マイクロ波平面アンテナ
【課題】高い指向性を確保しながら、視界を妨げ難い平面アンテナを提供する。
【解決手段】パッチアンテナは、薄板状のグランドパターン２０と、グランドパターン２０に対して所定の間隔をもって支持された薄板状のパッチパターン１０とを備える。グランドパターン２０には、複数の穴２０ｂが、網目状に形成されている。グランドパターン２０のパッチパターン１０の直下の領域には、板部２０ａが設けられ、穴２０ｂは形成されない。
【解決手段】パッチアンテナは、薄板状のグランドパターン２０と、グランドパターン２０に対して所定の間隔をもって支持された薄板状のパッチパターン１０とを備える。グランドパターン２０には、複数の穴２０ｂが、網目状に形成されている。グランドパターン２０のパッチパターン１０の直下の領域には、板部２０ａが設けられ、穴２０ｂは形成されない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信やＲＦＩＤ（Radio FrequencyIdentification）に用いられる、マ
イクロ波の平面アンテナ（パッチアンテナ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場や倉庫では、ＲＦＩＤタグを用いた自動認識システムが普及しつつある。たとえば、荷物にＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯のＲＦＩＤタグが取付けられ、荷物運搬用のフォークリフトにＲＦＩＤ用のアンテナが取り付けられる。フォークリフトで荷物を運搬する際に、フォークリフトに取り付けたアンテナによってＲＦＩＤタグから荷物のＩＤが読み取られ、読み取られたＩＤにより荷物が管理される。
【０００３】
ＵＨＦ帯のＲＦＩＤに使用されるアンテナは、なるべく、１方向にのみ指向性を持つようにするのが好ましい。アンテナが目標方向以外にも指向性を持つと、フォークリフトで搬送しようとする荷物のＩＤだけでなく、後ろや周りに置かれた無関係な荷物のＩＤまで検知される惧れがある。
【０００４】
ＲＦＩＤの検知に好適なアンテナとして、たとえば、特許文献１に記載の平面アンテナ（マイクロストリップアンテナ）がある。このアンテナは、一般に、グランド板とパッチとの間に誘電体板が挟まれた構造となっている。グランド板は、パッチよりも数段広い面積を有する。かかる平面アンテナは、指向性が高く、上記自動認識システムに用いて好ましい特性を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１７２３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記環境下において、フォークリフトの運転手が見ている荷物のＩＤをアンテナにより適正に検知するためには、指向性の方向が運転手の目線の方向と同じとなるように、アンテナを配置する必要がある。この場合、アンテナは、運転手の視界に掛かる位置の近傍に配置される。
【０００７】
しかしながら、ＵＨＦ帯のアンテナでは、グランド板が、通常３０ｃｍ角程度と比較的大きいため、上記の位置にアンテナが配置されると、アンテナが運転手の視界を遮ってしまう惧れがある。このため、最適な位置にアンテナを取り付けることが難しくなる。
【０００８】
このことから、上記システムでは、透明で視界を遮らないアンテナの開発が検討される。しかし、アンテナを透明にすると、狙った向きのＲＦＩＤタグのみを検知できるような鋭い指向性利得のあるアンテナが得られないという問題があった。
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、高い指向性を確保しながら、視界を妨げ難い平面アンテナ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】
【００１０】
本発明の第１の態様に係るマイクロ波平面アンテナは、薄板状のグランドパターンと、前記グランドパターンに対し所定の間隔をもって支持された薄板状のパッチパターンとを
備える。前記グランドパターンには、複数の穴が網目状に形成される。
【００１１】
本態様に係るマイクロ波平面アンテナによれば、グランドパターンに複数の穴が形成されているため、穴を介してグランドパターンの向こう側を見ることができる。また、このように穴が形成されても、アンテナの指向性特性が大きく低下することはない。よって、高い指向性を確保しながら、視界を妨げ難い平面アンテナを提供することができる。
【００１２】
本態様に係るマイクロ波平面アンテナは、前記グランドパターンの領域のうち少なくとも前記パッチパターンの真下の領域には、前記穴が形成されないよう構成され得る。こうすると、アンテナの指向性特性の低下を抑制することができる。
【００１３】
また、本態様に係るマイクロ波平面アンテナにおいて、前記パッチパターンにも、複数の穴を網目状に形成しても良い。こうすると、パッチパターンの穴からもアンテナの向こうを見ることができるため、より視界が妨げられにくくなる。
【００１４】
この場合、前記パッチパターンの中心と前記パッチパターンの給電点とを結ぶ直線を挟む前記パッチパターンの端縁部分には、前記穴を形成しないようにし、前記グランドパターンの前記端縁部分の直下の領域にも、前記穴を形成しないようにするのが望ましい。こうすると、アンテナの指向性特性の低下を効果的に抑制することができる。
【００１５】
また、パッチパターンにも穴を形成する場合には、前記パッチパターンの領域のうち、動作時に高周波電流が集中する領域には、前記穴を形成しないようにするのが望ましい。同様に、前記グランドパターンの領域のうち、動作時に高周波電流が集中する領域には、前記穴を形成しないようにするのが望ましい。こうすると、アンテナの指向性特性の低下を効果的に抑制することができる。
【００１６】
本態様に係るマイクロ波平面アンテナは、前記グランドパターンの給電部を除く全ての領域と、前記パッチパターンの給電部を除く全ての領域に、それぞれ、複数の穴が網目状に形成されるよう構成され得る。こうすると、より一層、アンテナの向こうが見え易くなり、アンテナにより視界が妨げられにくくなる。なお、このようにパッチパターンとグランドパターンに穴を形成しても、アンテナの指向性特性を確保することができる。これについては、実施例３において明らかにする。
【００１７】
なお、パッチパターンにも穴を形成する場合は、前記グランドパターンに形成された前記穴の中心と、前記パッチパターンに形成された前記穴の中心が、前記グランドパターンと前記パッチパターンの重なり方向において一致するのが望ましい。こうすると、グランドパターンとパッチパターンの重なり方向に２つの穴が並ぶため、これらの穴を介してアンテナの向こうを良好に見ることができる。
【００１８】
この場合、前記グランドパターンに形成された前記穴と、前記パッチパターンに形成された前記穴が、同じ形状を有するようにするのが望ましい。こうすると、一方の穴の縁が他方の穴の内側に掛からないため、無駄なく視界を確保できる。
【００１９】
本態様に係るマイクロ波平面アンテナは、前記グランドパターンに形成された前記穴のピッチが、使用する電波の波長の１／１０〜１／３０であるのが望ましい。こうすると、穴による視界を確保しながら、アンテナの指向性特性を良好な状態に維持できる。
【００２０】
この場合、前記グランドパターンに形成された前記穴のピッチが、使用する電波の波長の１／１６程度であるのが最も望ましい。こうすると、アンテナの指向性特性を最も良好にすることができる。
【００２１】
本発明の第２の態様に係るマイクロ波平面アンテナは、薄板状のグランドパターンと、前記グランドパターンに対し所定の間隔をもって支持された薄板状のパッチパターンとを備える。前記グランドパターンは、前記パッチパターンの給電点の直下の領域、および、前記パッチパターンの中心と前記パッチパターンの給電点とを結ぶ直線を挟む前記パッチパターンの端縁部分の直下の領域以外の領域に、切り欠きが設けられている。
【００２２】
本態様に係るマイクロ波平面アンテナによれば、グランドパターンに切り欠きが設けられているため、切り欠きを介してグランドパターンの向こう側を見ることができる。また、このように切り欠きが形成されても、アンテナの指向性特性が大きく低下することはない。よって、高い指向性を確保しながら、視界を妨げ難い平面アンテナを提供することができる。
【００２３】
第２の態様に係るマイクロ波平面アンテナにおいて、前記パッチパターンにも、前記端縁部分以外の領域に、切り欠きが設けられても良い。こうすると、パッチパターンの切り欠きからもアンテナの向こうを見ることができるため、より視界が妨げられにくくなる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のとおり、本発明によれば、高い指向性を確保しながら、視界を妨げ難い平面アンテナを提供することができる。
【００２５】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】比較例に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図２】比較例に係るパッチアンテナの構成と利得特性を示す図である。
【図３】比較例に係るパッチアンテナの表面電流の分布状態を示す図である。
【図４】実施例１に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図５】実施例１に係るパッチアンテナの指向性および利得特性を示す図である。
【図６】実施例２に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図７】実施例２に係るパッチアンテナの構成と利得特性を示す図である。
【図８】実施例３に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図９】実施例３に係るパッチアンテナの構成と利得特性を示す図である。
【図１０】実施例４および実施例５に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図１１】実施例５の変更例に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図１２】実施例５の変更例に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図１３】変更例に係るパッチアンテナの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
＜比較例＞
まず、比較例にかかる平面アンテナ（以下、「パッチアンテナ」という）について説明する。このパッチアンテナは、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤで使用されるものである。
【００２９】
図１（ａ）、（ｂ）は、比較例に係るパッチアンテナの斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）よりも一段低い位置から見たときの斜視図である。
【００３０】
図示の如く、比較例に係るパッチアンテナは、導電性の金属薄板からなるパッチパターン１と、同じく導電性の金属薄板からなるグランドパターン２とを備える。パッチパターン１およびグランドパターン２は、それぞれ、平面視において正方形の輪郭を有する。また、パッチパターン１およびグランドパターン２は、それぞれ、一様な厚みを有する。
【００３１】
パッチパターン１は、グランドパターン２と平行となるように、グランドパターン２に支持される。具体的には、パッチパターン１の中央が、樹脂等の絶縁体または金属からなる円柱状のスペーサを介して、グランドパターン２に結合される。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１とグランドパターン２が、接着またはネジ止めされる。便宜上、図１では、パッチパターン１とグランドパターン２とを結合するための結合部材（スペーサを含む）が図示省略されている。なお、パッチパターン１の中心とグランドパターン２の中心は、アンテナ動作時の電位がゼロであるため、スペーサを金属としても問題ない。
【００３２】
なお、この比較例では、パッチパターン１とグランドパターン２の間には、誘電体板が介在しておらず、空間となっている。すなわち、パッチパターン１とグランドパターン２の間には、空気が介在する。
【００３３】
グランドパターン２の一辺の長さは、使用される電波の波長の近傍に設定される。ここでは、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤで使用される電波の波長λはλ＝３１５ｍｍであるため、グランドパターン２の一辺の長さは、３００ｍｍに設定される。パッチパターン１は、一辺の長さが１３２ｍｍである。また、グランドパターン２とパッチパターン１の間隔は２０ｍｍである。グランドパターン２とパッチパターン１は、平面視において中心が一致し、また、対応する辺が互いに平行となっている。
【００３４】
図１のようにグランドパターンの中心を原点とするＸＹＺ軸を設定すると、パッチパターン１の中央からＹ軸方向に４０ｍｍの点には、給電点３となる穴が形成されている。また、グランドパターン２の中央からＹ軸方向に４０ｍｍの点には、同軸コネクタの誘電体と同じ直径（３ｍｍφ〜９ｍｍφ）の穴が形成される。この穴に、同軸コネクタが下向きに取り付けられる。同軸コネクタの内導体（１ｍｍφ〜３ｍｍφ）がパッチパターン１まで伸び、給電点３において電気的に連結されている。
【００３５】
図２（ａ）は、比較例に係るパッチアンテナを真横から見たときの側面図である。
【００３６】
図２（ｂ）は、比較例に係るパッチアンテナの３次元指向性のシミュレーション結果である。かかるシミュレーションは、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使って行った。
【００３７】
図２（ｂ）を参照して、比較例に係るパッチアンテナには、パッチパターン１の表面に垂直な上向き方向（Ｚ軸正方向）に、＋９．６ｄＢｉと大きなアンテナ利得があり、反対向き（Ｚ軸負方向）には、−１０．８ｄＢｉと僅かな利得しか無い。パッチパターン１の上面をパッチアンテナの正面とすると、正面方向（Ｚ軸正方向）への利得は、背面方向（Ｚ軸負方向）への利得より、２０ｄＢ（１００倍）程度大きい。よって、このパッチアンテナを用いると、正面方向にあるＲＦＩＤタグのみを円滑に検知することができる。また、このパッチアンテナでは、アンテナ利得が＋９．６ｄＢｉと大きいので、６ｍ程度離れたＲＦＩＤタグも円滑に検知でき、十分な検知感度が得られる。
【００３８】
ただし、比較例に係るパッチアンテナでは、グランドパターン２が、３００ｍｍ角の金属から形成されており、光を通さないため、かかるパッチアンテナを、ユーザの視線の方向に向けて配置すると、広いグランドパターン２によって、ユーザの視界が遮られてしま
うという問題が起こり得る。
【００３９】
以下、かかる問題を解消するために為された検討について説明する。
【００４０】
図３（ａ）は、比較例に係るパッチアンテナを動作させたときのパッチパターン１に流れる高周波表面電流のシミュレーション結果を示す図である。かかるシミュレーションは、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳにより行った。図中、“Ｈｉｇｈ”と付記された破線の領域は、表面電流が最も多く現れる領域を示し、“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、表面電流が最も少ない領域を示す。また、図３（ａ）の左部には、１分当たりの電流量を色で示すスケールが付されている。
【００４１】
図示の如く、表面電流は、パッチパターン１の上と下の縁の部分に集中しており、それ以外の部分の表面電流は１／４以下（電力に換算すると１／１６以下）と少ないことが分かる。すなわち、比較例に係るパッチアンテナのようにパッチパターン１が正方形の場合、パッチパターン１の中心と給電点３とを結ぶ直線を挟む２つの辺の部分に表面電流が集中する。
【００４２】
図３（ｂ）は、比較例に係るパッチアンテナを動作させたときのグランドパターン２に流れる高周波表面電流を示す図である。図中、“Ｈｉｇｈ”と付記された破線の領域は、表面電流が最も多く現れる領域を示し、“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、表面電流が最も少ない領域を示す。また、図３（ｂ）の左部には、１分当たりの電流量を色で示すスケールが付されている。
【００４３】
図示の如く、表面電流は、グランドパターン２の全領域のうち、パッチアンテナ１の真下の部分に集中している。特に、表面電流は、給電点３の周辺部分と、グランドパターン２の中心を上下方向に挟む２つの部分に集中しており、それ以外の部分の表面電流は１／２以下（電力に換算すると１／４以下）と少ないことが分かる。
【００４４】
図３（ｂ）の結果から、グランドパターン２の、パッチパターン１の真下を除く領域（以下、「小電流領域」という）に流れる表面電流は、比較的小さいことが分かる。特に、小電流領域は、グランドパターン２の外縁に近づくにつれて表面電流が小さくなることが分かる。したがって、この小電流領域においてグランドパターン２に加工を施しても、パッチアンテナの特性は大きく変化することがないとも考えられる。
【００４５】
本願発明者は、かかる検討に基づき、グランドパターン２の小電流領域に複数の穴を形成し、これらの穴を介して、グランドパターン２の向こうを見通せるようにすることを検討した。以下、この検討に基づくパッチアンテナの構成について説明する。
【００４６】
＜実施例１＞
図４は、実施例１に係るパッチアンテナの構成を示す図である。図４（ａ）は、パッチアンテナの斜視図、図４（ｂ）は、パッチアンテナの平面図である。
【００４７】
パッチパターン１０の構成は、上記比較例のパッチパターン１と同じである。
【００４８】
グランドパターン２０は、上記比較例と同様、導電性の金属薄板からなり、平面視において正方形の輪郭を有する。グランドパターン２０の一辺の長さは、３２２ｍｍであり、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤで使用される電波の波長λ（λ＝３１５ｍｍ）よりも僅かに長い。グランドパターン２０には、中央に板部２０ａが形成され、板部２０ａの周囲には、複数の穴２０ｂが網目状に形成される。板部２０ａは、平面視において正方形であり、一辺の長さが１６４ｍｍである。また、穴２０ｂは、平面視において正方形であり、一辺の長さが
１８ｍｍである。穴２０ｂは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ２０ｍｍのピッチで形成されている。本実施例では、板部２０ａの上下左右に、それぞれ、４列の穴２０ｂが形成されている。なお、板部２０ａは、パッチパターン１０よりも一回り大きくなっている。
【００４９】
パッチパターン１０は、グランドパターン２０と平行となるように、グランドパターン２０に支持される。具体的には、上記比較例と同様、パッチパターン１０の中央が、樹脂等の絶縁体または金属からなる円柱状のスペーサを介して、グランドパターン２０に結合される。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１０とグランドパターン２０が、接着またはネジ止めされる。便宜上、図４では、パッチパターン１０とグランドパターン２０とを結合するための結合部材（スペーサを含む）が図示省略されている。
【００５０】
なお、本実施例も、上記比較例と同様、パッチパターン１０とグランドパターン２０の間には、誘電体板が介在しておらず、空間となっている。すなわち、パッチパターン１０とグランドパターン２０の間には、空気が介在する。
【００５１】
グランドパターン２０とパッチパターン１０の間隔は、上記比較例と同様、２０ｍｍである。グランドパターン２０とパッチパターン１０は、平面視において中心が一致し、また、対応する辺が互いに平行となっている。
【００５２】
上記比較例と同様、パッチパターン１０の中央からＹ軸方向に４０ｍｍの点には、給電点３０となる穴が形成されている。また、グランドパターン２０の中央からＹ軸方向に４０ｍｍの点には、同軸コネクタの誘電体と同じ直径（３ｍｍφ〜９ｍｍφ）の穴が形成される。この穴に、同軸コネクタが下向きに取り付けられる。同軸コネクタの内導体（１ｍｍφ〜３ｍｍφ）がパッチパターン１０まで伸び、給電点３０において電気的に連結されている。
【００５３】
本実施例に係るパッチアンテナは、グランドパターン２０の全領域のうち、上記比較例の小電流領域に対応する領域（本実施例においても、便宜上、この領域を「小電流領域」という）に、複数の穴２０ｂが形成されている。小電流領域は、本来、表面電流が比較的少ない領域である。本実施例では、この小電流領域に、複数の穴２０ｂが形成される。
【００５４】
図５（ａ）、（ｂ）は、本実施例に係るパッチアンテナの指向性のシミュレーション結果である。かかるシミュレーションは、上記比較例と同様、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使って行った。
【００５５】
図示の如く、本実施例に係るパッチアンテナの指向性は、上記比較例のパッチアンテナと略同じである。また、本実施例のパッチアンテナでは、＋９．５ｄＢｉのアンテナ利得が得られており、このアンテナ利得は、比較例のパッチアンテナに比べ、僅か０．１ｄＢ（２％）低下したに過ぎない。このように、本実施例に係るパッチアンテナでは、比較例と同等の指向性特性が得られる。
【００５６】
加えて、本実施例では、グランドパターン２０に形成された複数の穴２０ｂを介して、パッチアンテナの向こう側を見ることができる。よって、かかるパッチアンテナを、ユーザの視線の方向に向けて配置した場合、視界を完全に遮るのは中央のパッチ１０の部分だけとなる。グランドパターン２０の７割の領域は、穴２０ｂを介して、向こうの景色を見通すことができる。よって、このパッチアンテナをユーザの視線の方向に向けて配置しても、グランドパターン２０によってユーザの視界が遮られにくく、ユーザは、目標とするＲＦＩＤタグを適正に検知することができる。
【００５７】
＜実施例２＞
図６は、実施例２に係るパッチアンテナの構成を示す図である。図６（ａ）は、パッチパターンの平面図、図６（ｂ）は、グランドパターンの平面図である。図７（ａ）は、実施例２に係るパッチアンテナの構成を示す斜視図である。
【００５８】
パッチパターン１１は、導電性の金属薄板からなり、平面視において正方形の輪郭を有する。パッチパターン１１は、板部１１ａと、網目状に形成された複数の穴１１ｂを有する。穴１１ｂの形状は１８ｍｍ角の正方形であり、穴１１ｂ間のピッチは、２０ｍｍである。
【００５９】
図６（ａ）において、“Ｈｉｇｈ”と付記された破線の領域は、図３（ａ）の“Ｈｉｇｈ”と付記された領域に対応し、表面電流が最も多く現れる領域である。また、図６（ａ）において、“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、図３（ａ）の“Ｌｏｗ”と付記された領域に対応し、表面電流が最も少ない領域を示す。図示の如く、穴１１ｂは、パッチパターン１１の表面電流が少ない部分に形成される。
【００６０】
グランドパターン２１は、上記実施例１と同様、導電性の金属薄板からなり、平面視において正方形の輪郭を有する。グランドパターン２１の一辺の長さは、３２２ｍｍである。グランドパターン２１には、中央に板部２１ａが形成され、板部２１ａの周囲には、複数の穴２１ｂが形成される。穴２１ｂの形状および穴２１ｂ間のピッチは、上記実施例１の穴２０と同様である。したがって、穴２１ｂの形状とピッチは、穴１１ｂの形状とピッチと同じである。
【００６１】
上記実施例１では、グランドパターン２０の板部２０ａがパッチパターン１０よりも一回り大きかったが、本実施例では、板部２１ａが、パッチパターン２１の真下の部分に対応する領域の範囲に制限される。平面視において、板部２１ａの形状と大きさは、図６（ａ）におけるパッチパターン１１の板部１１ａの形状と大きさと同じである。
【００６２】
図６（ｂ）において、“Ｈｉｇｈ”と付記された破線の領域は、図３（ｂ）の“Ｈｉｇｈ”と付記された領域に対応し、表面電流が最も多く現れる領域である。また、図６（ｂ）において、“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、図３（ｂ）の“Ｌｏｗ”と付記された領域に対応し、表面電流が最も少ない領域を示す。図示の如く、穴２１ｂは、グランドパターン２１の表面電流が少ない部分に形成される。
【００６３】
パッチパターン１１は、グランドパターン２１と平行となるように、グランドパターン２１に支持される。具体的には、パッチパターン１１の四隅が、樹脂等の絶縁体からなる円柱状のスペーサを介して、グランドパターン２１の四隅に結合される。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１１とグランドパターン２１が、接着またはネジ止めされる。便宜上、図７（ａ）では、パッチパターン１１とグランドパターン２１とを結合するための結合部材（スペーサを含む）が図示省略されている。
【００６４】
なお、本実施例も、上記実施例１と同様、パッチパターン１１とグランドパターン２１の間には、誘電体板が介在しておらず、空間となっている。すなわち、パッチパターン１１とグランドパターン２１の間には、空気が介在する。
【００６５】
グランドパターン２１とパッチパターン１１の間隔は、上記実施例１と同様、２０ｍｍである。グランドパターン２１とパッチパターン１１は、平面視において中心が一致し、また、対応する辺が互いに平行となっている。このようにグランドパターン２１とパッチパターン１１を配置すると、平面視において、パッチパターン１１の穴１１ｂの中心と、これらの穴１１ｂに対応するグランドパターン２１の穴２１ｂの中心とが一致する。これ
により、２つの穴１１ｂ、２１ｂを通して向う側が見えるようになる。
【００６６】
上記実施例１と同様、パッチパターン１１の中央からＹ軸方向に４０ｍｍの点に、給電点３１となる穴が形成されている。また、グランドパターン２１の中央からＹ軸方向に４１ｍｍの点には、同軸コネクタの誘電体と同じ直径（３ｍｍφ〜９ｍｍφ）の穴が形成される。この穴に、同軸コネクタが下向きに取り付けられる。同軸コネクタの内導体（１ｍｍφ〜３ｍｍφ）がパッチパターン１１まで伸び、給電点３１において電気的に連結される。
【００６７】
なお、本実施例では、パッチアンテナの特性が最適になるように、パッチパターン１１の大きさが、１２４ｍｍ角に設定され、上記実施例１のパッチパターン１０よりも一回り小さくなっている。
【００６８】
図７（ｂ）は、本実施例に係るパッチアンテナの指向性のシミュレーション結果である。かかるシミュレーションは、上記実施例１と同様、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使って行った。
【００６９】
図示の如く、本実施例に係るパッチアンテナにおいても、正面方向（Ｚ軸正方向）への利得が、背面方向（Ｚ軸負方向）への利得より、顕著に大きい。本実施例のパッチアンテナでは、アンテナ利得が＋９．０ｄＢｉと、上記比較例のパッチアンテナに比べ、若干低下（０．６ｄＢ＝１３％）したが、この利得によっても、十分な指向性特性が得られる。
【００７０】
加えて、本実施例では、上記実施例１に比べ、パッチパターン１１とグランドパターン２１が一回り小さくなり、且つ、パッチパターン１１とグランドパターン２１の中央部にも穴１１ｂ、２１ｂが形成されたため、グランドパターン２１の輪郭内の全領域に対し約９割の領域において、穴２１ｂを介して、パッチアンテナの向こう側を見ることができる。よって、かかるパッチアンテナを、ユーザの視線の方向に向けて配置した場合にも、パッチアンテナによってユーザの視界が遮られにくく、ユーザは、目標とするＲＦＩＤタグを適正に検知することができる。
【００７１】
＜実施例３＞
図８は、実施例３に係るパッチアンテナの構成を示す図である。図８（ａ）は、パッチパターンの平面図、図８（ｂ）は、グランドパターンの平面図である。図９（ａ）は、実施例３に係るパッチアンテナの構成を示す斜視図である。
【００７２】
本実施例に係るパッチパターン１２およびグランドパターン２２は、穴１２ｂ、２２ｂの数が増加している点の除き、上記実施例２のパッチパターン１１およびグランドパターン２１と同様の構成を有する。
【００７３】
パッチパターン１２には、全領域に亘って穴１２ｂが網目状に形成されている。グランドパターン２２には、給電点３２に対応する位置に形成された板部２２ａを除く領域に、穴２２ｂが網目状に形成されている。
【００７４】
図８（ａ）において、“Ｈｉｇｈ”および“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、それぞれ、図３（ａ）の“Ｈｉｇｈ”および“Ｌｏｗ”と付記された領域に対応し、また、図８（ｂ）において、“Ｈｉｇｈ”および“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、それぞれ、図３（ｂ）の“Ｈｉｇｈ”および“Ｌｏｗ”と付記された領域に対応する。本実施例において、パッチパターン１２の表面電流が大きい領域には、パッチパターン１２の縁の部分が存在する。また、グランドパターン２２の表面電流が大きい領域には、板部２２ａまたは穴２２ｂと穴２２ｂとの間の境界部分が存在する。
【００７５】
パッチパターン１２は、グランドパターン２２と平行となるように、グランドパターン２２に支持される。具体的には、矩形に並ぶ４つの穴１２ｂを囲む程度の大きさの上面と下面を有する直方体のスペーサを、パッチパターン１２の中央部分（図８（ａ）の太枠で囲まれた部分）とグランドパターン２２の中央部分（図８（ａ）の太枠で囲まれた部分）に配置し、この部分において、パッチパターン１２とグランドパターン２２を、それぞれ、スペーサの上面と下面に固定する。スペーサは、樹脂等の絶縁体からなる。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１２とグランドパターン２２が、接着またはネジ止めされる。便宜上、図９（ａ）では、パッチパターン１２とグランドパターン２２とを結合するための結合部材（スペーサを含む）が図示省略されている。
【００７６】
本実施例においても、上記実施例１、２と同様、パッチパターン１２とグランドパターン２２の間には、誘電体板が介在しておらず、空間となっている。すなわち、パッチパターン１２とグランドパターン２２の間には、空気が介在する。また、グランドパターン２２とパッチパターン１２の間隔は、上記実施例１、２と同様、２０ｍｍである。
【００７７】
グランドパターン２２とパッチパターン１２は、平面視において中心が一致し、また、対応する辺が互いに平行となっている。このようにグランドパターン２２とパッチパターン１２を配置すると、平面視において、パッチパターン１２の穴１２ｂの中心と、これらの穴１２ｂに対応するグランドパターン２２の穴２２ｂの中心とが一致する。これにより、２つの穴１２ｂ、２２ｂを通して向う側が良好に見えるようになる。なお、給電点３２の位置も、上記実施例１、２と同様である。
【００７８】
本実施例においても、上記実施例２と同様、パッチアンテナの特性が最適になるように、パッチパターン２１の大きさが、１２４ｍｍ角に設定され、上記実施例１のパッチパターン１０よりも一回り小さくなっている。
【００７９】
図９（ｂ）は、本実施例に係るパッチアンテナの指向性のシミュレーション結果である。かかるシミュレーションは、上記実施例と同様、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使って行った。
【００８０】
図示の如く、本実施例に係るパッチアンテナにおいても、正面方向（Ｚ軸正方向）への利得が、背面方向（Ｚ軸負方向）への利得よりも、顕著に大きい。本実施例のパッチアンテナでは、アンテナ利得が＋８．３ｄＢｉと、上記比較例のパッチアンテナに比べ、若干低下（１．３ｄＢ＝２６％）したが、この利得によっても、十分な指向性特性が得られる。
【００８１】
加えて、本実施例では、パッチパターン１１とグランドパターン２１の略全領域に穴１２ｂ、２２ｂが形成されたため、グランドパターン２１の全領域の約９８％の領域において、穴２２ｂを介して、パッチアンテナの向こう側を見ることができる。よって、かかるパッチアンテナを、ユーザの視線の方向に向けて配置した場合にも、パッチアンテナによってユーザの視界が遮られにくく、ユーザは、目標とするＲＦＩＤタグを適正に検知することができる。
【００８２】
＜実施例４＞
図１０（ａ）は、実施例４に係るパッチアンテナの斜視図である。
【００８３】
上記実施例１〜３では、穴のピッチが２０ｍｍであった。このピッチは、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤで使用される電波の波長（λ＝３１５ｍｍ）の１／１６程度である。これに対し、本実施例では、穴１３ｂ、２３ｂのピッチが３０ｍｍに設定されている。このピッチは、
上記電波の波長の１／１０程度である。穴１３ｂ、２３ｂは、それぞれ、２８ｍｍ角となっている。
【００８４】
パッチパターン１３とグランドパターン２３には、穴１３ｂ、２３ｂの他、給電点３３の周囲に、穴１３ｂ、２３ｂの無い板部１３ａ、２３ａが形成されている。パッチパターン１３は、上記実施例３と同様、中央に直方体のスペーサを配置することにより、グランドパターン２３に支持される。スペーサは、給電点３３に掛からないように配置される。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１３とグランドパターン２３が、接着またはネジ止めされる。
【００８５】
以上の構成を除き、本実施例のパッチアンテナの構成は、上記実施例３と同じである。本実施例において、パッチパターン１３の表面電流が大きい領域には、パッチパターン１３の縁の部分が存在する。また、グランドパターン２３の表面電流が大きい領域には、板部２３ａまたは隣り合う穴２３ｂとの間の境界部分が存在する。
【００８６】
本実施例に係るパッチアンテナの指向性について、上記実施例と同様、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使ってシミュレーションしたところ、アンテナ利得は＋７．６ｄＢｉであった。本実施例のパッチアンテナでは、上記比較例のパッチアンテナに比べ、利得（＋７．６ｄＢｉ）がやや低下（２ｄＢ＝３７％）するが、この利得によっても、十分な指向性特性が得られる。
【００８７】
加えて、本実施例では、パッチパターン１３とグランドパターン２３の給電点３３周辺（板部１３ａ、２３ａ）を除く領域に穴１３ｂ、２３ｂが形成されたため、グランドパターン２３の全領域の約９６％の領域において、穴２３ｂを介して、パッチアンテナの向こう側を見ることができる。よって、かかるパッチアンテナを、ユーザの視線の方向に向けて配置した場合にも、パッチアンテナによってユーザの視界が遮られにくく、ユーザは、目標とするＲＦＩＤタグを適正に検知することができる。
【００８８】
なお、パッチアンテナの利得は、本実施例よりも上記実施例３の方が優れており、また、穴を通して見通し得る領域の広さも、本実施例よりも上記実施例３の方が優れている。このことから、穴のピッチは、電波の波長の１／１０とするよりも、電波の波長の１／１６程度とするのが有利であると言える。
【００８９】
＜実施例５＞
上記実施例１ないし４では、パッチパターンやグランドパターンに穴を形成することにより、パッチアンテナの向こう側を見通せるよう構成された。これに対し、本実施例に係るパッチアンテナでは、パッチパターンとグランドパターンを切り欠くことにより、パッチアンテナの向こう側を見通せるよう構成されている。
【００９０】
図１０（ａ）は、実施例４に係るパッチアンテナの斜視図である。図示の如く、本実施例に係るパッチアンテナは、導電性の金属薄板からなるパッチパターン１４と、同じく導電性の金属薄板からなるグランドパターン２４とを備える。パッチパターン１４およびグランドパターン２４は、それぞれ、一様な厚みを有する。
【００９１】
平面視において、パッチパターン１４は、所定の大きさの長方形が外縁に接する形状を有し、また、グランドパターン２４も、所定の長方形が外縁に接する形状を有する。パッチパターン１４の外縁に接する長方形の中心（以下、「パッチパターン１４の中心」という）とグランドパターン２４の外縁に接する長方形の中心（以下、「グランドパターン２４の中心」という）とが平面視において一致し、且つ、これら長方形の対応する辺が互いに平行となるように、パッチパターン１４とグランドパターン２４が、所定の間隔をおい
て配置される。
【００９２】
なお、図１０（ｂ）には、便宜上、グランドパターン２４の中心を原点とし、上記長方形の隣り合う２辺にそれぞれ平行な方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とするＸ−Ｙ−Ｚ軸が設定されている。
【００９３】
パッチパターン１４は、長方形の薄板に、Ｘ軸負方向およびＸ軸正方向の切り欠きＤ１１、Ｄ１２が設けられた形状を有する。パッチパターン１４は、Ｙ軸方向に並ぶ一対の板部１４ａと、これら２つの板部１４ａをＹ軸方向に連結する連結部１４ｂとを有する。２つの板部１４ａは同じ寸法を有する。板部１４ａのＸ軸方向の長さは１３０ｍｍ、Ｙ軸方向の幅は２０ｍｍである。連結部１４ｂのＹ軸方向の長さは１３０ｍｍである。２つの板部１４ａは、それぞれＸ軸に平行となっている。
【００９４】
グランドパターン２４は、長方形の薄板に、Ｘ軸負方向およびＸ軸正方向の切り欠きＤ２１、Ｄ２２が設けられた形状を有する。グランドパターン２４は、Ｙ軸方向に並ぶ一対の板部２４ａと、これら２つの板部２４ａをＹ軸方向に連結する連結部２４ｂとを有する。２つの板部２４ａは同じ寸法を有する。板部２４ａのＸ軸方向の長さは３００ｍｍ、Ｙ軸方向の幅は４０ｍｍである。連結部２４ｂのＹ軸方向の長さは１１０ｍｍ、Ｘ軸方向の幅は４０ｍｍである。２つの板部２４ａは、それぞれＸ軸に平行となっている。
【００９５】
パッチパターン１４は、グランドパターン２４と平行となるように、グランドパターン２４に支持される。具体的には、パッチパターン１４の外縁に接する長方形の四隅が、樹脂等の絶縁体からなる円柱状のスペーサを介して、グランドパターン２４に結合される。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１４とグランドパターン２４が、接着またはネジ止めされる。便宜上、図１０（ｂ）では、パッチパターン１４とグランドパターン２４とを結合するための結合部材（スペーサを含む）が図示省略されている。
【００９６】
なお、本実施例においても、パッチパターン１４とグランドパターン２４の間には、誘電体板が介在しておらず、空間となっている。すなわち、パッチパターン１４とグランドパターン２４の間には、空気が介在する。本実施例においても、グランドパターン２４とパッチパターン１４の間隔は２０ｍｍである。
【００９７】
本実施例では、パッチパターン１４の中心からＹ軸方向に５５ｍｍの点に、給電点３４となる穴が形成されている。また、グランドパターン２４の中心からＹ軸方向に５５ｍｍの点に、同軸コネクタの誘電体と同じ直径（３ｍｍφ〜９ｍｍφ）の穴が形成される。この穴に、同軸コネクタが下向きに取り付けられる。同軸コネクタの内導体（１ｍｍφ〜３ｍｍφ）がパッチパターン１４まで伸び、給電点３４において電気的に連結される。
【００９８】
なお、図１０（ｂ）に示した形状および各部の寸法は、アンテナ利得の低下をできる限り防ぎながら、グランドパターン２４とパッチパターン１４の周囲を、上記比較例の構成から切り欠いて、アンテナ特性が好ましい値となるように調整したものである。図１０（ｂ）において、パッチパターン１４に破線で示した領域は、図３（ａ）の“Ｈｉｇｈ”と付記された領域に対応し、また、グランドパターン２４に破線で示した領域は、図３（ｂ）の“Ｈｉｇｈ”と付記された領域に対応する。本実施例において、パッチパターン１４の表面電流が大きい領域には、板部１４ａが存在し、また、グランドパターン２４の表面電流が大きい領域には、板部２４ａまたは連結部２４ｂが存在する。
【００９９】
本実施例に係るパッチアンテナの指向性について、上記実施例と同様、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使ってシミュレーションしたところ、アンテナ利得は＋７．３ｄＢｉであった。本実施例のパッチアンテナでは、上記比較例のパッチアンテ
ナに比べ、利得（＋７．３ｄＢｉ）がやや低下（２．３ｄＢ＝４１％）するが、この利得によっても、十分な指向性特性が得られる。
【０１００】
加えて、本実施例では、パッチパターン１４とグランドパターン２４が切り欠かれた構成であるため、切り欠かれた部分を介して向こう側を見ることができ、明快な視界を得ることができる。
【０１０１】
なお、本実施例において、パッチパターン１４とグランドパターン２４の形状は、種々の変更が可能である。
【０１０２】
たとえば、図１１（ａ）に示すように、パッチパターン１４の連結部１４ｂをＸ軸正方向とＸ軸負方向に拡張し、連結部１４ｂのＸ軸正側に切り欠きを設けないようにしても良い。また、図１１（ｂ）に示すように、パッチパターン１４に切り欠きを設けないようにしても良い。図１１（ｂ）の場合、図示のように、グランドパターン２４のＸ軸負側の切り欠きＤ２２を小さくしても良い。また、図１２（ａ）に示すように、パッチパターン１４に切り欠きを形成せずに、グランドパターン２４のＸ軸負側の切り欠きＤ２２に対応するパッチパターン１４の領域に、網目状に穴１４ｃを形成しても良い。また、図１２（ｂ）のように、グランドパターン２４のＸ軸正側の切り欠きを形成せずに、穴２４ｃを形成しても良い。
【０１０３】
図１１および図１２の構成においても、表面電流が高い領域にパッチパターン１４およびグランドパターンが存在するので、図１０（ｂ）と同様のアンテナ特性が得られるものと想定される。
【０１０４】
以上、実施例１ないし実施例５に係るパッチアンテナによれば、パッチアンテナの指向性を確保しながら、パッチアンテナの向こう側を見通すことが可能となる。よって、たとえば、かかるパッチアンテナを、工場や倉庫において、ＲＦＩＤタグが付けられた荷物からＩＤを検知するために荷物運搬用のフォークリフトに取り付けたとしても、運転手の視界を良好に確保しながら、目標とする荷物にパッチアンテナをフォーカスさせることができる。
【０１０５】
以上、本発明に係る種々の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施例も、上記以外に種々の変更が可能である。
【０１０６】
たとえば、上記実施例１〜４では、パッチパターンおよびグランドパターンの形状が正方形とされたが、これらの形状が長方形等の他の方形形状であっても良く、あるいは、円形や楕円形であっても良い。
【０１０７】
図１３は、パッチパターンとグランドパターンを円形とした場合のパッチアンテナの平面図である。同図（ａ）は、パッチパターン１５を示す図、同図（ｂ）はグランドパターン２５を示す図である。この場合、パッチパターン１５の表面電流は、同図（ａ）に破線で模式的に示す領域に集中し、グランドパターン２５の表面電流は、同図（ｂ）に破線で模式的に示す領域に集中する。したがって、パッチパターン１５またはグランドパターン２５に穴や切り欠きを形成する場合には、これらの表面電流を妨げない領域に、穴や切り欠きを形成すれば良い。たとえば、同図（ｂ）において、グランドパターン２５の領域のうち、一点鎖線で示すパッチパターン１５の直下の領域２５ａを除いた領域に、複数の穴を形成する。
【０１０８】
また、穴の形状は上記に限定されるものではなく、正方形の他、長方形や円形等、他の形状を用いても良い。
【０１０９】
さらに、パッチパターンとグランドパターンの寸法は、上記に限定されるものではなく、適宜、他の寸法を用いられ得る。
【０１１０】
また、上記実施例では、パッチパターンとグランドパターンの間を空気層としたが、パッチパターンとグランドパターンの間に誘電体板を介在させても良い。ただし、アンテナ利得を高めるためには、上記実施例のように、パッチパターンとグランドパターンの間を空気層とするのが望ましい。
【０１１１】
また、上記実施例１〜４では、穴のピッチとして、２０ｍｍ（波長の１／１６）と３０ｍｍ（波長の１／１０）を示したが、２０ｍｍ（波長の１／１６）よりも小さくしても良い。穴のピッチを小さくすると、パッチアンテナの利得を向上させることを期待できるが、ピッチを小さくしすぎると、穴のサイズが小さくなり、アンテナの向こうが見通しにくくなり、また、穴に塵埃が溜まり易くなる。よって、穴のピッチは１０ｍｍ（波長の１／３０）程度までに抑えるのが望ましい。上記シミュレーション結果からは、穴のピッチは２０ｍｍ（波長の１／１６）程度とするのが最良であると考えられる。
【０１１２】
また、パッチアンテナで使用する波長帯は、上記の波長帯に限らず、他に種々の変更が可能である。さらに、本発明は、フォークリフトに取り付けられるパッチアンテナの他、種々のシチュエーションにおいて用いられ得るものである。
【０１１３】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０、１１、１２、１３、１４ … パッチパターン
１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ｃ … 穴
２０、２１、２２、２３、２４ … グランドパターン
２０ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ｃ … 穴
３０、３１、３２、３３、３４ … 給電点
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２ … 切り欠き
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信やＲＦＩＤ（Radio FrequencyIdentification）に用いられる、マ
イクロ波の平面アンテナ（パッチアンテナ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場や倉庫では、ＲＦＩＤタグを用いた自動認識システムが普及しつつある。たとえば、荷物にＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯のＲＦＩＤタグが取付けられ、荷物運搬用のフォークリフトにＲＦＩＤ用のアンテナが取り付けられる。フォークリフトで荷物を運搬する際に、フォークリフトに取り付けたアンテナによってＲＦＩＤタグから荷物のＩＤが読み取られ、読み取られたＩＤにより荷物が管理される。
【０００３】
ＵＨＦ帯のＲＦＩＤに使用されるアンテナは、なるべく、１方向にのみ指向性を持つようにするのが好ましい。アンテナが目標方向以外にも指向性を持つと、フォークリフトで搬送しようとする荷物のＩＤだけでなく、後ろや周りに置かれた無関係な荷物のＩＤまで検知される惧れがある。
【０００４】
ＲＦＩＤの検知に好適なアンテナとして、たとえば、特許文献１に記載の平面アンテナ（マイクロストリップアンテナ）がある。このアンテナは、一般に、グランド板とパッチとの間に誘電体板が挟まれた構造となっている。グランド板は、パッチよりも数段広い面積を有する。かかる平面アンテナは、指向性が高く、上記自動認識システムに用いて好ましい特性を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１７２３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記環境下において、フォークリフトの運転手が見ている荷物のＩＤをアンテナにより適正に検知するためには、指向性の方向が運転手の目線の方向と同じとなるように、アンテナを配置する必要がある。この場合、アンテナは、運転手の視界に掛かる位置の近傍に配置される。
【０００７】
しかしながら、ＵＨＦ帯のアンテナでは、グランド板が、通常３０ｃｍ角程度と比較的大きいため、上記の位置にアンテナが配置されると、アンテナが運転手の視界を遮ってしまう惧れがある。このため、最適な位置にアンテナを取り付けることが難しくなる。
【０００８】
このことから、上記システムでは、透明で視界を遮らないアンテナの開発が検討される。しかし、アンテナを透明にすると、狙った向きのＲＦＩＤタグのみを検知できるような鋭い指向性利得のあるアンテナが得られないという問題があった。
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、高い指向性を確保しながら、視界を妨げ難い平面アンテナ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】
【００１０】
本発明の第１の態様に係るマイクロ波平面アンテナは、薄板状のグランドパターンと、前記グランドパターンに対し所定の間隔をもって支持された薄板状のパッチパターンとを
備える。前記グランドパターンには、複数の穴が網目状に形成される。
【００１１】
本態様に係るマイクロ波平面アンテナによれば、グランドパターンに複数の穴が形成されているため、穴を介してグランドパターンの向こう側を見ることができる。また、このように穴が形成されても、アンテナの指向性特性が大きく低下することはない。よって、高い指向性を確保しながら、視界を妨げ難い平面アンテナを提供することができる。
【００１２】
本態様に係るマイクロ波平面アンテナは、前記グランドパターンの領域のうち少なくとも前記パッチパターンの真下の領域には、前記穴が形成されないよう構成され得る。こうすると、アンテナの指向性特性の低下を抑制することができる。
【００１３】
また、本態様に係るマイクロ波平面アンテナにおいて、前記パッチパターンにも、複数の穴を網目状に形成しても良い。こうすると、パッチパターンの穴からもアンテナの向こうを見ることができるため、より視界が妨げられにくくなる。
【００１４】
この場合、前記パッチパターンの中心と前記パッチパターンの給電点とを結ぶ直線を挟む前記パッチパターンの端縁部分には、前記穴を形成しないようにし、前記グランドパターンの前記端縁部分の直下の領域にも、前記穴を形成しないようにするのが望ましい。こうすると、アンテナの指向性特性の低下を効果的に抑制することができる。
【００１５】
また、パッチパターンにも穴を形成する場合には、前記パッチパターンの領域のうち、動作時に高周波電流が集中する領域には、前記穴を形成しないようにするのが望ましい。同様に、前記グランドパターンの領域のうち、動作時に高周波電流が集中する領域には、前記穴を形成しないようにするのが望ましい。こうすると、アンテナの指向性特性の低下を効果的に抑制することができる。
【００１６】
本態様に係るマイクロ波平面アンテナは、前記グランドパターンの給電部を除く全ての領域と、前記パッチパターンの給電部を除く全ての領域に、それぞれ、複数の穴が網目状に形成されるよう構成され得る。こうすると、より一層、アンテナの向こうが見え易くなり、アンテナにより視界が妨げられにくくなる。なお、このようにパッチパターンとグランドパターンに穴を形成しても、アンテナの指向性特性を確保することができる。これについては、実施例３において明らかにする。
【００１７】
なお、パッチパターンにも穴を形成する場合は、前記グランドパターンに形成された前記穴の中心と、前記パッチパターンに形成された前記穴の中心が、前記グランドパターンと前記パッチパターンの重なり方向において一致するのが望ましい。こうすると、グランドパターンとパッチパターンの重なり方向に２つの穴が並ぶため、これらの穴を介してアンテナの向こうを良好に見ることができる。
【００１８】
この場合、前記グランドパターンに形成された前記穴と、前記パッチパターンに形成された前記穴が、同じ形状を有するようにするのが望ましい。こうすると、一方の穴の縁が他方の穴の内側に掛からないため、無駄なく視界を確保できる。
【００１９】
本態様に係るマイクロ波平面アンテナは、前記グランドパターンに形成された前記穴のピッチが、使用する電波の波長の１／１０〜１／３０であるのが望ましい。こうすると、穴による視界を確保しながら、アンテナの指向性特性を良好な状態に維持できる。
【００２０】
この場合、前記グランドパターンに形成された前記穴のピッチが、使用する電波の波長の１／１６程度であるのが最も望ましい。こうすると、アンテナの指向性特性を最も良好にすることができる。
【００２１】
本発明の第２の態様に係るマイクロ波平面アンテナは、薄板状のグランドパターンと、前記グランドパターンに対し所定の間隔をもって支持された薄板状のパッチパターンとを備える。前記グランドパターンは、前記パッチパターンの給電点の直下の領域、および、前記パッチパターンの中心と前記パッチパターンの給電点とを結ぶ直線を挟む前記パッチパターンの端縁部分の直下の領域以外の領域に、切り欠きが設けられている。
【００２２】
本態様に係るマイクロ波平面アンテナによれば、グランドパターンに切り欠きが設けられているため、切り欠きを介してグランドパターンの向こう側を見ることができる。また、このように切り欠きが形成されても、アンテナの指向性特性が大きく低下することはない。よって、高い指向性を確保しながら、視界を妨げ難い平面アンテナを提供することができる。
【００２３】
第２の態様に係るマイクロ波平面アンテナにおいて、前記パッチパターンにも、前記端縁部分以外の領域に、切り欠きが設けられても良い。こうすると、パッチパターンの切り欠きからもアンテナの向こうを見ることができるため、より視界が妨げられにくくなる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のとおり、本発明によれば、高い指向性を確保しながら、視界を妨げ難い平面アンテナを提供することができる。
【００２５】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】比較例に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図２】比較例に係るパッチアンテナの構成と利得特性を示す図である。
【図３】比較例に係るパッチアンテナの表面電流の分布状態を示す図である。
【図４】実施例１に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図５】実施例１に係るパッチアンテナの指向性および利得特性を示す図である。
【図６】実施例２に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図７】実施例２に係るパッチアンテナの構成と利得特性を示す図である。
【図８】実施例３に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図９】実施例３に係るパッチアンテナの構成と利得特性を示す図である。
【図１０】実施例４および実施例５に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図１１】実施例５の変更例に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図１２】実施例５の変更例に係るパッチアンテナの構成を示す図である。
【図１３】変更例に係るパッチアンテナの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
＜比較例＞
まず、比較例にかかる平面アンテナ（以下、「パッチアンテナ」という）について説明する。このパッチアンテナは、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤで使用されるものである。
【００２９】
図１（ａ）、（ｂ）は、比較例に係るパッチアンテナの斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）よりも一段低い位置から見たときの斜視図である。
【００３０】
図示の如く、比較例に係るパッチアンテナは、導電性の金属薄板からなるパッチパターン１と、同じく導電性の金属薄板からなるグランドパターン２とを備える。パッチパターン１およびグランドパターン２は、それぞれ、平面視において正方形の輪郭を有する。また、パッチパターン１およびグランドパターン２は、それぞれ、一様な厚みを有する。
【００３１】
パッチパターン１は、グランドパターン２と平行となるように、グランドパターン２に支持される。具体的には、パッチパターン１の中央が、樹脂等の絶縁体または金属からなる円柱状のスペーサを介して、グランドパターン２に結合される。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１とグランドパターン２が、接着またはネジ止めされる。便宜上、図１では、パッチパターン１とグランドパターン２とを結合するための結合部材（スペーサを含む）が図示省略されている。なお、パッチパターン１の中心とグランドパターン２の中心は、アンテナ動作時の電位がゼロであるため、スペーサを金属としても問題ない。
【００３２】
なお、この比較例では、パッチパターン１とグランドパターン２の間には、誘電体板が介在しておらず、空間となっている。すなわち、パッチパターン１とグランドパターン２の間には、空気が介在する。
【００３３】
グランドパターン２の一辺の長さは、使用される電波の波長の近傍に設定される。ここでは、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤで使用される電波の波長λはλ＝３１５ｍｍであるため、グランドパターン２の一辺の長さは、３００ｍｍに設定される。パッチパターン１は、一辺の長さが１３２ｍｍである。また、グランドパターン２とパッチパターン１の間隔は２０ｍｍである。グランドパターン２とパッチパターン１は、平面視において中心が一致し、また、対応する辺が互いに平行となっている。
【００３４】
図１のようにグランドパターンの中心を原点とするＸＹＺ軸を設定すると、パッチパターン１の中央からＹ軸方向に４０ｍｍの点には、給電点３となる穴が形成されている。また、グランドパターン２の中央からＹ軸方向に４０ｍｍの点には、同軸コネクタの誘電体と同じ直径（３ｍｍφ〜９ｍｍφ）の穴が形成される。この穴に、同軸コネクタが下向きに取り付けられる。同軸コネクタの内導体（１ｍｍφ〜３ｍｍφ）がパッチパターン１まで伸び、給電点３において電気的に連結されている。
【００３５】
図２（ａ）は、比較例に係るパッチアンテナを真横から見たときの側面図である。
【００３６】
図２（ｂ）は、比較例に係るパッチアンテナの３次元指向性のシミュレーション結果である。かかるシミュレーションは、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使って行った。
【００３７】
図２（ｂ）を参照して、比較例に係るパッチアンテナには、パッチパターン１の表面に垂直な上向き方向（Ｚ軸正方向）に、＋９．６ｄＢｉと大きなアンテナ利得があり、反対向き（Ｚ軸負方向）には、−１０．８ｄＢｉと僅かな利得しか無い。パッチパターン１の上面をパッチアンテナの正面とすると、正面方向（Ｚ軸正方向）への利得は、背面方向（Ｚ軸負方向）への利得より、２０ｄＢ（１００倍）程度大きい。よって、このパッチアンテナを用いると、正面方向にあるＲＦＩＤタグのみを円滑に検知することができる。また、このパッチアンテナでは、アンテナ利得が＋９．６ｄＢｉと大きいので、６ｍ程度離れたＲＦＩＤタグも円滑に検知でき、十分な検知感度が得られる。
【００３８】
ただし、比較例に係るパッチアンテナでは、グランドパターン２が、３００ｍｍ角の金属から形成されており、光を通さないため、かかるパッチアンテナを、ユーザの視線の方向に向けて配置すると、広いグランドパターン２によって、ユーザの視界が遮られてしま
うという問題が起こり得る。
【００３９】
以下、かかる問題を解消するために為された検討について説明する。
【００４０】
図３（ａ）は、比較例に係るパッチアンテナを動作させたときのパッチパターン１に流れる高周波表面電流のシミュレーション結果を示す図である。かかるシミュレーションは、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳにより行った。図中、“Ｈｉｇｈ”と付記された破線の領域は、表面電流が最も多く現れる領域を示し、“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、表面電流が最も少ない領域を示す。また、図３（ａ）の左部には、１分当たりの電流量を色で示すスケールが付されている。
【００４１】
図示の如く、表面電流は、パッチパターン１の上と下の縁の部分に集中しており、それ以外の部分の表面電流は１／４以下（電力に換算すると１／１６以下）と少ないことが分かる。すなわち、比較例に係るパッチアンテナのようにパッチパターン１が正方形の場合、パッチパターン１の中心と給電点３とを結ぶ直線を挟む２つの辺の部分に表面電流が集中する。
【００４２】
図３（ｂ）は、比較例に係るパッチアンテナを動作させたときのグランドパターン２に流れる高周波表面電流を示す図である。図中、“Ｈｉｇｈ”と付記された破線の領域は、表面電流が最も多く現れる領域を示し、“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、表面電流が最も少ない領域を示す。また、図３（ｂ）の左部には、１分当たりの電流量を色で示すスケールが付されている。
【００４３】
図示の如く、表面電流は、グランドパターン２の全領域のうち、パッチアンテナ１の真下の部分に集中している。特に、表面電流は、給電点３の周辺部分と、グランドパターン２の中心を上下方向に挟む２つの部分に集中しており、それ以外の部分の表面電流は１／２以下（電力に換算すると１／４以下）と少ないことが分かる。
【００４４】
図３（ｂ）の結果から、グランドパターン２の、パッチパターン１の真下を除く領域（以下、「小電流領域」という）に流れる表面電流は、比較的小さいことが分かる。特に、小電流領域は、グランドパターン２の外縁に近づくにつれて表面電流が小さくなることが分かる。したがって、この小電流領域においてグランドパターン２に加工を施しても、パッチアンテナの特性は大きく変化することがないとも考えられる。
【００４５】
本願発明者は、かかる検討に基づき、グランドパターン２の小電流領域に複数の穴を形成し、これらの穴を介して、グランドパターン２の向こうを見通せるようにすることを検討した。以下、この検討に基づくパッチアンテナの構成について説明する。
【００４６】
＜実施例１＞
図４は、実施例１に係るパッチアンテナの構成を示す図である。図４（ａ）は、パッチアンテナの斜視図、図４（ｂ）は、パッチアンテナの平面図である。
【００４７】
パッチパターン１０の構成は、上記比較例のパッチパターン１と同じである。
【００４８】
グランドパターン２０は、上記比較例と同様、導電性の金属薄板からなり、平面視において正方形の輪郭を有する。グランドパターン２０の一辺の長さは、３２２ｍｍであり、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤで使用される電波の波長λ（λ＝３１５ｍｍ）よりも僅かに長い。グランドパターン２０には、中央に板部２０ａが形成され、板部２０ａの周囲には、複数の穴２０ｂが網目状に形成される。板部２０ａは、平面視において正方形であり、一辺の長さが１６４ｍｍである。また、穴２０ｂは、平面視において正方形であり、一辺の長さが
１８ｍｍである。穴２０ｂは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ２０ｍｍのピッチで形成されている。本実施例では、板部２０ａの上下左右に、それぞれ、４列の穴２０ｂが形成されている。なお、板部２０ａは、パッチパターン１０よりも一回り大きくなっている。
【００４９】
パッチパターン１０は、グランドパターン２０と平行となるように、グランドパターン２０に支持される。具体的には、上記比較例と同様、パッチパターン１０の中央が、樹脂等の絶縁体または金属からなる円柱状のスペーサを介して、グランドパターン２０に結合される。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１０とグランドパターン２０が、接着またはネジ止めされる。便宜上、図４では、パッチパターン１０とグランドパターン２０とを結合するための結合部材（スペーサを含む）が図示省略されている。
【００５０】
なお、本実施例も、上記比較例と同様、パッチパターン１０とグランドパターン２０の間には、誘電体板が介在しておらず、空間となっている。すなわち、パッチパターン１０とグランドパターン２０の間には、空気が介在する。
【００５１】
グランドパターン２０とパッチパターン１０の間隔は、上記比較例と同様、２０ｍｍである。グランドパターン２０とパッチパターン１０は、平面視において中心が一致し、また、対応する辺が互いに平行となっている。
【００５２】
上記比較例と同様、パッチパターン１０の中央からＹ軸方向に４０ｍｍの点には、給電点３０となる穴が形成されている。また、グランドパターン２０の中央からＹ軸方向に４０ｍｍの点には、同軸コネクタの誘電体と同じ直径（３ｍｍφ〜９ｍｍφ）の穴が形成される。この穴に、同軸コネクタが下向きに取り付けられる。同軸コネクタの内導体（１ｍｍφ〜３ｍｍφ）がパッチパターン１０まで伸び、給電点３０において電気的に連結されている。
【００５３】
本実施例に係るパッチアンテナは、グランドパターン２０の全領域のうち、上記比較例の小電流領域に対応する領域（本実施例においても、便宜上、この領域を「小電流領域」という）に、複数の穴２０ｂが形成されている。小電流領域は、本来、表面電流が比較的少ない領域である。本実施例では、この小電流領域に、複数の穴２０ｂが形成される。
【００５４】
図５（ａ）、（ｂ）は、本実施例に係るパッチアンテナの指向性のシミュレーション結果である。かかるシミュレーションは、上記比較例と同様、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使って行った。
【００５５】
図示の如く、本実施例に係るパッチアンテナの指向性は、上記比較例のパッチアンテナと略同じである。また、本実施例のパッチアンテナでは、＋９．５ｄＢｉのアンテナ利得が得られており、このアンテナ利得は、比較例のパッチアンテナに比べ、僅か０．１ｄＢ（２％）低下したに過ぎない。このように、本実施例に係るパッチアンテナでは、比較例と同等の指向性特性が得られる。
【００５６】
加えて、本実施例では、グランドパターン２０に形成された複数の穴２０ｂを介して、パッチアンテナの向こう側を見ることができる。よって、かかるパッチアンテナを、ユーザの視線の方向に向けて配置した場合、視界を完全に遮るのは中央のパッチ１０の部分だけとなる。グランドパターン２０の７割の領域は、穴２０ｂを介して、向こうの景色を見通すことができる。よって、このパッチアンテナをユーザの視線の方向に向けて配置しても、グランドパターン２０によってユーザの視界が遮られにくく、ユーザは、目標とするＲＦＩＤタグを適正に検知することができる。
【００５７】
＜実施例２＞
図６は、実施例２に係るパッチアンテナの構成を示す図である。図６（ａ）は、パッチパターンの平面図、図６（ｂ）は、グランドパターンの平面図である。図７（ａ）は、実施例２に係るパッチアンテナの構成を示す斜視図である。
【００５８】
パッチパターン１１は、導電性の金属薄板からなり、平面視において正方形の輪郭を有する。パッチパターン１１は、板部１１ａと、網目状に形成された複数の穴１１ｂを有する。穴１１ｂの形状は１８ｍｍ角の正方形であり、穴１１ｂ間のピッチは、２０ｍｍである。
【００５９】
図６（ａ）において、“Ｈｉｇｈ”と付記された破線の領域は、図３（ａ）の“Ｈｉｇｈ”と付記された領域に対応し、表面電流が最も多く現れる領域である。また、図６（ａ）において、“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、図３（ａ）の“Ｌｏｗ”と付記された領域に対応し、表面電流が最も少ない領域を示す。図示の如く、穴１１ｂは、パッチパターン１１の表面電流が少ない部分に形成される。
【００６０】
グランドパターン２１は、上記実施例１と同様、導電性の金属薄板からなり、平面視において正方形の輪郭を有する。グランドパターン２１の一辺の長さは、３２２ｍｍである。グランドパターン２１には、中央に板部２１ａが形成され、板部２１ａの周囲には、複数の穴２１ｂが形成される。穴２１ｂの形状および穴２１ｂ間のピッチは、上記実施例１の穴２０と同様である。したがって、穴２１ｂの形状とピッチは、穴１１ｂの形状とピッチと同じである。
【００６１】
上記実施例１では、グランドパターン２０の板部２０ａがパッチパターン１０よりも一回り大きかったが、本実施例では、板部２１ａが、パッチパターン２１の真下の部分に対応する領域の範囲に制限される。平面視において、板部２１ａの形状と大きさは、図６（ａ）におけるパッチパターン１１の板部１１ａの形状と大きさと同じである。
【００６２】
図６（ｂ）において、“Ｈｉｇｈ”と付記された破線の領域は、図３（ｂ）の“Ｈｉｇｈ”と付記された領域に対応し、表面電流が最も多く現れる領域である。また、図６（ｂ）において、“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、図３（ｂ）の“Ｌｏｗ”と付記された領域に対応し、表面電流が最も少ない領域を示す。図示の如く、穴２１ｂは、グランドパターン２１の表面電流が少ない部分に形成される。
【００６３】
パッチパターン１１は、グランドパターン２１と平行となるように、グランドパターン２１に支持される。具体的には、パッチパターン１１の四隅が、樹脂等の絶縁体からなる円柱状のスペーサを介して、グランドパターン２１の四隅に結合される。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１１とグランドパターン２１が、接着またはネジ止めされる。便宜上、図７（ａ）では、パッチパターン１１とグランドパターン２１とを結合するための結合部材（スペーサを含む）が図示省略されている。
【００６４】
なお、本実施例も、上記実施例１と同様、パッチパターン１１とグランドパターン２１の間には、誘電体板が介在しておらず、空間となっている。すなわち、パッチパターン１１とグランドパターン２１の間には、空気が介在する。
【００６５】
グランドパターン２１とパッチパターン１１の間隔は、上記実施例１と同様、２０ｍｍである。グランドパターン２１とパッチパターン１１は、平面視において中心が一致し、また、対応する辺が互いに平行となっている。このようにグランドパターン２１とパッチパターン１１を配置すると、平面視において、パッチパターン１１の穴１１ｂの中心と、これらの穴１１ｂに対応するグランドパターン２１の穴２１ｂの中心とが一致する。これ
により、２つの穴１１ｂ、２１ｂを通して向う側が見えるようになる。
【００６６】
上記実施例１と同様、パッチパターン１１の中央からＹ軸方向に４０ｍｍの点に、給電点３１となる穴が形成されている。また、グランドパターン２１の中央からＹ軸方向に４１ｍｍの点には、同軸コネクタの誘電体と同じ直径（３ｍｍφ〜９ｍｍφ）の穴が形成される。この穴に、同軸コネクタが下向きに取り付けられる。同軸コネクタの内導体（１ｍｍφ〜３ｍｍφ）がパッチパターン１１まで伸び、給電点３１において電気的に連結される。
【００６７】
なお、本実施例では、パッチアンテナの特性が最適になるように、パッチパターン１１の大きさが、１２４ｍｍ角に設定され、上記実施例１のパッチパターン１０よりも一回り小さくなっている。
【００６８】
図７（ｂ）は、本実施例に係るパッチアンテナの指向性のシミュレーション結果である。かかるシミュレーションは、上記実施例１と同様、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使って行った。
【００６９】
図示の如く、本実施例に係るパッチアンテナにおいても、正面方向（Ｚ軸正方向）への利得が、背面方向（Ｚ軸負方向）への利得より、顕著に大きい。本実施例のパッチアンテナでは、アンテナ利得が＋９．０ｄＢｉと、上記比較例のパッチアンテナに比べ、若干低下（０．６ｄＢ＝１３％）したが、この利得によっても、十分な指向性特性が得られる。
【００７０】
加えて、本実施例では、上記実施例１に比べ、パッチパターン１１とグランドパターン２１が一回り小さくなり、且つ、パッチパターン１１とグランドパターン２１の中央部にも穴１１ｂ、２１ｂが形成されたため、グランドパターン２１の輪郭内の全領域に対し約９割の領域において、穴２１ｂを介して、パッチアンテナの向こう側を見ることができる。よって、かかるパッチアンテナを、ユーザの視線の方向に向けて配置した場合にも、パッチアンテナによってユーザの視界が遮られにくく、ユーザは、目標とするＲＦＩＤタグを適正に検知することができる。
【００７１】
＜実施例３＞
図８は、実施例３に係るパッチアンテナの構成を示す図である。図８（ａ）は、パッチパターンの平面図、図８（ｂ）は、グランドパターンの平面図である。図９（ａ）は、実施例３に係るパッチアンテナの構成を示す斜視図である。
【００７２】
本実施例に係るパッチパターン１２およびグランドパターン２２は、穴１２ｂ、２２ｂの数が増加している点の除き、上記実施例２のパッチパターン１１およびグランドパターン２１と同様の構成を有する。
【００７３】
パッチパターン１２には、全領域に亘って穴１２ｂが網目状に形成されている。グランドパターン２２には、給電点３２に対応する位置に形成された板部２２ａを除く領域に、穴２２ｂが網目状に形成されている。
【００７４】
図８（ａ）において、“Ｈｉｇｈ”および“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、それぞれ、図３（ａ）の“Ｈｉｇｈ”および“Ｌｏｗ”と付記された領域に対応し、また、図８（ｂ）において、“Ｈｉｇｈ”および“Ｌｏｗ”と付記された破線の領域は、それぞれ、図３（ｂ）の“Ｈｉｇｈ”および“Ｌｏｗ”と付記された領域に対応する。本実施例において、パッチパターン１２の表面電流が大きい領域には、パッチパターン１２の縁の部分が存在する。また、グランドパターン２２の表面電流が大きい領域には、板部２２ａまたは穴２２ｂと穴２２ｂとの間の境界部分が存在する。
【００７５】
パッチパターン１２は、グランドパターン２２と平行となるように、グランドパターン２２に支持される。具体的には、矩形に並ぶ４つの穴１２ｂを囲む程度の大きさの上面と下面を有する直方体のスペーサを、パッチパターン１２の中央部分（図８（ａ）の太枠で囲まれた部分）とグランドパターン２２の中央部分（図８（ａ）の太枠で囲まれた部分）に配置し、この部分において、パッチパターン１２とグランドパターン２２を、それぞれ、スペーサの上面と下面に固定する。スペーサは、樹脂等の絶縁体からなる。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１２とグランドパターン２２が、接着またはネジ止めされる。便宜上、図９（ａ）では、パッチパターン１２とグランドパターン２２とを結合するための結合部材（スペーサを含む）が図示省略されている。
【００７６】
本実施例においても、上記実施例１、２と同様、パッチパターン１２とグランドパターン２２の間には、誘電体板が介在しておらず、空間となっている。すなわち、パッチパターン１２とグランドパターン２２の間には、空気が介在する。また、グランドパターン２２とパッチパターン１２の間隔は、上記実施例１、２と同様、２０ｍｍである。
【００７７】
グランドパターン２２とパッチパターン１２は、平面視において中心が一致し、また、対応する辺が互いに平行となっている。このようにグランドパターン２２とパッチパターン１２を配置すると、平面視において、パッチパターン１２の穴１２ｂの中心と、これらの穴１２ｂに対応するグランドパターン２２の穴２２ｂの中心とが一致する。これにより、２つの穴１２ｂ、２２ｂを通して向う側が良好に見えるようになる。なお、給電点３２の位置も、上記実施例１、２と同様である。
【００７８】
本実施例においても、上記実施例２と同様、パッチアンテナの特性が最適になるように、パッチパターン２１の大きさが、１２４ｍｍ角に設定され、上記実施例１のパッチパターン１０よりも一回り小さくなっている。
【００７９】
図９（ｂ）は、本実施例に係るパッチアンテナの指向性のシミュレーション結果である。かかるシミュレーションは、上記実施例と同様、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使って行った。
【００８０】
図示の如く、本実施例に係るパッチアンテナにおいても、正面方向（Ｚ軸正方向）への利得が、背面方向（Ｚ軸負方向）への利得よりも、顕著に大きい。本実施例のパッチアンテナでは、アンテナ利得が＋８．３ｄＢｉと、上記比較例のパッチアンテナに比べ、若干低下（１．３ｄＢ＝２６％）したが、この利得によっても、十分な指向性特性が得られる。
【００８１】
加えて、本実施例では、パッチパターン１１とグランドパターン２１の略全領域に穴１２ｂ、２２ｂが形成されたため、グランドパターン２１の全領域の約９８％の領域において、穴２２ｂを介して、パッチアンテナの向こう側を見ることができる。よって、かかるパッチアンテナを、ユーザの視線の方向に向けて配置した場合にも、パッチアンテナによってユーザの視界が遮られにくく、ユーザは、目標とするＲＦＩＤタグを適正に検知することができる。
【００８２】
＜実施例４＞
図１０（ａ）は、実施例４に係るパッチアンテナの斜視図である。
【００８３】
上記実施例１〜３では、穴のピッチが２０ｍｍであった。このピッチは、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤで使用される電波の波長（λ＝３１５ｍｍ）の１／１６程度である。これに対し、本実施例では、穴１３ｂ、２３ｂのピッチが３０ｍｍに設定されている。このピッチは、
上記電波の波長の１／１０程度である。穴１３ｂ、２３ｂは、それぞれ、２８ｍｍ角となっている。
【００８４】
パッチパターン１３とグランドパターン２３には、穴１３ｂ、２３ｂの他、給電点３３の周囲に、穴１３ｂ、２３ｂの無い板部１３ａ、２３ａが形成されている。パッチパターン１３は、上記実施例３と同様、中央に直方体のスペーサを配置することにより、グランドパターン２３に支持される。スペーサは、給電点３３に掛からないように配置される。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１３とグランドパターン２３が、接着またはネジ止めされる。
【００８５】
以上の構成を除き、本実施例のパッチアンテナの構成は、上記実施例３と同じである。本実施例において、パッチパターン１３の表面電流が大きい領域には、パッチパターン１３の縁の部分が存在する。また、グランドパターン２３の表面電流が大きい領域には、板部２３ａまたは隣り合う穴２３ｂとの間の境界部分が存在する。
【００８６】
本実施例に係るパッチアンテナの指向性について、上記実施例と同様、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使ってシミュレーションしたところ、アンテナ利得は＋７．６ｄＢｉであった。本実施例のパッチアンテナでは、上記比較例のパッチアンテナに比べ、利得（＋７．６ｄＢｉ）がやや低下（２ｄＢ＝３７％）するが、この利得によっても、十分な指向性特性が得られる。
【００８７】
加えて、本実施例では、パッチパターン１３とグランドパターン２３の給電点３３周辺（板部１３ａ、２３ａ）を除く領域に穴１３ｂ、２３ｂが形成されたため、グランドパターン２３の全領域の約９６％の領域において、穴２３ｂを介して、パッチアンテナの向こう側を見ることができる。よって、かかるパッチアンテナを、ユーザの視線の方向に向けて配置した場合にも、パッチアンテナによってユーザの視界が遮られにくく、ユーザは、目標とするＲＦＩＤタグを適正に検知することができる。
【００８８】
なお、パッチアンテナの利得は、本実施例よりも上記実施例３の方が優れており、また、穴を通して見通し得る領域の広さも、本実施例よりも上記実施例３の方が優れている。このことから、穴のピッチは、電波の波長の１／１０とするよりも、電波の波長の１／１６程度とするのが有利であると言える。
【００８９】
＜実施例５＞
上記実施例１ないし４では、パッチパターンやグランドパターンに穴を形成することにより、パッチアンテナの向こう側を見通せるよう構成された。これに対し、本実施例に係るパッチアンテナでは、パッチパターンとグランドパターンを切り欠くことにより、パッチアンテナの向こう側を見通せるよう構成されている。
【００９０】
図１０（ａ）は、実施例４に係るパッチアンテナの斜視図である。図示の如く、本実施例に係るパッチアンテナは、導電性の金属薄板からなるパッチパターン１４と、同じく導電性の金属薄板からなるグランドパターン２４とを備える。パッチパターン１４およびグランドパターン２４は、それぞれ、一様な厚みを有する。
【００９１】
平面視において、パッチパターン１４は、所定の大きさの長方形が外縁に接する形状を有し、また、グランドパターン２４も、所定の長方形が外縁に接する形状を有する。パッチパターン１４の外縁に接する長方形の中心（以下、「パッチパターン１４の中心」という）とグランドパターン２４の外縁に接する長方形の中心（以下、「グランドパターン２４の中心」という）とが平面視において一致し、且つ、これら長方形の対応する辺が互いに平行となるように、パッチパターン１４とグランドパターン２４が、所定の間隔をおい
て配置される。
【００９２】
なお、図１０（ｂ）には、便宜上、グランドパターン２４の中心を原点とし、上記長方形の隣り合う２辺にそれぞれ平行な方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とするＸ−Ｙ−Ｚ軸が設定されている。
【００９３】
パッチパターン１４は、長方形の薄板に、Ｘ軸負方向およびＸ軸正方向の切り欠きＤ１１、Ｄ１２が設けられた形状を有する。パッチパターン１４は、Ｙ軸方向に並ぶ一対の板部１４ａと、これら２つの板部１４ａをＹ軸方向に連結する連結部１４ｂとを有する。２つの板部１４ａは同じ寸法を有する。板部１４ａのＸ軸方向の長さは１３０ｍｍ、Ｙ軸方向の幅は２０ｍｍである。連結部１４ｂのＹ軸方向の長さは１３０ｍｍである。２つの板部１４ａは、それぞれＸ軸に平行となっている。
【００９４】
グランドパターン２４は、長方形の薄板に、Ｘ軸負方向およびＸ軸正方向の切り欠きＤ２１、Ｄ２２が設けられた形状を有する。グランドパターン２４は、Ｙ軸方向に並ぶ一対の板部２４ａと、これら２つの板部２４ａをＹ軸方向に連結する連結部２４ｂとを有する。２つの板部２４ａは同じ寸法を有する。板部２４ａのＸ軸方向の長さは３００ｍｍ、Ｙ軸方向の幅は４０ｍｍである。連結部２４ｂのＹ軸方向の長さは１１０ｍｍ、Ｘ軸方向の幅は４０ｍｍである。２つの板部２４ａは、それぞれＸ軸に平行となっている。
【００９５】
パッチパターン１４は、グランドパターン２４と平行となるように、グランドパターン２４に支持される。具体的には、パッチパターン１４の外縁に接する長方形の四隅が、樹脂等の絶縁体からなる円柱状のスペーサを介して、グランドパターン２４に結合される。たとえば、スペーサの上面と下面に、パッチパターン１４とグランドパターン２４が、接着またはネジ止めされる。便宜上、図１０（ｂ）では、パッチパターン１４とグランドパターン２４とを結合するための結合部材（スペーサを含む）が図示省略されている。
【００９６】
なお、本実施例においても、パッチパターン１４とグランドパターン２４の間には、誘電体板が介在しておらず、空間となっている。すなわち、パッチパターン１４とグランドパターン２４の間には、空気が介在する。本実施例においても、グランドパターン２４とパッチパターン１４の間隔は２０ｍｍである。
【００９７】
本実施例では、パッチパターン１４の中心からＹ軸方向に５５ｍｍの点に、給電点３４となる穴が形成されている。また、グランドパターン２４の中心からＹ軸方向に５５ｍｍの点に、同軸コネクタの誘電体と同じ直径（３ｍｍφ〜９ｍｍφ）の穴が形成される。この穴に、同軸コネクタが下向きに取り付けられる。同軸コネクタの内導体（１ｍｍφ〜３ｍｍφ）がパッチパターン１４まで伸び、給電点３４において電気的に連結される。
【００９８】
なお、図１０（ｂ）に示した形状および各部の寸法は、アンテナ利得の低下をできる限り防ぎながら、グランドパターン２４とパッチパターン１４の周囲を、上記比較例の構成から切り欠いて、アンテナ特性が好ましい値となるように調整したものである。図１０（ｂ）において、パッチパターン１４に破線で示した領域は、図３（ａ）の“Ｈｉｇｈ”と付記された領域に対応し、また、グランドパターン２４に破線で示した領域は、図３（ｂ）の“Ｈｉｇｈ”と付記された領域に対応する。本実施例において、パッチパターン１４の表面電流が大きい領域には、板部１４ａが存在し、また、グランドパターン２４の表面電流が大きい領域には、板部２４ａまたは連結部２４ｂが存在する。
【００９９】
本実施例に係るパッチアンテナの指向性について、上記実施例と同様、アンソフト社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使ってシミュレーションしたところ、アンテナ利得は＋７．３ｄＢｉであった。本実施例のパッチアンテナでは、上記比較例のパッチアンテ
ナに比べ、利得（＋７．３ｄＢｉ）がやや低下（２．３ｄＢ＝４１％）するが、この利得によっても、十分な指向性特性が得られる。
【０１００】
加えて、本実施例では、パッチパターン１４とグランドパターン２４が切り欠かれた構成であるため、切り欠かれた部分を介して向こう側を見ることができ、明快な視界を得ることができる。
【０１０１】
なお、本実施例において、パッチパターン１４とグランドパターン２４の形状は、種々の変更が可能である。
【０１０２】
たとえば、図１１（ａ）に示すように、パッチパターン１４の連結部１４ｂをＸ軸正方向とＸ軸負方向に拡張し、連結部１４ｂのＸ軸正側に切り欠きを設けないようにしても良い。また、図１１（ｂ）に示すように、パッチパターン１４に切り欠きを設けないようにしても良い。図１１（ｂ）の場合、図示のように、グランドパターン２４のＸ軸負側の切り欠きＤ２２を小さくしても良い。また、図１２（ａ）に示すように、パッチパターン１４に切り欠きを形成せずに、グランドパターン２４のＸ軸負側の切り欠きＤ２２に対応するパッチパターン１４の領域に、網目状に穴１４ｃを形成しても良い。また、図１２（ｂ）のように、グランドパターン２４のＸ軸正側の切り欠きを形成せずに、穴２４ｃを形成しても良い。
【０１０３】
図１１および図１２の構成においても、表面電流が高い領域にパッチパターン１４およびグランドパターンが存在するので、図１０（ｂ）と同様のアンテナ特性が得られるものと想定される。
【０１０４】
以上、実施例１ないし実施例５に係るパッチアンテナによれば、パッチアンテナの指向性を確保しながら、パッチアンテナの向こう側を見通すことが可能となる。よって、たとえば、かかるパッチアンテナを、工場や倉庫において、ＲＦＩＤタグが付けられた荷物からＩＤを検知するために荷物運搬用のフォークリフトに取り付けたとしても、運転手の視界を良好に確保しながら、目標とする荷物にパッチアンテナをフォーカスさせることができる。
【０１０５】
以上、本発明に係る種々の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施例も、上記以外に種々の変更が可能である。
【０１０６】
たとえば、上記実施例１〜４では、パッチパターンおよびグランドパターンの形状が正方形とされたが、これらの形状が長方形等の他の方形形状であっても良く、あるいは、円形や楕円形であっても良い。
【０１０７】
図１３は、パッチパターンとグランドパターンを円形とした場合のパッチアンテナの平面図である。同図（ａ）は、パッチパターン１５を示す図、同図（ｂ）はグランドパターン２５を示す図である。この場合、パッチパターン１５の表面電流は、同図（ａ）に破線で模式的に示す領域に集中し、グランドパターン２５の表面電流は、同図（ｂ）に破線で模式的に示す領域に集中する。したがって、パッチパターン１５またはグランドパターン２５に穴や切り欠きを形成する場合には、これらの表面電流を妨げない領域に、穴や切り欠きを形成すれば良い。たとえば、同図（ｂ）において、グランドパターン２５の領域のうち、一点鎖線で示すパッチパターン１５の直下の領域２５ａを除いた領域に、複数の穴を形成する。
【０１０８】
また、穴の形状は上記に限定されるものではなく、正方形の他、長方形や円形等、他の形状を用いても良い。
【０１０９】
さらに、パッチパターンとグランドパターンの寸法は、上記に限定されるものではなく、適宜、他の寸法を用いられ得る。
【０１１０】
また、上記実施例では、パッチパターンとグランドパターンの間を空気層としたが、パッチパターンとグランドパターンの間に誘電体板を介在させても良い。ただし、アンテナ利得を高めるためには、上記実施例のように、パッチパターンとグランドパターンの間を空気層とするのが望ましい。
【０１１１】
また、上記実施例１〜４では、穴のピッチとして、２０ｍｍ（波長の１／１６）と３０ｍｍ（波長の１／１０）を示したが、２０ｍｍ（波長の１／１６）よりも小さくしても良い。穴のピッチを小さくすると、パッチアンテナの利得を向上させることを期待できるが、ピッチを小さくしすぎると、穴のサイズが小さくなり、アンテナの向こうが見通しにくくなり、また、穴に塵埃が溜まり易くなる。よって、穴のピッチは１０ｍｍ（波長の１／３０）程度までに抑えるのが望ましい。上記シミュレーション結果からは、穴のピッチは２０ｍｍ（波長の１／１６）程度とするのが最良であると考えられる。
【０１１２】
また、パッチアンテナで使用する波長帯は、上記の波長帯に限らず、他に種々の変更が可能である。さらに、本発明は、フォークリフトに取り付けられるパッチアンテナの他、種々のシチュエーションにおいて用いられ得るものである。
【０１１３】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０、１１、１２、１３、１４ … パッチパターン
１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ｃ … 穴
２０、２１、２２、２３、２４ … グランドパターン
２０ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ｃ … 穴
３０、３１、３２、３３、３４ … 給電点
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２ … 切り欠き
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状のグランドパターンと、
前記グランドパターンに対し所定の間隔をもって支持された薄板状のパッチパターンと、を備え、
前記グランドパターンに、複数の穴を網目状に形成した、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載したマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンの領域のうち少なくとも前記パッチパターンの真下の領域には、前記穴が形成されない、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記パッチパターンに、複数の穴を網目状に形成した、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記パッチパターンの中心と前記パッチパターンの給電点とを結ぶ直線を挟む前記パッチパターンの端縁部分には、前記穴が形成されず、
前記グランドパターンの前記端縁部分の直下の領域にも、前記穴が形成されない、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項５】
請求項４に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記パッチパターンの領域のうち、動作時に高周波電流が集中する領域には、前記穴が形成されない、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンの領域のうち、動作時に高周波電流が集中する領域には、前記穴が形成されない、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項７】
請求項３に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンの給電部を除く全ての領域と、前記パッチパターンの給電部を除く全ての領域に、それぞれ、複数の穴が網目状に形成される、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項８】
請求項３ないし５、７の何れか一項に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンに形成された前記穴の中心と、前記パッチパターンに形成された前記穴の中心が、前記グランドパターンと前記パッチパターンの重なり方向において一致している、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項９】
請求項８に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンに形成された前記穴と、前記パッチパターンに形成された前記穴が、同じ形状を有する、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンに形成された前記穴のピッチが、使用する電波の波長の１／１０〜１／３０である、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項１１】
請求項１ないし９の何れか一項に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンに形成された前記穴のピッチが、使用する電波の波長の１／１６である、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項１２】
薄板状のグランドパターンと、
前記グランドパターンに対し所定の間隔をもって支持された薄板状のパッチパターンと、を備え、
前記グランドパターンは、前記パッチパターンの給電点の直下の領域、および、前記パッチパターンの中心と前記パッチパターンの給電点とを結ぶ直線を挟む前記パッチパターンの端縁部分の直下の領域以外の領域に、切り欠きが設けられている、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記パッチパターンは、前記端縁部分以外の領域に、切り欠きが設けられている、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項１】
薄板状のグランドパターンと、
前記グランドパターンに対し所定の間隔をもって支持された薄板状のパッチパターンと、を備え、
前記グランドパターンに、複数の穴を網目状に形成した、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載したマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンの領域のうち少なくとも前記パッチパターンの真下の領域には、前記穴が形成されない、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記パッチパターンに、複数の穴を網目状に形成した、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記パッチパターンの中心と前記パッチパターンの給電点とを結ぶ直線を挟む前記パッチパターンの端縁部分には、前記穴が形成されず、
前記グランドパターンの前記端縁部分の直下の領域にも、前記穴が形成されない、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項５】
請求項４に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記パッチパターンの領域のうち、動作時に高周波電流が集中する領域には、前記穴が形成されない、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンの領域のうち、動作時に高周波電流が集中する領域には、前記穴が形成されない、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項７】
請求項３に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンの給電部を除く全ての領域と、前記パッチパターンの給電部を除く全ての領域に、それぞれ、複数の穴が網目状に形成される、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項８】
請求項３ないし５、７の何れか一項に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンに形成された前記穴の中心と、前記パッチパターンに形成された前記穴の中心が、前記グランドパターンと前記パッチパターンの重なり方向において一致している、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項９】
請求項８に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンに形成された前記穴と、前記パッチパターンに形成された前記穴が、同じ形状を有する、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンに形成された前記穴のピッチが、使用する電波の波長の１／１０〜１／３０である、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項１１】
請求項１ないし９の何れか一項に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記グランドパターンに形成された前記穴のピッチが、使用する電波の波長の１／１６である、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項１２】
薄板状のグランドパターンと、
前記グランドパターンに対し所定の間隔をもって支持された薄板状のパッチパターンと、を備え、
前記グランドパターンは、前記パッチパターンの給電点の直下の領域、および、前記パッチパターンの中心と前記パッチパターンの給電点とを結ぶ直線を挟む前記パッチパターンの端縁部分の直下の領域以外の領域に、切り欠きが設けられている、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のマイクロ波平面アンテナにおいて、
前記パッチパターンは、前記端縁部分以外の領域に、切り欠きが設けられている、
ことを特徴とするマイクロ波平面アンテナ。
【図１】
【図６】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２４９２０４（Ｐ２０１２−２４９２０４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２１１２４（Ｐ２０１１−１２１１２４）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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