アンテナ並びにそれを用いたＲＦＩＤタグ及び送受信装置
【課題】大きな利得を得るために大きな寸法を有し、整合回路・給電線構造を付加することなく、高周波回路との良好な整合条件を満足するアンテナを実現する。
【解決手段】使用周波数で微小抵抗値を有する導体で形成されたエレメントを備え、給電点からみた前記使用周波数における入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、前記エレメントの平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きい。
【解決手段】使用周波数で微小抵抗値を有する導体で形成されたエレメントを備え、給電点からみた前記使用周波数における入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、前記エレメントの平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波の送受を司るアンテナ及びそれを用いた送受信装置に係り、特に、大きな指向性利得を有する電力損失機能付きアンテナ並びにそれを用いたＲＦＩＤタグ及び送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
RF-ID等、対象物に無線による情報伝達機能を付与させる目的で、同対象物にアンテナを装着した場合、このアンテナに隠蔽された部分の形象可視性が損なわれる。そのため、アンテナを透明金属で構成することが知られている。
【０００３】
このような透明金属によって形成されているアンテナとして、従来、下記のようなものが知られている。
【０００４】
まず、特許文献１には、自動車用ガラスアンテナに関する発明として、アンテナ給電点のインピーダンスが、第２共振点（＝反共振点または並列共振点）の近傍に設定され、アンテナ導体を並列共振により受信感度を向上させること、さらに、アンテナ導体を透明導電物質とすることが開示されている。また、特許文献２や特許文献３にも、アンテナの並列共振や、透明導電物質に関する記載がある。さらに、特許文献４には、車両用ガラスアンテナに関し、アンテナ導体は透明導電膜により形成されたアンテナを採用することや、並列共振させることの記載がある。さらに、特許文献５、６にも、アンテナの並列共振や、透明導電物質に関する記載がある。
【０００５】
また、特許文献７にはアンテナが、λ／２の近傍またはその整数倍の電気長を有する棒状アンテナ素子の有するインダクタンスと分布容量とで形成された並列共振部を有する構成が開示されている。さらに、特許文献８には、ガラスアンテナの給電点に並列共振回路を備えたマッチング回路が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１２６１３３号公報
【特許文献２】特開平１１−６８６０４号公報
【特許文献３】特開平１１−８８２１５号公報
【特許文献４】特開平１１−１０３２６０号公報
【特許文献５】特開平１１−１６８３１５号公報
【特許文献６】特開２０００−７８０４５号公報
【特許文献７】特開平５−７１０６号公報
【特許文献８】特開平７−４６０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アンテナのインピーダンスＺは、電波放射に関わる実数分Ｒ（Ω）と、関わらない虚数部分リアクタンス分Ｘ（Ω）により、次式（１）で示される。
【０００８】
Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ （１）
図１３において、使用波長をλとしたとき、横軸はｌ／λ、縦軸はインピーダンスを示し、第一共振点の位置は１／２であり、通常のアンテナは、給電点において第一共振点に入力インピーダンスが設定されている。通常のアンテナは、その最大寸法（エレメント長さｌ）を原理上のエレメント長さである１／２波長よりも若干短くして使用される。すなわち、アンテナを調整する際にエレメント長を調整するか、アンテナに取りつけたスタブなどの整合回路でＸをゼロに打消して、抵抗分のみになるように整合を取る。
【０００９】
また、アンテナはその最大寸法を、用いられるシステムの使用波長の数倍以上の寸法とすることで、特定の方向に電磁波を集中させて放射することかできる。このような目的に対しては通常、単一の電磁波放射の最大方向を有する、１／２波長以下のアンテナを複数並べて、該アンテナが放射する電磁波の位相を調整することにより、該特定の方向に電磁波を集中させる手段を用いる。その理由は、導体上に高周波電流が発生する時に、該導体の寸法が１／２波長を超える場合は、該導体上に位相の反転する該高周波電流が存在する為に、この移送が反転した高周波電流によりアンテナから放射される電磁波の一部が相殺されアンテナの利得が減少してしまう為である。また、このように１／２波長以下のアンテナを複数並べる場合には、該複数のアンテナに電磁波のエネルギを供給するために、一般に給電線と呼ばれる電力の分配回路を具備する必要がある。
【００１０】
従来技術の１／２波長を超える寸法を有するアンテナが具備する給電線は、該アンテナを構成する複数アンテナに電磁波のエネルギを供給するために、導体が用いられる。該アンテナを複数並べて、これらアンテナにエネルギを供給するためには、給電線はひとつのアンテナへの電力の供給口である給電点から複数のアンテナ素子への電気的結合を果たすために、一般に直交する２軸に張られた二次元構造を有する。アンテナの目的は電磁波の集中的放射であるから、該アンテナを構成する複数のアンテナは特定の一軸への電磁波の放射方向を有することが望まれる。
【００１１】
しかしながら、本質的に該給電線は２軸へ広がった構造を持つために、該アンテナが期待される電磁波の一軸への放射方向とは異なった方向へ、該給電線は電磁波を放射してしまう問題があった。
【００１２】
この問題を回避するべく、給電線からの電磁波放射を抑制するために、新たにシールド構造を導入することも考えられるが、アンテナの構造が複雑になり製造コストが上がるのみならず、該シールド構造は電磁波の放射に寄与しないから、アンテナ動作とは無関係な体積が加わり、結果としてアンテナ自体が大型化する問題も生じていた。
【００１３】
一方、上記各特許文献によれば、透明性を有する導体物質を膜状に形成し、十分な形象可視性を持つアンテナを実現することが知られている。しかしながら、現在知られている透明性を有する導体物質は、電磁波放射が効率よく行われる周波数領域では、銅・アルミ等の金属に比べて導電率が低く、また十分な可視性を保つために、該導体物質の膜厚を大きくとることができず、銅・アルミ等の金属と比べて大きな抵抗を有する。この、透明性を有する導体物質の抵抗の影響による損失を低減するために、特別なアンテナ設計法が必要となる。
【００１４】
また、上記したように、RF-ID等の分野では、対象物に無線による情報伝達機能を付与させる目的で、透明度を有する導体でアンテナを実現し、アンテナ被装着物の形象可視性を向上させることが要求されている。このようなアンテナに要求される透明性の課題を解決するために、細線束を用いてアンテナを実現する従来技術が知られているが、微視領域での細線の可視性の問題、そして細線束を平面構造に実装するためのコスト高の問題があった。
【００１５】
さらに、RF-IDのように狭い範囲内において、複数のアンテナを用いて通信を行う無線システムでは、互いのアンテナ間の干渉を防ぐために、アンテナの指向特性を狭くし、送受信する電波の向きを一方向に制限したいという要求もある。
【００１６】
本発明の目的は、寸法が１／２波長を超えるアンテナにおいて、アンテナの性能劣化あるいは製造コストおよび構造的不利益を引き起こす給電線を用いることなく、高い利得を実現することのできるアンテナ及びそれを用いた送受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明のアンテナは、使用周波数で微小抵抗値を有する導体で形成されたエレメントを備え、給電点からみた前記使用周波数における入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、前記エレメントの平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、損失を有する導体をアンテナの構成要素としても、寸法を１／２波長よりも大きくすることで、特定の電波放射方向に対する利得を維持しつつ、アンテナに電力を供給する高周波回路との良好なインピーダンス整合を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
アンテナの利得を最大にする為には、指向性利得を最大にし、且つアンテナに電力を効率良く伝達させる必要がある。前者に関しては一次元あるいは二次元構造において、該構造の表面に発生する高周波電流の位相を同符号に保ちつつ、振幅を同一にすればよい。後者に関してはする給電点でのリタクタンス成分を零にすればよい。課題で説明したように、使用波長の１／２の寸法を持つアンテナは、その構造において、該電流の位相の反転する部分が無く、給電点のインピーダンスの実部が虚部に対して大きくなるので、該目的に適合しているが、単体での最大寸法が使用する電磁波の波長の１／２と制限されてしまうので、より大きな利得を得る為に寸法を大きくすることができない。また、使用波長の１／２の寸法を持つアンテナは、その構造の表面に波の半周期の形状に概略等しい振幅・位相の分布を示す高周波電流を発生させるので、同構造の表面に一様振幅・位相の分布を有するアンテナ構造を想定すれば、該想定したアンテナより利得は小さい。
【００２０】
本発明では、使用波長の１／２を越える寸法のアンテナ構造において、同構造の表面に一様に近い高周波電流の振幅分布を実現し、給電点においてインピーダンスの実部が虚部に対して大きくするために、抵抗成分を有する導体を導入する。導体が微小抵抗ρを持つ場合、アンテナの入力インピーダンスＺは該微小抵抗ρが存在しない場合の入力インピーダンスＺ０を用いて、近似的に次式（２）のように表される。
【００２１】
Ｚ−１＝Ｚ０−１＋ρＺ０−２ （２）
式（２）よりわかるように、アンテナの入力インピーダンスを、該アンテナを構成する導体に微小抵抗成分を持たせる事により小さくすることができる。
【００２２】
また、本実施例の線状導体からなるアンテナの導体長（エレメント長さ）ｌと給電点インピーダンスの関係は図１Ｂに示されるように、λ／２とλの間に第一共振点をとりリアクタンス成分が零となり、以後該導体長が増加するにつれ、インピーダンスの虚部（Ｘ）および実部（Ｒ）が増加する特性を示す。
【００２３】
図１Ｂの特性と式（２）よりアンテナを構成する導体に微小な抵抗成分を付加することにより、１／２波長より大きい寸法（ｌ＞λ／２）において、等価的に１／２波長と同等の入力インピーダンスを実現することができる。
【００２４】
アンテナを構成する導体上に形成される電流分布と給電点の入力インピーダンスには明確に関係があり、波の半波長の分布が使用周波数の半波長の線状アンテナのインピーダンスと一対一に対応している。すなわち、等価的に１／２波長と同等の入力インピーダンスが実現されていることは、アンテナ構造を実現する導体表面に波の半波長の分布が形成されていることに対応し、従来技術である良導体で構成されたアンテナでは、実現不可能であった逆相成分を含まない位相分布を持つ高周波電流を、使用波長の１／２を越える寸法において実現できることを示している。
【００２５】
図１Ｂから明らかなように、寸法（エレメント長さｌ）の変化に対してアンテナの給電点インピーダンスの変化は線形変化を凌ぐ急激な変化を示している。特にリアクタンス成分は第一共振点である式（３）の変化をする。
【００２６】
１−ω２ＬＣ （３）
ωは角周波数であり、使用波長の逆数である為寸法の変化の２乗でリアクタンスは変化する。
【００２７】
一方、式（２）からわかるように、微小損失ρの存在によって、インピーダンスも２乗の変化をするから、該損失による利得低下と寸法ｌの増大はお互いに相殺する。従って、利得の増加に対して、微小損失ρが式（２）を満足している間は、特定方向への電波の集中度を示す利得に対して、該微小損失ρによる電力の低下は問題とならない。換言すれば、損失を有する導体をアンテナの構成要素としても、寸法ｌを大きくすることで、特定の電波放射方向に対する利得を維持しつつ、アンテナに電力を供給する高周波回路との良好なインピーダンス整合を実現することができる。
【００２８】
さらに、式（２）を満足している範囲においては、利得を大きくすることができる大寸法のアンテナを、従来技術で用いていた、給電線なしに実現できるので、該給電線によるアンテナの利得低下および構造増大の問題を回避できると言う、優れた特徴を実現することができる。
【００２９】
以上の説明は、線状導体で構成されるアンテナに関してのものであるが、アンテナ構造が平面的なものに対しても同様の考え方が適応できる。線状アンテナは一次元の構造であり、平面状アンテナは二次元の構造である。いずれのアンテナも給電点は一つあるいはアンテナ構造に対してはまばらな有限の少ない個数で設置される。このため、給電点に高周波回路より印加されたエネルギが該給電点よりアンテナ構造全体へと伝播してゆくことになる。線状アンテナを対象にした上記説明を面状アンテナにそのまま適応するためには、該給電点から流れ出す電流の微小損失に対する効果を同一にすればよい。このような目的に対しては、該面状アンテナを構成する導体の密度を該給電点より遠ざかるにつれ密にすることで対応可能である。また、アンテナを構成する導体の損失量自体を調整できる場合には、この損失量を該給電点より遠ざかるにつれ小さくすることで対応可能である。
【００３０】
特定方向でない方向に対しての電力放射は、結果として微小損失ρの効果により低下するので、アンテナの全空間に対する放射効率は当然低下する。しかしながら、この全空間に対する放射効率の低下は、複数のアンテナを用いる無線システムでは、互いのアンテナの干渉を低減する効果に通じるので、そのような干渉が特に問題となる無線システムにおいては、優れた特徴を呈することになる。
以下、図を参照しつつ、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３１】
本発明の第一の実施例を図１（図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ）及び図２で説明する。図１Ａは、本発明の第一の実施例になるアンテナの一実施例の構造を示す平面図、図１Ｂは第一の実施例になるアンテナの、給電部インピーダンスの周波数特性を示す図である。図１Ｂの縦軸はインピーダンス、図１Ａに示したように、本実施例のアンテナ１００は、使用する周波数領域で微小抵抗値を有する矩形状の導体要素１を、一次元的（ｘ方向）に多数配列して得られる線状のエレメントで構成されるダイポールアンテナ構造を呈している。長さｌのエレメントを構成する導体要素１は、薄いシート状をなしている。ここで、微小抵抗値とは、一般的な導電材料のシート抵抗すなわち電気抵抗率（１０−４Ωｃｍ以下）よりも大きくかつ一般的な絶縁材料の電気抵抗率よりは小さな値である。より好ましくは、シート抵抗が１００Ωｃｍ乃至１０１Ωｃｍの範囲である。なお、本発明において、矩形状の導体要素（以下、矩形状導体要素）１とは、その平面形状が矩形（長方形）に限られるものではなく、正方形や正三角形、正六角などを含み、規則的に繰り返し配列可能であり設計の容易な定形の形状を含むものとする。
【００３２】
本実施例のアンテナ１００は、エレメントの全体的な形状が線状である。なお、図１Ａでは、分かり易くするために、各導体要素１間に仕切り線を表示しているが、実際には、エレメントは、均一な薄膜、換言すると薄いシート状の抵抗を有する導体層、が給電点２を中心にして左右に連続して伸びることで複数の導体要素が分割されること無く一体的に形成された構成となっていることはいうまでもない。
【００３３】
アンテナエレメントを構成する導体要素１の具体的な例としては、ｘ，ｙ方向の各辺の長さが数ｍｍの矩形であり、厚みは、数μｍ〜数十μｍである。また、使用周波数は、３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ程度である。そして、このアンテナ構造の概略中心部に、給電点２が形成され、この給電点２は当該ダイポールアンテナに関する第一共振点（図１Ｂで０と表示）に設定されている。すなわち、本実施例のアンテナは、給電点２からみた使用周波数ｆにおける入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、最大寸法すなわち平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きい。一例として、最大寸法は５インチ以上である。この第一共振点の位置は、図１Ｂに示すように、１／２よりも大きく、１よりも小さい位置である。また、アンテナを構成する導体が該アンテナの使用周波数で微小抵抗値を有するので、ダイポールアンテナの共振状態における最大寸法は、使用波長λの１／２より大きくなる。長さの上限は、使用波長λ程度である。
【００３４】
本実施例のアンテナ１００を構成する数μｍ〜数十μｍの薄膜のエレメントは、成膜や塗布などの方法で形成される。
【００３５】
なお、本実施例のアンテナ１００は、長さ（λ／２〜λ）に比べて幅が狭くかつ極めて薄い構造であるため、アンテナ単体では本来の線状の形状を維持する機械的な強度が不足している場合がある。そのため、本実施例のアンテナを構成するエレメントは、他の部材や物品、例えば各種機器の表面、機器の収納容器や包装部材あるいは機器の搬送容器等の表面上に貼り付け、印刷あるいは埋め込むなどして機械的な強度を確保し、その本来の形状を維持できる状態で使用されるのが望ましい。
【００３６】
図１Ｃは、図１Ａに示した本実施例のアンテナ１００の等価回路を示すものである。図１Ｃにおいて、ＥLはアンテナの高周波電源、Ｒoは高周波電源回路の給電インピーダンス、ｒlossは本発明のアンテナを構成する導体の使用周波数で発生する微小抵抗値、Ｒrはアンテナの放射抵抗、Ｒｌはアンテナを構成する導体以外の損失抵抗とする。
【００３７】
本実施例では、マッチング回路を省略するために、給電点において、高周波電源回路とアンテナ側の放射回路との整合をとる。すなわち、次式（４）の関係を満たすように、ｒloss、Ｒr、Ｒｌの値を設定する。
【００３８】
ｒloss＋Ｒr＋Ｒｌ≒Ｒo （４）
実用上は、微小抵抗値ｒlossを放射抵抗Ｒrの２割以下に抑える。例えば、放射抵抗Ｒrが５０オームのとき、微小抵抗値ｒlossを１〜１０オーム程度になるようにする。
【００３９】
本実施例では、さらに、式（２）や（４）を満足している範囲においては、利得を大きくすることができる大寸法のアンテナを、従来技術で用いていた、給電線なしに実現できるので、該給電線によるアンテナの利得低下および構造増大の問題を回避できるという優れた特徴を実現することができる。
【００４０】
以上の説明は、線状導体で構成されるアンテナに関してのものであるが、後の実施例で述べるアンテナ構造が平面的なものに対しても同様の考え方が適応できる。
【００４１】
図２でアンテナの特性を説明する。図２の実線は、本実施例によるダイポールアンテナの指向特性の一例を示すものである。特定方向でない方向に対しての電力放射は、結果として微小損失ρの効果により低下する。すなわち、アンテナの全空間に対する放射効率は、実線で示すようにエレメントの微小抵抗成分の存在による熱損失のために電力損失が生じ、破線で示した通常の良導体を用いたダイポールアンテナの放射効率に比べて当然低下する。
【００４２】
本実施例によるダイポールアンテナは、通常のダイポールアンテナに比べて、放射効率は低下するものの、指向性が強くなっている。すなわち、本実施例のアンテナの指向特性は、従来例のアンテナの指向特性に比べて、抵抗ｒlossによる電力損失分だけ幅が狭くなっている。換言すると、本実施例のアンテナは、微小抵抗値ｒlossを有する電力損失機能付きアンテナと言うことができる。この全空間に対する放射効率の低下は、複数のアンテナを用いる無線システムでは、互いのアンテナの干渉を低減する効果に通じるので、そのような干渉が特に問題となる無線システムにおいては、優れた特徴を呈することになる。従って、エレメントの微小抵抗成分の抵抗値とアンテナの電力損失の関係を利用して、所望の指向性を得るように構成することができる。すなわち、本実施例のアンテナは、エレメントとして微小抵抗値を示す矩形状導体要素を使用することに伴う抵抗ｒlossの増加を、アンテナエレメントの大きさを増して放射抵抗Ｒrを増やすことで相殺し、全体の整合をとるものである。このようにして、給電点におけるアンテナと高周波回路の良好なインピーダンス整合状態をとることができる。
【００４３】
そのため、アンテナが使用周波数ｆにおいて抵抗が無視できる微小抵抗値を有する導体で形成されているにもかかわらず、アンテナから発生する電磁波を該アンテナ構造の法線方向（ｚ方向）に電磁波を集中させる効果を、図１３に示したような給電点において第一共振点に入力インピーダンスが設定されているアンテナよりも、大きくとることができる。
【００４４】
このようにして得られた指向性の強いアンテナは、例えば、RF-IDのように狭い範囲内において複数のアンテナを用いて通信を行う無線システムに適している。
【００４５】
また、新たな整合回路および給電線を付加することなく、高利得且つ高周波回路より低損失で電力を供給することの出来るアンテナを実現することが出来る。
【００４６】
本実施例のアンテナは、損失を有する導体をアンテナの構成要素としても、寸法を１／２波長よりも大きくすることで、特定の電波放射方向に対する利得を維持しつつ、アンテナに電力を供給する高周波回路との良好なインピーダンス整合を実現することができる。
【実施例２】
【００４７】
本発明は、線状導体で構成されるアンテナだけでなく、アンテナ構造が平面的なものに対しても有効である。線状アンテナは一次元の構造であり、平面状アンテナは二次元の構造である。いずれのアンテナも給電点は一つあるいはアンテナ構造に対してはまばらな有限の少ない個数で設置される。このため、給電点に高周波回路より印加されたエネルギが該給電点よりアンテナ構造全体へと伝播してゆくことになる。線状アンテナを対象にした上記説明を面状アンテナにそのまま適応するためには、該給電点から流れ出す電流の微小損失に対する効果を同一にすればよい。このような目的に対しては、該面状アンテナを構成する導体の密度を該給電点より遠ざかるにつれ密にすることで対応可能である。また、アンテナを構成する導体の損失量自体を調整できる場合には、この損失量を該給電点より遠ざかるにつれ小さくすることで対応可能である。
【００４８】
本発明により得られるアンテナ構造は、給電点におけるアンテナと高周波回路の良好なインピーダンス整合状態を、使用波長の１／２を超える寸法にて実現できるので、整合回路、給電線等のアンテナ全体としての損失をもたらす構造を導入することなく、特定の方向への利得増大を実現出来るばかりでなく、他方への電磁波の不要放射も抑制できるので、アンテナを複数使用する無線システムの信号対雑音比を向上させるアンテナを簡易で安価に提供する効果がある。
【００４９】
本発明の第二の実施例を図３（図３Ａ、図３Ｂ）及び図４で説明する。図３Ａは、本発明の第二の実施例になるアンテナの構造を示す平面図、図３Ｂは第二の実施例になるアンテナの、給電部インピーダンスの周波数特性を示す図である。図１の実施例のアンテナと異なる点は、電力損失機能付きアンテナ構造１００が長手方向と直角な方向（ｙ方向）に幅を持つことである。本実施例のアンテナは、平面形状が面状となっており、エレメントの長さは使用波長λの１／２より長くλ以下の長さとなっている。すなわち、本実施例のアンテナは、使用する周波数領域において微小抵抗値を示す矩形状導体要素１を多数配列して得られるエレメントすなわち面状ダイポールアンテナ構造を呈している。一例として、アンテナ構造１００の最大寸法は長さが５インチ以上１０インチ以下、幅は５インチ未満である。厚みは、数μｍ〜数十μｍ、使用周波数は、３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ程度である。第一共振点の位置は、１／２よりも大きく、１よりも小さい位置であるが、図１の実施例の位置よりも若干図１３の従来例の位置に近くなる。
【００５０】
なお、図３Ａでは、分かり易くするために、各導体要素１間に仕切り線を表示しているが、実際には、均一な薄膜、換言すると薄いシート状の、抵抗を含む、導体層が給電点２を中心にして左右に連続して伸びることで複数の導体要素が分割されること無く一体的に形成された構成となっていることはいうまでもない。
【００５１】
本実施例の電力損失機能付きアンテナ１００を構成する薄膜も、成膜や塗布などの方法で形成される。また、本実施例のアンテナ１００も、実施例１と同様に、エレメントは長さ（λ／２〜λ）に比べて幅が狭くかつ極めて薄い構造であるため、実際の使用に楯は、他の部材や物品との組み合わせで機械的な強度を確保する実装形態が望ましい。例えば、各種機器の表面、機器の収納容器や包装部材あるいは機器の搬送容器等の表面上に本実施例のアンテナを貼り付けもしくは印刷し、あるいは各種機器の表皮部材に埋め込むなどして機械的な強度を確保し、アンテナがその本来の形状を維持できる状態で使用されるのが望ましい。
【００５２】
本実施例によれば、アンテナ構造１００の中心に設けられた給電点２よりアンテナ構造に沿って流れる電流の経路を、図１の実施例と比べてより多くとることができる。結果として、アンテナが共振する周波数帯域を広げることが出来、アンテナと高周波回路との間のインピーダンス整合帯域を広くすることが可能となる。
【００５３】
図４でアンテナの特性を説明する。図４の実線は、本実施例によるダイポールアンテナの指向特性の一例を示すものである。本実施例によるダイポールアンテナも、従来のダイポールアンテナに比べて、指向性がより強くなっている。指向性の向上は、互いのアンテナの干渉を低減する効果に通じるので、そのような干渉が特に問題となる無線システムにおいては、優れた特徴を呈することになる。
【００５４】
本実施例のアンテナは、損失を有する導体をアンテナの構成要素としても、寸法を１／２波長よりも大きくすることで、特定の電波放射方向に対する利得を維持しつつ、アンテナに電力を供給する高周波回路との良好なインピーダンス整合を実現することができる。また、大きな表面積を構造の中に有するデバイスあるいは装置の表面、あるいはそれらの収納容器等の表面に、直接貼付あるいは塗布することで、大きな指向性利得を実現することができる。
【００５５】
また、本実施例によれば、アンテナの製造寸法誤差による動作のばらつきを吸収することが出来、大量生産時の製品の歩留まり向上に効果がある。
【実施例３】
【００５６】
本発明の第三の実施例を図５で説明する。図５は、本発明の第三の実施例になるアンテナ構造を示す図である。図１の実施例のアンテナと異なる点は、電力損失機能付きアンテナ１００の構造が二次元（ｘ，ｙ）方向に広がりを持つ平面構造であることと、給電点２から離れるにつれ、使用周波数で微小抵抗値を有する矩形状導体要素１の分布が密になっていることである。換言すると、エレメントの中で、給電点２の近傍には、矩形状導体要素１の存在しない領域３０が散在する疎な構造となっており、一方、給電点２から離れるにつれこの矩形状導体要素１の存在しない領域の数が減少した密な構造となり、アンテナ１００の外周縁部は矩形状導体要素１が連続して存在している。一例として、平面アンテナ構造の最大寸法は長さ、幅共に５インチ以上の矩形である。その他、アンテナ１００の材料、製法や実装形態は、第一、第二の実施例と同様である。
【００５７】
本実施例に拠れば、給電点２から該アンテナ構造全体に供給される高周波電流は該アンテナ構造の周辺部に行くほど、該矩形状導体要素の密度が高いので等価的に該高周波電流に損失を与える抵抗値が低くなる。また、給電点から該アンテナ構造の周辺部へと行くにつれ、高周波電流で伝達される高周波エネルギは外部空間に放射され暫時減少する。このため、アンテナ構造全体に分布する高周波電流の振幅分布は、アンテナ構造が一様な矩形状導体要素の密度を有する場合に比べて、該アンテナ構造全体でより一様になり、アンテナの指向性利得を増大させる効果を有する。
【実施例４】
【００５８】
本発明の第四の実施例を図６（図６Ａ、図６Ｂ）で説明する。図６Ａは、本実施例になるアンテナの外観を示す平面図、図６Ｂは、アンテナを構成する複数の矩形状導体要素１の配列構造を模式的に示す図である。本実施例の電力損失機能付きアンテナ１００が図３の実施例のアンテナと異なる点は、アンテナの長手方向で各矩形状導体要素１（１ａ、１ｂ、−）の抵抗値が異なること、換言すると、給電点２からアンテナ構造の長手方向に沿って離れるにつれ、使用周波数で微小抵抗値を有する矩形状導体要素１の該微小抵抗値が小さくなっていることである。より具体的には、アンテナ構造の面内全体で電流が均一に流れるように、エレメントを構成する矩形状導体要素１の形状は同じで構成材料を変化させて抵抗値を減少させても良く、あるいは、矩形状導体要素の構成材料は同じで厚みを変えることにより抵抗値を減少させても良い。あるいはまた、構成材料と厚みの双方を変えて抵抗値を減少させても良い。
【００５９】
なお、図６Ｂでは、分かり易くするために、各導体要素１間に仕切り線を表示しているが、実際には、エレメントは給電点２から長手方向に同じ距離にある矩形状導体要素毎に均一な薄膜の、抵抗を含む、導体層が幅方向に連続しており、アンテナの面内全体で複数の導体要素が分割されること無く一体的に形成された構成となっていることはいうまでもない。その他、アンテナ１００の材料、製法や実装形態は、第一、第二の実施例と同様である。
【００６０】
本実施例に拠れば、給電点２から該アンテナ構造全体に供給される高周波電流は該アンテナ構造の長手方向に沿って周辺部に行くほど、該矩形状導体要素の抵抗値が低いので、等価的に該高周波電流に与える損失が低くなる。また、給電点から該アンテナ構造の長手方向に沿って周辺部へと行くにつれ、高周波電流で伝達される高周波エネルギは外部空間に放射され暫時減少する。このため、アンテナ構造全体に分布する高周波電流の振幅分布は、アンテナ構造が一様な矩形状導体要素の密度を有する場合に比べて、該アンテナ構造全体でより一様になり、アンテナの指向性利得を増大させる効果を有する。
【実施例５】
【００６１】
本発明の第五の実施例を図７（図７Ａ、図７Ｂ）で説明する。図７Ａは、本実施例になるアンテナの外観を示す平面図、図７Ｂは、透明性を有する複数の矩形状導体要素１の配列構造を模式的に示す図である。
【００６２】
本実施例の電力損失機能付きアンテナ１００が図３あるいは図６の実施例のアンテナと異なる点は、エレメントすなわち使用周波数で微小抵抗値を有する複数の矩形状導体要素１が、透明電極で構成されていることである。各透明電極は、ＺｎＯにアルミニウムあるいはガリウムをドーパントした材料で実現可能である。また、電極の材質をＩＴＯ（インジウム・錫・オキサイド）あるいはＩＺＯ（インジウム・亜鉛・オキサイド）とすることでも実現できる。
【００６３】
その他、アンテナ１００の製法や実装形態は、第１〜４の実施例と同様である。
【００６４】
本実施例によれば、アンテナ１００は可視光領域で高い透明性を呈する。したがって、本実施例になるアンテナをある物体に貼付あるいは印刷する際に、該アンテナ下部の模様、文字、識別マーク、あるいは絵図などが容易に認知可能となる。このため、アンテナを設置する際に発生する視覚的妨害を等価的に著しく減少することができ、本発明からなるアンテナの設置に対する条件を大幅に緩和する効果がある。
【実施例６】
【００６５】
本発明の第六の実施例を図８（図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ）で説明する。図８Ａは、本実施例になるアンテナを用いたＲＦＩＤタグの外観を示す平面図、図８Ｂは、透明性を有するアンテナ１００の配線構造を模式的に示す図である。本実施例は、図７の可視光領域で高い透明性を有する電力損失機能付きアンテナ１００の給電部２に、ＲＦＩＤチップ３を搭載したものである。アンテナ構造１００の最大寸法は長さが５インチ以上、幅は５インチ未満である。
【００６６】
図８Ｃに、ＲＦＩＤチップ３の回路構成例を示す。アンテナ１００により基地局から送信された電磁波のエネルギが取り込まれ整流回路３２にて直流電源に変換される。さらにこの直流電源で動作するマイクロプロセッサ３３が変調回路３４を駆動し、アンテナ１００の負荷インピーダンスに変調が施され、受信波の振幅が変調された電磁波がアンテナ１００から放射される。
【００６７】
その他、ＲＦＩＤチップを搭載するアンテナの材料、製法や実装形態は、第１〜５の実施例と同様である。
【００６８】
本実施例によれば、狭い範囲内において、複数のアンテナを用いて通信を行うＲＦＩＤシステムで、互いのアンテナ間の干渉を低減するのに効果的なアンテナを提供することができる。
【００６９】
すなわち、本実施例によれば、図７の実施例でも説明したように、使用波長の１／２を超える大きな寸法のアンテナの存在を視覚的に気にすることなく、トレーサビリティを要求する物品にアンテナ利得の高いＲＦＩＤタグを設置することが出来る。そのため、該ＲＦＩＤタグの基地局あるいはリーダとの通信距離を伸張することが可能となり、該物品の管理エリアの拡大あるいは同一エリアで考えれば該物品の検出感度向上を実現することが出来る。
【実施例７】
【００７０】
本発明の第七の実施例を図９で説明する。図９は本発明の他の実施例になるアンテナを用いた、窓４を有する移動体に適用するアンテナシステム構造を示す図である。図９には、可視光領域で高い透明性を有する複数の矩形状導体要素１の配列構造と給電部２の関係も併せて示してある。本実施例は、図７の実施例になる電力損失機能付きアンテナの給電部２に同軸ケーブル５の一端を接続し、他端を移動体内の無線機装置６の空中線接続部に結合したものである。（無線機装置６の構成については、図１１参照。）無線機装置６は、移動体に搭載された、ラジオ、テレビ、電話システムに接続され、あるいは、その他の車載の通信端末機器を構成している。
【００７１】
本実施例は、可視光領域で高い透明性を有するアンテナを、移動体、例えば自動車や電車の窓４に貼付、印刷あるいは埋め込んで使用するものである。
【００７２】
一般に、移動体の通信には、空間を伝送媒体とするため、空間減衰の少ない通常３００ＭＨｚから３ＧＨｚの周波数を有する電磁波を用いる。このため、電磁波の入出力を担うデバイスであるアンテナの寸法は使用波長の１／２程度以上の寸法が必要となり、その実現には比較的多くの体積が要求される。
【００７３】
本実施例のアンテナシステムの電力損失機能付きアンテナ部は、長さが使用波長の１／２を超えるものの、移動体の窓４に貼付あるいは埋め込まれるので、無線機動作を可能とする必須部品で高周波回路に比べて大きな寸法を有するアンテナ部を等価的に新たな空間を確保せずに実現できる。そのため、移動体に無線機能を小体積で搭載することが可能となる。
【実施例８】
【００７４】
本発明の第八の実施例を図１０、図１１で説明する。図１０は本実施例になる可視光領域で高い透明性を有する電力損失機能付きアンテナ１００を具備するディスプレイシステムの構造を示す図である。図１０には、アンテナ１００すなわち可視光領域で高い透明性を有する複数の矩形状導体要素１の配列構造と給電部２の関係も併せて示してある。図１１に無線回路７の構成例を示す。
【００７５】
本実施例のディスプレイシステム９は、図７の実施例に示した可視光領域で高い透明性を有する電力損失機能付きアンテナ１００を、ディスプレイユニット８の前面に重ねて配置したものである。アンテナ１００は、ディスプレイユニット８に表示する画像や文字、音声等の情報を基地局との間で送受信する通常の通信機能に加えて、ワイヤレスの電力供給手段としても機能する。電力損失機能付きアンテナ１００の給電部２には同軸ケーブル５の一端が接続され、同軸ケーブル５の他端は無線回路７の超高周波回路の入出力点に結合されている。
【００７６】
図１１に示した無線回路７は、送信回路１１、受信回路１２、周波数シンセサイザ１３、分波器１４、及び整流回路１６を含んでいる。アンテナ１００で受信された受信信号は、分波器１４を経て受信回路１２に送られて処理され、一方、送信回路１１で生成された送信信号は分波器１４を経てアンテナ１００から送信される。整流回路１６は、アンテナ１００で受信した基地局からの受信信号すなわち高周波の交流電力を直流電力に変換するものであり、その出力電力が送信回路１１、受信回路１２、周波数シンセサイザ１３等の各直流電源として供給される。周波数シンセサイザ１３は、必要な発振周波数の高周波クロックを該送信回路１１と該受信回路１２に供給する。
【００７７】
現在、ディスプレイユニット８は大型化が量産時においても可能となり、対角線距離１ｍ級のディスプレイ装置９も製品として市場に供給されている。このため、可視光領域で高い透明性を有するアンテナ１００をディスプレイユニット８の画面前面に設置することにより、新たな体積を該ディスプレイ装置９に要求することなく、高い利得特性を有するアンテナ構造を実現可能となる。
【００７８】
この高い利得のアンテナ特性を用いて、ディスプレイ装置９に伝送する高周波エネルギの増大あるいは、該伝送の伝達距離伸張を実現することができ、例えば、リモコン動作のサービスエリアの拡大、外部から該ディスプレイ装置９への画像データの無線伝送、該ディスプレイ装置への電力の無線伝送等の機能を実現することができる。
【実施例９】
【００７９】
本発明の第九の実施例を図１２で説明する。図１２は本発明の第九の実施例になるアンテナを用いたＲＦＩＤタグの構造を示す図である。本実施例では、図６の電力損失機能付きアンテナを両面誘電体基板１０の片面に形成し、該両面誘電体基板１０の他の面２０に送信回路１１、受信回路１２、周波数シンセサイザ１３、分波器１４が形成され、バイヤホール１５によって電力損失機能付きアンテナの給電部２と分波器１４が結合し、該分波器１４に該送信回路１１と該受信回路１２が結合し、該周波数シンセサイザ１３が必要な発振周波数の高周波クロックを該送信回路１１と該受信回路１２に供給する。なお、本実施例でも、図１１に示した無線回路７の整流回路１６と同じ電力供給手段としての機能を有する整流回路を備えているが、ここでは、説明を省略する。
【００８０】
本実施例によれば、図８のＲＦＩＤチップが具備する回路をディスクリート部品で実現可能であるので、ＲＦＩＤシステムが用いるＲＦＩＤタグが小量の場合、あるいはＲＦＩＤタグが開発段階である場合、高価な半導体チップ試作プロセスを用いることなく、ＲＦＩＤタグの開発・性能試験を実施することができる。そのため、ＲＦＩＤシステムの開発コスト低減および開発ＴＡＴ（ｔｕｒｎ ａｒｏｕｎｄ ｔｉｍｅ）の減少に効果がある。
【実施例１０】
【００８１】
以上述べた各実施例は、ダイポールアンテナを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。アンテナ構造１００が、導体要素１が使用波長λの１／２より長くλ以下の長さに配列された線状または面状に形成され、一端に給電点２を有するポールアンテナであっても良い。導体要素の形状、材料、製法、実装方法は、実施例１〜９で述べたもののいずれかと同じで良い。
【００８２】
本実施例でも、大きな利得を得るために大きな寸法を有するアンテナ構造ではあるものの、整合回路・給電線構造を付加することなく、高周波回路との良好な整合条件を満足するアンテナやそれを用いた無線通信システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１Ａ】本発明の第一の実施例になるアンテナの一実施例の構造を示す平面図である。
【図１Ｂ】第一の実施例になるアンテナの、給電部インピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図１Ｃ】第一の実施例になるアンテナの等価回路を示す図である。
【図２】本実施例によるダイポールアンテナの指向特性の一例を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第二の実施例になるアンテナの他の実施例の構造を示す平面図である。
【図３Ｂ】第二の実施例になるアンテナの、給電部インピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図４】本実施例によるダイポールアンテナの指向特性の一例を示す図である。
【図５】本発明の第三の実施例になるアンテナ構造を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第四の実施例になるアンテナの外観を示す平面図である。
【図６Ｂ】本実施例のアンテナを構成する、複数の矩形状導体要素の配列構造を模式的に示す図である。
【図７Ａ】本発明の第五の実施例になる可視光領域で高い透明性を有するアンテナの外観を示す平面図である。
【図７Ｂ】本実施例のアンテナを構成する、透明性を有する複数の矩形状導体要素の配列構造を模式的に示す図である。
【図８Ａ】本発明の第六の実施例になる可視光領域で高い透明性を有するアンテナを用いたＲＦＩＤタグの外観を示す平面図である。
【図８Ｂ】本実施例のアンテナの配線構造を模式的に示す図である。
【図８Ｃ】本実施例のＲＦＩＤチップ３の回路構成例を示す図である。
【図９】本発明の第七の実施例になるアンテナの構成図である。
【図１０】本発明の第八の実施例になるディスプレイシステムの構造を示す図である。
【図１１】本実施例の無線回路の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第九の実施例になるアンテナを用いたＲＦＩＤタグの構造を示す図である。
【図１３】従来例における線状アンテナの寸法と給電点インピーダンスの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…有抵抗矩形状導体要素、２…給電点、３…ＲＦＩＤチップ、４…窓、５…高周波ケーブル、６…無線機、７…超高周波回路、８…ディスプレイユニット、９…ディスプレイ装置、１０…両面誘電体基板、１１…送信回路、１２…受信回路、１３…周波数シンセサイザ、１４…分波器、１５…バイヤホール、２０…誘電体基板裏面層、３０…矩形状導体要素１の存在しない領域、整流回路３２、マイクロプロセッサ３３、変調回路３４、１００…電力損失機能付きアンテナ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波の送受を司るアンテナ及びそれを用いた送受信装置に係り、特に、大きな指向性利得を有する電力損失機能付きアンテナ並びにそれを用いたＲＦＩＤタグ及び送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
RF-ID等、対象物に無線による情報伝達機能を付与させる目的で、同対象物にアンテナを装着した場合、このアンテナに隠蔽された部分の形象可視性が損なわれる。そのため、アンテナを透明金属で構成することが知られている。
【０００３】
このような透明金属によって形成されているアンテナとして、従来、下記のようなものが知られている。
【０００４】
まず、特許文献１には、自動車用ガラスアンテナに関する発明として、アンテナ給電点のインピーダンスが、第２共振点（＝反共振点または並列共振点）の近傍に設定され、アンテナ導体を並列共振により受信感度を向上させること、さらに、アンテナ導体を透明導電物質とすることが開示されている。また、特許文献２や特許文献３にも、アンテナの並列共振や、透明導電物質に関する記載がある。さらに、特許文献４には、車両用ガラスアンテナに関し、アンテナ導体は透明導電膜により形成されたアンテナを採用することや、並列共振させることの記載がある。さらに、特許文献５、６にも、アンテナの並列共振や、透明導電物質に関する記載がある。
【０００５】
また、特許文献７にはアンテナが、λ／２の近傍またはその整数倍の電気長を有する棒状アンテナ素子の有するインダクタンスと分布容量とで形成された並列共振部を有する構成が開示されている。さらに、特許文献８には、ガラスアンテナの給電点に並列共振回路を備えたマッチング回路が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１２６１３３号公報
【特許文献２】特開平１１−６８６０４号公報
【特許文献３】特開平１１−８８２１５号公報
【特許文献４】特開平１１−１０３２６０号公報
【特許文献５】特開平１１−１６８３１５号公報
【特許文献６】特開２０００−７８０４５号公報
【特許文献７】特開平５−７１０６号公報
【特許文献８】特開平７−４６０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アンテナのインピーダンスＺは、電波放射に関わる実数分Ｒ（Ω）と、関わらない虚数部分リアクタンス分Ｘ（Ω）により、次式（１）で示される。
【０００８】
Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ （１）
図１３において、使用波長をλとしたとき、横軸はｌ／λ、縦軸はインピーダンスを示し、第一共振点の位置は１／２であり、通常のアンテナは、給電点において第一共振点に入力インピーダンスが設定されている。通常のアンテナは、その最大寸法（エレメント長さｌ）を原理上のエレメント長さである１／２波長よりも若干短くして使用される。すなわち、アンテナを調整する際にエレメント長を調整するか、アンテナに取りつけたスタブなどの整合回路でＸをゼロに打消して、抵抗分のみになるように整合を取る。
【０００９】
また、アンテナはその最大寸法を、用いられるシステムの使用波長の数倍以上の寸法とすることで、特定の方向に電磁波を集中させて放射することかできる。このような目的に対しては通常、単一の電磁波放射の最大方向を有する、１／２波長以下のアンテナを複数並べて、該アンテナが放射する電磁波の位相を調整することにより、該特定の方向に電磁波を集中させる手段を用いる。その理由は、導体上に高周波電流が発生する時に、該導体の寸法が１／２波長を超える場合は、該導体上に位相の反転する該高周波電流が存在する為に、この移送が反転した高周波電流によりアンテナから放射される電磁波の一部が相殺されアンテナの利得が減少してしまう為である。また、このように１／２波長以下のアンテナを複数並べる場合には、該複数のアンテナに電磁波のエネルギを供給するために、一般に給電線と呼ばれる電力の分配回路を具備する必要がある。
【００１０】
従来技術の１／２波長を超える寸法を有するアンテナが具備する給電線は、該アンテナを構成する複数アンテナに電磁波のエネルギを供給するために、導体が用いられる。該アンテナを複数並べて、これらアンテナにエネルギを供給するためには、給電線はひとつのアンテナへの電力の供給口である給電点から複数のアンテナ素子への電気的結合を果たすために、一般に直交する２軸に張られた二次元構造を有する。アンテナの目的は電磁波の集中的放射であるから、該アンテナを構成する複数のアンテナは特定の一軸への電磁波の放射方向を有することが望まれる。
【００１１】
しかしながら、本質的に該給電線は２軸へ広がった構造を持つために、該アンテナが期待される電磁波の一軸への放射方向とは異なった方向へ、該給電線は電磁波を放射してしまう問題があった。
【００１２】
この問題を回避するべく、給電線からの電磁波放射を抑制するために、新たにシールド構造を導入することも考えられるが、アンテナの構造が複雑になり製造コストが上がるのみならず、該シールド構造は電磁波の放射に寄与しないから、アンテナ動作とは無関係な体積が加わり、結果としてアンテナ自体が大型化する問題も生じていた。
【００１３】
一方、上記各特許文献によれば、透明性を有する導体物質を膜状に形成し、十分な形象可視性を持つアンテナを実現することが知られている。しかしながら、現在知られている透明性を有する導体物質は、電磁波放射が効率よく行われる周波数領域では、銅・アルミ等の金属に比べて導電率が低く、また十分な可視性を保つために、該導体物質の膜厚を大きくとることができず、銅・アルミ等の金属と比べて大きな抵抗を有する。この、透明性を有する導体物質の抵抗の影響による損失を低減するために、特別なアンテナ設計法が必要となる。
【００１４】
また、上記したように、RF-ID等の分野では、対象物に無線による情報伝達機能を付与させる目的で、透明度を有する導体でアンテナを実現し、アンテナ被装着物の形象可視性を向上させることが要求されている。このようなアンテナに要求される透明性の課題を解決するために、細線束を用いてアンテナを実現する従来技術が知られているが、微視領域での細線の可視性の問題、そして細線束を平面構造に実装するためのコスト高の問題があった。
【００１５】
さらに、RF-IDのように狭い範囲内において、複数のアンテナを用いて通信を行う無線システムでは、互いのアンテナ間の干渉を防ぐために、アンテナの指向特性を狭くし、送受信する電波の向きを一方向に制限したいという要求もある。
【００１６】
本発明の目的は、寸法が１／２波長を超えるアンテナにおいて、アンテナの性能劣化あるいは製造コストおよび構造的不利益を引き起こす給電線を用いることなく、高い利得を実現することのできるアンテナ及びそれを用いた送受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明のアンテナは、使用周波数で微小抵抗値を有する導体で形成されたエレメントを備え、給電点からみた前記使用周波数における入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、前記エレメントの平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、損失を有する導体をアンテナの構成要素としても、寸法を１／２波長よりも大きくすることで、特定の電波放射方向に対する利得を維持しつつ、アンテナに電力を供給する高周波回路との良好なインピーダンス整合を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
アンテナの利得を最大にする為には、指向性利得を最大にし、且つアンテナに電力を効率良く伝達させる必要がある。前者に関しては一次元あるいは二次元構造において、該構造の表面に発生する高周波電流の位相を同符号に保ちつつ、振幅を同一にすればよい。後者に関してはする給電点でのリタクタンス成分を零にすればよい。課題で説明したように、使用波長の１／２の寸法を持つアンテナは、その構造において、該電流の位相の反転する部分が無く、給電点のインピーダンスの実部が虚部に対して大きくなるので、該目的に適合しているが、単体での最大寸法が使用する電磁波の波長の１／２と制限されてしまうので、より大きな利得を得る為に寸法を大きくすることができない。また、使用波長の１／２の寸法を持つアンテナは、その構造の表面に波の半周期の形状に概略等しい振幅・位相の分布を示す高周波電流を発生させるので、同構造の表面に一様振幅・位相の分布を有するアンテナ構造を想定すれば、該想定したアンテナより利得は小さい。
【００２０】
本発明では、使用波長の１／２を越える寸法のアンテナ構造において、同構造の表面に一様に近い高周波電流の振幅分布を実現し、給電点においてインピーダンスの実部が虚部に対して大きくするために、抵抗成分を有する導体を導入する。導体が微小抵抗ρを持つ場合、アンテナの入力インピーダンスＺは該微小抵抗ρが存在しない場合の入力インピーダンスＺ０を用いて、近似的に次式（２）のように表される。
【００２１】
Ｚ−１＝Ｚ０−１＋ρＺ０−２ （２）
式（２）よりわかるように、アンテナの入力インピーダンスを、該アンテナを構成する導体に微小抵抗成分を持たせる事により小さくすることができる。
【００２２】
また、本実施例の線状導体からなるアンテナの導体長（エレメント長さ）ｌと給電点インピーダンスの関係は図１Ｂに示されるように、λ／２とλの間に第一共振点をとりリアクタンス成分が零となり、以後該導体長が増加するにつれ、インピーダンスの虚部（Ｘ）および実部（Ｒ）が増加する特性を示す。
【００２３】
図１Ｂの特性と式（２）よりアンテナを構成する導体に微小な抵抗成分を付加することにより、１／２波長より大きい寸法（ｌ＞λ／２）において、等価的に１／２波長と同等の入力インピーダンスを実現することができる。
【００２４】
アンテナを構成する導体上に形成される電流分布と給電点の入力インピーダンスには明確に関係があり、波の半波長の分布が使用周波数の半波長の線状アンテナのインピーダンスと一対一に対応している。すなわち、等価的に１／２波長と同等の入力インピーダンスが実現されていることは、アンテナ構造を実現する導体表面に波の半波長の分布が形成されていることに対応し、従来技術である良導体で構成されたアンテナでは、実現不可能であった逆相成分を含まない位相分布を持つ高周波電流を、使用波長の１／２を越える寸法において実現できることを示している。
【００２５】
図１Ｂから明らかなように、寸法（エレメント長さｌ）の変化に対してアンテナの給電点インピーダンスの変化は線形変化を凌ぐ急激な変化を示している。特にリアクタンス成分は第一共振点である式（３）の変化をする。
【００２６】
１−ω２ＬＣ （３）
ωは角周波数であり、使用波長の逆数である為寸法の変化の２乗でリアクタンスは変化する。
【００２７】
一方、式（２）からわかるように、微小損失ρの存在によって、インピーダンスも２乗の変化をするから、該損失による利得低下と寸法ｌの増大はお互いに相殺する。従って、利得の増加に対して、微小損失ρが式（２）を満足している間は、特定方向への電波の集中度を示す利得に対して、該微小損失ρによる電力の低下は問題とならない。換言すれば、損失を有する導体をアンテナの構成要素としても、寸法ｌを大きくすることで、特定の電波放射方向に対する利得を維持しつつ、アンテナに電力を供給する高周波回路との良好なインピーダンス整合を実現することができる。
【００２８】
さらに、式（２）を満足している範囲においては、利得を大きくすることができる大寸法のアンテナを、従来技術で用いていた、給電線なしに実現できるので、該給電線によるアンテナの利得低下および構造増大の問題を回避できると言う、優れた特徴を実現することができる。
【００２９】
以上の説明は、線状導体で構成されるアンテナに関してのものであるが、アンテナ構造が平面的なものに対しても同様の考え方が適応できる。線状アンテナは一次元の構造であり、平面状アンテナは二次元の構造である。いずれのアンテナも給電点は一つあるいはアンテナ構造に対してはまばらな有限の少ない個数で設置される。このため、給電点に高周波回路より印加されたエネルギが該給電点よりアンテナ構造全体へと伝播してゆくことになる。線状アンテナを対象にした上記説明を面状アンテナにそのまま適応するためには、該給電点から流れ出す電流の微小損失に対する効果を同一にすればよい。このような目的に対しては、該面状アンテナを構成する導体の密度を該給電点より遠ざかるにつれ密にすることで対応可能である。また、アンテナを構成する導体の損失量自体を調整できる場合には、この損失量を該給電点より遠ざかるにつれ小さくすることで対応可能である。
【００３０】
特定方向でない方向に対しての電力放射は、結果として微小損失ρの効果により低下するので、アンテナの全空間に対する放射効率は当然低下する。しかしながら、この全空間に対する放射効率の低下は、複数のアンテナを用いる無線システムでは、互いのアンテナの干渉を低減する効果に通じるので、そのような干渉が特に問題となる無線システムにおいては、優れた特徴を呈することになる。
以下、図を参照しつつ、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３１】
本発明の第一の実施例を図１（図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ）及び図２で説明する。図１Ａは、本発明の第一の実施例になるアンテナの一実施例の構造を示す平面図、図１Ｂは第一の実施例になるアンテナの、給電部インピーダンスの周波数特性を示す図である。図１Ｂの縦軸はインピーダンス、図１Ａに示したように、本実施例のアンテナ１００は、使用する周波数領域で微小抵抗値を有する矩形状の導体要素１を、一次元的（ｘ方向）に多数配列して得られる線状のエレメントで構成されるダイポールアンテナ構造を呈している。長さｌのエレメントを構成する導体要素１は、薄いシート状をなしている。ここで、微小抵抗値とは、一般的な導電材料のシート抵抗すなわち電気抵抗率（１０−４Ωｃｍ以下）よりも大きくかつ一般的な絶縁材料の電気抵抗率よりは小さな値である。より好ましくは、シート抵抗が１００Ωｃｍ乃至１０１Ωｃｍの範囲である。なお、本発明において、矩形状の導体要素（以下、矩形状導体要素）１とは、その平面形状が矩形（長方形）に限られるものではなく、正方形や正三角形、正六角などを含み、規則的に繰り返し配列可能であり設計の容易な定形の形状を含むものとする。
【００３２】
本実施例のアンテナ１００は、エレメントの全体的な形状が線状である。なお、図１Ａでは、分かり易くするために、各導体要素１間に仕切り線を表示しているが、実際には、エレメントは、均一な薄膜、換言すると薄いシート状の抵抗を有する導体層、が給電点２を中心にして左右に連続して伸びることで複数の導体要素が分割されること無く一体的に形成された構成となっていることはいうまでもない。
【００３３】
アンテナエレメントを構成する導体要素１の具体的な例としては、ｘ，ｙ方向の各辺の長さが数ｍｍの矩形であり、厚みは、数μｍ〜数十μｍである。また、使用周波数は、３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ程度である。そして、このアンテナ構造の概略中心部に、給電点２が形成され、この給電点２は当該ダイポールアンテナに関する第一共振点（図１Ｂで０と表示）に設定されている。すなわち、本実施例のアンテナは、給電点２からみた使用周波数ｆにおける入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、最大寸法すなわち平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きい。一例として、最大寸法は５インチ以上である。この第一共振点の位置は、図１Ｂに示すように、１／２よりも大きく、１よりも小さい位置である。また、アンテナを構成する導体が該アンテナの使用周波数で微小抵抗値を有するので、ダイポールアンテナの共振状態における最大寸法は、使用波長λの１／２より大きくなる。長さの上限は、使用波長λ程度である。
【００３４】
本実施例のアンテナ１００を構成する数μｍ〜数十μｍの薄膜のエレメントは、成膜や塗布などの方法で形成される。
【００３５】
なお、本実施例のアンテナ１００は、長さ（λ／２〜λ）に比べて幅が狭くかつ極めて薄い構造であるため、アンテナ単体では本来の線状の形状を維持する機械的な強度が不足している場合がある。そのため、本実施例のアンテナを構成するエレメントは、他の部材や物品、例えば各種機器の表面、機器の収納容器や包装部材あるいは機器の搬送容器等の表面上に貼り付け、印刷あるいは埋め込むなどして機械的な強度を確保し、その本来の形状を維持できる状態で使用されるのが望ましい。
【００３６】
図１Ｃは、図１Ａに示した本実施例のアンテナ１００の等価回路を示すものである。図１Ｃにおいて、ＥLはアンテナの高周波電源、Ｒoは高周波電源回路の給電インピーダンス、ｒlossは本発明のアンテナを構成する導体の使用周波数で発生する微小抵抗値、Ｒrはアンテナの放射抵抗、Ｒｌはアンテナを構成する導体以外の損失抵抗とする。
【００３７】
本実施例では、マッチング回路を省略するために、給電点において、高周波電源回路とアンテナ側の放射回路との整合をとる。すなわち、次式（４）の関係を満たすように、ｒloss、Ｒr、Ｒｌの値を設定する。
【００３８】
ｒloss＋Ｒr＋Ｒｌ≒Ｒo （４）
実用上は、微小抵抗値ｒlossを放射抵抗Ｒrの２割以下に抑える。例えば、放射抵抗Ｒrが５０オームのとき、微小抵抗値ｒlossを１〜１０オーム程度になるようにする。
【００３９】
本実施例では、さらに、式（２）や（４）を満足している範囲においては、利得を大きくすることができる大寸法のアンテナを、従来技術で用いていた、給電線なしに実現できるので、該給電線によるアンテナの利得低下および構造増大の問題を回避できるという優れた特徴を実現することができる。
【００４０】
以上の説明は、線状導体で構成されるアンテナに関してのものであるが、後の実施例で述べるアンテナ構造が平面的なものに対しても同様の考え方が適応できる。
【００４１】
図２でアンテナの特性を説明する。図２の実線は、本実施例によるダイポールアンテナの指向特性の一例を示すものである。特定方向でない方向に対しての電力放射は、結果として微小損失ρの効果により低下する。すなわち、アンテナの全空間に対する放射効率は、実線で示すようにエレメントの微小抵抗成分の存在による熱損失のために電力損失が生じ、破線で示した通常の良導体を用いたダイポールアンテナの放射効率に比べて当然低下する。
【００４２】
本実施例によるダイポールアンテナは、通常のダイポールアンテナに比べて、放射効率は低下するものの、指向性が強くなっている。すなわち、本実施例のアンテナの指向特性は、従来例のアンテナの指向特性に比べて、抵抗ｒlossによる電力損失分だけ幅が狭くなっている。換言すると、本実施例のアンテナは、微小抵抗値ｒlossを有する電力損失機能付きアンテナと言うことができる。この全空間に対する放射効率の低下は、複数のアンテナを用いる無線システムでは、互いのアンテナの干渉を低減する効果に通じるので、そのような干渉が特に問題となる無線システムにおいては、優れた特徴を呈することになる。従って、エレメントの微小抵抗成分の抵抗値とアンテナの電力損失の関係を利用して、所望の指向性を得るように構成することができる。すなわち、本実施例のアンテナは、エレメントとして微小抵抗値を示す矩形状導体要素を使用することに伴う抵抗ｒlossの増加を、アンテナエレメントの大きさを増して放射抵抗Ｒrを増やすことで相殺し、全体の整合をとるものである。このようにして、給電点におけるアンテナと高周波回路の良好なインピーダンス整合状態をとることができる。
【００４３】
そのため、アンテナが使用周波数ｆにおいて抵抗が無視できる微小抵抗値を有する導体で形成されているにもかかわらず、アンテナから発生する電磁波を該アンテナ構造の法線方向（ｚ方向）に電磁波を集中させる効果を、図１３に示したような給電点において第一共振点に入力インピーダンスが設定されているアンテナよりも、大きくとることができる。
【００４４】
このようにして得られた指向性の強いアンテナは、例えば、RF-IDのように狭い範囲内において複数のアンテナを用いて通信を行う無線システムに適している。
【００４５】
また、新たな整合回路および給電線を付加することなく、高利得且つ高周波回路より低損失で電力を供給することの出来るアンテナを実現することが出来る。
【００４６】
本実施例のアンテナは、損失を有する導体をアンテナの構成要素としても、寸法を１／２波長よりも大きくすることで、特定の電波放射方向に対する利得を維持しつつ、アンテナに電力を供給する高周波回路との良好なインピーダンス整合を実現することができる。
【実施例２】
【００４７】
本発明は、線状導体で構成されるアンテナだけでなく、アンテナ構造が平面的なものに対しても有効である。線状アンテナは一次元の構造であり、平面状アンテナは二次元の構造である。いずれのアンテナも給電点は一つあるいはアンテナ構造に対してはまばらな有限の少ない個数で設置される。このため、給電点に高周波回路より印加されたエネルギが該給電点よりアンテナ構造全体へと伝播してゆくことになる。線状アンテナを対象にした上記説明を面状アンテナにそのまま適応するためには、該給電点から流れ出す電流の微小損失に対する効果を同一にすればよい。このような目的に対しては、該面状アンテナを構成する導体の密度を該給電点より遠ざかるにつれ密にすることで対応可能である。また、アンテナを構成する導体の損失量自体を調整できる場合には、この損失量を該給電点より遠ざかるにつれ小さくすることで対応可能である。
【００４８】
本発明により得られるアンテナ構造は、給電点におけるアンテナと高周波回路の良好なインピーダンス整合状態を、使用波長の１／２を超える寸法にて実現できるので、整合回路、給電線等のアンテナ全体としての損失をもたらす構造を導入することなく、特定の方向への利得増大を実現出来るばかりでなく、他方への電磁波の不要放射も抑制できるので、アンテナを複数使用する無線システムの信号対雑音比を向上させるアンテナを簡易で安価に提供する効果がある。
【００４９】
本発明の第二の実施例を図３（図３Ａ、図３Ｂ）及び図４で説明する。図３Ａは、本発明の第二の実施例になるアンテナの構造を示す平面図、図３Ｂは第二の実施例になるアンテナの、給電部インピーダンスの周波数特性を示す図である。図１の実施例のアンテナと異なる点は、電力損失機能付きアンテナ構造１００が長手方向と直角な方向（ｙ方向）に幅を持つことである。本実施例のアンテナは、平面形状が面状となっており、エレメントの長さは使用波長λの１／２より長くλ以下の長さとなっている。すなわち、本実施例のアンテナは、使用する周波数領域において微小抵抗値を示す矩形状導体要素１を多数配列して得られるエレメントすなわち面状ダイポールアンテナ構造を呈している。一例として、アンテナ構造１００の最大寸法は長さが５インチ以上１０インチ以下、幅は５インチ未満である。厚みは、数μｍ〜数十μｍ、使用周波数は、３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ程度である。第一共振点の位置は、１／２よりも大きく、１よりも小さい位置であるが、図１の実施例の位置よりも若干図１３の従来例の位置に近くなる。
【００５０】
なお、図３Ａでは、分かり易くするために、各導体要素１間に仕切り線を表示しているが、実際には、均一な薄膜、換言すると薄いシート状の、抵抗を含む、導体層が給電点２を中心にして左右に連続して伸びることで複数の導体要素が分割されること無く一体的に形成された構成となっていることはいうまでもない。
【００５１】
本実施例の電力損失機能付きアンテナ１００を構成する薄膜も、成膜や塗布などの方法で形成される。また、本実施例のアンテナ１００も、実施例１と同様に、エレメントは長さ（λ／２〜λ）に比べて幅が狭くかつ極めて薄い構造であるため、実際の使用に楯は、他の部材や物品との組み合わせで機械的な強度を確保する実装形態が望ましい。例えば、各種機器の表面、機器の収納容器や包装部材あるいは機器の搬送容器等の表面上に本実施例のアンテナを貼り付けもしくは印刷し、あるいは各種機器の表皮部材に埋め込むなどして機械的な強度を確保し、アンテナがその本来の形状を維持できる状態で使用されるのが望ましい。
【００５２】
本実施例によれば、アンテナ構造１００の中心に設けられた給電点２よりアンテナ構造に沿って流れる電流の経路を、図１の実施例と比べてより多くとることができる。結果として、アンテナが共振する周波数帯域を広げることが出来、アンテナと高周波回路との間のインピーダンス整合帯域を広くすることが可能となる。
【００５３】
図４でアンテナの特性を説明する。図４の実線は、本実施例によるダイポールアンテナの指向特性の一例を示すものである。本実施例によるダイポールアンテナも、従来のダイポールアンテナに比べて、指向性がより強くなっている。指向性の向上は、互いのアンテナの干渉を低減する効果に通じるので、そのような干渉が特に問題となる無線システムにおいては、優れた特徴を呈することになる。
【００５４】
本実施例のアンテナは、損失を有する導体をアンテナの構成要素としても、寸法を１／２波長よりも大きくすることで、特定の電波放射方向に対する利得を維持しつつ、アンテナに電力を供給する高周波回路との良好なインピーダンス整合を実現することができる。また、大きな表面積を構造の中に有するデバイスあるいは装置の表面、あるいはそれらの収納容器等の表面に、直接貼付あるいは塗布することで、大きな指向性利得を実現することができる。
【００５５】
また、本実施例によれば、アンテナの製造寸法誤差による動作のばらつきを吸収することが出来、大量生産時の製品の歩留まり向上に効果がある。
【実施例３】
【００５６】
本発明の第三の実施例を図５で説明する。図５は、本発明の第三の実施例になるアンテナ構造を示す図である。図１の実施例のアンテナと異なる点は、電力損失機能付きアンテナ１００の構造が二次元（ｘ，ｙ）方向に広がりを持つ平面構造であることと、給電点２から離れるにつれ、使用周波数で微小抵抗値を有する矩形状導体要素１の分布が密になっていることである。換言すると、エレメントの中で、給電点２の近傍には、矩形状導体要素１の存在しない領域３０が散在する疎な構造となっており、一方、給電点２から離れるにつれこの矩形状導体要素１の存在しない領域の数が減少した密な構造となり、アンテナ１００の外周縁部は矩形状導体要素１が連続して存在している。一例として、平面アンテナ構造の最大寸法は長さ、幅共に５インチ以上の矩形である。その他、アンテナ１００の材料、製法や実装形態は、第一、第二の実施例と同様である。
【００５７】
本実施例に拠れば、給電点２から該アンテナ構造全体に供給される高周波電流は該アンテナ構造の周辺部に行くほど、該矩形状導体要素の密度が高いので等価的に該高周波電流に損失を与える抵抗値が低くなる。また、給電点から該アンテナ構造の周辺部へと行くにつれ、高周波電流で伝達される高周波エネルギは外部空間に放射され暫時減少する。このため、アンテナ構造全体に分布する高周波電流の振幅分布は、アンテナ構造が一様な矩形状導体要素の密度を有する場合に比べて、該アンテナ構造全体でより一様になり、アンテナの指向性利得を増大させる効果を有する。
【実施例４】
【００５８】
本発明の第四の実施例を図６（図６Ａ、図６Ｂ）で説明する。図６Ａは、本実施例になるアンテナの外観を示す平面図、図６Ｂは、アンテナを構成する複数の矩形状導体要素１の配列構造を模式的に示す図である。本実施例の電力損失機能付きアンテナ１００が図３の実施例のアンテナと異なる点は、アンテナの長手方向で各矩形状導体要素１（１ａ、１ｂ、−）の抵抗値が異なること、換言すると、給電点２からアンテナ構造の長手方向に沿って離れるにつれ、使用周波数で微小抵抗値を有する矩形状導体要素１の該微小抵抗値が小さくなっていることである。より具体的には、アンテナ構造の面内全体で電流が均一に流れるように、エレメントを構成する矩形状導体要素１の形状は同じで構成材料を変化させて抵抗値を減少させても良く、あるいは、矩形状導体要素の構成材料は同じで厚みを変えることにより抵抗値を減少させても良い。あるいはまた、構成材料と厚みの双方を変えて抵抗値を減少させても良い。
【００５９】
なお、図６Ｂでは、分かり易くするために、各導体要素１間に仕切り線を表示しているが、実際には、エレメントは給電点２から長手方向に同じ距離にある矩形状導体要素毎に均一な薄膜の、抵抗を含む、導体層が幅方向に連続しており、アンテナの面内全体で複数の導体要素が分割されること無く一体的に形成された構成となっていることはいうまでもない。その他、アンテナ１００の材料、製法や実装形態は、第一、第二の実施例と同様である。
【００６０】
本実施例に拠れば、給電点２から該アンテナ構造全体に供給される高周波電流は該アンテナ構造の長手方向に沿って周辺部に行くほど、該矩形状導体要素の抵抗値が低いので、等価的に該高周波電流に与える損失が低くなる。また、給電点から該アンテナ構造の長手方向に沿って周辺部へと行くにつれ、高周波電流で伝達される高周波エネルギは外部空間に放射され暫時減少する。このため、アンテナ構造全体に分布する高周波電流の振幅分布は、アンテナ構造が一様な矩形状導体要素の密度を有する場合に比べて、該アンテナ構造全体でより一様になり、アンテナの指向性利得を増大させる効果を有する。
【実施例５】
【００６１】
本発明の第五の実施例を図７（図７Ａ、図７Ｂ）で説明する。図７Ａは、本実施例になるアンテナの外観を示す平面図、図７Ｂは、透明性を有する複数の矩形状導体要素１の配列構造を模式的に示す図である。
【００６２】
本実施例の電力損失機能付きアンテナ１００が図３あるいは図６の実施例のアンテナと異なる点は、エレメントすなわち使用周波数で微小抵抗値を有する複数の矩形状導体要素１が、透明電極で構成されていることである。各透明電極は、ＺｎＯにアルミニウムあるいはガリウムをドーパントした材料で実現可能である。また、電極の材質をＩＴＯ（インジウム・錫・オキサイド）あるいはＩＺＯ（インジウム・亜鉛・オキサイド）とすることでも実現できる。
【００６３】
その他、アンテナ１００の製法や実装形態は、第１〜４の実施例と同様である。
【００６４】
本実施例によれば、アンテナ１００は可視光領域で高い透明性を呈する。したがって、本実施例になるアンテナをある物体に貼付あるいは印刷する際に、該アンテナ下部の模様、文字、識別マーク、あるいは絵図などが容易に認知可能となる。このため、アンテナを設置する際に発生する視覚的妨害を等価的に著しく減少することができ、本発明からなるアンテナの設置に対する条件を大幅に緩和する効果がある。
【実施例６】
【００６５】
本発明の第六の実施例を図８（図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ）で説明する。図８Ａは、本実施例になるアンテナを用いたＲＦＩＤタグの外観を示す平面図、図８Ｂは、透明性を有するアンテナ１００の配線構造を模式的に示す図である。本実施例は、図７の可視光領域で高い透明性を有する電力損失機能付きアンテナ１００の給電部２に、ＲＦＩＤチップ３を搭載したものである。アンテナ構造１００の最大寸法は長さが５インチ以上、幅は５インチ未満である。
【００６６】
図８Ｃに、ＲＦＩＤチップ３の回路構成例を示す。アンテナ１００により基地局から送信された電磁波のエネルギが取り込まれ整流回路３２にて直流電源に変換される。さらにこの直流電源で動作するマイクロプロセッサ３３が変調回路３４を駆動し、アンテナ１００の負荷インピーダンスに変調が施され、受信波の振幅が変調された電磁波がアンテナ１００から放射される。
【００６７】
その他、ＲＦＩＤチップを搭載するアンテナの材料、製法や実装形態は、第１〜５の実施例と同様である。
【００６８】
本実施例によれば、狭い範囲内において、複数のアンテナを用いて通信を行うＲＦＩＤシステムで、互いのアンテナ間の干渉を低減するのに効果的なアンテナを提供することができる。
【００６９】
すなわち、本実施例によれば、図７の実施例でも説明したように、使用波長の１／２を超える大きな寸法のアンテナの存在を視覚的に気にすることなく、トレーサビリティを要求する物品にアンテナ利得の高いＲＦＩＤタグを設置することが出来る。そのため、該ＲＦＩＤタグの基地局あるいはリーダとの通信距離を伸張することが可能となり、該物品の管理エリアの拡大あるいは同一エリアで考えれば該物品の検出感度向上を実現することが出来る。
【実施例７】
【００７０】
本発明の第七の実施例を図９で説明する。図９は本発明の他の実施例になるアンテナを用いた、窓４を有する移動体に適用するアンテナシステム構造を示す図である。図９には、可視光領域で高い透明性を有する複数の矩形状導体要素１の配列構造と給電部２の関係も併せて示してある。本実施例は、図７の実施例になる電力損失機能付きアンテナの給電部２に同軸ケーブル５の一端を接続し、他端を移動体内の無線機装置６の空中線接続部に結合したものである。（無線機装置６の構成については、図１１参照。）無線機装置６は、移動体に搭載された、ラジオ、テレビ、電話システムに接続され、あるいは、その他の車載の通信端末機器を構成している。
【００７１】
本実施例は、可視光領域で高い透明性を有するアンテナを、移動体、例えば自動車や電車の窓４に貼付、印刷あるいは埋め込んで使用するものである。
【００７２】
一般に、移動体の通信には、空間を伝送媒体とするため、空間減衰の少ない通常３００ＭＨｚから３ＧＨｚの周波数を有する電磁波を用いる。このため、電磁波の入出力を担うデバイスであるアンテナの寸法は使用波長の１／２程度以上の寸法が必要となり、その実現には比較的多くの体積が要求される。
【００７３】
本実施例のアンテナシステムの電力損失機能付きアンテナ部は、長さが使用波長の１／２を超えるものの、移動体の窓４に貼付あるいは埋め込まれるので、無線機動作を可能とする必須部品で高周波回路に比べて大きな寸法を有するアンテナ部を等価的に新たな空間を確保せずに実現できる。そのため、移動体に無線機能を小体積で搭載することが可能となる。
【実施例８】
【００７４】
本発明の第八の実施例を図１０、図１１で説明する。図１０は本実施例になる可視光領域で高い透明性を有する電力損失機能付きアンテナ１００を具備するディスプレイシステムの構造を示す図である。図１０には、アンテナ１００すなわち可視光領域で高い透明性を有する複数の矩形状導体要素１の配列構造と給電部２の関係も併せて示してある。図１１に無線回路７の構成例を示す。
【００７５】
本実施例のディスプレイシステム９は、図７の実施例に示した可視光領域で高い透明性を有する電力損失機能付きアンテナ１００を、ディスプレイユニット８の前面に重ねて配置したものである。アンテナ１００は、ディスプレイユニット８に表示する画像や文字、音声等の情報を基地局との間で送受信する通常の通信機能に加えて、ワイヤレスの電力供給手段としても機能する。電力損失機能付きアンテナ１００の給電部２には同軸ケーブル５の一端が接続され、同軸ケーブル５の他端は無線回路７の超高周波回路の入出力点に結合されている。
【００７６】
図１１に示した無線回路７は、送信回路１１、受信回路１２、周波数シンセサイザ１３、分波器１４、及び整流回路１６を含んでいる。アンテナ１００で受信された受信信号は、分波器１４を経て受信回路１２に送られて処理され、一方、送信回路１１で生成された送信信号は分波器１４を経てアンテナ１００から送信される。整流回路１６は、アンテナ１００で受信した基地局からの受信信号すなわち高周波の交流電力を直流電力に変換するものであり、その出力電力が送信回路１１、受信回路１２、周波数シンセサイザ１３等の各直流電源として供給される。周波数シンセサイザ１３は、必要な発振周波数の高周波クロックを該送信回路１１と該受信回路１２に供給する。
【００７７】
現在、ディスプレイユニット８は大型化が量産時においても可能となり、対角線距離１ｍ級のディスプレイ装置９も製品として市場に供給されている。このため、可視光領域で高い透明性を有するアンテナ１００をディスプレイユニット８の画面前面に設置することにより、新たな体積を該ディスプレイ装置９に要求することなく、高い利得特性を有するアンテナ構造を実現可能となる。
【００７８】
この高い利得のアンテナ特性を用いて、ディスプレイ装置９に伝送する高周波エネルギの増大あるいは、該伝送の伝達距離伸張を実現することができ、例えば、リモコン動作のサービスエリアの拡大、外部から該ディスプレイ装置９への画像データの無線伝送、該ディスプレイ装置への電力の無線伝送等の機能を実現することができる。
【実施例９】
【００７９】
本発明の第九の実施例を図１２で説明する。図１２は本発明の第九の実施例になるアンテナを用いたＲＦＩＤタグの構造を示す図である。本実施例では、図６の電力損失機能付きアンテナを両面誘電体基板１０の片面に形成し、該両面誘電体基板１０の他の面２０に送信回路１１、受信回路１２、周波数シンセサイザ１３、分波器１４が形成され、バイヤホール１５によって電力損失機能付きアンテナの給電部２と分波器１４が結合し、該分波器１４に該送信回路１１と該受信回路１２が結合し、該周波数シンセサイザ１３が必要な発振周波数の高周波クロックを該送信回路１１と該受信回路１２に供給する。なお、本実施例でも、図１１に示した無線回路７の整流回路１６と同じ電力供給手段としての機能を有する整流回路を備えているが、ここでは、説明を省略する。
【００８０】
本実施例によれば、図８のＲＦＩＤチップが具備する回路をディスクリート部品で実現可能であるので、ＲＦＩＤシステムが用いるＲＦＩＤタグが小量の場合、あるいはＲＦＩＤタグが開発段階である場合、高価な半導体チップ試作プロセスを用いることなく、ＲＦＩＤタグの開発・性能試験を実施することができる。そのため、ＲＦＩＤシステムの開発コスト低減および開発ＴＡＴ（ｔｕｒｎ ａｒｏｕｎｄ ｔｉｍｅ）の減少に効果がある。
【実施例１０】
【００８１】
以上述べた各実施例は、ダイポールアンテナを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。アンテナ構造１００が、導体要素１が使用波長λの１／２より長くλ以下の長さに配列された線状または面状に形成され、一端に給電点２を有するポールアンテナであっても良い。導体要素の形状、材料、製法、実装方法は、実施例１〜９で述べたもののいずれかと同じで良い。
【００８２】
本実施例でも、大きな利得を得るために大きな寸法を有するアンテナ構造ではあるものの、整合回路・給電線構造を付加することなく、高周波回路との良好な整合条件を満足するアンテナやそれを用いた無線通信システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１Ａ】本発明の第一の実施例になるアンテナの一実施例の構造を示す平面図である。
【図１Ｂ】第一の実施例になるアンテナの、給電部インピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図１Ｃ】第一の実施例になるアンテナの等価回路を示す図である。
【図２】本実施例によるダイポールアンテナの指向特性の一例を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第二の実施例になるアンテナの他の実施例の構造を示す平面図である。
【図３Ｂ】第二の実施例になるアンテナの、給電部インピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図４】本実施例によるダイポールアンテナの指向特性の一例を示す図である。
【図５】本発明の第三の実施例になるアンテナ構造を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第四の実施例になるアンテナの外観を示す平面図である。
【図６Ｂ】本実施例のアンテナを構成する、複数の矩形状導体要素の配列構造を模式的に示す図である。
【図７Ａ】本発明の第五の実施例になる可視光領域で高い透明性を有するアンテナの外観を示す平面図である。
【図７Ｂ】本実施例のアンテナを構成する、透明性を有する複数の矩形状導体要素の配列構造を模式的に示す図である。
【図８Ａ】本発明の第六の実施例になる可視光領域で高い透明性を有するアンテナを用いたＲＦＩＤタグの外観を示す平面図である。
【図８Ｂ】本実施例のアンテナの配線構造を模式的に示す図である。
【図８Ｃ】本実施例のＲＦＩＤチップ３の回路構成例を示す図である。
【図９】本発明の第七の実施例になるアンテナの構成図である。
【図１０】本発明の第八の実施例になるディスプレイシステムの構造を示す図である。
【図１１】本実施例の無線回路の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第九の実施例になるアンテナを用いたＲＦＩＤタグの構造を示す図である。
【図１３】従来例における線状アンテナの寸法と給電点インピーダンスの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…有抵抗矩形状導体要素、２…給電点、３…ＲＦＩＤチップ、４…窓、５…高周波ケーブル、６…無線機、７…超高周波回路、８…ディスプレイユニット、９…ディスプレイ装置、１０…両面誘電体基板、１１…送信回路、１２…受信回路、１３…周波数シンセサイザ、１４…分波器、１５…バイヤホール、２０…誘電体基板裏面層、３０…矩形状導体要素１の存在しない領域、整流回路３２、マイクロプロセッサ３３、変調回路３４、１００…電力損失機能付きアンテナ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用周波数で微小抵抗値を有する導体で形成されたエレメントを備え、
給電点からみた前記使用周波数における入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、
前記エレメントの平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きい
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
請求項１において、
前記エレメントのシート抵抗が１００Ωｃｍ乃至１０１Ωｃｍの範囲である
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
請求項１において、
前記アンテナは前記エレメントの平面形状が線状もしくは面状のダイポールアンテナであり、アンテナ長と使用する波長をそれぞれLとλとし共振点を2πL/λとするとき、
前記第一共振点の位置は、πよりも大きく、2πよりも小さい位置である
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
請求項２において、
前記アンテナは前記エレメントの平面形状が線状もしくは面状のモノポールアンテナであり、アンテナ長と使用する波長をそれぞれLとλとし共振点を2πL/λとするとき、
前記第一共振点の位置は、πよりも大きく、2πよりも小さい位置である
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項１において、
前記エレメントは、単位の矩形状導体要素が分布し配列された複数個の矩形状導体要素を一体化して形成されており、
前記各矩形状導体要素は、平面形状が矩形または正方形である
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項６】
請求項５において、
前記エレメントの厚みは、数μｍ〜数十μｍであり、
該エレメントは成膜もしくは塗布により形成されたものである
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項７】
請求項１において、
前記使用周波数が３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚである
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項８】
請求項１において、
前記エレメントの密度が前記給電点から離れるにつれ密になっている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項９】
請求項１において、
前記エレメントの有する抵抗値が前記給電点より離れるにつれて小さくなっている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１０】
請求項１において、
前記エレメントが透明電極である
ことを特徴とする導体アンテナ。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記透明電極の材質がＺｎＯおよび同材質にＡｌあるいはGａをドープしたものである
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記透明電極の材質がＩＴＯ（インジウム・錫・オキサイド）あるいはＩＺＯ（インジウム・亜鉛・オキサイド）である
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１３】
請求項１において、
前記エレメントの微小抵抗成分による電力損失の増加を、前記エレメントの厚みや大きさを増して放射抵抗を減らすことで相殺し、所望の指向性を得るように構成されている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１４】
平面形状が線状もしくは面状のアンテナと、
該アンテナの給電部に搭載されたＲＦＩＤチップとを備えて成り、
前記アンテナは、
使用周波数で微小抵抗値を有する導体で形成されたエレメントを備え、
前記給電部からみた前記使用周波数における入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、
前記エレメントの平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きい
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記エレメントが透明電極であり、
該透明電極の材質がＺｎＯおよび同材質にＡｌあるいはGａをドープしたものである
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記アンテナは前記エレメントの平面形状が線状もしくは面状のダイポールアンテナであり、
前記エレメントが透明電極であり、
該透明電極のシート抵抗が１００Ωｃｍ乃至１０１Ωｃｍの範囲であり、
アンテナ長と使用する波長をそれぞれLとλとし共振点を2πL/λとするとき、
前記第一共振点の位置は、πよりも大きく、2πよりも小さい
位置である
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１７】
請求項１４において、
前記透明電極の厚みは、数μｍ〜数十μｍであり、
該透明電極は成膜もしくは塗布により形成されており、
前記アンテナの長さが５インチ以上１０インチ以下、幅は５インチ未満である
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１８】
平面形状が線状もしくは面状のアンテナと、
該アンテナの給電部に接続された無線機装置とを備えて成り、
前記アンテナは、
使用周波数で微小抵抗値を有する導体で形成された透明電極を備え、
前記給電部からみた前記使用周波数における入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、
前記透明電極の平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きい
ことを特徴とする送受信装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記透明電極のシート抵抗が１００Ωｃｍ乃至１０１Ωｃｍの範囲であり、
前記透明電極が窓ガラスあるいは有機材料で実現された窓に貼付あるいは埋め込まれている
ことを特徴とする送受信装置。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記送受信装置がディスプレイユニットを備えたディスプレイ装置であり、
前記透明電極が前記ディスプレイユニットの前面に貼付あるいは埋め込んで形成されており、
前記アンテナを介して前記ディスプレイユニットに表示する情報を基地局との間で送受信する通信機能、及び、
前記アンテナを介して前記ディスプレイユニットを駆動する電力を前記基地局との間で送受する電力供給手段を備えている
ことを特徴とする送受信装置。
【請求項１】
使用周波数で微小抵抗値を有する導体で形成されたエレメントを備え、
給電点からみた前記使用周波数における入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、
前記エレメントの平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きい
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
請求項１において、
前記エレメントのシート抵抗が１００Ωｃｍ乃至１０１Ωｃｍの範囲である
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
請求項１において、
前記アンテナは前記エレメントの平面形状が線状もしくは面状のダイポールアンテナであり、アンテナ長と使用する波長をそれぞれLとλとし共振点を2πL/λとするとき、
前記第一共振点の位置は、πよりも大きく、2πよりも小さい位置である
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
請求項２において、
前記アンテナは前記エレメントの平面形状が線状もしくは面状のモノポールアンテナであり、アンテナ長と使用する波長をそれぞれLとλとし共振点を2πL/λとするとき、
前記第一共振点の位置は、πよりも大きく、2πよりも小さい位置である
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項１において、
前記エレメントは、単位の矩形状導体要素が分布し配列された複数個の矩形状導体要素を一体化して形成されており、
前記各矩形状導体要素は、平面形状が矩形または正方形である
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項６】
請求項５において、
前記エレメントの厚みは、数μｍ〜数十μｍであり、
該エレメントは成膜もしくは塗布により形成されたものである
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項７】
請求項１において、
前記使用周波数が３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚである
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項８】
請求項１において、
前記エレメントの密度が前記給電点から離れるにつれ密になっている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項９】
請求項１において、
前記エレメントの有する抵抗値が前記給電点より離れるにつれて小さくなっている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１０】
請求項１において、
前記エレメントが透明電極である
ことを特徴とする導体アンテナ。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記透明電極の材質がＺｎＯおよび同材質にＡｌあるいはGａをドープしたものである
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記透明電極の材質がＩＴＯ（インジウム・錫・オキサイド）あるいはＩＺＯ（インジウム・亜鉛・オキサイド）である
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１３】
請求項１において、
前記エレメントの微小抵抗成分による電力損失の増加を、前記エレメントの厚みや大きさを増して放射抵抗を減らすことで相殺し、所望の指向性を得るように構成されている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１４】
平面形状が線状もしくは面状のアンテナと、
該アンテナの給電部に搭載されたＲＦＩＤチップとを備えて成り、
前記アンテナは、
使用周波数で微小抵抗値を有する導体で形成されたエレメントを備え、
前記給電部からみた前記使用周波数における入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、
前記エレメントの平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きい
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記エレメントが透明電極であり、
該透明電極の材質がＺｎＯおよび同材質にＡｌあるいはGａをドープしたものである
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記アンテナは前記エレメントの平面形状が線状もしくは面状のダイポールアンテナであり、
前記エレメントが透明電極であり、
該透明電極のシート抵抗が１００Ωｃｍ乃至１０１Ωｃｍの範囲であり、
アンテナ長と使用する波長をそれぞれLとλとし共振点を2πL/λとするとき、
前記第一共振点の位置は、πよりも大きく、2πよりも小さい
位置である
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１７】
請求項１４において、
前記透明電極の厚みは、数μｍ〜数十μｍであり、
該透明電極は成膜もしくは塗布により形成されており、
前記アンテナの長さが５インチ以上１０インチ以下、幅は５インチ未満である
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１８】
平面形状が線状もしくは面状のアンテナと、
該アンテナの給電部に接続された無線機装置とを備えて成り、
前記アンテナは、
使用周波数で微小抵抗値を有する導体で形成された透明電極を備え、
前記給電部からみた前記使用周波数における入力インピーダンスの整合条件が第一共振点に設定され、
前記透明電極の平面形状の全長が使用波長の二分の一よりも大きい
ことを特徴とする送受信装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記透明電極のシート抵抗が１００Ωｃｍ乃至１０１Ωｃｍの範囲であり、
前記透明電極が窓ガラスあるいは有機材料で実現された窓に貼付あるいは埋め込まれている
ことを特徴とする送受信装置。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記送受信装置がディスプレイユニットを備えたディスプレイ装置であり、
前記透明電極が前記ディスプレイユニットの前面に貼付あるいは埋め込んで形成されており、
前記アンテナを介して前記ディスプレイユニットに表示する情報を基地局との間で送受信する通信機能、及び、
前記アンテナを介して前記ディスプレイユニットを駆動する電力を前記基地局との間で送受する電力供給手段を備えている
ことを特徴とする送受信装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−７４７４６（Ｐ２０１０−７４７４６Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４２７５９（Ｐ２００８−２４２７５９）
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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