JP5006820B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、高い表面インピーダンスを有するシート状構造体とそれを利用したアンテナ装置及びRFID(Radio Frequency Identification)タグに関する。 The present invention relates to a sheet-like structure having a high surface impedance, an antenna device using the same, and an RFID (Radio Frequency Identification) tag.
近年の機器の小型化により、例えば、グランド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、RFIDタグを金属面に貼付すると、RFIDタグに含まれるアンテナの特性が著しく劣化し、RFID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。金属面では、低い表面インピーダンスのため、入射電界の位相と反射電界の位相とが180度又は約180度近く異なることとなる。即ち、金属面における反射波は、入射波の逆相又はほぼ逆相となる。そのため金属近傍では、合成電界が小さくなり、金属近傍アンテナ、タグの性能が著しく劣化する。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、アンテナ特性を向上させることが知られている。 With recent miniaturization of devices, for example, the distance between a metal surface such as a ground plane and an antenna is shortened, and there is a concern about deterioration of antenna characteristics due to this. It is also known that when an RFID tag is attached to a metal surface, the characteristics of an antenna included in the RFID tag are remarkably deteriorated and the RFID tag does not function properly. These problems are all due to the low surface impedance of the metal surface. On the metal surface, due to the low surface impedance, the phase of the incident electric field and the phase of the reflected electric field differ by 180 degrees or nearly 180 degrees. That is, the reflected wave on the metal surface is in reverse phase or almost in reverse phase of the incident wave. Therefore, in the vicinity of the metal, the combined electric field is reduced, and the performance of the near-metal antenna and the tag is significantly deteriorated. On the contrary, it is known that if an object having a high surface impedance can be arranged in the vicinity of the antenna, the electromagnetic wave incident on the impedance surface is reflected in the same phase by the high surface impedance and the antenna characteristics are improved.
高い表面インピーダンスを有するシート状構造体としては、従来、ビアを有する所謂マッシュルーム状導体を備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。これに対して、アンテナ用途に限られない左手系媒質としてビアを不要としビア密度の縛りを超えたスケーラビリティを持たせてなるもの(例えば、特許文献2参照)なども提案されている。 As a sheet-like structure having a high surface impedance, one having a so-called mushroom-like conductor having a via is conventionally known (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, a left-handed medium that is not limited to an antenna use and that does not require a via and has scalability exceeding the limit of via density (for example, see Patent Document 2) has been proposed.
アンテナを小型化する場合や、直交する2方向の偏波に対してアンテナの感度を得たい場合には、アンテナを折り曲げることが考えられる。 When the antenna is downsized, or when it is desired to obtain the sensitivity of the antenna with respect to two orthogonal directions of polarization, the antenna may be bent.
しかしながら、複数の単位セルを配置することによりカード形状のような長方形形状の高表面インピーダンスのシート状構造体を形成した場合、十分なアンテナ特性、若しくは偏波特性が得られないといった問題があった。 However, when a sheet-like structure having a rectangular shape such as a card shape is formed by arranging a plurality of unit cells, there is a problem that sufficient antenna characteristics or polarization characteristics cannot be obtained. It was.
そこで、本発明は、長方形形状の高表面インピーダンスのシート状構造体上に折り曲げアンテナを搭載してアンテナ装置を構成した場合であっても、良好なアンテナ特性、若しくは偏波特性を得ることのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can obtain good antenna characteristics or polarization characteristics even when a bent antenna is mounted on a rectangular sheet-like structure having a high surface impedance. An object of the present invention is to provide an antenna device that can be used.
対角線に対して対称の正方形セルを複数個用いて長方形形状のシート状構造体を構成しようとした場合、シート状構造体の縦横でセルの数が異なってくる。 When an attempt is made to construct a rectangular sheet-like structure using a plurality of symmetrical square cells with respect to a diagonal line, the number of cells differs vertically and horizontally in the sheet-like structure.
しかしながら、発明者らは、特にセル数が少ない場合には、それぞれの電界方向のセルの数が異なると、それらの電界方向の同相反射周波数が互いに異なってくることを見出した。これは、セルの数が有限である場合、外部境界の影響を受けて同相反射周波数がずれるためであると考えられる。そのため、等方性セル、即ち、セルの対角線に対して線対称な構造を有する単位セルを用いて、縦横でセル数が異なる少数セルからなる高表面インピーダンスシートを構成した場合、縦方向電界と横方向電界で同相反射周波数は異なってくる。 However, the inventors have found that when the number of cells is small, the in-phase reflection frequencies in the electric field directions are different from each other if the number of cells in each electric field direction is different. This is presumably because when the number of cells is finite, the in-phase reflection frequency shifts due to the influence of the external boundary. Therefore, when a high surface impedance sheet consisting of a small number of cells with different number of cells in the vertical and horizontal directions is formed using isotropic cells, that is, unit cells having a line-symmetric structure with respect to the diagonal of the cells, The in-phase reflection frequency varies with the transverse electric field.
同相反射周波数がシート状構造体の縦方向と横方向とで異なるということは、ある周波数に対しては、縦方向又は横方向のいずれか一方向でしか同相反射効果を得ることができないということである。換言すると、折り曲げアンテナのような非直線状のアンテナを用いた場合にもアンテナ全体に亘って同相反射効果を得るためには、シート状構造体の縦方向と横方向とで同相反射周波数を同じにすればよい。 The fact that the in-phase reflection frequency is different between the longitudinal direction and the lateral direction of the sheet-like structure means that the in-phase reflection effect can be obtained only in one of the longitudinal direction and the lateral direction for a certain frequency. It is. In other words, in order to obtain an in-phase reflection effect over the entire antenna even when a non-linear antenna such as a bent antenna is used, the in-phase reflection frequency is the same in the longitudinal direction and the lateral direction of the sheet-like structure. You can do it.
シート状構造体の縦方向と横方向とにおける同相反射周波数の調整手段として想定しうるもののうち、シート状構造体の外形を大きく変更することはアンテナ装置の仕様上困難な場合もあるが、個々の単位構造に対する変更にはそのような縛りは無い。 Of the things that can be assumed as means for adjusting the common-mode reflection frequency in the vertical and horizontal directions of the sheet-like structure, it may be difficult to greatly change the outer shape of the sheet-like structure due to the specifications of the antenna device. There are no such restrictions on changes to the unit structure of.
そこで、本発明では、四角形形状を有する単位構造を当該四角形形状の対角線に対して非線対称な構造となるように構成し、それをもってシート状構造体の縦方向及び横方向の同相反射周波数を個別に調整可能とすることとした。 Therefore, in the present invention, the unit structure having a quadrangular shape is configured to be asymmetrical with respect to the diagonal line of the quadrilateral shape, and the in-phase reflection frequencies in the vertical and horizontal directions of the sheet-like structure are thereby determined. It was decided that it could be adjusted individually.
本発明は、上記のような知見に基づきなされたものであり、具体的には、以下に掲げるような構成を備える。 The present invention has been made on the basis of the above-described knowledge, and specifically includes the following configurations.
即ち、本発明によれば、第1のアンテナ装置として、第1の方向及び該第1の方向に直交する第2の方向で規定される面と平行な主面を有するシート状構造体と、アンテナ導体パターンを有するアンテナ層と、前記シート状構造体上に形成された誘電体からなるアンテナ支持層とを備えたアンテナ装置であって、前記シート状構造体は、単位構造を前記第1の方向及び前記第2の方向に繰り返し並べてなる周期構造により、特定の周波数帯域に対する表面インピーダンスを高め、それにより当該特定の周波数帯域に属する周波数を有する入射波を同相反射するものであり、前記単位構造は、前記第1の方向及び前記第2の方向に直交する第3の方向から見た場合に四角形の形状を有しており、当該四角形の対角線に対して非線対称な構造を有しているアンテナ装置が得られる。 That is, according to the present invention, as a first antenna device, a sheet-like structure having a principal surface parallel to a surface defined by a first direction and a second direction orthogonal to the first direction; An antenna device comprising an antenna layer having an antenna conductor pattern and an antenna support layer made of a dielectric formed on the sheet-like structure, wherein the sheet-like structure has a unit structure as the first structure. The unit structure is configured to increase the surface impedance with respect to a specific frequency band by a periodic structure that is repeatedly arranged in the direction and the second direction, thereby reflecting the incident wave having a frequency belonging to the specific frequency band in-phase. Has a quadrangular shape when viewed from a third direction orthogonal to the first direction and the second direction, and has a non-symmetrical structure with respect to a diagonal line of the quadrangle. In which the antenna device is obtained.
更に、本発明によれば、第2のアンテナ装置として、第1のアンテナ装置において、前記単位構造は、グランド層と、前記グランド層から垂直に延びるビアと、前記ビアにより前記グランド層と接続されたトップ層と、前記トップ層と前記グランド層の間に満たされた誘電体層と、前記誘電体層内にフローティング状態で保持された浮遊キャパシタ層とを備えており、前記グランド層、前記ビア、前記トップ層、前記浮遊キャパシタ層は導体からなるアンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the second antenna device, in the first antenna device, the unit structure is connected to the ground layer by a ground layer, a via extending perpendicularly from the ground layer, and the via. A top layer, a dielectric layer filled between the top layer and the ground layer, and a floating capacitor layer held in a floating state in the dielectric layer, the ground layer, the via Thus, an antenna device in which the top layer and the floating capacitor layer are made of a conductor can be obtained.
更に、本発明によれば、第3のアンテナ装置として、第2のアンテナ装置において、前記誘電体層は、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アンテナ装置が得られる。
Furthermore, according to the present invention, as the third antenna device, in the second antenna device, the dielectric layer has a LTCC (Low
Ceramics such as Temperature Co-fired Ceramics), FR-4 (Flame
Glass epoxy base materials such as retardant-4), Teflon (registered trademark) base materials, BT (Bismaleimide Triazine) resin base materials, polyether ether ketone (PEEK) thermoplastic resin films, or PET (Polyethylene terephthalate) ) Or a resin such as PET-G (Polyethylene terephthalate Glycol), a fiber such as linen, or a composite thereof.
更に、本発明によれば、第4のアンテナ装置として、第2又は第3のアンテナ装置において、前記トップ層及び前記浮遊キャパシタ層のうち少なくとも一方が、前記対角線に対して非線対称な外形を有しているアンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the fourth antenna device, in the second or third antenna device, at least one of the top layer and the floating capacitor layer has a non-symmetrical outer shape with respect to the diagonal line. An antenna device having the same is obtained.
更に、本発明によれば、第5のアンテナ装置として、第2乃至第4のいずれかのアンテナ装置において、前記トップ層及び前記浮遊キャパシタ層のうち少なくとも一方が、複数の部位からなり、当該部位は、前記対角線に対して非線対称な位置に位置しているアンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the fifth antenna device, in any one of the second to fourth antenna devices, at least one of the top layer and the floating capacitor layer includes a plurality of parts, and the parts The antenna device located at a position that is axisymmetric with respect to the diagonal line is obtained.
更に、本発明によれば、第6のアンテナ装置として、第1乃至第5のいずれかのアンテナ装置において、前記容量導体部には、該容量導体部の一辺から内面に向かって延びるようにスリットが形成されているアンテナ装置が得られる。 Further, according to the present invention, as the sixth antenna device, in any one of the first to fifth antenna devices, the capacitive conductor portion has a slit extending from one side of the capacitive conductor portion toward the inner surface. An antenna device in which is formed is obtained.
更に、本発明によれば、第7のアンテナ装置として、第6のアンテナ装置において、前記スリットは夫々、直線状、曲線状またはこれらの組み合わせからなる形状を有する、アンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the seventh antenna device, in the sixth antenna device, an antenna device can be obtained in which each of the slits has a linear shape, a curved shape, or a combination thereof.
更に、本発明によれば、第8のアンテナ装置として、第1乃至第7のいずれかのアンテナ装置において、前記単位構造の外形が前記対角線に関して非線対称である、アンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the eighth antenna device, in any one of the first to seventh antenna devices, an antenna device in which the outer shape of the unit structure is axisymmetric with respect to the diagonal line can be obtained.
更に、本発明によれば、第9のアンテナ装置として、第1乃至第8のいずれかのアンテナ装置において、前記シート状構造体は、前記第3の方向から見た場合に長方形の外形を有している、アンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the ninth antenna device, in any of the first to eighth antenna devices, the sheet-like structure has a rectangular outer shape when viewed from the third direction. An antenna device can be obtained.
更に、本発明によれば、第10のアンテナ装置として、第1乃至第9のいずれかのアンテナ装置において、前記周波数は、前記第1の方向及び前記第2の方向において等しいアンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the tenth antenna device, in any one of the first to ninth antenna devices, the antenna device having the same frequency in the first direction and the second direction can be obtained. .
更に、本発明によれば、第11のアンテナ装置として、第1乃至第10のいずれかのアンテナ装置において、前記アンテナ支持層には、空孔、空気泡、空気層が含まれている、アンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the eleventh antenna device, in any one of the first to tenth antenna devices, the antenna support layer includes a hole, an air bubble, and an air layer. A device is obtained.
更に、本発明によれば、第12のアンテナ装置として、第1乃至第11のいずれかのアンテナ装置において、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)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの組み合わせのいずれかからなるアンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the twelfth antenna device, in any one of the first to eleventh antenna devices, the antenna support layer is made of foamed material such as foamed polyethylene, acrylic foam or urethane, Teflon (registered trademark). ), PET (Polyethylene terephthalate) or PET-G (Polyethylene terephthalate Glycol), an antenna device made of fiber such as linen, or a combination thereof.
更に、本発明によれば、第13のアンテナ装置として、第2乃至第12のいずれかのシート状構造体と、該シート状構造体上に設けられたアンテナ支持層であって前記シート状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アンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as the thirteenth antenna device, any one of the second to twelfth sheet-like structures, and the antenna support layer provided on the sheet-like structures, the sheet-like structures. An antenna device including an antenna support layer made of the same material as the dielectric body is obtained.
更に、本発明によれば、第1乃至第13のいずれかのアンテナ装置において、前記アンテナ層を省略してなるシートが得られる。 Furthermore, according to the present invention, in any one of the first to thirteenth antenna devices, a sheet in which the antenna layer is omitted can be obtained.
更に、本発明によれば、第1乃至第13のいずれかのアンテナ装置と、前記アンテナ支持層上において前記アンテナ導体パターンに接続されたICを備え、前記シート状構造体をタグ基体の一部としてなるRFID(Radio Frequency Identification)タグが得られる。 Furthermore, according to the present invention, the antenna device includes any one of the first to thirteenth antenna devices and an IC connected to the antenna conductor pattern on the antenna support layer, and the sheet-like structure is a part of the tag base. An RFID (Radio Frequency Identification) tag is obtained.
更に、本発明によれば、第1のアンテナ装置の設計方法として、第1の方向及び該第1の方向と直交する第2の方向で規定される面と平行な主面を有するシート状構造体と、アンテナ導体パターンを有するアンテナ層と、前記シート状構造体に形成された誘電体からなるアンテナ支持層とを備えたアンテナ装置であって、前記シート状構造体は、単位構造を前記第1の方向及び前記第2の方向に繰り返し並べてなる周期構造により、特定の周波数帯域に対する表面インピーダンスを高め、それにより当該特定の周波数帯域に属する周波数を有する入射波を同相反射するものであって、前記第1の方向及び前記第2の方向の夫々に直交する第3の方向から見た場合に長方形の外形を有しており、前記単位構造は、前記第3の方向から見た場合に四角形の形状を有している場合において、前記第1の方向及び前記第2の方向における前記周波数を等しくするために、前記単位構造を前記四角形の対角線に対して非線対称な構造とするアンテナ装置の設計方法が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as a first antenna device design method, a sheet-like structure having a main surface parallel to a surface defined by a first direction and a second direction orthogonal to the first direction. Body, an antenna layer having an antenna conductor pattern, and an antenna support layer made of a dielectric formed on the sheet-like structure, wherein the sheet-like structure has a unit structure as the first structure. The periodic structure that is repeatedly arranged in the direction of 1 and the second direction increases the surface impedance for a specific frequency band, thereby in-phase reflecting an incident wave having a frequency belonging to the specific frequency band, When viewed from a third direction orthogonal to each of the first direction and the second direction, it has a rectangular outer shape, and the unit structure is viewed from the third direction. In the case of having a square shape, in order to make the frequencies in the first direction and the second direction equal, the unit structure has a non-symmetric structure with respect to the rectangular diagonal line A device design method is obtained.
更に、本発明によれば、第2のアンテナ装置の設計方法として、第1のアンテナ装置の設計方法において、前記単位構造は、グランド層と、前記グランド層から垂直に延びるビアと、前記ビアにより前記グランド層と接続されたトップ層と、前記トップ層と前記グランド層の間に満たされた誘電体層と、前記誘電体層内にフローティング状態で保持された浮遊キャパシタ層からなり、前記グランド層、前記ビア、前記トップ層、前記浮遊キャパシタ層からなるものである場合において、前記単位構造を前記非線対称な構造とするために、前記トップ層及び前記浮遊キャパシタ層のうち少なくとも一方を前記対角線に対して非線対称な外形とし、前記トップ層及び前記浮遊キャパシタ層のうち少なくとも一方を複数の部位からならなるものとし、且つ当該部位を前記対角線に対して非線対称な位置に位置させることとし、若しくは、前記単位構造の外形を前記対角線に関して非線対称とし、又はこれらを組み合わせる、アンテナ装置の設計方法が得られる。 Furthermore, according to the present invention, as a second antenna device design method, in the first antenna device design method, the unit structure includes a ground layer, a via extending perpendicularly from the ground layer, and the via. The ground layer includes a top layer connected to the ground layer, a dielectric layer filled between the top layer and the ground layer, and a floating capacitor layer held in a floating state in the dielectric layer. , The via, the top layer, and the floating capacitor layer, in order to make the unit structure non-symmetrical, at least one of the top layer and the floating capacitor layer is the diagonal line. And at least one of the top layer and the floating capacitor layer is made up of a plurality of parts. And the site and be positioned to a non-axisymmetric positions with respect to the diagonal line, or the outer shape of the unit structure and a non-axisymmetric with respect to the diagonal line, or combination of these, method of designing the antenna device is obtained.
本発明によれば、折り曲げアンテナのように非直線状のアンテナを使用した場合であっても、直交する2方向の偏波に対して同相反射させることにより、アンテナ特性を向上させることができるアンテナ装置が得られる。 According to the present invention, even when a non-linear antenna such as a bent antenna is used, antenna characteristics can be improved by performing in-phase reflection with respect to polarized waves in two orthogonal directions. A device is obtained.
(第1の実施の形態)
図1及び図2に示されるように、本発明の第1の実施の形態によるアンテナ装置を適用したRFIDタグは、シート状構造体1と、シート状構造体1に形成されたアンテナ支持層2と、アンテナ支持層2の上面において所定のアンテナ導体パターン3aを有するアンテナ素子3と、アンテナ導体パターン3aに接続されたIC4を有する。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, an RFID tag to which the antenna device according to the first embodiment of the present invention is applied includes a sheet-
図2から理解されるように、本発明の実施の形態によるRFIDタグにおけるアンテナ素子3は、非直線形状の折り曲げアンテナであり、それぞれ略コの字状を有し且つIC4を境にして互いに対称となるように配置されアンテナ導体パターン3aを有している。
As can be understood from FIG. 2, the
本実施の形態におけるアンテナ素子3には、アンテナ導体パターン3aを接続する梁部導体3bがインピーダンスマッチング用として更に設けられている。なお、図1及び図2において、実際の誘電体材料としては比較的透明なもの(少なくとも内部を透視しうるもの)を用いる場合もあるが、簡略化するため、透過しないものとして描いてある。
In the
アンテナ支持層2の材料としては、PET(Polyethylene terephthalate)、PET−G(Polyethylene terephthalate Glycol)、テフロン(登録商標)など一般的な樹脂やプラスチックなどの誘電体が使用できるが、できるだけ誘電率の低い樹脂や、空気分を含む発泡材、スポンジ、ウレタン、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム、あるいはリネンなどの繊維などが好ましい。特にプラスチックについては、さらに詳しくは、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。空気層や空孔は空気中に電界を集中させ、材料内の電界を下げるので、損失の低減に有効である。低い誘電率はまた、アンテナとシート状構造体との相関を低減し、アンテナ特性の劣化を軽減するので、空気層や空孔を含む材料は特に有効である。更に、アンテナ支持層2の材料をシート状構造体1の誘電体層40(後述)と同じ材料のもので構成することとしてもよい。これにより、シート状構造体1、アンテナ支持層2、アンテナ素子3を一体的に形成でき、アンテナ装置を低コストで製造することができる。
As a material for the
本実施の形態によるシート状構造体1は、概略、図3に示されるような単位構造5を図4に示されるようにX方向及びY方向に繰り返し並べてなる周期構造により特定の周波数帯域に対する表面インピーダンスを高め、それにより当該特定の周波数帯域に属する周波数を有する入射波を同相反射するものである。
The sheet-
詳しくは、本実施の形態におけるシート状構造体1は、図5乃至図7から理解されるように、ベタ導体パターンを有するグランド層10と、グランド層10から垂直に延びる導体からなるビア20と、ビア20によりグランド層と電気的に接続された所定導体パターンからなるトップ層30と、トップ層30とグランド層10との間に満たされた誘電体層40と、容量増加のために誘電体層40内にフローティング状態で保持された所定数の容量導体部51からなる浮遊キャパシタ層50とを備えている。なお、図5及び図6においては、構成要素の関係を明確にするため、誘電体層40が省略されている。
Specifically, the sheet-
本実施の形態における誘電体層40の材質としては、FR−4などの基板材でも良いが、誘電損失(tanδ)の小さいものが望ましく、LTCCなどのセラミック、PET,PET−G、テフロン(登録商標)などの一般的な樹脂やプラスチック、BTレジンなどの低損失基板材料や、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などを用いることが好ましい。また、リネンなどの繊維でも良い。プラスチックについては、さらに詳しくは、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。
As a material of the
図6に示されるように、本実施の形態における単位構造5及びトップ層30は、夫々が長方形、即ち夫々の対角線に対して非線対称な外形を有している。また、図7に示されるように、浮遊キャパシタ層50についても、単位構造5の対角線に対して非線対称な外形を有している。本実施の形態におけるシート状構造体1は、この単位構造5をX方向及びY方向に連続して繰り返し並べてなる構造を有している。これにより、単位構造5の外形はその対角線に対して非線対称なものとなっている。
As shown in FIG. 6, the
図8に示されるように、本実施の形態によるシート状構造体1において、表面から見たシート状構造体のインピーダンスZsは、近似的にLC並列回路の等価回路で表せる。この並列共振回路の共振時においては、表面インピーダンスZsが非常に高くなり同相反射が生じる。そのため、X方向及びY方向の夫々における等価回路において、特に、キャパシタンス成分cの構造を変更することによって、X方向及びY方向の同相反射周波数を別々に調整することができる。
As shown in FIG. 8, in the sheet-
これにより、シート状構造体1において、X方向、Y方向における単位構造5の数が違
う場合であっても、特に、キャパシタンスcをX方向、Y方向について別個に独立して調整し、夫々の方向の同相反射周波数を同じにすることができる。
Thereby, even in the case where the number of
なお、図9に示されるように、容量導体部51の一辺から内面に向かって延びるようにスリット52を形成することとしてもよい。これにより、インダクタンスを増大させ、同相反射周波数を下げることができ、シート状構造体1を小型化することができる。
As shown in FIG. 9, the
(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、図10に示されるように、単位構造5a及び浮遊キャパシタ層50aを構成する容量導体部51aの形状が異なる点を除き、上述した第1の実施の形態とほぼ同様の構造を有する。従って、第1の実施の形態と同じ構成要素については図面内において同一の符号を付すこととし、説明を省略することとする。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 10, the antenna device according to the second embodiment of the present invention has the above-described first configuration except that the shape of the
本実施の形態における浮遊キャパシタ層50aは夫々が略三角形の形状を有する4つの容量導体部51aからなっており、略三角形の底辺部分を単位構造5aの辺上に配置させる一方で頂点を単位構造5aの中心に配置されたビア20aに向けるように配置されている。本実施の形態において、X方向において対向するように配置された1組の容量導体部51aは、底辺に対する高さHaを有している。一方、Y方向において対向するように配置された容量導体部51aは、底辺に対する高さHbを有している。本実施の形態において、高さHaは高さHbよりも大きい(Ha>Hb)。本実施の形態における4つの容量導体部51aは、単位構造5aの中心を通りX方向に延びる直線(以下、X方向直線)及びY方向に延びる直線(以下、Y方向直線)の夫々に対しては線対称な位置に位置しているが、単位構造5aの対角線に対しては非対称な位置に位置している。従って、単位構造5aは、単位構造5aの対角線に対しては非線対称な構造を有することとなっている。
The floating
これにより、シート状構造体1aにおいて、X方向、Y方向における単位構造5aの数が違う場合であっても、特に、キャパシタンスcをX方向、Y方向について別個に独立して調整し、夫々の方向の同相反射周波数を同じにすることができる。
Thereby, even in the case where the number of
なお、第1の実施の形態と同様、本実施の形態においても、図11に示されるように、容量導体部51aの一辺から内面に向かって延びるようにスリット52aを形成することとしてもよい。これにより、インダクタンスを増大させ、同相反射周波数を下げることができ、シート状構造体1aを小型化することができる。
As in the first embodiment, in this embodiment, as shown in FIG. 11, the
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態によるアンテナ装置は、上述した第1の実施の形態とほぼ同様の構造を有する。従って、第1の実施の形態と同じ構成要素については図面内において同一の符号を付すこととし、説明を省略することとする。
(Third embodiment)
The antenna device according to the third embodiment of the present invention has a structure substantially similar to that of the first embodiment described above. Accordingly, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof is omitted.
図12に示されるように、本実施の形態によるアンテナ装置においては、X方向に隣接するトップ層30b同士の間隔Hc及びY方向に隣接するトップ層30b同士の間隔Hdが異なる。X方向、Y方向でトップ層30b同士の間隔を変えることにより、夫々の方向におけるキャパシタンスcを別個に独立して変えることができる。それにより、各方向で独立に同相反射周波数を調整し、同じ周波数にすることができる。本実施の形態における単位構造5bの外形は正方形であるが、トップ層30bは長方形である。このため、単位構造5bは、単位構造5bの対角線に対しては非線対称な構造を有している。
As shown in FIG. 12, in the antenna device according to the present embodiment, the distance Hc between the
これにより、シート状構造体1bにおいて、X方向、Y方向における単位構造5bの数が違う場合であっても、特に、キャパシタンスcをX方向、Y方向について別個に独立して調整し、夫々の方向の同相反射周波数を同じにすることができる。
Thereby, even in the case where the number of
上述した様々な手法により単位構造をその対角線に対して非線対称な構造とし、非線対称な構造を有する単位構造を複数配列してシート状構造体を構成することにより、Z方向から見た場合のシート状構造体の外形が長方形であったとしても、シート状構造体のX方向とY方向とにおける同相反射周波数を同じにするように調整することができる。これにより、折り曲げアンテナのような非直線状のアンテナを用いた場合にもアンテナ全体に亘って同相反射効果を得ることができる。 As seen from the Z direction, the unit structure is made non-linearly symmetric with respect to the diagonal by the various methods described above, and a plurality of unit structures having non-symmetrical structures are arranged to form a sheet-like structure. Even if the outer shape of the sheet-like structure in the case is rectangular, the sheet-like structure can be adjusted to have the same in-phase reflection frequency in the X direction and the Y direction. Thereby, even when a non-linear antenna such as a bent antenna is used, an in-phase reflection effect can be obtained over the entire antenna.
なお、上述した実施の形態においては、1)単位構造の外形自体を長方形にする、2)浮遊キャパシタ層の形状を単位構造の対角線に対して非線対称となるように構成する、及び3)X方向及びY方向における隣接トップ層同士の間隔を夫々変更することの3つの手法により、単位構造が2本の対角線の少なくともいずれかの対角線に対して非線対称な構造を有することとなるようにしていたが、4)トップ層の形状及び/又は配置を単位構造の2本の対角線のうち少なくともいずれかの対角線に対して非線対称となるように構成する、若しくは5)浮遊キャパシタ層の配置を単位構造の2本の対角線のうち少なくともいずれかの対角線に対して非線対称となるように構成することにより、単位構造がその対角線に対して非線対称な構造を有することとなるようにしてもよく、又は、1)〜5)の想定しうる組み合わせ等により、単位構造が2本の対角線の少なくもいずれかの対角線に対して非線対称な構造を有することとなるようにしてもよい。 In the above-described embodiments, 1) the outer shape of the unit structure itself is rectangular, 2) the shape of the floating capacitor layer is configured to be axisymmetric with respect to the diagonal of the unit structure, and 3) The unit structure has a non-symmetrical structure with respect to at least one of the two diagonal lines by three methods of changing the interval between adjacent top layers in the X direction and the Y direction, respectively. 4) The shape and / or arrangement of the top layer is configured to be axisymmetric with respect to at least one of the two diagonal lines of the unit structure, or 5) the floating capacitor layer By arranging the arrangement so that it is non-symmetrical with respect to at least one of the two diagonal lines of the unit structure, the unit structure has a structure that is non-symmetrical with respect to the diagonal line. The unit structure may have a non-symmetrical structure with respect to at least one of the two diagonal lines by the possible combinations of 1) to 5). You may make it become.
1、1a、1b シート状構造体
2 アンテナ支持層
3 アンテナ素子
3a アンテナ導体パターン
3b 梁部導体
4 IC
5、5a、5b 単位構造
10 グランド層
20、20a ビア
30、30b トップ層
40 誘電体層
50、50a 浮遊キャパシタ層
51、51a 容量導体部
52、52a スリット
1, 1a, 1b Sheet-
5, 5a,
Claims (17)
前記シート状構造体は、単位構造を前記第1の方向及び前記第2の方向に繰り返し並べてなる周期構造により、特定の周波数帯域に対する表面インピーダンスを高め、それにより当該特定の周波数帯域に属する周波数を有する入射波を同相反射するものであり、
前記単位構造は、前記第1の方向及び前記第2の方向に直交する第3の方向から見た場合に四角形の形状を有しており、当該四角形の対角線に対して非線対称な構造を有しており、
前記第1の方向及び前記第2の方向における前記周波数は互いに等しいものである
アンテナ装置。 A sheet-like structure having a main surface parallel to a surface defined by a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, an antenna layer having an antenna conductor pattern, and the sheet-like structure An antenna device comprising an antenna support layer made of a dielectric formed on
The sheet-like structure has a periodic structure in which unit structures are repeatedly arranged in the first direction and the second direction, thereby increasing the surface impedance with respect to a specific frequency band, whereby frequencies belonging to the specific frequency band are increased. In-phase reflection of incident waves with
The unit structure has a quadrangular shape when viewed from a third direction orthogonal to the first direction and the second direction, and has a non-symmetrical structure with respect to a diagonal line of the quadrangle. has,
The antenna device , wherein the frequencies in the first direction and the second direction are equal to each other .
前記グランド層、前記ビア及び前記トップ層は、導体からなる
請求項1に記載のアンテナ装置。 The unit structure includes a ground layer, a via extending perpendicularly from the ground layer, a top layer connected to the ground layer by the via, and a dielectric layer filled between the top layer and the ground layer. And a floating capacitor layer held in a floating state in the dielectric layer,
The antenna device according to claim 1, wherein the ground layer, the via, and the top layer are made of a conductor.
請求項2に記載のアンテナ装置。 The dielectric layer is made of ceramics such as LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics), glass epoxy substrate materials such as FR-4 (Flame Retardant-4), Teflon (registered trademark) substrate materials, BT (Bismaleimide Triazine). Claim made of resin-based substrate material, polyether ether ketone (PEEK) -based thermoplastic resin film, resin such as PET (Polyethylene terephthalate) or PET-G (Polyethylene terephthalate Glycol), fiber such as linen, or a composite thereof Item 3. The antenna device according to Item 2.
請求項2又は請求項3に記載のアンテナ装置。 4. The antenna device according to claim 2, wherein at least one of the top layer and the floating capacitor layer has a non-axisymmetric outer shape with respect to the diagonal line. 5.
当該部位は、前記対角線に対して非線対称な位置に位置している
請求項2乃至請求項4のいずれかに記載のアンテナ装置。 At least one of the top layer and the floating capacitor layer is composed of a plurality of parts,
The antenna device according to any one of claims 2 to 4, wherein the part is located in a position that is non-axisymmetric with respect to the diagonal line.
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein a slit is formed in the part so as to extend from one side of the part toward the inner surface.
アンテナ装置。 An antenna made of the same material as the dielectric of the sheet-like structure, the sheet-like structure according to any one of claims 2 to 12, and an antenna support layer provided on the sheet-like structure An antenna device comprising a support layer.
前記第1の方向及び前記第2の方向における前記周波数を等しくするために、前記単位構造を前記四角形の対角線に対して非線対称な構造とする
アンテナ装置の設計方法。 A sheet-like structure having a main surface parallel to a surface defined by a first direction and a second direction orthogonal to the first direction; an antenna layer having an antenna conductor pattern; and the sheet-like structure. An antenna device comprising an antenna support layer formed of a dielectric, wherein the sheet-like structure is specified by a periodic structure in which unit structures are repeatedly arranged in the first direction and the second direction. The surface impedance of the first frequency band and the incident wave having a frequency belonging to the specific frequency band is reflected in-phase, and is orthogonal to each of the first direction and the second direction. When viewed from the direction of, and when the unit structure has a rectangular shape when viewed from the third direction,
A method for designing an antenna device, wherein the unit structure has a non-symmetrical structure with respect to a diagonal of the quadrangle in order to equalize the frequencies in the first direction and the second direction.
前記単位構造を前記非線対称な構造とするために、
前記トップ層及び前記浮遊キャパシタ層のうち少なくとも一方を前記対角線に対して非線対称な外形とし、
前記トップ層及び前記浮遊キャパシタ層のうち少なくとも一方を複数の部位からならなるものとし、且つ当該部位を前記対角線に対して非線対称な位置に位置させることとし、若しくは、
前記単位構造の外形を前記対角線に関して非線対称とし、又はこれらを組み合わせる
請求項16に記載のアンテナ装置の設計方法。
The unit structure includes a ground layer, a via extending perpendicularly from the ground layer, a top layer connected to the ground layer by the via, and a dielectric layer filled between the top layer and the ground layer. , Consisting of a floating capacitor layer held in a floating state in the dielectric layer, and consisting of the ground layer, the via, the top layer, the floating capacitor layer,
In order to make the unit structure a non-symmetrical structure,
At least one of the top layer and the floating capacitor layer has a non-symmetric shape with respect to the diagonal line,
At least one of the top layer and the floating capacitor layer is made up of a plurality of parts, and the part is positioned at a position axisymmetric with respect to the diagonal line, or
17. The antenna device design method according to claim 16, wherein the outer shape of the unit structure is non-axisymmetric with respect to the diagonal, or a combination thereof.
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