アンテナ装置
【課題】伝播損失が小さく、放射の指向性が一様であり、通信領域を２次元平面状に広げることができるアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】アンテナ装置１０は、下層導体１１、第１の誘電体層１２、中心導体１３、第２の誘電体層１４、上層導体１５がこの順に積層されてなり、中心導体１３は、一の方向に延びて予め定められた間隔で互いに平行に配置されたストリップ部１６ａ、１６ｂと、ストリップ部１６ａの端部と、当該端部と同じ側のストリップ部１６ｂの端部とを接続する接続部１７ａと、を有するミアンダ状の形状を成しており、上層導体１５は、ストリップ部１６ａ、１６ｂに沿って予め定められた間隔で、ストリップ部１６ａ、１６ｂを跨ぐ位置に互いに平行に形成された複数のスロット１８を有する。
【解決手段】アンテナ装置１０は、下層導体１１、第１の誘電体層１２、中心導体１３、第２の誘電体層１４、上層導体１５がこの順に積層されてなり、中心導体１３は、一の方向に延びて予め定められた間隔で互いに平行に配置されたストリップ部１６ａ、１６ｂと、ストリップ部１６ａの端部と、当該端部と同じ側のストリップ部１６ｂの端部とを接続する接続部１７ａと、を有するミアンダ状の形状を成しており、上層導体１５は、ストリップ部１６ａ、１６ｂに沿って予め定められた間隔で、ストリップ部１６ａ、１６ｂを跨ぐ位置に互いに平行に形成された複数のスロット１８を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、無線局免許が不要な微弱電波による通信を行うのに好適なシート状のアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オフィス、店舗、研究所等にて書類、書籍、事務用品、商品、薬品等の物品を管理する方法として、所定の情報が記憶された小型の無線タグ（応答器）から所定の通信装置（質問器）により情報の読み出しを行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが知られている。
【０００３】
このようなＲＦＩＤシステムにおいては、質問器側のアンテナとして、例えば、シート状の平行平板の上側導体がメッシュ状になっており、平行平板内を伝送される電磁波をわずかに漏らす構造としたものが用いられる（例えば、特許文献１参照）。さらに、特許文献１には、質問器アンテナと応答器との間で無線通信を良好に行うためのインターフェース装置の構成が開示されている。
【０００４】
上記の質問器アンテナの平行平板内を電磁波が伝播している際に、メッシュ状の上側導体側にインターフェース装置を近接させると、インターフェース装置と質問器アンテナとが容量結合する。これにより、平行平板内を伝播する電磁波の一部がメッシュ状の上側導体からインターフェース装置に吸い出される。
【０００５】
インターフェース装置に吸い出された電磁波は、空間に放射されて応答器に受信される。電磁波を受信した応答器から放射された応答信号は、インターフェース装置を介して質問器アンテナに入力され、質問器に受信される。
【０００６】
なお、上記のように構成された質問器アンテナおよびインターフェース装置は、ＲＦＩＤシステムに限らず、無線ＬＡＮシステム等にも適用され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５０６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、特許文献１に開示された質問器アンテナをテーブル上に設置する場合を想定する。一般的に電波を送信するには免許が必要であるが、使用周波数が３２２ＭＨｚ以下の場合は、アンテナ装置から３ｍの距離における電界強度が５００μＶ／ｍ以下であれば、無線局の免許を申請する必要がない。このため、上記の使用条件下で用いることが可能なアンテナ装置への要求は高い。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示された質問器アンテナにおいて、平板の端から給電する場合には、進行波励振の漏れ波アンテナと同様に特定の方向に強く放射する遠方界指向性が生じるため、その指向性の最大方向で微弱電波の電界強度の最大値が制限されてしまう。即ち、この特定の方向を外れると電界強度が低くなり、通信領域が狭くなってしまうという課題があった。
【００１０】
また、特許文献１に開示された質問器アンテナは、シート状の平行平板内の伝送モードが波長に対して薄い導波管と同様となり、伝播損失が大きいという問題を有していた。
【００１１】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、伝播損失が小さく、放射の指向性が一様であり、通信領域を２次元平面状に広げることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のアンテナ装置は、第１の導体板と、前記第１の導体板上に設けられた第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層上に設けられた中心導体と、前記中心導体上に設けられた第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層上に設けられた第２の導体板と、を備えるアンテナ装置であって、前記中心導体は、一の方向に延びて予め定められた間隔で互いに平行に配置された偶数個のストリップ部と、隣り合う２つの前記ストリップ部の一方のストリップ部の端部と、前記端部と同じ側の他方のストリップ部の端部とを接続する接続部と、を有するミアンダ状の形状を成しており、前記第２の導体板は、前記ストリップ部に沿って予め定められた間隔で、前記ストリップ部を跨ぐ位置に互いに平行に形成された複数のスロットを有する構成を有している。
【００１３】
この構成により、本発明のアンテナ装置は、導体板にスロットが形成されたストリップ線路の構造を有するため、従来のシート状のアンテナ装置と比較して伝播損失を小さくすることができる。また、本発明のアンテナ装置は、ストリップ線路の中心導体を折り返した構造を有するため、通信領域を２次元平面状に広げることができる。
さらに、本発明のアンテナ装置は、複数のストリップ部の個数が偶数であることにより、隣り合うストリップ部の対によって逆方向の進行波励振が実現されるため、放射の指向性を一様にできる。
【００１４】
さらに、本発明のアンテナ装置は、隣り合う２つの前記ストリップ部の中心間距離が、使用周波数の波長の１／２５以下である構成を有している。
この構成により、本発明のアンテナ装置は、特に、ストリップ線路のインピーダンスＺが５０Ωであり、使用周波数が３００ＭＨｚ付近である場合に、良好な通信を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、伝播損失が小さく、放射の指向性が一様であり、通信領域を２次元平面状に広げることができるという効果を有するアンテナ装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】漏洩同軸ケーブルを模式的に示した図である。
【図２】漏洩同軸ケーブルを無限配列アンテナとした場合における電界強度の説明図である。
【図３】各波源からの放射が等位相波面を形成する場合の説明図である。
【図４】Ｐ／λと放射角θとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態における構成図である。
【図６】本発明に係るアンテナ装置のストリップ線路の部分断面図である。
【図７】線路幅と比誘電率との関係を示すグラフである。
【図８】平行平板の間隔と線路幅との関係を示すグラフである。
【図９】遠方界指向性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の比較例の構成図である。
【図１１】本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態における構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について説明する前に、本発明の理論的背景と密接に関わる漏洩同軸ケーブルの基本的特性について説明する。
【００１８】
漏洩同軸ケーブルとは、一般に同軸ケーブルの外導体に、長さ方向に周期的にスロットを設けて電波を漏らす構造としたものである。図１は、漏洩同軸ケーブルを模式的に示したものである。
【００１９】
図１において、漏洩同軸ケーブル１は、直径ｄの中心導体２、直径Ｄの外導体３、外導体３に設けられたスロット４を有する。図示のＰはスロット間隔を示す。ここで、スロット間隔Ｐは隣り合うスロットの中心間距離である。スロット４は、使用する周波数の波長λに比べて外導体３の直径Ｄが十分に小さい（Ｄ／λ＜０．１２）場合には、共振を起こしにくく、周波数特性が広帯域となる。
【００２０】
ここで、図１に示した漏洩同軸ケーブル１を図２に示すように無限配列アンテナと見なして考察する。スロット面に発生する電界強度Ｅは、外部導体をケーブル軸方向（Ｚ軸方向）に流れる電流をＩとすると［数１］で表される。
【数１】
【００２１】
また、電界強度Ｅのケーブル軸方向成分ＥＺは［数２］で表される。ケーブル円周方向成分Ｅφについてはスロット４のＺ軸方向の幅が十分に小さければ略０となる。この場合、漏洩同軸ケーブル１においては表面波モードが支配的となり、放射波モードについては無視できる。以降の説明では、この条件が成り立っているものとする。
【数２】
【００２２】
また、左端のスロット４ａの位置をｚ＝０とした場合の各スロット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ・・・の電場は次式で表される。ここで、βｇ＝２π／λｇ（λｇ：ケーブル内波長）である。
【数３】
【００２３】
次に、図２に示した無限配列アンテナにおける電磁波の伝播方向を調べるため、同一の強度の各波源から放射された電磁波がθ方向に伝播する場合を考える（図３）。図３に示すように、各波源からの放射が等位相波面を作るには、［数４］に示す関係が成立する必要がある。但し、ｎ＝０、±１、±２、・・・、ｋ＝２π／λ（λ：自由空間波長）である。なお、Ｗｉ、Ｗｉ＋１は、ある等位相波面と、波源Ｓｉ、Ｓｉ＋１から放射された電磁波の伝播方向を示す直線とが交わる点を指している。なお、［数４］中では、ＳｉＷｉ、Ｓｉ＋１Ｗｉ＋１にアッパーラインを付したものをそれぞれ線分ＳｉＷｉ、線分Ｓｉ＋１Ｗｉ＋１の長さとしている。
【数４】
【００２４】
即ち、［数４］の関係を図２の無限配列アンテナに適用すると次式のようになる。但し、νはケーブルの波長短縮率（λｇ＝νλ）である。また、ｎ＝０、±１、±２、・・・である。
【数５】
【００２５】
［数５］において次式に示す条件が成り立つ場合は、θｎは実数とならず、無限配列アンテナは表面波モードで動作する。
【数６】
【００２６】
ここで、波長短縮率νとケーブル内の比誘電率εｒの間には、次式に示す関係がある。
【数７】
【００２７】
高周波帯で低損失な誘電体基板を用いる場合は、比誘電率εｒは概ね２．０〜３．５程度であり、その場合の波長短縮率νは０．５３５〜０．７０７となる。
【００２８】
一例として、［数５］において波長短縮率νを０．５、ｎを−１として、波長λで規格化したスロット間隔Ｐを計算した結果を図４のグラフに示す。このグラフから分かるように、θｎが実数となり−９０度から９０度の範囲となるＰの値の範囲は、０．３３３λ〜１．０λである。つまり、Ｐの値がこの範囲にあるとき無限配列アンテナは放射波モードで動作し、Ｐの値が０．０〜０．３３３λの範囲にあるときはθｎが実数とならず、無限配列アンテナは表面波モードで動作することとなる。
【００２９】
（第１実施形態）
次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本発明に係るアンテナ装置は、上述の漏洩同軸ケーブルを２次元平面状に拡張するものである。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。
【００３０】
まず、本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態における構成について説明する。
図５に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、第１の導体板としての下層導体１１、第１の誘電体層１２、中心導体１３、第２の誘電体層１４、第２の導体板としての上層導体１５がこの順に積層されてなる、いわゆるトリプレート構造として形成されている。
【００３１】
中心導体１３は、Ｙ軸方向に延びて予め定められた間隔で互いに平行に配置された複数のストリップ部１６（１６ａ、１６ｂ）と、ストリップ部１６ａの端部と、当該端部と同じ側のストリップ部１６ｂの端部とを接続する接続部１７ａと、を有するミアンダ状の形状を成している。
【００３２】
さらに、中心導体１３は、信号を入力する入力部１３ａと、信号を出力する出力部１３ｂと、を備えている。入力部１３ａには、所定の周波数の電気信号を発生させる信号発生器が接続され、出力部１３ｂには、通常、終端抵抗が接続される。
【００３３】
上層導体１５には、中心導体１３のストリップ部１６ａ、１６ｂが延在するＹ軸方向に沿って予め定められたスロット間隔Ｐで、電磁波を放射する複数のスロット１８が設けられている。ここで、スロット間隔ＰとはＹ軸方向に隣り合うスロットの中心間距離である。
【００３４】
複数のスロット１８は、ストリップ部１６ａ、１６ｂを跨ぐ位置に互いに平行に形成されている。なお、以降では、複数のスロット１８全体の２次元的な配列をスロット配列、各ストリップ部１６ａ、１６ｂの上方に形成されるスロット１８の１次元的な配列をスロット列と適宜記す。
【００３５】
アンテナ装置１０の製造段階においては、第１の誘電体層１２および中心導体１３上に不図示の熱硬化性樹脂材料（プリプレグ）が配置される。さらに、このプリプレグ上に第２の誘電体層１４が配置され、熱プレス加工によりプリプレグを介して第１の誘電体層１２および第２の誘電体層１４が一体化される。これにより、アンテナ装置１０のＹ軸に垂直な部分断面図（図６）に示すように、中心導体１３の周囲が誘電体材料で覆われることとなる。
【００３６】
（設計例）
図５に示した本実施形態に係るアンテナ装置１０の各構成要素の寸法の設計例を以下に示す。
（１）アンテナ装置１０のＸ軸方向の寸法：５００ｍｍ
（２）アンテナ装置１０のＹ軸方向の寸法：１０００ｍｍ〜２０００ｍｍ
（３）誘電体層１２、１４の各厚さ：１ｍｍ
（４）誘電体層１２、１４の各比誘電率εｒ：２〜３．５
（５）中心導体１３の線路幅Ｗ：１．０ｍｍ（注：５０Ωの場合）
（６）スロット１８のＸ軸方向の長さＬＸ：６．０ｍｍ
（７）スロット１８のＹ軸方向の幅ＬＹ：２．０ｍｍ
（８）スロット間隔Ｐ（Ｙ軸方向に隣り合うスロットの中心間距離）：２０ｍｍ
（９）折り返し間隔Ｑ（ストリップ部１６ａ、１６ｂの中心間距離）：４０ｍｍ
【００３７】
次に、本実施形態に係るアンテナ装置１０のスロット間隔Ｐの決定方法の一例について以下に説明する。以降の説明では、アンテナ装置１０のストリップ線路のインピーダンスＺが５０Ωであり、使用周波数が３００ＭＨｚ（使用波長λ０が約１ｍ）であるとする。
【００３８】
管内波長λｇの値は、λｇ＝νλ０の関係と［数７］の関係から決定される次式に従って、ストリップ線路の比誘電率εｒに依存する値として求まる。
【数８】
【００３９】
さらに、Ｙ軸方向に隣り合う２つのスロット間の位相差（βｇ・Ｐ＝２πＰ／λｇ）が１０度程度であるとすると、［表１］に示すようにスロット間隔Ｐの値が得られる。
【表１】
【００４０】
ここで、比誘電率εｒの値としては、一般的な基板材料であるＦＲ−４（Flame Retardant Type 4）の比誘電率（４．６程度）、高周波用の低損失基板材の比誘電率（２〜３．５程度）を例に挙げている。
【００４１】
［表１］に示したスロット間隔Ｐの値から、Ｙ軸方向に隣り合うスロット間の位相差を１０度程度許容する条件下では、スロット間隔Ｐは２０ｍｍ以下、即ち、使用周波数の波長の１／５０以下であることが望ましい。
【００４２】
次に、本実施形態に係るアンテナ装置１０の下層導体１１と上層導体１５との間隔、スロット１８の長さＬＸおよび幅ＬＹ、線路幅Ｗの決定方法の一例について以下に説明する。
【００４３】
既に紹介したように、図６はアンテナ装置１０のストリップ線路のＹ軸に垂直な部分断面図である。即ち、図６に示したストリップ線路は、下層導体１１、第１および第２の誘電体層１２、１４、ストリップ部１６ａ（１６ｂ）、上層導体１５を含む。ここで、ストリップ部１６ａ（１６ｂ）の線路幅をＷ、下層導体１１と上層導体１５との間隔（即ち、一体化された第１および第２の誘電体層１２、１４の厚さ）をＨ、第１および第２の誘電体層１２、１４の比誘電率をεｒとしている。
【００４４】
上記のような構成のストリップ線路のインピーダンスＺは、以下に示す式で表される。
【数９】
【００４５】
例えば、ストリップ線路のインピーダンスＺが５０Ωである場合、［数９］より、間隔Ｈで規格化した線路幅Ｗに対する比誘電率εｒを計算した結果をグラフに示すと図７のようになる。
【００４６】
例えば、比誘電率εｒが４．６の場合は、取り得るＷ／Ｈの値は［数９］より０．４程度となる。比誘電率εｒが３．５の場合は、取り得るＷ／Ｈの値は［数９］より０．５程度となる。比誘電率εｒが２の場合は、取り得るＷ／Ｈの値は［数９］より０．８程度となる。これらの関係を、横軸を間隔Ｈ、縦軸を線路幅Ｗとして図８のグラフに示す。
【００４７】
ところで、Ｙ軸方向に隣り合うスロット同士の干渉を避けるためには、スロット間の隙間（スロット間隔ＰからスロットのＹ軸方向の幅ＬＹを引いた値）は、概ねスロット１８のＸ軸方向の長さＬＸの３倍程度以上であることが望ましい。ここで、スロット１８のＹ軸方向の幅ＬＹが２ｍｍであるとし、さらに既に考察したようにスロット間隔Ｐが使用周波数（３００ＭＨｚ）の波長の１／５０以下の値である２０ｍｍ以下であるとすると、好適なスロットの長さＬＸは６．０ｍｍ程度以下となる。
【００４８】
また、線路幅Ｗは、ストリップ部１６を跨ぐスロット１８の長さＬＸの１／３以下であることが電磁波を放射する上で望ましい。従って、線路幅Ｗは２．０ｍｍ程度以下の値となる。
【００４９】
ここで、図８より、比誘電率εｒの値が２のときは、線路幅Ｗが２．０ｍｍ以下となる間隔Ｈは２．５ｍｍ程度以下であることが分かる。また、比誘電率εｒの値が３．５のときは、線路幅Ｗが２．０ｍｍ以下となる間隔Ｈは４．０ｍｍ程度以下、さらに、比誘電率εｒの値が４．６のときは、線路幅Ｗが２．０ｍｍ以下となる間隔Ｈは５．０ｍｍ程度以下であることが分かる。
【００５０】
従って、比誘電率εｒの値が２〜４．６の範囲であれば、間隔Ｈは使用周波数の波長（約１ｍ）の１／２００以下の値となることが分かる。
【００５１】
次に、本実施形態に係るアンテナ装置１０の中心導体１３を折り返す折り返し間隔Ｑの決定方法の一例について以下に説明する。
【００５２】
折り返された中心導体１３の上方に形成されたスロット配列において、Ｘ軸方向に隣り合うスロット同士の隙間（折り返し間隔ＱからスロットのＸ軸方向の長さＬＸを引いた値）が近すぎると、スロット同士が相互に干渉してしまう。スロット同士の干渉を避けるためには、Ｘ軸方向に隣り合うスロット同士の隙間が、概ねスロット１８の長さＬＸの３倍程度以上であることが望ましい。
【００５３】
以上の事項を考慮に入れると、中心導体１３のストリップ部１６を跨ぐスロット１８の長さＬＸが既に考察したように６ｍｍ程度である場合、Ｘ軸方向に隣り合うスロット同士の隙間は１８ｍｍ以上となる。従って、好適な折り返し間隔Ｑは２４ｍｍ以上となる。即ち、折り返し間隔Ｑは使用周波数の波長の２４／１０００≒１／４２よりも大となる。
【００５４】
しかしながら、折り返し間隔Ｑを大きくし過ぎるとスロット１８の２次元配列が作る放射近傍界が一様とならなくなる。折り返し間隔Ｑの好適な値を電磁界解析で求めた結果、スロット間隔Ｐの２倍程度が上限値となる。例えば、既に考察したようにスロット間隔Ｐが２０ｍｍ以下である場合、使用周波数の波長の１／２５に相当する４０ｍｍが折り返し間隔Ｑの上限値となる。従って、折り返し間隔Ｑは波長の１／４２以上かつ１／２５以下の範囲に収まっていることが好ましい。
【００５５】
以上のように構成された本実施形態に係るアンテナ装置１０は、下層導体１１と上層導体１５との間隔Ｈが１／２００波長以下の薄型平面構造であるため、棚の内部、テーブルの天板の表面または裏面、床上に設置したり、壁に貼り付けたりすることが容易となる。
【００５６】
図９に、上記のように構成されたアンテナ装置１０のＹＺ面の遠方界指向性のシミュレーション結果（実線）を示す。なお、同時に図１０に示す１次元的な構成のアンテナ装置３０のシミュレーション結果を比較例として破線で示す。ここで、アンテナ装置３０は、下層導体１１、第１の誘電体層１２、中心導体３３、第２の誘電体層１４、上層導体３５がこの順に積層されてなるトリプレート構造として形成されるものである。中心導体３３は、Ｙ軸方向に延びるストリップ状の形状を成しており、信号を入力する入力部３３ａと、信号を出力する出力部３３ｂと、を備えている。上層導体３５には、中心導体３３が延在するＹ軸方向に沿って予め定められたスロット間隔Ｐで、電磁波を放射する複数のスロット１８が設けられている。複数のスロット１８は、中心導体３３を跨ぐ位置に互いに平行に形成されている。
【００５７】
図９から、アンテナ装置３０の放射の指向性が特定の方向（特に６０度〜９０度の方向）に強くなっているのに対し、本実施形態に係るアンテナ装置１０の放射の指向性は、ＹＺ面内（Ｚ≧０）で一様となっていることが分かる。
【００５８】
既に述べたように、使用周波数が３２２ＭＨｚ以下であれば、微弱無線局の３ｍの距離における電界強度の許容値は５００μＶ／ｍであり、無線局の免許を申請する必要が無いため、この使用条件下でアンテナ装置を動作させることが好ましい。
【００５９】
しかしながら、アンテナ装置３０のように特定の方向に強く放射する指向性を有する場合には、その指向性の最大方向（９０度付近）の電界強度が５００μＶ／ｍであるとすると、例えば３２０度付近の電界強度はそれよりも約２５ｄＢ低い２８μＶ／ｍとなってしまう。
【００６０】
これに対して、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、放射の指向性が一様であるため、ＹＺ面内（Ｚ≧０）の０〜９０度および２７０〜３６０度の範囲に亘ってほぼ一定の５００μＶ／ｍの電界強度を達成することができる。
【００６１】
なお、アンテナ装置１０用のインターフェース装置の形状としては、微小ダイポールアンテナや、微小ループアンテナ等の簡易な構成のアンテナを用いることが可能である。このとき、微小ダイポールアンテナの長手方向はＺ軸と同じ方向である。また、微小ループアンテナは、そのループ面がＸＹ面に垂直な面内（Ｚ軸を含む面内）に構成される。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、スロット配列が上方に形成された中心導体１３が折り返し間隔Ｑで折り返されているため、Ｘ軸方向に隣り合うスロット列間で逆方向の進行波励振を実現できる。これにより、放射の指向性がＹＺ面内で一様となり、特定の方向にのみ強く放射しなくなる。さらに、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、外部空間に不要な電波を出さずに、上層導体の表面から１／（２π）波長以内の近傍界領域のみに良好な通信エリアを形成することができる。
【００６３】
また、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、ストリップ線路からなるため、従来のシート状のアンテナ装置と比較して伝播損失を小さくすることができる。
【００６４】
（第２実施形態）
本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態における構成について説明する。なお、第１実施形態と同様の事項については適宜説明を省略する。
【００６５】
図１１に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置２０は、第１の導体板としての下層導体１１、第１の誘電体層１２、中心導体２３、第２の誘電体層１４、第２の導体板としての上層導体２５がこの順に積層されてなるトリプレート構造として形成されている。
【００６６】
中心導体２３は、Ｙ軸方向に延びて予め定められた間隔で互いに平行に配置された複数のストリップ部２６（２６ａ〜２６ｄ）と、隣り合う２つのストリップ部の一方のストリップ部の端部と、前記端部と同じ側の他方のストリップ部の端部とを接続する接続部２７（２７ａ〜２７ｃ）と、を有したミアンダ状の形状を成している。さらに、中心導体２３は、信号を入力する入力部２３ａと、信号を出力する出力部２３ｂと、を備えている。
【００６７】
上層導体２５には、ストリップ部２６が延在するＹ軸方向に沿って予め定められたスロット間隔Ｐで、電磁波を放射する複数のスロット１８が設けられている。複数のスロット１８は、ストリップ部２６を跨ぐ位置に互いに平行に形成されている。
【００６８】
また、第１実施形態と同様に以下の事項を満たすことが望ましい。
・スロット間隔Ｐは使用周波数の波長の１／５０以下
・間隔Ｈは使用周波数の波長の１／２００以下（比誘電率εｒの値が２〜３．５）
・折り返し間隔Ｑ（隣り合う２つのストリップ部の中心間距離）が使用周波数の波長の１／２５以下
【００６９】
さらに、ストリップ部２６の個数、即ちスロット列の個数が偶数であることが重要である。これは、第１実施形態でも述べたように、隣り合うスロット列の対によって逆方向の進行波励振が実現され、放射の指向性がＹＺ面内で一様となるためである。仮に、ストリップ部２６の個数が奇数であり、入力部２３ａと出力部２３ｂがアンテナ装置の対向する端にそれぞれ形成される場合は、最も外側の１つのスロット列によって、図１０に比較例として示した１次元的な構成のアンテナ装置と同様に、特定の方向に放射の指向性が強くなってしまう。
【００７０】
以上のように構成されたアンテナ装置２０は、第１実施形態のアンテナ装置１０よりもさらに２次元平面状に拡張されたことにより、より通信領域を広げることが可能となる。なお、中心導体２３のストリップ部のＹ軸方向の長さや個数（但し偶数）は、任意の値に設計可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明に係るアンテナ装置は、伝播損失が小さく、放射の指向性が一様であり、通信領域を２次元平面状に広げることができるという効果を有し、ＲＦＩＤシステム用の質問器側のアンテナ装置や無線ＬＡＮシステム用のアンテナ装置等として有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１０、２０ アンテナ装置
１１ 下層導体（第１の導体板）
１２ 誘電体層（第１の誘電体層）
１３、２３ 中心導体
１３ａ、２３ａ 入力部
１３ｂ、２３ｂ 出力部
１４ 誘電体層（第２の誘電体層）
１５、２５ 上層導体（第２の導体板）
１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ ストリップ部
１７ａ、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 接続部
１８ スロット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、無線局免許が不要な微弱電波による通信を行うのに好適なシート状のアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オフィス、店舗、研究所等にて書類、書籍、事務用品、商品、薬品等の物品を管理する方法として、所定の情報が記憶された小型の無線タグ（応答器）から所定の通信装置（質問器）により情報の読み出しを行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが知られている。
【０００３】
このようなＲＦＩＤシステムにおいては、質問器側のアンテナとして、例えば、シート状の平行平板の上側導体がメッシュ状になっており、平行平板内を伝送される電磁波をわずかに漏らす構造としたものが用いられる（例えば、特許文献１参照）。さらに、特許文献１には、質問器アンテナと応答器との間で無線通信を良好に行うためのインターフェース装置の構成が開示されている。
【０００４】
上記の質問器アンテナの平行平板内を電磁波が伝播している際に、メッシュ状の上側導体側にインターフェース装置を近接させると、インターフェース装置と質問器アンテナとが容量結合する。これにより、平行平板内を伝播する電磁波の一部がメッシュ状の上側導体からインターフェース装置に吸い出される。
【０００５】
インターフェース装置に吸い出された電磁波は、空間に放射されて応答器に受信される。電磁波を受信した応答器から放射された応答信号は、インターフェース装置を介して質問器アンテナに入力され、質問器に受信される。
【０００６】
なお、上記のように構成された質問器アンテナおよびインターフェース装置は、ＲＦＩＤシステムに限らず、無線ＬＡＮシステム等にも適用され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５０６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、特許文献１に開示された質問器アンテナをテーブル上に設置する場合を想定する。一般的に電波を送信するには免許が必要であるが、使用周波数が３２２ＭＨｚ以下の場合は、アンテナ装置から３ｍの距離における電界強度が５００μＶ／ｍ以下であれば、無線局の免許を申請する必要がない。このため、上記の使用条件下で用いることが可能なアンテナ装置への要求は高い。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示された質問器アンテナにおいて、平板の端から給電する場合には、進行波励振の漏れ波アンテナと同様に特定の方向に強く放射する遠方界指向性が生じるため、その指向性の最大方向で微弱電波の電界強度の最大値が制限されてしまう。即ち、この特定の方向を外れると電界強度が低くなり、通信領域が狭くなってしまうという課題があった。
【００１０】
また、特許文献１に開示された質問器アンテナは、シート状の平行平板内の伝送モードが波長に対して薄い導波管と同様となり、伝播損失が大きいという問題を有していた。
【００１１】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、伝播損失が小さく、放射の指向性が一様であり、通信領域を２次元平面状に広げることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のアンテナ装置は、第１の導体板と、前記第１の導体板上に設けられた第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層上に設けられた中心導体と、前記中心導体上に設けられた第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層上に設けられた第２の導体板と、を備えるアンテナ装置であって、前記中心導体は、一の方向に延びて予め定められた間隔で互いに平行に配置された偶数個のストリップ部と、隣り合う２つの前記ストリップ部の一方のストリップ部の端部と、前記端部と同じ側の他方のストリップ部の端部とを接続する接続部と、を有するミアンダ状の形状を成しており、前記第２の導体板は、前記ストリップ部に沿って予め定められた間隔で、前記ストリップ部を跨ぐ位置に互いに平行に形成された複数のスロットを有する構成を有している。
【００１３】
この構成により、本発明のアンテナ装置は、導体板にスロットが形成されたストリップ線路の構造を有するため、従来のシート状のアンテナ装置と比較して伝播損失を小さくすることができる。また、本発明のアンテナ装置は、ストリップ線路の中心導体を折り返した構造を有するため、通信領域を２次元平面状に広げることができる。
さらに、本発明のアンテナ装置は、複数のストリップ部の個数が偶数であることにより、隣り合うストリップ部の対によって逆方向の進行波励振が実現されるため、放射の指向性を一様にできる。
【００１４】
さらに、本発明のアンテナ装置は、隣り合う２つの前記ストリップ部の中心間距離が、使用周波数の波長の１／２５以下である構成を有している。
この構成により、本発明のアンテナ装置は、特に、ストリップ線路のインピーダンスＺが５０Ωであり、使用周波数が３００ＭＨｚ付近である場合に、良好な通信を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、伝播損失が小さく、放射の指向性が一様であり、通信領域を２次元平面状に広げることができるという効果を有するアンテナ装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】漏洩同軸ケーブルを模式的に示した図である。
【図２】漏洩同軸ケーブルを無限配列アンテナとした場合における電界強度の説明図である。
【図３】各波源からの放射が等位相波面を形成する場合の説明図である。
【図４】Ｐ／λと放射角θとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態における構成図である。
【図６】本発明に係るアンテナ装置のストリップ線路の部分断面図である。
【図７】線路幅と比誘電率との関係を示すグラフである。
【図８】平行平板の間隔と線路幅との関係を示すグラフである。
【図９】遠方界指向性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の比較例の構成図である。
【図１１】本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態における構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について説明する前に、本発明の理論的背景と密接に関わる漏洩同軸ケーブルの基本的特性について説明する。
【００１８】
漏洩同軸ケーブルとは、一般に同軸ケーブルの外導体に、長さ方向に周期的にスロットを設けて電波を漏らす構造としたものである。図１は、漏洩同軸ケーブルを模式的に示したものである。
【００１９】
図１において、漏洩同軸ケーブル１は、直径ｄの中心導体２、直径Ｄの外導体３、外導体３に設けられたスロット４を有する。図示のＰはスロット間隔を示す。ここで、スロット間隔Ｐは隣り合うスロットの中心間距離である。スロット４は、使用する周波数の波長λに比べて外導体３の直径Ｄが十分に小さい（Ｄ／λ＜０．１２）場合には、共振を起こしにくく、周波数特性が広帯域となる。
【００２０】
ここで、図１に示した漏洩同軸ケーブル１を図２に示すように無限配列アンテナと見なして考察する。スロット面に発生する電界強度Ｅは、外部導体をケーブル軸方向（Ｚ軸方向）に流れる電流をＩとすると［数１］で表される。
【数１】
【００２１】
また、電界強度Ｅのケーブル軸方向成分ＥＺは［数２］で表される。ケーブル円周方向成分Ｅφについてはスロット４のＺ軸方向の幅が十分に小さければ略０となる。この場合、漏洩同軸ケーブル１においては表面波モードが支配的となり、放射波モードについては無視できる。以降の説明では、この条件が成り立っているものとする。
【数２】
【００２２】
また、左端のスロット４ａの位置をｚ＝０とした場合の各スロット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ・・・の電場は次式で表される。ここで、βｇ＝２π／λｇ（λｇ：ケーブル内波長）である。
【数３】
【００２３】
次に、図２に示した無限配列アンテナにおける電磁波の伝播方向を調べるため、同一の強度の各波源から放射された電磁波がθ方向に伝播する場合を考える（図３）。図３に示すように、各波源からの放射が等位相波面を作るには、［数４］に示す関係が成立する必要がある。但し、ｎ＝０、±１、±２、・・・、ｋ＝２π／λ（λ：自由空間波長）である。なお、Ｗｉ、Ｗｉ＋１は、ある等位相波面と、波源Ｓｉ、Ｓｉ＋１から放射された電磁波の伝播方向を示す直線とが交わる点を指している。なお、［数４］中では、ＳｉＷｉ、Ｓｉ＋１Ｗｉ＋１にアッパーラインを付したものをそれぞれ線分ＳｉＷｉ、線分Ｓｉ＋１Ｗｉ＋１の長さとしている。
【数４】
【００２４】
即ち、［数４］の関係を図２の無限配列アンテナに適用すると次式のようになる。但し、νはケーブルの波長短縮率（λｇ＝νλ）である。また、ｎ＝０、±１、±２、・・・である。
【数５】
【００２５】
［数５］において次式に示す条件が成り立つ場合は、θｎは実数とならず、無限配列アンテナは表面波モードで動作する。
【数６】
【００２６】
ここで、波長短縮率νとケーブル内の比誘電率εｒの間には、次式に示す関係がある。
【数７】
【００２７】
高周波帯で低損失な誘電体基板を用いる場合は、比誘電率εｒは概ね２．０〜３．５程度であり、その場合の波長短縮率νは０．５３５〜０．７０７となる。
【００２８】
一例として、［数５］において波長短縮率νを０．５、ｎを−１として、波長λで規格化したスロット間隔Ｐを計算した結果を図４のグラフに示す。このグラフから分かるように、θｎが実数となり−９０度から９０度の範囲となるＰの値の範囲は、０．３３３λ〜１．０λである。つまり、Ｐの値がこの範囲にあるとき無限配列アンテナは放射波モードで動作し、Ｐの値が０．０〜０．３３３λの範囲にあるときはθｎが実数とならず、無限配列アンテナは表面波モードで動作することとなる。
【００２９】
（第１実施形態）
次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本発明に係るアンテナ装置は、上述の漏洩同軸ケーブルを２次元平面状に拡張するものである。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。
【００３０】
まず、本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態における構成について説明する。
図５に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、第１の導体板としての下層導体１１、第１の誘電体層１２、中心導体１３、第２の誘電体層１４、第２の導体板としての上層導体１５がこの順に積層されてなる、いわゆるトリプレート構造として形成されている。
【００３１】
中心導体１３は、Ｙ軸方向に延びて予め定められた間隔で互いに平行に配置された複数のストリップ部１６（１６ａ、１６ｂ）と、ストリップ部１６ａの端部と、当該端部と同じ側のストリップ部１６ｂの端部とを接続する接続部１７ａと、を有するミアンダ状の形状を成している。
【００３２】
さらに、中心導体１３は、信号を入力する入力部１３ａと、信号を出力する出力部１３ｂと、を備えている。入力部１３ａには、所定の周波数の電気信号を発生させる信号発生器が接続され、出力部１３ｂには、通常、終端抵抗が接続される。
【００３３】
上層導体１５には、中心導体１３のストリップ部１６ａ、１６ｂが延在するＹ軸方向に沿って予め定められたスロット間隔Ｐで、電磁波を放射する複数のスロット１８が設けられている。ここで、スロット間隔ＰとはＹ軸方向に隣り合うスロットの中心間距離である。
【００３４】
複数のスロット１８は、ストリップ部１６ａ、１６ｂを跨ぐ位置に互いに平行に形成されている。なお、以降では、複数のスロット１８全体の２次元的な配列をスロット配列、各ストリップ部１６ａ、１６ｂの上方に形成されるスロット１８の１次元的な配列をスロット列と適宜記す。
【００３５】
アンテナ装置１０の製造段階においては、第１の誘電体層１２および中心導体１３上に不図示の熱硬化性樹脂材料（プリプレグ）が配置される。さらに、このプリプレグ上に第２の誘電体層１４が配置され、熱プレス加工によりプリプレグを介して第１の誘電体層１２および第２の誘電体層１４が一体化される。これにより、アンテナ装置１０のＹ軸に垂直な部分断面図（図６）に示すように、中心導体１３の周囲が誘電体材料で覆われることとなる。
【００３６】
（設計例）
図５に示した本実施形態に係るアンテナ装置１０の各構成要素の寸法の設計例を以下に示す。
（１）アンテナ装置１０のＸ軸方向の寸法：５００ｍｍ
（２）アンテナ装置１０のＹ軸方向の寸法：１０００ｍｍ〜２０００ｍｍ
（３）誘電体層１２、１４の各厚さ：１ｍｍ
（４）誘電体層１２、１４の各比誘電率εｒ：２〜３．５
（５）中心導体１３の線路幅Ｗ：１．０ｍｍ（注：５０Ωの場合）
（６）スロット１８のＸ軸方向の長さＬＸ：６．０ｍｍ
（７）スロット１８のＹ軸方向の幅ＬＹ：２．０ｍｍ
（８）スロット間隔Ｐ（Ｙ軸方向に隣り合うスロットの中心間距離）：２０ｍｍ
（９）折り返し間隔Ｑ（ストリップ部１６ａ、１６ｂの中心間距離）：４０ｍｍ
【００３７】
次に、本実施形態に係るアンテナ装置１０のスロット間隔Ｐの決定方法の一例について以下に説明する。以降の説明では、アンテナ装置１０のストリップ線路のインピーダンスＺが５０Ωであり、使用周波数が３００ＭＨｚ（使用波長λ０が約１ｍ）であるとする。
【００３８】
管内波長λｇの値は、λｇ＝νλ０の関係と［数７］の関係から決定される次式に従って、ストリップ線路の比誘電率εｒに依存する値として求まる。
【数８】
【００３９】
さらに、Ｙ軸方向に隣り合う２つのスロット間の位相差（βｇ・Ｐ＝２πＰ／λｇ）が１０度程度であるとすると、［表１］に示すようにスロット間隔Ｐの値が得られる。
【表１】
【００４０】
ここで、比誘電率εｒの値としては、一般的な基板材料であるＦＲ−４（Flame Retardant Type 4）の比誘電率（４．６程度）、高周波用の低損失基板材の比誘電率（２〜３．５程度）を例に挙げている。
【００４１】
［表１］に示したスロット間隔Ｐの値から、Ｙ軸方向に隣り合うスロット間の位相差を１０度程度許容する条件下では、スロット間隔Ｐは２０ｍｍ以下、即ち、使用周波数の波長の１／５０以下であることが望ましい。
【００４２】
次に、本実施形態に係るアンテナ装置１０の下層導体１１と上層導体１５との間隔、スロット１８の長さＬＸおよび幅ＬＹ、線路幅Ｗの決定方法の一例について以下に説明する。
【００４３】
既に紹介したように、図６はアンテナ装置１０のストリップ線路のＹ軸に垂直な部分断面図である。即ち、図６に示したストリップ線路は、下層導体１１、第１および第２の誘電体層１２、１４、ストリップ部１６ａ（１６ｂ）、上層導体１５を含む。ここで、ストリップ部１６ａ（１６ｂ）の線路幅をＷ、下層導体１１と上層導体１５との間隔（即ち、一体化された第１および第２の誘電体層１２、１４の厚さ）をＨ、第１および第２の誘電体層１２、１４の比誘電率をεｒとしている。
【００４４】
上記のような構成のストリップ線路のインピーダンスＺは、以下に示す式で表される。
【数９】
【００４５】
例えば、ストリップ線路のインピーダンスＺが５０Ωである場合、［数９］より、間隔Ｈで規格化した線路幅Ｗに対する比誘電率εｒを計算した結果をグラフに示すと図７のようになる。
【００４６】
例えば、比誘電率εｒが４．６の場合は、取り得るＷ／Ｈの値は［数９］より０．４程度となる。比誘電率εｒが３．５の場合は、取り得るＷ／Ｈの値は［数９］より０．５程度となる。比誘電率εｒが２の場合は、取り得るＷ／Ｈの値は［数９］より０．８程度となる。これらの関係を、横軸を間隔Ｈ、縦軸を線路幅Ｗとして図８のグラフに示す。
【００４７】
ところで、Ｙ軸方向に隣り合うスロット同士の干渉を避けるためには、スロット間の隙間（スロット間隔ＰからスロットのＹ軸方向の幅ＬＹを引いた値）は、概ねスロット１８のＸ軸方向の長さＬＸの３倍程度以上であることが望ましい。ここで、スロット１８のＹ軸方向の幅ＬＹが２ｍｍであるとし、さらに既に考察したようにスロット間隔Ｐが使用周波数（３００ＭＨｚ）の波長の１／５０以下の値である２０ｍｍ以下であるとすると、好適なスロットの長さＬＸは６．０ｍｍ程度以下となる。
【００４８】
また、線路幅Ｗは、ストリップ部１６を跨ぐスロット１８の長さＬＸの１／３以下であることが電磁波を放射する上で望ましい。従って、線路幅Ｗは２．０ｍｍ程度以下の値となる。
【００４９】
ここで、図８より、比誘電率εｒの値が２のときは、線路幅Ｗが２．０ｍｍ以下となる間隔Ｈは２．５ｍｍ程度以下であることが分かる。また、比誘電率εｒの値が３．５のときは、線路幅Ｗが２．０ｍｍ以下となる間隔Ｈは４．０ｍｍ程度以下、さらに、比誘電率εｒの値が４．６のときは、線路幅Ｗが２．０ｍｍ以下となる間隔Ｈは５．０ｍｍ程度以下であることが分かる。
【００５０】
従って、比誘電率εｒの値が２〜４．６の範囲であれば、間隔Ｈは使用周波数の波長（約１ｍ）の１／２００以下の値となることが分かる。
【００５１】
次に、本実施形態に係るアンテナ装置１０の中心導体１３を折り返す折り返し間隔Ｑの決定方法の一例について以下に説明する。
【００５２】
折り返された中心導体１３の上方に形成されたスロット配列において、Ｘ軸方向に隣り合うスロット同士の隙間（折り返し間隔ＱからスロットのＸ軸方向の長さＬＸを引いた値）が近すぎると、スロット同士が相互に干渉してしまう。スロット同士の干渉を避けるためには、Ｘ軸方向に隣り合うスロット同士の隙間が、概ねスロット１８の長さＬＸの３倍程度以上であることが望ましい。
【００５３】
以上の事項を考慮に入れると、中心導体１３のストリップ部１６を跨ぐスロット１８の長さＬＸが既に考察したように６ｍｍ程度である場合、Ｘ軸方向に隣り合うスロット同士の隙間は１８ｍｍ以上となる。従って、好適な折り返し間隔Ｑは２４ｍｍ以上となる。即ち、折り返し間隔Ｑは使用周波数の波長の２４／１０００≒１／４２よりも大となる。
【００５４】
しかしながら、折り返し間隔Ｑを大きくし過ぎるとスロット１８の２次元配列が作る放射近傍界が一様とならなくなる。折り返し間隔Ｑの好適な値を電磁界解析で求めた結果、スロット間隔Ｐの２倍程度が上限値となる。例えば、既に考察したようにスロット間隔Ｐが２０ｍｍ以下である場合、使用周波数の波長の１／２５に相当する４０ｍｍが折り返し間隔Ｑの上限値となる。従って、折り返し間隔Ｑは波長の１／４２以上かつ１／２５以下の範囲に収まっていることが好ましい。
【００５５】
以上のように構成された本実施形態に係るアンテナ装置１０は、下層導体１１と上層導体１５との間隔Ｈが１／２００波長以下の薄型平面構造であるため、棚の内部、テーブルの天板の表面または裏面、床上に設置したり、壁に貼り付けたりすることが容易となる。
【００５６】
図９に、上記のように構成されたアンテナ装置１０のＹＺ面の遠方界指向性のシミュレーション結果（実線）を示す。なお、同時に図１０に示す１次元的な構成のアンテナ装置３０のシミュレーション結果を比較例として破線で示す。ここで、アンテナ装置３０は、下層導体１１、第１の誘電体層１２、中心導体３３、第２の誘電体層１４、上層導体３５がこの順に積層されてなるトリプレート構造として形成されるものである。中心導体３３は、Ｙ軸方向に延びるストリップ状の形状を成しており、信号を入力する入力部３３ａと、信号を出力する出力部３３ｂと、を備えている。上層導体３５には、中心導体３３が延在するＹ軸方向に沿って予め定められたスロット間隔Ｐで、電磁波を放射する複数のスロット１８が設けられている。複数のスロット１８は、中心導体３３を跨ぐ位置に互いに平行に形成されている。
【００５７】
図９から、アンテナ装置３０の放射の指向性が特定の方向（特に６０度〜９０度の方向）に強くなっているのに対し、本実施形態に係るアンテナ装置１０の放射の指向性は、ＹＺ面内（Ｚ≧０）で一様となっていることが分かる。
【００５８】
既に述べたように、使用周波数が３２２ＭＨｚ以下であれば、微弱無線局の３ｍの距離における電界強度の許容値は５００μＶ／ｍであり、無線局の免許を申請する必要が無いため、この使用条件下でアンテナ装置を動作させることが好ましい。
【００５９】
しかしながら、アンテナ装置３０のように特定の方向に強く放射する指向性を有する場合には、その指向性の最大方向（９０度付近）の電界強度が５００μＶ／ｍであるとすると、例えば３２０度付近の電界強度はそれよりも約２５ｄＢ低い２８μＶ／ｍとなってしまう。
【００６０】
これに対して、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、放射の指向性が一様であるため、ＹＺ面内（Ｚ≧０）の０〜９０度および２７０〜３６０度の範囲に亘ってほぼ一定の５００μＶ／ｍの電界強度を達成することができる。
【００６１】
なお、アンテナ装置１０用のインターフェース装置の形状としては、微小ダイポールアンテナや、微小ループアンテナ等の簡易な構成のアンテナを用いることが可能である。このとき、微小ダイポールアンテナの長手方向はＺ軸と同じ方向である。また、微小ループアンテナは、そのループ面がＸＹ面に垂直な面内（Ｚ軸を含む面内）に構成される。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、スロット配列が上方に形成された中心導体１３が折り返し間隔Ｑで折り返されているため、Ｘ軸方向に隣り合うスロット列間で逆方向の進行波励振を実現できる。これにより、放射の指向性がＹＺ面内で一様となり、特定の方向にのみ強く放射しなくなる。さらに、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、外部空間に不要な電波を出さずに、上層導体の表面から１／（２π）波長以内の近傍界領域のみに良好な通信エリアを形成することができる。
【００６３】
また、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、ストリップ線路からなるため、従来のシート状のアンテナ装置と比較して伝播損失を小さくすることができる。
【００６４】
（第２実施形態）
本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態における構成について説明する。なお、第１実施形態と同様の事項については適宜説明を省略する。
【００６５】
図１１に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置２０は、第１の導体板としての下層導体１１、第１の誘電体層１２、中心導体２３、第２の誘電体層１４、第２の導体板としての上層導体２５がこの順に積層されてなるトリプレート構造として形成されている。
【００６６】
中心導体２３は、Ｙ軸方向に延びて予め定められた間隔で互いに平行に配置された複数のストリップ部２６（２６ａ〜２６ｄ）と、隣り合う２つのストリップ部の一方のストリップ部の端部と、前記端部と同じ側の他方のストリップ部の端部とを接続する接続部２７（２７ａ〜２７ｃ）と、を有したミアンダ状の形状を成している。さらに、中心導体２３は、信号を入力する入力部２３ａと、信号を出力する出力部２３ｂと、を備えている。
【００６７】
上層導体２５には、ストリップ部２６が延在するＹ軸方向に沿って予め定められたスロット間隔Ｐで、電磁波を放射する複数のスロット１８が設けられている。複数のスロット１８は、ストリップ部２６を跨ぐ位置に互いに平行に形成されている。
【００６８】
また、第１実施形態と同様に以下の事項を満たすことが望ましい。
・スロット間隔Ｐは使用周波数の波長の１／５０以下
・間隔Ｈは使用周波数の波長の１／２００以下（比誘電率εｒの値が２〜３．５）
・折り返し間隔Ｑ（隣り合う２つのストリップ部の中心間距離）が使用周波数の波長の１／２５以下
【００６９】
さらに、ストリップ部２６の個数、即ちスロット列の個数が偶数であることが重要である。これは、第１実施形態でも述べたように、隣り合うスロット列の対によって逆方向の進行波励振が実現され、放射の指向性がＹＺ面内で一様となるためである。仮に、ストリップ部２６の個数が奇数であり、入力部２３ａと出力部２３ｂがアンテナ装置の対向する端にそれぞれ形成される場合は、最も外側の１つのスロット列によって、図１０に比較例として示した１次元的な構成のアンテナ装置と同様に、特定の方向に放射の指向性が強くなってしまう。
【００７０】
以上のように構成されたアンテナ装置２０は、第１実施形態のアンテナ装置１０よりもさらに２次元平面状に拡張されたことにより、より通信領域を広げることが可能となる。なお、中心導体２３のストリップ部のＹ軸方向の長さや個数（但し偶数）は、任意の値に設計可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明に係るアンテナ装置は、伝播損失が小さく、放射の指向性が一様であり、通信領域を２次元平面状に広げることができるという効果を有し、ＲＦＩＤシステム用の質問器側のアンテナ装置や無線ＬＡＮシステム用のアンテナ装置等として有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１０、２０ アンテナ装置
１１ 下層導体（第１の導体板）
１２ 誘電体層（第１の誘電体層）
１３、２３ 中心導体
１３ａ、２３ａ 入力部
１３ｂ、２３ｂ 出力部
１４ 誘電体層（第２の誘電体層）
１５、２５ 上層導体（第２の導体板）
１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ ストリップ部
１７ａ、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 接続部
１８ スロット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導体板と、前記第１の導体板上に設けられた第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層上に設けられた中心導体と、前記中心導体上に設けられた第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層上に設けられた第２の導体板と、を備えるアンテナ装置であって、
前記中心導体は、一の方向に延びて予め定められた間隔で互いに平行に配置された偶数個のストリップ部と、隣り合う２つの前記ストリップ部の一方のストリップ部の端部と、前記端部と同じ側の他方のストリップ部の端部とを接続する接続部と、を有するミアンダ状の形状を成しており、
前記第２の導体板は、前記ストリップ部に沿って予め定められた間隔で、前記ストリップ部を跨ぐ位置に互いに平行に形成された複数のスロットを有するアンテナ装置。
【請求項２】
隣り合う２つの前記ストリップ部の中心間距離が、使用周波数の波長の１／２５以下である請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項１】
第１の導体板と、前記第１の導体板上に設けられた第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層上に設けられた中心導体と、前記中心導体上に設けられた第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層上に設けられた第２の導体板と、を備えるアンテナ装置であって、
前記中心導体は、一の方向に延びて予め定められた間隔で互いに平行に配置された偶数個のストリップ部と、隣り合う２つの前記ストリップ部の一方のストリップ部の端部と、前記端部と同じ側の他方のストリップ部の端部とを接続する接続部と、を有するミアンダ状の形状を成しており、
前記第２の導体板は、前記ストリップ部に沿って予め定められた間隔で、前記ストリップ部を跨ぐ位置に互いに平行に形成された複数のスロットを有するアンテナ装置。
【請求項２】
隣り合う２つの前記ストリップ部の中心間距離が、使用周波数の波長の１／２５以下である請求項１に記載のアンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１５１７８６（Ｐ２０１２−１５１７８６Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７２６（Ｐ２０１１−１０７２６）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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