WO2020226121A1

WO2020226121A1 - マイクロストリップアンテナ及びウェアラブルセンサ端末

Info

Publication number: WO2020226121A1
Application number: PCT/JP2020/018277
Authority: WO
Inventors: 一輝金井; 勇気田中; 亮祐枷場; 早川　温雄; 小柳　芳雄
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2020-11-12
Also published as: US20220006194A1; US11888244B2; JP2020184722A; JP6614387B1

Abstract

ウェアラブルな電池レスセンサを安価に提供する。　マイクロストリップアンテナ（１Ａ～１Ｇ）が、アンテナ素子を構成する第１金属層（１２）と、グランドを構成する第２金属層（１３）と、第１金属層（１２）と第２金属層（１３）とを所定距離だけ離隔させるフレキシブル材（１１）とを備え、第１金属層（１２）及び／又は第２金属層（１３）が、フレキシブル材（１１）と接着されずに、密着手段によって密着している。

Description

マイクロストリップアンテナ及びウェアラブルセンサ端末

　本発明は、マイクロストリップアンテナ及びウェアラブルセンサ端末に関する。

　特許文献１には、ＩＣチップに記録された情報をアンテナによって無線で送信するインレットを搭載し、人体の一部に装着可能なリング状に形成された装着バンドが、樹脂製の硬質フィルムによってインレットを包含するＲＦＩＤタグと、ＲＦＩＤタグを包含してリング状に形成された弾性体とを備えており、ＲＦＩＤタグは、弾性体よりも単位引張力あたりのその引張方向のひずみが小さくなるように構成されていることが記載されている。

　上記技術は、人体の一部に装着して個人を識別するのに好適な装着バンドに関するものある。しかし、硬質フィルムがインレットを包含しているため、硬質フィルムの剛性によってＲＦＩＤタグはあまり曲がらないものである。また、上記技術は、エナジーハーベストを用いる、アンテナ素子とグランド（ＧＮＤ）の２層構造を前提とする本開示のウェアラブルセンサ端末とは、構造が異なる。

日本国特開２００７－２８６２１４号公報

　多数の無線センサを配置し、無線センサからの情報を収集する、ワイヤレスセンサネットワークが存在する。このワイヤレスセンサネットワークは、ＩｏＴ等の用途で用いられる。ワイヤレスセンサネットワークで用いられるセンサ端末用の電源として、ボタン電池などの一次電池や、太陽電池、熱電変換素子等が使用されている。

　しかし、一次電池は電池交換を必要する。多数のセンサ端末が用いられるワイヤレスセンサネットワークにおいて、電池交換の作業は煩雑である。また、太陽電池や熱電変換素子は材料コストが高く、多数のセンサ端末を配置するには、費用が問題となる。これら電源に関する問題は、ワイヤレスセンサネットワーク普及の障壁となっている。

　ここで、通信部としてＲＦＩＤ（radio frequency identifier）を用いたセンサシステムは、自発的に通信電波を送信することがないため消費電力が低く、電源としてエナジーハーベストを活用することができる。ＲＦエナジーハーベスト技術は、電源の一部または全部として無線電力を利用するものである。この技術により、ワイヤレスかつ電池交換不要のセンサ端末を安価に実現することが可能である。

　近年、装着可能（ウェアラブル）な電池レスセンサ端末の需要がある。一例として、看護の観点からは、電池交換が不要なセンサ端末があれば、これを装着した患者等の生体情報（バイタルデータ）を安全、確実に取得することができ、電池切れによりデータ取得が失敗することもなくなる。また、電池交換に係るメンテナンスコストも不要となるため、安価になる。

　出願人は、上述のＲＦエナジーハーベスト型のセンサを、電池交換不要なウェアラブルセンサ端末として用いる事を検討した。すなわち、人間がセンサ端末を装着し、このセンサ端末に無線給電を行って、センサを稼働させ、データを取得する。

　ここで、センサ端末のウェアラブル性を向上させるためには、センサ端末全体のフレキシブル化が求められる。例えば手首に巻いて使うセンサ端末であれば、一定の曲率半径でセンサ端末を湾曲させた場合であっても、センサ端末が有する部材の折れや破断等を生じずに、センサ端末の機能を維持できる必要がある。

　また、マイクロ波を用いたＲＦエナジーハーベストの受電電力は、アンテナの性能に大きく依存する。しかしながら、アンテナが人体に近接すると、放射効率が低下する、インピーダンスが変化する等の問題が生じる。この問題に対処するため、ＲＦエナジーハーベスト型センサの受電アンテナは、グランド（ＧＮＤ）を有したマイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）などの平面アンテナを用いて、人体からの影響を軽減するのが望ましい。前記マイクロストリップアンテナは、少なくとも、アンテナ素子とグランド（ＧＮＤ）の２層を必要とする。

　図１７は、２層構造を有するマイクロストリップアンテナの通常状態と湾曲状態とを示す概念図である。図１７に示されたセンサ端末は、フレキシブル性を有するフレキシブル材の上面にアンテナ素子をパターン形成し、下面にグランド（ＧＮＤ）を形成している。

　ここで、高効率、高利得な性能を実現するため、上面に配置されたアンテナ素子と、下面のグランド（ＧＮＤ）との間は、数ｍｍ程度離れていることが望ましい。また、アンテナは波長に比して十分な大きさが必要となる。

　すると、これらのアンテナ素子の層とグランド（ＧＮＤ）の層とをフレキシブル材上に形成した場合、前記２つの層における収縮率に差があるため、安定的なパターン形成が困難となる。例えば、図１７に示したように、センサ端末を湾曲させた場合、アンテナ素子やグランド（ＧＮＤ）を形成するパターンに折れや破断が発生する、又はアンテナ素子とグランド（ＧＮＤ）間の距離が大きく変化し、アンテナの特性が変わる、等の不具合が生じる。

　このように、所定の厚さを有した２層構造のマイクロストリップアンテナを備えたセンサ端末を、腕に巻くなどの小さな曲率半径で湾曲させた時に、上記の不具合が生じないようにウェアラブル化することは、困難であった。

　本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、所定の厚さを有した２層構造のマイクロストリップアンテナを備えたセンサ端末に、全体として充分な可撓性を持たせて、ウェアラブルな電池レスセンサ端末を安価に提供することを目的とする。

　マイクロストリップアンテナが、アンテナ素子を構成する第１金属層と、グランドを構成する第２金属層と、前記第１金属層と前記第２金属層とを所定の距離だけ離隔させるフレキシブル材と、を備え、前記第１金属層及び前記第２金属層は、フレキシブル性を有した金属によって形成されるか、または、フレキシブル性を有する材料上に形成された金属箔で形成されており、前記第１金属層、及び／又は前記第２金属層が、前記フレキシブル材と接着されずに、密着手段によって密着している。

　上記構成により、マイクロストリップアンテナを湾曲させた際、前記フレキシブル材と接着されていない金属層が、前記フレキシブル材に対してスライドしつつ湾曲し、上記の収縮率の差を吸収する。また、前記フレキシブル材と接着されていない金属層は、前記フレキシブル材に密着したまま追従して湾曲するため、第１金属層と第２金属層との間の距離を一定のまま維持することができる。かかる構成を有したマイクロストリップアンテナを用いることにより、所定の厚さを有した２層構造のマイクロストリップアンテナを備えたセンサ端末に、全体として充分な可撓性を持たせて、ウェアラブルな電池レスセンサ端末を、安価に提供することができる。

　本発明によれば、所定の厚さを有した２層構造のマイクロストリップアンテナを備えたセンサ端末に、全体として充分な可撓性を持たせて、ウェアラブルな電池レスセンサ端末を安価に提供することができる。

本開示の第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａの平面図本開示の第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａの斜視図本開示の第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａの、曲率の小さな湾曲状態を示す図本開示の第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａの、曲率の大きな湾曲状態を示す図マイクロストリップアンテナ１Ａを内部に備えたウェアラブルセンサ端末Ｔを人間が装着した状態を示す図本開示の第２実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｂの、金属層を挿入中の状態を示す図本開示の第２実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｂの、金属層の挿入後の状態を示す図本開示の第２実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｂの湾曲状態を示す図本開示の第３実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｃの表面を示す斜視図本開示の第３実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｃの裏面を示す斜視図本開示の第３実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｃの湾曲状態を示す図本開示の第４実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｄを示し、挟持機構６０Ａに第１金属層１２、フレキシブル材１１、及び第２金属層１３を挿入してこれらを挟持することを示す図本開示の第４実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｄを示し、マイクロストリップアンテナ１Ｄの湾曲状態を示す図本開示の第５実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｅを示す図本開示の第６実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｆを示す図本開示の第７実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｇを示す図２層構造を有するマイクロストリップアンテナの通常状態と湾曲状態とを示す概念図

　以下、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

　図１は、本開示の第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａの平面図である。図２は、本開示の第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａの斜視図である。図３は、本開示の第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａの、曲率の小さな湾曲状態を示す図である。図４は、本開示の第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａの、曲率の大きな湾曲状態を示す図である。マイクロストリップアンテナ１Ａは、フレキシブル材１１と、第１金属層１２と、第２金属層１３を備えている。また、マイクロストリップアンテナ１Ａは、図２に示したように、フレキシブル材１１を、第１金属層１２と第２金属層１３とで挟み込んで形成されている。

　フレキシブル材１１は、所定の厚さｄを有する不導体であり、湾曲させても、湾曲の前後で厚さの変わらないものを用いる。なお、ここで言う「厚さの変わらない」とは、厚さの変動が、所定の厚さｄの±４０％の範囲内に収まることを言う。フレキシブル材の所定の厚さｄは、一例としては３ｍｍから５ｍｍである（ＲＦとして９２０ＭＨｚ帯を用いる場合）。フレキシブル材１１の材質は、シリコーンなどであってよい。ただし、これには限定されない。

　第１金属層１２と第２金属層１３はそれぞれ、フレキシブル性を有した金属、または、フレキシブル性を有する材料上に形成された金属箔からなる。なお、本願における「フレキシブル」「フレキシブル性を有する」とは、その伸縮率が±３％以上である事を意味する。一例として、第１金属層１２と第２金属層１３はそれぞれ、銅版によって形成されてよい。第１金属層１２と第２金属層１３はそれぞれ、ＰＥＴ等の合成樹脂に銅でパターニングすることで形成されてもよい。第１金属層１２はアンテナ素子を構成し、第２金属層１３はグランド（ＧＮＤ）を構成する。

　上述構成により、所定の厚さｄを有するフレキシブル材１１を挟み込む、第１金属層１２及び第２金属層１３との間の距離が、前記所定の厚さｄと一致する。すなわち、フレキシブル材１１は第１金属層１２と第２金属層１３とを所定の距離ｄだけ離隔させる。

　ここで、図５を参照する。図５は、マイクロストリップアンテナ１Ａを内部に備えたウェアラブルセンサ端末Ｔを人間が装着した状態を示す図である。マイクロストリップアンテナ１Ａが、手首にバンド状に巻き付けられている。

　ウェアラブルセンサ端末Ｔは、図示を省略するセンサ回路を備えている。このセンサ回路が、ウェアラブルセンサ端末Ｔの装着者の生体情報をセンシングし、取得された生体情報は外部へと無線送信され得る。また、前記マイクロストリップアンテナ１Ａがマイクロ波を受け取ることにより、前記センサ回路を起動するための電力を確保することもできる。

　ここで、上述のように、アンテナが人体に近接すると、放射効率が低下する、インピーダンスが変化する等の問題が生じる。しかし、グランド（ＧＮＤ）を構成する第２金属層１３が内側（人体と接する側）になるように、ウェアラブルセンサ端末Ｔを巻き付ければ、アンテナに対する人体（手首）の影響を減じることが可能となる。

　なお、図５においてはウェアラブルセンサ端末Ｔを手首に巻き付ける例を示しているが、本開示のウェアラブルセンサ端末Ｔの装着箇所は、腕には限られない。例えば、腰や足首など、人体の他の箇所に本開示のウェアラブルセンサ端末Ｔを装着してもよい。この装着の時に、図５に示したように、ウェアラブルセンサ端末Ｔを中に含まれるマイクロストリップアンテナ１Ａごと湾曲させる必要が生じる。そのため、マイクロストリップアンテナ１Ａは、湾曲に耐え得るフレキシブル性（柔軟性）が必要となる。

　図１から図４に戻って説明する。第１金属層１２と第２金属層１３とをフレキシブル材１１に接着あるいはこれらを一体形成した場合、既に説明したように、収縮率の差からくる金属層の折れや破断が発生し得る。第１金属層１２と第２金属層１３との間にはフレキシブル材１１が存在し、このフレキシブル材１１が所定の厚さｄを有しているからである。

　そこで、本開示のマイクロストリップアンテナ１Ａにおいては、第１金属層１２及び第２金属層１３の少なくとも一方を、フレキシブル材１１に接着せず、圧力等を用いてフレキシブル材１１に密着させる。

　図１及び図２に示した例においては、アンテナ素子を構成する第１金属層１２は、フレキシブル材１１に接着されている。その一方で、グランド（ＧＮＤ）を構成する第２金属層１３は、フレキシブル材１１に接着されていない。

　しかし、アンテナ素子を構成する第１金属層１２と、グランド（ＧＮＤ）を構成する第２金属層１３との間の距離が変動すると、マイクロストリップアンテナ１Ａの特性（例え共振周波数等）が変化する。このような変化を発生させないように、マイクロストリップアンテナ１Ａは密着手段１４を有する。この密着手段１４は、図１から図４の例ではゴム材である。この例では輪状のゴム材である密着手段１４は、グランドを構成する第２金属層１３の端部に設けられた孔を通り、第２金属層１３をフレキシブル材１１に密着させている。なお、図１から図４の例では、密着手段１４として幅の狭い輪状のゴム材を複数用いている。しかし、密着手段１４は例えば、幅広の円筒形ゴム材であってもよい。かかる円筒形ゴム材で、第１金属層１２、フレキシブル材１１、及び第２金属層１３を包み込む。すると、円筒形ゴム材の弾性力により、第２金属層１３がフレキシブル材１１へと押しつけられて密着する。

　例えば上記のようにして、密着手段１４が、フレキシブル材１１と接着されていない金属層（本例では第２金属層１３）を、フレキシブル材１１に密着させる。第２金属層１３とフレキシブル材１１とが密着していれば、第１金属層１２と第２金属層１３との間の距離を一定に保つことが可能であり、マイクロストリップアンテナ１Ａの特性を一定に保つことも同様に可能となる。

　なお、第２金属層１３に加えて第１金属層１２も、フレキシブル材１１に接着されていない場合、上記の密着手段１４は、第１金属層１２及び第２金属層１３の両方を、フレキシブル材１１に密着させることができる。この場合、上記と同様の効果を奏することができる。

　また、上記２つの金属層のうち少なくとも一方を、フレキシブル材１１に接着せず、密着させることにより、マイクロストリップアンテナ１Ａを安定して湾曲させる事が可能となる。

　図３及び図４はそれぞれ、マイクロストリップアンテナ１Ａを湾曲させた状態を示している。第１金属層１２及び第２金属層１３は、フレキシブル材１１の湾曲に追従して湾曲する。

　そして図１から図４の例では、第２金属層１３はフレキシブル材１１に接着されていないため、フレキシブル材１１に対してスライドしつつ湾曲し、上記の収縮率の差を吸収する。従って、マイクロストリップアンテナ１Ａを湾曲させても、金属層の折れや破断が発生しない。

　そのため、本開示のマイクロストリップアンテナ１Ａを、例えば手首に巻くタイプのウェアラブルセンサ端末Ｔ（図５参照）に用いることができる。

　以上、本開示の第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａについて、図１から図４、及び図５に基づき説明した。

　ここで、上述のように、本開示の第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａは、第１金属層１２がフレキシブル材１１に接着されており、第２金属層１３がフレキシブル材１１に接着されていなかった。２つの金属層のうち一方をフレキシブル材１１に接着する場合、接着する金属層は、アンテナ素子を構成する第１金属層１２の方であるのが好ましい。共振周波数を安定させる観点から、アンテナ素子がスライドしない方が良いからである。

　ただし、金属層の折れや破断を発生させないという観点からは、第１金属層１２と第２金属層の両方がフレキシブル材１１に接着されていない構成であってもよい。

　図６は、本開示の第２実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｂの、金属層を挿入中の状態を示す図である。図７は、本開示の第２実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｂの、金属層の挿入後の状態を示す図である。図８は、本開示の第２実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｂの湾曲状態を示す図である。

　既に説明したマイクロストリップアンテナ１Ａと同様に、マイクロストリップアンテナ１Ｂは、フレキシブル材１１と、第１金属層１２と、第２金属層１３とを備えている。第２実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｂにおいては、第１金属層１２と第２金属層１３とがフレキシブル材１１の中に挿入される構造となっている。

　第２実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｂにおいては、フレキシブル材１１がスロット５１、５２を備えている。この２つのスロット５１及び５２は、前記フレキシブル材１１の厚さ方向に並んで配置されている。この２つのスロット５１および５２の間の距離を、所定の距離ｄとする。

　そして、図６に示すように、第１金属層１２をスロット５１に、第２金属層１３をスロット５２に、それぞれ挿入する。すると、マイクロストリップアンテナ１Ｂは、第１金属層１２と第２金属層１３との間が、所定の距離ｄだけ離隔された状態となる（図７参照）。

　図６から図８の例においては、第１金属層１２はフレキシブル材１１に接着されていない。第２金属層１３もフレキシブル材１１に接着されていない。第１金属層１２及び第２金属層１３の両方が、フレキシブル材１１に密着する。すなわち、スロット５１及び５２が、密着手段１４の機能を果たすことになる。

　上述のようにして構成されたマイクロストリップアンテナ１Ｂを図８に示すように湾曲させる。第１金属層１２及び第２金属層１３はフレキシブル材１１に接着されていない。そのため、第１金属層１２及び第２金属層１３は、フレキシブル材１１に対してスライドしつつ湾曲し、上記の収縮率の差を吸収する。従って、マイクロストリップアンテナ１Ｂを湾曲させても、金属層の折れや破断が発生しない。

　図９は、本開示の第３実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｃの表面を示す斜視図である。図１０は、本開示の第３実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｃの裏面を示す斜視図である。図１１は、本開示の第３実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｃの湾曲状態を示す図である。

　マイクロストリップアンテナ１Ｃが、フレキシブル材１１と、第１金属層１２と、第２金属層１３を備えている点は、図１から図４に基づいて説明した第１実施形態と同様である。また、マイクロストリップアンテナ１Ｃが、フレキシブル材１１を、第１金属層１２と第２金属層１３とで挟み込んで形成されている点、フレキシブル材１１の所定の厚さｄ、および各部材の材質についても、前記第１実施形態と同様である。

　図９から図１１に示したマイクロストリップアンテナ１Ｃにおいては、密着手段１４として、コの字型ピンを用いる（図９参照）。コの字型ピンの材質は、ＰＥＴなどの樹脂であってよい。コの字型ピンとして金属を用いる場合は、ピンの表面を不導体で被覆して、ショートを防止する。前記のようなコの字型ピンを複数、フレキシブル材１１に埋め込み、このピンにひっかけるようにして、第１金属層１２及び／又は第２金属層１３をフレキシブル材１１に密着させる。なお、コの字型ピンの埋め込みは、例えば、フレキシブル材１１を貫通するように直線形状のピンを差し込んだ後、ピンの先端を折り曲げる等の手法によって、行うことが可能である。

　上記構成のマイクロストリップアンテナ１Ｃを図１１に示したように湾曲させる。第１金属層１２及び第２金属層１３の少なくとも一方は、フレキシブル材１１に接着されていないため、フレキシブル材１１に対してスライドしつつ湾曲し、上記の収縮率の差を吸収する。従って、マイクロストリップアンテナ１Ｃを湾曲させても、金属層の折れや破断が発生しない。

　図１２は、本開示の第４実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｄを示し、挟持機構６０Ａに第１金属層１２、フレキシブル材１１、及び第２金属層１３を挿入してこれらを挟持することを示す図である。図１３は、本開示の第４実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｄを示し、マイクロストリップアンテナ１Ｄの湾曲状態を示す図である。

　マイクロストリップアンテナ１Ｄが、フレキシブル材１１と、第１金属層１２と、第２金属層１３を備えている点は、図１から図４に基づいて説明した第１実施形態と同様である。また、マイクロストリップアンテナ１Ｄが、フレキシブル材１１を、第１金属層１２と第２金属層１３とで挟み込んで形成されている点、フレキシブル材１１の所定の厚さｄ、および各部材の材質についても、前記第１実施形態と同様である。

　第４実施形態においては、挟持機構６０Ａが上述の密着手段１４の機能を果たす。この挟持機構６０Ａの構造について、図１２を参照しつつ以下で説明する。

　挟持機構６０Ａは、第１プレート６１と、第２プレート６２と、連結部材６３とを備えている。第１プレート６１及び第２プレート６２は、合成樹脂等を薄い平面状に成形して構成される。一例として、前記合成樹脂はＰＥＴであってよい。ただしこれには限定されない。第１プレート６１及び第２プレート６２を向かい合わせて、連結部材６３によって連結する。

　なお、第１プレート６１及び第２プレート６２の、互いに向かい合う側の面を、内側面と表現する。第１プレート６１及び第２プレート６２の、内側面とは反対側の面を、外側面と表現する。

　連結部材６３は、第１プレート６１に固定されたＴ字突起６１１と、第２プレート６２が備えるガイド溝６２１とで構成される。

　ガイド溝６２１は第２プレート６２の長手方向に延びる。ガイド溝６２１は、第２プレートの短手方向に沿って例えば２つ、図示したように配置される。

　一方、Ｔ字突起６１１は、脚部６１１Ａと先端部６１１Ｂとを有している。先端部６１１Ｂが第２プレート６２の外側面に引っかかった状態で、脚部６１１Ａがガイド溝６２１を貫通し、第１プレート６１の内側面に固定される。

　上記の構造であれば、第１プレート６１と第２プレート６２とが、各プレートの長手方向に相互にスライド可能となる。

　向かい合った第１プレート６１及び第２プレート６２の間に、フレキシブル材１１と、フレキシブル材１１の両面にそれぞれ配置した第１金属層１２及び第２金属層１３を挿入する。

　Ｔ字突起６１１が有する脚部６１１Ａの長さを適宜調節することで、挟持機構６０Ａが第１金属層１２及び第２金属層１３をフレキシブル材１１に押しつける。すなわち、前記挟持機構６０Ａによって外側から挟みつけるようにして、第１金属層１２及び第２金属層１３がフレキシブル材１１に密着する。

　上記構成のマイクロストリップアンテナ１Ｄを図１３に示したように湾曲させる。すると、Ｔ字突起６１１が前記ガイド溝６２１に沿ってスライドし、第１プレート６１及び第２プレート６２は適切に湾曲する。

　また、第１金属層１２及び第２金属層１３の少なくとも一方は、フレキシブル材１１に接着されていないので、フレキシブル材１１に対してスライドしつつ湾曲し、上記の収縮率の差を吸収する。従って、マイクロストリップアンテナ１Ｄを湾曲させても、金属層の折れや破断が発生しない。

　図１４は、本開示の第５実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｅを示す図である。

　マイクロストリップアンテナ１Ｅが、フレキシブル材１１と、第１金属層１２と、第２金属層１３を備えている点は、図１から図４に基づいて説明した第１実施形態と同様である。また、マイクロストリップアンテナ１Ｅが、フレキシブル材１１を、第１金属層１２と第２金属層１３とで挟み込んで形成されている点、フレキシブル材１１の所定の厚さｄ、および各部材の材質についても、前記第１実施形態と同様である。

　挟持機構が密着手段１４の機能を果たし、２つの金属層とフレキシブル材１１とを密着させる点について、前記第４実施形態と同様である。

　図１４に示されている本開示の第５実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｅは、挟持機構６０Ｂを用いる。挟持機構６０Ｂは、前述の挟持機構６０Ａと同様に、第１プレート６１、第２プレート６２、連結部材６３を備えている。第１プレート６１、第２プレート６２については、図１２および図１３に示した第４実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　本開示の第５実施形態においては、連結部材６３が弾性体Ｓで構成されている。弾性体Ｓは、典型的にはバネである。弾性体Ｓの一端が第１プレート６１に、他端が第２プレート６２に、それぞれ固定されている。

　そして、図１４に示されているように、向かい合った第１プレート６１及び第２プレート６２の間に、フレキシブル材１１と、フレキシブル材１１の両面にそれぞれ配置された第１金属層１２及び第２金属層１３とが挿入される。

　弾性体Ｓの弾性力を適宜調節することで、挟持機構６０Ｂが第１金属層１２及び第２金属層１３をフレキシブル材１１に押しつける。すなわち、前記挟持機構６０Ｂによって外側から挟みつけるようにして、第１金属層１２及び第２金属層１３がフレキシブル材１１に密着する。

　なお、マイクロストリップアンテナ１Ｅを湾曲させた状態については、図１２および図１３に示した第４実施形態と同様であるため、図示を省略する。第１金属層１２および第２金属層１３の少なくとも一方は、フレキシブル材１１に接着されていないため、フレキシブル材１１に対してスライドしつつ湾曲し、上記の収縮率の差を吸収する。従って、マイクロストリップアンテナ１Ｅを湾曲させても、金属層の折れや破断が発生しない。

　図１５は、本開示の第６実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｆを示す図である。

　マイクロストリップアンテナ１Ｆが、フレキシブル材１１と、第１金属層１２と、第２金属層１３を備えている点は、図１から図４に基づいて説明した第１実施形態と同様である。また、マイクロストリップアンテナ１Ｆが、フレキシブル材１１を、第１金属層１２と第２金属層１３とで挟み込んで形成されている点、フレキシブル材１１の所定の厚さｄ、および各部材の材質についても、前記第１実施形態と同様である。

　図１５に示されている本開示の第６実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｆは、挟持機構６０Ｃを用いる。挟持機構６０Ｃは、前述の挟持機構６０Ａと同様に、第１プレート６１、第２プレート６２、連結部材６３を備えている。第１プレート６１、第２プレート６２については、図１２および図１３に示した第４実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　本開示の第６実施形態においては、連結部材６３が糸Ｌで構成されている。糸Ｌは、ある程度の伸縮性のあるものが好ましく、ゴムを用いてもよい。一方、第１プレート６１及び第２プレート６２には、これらプレートの長手方向に沿って孔が複数開けられている。この糸Ｌが前記複数の孔を通ることで、第１プレート６１と第２プレート６２とが連結する。

　そして、図１５に示したように、向かい合った第１プレート６１及び第２プレート６２の間に、前述のフレキシブル材１１と、フレキシブル材１１の両面にそれぞれ配置した第１金属層１２及び第２金属層１３とが挿入される。

　糸Ｌの張力を適宜調節することで、挟持機構６０Ｃが第１金属層１２及び第２金属層１３をフレキシブル材１１に押しつける。すなわち、前記挟持機構６０Ｃによって外側から挟みつけるようにして、第１金属層１２及び第２金属層１３がフレキシブル材１１に密着する。

　なお、マイクロストリップアンテナ１Ｆを湾曲させた状態については、図１２および図１３に示した第４実施形態と同様であるため、説明を省略する。第１金属層１２および第２金属層１３の少なくとも一方は、フレキシブル材１１に接着されていないため、フレキシブル材１１に対してスライドしつつ湾曲し、上記の収縮率の差を吸収する。従って、マイクロストリップアンテナ１Ｆを湾曲させても、金属層の折れや破断が発生しない。

　図１６は、本開示の第７実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｇを示す図である。

　マイクロストリップアンテナ１Ｇが、フレキシブル材１１と、第１金属層１２と、第２金属層１３を備えている点は、図１から図４に基づいて説明した第１実施形態と同様である。また、マイクロストリップアンテナ１Ｇが、フレキシブル材１１を、第１金属層１２と第２金属層１３とで挟み込んで形成されている点、フレキシブル材１１の所定の厚さｄ、および各部材の材質についても、前記第１実施形態と同様である。

　図１６に示されている本開示の第７実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｇにおいては、袋体Ｐが密着手段１４の機能を果たす。この袋体Ｐの中に、フレキシブル材１１と、第１金属層１２と、第２金属層１３を封入し、真空引きする。なお、袋体Ｐは、空気漏れを起こさず湾曲可能な材料、例えばナイロン等を用いる。

　すると、袋体Ｐ内部の圧力が袋体Ｐ外部の圧力より小さくなるので、第１金属層１２及び第２金属層１３がフレキシブル材１１に押しつけられる。すなわち、前記袋体Ｐにより、第１金属層１２及び第２金属層１３がフレキシブル材１１に密着する。

　上記構成を有するマイクロストリップアンテナ１Ｇを湾曲させる。第１金属層１２および第２金属層１３の少なくとも一方は、フレキシブル材１１に接着されていないため、フレキシブル材１１に対してスライドしつつ湾曲し、上記の収縮率の差を吸収する。従って、マイクロストリップアンテナ１Ｇを湾曲させても、金属層の折れや破断が発生しない。

　以上、ウェアラブルセンサ端末Ｔを人体に装着する際に、湾曲させても金属層の折れや破断が発生しないマイクロストリップアンテナの構造について説明した。ここで、フレキシブル材１１を挟む金属層は第１金属層１２と第２金属層１３の２層存在する。湾曲等によって、第１金属層１２と第２金属層１３の位置がずれないように、両者を点接合してよい。

　点接合について、第１実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ａに基づいて説明する。しかし、他の実施形態に係るマイクロストリップアンテナ１Ｂ～１Ｇについても、下記は同様である。

　第１金属層１２と第２金属層１３との間の点接合は、例えば第１金属層１２の中心をピン留めすることにより行ってよい。ただし、ピン留めを行う箇所はこれには限定されない。ピン留めを行った状態でマイクロストリップアンテナ１Ａを湾曲させる。すると、フレキシブル材１１に接着されていない金属層は、前記ピン留めをした接合点以外の部分が、フレキシブル材１１の湾曲に追従し、スライドしつつ湾曲する。その結果、上記の収縮率の差を吸収する。従って、マイクロストリップアンテナ１Ａを湾曲させても、金属層の折れや破断が発生しない。

　ここで、金属層の位置ずれを防止するために、第１金属層１２と第２金属層１３との間でピン留めを行った場合、このピンを、ピン給電方式における給電に用いればさらに効率的である。すなわち、マイクロストリップアンテナに接続される回路に給電を行うための所定の給電点において、ピン留めを行う。なお、給電点の位置はインピーダンスの整合の観点から定められ、例えば放射素子（第１金属層１２）の中心からλ／６離れた位置であるのが一般的である。

　前記ピンを前記給電に用いた場合、第１金属層１２と第２金属層１３との間の点接合に係る接合点が、マイクロストリップアンテナに接続される回路に給電を行うための給電点と一致する。

　一方、マイクロストリップアンテナに接続される回路に電磁結合給電方式により給電を行う場合は、給電点にピンなどの物理的な伝送路を設ける必要が無い。この場合、金属層の位置ずれを防止するためのピン留めは、給電点以外の任意の箇所に行ってよい。

　なお、各種の回路を配置する位置は、放射素子（第１金属層１２）側とグランド（第２金属層１３）側とでは、グランド側が好ましい。回路が、放射素子（第１金属層１２）による放射の妨げとならないようにするためである。ただし、整流後の箇所に接続される回路については、導線を引きまわす事で、マイクロストリップアンテナから引き離すことが可能である。一方、整流を行う整流回路は、ＲＦ高周波を扱う為、マイクロストリップアンテナの近傍に配置されるのが好ましい。

　以上のように、前記マイクロストリップアンテナを湾曲させた際、前記フレキシブル材と密着している金属層が、前記フレキシブル材に追従して湾曲し、前記第１金属層と前記第２金属層との間の距離が、湾曲の前後で変わらないようにしてよい。このことにより、マイクロストリップアンテナを内部に備えたウェアラブルセンサ端末Ｔを手首等に巻き付けても、マイクロストリップアンテナの性能が安定する。

　上記構成において、前記密着手段が、ゴム材、フレキシブル材が備えるスロット、コの字型ピン、または、内部を真空引き可能な袋体等であってよい。前記構成により、第１金属層及び／又は第２金属層が、フレキシブル材と接着されずに、密着手段によって密着するようにマイクロストリップアンテナを構成することができる。

　上記構成において、前記密着手段が、第１プレートと、第２プレートと、連結部材とを備えた挟持機構であり、前記第１プレートと前記第２プレートは、互いに向かい合った状態で、前記連結部材によって連結されてよい。前記構成により、挟持機構によって外側から挟みつけるようにして、第１金属層及び第２金属層がフレキシブル材に密着する。

　上記構成において、前記連結部材が、前記第１プレートに固定されたＴ字突起と、前記第２プレートが備えるガイド溝を備え、前記ガイド溝が、前記第２プレートの長手方向に沿って延びていてよい。また、前記連結部材が、弾性体や、前記第１プレート及び前記第２プレートの長手方向に沿って設けられた複数の孔と前記孔を通る糸であってよい。前記構成により、第１プレートと第２プレートとを、湾曲に対応した状態で、適切に連結させることができる。

　上記構成において、前記第１金属層と前記第２金属層とが点接合されていてよい。前記構成により、第１金属層と第２金属層の位置が湾曲等によってずれないようにすることができる。

　上記構成において、前記第１金属層と前記第２金属層との間の前記点接合に係る接合点が、前記マイクロストリップアンテナに接続される回路に給電を行う給電点と一致してよい。前記構成により、第１金属層と第２金属層の位置ずれを防止するための点接合を、前記回路への給電に用いることができる。

　また、ウェアラブルセンサ端末が、上記構成を有するマイクロストリップアンテナを備えていてよい。前記構成により、所定の厚さを有した２層構造のマイクロストリップアンテナを備えたセンサ端末に、全体として充分な可撓性を持たせて、ウェアラブルな電池レスセンサ端末を安価に提供することができる。

　以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

　なお、本出願は、２０１９年５月９日出願の日本特許出願（特願２０１９－０８９０７１）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

［付記］
（付記１）
　マイクロストリップアンテナであって、
　アンテナ素子を構成する第１金属層と、
　グランドを構成する第２金属層と、
　前記第１金属層と前記第２金属層とを所定の距離だけ離隔させるフレキシブル材と、
　を備え、
　前記第１金属層及び前記第２金属層は、フレキシブル性を有した金属、または、フレキシブル性を有する材料上に形成された金属箔からなり、
　前記第１金属層、及び／又は前記第２金属層が、前記フレキシブル材と接着されずに、
密着手段によって密着している、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記２）
　付記１に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記マイクロストリップアンテナを湾曲させた際、前記フレキシブル材と密着している金属層が、前記フレキシブル材に追従して湾曲し、前記第１金属層と前記第２金属層との間の距離が、湾曲の前後で変わらない、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記３）
　付記１または付記２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記密着手段がゴム材である、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記４）
　付記１または付記２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記密着手段が、前記フレキシブル材が備えるスロットである、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記５）
　付記１または付記２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記密着手段がコの字型ピンである、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記６）
　付記１または付記２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記密着手段が、第１プレートと、第２プレートと、連結部材とを備えた挟持機構であり、
　前記第１プレートと前記第２プレートは、互いに向かい合った状態で、前記連結部材によって連結され、
　前記連結部材が、前記第１プレートに固定されたＴ字突起と、前記第２プレートが備えるガイド溝を備え、
　前記ガイド溝が、前記第２プレートの長手方向に沿って延びている、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記７）
　付記１または付記２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記密着手段が、第１プレートと、第２プレートと、連結部材とを備えた挟持機構であり、
　前記第１プレートと前記第２プレートが、互いに向かい合った状態で、前記連結部材によって連結され、
　前記連結部材が弾性体である、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記８）
　付記１または付記２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記密着手段が、第１プレートと、第２プレートと、連結部材とを備えた挟持機構であり、
　前記第１プレートと前記第２プレートは、互いに向かい合った状態で、前記連結部材によって連結され、
　前記連結部材は、前記第１プレート及び前記第２プレートの長手方向に沿って設けられた複数の孔と、前記孔を通る糸である、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記９）
　付記１または付記２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記密着手段が、内部を真空引き可能な袋体である、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記１０）
　付記１から付記９のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記第１金属層と前記第２金属層とが点接合されている、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記１１）
　付記１０に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記第１金属層と前記第２金属層との間の前記点接合に係る接合点が、前記マイクロストリップアンテナに接続される回路に給電を行う給電点と一致する、
　マイクロストリップアンテナ。
（付記１２）
　ウェアラブルセンサ端末であって、
　付記１から付記１１のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナを備えた、
　ウェアラブルセンサ端末。

１Ａ～１Ｇ　マイクロストリップアンテナ
１１　　フレキシブル材
１２　　第１金属層
１３　　第２金属層
１４　　密着手段
５１　　スロット
５２　　スロット
６０Ａ～６０Ｃ　挟持機構
６１　　第１プレート
６２　　第２プレート
６３　　連結部材
６１１　Ｔ字突起
６２１　ガイド溝
ＧＮＤ　グランド
Ｌ　　　糸
Ｐ　　　袋体
Ｓ　　　弾性体
Ｔ　　　ウェアラブルセンサ端末

Claims

　マイクロストリップアンテナであって、
　アンテナ素子を構成する第１金属層と、
　グランドを構成する第２金属層と、
　前記第１金属層と前記第２金属層とを所定の距離だけ離隔させるフレキシブル材と、
　を備え、
　前記第１金属層及び前記第２金属層は、フレキシブル性を有した金属、または、フレキシブル性を有する材料上に形成された金属箔からなり、
　前記第１金属層、及び／又は前記第２金属層が、前記フレキシブル材と接着されずに、密着手段によって密着し、
　前記密着手段が、第１プレートと、第２プレートと、連結部材とを備えた挟持機構であり、
　前記第１プレートと前記第２プレートが、互いに向かい合った状態で、前記連結部材によって連結され、
　前記連結部材が弾性体である、
　マイクロストリップアンテナ。
　請求項１に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記マイクロストリップアンテナを湾曲させた際、前記フレキシブル材と密着している金属層が、前記フレキシブル材に追従して湾曲し、前記第１金属層と前記第２金属層との間の距離が、湾曲の前後で変わらない、
　マイクロストリップアンテナ。
　請求項１から請求項２のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記第１金属層と前記第２金属層とが点接合されている、
　マイクロストリップアンテナ。
　請求項３に記載のマイクロストリップアンテナであって、
　前記第１金属層と前記第２金属層との間の前記点接合に係る接合点が、前記マイクロストリップアンテナに接続される回路に給電を行う給電点と一致する、
　マイクロストリップアンテナ。
　ウェアラブルセンサ端末であって、
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナを備えた、
　ウェアラブルセンサ端末。