JP2022000946A - 平面アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】共平面給電方式のノッチ付き平面アンテナにおける軸比の特性が理想的な円偏波の場合と比較して歪むことを抑制する。【解決手段】放射素子１１は、基板表面１０ａに形成された導電体パターンであり、パターンの縁部から給電点Ｐ１、Ｐ２に至る切り込みである給電用ノッチ１１１，１１２を有する。給電線路１２，１３は、基板表面１０ａに形成された導電体パターンであり、給電用ノッチ１１１，１１２を通って給電点Ｐ１，Ｐ２に至る。放射素子１１は、放射素子１１の中心点に対して給電用ノッチ１１１，１１２とは点対称な位置に設けられ、且つ給電用ノッチ１１１，１１２と同一形状を有した切り込みである非給電用ノッチ１１３，１１４を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、ＲＦタグからの情報の読み取りに用いる平面アンテナに関する。

ＲＦタグが記憶する識別情報をＲＦタグ読取装置で読み取ることによって、所望の機能を実現するＲＦＩＤシステムが知られている。ＲＦＩＤシステムにおいて、ＲＦタグ読取装置のアンテナに対して読み取り対象となるＲＦタグの向きが不定である場合、円偏波アンテナが用いられる。また、アンテナを薄型にするために、共平面給電方式のマイクロストリップアンテナが用いられる。

この種のアンテナとして、特許文献１には、放射素子となるパッチ状のパターンに、該パターンの周縁から給電点に至る切り込みであるノッチを形成し、ノッチを通して給電点に接続される給電線路を用いるノッチ付きの平面アンテナが記載されている。

すなわち、パッチ状のパターンの入力インピーダンスは、パターンの縁が最も高く、真ん中に近づくほど低下するため、ノッチの深さを調整することでアンテナの入力インピーダンスを給電線路のインピーダンスと整合させる。

特開２００５−２８６４８４号公報

しかしながら、共平面給電方式のノッチ付き平面アンテナは、ノッチの影響で軸比が真円から歪んだものとなり、その結果、ＲＦタグの向きに依存して検知距離が大きく異なってしまうという課題があった。

本開示では、共平面給電方式のノッチ付き平面アンテナにおける軸比の特性が理想的な円偏波の場合と比較して歪むことを抑制する技術を提供する。

本開示の一態様は、平面アンテナであって、誘電体基板と、放射素子と、給電線路と、を備える。
誘電体基板は、両面に導電体パターンが形成される。放射素子は、誘電体基板の第１の面に形成された導電体パターンであって、パターンの縁部から給電点に至る切り込みである給電用ノッチを有する。給電線路は、第１の面に形成された導電体パターンであって、給電用ノッチを通って給電点に至る。放射素子には、放射素子の中心点に対して給電用ノッチとは点対称な位置に設けられ、且つ給電用ノッチと同一形状の切り込みである非給電用ノッチが形成される。

このような構成によれば、放射素子の形状の対称性が高くなるため、円偏波の性能の一つである軸比を向上させることができ、その結果、直線偏波の電波を、偏波面の方向によらず、均一な特性で受信できる。

本開示の一態様では、誘電体基板の第２の面に形成された導電体パターンである裏面グランドを更に備えてもよい。
本開示の一態様は、誘電体基板の第２の面には、放射素子と対向する部位を少なくとも含み、裏面グランドが除去された露出部が形成されてもよい。そして、露出部を覆い且つ誘電体基板より誘電率の低い低誘電率層を挟んで対向する部位に対向配置される板状部位を有し、裏面グランドと同電位となるように誘電体基板に固定された導電性を有するカバー部を更に備えてもよい。

このような構成によれば、放射素子のパターンサイズを大きくすることができ、利得を向上させることができる。また、誘電体基板の厚さを薄くすることができ、かつ放射素子以外のパターン構成を小型化できる。

本開示の一態様では、露出部は、放射素子と相似形状に形成されてもよい。
このような構成によれば、放射素子のパターンだけでなく、放射素子と共にマイクロストリップアンテナを形成する部位の対称性を更に向上させることができる。

本開示の一態様では、放射素子は、誘電体基板の中心から外れた位置に配置されてもよい。また、カバー部は、露出部を覆い、かつ誘電体基板の中心に近い方向に偏った位置に配置されてもよい。

このような構成によれば、放射素子の配置によらず、カバー部とで形成される構造の対称性を向上させることができる。
本開示の一態様では、誘電体基板とカバー部との間隔を保持するスペーサを更に備えてもよい。

このような構成によれば、誘電体基板又はカバー部の反りによって、誘電体基板とカバー部との間隔が設計値からずれること、ひいては、アンテナの共振周波数がずれることを抑制できる。

本開示の一態様では、スペーサは、放射素子の中心に配置されてもよい。
このような構成によれば、最小限の構成で、誘電体基板とカバー部との間隔を保持できる。また、スペーサの長さ、径、材質などを適宜選択することによってアンテナの共振周波数を調整できる。

本開示の一態様では、スペーサは、絶縁体であり、１または複数配置されてもよい。
このような構成によれば、スペーサを設ける位置や数、スペーサの長さや径などを、適宜選択することによってアンテナの共振周波数を調整できる。

本開示の一態様では、スペーサは、少なくとも一端がねじ止めによって固定されるように構成されてもよい。
このような構成によれば、スペーサの固定を容易に行うことができる。特に、スペーサの両端ともねじ止めによって固定されるように構成されている場合は、長さ、径、材質などが異なるスペーサに適宜付け替えること、スペーサの数を追加、削減することで、アンテナの共振周波数を調整できる。

本開示の一態様では、スペーサと該スペーサがねじ止めされる部位との間に挿入されるコイルバネを更に備えてもよい。
このような構成によれば、ねじ止めの強度を調整することで、誘電体基板とカバー部との間隔、ひいてはアンテナの共振周波数を微調整できる。

本開示の一態様では、放射素子は、２点給電方式の円偏波アンテナとして作動する形状を有してもよい。放射素子が有する２つの給電点のそれぞれに対して、給電用ノッチ及び非給電用ノッチが設けられてもよい。

本開示の一態様では、給電用ノッチに配線される給電線路を含めた放射素子の導電体パターンは、放射素子の対角線に対して線対称な形状を有してもよい。
本開示の一態様は、２つの給電点に対する給電信号を９０°の位相差をつけて合成又は分配する合成分配回路を更に備えてもよい。合成分配回路は、長方形に形成された誘電体基板の角部に設けられてもよい。なお、合成分配回路は、誘電体基板の第１の面及び第２の面のいずれに設けられてもよい。

このような構成によれば、誘電体基板における放射素子の周囲のスペースを有効利用することができる。
本開示の一態様では、放射素子は、１点給電方式の円偏波アンテナとして作動する形状を有してもよい。

本開示の一態様では、ＲＦタグから情報を読み取るアンテナとして使用されてもよい。

第１実施形態の平面アンテナの平面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 第１実施形態の平面アンテナの背面図である。 第１実施形態の平面アンテナのアンテナ利得の周波数特性をシミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。 第１実施形態の平面アンテナの軸比の周波数特性をシミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。 カバーケース内に突出する裏面グランドの横方向の突出量を変化させてアンテナ利得の周波数特性をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 カバーケース内に突出する裏面グランドの横方向の突出量を変化させて軸比の周波数特性をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 カバーケース内に突出する裏面グランドの縦方向の突出量を変化させてアンテナ利得の周波数特性をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 カバーケース内に突出する裏面グランドの縦方向の突出量を変化させて軸比の周波数特性をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 第２実施形態の平面アンテナの平面図である。 第２実施形態の平面アンテナの背面図である。 第２実施形態の平面アンテナのアンテナ利得の周波数特性をシミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。 第２実施形態の平面アンテナの軸比の周波数特性をシミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。 第３実施形態の平面アンテナの平面図である。 第３実施形態の平面アンテナのアンテナ利得の周波数特性をシミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。 第３実施形態の平面アンテナの軸比の周波数特性をシミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。 第４実施形態の平面アンテナの平面図である。 第５実施形態の平面アンテナの平面図である。 １点給電の場合の放射素子の形状の変形例である。 １点給電の場合の放射素子の形状の変形例である。 周波数調整用の切欠部を有する放射素子の形状を示す説明図である。 平面アンテナが適用される読み取りＢＯＸを、蓋を閉じた状態及び蓋を開けた状態について示した斜視図である。 第６実施形態の平面アンテナの平面図である。 図２３におけるＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ断面図である。 スペーサの取り付け方を示す分解図である。 スペーサの別の取り付け方を示す分解図である。 １個のスペーサ（導体）を設けた平面アンテナの周波数特性を、スペーサの径を変化させてシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 １個のスペーサ（絶縁体）を設けた平面アンテナの周波数特性を、スペーサの径を変化させてシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 複数のスペーサを用いる場合のスペーサの配置例を示す説明図である。 複数のスペーサ（絶縁体）を設けた平面アンテナの周波数特性をスペーサの径を変化させてシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 複数のスペーサ（導体）を設けた平面アンテナの周波数特性をスペーサの径を変化させてシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。

以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
［１．第１実施形態］
［１―１．構成］
本実施形態の平面アンテナ１は、例えば図２２に示す読み取りＢＯＸ１００に取り付けられ、読み取りＢＯＸ１００内に収納される製品等に取り付けられたＲＦタグからの識別情報の読み取りに利用される。ここでは、平面アンテナ１は、読み取りＢＯＸ１００において読み取りＢＯＸ１００内の側面Ａ，Ｂ、背面Ｃ、及び底面Ｄのうち少なくとも１箇所に取り付けられる。平面アンテナ１は、同軸ケーブルを介して、平面アンテナ１を利用する装置に接続される。読み取りＢＯＸ１００は、シールド構造を有していてもよい。

読み取りＢＯＸ１００は、例えば、貴重品、医薬品、管理物品等の持出管理の読み取り等に用いることができる。また、読み取りＢＯＸは、例えば、周囲への電波干渉を抑えてＲＦタグの読み取りや書き込みをする必要がある場合等にも用いることができる。なお、平面アンテナ１の用途は読み取りＢＯＸ１００への適用に限定されるものではない。

平面アンテナ１は、図１〜図３に示すように、誘電体で形成された基板（以下、誘電体基板）１０と、カバーケース２０とを備える。
誘電体基板１０は、例えば、ガラスエポキシ基板やコンポジット基板等、一般的なプリント基板を構成するのに用いられる絶縁体基板であり、基板両面に導電体層が積層される。誘電体基板１０の基板面は、略正方形を有する。

誘電体基板１０は、第１の面である基板表面１０ａには、共平面給電方式かつ二点給電方式の円偏波アンテナとして機能する導電体パターンが、エッチング等によって形成される。

誘電体基板１０は、第２の面である基板裏面１０ｂに、金属製のカバーケース２０が取り付けられる。基板裏面１０ｂには、カバーケース２０の取付部位を除いた全面に渡って導電体パターン（以下、裏面グランド）１６が形成される。カバーケース２０は裏面グランド１６と同電位となるように接続される。

基板表面１０ａには、放射素子１１と、給電線路１２，１３と、合成分配回路１４と、接続部１５と、が形成される。
接続部１５は、誘電体基板１０の４つの角部の１つ（図１では、右下隅の角）に形成される。接続部１５は、同軸ケーブルの外部導体を接続するための表側グランド１５１と、同軸ケーブルの中心導体を接続するための信号端子１５２と、合成分配回路１４を終端するための終端端子１５３と、を備える。終端端子１５３は、図示を省略するが、終端抵抗を介して表側グランド１５１に接続される。

放射素子１１は、外形が略正方形の導電体パターンによって構成されたいわゆるパッチアンテナである。放射素子１１は、基板表面１０ａにおいて接続部１５が形成された角部とは対角に位置する角部（図１では、左上隅の角）に寄った位置に配置される。以下、放射素子１１の外周のうち、図１において上側に位置する辺を第１の辺、左側に位置する辺を第２の辺、下側に位置する辺を第３の辺、右側に位置する辺を第４の辺という。

放射素子１１は、二つの給電点Ｐ１，Ｐ２を有する。第１の給電点Ｐ１は、放射素子１１の中心と放射素子１１の第１の辺の中点とを結ぶ線上に設けられる。第２の給電点Ｐ２は、放射素子１１の中心と、第１の辺に直交する第２の辺の中点とを結ぶ線上に設けられる。給電点Ｐ１，Ｐ２の位置は、具体的には、給電点Ｐ１，Ｐ２での入力インピーダンスが、給電線路１２，１３のパターン幅で決まるインピーダンスと整合する位置に設けられる。

放射素子１１には、第１の辺の中点から給電点Ｐ１に至る部位及び第２の辺の中心から第２の給電点Ｐ２に至る部位のそれぞれに、スリット状の切り欠きである給電用ノッチ１１１，１１２が形成される。また、放射素子１１の中心に対して給電用ノッチ１１１とは点対称な位置に、給電用ノッチ１１１と相似形状の非給電用ノッチ１１３が形成される。同様に、放射素子１１の中心に対して給電用ノッチ１１２とは点対称な位置には、給電用ノッチ１１２と相似形状の非給電用ノッチ１１４が形成される。

つまり、放射素子１１単体のパターン形状は、放射素子１１の対角線、及び放射素子１１の対向する２辺の中点を結ぶ線に対して線対称、かつ放射素子１１の中心に対して点対称な形状を有する。

給電線路１２は、一端が給電用ノッチ１１１を通って給電点Ｐ１に接続され、他端が合成分配回路１４に接続される。給電線路１３は、一端が給電用ノッチ１１２を通って給電点Ｐ２に接続され、他端が合成分配回路１４に接続される。

つまり、放射素子１１と給電用ノッチ１１１，１１２に配線される給電線路１２，１３とを含めたパターン形状は、図１における放射素子１１の左上隅から右下隅に到る対角線に対して線対称な形状を有する。

給電線路１２，１３は、いずれもパターン幅が段階的に変化するマイクロストリップラインによって構成され、インピーダンス変換器としての機能を有する。給電線路１２，１３の合成分配回路１４側端のパターン幅は、合成分配回路１４のインピーダンス（例えば、５０Ω）と整合するように設定される。また、給電線路１２，１３の放射素子１１側端のパターン幅、及び給電用ノッチ１１１，１１２の深さは、給電線路１２，１３の放射素子１１側端のインピーダンスと、給電点Ｐ１，Ｐ２のインピーダンス（例えば、百数十Ω）とが整合するように設定される。このため、給電線路１２，１３は、合成分配回路１４側端のパターン幅が最も広く、放射素子１１側端に近づくに従ってパターン幅が狭くなる。

合成分配回路１４は、ハイブリッドリングを用いて構成される。合成分配回路１４は、放射素子１１と接続部１５との間に配置される。なお、この種のハイブリッドリングは、通常、矩形に形成されるが、本実施形態では、放射素子１１の周囲の基板面を有効利用するためにＬ字状に変形された形状を有する。

合成分配回路１４は、４つの端子Ｔ１〜Ｔ４を有する。端子Ｔ１は、接続部１５の信号端子１５２に接続される。端子Ｔ２は、給電線路１２に接続される。端子Ｔ３は給電線路１３に接続される。端子Ｔ４は、接続部１５の終端端子１５３に接続される。合成分配回路１４は、端子Ｔ１から入力された信号を、９０°の位相差で端子Ｔ２、Ｔ３から出力し、端子Ｔ２、Ｔ３から入力された信号を、９０°の位相差を加えて合成し、端子Ｔ１から出力する。

誘電体基板１０の基板裏面１０ｂは、放射素子１１が形成された部位と対向する部分に、裏面グランド１６のパターンを除去した露出部１７が設けられる。露出部１７は、放射素子１１より広くてもよい。なお、給電線路１２，１３（但し、給電点Ｐ１，Ｐ２への接続のために露出部１７に配線される部位を除く）及び合成分配回路１４は、裏面グランド１６が形成された非露出部に設けられる。

カバーケース２０は、周壁部２１と、底壁部２２とを備える。周壁部２１は、露出部１７の周囲に立設する枠状の部位である。底壁部２２は、周壁部２１によって形成される枠状部位の一方の開口を塞ぐように形成された板状の部位である。底壁部２２は、放射素子１１の外形と相似形状、すなわち略正方形に形成される。カバーケース２０は、露出部１７と底壁部２２とが、周壁部２１の高さ分の空気層を介して対向し、かつ、カバーケース２０と裏面グランド１６とが導電位となるように、周壁部２１の少なくとも一部が裏面グランド１６に固定される。なお、図１及び図３において、符号２０で示す太い破線は、カバーケース２０の周壁部２１が基板裏面１０ｂに当接する位置を示す。

カバーケース２０は、少なくとも露出部１７の全体を覆うように配置される。本実施形態では、放射素子１１において給電用ノッチ１１１，１１２が形成された辺の外側に位置する周壁部２１の２辺は、裏面グランド１６と露出部１７との境界に位置する。また、放射素子１１において非給電用ノッチ１１３，１１４が形成された辺の外側に位置する周壁部２１の２辺は、裏面グランド１６と露出部１７との境界より外側に位置する。外側とは、誘電体基板１０の中心から見て基板端側をいう。つまり、カバーケース２０は、放射素子１１及び露出部１７より、誘電体基板１０の中心側に偏った位置に配置される。

カバーケース２０及び裏面グランド１６は、放射素子１１と共にマイクロストリップアンテナを形成する。カバーケース２０は、誘電体基板１０及び空気層を挟んで放射素子１１と対向するため、マイクロストリップアンテナを形成する誘電体部分の誘電率は、誘電体基板１０自体の誘電率より小さくなる。

これにより、誘電体基板１０において、放射素子１１が形成された部位だけ他の部位より波長短縮率が抑制される。その結果、露出部１７及びカバーケース２０が設けられていない場合と比較して、放射素子１１のパターンを大きくすることができ、ひいては放射素子１１の利得を増大させることができる。

［１−２．測定］
平面アンテナ１の特性をシミュレーションによって算出した結果について説明する。
図４は、平面アンテナ１（以下、実施例）の利得の周波数特性を、非給電用ノッチ１１３，１１４を有さない比較例での算出結果と共に示す。図５は、実施例の軸比の周波数特性を、非給電用ノッチ１１３，１１４を有さない比較例での算出結果と共に示す。

図４及び図５に示すように、実施例では、９２０〜９３０ＭＨｚ当たりでの利得が、比較例より２ｄＢ程度改善する。また、実施例では、広い周波数範囲に渡って、比較例より軸比が大きく改善していることがわかる。なお、軸比は、値がゼロに近いほど、指向性が真円に近くなる。

図６及び図８は、平面アンテナ１の利得の周波数特性を示し、図７及び図９は、平面アンテナ１の軸比の周波数特性を示す。但し、図６及び図７は、裏面グランド１６の横方向の突出量（以下、横幅）を０，１，２，３，４［ｍｍ］と変化させて測定した結果である。図８及び図９は、裏面グランド１６の縦方向の突出量（以下、縦幅）を０，１，２，３，４［ｍｍ］と変化させて測定した結果である。

ここでは、放射素子１１と裏面グランド１６との位置が、図３に示す関係にある場合、露出部１７を囲う裏面グランド１６の４つの辺（以下、内辺）の位置を突出量０［ｍｍ］とする。放射素子１１の非給電用ノッチ１１４が形成された辺に対向する裏面グランド１６の内辺において、該内辺の０［ｍｍ］の位置から放射素子１１の中心方向に向けて突出する裏面グランド１６の突出量が横幅である。放射素子１１の非給電用ノッチ１１３が形成された辺に対向する裏面グランド１６の内辺において、該内辺の０［ｍｍ］の位置から放射素子１１の中心方向に向けて突出する裏面グランド１６の突出量が縦幅である。つまり、横幅及び縦幅が大きくなるほど、露出部１７の形状、ひいてはマイクロスリップアンテナの形状における対称性の崩れも大きくなることを意味する。

図６及び図８に示すように、横幅及び縦幅のいずれの場合も、突出量が大きくなるほど、すなわち、マクロストリップアンテナとしての形状の対称性が崩れるほど、利得が低下し、最大利得が得られる周波数も低下する。

図７及び図９に示すように、横幅及び縦幅のいずれの場合も、突出量が大きくなるほど、すなわち、マイクロストリップアンテナとしての形状の対称性が崩れるほど、軸比の値が大きくなり、理想的な円偏波からの歪みが大きくなる。但し、最小の軸比が得られる周波数は、横幅の突出量が大きくなるほど高い方にシフトし、縦幅の突出量が大きくなるほど低い方向にシフトする。

［１−３．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）平面アンテナ１では、非給電用ノッチ１１３，１１４を設けることで放射素子１１を線対称かつ点対称な形状にしたことにより、軸比の特性が理想的な円偏波の場合と比較して歪むことを抑制できる。その結果、平面アンテナ１では、ＲＦタグの向きによらず、一定の精度でＲＦタグの情報を読み取ることができる。

（１ｂ）平面アンテナ１では、基板裏面１０ｂの放射素子１１と対向する部位に、露出部１７が形成されカバーケース２０が取り付けられている。このため、誘電体基板１０の他の部位と比較して、放射素子１１のパターンを大きくすることができ、誘電体基板１０のサイズの増大を抑えつつ、放射素子１１の利得を向上させることができる。

［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、カバーケース２０が露出部１７より大きく形成され、カバーケース２０の内部に裏面グランド１６が突出した部分が存在する。これに対して、本実施形態の平面アンテナ１ａでは、図１０及び図１１に示すように、カバーケース２０ａが露出部１７と略同じ大きさに形成される点で異なる。

これにより、平面アンテナ１ａでは、放射素子１１及び露出部１７の形状だけでなく、カバーケース２０ａの形状も、放射素子１１の中心に対して点対称、かつ、放射素子１１の対角線及び対向する２辺の中点を通る線に対して線対称な形状となる。

つまり、放射素子１１と給電用ノッチ１１１，１１２に配線される給電線路１２，１３とを含めたカバーケース２０ａ内の構造は、図１０におけるカバーケース２０ａの左上隅から右下隅を貫く対角線に対して線対称な形状を有する。

但し、誘電体基板１０に対するカバーケース２０ａの配置は、第１実施形態とは異なり、放射素子１１及び露出部１７と同程度に、誘電体基板１０の一つの角部に偏ったものとなる。

［２−２．測定］
平面アンテナ１ａの特性をシミュレーションによって算出した結果について説明する。
図１２は、平面アンテナ１ａ（以下、実施例２）の利得の周波数特性を、第１実施形態の平面アンテナ１（以下、実施例１）での算出結果と共に示す。図１３は、実施例２の軸比の周波数特性を、実施例１での算出結果と共に示す。

図１２及び図１３に示すように、実施例２は、実施例１と比較して、利得については略同様の周波数特性が得られ、軸比については周波数特性が多少劣化するが、実用上問題のない範囲である。

［２−３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ），（１ｂ）に加えて、以下の効果を奏する。

（２ａ）平面アンテナ１ａでは、カバーケース２０ａが第１実施形態のカバーケース２０と比較して小型化されるため、平面アンテナ１ａを軽量化できる。
［３．第３実施形態］
［３−１．第２実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第２実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第２実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第２実施形態では、放射素子１１、露出部１７、及びカバーケース２０ａが、誘電体基板１０の中心より左上角部に寄った位置に設けられている。これに対して、本実施形態の平面アンテナ１ｂでは、図１４に示すように、放射素子１１、露出部１７、及びカバーケース２０ａが、誘電体基板１０の中心に設けられている。

［３−２．測定］
平面アンテナ１ｂの特性をシミュレーションによって算出した結果について説明する。
図１５は、平面アンテナ１ｂ（以下、実施例３）の利得の周波数特性を、第２実施形態の平面アンテナ１ａ（以下、実施例２）での算出結果と共に示す。図１６は、実施例３の軸比の周波数特性を、実施例２での算出結果と共に示す。

図１５及び図１６に示すように、実施例３は、実施例２と比較して、利得が増大し、軸比が減少する。つまり、利得及び軸比のいずれもが向上する。
［３−３．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ），（１ｂ）及び第２実施形態の効果（２ａ）に加えて、以下の効果を奏する。

（３ａ）平面アンテナ１ｂでは、誘電体基板１０、放射素子１１、露出部１７、及びカバーケース２０ａを含めた構造が、より対称性を有した形状を有する。これにより、利得及び軸比の周波数特性を、より向上させることができる。

［４．第４実施形態］
［４−１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、放射素子１１の外形が略正方形である場合について説明したが、本実施形態の平面アンテナ１ｃは、図１７に示すように、放射素子１１ｃの外形が略円形に形成される。そして、給電点Ｐ１，Ｐ２は、放射素子１１ｃの中心を通る直交した二つの直線上に配置され、給電用ノッチ１１１，１１２及び非給電用ノッチ１１３，１１４も、この直線に沿って形成される。

［４−２．効果］
以上詳述した本実施形態の平面アンテナ１ｃによれば、第１実施形態の平面アンテナ１と同様の以下の効果を奏する。

なお、図１７では、カバーケース２０が、第１実施形態の場合と同様な位置及び大きさとされているが、第２実施形態又は第３実施形態で示したカバーケース２０ａと同様な位置及び大きさとされてもよい。

［５．第５実施形態］
［５−１．第１実施形態との相違点］
第５実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、２点給電の場合について説明したが、本実施形態では、１点給電の場合について説明する。
図１８に示すように、平面アンテナ１ｄは、誘電体基板３０の基板表面３０ａには、導電体パターンによって、放射素子３１と給電線路３２とが形成される。

放射素子３１は、略正方形を有し、対角線上の二つの角部には、三角形に切り欠いた切欠部３１３が設けられる。
放射素子３１には、１つの給電点Ｐが設けられ、１つの給電用ノッチ３１１及び１つの非給電用ノッチ３１２が設けられる。

給電線路３２は、給電線路１２と同様に構成されインピーダンス変換器としての機能を有する。
このように構成された、平面アンテナ１ｄは、非給電用ノッチ３１２が設けられる以外は、共平面給電方式かつ１点給電方式のノッチ付の円偏波アンテナにおける公知の構造を有する。

なお、誘電体基板３０の基板裏面における裏面グランド１０及び露出部１７、並びにカバーケース２０，２０ａについては、第１実施形態〜第３実施形態のいずれかの場合と同様であるため、説明を省略する。

［５−２．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（４ａ）平面アンテナ１ｄによれば、非給電用ノッチ３１２を有することで、非給電用ノッチ３１２がない場合と比較して放射素子３１の形状の対称性が高くなるため、軸比の特性が理想的な円偏波の場合と比較して歪むことを抑制できる。

なお、本実施形態では、非給電用ノッチ３１２を、放射素子３１の中心に対して給電用ノッチ３１１とは点対称な位置にだけ設けたが、第１実施形態の場合と同様の箇所に４つのノッチを形成し、４つのノッチのうち、いずれか１つを給電用ノッチとし、他の３つを非給電用ノッチとして、１点給電を行う構造を有してもよい。

［６．第６実施形態］
［６−１．第１実施形態との相違点］
第６実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

本実施形態の平面アンテナ１ｇは、図２３及び図２４に示すように、誘電体基板１０とケース部２０との間隔を保持するスペーサ４０を更に備える点が、第１実施形態とは相違する。

スペーサ４０は、中心を貫通するねじ孔４０ａを有する筒状の導体である。但し、ねじ孔４０ａは、スペーサ４０の両端に形成されていればよく、必ずしも貫通している必要はない。スペーサ４０の外形は、円柱状でも、多角柱状でもよい。

スペーサ４０は、放射素子１１のパターンの中心に配置され、図２５に示すように、ねじ４１，４２によって固定される。従って、誘電体基板１０及びケース部２０のそれぞれには、スペーサ４０のねじ孔４０ａに螺合されるねじ４１，４２を挿通するための孔１０ｃ，２０ｃが形成される。ねじ４１，４２は導体である。スペーサ４０の位置は、厳密に放射素子１１のパターンの中心である必要はなく、その近傍であれば、ずれていてもよい。

スペーサ４０は、誘電体基板１０とケース部２０との間隔が設計値となるように保持する長さを有する。スペーサ４０は、長さが設計値とは僅かに異なる複数種類のものが用意されてもよい。スペーサ４０が短くなるほど、すなわち、放射素子１１のパターンとケース部２０との離隔が小さくなるほど、平面アンテナ１ｇの共振周波数は高域にシフトする。なお、スペーサ４０の長さを変えるまでもなく、スペーサ４０を固定するねじ４１，４２の締め付け具合を調整することによって、共振周波数を微調整できる。

また、スペーサ４０は、径の異なるものが複数用意されてもよい。スペーサ４０の長さ及び径を変化させることで、平面アンテナ１ｇの中心周波数を調整できる。図２７に示すように、平面アンテナ１ｇの共振周波数は、スペーサ４０の径が大きくなるにつれて高域にシフトすることがわかる。なお、スペーサ４０がない場合、スペーサ４０の径が、５ｍｍ、７．５ｍｍ、１０ｍｍ、１２．５ｍｍの場合についてシミュレーションを実施した。

［６−２．効果］
以上詳述した第６実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ），（１ｂ）に加えて、以下の効果を奏する。

（６ａ）平面アンテナ１ｇによれば、スペーサ４０を備えることにより、誘電体基板１０とケース部２０との間隔を設計値に保持できる。その結果、誘電体基板１０又はケース部２０に反りが生じることで、両者の間隔が設計値からずれることによる平面アンテナ１ｇの共振周波数のずれを抑制できる。

（６ｂ）平面アンテナ１ｇによれば、長さ、径、材質等が異なるスペーサ４０を用意して、適宜取り換えることにより、平面アンテナ１ｇの共振周波数を調整できる。

［６−３．変形例］
平面アンテナ１ｇでは、スペーサ４０の両端を、誘電体基板１０及びケース部２０にそれぞれ直接接触させてねじ止めしているが、図２６に示すように、スペーサ４０の両端と誘電体基板１０及びケース部２０のそれぞれとの間にコイルバネ４３，４４を介在させてもよい。

この場合、ねじ止め強さを調整することで、誘電体基板１０とケース部２０との間隔、ひいては平面アンテナ１ｇの共振周波数を微調整できる。なお、図２６では、スペーサ４０の両端にコイルバネ４３，４４が挿入されているが、いずれか一端にだけ挿入されてもよい。

スペーサ４０は、ねじ止め以外の方法、例えば接着や半田付け等により固定されてもよい。スペーサ４０は、両端が同じ方法で固定されている必要はなく、例えば、一端がねじ止め、他端がねじ止め以外の方法で固定されてもよい。スペーサ４０は、誘電体基板１０及びケース部２０のいずれかと一体に形成されてもよい。

［７．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。

（７ａ）上記実施形態では、放射素子１１，１１ｃ，３１の外形が正方形又は円形である場合を示したが、本開示はこれに限定されるものではなく、放射素子の外形は、例えば、正多角形であってもよい。正多角形の場合相、頂点の数は、ｎを正整数として４ｎ個であることが望ましい。

（７ｂ）上記第５実施形態では、１点給電方式の円偏波アンテナとして、放射素子３１の外形が略正方形であり、１つの対角線の両端に位置する角部のそれぞれに切欠部３１３を形成した形状のものを例示したが、本開示はこれに限るものではない。例えば、図１９及び図２０に示す平面アンテナ１ｅ，１ｆのように、放射素子３１ｅ，３１ｆの外形を略円形としてもよい。この場合、放射素子３１ｅ，３１ｆは、ノッチ形成線に対して４５°の角度を有し、且つ放射素子３１ｅ，３１ｆの中心を通る線の両端部に、切欠部３１３ｅ又は突出部３１３ｆを設ければよい。なお、ノッチ形成線とは、放射素子３１ｅ，３１ｆの中心を通る給電用ノッチ３１１及び非給電用ノッチの形成方向に沿った線である。

ここで、図１８及び図１９は、右旋及び左旋のうち一方の円偏波を送受信する円偏波アンテナである。これに対して、他方の偏波を送受信する円偏波アンテナとして構成する場合は、切欠部３１３，３１３ｅを、図１８及び図１９に示された位置から、放射素子３１，３１ｅの中心から見て９０°回転させた位置に形成すればよい。同様に、図２０の場合も、図示された円偏波アンテナにて送受信される円偏波とは異なる円偏波を送受信する場合は、突出部３１３ｆを、図２０に示された位置から、放射素子３１ｆの中心から見て９０°回転させた位置に形成すればよい。

（７ｃ）放射素子１１は、図２１に示すように、パターンの四隅に、切欠部１１５〜１１８を有してもよい。切欠部１１５〜１１８は、放射素子１１のパターン形状である正方形の各頂点における直角二等辺三角形の部分を、いずれも同じ大きさで切り欠くことで形成される。切欠部１１５〜１１８の大きさによって放射素子１１にて送受信される電波の中心周波数を微調整できる。

（７ｄ）平面アンテナ１，１ａ．１ｂ，１ｃには、接続部１５の信号端子１５２と合成分配回路１４の端子Ｔ１の間にアンテナの放射レベルを調整するための信号減衰器が設けられてもよい。信号減衰器として、例えば、π型ＡＴＴ等を用いることができる。信号減衰器は、基板表面１０ａ及び基板裏面１０ｂのいずれに設けられてもよい。

（７ｅ）カバーケース２０、２０ａは薄い鉄板等の導電性材料で形成されるが、平面アンテナ１，１ａ〜１ｆが外部に露出した状態で配置される場合、カバーケース２０、２０ａの表面に傷や錆が付くことを防止する保護層を設けてもよい。保護層として、例えばシルク印刷や塗装などを用いてもよい。

（７ｆ）上記実施形態では、誘電体基板１０の基板裏面１０ｂに裏面グランド１６が形成されているが、必ずしも誘電体基板１０に裏面グランド１６を形成しなくてもよい。例えば、裏面グランド１６を設ける代わりに、グランドとなる導電体板を、誘電体等で形成されたスペーサを用いて、基板裏面１０ｂに、該基板裏面１０ｂと対向配置されるように取り付けてもよい。この場合、給電線路となる同軸ケーブルを、導電体板を貫通させて配線する。そして、基板裏面１０ｂ側から放射素子１１の給電点Ｐに同軸ケーブルの芯線を電気的に接続し、同軸ケーブルの編組部分を導電体板に電気的に接続する。このような構造を有する平面アンテナでも、上述した各実施形態と同様の効果を得ることができる。

（７ｇ）第６実施形態では、スペーサ４０及びねじ４１，４２が導体によって構成されているが、スペーサ４０及びねじ４１，４２は樹脂等の絶縁体によって構成されてもよい。スペーサ４０及びねじ４１，４２が絶縁体である場合、スペーサ４０は、１個所だけでなく、複数個所に設けられてもよい。
図２８に示すように、スペーサ４０及びねじ４１，４２が絶縁体である場合の平面アンテナ１ｇの共振周波数は、スペーサ４０の径が１０ｍｍ（ここでは、λ／３０）程度までは、共振周波数は略同じ大きさとなり、１０ｍｍを超えると共振周波数は低域に大きくシフトする。λは、平面アンテナ１ｇの共振周波数に対応する波長である。

また、図２９に示す平面アンテナ１ｈのように、スペーサ４０（図２９では、ねじ４１が示された位置）を、放射素子１１の中心に加えて、その周囲に４箇所設けた場合のシミュレーション結果を図３０及び図３１に示す。スペーサ４０及びねじ４１，４２が絶縁体である場合、図３０に示すように、スペーサ４０の径が大きくなるほど、平面アンテナ１ｈの共振周波数は低域にシフトする。スペーサ４０及びねじ４１，４２が導体である場合、図３１に示すように、スペーサ４０の径によらず、スペーサ４０がない場合と比較して、アンテナ利得が大幅に低下する。従って、スペーサ４０及びねじ４１，４２が絶縁体である場合、スペーサ４０を複数設けてもよいが、スペーサ４０及びねじ４１，４２が導体である場合、スペーサ４０を１個とすることが望ましい。

１，１ａ〜１ｈ…平面アンテナ、１０，３０…誘電体基板、１０ａ，３０ａ…基板表面、１０ｂ…基板裏面、１１，１１ｃ，３１，３１ｅ，３１ｆ…放射素子、１２，１３，３２…給電線路、１４…合成分配回路、１５…接続部、１６…裏面グランド、１７…露出部、２０，２０ａ…カバーケース、２１…周壁部、２２…底壁部、４０…スペーサ、４１，４２…ねじ、４３，４４…コイルバネ、１１１，１１２，３１１…給電用ノッチ、１１３，１１４，３１２…非給電用ノッチ、１５１…表側グランド、１５２…信号端子、１５３…終端端子、１１５〜１１８，３１３，３１３ｅ…切欠部、３１３ｆ…突出部、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ…給電点、Ｔ１〜Ｔ４…端子。

Claims (15)

1. 両面に導電体パターンが形成される誘電体基板と
   前記誘電体基板の第１の面に形成された導電体パターンであって、パターンの縁部から給電点に至る切り込みである給電用ノッチを有する放射素子と、
   前記第１の面に形成された導電体パターンであって、前記給電用ノッチを通って前記給電点に至る給電線路と、
   を備え、
   前記放射素子には、該放射素子の中心点に対して前記給電用ノッチとは点対称な位置に設けられ、且つ前記給電用ノッチと同一形状の切り込みである非給電用ノッチが形成された
   平面アンテナ。
2. 請求項１に記載の平面アンテナであって、
   前記誘電体基板の第２の面に形成された導電体パターンである裏面グランドを更に備える
   平面アンテナ。
3. 請求項２に記載の平面アンテナであって、
   前記誘電体基板の第２の面には、前記放射素子と対向する部位を少なくとも含み、前記裏面グランドが除去された露出部が形成され、
   前記露出部を覆い且つ前記誘電体基板より誘電率の低い低誘電率層を挟んで対向する部位に対向配置される板状部位を有し、前記裏面グランドと同電位となるように前記誘電体基板に固定された導電性を有するカバー部を更に備える
   平面アンテナ。
4. 請求項３に記載の平面アンテナであって、
   前記露出部は、前記放射素子と相似形状に形成された
   平面アンテナ。
5. 請求項３又は請求項４に記載の平面アンテナであって、
   前記放射素子は、前記誘電体基板の中心から外れた位置に配置され、
   前記カバー部は、前記露出部を覆い、かつ前記誘電体基板の中心に近い方向に偏った位置に配置された
   平面アンテナ。
6. 請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の平面アンテナであって、
   前記誘電体基板と前記カバー部との間隔を保持するスペーサを更に備える
   平面アンテナ。
7. 請求項６に記載の平面アンテナであって、
   前記スペーサは、前記放射素子の中心に配置された
   平面アンテナ。
8. 請求項６に記載の平面アンテナであって、
   前記スペーサは、絶縁体であり、１または複数配置された
   平面アンテナ。
9. 請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の平面アンテナであって、
   前記スペーサは、少なくとも一端がねじ止めによって固定されるように構成された
   平面アンテナ。
10. 請求項９に記載の平面アンテナであって、
    前記スペーサと該スペーサがねじ止めされる部位との間に挿入されたコイルバネを更に備える
    平面アンテナ。
11. 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の平面アンテナであって、
    前記放射素子は、２点給電方式の円偏波アンテナとして作動する形状を有し、
    前記放射素子が有する２つの給電点のそれぞれに対して、前記給電用ノッチ及び前記非給電用ノッチが設けられた
    平面アンテナ。
12. 請求項１１に記載の平面アンテナであって、
    前記給電用ノッチに配線される前記給電線路を含めた前記放射素子の導電体パターンは、前記放射素子の対角線に対して線対称な形状を有する
    平面アンテナ。
13. 請求項１１又は請求項１２に記載の平面アンテナであって、
    前記２つの給電点に対する給電信号を９０°の位相差をつけて合成又は分配する合成分配回路を更に備え、
    前記合成分配回路は、長方形に形成された前記誘電体基板の角部に設けられた
    平面アンテナ。
14. 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の平面アンテナであって、
    前記放射素子は、１点給電方式の円偏波アンテナとして作動する形状を有する
    平面アンテナ。
15. 請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の平面アンテナであって、
    ＲＦタグから情報を読み取るアンテナとして使用される
    平面アンテナ。

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