JP2021145318A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ装置において、人体又は他の導体からの反射を抑えることで、狙い方向に電磁波を十分に放射させる。【解決手段】アンテナ装置３は、人体又は導体に当接又は近接して使用されるアンテナ装置であって、アンテナパターン１７と、メタ・サーフェス層１３とを備えている。メタ・サーフェス層１３は、アンテナパターン１７に積層されて人体側に配置される層である。メタ・サーフェス層１３は、第１低損失フィルム２０Ａ及び第２低損失フィルム２０Ｂと、第１低損失フィルム２０Ａ及び第２低損失フィルム２０Ｂにそれぞれ形成された第１メタ・サーフェス２１Ａ及び第２メタ・サーフェス２１Ｂとを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、アンテナ装置、特に、人体又は他の導体の近傍で使用されるアンテナ装置に関する。

近年、時計型、眼鏡型、指輪型、靴型、懐中型、ペンダント型など様々なタイプのウェラブル・コンピュータが開発されている。
また、イヤホン、ヘッドホン等の人体に密着させて使用する電子機器もすでに使用されている。さらに、当然ながら、携帯電話、スマートフォン等の電子機器も、人体に密着又は近づけて使用される。
上記の電子機器には、通信を行うために様々な種類のアンテナが組み込まれている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１８−１７０６７９号公報

従来のアンテナ付き電子機器を人体（頭や手）に密着させて又は近傍で使用すると、次の問題が生じることを、本願の発明者は着目した。
その問題とは、アンテナから出た電波が人体で反射することで、アンテナの放射特性が歪曲されることである。この場合は、電波がアンテナから狙い方向に十分に放射されない。

本発明の目的は、アンテナ装置において、人体又は他の導体からの反射を抑えることで、電波を狙い方向に十分に放射させることである。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係るアンテナ装置は、人体又は導体に当接又は近接して使用されるアンテナ装置であって、アンテナと、メタ・サーフェス層とを備えている。
メタ・サーフェス層は、アンテナに積層されて人体側に配置される層である。メタ・サーフェス層は、低損失フィルムと、低損失フィルムに形成されたメタ・サーフェスとを有する。
この装置では、メタ・サーフェス層はアンテナの人体側に配置されている。したがって、メタ・サーフェス層によって、人体側からの電磁波の反射を抑えてアンテナへの影響を減らせる。この結果、電波を狙い方向に十分に放射させられる。
この装置では、メタ・サーフェスは低損失フィルムに設けられている。この場合、薄い低損失フィルムを用いることで、小型アンテナ装置を実現できる。

低損失フィルムは積層された複数であってもよい。
メタ・サーフェスは、複数の低損失フィルムの各々に形成されていてもよい。
この装置では、多層の低損失フィルムにメタ・サーフェスを形成することで、薄い低損失フィルムでも、多段回路の構成によって多重反射を抑えるフィルタの等価回路を構成できる。したがって、インピーダンスマッチングが可能になる。

低損失フィルムの厚みは１５０μｍ以下であってもよい。

メタ・サーフェスはフラクタル形状であってもよい。
この装置では、メタ・サーフェスのフラクタルの次数を増やすことで、広帯域特を容易に実現できる。

本発明に係るアンテナ装置では、人体からの反射を抑えることで、電波を狙い方向に十分に放射させることができる。

本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置が組み込まれたワイヤレスイヤホンの模式的斜視図。 アンテナ装置の層構成を示す模式図。 アンテナフィルムの断面構成を示す模式図。 メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図。 アンテナ装置の等価回路図。 変形例におけるメタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図。 第２実施形態のアンテナ装置の断面構成を示す模式図。 各低損失フィルムにおけるアンテナ、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図。 第３実施形態のアンテナ装置の断面構成を示す模式図。 各低損失フィルムにおけるアンテナ、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図。 第４実施形態のアンテナ装置の断面構成を示す模式図。 各低損失フィルムにおけるアンテナ、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図。 第５実施形態のアンテナ装置の断面構成を示す模式図。 メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図。 第６実施形態のアンテナ装置の断面構成を示す模式図。 メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図。 グラウンドの平面構成を示す模式図。 第７実施形態における各低損失フィルムにおけるアンテナ、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図。 変形例におけるメタ・サーフェスの模式的平面図。 第８実施形態におけるメタ・サーフェスの模式的平面図。 第９実施形態におけるメタ・サーフェスの模式的平面図。 第１０実施形態におけるメタ・サーフェスの模式的平面図。 第１１実施形態に係るアンテナ装置が組み込まれたスマートグラスの模式的斜視図。 アンテナ装置の層構成を示す模式図。 第１２実施形態に係るアンテナ装置が組み込まれた持続血糖測定器の使用状態を示す図。持続血糖測定器の模式的斜視図。 アンテナ装置の断面構成を示す模式図。 アンテナ装置の模式的斜視図。 アンテナ装置の模式的平面図。 アンテナ装置の等価回路図。

１．第１実施形態
（１）基本構成
図１を用いて、ワイヤレスイヤホン１を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置が組み込まれたワイヤレスイヤホンの模式的斜視図である。
ワイヤレスイヤホン１は、筐体内に組み込まれたアンテナ装置３等を有している。

図２を用いて、アンテナ装置３を説明する。図２は、アンテナ装置の層構成を示す模式図である。
図２において、図下側が人体側である。アンテナ装置３は、例えばＢｌｕｔｏｏｔｈ（登録商標）であって、図上側から下側に向かって、カバー層９、接着層１１、メタ・サーフェス層１３（メタ・サーフェス層の一例）、保護層１５を有している。
メタ・サーフェス層１３は、一又は複数の低損失フィルムとメタ・サーフェスとからなる（後述）。メタ・サーフェス層１３の図上側面には、アンテナパターン１７（アンテナの一例）が形成されている。メタ・サーフェス層１３は、アンテナパターン１７に対して人体側に配置される。以上に述べたメタ・サーフェス層１３とアンテナパターン１７とによって、アンテナフィルム１９が構成されている。
カバー層９は、例えば、ポリカーボネートであり、厚みは２ｍｍである。接着層１１は、例えば、ＯＣＡであり、厚みは２５μｍである。アンテナパターン１７は、例えば、銅であり、厚みは３μｍである。

（２）アンテナフィルムの詳細説明
図３を用いて、アンテナフィルム１９を説明する。図３は、アンテナフィルムの断面構成を示す模式図である。
アンテナフィルム１９は、図下側から、第１低損失フィルム２０Ａ、第２低損失フィルム２０Ｂ、第３低損失フィルム２０Ｃを有している。これらフィルムは互いに積層されている。各低損失フィルムは、例えば、ＰＥＴ又はＣＯＰであり、厚みは５０〜１５０μｍである。低損失フィルムは、低ｔａｎδの材料（低誘電損失材料）であればよく、特に限定されない。低損失フィルム全体の厚みは１５０μｍ以下であることが好ましい。

アンテナパターン１７は、第３低損失フィルム２０Ｃの上面に形成されている。
第１低損失フィルム２０Ａの上面には、第１メタ・サーフェス２１Ａの第１電極２１Ａ１が形成されている。第２低損失フィルム２０Ｂの上面には、第２メタ・サーフェス２１Ｂの第２電極２１Ｂ１が形成されている。メタ・サーフェスは、例えば、銅であり、厚みは３μｍである。又はメタ・サーフェスは、可視光透明な導電膜で作成されていてもよい。具体的には、ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）、透明導電性インク（例えば銀ナノワイヤーインク）が用いられる。
なお、メタ・サーフェスとは、「人工的に構築された入射電波波長よりも短い周期構造」である。メタ・サーフェスでは、周期構造の共振現象によって電磁界特性が決定することから、周期構造を適宜設計することで、自然界から得られない負の屈折率を持つ特異な電磁界特性を得ることができる。
第１低損失フィルム２０Ａの下側面には、グラウンド２９が形成されている。グラウンド２９は、全面的に形成されたベタ層である。

第１電極２１Ａ１は、互いに隙間を設けて、例えば格子状に配置される。当該隙間にキャパシタンス成分が生じる。また、第１電極２１Ａ１とグラウンド２９との間にもキャパシタンス成分が生じる。また、第１電極２１Ａ１自体にはインダクタンス成分が生じる。
第２電極２１Ｂ１も同様である。

第１メタ・サーフェス２１Ａは、第１電極２１Ａ１とグラウンド２９とを接続する第１スルーホール２１Ａ２を有している。
第２メタ・サーフェス２１Ｂは、第２電極２１Ｂ１とグラウンド２９とを接続する第２スルーホール２１Ｂ２を有している。

第１スルーホール２１Ａ２は、それぞれ１つの第１電極２１Ａ１と対応しており、第２低損失フィルム２０Ｂ、第１低損失フィルム２０Ａを貫通して、第１電極２１Ａ１とグラウンド２９とを接続する。これにより、第１スルーホール２１Ａ２には、インダクタンス成分が生じる。
第２スルーホール２１Ｂ２も同様である。

図４を用いて、第１メタ・サーフェス及び第２メタ・サーフェスのパターン配置を説明する。図４は、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図である。
第１電極２１Ａ１と第２電極２１Ｂ１は、正六角形である。第１電極２１Ａ１と第２電極２１Ｂ１は、一行ずつ交互に並んで配置されており、平面視で互いに重なっていない。なお、第１電極２１Ａ１に対応して第１スルーホール２１Ａ２が設けられ、第２電極２１Ｂ１に対応して第２スルーホール２１Ｂ２が設けられている。なお、電極の形状、配置位置は特に限定されない。例えば、電極は、一部が互いに重なっていてもよい。 以上に述べた構造によって、ＥＢＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ）又はＡＭＣ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造が実現されている。
上記のようにＥＢＧ構造を採用することで、放射効率を維持しながら、アンテナの厚み（例えば、アンテナフィルム１９の厚み）をλ／４以下にできる。その理由は、対象とする周波数に合わせて周期構造をうまく作れば、ＥＢＧ構造に入射する電磁波と反射する電磁波の位相が同相にできるからである。位相が同じであれば、厚みをλ／４にしなくても、ＥＢＧ構造で反射した電磁波と、反射せずに空間に放射する電磁波が強め合うことになる。従って、放射効率をそのままに薄型化が図れる。
上記のように、第１メタ・サーフェス２１Ａ及び第２メタ・サーフェス２１Ｂはそれぞれ第１低損失フィルム２０Ａ及び第２低損失フィルム２０Ｂに設けられている。この場合、薄い低損失フィルムを用いることで、小型アンテナ装置を実現できる。

図５を用いて、アンテナ装置の等価回路を説明する。図５は、アンテナ装置の等価回路図である。
第１電極２１Ａ１及び第２電極２１Ｂ１と第１スルーホール２１Ａ２及び第２スルーホール２１Ｂ２それぞれとの間には、インダクタンス成分Ｌ_１及びＬ_２が生じる。また、第１電極２１Ａ１及び第２電極２１Ｂ１とグラウンド２９との間には、それぞれキャパシタンス成分Ｃ_１、Ｃ_２が生じる。さらに、第１電極２１Ａ１及び第２電極２１Ｂ１とアンテナパターン１７との間には、それぞれキャパシタンス成Ｃ_ｇ１、Ｃ_ｇ２が生じる。

上記のように、第１電極２１Ａ１及び第２電極２１Ｂ１を複数層の薄い第１低損失フィルム２０Ａ及び第２低損失フィルム２０Ｂそれぞれに形成することで、薄いフィルムであっても、インダクタンスとキャパシタンスで構成するフィルタが周期的に続く等価回路（ＥＢＧ構造）を構成できる。
このＬとＣで構成されたフィルタ特性を、周期構造の最小単位である電極の形状や寸法、繰り返し回数、複数のフィルムの厚みを、シミュレーションで調整することで、広帯域のインピーダンスマッチングが可能になり、反射係数Γを＋１にできる。
言い換えると、フィルタの等価回路の概念で表面のエネルギーを制御することができ、つまり、アンテナパターン１７の人体側に配置されているメタ・サーフェスの多段階の構成によって多重反射を抑えることで、アンテナパターン１７から人体ヘと放射されるエネルギーを減らし、その結果、人体からの電波の反射を軽減できる。この結果、アンテナパターン１７への影響が減り、狙い方向に電波を十分に放射させられる。

なお、メタ・サーフェスは、導電性部材において周期性を持った２次元正方格子状（すなわち、マトリックス状）に配置された穴から構成されていてもよい。また、導電性部材又は穴の形状は、特に限定されず、周期性のある配置ができれば様々な形状が可能である。

図６を用いて、メタ・サーフェスの平面視形状の変形例を説明する。図６は、変形例におけるメタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図である。基本的な構成は前述の実施例と同じである。
第３電極２１Ｃ１及び第４電極２１Ｄ１は、第１実施形態の第１電極２１Ａ１及び第２電極２１Ｂ１に対応しており、菱形である。第３電極２１Ｃ１と第４電極２１Ｄ１は、一行ずつ交互に並んで配置されており、平面視で互いに重なっていない。なお、第３電極２１Ｃ１に対応して第３スルーホール２１Ｃ２が設けられ、第４電極２１Ｄ１に対応して第４スルーホール２１Ｄ２が設けられている。
電極の形状、配置位置は特に限定されない。例えば、電極は、一部が互いに重なっていてもよい。

２．第２実施形態
第１実施形態では低損失フィルムの積層枚数は３枚であったが、それ以上であってもよい。
図７及び図８を用いて、そのような実施例として第２実施形態を説明する。図７は、第２実施形態のアンテナ装置の断面構成を示す模式図である。図８は、各低損失フィルムにおけるアンテナ、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図である。
アンテナ装置３は、例えば板状逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ：Ｐｌａｔｅ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｆ Ａｎｔｅｎｎａ）であり、メタ・サーフェス層１３を有している。

メタ・サーフェス層１３は、複数の低損失フィルムとメタ・サーフェスとからなる（後述）。メタ・サーフェス層１３の図上側面には、アンテナパターン１７が形成されている。以上に述べたメタ・サーフェス層１３とアンテナパターン１７とによって、アンテナフィルム１９が構成されている。
アンテナフィルム１９は、図下側から、第１低損失フィルム２０Ａ、第２低損失フィルム２０Ｂ、第３低損失フィルム２０Ｃ、第４低損失フィルム２０Ｄを有している。これらフィルムは互いに積層されている。

アンテナパターン１７は、第４低損失フィルム２０Ｄの上面に形成されている。
第１低損失フィルム２０Ａの上面には、第１メタ・サーフェス２１Ａの第１電極２１Ａ１が形成されている。第２低損失フィルム２０Ｂの上面には、第２メタ・サーフェス２１Ｂの第２電極２１Ｂ１が形成されている。
第１低損失フィルム２０Ａの下側面には、グラウンド２９が形成されている。
第１電極２１Ａ１は、互いに隙間を設けて、例えば格子状に配置される。第２電極２１Ｂ１も同様である。

第１メタ・サーフェス２１Ａは、第１電極２１Ａ１とグラウンド２９とを接続する第１スルーホール２１Ａ２を有している。
第２メタ・サーフェス２１Ｂは、第２電極２１Ｂ１とグラウンド２９とを接続する第２スルーホール２１Ｂ２を有している。

第１スルーホール２１Ａ２は、それぞれ１つの第１電極２１Ａ１と対応しており、第２低損失フィルム２０Ｂ、第１低損失フィルム２０Ａを貫通して、第１電極２１Ａ１とグラウンド２９とを接続する。
第２スルーホール２１Ｂ２も同様である。

３．第３実施形態
第１実施形態では低損失フィルムの積層枚数は３枚であったが、それ以上であってもよい。
図９及び図１０を用いて、そのような実施例として第３実施形態を説明する。図９は、第３実施形態のアンテナ装置の断面構成を示す模式図である。図１０は、各低損失フィルムにおけるアンテナ、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図である。

図９において、図下側が人体側である。アンテナ装置３は、例えば板状逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）であり、メタ・サーフェス層１３を有している。
メタ・サーフェス層１３は、複数の低損失フィルムとメタ・サーフェスとからなる（後述）。メタ・サーフェス層１３の図上側面には、アンテナパターン１７が形成されている。以上に述べたメタ・サーフェス層１３とアンテナパターン１７とによって、アンテナフィルム１９が構成されている。

図９において、アンテナフィルム１９は、図下側から、第１低損失フィルム２０Ａ、第２低損失フィルム２０Ｂ、第３低損失フィルム２０Ｃ、第４低損失フィルム２０Ｄ、第５低損失フィルム２０Ｅを有している。これらフィルムは互いに積層されている。

アンテナパターン１７は、第５低損失フィルム２０Ｅの上面に形成されている。
第２低損失フィルム２０Ｂの上面には、第１メタ・サーフェス２１Ａの第１電極２１Ａ１が形成されている。第３低損失フィルム２０Ｃの上面には、第２メタ・サーフェス２１Ｂの第２電極２１Ｂ１が形成されている。
第１低損失フィルム２０Ａの上面には、グラウンド２９が形成されている。
第１低損失フィルム２０Ａの下面には、第３電極３０が形成されている。
第１電極２１Ａ１は、互いに隙間を設けて、例えば格子状に配置される。第２電極２１Ｂ１も同様である。

第１メタ・サーフェス２１Ａは、第１電極２１Ａ１、グラウンド２９、第３電極３０を接続する第１スルーホール２１Ａ２を有している。
第２メタ・サーフェス２１Ｂは、第２電極２１Ｂ１とグラウンド２９とを接続する第２スルーホール２１Ｂ２を有している。

第１スルーホール２１Ａ２は、それぞれ１つの第１電極２１Ａ１及び第３電極３０と対応しており、第２低損失フィルム２０Ｂ、第１低損失フィルム２０Ａを貫通している。
第２スルーホール２１Ｂ２も同様である。

４．第４実施形態
第１〜第３実施形態ではメタ・サーフェスが形成された低損失フィルムの積層枚数は２枚であったが、それ以上であってもよい。
図１１及び図１２を用いて、そのような実施例として第４実施形態を説明する。図１１は、第４実施形態のアンテナ装置の断面構成を示す模式図である。図１２は、各低損失フィルムにおけるアンテナ、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図である。

図１１において、図下側が人体側である。アンテナ装置３は、例えばダイポールアンテナであり、メタ・サーフェス層１３を有している。
メタ・サーフェス層１３は、複数の低損失フィルムとメタ・サーフェスとからなる（後述）。メタ・サーフェス層１３の図上側面には、アンテナパターン１７が形成されている。以上に述べたメタ・サーフェス層１３とアンテナパターン１７とによって、アンテナフィルム１９が構成されている。
図１１において、アンテナフィルム１９は、図下側から、第１低損失フィルム２０Ａ、第２低損失フィルム２０Ｂ、第３低損失フィルム２０Ｃ、第４低損失フィルム２０Ｄを有している。これらフィルムは互いに積層されている。

アンテナパターン１７は、第４低損失フィルム２０Ｄの上面に形成されている。
第１低損失フィルム２０Ａの上面には、第１メタ・サーフェス２１Ａの第１電極２１Ａ１が形成されている。第２低損失フィルム２０Ｂの上面には、第２メタ・サーフェス２１Ｂの第２電極２１Ｂ１が形成されている。第３低損失フィルム２０Ｃの上面には、第３メタ・サーフェス２１Ｃの第３電極２１Ｃ１が形成されている。
第１低損失フィルム２０Ａの下側面には、グラウンド２９が形成されている。
第１電極２１Ａ１は、互いに隙間を設けて、格子状に配置される。第２電極２１Ｂ１及び第３電極２１Ｃ１も同様である。

第１メタ・サーフェス２１Ａは、第１電極２１Ａ１とグラウンド２９とを接続する第１スルーホール２１Ａ２を有している。
第２メタ・サーフェス２１Ｂは、第２電極２１Ｂ１とグラウンド２９とを接続する第２スルーホール２１Ｂ２を有している。
第３メタ・サーフェス２１Ｃは、第３電極２１Ｃ１とグラウンド２９とを接続する第３スルーホール２１Ｃ２を有している。

第１スルーホール２１Ａ２は、それぞれ１つの第１電極２１Ａ１と対応しており、第１低損失フィルム２０Ａを貫通して、第１電極２１Ａ１とグラウンド２９とを接続する。
第２スルーホール２１Ｂ２及び第３スルーホール２１Ｃ２も同様である。

５．第５実施形態
第１〜第４実施形態ではメタ・サーフェスの電極とグラウンドはスルーホールを介して接続されていたが、電極の面積を広くしたり層同士の間隔を短くしたりすることで、当該電極のスルーホールを省略してもよい。
図１３及び図１４を用いて、そのような実施例として第５実施形態を説明する。図１３は、第５実施形態のアンテナ装置の断面構成を示す模式図である。図１４は、各低損失フィルムにおけるアンテナ、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図である。
アンテナ装置３は、例えば板状逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ：Ｐｌａｔｅ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｆ Ａｎｔｅｎｎａ）であり、メタ・サーフェス層１３Ａを有している。

メタ・サーフェス層１３Ａは、低損失フィルムとメタ・サーフェスとからなる（後述）。メタ・サーフェス層１３Ａの図上側面には、アンテナパターン１７Ａが形成されている。以上に述べたメタ・サーフェス層１３Ａとアンテナパターン１７Ａとによって、アンテナフィルム１９Ａが構成されている。
アンテナフィルム１９Ａは、図下側から、第１低損失フィルム２２Ａ、第２低損失フィルム２２Ｂ、第３低損失フィルム２２Ｃを有している。これらフィルムは互いに積層されている。

アンテナパターン１７Ａは、第３低損失フィルム２２Ｃの上面に形成されている。
第２低損失フィルム２０Ｂの下には、メタ・サーフェスの電極１３Ａ１が形成されている。電極１３Ａ１は、例えば、図１４に示すように、一方向に並んで伸びる一対の電極の組み合わせを有している。さらに具体的には、電極１３Ａ１の一対の電極は、互いに向かって伸びる三角形状の突起を有しており、一対の電極間にジグザグ状（ノコギリ歯状）の電極が形成されていない部分を確保している。
第１低損失フィルム２２Ａの下側面には、グラウンド２９Ａが形成されている。以上より、メタ・サーフェスの電極１３Ａ１とグラウンド２９Ａとの間に配置されているのは、第１低損失フィルム２２Ａだけである。

この実施形態では、電極とグラウンドとを接続するスルーホールは形成されていない。しかし、例えば、上記の電極の広い形状、電極とグラウンドの距離が短いこと等のうち一又は複数の特徴によって、アンテナ性能は維持されている。

６．第６実施形態
スルーホールのないメタ・サーフェス用いた他の実施形態を説明する。
図１５〜図１７を用いて、そのような実施例として第６実施形態を説明する。図１５は、第６実施形態のアンテナ装置の断面構成を示す模式図である。図１６は、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図である。図１７は、グラウンドの平面構成を示す模式的平面図である

図１５において、図下側が人体側である。アンテナ装置３は、メタ・サーフェス層１３を有している。
メタ・サーフェス層１３は、複数の低損失フィルムとメタ・サーフェスとからなる（後述）。メタ・サーフェス層１３の図上側面には、アンテナパターン１７が形成されている。以上に述べたメタ・サーフェス層１３とアンテナパターン１７とによって、アンテナフィルム１９が構成されている。
図１５において、アンテナフィルム１９は、図下側から、第１低損失フィルム２０Ａ、第２低損失フィルム２０Ｂを有している。これらフィルムは互いに積層されている。

アンテナパターン１７は、第２低損失フィルム２０Ｂの上面に形成されている。
第１低損失フィルム２０Ａの上面には、第１メタ・サーフェス２１Ａが形成されている。第１メタ・サーフェス２１Ａは、図１６に示すように、相補的スプリットリング共振器（ＣＳＲＲ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｓｐｌｉｔ Ｒｉｎｇ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）であり、スプリットリング形状の切り欠き３１を有している。

第１低損失フィルム２０Ａの下側には、グラウンド２９Ｂが形成されている。
グラウンド２９Ｂは、図１７に示すように、第１メタ・サーフェス２１Ａに対応した切り欠き３３が形成されたグラウンド欠陥構造（ＤＧＳ：Ｄｅｆｅｃｔｅｄ Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）となっている。切り欠き３３は、Ｈ字形状である。
以上より、スルーホールなしのアンテナフィルム１９が実現されている。
さらに、以上より、メタ・サーフェスは一層であるが、第１実施形態と同じような多段の等価回路を実現できる。

７．第７実施形態
図１８及び図１９を用いて、第７実施形態を説明する。図１８は、第７実施形態における各低損失フィルムにおけるアンテナ、メタ・サーフェスの平面位置を示す模式的平面図である。図１９は、変形例におけるメタ・サーフェスの模式的平面図である。
第７実施形態の層構成は第５実施形態と同じである。つまり、メタ・サーフェスは一層である。

アンテナパターン１７Ａは、一方向に延びる直線状である。アンテナパターン１７Ａの給電は全体の真ん中位置で行われる。
第１メタ・サーフェス２１Ａの第１電極２１Ａ１は、平面視Ｈ字形状である。
以上のようにして、小型人工磁気壁（ＡＭＣ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）が実現されている。したがって、反射係数Γ＝＋１特性を通じて、放射効率およびインピーダンス整合の維持ができる。その結果、人体影響を最小化できる。

図１９に示す変形例では、アンテナパターン１７Ｂは、コプレーナ導波（ＣＰＷ：Ｃｏ−Ｐｌａｎａｒ Ｗａｖｅ−ｌｉｎｅ）路構造であり、アンテナ給電はＣＰＷの下端で給電される。

８．第８実施形態
図２０を用いて、第８実施形態を説明する。図２０は、第８実施形態におけるメタ・サーフェスの模式的平面図である。
この実施形態では、メタ・サーフェス２１の電極４１は、フラクタル形状である。フラクタルとは、図形の部分と全体が自己相似（再帰）になっているものをいう。
具体的には、メタ・サーフェス２１の電極４１は、自己相似的な多数の四角形からなる形状である。なお、電極４１の最小単位は四角形の導電性部材であり、当該導電性部材は導電性部材が形成されていない四角形部分を真ん中に有している。

上記のようにメタ・サーフェスの電極がフラクタル形状を採用しているので、広帯域・小型化が容易である。特に、フラクタルの次数が増えれば増えるほど、広帯域特性が得られる。
従来であれば、メタ・サーフェスにおいて製造上の問題からスルーホールを省略することが検討されていた。しかし、その場合、同じ性能を確保するためには、メタ・サーフェス及び全体の面積が広くなる問題があった。
本実施形態のようにメタ・サーフェスの電極をフラクタル形状にすると、いろいろな等価回路を作れるので、性能を維持しつつ、全体を小型化できる。これにより、スルーホールを省略することができる。
この実施形態では、メタ・サーフェスは一層であるが、多層でもよい。多層の場合にも、スルーホールはあってもよいし、省略も可能である。

９．第９実施形態
図２１を用いて、第９実施形態を説明する。図２１は、第９実施形態におけるメタ・サーフェスの模式的平面図である。
この実施形態では、メタ・サーフェス２１の電極４１Ａは、フラクタル形状である。具体的には、電極４１Ａは、自己相似的な多数の四角形からなる形状である。電極４１Ａは電極４１に比べてフラクタルの次数が多い例である。

１０．第１０実施形態
図２２を用いて、第１０実施形態を説明する。図２２は、第１０実施形態におけるメタ・サーフェスの模式的平面図である。
この実施形態では、メタ・サーフェス２１の電極４１Ｂは、フラクタル形状である。具体的には、電極４１Ｂは、自己相似的な無数の三角形からなる図形である。なお、電極４１Ｂの最小単位は三角形の導電性部材であり、当該導電性部材の同じ向き３個の間には、導電性部材が形成されていない逆向きの三角形部分が存在する。

１１．第１１実施形態
図２３及び図２４を用いて、第１１実施形態を説明する。図２３は、第１１実施形態に係るアンテナ装置が組み込まれたスマートグラスの模式的斜視図である。図２４は、アンテナ装置の層構成を示す模式図である。
図２３に示すように、スマートグラス８１は、アンテナ装置８３を内蔵している。
図２４において、図下側が人体側である。アンテナ装置８３は、例えばＢｌｕｔｏｏｔｈ（登録商標）であって、図上側から下側に向かって、第１カバー層１２３、ＧＮＤ１２５、絶縁基板１２７、両面粘着テープ１２９、メタ・サーフェス層１１３（メタ・サーフェス層の一例）、第２カバー層１３１を有している。

メタ・サーフェス層１１３は、一又は複数の低損失フィルムとメタ・サーフェスとからなる（後述）。メタ・サーフェス層１１３の図下側面には、アンテナパターン１１７が形成されている。メタ・サーフェス層１１３は、アンテナパターン１１７に対して人体側に配置される。以上に述べたメタ・サーフェス層１１３とアンテナパターン１１７とによって、アンテナフィルム１１９が構成されている。
メタ・サーフェス層１１３の構成は、第１〜第１０実施形態のメタ・サーフェス層と同じである。

１２．第１２実施形態
図２５〜図２９を用いて、第１２実施形態を説明する。図２５は、第１２実施形態に係るアンテナ装置が組み込まれた持続血糖測定器の模式的斜視図である。図２６は、アンテナ装置の断面構成を示す模式図である。図２７は、アンテナ装置の模式的斜視図である。図２８は、アンテナ装置の模式的平面図である。図２９は、アンテナ装置の等価回路図である。

持続血糖測定器（ＧＭＣ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｇｌｕｃｏｓｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）２０１は人の腕に装着され、測定結果は例えば表示装置（図示せず）に表示される。
図２５に示すように、ＧＭＣ２０１は、アンテナ装置２０３を有している。
アンテナ装置２０３は、例えばダイポールアンテナであり、図２６に示すように、アンテナフィルム２０５を有している。アンテナフィルム２０５は、図下から上に向かって、第１低損失フィルム２０７、第２低損失フィルム２０９、第３低損失フィルム２１１を有している。これらフィルムは互いに積層されている。

アンテナフィルム２０５は、第１低損失フィルム２０７の下面に形成されたグラウンド２２１を有している。
アンテナフィルム２０５は、第１低損失フィルム２０７の上面に形成された第１導体パターン２１３を有している。第１導体パターン２１３は平面視円形である。第１導体パターン２１３からグラウンド２２１に第１スルーホール２１５が延びている。第１スルーホール２１５は、アンテナ給電部を構成している。

アンテナフィルム２０５は、第２低損失フィルム２０９の上面に形成された第２導体パターン２１７を有している。第２導体パターン２１７は、平面視円形である。第２導体パターン２１７は、第１導体パターン２１３より大面積であり、第１導体パターン２１３を平面視で覆っている。
第２導体パターン２１７からグラウンド２２１に複数の第２スルーホール２１９が延びている。第２スルーホール２１９は、第１導体パターン２１３の周囲に配置されている。
第１導体パターン２１３と第２導体パターン２１７との間には、キャパシタンス成分Ｃ_Ｌが生じる。第２導体パターン２１７とグラウンド２２１との間には、キャパシタンス成分Ｃ_Ｒが生じる。第２導体パターン２１７にはインダクタンス成分Ｌ_Ｒが生じる。第２スルーホール２１９には、インダクタンス成分Ｌ_Ｌが生じる。

この実施形態では、図２７及び図２８に示すように、第２スルーホール２１９は４本であり、円周方向に等間隔で、つまり周期性を持って配置されている。
以上の構成により、図２９に示すように、右手左手系複合線路（ＣＲＬＨ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｒｉｇｈｔ−／Ｌｅｆｔ−Ｈａｎｄｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ）特性を実現する等価回路が形成されている。
以上の構成により、ゼロ次共振器（ＺＯＲ：Ｚｅｒｏ Ｏｒｄｅｒ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）特性によって、人体および周辺環境でも第２スルーホール２１９に電流が流れ、ダイポールアンテナの電流が全体的に多く流れるようにする。この結果、アンテナフィルム２０５は、広帯域のアンテナとして機能する。
第２スルーホールの本数は限定されない。

１３．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。

本発明は、人体又は他の導体の近傍で使用されるアンテナ装置に広く適用できる。

１ ：ワイヤレスイヤホン
３ ：アンテナ装置
９ ：カバー層
１１ ：接着層
１３ ：メタ・サーフェス層
１９ ：アンテナフィルム
２０Ａ ：第１低損失フィルム
２０Ｂ ：第２低損失フィルム
２１Ａ ：第１メタ・サーフェス
２１Ａ１ ：第１電極
２１Ａ２ ：第１スルーホール
２１Ｂ ：第２メタ・サーフェス
２１Ｂ１ ：第２電極
２１Ｂ２ ：第２スルーホール

Claims (4)

1. 人体又は導体に当接又は近接して使用されるアンテナ装置であって、
   アンテナと、
   前記アンテナに積層されて人体側に配置された層であって、低損失フィルムと、前記低損失フィルムに形成されたメタ・サーフェスとを有するメタ・サーフェス層と、
   を備えたアンテナ装置。
2. 前記低損失フィルムは積層された複数であり、
   前記メタ・サーフェスは、前記複数の低損失フィルムの各々に形成されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記低損失フィルムの厚みは１５０μｍ以下である、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記メタ・サーフェスはフラクタル形状である、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。

Images