非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ
【課題】特性に優れるとともに、汎用性に富んだユビキタス通信用途に好適な非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナを提供する。
【解決手段】金属板と、金属線が螺旋状に巻回されてなるとともに前記金属板に近接して配置されるコイルと、給電点に接続された導体から構成される結合素子とを備え、前記金属板の面法線方向を上下方向として、前記コイルは、螺旋軸延長方向が前記金属板の面と平行となるように当該金属板の上方に近接して配置され、前記結合素子は、前記コイルおよび前記金属板と非接触で上下方向に積層された状態で、前記金属板の上方に配置されている非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナとした。
【解決手段】金属板と、金属線が螺旋状に巻回されてなるとともに前記金属板に近接して配置されるコイルと、給電点に接続された導体から構成される結合素子とを備え、前記金属板の面法線方向を上下方向として、前記コイルは、螺旋軸延長方向が前記金属板の面と平行となるように当該金属板の上方に近接して配置され、前記結合素子は、前記コイルおよび前記金属板と非接触で上下方向に積層された状態で、前記金属板の上方に配置されている非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ノーマルモードヘリカルアンテナに関し、具体的には、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などに適用可能な小型のノーマルモードヘリカルアンテナにおける給電方式の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
＝＝＝タグについて＝＝＝
ユビキタス通信の一つのサービス形態として、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：無線を用いた情報識別 ）システムがある。このシステムは、例えば、商品の流通管理や空港における手荷物の自動仕分け作業などに利用されており、商品や手荷物などにＩＣとアンテナとを含んで構成される電波荷札（タグ）を貼り付け、そのＩＣに書き込まれた情報を読み取り、その情報に基づいて在庫管理をしたり、手荷物の仕分けをしたりするのである。
【０００３】
図１にタグの実用例を（Ａ）と（Ｂ）に示した。これらのタグ（２００ａ，２００ｂ）は、扁平矩形状の基板（２２０ａ，２２０ｂ）上にアンテナ部分（２１０ａ，２１０ｂ）となる金属配線が適宜な形状にパターニングされており、そのアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）の形状は、ダイポールアンテナに分類されるものである。また、基板（２２０ａ，２２０ｂ）の長辺（２２１ａ，２２１ｂ）は、アンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）の長さ（Ｌ４，Ｌ５）にほぼ等しく、その長さ（Ｌ４，Ｌ５）は、送受信する電波の半波長程度となっている。
【０００４】
そして、基板（２２０ａ，２２０ｂ）上に印刷配線されたアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）の長さ方向の中央には、ＩＣチップ２３０が配置され、アンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）を構成する印刷配線にこのＩＣ２３０が接続されている。
【０００５】
周知のごとく、このようなタグ（２００ａ，２００ｂ）では、電波を受信するとアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）に図中矢印で示した方向に電流Ｉが流れ、その電流Ｉを電源として能動化されたＩＣ２３０が自身に記憶されているデータの信号をアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）に送出し、その信号を電波として放射させる。
【０００６】
＝＝＝従来のタグにおける問題点＝＝＝
ところで、上述したようなタグ（２００ａ，２００ｂ）では、金属や液体などの導電体に近接すると、これらの導電体の影響により電流によって放射される電波が著しく低減されてしまうという問題がある。図２に、この問題の原因についての概略図を示した。この図では、アンテナ（１１１ａ〜１１１ｄ）とそれに近接する金属板２０との配置関係に応じ、（Ａ）（Ｂ）に示した良好に動作するアンテナ（１１１ａ，１１１ｂ）と、（Ｃ）（Ｄ）に示した良好に動作しないアンテナ（１１１ｃ，１１１ｄ）とを電気映像（１１２ａ〜１１２ｄ）によって説明している。また、そのアンテナ（１１１ａ〜１１１ｄ）を構成する導体の形状が（Ａ）（Ｃ）に示した直線状のアンテナ（直線アンテナ：１１１ａ，１１１ｃ）と、（Ｂ）（Ｄ）に示したループ状のアンテナ（ループアンテナ：１１１ｂ，１１１ｄ）のそれぞれについて説明している。
【０００７】
実際のアンテナ（現実アンテナ：１１１ａ〜１１１ｄ）に対し、金属板２０の影響は、図中点線で示されている電気映像（１１２ａ〜１１２ｄ）によって表される。まず、直線アンテナ（１１１ａ，１１１ｃ）について説明すると、（Ａ）に示したように、アンテナ１１１ａが金属板２０の面２１に対して垂直に配置されている場合では、現実アンテナ１１１ａと電気映像１１２ａとで電流Ｉが同方向になり、良好に動作する。一方、（Ｃ）に示したように、直線アンテナ１１１ｃが金属板２０の面２１に対して平行に配置されている場合、すなわち、電流Ｉが金属板２０に対して平行に流れる場合では、現実アンテナ１１１ｃと電気映像１１２ｃとで電流Ｉが逆方向になり、電流Ｉが相殺され、良好に動作しない。
【０００８】
次にループアンテナ（１１１ｂ,１１１ｄ）について説明すると、ループ状導体に流れる電流Ｉはそのループ面１１３を貫通する磁流Ｊと等価であり、これを磁流源Ｊと考えることができる。そして，（Ｂ）に示したように、ループ面１１３を垂直に貫通する軸が金属板２０に対して平行となる場合、すなわち、ループ面１１３が金属板２０の面２１に対して垂直に配置される場合では、現実アンテナ１１１ｂと電気映像１１２ｂとで磁流Ｊ同方向になり、アンテナ１１１ｂは良好に動作するが、（Ｄ）に示したように、ループ面１１３が金属板２０の面２１と平行となる場合には、現実アンテナ１１１ｄと電気映像１１２ｄとでは磁流Ｊが逆方向となり、アンテナ１１１ｄは良好に動作しない。
【０００９】
以上より、（Ａ）（Ｂ）に示した良好に動作するアンテナ（１１１ａ,１１１ｂ）では、現実アンテナ（１１１ａ,１１１ｂ）の放射が、電気映像（１１２ａ,１１２ｂ）により増強され、（Ｃ）（Ｄ）に示した良好に動作しないアンテナ（１１１ｃ,１１１ｄ）では、その現実アンテナ（１１１ｃ,１１１ｄ）の放射が、電気映像（１１２ｃ,１１２ｄ）により相殺されてしまうことがわかる。そして、図１に示したタグ（２００ａ，２００ｂ）に使用されるアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）などは、（Ｃ）に示した良好に動作しないアンテナ（１１１ｃ,１１１ｄ）に相当し、従来のタグでは、金属板２０が近接配置された環境で使用されたり、タグ（２００ａ，２００ｂ）を貼る対象物が金属製であったりすると、ＲＦＩＤシステムが正常に動作しない。また、生体に埋め込むタグなどでは、体液や血液など、導体として作用する液体がタグの周囲に存在することになり、金属板２０の場合と同様にＲＦＩＤシステムが正常に動作しない。
【００１０】
もちろん、図１に示したタグ（２００ａ，２００ｂ）を金属板２０に対して直交させればアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）は動作するが、タグ（２００ａ，２００ｂ）を対象物に対して直交配置すれば、対象物からタグ（２００ａ，２００ｂ）が大きく突出することになり、実用上問題が多い、以上から、金属板２０に近接配置するアンテナとしては、図２（Ｂ）に示したような磁流動作するループアンテナが適することが分かる。
【００１１】
＝＝＝ノーマルモードヘリカルアンテナ＝＝＝
代表的な磁流動作アンテナとして、ノーマルモードヘリカルアンテナがある。図３に、ノーマルモードヘリカルアンテナ１００ａの基本構造を示した。ノーマルモードヘリカルアンテナ１００ａは、細い金属の導線を螺旋状に巻回した本体（コイル）１１０ａに給電点１３０ａを接続した構造を基本としている。直径ｄ１の金属線を長さＬ１に渡って幅Ｗ１となるようにＮ回巻回したコイル１１０ａは、電気的に、アンテナ長Ｌ１に等しい直径ｄ１の直線状導体１１１と、幅Ｗ１のＮ個のループ状導体１１２に分解できる。直線状導体１１１に対応する部分は微小ダイポールアンテナに相当し、微小電流Ｉで動作する。ループ状導体１１２に対応する部分は、ループに沿って電流が流れるため、電気的には小さな円板の磁石と同様の働きをし、微小磁流Ｊで動作する。
【００１２】
ここで、ノーマルモードヘリカルアンテナアンテナ１００ａにおけるコイル１１０ａの螺旋軸１１に対し、面２１が平行となるように金属板２０をこのコイル１１０ａに近接配置すると、微小電流Ｉと微小磁流Ｊが金属板２０の面２１に並行して流れる。そして、図２に示したアンテナ（１１１ａ〜１１１ｄ）における金属板２０の配置を考慮すると、良好に動作するのは微小磁流Ｊで動作するループ状導体１１２部分だけとなる。なお、金属板２０が近接しない状態では、微小電流Ｉと微小磁流Ｊが共に動作し、ノーマルモードヘリカルアンテナ１００ａは、金属板２０が近接配置されているかどうかにかかわらず動作する、という万能の特性を有することが分かる。
【００１３】
＝＝＝ノーマルモードヘリカルアンテナを用いたタグ＝＝＝
図４は、金属板２０に近接配置されたノーマルモードヘリカルアンテナ１００ｂにＩＣチップ１３０ｂを接続したタグ１０１の作製例を示している（特許文献１、非特許文献１参照）。この例では、金属板２０を下方とすると、その金属板２０の上面２１に発泡スチロールからなるスペーサ１４０を介して、ノーマルヘリカルアンテナ１００ｂを配置した構成であり、金属板２０の面２１とアンテナ本体であるコイル１１０ｂの螺旋軸１１の延長方向とが互いに平行となるように配置されている。なお、ＩＣチップ１３０ｂはスペーサ１４０の上方に実装されている。
【００１４】
また、図示したタグ１０１では、コイル１１０ｂをその螺旋軸１１に対して切断したときの断面形状（ループ形状）が上下に扁平な矩形状となっており、当該矩形の長辺１２が金属板２０および基板１４０の面（２１，１４１）と平行となるようにしている。それによって、上下方向の厚さが薄くなり、タグに適した形状となっている。
【００１５】
コイル１１０ｂへの給電方法は、タップ給電法と呼ばれるもので、コイル１１０ｂを構成する金属線とＩＣチップ１３０ｂとを２本の導線によって構成されるタップ１３１を介して接続する方法である。このタップ１３１を構成する２本の導線は、コイル１１０ｂのループの上下の長辺１２部分にそれぞれ接続されており、この構造においては、ＩＣチップ１３０ｂの位置がノーマルモードヘリカルアンテナ１００ｂの給電点に相当する。そして、このタップ１３１を構成する導線の長さや導線間隔などを調整することによって、ＩＣチップ１３０ｂとコイル１１０ｂとのインピーダンスを整合させている。なお、図４に示したタグ１０１におけるノーマルモードヘリカルアンテナ１００ｂは、動作周波数ｆ＝９５３ＭＨｚ、すなわち、波長λ＝３１５ｍｍ、巻き数Ｎ＝６で、自己共振構造となっている。そして、波長をλとして、アンテナ長Ｌ１＝０．０４９λ、幅Ｗ１＝０．０４５λであり、極めて小型のアンテナとなっている。
【００１６】
しかしながら、上記タップ給電法では、扁平矩形状のループによってアンテナ本体であるコイル１１０ｂを小型にすることができても、タップ１３１をコイル１１０ｂに接続する必要があり、この接続部分によってタグ１０１自体の小型化を困難にしている。また、タグ１０１を製造する際に、タップ１３１をコイル１１０ｂに直接接続する工程に時間やコストがかかり、製品を安価に大量に製造することが困難となる。さらに、ＩＣチップ１３０ｂは、メーカごとの仕様や個体差などがあり、コイル１１０ｂと給電点であるＩＣチップ１３０ｂとのインピーダンスを整合させるためにタップ１３１の長さなどを微調整する必要がある。タップ１３１を直接コイル１１０ｂに接続する構造では、この微調整にさらに多くのコストが掛かることになる。したがって、給電方式としては、タップ１３１を用いない非接触給電方式が好ましい。
【００１７】
＝＝＝非接触給電方式について＝＝＝
アンテナにおける非接触給電方法としては、以下の文献１〜５などに記載されている方法がある。図５および図６に、これらの文献に記載されている給電方法の概略を示した。図５は、下記非特許文献2に記載されている各種非接触給電方法であり、軸モードヘリカルアンテナ３００ａ、すなわち、ループの周囲長がほぼ１波長の大きさを有し、螺旋軸の延長方向へ電波を放射するアンテナにおける非接触給電方法を示している。例えば、（Ａ）に示した構造では、給電部３３０ａと放射部３１０ａの螺旋軸１１を一致させて配置して、放射部３１０ａを励振させている。また、（Ｂ）に示したアンテナ３１０ｂのように、２重コイルの一方を給電部３３０ｂとし、一方をアンテナとなる放射部３１０ｂとした構造もある。（Ｃ）に示したアンテナ３１０ｃの構造では、放射部３１０ｃの螺旋内部に２本の伝送線３３０ｃを挿入し、この電送線３３０ｃの延長方向に伝搬する電界により放射部３１０ｃを励振させている。しかし、いずれも、軸モードヘリカルアンテナにおける非接触給電方法であり、ループの周囲長が１波長分と長く、本発明が対象とする、タグにも適用可能なノーマルモードヘリカルアンテナにこれらの給電方法を適用することはできない。なお、図６（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ以下の非特許文献３と非特許文献４に記載された非接触給電型アンテナについての説明図であり、（Ａ）はその原理を示しており、（Ｂ）はメアンダラインアンテナにその原理を応用した具体例に対応している。しかし、これらの非接触給電型アンテナ（４００ａ，４００ｂ）は、図からも明らかなように、給電部となるループ状の結合素子（４３０ａ，４３０ｂ）に流れる電流によってアンテナ（４１０ａ，４１０ｂ）に電磁誘導に伴う電流を発生させる電流動作型であり、上述した従来のタグ（２００ａ，２００ｂ）に採用されているアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）と同様に、金属板２０の近くに配置されると良好な動作状態を維持することができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００７−１９５０６９号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Wongook Hong, Yoshihide Yamada and Naobumi Michishita, ” Low profile smallnormal mode helical antenna achieving long communication distance”, 2008 IEEEInternational Workshop on Antenna Technology (iWAT08), pp.167-170 , March 2008
【非特許文献２】J.D.Kraus, ”ANTENNAS Second Edition”, McGraw-Hill Book Company, Chapter 7,pp.323-324, 1988
【非特許文献３】H.W.Son and C.S.Pyo, ”Design of RFID tag antennas using an inductively coupledfeed”, McGraw-Hill Book Company, Chapter 7, pp.323-324, 1988
【非特許文献４】KyoheiFujimoto, ”Mobile Antenna Systems Handbook, Third Edition”,Artech House,Chapter 13, pp.609-610, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
タグなどのユビキタス通信システムに適用可能なアンテナは、その動作モードが電流動作であると、金属板の近くに配置されると動作不良を起こす。ノーマルモードヘリカルアンテナは電流動作部分と磁流動作部分とを混在させた構造により、金属板の近くに配置されても磁流動作部分により良好に動作する。そして、ノーマルモードヘリカルアンテナは、全長が送受信する電波の波長の１／１０程度であり、軽量小型化が要求されるユビキタス通信システムに適用することが可能である。しかし、タグへの使用を想定した従来のノーマルモードヘリカルアンテは、タップ給電法を採用しており、アンテナ本体以外のタップによってタグ自体の小型化に限界があった。したがって、非接触給電方法を採用したノーマルモードヘリカルアンテナが望まれる。
【００２１】
ここで、本発明者は、ノーマルモードヘリカルアンテナに対して非接触給電方法を採用するのに当たり、次の点について考察した。まず、従来のタップに相当する結合素子と金属板との配置関係を考慮しないとアンテナとしての特性が劣化する。そのため、ノーマルモードヘリカルアンテナの本体と、結合素子、金属板との配置を最適化することが必要であると考えた。もちろん、使用状況に応じて簡単に設計変更が可能で、さらに、ＩＣチップの個体差などに起因するインピーダンスの不整合に対しても柔軟に対応できる構造も必要であると考えた。本発明はこのような考察に基づいて創作されたものであり、その目的は、特性に優れるとともに、汎用性に富んだユビキタス通信用途に好適な非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するための本発明は、次の事項（１）〜（３）によって特定される非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナである。
（１）金属板と、金属線が螺旋状に巻回されてなるとともに前記金属板に近接して配置されるコイルと、給電点に接続された導体から構成される結合素子とを備えること。
（２）前記金属板の面法線方向を上下方向として、前記コイルは、螺旋軸延長方向が前記金属板の面と平行となるように当該金属板の上方に近接して配置されていること。
（３）前記結合素子は、前記コイルおよび前記金属板と非接触で上下方向に積層された状態で、前記金属板の上方に配置されていること。
【００２３】
本発明は、上記（１）〜（３）に加え、以下の事項（21）（31）（41）の何れか事項によって特定される非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナとすることもできる。
（21）前記結合素子は、前記金属板の上方に配置された前記コイルの上方に積層された状態で当該アンテナ本体に近接配置されていること。
（31）前記結合素子は、前記金属板と前記コイルとの間に挿入された状態で配置されていること。
（41）請求項１において前記結合素子は、その一部あるいは全部が前記コイルの内側に挿入された状態で配置されていること。
【００２４】
また、上記（１）〜（３）と（21）（31）（41）のいずれかの事項と、以下の（51）（61）（71）（81）のいずれかの事項によって特定される非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナも本発明の範囲である。
（51）前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記コイルの螺旋軸延長方向に延長しつつ、前記コイルの全長より短い直線状導体であること。
（61）前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記コイルの螺旋軸延長方向と直交する方向に延長する直線状導体であること。
（71）前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記螺旋軸延長方向を長手方向とした扁平なループ状導体で、当該長手方向の長さが前記コイルの全長より短く、前記ループの面が前記金属板の面と平行となるように配置されていること。
（81）前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記螺旋軸延長方向に扁平したループ状導体で、当該扁平ループの長手方向が前記螺旋軸延長方向と直交するとともに、当該ループの面が前記金属板の面と平行となるように配置されていること。
【００２５】
本発明は、上記事項（１）〜（３）と、以下の事項（91）または事項（101）とによって特定される非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナとしてもよい。
（91）前記螺旋軸延長方向を前後方向として、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、上下に扁平なループ状導体からなり、当該ループ面が前記コイルの前記断面と対面するように前記コイルの前方あるいは後方に配置されていること。
（101）前記螺旋軸延長方向を前後方向として、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、上下に扁平なループ状導体からなり、当該ループ面が前記コイルの前記断面と対面するように、その一部あるいは全部が前記コイルの内側に挿入された状態で配置されていること。
【００２６】
そして、上記いずれかの非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナは、さらに次の事項（111）と事項（112）のいずれか、または両方を要件として備えていてもよい。
（111）前記コイルの全長は送受信する電波の波長の１／１０以下であること。
（112）前記金属板の周縁は上方に立設する壁面が形成され、前記コイルと、前記給電点と、当該給電点に接続された前記結合素子は、当該壁面により取り囲まれた領域に配置されていること。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、小型・薄型化が可能であるとともに、特性に優れ、汎用性にも富んだユビキタス通信用途に好適な非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】典型的なタグの構造を示す図である。
【図２】上記タグなどに採用されているアンテナの問題点を説明するための図である。
【図３】ノーマルモードヘリカルアンテナの基本構造を示す図である。
【図４】ノーマルモードヘリカルアンテナを採用したタグの従来例を示す図である。
【図５】軸モードヘリカルアンテナにおける各種非接触給電方式の原理を示す図である。
【図６】電流動作型のアンテナにおける非接触給電方式の原理図（Ａ）と、その具体例における構造図（Ｂ）である。
【図７】非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの基本構成図である。
【図８】直接給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造と誘起電流の状態を示す図である。
【図９】上記直接給電型ノーマルモードヘリカルアンテナのインピーダンス特性図（Ａ）と、放射特性図（Ｂ）である。
【図１０】上記直接給電型ノーマルモードヘリカルアンテナにおける電解分布を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施例における非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造図である。
【図１２】上記第１の実施例のアンテナにおける各種条件を説明するための図である。
【図１３】上記第１の実施例のアンテナの誘起電流特性図である。
【図１４】上記第１の実施例のアンテナのインピーダンス特性図である。
【図１５】本発明の第２の実施例における非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造図である。
【図１６】上記第２の実施例のアンテナにおける各種条件を説明するための図である。
【図１７】上記第２の実施例のアンテナの誘起電流特性図（Ａ）と、インピーダンス特性図（Ｂ）である。
【図１８】本発明の第３の実施例における非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造図である。
【図１９】上記第３の実施例のアンテナにおける各種条件を説明するための図である。
【図２０】上記第３の実施例のアンテナの誘起電流特性図（Ａ）と、インピーダンス特性図（Ｂ）である
【図２１】本発明の第１の具体例における非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造図である。
【図２２】上記第１の具体例のアンテナの誘起電流特性図である。
【図２３】本発明の第２の具体例における非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造図である。
【図２４】上記第２の具体例のアンテナの誘起電流特性図（Ａ）と、インピーダンス特性図（Ｂ）である
【発明を実施するための形態】
【００２９】
＝＝＝非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの基本構造＝＝＝
図７に、本発明の非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの基本構造を示した。本発明の非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ（以下、アンテナ）１は、アンテナ本体であるコイル１０が金属板２０に近接配置されることを前提として、当該コイル１０の螺旋軸１１と金属板の板面２１とが平行となるように配置するとともに、このコイル１０に給電するための結合素子３０をコイル１０に非接触状態で近接配置した構造を基本としている。そのため、本発明のアンテナ１は、タップ給電法のように、タップとなる配線を引き回す際の凹凸がなく、原理的に薄型化が可能となっている。以下、金属板２０の面法線方向を上下方向とし、コイル１０の螺旋軸１１の延長方向を前後方向とし、上下方向と前後方向の双方に直交する方向を左右方向として説明する。なお、図７に示したアンテナ１では、金属板２０の上方にコイル１０が配置され、その上方に結合素子３０が配置されているが、本発明では、金属板２０とコイル１０と結合素子３０の相互の配置関係や、結合素子３０の形状に応じて様々な実施形態が存在する。
【００３０】
＝＝＝本発明の有効性について＝＝＝
まず、図４に示したようなタグと同様に、タップ給電法を採用したノーマルモードヘリカルアンテナに金属板を近接配置した直接給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの電気特性をシミュレーションによって検討することで本発明の有効性を判断し、その上で、金属板２０とコイル１０と結合素子３０の配置関係に応じた３つの実施形態（第１の実施例〜第３の実施例）を挙げ、本発明を説明する。なお、上記有効性の判断に当たっては、直接給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ（従来例）の電気特性を周知のモーメント法による電磁界シミュレータを用いて求め、その特性を基準として、本発明のアンテナの特性とその基準とを比較した。
【００３１】
図８にシミュレーションに用いた従来例１０１の構造を示した。（Ａ）は上方から見たときの平面図であり、（Ｂ）は左右いずれかの側から見た側面図である。なお、この図８では、給電点１３０の位置と、コイル１０における電流値の大小も合わせて示しており、電流値の大小を濃淡によって示した。ここでは、電流値が大きいほど濃くなっている。ここに示した従来例は、金属板２０の面２１上にコイル１０を配置した構造であり、コイル２０は、太さｄ１＝１ｍｍの導線を巻回してなり、その巻回したときに形成されるループの形状、すなわちコイルの断面形状が上下に扁平な矩形状となっている。そして、金属板２０と距離ｓ１＝１ｍｍの間隙を介して配置されている。
【００３２】
シミュレーションでは、金属板２０を無限大の平板とし、コイル１０のサイズは、タグへの適用を考慮し、長さＬ１が１／１０λ以下となるように、Ｌ１＝２９ｍｍとしている。また、左右の幅Ｗ１＝１４．８ｍｍ、上下の高さＨ１＝５ｍｍとし、コイルの巻回数Ｎ＝６とし、周波数９５３ＭＨｚにて自己共振状態となるように設定した。
【００３３】
図９（Ａ）にシミュレーションによる入力インピーダンス特性を示した。９５３ＭＨｚにおいてリアクタンスが０で純抵抗の０．４７Ωが得られており、自己共振状態であることが確認できる。なお、アンテナ１０１の入力抵抗値が０．４７Ωと非常に小さな値となっているため、本発明のアンテナには、インピーダンスの増大効果も要求される。図８における電流値の大小関係を見ると、給電点１３０で最大となっており、その最大電流値は６．２ｄＢＡであった。以後、この値を直接給電時の電流値Ｉ１として本発明のアンテナにおける誘起電流値と比較する。
【００３４】
図９（Ｂ）は、従来例の放射特性を示しており、強い放射性分は磁流からの放射５０であり、無指向性放射に対する放射強度は約１．３ｄＢｉとなっている。電流からの放射５１は−７．７ｄＢｉとなっており、小さな放射強度しか得られていない。このことより、従来例では、磁流動作となっていることが分かる。
【００３５】
次に、非接触給電を行うための結合素子３０を配置するのに当たり、従来例１０１におけるコイル１０近傍の電界分布を求めた。図１０（Ａ）は、コイル１０の矩形断面の長辺（図８，符号１２）に平行な断面の電界分布を示しており、同図（Ｂ）は、短辺（図８，１３）に平行な断面の電界分布を示している。図中に１０ｍｍの長さを示すスケール５３を表示しており、（Ａ）ではコイル１０の矩形断面の長辺１２の一端をそのスケール５３の基端５３ａとし、（Ｂ）では、短辺１３の一端を基端５３ａとしている。また、図中には、同じ電界強度の値（ｄＢＶ／ｍ）を示等高線様の閉曲線と濃淡によって示した。
【００３６】
図１０（Ａ）から、スケール５３の基端５３ａでの電界強度は９０ｄＢＶ／ｍであり、基端５３ａからコイル１０の外方に向かって１０ｍｍ離れたスケール５３の他端５３ｂの位置では、その強度が６５ｄＢＶ／ｍとなり、２５ｄＢの強度低下が生じていることが分かる。すなわち、コイル１０の長辺１２に平行な面内では、電界強度の変化がかなり大きいことが分かる。
【００３７】
一方、図１０（Ｂ）から、金属面２０の上方では、スケール５３の基端５３ａでの電界強度は（Ａ）と同様に９５ｄＢｖ／ｍである。しかし、その基端５３ａから１０ｍｍ離れたスケール５３の他端５３ｂ位置では８０〜８５ｄＢｖ／ｍもの強度があり、強度低下は１０〜１５ｄＢと小さいことが分かる。すなわち、コイル１０上方の電界強度低下は緩やかであり、コイル１０に非接触で給電する場合には、コイル１０と結合素子３０の距離ｓ１を変化させても、コイル１０と結合素子３０との電磁結合量の変化は小さいと考えられる。
【００３８】
＝＝＝第１の実施例＝＝＝
本発明の第１の実施例に係るアンテナは、図７に基づいて説明すると、金属板２０の上方に、下方からコイル１０、結合素子３０がこの順に積層された状態で配置されたアンテナであり、結合素子３０の形状、およびコイル１０の螺旋軸１１に対する結合素子３０の回転位置に応じて４種類の異なる代表的な構造が存在する。
【００３９】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）に第１の実施例における上記４種類のアンテナ（１ａ〜１ｄ）の概略構造を示した。本実施例では、直線状導体からなる直線状結合素子３１と、扁平な矩形ループからなるループ状結合素子３２の形状の異なる２種類の結合素子について、直線状結合素子３１の直線延長方向、あるいはループ状結合素子３２における長辺方向がコイル１０の螺旋軸１１に対して平行、または直交の２種類の回転位置を規定することで、図１１（Ａ）直線状結合素子／平行配置、図１１（Ｂ）直線状結合素子／直交配置、図１１（Ｃ）ループ状結合素子／平行配置、図１１（Ｄ）ループ状結合素子／直交配置、の４種類のアンテナ（１ａ〜１ｄ）の構造を規定した。そして、第１の実施例における各構造のアンテナ（１ａ〜１ｄ）について、図８に示した従来例１０１と同様にして電磁界シミュレータを用いて解析した。
【００４０】
図１２は、当該シミュレーションにおける各種設定条件の説明図であり、（Ａ）は上方から見たときのコイル１０の平面サイズに関する説明図であり、（Ｂ）は、アンテナ（１〜１ｄ）の側面を示しており、その側面から見たときのコイル１０のサイズと各構成要素（コイル１０，金属板２０，結合素子３０）間の配置関係を示している。（Ｃ）と（Ｄ）は、それぞれ、直線状結合素子３１とループ状結合素子３２のサイズに関する説明図である。
【００４１】
結合素子（３１，３２）を構成する導体の太さｄ２を１ｍｍとし、ループ状結合素子３２については、長辺３３を構成する導体間に１ｍｍの間隙ｄ３を設けている。そして、直線状結合素子３１の直線部分の長さＬ２、あるいはループ状結合素子３２の長辺の長さＬ３を「結合素子の長さ」として、この結合素子の長さ（Ｌ２，Ｌ３）を変えてシミュレーションを行った。なお、コイル１０と結合素子（３１，３２）との間隔ｓ２については、１ｍｍと１０ｍｍのいずれかとし、その他の条件については従来例に対して行ったシミュレーションに準じている。すなわち、コイル１０は、太さｄ１＝１ｍｍの導線を巻回してなり、その断面形状は上下に扁平な矩形状で、その矩形の長辺１２の長さである幅Ｗ１＝１４．８ｍｍ、矩形の短辺１３となる高さｈ=５ｍｍ、前後の長さＬ１＝２９ｍｍのサイズで、巻回数Ｎ＝６である。そして、金属板２０を無限大の平面とし、金属板２０とコイル１０との間隔ｓ１＝１ｍｍとしている。
【００４２】
第１の実施例における上記４種類のアンテナ（１ａ〜１ｄ）について、その誘起電流特性のグラフを図１３に示した。（Ａ）はｓ２＝１ｍｍの場合であり、（Ｂ）はｓ２＝１０ｍｍの場合である。そして、これらのグラフにおいて、横軸を結合素子（３１，３２）の長さ（Ｌ２，Ｌ３）として、その長さ（Ｌ２，Ｌ３）と、コイル１０に誘起された電流の最大値との関係を示した。また、また、線種が異なる４本の曲線は、それぞれ図１１に示した上記４種類のアンテナ（１ａ〜１ｄ）構造に対応している。
【００４３】
当該誘起電流特性において、図１１（Ａ）（Ｂ）に示した直線状結合素子３１を用いたアンテナ（１ａ，１ｂ）では、ｓ２＝１ｍｍ、ｓ２＝１０ｍｍの双方において、従来例１０１として先に示した直接給電時の電流値Ｉ１にほぼ等しい電流がコイル１０に誘起されていることが分かる。したがって、図１１（Ａ）（Ｂ）に示した構造のアンテナ（１ａ，１ｂ）は、十分な性能を有すると判断できる。
【００４４】
ここで、さらに、図１１（Ａ）（Ｂ）に示したアンテナ（１ａ，１ｂ）における電磁結合の仕組みについて考察すると、図１１(Ａ)に示したアンテナ１ａでは、図７に示したアンテナ１と実質的に同じ構造であり、当該図７において示した等価電流Ｉと磁流Ｊとが平行になっており、等価電流Ｉと電磁結合していると考えることができる。図１１（Ｂ）のアンテナ１ｂでは、コイル１０の断面形状である扁平矩形状の長辺１２方向と結合素子３１の延長方向とが揃っているため、結合素子３１は、コイル１０を構成する導線と電磁結合していると考えられる。
【００４５】
図１１（Ｃ）のアンテナ１ｃは、ｓ２＝１ｍｍとｓ２＝１０ｍｍの双方において、結合素子の長さを適宜選定すれば、非接触給電として使用できることが分かる。図１１（Ｄ）のアンテナ１ｄでは、ｓ２＝１ｍｍのとき非接触給電が可能であることが分かる。なお、ループ状結合素子３２を用いたアンテナ（１ｃ，１ｄ）における電磁結合は、ループの周方向に流れる電流がアンテナ（１ｃ，１ｄ）の導線に直接結合していると考えられる。
【００４６】
なお、第１の実施例においては、非接触給電を行う結合素子（３１，３２）をコイル１０の外側に配置していた。しかし、結合素子（３１，３２）とコイル１０を構成する導線やそのコイル１０における等価電流との配置関係を考えれば、コイル１０の内部に結合素子（３１，３２）を配置しても同様の電磁結合が得られることは明らかであり、本発明には、直線状結合素子３１やループ状結合素子３２をコイル１０の内側に配置するアンテナも含まれている。
【００４７】
次に、従来例のノーマルモードヘリカルアンテナ１０１における０．４７Ωの入力抵抗値Ｒを非接触給電によって変化させることができるかどうかを検討した。図１４（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ図１１（Ｂ）（Ｄ）に示したアンテナ（１ｂ，１ｄ）について、ｓ２＝１ｍｍとしたときの入力インピーダンスを示している。図１１（Ｂ）に示した直線状結合素子３１を用いたアンテナ１ｂでは、結合素子３１の長さＬ２に応じて入力抵抗値Ｒが数Ωから４００Ωまで大きく変化している。なわち、広範囲の入力抵抗値を得ることができ、給電点からの配線とインピーダンスを整合させることができる。また入力リアクタンスＸは、大きな容量性の値となり、誘導性素子との整合に適している。
【００４８】
一方、図１１（Ｄ）に示したループ状結合素子３２を用いたアンテナ１ｄでは、図１４（Ｂ）に示すように、結合素子３２の長さＬ３を長くすると、入力抵抗値Ｒは数Ω程度まで大きくなり、極大値を経て減少に転じる。入力リアクタンスＸは１００Ωまでの誘導性の値を示し、容量性素子との整合に適することが分かる。
【００４９】
以上の結果から、結合素子（３１，３２）の構成（形状やコイル１０との位置関係など）、コイル１０と結合素子（３１，３２）との間隔ｓ２、結合素子（３１，３２）の長さ（Ｌ２，Ｌ３）などの各種条件を適宜に選択することで、入力インピーダンスを大きな範囲で変化させることができる。したがって、目的とする負荷素子（ＩＣチップなど）のインピーダンスに応じて、最適値を求め、その最適値に応じて各種条件を設定すれば、実用可能な非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナを得ることができる。
【００５０】
＝＝＝第２の実施例＝＝＝
図１５に本発明の第２の実施例おけるアンテナ２の構造を示した。また、そのアンテナ２におけるコイル１０や結合素子３２のサイズや配置関係に関する説明図を図１６に示した。なお、図１６（Ａ）は、アンテナ２を前方あるいは後方から見たときの正面図であり、（Ｂ）は側面図である。第２の実施例におけるアンテナ２は、ループ状結合素子３２を用いるとともに、そのループの面３４をコイル１０の螺旋軸１１と直交させる構造となっている。すなわち、コイル１０の磁流Ｊとループ状結合素子３２の面３４とが直交する構造となっている。また、そのループ状結合素子３２における扁平ループの長辺３３の延長方向は、金属板２０の面２１と平行となっている。そして、この第２の実施例におけるアンテナ２について、電磁シミュレータを用いてその特性を解析した。なお、第２の実施例におけるループ状結合素子３２自体は、第１の実施例と同様の構造であり、コイル１０と間隔ｓ２＝１ｍｍ、およびｓ２＝１０ｍｍ離間している場合のそれぞれについて解析した。
【００５１】
図１７（Ａ）に当該解析結果として、アンテナ２における誘起電流特性を示した。コイル１０とループ状結合素子３２の前後何れかの端面３４とを距離ｓ２＝１ｍｍとなるように近接させると、アンテナ誘起電流が直接給電時における電流値Ｉ１に近い値が得られることが分かった。したがって、コイルの長さＬ１は、コイル１０の幅Ｗ１程度の大きさがあれば十分である。一方、ｓ２＝１０ｍｍでは、ｓ２＝１ｍｍのときと比較するとアンテナ誘起電流は小さくなった。また、結合素子３２の長さＬ３による電流値の変動幅もｓ１＝１ｍｍの場合よりも大きい。
【００５２】
ここで、第２の実施例のアンテナ２における電磁結合について考察する。当該アンテナ２の構造では、コイル１０の矩形状断面とループ状結合素子３２のループ面３４とが並行になるように配置されているため、両者（１０，３２）には磁気的結合が生じていると考えられる。したがって、ループ状結合素子３２をコイル１０の外側ではなく、コイル１０の内側に配置してもコイル１０を励振することができるはずである。
【００５３】
なお、参考までに、第２の実施例において、ｓ２＝１ｍｍとしたときの結合素子３２の入力インピーダンス特性を図１７（Ｂ）に示した。抵抗値Ｒは２０Ω程度であり、リアクタンスＸは９０Ω程度である。したがって、第２の実施例のアンテナ２は、目的とする負荷素子のインピーダンスの適正値を求め、その適正値に基づいて各種条件を設定すれば、十分に実用可能となる。
【００５４】
＝＝＝第３の実施例＝＝＝
図１８に、本発明の第３の実施例におけるアンテナ（３ａ〜３ｄ）の構造を示した。当該実施例では、結合素子（３１，３２）をコイル１０と金属板２０との間に配置した構造となっている。この第３の実施例では、第１の実施例と同様に、結合素子（３１，３２）の形状や配置に応じ、図（Ａ）〜（Ｄ）のそれぞれに示した代表的な構造のアンテナ（１ａ〜１ｄ）が存在する。そして、これらの各構造のアンテナ（３ａ〜３ｄ）の特性をシミュレーションによって求めた。図１９に当該シミュレーションに際しての各種条件を側面図によって示した。この図に示すように、結合素子（３１，３２）とコイル１０は、極めて近接するように配置されており、その間隔ｓ２＝０．１ｍｍとしている。なお、コイル１０と金属板２０との間隔ｓ１、およびコイル１０や状結合素子（３１，３２）のサイズなどは、上記第１の実施例や第２の実施例で示したアンテナ（１ａ〜１ｄ、２）と同様である。すなわち、第３の実施例では、上記第１および第２の実施例のアンテナ（１ａ〜１ｄ、２）と比較すると、コイル１０の上方や前後方向に結合素子（３１，３２）が無く、さらに小型・薄型化に適した構造となっている。
【００５５】
図２０に示したシミュレーション結果によれば、図１８（Ａ）（Ｃ）に示した、電流と等価磁流とが並行となるように結合素子（３１，３２）を配置したアンテナ（３ａ，３ｃ）では、誘起電流が図１８（Ｂ）（Ｄ）に示した構造のアンテナ（３ｂ，３ｄ）と比較して小さくなる。先に第１の実施例における同様の配置のアンテナ（１ｂ，１ｄ）の誘起電流が大きかったことを考えると、第３の実施例におけるアンテナ（３ａ，３ｃ）では、金属板２０とコイル１０との間に結合素子（３１，３２）を配置したことによって、等価電流との結合が弱められたためと推察できる。
【００５６】
一方、図１８（Ｂ）（Ｄ）に示したアンテナ（３ｂ，３ｄ）では、効果的に結合しており、図８に示した従来例のアンテナ１０１の電流値Ｉ１よりも高い電流が誘起されている。これは、コイル１０の導体と結合素子（３１，３２）とが直接結合している場合と同様の効果が残っているものと考えられる。なお、第３の実施例の代表例として、図１８(Ｄ)の構造のアンテナ３ｄの入力インピーダンス特性を図２０に示した。入力抵抗値Ｒは、同軸ケーブルなどとの整合に適した範囲内にある。また、入力リアクタンスＸは、２００Ω以下の値となっており、ＩＣチップとの整合に適した値となっている。
【００５７】
したがって、第３の実施例においても、アンテナ（３ａ〜３ｄ）を構成する配線部材（ケーブルなど）の種別や、目的とする負荷素子のインピーダンスなどの差異に対して柔軟に対応することができる。
【００５８】
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
＜金属板の大きさ＞
上記各実施例では、各種構造のアンテナ（１ａ〜１ｄ，２，３ａ〜３ｄ）について、その有効性をシミュレーションによって確認した。このシミュレーションに際しては、金属板２０を無限大の平面としていた。しかし、実際の金属板２０は、ある形状をした有限の大きさを持つものである。そこで、上記各実施例のアンテナ（１ａ〜１ｄ，２，３ａ〜３ｄ）を実際のタグなどに適用する場合を想定し、金属板２０の大きさや形状を変化させた際にアンテナが有効に動作するかどうかをシミュレーションによって評価した。ここでは二種類の具体例を想定して評価した。
【００５９】
図２１は、本発明の第１の具体例におけるアンテナ４の概略構造であり、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）は正面図である。シミュレーションでは、第３の実施例における４種類のアンテナ（３ａ〜３ｄ）の内、図１１（ｄ）に示したアンテナ３ｄの金属板２０を有限の大きさにしてアンテナ４の特性を評価した。なお、シミュレーションに当たっては、大きさが有限の金属板（有限金属板）２２の形状を矩形状とし、その矩形の縦横の辺の長さＷ２、Ｌ４を、それぞれＷ２＝３５ｍｍ、Ｌ４＝２０．８ｍｍとした。また、この有限金属板２２とコイル１０との位置関係は、図２１（Ｂ）に示すように、コイル１０と金属板２０との間隙ｓ１＝１ｍｍ、ループ状結合素子３２とコイル１０との間隙ｓ２＝０．１ｍｍとした。
【００６０】
図２２に、上記第１の具体例のアンテナ４の特性を示した。（Ａ）は結合素子の長さＬ３に対する誘起電流の特性を示しており、結合素子長を７．５ｍｍ以上にすると、直接給電時の電流値Ｉ１に近いアンテナ誘起電流が得られ、非接触給電が有効であることが分かる。（Ｂ）は、入力インピーダンス特性を示しており、抵抗値Ｒは数Ω程度の小さな値となるが、リアクタンスＸは数１０Ωと適当な大きさになっている。
【００６１】
＜金属板の形状＞
例えば、タグを貼る対象物が金属製である場合、その対象物が金属板として作用し、アンテナの特性がその対象物の形状や大きさに応じて変化してしまう可能性がある。そこで、外部の金属からの影響を遮断するため、金属板の周囲に側壁を形成することが考えられる。
【００６２】
図２３に本発明の第２の具体例として、周囲に側壁２４が形成された金属板２３を備えたアンテナ５を示した。そして、このアンテナ５について、上記各実施例と同様に特性をシミュレーションした。なお、シミュレーションにおける各種条件は、ほぼ、図２１に示した第１の具体例のアンテナ４と同様であり、例えば、金属板２３の上面２１は矩形状で、その縦横の長さＬ４、Ｗ２も第１の具体例と同じとした。また、コイル１０やループ状結合素子３２の構造や配置も同じとした。第２の具体例では、金属板２３の上面２１の周囲に高さＨ２＝７ｍｍの側壁が形成されている点のみが第１の具体例におけるアンテナ４と異なっている。
【００６３】
図２４に当該アンテナ５におけるループ状結合素子３２の長さと誘起電流との関係を示した。アンテナ誘起電流は直接給電したときの値Ｉ１と比べて小さくなるが、実用上問題ない程度である。そして、無限大の金属板２０を想定した上記第１〜第３の実施例におけるシミュレーション結果を考慮すれば、金属板２３の底面積を広くすれば、特性を改善することができると思われる。
【００６４】
また、本発明を金属製の物体に貼り付けるタグなどに適用する場合では、必ずしも、アンテナ自体に金属板を設けなくてもよい。すなわち、コイルと結合素子からなる構成を金属製物体に近接させることで非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナが構成されるようにしてもよい。
【００６５】
＝＝＝本発明のアンテナの有効性＝＝＝
上記したように、本発明のアンテナでは、結合素子（３０〜３２）がコイル１０と非接触であるため、タップ給電法のように給電点１３０とコイル１０とを配線で直接接続する工程を不要とし、低コスト化が期待できる。また、コイル１０に固定的に接続されるタップとは異なり、結合素子の位置や配置をコイルに対して柔軟に変更することが可能である。そのため、用途に応じた特性を得ることができるとともに、負荷素子側のインピーダンスが不安定であっても柔軟にインピーダンスを整合させることができる。
【００６６】
また、コイルの断面形状を上下に扁平な矩形とすることで、小型・薄型化が可能である。しかも、コイルと結合素子との間隔も１ｍｍ程度でよく、より一層の薄型化が期待できる。また、タップのように給電点からコイルまで配線を引き回す際に生じる凹凸がなく、上面をほぼ平坦にすることができ、タグに適した形状を得ることができる。なお、実際のアンテナでは、各構成要素（金属板、コイル、結合素子）を所定の間隔で所定の配置で固定する必要がある。そのためには、図４に示したタップ給電法を採用したアンテナのように、適所に絶縁性のスペーサを介在させればよい。そして、各構成要素を固定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
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などに利用するのに適している。
【符号の説明】
【００６８】
１ 非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ
１ａ〜１ｄ 非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ
２ 非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテ
３ａ〜３ｄ 非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテ
４、５ 非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテ
１０ コイル
２０ 金属板
３０、３１、３２ 給電素子
１０１、２００ａ、２００ｂ タグ
１００ａ、１００ｂ ノーマルモードヘリカルアンテナ
１３０ａ 給電点
１３１ タップ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ノーマルモードヘリカルアンテナに関し、具体的には、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などに適用可能な小型のノーマルモードヘリカルアンテナにおける給電方式の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
＝＝＝タグについて＝＝＝
ユビキタス通信の一つのサービス形態として、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：無線を用いた情報識別 ）システムがある。このシステムは、例えば、商品の流通管理や空港における手荷物の自動仕分け作業などに利用されており、商品や手荷物などにＩＣとアンテナとを含んで構成される電波荷札（タグ）を貼り付け、そのＩＣに書き込まれた情報を読み取り、その情報に基づいて在庫管理をしたり、手荷物の仕分けをしたりするのである。
【０００３】
図１にタグの実用例を（Ａ）と（Ｂ）に示した。これらのタグ（２００ａ，２００ｂ）は、扁平矩形状の基板（２２０ａ，２２０ｂ）上にアンテナ部分（２１０ａ，２１０ｂ）となる金属配線が適宜な形状にパターニングされており、そのアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）の形状は、ダイポールアンテナに分類されるものである。また、基板（２２０ａ，２２０ｂ）の長辺（２２１ａ，２２１ｂ）は、アンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）の長さ（Ｌ４，Ｌ５）にほぼ等しく、その長さ（Ｌ４，Ｌ５）は、送受信する電波の半波長程度となっている。
【０００４】
そして、基板（２２０ａ，２２０ｂ）上に印刷配線されたアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）の長さ方向の中央には、ＩＣチップ２３０が配置され、アンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）を構成する印刷配線にこのＩＣ２３０が接続されている。
【０００５】
周知のごとく、このようなタグ（２００ａ，２００ｂ）では、電波を受信するとアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）に図中矢印で示した方向に電流Ｉが流れ、その電流Ｉを電源として能動化されたＩＣ２３０が自身に記憶されているデータの信号をアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）に送出し、その信号を電波として放射させる。
【０００６】
＝＝＝従来のタグにおける問題点＝＝＝
ところで、上述したようなタグ（２００ａ，２００ｂ）では、金属や液体などの導電体に近接すると、これらの導電体の影響により電流によって放射される電波が著しく低減されてしまうという問題がある。図２に、この問題の原因についての概略図を示した。この図では、アンテナ（１１１ａ〜１１１ｄ）とそれに近接する金属板２０との配置関係に応じ、（Ａ）（Ｂ）に示した良好に動作するアンテナ（１１１ａ，１１１ｂ）と、（Ｃ）（Ｄ）に示した良好に動作しないアンテナ（１１１ｃ，１１１ｄ）とを電気映像（１１２ａ〜１１２ｄ）によって説明している。また、そのアンテナ（１１１ａ〜１１１ｄ）を構成する導体の形状が（Ａ）（Ｃ）に示した直線状のアンテナ（直線アンテナ：１１１ａ，１１１ｃ）と、（Ｂ）（Ｄ）に示したループ状のアンテナ（ループアンテナ：１１１ｂ，１１１ｄ）のそれぞれについて説明している。
【０００７】
実際のアンテナ（現実アンテナ：１１１ａ〜１１１ｄ）に対し、金属板２０の影響は、図中点線で示されている電気映像（１１２ａ〜１１２ｄ）によって表される。まず、直線アンテナ（１１１ａ，１１１ｃ）について説明すると、（Ａ）に示したように、アンテナ１１１ａが金属板２０の面２１に対して垂直に配置されている場合では、現実アンテナ１１１ａと電気映像１１２ａとで電流Ｉが同方向になり、良好に動作する。一方、（Ｃ）に示したように、直線アンテナ１１１ｃが金属板２０の面２１に対して平行に配置されている場合、すなわち、電流Ｉが金属板２０に対して平行に流れる場合では、現実アンテナ１１１ｃと電気映像１１２ｃとで電流Ｉが逆方向になり、電流Ｉが相殺され、良好に動作しない。
【０００８】
次にループアンテナ（１１１ｂ,１１１ｄ）について説明すると、ループ状導体に流れる電流Ｉはそのループ面１１３を貫通する磁流Ｊと等価であり、これを磁流源Ｊと考えることができる。そして，（Ｂ）に示したように、ループ面１１３を垂直に貫通する軸が金属板２０に対して平行となる場合、すなわち、ループ面１１３が金属板２０の面２１に対して垂直に配置される場合では、現実アンテナ１１１ｂと電気映像１１２ｂとで磁流Ｊ同方向になり、アンテナ１１１ｂは良好に動作するが、（Ｄ）に示したように、ループ面１１３が金属板２０の面２１と平行となる場合には、現実アンテナ１１１ｄと電気映像１１２ｄとでは磁流Ｊが逆方向となり、アンテナ１１１ｄは良好に動作しない。
【０００９】
以上より、（Ａ）（Ｂ）に示した良好に動作するアンテナ（１１１ａ,１１１ｂ）では、現実アンテナ（１１１ａ,１１１ｂ）の放射が、電気映像（１１２ａ,１１２ｂ）により増強され、（Ｃ）（Ｄ）に示した良好に動作しないアンテナ（１１１ｃ,１１１ｄ）では、その現実アンテナ（１１１ｃ,１１１ｄ）の放射が、電気映像（１１２ｃ,１１２ｄ）により相殺されてしまうことがわかる。そして、図１に示したタグ（２００ａ，２００ｂ）に使用されるアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）などは、（Ｃ）に示した良好に動作しないアンテナ（１１１ｃ,１１１ｄ）に相当し、従来のタグでは、金属板２０が近接配置された環境で使用されたり、タグ（２００ａ，２００ｂ）を貼る対象物が金属製であったりすると、ＲＦＩＤシステムが正常に動作しない。また、生体に埋め込むタグなどでは、体液や血液など、導体として作用する液体がタグの周囲に存在することになり、金属板２０の場合と同様にＲＦＩＤシステムが正常に動作しない。
【００１０】
もちろん、図１に示したタグ（２００ａ，２００ｂ）を金属板２０に対して直交させればアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）は動作するが、タグ（２００ａ，２００ｂ）を対象物に対して直交配置すれば、対象物からタグ（２００ａ，２００ｂ）が大きく突出することになり、実用上問題が多い、以上から、金属板２０に近接配置するアンテナとしては、図２（Ｂ）に示したような磁流動作するループアンテナが適することが分かる。
【００１１】
＝＝＝ノーマルモードヘリカルアンテナ＝＝＝
代表的な磁流動作アンテナとして、ノーマルモードヘリカルアンテナがある。図３に、ノーマルモードヘリカルアンテナ１００ａの基本構造を示した。ノーマルモードヘリカルアンテナ１００ａは、細い金属の導線を螺旋状に巻回した本体（コイル）１１０ａに給電点１３０ａを接続した構造を基本としている。直径ｄ１の金属線を長さＬ１に渡って幅Ｗ１となるようにＮ回巻回したコイル１１０ａは、電気的に、アンテナ長Ｌ１に等しい直径ｄ１の直線状導体１１１と、幅Ｗ１のＮ個のループ状導体１１２に分解できる。直線状導体１１１に対応する部分は微小ダイポールアンテナに相当し、微小電流Ｉで動作する。ループ状導体１１２に対応する部分は、ループに沿って電流が流れるため、電気的には小さな円板の磁石と同様の働きをし、微小磁流Ｊで動作する。
【００１２】
ここで、ノーマルモードヘリカルアンテナアンテナ１００ａにおけるコイル１１０ａの螺旋軸１１に対し、面２１が平行となるように金属板２０をこのコイル１１０ａに近接配置すると、微小電流Ｉと微小磁流Ｊが金属板２０の面２１に並行して流れる。そして、図２に示したアンテナ（１１１ａ〜１１１ｄ）における金属板２０の配置を考慮すると、良好に動作するのは微小磁流Ｊで動作するループ状導体１１２部分だけとなる。なお、金属板２０が近接しない状態では、微小電流Ｉと微小磁流Ｊが共に動作し、ノーマルモードヘリカルアンテナ１００ａは、金属板２０が近接配置されているかどうかにかかわらず動作する、という万能の特性を有することが分かる。
【００１３】
＝＝＝ノーマルモードヘリカルアンテナを用いたタグ＝＝＝
図４は、金属板２０に近接配置されたノーマルモードヘリカルアンテナ１００ｂにＩＣチップ１３０ｂを接続したタグ１０１の作製例を示している（特許文献１、非特許文献１参照）。この例では、金属板２０を下方とすると、その金属板２０の上面２１に発泡スチロールからなるスペーサ１４０を介して、ノーマルヘリカルアンテナ１００ｂを配置した構成であり、金属板２０の面２１とアンテナ本体であるコイル１１０ｂの螺旋軸１１の延長方向とが互いに平行となるように配置されている。なお、ＩＣチップ１３０ｂはスペーサ１４０の上方に実装されている。
【００１４】
また、図示したタグ１０１では、コイル１１０ｂをその螺旋軸１１に対して切断したときの断面形状（ループ形状）が上下に扁平な矩形状となっており、当該矩形の長辺１２が金属板２０および基板１４０の面（２１，１４１）と平行となるようにしている。それによって、上下方向の厚さが薄くなり、タグに適した形状となっている。
【００１５】
コイル１１０ｂへの給電方法は、タップ給電法と呼ばれるもので、コイル１１０ｂを構成する金属線とＩＣチップ１３０ｂとを２本の導線によって構成されるタップ１３１を介して接続する方法である。このタップ１３１を構成する２本の導線は、コイル１１０ｂのループの上下の長辺１２部分にそれぞれ接続されており、この構造においては、ＩＣチップ１３０ｂの位置がノーマルモードヘリカルアンテナ１００ｂの給電点に相当する。そして、このタップ１３１を構成する導線の長さや導線間隔などを調整することによって、ＩＣチップ１３０ｂとコイル１１０ｂとのインピーダンスを整合させている。なお、図４に示したタグ１０１におけるノーマルモードヘリカルアンテナ１００ｂは、動作周波数ｆ＝９５３ＭＨｚ、すなわち、波長λ＝３１５ｍｍ、巻き数Ｎ＝６で、自己共振構造となっている。そして、波長をλとして、アンテナ長Ｌ１＝０．０４９λ、幅Ｗ１＝０．０４５λであり、極めて小型のアンテナとなっている。
【００１６】
しかしながら、上記タップ給電法では、扁平矩形状のループによってアンテナ本体であるコイル１１０ｂを小型にすることができても、タップ１３１をコイル１１０ｂに接続する必要があり、この接続部分によってタグ１０１自体の小型化を困難にしている。また、タグ１０１を製造する際に、タップ１３１をコイル１１０ｂに直接接続する工程に時間やコストがかかり、製品を安価に大量に製造することが困難となる。さらに、ＩＣチップ１３０ｂは、メーカごとの仕様や個体差などがあり、コイル１１０ｂと給電点であるＩＣチップ１３０ｂとのインピーダンスを整合させるためにタップ１３１の長さなどを微調整する必要がある。タップ１３１を直接コイル１１０ｂに接続する構造では、この微調整にさらに多くのコストが掛かることになる。したがって、給電方式としては、タップ１３１を用いない非接触給電方式が好ましい。
【００１７】
＝＝＝非接触給電方式について＝＝＝
アンテナにおける非接触給電方法としては、以下の文献１〜５などに記載されている方法がある。図５および図６に、これらの文献に記載されている給電方法の概略を示した。図５は、下記非特許文献2に記載されている各種非接触給電方法であり、軸モードヘリカルアンテナ３００ａ、すなわち、ループの周囲長がほぼ１波長の大きさを有し、螺旋軸の延長方向へ電波を放射するアンテナにおける非接触給電方法を示している。例えば、（Ａ）に示した構造では、給電部３３０ａと放射部３１０ａの螺旋軸１１を一致させて配置して、放射部３１０ａを励振させている。また、（Ｂ）に示したアンテナ３１０ｂのように、２重コイルの一方を給電部３３０ｂとし、一方をアンテナとなる放射部３１０ｂとした構造もある。（Ｃ）に示したアンテナ３１０ｃの構造では、放射部３１０ｃの螺旋内部に２本の伝送線３３０ｃを挿入し、この電送線３３０ｃの延長方向に伝搬する電界により放射部３１０ｃを励振させている。しかし、いずれも、軸モードヘリカルアンテナにおける非接触給電方法であり、ループの周囲長が１波長分と長く、本発明が対象とする、タグにも適用可能なノーマルモードヘリカルアンテナにこれらの給電方法を適用することはできない。なお、図６（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ以下の非特許文献３と非特許文献４に記載された非接触給電型アンテナについての説明図であり、（Ａ）はその原理を示しており、（Ｂ）はメアンダラインアンテナにその原理を応用した具体例に対応している。しかし、これらの非接触給電型アンテナ（４００ａ，４００ｂ）は、図からも明らかなように、給電部となるループ状の結合素子（４３０ａ，４３０ｂ）に流れる電流によってアンテナ（４１０ａ，４１０ｂ）に電磁誘導に伴う電流を発生させる電流動作型であり、上述した従来のタグ（２００ａ，２００ｂ）に採用されているアンテナ（２１０ａ，２１０ｂ）と同様に、金属板２０の近くに配置されると良好な動作状態を維持することができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００７−１９５０６９号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Wongook Hong, Yoshihide Yamada and Naobumi Michishita, ” Low profile smallnormal mode helical antenna achieving long communication distance”, 2008 IEEEInternational Workshop on Antenna Technology (iWAT08), pp.167-170 , March 2008
【非特許文献２】J.D.Kraus, ”ANTENNAS Second Edition”, McGraw-Hill Book Company, Chapter 7,pp.323-324, 1988
【非特許文献３】H.W.Son and C.S.Pyo, ”Design of RFID tag antennas using an inductively coupledfeed”, McGraw-Hill Book Company, Chapter 7, pp.323-324, 1988
【非特許文献４】KyoheiFujimoto, ”Mobile Antenna Systems Handbook, Third Edition”,Artech House,Chapter 13, pp.609-610, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
タグなどのユビキタス通信システムに適用可能なアンテナは、その動作モードが電流動作であると、金属板の近くに配置されると動作不良を起こす。ノーマルモードヘリカルアンテナは電流動作部分と磁流動作部分とを混在させた構造により、金属板の近くに配置されても磁流動作部分により良好に動作する。そして、ノーマルモードヘリカルアンテナは、全長が送受信する電波の波長の１／１０程度であり、軽量小型化が要求されるユビキタス通信システムに適用することが可能である。しかし、タグへの使用を想定した従来のノーマルモードヘリカルアンテは、タップ給電法を採用しており、アンテナ本体以外のタップによってタグ自体の小型化に限界があった。したがって、非接触給電方法を採用したノーマルモードヘリカルアンテナが望まれる。
【００２１】
ここで、本発明者は、ノーマルモードヘリカルアンテナに対して非接触給電方法を採用するのに当たり、次の点について考察した。まず、従来のタップに相当する結合素子と金属板との配置関係を考慮しないとアンテナとしての特性が劣化する。そのため、ノーマルモードヘリカルアンテナの本体と、結合素子、金属板との配置を最適化することが必要であると考えた。もちろん、使用状況に応じて簡単に設計変更が可能で、さらに、ＩＣチップの個体差などに起因するインピーダンスの不整合に対しても柔軟に対応できる構造も必要であると考えた。本発明はこのような考察に基づいて創作されたものであり、その目的は、特性に優れるとともに、汎用性に富んだユビキタス通信用途に好適な非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するための本発明は、次の事項（１）〜（３）によって特定される非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナである。
（１）金属板と、金属線が螺旋状に巻回されてなるとともに前記金属板に近接して配置されるコイルと、給電点に接続された導体から構成される結合素子とを備えること。
（２）前記金属板の面法線方向を上下方向として、前記コイルは、螺旋軸延長方向が前記金属板の面と平行となるように当該金属板の上方に近接して配置されていること。
（３）前記結合素子は、前記コイルおよび前記金属板と非接触で上下方向に積層された状態で、前記金属板の上方に配置されていること。
【００２３】
本発明は、上記（１）〜（３）に加え、以下の事項（21）（31）（41）の何れか事項によって特定される非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナとすることもできる。
（21）前記結合素子は、前記金属板の上方に配置された前記コイルの上方に積層された状態で当該アンテナ本体に近接配置されていること。
（31）前記結合素子は、前記金属板と前記コイルとの間に挿入された状態で配置されていること。
（41）請求項１において前記結合素子は、その一部あるいは全部が前記コイルの内側に挿入された状態で配置されていること。
【００２４】
また、上記（１）〜（３）と（21）（31）（41）のいずれかの事項と、以下の（51）（61）（71）（81）のいずれかの事項によって特定される非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナも本発明の範囲である。
（51）前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記コイルの螺旋軸延長方向に延長しつつ、前記コイルの全長より短い直線状導体であること。
（61）前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記コイルの螺旋軸延長方向と直交する方向に延長する直線状導体であること。
（71）前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記螺旋軸延長方向を長手方向とした扁平なループ状導体で、当該長手方向の長さが前記コイルの全長より短く、前記ループの面が前記金属板の面と平行となるように配置されていること。
（81）前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記螺旋軸延長方向に扁平したループ状導体で、当該扁平ループの長手方向が前記螺旋軸延長方向と直交するとともに、当該ループの面が前記金属板の面と平行となるように配置されていること。
【００２５】
本発明は、上記事項（１）〜（３）と、以下の事項（91）または事項（101）とによって特定される非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナとしてもよい。
（91）前記螺旋軸延長方向を前後方向として、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、上下に扁平なループ状導体からなり、当該ループ面が前記コイルの前記断面と対面するように前記コイルの前方あるいは後方に配置されていること。
（101）前記螺旋軸延長方向を前後方向として、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、上下に扁平なループ状導体からなり、当該ループ面が前記コイルの前記断面と対面するように、その一部あるいは全部が前記コイルの内側に挿入された状態で配置されていること。
【００２６】
そして、上記いずれかの非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナは、さらに次の事項（111）と事項（112）のいずれか、または両方を要件として備えていてもよい。
（111）前記コイルの全長は送受信する電波の波長の１／１０以下であること。
（112）前記金属板の周縁は上方に立設する壁面が形成され、前記コイルと、前記給電点と、当該給電点に接続された前記結合素子は、当該壁面により取り囲まれた領域に配置されていること。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、小型・薄型化が可能であるとともに、特性に優れ、汎用性にも富んだユビキタス通信用途に好適な非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】典型的なタグの構造を示す図である。
【図２】上記タグなどに採用されているアンテナの問題点を説明するための図である。
【図３】ノーマルモードヘリカルアンテナの基本構造を示す図である。
【図４】ノーマルモードヘリカルアンテナを採用したタグの従来例を示す図である。
【図５】軸モードヘリカルアンテナにおける各種非接触給電方式の原理を示す図である。
【図６】電流動作型のアンテナにおける非接触給電方式の原理図（Ａ）と、その具体例における構造図（Ｂ）である。
【図７】非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの基本構成図である。
【図８】直接給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造と誘起電流の状態を示す図である。
【図９】上記直接給電型ノーマルモードヘリカルアンテナのインピーダンス特性図（Ａ）と、放射特性図（Ｂ）である。
【図１０】上記直接給電型ノーマルモードヘリカルアンテナにおける電解分布を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施例における非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造図である。
【図１２】上記第１の実施例のアンテナにおける各種条件を説明するための図である。
【図１３】上記第１の実施例のアンテナの誘起電流特性図である。
【図１４】上記第１の実施例のアンテナのインピーダンス特性図である。
【図１５】本発明の第２の実施例における非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造図である。
【図１６】上記第２の実施例のアンテナにおける各種条件を説明するための図である。
【図１７】上記第２の実施例のアンテナの誘起電流特性図（Ａ）と、インピーダンス特性図（Ｂ）である。
【図１８】本発明の第３の実施例における非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造図である。
【図１９】上記第３の実施例のアンテナにおける各種条件を説明するための図である。
【図２０】上記第３の実施例のアンテナの誘起電流特性図（Ａ）と、インピーダンス特性図（Ｂ）である
【図２１】本発明の第１の具体例における非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造図である。
【図２２】上記第１の具体例のアンテナの誘起電流特性図である。
【図２３】本発明の第２の具体例における非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの構造図である。
【図２４】上記第２の具体例のアンテナの誘起電流特性図（Ａ）と、インピーダンス特性図（Ｂ）である
【発明を実施するための形態】
【００２９】
＝＝＝非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの基本構造＝＝＝
図７に、本発明の非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの基本構造を示した。本発明の非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ（以下、アンテナ）１は、アンテナ本体であるコイル１０が金属板２０に近接配置されることを前提として、当該コイル１０の螺旋軸１１と金属板の板面２１とが平行となるように配置するとともに、このコイル１０に給電するための結合素子３０をコイル１０に非接触状態で近接配置した構造を基本としている。そのため、本発明のアンテナ１は、タップ給電法のように、タップとなる配線を引き回す際の凹凸がなく、原理的に薄型化が可能となっている。以下、金属板２０の面法線方向を上下方向とし、コイル１０の螺旋軸１１の延長方向を前後方向とし、上下方向と前後方向の双方に直交する方向を左右方向として説明する。なお、図７に示したアンテナ１では、金属板２０の上方にコイル１０が配置され、その上方に結合素子３０が配置されているが、本発明では、金属板２０とコイル１０と結合素子３０の相互の配置関係や、結合素子３０の形状に応じて様々な実施形態が存在する。
【００３０】
＝＝＝本発明の有効性について＝＝＝
まず、図４に示したようなタグと同様に、タップ給電法を採用したノーマルモードヘリカルアンテナに金属板を近接配置した直接給電型ノーマルモードヘリカルアンテナの電気特性をシミュレーションによって検討することで本発明の有効性を判断し、その上で、金属板２０とコイル１０と結合素子３０の配置関係に応じた３つの実施形態（第１の実施例〜第３の実施例）を挙げ、本発明を説明する。なお、上記有効性の判断に当たっては、直接給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ（従来例）の電気特性を周知のモーメント法による電磁界シミュレータを用いて求め、その特性を基準として、本発明のアンテナの特性とその基準とを比較した。
【００３１】
図８にシミュレーションに用いた従来例１０１の構造を示した。（Ａ）は上方から見たときの平面図であり、（Ｂ）は左右いずれかの側から見た側面図である。なお、この図８では、給電点１３０の位置と、コイル１０における電流値の大小も合わせて示しており、電流値の大小を濃淡によって示した。ここでは、電流値が大きいほど濃くなっている。ここに示した従来例は、金属板２０の面２１上にコイル１０を配置した構造であり、コイル２０は、太さｄ１＝１ｍｍの導線を巻回してなり、その巻回したときに形成されるループの形状、すなわちコイルの断面形状が上下に扁平な矩形状となっている。そして、金属板２０と距離ｓ１＝１ｍｍの間隙を介して配置されている。
【００３２】
シミュレーションでは、金属板２０を無限大の平板とし、コイル１０のサイズは、タグへの適用を考慮し、長さＬ１が１／１０λ以下となるように、Ｌ１＝２９ｍｍとしている。また、左右の幅Ｗ１＝１４．８ｍｍ、上下の高さＨ１＝５ｍｍとし、コイルの巻回数Ｎ＝６とし、周波数９５３ＭＨｚにて自己共振状態となるように設定した。
【００３３】
図９（Ａ）にシミュレーションによる入力インピーダンス特性を示した。９５３ＭＨｚにおいてリアクタンスが０で純抵抗の０．４７Ωが得られており、自己共振状態であることが確認できる。なお、アンテナ１０１の入力抵抗値が０．４７Ωと非常に小さな値となっているため、本発明のアンテナには、インピーダンスの増大効果も要求される。図８における電流値の大小関係を見ると、給電点１３０で最大となっており、その最大電流値は６．２ｄＢＡであった。以後、この値を直接給電時の電流値Ｉ１として本発明のアンテナにおける誘起電流値と比較する。
【００３４】
図９（Ｂ）は、従来例の放射特性を示しており、強い放射性分は磁流からの放射５０であり、無指向性放射に対する放射強度は約１．３ｄＢｉとなっている。電流からの放射５１は−７．７ｄＢｉとなっており、小さな放射強度しか得られていない。このことより、従来例では、磁流動作となっていることが分かる。
【００３５】
次に、非接触給電を行うための結合素子３０を配置するのに当たり、従来例１０１におけるコイル１０近傍の電界分布を求めた。図１０（Ａ）は、コイル１０の矩形断面の長辺（図８，符号１２）に平行な断面の電界分布を示しており、同図（Ｂ）は、短辺（図８，１３）に平行な断面の電界分布を示している。図中に１０ｍｍの長さを示すスケール５３を表示しており、（Ａ）ではコイル１０の矩形断面の長辺１２の一端をそのスケール５３の基端５３ａとし、（Ｂ）では、短辺１３の一端を基端５３ａとしている。また、図中には、同じ電界強度の値（ｄＢＶ／ｍ）を示等高線様の閉曲線と濃淡によって示した。
【００３６】
図１０（Ａ）から、スケール５３の基端５３ａでの電界強度は９０ｄＢＶ／ｍであり、基端５３ａからコイル１０の外方に向かって１０ｍｍ離れたスケール５３の他端５３ｂの位置では、その強度が６５ｄＢＶ／ｍとなり、２５ｄＢの強度低下が生じていることが分かる。すなわち、コイル１０の長辺１２に平行な面内では、電界強度の変化がかなり大きいことが分かる。
【００３７】
一方、図１０（Ｂ）から、金属面２０の上方では、スケール５３の基端５３ａでの電界強度は（Ａ）と同様に９５ｄＢｖ／ｍである。しかし、その基端５３ａから１０ｍｍ離れたスケール５３の他端５３ｂ位置では８０〜８５ｄＢｖ／ｍもの強度があり、強度低下は１０〜１５ｄＢと小さいことが分かる。すなわち、コイル１０上方の電界強度低下は緩やかであり、コイル１０に非接触で給電する場合には、コイル１０と結合素子３０の距離ｓ１を変化させても、コイル１０と結合素子３０との電磁結合量の変化は小さいと考えられる。
【００３８】
＝＝＝第１の実施例＝＝＝
本発明の第１の実施例に係るアンテナは、図７に基づいて説明すると、金属板２０の上方に、下方からコイル１０、結合素子３０がこの順に積層された状態で配置されたアンテナであり、結合素子３０の形状、およびコイル１０の螺旋軸１１に対する結合素子３０の回転位置に応じて４種類の異なる代表的な構造が存在する。
【００３９】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）に第１の実施例における上記４種類のアンテナ（１ａ〜１ｄ）の概略構造を示した。本実施例では、直線状導体からなる直線状結合素子３１と、扁平な矩形ループからなるループ状結合素子３２の形状の異なる２種類の結合素子について、直線状結合素子３１の直線延長方向、あるいはループ状結合素子３２における長辺方向がコイル１０の螺旋軸１１に対して平行、または直交の２種類の回転位置を規定することで、図１１（Ａ）直線状結合素子／平行配置、図１１（Ｂ）直線状結合素子／直交配置、図１１（Ｃ）ループ状結合素子／平行配置、図１１（Ｄ）ループ状結合素子／直交配置、の４種類のアンテナ（１ａ〜１ｄ）の構造を規定した。そして、第１の実施例における各構造のアンテナ（１ａ〜１ｄ）について、図８に示した従来例１０１と同様にして電磁界シミュレータを用いて解析した。
【００４０】
図１２は、当該シミュレーションにおける各種設定条件の説明図であり、（Ａ）は上方から見たときのコイル１０の平面サイズに関する説明図であり、（Ｂ）は、アンテナ（１〜１ｄ）の側面を示しており、その側面から見たときのコイル１０のサイズと各構成要素（コイル１０，金属板２０，結合素子３０）間の配置関係を示している。（Ｃ）と（Ｄ）は、それぞれ、直線状結合素子３１とループ状結合素子３２のサイズに関する説明図である。
【００４１】
結合素子（３１，３２）を構成する導体の太さｄ２を１ｍｍとし、ループ状結合素子３２については、長辺３３を構成する導体間に１ｍｍの間隙ｄ３を設けている。そして、直線状結合素子３１の直線部分の長さＬ２、あるいはループ状結合素子３２の長辺の長さＬ３を「結合素子の長さ」として、この結合素子の長さ（Ｌ２，Ｌ３）を変えてシミュレーションを行った。なお、コイル１０と結合素子（３１，３２）との間隔ｓ２については、１ｍｍと１０ｍｍのいずれかとし、その他の条件については従来例に対して行ったシミュレーションに準じている。すなわち、コイル１０は、太さｄ１＝１ｍｍの導線を巻回してなり、その断面形状は上下に扁平な矩形状で、その矩形の長辺１２の長さである幅Ｗ１＝１４．８ｍｍ、矩形の短辺１３となる高さｈ=５ｍｍ、前後の長さＬ１＝２９ｍｍのサイズで、巻回数Ｎ＝６である。そして、金属板２０を無限大の平面とし、金属板２０とコイル１０との間隔ｓ１＝１ｍｍとしている。
【００４２】
第１の実施例における上記４種類のアンテナ（１ａ〜１ｄ）について、その誘起電流特性のグラフを図１３に示した。（Ａ）はｓ２＝１ｍｍの場合であり、（Ｂ）はｓ２＝１０ｍｍの場合である。そして、これらのグラフにおいて、横軸を結合素子（３１，３２）の長さ（Ｌ２，Ｌ３）として、その長さ（Ｌ２，Ｌ３）と、コイル１０に誘起された電流の最大値との関係を示した。また、また、線種が異なる４本の曲線は、それぞれ図１１に示した上記４種類のアンテナ（１ａ〜１ｄ）構造に対応している。
【００４３】
当該誘起電流特性において、図１１（Ａ）（Ｂ）に示した直線状結合素子３１を用いたアンテナ（１ａ，１ｂ）では、ｓ２＝１ｍｍ、ｓ２＝１０ｍｍの双方において、従来例１０１として先に示した直接給電時の電流値Ｉ１にほぼ等しい電流がコイル１０に誘起されていることが分かる。したがって、図１１（Ａ）（Ｂ）に示した構造のアンテナ（１ａ，１ｂ）は、十分な性能を有すると判断できる。
【００４４】
ここで、さらに、図１１（Ａ）（Ｂ）に示したアンテナ（１ａ，１ｂ）における電磁結合の仕組みについて考察すると、図１１(Ａ)に示したアンテナ１ａでは、図７に示したアンテナ１と実質的に同じ構造であり、当該図７において示した等価電流Ｉと磁流Ｊとが平行になっており、等価電流Ｉと電磁結合していると考えることができる。図１１（Ｂ）のアンテナ１ｂでは、コイル１０の断面形状である扁平矩形状の長辺１２方向と結合素子３１の延長方向とが揃っているため、結合素子３１は、コイル１０を構成する導線と電磁結合していると考えられる。
【００４５】
図１１（Ｃ）のアンテナ１ｃは、ｓ２＝１ｍｍとｓ２＝１０ｍｍの双方において、結合素子の長さを適宜選定すれば、非接触給電として使用できることが分かる。図１１（Ｄ）のアンテナ１ｄでは、ｓ２＝１ｍｍのとき非接触給電が可能であることが分かる。なお、ループ状結合素子３２を用いたアンテナ（１ｃ，１ｄ）における電磁結合は、ループの周方向に流れる電流がアンテナ（１ｃ，１ｄ）の導線に直接結合していると考えられる。
【００４６】
なお、第１の実施例においては、非接触給電を行う結合素子（３１，３２）をコイル１０の外側に配置していた。しかし、結合素子（３１，３２）とコイル１０を構成する導線やそのコイル１０における等価電流との配置関係を考えれば、コイル１０の内部に結合素子（３１，３２）を配置しても同様の電磁結合が得られることは明らかであり、本発明には、直線状結合素子３１やループ状結合素子３２をコイル１０の内側に配置するアンテナも含まれている。
【００４７】
次に、従来例のノーマルモードヘリカルアンテナ１０１における０．４７Ωの入力抵抗値Ｒを非接触給電によって変化させることができるかどうかを検討した。図１４（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ図１１（Ｂ）（Ｄ）に示したアンテナ（１ｂ，１ｄ）について、ｓ２＝１ｍｍとしたときの入力インピーダンスを示している。図１１（Ｂ）に示した直線状結合素子３１を用いたアンテナ１ｂでは、結合素子３１の長さＬ２に応じて入力抵抗値Ｒが数Ωから４００Ωまで大きく変化している。なわち、広範囲の入力抵抗値を得ることができ、給電点からの配線とインピーダンスを整合させることができる。また入力リアクタンスＸは、大きな容量性の値となり、誘導性素子との整合に適している。
【００４８】
一方、図１１（Ｄ）に示したループ状結合素子３２を用いたアンテナ１ｄでは、図１４（Ｂ）に示すように、結合素子３２の長さＬ３を長くすると、入力抵抗値Ｒは数Ω程度まで大きくなり、極大値を経て減少に転じる。入力リアクタンスＸは１００Ωまでの誘導性の値を示し、容量性素子との整合に適することが分かる。
【００４９】
以上の結果から、結合素子（３１，３２）の構成（形状やコイル１０との位置関係など）、コイル１０と結合素子（３１，３２）との間隔ｓ２、結合素子（３１，３２）の長さ（Ｌ２，Ｌ３）などの各種条件を適宜に選択することで、入力インピーダンスを大きな範囲で変化させることができる。したがって、目的とする負荷素子（ＩＣチップなど）のインピーダンスに応じて、最適値を求め、その最適値に応じて各種条件を設定すれば、実用可能な非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナを得ることができる。
【００５０】
＝＝＝第２の実施例＝＝＝
図１５に本発明の第２の実施例おけるアンテナ２の構造を示した。また、そのアンテナ２におけるコイル１０や結合素子３２のサイズや配置関係に関する説明図を図１６に示した。なお、図１６（Ａ）は、アンテナ２を前方あるいは後方から見たときの正面図であり、（Ｂ）は側面図である。第２の実施例におけるアンテナ２は、ループ状結合素子３２を用いるとともに、そのループの面３４をコイル１０の螺旋軸１１と直交させる構造となっている。すなわち、コイル１０の磁流Ｊとループ状結合素子３２の面３４とが直交する構造となっている。また、そのループ状結合素子３２における扁平ループの長辺３３の延長方向は、金属板２０の面２１と平行となっている。そして、この第２の実施例におけるアンテナ２について、電磁シミュレータを用いてその特性を解析した。なお、第２の実施例におけるループ状結合素子３２自体は、第１の実施例と同様の構造であり、コイル１０と間隔ｓ２＝１ｍｍ、およびｓ２＝１０ｍｍ離間している場合のそれぞれについて解析した。
【００５１】
図１７（Ａ）に当該解析結果として、アンテナ２における誘起電流特性を示した。コイル１０とループ状結合素子３２の前後何れかの端面３４とを距離ｓ２＝１ｍｍとなるように近接させると、アンテナ誘起電流が直接給電時における電流値Ｉ１に近い値が得られることが分かった。したがって、コイルの長さＬ１は、コイル１０の幅Ｗ１程度の大きさがあれば十分である。一方、ｓ２＝１０ｍｍでは、ｓ２＝１ｍｍのときと比較するとアンテナ誘起電流は小さくなった。また、結合素子３２の長さＬ３による電流値の変動幅もｓ１＝１ｍｍの場合よりも大きい。
【００５２】
ここで、第２の実施例のアンテナ２における電磁結合について考察する。当該アンテナ２の構造では、コイル１０の矩形状断面とループ状結合素子３２のループ面３４とが並行になるように配置されているため、両者（１０，３２）には磁気的結合が生じていると考えられる。したがって、ループ状結合素子３２をコイル１０の外側ではなく、コイル１０の内側に配置してもコイル１０を励振することができるはずである。
【００５３】
なお、参考までに、第２の実施例において、ｓ２＝１ｍｍとしたときの結合素子３２の入力インピーダンス特性を図１７（Ｂ）に示した。抵抗値Ｒは２０Ω程度であり、リアクタンスＸは９０Ω程度である。したがって、第２の実施例のアンテナ２は、目的とする負荷素子のインピーダンスの適正値を求め、その適正値に基づいて各種条件を設定すれば、十分に実用可能となる。
【００５４】
＝＝＝第３の実施例＝＝＝
図１８に、本発明の第３の実施例におけるアンテナ（３ａ〜３ｄ）の構造を示した。当該実施例では、結合素子（３１，３２）をコイル１０と金属板２０との間に配置した構造となっている。この第３の実施例では、第１の実施例と同様に、結合素子（３１，３２）の形状や配置に応じ、図（Ａ）〜（Ｄ）のそれぞれに示した代表的な構造のアンテナ（１ａ〜１ｄ）が存在する。そして、これらの各構造のアンテナ（３ａ〜３ｄ）の特性をシミュレーションによって求めた。図１９に当該シミュレーションに際しての各種条件を側面図によって示した。この図に示すように、結合素子（３１，３２）とコイル１０は、極めて近接するように配置されており、その間隔ｓ２＝０．１ｍｍとしている。なお、コイル１０と金属板２０との間隔ｓ１、およびコイル１０や状結合素子（３１，３２）のサイズなどは、上記第１の実施例や第２の実施例で示したアンテナ（１ａ〜１ｄ、２）と同様である。すなわち、第３の実施例では、上記第１および第２の実施例のアンテナ（１ａ〜１ｄ、２）と比較すると、コイル１０の上方や前後方向に結合素子（３１，３２）が無く、さらに小型・薄型化に適した構造となっている。
【００５５】
図２０に示したシミュレーション結果によれば、図１８（Ａ）（Ｃ）に示した、電流と等価磁流とが並行となるように結合素子（３１，３２）を配置したアンテナ（３ａ，３ｃ）では、誘起電流が図１８（Ｂ）（Ｄ）に示した構造のアンテナ（３ｂ，３ｄ）と比較して小さくなる。先に第１の実施例における同様の配置のアンテナ（１ｂ，１ｄ）の誘起電流が大きかったことを考えると、第３の実施例におけるアンテナ（３ａ，３ｃ）では、金属板２０とコイル１０との間に結合素子（３１，３２）を配置したことによって、等価電流との結合が弱められたためと推察できる。
【００５６】
一方、図１８（Ｂ）（Ｄ）に示したアンテナ（３ｂ，３ｄ）では、効果的に結合しており、図８に示した従来例のアンテナ１０１の電流値Ｉ１よりも高い電流が誘起されている。これは、コイル１０の導体と結合素子（３１，３２）とが直接結合している場合と同様の効果が残っているものと考えられる。なお、第３の実施例の代表例として、図１８(Ｄ)の構造のアンテナ３ｄの入力インピーダンス特性を図２０に示した。入力抵抗値Ｒは、同軸ケーブルなどとの整合に適した範囲内にある。また、入力リアクタンスＸは、２００Ω以下の値となっており、ＩＣチップとの整合に適した値となっている。
【００５７】
したがって、第３の実施例においても、アンテナ（３ａ〜３ｄ）を構成する配線部材（ケーブルなど）の種別や、目的とする負荷素子のインピーダンスなどの差異に対して柔軟に対応することができる。
【００５８】
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
＜金属板の大きさ＞
上記各実施例では、各種構造のアンテナ（１ａ〜１ｄ，２，３ａ〜３ｄ）について、その有効性をシミュレーションによって確認した。このシミュレーションに際しては、金属板２０を無限大の平面としていた。しかし、実際の金属板２０は、ある形状をした有限の大きさを持つものである。そこで、上記各実施例のアンテナ（１ａ〜１ｄ，２，３ａ〜３ｄ）を実際のタグなどに適用する場合を想定し、金属板２０の大きさや形状を変化させた際にアンテナが有効に動作するかどうかをシミュレーションによって評価した。ここでは二種類の具体例を想定して評価した。
【００５９】
図２１は、本発明の第１の具体例におけるアンテナ４の概略構造であり、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）は正面図である。シミュレーションでは、第３の実施例における４種類のアンテナ（３ａ〜３ｄ）の内、図１１（ｄ）に示したアンテナ３ｄの金属板２０を有限の大きさにしてアンテナ４の特性を評価した。なお、シミュレーションに当たっては、大きさが有限の金属板（有限金属板）２２の形状を矩形状とし、その矩形の縦横の辺の長さＷ２、Ｌ４を、それぞれＷ２＝３５ｍｍ、Ｌ４＝２０．８ｍｍとした。また、この有限金属板２２とコイル１０との位置関係は、図２１（Ｂ）に示すように、コイル１０と金属板２０との間隙ｓ１＝１ｍｍ、ループ状結合素子３２とコイル１０との間隙ｓ２＝０．１ｍｍとした。
【００６０】
図２２に、上記第１の具体例のアンテナ４の特性を示した。（Ａ）は結合素子の長さＬ３に対する誘起電流の特性を示しており、結合素子長を７．５ｍｍ以上にすると、直接給電時の電流値Ｉ１に近いアンテナ誘起電流が得られ、非接触給電が有効であることが分かる。（Ｂ）は、入力インピーダンス特性を示しており、抵抗値Ｒは数Ω程度の小さな値となるが、リアクタンスＸは数１０Ωと適当な大きさになっている。
【００６１】
＜金属板の形状＞
例えば、タグを貼る対象物が金属製である場合、その対象物が金属板として作用し、アンテナの特性がその対象物の形状や大きさに応じて変化してしまう可能性がある。そこで、外部の金属からの影響を遮断するため、金属板の周囲に側壁を形成することが考えられる。
【００６２】
図２３に本発明の第２の具体例として、周囲に側壁２４が形成された金属板２３を備えたアンテナ５を示した。そして、このアンテナ５について、上記各実施例と同様に特性をシミュレーションした。なお、シミュレーションにおける各種条件は、ほぼ、図２１に示した第１の具体例のアンテナ４と同様であり、例えば、金属板２３の上面２１は矩形状で、その縦横の長さＬ４、Ｗ２も第１の具体例と同じとした。また、コイル１０やループ状結合素子３２の構造や配置も同じとした。第２の具体例では、金属板２３の上面２１の周囲に高さＨ２＝７ｍｍの側壁が形成されている点のみが第１の具体例におけるアンテナ４と異なっている。
【００６３】
図２４に当該アンテナ５におけるループ状結合素子３２の長さと誘起電流との関係を示した。アンテナ誘起電流は直接給電したときの値Ｉ１と比べて小さくなるが、実用上問題ない程度である。そして、無限大の金属板２０を想定した上記第１〜第３の実施例におけるシミュレーション結果を考慮すれば、金属板２３の底面積を広くすれば、特性を改善することができると思われる。
【００６４】
また、本発明を金属製の物体に貼り付けるタグなどに適用する場合では、必ずしも、アンテナ自体に金属板を設けなくてもよい。すなわち、コイルと結合素子からなる構成を金属製物体に近接させることで非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナが構成されるようにしてもよい。
【００６５】
＝＝＝本発明のアンテナの有効性＝＝＝
上記したように、本発明のアンテナでは、結合素子（３０〜３２）がコイル１０と非接触であるため、タップ給電法のように給電点１３０とコイル１０とを配線で直接接続する工程を不要とし、低コスト化が期待できる。また、コイル１０に固定的に接続されるタップとは異なり、結合素子の位置や配置をコイルに対して柔軟に変更することが可能である。そのため、用途に応じた特性を得ることができるとともに、負荷素子側のインピーダンスが不安定であっても柔軟にインピーダンスを整合させることができる。
【００６６】
また、コイルの断面形状を上下に扁平な矩形とすることで、小型・薄型化が可能である。しかも、コイルと結合素子との間隔も１ｍｍ程度でよく、より一層の薄型化が期待できる。また、タップのように給電点からコイルまで配線を引き回す際に生じる凹凸がなく、上面をほぼ平坦にすることができ、タグに適した形状を得ることができる。なお、実際のアンテナでは、各構成要素（金属板、コイル、結合素子）を所定の間隔で所定の配置で固定する必要がある。そのためには、図４に示したタップ給電法を採用したアンテナのように、適所に絶縁性のスペーサを介在させればよい。そして、各構成要素を固定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
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などに利用するのに適している。
【符号の説明】
【００６８】
１ 非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ
１ａ〜１ｄ 非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ
２ 非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテ
３ａ〜３ｄ 非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテ
４、５ 非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテ
１０ コイル
２０ 金属板
３０、３１、３２ 給電素子
１０１、２００ａ、２００ｂ タグ
１００ａ、１００ｂ ノーマルモードヘリカルアンテナ
１３０ａ 給電点
１３１ タップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板と、金属線が螺旋状に巻回されてなるとともに前記金属板に近接して配置されるコイルと、給電点に接続された導体から構成される結合素子とを備え、
前記金属板の面法線方向を上下方向として、前記コイルは、螺旋軸延長方向が前記金属板の面と平行となるように当該金属板の上方に近接して配置され、
前記結合素子は、前記コイルおよび前記金属板と非接触で上下方向に積層された状態で、前記金属板の上方に配置されている
ことを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項２】
請求項１において、前記結合素子は、前記金属板の上方に配置された前記コイルの上方に積層された状態で当該アンテナ本体に近接配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項３】
請求項１において、前記結合素子は、前記金属板と前記コイルとの間に挿入された状態で配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項４】
請求項１において前記結合素子は、その一部あるいは全部が前記コイルの内側に挿入された状態で配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかにいて、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記コイルの螺旋軸延長方向に延長しつつ、前記コイルの全長より短い直線状導体であることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれかにいて、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記コイルの螺旋軸延長方向と直交する方向に延長する直線状導体であること特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項７】
請求項２〜４のいずれかにいて、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記螺旋軸延長方向を長手方向とした扁平なループ状導体で、当該長手方向の長さが前記コイルの全長より短く、前記ループの面が前記金属板の面と平行となるように配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項８】
請求項２〜４のいずれかにいて、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記螺旋軸延長方向に扁平したループ状導体で、当該扁平ループの長手方向が前記螺旋軸延長方向と直交するとともに、当該ループの面が前記金属板の面と平行となるように配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項９】
請求項１において、前記螺旋軸延長方向を前後方向として、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、
前記結合素子は、上下に扁平なループ状導体からなり、当該ループ面が前記コイルの前記断面と対面するように前記コイルの前方あるいは後方に配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項１０】
請求項１において、前記螺旋軸延長方向を前後方向として、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、
前記結合素子は、上下に扁平なループ状導体からなり、当該ループ面が前記コイルの前記断面と対面するように、その一部あるいは全部が前記コイルの内側に挿入された状態で配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項１１】
請求項１〜１０において、前記コイルの全長は送受信する電波の波長の１／１０以下であることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１において、前記金属板の周縁は上方に立設する壁面が形成され、前記コイルと、前記給電点と、当該給電点に接続された前記結合素子は、当該壁面により取り囲まれた領域に配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項１】
金属板と、金属線が螺旋状に巻回されてなるとともに前記金属板に近接して配置されるコイルと、給電点に接続された導体から構成される結合素子とを備え、
前記金属板の面法線方向を上下方向として、前記コイルは、螺旋軸延長方向が前記金属板の面と平行となるように当該金属板の上方に近接して配置され、
前記結合素子は、前記コイルおよび前記金属板と非接触で上下方向に積層された状態で、前記金属板の上方に配置されている
ことを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項２】
請求項１において、前記結合素子は、前記金属板の上方に配置された前記コイルの上方に積層された状態で当該アンテナ本体に近接配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項３】
請求項１において、前記結合素子は、前記金属板と前記コイルとの間に挿入された状態で配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項４】
請求項１において前記結合素子は、その一部あるいは全部が前記コイルの内側に挿入された状態で配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかにいて、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記コイルの螺旋軸延長方向に延長しつつ、前記コイルの全長より短い直線状導体であることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれかにいて、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記コイルの螺旋軸延長方向と直交する方向に延長する直線状導体であること特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項７】
請求項２〜４のいずれかにいて、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記螺旋軸延長方向を長手方向とした扁平なループ状導体で、当該長手方向の長さが前記コイルの全長より短く、前記ループの面が前記金属板の面と平行となるように配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項８】
請求項２〜４のいずれかにいて、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、前記結合素子は、前記螺旋軸延長方向に扁平したループ状導体で、当該扁平ループの長手方向が前記螺旋軸延長方向と直交するとともに、当該ループの面が前記金属板の面と平行となるように配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項９】
請求項１において、前記螺旋軸延長方向を前後方向として、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、
前記結合素子は、上下に扁平なループ状導体からなり、当該ループ面が前記コイルの前記断面と対面するように前記コイルの前方あるいは後方に配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項１０】
請求項１において、前記螺旋軸延長方向を前後方向として、前記コイルは、前記螺旋軸に直交する断面形状が上下に扁平な略矩形状であり、
前記結合素子は、上下に扁平なループ状導体からなり、当該ループ面が前記コイルの前記断面と対面するように、その一部あるいは全部が前記コイルの内側に挿入された状態で配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項１１】
請求項１〜１０において、前記コイルの全長は送受信する電波の波長の１／１０以下であることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１において、前記金属板の周縁は上方に立設する壁面が形成され、前記コイルと、前記給電点と、当該給電点に接続された前記結合素子は、当該壁面により取り囲まれた領域に配置されていることを特徴とする非接触給電型ノーマルモードヘリカルアンテナ。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図３】
【図８】
【図１０】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図３】
【図８】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１６６５２２（Ｐ２０１０−１６６５２２Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９１８７（Ｐ２００９−９１８７）
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【特許番号】特許第４３５９６４８号（Ｐ４３５９６４８）
【特許公報発行日】平成２１年１１月４日（２００９．１１．４）
【出願人】（５０５０５４５３１）
【出願人】（５０５０５３９７０）
【出願人】（５０４３８５７０８）マイティカード株式会社 (11)
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【特許番号】特許第４３５９６４８号（Ｐ４３５９６４８）
【特許公報発行日】平成２１年１１月４日（２００９．１１．４）
【出願人】（５０５０５４５３１）
【出願人】（５０５０５３９７０）
【出願人】（５０４３８５７０８）マイティカード株式会社 (11)
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