JP5265411B2 - アンテナ装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置及びこれを備えた電子機器に関する。

昨今、Radio Frequency Identification（ＲＦＩＤ）システムを利用した在庫管理、商品管理、流通管理等が行われている。ＲＦＩＤシステムは、以下のように構築されている。まず、ホストコンピュータとリーダライタとが接続され、アンテナ装置が組み込まれたタグと称されるメモリが管理対象物に装着される。タグには管理対象物に関する種々の情報（対象物情報）が蓄積されている。そして、リーダライタを介してタグとホストコンピュータとの間で対象物情報の送受信が行われる。このようにタグからホストコンピュータへの対象物情報の読み出し、ホストコンピュータからタグへの対象物情報の書き込みが行われることにより、管理対象物のトレーサビリティが達成される。

このようなＲＦＩＤシステムに用いられるアンテナ装置は、広帯域、小型、低姿勢であることが求められる。さらに、取り付け対象物の物性にアンテナ特性が左右されないことも求められている。

従来、アンテナ装置に対するこのような要求を満たすべく、種々の提案がされている。例えば、アンテナ装置において、誘電体基板の表面に、異なる共振周波数を有する平面状のアンテナ素子がそれぞれインピーダンス調整用の伝送線路で給電部にて結合されるアンテナ装置が知られている（特許文献１参照）。また、金属近接面ではスロットアンテナとして機能し、そして、金属面から離れると従来の一般的なアンテナとして機能するアンテナ構成も知られている（特許文献２参照）。

特開２００６−２８７４５２号公報 米国特許第６９１４５６２号明細書

現在、無線local area network（ＬＡＮ）、携帯電話、Ultra Wide Band（ＵＷＢ）システム等ではその帯域に対応して、広帯域アンテナやマルチバンド用のストリップアンテナが考案されている。こうした広帯域化、マルチバンド化、小型化の傾向は、ＲＦＩＤシステムに用いられるアンテナ装置にも要求される。これは、ＲＦＩＤシステムに用いられるアンテナ装置は、使用される周囲環境の影響を受けやすく、かつ世界的に使用周波数が異なること等を背景としている。 より具体的には、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグは、米国９１５ＭＨｚ、日本９５３ＭＨｚ、欧州８６０ＭＨｚの周波数が割り当てられている。このような状況下、世界中で共通してＲＦＩＤタグを使用するためには、これらの周波数をカバーするアンテナ装置が必要になる。
しかしながら、従来の一般的なマイクロストリップアンテナであるダイポールアンテナ、パッチアンテナに関してはそれぞれ次のような長短がある。

まず、アンテナ素子２ａ、２ｂの間に給電点３を配置したダイポールアンテナ１の一例を図１に示す。また、図２に、このようなダイポールアンテナ１のアンテナゲイン特性の一例を示し、図３に給電点インピーダンス特性の一例について示す。このように、理想的なアンテナ構成・環境を実現できる条件下では、広帯域を実現することができる。
ところが、このようなダイポールアンテナ１であっても、小型化のため、アンテナパターンを屈曲させると狭帯域となり、アンテナゲインの低下を招く。また、金属等、対象物の材質の影響も受ける易くなる。
図４は、ダイポールアンテナをＲＦＩＤタグ用のアンテナ装置として用いるために小型化した場合のアンテナゲイン特性の一例を示し、図５は、同様の場合の、給電点インピーダンス特性の一例を示している。これらの図から明らかなように、ダイポールアンテナを小型化すると狭帯域となり、アンテナゲインの低下を招いてしまう。

次に、従来の基本的なパッチアンテナを用いたＲＦＩＤタグ用のアンテナ装置４を模式的に図６に示す。図７に、このようなアンテナ装置４のアンテナゲイン特性の一例を示し、図８に給電点インピーダンス特性の一例について示す。アンテナ装置４は、グランド５、パッチアンテナ部６、給電点８を備えている。
このようなパッチアンテナを用いたアンテナ装置４は、ダイポールアンテナと比較すると、放射特性の帯域幅は狭い。グランドを有するアンテナ基板を使用するため、片側のみの放射特性となる。また、グランド面を取り付け対象物に対抗する面とすれば、金属対応も可能となるが、帯域は狭い。特に、ＲＦＩＤタグとして要求される低姿勢化、すなわち、アンテナ基板厚さを薄くしていくと、さらに帯域が狭くなる傾向が認められる。通常、パッチアンテナの広帯域化は複数の共振器を種々の方法で結合させるとともに、アンテナ基板厚さを厚くすることによって実現されることが多い。たとえば、基板厚さを３ｍｍ以上とすることによって広帯域化を図ることがある。図９は、ＲＦＩＤタグ用のアンテナとしてパッチアンテナを用い、広帯域設計を行った場合のアンテナゲイン特性の一例を示し、図１０に給電点インピーダンス特性の一例について示す。図９に示すように従来のパッチアンテナでは、広帯域化を行ったことにより、アンテナゲイン特性が低下してしまう。また、基板厚さ自体も厚くなる。

ここで、従来のアンテナの一般的な設計思想、原理について説明する。
一般にストリップアンテナは、アンテナ基板上に共振器を実現し、Large Scale Integration（ＬＳＩ）等を用いた送信装置の出力インピーダンスと共役整合できる共振器上の位置を給電点とすることで実現する。より具体的には、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ等のアンテナ基本構成は、１つの共振器を形成し、その共振器上の、信号原インピーダンスと共役整合するポイントを給電点とする。ここで、整合のために整合回路を使う場合もある。

パッチアンテナの場合は、広帯域化のために、共振周波数の異なる複数の共振器を組み合わせることがあるが、このようなアンテナであっても、所望の広帯域をカバーできない場合が生じ得る。

以上説明したように、ＵＨＦ帯でＲＦＩＤタグ用マイクロストリップアンテナを実現する場合、アンテナ装置の小型化、広帯域化、低姿勢化、金属対応可能であることという、ＲＦＩＤタグに対する要求を同時に満たすことは困難である。

そこで、本発明は、前記従来のアンテナ装置とは異なる構成で、アンテナ装置の広帯域化、小型化、低姿勢化、金属対応可能を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明開示のアンテナ装置は、誘電体基板と、当該誘電体基板の一方の面に設けられたグランド電極と、同一の共振周波数とＱ値とを有すると共に前記誘電体基板の他方の面に設けられ、それぞれ矩形であって、対向配置されるとともに、それぞれ一方の端を前記グランド電極と接続したショート端とし、他方の端をオープン端とした第１アンテナ素子および第２アンテナ素子と、当該第１アンテナ素子および第２アンテナ素子のそれぞれにおいて前記ショート端と前記オープン端とに挟まれた辺縁であって、互いに対向する辺縁同士を接続する伝送線路と、当該伝送線路上に設けられた給電部と、を備えることを特徴としている。

本明細書開示のアンテナ装置は、共振周波数が同一な複数の共振器を伝送線路で結合して、その共振特性を組み合わせている。これにより、所要の周波数特性を満足するようにし、そして、ＬＳＩ等を用いた送信装置の出力インピーダンスと共役整合する位置を給電点とするものである。

本明細書開示のアンテナ装置によれば、同一の共振周波数を有する複数のアンテナ素子を用いて広帯域化を実現することができる。

図１は、従来のダイポールアンテナの一例を示す説明図である。 図２は、従来のダイポールアンテナのアンテナゲイン特性の一例を示すグラフである。 図３は、従来のダイポールアンテナの給電点インピーダンス特性の一例を示すグラフである。 図４は、ダイポールアンテナをＲＦＩＤタグ用のアンテナ装置として用いるために小型化した場合のアンテナゲイン特性の一例を示すグラフである。 図５は、図４と同様の場合の、給電点インピーダンス特性の一例を示すグラフである。 図６は、従来のパッチアンテナを用いたＲＦＩＤタグ用のアンテナ装置を模式的に示す図である。 図７は、図６に示すアンテナ装置のアンテナゲイン特性の一例を示すグラフである。 図８は、図６に示すアンテナ装置の給電点インピーダンス特性の一例を示すグラフである。 図９は、ＲＦＩＤタグ用のアンテナとして従来のパッチアンテナを用い、広帯域設計を行った場合のアンテナゲイン特性の一例を示すグラフである。 図１０は、図９と同様の場合の給電点インピーダンス特性の一例を示すグラフである。 図１１は、実施例１のＲＦＩＤシステムに用いられるタグの斜視図である。 図１２は、実施例１のアンテナ装置のアンテナゲイン特性を示すグラフである。 図１３は、実施例１のアンテナ装置における入力インピーダンス特性を示すグラフである。 図１４は、実施例２のＲＦＩＤシステムに用いられるタグの斜視図である。 図１５は、実施例２のアンテナ装置のアンテナゲイン特性を示すグラフである。 図１６は、実施例３のアンテナ装置における入力インピーダンス特性を示すグラフである。 図１７は、実施例３のＲＦＩＤシステムに用いられるタグの斜視図である。 図１８は、実施例３のアンテナ装置のアンテナゲイン特性を示すグラフである。 図１９は、実施例３のアンテナ装置における入力インピーダンス特性を示すグラフである。 図２０は、他のＲＦＩＤシステムに用いられるタグの斜視図である。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

図１１は、ＲＦＩＤシステムに用いられるタグ１００の斜視図である。タグ１００は、Large Scale Integration（ＬＳＩ）３００が装着されたアンテナ装置２００を備えている。タグ１００は、本発明の電子機器の一例である。なお、タグ１００が実際に使用されるときは、タグ１００の周囲に外皮が装着されるが、ここでは、外皮は省略している。

アンテナ装置２００は、誘電体基板２６と、この誘電体基板２６の一方の面に設けられたグランド電極２９を備えている。また、アンテナ装置２００は、誘電体基板２６の他方の面に設けられた第１アンテナ素子２１、第２アンテナ素子２５を有する。さらに、アンテナ装置２００は、第１アンテナ素子２１と第２アンテナ素子２５とを接続する第１伝送線路２２、第２伝送線路２４を備えている。第１伝送線路２２は、第１アンテナ素子２１から延び、第２伝送線路２４は、第２アンテナ素子２５から延びている。そして、第１伝送線路２２の端部と第２伝送線路２４の端部とが対向するように配置されている。第１伝送線路２２の端部と第２伝送線路２４の端部とが対向した部分が給電部２３とされている。さらに第１アンテナ素子２１は誘電体基板２６の縁に設けられた電極２７によってグランド電極２９に接続され、第２アンテナ素子２５は誘電体基板２６の縁に設けられた電極２８によってグランド電極２９に接続される。

このようなアンテナ装置２００の各部の寸法は、以下の如くである。まず、誘電体基板２６の長さＬ１は、Ｌ１＝３８ｍｍ、幅Ｗ１は、Ｗ１＝４０ｍｍである。また、誘電体基板２６の厚さＴ１は、Ｔ１＝１ｍｍである。さらに、第１アンテナ素子２１の長さＬ２は、Ｌ２＝３６ｍｍであり、幅Ｗ２は、Ｗ２＝１２ｍｍである。第２アンテナ素子２５は、第１アンテナ素子２１と同一の寸法を有している。そして、第１アンテナ素子２１と第２アンテナ素子２５との間隔Ｗ３は、１２ｍｍに設定されている。

ここで、第１アンテナ素子２１と、第２アンテナ素子２５は、以下の条件を有する素子が選択されている。

本実施例における第１アンテナ素子２１、第２アンテナ素子２５は、いずれも誘電体基板２６上にプリントされて形成されており、一方の端がショートされ、他端が開放されたオープン端を有している。
このようにショート端とオープン端を有する場合に、第１アンテナ素子２１の長さをＬ２＋Ｔ１とすると、第１アンテナ素子２１は、
ｆ_Ｒ１＝ｃ／４（Ｌ２＋Ｔ１）√εr （ｃは光速、εrは誘電体基板の比誘電率）
の周波数で共振するλ/4マイクロストリップ共振器として機能する。
同様に、第２アンテナ素子２５の長さをＬ２＋Ｔ１とすると、第２アンテナ素子２５は、
ｆ_Ｒ２＝ｃ／４（Ｌ２＋Ｔ１）√εr （ｃは光速、εrは誘電体基板の比誘電率）
の共振周波数で共振するλ/4マイクロストリップ共振器として機能する。
このようにアンテナ装置２００は、λ/4マイクロストリップ共振器を２個備えた構成となる。
なお、第１アンテナ素子２１、第２アンテナ素子２５の長さをいずれもＬ２＋Ｔ１としているのは、誘電体基板２６の厚み分Ｔ１の距離を考慮したものである。
このような第１アンテナ素子２１と、第２アンテナ素子２５とは、以下の様な関係を有する。
（１）第１アンテナ素子２１の共振周波数をｆ_Ｒ１とし、第２アンテナ素子２５の共振周波数をｆ_Ｒ２としたときに、
ｆ_Ｒ１＝ｆ_Ｒ２
の関係が成立すること。
（２）第１アンテナ素子２１のＱ値をＱ１とし、第２アンテナ素子２５のＱ値をＱ２としたときに、
Ｑ１=Ｑ２
の関係が成立すること。

そして、Ｑ値は、一般式として、
Ｑ＝（１／Ｒ）×（Ｌ／Ｃ）^１／２
と表すことができる。
共振器として機能するアンテナ素子は、インダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃとを組み合わせた等価回路に置き換えて表すことができる。
アンテナ素子を共振器に見立て、複数のアンテナ素子を伝送線路で接続する場合、アンテナ素子は、以下のように振る舞う。

すなわち、アンテナ素子は、分布定数理論に基づいて、オープン端から入出力ポートまでの距離において、λ／４よりも短い範囲ではＣ性として動作し、ショート端から入出力ポートまでの距離において、λ／４よりも短い範囲ではＬ性として動作する。さらに、誘電体基板上に配置されるアンテナ素子の特性インピーダンスは、その寸法と、誘電体基板の厚さとで規定される。

以上より、第１アンテナ素子２１のＱ値は、第１アンテナ素子２１の寸法、入出力ポートの位置、誘電体基板２６の厚さによって規定される。同様に、第２アンテナ素子２５のＱ値は、第２アンテナ素子２５の寸法、入出力ポートの位置、誘電体基板２６の厚さによって規定される。

第１アンテナ素子２１及び第２アンテナ素子２５の長さＬ２、幅Ｗ２、誘電体基板２６の厚さＴ１は、以上の観点から所望のＱ値が得られるように定められる。

第１アンテナ素子２１と第２アンテナ素子２５とを接続する第１伝送線路２２＋第２伝送線路２４の長さは、第１アンテナ素子２１、第２アンテナ素子２５の共振周波数ｆ_Ｒ１＝ｆ_Ｒ２のλ／４となっている。

また、給電部２３の位置は、信号源インピーダンスと共役整合するポイントに設定されている。この給電部２３には、ＲＦＩＤ用のＬＳＩ３００が装着され、この給電部２３に給電される。アンテナ装置２００は、給電部２３にＬＳＩ３００が装着されることによりタグ１００を形成する。

以上のように構成されるアンテナ装置２００のアンテナゲイン特性（２Ｐａｔｃｈ１アンテナゲイン特性）を、図１２に示す。図２や図４に示したダイポールアンテナのアンテナゲイン特性、あるいは図７に示したパッチアンテナを広帯域化した場合のアンテナゲイン特性と比較すると、アンテナ装置２００は、非常に広範囲に亘って良好なゲイン特性を得ている。

ＲＦＩＤシステムを構築するタグ１００は、例えば、世界中を流通する商品に装着される。このため、タグ１００とホストコンピュータとの間の対象物情報の送受信は、世界各地で行われる。ここで、現在ＲＦＩＤシステムに割り当てられた周波数を地域別にみてみると、欧州では８６０ＭＨｚ、米国では９１５ＭＨｚ、日本では９５３ＭＨｚとなっている。比較例のパッチアンテナでは、これらの全ての帯域をカバーするように広帯域化を図ったものであるが、広帯域化のためにアンテナゲイン特性が低下している。また、アンテナ基板も厚いものを使用している。これに対し、本実施例のアンテナ装置２００は、これらの全ての帯域をカバーするとともに、アンテナ基板、すなわち、誘電体基板２６の厚さが１ｍｍとされ、低姿勢(Low Profile)化も達成されている。

このように、アンテナ装置２００は、裏面にグランド電極を有するマイクロストリップアンテナであり、装置の小型化、薄型化が可能であり、金属にも対応できるものとなっている。

なお、図１３に、図１１に示すアンテナ装置２００における入力インピーダンス特性を示す。図１３を参照する限り、入力インピーダンス特性においては従来のアンテナに比べて改善されていないように見える。しかし、これは、アンテナの放射特性はアンテナ電極上の電流分布によって決定されるため、必ずしもアンテナゲインの改善が入力インピーダンスの特性改善とは一致しないためと考えられる。

次に、実施例２について、図１４乃至図１６を参照しつつ説明する。
図１４は、ＲＦＩＤシステムに用いられるタグ１０１の斜視図である。タグ１０１は、Large Scale Integration（ＬＳＩ）３００が装着されたアンテナ装置４００を備えている。タグ１０１は、本発明の電子機器の一例である。なお、タグ１０１が実際に使用されるときは、タグ１０１の周囲に外皮が装着されるが、ここでは、外皮は省略している。

アンテナ装置４００は、誘電体基板４６と、この誘電体基板４６の一方の面に設けられたグランド電極２９を備えている。また、アンテナ装置４００は、誘電体基板４６の他方の面に設けられた第１アンテナ素子４１、第２アンテナ素子４５を有する。さらに、アンテナ装置４００は、第１アンテナ素子４１と第２アンテナ素子４５とを接続する第１伝送線路４２、第２伝送線路４４を備えている。第１伝送線路４２は、第１アンテナ素子４１から延び、第２伝送線路４４は、第２アンテナ素子４５から延びている。そして、第１伝送線路４２の端部と第２伝送線路４４の端部とが対向するように配置されている。第１伝送線路４２の端部と第２伝送線路４４の端部とが対向した部分が給電部４３とされている。さらに第１アンテナ素子４１は誘電体基板４６の縁に設けられた電極４７によってグランド電極４９に接続され、第２アンテナ素子４５は誘電体基板４６の縁に設けられた電極４８によってグランド電極２９に接続される。ここで、電極４７と電極４８とは、実施例１の場合と異なり誘電体基板４６の異なる縁に配置されている。

このようにアンテナ装置４００は、実施例１のアンテナ装置２００と類似しているが、各部の寸法が異なっている。アンテナ装置４００の各部の寸法は、以下の如くである。まず、誘電体基板４６の長さＬ３は、Ｌ３＝３０ｍｍ、幅Ｗ４は、Ｗ４＝５２ｍｍである。また、誘電体基板４６の厚さＴ２は、Ｔ２＝１ｍｍである。さらに、第１アンテナ素子４１の長さＬ４は、Ｌ４＝２６ｍｍであり、幅Ｗ５は、Ｗ５＝１８ｍｍである。第２アンテナ素子４５は、第１アンテナ素子４１と逆向きに配置されているが、第１アンテナ素子４１と同一の寸法を有している。そして、第１アンテナ素子４１と第２アンテナ素子４５との間隔Ｗ６は、１２ｍｍに設定されている。

ここで、第１アンテナ素子４１と、第２アンテナ素子４５は、実施例１の場合と同様に以下の条件を有する素子が選択されている。

本実施例における第１アンテナ素子４１、第２アンテナ素子４５は、いずれも誘電体基板４６上にプリントされて形成されており、一方の端がショートされ、他端が開放されたオープン端を有している。
このようにショート端とオープン端を有する場合に、第１アンテナ素子４１の長さをＬ４＋Ｔ２とすると、第１アンテナ素子４１は、
ｆ_Ｒ１＝ｃ／４（Ｌ４＋Ｔ２）√εr （ｃは光速、εrは誘電体基板の比誘電率）
の周波数で共振するλ/4マイクロストリップ共振器として機能する。
同様に、第２アンテナ素子４５の長さをＬ４＋Ｔ２とすると、第２アンテナ素子２５は、
ｆ_Ｒ２＝ｃ／４（Ｌ４＋Ｔ２）√εr （ｃは光速、εrは誘電体基板の比誘電率）
の共振周波数で共振するλ/4マイクロストリップ共振器として機能する。
このようにアンテナ装置４００は、λ/4マイクロストリップ共振器を２個備えた構成となる。
なお、第１アンテナ素子４１、第２アンテナ素子４５の長さをいずれもＬ４＋Ｔ２としているのは、誘電体基板４６の厚み分Ｔ２の距離を考慮したものである。
このような第１アンテナ素子４１と、第２アンテナ素子４５とは、以下の様な関係を有する。
（１）第１アンテナ素子４１の共振周波数をｆ_Ｒ１とし、第２アンテナ素子４５の共振周波数をｆ_Ｒ２としたときに、
ｆ_Ｒ１＝ｆ_Ｒ２
の関係が成立すること。
（２）第１アンテナ素子４１のＱ値をＱ１とし、第２アンテナ素子４５のＱ値をＱ２としたときに、
Ｑ１=Ｑ２
の関係が成立すること。

そして、Ｑ値は、一般式として、
Ｑ＝（１／Ｒ）×（Ｌ／Ｃ）^１／２
と表すことができる。
共振器として機能するアンテナ素子は、前記のようにインダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃとを組み合わせた等価回路に置き換えて表すことができる。アンテナ素子を共振器に見立て、複数のアンテナ素子を伝送線路で接続する場合のアンテナ素子の振る舞いは、実施例１において説明した通りである。

以上より、第１アンテナ素子４１のＱ値は、第１アンテナ素子４１の寸法、入出力ポートの位置、誘電体基板４６の厚さによって規定される。同様に、第２アンテナ素子４５のＱ値は、第２アンテナ素子４５の寸法、入出力ポートの位置、誘電体基板４６の厚さによって規定される。

第１アンテナ素子４１及び第２アンテナ素子４５の長さＬ４、幅Ｗ５、誘電体基板４６の厚さＴ２は、以上の観点から所望のＱ値が得られるように定められる。これらの点は、実施例１の場合と同様である。

第１アンテナ素子４１と第２アンテナ素子４５とを接続する第１伝送線路４２＋第２伝送線路４４の長さは、第１アンテナ素子４１、第２アンテナ素子４５の共振周波数ｆ_Ｒ１＝ｆ_Ｒ２のλ／４となっている。

また、給電部４３の位置は、信号源インピーダンスと共役整合するポイントに設定されている。この給電部４３には、ＲＦＩＤ用のＬＳＩ３００が装着され、この給電部４３に給電される。アンテナ装置４００は、給電部４３にＬＳＩ３００が装着されることによりタグ１０１を形成する。

以上のように構成されるアンテナ装置４００のアンテナゲイン特性（２Ｐａｔｃｈ３アンテナゲイン特性）を、図１５に示す。図２や図４に示したダイポールアンテナのアンテナゲイン特性、あるいは図７に示したパッチアンテナを広帯域化した場合のアンテナゲイン特性と比較すると、アンテナ装置４００は、非常に広範囲に亘って良好なゲイン特性を得ている。

このように、アンテナ装置４００は、裏面にグランド電極を有するマイクロストリップアンテナであり、装置の小型化、薄型化が可能であり、金属にも対応できるものとなっている。

なお、図１６に、図１４に示すアンテナ装置４００における入力インピーダンス特性を示す。図１６を参照する限り、入力インピーダンス特性においては従来のアンテナに比べて改善されていないように見える。しかし、これは、アンテナの放射特性はアンテナ電極上の電流分布によって決定されるため、必ずしもアンテナゲインの改善が入力インピーダンスの特性改善とは一致しないためと考えられる。

次に、実施例２のアンテナ装置６００について、図１７を参照しつつ説明する。図１７は、アンテナ装置６００を組み込んだタグ１０２の斜視図である。アンテナ装置６００が実施例１のアンテナ装置２００と異なる点は、以下の点である。実施例１のアンテナ装置２００の第１アンテナ素子２１、第２アンテナ素子２５は、いずれも誘電体基板２６上にプリントされて形成されており、一方の端はショート、他端が開放されたオープン端を有している。これに対し、実施例２のアンテナ装置６００の第１アンテナ素子６１、第２アンテナ素子６５は、両端が開放されたオープン端を有している。すなわち、実施例２のアンテナ装置６００は、第１アンテナ素子６１、第２アンテナ素子６５の両端がオープン端であり、一方がショート端となっている実施例１のアンテナ装置１００と異なる。
なお、誘電体基板６６の一方の面にグランド電極６９が設けられている点は、実施例１の場合と同様である。

このようなアンテナ装置６００の各部の寸法は、以下の如くである。まず、誘電体基板６６の長さＬ５は、Ｌ５＝７０ｍｍ、幅Ｗ７は、Ｗ７＝４０ｍｍである。また、誘電体基板６６の厚さＴ３は、Ｔ３＝１ｍｍである。さらに、第１アンテナ素子６１の長さＬ６は、Ｌ６＝６６ｍｍであり、幅Ｗ８は、Ｗ８＝８ｍｍである。第２アンテナ素子６５は、第１アンテナ素子６１と同一の寸法を有している。そして、第１アンテナ素子６１と第２アンテナ素子６５との間隔Ｗ９は、１０ｍｍに設定されている。

このように両端に開放されたオープン端を有する場合に、第１アンテナ素子６１の長さをＬ６とすると、第１アンテナ素子６１は、
ｆ_Ｒ１＝ｃ／２Ｌ６√εr （ｃは光速、εrは誘電体基板の比誘電率）
の周波数で共振するλ／２マイクロストリップ共振器として機能する。
同様に、第２アンテナ素子６５の長さをＬ６とすると、第２アンテナ素子６５は、
ｆ_Ｒ２＝ｃ／２Ｌ６√εr （ｃは光速、εrは誘電体基板の比誘電率）
の周波数で共振するλ／２マイクロストリップ共振器として機能する。
このようにアンテナ装置６００は、λ／２マイクロストリップ共振器を２個備えた構成となる。

Ｑ値は、前記のように、一般式として、
Ｑ＝（１／Ｒ）×（Ｌ／Ｃ）^１／２
と表すことができる。
共振器として機能するアンテナ素子は、インダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃとを組み合わせた等価回路に置き換えて表すことができる。
アンテナ素子を共振器に見立て、複数のアンテナ素子を伝送線路で接続する場合、アンテナ素子は、以下のように振る舞う。すなわち、アンテナ素子は、分布定数理論に基づいて、オープン端から入出力ポートまでの距離において、λ／４よりも短い範囲ではＣ性として動作し、λ／４よりも長い範囲ではＬ性として動作する。さらに、誘電体基板上に配置されるアンテナ素子の特性インピーダンスは、その寸法と、誘電体基板の厚さとで規定される。

以上より、第１アンテナ素子６１のＱ値は、第１アンテナ素子６１の寸法、入出力ポートの位置、誘電体基板６６の厚さによって規定される。同様に、第２アンテナ素子６５のＱ値は、第２アンテナ素子６５の寸法、入出力ポートの位置、誘電体基板２の厚さによって規定される。

第１アンテナ素子６１の長さＬ６、幅Ｗ８、第２アンテナ素子６５の長さＬ６、幅Ｗ８、誘電体基板６６の厚さＴ３は、以上の観点から所望のＱ値が得られるように定められる。

第１アンテナ素子６１と第２アンテナ素子６５とを接続する第１伝送線路６２の長さと第２伝送線路６４の長さを合わせた長さは、第１アンテナ素子６１、第２アンテナ素子６５の共振周波数ｆ_Ｒ１＝ｆ_Ｒ２のλ／４となっている。

また、給電部２３の位置は、信号源インピーダンスと共役整合するポイントに設定されている。この給電部２３には、ＲＦＩＤ用のＬＳＩ３００が装着され、給電される。

このようなアンテナ装置６００は、実施例１のアンテナ装置１００と同様に広帯域化、小型化、低姿化、金属対応可能を実現することができる。

以上のように構成されるアンテナ装置６００のアンテナゲイン特性（２Ｐａｔｃｈ２アンテナゲイン特性）を、図１８に示す。図２や図４に示したダイポールアンテナのアンテナゲイン特性、あるいは図７に示したパッチアンテナを広帯域化した場合のアンテナゲイン特性と比較すると、アンテナ装置６００は、非常に広範囲に亘って良好なゲイン特性を得ている。また、実施例１と同様に誘電体基板６６の厚さが１ｍｍとされ、低姿勢(Low Profile)化も達成されている。

なお、図１９に、図１７に示すアンテナ装置６００における入力インピーダンス特性を示す。図１９を参照する限り、入力インピーダンス特性においては従来のアンテナに比べて改善されていないように見える。しかし、これは、アンテナの放射特性はアンテナ電極上の電流分布によって決定されるため、必ずしもアンテナゲインの改善が入力インピーダンスの特性改善とは一致しないためと考えられる。

図２０にアンテナ装置６００の変形例であるアンテナ装置８００を示す。アンテナ装置８００は、アンテナ装置６００の第１伝送線路６２、第２伝送線路６４に代えて、第１伝送線路８２、第２伝送線路８４を備えている。アンテナ装置８００の他の構成要素は、アンテナ装置６００の構成要素と共通する。第１伝送線路８２、第２伝送線路８４は、互い違いになるように配置されている。このような構成であっても、前述した共振周波数及びＱ値の特性が満たされていれば、アンテナ装置６００と同様の良好なアンテナゲイン特性を得ることができる。

この結果、実施例１のアンテナ装置１と同様に世界各地で採用されているＲＦＩＤシステムの異なる帯域をカバーすることができる。

以上、本明細書開示の発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

２１，４１，６１…第１アンテナ素子
２２，４２，６２，８２…第１伝送線路
２３，４３，６３…給電部
２４，４４，６４…第２伝送線路
２５，４５，６５…第２アンテナ素子
２６，４６，６６…誘電体基板
２７，２８，４７，４８…電極
２９，４９，６９…グランド電極
１００，１０１，１０２…タグ
２００，４００，６００，８００…アンテナ装置
３００…ＬＳＩ

Claims (2)

1. 誘電体基板と、
   当該誘電体基板の一方の面に設けられたグランド電極と、
   同一の共振周波数とＱ値とを有すると共に前記誘電体基板の他方の面に設けられ、それぞれ矩形であって、対向配置されるとともに、それぞれ一方の端を前記グランド電極と接続したショート端とし、他方の端をオープン端とした第１アンテナ素子および第２アンテナ素子と、
   当該第１アンテナ素子および第２アンテナ素子のそれぞれにおいて前記ショート端と前記オープン端とに挟まれた辺縁であって、互いに対向する辺縁同士を接続する伝送線路と、
   当該伝送線路上に設けられた給電部と、
   を備えることを特徴としたアンテナ装置。
2. 請求項１記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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