WO2021182106A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2021182106A1
WO2021182106A1 PCT/JP2021/006929 JP2021006929W WO2021182106A1 WO 2021182106 A1 WO2021182106 A1 WO 2021182106A1 JP 2021006929 W JP2021006929 W JP 2021006929W WO 2021182106 A1 WO2021182106 A1 WO 2021182106A1
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meta
antenna
low
electrode
film
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寅烈 文
面　了明
喜博 坂田
寿文 黒▲崎▼
祥平 森本
▲勝▼澤 姜
昌炯 李
睿浚 徐
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Ｎｉｓｓｈａ株式会社
仁川大學校産學協力團
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    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/006—Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces
    • H01Q15/008—Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces said selective devices having Sievenpipers' mushroom elements
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q15/006—Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
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    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0093—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices having a fractal shape

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device, particularly an antenna device used in the vicinity of the human body or other conductors.
  • the inventor of the present application has noted that the following problems occur when a conventional electronic device with an antenna is used in close contact with or in the vicinity of a human body (head or hand).
  • the problem is that the radio waves emitted from the antenna are reflected by the human body, which distorts the radiation characteristics of the antenna. In this case, the radio wave is not sufficiently radiated from the antenna in the target direction.
  • An object of the present invention is to sufficiently radiate radio waves in a target direction by suppressing reflection from the human body or other conductors in an antenna device.
  • the seemingly relevant antenna device of the present invention is an antenna device used in contact with or in close proximity to a human body or conductor, comprising an antenna and a meta-surface layer.
  • the meta-surface layer is a layer that is laminated on the antenna and arranged on the human body side.
  • the meta-surface layer has a low-loss film and a meta-surface formed on the low-loss film.
  • the meta-surface layer is located on the human body side of the antenna. Therefore, the meta-surface layer suppresses the reflection of electromagnetic waves from the human body side and reduces the influence on the antenna. As a result, radio waves can be sufficiently radiated in the target direction.
  • the meta-surface is provided on a low loss film. In this case, a small antenna device can be realized by using a thin low-loss film.
  • the low-loss film may be a plurality of laminated films.
  • the meta-surface may be formed on each of the plurality of low-loss films.
  • this device by forming a meta-surface on a multi-layered low-loss film, it is possible to construct an equivalent circuit of a filter that suppresses multiple reflections by configuring a multi-stage circuit even with a thin low-loss film. Therefore, impedance matching is possible.
  • the thickness of the low-loss film may be 150 ⁇ m or less.
  • the meta-surface may be fractal in shape.
  • wideband characteristics can be easily realized by increasing the fractal order of the meta surface.
  • radio waves can be sufficiently radiated in the target direction by suppressing reflection from the human body.
  • the schematic perspective view of the wireless earphone which incorporated the antenna device which concerns on 1st Embodiment of this invention The schematic diagram which shows the layer structure of an antenna device.
  • Schematic plan view showing the planar positions of the antenna and meta-surface in each low-loss film The schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the antenna device of 4th Embodiment. Schematic plan view showing the planar positions of the antenna and meta-surface in each low-loss film. The schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the antenna device of 5th Embodiment. Schematic plan view showing the planar position of the meta-surface. The schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the antenna device of 6th Embodiment. Schematic plan view showing the planar position of the meta-surface. The schematic diagram which shows the plane composition of the ground. The schematic plan view which shows the plane position of the antenna, the meta surface in each low loss film in 7th Embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of a smart glass in which the antenna device according to the eleventh embodiment is incorporated.
  • the schematic diagram which shows the layer structure of an antenna device.
  • Schematic perspective view of a continuous blood glucose meter The schematic diagram which shows the cross-sectional structure of an antenna device.
  • Schematic perspective view of the antenna device Schematic plan view of the antenna device. Equivalent circuit diagram of the antenna device.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a wireless earphone in which the antenna device according to the first embodiment of the present invention is incorporated.
  • the wireless earphone 1 has an antenna device 3 or the like incorporated in the housing.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the layer structure of the antenna device.
  • the antenna device 3 is, for example, Blutooth (registered trademark), and has a cover layer 9, an adhesive layer 11, a meta surface layer 13 (an example of a meta surface layer), and a protective layer 15 from the upper side to the lower side in the drawing.
  • the meta-surface layer 13 is composed of one or more low-loss films and a meta-surface (described later).
  • An antenna pattern 17 (an example of an antenna) is formed on the upper side surface of the meta surface layer 13.
  • the meta surface layer 13 is arranged on the human body side with respect to the antenna pattern 17.
  • the antenna film 19 is composed of the meta surface layer 13 and the antenna pattern 17 described above.
  • the cover layer 9 is, for example, polycarbonate and has a thickness of 2 mm.
  • the adhesive layer 11 is, for example, OCA and has a thickness of 25 ⁇ m.
  • the antenna pattern 17 is, for example, copper and has a thickness of 3 ⁇ m.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a cross-sectional structure of the antenna film.
  • the antenna film 19 has a first low-loss film 20A, a second low-loss film 20B, and a third low-loss film 20C from the lower side of the drawing. These films are laminated to each other.
  • Each low loss film is, for example, PET or COP and has a thickness of 50-150 ⁇ m.
  • the low-loss film may be any material having a low tan ⁇ (low dielectric loss material) and is not particularly limited.
  • the total thickness of the low-loss film is preferably 150 ⁇ m or less.
  • the antenna pattern 17 is formed on the upper surface of the third low-loss film 20C.
  • the first electrode 21A1 of the first meta surface 21A is formed on the upper surface of the first low-loss film 20A.
  • a second electrode 21B1 of the second meta-surface 21B is formed on the upper surface of the second low-loss film 20B.
  • the meta-surface is, for example, copper and has a thickness of 3 ⁇ m.
  • the meta-surface may be made of a visible light transparent conductive film. Specifically, ITO (indium tin oxide) and transparent conductive ink (for example, silver nanowire ink) are used.
  • the meta-surface is a "periodic structure shorter than the artificially constructed incident radio wave wavelength".
  • a ground 29 is formed on the lower side surface of the first low-loss film 20A.
  • the ground 29 is a solid layer formed on the entire surface.
  • the first electrodes 21A1 are arranged in a grid pattern, for example, with a gap between them. A capacitance component is generated in the gap. Further, a capacitance component is also generated between the first electrode 21A1 and the ground 29. Further, an inductance component is generated in the first electrode 21A1 itself. The same applies to the second electrode 21B1.
  • the first meta-surface 21A has a first through hole 21A2 that connects the first electrode 21A1 and the ground 29.
  • the second meta-surface 21B has a second through hole 21B2 that connects the second electrode 21B1 and the ground 29.
  • Each of the first through holes 21A2 corresponds to one first electrode 21A1, penetrates the second low-loss film 20B and the first low-loss film 20A, and connects the first electrode 21A1 and the ground 29. As a result, an inductance component is generated in the first through hole 21A2. The same applies to the second through hole 21B2.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the plane position of the meta surface.
  • the first electrode 21A1 and the second electrode 21B1 are regular hexagons.
  • the first electrode 21A1 and the second electrode 21B1 are arranged side by side alternately one by one, and do not overlap each other in a plan view.
  • a first through hole 21A2 is provided corresponding to the first electrode 21A1, and a second through hole 21B2 is provided corresponding to the second electrode 21B1.
  • the shape and arrangement position of the electrodes are not particularly limited. For example, the electrodes may partially overlap each other.
  • EBG Electromagnetic Band Gap
  • AMC Artificial Magnetic Controller
  • the thickness of the antenna (for example, the thickness of the antenna film 19) can be reduced to ⁇ / 4 or less while maintaining the radiation efficiency.
  • the periodic structure is made well according to the target frequency, the phase of the electromagnetic wave incident on the EBG structure and the phase of the reflected electromagnetic wave can be made in phase. If the phases are the same, the electromagnetic waves reflected by the EBG structure and the electromagnetic waves radiated into the space without being reflected will strengthen each other even if the thickness is not set to ⁇ / 4. Therefore, it is possible to reduce the thickness while maintaining the radiation efficiency.
  • the first meta-surface 21A and the second meta-surface 21B are provided on the first low-loss film 20A and the second low-loss film 20B, respectively.
  • a small antenna device can be realized by using a thin low-loss film.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the antenna device.
  • the inductance component L 1 and L 2 occurs between the first electrode 21A1 and the second electrode 21B1 and the ground 29, respectively.
  • capacitance components C 1 and C 2 are generated between the first electrode 21A1 and the second electrode 21B1 and the antenna pattern 17, respectively.
  • the inductance and capacitance can be increased.
  • An equivalent circuit (EBG structure) in which the constituent filters continue periodically can be constructed.
  • the surface energy can be controlled by the concept of the equivalent circuit of the filter, that is, the antenna is suppressed by suppressing multiple reflections by the multi-step configuration of the meta surface arranged on the human body side of the antenna pattern 17.
  • the energy radiated from the pattern 17 to the human body can be reduced, and as a result, the reflection of radio waves from the human body can be reduced.
  • the influence on the antenna pattern 17 is reduced, and radio waves can be sufficiently radiated in the target direction.
  • the meta surface may be composed of holes arranged in a two-dimensional square lattice shape (that is, a matrix shape) having periodicity in the conductive member. Further, the shape of the conductive member or the hole is not particularly limited, and various shapes are possible as long as it can be arranged periodically.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing the plane position of the meta surface in the modified example.
  • the basic configuration is the same as in the above embodiment.
  • the third electrode 21C1 and the fourth electrode 21D1 correspond to the first electrode 21A1 and the second electrode 21B1 of the first embodiment, and are diamond-shaped.
  • the third electrode 21C1 and the fourth electrode 21D1 are arranged side by side alternately one by one, and do not overlap each other in a plan view.
  • a third through hole 21C2 is provided corresponding to the third electrode 21C1, and a fourth through hole 21D2 is provided corresponding to the fourth electrode 21D1.
  • the shape and arrangement position of the electrodes are not particularly limited. For example, the electrodes may partially overlap each other.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a cross-sectional configuration of the antenna device of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic plan view showing the plane positions of the antenna and the meta surface in each low loss film.
  • the antenna device 3 is, for example, a plate-shaped inverted F antenna (PIFA: Plate Inverted F Antenna) and has a meta surface layer 13.
  • PIFA Plate Inverted F Antenna
  • the meta-surface layer 13 is composed of a plurality of low-loss films and a meta-surface (described later).
  • An antenna pattern 17 is formed on the upper side surface of the meta surface layer 13.
  • the antenna film 19 is composed of the meta surface layer 13 and the antenna pattern 17 described above.
  • the antenna film 19 has a first low-loss film 20A, a second low-loss film 20B, a third low-loss film 20C, and a fourth low-loss film 20D from the lower side of the drawing. These films are laminated to each other.
  • the antenna pattern 17 is formed on the upper surface of the fourth low-loss film 20D.
  • the first electrode 21A1 of the first meta surface 21A is formed on the upper surface of the first low-loss film 20A.
  • a second electrode 21B1 of the second meta-surface 21B is formed on the upper surface of the second low-loss film 20B.
  • a ground 29 is formed on the lower side surface of the first low-loss film 20A.
  • the first electrodes 21A1 are arranged in a grid pattern, for example, with a gap between them. The same applies to the second electrode 21B1.
  • the first meta-surface 21A has a first through hole 21A2 that connects the first electrode 21A1 and the ground 29.
  • the second meta-surface 21B has a second through hole 21B2 that connects the second electrode 21B1 and the ground 29.
  • Each of the first through holes 21A2 corresponds to one first electrode 21A1, penetrates the second low-loss film 20B and the first low-loss film 20A, and connects the first electrode 21A1 and the ground 29. The same applies to the second through hole 21B2.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a cross-sectional configuration of the antenna device of the third embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing the plane positions of the antenna and the meta surface in each low loss film.
  • the antenna device 3 is, for example, a plate-shaped inverted-F antenna (PIFA) and has a meta-surface layer 13.
  • the meta-surface layer 13 is composed of a plurality of low-loss films and a meta-surface (described later).
  • An antenna pattern 17 is formed on the upper side surface of the meta surface layer 13.
  • the antenna film 19 is composed of the meta surface layer 13 and the antenna pattern 17 described above.
  • the antenna film 19 includes a first low-loss film 20A, a second low-loss film 20B, a third low-loss film 20C, a fourth low-loss film 20D, and a fifth low-loss film 20E from the lower side of the drawing. doing. These films are laminated to each other.
  • the antenna pattern 17 is formed on the upper surface of the fifth low-loss film 20E.
  • the first electrode 21A1 of the first meta surface 21A is formed on the upper surface of the second low-loss film 20B.
  • a second electrode 21B1 of the second meta-surface 21B is formed on the upper surface of the third low-loss film 20C.
  • a ground 29 is formed on the upper surface of the first low-loss film 20A.
  • a third electrode 30 is formed on the lower surface of the first low-loss film 20A.
  • the first electrodes 21A1 are arranged in a grid pattern, for example, with a gap between them. The same applies to the second electrode 21B1.
  • the first meta-surface 21A has a first through hole 21A2 connecting the first electrode 21A1, the ground 29, and the third electrode 30.
  • the second meta-surface 21B has a second through hole 21B2 that connects the second electrode 21B1 and the ground 29.
  • the first through hole 21A2 corresponds to one first electrode 21A1 and one third electrode 30, respectively, and penetrates the second low loss film 20B and the first low loss film 20A. The same applies to the second through hole 21B2.
  • the number of laminated low-loss films on which the meta surface is formed is two, but it may be more than that.
  • a fourth embodiment will be described as such an embodiment with reference to FIGS. 11 and 12.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a cross-sectional configuration of the antenna device of the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic plan view showing the plane positions of the antenna and the meta surface in each low loss film.
  • the lower side of the figure is the human body side.
  • the antenna device 3 is, for example, a dipole antenna and has a meta-surface layer 13.
  • the meta-surface layer 13 is composed of a plurality of low-loss films and a meta-surface (described later).
  • An antenna pattern 17 is formed on the upper side surface of the meta surface layer 13.
  • the antenna film 19 is composed of the meta surface layer 13 and the antenna pattern 17 described above.
  • the antenna film 19 has a first low-loss film 20A, a second low-loss film 20B, a third low-loss film 20C, and a fourth low-loss film 20D from the lower side of the drawing. These films are laminated to each other.
  • the antenna pattern 17 is formed on the upper surface of the fourth low-loss film 20D.
  • the first electrode 21A1 of the first meta surface 21A is formed on the upper surface of the first low-loss film 20A.
  • a second electrode 21B1 of the second meta-surface 21B is formed on the upper surface of the second low-loss film 20B.
  • a third electrode 21C1 of the third meta-surface 21C is formed on the upper surface of the third low-loss film 20C.
  • a ground 29 is formed on the lower side surface of the first low-loss film 20A.
  • the first electrodes 21A1 are arranged in a grid pattern with a gap between them. The same applies to the second electrode 21B1 and the third electrode 21C1.
  • the first meta-surface 21A has a first through hole 21A2 that connects the first electrode 21A1 and the ground 29.
  • the second meta-surface 21B has a second through hole 21B2 that connects the second electrode 21B1 and the ground 29.
  • the third meta-surface 21C has a third through hole 21C2 that connects the third electrode 21C1 and the ground 29.
  • Each of the first through holes 21A2 corresponds to one first electrode 21A1 and penetrates the first low-loss film 20A to connect the first electrode 21A1 and the ground 29. The same applies to the second through hole 21B2 and the third through hole 21C2.
  • the electrodes of the meta surface and the ground are connected via through holes, but by increasing the area of the electrodes or shortening the distance between the layers, the electrodes and the ground are connected to each other through through holes.
  • the through hole of the electrode may be omitted.
  • FIG. 13 is a schematic view showing a cross-sectional configuration of the antenna device of the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic plan view showing the plane positions of the antenna and the meta surface in each low loss film.
  • the antenna device 3 is, for example, a plate-shaped inverted-F antenna (PIFA: Plate Inverted F Antenna) and has a meta-surface layer 13A.
  • PIFA Plate Inverted F Antenna
  • the meta-surface layer 13A comprises a low-loss film and a meta-surface (described later).
  • An antenna pattern 17A is formed on the upper side surface of the meta surface layer 13A on the drawing.
  • the antenna film 19A is composed of the meta surface layer 13A and the antenna pattern 17A described above.
  • the antenna film 19A has a first low-loss film 22A, a second low-loss film 22B, and a third low-loss film 22C from the lower side of the drawing. These films are laminated to each other.
  • the antenna pattern 17A is formed on the upper surface of the third low-loss film 22C. Under the second low-loss film 20B, the meta-surface electrode 13A1 is formed.
  • the electrode 13A1 has, for example, a combination of a pair of electrodes extending side by side in one direction, as shown in FIG. More specifically, the pair of electrodes 13A1 have triangular protrusions extending toward each other, and a portion in which a zigzag (sawtooth-like) electrode is not formed is secured between the pair of electrodes. doing.
  • a ground 29A is formed on the lower side surface of the first low-loss film 22A. From the above, only the first low-loss film 22A is arranged between the electrodes 13A1 and the ground 29A on the meta surface.
  • the through hole connecting the electrode and the ground is not formed.
  • the antenna performance is maintained by, for example, one or a plurality of features such as the wide shape of the electrode and the short distance between the electrode and the ground.
  • FIG. 15 is a schematic view showing a cross-sectional configuration of the antenna device of the sixth embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic plan view showing the plane position of the meta surface.
  • FIG. 17 is a schematic plan view showing a plan structure of the ground.
  • the antenna device 3 has a meta-surface layer 13.
  • the meta-surface layer 13 is composed of a plurality of low-loss films and a meta-surface (described later).
  • An antenna pattern 17 is formed on the upper side surface of the meta surface layer 13.
  • the antenna film 19 is composed of the meta surface layer 13 and the antenna pattern 17 described above.
  • the antenna film 19 has a first low-loss film 20A and a second low-loss film 20B from the lower side of the drawing. These films are laminated to each other.
  • the antenna pattern 17 is formed on the upper surface of the second low-loss film 20B.
  • a first meta-surface 21A is formed on the upper surface of the first low-loss film 20A.
  • the first meta-surface 21A is a complementary split ring resonator (CSRR), and has a split ring-shaped notch 31.
  • CSRR complementary split ring resonator
  • a ground 29B is formed on the lower side of the first low-loss film 20A.
  • the ground 29B has a ground defect structure (DGS: Defected Ground Structure) in which a notch 33 corresponding to the first meta surface 21A is formed.
  • the notch 33 has an H shape. From the above, the antenna film 19 without through holes is realized. Further, from the above, although the meta surface is one layer, a multi-stage equivalent circuit similar to that of the first embodiment can be realized.
  • FIG. 18 is a schematic plan view showing the planar positions of the antenna and the meta surface in each low loss film according to the seventh embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic plan view of the meta surface in the modified example.
  • the layer structure of the seventh embodiment is the same as that of the fifth embodiment. That is, the meta-surface is one layer.
  • the antenna pattern 17A is a linear shape extending in one direction.
  • the power supply of the antenna pattern 17A is performed at the center position of the whole.
  • the first electrode 21A1 of the first meta surface 21A has an H-shape in a plan view.
  • AMC Artificial Magnetic Conductor
  • the antenna pattern 17B has a co-planar wave-line (CPW) path structure, and the antenna power is supplied at the lower end of the CPW.
  • CPW co-planar wave-line
  • FIG. 20 is a schematic plan view of the meta surface according to the eighth embodiment.
  • the electrode 41 of the meta surface 21 has a fractal shape.
  • a fractal is one in which the part of the figure and the whole are self-similar (recursive).
  • the electrode 41 of the meta surface 21 has a shape composed of a large number of self-similar quadrangles.
  • the smallest unit of the electrode 41 is a quadrangular conductive member, and the conductive member has a quadrangular portion in the center where the conductive member is not formed.
  • the electrodes of the meta-surface adopt the fractal shape as described above, wideband and miniaturization are easy. In particular, as the order of fractals increases, wideband characteristics can be obtained. Conventionally, it has been considered to omit through holes in the meta surface due to manufacturing problems. However, in that case, in order to ensure the same performance, there is a problem that the area of the meta surface and the whole area becomes large. If the electrodes of the meta-surface have a fractal shape as in this embodiment, various equivalent circuits can be created, so that the overall size can be reduced while maintaining the performance. As a result, through holes can be omitted. In this embodiment, the meta-surface is single-layered, but may be multi-layered. Through holes may or may not be provided in the case of multiple layers.
  • FIG. 21 is a schematic plan view of the meta surface according to the ninth embodiment.
  • the electrode 41A of the meta-surface 21 has a fractal shape.
  • the electrode 41A has a shape composed of a large number of self-similar quadrangles.
  • the electrode 41A is an example in which the order of fractals is larger than that of the electrode 41.
  • FIG. 22 is a schematic plan view of the meta surface according to the tenth embodiment.
  • the electrode 41B of the meta-surface 21 has a fractal shape.
  • the electrode 41B is a figure composed of innumerable self-similar triangles.
  • the minimum unit of the electrode 41B is a triangular conductive member, and there is a triangular portion in the opposite direction in which the conductive member is not formed between the three conductive members in the same direction.
  • FIG. 23 is a schematic perspective view of a smart glass incorporating the antenna device according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 24 is a schematic view showing the layer structure of the antenna device.
  • the smart glass 81 has a built-in antenna device 83.
  • the lower side of the figure is the human body side.
  • the antenna device 83 is, for example, Brutooth (registered trademark), from the upper side to the lower side in the drawing, the first cover layer 123, GND125, the insulating substrate 127, the double-sided adhesive tape 129, and the meta surface layer 113 (meta surface). It has an example of a layer) and a second cover layer 131.
  • the meta-surface layer 113 comprises one or more low-loss films and a meta-surface (see below).
  • An antenna pattern 117 is formed on the lower side surface of the meta surface layer 113 in the drawing.
  • the meta surface layer 113 is arranged on the human body side with respect to the antenna pattern 117.
  • the antenna film 119 is composed of the meta surface layer 113 and the antenna pattern 117 described above.
  • the structure of the meta surface layer 113 is the same as that of the meta surface layers of the first to tenth embodiments.
  • FIG. 25 is a schematic perspective view of a continuous blood glucose meter incorporating the antenna device according to the twelfth embodiment.
  • FIG. 26 is a schematic view showing a cross-sectional configuration of the antenna device.
  • FIG. 27 is a schematic perspective view of the antenna device.
  • FIG. 28 is a schematic plan view of the antenna device.
  • FIG. 29 is an equivalent circuit diagram of the antenna device.
  • the continuous blood glucose meter (GMC: Continuous Glucose Monitoring) 201 is worn on a human arm, and the measurement result is displayed on, for example, a display device (not shown).
  • the GMC 201 has an antenna device 203.
  • the antenna device 203 is, for example, a dipole antenna, and has an antenna film 205 as shown in FIG.
  • the antenna film 205 has a first low-loss film 207, a second low-loss film 209, and a third low-loss film 211 from the bottom to the top of the drawing. These films are laminated to each other.
  • the antenna film 205 has a ground 221 formed on the lower surface of the first low-loss film 207.
  • the antenna film 205 has a first conductor pattern 213 formed on the upper surface of the first low loss film 207.
  • the first conductor pattern 213 is circular in a plan view.
  • a first through hole 215 extends from the first conductor pattern 213 to the ground 221.
  • the first through hole 215 constitutes an antenna feeding unit.
  • the antenna film 205 has a second conductor pattern 217 formed on the upper surface of the second low loss film 209.
  • the second conductor pattern 217 is circular in a plan view.
  • the second conductor pattern 217 has a larger area than the first conductor pattern 213, and covers the first conductor pattern 213 in a plan view.
  • a plurality of second through holes 219 extend from the second conductor pattern 217 to the ground 221.
  • the second through hole 219 is arranged around the first conductor pattern 213.
  • a capacitance component CL is generated between the first conductor pattern 213 and the second conductor pattern 217. Between the second conductor pattern 217 and the ground 221, the capacitance component C R occurs.
  • An inductance component LR is generated in the second conductor pattern 217.
  • An inductance component LL is generated in the second through hole 219.
  • FIGS. 27 and 28 there are four second through holes 219, which are arranged at equal intervals in the circumferential direction, that is, with periodicity.
  • FIG. 29 an equivalent circuit that realizes the right-handed and left-handed composite line (CRLH: Company Right- / Left-Handed Transmission Line) characteristics is formed.
  • ZOR Zero Order Resonance
  • a current flows through the second through hole 219 even in the human body and the surrounding environment, so that a large amount of current of the dipole antenna flows as a whole.
  • the antenna film 205 functions as a wideband antenna.
  • the number of second through holes is not limited.
  • the present invention is widely applicable to antenna devices used in the vicinity of the human body or other conductors.
  • Wireless earphone 3 Antenna device 9: Cover layer 11: Adhesive layer 13: Meta surface layer 19: Antenna film 20A: First low loss film 20B: Second low loss film 21A: First meta surface 21A 1: First 1 electrode 21A2: 1st through hole 21B: 2nd meta surface 21B1: 2nd electrode 21B2: 2nd through hole

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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。

Description

アンテナ装置
　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Ｌ１及びＬ２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Ｃ１、Ｃ２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Ｃｇ１、Ｃｇ２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ＣＬ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ＣＲが生じる。第２導体パターン２１７にはインダクタンス成分ＬＲが生じる。第２スルーホール２１９には、インダクタンス成分ＬＬ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。
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