ＥＢＧ構造体の製造方法、ＥＢＧ構造体、ＥＢＧ構造シート及びアンテナ装置
【課題】低損失なＥＢＧ構造体とそれを用いたアンテナ装置、無線タグを提供すること。
【解決手段】ＥＢＧ構造体の単位セル毎に、トップ電極１とグランド電極２とを接続するビア３の本数を複数本として高周波電流の流れる経路を分散したり、ビア３の総表面積を大きくして高周波電流がビア３を流れる際に生じる損失を低減したりすることのより、ビア３に起因したＥＢＧの損失を低減し、アンテナ特性への悪影響を抑制する。ビアの本数を単一とする一方でその外形を大きくしてビアの表面積を大きくすることとしても良い。
【解決手段】ＥＢＧ構造体の単位セル毎に、トップ電極１とグランド電極２とを接続するビア３の本数を複数本として高周波電流の流れる経路を分散したり、ビア３の総表面積を大きくして高周波電流がビア３を流れる際に生じる損失を低減したりすることのより、ビア３に起因したＥＢＧの損失を低減し、アンテナ特性への悪影響を抑制する。ビアの本数を単一とする一方でその外形を大きくしてビアの表面積を大きくすることとしても良い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体に関し、特に無線タグ又はＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグのようなアンテナ装置の構成要素に適するＥＢＧ構造体及びその製造方法又は設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の機器の小型化により、例えば、グランド電極プレーン等の金属面とアンテナとの距離が短くなってきており、それによるアンテナ特性の劣化が懸念されている。また、無線タグ又はＲＦＩＤタグを金属面に貼付すると、無線タグに含まれるアンテナの特性が著しく劣化し、無線タグが適切に機能しなくなることも知られている。これらの問題は、いずれも金属面の表面インピーダンスが低いことに起因している。
【０００３】
金属面の低い表面インピーダンスが、入射電界と１８０度位相の異なる反射電界を生成し、逆相の反射波を生じさせることにより、金属近傍では合成電界が小さくなり、金属近傍に配置されたアンテナや無線タグの性能が著しく劣化することとなっている。
【０００４】
逆に、表面インピーダンスの高いものをアンテナ近傍に配置することができれば、その高い表面インピーダンスによりインピーダンス面に入射した電磁波が同相反射され、アンテナ性能を向上させることが知られている。すなわち、金属とアンテナの間に、高い表面インピーダンスを持つものを挿入することにより、金属によるアンテナ特性の劣化を防止できる。
【０００５】
高いインピーダンスを有するシート状構造体としては、ＥＢＧ(Electromagnetic BandGap)構造体があり、その代表例として、従来、ビアを有する所謂マッシュルーム状導体の周期構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，５３８，６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば無線タグなどにＥＢＧ構造体を使用し、金属対応無線タグとする場合、ＥＢＧ構造体の単位セルを小さく、薄くする必要がある。
【０００８】
しかし、ＥＢＧ構造体の単位セルを薄く、小形にするほど、単位セル内部の電流密度、電界強度が高くなり、ＥＢＧ構造体内部における高周波損失が大きくなるため、ＥＢＧ構造体の同相反射性能が劣化するという問題がある。また、ＥＢＧ構造体に無線タグを実装した場合、無線タグとＥＢＧ構造体が近接すればするほど、無線タグのアンテナとＥＢＧ構造体が相関し、ＥＢＧ構造体の損失がアンテナの損失になり、アンテナ特性が劣化するという問題がある。特に、無線タグをＥＢＧ構造体上に実装してなるアンテナ装置を金属上に置いた場合、金属の影響により、ＥＢＧの損失が増大し、アンテナ性能を劣化させる。そのため、金属上で期待されるほどの耐金属効果が実現できないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、金属上に配置されたアンテナ装置の一部として用いられた場合にアンテナ特性の劣化を抑えることのできるＥＢＧ構造体及びそれを用いたアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、かかるＥＢＧ構造体の製造方法又は設計方法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】
【００１１】
アンテナによる送受信を行う際にはＥＢＧ構造体が励振される。これにより、特にビア付きのＥＢＧ構造体の場合、ＥＢＧ構造体の単位セル中を流れる高周波電流はビアに集中する。従って、例えば、ビアの本数を複数本とすれば、高周波電流の流れる経路を分散することができる。
【００１２】
加えて、高周波電流は導体表面の表皮深さ以内にしか流れないため、ビアの表面積を大きくすることによって、電流密度を低減できる。ビアは通常、スルーホールを開けて、内面を導体にてめっきして作るため、中央に穴のあいた円筒形になる。ＥＢＧ構造体の内部電流はビアの外径部の表面を流れるため、ＥＢＧ構造体の単位セル内部を流れる高周波電流はビアの外径部の表面に集中する。そこで、導電損失は電流密度の２乗に比例することから、ビアの外径を大きくする及び／又はビアを複数本とすることとして、高周波電流の流れる表面積を大きくして単位セル内部の表面電流密度を下げれば、高周波電流に起因した損失が減り、ＥＢＧ構造体の性能劣化が軽減する。
【００１３】
このように、ビアを複数本としたりビアを太くしたりすることにより、高周波電流のビアにおける損失を低減することができ、その結果、ＥＢＧ構造体に近接して配置された無線タグなどのアンテナの損失の低減も図り、タグ性能の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明は、上記のような知見に基づいてなされたものであり、具体的には、以下に掲げる解決手段を提供する。
【００１５】
即ち、本発明によれば、トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体を製造する際に、前記単位セル毎に前記ビアを複数本とし及び／又は前記ビアの外径を太くすることにより、高周波電流の前記ビアにおける損失を低減するＥＢＧ構造体の製造方法又は設計方法が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、所定周波数において使用されるアンテナ装置の一部を構成し得るＥＢＧ
(Electromagnetic Band Gap)構造体であって、トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ構造体において、前記ビアは前記単位セル毎に複数本設けられている、ＥＢＧ構造体が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記ＥＢＧ構造体において、
前記単位セル毎の前記ビアは互いに同一の形状を有しており、
前記単位セルのそれぞれに含まれる前記ビアのそれぞれの外径は、前記所定周波数に対応する自由空間波長をλ、前記ビアの本数をｎとした場合に、λ／（４００ｎ）以上である、
ＥＢＧ構造体が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体であって、所定周波数において使用されるアンテナ装置の一部を構成し得るＥＢＧ構造体において、前記ビアは前記単位セル毎に一本のみ設けられており、該単位セルのそれぞれに含まれる前記ビアの外径は前記所定周波数に対応する自由空間波長をλとした場合にλ／４００以上である、ＥＢＧ構造体が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記ＥＢＧ構造体において、
前記トップ電極と前記グランド電極の間に設けられた誘電体を更に備える、ＥＢＧ構造体が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記誘電体は、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、若しくは、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの複合体からなる、ＥＢＧ構造体が得られる。
【００２１】
更に、本発明によれば、前記ＥＢＧ構造体において、
前記トップ電極と前記グランド電極に直接接触しないように、前記誘電体に保持された浮遊容量電極を更に備える、ＥＢＧ構造体が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、
前記ＥＢＧ構造体と、
該ＥＢＧ構造体上に設けられた絶縁体からなるアンテナ支持層
を備えるＥＢＧ構造シートが得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、前記ＥＢＧ構造シートにおいて、
前記アンテナ支持層は、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの発泡材、テフロン（登録商標）やＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)など前記所定周波数において誘電率が４以下且つｔａｎδが０．０１以下の低誘電率且つ低損失の樹脂、ガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材若しくはＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材などの低損失基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、リネンなどの繊維、ハニカム構造など空気層を含む樹脂構造体、又はそれらの組み合わせのいずれかからなる
ＥＢＧ構造シートが得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、
前記誘電体を有する前記ＥＢＧ構造体と、
該ＥＢＧ構造体上に設けられたアンテナ支持層であって前記ＥＢＧ構造体の前記誘電体と同じ材料からなるアンテナ支持層と
を備えるＥＢＧ構造シートが得られる。
【００２５】
更に、本発明によれば、
前記ＥＢＧ構造シートと、
前記アンテナ支持層上に設けられたアンテナ又は無線タグと
を備えるアンテナ装置が得られる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ビアを複数本として高周波電流の電流経路の分散を図ったり、ビアの表面積を総合的に多くして高周波電流の損失を低減したりすることとしたため、ＥＢＧ構造体の性能劣化を軽減することができる。従って、かかるＥＢＧ構造体を無線タグのようなアンテナ装置の一部として用いると、当該アンテナ装置が金属上に配置された場合であっても、アンテナの損失を低く抑えることができ、アンテナ装置の性能向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置は、金属対応無線タグであり、９５０ＭＨｚ対において使用されるものである。
【００２８】
図１に示されるように、本実施の形態によるアンテナ装置１００は、ＥＢＧ構造体１０、ＥＢＧ構造体１０上に設けられたアンテナ支持層２０、アンテナ支持層２０によって支持されたアンテナ３０、及びアンテナ３０と接続されるようにしてアンテナ支持層２０上に搭載されたＩＣ４０を備えている。本実施の形態によるアンテナ装置１００では、ＥＢＧ構造体１０の上にアンテナ３０が設けられていることから、アンテナの利得向上が図られると共に、後に詳述するＥＢＧ構造体１０の構造によりアンテナ装置１００が金属面上に搭載されたとしても当該金属とアンテナ３０との相関が低減されている。なお、本実施の形態によるアンテナ装置のＺ方向におけるトータル厚みは１．９ｍｍである。
【００２９】
ＥＢＧ構造体１０は、図２に示されるように、概略、図３に示されるような単位セルを繰り返し並べてなるようなシート状の構造体である。本実施の形態における単位セルは、Ｚ方向から見た場合に２５ｍｍ角の正方形形状を有しており、Ｚ方向において０．７ｍｍの厚みを有するものである。即ち、本実施の形態における単位セルは、２５ｘ２５ｘ０．７ｍｍである。また、ＥＢＧ構造体１０は、５ｘ５の単位セルで構成されており、１２５ｘ１２５ｘ０．７ｍｍである。
【００３０】
詳しくは、図１乃至図３から理解されるように、ＥＢＧ構造体１０の単位セルは、トップ電極１と、グランド電極２と、トップ電極１とグランド電極２とを接続するビア３と、トップ電極１とグランド電極との間に充填された誘電体４と、誘電体４に保持された浮遊キャパシタ電極５を備えている。このうち、トップ電極１、グランド電極２、ビア３及び浮遊キャパシタ電極５は、導体からなる。なお、図１と図２及び図３を比較すれば理解されるように、図２及び図３においては、理解を助けるべく、誘電体４が省略されている。
【００３１】
図１及び図２から理解されるように、トップ電極１は単位セル毎に独立するようにして設けられているが、グランド電極は複数の単位セルに共通するようにして設けられたベタ電極である。
【００３２】
図３に示されるように、本実施の形態によるＥＢＧ構造体１０の単位セルは、複数のビア３を備えている。具体的には、本実施の形態によるビア３は、単位セル毎に、２本設けられている。２本のビア３は、互いに同一形状であり、それぞれの外径Φは０．４ｍｍである。即ち、本実施の形態によるビア３の外径Φは、λ／（４００ｎ）以上という条件を満たしている。ここで、λは、アンテナ装置１００の使用周波数に対応する自由空間波長であり、ｎはビア３の本数である。
【００３３】
本実施の形態による誘電体４の材料は、誘電損失（ｔａｎδ）の小さいものが望ましく、その例としては、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、若しくは、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂やプラスチック、リネンなどの繊維又はそれらの複合体などが挙げられる。このうち、プラスチックについて更に詳しくは、塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性プラスチックでも、メラミン樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性プラスチックでも良い。
【００３４】
本実施の形態による浮遊キャパシタ電極５は、トップ電極１、グランド電極２及びビア３と絶縁された状態で且つ誘電体４内においてフローティング状態となるように、誘電体４に保持されている。詳しくは、浮遊キャパシタ電極４は、トップ電極１にごく近い位置にフローティング状態で設けられている。
【００３５】
図１に戻り、本実施の形態によるアンテナ支持層２０は、絶縁体からなるものである。具体的には、本実施の形態におけるアンテナ支持層２０は、厚み１．１ｍｍの発泡ポリエチレンからなる。アンテナ支持層２０は、ＥＢＧ構造体１０とアンテナ３０との相関を低減するために、できるだけ低誘電率の材料を用いる方が好ましい。また誘電損失を低減するために、低ｔａｎδの材料（低誘電損失材料）を用いることが望ましい。具体的には、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの発泡材、テフロン（登録商標）、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂やプラスチック、又はリネンなどの繊維が望ましい。プラスチックについて更に詳しくは、塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性プラスチックでも、メラミン樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性プラスチックでも良い。また、ガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルムでも良い。また、アンテナ支持層２０を樹脂で形成し且つそこに空気層を含むようにして構成された樹脂構造体としてもよい。樹脂構造体の例としては、ハニカム構造などが挙げられる。更にはそれらの組み合わせであっても良い。加えて、ＰＥＴや低損失基板を用いて、ＥＢＧ構造体１０の誘電体４とアンテナ支持層２０を同じ材料からなるものとし、ＥＢＧ構造体１０とアンテナ支持層２０を一体で作っても良い。この場合、コストダウンを図ることができる。
【００３６】
本実施の形態によるアンテナ３０は、ダイポールアンテナであり、例えば、薄いＰＥＴなどにアルミ箔や銅箔などの導体箔を貼付して構成されたものである。前述したように、導体箔にはＩＣ４０が接続されている。ダイポールアンテナは、例えば、整合用の小ループ構造の付いたものでも良い。
【００３７】
アンテナ３０による送受信を行う際、ＥＢＧ構造体１０が励振されビア３に電流が流れる。特に、同相反射周波数付近では、単位セルが共振状態に近いため、大きな電流が流れる。アンテナ３０とＥＢＧ構造体１０の距離が近いと、相関により、ビア３の導体損失等、ＥＢＧ構造体１０における損失は、アンテナ３０の損失となり、アンテナ３０の特性に影響を与える。
【００３８】
しかしながら、本実施の形態のように、単位セル毎のビア３が複数本ある場合、電流経路が分散されるため、電流密度が部分的に集中してしまうことを避けることができる。
【００３９】
加えて、単位セル毎のビア３のトータルの表面積を大きくすることにより、ビア３における導体損失を低減することができる。
【００４０】
詳しくは、導体損失は、ＥＢＧ構造体１０を金属板等の上に置いた場合、金属板とＥＢＧ構造体１０との間の相関により、より大きくなる傾向にある。一方で、ＵＨＦ帯タグの国内周波数９５３ＭＨｚのような高周波では、表皮深さ程度の厚み内にしか高周波電流は流れない。表皮深さは、例えば、周波数が１ＧＨｚの場合、アルミであれば２．５２μｍ、銅であれば２．０９μｍであり、高周波電流はそれより深いところにはほとんど流れない。そのため、例えば、従来１本であったビアのサイズを変更せずにビアの本数のみを２本にした場合、高周波電流の流れる面積は２倍になるため、電流密度は半分になる。更には、導体損失は、電流密度の２乗に比例するため、１／４になる。即ち、ビアの本数を増やしたことにより、ビアの表面積をトータルで増やすことができ、それにより、ビアにおける導体損失を低減することができる。そのため、ＥＢＧ構造体１０を金属板等の上に置いたとしても、アンテナ特性に与える悪影響を低減することができる。従って、本実施の形態によるＥＢＧ構造体１０を一部に含むアンテナ装置１００の近傍に金属があったとしても、本実施の形態によるアンテナ装置１００によれば、良好な通信距離を得ることができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置は、上述した第１の実施の形態によるアンテナ装置の変形例であり、単位セルのサイズ、ＥＢＧ構造体のサイズ、アンテナ支持体の材質及びサイズ、アンテナ及びＩＣの構成、アンテナ装置のサイズなどは第１の実施の形態と同様である。従って、以下においては、本実施の形態によるアンテナ装置のうち第１の実施の形態と同様な事項についての詳細な説明は省略することとし、第１の実施の形態との差異となる部分を中心に説明する。
【００４２】
本実施の形態によるアンテナ装置のＥＢＧ構造体は、図４に示されるような単位セルを繰り返し配置してなるシート状の構造体である。詳しくは、本実施の形態による単位セルは、第１の実施の形態と同様に、トップ電極１、グランド電極２、誘電体（図４においては図示せず）及び浮遊キャパシタ電極５を備えると共に、第１の実施の形態とは異なるビア３ａを備えている。
【００４３】
図４に示されるように、本実施の形態によるビア３ａは、第１の実施の形態と同様に、トップ電極１とグランド電極２とを接続するものであるが、第１の実施の形態とは異なり、単位セル毎に一本のみ設けられたものである。但し、ビア３ａは、第１の実施の形態のビアよりも太い。即ち、ビア３ａの外径は、第１の実施の形態のビアよりも大きい。具体的には、本実施の形態におけるビア３ａの外径Φは、０．８ｍｍである。即ち、本実施の形態によるビア３ａの外径Φは、λ／４００以上（即ち、λの０．２５％以上）という条件を満たしている。なお、λは、アンテナ装置の使用周波数に対応する自由空間波長であり、例えば、９５０ＭＨｚの電磁波の場合、自由空間波長は３１５．８ｍｍである。
【００４４】
上述した構造を有する本実施の形態によるアンテナ装置（具体的には、９５０ＭＨｚ帯金属対応無線タグ）を２００ｘ３００ｘ２ｍｍのアルミ板上に載置し、アンテナ装置の通信距離を電波暗室内において測定した。同様に、比較例として、外径Φが０．４ｍｍであるビアを単位セル毎に一本のみ有するようなＥＢＧ構造体を用いてアンテナ装置を作成し、そのアンテナ装置の通信距離についても同様にして測定した。その結果、比較例のアンテナ装置の通信距離が２．８ｍｍであったのに対して、本実施の形態によるアンテナ装置の通信距離は４ｍｍであった。即ち、自由空間用タグの自由空間における通信距離は４ｍ程度のため、金属板上に置いても、自由空間用タグを自由空間で使用している場合と同等の通信距離が得られた。これは、第１の実施の形態においてビアの総表面積の増加によりビアを流れる電流密度を低下させそれによってビアにおける導体損失を低減させたのと同様の理由によるものである。即ち、本実施の形態によるビアの場合、比較例のビアの２倍の表面積を有している。そのため、ビア表面の電流密度は１／２となり、ビア表面における導体損失は１／４となる。そのため、ＥＢＧ構造体の損失を抑えることができ、金属があっても良好なアンテナ特性を得ることができる。
【００４５】
具体的な実施の形態を提示して上述した本発明の概念は、様々なＥＢＧ構造体に適用可能であり、単位セル毎のビアの本数を複数にしたりビアの径を太くしたりすることにより、単位セル毎のビアの総表面積を増やすことによりビアにおける導体損失を低減している限り、上述した実施の形態に対して様々な変形を加えても良い。
【００４６】
具体的には、単位セルの構造が当該単位セルの対角線に対して非対称であるような場合にも、本発明の概念は適用可能である。即ち、少数の単位セルを並べて構成されたＥＢＧ構造体においては、単位セルの数が直交する２方向で異なる場合、それぞれの方向で同相反射周波数が異なる。方向によらず同相反射周波数を同じにするためには、単位セルの構造（単位セル自体の外形、隣接する単位セルのトップ電極間の距離、浮遊キャパシタ電極の形状など）を単位セルの対角線に対して、非対称にする必要がある。例えば、図５に示されるＥＢＧ構造体では、浮遊キャパシタ電極５ａ，５ｂの構造を異ならせて非対称構造の単位セルが構成されているが、かかる単位セルにおいても、第１の実施の形態と同様に、ビア３の本数を複数本（図５では２本）としてあることにより、第１の実施の形態と同様の損失低減効果を得ることができる。
【００４７】
また、例えば、図６乃至図８に示されるように、一方向性電界にしか対応していないようなＥＢＧ構造体を有するアンテナ装置２００の場合にも、本発明の概念は適用可能である。即ち、図示されたアンテナ装置２００は、浮遊キャパシタ電極５ｃ，５ｄの形状をそれぞれ長方形とし、アンテナ３０の長手方向（即ち、Ｘ方向）のみにおいて同相反射特性を有するように浮遊キャパシタ電極５ｃ，５ｄを配置したものであるが、かかる場合にも、単位セル毎のビア３の本数を複数本（図７及び図８に示される例では２本）としてあることにより、第１の実施の形態と同様の損失低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示されるアンテナ装置に含まれるＥＢＧ構造体を概略的に示す斜視図である。
【図３】図２のＥＢＧ構造体に含まれる単位セルを概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置に含まれるＥＢＧ構造体の単位セルを概略的に示す斜視図である。
【図５】ＥＢＧ構造体の変形例を概略的に示す図であって浮遊キャパシタ以下の構造を示す上面図である。
【図６】アンテナ装置の他の変形例を概略的に示す上面図である。図においては、アンテナ支持層が省略されている。
【図７】図６のアンテナ装置におけるＥＢＧ構造体を概略的に示す図であって、浮遊キャパシタ以下の構造を示す上面図である。
【図８】図６のアンテナ装置におけるＥＢＧ構造体の単位セルを概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ トップ電極
２ グランド電極
３，３ａ ビア
４ 誘電体
５，５ａ〜５ｄ 浮遊キャパシタ電極
１０ ＥＢＧ構造体
２０ アンテナ支持層
３０ アンテナ
４０ ＩＣ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体に関し、特に無線タグ又はＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグのようなアンテナ装置の構成要素に適するＥＢＧ構造体及びその製造方法又は設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の機器の小型化により、例えば、グランド電極プレーン等の金属面とアンテナとの距離が短くなってきており、それによるアンテナ特性の劣化が懸念されている。また、無線タグ又はＲＦＩＤタグを金属面に貼付すると、無線タグに含まれるアンテナの特性が著しく劣化し、無線タグが適切に機能しなくなることも知られている。これらの問題は、いずれも金属面の表面インピーダンスが低いことに起因している。
【０００３】
金属面の低い表面インピーダンスが、入射電界と１８０度位相の異なる反射電界を生成し、逆相の反射波を生じさせることにより、金属近傍では合成電界が小さくなり、金属近傍に配置されたアンテナや無線タグの性能が著しく劣化することとなっている。
【０００４】
逆に、表面インピーダンスの高いものをアンテナ近傍に配置することができれば、その高い表面インピーダンスによりインピーダンス面に入射した電磁波が同相反射され、アンテナ性能を向上させることが知られている。すなわち、金属とアンテナの間に、高い表面インピーダンスを持つものを挿入することにより、金属によるアンテナ特性の劣化を防止できる。
【０００５】
高いインピーダンスを有するシート状構造体としては、ＥＢＧ(Electromagnetic BandGap)構造体があり、その代表例として、従来、ビアを有する所謂マッシュルーム状導体の周期構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，５３８，６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば無線タグなどにＥＢＧ構造体を使用し、金属対応無線タグとする場合、ＥＢＧ構造体の単位セルを小さく、薄くする必要がある。
【０００８】
しかし、ＥＢＧ構造体の単位セルを薄く、小形にするほど、単位セル内部の電流密度、電界強度が高くなり、ＥＢＧ構造体内部における高周波損失が大きくなるため、ＥＢＧ構造体の同相反射性能が劣化するという問題がある。また、ＥＢＧ構造体に無線タグを実装した場合、無線タグとＥＢＧ構造体が近接すればするほど、無線タグのアンテナとＥＢＧ構造体が相関し、ＥＢＧ構造体の損失がアンテナの損失になり、アンテナ特性が劣化するという問題がある。特に、無線タグをＥＢＧ構造体上に実装してなるアンテナ装置を金属上に置いた場合、金属の影響により、ＥＢＧの損失が増大し、アンテナ性能を劣化させる。そのため、金属上で期待されるほどの耐金属効果が実現できないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、金属上に配置されたアンテナ装置の一部として用いられた場合にアンテナ特性の劣化を抑えることのできるＥＢＧ構造体及びそれを用いたアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、かかるＥＢＧ構造体の製造方法又は設計方法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】
【００１１】
アンテナによる送受信を行う際にはＥＢＧ構造体が励振される。これにより、特にビア付きのＥＢＧ構造体の場合、ＥＢＧ構造体の単位セル中を流れる高周波電流はビアに集中する。従って、例えば、ビアの本数を複数本とすれば、高周波電流の流れる経路を分散することができる。
【００１２】
加えて、高周波電流は導体表面の表皮深さ以内にしか流れないため、ビアの表面積を大きくすることによって、電流密度を低減できる。ビアは通常、スルーホールを開けて、内面を導体にてめっきして作るため、中央に穴のあいた円筒形になる。ＥＢＧ構造体の内部電流はビアの外径部の表面を流れるため、ＥＢＧ構造体の単位セル内部を流れる高周波電流はビアの外径部の表面に集中する。そこで、導電損失は電流密度の２乗に比例することから、ビアの外径を大きくする及び／又はビアを複数本とすることとして、高周波電流の流れる表面積を大きくして単位セル内部の表面電流密度を下げれば、高周波電流に起因した損失が減り、ＥＢＧ構造体の性能劣化が軽減する。
【００１３】
このように、ビアを複数本としたりビアを太くしたりすることにより、高周波電流のビアにおける損失を低減することができ、その結果、ＥＢＧ構造体に近接して配置された無線タグなどのアンテナの損失の低減も図り、タグ性能の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明は、上記のような知見に基づいてなされたものであり、具体的には、以下に掲げる解決手段を提供する。
【００１５】
即ち、本発明によれば、トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体を製造する際に、前記単位セル毎に前記ビアを複数本とし及び／又は前記ビアの外径を太くすることにより、高周波電流の前記ビアにおける損失を低減するＥＢＧ構造体の製造方法又は設計方法が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、所定周波数において使用されるアンテナ装置の一部を構成し得るＥＢＧ
(Electromagnetic Band Gap)構造体であって、トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ構造体において、前記ビアは前記単位セル毎に複数本設けられている、ＥＢＧ構造体が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記ＥＢＧ構造体において、
前記単位セル毎の前記ビアは互いに同一の形状を有しており、
前記単位セルのそれぞれに含まれる前記ビアのそれぞれの外径は、前記所定周波数に対応する自由空間波長をλ、前記ビアの本数をｎとした場合に、λ／（４００ｎ）以上である、
ＥＢＧ構造体が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体であって、所定周波数において使用されるアンテナ装置の一部を構成し得るＥＢＧ構造体において、前記ビアは前記単位セル毎に一本のみ設けられており、該単位セルのそれぞれに含まれる前記ビアの外径は前記所定周波数に対応する自由空間波長をλとした場合にλ／４００以上である、ＥＢＧ構造体が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記ＥＢＧ構造体において、
前記トップ電極と前記グランド電極の間に設けられた誘電体を更に備える、ＥＢＧ構造体が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記誘電体は、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、若しくは、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの複合体からなる、ＥＢＧ構造体が得られる。
【００２１】
更に、本発明によれば、前記ＥＢＧ構造体において、
前記トップ電極と前記グランド電極に直接接触しないように、前記誘電体に保持された浮遊容量電極を更に備える、ＥＢＧ構造体が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、
前記ＥＢＧ構造体と、
該ＥＢＧ構造体上に設けられた絶縁体からなるアンテナ支持層
を備えるＥＢＧ構造シートが得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、前記ＥＢＧ構造シートにおいて、
前記アンテナ支持層は、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの発泡材、テフロン（登録商標）やＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)など前記所定周波数において誘電率が４以下且つｔａｎδが０．０１以下の低誘電率且つ低損失の樹脂、ガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材若しくはＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材などの低損失基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、リネンなどの繊維、ハニカム構造など空気層を含む樹脂構造体、又はそれらの組み合わせのいずれかからなる
ＥＢＧ構造シートが得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、
前記誘電体を有する前記ＥＢＧ構造体と、
該ＥＢＧ構造体上に設けられたアンテナ支持層であって前記ＥＢＧ構造体の前記誘電体と同じ材料からなるアンテナ支持層と
を備えるＥＢＧ構造シートが得られる。
【００２５】
更に、本発明によれば、
前記ＥＢＧ構造シートと、
前記アンテナ支持層上に設けられたアンテナ又は無線タグと
を備えるアンテナ装置が得られる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ビアを複数本として高周波電流の電流経路の分散を図ったり、ビアの表面積を総合的に多くして高周波電流の損失を低減したりすることとしたため、ＥＢＧ構造体の性能劣化を軽減することができる。従って、かかるＥＢＧ構造体を無線タグのようなアンテナ装置の一部として用いると、当該アンテナ装置が金属上に配置された場合であっても、アンテナの損失を低く抑えることができ、アンテナ装置の性能向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置は、金属対応無線タグであり、９５０ＭＨｚ対において使用されるものである。
【００２８】
図１に示されるように、本実施の形態によるアンテナ装置１００は、ＥＢＧ構造体１０、ＥＢＧ構造体１０上に設けられたアンテナ支持層２０、アンテナ支持層２０によって支持されたアンテナ３０、及びアンテナ３０と接続されるようにしてアンテナ支持層２０上に搭載されたＩＣ４０を備えている。本実施の形態によるアンテナ装置１００では、ＥＢＧ構造体１０の上にアンテナ３０が設けられていることから、アンテナの利得向上が図られると共に、後に詳述するＥＢＧ構造体１０の構造によりアンテナ装置１００が金属面上に搭載されたとしても当該金属とアンテナ３０との相関が低減されている。なお、本実施の形態によるアンテナ装置のＺ方向におけるトータル厚みは１．９ｍｍである。
【００２９】
ＥＢＧ構造体１０は、図２に示されるように、概略、図３に示されるような単位セルを繰り返し並べてなるようなシート状の構造体である。本実施の形態における単位セルは、Ｚ方向から見た場合に２５ｍｍ角の正方形形状を有しており、Ｚ方向において０．７ｍｍの厚みを有するものである。即ち、本実施の形態における単位セルは、２５ｘ２５ｘ０．７ｍｍである。また、ＥＢＧ構造体１０は、５ｘ５の単位セルで構成されており、１２５ｘ１２５ｘ０．７ｍｍである。
【００３０】
詳しくは、図１乃至図３から理解されるように、ＥＢＧ構造体１０の単位セルは、トップ電極１と、グランド電極２と、トップ電極１とグランド電極２とを接続するビア３と、トップ電極１とグランド電極との間に充填された誘電体４と、誘電体４に保持された浮遊キャパシタ電極５を備えている。このうち、トップ電極１、グランド電極２、ビア３及び浮遊キャパシタ電極５は、導体からなる。なお、図１と図２及び図３を比較すれば理解されるように、図２及び図３においては、理解を助けるべく、誘電体４が省略されている。
【００３１】
図１及び図２から理解されるように、トップ電極１は単位セル毎に独立するようにして設けられているが、グランド電極は複数の単位セルに共通するようにして設けられたベタ電極である。
【００３２】
図３に示されるように、本実施の形態によるＥＢＧ構造体１０の単位セルは、複数のビア３を備えている。具体的には、本実施の形態によるビア３は、単位セル毎に、２本設けられている。２本のビア３は、互いに同一形状であり、それぞれの外径Φは０．４ｍｍである。即ち、本実施の形態によるビア３の外径Φは、λ／（４００ｎ）以上という条件を満たしている。ここで、λは、アンテナ装置１００の使用周波数に対応する自由空間波長であり、ｎはビア３の本数である。
【００３３】
本実施の形態による誘電体４の材料は、誘電損失（ｔａｎδ）の小さいものが望ましく、その例としては、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、若しくは、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂やプラスチック、リネンなどの繊維又はそれらの複合体などが挙げられる。このうち、プラスチックについて更に詳しくは、塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性プラスチックでも、メラミン樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性プラスチックでも良い。
【００３４】
本実施の形態による浮遊キャパシタ電極５は、トップ電極１、グランド電極２及びビア３と絶縁された状態で且つ誘電体４内においてフローティング状態となるように、誘電体４に保持されている。詳しくは、浮遊キャパシタ電極４は、トップ電極１にごく近い位置にフローティング状態で設けられている。
【００３５】
図１に戻り、本実施の形態によるアンテナ支持層２０は、絶縁体からなるものである。具体的には、本実施の形態におけるアンテナ支持層２０は、厚み１．１ｍｍの発泡ポリエチレンからなる。アンテナ支持層２０は、ＥＢＧ構造体１０とアンテナ３０との相関を低減するために、できるだけ低誘電率の材料を用いる方が好ましい。また誘電損失を低減するために、低ｔａｎδの材料（低誘電損失材料）を用いることが望ましい。具体的には、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの発泡材、テフロン（登録商標）、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂やプラスチック、又はリネンなどの繊維が望ましい。プラスチックについて更に詳しくは、塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性プラスチックでも、メラミン樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性プラスチックでも良い。また、ガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルムでも良い。また、アンテナ支持層２０を樹脂で形成し且つそこに空気層を含むようにして構成された樹脂構造体としてもよい。樹脂構造体の例としては、ハニカム構造などが挙げられる。更にはそれらの組み合わせであっても良い。加えて、ＰＥＴや低損失基板を用いて、ＥＢＧ構造体１０の誘電体４とアンテナ支持層２０を同じ材料からなるものとし、ＥＢＧ構造体１０とアンテナ支持層２０を一体で作っても良い。この場合、コストダウンを図ることができる。
【００３６】
本実施の形態によるアンテナ３０は、ダイポールアンテナであり、例えば、薄いＰＥＴなどにアルミ箔や銅箔などの導体箔を貼付して構成されたものである。前述したように、導体箔にはＩＣ４０が接続されている。ダイポールアンテナは、例えば、整合用の小ループ構造の付いたものでも良い。
【００３７】
アンテナ３０による送受信を行う際、ＥＢＧ構造体１０が励振されビア３に電流が流れる。特に、同相反射周波数付近では、単位セルが共振状態に近いため、大きな電流が流れる。アンテナ３０とＥＢＧ構造体１０の距離が近いと、相関により、ビア３の導体損失等、ＥＢＧ構造体１０における損失は、アンテナ３０の損失となり、アンテナ３０の特性に影響を与える。
【００３８】
しかしながら、本実施の形態のように、単位セル毎のビア３が複数本ある場合、電流経路が分散されるため、電流密度が部分的に集中してしまうことを避けることができる。
【００３９】
加えて、単位セル毎のビア３のトータルの表面積を大きくすることにより、ビア３における導体損失を低減することができる。
【００４０】
詳しくは、導体損失は、ＥＢＧ構造体１０を金属板等の上に置いた場合、金属板とＥＢＧ構造体１０との間の相関により、より大きくなる傾向にある。一方で、ＵＨＦ帯タグの国内周波数９５３ＭＨｚのような高周波では、表皮深さ程度の厚み内にしか高周波電流は流れない。表皮深さは、例えば、周波数が１ＧＨｚの場合、アルミであれば２．５２μｍ、銅であれば２．０９μｍであり、高周波電流はそれより深いところにはほとんど流れない。そのため、例えば、従来１本であったビアのサイズを変更せずにビアの本数のみを２本にした場合、高周波電流の流れる面積は２倍になるため、電流密度は半分になる。更には、導体損失は、電流密度の２乗に比例するため、１／４になる。即ち、ビアの本数を増やしたことにより、ビアの表面積をトータルで増やすことができ、それにより、ビアにおける導体損失を低減することができる。そのため、ＥＢＧ構造体１０を金属板等の上に置いたとしても、アンテナ特性に与える悪影響を低減することができる。従って、本実施の形態によるＥＢＧ構造体１０を一部に含むアンテナ装置１００の近傍に金属があったとしても、本実施の形態によるアンテナ装置１００によれば、良好な通信距離を得ることができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置は、上述した第１の実施の形態によるアンテナ装置の変形例であり、単位セルのサイズ、ＥＢＧ構造体のサイズ、アンテナ支持体の材質及びサイズ、アンテナ及びＩＣの構成、アンテナ装置のサイズなどは第１の実施の形態と同様である。従って、以下においては、本実施の形態によるアンテナ装置のうち第１の実施の形態と同様な事項についての詳細な説明は省略することとし、第１の実施の形態との差異となる部分を中心に説明する。
【００４２】
本実施の形態によるアンテナ装置のＥＢＧ構造体は、図４に示されるような単位セルを繰り返し配置してなるシート状の構造体である。詳しくは、本実施の形態による単位セルは、第１の実施の形態と同様に、トップ電極１、グランド電極２、誘電体（図４においては図示せず）及び浮遊キャパシタ電極５を備えると共に、第１の実施の形態とは異なるビア３ａを備えている。
【００４３】
図４に示されるように、本実施の形態によるビア３ａは、第１の実施の形態と同様に、トップ電極１とグランド電極２とを接続するものであるが、第１の実施の形態とは異なり、単位セル毎に一本のみ設けられたものである。但し、ビア３ａは、第１の実施の形態のビアよりも太い。即ち、ビア３ａの外径は、第１の実施の形態のビアよりも大きい。具体的には、本実施の形態におけるビア３ａの外径Φは、０．８ｍｍである。即ち、本実施の形態によるビア３ａの外径Φは、λ／４００以上（即ち、λの０．２５％以上）という条件を満たしている。なお、λは、アンテナ装置の使用周波数に対応する自由空間波長であり、例えば、９５０ＭＨｚの電磁波の場合、自由空間波長は３１５．８ｍｍである。
【００４４】
上述した構造を有する本実施の形態によるアンテナ装置（具体的には、９５０ＭＨｚ帯金属対応無線タグ）を２００ｘ３００ｘ２ｍｍのアルミ板上に載置し、アンテナ装置の通信距離を電波暗室内において測定した。同様に、比較例として、外径Φが０．４ｍｍであるビアを単位セル毎に一本のみ有するようなＥＢＧ構造体を用いてアンテナ装置を作成し、そのアンテナ装置の通信距離についても同様にして測定した。その結果、比較例のアンテナ装置の通信距離が２．８ｍｍであったのに対して、本実施の形態によるアンテナ装置の通信距離は４ｍｍであった。即ち、自由空間用タグの自由空間における通信距離は４ｍ程度のため、金属板上に置いても、自由空間用タグを自由空間で使用している場合と同等の通信距離が得られた。これは、第１の実施の形態においてビアの総表面積の増加によりビアを流れる電流密度を低下させそれによってビアにおける導体損失を低減させたのと同様の理由によるものである。即ち、本実施の形態によるビアの場合、比較例のビアの２倍の表面積を有している。そのため、ビア表面の電流密度は１／２となり、ビア表面における導体損失は１／４となる。そのため、ＥＢＧ構造体の損失を抑えることができ、金属があっても良好なアンテナ特性を得ることができる。
【００４５】
具体的な実施の形態を提示して上述した本発明の概念は、様々なＥＢＧ構造体に適用可能であり、単位セル毎のビアの本数を複数にしたりビアの径を太くしたりすることにより、単位セル毎のビアの総表面積を増やすことによりビアにおける導体損失を低減している限り、上述した実施の形態に対して様々な変形を加えても良い。
【００４６】
具体的には、単位セルの構造が当該単位セルの対角線に対して非対称であるような場合にも、本発明の概念は適用可能である。即ち、少数の単位セルを並べて構成されたＥＢＧ構造体においては、単位セルの数が直交する２方向で異なる場合、それぞれの方向で同相反射周波数が異なる。方向によらず同相反射周波数を同じにするためには、単位セルの構造（単位セル自体の外形、隣接する単位セルのトップ電極間の距離、浮遊キャパシタ電極の形状など）を単位セルの対角線に対して、非対称にする必要がある。例えば、図５に示されるＥＢＧ構造体では、浮遊キャパシタ電極５ａ，５ｂの構造を異ならせて非対称構造の単位セルが構成されているが、かかる単位セルにおいても、第１の実施の形態と同様に、ビア３の本数を複数本（図５では２本）としてあることにより、第１の実施の形態と同様の損失低減効果を得ることができる。
【００４７】
また、例えば、図６乃至図８に示されるように、一方向性電界にしか対応していないようなＥＢＧ構造体を有するアンテナ装置２００の場合にも、本発明の概念は適用可能である。即ち、図示されたアンテナ装置２００は、浮遊キャパシタ電極５ｃ，５ｄの形状をそれぞれ長方形とし、アンテナ３０の長手方向（即ち、Ｘ方向）のみにおいて同相反射特性を有するように浮遊キャパシタ電極５ｃ，５ｄを配置したものであるが、かかる場合にも、単位セル毎のビア３の本数を複数本（図７及び図８に示される例では２本）としてあることにより、第１の実施の形態と同様の損失低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示されるアンテナ装置に含まれるＥＢＧ構造体を概略的に示す斜視図である。
【図３】図２のＥＢＧ構造体に含まれる単位セルを概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置に含まれるＥＢＧ構造体の単位セルを概略的に示す斜視図である。
【図５】ＥＢＧ構造体の変形例を概略的に示す図であって浮遊キャパシタ以下の構造を示す上面図である。
【図６】アンテナ装置の他の変形例を概略的に示す上面図である。図においては、アンテナ支持層が省略されている。
【図７】図６のアンテナ装置におけるＥＢＧ構造体を概略的に示す図であって、浮遊キャパシタ以下の構造を示す上面図である。
【図８】図６のアンテナ装置におけるＥＢＧ構造体の単位セルを概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ トップ電極
２ グランド電極
３，３ａ ビア
４ 誘電体
５，５ａ〜５ｄ 浮遊キャパシタ電極
１０ ＥＢＧ構造体
２０ アンテナ支持層
３０ アンテナ
４０ ＩＣ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体を製造する際に、前記単位セル毎に前記ビアを複数本とし及び／又は前記ビアの外径を太くすることにより、高周波電流の前記ビアにおける損失を低減するＥＢＧ構造体の製造方法。
【請求項２】
所定周波数において使用されるアンテナ装置の一部を構成し得るＥＢＧ
(Electromagnetic Band Gap)構造体であって、トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ構造体において、前記ビアは前記単位セル毎に複数本設けられている、ＥＢＧ構造体。
【請求項３】
前記単位セル毎の前記ビアは互いに同一の形状を有しており、
前記単位セルのそれぞれに含まれる前記ビアのそれぞれの外径は、前記所定周波数に対応する自由空間波長をλ、前記ビアの本数をｎとした場合に、λ／（４００ｎ）以上である、
請求項２記載のＥＢＧ構造体。
【請求項４】
トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体であって、所定周波数において使用されるアンテナ装置の一部を構成し得るＥＢＧ構造体において、前記ビアは前記単位セル毎に一本のみ設けられており、該単位セルのそれぞれに含まれる前記ビアの外径は前記所定周波数に対応する自由空間波長をλとした場合にλ／４００以上である、ＥＢＧ構造体。
【請求項５】
前記トップ電極と前記グランド電極の間に設けられた誘電体を更に備える、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のＥＢＧ構造体。
【請求項６】
前記誘電体は、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、若しくは、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの複合体からなる、請求項５記載のＥＢＧ構造体。
【請求項７】
前記トップ電極と前記グランド電極に直接接触しないように、前記誘電体に保持された浮遊容量電極を更に備える、請求項５又は請求項６記載のＥＢＧ構造体。
【請求項８】
請求項２乃至請求項７のいずれかに記載のＥＢＧ構造体と、該ＥＢＧ構造体上に設けられた絶縁体からなるアンテナ支持層を備えるＥＢＧ構造シート。
【請求項９】
前記アンテナ支持層は、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの発泡材、テフロン（登録商標）やＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)など前記所定周波数において誘電率が４以下且つｔａｎδが０．０１以下の低誘電率且つ低損失の樹脂、ガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材若しくはＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材などの低損失基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、リネンなどの繊維、ハニカム構造など空気層を含む樹脂構造体、又はそれらの組み合わせのいずれかからなる
請求項８記載のＥＢＧ構造シート。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のＥＢＧ構造体と、該ＥＢＧ構造体上に設けられたアンテナ支持層であって前記ＥＢＧ構造体の前記誘電体と同じ材料からなるアンテナ支持層と
を備えるＥＢＧ構造シート。
【請求項１１】
請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載のＥＢＧ構造シートと、
前記アンテナ支持層上に設けられたアンテナ又は無線タグと
を備えるアンテナ装置。
【請求項１】
トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体を製造する際に、前記単位セル毎に前記ビアを複数本とし及び／又は前記ビアの外径を太くすることにより、高周波電流の前記ビアにおける損失を低減するＥＢＧ構造体の製造方法。
【請求項２】
所定周波数において使用されるアンテナ装置の一部を構成し得るＥＢＧ
(Electromagnetic Band Gap)構造体であって、トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ構造体において、前記ビアは前記単位セル毎に複数本設けられている、ＥＢＧ構造体。
【請求項３】
前記単位セル毎の前記ビアは互いに同一の形状を有しており、
前記単位セルのそれぞれに含まれる前記ビアのそれぞれの外径は、前記所定周波数に対応する自由空間波長をλ、前記ビアの本数をｎとした場合に、λ／（４００ｎ）以上である、
請求項２記載のＥＢＧ構造体。
【請求項４】
トップ電極、グランド電極、前記トップ電極と前記グランド電極とを電気的につなげるビアを備える単位セルを繰り返し並べるようにして構成されるＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体であって、所定周波数において使用されるアンテナ装置の一部を構成し得るＥＢＧ構造体において、前記ビアは前記単位セル毎に一本のみ設けられており、該単位セルのそれぞれに含まれる前記ビアの外径は前記所定周波数に対応する自由空間波長をλとした場合にλ／４００以上である、ＥＢＧ構造体。
【請求項５】
前記トップ電極と前記グランド電極の間に設けられた誘電体を更に備える、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のＥＢＧ構造体。
【請求項６】
前記誘電体は、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、若しくは、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの複合体からなる、請求項５記載のＥＢＧ構造体。
【請求項７】
前記トップ電極と前記グランド電極に直接接触しないように、前記誘電体に保持された浮遊容量電極を更に備える、請求項５又は請求項６記載のＥＢＧ構造体。
【請求項８】
請求項２乃至請求項７のいずれかに記載のＥＢＧ構造体と、該ＥＢＧ構造体上に設けられた絶縁体からなるアンテナ支持層を備えるＥＢＧ構造シート。
【請求項９】
前記アンテナ支持層は、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの発泡材、テフロン（登録商標）やＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)など前記所定周波数において誘電率が４以下且つｔａｎδが０．０１以下の低誘電率且つ低損失の樹脂、ガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材若しくはＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材などの低損失基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、リネンなどの繊維、ハニカム構造など空気層を含む樹脂構造体、又はそれらの組み合わせのいずれかからなる
請求項８記載のＥＢＧ構造シート。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のＥＢＧ構造体と、該ＥＢＧ構造体上に設けられたアンテナ支持層であって前記ＥＢＧ構造体の前記誘電体と同じ材料からなるアンテナ支持層と
を備えるＥＢＧ構造シート。
【請求項１１】
請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載のＥＢＧ構造シートと、
前記アンテナ支持層上に設けられたアンテナ又は無線タグと
を備えるアンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２１８９６６（Ｐ２００９−２１８９６６Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６１９１９（Ｐ２００８−６１９１９）
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【出願人】（３０４０２０１７７）国立大学法人山口大学 (579)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【出願人】（３０４０２０１７７）国立大学法人山口大学 (579)
【Ｆターム（参考）】
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