メアンダラインアンテナの製造方法及びメアンダラインアンテナ
【課題】小型化が可能であり、かつ、放射効率の高いメアンダラインアンテナを提供する。
【解決手段】メアンダラインアンテナ４０において、連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなるアンテナ素子４１と、アンテナ素子４１の中央部に設けられる給電点１２と、アンテナ素子４１を両面から挟み込むようにアンテナ素子４１に近接する誘電体４２及び４３とを配置する。
【解決手段】メアンダラインアンテナ４０において、連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなるアンテナ素子４１と、アンテナ素子４１の中央部に設けられる給電点１２と、アンテナ素子４１を両面から挟み込むようにアンテナ素子４１に近接する誘電体４２及び４３とを配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ユビキタス通信の小形無線タグや生体埋め込み用の小形無線センサー、携帯電話などに用いられる、給電部に高周波電圧を印加することにより、導体部より電波を空間に放射する機能を有し、アンテナの物理寸法が波長の数十分の１以下となる超小形のメアンダラインアンテナに関し、特に、小型化が可能であり、かつ、放射効率の高いメアンダラインアンテナの製造方法及びメアンダラインアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタス通信においては、販売現場で扱われている商品などに、電波により識別される荷札（ＲＦＩＤ；Radio Frequency IDentification）を貼り付け、商品の流通に役立てようとする試みが成されている。ＲＦＩＤにはメアンダ形状の素子を用いたメアンダラインアンテナが用いられる。メアンダラインアンテナは、ＲＦＩＤ以外にも携帯電話などに用いられており、例えば、特許文献１にはメアンダ形状の放射素子を用いた携帯無線通信機用のアンテナ手段が開示されている。
【特許文献１】特表２０００−５１６０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＲＦＩＤなどの用途に用いられるメアンダラインアンテナは、これをＲＦＩＤや携帯電話等の小型の電子機器に用いる場合には、その外形寸法を所定の大きさに抑えなければならないという制約がある。このため、このような電子機器に用いられるメアンダラインアンテナには、上記大きさの制約を満たしつつ、電子機器に必要とされる放射効率を有していることが求められる。
【０００４】
本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであり、小型化が可能であり、かつ、放射効率の高いメアンダラインアンテナの製造方法及びメアンダライン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】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明のうち請求項１に記載の発明は、連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置し、前記導体の中央部に給電点を設けてなるメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記導体に近接させて誘電体を配置し、前記誘電体の誘電率を変化させて、前記導体の曲折部分の数を変化させることとする。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記誘電体を、前記導体の両面から挟み込むように、前記導体に近接させて配置することとする。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記導体について、流れる電流量が大きい部分の線幅を、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太く形成することとする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記導体の線幅を、前記給電点から離れるほど細く形成することとする。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、メアンダラインアンテナの製造方法であって、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子とを同一平面に配置し、前記第１の素子の中央部に給電点を設け、前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより、前記第１及び第２の導体を接続したループを形成し、誘電体を、前記ループの両面から挟み込むように、前記ループに近接させて配置することとする。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、メアンダラインアンテナの製造方法であって、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子を配置し、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子を配置し、前記第１の素子の中央部に給電点を設け、前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより、前記第１及び第２の導体を接続したループを形成し、誘電体を、前記第１の導体が配置される平面と、前記第２の導体が配置される平面との間に挟みこまれるように、前記第１及び第２の導体に近接させて配置することとする。
【００１１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、第２の誘電体を、前記第１の導体が配置される平面の、前記誘電体である第１の誘電体が前記第１の導体に近接する面とは異なる面から、前記第１の導体に近接させて配置し、第３の誘電体を、前記第２の導体が配置される平面の、前記第１の誘電体が前記第２の導体に近接する面とは異なる面から、前記第２の導体に近接させて配置することとする。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明は、請求項５乃至７のいずれかに記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかについて、流れる電流量が大きい部分の線幅を、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太く形成することとする。
【００１３】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかの線幅を、前記給電点から離れるほど細く形成することとする。
【００１４】
また、請求項１０に記載の発明は、メアンダラインアンテナであって、連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる素子と、前記素子の中央部に設けられる給電点と、前記素子の両面から挟み込むように前記導体に近接して配置される誘電体と、を備えることとする。
【００１５】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のメアンダラインアンテナであって、前記導体について、流れる電流量の大きい部分の線幅が、流れる電流量の小さい部分の線幅よりも太いこととする。
【００１６】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のメアンダラインアンテナであって、前記導体の線幅は、前記給電点から離れるほど細いこととする。
【００１７】
また、請求項１３に記載の発明は、メアンダラインアンテナであって、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、前記第１の導体が配置される平面と同一平面に配置される、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子と、前記第１の素子の中央部に設けられる給電点と、前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより形成される、前記第１及び第２の導体を接続したループと、前記ループの両面から挟み込むように、前記ループに近接して配置される誘電体と、を備えることとする。
【００１８】
また、請求項１４に記載の発明は、メアンダラインアンテナであって、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子と、前記第１の素子の中央部に設けられる給電点と、前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより形成される、前記第１及び第２の導体を接続したループと、前記第１の導体が配置される平面と、前記第２の導体が配置される平面との間に挟みこまれるように、前記第１及び第２の導体に近接する誘電体と、を備えることとする。
【００１９】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載のメアンダラインアンテナであって、前記第１の導体が配置される平面の、前記誘電体である第１の誘電体が前記第１の導体に近接する面とは異なる面から、前記第１の導体に近接する第２の誘電体と、前記第２の導体が配置される平面の、前記第１の誘電体が前記第２の導体に近接する面とは異なる面から、前記第２の導体に近接する第３の誘電体と、を備えることとする。
【００２０】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１０乃至１５のいずれかに記載のメアンダラインアンテナであって、前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかについて、流れる電流量が大きい部分の線幅は、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太いこととする。
【００２１】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載のメアンダラインアンテナであって、前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかの線幅は、前記給電点から離れるほど細いこととする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、小型化が可能であり、かつ、放射効率の高いメアンダラインアンテナの製造方法及びメアンダラインアンテナを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態につき図面とともに説明する。
【００２４】
図１にメアンダラインアンテナの基本構造を示している。同図に示すメアンダラインアンテナ１０は、連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置して（以下、この形状をメアンダ形状という。）構成される素子（以下、アンテナ素子１１という。）を有してなるものである。このメアンダラインアンテナ１０において、給電点１２はアンテナ素子１１の中央部に設けられる。
【００２５】
図１に示す構造からなる基本構造のメアンダラインアンテナ１０について、アンテナ長（Ｌ）を０．０５λ、アンテナ幅（Ｗ）を０．０４λとして、電磁界シミュレータによるシミュレーションを行った。線幅ｄが０．１ｍｍ、アンテナ素子１１における曲折部分（以下、クランクという。）の総数（Ｎ）が３８である場合における、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）の計算結果を図２のスミスチャートに示す。同図に示すように、７０８．７ＭＨｚに共振点を有しており、この共振点においてメアンダラインアンテナ１０の入力インピーダンスは純抵抗成分（Ｒｉｎ）のみとなる。ここで、抵抗成分Ｒｉｎの内訳は、放射抵抗のＲｒと、導体抵抗のＲｌである。また、アンテナの放射効率（η）は次式で表される。
η＝Rr/（Rr＋Rl） （１）
【００２６】
これらの値を求めたものが、表１である。
［表１］
【００２７】
表１に示すように、基本構造のメアンダラインアンテナ１０では、ＲｌがＲｒに比して１７倍にも大きくなっていることが特徴である。すなわち、基本構造のメアンダラインアンテナ１０では、給電された電波は殆んど導体抵抗Ｒｌにより熱損失として消費されてしまうことを意味している。このため、基本構造のメアンダラインアンテナ１０の放射効率ηは、−１２．５ｄＢと比較的小さな値となっている。
【００２８】
ここで、導体抵抗Ｒｌは、導体の線幅をｄ、導体の厚みをｔとすると、次式で表される。
【００２９】
ここで、δは導体の表皮厚と呼ばれ、次式で表される。
式（３）において、ｆは周波数、μは透磁率、σは導電率を表す。
【００３０】
式（２）より、導体抵抗Ｒｌの値を決める主要因は、導体の長さ（Ｌａ）と導体線幅（ｄ）である。式（２）において、Ｌａ＝７０７ｍｍ、ｄ＝０．１ｍｍと導体として用いた銅の導電率σ＝５．８×１０７（Ｓ／ｍ）を代入するとともに、ｄ＞ｔよりｔを省略すると、Ｒｌ＝２４．５Ωとなる。このようにして算出したＲｌは、表１のＲｌの値と良く対応している。
【００３１】
基本構造のメアンダラインアンテナ１０の放射効率を向上するメアンダラインアンテナ２０の構成を図３に示す。同図に示すように、このメアンダラインアンテナ２０は、アンテナ素子１１及びアンテナ素子２１を同一平面に配置し、アンテナ素子１１の中央部に給電点１２を設け、アンテナ素子１１とアンテナ素子２１との端部同士を短絡して、アンテナ素子１１とアンテナ素子２１とからなるループを形成するようにしている（以下、このメアンダラインアンテナ２０の構造を「折り返し構造」という。）。
【００３２】
図３に示すメアンダラインアンテナ２０では、アンテナ素子が２個（１１、２１）用いられているが、アンテナ素子の数をＭとすると、「折り返し構造」のメアンダラインアンテナにおける主要電気定数（純抵抗成分Ｒｉｎ’、放射抵抗Ｒｒ’、導体抵抗Ｒｌ’、放射効率η’）は、各々次式で表される。
【００３３】
Rr’＝M２× Rr （４）
Rl’＝M×Rl （５）
η’＝ Rr’ /（Rr’＋Rl’）＝M２× Rr / (M２×Rr＋M×Rl) （６）
ここで、Rl’＞ Rr’とすると、Rin’は近似的に次式となる。
η’≒ Rr’/ Rl’＝M×( Rr / Rl )＝M×η （７）
すなわち、アンテナ素子をＭ個用いた「折り返し構造」のメアンダラインアンテナでは、放射効率をＭ倍に向上できることが分かる。図３に示したメアンダラインアンテナ２０では、Ｍ＝２であり、Ｒｒは４倍、Ｒｌは２倍になる。電磁界シミュレータによるメアンダラインアンテナ２０の主要電気定数の計算結果を表２に示す。
【００３４】
［表２］
【００３５】
表２と表１とを比較してみると、放射効率ηは２倍に向上して、３ｄＢの上昇が見られる。また、表２より、電磁界シミュレータにより計算されたＲｒとＲｌは、式（２）の計算値と良く対応し、それぞれ約４倍、約２倍の増加率となっていることが分かる。
【００３６】
次に、上記のような「折り返し構造」とは異なる構成からなるメアンダラインアンテナ３０を図４に示す。同図に示すように、このメアンダラインアンテナ３０では、アンテナ素子１１及び２１をほぼ平行に並べ、アンテナ素子１１の中央部に給電点１２を設け、アンテナ素子１１及び２１の端部同士を短絡して、アンテナ素子１１とアンテナ素子２１とからなるループを形成するようにしている（以下、このメアンダラインアンテナ３０の構造を「重ね構造」という。）。このメアンダラインアンテナ３０では、アンテナ素子１１とアンテナ素子２１とが、０．００４７λの距離（ｇ）をおいてほぼ平行に並べられている。メアンダラインアンテナ３０の主要電気定数を電磁界シミュレータにより計算した結果を表３に示す。
【００３７】
［表３］
【００３８】
表３と表２とを比較すると、メアンダラインアンテナ３０では、上述のメアンダラインアンテナ２０の放射効率に近い−８．３ｄＢの放射効率ηを得ていることが分かる。
【００３９】
以上に説明したように、「折り返し構造」や「重ね構造」の導入により、メアンダラインアンテナの放射効率の向上を図ることができるが、アンテナ素子の数（Ｍ）を増した分だけのＭ倍の効率増加に留まる。ここで放射効率に大きく影響する電気定数は導体抵抗（Ｒｌ）であるため、外形寸法を維持したまま、導体抵抗（Ｒｌ）の低減を図ることができれば、放射効率を向上できる。本実施形態における外形寸法の制約（アンテナ長（Ｌ）＝０．０５λ）の下で、導体抵抗（Ｒｌ）の低減を図るためには、式（２）より、導体長（Ｌａ）を小さくするか、導体線幅（ｄ）を大きくする必要がある。ここで、導体の取り得る最大の線幅（ｄ）とアンテナ長（Ｌ）とクランクの数（Ｎ）との間には、次の式（８）の関係がある。
L ≒ N×d （８）
Ｌは外形寸法の制約として予め決まっているため、ｄを大きくするためにはＮを小さくする必要がある。与えられたＬにおいて、Ｌａ、Ｎなどの値が変わる可能性は、アンテナ周囲の媒質定数の変化である。例えば、誘電率を大きくすると、受信電波の波長が短縮され、共振周波数が小さくなる。従って、誘電率を変化させることにより、アンテナが共振する状態における構造諸元を変化させることができる可能性がある。これにより、メアンダラインアンテナのアンテナ素子におけるクランク数Ｎを変化させることができると考えられる。
【００４０】
そこでまず、本発明者は、アンテナ素子を誘電体で挟み込むようにした。このような構成のメアンダラインアンテナ４０の斜視図を図５に示す。また、図６にメアンダラインアンテナ４０の平面図を示す（なお、図６では誘電体は図示していない。）。図５及び図６に示すメアンダラインアンテナ４０は、アンテナ素子４１と、アンテナ素子４１の中央部に設けられる給電点１２と、アンテナ素子４１を両面から挟み込むようにアンテナ素子４１に近接する誘電体４２及び４３とにより構成されている。ここで誘電体４２及び４３は一体としてもよい。誘電体４２及び４３の厚さｈは０．００２３λである。
【００４１】
なお、誘電体がアンテナ素子に「近接する」という場合には、誘電体とアンテナ素子とが接触している状態や、誘電体とアンテナ素子とが接着剤により密着した状態、誘電体がアンテナ素子のクランク部分に充填されるように密着している状態をも含むものとする。
【００４２】
図５に示すメアンダラインアンテナ４０において、誘電体４２及び４３の比誘電率εｒを１０とした場合、クランク数Ｎ＝１４となる。すなわち、メアンダラインアンテナ４０のアンテナ長（Ｌ）は、図１に示したメアンダラインアンテナ１０の０．０５λと変わらないが、クランク数Ｎを３８から１４と大幅に低減することができた。これに伴い、導体線幅を０．１ｍｍから０．６ｍｍに増加することができた。ここで、メアンダラインアンテナ４０の入力インピーダンス（Ｚｉｎ）の電磁界シミュレータによる計算結果を図７のスミスチャートに示す。同図に示すように、７０４．８ＭＨｚに共振点を有している。また、電磁界シミュレータによるメアンダラインアンテナ４０の主要電気定数の計算結果は表４のようになる。
【００４３】
［表４］
【００４４】
ここで表４と表１との比較において顕著な点は、Ｒｌの値が２５．４Ωであったものが３．８Ωと６分の１以下に低減できたことである。すなわち、誘電体（４２、４３）をアンテナ素子４１の両面から挟み込むようにアンテナ素子４１に近接させることにより、放射効率ηが−１２．５ｄＢから−４．６ｄＢへと、８ｄＢ（６倍強）も大幅に向上されたことになる。このように、メアンダラインアンテナ４０において、アンテナ素子４１（導体）に近接させて誘電体（４２、４３）を配置し、その誘電体（４２、４３）の誘電率を変化させることにより、アンテナ素子４１のクランク数Ｎ（曲折部分）を変化させることができる。ここでアンテナ素子４１のクランク数Ｎを小さくすれば、その分、導体線幅ｄを太くすることが可能であり、これにより導体抵抗Ｒｌを低減することができる。そして、このようにして導体抵抗Ｒｌが低減されることで、式（１）によって、メアンダラインアンテナ４０の放射効率ηが向上することになる。
【００４５】
次に、メアンダラインアンテナに用いられる導体線幅について説明する。メアンダラインアンテナに用いられる導体では、流れる電流量が、給電点からの距離に応じて変化するため、導体線幅も導体を流れる電流量に応じた変化を持たせるほうが、効果的に導体抵抗を小さくできる。図８は、メアンダラインアンテナ４０のアンテナ素子４１において流れる電流量の分布（以下、電流分布という。）を示す図である。同図に示すように、メアンダラインアンテナ４０のアンテナ素子４１では、給電点１２の近くで最も電流が強く（４５）、両端部では電流が零となる（４６）。従って、アンテナ素子４１の給電点１２から離れるほどアンテナ素子４１の導体線幅を細く形成することにより、アンテナ素子４１の導体抵抗を小さくすることができる。
【００４６】
図９は、給電点１２から離れるほど、すなわち中央部から端部に向けて、導体線幅を細く形成したメアンダラインアンテナ５０を示す図である。図９に示すメアンダラインアンテナ５０は、図８に示したメアンダラインアンテナ４０のアンテナ素子４１における電流分布に応じて、アンテナ素子４１の端部から１〜２つ目のクランクの導体線幅ｄ１を０．３５ｍｍ、３〜４つ目のクランクの導体線幅ｄ２を０．５ｍｍ、５〜６つ目のクランクの導体線幅ｄ３を０．８ｍｍとしたものである。このように、メアンダラインアンテナ５０のアンテナ素子５１では、流れる電流量の大きなところの導体線幅が、流れる電流量の少ないところの導体線幅よりも太くなっており、これによりアンテナ素子５１の導体抵抗Ｒｌが低減される。そして、このようにして導体抵抗Ｒｌが低減されることで、式（１）によって、メアンダラインアンテナ５０の放射効率ηが向上することになる。
【００４７】
次に、上述した「折り返し構造」のメアンダラインアンテナ２０や「重ね構造」のメアンダラインアンテナ３０において、誘電体をアンテナ素子に近接させた構成について説明する。
【００４８】
上述した「折り返し構造」のメアンダラインアンテナ２０を誘電体で挟み込んだ構成のメアンダラインアンテナ６０の斜視図を図１０に示す。また、メアンダラインアンテナ６０の平面図を図１１に示す（なお、図１１では誘電体は図示していない。）。図１０及び図１１に示すように、このメアンダラインアンテナ６０は、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなるアンテナ素子４１と、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなるアンテナ素子６１とを同一平面に配置し、アンテナ素子４１の中央部に給電点１２を設け、アンテナ素子４１及び６１の端部同士を短絡することにより、アンテナ素子４１及び６１を接続したループを形成し、そのループの両面から挟み込むように、ループに近接させて誘電体６２及び６３を配置してなるものである。この場合、メアンダラインアンテナ６０のクランク数Ｎは１４となる。このように、メアンダラインアンテナ６０では、図１に示した基本構造のメアンダラインアンテナ１０のクランク数Ｎ＝３８よりも、クランク数Ｎを大幅に小さくすることができる。
【００４９】
メアンダラインアンテナ６０の主要電気定数の電磁界シミュレータによる計算値を表５に示す。
【００５０】
［表５］
【００５１】
表５と表４とを比較すると、Ｒｒは４倍以上の値となっているのに対し、Ｒｌは２倍程度の増加に留まっている。このため、メアンダラインアンテナ６０では、放射効率が更に向上し、メアンダラインアンテナ６０の放射効率ηは、図５に示したメアンダラインアンテナ４０よりも約２ｄＢ高い−２．５ｄＢの値が得られた。このように、メアンダラインアンテナ６０では、アンテナ素子６１に近接させて誘電体６２及び６３を配置したことにより、アンテナ素子６１のクランク数Ｎが減り、その分導体線幅ｄを太くすることが可能となり、これにより導体抵抗Ｒｌを低減することができる。そして、このようにして導体抵抗Ｒｌが低減されることで、式（１）によって、メアンダラインアンテナ６０の放射効率ηが向上することになる。
【００５２】
次に、上述した「重ね構造」のメアンダラインアンテナ３０のアンテナ素子３１及び３２とで挟み込むように、アンテナ素子３１及び３２の間に誘電体を配置するようにしたメアンダラインアンテナ７０について説明する。メアンダラインアンテナ７０の斜視図を図１２及び図１３に示す（なお、図１３では誘電体は図示していない。）。図１２及び図１３に示すように、メアンダラインアンテナ７０では、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなるアンテナ素子４１を配置し、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなるアンテナ素子６１を配置し、アンテナ素子４１の中央部に給電点１２を設け、アンテナ素子４１及び６１の端部同士を短絡することにより、アンテナ素子４１及び６１を接続したループを形成し、誘電体７１を、アンテナ素子４１が配置される平面と、アンテナ素子６１が配置される平面との間に挟みこまれるように、アンテナ素子４１及び６１に近接させて配置している。
【００５３】
ここで、誘電体７１の厚さｇ（アンテナ素子４１及びアンテナ素子６１の間の距離）は０．００４７λである。この場合、クランク数Ｎは１４となる。このように、メアンダラインアンテナ７０のクランク数Ｎは、図４に示したメアンダラインアンテナ３０のクランク数Ｎ＝３８に比べて大幅に小さくなった。このように、メアンダラインアンテナ７０では、クランク数Ｎが減ることで、その分、導体線幅ｄを太くすることが可能となり、これにより導体抵抗Ｒｌを低減することができる。そして、このようにして導体抵抗Ｒｌが低減されることで、式（１）によって、メアンダラインアンテナ７０の放射効率ηが向上することになる。なお、メアンダラインアンテナ７０は、平板状の誘電体７１の両面に、アンテナ素子４１及びアンテナ素子６１を配置することによって容易に作成することができる。
【００５４】
なお、上記のメアンダラインアンテナ７０を誘電体で挟み込むようにしてもよい。図１４に、この構成のメアンダラインアンテナ８０の断面図を示す。同図に示すように、メアンダラインアンテナ８０は、誘電体８１を、アンテナ素子４１が配置される平面の、誘電体７１がアンテナ素子４１に近接する面とは異なる面から、アンテナ素子４１に近接させて配置し、誘電体８２を、アンテナ素子６１が配置される平面の、誘電体７１がアンテナ素子６１に近接する面とは異なる面から、アンテナ素子６１に近接させて配置するようにしている。
【００５５】
図１４に示すメアンダラインアンテナ７０において、誘電体７１の厚さ（ｇ）を２．０ｍｍ、誘電体８１及び８２の厚さ（ｋ）を１．０ｍｍ、誘電体７１、８１及び８２の比誘電率（εｒ）を１０、アンテナ素子４１及び６１の厚さ（ｔ）を３５μｍとした場合、クランク数Ｎは１４となる。すなわち、図４に示したメアンダラインアンテナ３０のクランク数Ｎ＝３８に比べてＮが大幅に小さくなった。ここで、電磁界シミュレータによるメアンダラインアンテナ８０の主要電気定数の計算値を表６に示す。
【００５６】
［表６］
【００５７】
表６と表５とを比較すると、Ｒｒ及びＲｌともに同様の値が得られている。放射効率ηは−２．２ｄＢの値が得られた。このように、メアンダラインアンテナ７０では、アンテナ素子４１及び６１のクランク数Ｎが小さくなることで、その分、導体線幅ｄを太くすることが可能であり、これにより導体抵抗Ｒｌを低減することができる。そして、このようにして導体抵抗Ｒｌが低減されることで、式（１）によって、メアンダラインアンテナ７０の放射効率ηが向上することになる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態のメアンダラインアンテナによれば、メアンダラインアンテナの放射効率を、アンテナの外形寸法を変化させること無く、大幅に向上することができる。従って、小型化が可能であり、かつ、放射効率の高いメアンダラインアンテナを実現することができる。これにより、例えば、荷物に付けられるＲＦＩＤに本実施形態のメアンダラインアンテナを用いる場合には、一般的なメアンダラインアンテナを用いたＲＦＩＤに比べて、より遠隔の荷物に付されたＲＦＩＤの情報を読み取ることができる。また、本実施形態のメアンダラインアンテナを携帯電話などの無線通信機器に用いた場合には、より遠くの基地局と電波の送受信をすることが可能となり、通信可能範囲を拡大することができる。
【００５９】
なお、上記メアンダラインアンテナ６０、メアンダラインアンテナ７０、メアンダラインアンテナ８０の何れについても、上述した図８に示すメアンダラインアンテナ５０のように、電流量分布に応じて導体線幅を変え、給電点１２から離れるほど導体線幅が細くなるようにしてもよい。この場合、さらに導体抵抗を低減することが可能となり、メアンダラインアンテナの放射効率をより一層向上することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、誘電体の比誘電率をεｒ＝１０としたが、これに限らず、任意の比誘電率の誘電体を用いることができる。また、誘電体の厚さｈ、ｇ、ｋについても、任意のサイズとすることができる。
【００６１】
以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】メアンダラインアンテナの基本構造を示す図である。
【図２】メアンダラインアンテナ１０の入力インピーダンス特性を示す図である。
【図３】「折り返し構造」のメアンダラインアンテナ２０を示す図である。
【図４】「重ね構造」のメアンダラインアンテナ３０を示す図である。
【図５】アンテナ素子を誘電体で挟み込むようにした構成のメアンダラインアンテナ４０の斜視図である。
【図６】メアンダラインアンテナ４０の平面図である。
【図７】メアンダラインアンテナ４０の入力インピーダンス特性を示す図である。
【図８】メアンダラインアンテナ４０のアンテナ素子４１における電流分布を示す図である。
【図９】不均一な導体線幅のメアンダラインアンテナ５０を示す図である。
【図１０】「折り返し構造」のメアンダラインアンテナ２０を誘電体で挟み込んだ構成のメアンダラインアンテナ６０の斜視図である。
【図１１】メアンダラインアンテナ６０の平面図である。
【図１２】「重ね構造」においてアンテナ素子間に誘電体を配置するようにした構成のメアンダラインアンテナ７０の斜視図である。
【図１３】メアンダラインアンテナ７０の平面図である。
【図１４】メアンダラインアンテナ７０を誘電体で挟み込んだ構成のメアンダラインアンテナ８０の断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０ メアンダラインアンテナ
１１ アンテナ素子
１２ 給電点
２０ メアンダラインアンテナ
２１ アンテナ素子
３０ メアンダラインアンテナ
４０ メアンダラインアンテナ
４１ アンテナ素子
４２ 誘電体
４３ 誘電体
５０ メアンダラインアンテナ
５１ アンテナ素子
６０ メアンダラインアンテナ
６１ アンテナ素子
６２ 誘電体
６３ 誘電体
７０ メアンダラインアンテナ
７１ 誘電体
８０ メアンダラインアンテナ
８１ 誘電体
８２ 誘電体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ユビキタス通信の小形無線タグや生体埋め込み用の小形無線センサー、携帯電話などに用いられる、給電部に高周波電圧を印加することにより、導体部より電波を空間に放射する機能を有し、アンテナの物理寸法が波長の数十分の１以下となる超小形のメアンダラインアンテナに関し、特に、小型化が可能であり、かつ、放射効率の高いメアンダラインアンテナの製造方法及びメアンダラインアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタス通信においては、販売現場で扱われている商品などに、電波により識別される荷札（ＲＦＩＤ；Radio Frequency IDentification）を貼り付け、商品の流通に役立てようとする試みが成されている。ＲＦＩＤにはメアンダ形状の素子を用いたメアンダラインアンテナが用いられる。メアンダラインアンテナは、ＲＦＩＤ以外にも携帯電話などに用いられており、例えば、特許文献１にはメアンダ形状の放射素子を用いた携帯無線通信機用のアンテナ手段が開示されている。
【特許文献１】特表２０００−５１６０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＲＦＩＤなどの用途に用いられるメアンダラインアンテナは、これをＲＦＩＤや携帯電話等の小型の電子機器に用いる場合には、その外形寸法を所定の大きさに抑えなければならないという制約がある。このため、このような電子機器に用いられるメアンダラインアンテナには、上記大きさの制約を満たしつつ、電子機器に必要とされる放射効率を有していることが求められる。
【０００４】
本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであり、小型化が可能であり、かつ、放射効率の高いメアンダラインアンテナの製造方法及びメアンダライン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】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明のうち請求項１に記載の発明は、連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置し、前記導体の中央部に給電点を設けてなるメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記導体に近接させて誘電体を配置し、前記誘電体の誘電率を変化させて、前記導体の曲折部分の数を変化させることとする。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記誘電体を、前記導体の両面から挟み込むように、前記導体に近接させて配置することとする。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記導体について、流れる電流量が大きい部分の線幅を、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太く形成することとする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記導体の線幅を、前記給電点から離れるほど細く形成することとする。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、メアンダラインアンテナの製造方法であって、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子とを同一平面に配置し、前記第１の素子の中央部に給電点を設け、前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより、前記第１及び第２の導体を接続したループを形成し、誘電体を、前記ループの両面から挟み込むように、前記ループに近接させて配置することとする。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、メアンダラインアンテナの製造方法であって、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子を配置し、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子を配置し、前記第１の素子の中央部に給電点を設け、前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより、前記第１及び第２の導体を接続したループを形成し、誘電体を、前記第１の導体が配置される平面と、前記第２の導体が配置される平面との間に挟みこまれるように、前記第１及び第２の導体に近接させて配置することとする。
【００１１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、第２の誘電体を、前記第１の導体が配置される平面の、前記誘電体である第１の誘電体が前記第１の導体に近接する面とは異なる面から、前記第１の導体に近接させて配置し、第３の誘電体を、前記第２の導体が配置される平面の、前記第１の誘電体が前記第２の導体に近接する面とは異なる面から、前記第２の導体に近接させて配置することとする。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明は、請求項５乃至７のいずれかに記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかについて、流れる電流量が大きい部分の線幅を、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太く形成することとする。
【００１３】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかの線幅を、前記給電点から離れるほど細く形成することとする。
【００１４】
また、請求項１０に記載の発明は、メアンダラインアンテナであって、連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる素子と、前記素子の中央部に設けられる給電点と、前記素子の両面から挟み込むように前記導体に近接して配置される誘電体と、を備えることとする。
【００１５】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のメアンダラインアンテナであって、前記導体について、流れる電流量の大きい部分の線幅が、流れる電流量の小さい部分の線幅よりも太いこととする。
【００１６】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のメアンダラインアンテナであって、前記導体の線幅は、前記給電点から離れるほど細いこととする。
【００１７】
また、請求項１３に記載の発明は、メアンダラインアンテナであって、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、前記第１の導体が配置される平面と同一平面に配置される、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子と、前記第１の素子の中央部に設けられる給電点と、前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより形成される、前記第１及び第２の導体を接続したループと、前記ループの両面から挟み込むように、前記ループに近接して配置される誘電体と、を備えることとする。
【００１８】
また、請求項１４に記載の発明は、メアンダラインアンテナであって、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子と、前記第１の素子の中央部に設けられる給電点と、前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより形成される、前記第１及び第２の導体を接続したループと、前記第１の導体が配置される平面と、前記第２の導体が配置される平面との間に挟みこまれるように、前記第１及び第２の導体に近接する誘電体と、を備えることとする。
【００１９】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載のメアンダラインアンテナであって、前記第１の導体が配置される平面の、前記誘電体である第１の誘電体が前記第１の導体に近接する面とは異なる面から、前記第１の導体に近接する第２の誘電体と、前記第２の導体が配置される平面の、前記第１の誘電体が前記第２の導体に近接する面とは異なる面から、前記第２の導体に近接する第３の誘電体と、を備えることとする。
【００２０】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１０乃至１５のいずれかに記載のメアンダラインアンテナであって、前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかについて、流れる電流量が大きい部分の線幅は、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太いこととする。
【００２１】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載のメアンダラインアンテナであって、前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかの線幅は、前記給電点から離れるほど細いこととする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、小型化が可能であり、かつ、放射効率の高いメアンダラインアンテナの製造方法及びメアンダラインアンテナを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態につき図面とともに説明する。
【００２４】
図１にメアンダラインアンテナの基本構造を示している。同図に示すメアンダラインアンテナ１０は、連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置して（以下、この形状をメアンダ形状という。）構成される素子（以下、アンテナ素子１１という。）を有してなるものである。このメアンダラインアンテナ１０において、給電点１２はアンテナ素子１１の中央部に設けられる。
【００２５】
図１に示す構造からなる基本構造のメアンダラインアンテナ１０について、アンテナ長（Ｌ）を０．０５λ、アンテナ幅（Ｗ）を０．０４λとして、電磁界シミュレータによるシミュレーションを行った。線幅ｄが０．１ｍｍ、アンテナ素子１１における曲折部分（以下、クランクという。）の総数（Ｎ）が３８である場合における、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）の計算結果を図２のスミスチャートに示す。同図に示すように、７０８．７ＭＨｚに共振点を有しており、この共振点においてメアンダラインアンテナ１０の入力インピーダンスは純抵抗成分（Ｒｉｎ）のみとなる。ここで、抵抗成分Ｒｉｎの内訳は、放射抵抗のＲｒと、導体抵抗のＲｌである。また、アンテナの放射効率（η）は次式で表される。
η＝Rr/（Rr＋Rl） （１）
【００２６】
これらの値を求めたものが、表１である。
［表１］
【００２７】
表１に示すように、基本構造のメアンダラインアンテナ１０では、ＲｌがＲｒに比して１７倍にも大きくなっていることが特徴である。すなわち、基本構造のメアンダラインアンテナ１０では、給電された電波は殆んど導体抵抗Ｒｌにより熱損失として消費されてしまうことを意味している。このため、基本構造のメアンダラインアンテナ１０の放射効率ηは、−１２．５ｄＢと比較的小さな値となっている。
【００２８】
ここで、導体抵抗Ｒｌは、導体の線幅をｄ、導体の厚みをｔとすると、次式で表される。
【００２９】
ここで、δは導体の表皮厚と呼ばれ、次式で表される。
式（３）において、ｆは周波数、μは透磁率、σは導電率を表す。
【００３０】
式（２）より、導体抵抗Ｒｌの値を決める主要因は、導体の長さ（Ｌａ）と導体線幅（ｄ）である。式（２）において、Ｌａ＝７０７ｍｍ、ｄ＝０．１ｍｍと導体として用いた銅の導電率σ＝５．８×１０７（Ｓ／ｍ）を代入するとともに、ｄ＞ｔよりｔを省略すると、Ｒｌ＝２４．５Ωとなる。このようにして算出したＲｌは、表１のＲｌの値と良く対応している。
【００３１】
基本構造のメアンダラインアンテナ１０の放射効率を向上するメアンダラインアンテナ２０の構成を図３に示す。同図に示すように、このメアンダラインアンテナ２０は、アンテナ素子１１及びアンテナ素子２１を同一平面に配置し、アンテナ素子１１の中央部に給電点１２を設け、アンテナ素子１１とアンテナ素子２１との端部同士を短絡して、アンテナ素子１１とアンテナ素子２１とからなるループを形成するようにしている（以下、このメアンダラインアンテナ２０の構造を「折り返し構造」という。）。
【００３２】
図３に示すメアンダラインアンテナ２０では、アンテナ素子が２個（１１、２１）用いられているが、アンテナ素子の数をＭとすると、「折り返し構造」のメアンダラインアンテナにおける主要電気定数（純抵抗成分Ｒｉｎ’、放射抵抗Ｒｒ’、導体抵抗Ｒｌ’、放射効率η’）は、各々次式で表される。
【００３３】
Rr’＝M２× Rr （４）
Rl’＝M×Rl （５）
η’＝ Rr’ /（Rr’＋Rl’）＝M２× Rr / (M２×Rr＋M×Rl) （６）
ここで、Rl’＞ Rr’とすると、Rin’は近似的に次式となる。
η’≒ Rr’/ Rl’＝M×( Rr / Rl )＝M×η （７）
すなわち、アンテナ素子をＭ個用いた「折り返し構造」のメアンダラインアンテナでは、放射効率をＭ倍に向上できることが分かる。図３に示したメアンダラインアンテナ２０では、Ｍ＝２であり、Ｒｒは４倍、Ｒｌは２倍になる。電磁界シミュレータによるメアンダラインアンテナ２０の主要電気定数の計算結果を表２に示す。
【００３４】
［表２］
【００３５】
表２と表１とを比較してみると、放射効率ηは２倍に向上して、３ｄＢの上昇が見られる。また、表２より、電磁界シミュレータにより計算されたＲｒとＲｌは、式（２）の計算値と良く対応し、それぞれ約４倍、約２倍の増加率となっていることが分かる。
【００３６】
次に、上記のような「折り返し構造」とは異なる構成からなるメアンダラインアンテナ３０を図４に示す。同図に示すように、このメアンダラインアンテナ３０では、アンテナ素子１１及び２１をほぼ平行に並べ、アンテナ素子１１の中央部に給電点１２を設け、アンテナ素子１１及び２１の端部同士を短絡して、アンテナ素子１１とアンテナ素子２１とからなるループを形成するようにしている（以下、このメアンダラインアンテナ３０の構造を「重ね構造」という。）。このメアンダラインアンテナ３０では、アンテナ素子１１とアンテナ素子２１とが、０．００４７λの距離（ｇ）をおいてほぼ平行に並べられている。メアンダラインアンテナ３０の主要電気定数を電磁界シミュレータにより計算した結果を表３に示す。
【００３７】
［表３］
【００３８】
表３と表２とを比較すると、メアンダラインアンテナ３０では、上述のメアンダラインアンテナ２０の放射効率に近い−８．３ｄＢの放射効率ηを得ていることが分かる。
【００３９】
以上に説明したように、「折り返し構造」や「重ね構造」の導入により、メアンダラインアンテナの放射効率の向上を図ることができるが、アンテナ素子の数（Ｍ）を増した分だけのＭ倍の効率増加に留まる。ここで放射効率に大きく影響する電気定数は導体抵抗（Ｒｌ）であるため、外形寸法を維持したまま、導体抵抗（Ｒｌ）の低減を図ることができれば、放射効率を向上できる。本実施形態における外形寸法の制約（アンテナ長（Ｌ）＝０．０５λ）の下で、導体抵抗（Ｒｌ）の低減を図るためには、式（２）より、導体長（Ｌａ）を小さくするか、導体線幅（ｄ）を大きくする必要がある。ここで、導体の取り得る最大の線幅（ｄ）とアンテナ長（Ｌ）とクランクの数（Ｎ）との間には、次の式（８）の関係がある。
L ≒ N×d （８）
Ｌは外形寸法の制約として予め決まっているため、ｄを大きくするためにはＮを小さくする必要がある。与えられたＬにおいて、Ｌａ、Ｎなどの値が変わる可能性は、アンテナ周囲の媒質定数の変化である。例えば、誘電率を大きくすると、受信電波の波長が短縮され、共振周波数が小さくなる。従って、誘電率を変化させることにより、アンテナが共振する状態における構造諸元を変化させることができる可能性がある。これにより、メアンダラインアンテナのアンテナ素子におけるクランク数Ｎを変化させることができると考えられる。
【００４０】
そこでまず、本発明者は、アンテナ素子を誘電体で挟み込むようにした。このような構成のメアンダラインアンテナ４０の斜視図を図５に示す。また、図６にメアンダラインアンテナ４０の平面図を示す（なお、図６では誘電体は図示していない。）。図５及び図６に示すメアンダラインアンテナ４０は、アンテナ素子４１と、アンテナ素子４１の中央部に設けられる給電点１２と、アンテナ素子４１を両面から挟み込むようにアンテナ素子４１に近接する誘電体４２及び４３とにより構成されている。ここで誘電体４２及び４３は一体としてもよい。誘電体４２及び４３の厚さｈは０．００２３λである。
【００４１】
なお、誘電体がアンテナ素子に「近接する」という場合には、誘電体とアンテナ素子とが接触している状態や、誘電体とアンテナ素子とが接着剤により密着した状態、誘電体がアンテナ素子のクランク部分に充填されるように密着している状態をも含むものとする。
【００４２】
図５に示すメアンダラインアンテナ４０において、誘電体４２及び４３の比誘電率εｒを１０とした場合、クランク数Ｎ＝１４となる。すなわち、メアンダラインアンテナ４０のアンテナ長（Ｌ）は、図１に示したメアンダラインアンテナ１０の０．０５λと変わらないが、クランク数Ｎを３８から１４と大幅に低減することができた。これに伴い、導体線幅を０．１ｍｍから０．６ｍｍに増加することができた。ここで、メアンダラインアンテナ４０の入力インピーダンス（Ｚｉｎ）の電磁界シミュレータによる計算結果を図７のスミスチャートに示す。同図に示すように、７０４．８ＭＨｚに共振点を有している。また、電磁界シミュレータによるメアンダラインアンテナ４０の主要電気定数の計算結果は表４のようになる。
【００４３】
［表４］
【００４４】
ここで表４と表１との比較において顕著な点は、Ｒｌの値が２５．４Ωであったものが３．８Ωと６分の１以下に低減できたことである。すなわち、誘電体（４２、４３）をアンテナ素子４１の両面から挟み込むようにアンテナ素子４１に近接させることにより、放射効率ηが−１２．５ｄＢから−４．６ｄＢへと、８ｄＢ（６倍強）も大幅に向上されたことになる。このように、メアンダラインアンテナ４０において、アンテナ素子４１（導体）に近接させて誘電体（４２、４３）を配置し、その誘電体（４２、４３）の誘電率を変化させることにより、アンテナ素子４１のクランク数Ｎ（曲折部分）を変化させることができる。ここでアンテナ素子４１のクランク数Ｎを小さくすれば、その分、導体線幅ｄを太くすることが可能であり、これにより導体抵抗Ｒｌを低減することができる。そして、このようにして導体抵抗Ｒｌが低減されることで、式（１）によって、メアンダラインアンテナ４０の放射効率ηが向上することになる。
【００４５】
次に、メアンダラインアンテナに用いられる導体線幅について説明する。メアンダラインアンテナに用いられる導体では、流れる電流量が、給電点からの距離に応じて変化するため、導体線幅も導体を流れる電流量に応じた変化を持たせるほうが、効果的に導体抵抗を小さくできる。図８は、メアンダラインアンテナ４０のアンテナ素子４１において流れる電流量の分布（以下、電流分布という。）を示す図である。同図に示すように、メアンダラインアンテナ４０のアンテナ素子４１では、給電点１２の近くで最も電流が強く（４５）、両端部では電流が零となる（４６）。従って、アンテナ素子４１の給電点１２から離れるほどアンテナ素子４１の導体線幅を細く形成することにより、アンテナ素子４１の導体抵抗を小さくすることができる。
【００４６】
図９は、給電点１２から離れるほど、すなわち中央部から端部に向けて、導体線幅を細く形成したメアンダラインアンテナ５０を示す図である。図９に示すメアンダラインアンテナ５０は、図８に示したメアンダラインアンテナ４０のアンテナ素子４１における電流分布に応じて、アンテナ素子４１の端部から１〜２つ目のクランクの導体線幅ｄ１を０．３５ｍｍ、３〜４つ目のクランクの導体線幅ｄ２を０．５ｍｍ、５〜６つ目のクランクの導体線幅ｄ３を０．８ｍｍとしたものである。このように、メアンダラインアンテナ５０のアンテナ素子５１では、流れる電流量の大きなところの導体線幅が、流れる電流量の少ないところの導体線幅よりも太くなっており、これによりアンテナ素子５１の導体抵抗Ｒｌが低減される。そして、このようにして導体抵抗Ｒｌが低減されることで、式（１）によって、メアンダラインアンテナ５０の放射効率ηが向上することになる。
【００４７】
次に、上述した「折り返し構造」のメアンダラインアンテナ２０や「重ね構造」のメアンダラインアンテナ３０において、誘電体をアンテナ素子に近接させた構成について説明する。
【００４８】
上述した「折り返し構造」のメアンダラインアンテナ２０を誘電体で挟み込んだ構成のメアンダラインアンテナ６０の斜視図を図１０に示す。また、メアンダラインアンテナ６０の平面図を図１１に示す（なお、図１１では誘電体は図示していない。）。図１０及び図１１に示すように、このメアンダラインアンテナ６０は、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなるアンテナ素子４１と、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなるアンテナ素子６１とを同一平面に配置し、アンテナ素子４１の中央部に給電点１２を設け、アンテナ素子４１及び６１の端部同士を短絡することにより、アンテナ素子４１及び６１を接続したループを形成し、そのループの両面から挟み込むように、ループに近接させて誘電体６２及び６３を配置してなるものである。この場合、メアンダラインアンテナ６０のクランク数Ｎは１４となる。このように、メアンダラインアンテナ６０では、図１に示した基本構造のメアンダラインアンテナ１０のクランク数Ｎ＝３８よりも、クランク数Ｎを大幅に小さくすることができる。
【００４９】
メアンダラインアンテナ６０の主要電気定数の電磁界シミュレータによる計算値を表５に示す。
【００５０】
［表５］
【００５１】
表５と表４とを比較すると、Ｒｒは４倍以上の値となっているのに対し、Ｒｌは２倍程度の増加に留まっている。このため、メアンダラインアンテナ６０では、放射効率が更に向上し、メアンダラインアンテナ６０の放射効率ηは、図５に示したメアンダラインアンテナ４０よりも約２ｄＢ高い−２．５ｄＢの値が得られた。このように、メアンダラインアンテナ６０では、アンテナ素子６１に近接させて誘電体６２及び６３を配置したことにより、アンテナ素子６１のクランク数Ｎが減り、その分導体線幅ｄを太くすることが可能となり、これにより導体抵抗Ｒｌを低減することができる。そして、このようにして導体抵抗Ｒｌが低減されることで、式（１）によって、メアンダラインアンテナ６０の放射効率ηが向上することになる。
【００５２】
次に、上述した「重ね構造」のメアンダラインアンテナ３０のアンテナ素子３１及び３２とで挟み込むように、アンテナ素子３１及び３２の間に誘電体を配置するようにしたメアンダラインアンテナ７０について説明する。メアンダラインアンテナ７０の斜視図を図１２及び図１３に示す（なお、図１３では誘電体は図示していない。）。図１２及び図１３に示すように、メアンダラインアンテナ７０では、連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなるアンテナ素子４１を配置し、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなるアンテナ素子６１を配置し、アンテナ素子４１の中央部に給電点１２を設け、アンテナ素子４１及び６１の端部同士を短絡することにより、アンテナ素子４１及び６１を接続したループを形成し、誘電体７１を、アンテナ素子４１が配置される平面と、アンテナ素子６１が配置される平面との間に挟みこまれるように、アンテナ素子４１及び６１に近接させて配置している。
【００５３】
ここで、誘電体７１の厚さｇ（アンテナ素子４１及びアンテナ素子６１の間の距離）は０．００４７λである。この場合、クランク数Ｎは１４となる。このように、メアンダラインアンテナ７０のクランク数Ｎは、図４に示したメアンダラインアンテナ３０のクランク数Ｎ＝３８に比べて大幅に小さくなった。このように、メアンダラインアンテナ７０では、クランク数Ｎが減ることで、その分、導体線幅ｄを太くすることが可能となり、これにより導体抵抗Ｒｌを低減することができる。そして、このようにして導体抵抗Ｒｌが低減されることで、式（１）によって、メアンダラインアンテナ７０の放射効率ηが向上することになる。なお、メアンダラインアンテナ７０は、平板状の誘電体７１の両面に、アンテナ素子４１及びアンテナ素子６１を配置することによって容易に作成することができる。
【００５４】
なお、上記のメアンダラインアンテナ７０を誘電体で挟み込むようにしてもよい。図１４に、この構成のメアンダラインアンテナ８０の断面図を示す。同図に示すように、メアンダラインアンテナ８０は、誘電体８１を、アンテナ素子４１が配置される平面の、誘電体７１がアンテナ素子４１に近接する面とは異なる面から、アンテナ素子４１に近接させて配置し、誘電体８２を、アンテナ素子６１が配置される平面の、誘電体７１がアンテナ素子６１に近接する面とは異なる面から、アンテナ素子６１に近接させて配置するようにしている。
【００５５】
図１４に示すメアンダラインアンテナ７０において、誘電体７１の厚さ（ｇ）を２．０ｍｍ、誘電体８１及び８２の厚さ（ｋ）を１．０ｍｍ、誘電体７１、８１及び８２の比誘電率（εｒ）を１０、アンテナ素子４１及び６１の厚さ（ｔ）を３５μｍとした場合、クランク数Ｎは１４となる。すなわち、図４に示したメアンダラインアンテナ３０のクランク数Ｎ＝３８に比べてＮが大幅に小さくなった。ここで、電磁界シミュレータによるメアンダラインアンテナ８０の主要電気定数の計算値を表６に示す。
【００５６】
［表６］
【００５７】
表６と表５とを比較すると、Ｒｒ及びＲｌともに同様の値が得られている。放射効率ηは−２．２ｄＢの値が得られた。このように、メアンダラインアンテナ７０では、アンテナ素子４１及び６１のクランク数Ｎが小さくなることで、その分、導体線幅ｄを太くすることが可能であり、これにより導体抵抗Ｒｌを低減することができる。そして、このようにして導体抵抗Ｒｌが低減されることで、式（１）によって、メアンダラインアンテナ７０の放射効率ηが向上することになる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態のメアンダラインアンテナによれば、メアンダラインアンテナの放射効率を、アンテナの外形寸法を変化させること無く、大幅に向上することができる。従って、小型化が可能であり、かつ、放射効率の高いメアンダラインアンテナを実現することができる。これにより、例えば、荷物に付けられるＲＦＩＤに本実施形態のメアンダラインアンテナを用いる場合には、一般的なメアンダラインアンテナを用いたＲＦＩＤに比べて、より遠隔の荷物に付されたＲＦＩＤの情報を読み取ることができる。また、本実施形態のメアンダラインアンテナを携帯電話などの無線通信機器に用いた場合には、より遠くの基地局と電波の送受信をすることが可能となり、通信可能範囲を拡大することができる。
【００５９】
なお、上記メアンダラインアンテナ６０、メアンダラインアンテナ７０、メアンダラインアンテナ８０の何れについても、上述した図８に示すメアンダラインアンテナ５０のように、電流量分布に応じて導体線幅を変え、給電点１２から離れるほど導体線幅が細くなるようにしてもよい。この場合、さらに導体抵抗を低減することが可能となり、メアンダラインアンテナの放射効率をより一層向上することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、誘電体の比誘電率をεｒ＝１０としたが、これに限らず、任意の比誘電率の誘電体を用いることができる。また、誘電体の厚さｈ、ｇ、ｋについても、任意のサイズとすることができる。
【００６１】
以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】メアンダラインアンテナの基本構造を示す図である。
【図２】メアンダラインアンテナ１０の入力インピーダンス特性を示す図である。
【図３】「折り返し構造」のメアンダラインアンテナ２０を示す図である。
【図４】「重ね構造」のメアンダラインアンテナ３０を示す図である。
【図５】アンテナ素子を誘電体で挟み込むようにした構成のメアンダラインアンテナ４０の斜視図である。
【図６】メアンダラインアンテナ４０の平面図である。
【図７】メアンダラインアンテナ４０の入力インピーダンス特性を示す図である。
【図８】メアンダラインアンテナ４０のアンテナ素子４１における電流分布を示す図である。
【図９】不均一な導体線幅のメアンダラインアンテナ５０を示す図である。
【図１０】「折り返し構造」のメアンダラインアンテナ２０を誘電体で挟み込んだ構成のメアンダラインアンテナ６０の斜視図である。
【図１１】メアンダラインアンテナ６０の平面図である。
【図１２】「重ね構造」においてアンテナ素子間に誘電体を配置するようにした構成のメアンダラインアンテナ７０の斜視図である。
【図１３】メアンダラインアンテナ７０の平面図である。
【図１４】メアンダラインアンテナ７０を誘電体で挟み込んだ構成のメアンダラインアンテナ８０の断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０ メアンダラインアンテナ
１１ アンテナ素子
１２ 給電点
２０ メアンダラインアンテナ
２１ アンテナ素子
３０ メアンダラインアンテナ
４０ メアンダラインアンテナ
４１ アンテナ素子
４２ 誘電体
４３ 誘電体
５０ メアンダラインアンテナ
５１ アンテナ素子
６０ メアンダラインアンテナ
６１ アンテナ素子
６２ 誘電体
６３ 誘電体
７０ メアンダラインアンテナ
７１ 誘電体
８０ メアンダラインアンテナ
８１ 誘電体
８２ 誘電体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置し、前記導体の中央部に給電点を設けてなるメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記導体に近接させて誘電体を配置し、
前記誘電体の誘電率を変化させて、前記導体の曲折部分の数を変化させること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記誘電体を、前記導体の両面から挟み込むように、前記導体に近接させて配置すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記導体について、流れる電流量が大きい部分の線幅を、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太く形成すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記導体の線幅を、前記給電点から離れるほど細く形成すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項５】
連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子とを同一平面に配置し、
前記第１の素子の中央部に給電点を設け、
前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより、前記第１及び第２の導体を接続したループを形成し、
誘電体を、前記ループの両面から挟み込むように、前記ループに近接させて配置すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項６】
連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子を配置し、
連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子を配置し、
前記第１の素子の中央部に給電点を設け、
前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより、前記第１及び第２の導体を接続したループを形成し、
誘電体を、前記第１の導体が配置される平面と、前記第２の導体が配置される平面との間に挟みこまれるように、前記第１及び第２の導体に近接させて配置すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
第２の誘電体を、前記第１の導体が配置される平面の、前記誘電体である第１の誘電体が前記第１の導体に近接する面とは異なる面から、前記第１の導体に近接させて配置し、
第３の誘電体を、前記第２の導体が配置される平面の、前記第１の誘電体が前記第２の導体に近接する面とは異なる面から、前記第２の導体に近接させて配置すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかに記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかについて、流れる電流量が大きい部分のの線幅を、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太く形成すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかの線幅を、前記給電点から離れるほど細く形成すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項１０】
連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる素子と、
前記素子の中央部に設けられる給電点と、
前記素子の両面から挟み込むように前記導体に近接して配置される誘電体と、
を備えることを特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のメアンダラインアンテナであって、
前記導体について、流れる電流量の大きい部分の線幅が、流れる電流量の小さい部分の線幅よりも太いこと、
を特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のメアンダラインアンテナであって、
前記導体の線幅は、前記給電点から離れるほど細いこと、
を特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１３】
連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、
前記第１の導体が配置される平面と同一平面に配置される、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子と、
前記第１の素子の中央部に設けられる給電点と、
前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより形成される、前記第１及び第２の導体を接続したループと、
前記ループの両面から挟み込むように、前記ループに近接して配置される誘電体と、
を備えることを特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１４】
連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、
連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子と、
前記第１の素子の中央部に設けられる給電点と、
前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより形成される、前記第１及び第２の導体を接続したループと、
前記第１の導体が配置される平面と、前記第２の導体が配置される平面との間に挟みこまれるように、前記第１及び第２の導体に近接する誘電体と、
を備えることを特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のメアンダラインアンテナであって、
前記第１の導体が配置される平面の、前記誘電体である第１の誘電体が前記第１の導体に近接する面とは異なる面から、前記第１の導体に近接する第２の誘電体と、
前記第２の導体が配置される平面の、前記第１の誘電体が前記第２の導体に近接する面とは異なる面から、前記第２の導体に近接する第３の誘電体と、
を備えることを特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１６】
請求項１０乃至１５のいずれかに記載のメアンダラインアンテナであって、
前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかについて、流れる電流量が大きい部分の線幅は、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太いこと、
を特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のメアンダラインアンテナであって、
前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかの線幅は、前記給電点から離れるほど細いこと、
を特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１】
連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置し、前記導体の中央部に給電点を設けてなるメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記導体に近接させて誘電体を配置し、
前記誘電体の誘電率を変化させて、前記導体の曲折部分の数を変化させること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記誘電体を、前記導体の両面から挟み込むように、前記導体に近接させて配置すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記導体について、流れる電流量が大きい部分の線幅を、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太く形成すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記導体の線幅を、前記給電点から離れるほど細く形成すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項５】
連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子とを同一平面に配置し、
前記第１の素子の中央部に給電点を設け、
前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより、前記第１及び第２の導体を接続したループを形成し、
誘電体を、前記ループの両面から挟み込むように、前記ループに近接させて配置すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項６】
連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子を配置し、
連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子を配置し、
前記第１の素子の中央部に給電点を設け、
前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより、前記第１及び第２の導体を接続したループを形成し、
誘電体を、前記第１の導体が配置される平面と、前記第２の導体が配置される平面との間に挟みこまれるように、前記第１及び第２の導体に近接させて配置すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
第２の誘電体を、前記第１の導体が配置される平面の、前記誘電体である第１の誘電体が前記第１の導体に近接する面とは異なる面から、前記第１の導体に近接させて配置し、
第３の誘電体を、前記第２の導体が配置される平面の、前記第１の誘電体が前記第２の導体に近接する面とは異なる面から、前記第２の導体に近接させて配置すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかに記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかについて、流れる電流量が大きい部分のの線幅を、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太く形成すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のメアンダラインアンテナの製造方法であって、
前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかの線幅を、前記給電点から離れるほど細く形成すること、
を特徴とするメアンダラインアンテナの製造方法。
【請求項１０】
連続する導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる素子と、
前記素子の中央部に設けられる給電点と、
前記素子の両面から挟み込むように前記導体に近接して配置される誘電体と、
を備えることを特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のメアンダラインアンテナであって、
前記導体について、流れる電流量の大きい部分の線幅が、流れる電流量の小さい部分の線幅よりも太いこと、
を特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のメアンダラインアンテナであって、
前記導体の線幅は、前記給電点から離れるほど細いこと、
を特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１３】
連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、
前記第１の導体が配置される平面と同一平面に配置される、連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子と、
前記第１の素子の中央部に設けられる給電点と、
前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより形成される、前記第１及び第２の導体を接続したループと、
前記ループの両面から挟み込むように、前記ループに近接して配置される誘電体と、
を備えることを特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１４】
連続する第１の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第１の素子と、
連続する第２の導体を繰り返し逆方向に曲折させて平面状に配置してなる第２の素子と、
前記第１の素子の中央部に設けられる給電点と、
前記第１及び第２の導体の端部同士を短絡することにより形成される、前記第１及び第２の導体を接続したループと、
前記第１の導体が配置される平面と、前記第２の導体が配置される平面との間に挟みこまれるように、前記第１及び第２の導体に近接する誘電体と、
を備えることを特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のメアンダラインアンテナであって、
前記第１の導体が配置される平面の、前記誘電体である第１の誘電体が前記第１の導体に近接する面とは異なる面から、前記第１の導体に近接する第２の誘電体と、
前記第２の導体が配置される平面の、前記第１の誘電体が前記第２の導体に近接する面とは異なる面から、前記第２の導体に近接する第３の誘電体と、
を備えることを特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１６】
請求項１０乃至１５のいずれかに記載のメアンダラインアンテナであって、
前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかについて、流れる電流量が大きい部分の線幅は、流れる電流量が小さい部分の線幅よりも太いこと、
を特徴とするメアンダラインアンテナ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のメアンダラインアンテナであって、
前記第１及び第２の導体の少なくともいずれかの線幅は、前記給電点から離れるほど細いこと、
を特徴とするメアンダラインアンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−２２２９１８（Ｐ２００６−２２２９１８Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６９４０（Ｐ２００５−３６９４０）
【出願日】平成１７年２月１４日（２００５．２．１４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１６年９月１日 社団法人電子情報通信学会通信ソサイエティ発行の「電子情報通信学会論文誌（ＪＢ７−Ｂ） 第９号」に発表
【出願人】（５０５０５４５３１）
【出願人】（５０５０５３９７０）
【出願人】（５０４３８５７０８）マイティカード株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１４日（２００５．２．１４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１６年９月１日 社団法人電子情報通信学会通信ソサイエティ発行の「電子情報通信学会論文誌（ＪＢ７−Ｂ） 第９号」に発表
【出願人】（５０５０５４５３１）
【出願人】（５０５０５３９７０）
【出願人】（５０４３８５７０８）マイティカード株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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