】倉本 晶夫 ワイヤレスＰＡＮを目指した広帯域アンテナ（電子情報通信学会論文誌 B Vol.Ｊ90-B No.9 pp797-809）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した２重ループアンテナの構成は、サイズや形状の異なる２つのループアンテナを、給電部を共通として接続したものである。すなわち、ループアンテナは、ループ部に電力を供給するための給電端子（あるいは給電端子間のことを開放端と呼ぶ）をループの両端に有するが、上記の構成では、それぞれ異なるループアンテナがそれぞれの給電端子を共通として給電点に接続されている。このため、内側に配置されたループ、および外側に配置されたループにおける電流は、同位相（同じ方向）に流れるようになる。
【０００８】
多重ループアンテナの広帯域化の検討によって、２重ループでは双方のループで電磁結合が生じ、他方のループにより発生した磁界により一方のループが電磁誘導を受け、ループ上には誘導電流が誘起されてしまうことが、広帯域化を阻害する一因と判った。
【０００９】
後ほど述べるように、多重ループアンテナの広帯域化のためには、２重に配置したループでは、直接給電（励振）したときの電流に対し、電磁誘導による誘起電流が同位相（方向）になることが判った。すなわち、このことは２重ループを給電点により直接的に励振した際、内外のループ部分に流れる電流が逆位相（逆方向）になれば良いことを意味する。
【００１０】
特許文献１に記載されたような構成では、給電点を共通としているので、内外ループに流れる電流は同位相であり、提案する多重ループアンテナのように逆位相にしたときのほどの帯域特性が得られない課題があった。
【００１１】
また、例えば特許文献１に記載されたような構成では、帯域を広げるために、２つのループ素子の大きさ、サイズ比、線幅、２つのループ素子の位置関係などの最適化をはかるため、広帯域化の点で充分な自由度を持つとは言い難かった。
【００１２】
本発明の目的は、広帯域特性を有し、且つ特性の調整が容易な多重ループアンテナを提供することにある。
【００１３】
本発明による多重ループアンテナは、上記課題を鑑みてなされたものであって、２重ループの内外に配置されたループに流れる電流を逆位相にするため、内外ループの接続や給電方法、給電部の構造、さらには、内外ループの調整・接続機構に関して特徴を持たせものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の多重ループアンテナは、給電部と、前記給電部より給電される第１のループと、前記第１のループの内側に設けられ、前記給電部より逆相給電される第２のループと、前記第２のループの内側、及び前記第１のループの外側の少なくとも一方に設けられた第３のループとを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の多重ループアンテナは、給電部と、導電性のループ部の両端に第１及び第２の給電端子を有して前記給電部より給電される第１のループと、前記第１のループの内側に設けられ、導電性のループ部の両端に第１及び第２の給電端子を有して前記給電部より給電される第２のループと、前記第１のループの第１の給電端子と前記第２のループの第２の給電端子とを接続する第１の接続線と、前記第１のループの第２の給電端子と前記第２のループの第１の給電端子とを接続する第２の接続線とを有し、前記第１の接続線、および前記第２の接続線には、前記給電部から極性のことなる電圧または電流が供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、広帯域特性を有し、尚且つ特性の調整が容易なアンテナ特性を有する多重ループアンテナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の一形態であるループアンテナ１を示す概略図である。
【図２】第２の実施の一形態であるループアンテナ２を示す概略図である。
【図３】第３の実施の一形態であるループアンテナ３を示す概略図である。
【図４】第４の実施の一形態であるループアンテナ４を示す概略図である。
【図５】第５の実施の一形態であるループアンテナ５を示す概略図である。
【図６】第６の実施の一形態であるループアンテナ６を示す概略図である。
【図７】第７の実施の一形態であるループアンテナ７を示す概略図である。
【図８】第８の実施の一形態であるループアンテナ８を示す概略図である。
【図９】第９の実施の一形態であるループアンテナ９を示す概略図である。
【図１０】他の実施形態のループアンテナを例示する概略図である。
【図１１】他の実施形態のループアンテナを例示する概略図である。
【図１２】第２の実施形態の解析モデルを示した図である。
【図１３】第２の実施形態のＶＳＷＲ特性の計算結果を示した図である。
【図１４】第４の実施形態の解析モデルを示した図である。
【図１５】第４の実施形態のＶＳＷＲ特性の計算結果を示した図である。
【図１６】第８の実施形態の解析モデルを示した図である。
【図１７】第８の実施形態のＶＳＷＲ特性の計算結果を示した図である。
【図１８】第８の実施形態のアンテナ上の電流分布を示した図である。
【図１９】第８の実施形態の試作アンテナを写した図である。
【図２０】第８の実施形態の試作アンテナの寸法を示した図である。
【図２１】第８の実施形態のＶＳＷＲ特性の実測結果と計算結果を示した図である。
【図２２】第８の実施形態の放射パターンの計算結果を示した図である。
【図２３】特許文献１及び非特許文献１に記載された２重ループアンテナを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて、詳細に説明する。
【００１９】
（実施形態１）
〔構成〕
図１は、第１の実施の一形態であるループアンテナ１を示す概略図である。ループアンテナ１は、図１（ａ）に示すように第１のループ１１と第２のループ２１を有し、図中下方のクロス部分に給電部６０を有する。第１のループ１１は、給電端子１および１’ を開放端として有する。第２のループ２１は、給電端子２および２’を開放端として有する。
【００２０】
ループアンテナ１は、図１（ｂ）に示すようにループの端子２と１’、および端子１と２’を互いに交差するように接続線１００および１０１でつなぐことにより、第１のループ１１と第２のループ２１を直結した構成としている。ここで第１のループ１１と第２のループ２１はそれぞれの使用周波数の１波長に相当する長さを有している。
【００２１】
給電部６０は、図に示す様に立体的に設けられ、片端を接続線１００に、他端を１０１に接続される。換言すれば、給電部６０から得られる電圧または電流の極性が互いに逆となるように、第１のループ１１と第２のループ２１を、開放端１-２’と開放端２-１’で互い違いに接続されている。
【００２２】
給電部６０よりそれぞれの接続線に流れ出る電流は、開放端を介してループ部分へ流れ、それぞれのループ１１および２１に流れる電流は逆向きとなる。このようにクロス部分に接続された給電部６０は、その片端が第１のループ１１と第２のループ１２の一端につながれ、また他端も第１のループ１１と第２のループ１２につながれ、本アンテナを構成する。第１のループ１１と第２のループ２１は、給電部６０に対して逆相に接続された構成をとっている。
【００２３】
〔作用・効果〕
このような構成によって、広帯域なアンテナができる原理を以下に説明する。
【００２４】
一般に、線状アンテナにおいて、広帯域化する場合には、２つの長さの異なる、すなわち、共振周波数の異なる素子を近傍に配置して、片方の素子に給電を行なわずに、いずれか一方にのみ給電する方法をとる。しかし、このような方法では、給電されていない素子への結合振幅分布が小さく、副共振の効果が少ないため、通常、１０％程度の帯域しか得られない。
【００２５】
したがって、より広い帯域を得るには、２つの長さの異なる（共振周波数の異なる）素子を近傍に配置して、両方の素子に給電し、互いの空間結合振幅を強くし、副共振の効果を強める方法が有効である。
【００２６】
この場合、２つの素子は、物理的に、適度に素子を隔てて置く必要があり、この際の空間的な結合において、位相差を生じる。したがって、適度に空間的な距離を置いた場合の位相差を考慮し、２つの素子を逆位相で給電し、互いの素子の誘起電流が同位相となるように、素子間隔を調整することで、より広帯域なアンテナが実現できる。
【００２７】
上記に説明した項目を考慮して、広帯域化のポイントである以下の３点に注目して、多重アンテナの構造を定める。
１）２つの共振周波数の異なる素子を用いる
２）より強い結合を得るために、両方に給電する
３）上記２）の空間的な相互誘起電流が、直接給電した電流と同位相になるようにする
【００２８】
これらの条件を満たす構造として、図１の構造とする。すなわち、本発明によるアンテナは、共振長が異なる第１のループ１１と第２のループ１２を、立体的に設けられた給電部６０により直接的に給電（励振）し、ループ１１とループ１２の開放端子を交差させて接続することにより、それぞれのループに誘起される電流が直接励振したときの電流とほぼ同位相（方向）になるように構成したものである。
【００２９】
通常、第１のループ１１の共振周波数をｆ１、第２のループ１２の共振周波数をｆ２とおくと（ｆ１＜ｆ２）、ｆ２／ｆ１は、１．５前後とすることができる（通常の無給電素子の場合は、１．１程度である）。
【００３０】
次に別の実施の形態を複数示す。尚、第１の実施の形態と同一要素、同一内容については、説明を明瞭とする為、記載を簡略化又は省略する。
【００３１】
（実施形態２）
〔構成〕
図２は、第２の実施の一形態である多重ループアンテナ２を示す概略図である。多重ループアンテナ２は、図２に示すように第１のループ１２と第２のループ２２と第３のループ３２を有し、クロス部分に給電部６０を有する。第１のループ１２と第２のループ２１は、給電部６０に対して逆相に接続される。
第３のループ３２は、ループ２２の内側に設けられる。
【００３２】
〔作用・効果〕
図２の構造は、電気的にみれば、図１の内側に、さらに円周が短い、すなわち、共振周波数の高い無給電素子を配置したことになる。
【００３３】
多重ループアンテナ２は、第１のループ１２の共振周波数をｆ１、第２のループ２２の共振周波数をｆ２、第３のループ３２の共振周波数をｆ３とおくと（ｆ１＜ｆ２＜ｆ３）となり、ｆ２／ｆ１が１．５前後とする帯域に加え、ｆ３／ｆ２が１．１前後とする高域の周波数まで帯域を広げられる。
【００３４】
（実施形態３）
〔構成〕
図３は、第３の実施の一形態である多重ループアンテナ３を示す概略図である。多重ループアンテナ３は、図３に示すように第１のループ１３と第２のループ２３と第３のループ３３を有し、クロス部分に給電部６０を有する。第１のループ１３と第２のループ２３は、給電部６０に対して逆相に接続される。
第３のループ３３は、第１のループ１３の外側に設けられる。
【００３５】
〔作用・効果〕
図３の構造は、電気的にみれば、図１の外側に、さらに円周が長い、すなわち、共振周波数の低い無給電素子を配置したことになる。
【００３６】
多重ループアンテナ３は、第１のループ１３の共振周波数をｆ１、第２のループ２３の共振周波数をｆ２、第３のループ３３の共振周波数をｆ３とおくと（ｆ３＜ｆ１＜ｆ２）となり、ｆ２／ｆ１が１．５前後とする帯域に加え、ｆ３／ｆ１が１．１前後とする低域の周波数まで帯域を広げられる。
【００３７】
（実施形態４）
〔構成〕
図４は、第４の実施の一形態である多重ループアンテナ４を示す概略図である。多重ループアンテナ４は、図４に示すように第１のループ１４と第２のループ２４と第３のループ３４を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、多重ループアンテナ４は、第２のループ２４と第３のループ３４とが接続部４４によって接続されている。
【００３８】
接続部４４は、結合度を高めるために第２のループ２４上の比較的大きな電流が流れる領域で接続されることが望ましい。
【００３９】
第２のループ２４を所望の周波数に対して１λの長さを有するものとすると、給電点に対向するループ辺上であって、例えば、辺の中心付近の電流最大位置で接続しても良い。
【００４０】
〔作用・効果〕
図４の構造は、電気的にみれば、図２の内側の無給電素子を直接接続し、結合を強めたものと考えられる。この場合、第３のループに直接給電しているアンテナとは異なり、第２のループ２４の末端に接続されているので、第２のループ２４と第３のループ３４との結合は、図２の場合より、わずかに強くなる程度と考えられる。
【００４１】
よって、多重ループアンテナ４の特性は、多重ループアンテナ２に対して、若干広帯域な特性が得られることになる。
【００４２】
（実施形態５）
〔構成〕
図５は、第５の実施の一形態である多重ループアンテナ５を示す概略図である。多重ループアンテナ５は、図５に示すように第１のループ１５と第２のループ２５と第３のループ３５を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、多重ループアンテナ５は、第１のループ１５と第３のループ３５とが接続部４５によって接続されている。
【００４３】
接続部４５は、結合度を高めるために第１のループ１５上の比較的大きな電流が流れる領域で接続されることが望ましい。
【００４４】
第１のループ１５を所望の周波数に対して１λの長さを有するものとすると、給電点に対向するループ辺上であって、例えば、辺の中心付近の第１のループの電流最大位置で接続しても良い。
【００４５】
〔作用・効果〕
図５の構造は、電気的にみれば、図３の外側の無給電素子を直接接続し、結合を強めたものと考えられる。この場合、第３のループに直接給電しているアンテナとは異なり、第１のループ１５の末端に接続されているので、第１のループ１５と第３のループ３５との結合は、図３の場合より、わずかに強くなる程度と考えられる。
【００４６】
よって、多重ループアンテナ５の特性は、多重ループアンテナ３に対して、この場合の帯域は、図３の場合より、若干広帯域な特性が得られることになる。
【００４７】
（実施形態６）
〔構成〕
図６は、第６の実施の一形態である多重ループアンテナ６を示す概略図である。多重ループアンテナ６は、図６に示すように第１のループ１６と第２のループ２６と第３のループ３６を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、多重ループアンテナ６には、第３のループ３６の内側に調整素子５６が設けられている。
【００４８】
〔作用・効果〕
図６の構造は、電気的にみれば、図２の内側の無給電素子に、調整素子５６を、整合用のスタブとして設けたことになる。調整素子５６の長さを調節することで、多重ループアンテナ６の入力インピーダンスを調整する可能となり、より広帯域な特性が得られる。
【００４９】
（実施形態７）
〔構成〕
図７は、第７の実施の一形態である多重ループアンテナ７を示す概略図である。多重ループアンテナ７は、図７に示すように第１のループ１７と第２のループ２７と第３のループ３７を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、多重ループアンテナ７には、第３のループ３７の外側に調整素子５７が設けられている。
【００５０】
〔作用・効果〕
上記多重ループアンテナ６同様、調整素子５７の長さを調節することで、入力インピーダンスを調整することができ、より広帯域な特性が得られる。
【００５１】
（実施形態８）
〔構成〕
図８は、第８の実施の一形態である多重ループアンテナ８を示す概略図である。多重ループアンテナ８は、図８に示すように第１のループ１８と第２のループ２８と第３のループ３８を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、第２のループ２８と第３のループ３８とは、接続部４８で接続されている。また、第３のループ３８には、内側に調整素子５８が設けられている。
【００５２】
第３のループ３８上において調整素子５８が接続されて位置は、後述のように、比較的電流が小さい領域である。調整素子５８が設けられる領域は、磁界が小さく、電界が強いところであるため、２つの調整素子をその先端を向かい合わせるように設置し、その間隔を調整すると、キャパシタンス的な結合が変化する。当該変化がアンテナのインピーダンスを調整することに寄与する。
【００５３】
〔作用・効果〕
多重ループアンテナ８も、多重ループアンテナ２と多重ループアンテナ６の関係同様、調整素子５８の長さを調節することで、入力インピーダンスを調整することが可能となり、より広帯域な特性が得られる。
【００５４】
（実施形態９）
〔構成〕
図９は、第９の実施の一形態である多重ループアンテナ９を示す概略図である。多重ループアンテナ９は、図９に示すように第１のループ１９と第２のループ２９と第３のループ３９を有し、クロス部分に給電部６０を有する。また、第１のループ２９と第３のループ３９とは、接続部４９で接続されている。また、第３のループ３９には、外側に調整素子５９が設けられている。
【００５５】
〔作用・効果〕
多重ループアンテナ９も、多重ループアンテナ３と多重ループアンテナ７の関係同様、調整素子５９の長さを調節することで、入力インピーダンスを調整することが可能となり、より広帯域な特性が得られる。
【００５６】
（実施形態１０）
〔構成〕
ここまで、本発明のループアンテナの実施形態として、ループ形状が矩形である場合について説明してきたが、ループ形状はこれに限らず、円形や楕円形、長方形、多角形であっても良い。図１０（ａ）に、ループアンテナを円形ループアンテナとした場合の実施形態を示す。図１０（ｂ）は、ループアンテナを楕円形ループアンテナとした場合の実施形態を示す。図１０（ｃ）は、ループアンテナを長方形ループアンテナとした場合の実施形態を示す。図１０（ｄ）は、ループアンテナを多角形ループアンテナとした場合の実施形態を示す。
【００５７】
〔作用・効果〕
図１０に示される多重ループアンテナは、多重ループアンテナ８の外形を四角から円、楕円、多角形としたものである。図１０に示される多重ループアンテナの原理も、多重ループアンテナ８と同様である。このように、例えば、収納物の形状に応じて、外形を任意な形状としてよい。
【００５８】
また、図１０(ｂ)のように、横長の楕円とすることで、方位方向のビーム幅を若干シャープにすることは可能である。同様に、縦長の楕円とすれば、仰角方向のビームをシャープにすることが可能である。
【００５９】
（実施形態１１）
〔構成〕
図１１は、ループアンテナを１重のループアンテナとした図である。このように、１重のループアンテナの内側ないしループアンテナの外側の少なくとも一方に１点で電気的に接続されて設けられたループを設けて、多重ループを構成し、必要に応じて調整素子を設けることによって、従来の１重ループアンテナに対して小型化、広帯域化を図ることができる。
【００６０】
また、ループアンテナを３重や４重としても良い。ループアンテナを多重化する場合には、夫々のループに対して、次の内側のループに逆電流が流れるようにする。
【００６１】
〔作用・効果〕
図１１に示される多重ループアンテナは、多重ループアンテナ２ないし９を用いて説明したように、空間結合より若干結合の強い無給電素子を有することによって、空間結合の多重ループアンテナよりも広帯域な特性が得られる。
【００６２】
多重ループアンテナの材質としては、金属板でも良いし、ＰＷＢ、ＦＰＣ、導電布、導電性シートにアンテナ素子を貼り付け又はプリンティングしても良い。
【００６３】
また、第１ないし第３のループを自己補対するように設けることによって、更に良好な特性を得られる。
【００６４】
また、第１ないし第３のループは、ループの中心位置を揃えたることが望ましい。
【００６５】
以上説明したとおり、本発明によれば、広帯域特性を有し、尚且つ特性の調整が容易なアンテナ特性を有する多重ループアンテナを提供できる。
【００６６】
これまで、実施形態１から１１の構成と動作について説明してきた。次に、各実施形態のループアンテナの特性の計算結果、および実測結果について説明する。
【００６７】
（実施形態２）
実施形態２に係るループアンテナ１００の特性についての計算結果を説明する。
【００６８】
ループアンテナ１００の各寸法は、図１２に示す様に、L1=187, L2=168, L3=127, L4=111（単位はmm）とし、当該寸法のループアンテナ１００の特性（モデル１）、モデル１のループアンテナの内側に1辺が104.5mmの第３のループを装荷した場合の特性（モデル２）、1辺が94mmの第３のループを装荷した場合の特性（モデル３）についてそれぞれ計算を行った。
【００６９】
図１３は、ループアンテナ１００における第３のループの寸法に起因するVSWRの周波数特性を示す図である。図１３に示されたように、第３のループを第２のループの内側に装荷することによって、第２のループの寸法から定まる低VSWR領域が高周波側にシフトした。即ち、第３のループを第２のループの内側に装荷することによって、VSWR＜2を満足する周波数領域を広げ、アンテナを広帯域化できる。
【００７０】
（実施形態４）
実施形態４に係るループアンテナ２００の特性についての計算結果を説明する。
【００７１】
ループアンテナ２００の各寸法は、図１４に示す様に、L1=187, L2=168, L3=127, L4=111，L5=94（単位はmm）とする。当該寸法のループアンテナ２００に、給電部から第２のループの使用周波数、第３のループの使用周波数それぞれの１／２波長に相当する電気長だけ離れた位置で第２のループと第３のループとを接続する導体として機能する接続部を設けた。
【００７２】
図１５は、ループアンテナ２００における接続部の有無に起因するVSWRの周波数特性を示す図である。図１５に示されたように、第２のループと第３のループを導体によって接続することによって、全体的にVSWR値が低下した。特に、第２のループの寸法から定まるVSWR＜2の周波数領域が広がるという結果が得られた。
【００７３】
このように、第２のループと第３のループを導体によって接続することによって、全体的にVSWR値を低下できる。即ち、VSWR＜2を満足する周波数領域を広げ、アンテナを広帯域化できる。
【００７４】
（実施形態８-１）
実施形態８に係るループアンテナ３００の特性についての計算結果を説明する。
【００７５】
ループアンテナ３００の各寸法は、図１６に示す様に、L1=187, L2=168, L3=127, L4=111，L5=94（単位はmm）とする。また、実施形態４と同様に第２のループと第３のループとを接続する接続部を有する。当該寸法形状のループアンテナ３００に、第３のループの左辺、右辺の中央部から内側にそれぞれ対向するように延びた２つの調整素子を設けた。
【００７６】
図１７は、ループアンテナ３００における調整素子の有無に起因するVSWRの周波数特性を示す図である。図１７に示されたように、第３のループの内側に調整素子を設けることによって、第２のループの寸法から定まるVSWR＜2の領域が高周波側に拡大した。即ち、第３のループの内側に調整素子を設けることによって、VSWR＜2を満足する周波数領域を高周波数側に広げ、アンテナの広帯域化を可能とできる。
【００７７】
図１８は、周波数６７０ＭＨｚのときのアンテナ上の電流分布を示したものであり、調整素子の好適な配置を示したものである。ただし、ここで用いたアンテナ寸法は上記（図１６）とは若干異なり、L178=, L2=160, L3=121, L4=106，L5=94（単位はmm）である。この周波数では第３のループ長は１λループを形成しないが（0.84λ程度）、ループ上の電流分布より、給電点に対向する辺上では電流が強く、調整素子を設置した辺上の領域では電流が小さいことを確認した。この結果は、調整素子の設置領域は電流が小さい領域が好適であることを意味しており、結合などが小さい理想的な1λループの場合には、給電点よりλ／４に相当する領域付近であると言える。
【００７８】
（実施形態８-２）
実施形態８のアンテナ形状を基本形として、給電点の間隔を2.7mmとしたループアンテナ５００について、実測と計算結果を基に説明する。
【００７９】
最も広帯域な特性を示した給電部の高さ（2.7mm）を計算によって算出し、当該計算結果を踏まえて実際にアンテナを試作してループアンテナの実測を行った。試作アンテナを図１９に示す。試作アンテナのアンテナパターンには導電性布を用い、非導電性の布上に導電性布を両面テープ等で貼り付けて、図２０に示すアンテナ５００の寸法に合わせて製作した。給電部は、第１のループと第２のループが交差する部分において、両者の間隔が2.7mmとなるように一方のループを浮かせ、その間に給電用の同軸ケーブルを挿入し、芯線とグランドをそれぞれ第１のループと第２のループに接続した構成とした。VSWRの実測結果とシミュレーション結果を図２１に示す。
【００８０】
図２１に示されたように、VSWR特性の実測の結果、500MHz〜550MHz近傍と700MHz近傍の２箇所で非常に低いVSWR値を示す特性が得られた。これは低VSWR値を示す周波数に若干の差異はあるもののシミュレーションにおいても同様の傾向が見られる。帯域幅に関しては、シミュレーションおよび実測においても共に、所望の周波数帯域（470MHz〜710MHz）において所望するVSWR値（2.3以下）を満たす結果が得られた。
【００８１】
なお、今回のモデルでは、給電点の間隔を2.7mmとしているが、この間隔を変化させることでＶＳＷＲが変化することを確認しており、本アンテナ構成では、給電点の高さを変えて、所望の周波数帯域において所望のＶＳＷＲ値をコントロールしても良い。
【００８２】
尚、周波数帯域470MHz〜710MHz、VSWR値2.3以下は、ワンセグ放送の受信に望まれる値である。
【００８３】
ここまで当該ループアンテナ５００の試作品のアンテナ単体の特性と計算結果について説明してきたが、本アンテナの応用例としては、衣類等に装着して使用するウェアラブルアンテナが挙げられる。例えばループパターンを導電性布やFPCを用いて作成することで折りたたみや屈曲可能な柔軟性を有したループアンテナを提供できる。これを例えば、衣服の人体胸部前面や背面に脱着可能な構成とすることで、地上波デジタル放送受信用ループアンテナとなる。
【００８４】
また、ループパターンはサイズの小さい内側のループをPWBで構成して外側のループを導電布で構成しても良い。このようにすることによって、アンテナの一部分に形状保持の硬性を有して全体的に柔軟性を持ったループアンテナを提供できる。
【００８５】
最後に、多重ループアンテナの指向性特性を示す。
図２２は、ループアンテナ５００のX-Y座標面における指向性特性を示す図である。図２２に示されたように、ループアンテナ５００は、所望の周波数帯域の全ての領域において良行な指向性特性を有する。また、他の多重ループアンテナも同様の特性を示す。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、地上波デジタル放送向けのループアンテナに適用できる。これに限らず、アンテナ寸法等を調整することにより、例えばＵＨＦ帯やＵＷＢ、2GHz帯、5GHz帯を１つの帯域又は複数の帯域に跨って使用するループアンテナに適用できる。また、ＷｉＭＡＸ、ＷＵＳＢ、ＷＬＡＮ、ＬＴＥなどの通信規格に対応したループアンテナに適用できる。
【符号の説明】
【００８７】
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９ 第１のループ
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９ 第２のループ
３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８，３９ 第３のループ
４４、４５、４８、４９ 接続部
５６、５７、５８、５９ 調整素子
６０ 給電部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電部と、
前記給電部より給電される第１のループと、
前記第１のループの内側に設けられ、前記給電部より逆相給電される第２のループと、
前記第２のループの内側、及び前記第１のループの外側の少なくとも一方に設けられた第３のループと
を有することを特徴とする多重ループアンテナ。
【請求項２】
前記第２のループの内側に前記第３のループを設ける場合、前記第２のループと前記第３のループとを１点で電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の多重ループアンテナ。
【請求項３】
前記第１のループの外側に前記第３のループを設ける場合、前記第１のループと前記第３のループとを１点で電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の多重ループアンテナ。
【請求項４】
前記第３のループと、前記第１又は第２のループとを電気的に接続する位置は、前記給電部から１／２波長に相当する電気長だけ離れた位置であることを特徴とする請求項２又は３記載の多重ループアンテナ。
【請求項５】
前記第３のループと、前記第１又は第２のループとを接続する位置は、前記給電点に対向する前記第1または第２のループ辺上であることを特徴とする請求項２または３記載の多重ループアンテナ。
【請求項６】
前記第３のループに、調整素子を設けることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項７】
前記調整素子は、前記第３のループに対して内側又は外側の何れか一方に設けることを特徴とする請求項６記載の多重ループアンテナ。
【請求項８】
前記調整素子は、前記第３のループの電流分布における最小地点近傍に設けることを特徴とする請求項６又は７記載の多重ループアンテナ。
【請求項９】
前記第１ないし第３のループは、正方形、長方形、多角形、円形、楕円形の内何れかの形状に揃えることを特徴とする請求項１ないし８の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１０】
前記第１ないし第３のループは、ループの中心位置を揃えた形状であることを特徴とする請求項１ないし９の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１１】
柔軟性を有する素材で構成されることを特徴とする請求項１ないし１０の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１２】
ＰＷＢ、ＦＰＣ、導電布、導電性シートの何れか又はその組み合わせに構成されることを特徴とする請求項１ないし１１の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１３】
前記第１ないし第３のループを、自己補対性を有する平面形状に構成したことを特徴とする請求項１ないし１２の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１４】
給電部と、
導電性のループ部の両端に第１及び第２の給電端子を有して前記給電部より給電される第１のループと、
前記第１のループの内側に設けられ、導電性のループ部の両端に第１及び第２の給電端子を有して前記給電部より給電される第２のループと、
前記第１のループの第１の給電端子と前記第２のループの第２の給電端子とを接続する第１の接続線と、
前記第１のループの第２の給電端子と前記第２のループの第１の給電端子とを接続する第２の接続線と
を有し、
前記第１の接続線、および前記第２の接続線には、前記給電部から極性のことなる電圧または電流が供給される
ことを特徴とする多重ループアンテナ。
【請求項１５】
前記第１のループは、所望の周波数の１波長に相当する長さを有する導電性のループ部を有し、前記第２のループは、前記周波数と異なる所望の周波数の１波長に相当する長さを有する導電性のループ部を有することを特徴とする請求項１４記載の多重ループアンテナ。
【請求項１６】
給電部と、
前記給電部より給電される第１のループと、
前記第１のループの内側、及び前記第１のループの外側の少なくとも一方に１点で電気的に接続されて設けられたループと
を平面形状に構成したことを特徴とする多重ループアンテナ。
【請求項１７】
前記第１のループの内側、及び前記第１のループの外側の少なくとも一方に１点で電気的に接続されて設けられたループに、調整素子を設けることを特徴とする請求項１６の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１８】
請求項１ないし１７の何れかに記載の多重ループアンテナを有することを特徴とする衣服。
【請求項１】
給電部と、
前記給電部より給電される第１のループと、
前記第１のループの内側に設けられ、前記給電部より逆相給電される第２のループと、
前記第２のループの内側、及び前記第１のループの外側の少なくとも一方に設けられた第３のループと
を有することを特徴とする多重ループアンテナ。
【請求項２】
前記第２のループの内側に前記第３のループを設ける場合、前記第２のループと前記第３のループとを１点で電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の多重ループアンテナ。
【請求項３】
前記第１のループの外側に前記第３のループを設ける場合、前記第１のループと前記第３のループとを１点で電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の多重ループアンテナ。
【請求項４】
前記第３のループと、前記第１又は第２のループとを電気的に接続する位置は、前記給電部から１／２波長に相当する電気長だけ離れた位置であることを特徴とする請求項２又は３記載の多重ループアンテナ。
【請求項５】
前記第３のループと、前記第１又は第２のループとを接続する位置は、前記給電点に対向する前記第1または第２のループ辺上であることを特徴とする請求項２または３記載の多重ループアンテナ。
【請求項６】
前記第３のループに、調整素子を設けることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項７】
前記調整素子は、前記第３のループに対して内側又は外側の何れか一方に設けることを特徴とする請求項６記載の多重ループアンテナ。
【請求項８】
前記調整素子は、前記第３のループの電流分布における最小地点近傍に設けることを特徴とする請求項６又は７記載の多重ループアンテナ。
【請求項９】
前記第１ないし第３のループは、正方形、長方形、多角形、円形、楕円形の内何れかの形状に揃えることを特徴とする請求項１ないし８の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１０】
前記第１ないし第３のループは、ループの中心位置を揃えた形状であることを特徴とする請求項１ないし９の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１１】
柔軟性を有する素材で構成されることを特徴とする請求項１ないし１０の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１２】
ＰＷＢ、ＦＰＣ、導電布、導電性シートの何れか又はその組み合わせに構成されることを特徴とする請求項１ないし１１の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１３】
前記第１ないし第３のループを、自己補対性を有する平面形状に構成したことを特徴とする請求項１ないし１２の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１４】
給電部と、
導電性のループ部の両端に第１及び第２の給電端子を有して前記給電部より給電される第１のループと、
前記第１のループの内側に設けられ、導電性のループ部の両端に第１及び第２の給電端子を有して前記給電部より給電される第２のループと、
前記第１のループの第１の給電端子と前記第２のループの第２の給電端子とを接続する第１の接続線と、
前記第１のループの第２の給電端子と前記第２のループの第１の給電端子とを接続する第２の接続線と
を有し、
前記第１の接続線、および前記第２の接続線には、前記給電部から極性のことなる電圧または電流が供給される
ことを特徴とする多重ループアンテナ。
【請求項１５】
前記第１のループは、所望の周波数の１波長に相当する長さを有する導電性のループ部を有し、前記第２のループは、前記周波数と異なる所望の周波数の１波長に相当する長さを有する導電性のループ部を有することを特徴とする請求項１４記載の多重ループアンテナ。
【請求項１６】
給電部と、
前記給電部より給電される第１のループと、
前記第１のループの内側、及び前記第１のループの外側の少なくとも一方に１点で電気的に接続されて設けられたループと
を平面形状に構成したことを特徴とする多重ループアンテナ。
【請求項１７】
前記第１のループの内側、及び前記第１のループの外側の少なくとも一方に１点で電気的に接続されて設けられたループに、調整素子を設けることを特徴とする請求項１６の何れか一記載の多重ループアンテナ。
【請求項１８】
請求項１ないし１７の何れかに記載の多重ループアンテナを有することを特徴とする衣服。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２００２０７（Ｐ２０１０−２００２０７Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４５２４８（Ｐ２００９−４５２４８）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（５９９０１６４３１）学校法人 芝浦工業大学 (109)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（５９９０１６４３１）学校法人 芝浦工業大学 (109)
【Ｆターム（参考）】
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