JP2006197265A - 平面アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 広い周波数帯域を確保できるとともに、信頼性の高い平面アンテナを提供する。
【解決手段】 平面アンテナ１は、少なくとも接地板２と、放射導体３と、整合部４と、給電部５と、スペーサー６と、中心導体７と、同軸コネクタ８とを備えており、上記整合部４は、給電部５から放射導体３に向けて幅が狭くなったテーパー形状（逆テーパー形状）を有した平板であり、かつ接地板２に対して傾斜して設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、平面アンテナに関し、より詳細には、周波数帯域が広く、信頼性の高い平面アンテナ関するものである。さらに本発明は、上記の平面アンテナを備えたアンテナ装置並びにＲＦＩＤシステムに関するものでもある。

平面アンテナとして一般的に使用されているものにパッチアンテナがある。パッチアンテナは、上面にパッチ電極を設けた誘電体基板をグラウンド面上に設置し、このパッチ電極に給電ピン等を介して所定の高周波電流を給電するように構成された平面アンテナであり、例えば携帯電話などの通信システムにおける基地局アンテナなど、様々なアンテナとして採用されている。

図１１（ａ）・（ｂ）は、誘電体基板を使用したパッチアンテナ２０の構造を示しており、図１１（ａ）はパッチアンテナ２０の平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示したパッチアンテナ２０のＢ−Ｂ′線矢視断面図である。図１１（ｂ）に示すように、パッチアンテナ２０は、誘電体基板２１の片面に銅箔パターンでアンテナ放射素子２２が形成されている。また、誘電体基板２１を挟んでアンテナ放射素子２２とは反対側にはＧＮＤ２３が形成されている。図１１（ａ）・（ｂ）に示したパッチアンテナ２０は、アンテナ放射素子２２のエッジの入力インピーダンスが２００オーム以上ある。そのため、通信機器等から５０オーム信号をそのままアンテナ放射素子２２のエッジに入力すると、反射による電力の損失が大きくなる。

そこで、オフセット給電と言われる給電方法が採用されている。オフセット給電では、図１１（ａ）に示すように、アンテナ放射素子２２のエッジから信号を給電するのではなく、エッジよりもインピーダンスの低いアンテナ放射素子２２の内部領域Ａから給電することにより、インピーダンスマッチングを図り、反射による電力の損失を低減させている。パッチアンテナ２０は、さらに、同軸線路の中心導体２７をアンテナ放射素子２２の給電点２４に接続し、同軸線路の同軸コネクタ２８をパッチアンテナ２０のＧＮＤ２３に接続している。このような構造を備えたアンテナの一例としては、特許文献１に開示されたアンテナ素子がある。

また、給電方法には、オフセット給電以外に、図１２のように整合部２５を設けて行う方法も一般的によく利用されている（特許文献２参照）が、どちらの方式であっても、一般的な誘電体基板２１を用いたパッチアンテナ２０’は、Ｑ値が高く、周波数帯域が狭い。具体的には、１ＧＨｚ帯であれば、誘電体基板２１として厚みｔ＝１．６ｍｍのガラスエポキシ基板を用いた場合、たとえ寄生素子を設けたとしても、ＶＳＷＲ１．５以下で周波数帯域を１０ＭＨｚ以上確保することは非常に困難である。

そこで、周波数帯域を広くするために、誘電率が１、つまり空気の層を挟んでパッチアンテナを形成する方法もある。図１３（ａ）・（ｂ）は、空気の層を挟んだパッチアンテナ２０’’の構造を示しており、図１３（ａ）はパッチアンテナ２０’’の平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示したパッチアンテナ２０’’のＢ−Ｂ′線矢視断面図である。誘電体基板２１を用いた図１１（ａ）・（ｂ）のパッチアンテナ２０と構造的には同一であるが、広い周波数帯域を確保するために放射素子２２とＧＮＤ２３との間に空隙領域Ｇを備えている。空隙領域Ｇにはスペーサー２６が設けられており、放射素子２２とＧＮＤ２３との間隔を維持している。すなわち、図１３（ａ）・（ｂ）のパッチアンテナ２０’’は、図１１（ａ）・（ｂ）のパッチアンテナ２０において誘電体基板２１の厚みしかなかったパッチアンテナの幅を広く設計することによって、広い周波数帯域が確保している。

しかしながら、図１１のパッチアンテナ２０は、同軸コネクタ８がパッチアンテナ２０の背面にあるため、パッチアンテナ２０を壁などに設置する際、同軸コネクタ８が邪魔になる。すなわち、設置の自由度に制限がある。また、図１３のパッチアンテナ２０’’も、放射素子２２とＧＮＤ２３との間に空隙領域Ｇを設けることによって、上述したように広い周波数帯域を確保することができる一方、オフセット給電を行う場合は、図のように同軸コネクタ２８はＧＮＤ２３の背面に設置せざるを得ない。したがって、図１１のパッチアンテナ２０と同じく設置の自由度に制限がある。

設置の自由度に関して、別の構造を有したパッチアンテナ２０’’’を図１４（ａ）・（ｂ）に示す。図１４（ａ）はパッチアンテナ２０’’’の平面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に示したパッチアンテナ２０’’’のＢ−Ｂ′線矢視断面図である。図１４（ｂ）に示すように、このパッチアンテナ２０’’’は、同軸コネクタ２８をＧＮＤ２３の背面に設けない構造となっている。これにより、上述のような設置の制約を受けることはない。
特開２００４−２６０７８６号公報（２００４年９月１６日公開） 特許第３２７３４０２号公報（２００２年２月１日登録）

しかしながら、図１３のパッチアンテナ２０’’や図１４（ａ）・（ｂ）のパッチアンテナ２０’’’は、広い周波数帯域を確保できる一方、同軸線路の中心導体２７が非常に不安定な状態であるという問題がある。

具体的には、図１３に示したパッチアンテナ２０’’および図１４（ａ）・（ｂ）に示したパッチアンテナ２０’’’はともに、放射素子２２とＧＮＤ２３との間隔が広く設けられている。そのため、広い周波数帯域を確保できる一方、同軸線路の中心導体２７がこの空隙領域Ｇ中で他の部材で支えられることなく非常に不安定な状態となっている。このような状態では、中心導体２７は外部からの衝撃や製造時の振動などで特性が劣化し易い。

また、同軸線路の中心導体２７を放射素子２２とＧＮＤ２３の間に這わせる必要があり、組立作業性が非常に悪いという問題点がある。また、図１３のパッチアンテナ２０’’では、製造時に、同軸線路の中心導体２７が曲がった状態で放射素子２２に接続されることがある。この場合、中心導体２７の曲がり具合により、アンテナ特性の個体差が生じるという問題点がある。

組立作業性に関しては、図１５（ａ）・（ｂ）に示した構造のパッチアンテナ２０’’’’がある。図１５（ａ）はパッチアンテナ２０’’’’の平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示したパッチアンテナ２０’’’’のＢ−Ｂ′線矢視断面図である。図１５（ａ）に示すように、整合部２５を設けることにより、放射素子２２への同軸線路の中心導体２７の接続作業性を高めることができる。

しかしながら、図１５（ａ）・（ｂ）のパッチアンテナ２０’’’’では、パッチアンテナ２０’’’’自体の大きさが大きくなるという問題点がある。すなわち、図１５（ａ）・（ｂ）のパッチアンテナ２０’’’’ではオフセット給電方式ではなく整合部２５を設けた給電方式であるため、オフセット給電方式を採用する場合と比較して、整合部２５に相当する面積（長さ）ほど大きくなる。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、放射素子に整合部を接続させるとともに、この整合部を、放射導体と接地板との空隙領域を利用して配設することによって、周波数帯域が広く、かつ信頼性の高い平面アンテナを提供することにある。

本発明の平面アンテナは、上記課題を解決するために、所定の距離を隔てて対向配置された放射導体および接地板を備えるとともに、上記放射導体に給電を行う給電部を一方の端に有しており、かつ他方の端が当該放射導体に接続した整合部を備えた平面アンテナであって、上記整合部は、上記給電部と接地板とが上記所定の距離よりも短い距離を隔てて配設されるように設けられていることを特徴としている。具体的には、本発明の平面アンテナは、上記整合部が、上記放射導体に接続した端から、上記給電部を有した端に向けて、当該整合部と接地板との距離が次第に短くなるように設けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、本発明の平面アンテナは、周波数帯域を広く確保できるとともに、アンテナの小型化を図ることができる。

放射導体が、接地板から所定の距離を隔てて対向配置していることによって、接地板上に放射導体が設けられている場合と比べて、Ｑ値が小さく、したがって、周波数帯域を広く確保することができる。

また、整合部を備えることによって、通信機器のインピーダンスと、放射導体のインピーダンスとのマッチングが図りやすくなっている。よって、例えば、放射導体の給電領域付近のインピーダンスが２００オームであって、通信機器から５０オーム信号を入力した場合であっても、反射による電力の損失を著しく低減することができる。

上述した従来のパッチアンテナのなかにも、整合部を備え、かつ放射導体が接地板から所定の距離を隔てて対向配置した構成がある。しかしながら、このパッチアンテナは、整合部が、接地板から所定の距離を隔てて対向配置した放射基板と面一になっているため、パッチアンテナの大きさが大きくなる。これに対し、本発明の平面アンテナは、上記放射導体に接続した端から、上記給電部が設けられた端に向けて、整合部と接地板との距離が連続して短くなるように設けられている。すなわち、本発明の平面アンテナは、接地板から放射導体までの距離（空間）に整合部を配設することによって、この空間を有効利用している。これにより、例えば、同じサイズの整合部を備える場合、本発明の平面アンテナは、従来のアンテナよりもその大きさを小さくすることができる。

したがって、本発明の構成によれば、周波数帯域を広く確保できるとともに、アンテナ自体の小型化を実現することができる。

さらに、本発明に係る平面アンテナは、上記給電部に接続される中心導体と、この中心導体と同軸線路上に形成された同軸コネクタとが、上記接地板における放射導体および整合部が配設された側に設けられていることが好ましい。

上記の構成とすれば、本発明の平面アンテナの設置の自由度を向上させることができる。

パッチアンテナの背面に、中心導体と同軸上に形成された同軸コネクタがある従来の構成では、パッチアンテナを壁などに設置する場合にこの同軸コネクタが邪魔になり、設置が困難であった。そこで、本発明の構成によれば、同軸コネクタが、接地板における放射導体および整合部が配設された側に設けられているため、設置の自由度が向上し、従来は困難であった壁への設置が容易になる。

さらに、本発明の平面アンテナは、接地板と放射導体との間に配設されているのは整合部である。そのため、給電部から同軸コネクタまでの距離は、従来の場合と比較して非常に短縮される。これにより、接地板と放射導体との間に配設される中心導体の長さは従来のパッチアンテナと比較して著しく短縮され、よって、中心導体がこの間で不安定な状態になることを回避することができる。

すなわち、外部衝撃や製造時の振動などが中心導体に及ぼされることによる特性の劣化を低減させることができる。よって、上記の構成とすれば、品質の安定性を向上させることができる。

また、従来のパッチアンテナと比較して、必要となる中心導体の長さが短くなるため、従来と比較して、製造コストを抑えて平面アンテナを製造することができる。

また、本発明に係る平面アンテナは、上記放射導体には、その外周から中心に向けて切り込み部が設けられており、上記整合部の一方の端は、当該切り込み部の当該中心側の外縁に接続されていることが好ましい。

上記の構成によれば、放射導体のエッジ（外周）よりもインピーダンスが低い放射導体の中心から給電することができる。これにより、インピーダンスをより正確にマッチさせることができ、反射による損失を更に低減させることができる。

また、本発明に係る平面アンテナは、上記整合部が、上記放射導体に接続した端から、上記給電部を有した端に向けて幅が次第に広くなっていることが好ましい。

上記の構成にすれば、特性インピーダンスを徐々に変化させて、放射導体の給電領域付近のインピーダンスと整合させることができる。

また、本発明に係る平面アンテナは、上記放射導体における接地板が配設された側とは反対側に、当該放射導体と所定の距離を隔てて対向するように寄生素子が設けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、寄生素子を備えることによって、より広い周波数帯域を確保することができる。

また、本発明に係るアンテナ装置は、上記の平面アンテナと、上記平面アンテナから送信された情報の受信、および／または平面アンテナへの情報の送信を行うリーダライタとを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明のアンテナ装置は、上述した効果を奏する平面アンテナを備えているため、例えば、アンテナ装置をゲートアンテナとした場合に、ゲートの壁への設置スペースを従来のアンテナよりも低減させることができる。

リーダライタは、衝突し難い場所に設置することは可能だが、アンテナは受信する情報の発信源の正面に設置せざるを得ないため、設置の制約を受ける。その場合、接地板（ＧＮＤ板）の背面に同軸コネクタを設けた構成の従来のアンテナを備えたのでは、アンテナが、設置された壁から前方に大幅に突出してしまう。例えばアンテナ装置をゲートアンテナとした場合に、アンテナがゲートの壁から大幅に突出してしまうと、ゲート内を移動する物品や運搬機器に接触してしまい、双方が破損する可能性がある。そこで、本発明のアンテナ装置は、平面アンテナの接地板の背面に同軸コネクタを備えていないため、設置スペース（特に、平面アンテナを設置する壁から突出する方向に必要となるスペース）を縮小させることができる。したがって、ゲートアンテナ自体の小型化を実現することができる。

さらに、接地板と放射導体との間の領域に整合部が配設された平面アンテナを備えているため、アンテナ装置（例えば、ゲートアンテナ）の壁に平面アンテナを設置する場合に、平面アンテナの、壁に対して水平方向の大きさを縮小することができる。

また、本発明に係るＲＦＩＤシステムは、無線ＩＣタグと、上記の平面アンテナと、上記平面アンテナから送信された上記無線ＩＣタグに記録された情報の受信、および／または平面アンテナへの無線ＩＣタグに記録された情報の送信を行うリーダライタとを備えていることを特徴としている。

上述した効果を奏する平面アンテナを備えることによって、物流・流通で使用されているＲＦＩＤシステムにおいて、設置の制約条件が多い物流現場であっても好適に用いることができる。

本発明の平面アンテナは、以上のように、所定の距離を隔てて対向配置された放射導体および接地板を備えるとともに、上記放射導体に給電を行う給電部を一方の端に有しており、かつ他方の端が当該放射導体に接続した整合部を備えた平面アンテナであって、上記整合部は、上記給電部と接地板とが上記所定の距離よりも短い距離を隔てて配設されるように設けられていることを特徴としている。

上記の構成とすれば、放射導体が、接地板から所定の距離を隔てて対向配置していることから、周波数帯域を広く確保することができる。

さらに、上記の構成とすれば、整合部が、上記放射導体に接続した端から、上記給電部が設けられた端に向けて、整合部と接地板との距離が連続的に短くなるように設けられている。このことから、整合部は、接地板から放射導体までの距離（空間）を有効利用して設けられていることになる。これにより、例えば、従来と同じサイズの整合部を設けた場合であれば、本発明の構成によれば、従来のアンテナよりも大きさを小さくして実現することができる。

上記の構成によれば、本発明の平面アンテナは、周波数帯域を広く確保できるとともに、アンテナの小型化を図ることができる。

〔実施の形態１〕
本発明に係る実施の形態について、図１および図５に基づいて説明すれば以下のとおりである。

図１は、本実施の形態における平面アンテナ１の外形を示した斜視図である。図１に示す平面アンテナ１は、例えば、リーダライタに備えられ、電波の送信用および受信用に用いることができる。なお、以下では、説明の便宜上、平面アンテナを用いて電波を送信する場合を想定して平面アンテナの特性等について説明するが、この特性等は、平面アンテナを用いて電波を受信する場合についてもほぼ同様に成り立つ。

以下に、平面アンテナ１を、図２（ａ）・（ｂ）に基づいて詳細に説明する。図２（ａ）・（ｂ）は、平面アンテナ１の構成を示しており、図２（ａ）は平面アンテナ１の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した平面アンテナ１を線分Ａ−Ａ’にて切断した矢視断面図である。図２（ｂ）に示すように、平面アンテナ１は、少なくとも、接地板２と、放射導体３と、整合部４と、給電部５と、スペーサー６と、中心導体７と、同軸コネクタ８とを備えている。

図２（ａ）に示すように、放射導体３は、接地板２の中央付近に配置されており、整合部４が接続している。また、図２（ｂ）に示すように、平面アンテナ１は、接地板２と放射導体３とが、スペーサー６を介して、所定の距離Ｘを隔てて対向配置している。また、一方の端に放射導体３が接続された整合部４の他方の端には、給電部５が設けられている。給電部５には、同軸線路の中心導体７が接続しており、この中心導体７は同軸線路の同軸コネクタ８に接続している。

上記の接地板２は、金属材料であれば特に限定されるものではないが、加工性や腐食性を考慮してアルミ材を用いることができる。接地板２の厚みは、特に限定されないが、例えば、２〜３ｍｍ程度とすることができる。

上記の放射導体３は、導体からなる電極である。放射導体３は、２対の対向辺のうち、一方が他方よりも長い、いわゆる長方形を有している。放射導体３は、例えば金属材料を用いて構成することができる。

上記の整合部４は、通信機器（不図示）から入力される信号のインピーダンスと、放射導体３のインピーダンスとをマッチさせるために設けられている。整合部４は、一方の端が上記放射導体３の一端に接続し、他方の端には、放射導体３に給電を行う給電部５が設けられている。

整合部４を備えることによって、例えば、放射導体３の給電領域付近（図２（ａ）の破線で示すＩ領域）のインピーダンスが２００オームであり、通信機器などから入力される信号のインピーダンスが５０オームである場合に、反射による電力の損失を著しく低減させることができる。５０オームのインピーダンスを有する信号を、インピーダンスが２００オーム程度ある放射導体３の給電領域に整合部を介さずに直接入力すると、上記の信号と給電領域とのインピーダンスの差が大きいため、信号の電力が反射してしまい、電力の損失が生じる。すなわち、平面アンテナ１は、整合部４を設けることによって、反射による電力の損失を著しく低減させることができる。

また、上記整合部４は、図２（ａ）に示すように、給電部５から放射導体３に向けて幅が狭くなったテーパー形状（逆テーパー形状）を有した平板である。これにより、特性インピーダンスを徐々に変化させて、放射導体３の給電領域Ｉ付近のインピーダンスとマッチさせることができる。

さらに、図２（ｂ）に示すように、上記整合部４は接地板２に対して傾斜して設けられている。具体的には、放射導体３と整合部４との接続部は、接地板２から距離Ｘ離れており、整合部４の給電部５は、接地板２から距離Ｙ離れている。すなわち、整合部４は、放射導体３に接続した端から、給電部５を有した端に向けて、当該整合部４と接地板２との距離が連続的に短くなるように設けられている。この構成とすることにより、接地板２から放射導体３までの空間を有効利用して整合部４を配置することができる。例えば、整合部と放射基板とが面一に構成されている従来のアンテナの整合部の長さを長さＱ（図２（ｂ））とした場合、平面アンテナ１の構成であれば、接地板２から放射導体３までの空間を有効利用して整合部４を配置でき、整合部４自体の長さＱ（図２（ｂ））は、図２（ａ）に示した平面アンテナ１では距離Ｐのように短くなる。すなわち、本発明の構成とすることにより、平面アンテナ１自体の小型化を実現することができる。

整合部４の放射導体３に対する傾斜角度ｍ（図２（ｂ））は、例えば、ＵＨＦ帯アンテナの場合は、２５〜３５度、好ましくは３０度とすることができる。しかしながら、この角度に限定されるものではない。

上記の給電部５は、整合部４を介して放射導体３に信号（電力）を供給するために、整合部４の一端に設けられており、中心導体７が接続している。したがって、上記の整合部４の給電部５が設けられた端は、中心導体７と給電部５との接続に支障がないように、上記のような傾斜を有しておらず、図２（ｂ）に示すように接地板２と対向配置されている。

給電部５と接地板２とは、接地板２と放射導体３との間の距離よりも短い距離Ｙ（図２（ｂ））を隔てて配設されている。この距離Ｙは、例えば、ＵＨＦ帯アンテナの場合は、３〜５ｍｍの範囲とすることが好ましく、４ｍｍとすることがより好ましい。しかしながら、この距離は上記の範囲に限定されるものではなく、放射導体３と接地板２との間の距離Ｘ（図２（ｂ））との関係と、平面アンテナ１の使用目的（使用帯域）とに応じて適宜設定することができる。

上記の中心導体７は、一方の端が上記の給電部５に接続しており、他方の端が同軸コネクタ８に接続されている。中心導体７は、例えば金属材料を用いて構成することができる。

上記の同軸コネクタ８は、中心導体７が接続されている。同軸コネクタ８は、上記接地板２の、上記放射導体３および整合部４が配設された側に設けられている。具体的には、同軸コネクタ８は、図１３に示した従来のパッチアンテナ２０のように、ＧＮＤ板２３の背面側（放射導体および整合部が設けられていない側）に設けられた構成ではなく、図２（ｂ）に示すように、接地板２における給電部５に最も近いエッジに設けられている。

すなわち、本実施の形態の平面アンテナ１は、接地板２の背面側に、放射導体３への給電に用いる配線やそれに関連する部材が設けられていない。これにより、図１３に示した従来のパッチアンテナ２０では壁への設置に支障があったが、本発明の構成とすることにより、壁への設置には何ら支障はなく設置の自由度を向上させることができる。

さらに、放射導体３と接地板２との間の空間に、整合部４が、接地板２に対して傾斜した状態で設けられていることから、給電部５から同軸コネクタ８までの距離、すなわち、中心導体７の長さが、従来のパッチアンテナと比較して、非常に短縮される。よって、製造コストを抑えて本発明の平面アンテナを製造することができる。

また、従来では中心導体２７（図１３および図１４）が支持体などの部材を伴うことなく放射導体とＧＮＤ板との間に不安定な状態で配設されていたため、アンテナの製造時、および製造後のアンテナを運搬する際などの振動や衝撃によって、中心導体の特性の劣化してしまう可能性があった。これに対し、平面アンテナ１では、従来よりも中心導体７の長さが短くなるため、上記のような不安定な状態を回避することができる。よって、平面アンテナ１の製造時、および製造後の平面アンテナ１を運搬する際などの振動や衝撃による中心導体７の特性の劣化を低減させることができるため、品質の安定性を向上させることができる。

上記のスペーサー６は、接地板２と放射導体３との間に配設されており、この間を所定の距離（すなわち、図２（ｂ）の距離Ｘ）に維持するために設けられている。スペーサー６の材料としては、例えば、ポリエーテルサルフォン（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、フェノール樹脂（ＰＦ）などを用いることができる。

なお、本実施の形態では、図１に示すように、スペーサー６が、放射導体３の四隅に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、アンテナ特性を妨げない限り、配設位置は適宜設定することができ、かつ、その形状および設置数も適宜設定することができる。

以上の構成を備えた平面アンテナ１は、図２（ｂ）に示すように、接地板２と放射導体３とが所定の距離Ｘを隔てて対向配置している。図３に、平面アンテナ１のＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）の測定結果を示す。ＶＳＷＲとは、反射の度合いを示す値であり、１が反射しない状態を示し、アンテナ特性として最良な状態であるといえる。反対に、ＶＳＷＲが高くなればなるほど反射が大きくなることを示す。すなわち、ＶＳＷＲが低いほど良好なアンテナ特性を有しているといえる。

なお、図３に示した測定結果は、放射導体３と接地板２との距離Ｘを１５ｍｍ、給電部５と接地板２との距離Ｙを４ｍｍとした平面アンテナ１を用いた場合の１ＧＨｚ帯におけるＶＳＷＲの測定結果である。また、図３のグラフは、ＶＳＷＲの最大値について示している。さらに、図３には、比較対照として図１１に示すような接地板と放射導体とが接触している構成のアンテナのＶＳＷＲ値の測定結果を破線で示している。

図３の測定結果より、本実施の形態の平面アンテナ１は、図１１に示すような構成のアンテナ（基板の厚み1.6mm）と比較して、Ｑ値が小さく、周波数帯域を広く確保していることがわかる。具体的には、本実施の形態の平面アンテナ１を用いれば、１ＧＨｚ帯において周波数帯域１００ＭＨｚを確保することができる。

なお、放射導体３と接地板２との間の距離Ｘは、平面アンテナ１の使用目的（使用帯域）に応じて、適宜設定することができる。例えば、ＵＨＦ帯アンテナの場合は、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲に設定することが好ましく、１５ｍｍとすることがより好ましい。

なお、本実施の形態では、放射導体３と接地板２との間は、スペーサー６を除けば空気層である。空気層にすることにより、空気は誘電率が１であるため、平面アンテナ１の周波数帯域の拡大に寄与することができる。また、部材を備えないため、平面アンテナ１を低コストで提供することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、上記の空気層の代わりに、他の部材が設けられた構成であってもよい。

また、本実施の形態における空気層に、誘電率の高い材料を配置した場合は、波長短縮効果が得られる。この波長短縮効果とは、誘電体中を伝わる電磁波の波長が誘電率の値に従って短くなる効果である。この効果を使えば、同一周波数で動作する平面アンテナを考えた場合、誘電率の高いアンテナの方が、誘電率の低いアンテナよりもサイズ（具体的には、図２（ａ）に示す幅Ｒ）を小さくすることができる。なお、本明細書においては、平面アンテナ１から電波が放射される空間（外部空間、通常は空気層）の誘電率ε０に対する、樹脂層の誘電率ε１の比、すなわちε１／ε０を、上記樹脂層の比誘電率と定義する。

なお、本実施の形態における空気層の代わりに備える材料は、一種類に限定されるものではなく、複数の種類の材料から構成されるものであってもよく、これらの材料の比誘電率は同一であっても異なるものであってもよい。

また、本実施の形態の平面アンテナ１は、上述したように長方形の放射導体３を備えた構成としている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、放射導体３は、例えば、正方形であってもよく、円形形状や楕円形状であってもよく、その形状、寸法に応じた電流分布が導体上に生じ、その電流分布によって決まるパターンの電波が照射される。

また、本実施の形態における平面アンテナ１では、上記整合部４は平板であり、接地板２に対して傾斜して設けられている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、接地板２に対する傾斜角度は上記した範囲に限定されるものではなく、接地板２に対して垂直に構成されていてもよい。また、整合部４は、彎曲した構造のものであってもよく、凹凸を有した構造や、階段構造であってもよい。

なお、上述した平面アンテナ１は、説明の便宜上、放射導体３の上には何も設けられていない構成となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、放射導体３を保護するような保護層が設けられていてもよい。

以上のような構成を備えた平面アンテナ１は、３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの周波数帯域をもつＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電波の送受信に好適に用いることができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、８００ＭＨｚ〜１．５ＧＨｚの周波数帯域をもつ携帯電話の通信システムの基地局アンテナや、１．９ＧＨｚのＰＨＳ（Personal Handyphone System:パーソナルハンディフォンシステム）のパーソナル通信システムの基地局アンテナに用いることができる。さらに、無線ＬＡＮ（２．４ＧＨｚ）や、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域をもつＵＷＢ（Ultra Wide Band）帯にも適用することができる。

次に、上述した平面アンテナを備えたゲートアンテナ（アンテナ装置）について図４に基づいて説明する。図４は、本発明の平面アンテナが適用されるゲートアンテナ１０の外形を示した斜視図である。

上記ゲートアンテナ１０は、例えば、物品の流通管理現場などに設置されており、物品１１（図５）やその物品を輸送する運搬機器（例えば、フォークリフト）１２（図５）が、このゲートアンテナ１０を通過することによって、物品１１の搬入や搬出等の情報を管理することができる。

ゲートアンテナ１０は、少なくとも、上記の平面アンテナ１と、リーダライタ１４と、ゲート１３とを備えている。さらに、本実施の形態のゲートアンテナ１０は、エリア（進入／退出）検知センサ１５およびランプ１６とを備えている。

リーダライタ１４は、平面アンテナ１から送信された情報を受信することができるとともに、情報を平面アンテナ１に送信することができる。

ゲート１３は、平面アンテナ１と、ランプ１６とを実装している。ゲート１３の大きさは、特に限定されるものではなく、ゲートアンテナ１０が設置される現場に応じて適宜設定することができる。

上記エリア（進入／退出）検知センサ１５は、物品１１やその物品を輸送する運搬機器１２が、ゲートアンテナ１０内に進入および／または退出したことを検知するために設けられている。上記ランプ１６は、エリア（進入／退出）検知センサ１５の情報に基づいて、および／または平面アンテナ１からリーダライタ１４に送信された情報に基づいて点灯や点滅する。

なお、エリア（進入／退出）検知センサ１５、リーダライタ１４、ランプ１６、および平面アンテナ１の配設位置および設置数は、本実施の形態に限定されるものではなく、適宜設定することができる。

なお、本実施の形態では、図４に示すように、平面アンテナ１とリーダライタ１４とは、ケーブル１７によって連結されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、平面アンテナ１とリーダライタ１４とは無線通信によって情報の送受信を行う構成であってもよい。

また、本実施の形態のゲートアンテナ１０は、図４に示すように、平面アンテナ１がゲート１３内部の両側面に設けられた構成となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、
図５は、本実施の形態に係るゲートアンテナ１０を用いた物品管理システム（ＲＦＩＤシステム）を説明するための概略図である。図５において図４に示したように平面小型アンテナ１が搭載されたゲートアンテナ１０を使用してＲＦＩＤラベル１８の情報を読取る。物品に貼付されたＲＦＩＤラベル１８には、物品に係る品番、製造ロット等の情報が入力されており、これらの情報を平面アンテナ１で読取ったゲートアンテナ１０は、ケーブル１７を使用してリーダライタ１４にこの情報を送信する。ゲートアンテナ１０から送信された情報は、リーダライタ１４内に設けられたモデム（不図示）により受信され、リーダライタ１４内に設けられたＣＰＵなどの主要回路（不図示）でデコードする。デコードされた情報に基づいて、ゲートアンテナ１０のランプ１６を必要に応じて点灯・点滅させる。

以上のように、本発明のゲートアンテナは、上述した平面アンテナ１を備えているため、この平面アンテナ１をゲート１３に設置した場合であっても、設置に必要となるスペースを従来の場合よりも低減させることができる。

リーダライタ１４は、図４および図５に示すようにゲート１３の外側の衝突し難い場所に設置することは可能だが、平面アンテナ１は受信する情報の発信源の正面に設置せざるを得ないため、設置の制約を受ける。その場合、アンテナ（ＧＮＤ板）の背面に同軸コネクタなどのある従来のアンテナでは、ゲート１３へのアンテナの設置が容易ではない。すなわち、アンテナがゲート１３の壁から突出する。アンテナが、壁からあまりにも前方に突出してしまうと、ゲート１３内を移動する物品１１や運搬機器１２にアンテナが接触し、双方が破損する可能性が高い。そこで、本実施の形態のゲートアンテナ１０を用いれば、平面アンテナ１の接地板２の背面に同軸コネクタ８が設けられていないため、設置スペースを縮小させることができる。したがって、ゲートアンテナ１０自体の小型化を実現することができる。

さらに、ゲートアンテナ１０は、平面アンテナ１を備えることによって、ゲート１３の壁に対して水平方向の大きさを縮小することができる。すなわち、平面アンテナ１は上述したように接地板から放射導体までの空間に整合部４を這わしており、この空間を有効利用している。そのため、整合部を備えた従来のアンテナよりもアンテナの表面積を小さくすることができる。よって、ゲートアンテナ１０は平面アンテナ１をそなえることにより、ゲート１３の壁の所定面積内に、より多くの平面アンテナ１を設置するも可能となる。

なお、本実施の形態ではゲートアンテナ１０について説明したが、本発明のアンテナ装置はこれに限定されるものではなく、平面アンテナとリーダライタとを備えた構成であればよく、ゲートアンテナ以外にもコンベアアンテナに適用することができる他、ステーショナリー、オーバーヘッド、フォークリフトアンテナなどにも適用することができる。

〔実施の形態２〕
本発明にかかる他の実施の形態について、図６から図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。

なお、本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同様の機能を有する部材には同一の番号を付し、その説明を省略する。

図６は、本実施の形態における平面アンテナ１’の外形を示した斜視図である。また、図７（ａ）・（ｂ）は、平面アンテナ１’の構成を示しており、図７（ａ）は平面アンテナ１’の平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示した平面アンテナ１’を線分Ａ−Ａ’にて切断した矢視断面図である。

上記実施の形態１では、放射導体３が、２対の対向辺のうち一方が他方よりも長い、いわゆる長方形を有している。これに対し、本実施の形態の平面アンテナ１’では、図３および図７（ａ）に示すように、放射導体３’における整合部４’との接続領域において、放射導体３’に切り込み部９が設けられた構成となっている。

すなわち、本実施の形態の平面アンテナ１’は、上記放射導体３に、その中心に向かって切り込み部９が設けられており、整合部４の一方の端は、この切り込み部９の外周における放射導体３の中心側の辺Ｈに接続されている。

放射導体３のインピーダンスは、そのエッジから距離に比例して低くなる。すなわち、放射導体３の中心部分のほうがそのエッジよりもインピーダンスが低い。そこで、図７（ａ）に示すように、本実施の形態の平面アンテナ１’は、上記放射導体３に、その中心に向かって切り込み部９を設け、この切り込み部９の辺Ｈと、整合部４とを接続させている。これにより、インピーダンスの低い放射導体３の中心から給電することができる。これにより、例えば、通信機器などから入力される信号のインピーダンスが５０オームである場合、インピーダンスをより正確にマッチさせることができ、反射による損失を更に低減させることができる。

また、整合部４を放射導体３’の中心（切り込み部９の辺Ｈ）に接続するため、整合部４を放射導体３のエッジに接続する場合と比較して、製造時における整合部の製造を容易にすることできる。具体的には、上記の実施の形態１において説明したように、整合部４（図１および図２（ａ）・（ｂ））を放射導体３のエッジに接続する場合は、放射導体３と整合部４との接続領域Ｉにおいてそれぞれのインピーダンスをマッチさせるために、整合部４の形状を細長く形成する必要があった。ところが、整合部４を細長く形成するためには、比較的厳密な製造精度が要求されることになる。これにより、製造のスループットが低下する。これに対し、本実施の形態の構成では、整合部４が放射導体３’の中心部分において接続しているため、整合部４を上記のように細長く形成する必要はない。具体的には、上記の形状よりも大きく形成することができる。

したがって、平面アンテナ１’の場合では、整合部４を放射導体３のエッジに接続する場合と比較して、整合部４に対して高い製造精度が要求されることなく、容易に製造することが可能となる。これにより、平面アンテナ１’の製造のスループットを向上させることができるため、最終的に平面アンテナ１’自体の製造コストを低減させることができる。

なお、本実施の形態では、切り込み部９は、放射導体３の中心部に向かって細長い形状を有している。しかしながら、本発明はこの形状に限定されるものではなく、整合部４が放射導体３の中心部に接続することができれば、すなわち、切り込み部９の外周の一部が放射導体３の中心部に形成されれば、その形状に制限はない。図８に、切り込み部９の他の形状を示す。なお、図８は、説明の便宜上、接地板２と整合部４と給電部５とは省略している。図８に示すように、切り込み部９は、例えば、円形形状であってもよく、楕円形状のものであってもよく、複数の円形が並んだ状態の形状であってもよく、上記以外の矩形形状（台形、六角形）などであってもよい。
〔実施の形態３〕
本発明にかかる他の実施の形態について、図９および図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。

なお、本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同様の機能を有する部材には同一の番号を付し、その説明を省略する。

図９は、本実施の形態における平面アンテナ１’’の外形を示した斜視図である。また、図１０（ａ）・（ｂ）は、平面アンテナ１’’の構成を示しており、図１０（ａ）は平面アンテナ１’の平面図であり、その一部は透視図となっている。また、図７（ｂ）は図７（ａ）に示した平面アンテナ１’’を線分Ａ−Ａ’にて切断した矢視断面図である。

上記実施の形態１では、放射導体３が、２対の対向辺のうち一方が他方よりも長い、いわゆる長方形を有している。これに対し、本実施の形態の平面アンテナ１’では、図９および図１０（ａ）に示すように、放射導体３’における整合部４’との接続領域において、放射導体３’に切り込み部９が設けられており、さらに、放射導体３’における接地板２とは反対側に所定の距離Ｚを隔てて、放射導体３’よりもサイズの小さい寄生素子１９が対向配置している。

放射導体３’よりもサイズの異なった寄生素子１９を備えることによって、別の共振周波数をもつため、より広い周波数帯域を確保することができる。

寄生素子１９は、導電性材料であれば特に限定されるものではないが、加工性や耐腐食性を考慮すれば真ちゅう（ＢＳ）にメッキ処理したものを用いることができる。

寄生素子１９と放射導体３’との間には、距離Ｚを維持するためのスペーサー６’が設けられている。スペーサー６’の材料としては、放射導体３’と接地板２との間に配設されたスペーサー６と同じく、例えば、ポリエーテルサルフォン（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、フェノール樹脂（ＰＦ）などを用いることができる。

なお、本実施の形態では、図９に示すように、スペーサー６’が、長方形の寄生素子１９の四隅に設けられている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、アンテナ特性を妨げない限り、配設位置は適宜設定することができ、かつ、その形状および設置数も適宜設定することができる。

上記放射導体３’と寄生素子１９との間の距離Ｚは、例えば、３〜５ｍｍの範囲とすることができ、４ｍｍとすることが好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

以上のように、本実施の形態の平面アンテナ１’’は、放射導体３’よりもサイズの異なった寄生素子１９を備えることによって、別の共振周波数をもつため、より広い周波数帯域を確保することができる。

本発明に係る平面アンテナは、放射素子に整合部を接続させるとともに、この整合部を、放射導体と接地板との空隙領域を利用して配設することによって、周波数帯域が広く、かつ信頼性の高い平面アンテナを提供できる。

したがって、例えば、携帯電話やＰＨＳの通信システムの基地局アンテナ等に適用することができる。また、本発明に係る平面アンテナをリーダライタと構成することにより、ゲートアンテナやＲＦＩＤシステム等に広く適用することができる。

本発明に係る実施の形態における平面アンテナの外形を示した斜視図である。 （ａ）は図１に示した平面アンテナの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した平面アンテナのＡ−Ａ′線矢視断面図である。 図１に示した平面アンテナ１のＶＳＷＲの測定結果を示すグラフである。 図１に示した平面アンテナが適用される本発明に係るゲートアンテナの外形を示した斜視図である。 本実施の形態に係るゲートアンテナを用いた物品管理システム（ＲＦＩＤシステム）を説明するための概略図である。 本発明に係る他の実施の形態における平面アンテナの外形を示した斜視図である。 （ａ）は図６に示した平面アンテナの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した平面アンテナのＡ−Ａ′線矢視断面図である。 図６に示した平面アンテナに設けられる切り込み部の変形例を示した平面図である。 本発明に係る他の実施の形態における平面アンテナの外形を示した斜視図である。 （ａ）は図９に示した平面アンテナの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した平面アンテナのＡ−Ａ′線矢視断面図である。 （ａ）は従来技術におけるパッチアンテナの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示したパッチアンテナのＢ−Ｂ′線矢視断面図である。 （ａ）は従来技術におけるパッチアンテナの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示したパッチアンテナのＢ−Ｂ′線矢視断面図である。 （ａ）は従来技術におけるパッチアンテナの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示したパッチアンテナのＢ−Ｂ′線矢視断面図である。 （ａ）は従来技術におけるパッチアンテナの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示したパッチアンテナのＢ−Ｂ′線矢視断面図である。 （ａ）は従来技術におけるパッチアンテナの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示したパッチアンテナのＢ−Ｂ′線矢視断面図である。

符号の説明

１、１’、１’’ 平面アンテナ
２ 接地板
３、３’ 放射導体
４、４’ 整合部
５ 給電部
６、６’ スペーサー
７ 中心導体
８ 同軸コネクタ
９ 切り込み部
１０ ゲートアンテナ
１１ 物品
１２ 運搬機器
１３ ゲート
１４ リーダライタ
１５ エリア（進入／退出）検知センサ
１６ ランプ
１７ ケーブル
１８ ＲＦＩＤラベル
１９ 寄生素子

Claims (8)

1. 所定の距離を隔てて対向配置された放射導体および接地板を備えるとともに、
   上記放射導体に給電を行う給電部を一方の端に有しており、かつ他方の端が当該放射導体に接続した整合部を備えた平面アンテナであって、
   上記整合部は、上記給電部と接地板とが上記所定の距離よりも短い距離を隔てて配設されるように設けられていることを特徴とする平面アンテナ。
2. 上記整合部は、上記放射導体に接続した端から、上記給電部を有した端に向けて、当該整合部と接地板との距離が次第に短くなるように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の平面アンテナ。
3. 上記給電部に接続される中心導体と、この中心導体と同軸線路上に形成された同軸コネクタとが、上記接地板における放射導体および整合部が配設された側に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の平面アンテナ。
4. 上記放射導体には、その外周から中心に向けて切り込み部が設けられており、上記整合部の一方の端は、当該切り込み部の当該中心側の外縁に接続されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の平面アンテナ。
5. 上記整合部は、上記放射導体に接続した端から、上記給電部を有した端に向けて幅が次第に広くなっていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の平面アンテナ。
6. 上記放射導体における接地板が配設された側とは反対側に、当該放射導体と所定の距離を隔てて対向するように寄生素子が設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の平面アンテナ。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の平面アンテナと、
   上記平面アンテナから送信された情報の受信、および／または平面アンテナへの情報の送信を行うリーダライタとを備えていることを特徴とするアンテナ装置。
8. 無線ＩＣタグと、
   請求項１から６の何れか１項に記載の平面アンテナと、
   上記平面アンテナから送信された上記無線ＩＣタグに記録された情報の受信、および／または平面アンテナへの無線ＩＣタグに記録された情報の送信を行うリーダライタとを備えていることを特徴とするＲＦＩＤシステム。

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