JP4699931B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナの構造に関し、特に車両や住宅等に用いられる小型アンテナの構造に関するものである。

例えば車両や住宅等に用いられる無線機（例えばキーレス受信機）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構成においては、無線機の体格に対してアンテナの大きさが支配的である。したがって、無線機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。

これに対し、アンテナを小型化する構成として例えば特許文献１が開示されている。このアンテナは、直線状に延びる内部導体と、これを中心として間隔を隔てて密巻状に巻回された外部コイル状導体とを有し、特有の周波数で共振するように構成されている。これにより、比較的高い利得を有しつつ、小型で単純なアンテナの構造としている。
特開２００３−１５２４２７号公報

しかしながら、上記構成の場合、内部導体が直線状に延びる構造となっているので、小型化に限界がある。例えば無線機を小型化するために内部導体の伸延方向に直交する方向のアンテナの外形を小さくする場合、共振するための電気長を確保するために内部導体及び外部コイル状導体の少なくとも一方を長くする必要があるが、内部導体が直線状であるので高さが大きく増加してしまう。

本発明は上記問題点に鑑み、小型化に適したアンテナを提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、請求項１に記載の発明は、螺旋状に延びる外部エレメントの内部に、間隔を隔てて内部エレメントを配置し、２つのエレメントの一方を信号線とし、他方をＧＮＤ線とするダイポール型のアンテナであって、内部エレメントを、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ことを特徴とする。

このように本発明によると、所謂ダイポールアンテナの構成であり、内部エレメントを螺旋状としているので、内部エレメントに流れる電流の方向と、外部エレメントに流れる電流により内部エレメントに生じる２次電流（イメージ電流ともいう）の方向（ベクトル）がほぼ同一であり、２次電流と内部エレメントに流れる電流とが効率よく合成（ベクトル和）される。また、電流経路が螺旋状であるので、使用電波に関する電流以外の不要な電流が流れにくい構造となっている。

したがって、帯域を狭くすることができ、アンテナ利得を向上することができる。すなわち、ほぼ同じアンテナ利得であれば、直線状の内部エレメントを有する従来のアンテナよりもアンテナの体格を小型化することができる。またこのアンテナを適用することにより無線機を小型化することができる。なお、この結果については、本発明者による電流分布のシミュレーション結果及び放射指向性測定結果からも明らかとなっている。

請求項２に記載のように、外部エレメントと内部エレメントの電気長の総和を、使用電波の半波長とした構成とすると良い。使用電波に対して共振する長さであれば、半波長以外の設定としても良いが、上記構成とすると、アンテナの体格をより小型化することができる。

また、請求項３に記載のように、外部エレメントと内部エレメントの軸方向の高さを略等しくした構成とすると良い。この場合、外部エレメントからの２次電流が効率よく内部エレメントに作用するので、アンテナ利得を向上することができる。すなわち、アンテナの体格をより小型化することができる。なお、略等しくとは、全く等しいだけでなく、ほぼ等しい（数％の誤差を含む）状態も含まれる。

請求項４に記載のように、内部エレメントの中心軸を、外部エレメントの中心軸と一致させた構成としても良い。この場合、内部エレメントと外部エレメントの対向領域が内部エレメントを挟んで等しくなるので、アンテナ利得を大きくすることができる。なお、アンテナ利得を大きく低減させない範囲で、外部エレメントの中心軸に対して内部エレメントの中心軸をずらした配置としても良い。

具体的には、本発明者が確認したところ、内部エレメントと外部エレメントとの間の間隔をできる限り広げる（小型化を考えると、外部エレメントの内径を固定した状態で、内部エレメントの内径を螺旋形状が可能な限り小さくする）とアンテナ利得には有利であることが明らかとなった。これは、一方のエレメントに電流が流れた際に、他方のエレメントに生じる２次電流の干渉によって低下する利得（換言すれば、内部エレメントと外部エレメントとの間に構成されるコンデンサによって低下する利得）を極力抑えることができるためであると考えられる。好ましくは請求項５に記載のように、外部エレメントの螺旋部分の内径に対する内部エレメントの螺旋部分の内径の比を、０．６以下、さらに好ましくは請求項６に記載のように、外部エレメントの螺旋部分の内径に対する内部エレメントの螺旋部分の内径の比を、０．３以下とすると良い。

また、請求項７に記載のように、内部エレメントの螺旋部分を、外部エレメントの螺旋部分よりも密にしても良い。このように構成すると、内部エレメントの螺旋部分を、外部エレメントの螺旋部分よりも粗、若しくは等しくした構成に比べて、アンテナ利得を向上することができる。このことは、本発明者によっても確認されている。

また、本発明者が確認したところ、外部エレメントの螺旋部分の、軸方向において隣接する間隔を大きくするにつれてアンテナ利得が向上するが、間隔の増加とともに自己共振周波数も徐々に高くなるため、ある間隔で自己共振周波数が所望の共振周波数よりも高くなり、インピーダンスマッチングのために配置するインダクタンスの抵抗成分によって、結果的にアンテナ利得が低下することが明らかとなった。したがって、請求項８に記載のように、外部エレメントの螺旋部分の、軸方向において隣接する間隔を、自己共振周波数が所望の共振周波数を超えない範囲で最大とすることが好ましい。これにより、外部エレメントの螺旋部分の間隔（ピッチ）のみの効果を考慮して考えると、アンテナ利得をもっとも向上することができる。

請求項９に記載のように、２つのエレメントは同一の回路基板に固定され、それぞれの一端が回路基板に設けられた配線と電気的に接続された構成とすると良い。このように、２つのエレメントを同一の回路基板にはんだ等を介して直接固定した構成とすると、無線機をより小型化することができる。

なお、請求項１〜９いずれかに記載のアンテナは小型化に適しているので、請求項１０に記載のように小型化が要望されている車載用無線機に好適である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
先ず本実施形態に示すアンテナを説明する前に、内部エレメントが直線状である従来構成のアンテナの電流分布について説明する。

図１は、従来構成のアンテナを示す模式図である。図２は、図１に示す構成のアンテナについて電流分布をシミュレーションした結果を示す図であり、（ａ）は外部エレメントの電流分布、（ｂ）は内部エレメントの電流分布を示している。図３は、図１に示す電流分布の原理を示す模式図である。

本発明者は、図１に示すように、螺旋状に延びる外部エレメント１０の内部に、直線状の内部エレメント２０を各中心軸が一致（一点鎖線）するように間隔を隔てて配置した従来構成のアンテナ１００について、ＦＤＴＤ（Finite Difference Time-Domain）法を用い、その電流分布をシミュレーションした。

なお、図１における符合３０は内部エレメント２０端部の給電点であり、符号３１は外部エレメント１０端部のＧＮＤ点である。実際には、両エレメント１０，２０に流れる高周波電流によって給電点３０とＧＮＤ点３１が周期的に切り替わるが、便宜上、一方に固定して図示している。この給電点３０及びＧＮＤ点３１は、符号１１０に示す回路基板に固定されるとともに回路基板１１０に設けられた配線（図示略）に電気的に接続され、配線を介して増幅回路等に接続されている。

また、符号Ｄ１は、外部エレメント１０の螺旋の内径、符号Ｌ１は基板表面からの内部エレメント２０の高さ、符号Ｌ２は基板表面からの外部エレメント１０の高さ、符号Ｐ１は外部エレメント１０の螺旋ピッチを示している。なお、符号Ｄ１，Ｌ１，Ｌ２，Ｐ１については、後述するアンテナの小型化及びアンテナ利得に対する効果の説明において用いる。

電流分布のシミュレーション結果によると、図２（ｂ）に示すように、物理的に直線形状である内部エレメント２０の電流分布が螺旋状であることが明らかとなった。これは、図３に示すように、電波を放射する際或いは電波を受信した際に外部エレメント１０に電流１１が流れると、外部エレメント１０と対向する内部エレメント２０に電流１１とは逆向きの２次電流２２（図３において破線で図示。イメージ電流ともいう）が生じる。そして、電波を放射する際或いは電波を受信した際に内部エレメント２０に流れる電流２１と２次電流２２との合成（ベクトル和）及び高周波特有の表皮効果によって、螺旋状の電流２３が形成されるものと考えられる。

ところで、上記のような所謂ダイポール型のアンテナ１００の共振特性は、外部エレメント１０と内部エレメント２０の電気長の和が使用電波のｎ／２波長（ｎは自然数）に相当する点である。しかしながら、内部エレメント２０の直径が細いと、内部エレメント２０が直線状に延びる構造となっているので、アンテナ１００の小型化に限界がある。例えば無線機を小型化するために回路基板１１０の平面方向における外部エレメント１０（アンテナ１００）の外形を小さくする場合、共振するための電気長を確保するためには内部エレメント２０及び外部エレメント１０の少なくとも一方を長くする必要がある。しかしながら、内部エレメント２０が直線状であるので、表面積が小さく、螺旋状に流れる電流２３の電気長を稼ぐことができないので、高さが大きく増加してしまう。

それに対し、内部エレメント２０の直径を太くすることで、内部エレメント２０の表面において螺旋状に流れる電流の電気長を稼ぐことも可能である。すなわち、アンテナ１００の体格を小型化することも可能となる。しかしながら、太線とすると、回路基板１１０等への接続面積が大きくなるため、例えば接続不良やそれに伴う抵抗不良が生じやすい。また、例えば柱状の内部エレメント２０の側面全体が電流経路となり得るので、使用電波以外の不要な電流ベクトルが流れやすい。すなわち、帯域が広くなり、アンテナ利得が低下する恐れがある。

そこで、本発明者は、本実施形態におけるアンテナ１００を図４（ａ），（ｂ）に示す構成とした。すなわち、外部エレメント１０を流れる電流１１による２次電流２２が内部エレメント２０に作用して、内部エレメント２０の電流分布が螺旋状となる点を考慮し、螺旋状に延びる外部エレメント１０の内部に、間隔を隔てて配置する内部エレメント２０を、外部エレメント１０の軸方向に沿って螺旋状に延びる形状とした。

なお、図４は、本実施形態に示すアンテナ１００の構成を示す模式図であり、（ａ）は回路基板１１０への固定構造を示す図、（ｂ）はアンテナ１００部分の拡大図である。なお、符号については、図１，３に示した従来構成のアンテナ１００と同一要素については同一符号としている。

このように本実施形態に示すアンテナ１００によれば、内部エレメント２０に流れる電流２１の方向と、外部エレメント１０に流れる電流１１により内部エレメント２０に生じる２次電流２２の方向（ベクトル）がほぼ同一であるので、電流２１と２次電流２２とが効率よく合成され螺旋状の電流２３を形成することができる。また、電流経路が螺旋状であるので、使用電波に関する電流以外の不要な電流が流れにくい構造となっている。

したがって、帯域を狭くすることができ、アンテナ利得を向上することができる。すなわち、ほぼ同じアンテナ利得であれば、直線状の内部エレメント２０を有する従来のアンテナよりもアンテナ１００の体格を小型化することができる。

また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、アンテナ１００は、回路基板１１０に例えば半田等を介して直接固定されている。そして、回路基板１１０に設けられた配線を介して、増幅回路等に接続されている。したがって、ケーブル等が不要であるので、無線機の体格を小型化することができる。

また、外部エレメント１０と内部エレメント２０の電気長の総和を、使用電波の半波長に設定している。したがって、アンテナ１００の体格をより小型化することができる。しかしながら、使用電波に対して共振する長さであれば、半波長以外の設定としても良い。

また、図４（ｂ）に示すように、外部エレメント１０の基板表面からの高さＬ２と内部エレメント２０の基板表面からの高さＬ１を略等しくしている。この場合、外部エレメント１０に流れる電流１１による２次電流２２が効率よく内部エレメント２０に作用するので、アンテナ利得を向上することができる。すなわち、アンテナ１００の体格をより小型化することができる。しかしながら、Ｌ１，Ｌ２の高さを異なる設定としても良い。

なお、本実施形態においては、図４（ｂ）に示すように、外部エレメント１０の中心軸と内部エレメント２０の中心軸が一致（一点鎖線）するように、両エレメント１０，２０を配置している。

次に、本実施形態に示すアンテナ１００の小型化及びアンテナ利得に対する効果について具体的に説明する。本実施形態に示すアンテナ１００を、使用周波数３１２．１５ＭＨｚの車両用キーレス受信機に適用することを前提とし、小型化及びアンテナ利得について検討した。その際、上記した従来構成（内部エレメント２０が直線状）のアンテナ１００を比較対象とした。

キーレス受信機におけるアンテナの許容高さは、一般的に１８ｍｍ程度である。そこで、図１に示す従来構成のアンテナ１００において、内部エレメント２０を１．２ｍｍφの棒状のワイヤから構成し、基板表面からの高さＬ１を１８ｍｍとした。そして、外部エレメント１０を１．２ｍｍφの棒状のワイヤから構成し、内径Ｄ１を１４ｍｍ、ピッチＰ１を３ｍｍとして６巻したところ、３１２．１５ＭＨｚにて共振する電気長（本実施形態においては半波長）を確保するためには、基板表面からの高さＬ２を２０ｍｍとする必要があった。すなわち、アンテナ１００の高さを１８ｍｍ以下に収めることができなかった。このアンテナ構成における放射指向性を図５に示す。図５は、従来構成におけるアンテナ１００の放射指向性を示す図であり、（ａ）はｘｙ面、（ｂ）はｙｚ面、（ｃ）はｚｘ面における水平偏波と垂直偏波の放射指向性を示している。

それに対し、図４（ｂ）に示す本実施形態のアンテナ１００において、外部エレメント１０の基板表面からの高さＬ２を１８ｍｍとし、それ以外の構成を上記従来構成のアンテナ１００と同一とした。そして、内部エレメント２０を１．２ｍｍφの棒状ワイヤから構成し、内径Ｄ２を１．５ｍｍ、ピッチＰ２を１．３ｍｍとして１１巻することで、高さＬ１が１８ｍｍにて３１２．１５ＭＨｚに共振する電気長（半波長）を確保することができた。すなわち、アンテナ１００の高さを１８ｍｍ以下に収めることができた。このアンテナ構成における放射指向性を図６に示す。図６は、本実施形態におけるアンテナ１００の放射指向性を示す図であり、（ａ）はｘｙ面、（ｂ）はｙｚ面、（ｃ）はｚｘ面における水平偏波と垂直偏波の放射指向性を示している。

図５及び図６に示すように放射指向性には殆ど差が見られず、従来構成のアンテナ１００の利得を０とすると、本実施形態に示すアンテナ１００の利得は−０．６ｄＢであった。すなわち、この結果から、直線状の内部エレメント２０を有する従来構成のアンテナ１００とほぼ同等のアンテナ利得を確保しつつ、従来よりもアンテナ１００の体格を小型化することができることが示された。

なお、車両や住宅等に用いられる無線機（例えばキーレス受信機）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構成においては、無線機の体格に対してアンテナの大きさが支配的である。したがって、本実施形態に示すアンテナ１００を適用することで、無線機の体格を小型化することができる。

また、本実施形態においては、外部エレメント１０の中心軸と内部エレメント２０の中心軸が一致するように、両エレメント１０，２０を配置する例を示した。このように中心軸を一致させると、内部エレメント２０と外部エレメント１０との対向領域（コンデンサ形成領域）が内部エレメント２０を挟んで等しくなるので、アンテナ利得を大きくすることができる。しかしながら、アンテナ利得を大きく低減させない範囲で、外部エレメント１０の中心軸に対して内部エレメント２０の中心軸をずらした配置としても良い。例えば、本実施形態において発明者が確認したところ、図７に示すように、中心軸からの外部エレメント１０の半径（内径Ｄ１の半分）をＸとすると、図中に一点鎖線で示す外部エレメント１０の中心軸からの内部エレメント２０の中心軸のずれが０．２Ｘ程度であれば、アンテナ利得の低下を１ｄＢ程度とすることができる。なお、図７は外部エレメント１０と内部エレメント２０の配置を説明するための模式図である。

ところで、両エレメント１０，２０の対向する螺旋部分には、コンデンサが構成される（換言すれば、一方のエレメントに電流が流れた際に、他方のエレメントに生じる２次電流の影響を受ける）。また、それぞれのエレメント１０，２０において、軸方向の隣接する螺旋部分間にもコンデンサが構成される。したがって、アンテナ１００の性能（共振特性、放射特性）に対しては、両エレメント１０，２０の位置関係（内径Ｄ１，Ｄ２）と、螺旋部分のピッチＰ１，Ｐ２が重要である。なお、螺旋部分のピッチＰ１，Ｐ２とは、図４（ｂ）に示すように、軸方向における隣接する螺旋部分の間隔である。

そこで本発明者は、螺旋状の外部エレメント１０の内部に螺旋状の内部エレメント２０を配置してなるアンテナ１００において、アンテナ利得をより向上することのできる構成を検討した。なお、アンテナ利得を検討するに当たり、図４（ａ），（ｂ）に示す構成のアンテナ１００において、所望の共振周波数（使用周波数）を上述した車両用キーレス受信機にて適用される３１２．１５ＭＨｚとした。また、両エレメント１０，２０を、それぞれ１．２ｍｍφの棒状ワイヤ（鋼線）を曲げ加工して形成し、中心軸を一致させ、高さＬ１，Ｌ２をともに１８ｍｍ、外部エレメント１０の内径Ｄ１を１４ｍｍ（外部エレメント１０の外径を１６．４ｍｍ）とした。すなわち、アンテナ１００の形成される体積を固定した状態で、内部エレメント２０の内径Ｄ２（換言すれば、内部エレメント２０と外部エレメント１０との間の間隔）、外部エレメント１０のピッチＰ１、内部エレメント２０のピッチＰ２をパラメータとして、アンテナ利得に与える影響を確認した。なお、使用周波数を同一とする逆Ｌ型モノポール構造のアンテナを、アンテナ利得の基準（０ｄＢ）とした。

先ず、外部エレメント１０のピッチＰ１を３ｍｍ、内部エレメント２０のピッチＰ２を２ｍｍに固定し、アンテナ利得に与える内部エレメント２０の内径Ｄ２（すなわち、外部エレメント１０に対する内部エレメント２０の内径比Ｄ２／Ｄ１）の影響を確認した。その結果を、図８に示す。図８は本発明者の実測データによる、外部エレメント１０に対する内部エレメント２０の内径比Ｄ２／Ｄ１とアンテナ利得との関係を示す図である。なお、図８に示す５点は、内部エレメント２０の内径Ｄ２が、左から順に３ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍである。

図８に示すように、内径比Ｄ２／Ｄ１（すなわち内径Ｄ２）が大きいほど、アンテナ利得が低下することが明らかである。これは、内径比Ｄ２／Ｄ１（すなわち内径Ｄ２）が大きいほど、外部エレメント１０に対して内部エレメント２０が近接し、一方のエレメント（例えば内部エレメント２０）に電流が流れた際に、他方のエレメント（例えば外部エレメント１０）に生じる２次電流の干渉の効果が大きくなり、電流総和が小さくなる（換言すれば、内部エレメント２０と外部エレメント１０との間に構成されるコンデンサの容量が大きくなり、例えば空間への電波放射量が減少する）ことによるものと考えられる。

このように、アンテナ１００においては、内部エレメント２０と外部エレメント１０との間の間隔をできる限り広げる、特に小型化を考えると、外部エレメント１０の内径Ｄ１を固定した状態で、内部エレメント２０の内径Ｄ２を、螺旋形状とできる範囲で、できる限り小さくすることが好ましい。より好ましくは図８に示すように、外部エレメント１０に対する内部エレメント２０の内径比Ｄ２／Ｄ１を０．３より大きく０．６以下とすると、内径比Ｄ２／Ｄ１が０．６を超えるものに対して、アンテナ利得を１ｄＢ程度は向上することができる。さらに好ましくは、図８に示すように、外部エレメント１０に対する内部エレメント２０の内径比Ｄ２／Ｄ１を０．３以下とすると、内径比Ｄ２／Ｄ１が０．６を超えるものに対して、アンテナ利得を２ｄＢ程度は向上することができる。なお、例えば、１．２ｍｍφの棒状ワイヤ（鋼線）を曲げ加工して内部エレメント２０を形成する場合、内径Ｄ２は３ｍｍ程度が限界である。

次に、内部エレメント２０の内径Ｄ２を３ｍｍに固定し、アンテナ利得に与える両エレメント１０，２０の螺旋部分のピッチＰ１，Ｐ２の影響を確認した。その結果を、図９に示す。図９は本発明者の実測データによる、各エレメント１０，２０の螺旋部分のピッチＰ１，Ｐ２とアンテナ利得との関係を示す図である。なお、図９に示す破線は、それぞれ外部エレメント１０のピッチＰ１を所定値で固定した際の、内部エレメント２０のピッチＰ２とアンテナ利得との関係を示すものであり、外部エレメント１０のピッチＰ１が、下から順に２ｍｍ、２．２５ｍｍ、２．５ｍｍ、２．７５ｍｍ、３ｍｍである。また、図９に示す実線は、それぞれ内部エレメント２０のピッチＰ２を所定値で固定した際の、外部エレメント１０のピッチＰ１とアンテナ利得との関係を示すものであり、内部エレメント２０のピッチＰ２が、左から順に２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍである。

図９に示す破線より、内部エレメント２０の螺旋部分のピッチＰ２を狭くするほど、アンテナ利得を向上することができることが明らかである。このように、アンテナ１００においては、内部エレメント２０の螺旋部分のピッチＰ２を、螺旋形状とできる範囲で、できる限り狭くすると良い。これにより、内部エレメント２０の螺旋部分のピッチＰ２のみを効果を考慮して考えると、アンテナ利得を向上することができる。好ましくは図９に示すように内部エレメント２０の螺旋部分のピッチＰ２を、外部エレメント１０の螺旋部分のピッチＰ１よりも密にする（すなわち、ピッチを狭くする）と良い。このように構成すると、内部エレメント２０の螺旋部分のピッチＰ２を、外部エレメント１０の螺旋部分のピッチＰ１よりも粗、若しくは等しくした構成に比べて、アンテナ利得を向上することができる。

なお、１．２ｍｍφの棒状ワイヤ（鋼線）を曲げ加工して内部エレメント２０を形成する場合、ピッチＰ２は２ｍｍ程度が限界である。また、ピッチを狭くすると、電気長が短くなり、自己共振周波数が低くなる。例えば、自己共振周波数が所望の共振周波数（例えば３１２．１５ＭＨｚ）を下回る場合には、コンデンサを付加することで、アンテナ利得を低下させること無く、アンテナ１００を所望の周波数に調整することができる。

また、図９に示す実線より、外部エレメント１０の螺旋部分のピッチＰ１にも、広くするほどアンテナ利得が向上する傾向があることが明らかである。ところが、ピッチを広げると、それに伴って電気長が長くなる。また、外部エレメント１０の内径Ｄ１は、内部エレメント２０の内径Ｄ２よりも大きく、螺旋部分のピッチＰ１の変化量に対する電気長の変化が大きい。したがって、螺旋部分のピッチＰ１を大きくしすぎると、自己共振周波数が、所望の共振周波数（例えば３１２．１５ＭＨｚ）よりも高くなり、インピーダンスマッチングのためにインダクタンスが必要となる。インダクタンスは抵抗成分を有しているため、インダクタンスを使用すると、それによる損失によって、アンテナ利得が低下することが考えられる。そこで、本発明者は、内部エレメント２０の内径Ｄ２を３ｍｍに固定し、自己共振周波数が、所望の共振周波数未満である場合と所望の共振周波数を超える場合とで、アンテナ利得を確認した。その結果を、図１０に示す。図１０は本発明者の実測データによる、自己共振周波数とアンテナ利得との関係を示す図である。図１０に示す黒丸は外部エレメント１０の螺旋部分のピッチＰ１を３ｍｍとした場合、白丸は外部エレメント１０の螺旋部分のピッチＰ１を３．５ｍｍとした場合のアンテナ利得を示している。

なお、ピッチＰ１を３ｍｍとした場合、内部エレメント２０の螺旋部分のピッチＰ２にもよるが、自己共振周波数が３００ＭＨｚ程度である。したがって、コンデンサを用いて、所望の共振周波数（３１２．１５ＭＨｚ）にて共振させるようにした。また、ピッチＰ１を３．５ｍｍとした場合、内部エレメント２０の螺旋部分のピッチＰ２にもよるが、自己共振周波数が３２７ＭＨｚ程度である。したがって、１２ｎＨのインダクタンスを用いて、所望の共振周波数（３１２．１５ＭＨｚ）にて共振させるようにした。

図１０に示すように、自己共振周波数が所望の共振周波数を超えると、自己共振周波数が所望の共振周波数を超えない場合に比べて、アンテナ利得が低下（図１０においては約３．９ｄＢ）することが明らかである。以上より、アンテナ１００においては、外部エレメント１０の螺旋部分のピッチＰ１を、自己共振周波数が所望の共振周波数を超えない範囲で、できる限り大きくすることが好ましく、より好ましくは螺旋形状とできる範囲で最大とすると良い。これにより、外部エレメント１０の螺旋部分のピッチＰ１のみを効果を考慮して考えると、アンテナ利得を向上することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態において、アンテナ１００を車載用キーレス受信機に適用する例を示した。しかしながら、本実施形態に示すアンテナ１００の適用範囲は上記例に限定されるものではない。また、所望の共振周波数（使用周波数）も３１２．１５ＭＨｚに限定されるものではない。さらには、受信機だけでなく送信機に適用することができるのは言うまでもない。

また、本実施形態においては、１．２ｍｍφの棒状ワイヤ（鋼線）を曲げ加工して各エレメント１０，２０が形成される例を示した。しかしながら、各エレメント１０，２０の螺旋部分の線径は上記例に限定されるものではない。また、成形方法も曲げ加工に限定されるものではない。

従来構成のアンテナを示す模式図である。 図１に示す構成のアンテナについて電流分布をシミュレーションした結果を示す図であり、（ａ）は外部エレメントの電流分布、（ｂ）は内部エレメントの電流分布を示している。 図１に示す電流分布の原理を示す模式図である。 第１の実施形態に示すアンテナの構成を示す模式図であり、（ａ）は回路基板への固定構造を示す図、（ｂ）はアンテナ部分の拡大図である。 従来構成のアンテナにおける放射指向性を示す図であり、（ａ）はｘｙ面、（ｂ）はｙｚ面、（ｃ）はｚｘ面における水平偏波と垂直偏波の放射指向性を示している。 第１の実施形態に示すアンテナにおける放射指向性を示す図であり、（ａ）はｘｙ面、（ｂ）はｙｚ面、（ｃ）はｚｘ面における水平偏波と垂直偏波の放射指向性を示している。 外部エレメントと内部エレメントの配置を説明するための模式図である。 外部エレメントに対する内部エレメントの内径比Ｄ２／Ｄ１とアンテナ利得との関係を示す図である。 各エレメントの螺旋部分のピッチＰ１，Ｐ２とアンテナ利得との関係を示す図である。 自己共振周波数とアンテナ利得との関係を示す図である。

符号の説明

１０・・・外部エレメント
１１・・・（外部エレメントを流れる）電流
２０・・・内部エレメント
２１・・・（内部エレメントを流れる）電流
２２・・・２次電流
３０・・・給電点
３１・・・ＧＮＤ点
１００・・・アンテナ
１１０・・・回路基板
Ｄ１・・・外部エレメントの内径
Ｄ２・・・内部エレメントの内径
Ｌ１・・・外部エレメントの高さ
Ｌ２・・・内部エレメントの高さ
Ｐ１・・・外部エレメントのピッチ（螺旋部分の間隔）
Ｐ２・・・内部エレメントのピッチ（螺旋部分の間隔）

Claims (10)

1. 螺旋状に延びる外部エレメントの内部に、間隔を隔てて内部エレメントを配置し、２つの前記エレメントの一方を信号線とし、他方をＧＮＤ線とするダイポール型のアンテナであって、
   前記内部エレメントを、前記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ことを特徴とするアンテナ。
2. 前記外部エレメントと前記内部エレメントの電気長の総和を、使用電波の半波長としたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記外部エレメントと前記内部エレメントの軸方向の高さを略等しくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記内部エレメントの中心軸を、前記外部エレメントの中心軸と一致させたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のアンテナ。
5. 前記外部エレメントの螺旋部分の内径に対する前記内部エレメントの螺旋部分の内径の比を、０．６以下としたことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記外部エレメントの螺旋部分の内径に対する前記内部エレメントの螺旋部分の内径の比を、０．３以下としたことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記内部エレメントの螺旋部分を、前記外部エレメントの螺旋部分よりも密にしたことを特徴とする請求項４〜６いずれか１項に記載のアンテナ。
8. 前記外部エレメントの螺旋部分の、軸方向において隣接する間隔を、自己共振周波数が所望の共振周波数を超えない範囲で最大としたことを特徴とする請求項４〜７いずれか１項に記載のアンテナ。
9. 前記２つのエレメントは同一の回路基板に固定され、各一端が前記回路基板に設けられた配線と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載のアンテナ。
10. 車載用無線機に適用されることを特徴とする請求項１〜９いずれか1項に記載のアンテナ。

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