平面ループアンテナ
【課題】例えばＲＦＩＤ関連の機器のアンテナとして、小型で安価に構成することができ、複数周波帯で動作する平面ループアンテナを提供する。
【解決手段】誘電体基板と、誘電体基板の一方の面上に形成され、一部にギャップを有する第１ループ導体１４と、誘電体基板の他方の面上に形成され、一部にギャップを有し、第１ループ導体と導通する第２ループ導体２４と、誘電体基板から所定距離離反して配置されて、第１ループ導体との間で第１周波数での不平衡給電がなされる反射板２０と、誘電体基板内で第１ループ導体と第２ループ導体との間に配置されて、前記第１周波数と異なる周波数帯で動作し電磁誘導方式による伝送を行うコイル状導体３４と、を備える。
【解決手段】誘電体基板と、誘電体基板の一方の面上に形成され、一部にギャップを有する第１ループ導体１４と、誘電体基板の他方の面上に形成され、一部にギャップを有し、第１ループ導体と導通する第２ループ導体２４と、誘電体基板から所定距離離反して配置されて、第１ループ導体との間で第１周波数での不平衡給電がなされる反射板２０と、誘電体基板内で第１ループ導体と第２ループ導体との間に配置されて、前記第１周波数と異なる周波数帯で動作し電磁誘導方式による伝送を行うコイル状導体３４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＲＦＩＤ関連の機器のアンテナとして、小型で安価に構成することができ、複数周波帯で動作する平面ループアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触ＩＣカードや無線ＩＣタグなどを使用した技術が盛んに使用されるようになっており、例えば、セキュリティ応用として入退出管理やオフィスセキュリティ管理などでの使用が多くなり、据え置き型または機器組み込み型のＲＦＩＤリーダライタ機器の用途が広がってきている。
【０００３】
ＲＦＩＤリーダライタ機器用のアンテナとしては、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯用プリントループコイル、９５０ＭＨｚ帯用の共振型のダイポールアンテナ、２．４５ＧＨｚ用のパッチアンテナが知られている。
【０００４】
従来は、それぞれの帯域用として別個の機器として使用されていたが、これらを一体化したリーダライタ機器が必要不可欠となっており、そのため、複数周波帯域で動作することができ、小型で安価な一体型の平面アンテナの実用化が望まれている。
【０００５】
ところで、従来の平面ループアンテナとしては、例えば、特許文献１〜３記載のアンテナが知られている。
【０００６】
特許文献１記載のものでは、円偏波用ループアンテナにおいて、接地板とループ導体とを誘電体を挟んで対峙させて、ループ導体の所定位置からループ内に所定距離に亘って延長するＬ字形素子を備え、給電用同軸線路の中心導体をＬ字形素子に接続し、外部導体を接地板に接続している。
【０００７】
特許文献２記載のものでは、円偏波用ループアンテナにおいて、接地板とループ導体とを誘電体を挟んで対峙させて、ループ導体の内側にループ導体に近接して、ループ導体に対して非接触の給電部導体パターンを設け、給電用同軸線路の中心導体を給電部導体パターンに接続し、外部導体を接地板に接続している。
【０００８】
特許文献３記載のものでは、裏側が地導体となった第２誘電体の表側には第２直線部が装荷された第２ループ素子が形成され、第２ループ素子の上方に距離をおいて第１誘電体が配置されて、第１誘電体の表側には第１直線部が装荷された第１ループ素子が形成されて、給電用同軸線路の中心導体を第２直線部と第１直線部に接続し、給電用同軸線路の外部導体を地導体に接続しており、第１ループ素子と第２ループ素子とのループ長さを異ならせることにより、広帯域化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平２−２１４３０４号公報
【特許文献２】特開平５−１１０３３４号公報
【特許文献３】特開平７−１８３７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び２記載のものでは、一周波数で動作するアンテナであり、特許文献３記載のものでは、２周波数で動作するアンテナであるものの、これらのアンテナでは電磁誘導方式での伝送を行うことはできない、という問題がある。
【００１１】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、小型で安価に構成することができ、電磁誘導方式での伝送も行うことができる平面ループアンテナを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明による平面ループアンテナは、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面上に形成され、一部にギャップを有する第１ループ導体と、
前記誘電体基板の他方の面上に形成され、一部にギャップを有し、第１ループ導体と導通する第２ループ導体と、
誘電体基板から所定距離離反して配置されて、前記第１ループ導体との間で第１周波数での不平衡給電がなされる反射板と、
誘電体基板内で第１ループ導体と第２ループ導体との間に配置されて、前記第１周波数と異なる周波数帯で動作し電磁誘導方式による伝送を行うコイル状導体と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の平面ループアンテナにおいて、前記第１ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第１給電用導体が延びており、前記第１給電用導体に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続される、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の平面ループアンテナにおいて、前記第１ループ導体と平行に第１給電用導体が設けられ、第１給電用導体に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続され、電磁結合により第１給電用導体から前記第１ループ導体に給電がなされる、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の平面ループアンテナにおいて、前記第１ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第１給電用導体が延び、前記第２ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第２給電用導体が延びており、前記第１ループ導体と前記第２ループ導体とは同じ構成を成して対向しており、前記第１給電用導体と前記第２給電用導体とは、対向せずにずれて配置され、第１給電用導体と第２給電用導体のいずれか一方に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続されて、第１周波数において円偏波特性を持つことを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１に記載の平面ループアンテナにおいて、前記第１ループ導体と前記第２ループ導体とは同じ構成を成して対向しており、前記第１ループ導体及び第２ループ導体に平行に第１給電用導体と第２給電用導体とが設けられ、第１給電用導体と第２給電用導体とが第１ループ導体及び第２ループ導体に対して異なる位置にずれて配置され、第１給電用導体と第２給電用導体のいずれか一方に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続されて、電磁結合により第１ループ導体と第２ループ導体に給電がなされて、第１周波数において円偏波特性を持つことを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の平面ループアンテナにおいて、前記第２ループ導体と前記反射板との間で第１周波数とは異なる周波数である第２周波数での不平衡給電がなされることを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の平面ループアンテナにおいて、前記第２ループ導体の所定部位からループ内部に第２給電用導体が延びており、前記第２給電用導体に第２給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第２給電用同軸線路の外部導体が接続される、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項６記載の平面ループアンテナにおいて、前記第２ループ導体と平行に第２給電用導体が設けられ、第２給電用導体に第２給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第２給電用同軸線路の外部導体が接続され、電磁結合により第２給電用導体から前記第２ループ導体に給電がなされる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、小型で安価に構成することができ、２周波以上の周波数で動作可能なアンテナを実現することができる。コイル状導体を第１ループ導体と第２ループ導体の間に挟むことで、第１ループ導体と第２ループ導体をグランドしたときの、電磁誘導方式のコイル状導体に対する静電シールドを行うことができる。そのため、コイル状導体の電力を大きくしたときにも、遠方の電界を減衰させることができ、コイル状導体による電界が周囲に与える影響を低減することができる。
【００２１】
また、本発明の平面ループアンテナは、ＲＦＩＤ関連の機器のアンテナとして、１３．５６ＭＨｚ、９５０ＭＨｚまたはその近傍のＵＨＦ帯の周波数で動作するアンテナとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の基本構成１に係る平面ループアンテナの分解斜視図である。
【図２】基本構成１の平面図である。
【図３】基本構成１の側面図である。
【図４】基本構成１において第1周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚ付近のそれぞれＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果である。
【図５】基本構成１において第1周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚの放射特性のシミュレーション結果である。
【図６】本発明の基本構成２に係る平面ループアンテナの分解斜視図である。
【図７】基本構成２の平面図である。
【図８】基本構成２の側面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の底面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナのブロック図である。
【図１２Ａ】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナの変形例を表す側面図である。
【図１２Ｂ】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナの変形例の平面図とその一部部品の平面図と側面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の平面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の平面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【図１９】第３実施形態において、第1周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚ付近の利得と軸比のシミュレーション結果である。
【図２０】第３実施形態において、第1周波数を９５０ＭＨｚとしたときの放射特性のシミュレーション結果である。
【図２１】本発明の第４実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図２２】本発明の第４実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の平面図である。
【図２３】本発明の第４実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【図２４】第４実施形態において、第１周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚ付近の利得と軸比のシミュレーション結果である。
【図２５】第４実施形態において、第１周波数を９５０ＭＨｚとしたときの放射特性のシミュレーション結果である。
【図２６】本発明の第５実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図２７】本発明の第５実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の平面図である。
【図２８】本発明の第５実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【図２９】本発明の第６実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図３０】本発明の第６実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の平面図である。
【図３１】本発明の第６実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
（基本構成１）
図１〜図３は、本発明の基本構成１に係る平面ループアンテナを表す。図において、平面ループアンテナ１０は、誘電体基板１２の一方の面に形成された第１ループ導体１４を有している。
【００２５】
第１ループ導体１４は、具体的には、第１横辺部１４Ａ（長さＬ１、幅Ｗ）と、第１横辺部１４Ａに対して直交する第１縦辺部１４Ｂ（長さＬ２、幅Ｗ）及び第２縦辺部１４Ｃ（長さＬ２、幅Ｗ）と、第１縦辺部１４Ｂ及び第２縦辺部１４Ｃに直交し第１横辺部１４Ａに平行な第２横辺部１４Ｄ（長さＬ１、幅Ｗ）とからなる矩形ループの放射エレメントからなり、銅箔エッチングから形成される。縦横のアスペクト比は、約２．０（１．５〜２．５）程度とするとよい。
【００２６】
第２横辺部１４Ｄの中央部には、ギャップ１５（距離ｄ）が形成されており、そのため、第２横辺部１４Ｄは、第１部分１４Ｄ１（長さＬ３、幅Ｗ）と、第２部分１４Ｄ２（長さＬ４、幅Ｗ）とにさらに分かれている。そして、長さＬ１＋２Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４は、第１周波数（例えば、９５０ＭＨｚ）の波長λ1に対して、誘電体基板１２の誘電率による波長の短縮率を考慮した波長λｇの１波長分に相当している。
【００２７】
第１横辺部１４Ａの中央からは、第１給電用導体１６（幅ａ、長さｂ）がループ内部に向かって延びており（第１縦辺部１４Ｂ及び第２縦辺部１４Ｃからの距離ｃ１、ｃ２）、第１給電用導体１６の遊端部は、ギャップ１５の方向に向かっている。但し、ギャップ１５の横方向位置と第１給電用導体１６の横方向位置とは厳密に一致している必要はない。また、第１給電用導体１６の基端部は、第1横辺部１４Ａに向かって幅狭になるテーパ部１６ａ（長さｇ）となっている。
【００２８】
誘電体基板１２から離反して金属反射板２０が誘電体基板１２と平行に配置されている。この距離ｈ１は、０．１λ1程度とするとよい。
【００２９】
そして、第１給電用同軸線路２２の中心導体２２ａが第１給電用導体１６の遊端部付近に接続され（第１横辺部１４Ａからの距離ｆ）、第１給電用同軸線路２２の外部導体２２ｂが金属反射板２０に接続される。
【００３０】
以上のように構成される平面ループアンテナ１０において、給電用同軸線路２２から第１周波数の不平衡給電を行うことにより、第１ループ導体１４がその１波長に相当することから、第１周波数の直線偏波の放射を行うことができる。このときに、第１給電用導体１６によりインピーダンス整合を行うことができる。
【００３１】
図４及び図５には、第1周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚ付近のそれぞれＶＳＷＲ特性及び９５０ＭＨｚの放射特性のＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示す（Ｚ軸方向で絶対利得３ｄＢｉである。）。このときの各種のパラメータは、Ｌ１＝１０４ｍｍ、Ｌ２＝５７ｍｍ、Ｌ３＝Ｌ４＝４８．５ｍｍ、Ｗ＝８ｍｍ、ギャップ１５の距離ｄ＝７ｍｍ、ａ＝１２．５ｍｍ、ｂ＝３２ｍｍ、ｃ１＝ｃ２＝４４ｍｍ、ｆ＝３１．５ｍｍ、ｇ＝２．５、誘電体基板１２の厚みｈ＝１．６ｍｍであり、誘電体基板１２の誘電率は４．３である。
【００３２】
図４から９５０ＭＨｚにおける共振特性が得られ、ＶＳＷＲの２以下となる比帯域幅は５％となることが分かる。また、各種の寸法を変化させると、共振周波数の調整を図ることができる。例えば、第１給電用導体１６の位置（ｃ１、ｃ２）を横方向に中心からずらすことで、共振周波数が高い方へ変動し、また、第１給電用導体１６の長さ（ｂ）、給電位置（ｆ）を短くすると、インピーダンスが変化し、共振周波数が高い方へと変動する。よって、目的とする第１周波数よりも低い周波数に対して第１ループ導体１４の寸法を共振するように設定し、第１給電用導体１６の位置、長さ、給電位置を調整することで、目的とする第１周波数に共振周波数を一致させることが可能になる。また、矩形ループの長手方向の長さである第１横辺部１４Ａの長さＬ１、誘電体基板１２の誘電率、厚みを調整することでも、共振周波数を調整することができる。
【００３３】
尚、この基本構成においてギャップ１５が無い場合であっても特性への影響は少ない。
【００３４】
以上の第１ループ導体１４と平行に、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）用のコイルを設けることで、２周波対応のアンテナとすることができる。また、低グレードの誘電体基板を利用することができ、全体として安価で且つ小型なアンテナとすることができる。
【００３５】
（基本構成２）
図６〜図８は、本発明の基本構成２に係る平面ループアンテナを表す。この例では、基本構成１の同軸給電の代わりに、電磁結合給電を行うもので、第１給電用導体１６の代わりに、第１ループ導体１４と平行にループ外からループ内へと延びる第１給電用導体１７が設けられている。第１給電用導体１７の基端部には、第１給電用同軸線路２２の中心導体２２ａが接続され、第１給電用同軸線路２２の外部導体２２ｂが金属反射板２０に接続される。
【００３６】
このような構成においても、基本構成１と同様に動作させることができ、第１周波数における直線偏波を放射することができる。
【００３７】
第１給電用導体１７の幅を変えることで、インピーダンスが変化する。基本構成１と同様に、第１給電用導体１７の調整を行うことで、目的とする第１周波数に一致させることが可能になる。
【００３８】
以上の第１ループ導体１４及び第１給電用導体１７と平行に、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）用のコイルを設けることで、２周波対応のアンテナとすることができる。
【００３９】
（第１実施形態）
次に、図９〜図１１は、本発明の第１実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、基本構成１の平面ループアンテナに加えて、誘電体基板１２の他方の面に第２ループ導体２４を有している。
【００４０】
第２ループ導体２４も第１ループ導体１４と同様に構成され、具体的には、第１横辺部２４Ａと、第１横辺部２４Ａに対して直交する第１縦辺部２４Ｂ及び第２縦辺部２４Ｃと、第１縦辺部２４Ｂ及び第２縦辺部２４Ｃに直交し第１横辺部２４Ａに平行な第２横辺部２４Ｄとからなる矩形ループの放射エレメントからなり、銅箔エッチングから形成される。第２横辺部２４Ｄの中央部には、ギャップ２５が形成されて、第１部分２４Ｄ１と第２部分２４Ｄ２とに分かれている。各部の長さと幅は、第１ループ導体１４と同じとなっているとよい。
【００４１】
そして、第１ループ導体１４と第２ループ導体２４とは、誘電体基板１２を貫通する接続導体２８によって第１横辺部１４Ａと第１横辺部２４Ａとが繋がることによって、互いに導通している。
【００４２】
また、誘電体基板１２内の第１ループ導体１４と第２ループ導体２４との間には、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４と平行に、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）のためのコイル状導体３４が埋設される。
【００４３】
以上のように構成される第１実施形態においては、基本構成と同様に、第１周波数における直線偏波を放射することができる。
【００４４】
さらに、コイル状導体３４に給電を行うことによって、１３．５６ＭＨｚにおける電磁誘導方式による伝送を行うことができる。
【００４５】
コイル状導体３４は、第１ループ導体１４と第２ループ導体２４とによって上下が挟まれており、第１ループ導体１４と第２ループ導体２４をグランドしたときに、コイル状導体３４の静電シールドをすることができる。よって、コイル状導体３４の電力を大きくしたときにも、遠方の電界を電波法規制値内に減衰させることができ、電界が周囲に与える影響を低減することができる。コイル状導体３４によって発生する磁界は、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４にギャップ１５、２５を設けることにより減衰せずに、外部に発生させることができる。
【００４６】
第１ループ導体１４による電波方式と、コイル状導体３４による電磁誘導方式の２つの方式との互いの影響に関しては、コイル状導体３４は、磁界動作であるために、周囲の電波方式の電界の影響は少なく、共振周波数の変動もそれほどない。一方の電波方式は、コイル状導体３４の影響を受け、共振周波数がずれ、また、放射パターンも変化するおそれがある。しかしながら、図１２に示すように、第１給電用導体１６に接続される第１周波数用の送受信回路３６と、コイル状導体３４に接続される電磁誘導方式用の送受信回路４０とのグランドを別々にして、両者を絶縁することで、第１周波数における放射パターンへの影響を無くすることができる。共振周波数のずれに対しては、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４の長さ、誘電体基板１２の誘電率、基板厚を調整することで、第１周波数において共振周波数となるような調整をすることができる。
【００４７】
また、図１２Ａ及び１２Ｂに示したように、誘電体基板１２と反射板２０との間に１３．５６ＭＨｚの送信スパイラルコイル４２を設けて、コイル状導体３４に非接触給電することで、電波方式のアンテナに影響を与えないようにすることもできる。コイル状導体３４にキャパシタＣを接続し、コイル状導体によるインダクタンスＬとキャパシタＣとで共振状態（ｆ＝１／２π√ＬＣ＝１３．５６ＭＨｚ）にすることで、スパイラルコイル４２からの１３．５６ＭＨｚ送信誘起電力が磁界共鳴により増幅されＱ倍されて電流に比例する磁界がコイル状導体３４から発生する。
【００４８】
こうして、図１〜３に示した基本構成１に加えて、コイル状導体３４を設けることにより、２周波対応のアンテナとすることができる。誘電体損失による放射効率の影響が小さいため、誘電体基板１２をＦＲ−４のような低グレードで実現することができて、安価で小型のアンテナとすることができる。そして、１３．５６ＭＨｚ近傍のＨＦ帯、９５０ＭＨｚまたはその近傍のＵＨＦ帯の周波数で動作するＲＦＩＤ関連の機器として、例えばリーダ側アンテナとして、または、ＩＣチップと組み合わせることによりタグ側またはカード側のアンテナとして、使用することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、図１３〜図１５は、本発明の第２実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、基本構成２の平面ループアンテナと異なり、誘電体基板１２の他方の面に第２ループ導体２４を有しており、誘電体基板１２に積層された誘電体基板１２Ａ（厚みｈ２＝０．８ｍｍ〜１．６ｍｍ、誘電率は誘電体基板１２と同じ）を介して第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４と平行に且つループ外からループ内に向かって延びる第１給電用導体１７が設けられる。
【００５０】
また、誘電体基板１２内の第１ループ導体１４と第２ループ導体２４との間には、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）のためのコイル状導体３４が埋設される。
【００５１】
以上のように構成される第２実施形態においては、基本構成と同様に、第１周波数における直線偏波を放射することができる。
【００５２】
さらに、コイル状導体３４に給電を行うことによって、１３．５６ＭＨｚにおける電磁誘導方式による伝送を行うことができる。
【００５３】
このとき、コイル状導体３４は、第１ループ導体１４と第２ループ導体２４とによって上下が挟まれて静電シールドされることで、第１実施形態と同様の作用をさせることができる。
【００５４】
こうして、図６に示した基本構成２に加えて、コイル状導体３４を設けることにより、２周波対応のアンテナとすることができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１給電用導体１７は、コイル状導体３４への給電も兼用するように使用することが可能になる。
【００５５】
（第３実施形態）
次に、図１６〜図１８は、本発明の第３実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、第１実施形態の平面ループアンテナに対して、さらに、第２ループ導体２４の第１横辺部２４Ａから第２給電用導体２６が延びており、その基端部はテーパ部２６ａとなっている。
【００５６】
第１ループ導体１４及び第１給電用導体１６と、第２ループ導体２４及び第２給電用導体２６は、図示したように、誘電体基板１２の表側と裏側とでほぼ同じ形状と大きさとなっているが、第１給電用導体１６と第２給電用導体２６の位置は左右中心からずれており、結果として、誘電体基板１２を上から透過して見たときに、第１給電用導体１６と第２給電用導体２６とは、互いに位置がずれている。
【００５７】
そして、第２給電用導体２６の遊端部付近に給電点が設定されて、給電用同軸線路２２の中心導体２２ａが接続される。
【００５８】
この第１給電用導体１６と第２給電用導体２６の位置を左右にずらし、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４にそれぞれギャップ１５、２５を設けることで、位相差９０度の２つの共振周波数特性が現れて、第１周波数における円偏波を放射させることが可能となる。
【００５９】
図１９及び図２０は、第１周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚ付近の利得と軸比、第１周波数９５０ＭＨｚとしたときの放射特性のＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示す。このときの各種のパラメータは、Ｌ１＝１０１ｍｍ、Ｌ２＝５７ｍｍ、Ｌ３＝４８ｍｍ、Ｌ４＝４８ｍｍ、Ｗ＝８ｍｍ、ギャップの距離ｄ＝５ｍｍ、ａ＝１０ｍｍ、ｂ＝３２ｍｍ、ｃ１＝３４ｍｍ、ｃ２＝３４ｍｍ、ｆ＝３０．５ｍｍ、ｇ＝２．５、誘電体基板１２の厚みｈ＝１．６ｍｍであり、誘電体基板１２の誘電率は３．８である。また、ｈ１＝０．１λ1である。
【００６０】
９５０ＭＨｚにおいて左旋回円偏波特性が得られた。また、軸比の３ｄＢ以下となる比帯域幅は５．８％であった。
【００６１】
また、給電点を、第２給電用導体２６から第１給電用導体１６に変えると、右旋回円偏波特性が得られ、同等の特性を示す。
【００６２】
こうして、第１実施形態の効果に加えて、本実施形態では、円偏波放射の電波方式と、コイル状導体３４による電磁誘導方式による２周波対応のアンテナとすることができる。円偏波特性を持たせることで、平面ループアンテナ１０に対して対象物（タグまたはカード）との向きを考慮する必要がなくなる。
【００６３】
（第４実施形態）
次に、図２１〜図２３は、本発明の第４実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、第２実施形態の平面ループアンテナに対して、さらに、誘電体基板１２Ａに第２給電用導体２７が設けられている。
【００６４】
第１給電用導体１７と第２給電用導体２７の位置は左右中心からずれて左右中心に対して対称に配置されており、結果として、誘電体基板１２を上から透過して見たときに、第１給電用導体１６と第２給電用導体２６とは、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４に対して互いに位置がずれている。
【００６５】
そして、第１給電用導体１７の基端部付近に、給電用同軸線路２２の中心導体２２ａが接続される。
【００６６】
この第１給電用導体１７と第２給電用導体２７の位置を左右にずらし、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４にそれぞれギャップ１５、２５を設けることで、位相差９０度の２つの共振周波数特性が現れて、第１周波数における円偏波を放射させることが可能となる。
【００６７】
図２４及び図２５は、第１周波数を８６０ＭＨｚとしたときの８６０ＭＨｚ付近の利得と軸比、第１周波数８６０ＭＨｚとしたときの放射特性のＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示す。このときの各種のパラメータは、Ｌ１＝１０４ｍｍ、Ｌ２＝５７ｍｍ、Ｌ３＝４８ｍｍ、Ｌ４＝４８ｍｍ、Ｗ＝８ｍｍ、ギャップの距離ｄ＝５ｍｍ、ａ＝１３ｍｍ、ｂ＝３２ｍｍ、ｃ１＝３２ｍｍ、ｃ２＝３２ｍｍ、ｇ＝２．５、誘電体基板１２、１２Ａの厚みｈ＋ｈ２＝２．４ｍｍであり、誘電体基板１２の誘電率は３．４である。またｈ１＝０．１λ1である。
【００６８】
８６０ＭＨｚにおいて右旋回円偏波特性が得られた。また、軸比の３ｄＢ以下となる比帯域幅は３％であった。
【００６９】
また、給電点を、第１給電用導体１７から第２給電用導体２７に変えると、左旋回円偏波特性が得られ、同等の特性を示す。
【００７０】
こうして、第２実施形態の効果に加えて、本実施形態では、円偏波放射の電波方式と、コイル状導体３４による電磁誘導方式による２周波対応のアンテナとすることができる。円偏波特性を持たせることで、平面ループアンテナ１０に対して対象物（タグまたはカード）との向きを考慮する必要がなくなる。
【００７１】
（第５実施形態）
図２６〜図２８は、本発明の第５実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、第１実施形態の平面ループアンテナに対して、さらに、第２ループ導体２４の第１横辺部２４Ａから第２給電用導体２６が延びている。
【００７２】
そして、第２給電用同軸線路３２の中心導体３２ａが第２給電用導体２６の遊端部付近に接続され、第２給電用同軸線路３２の外部導体３２ｂが金属反射板２０に接続される。
【００７３】
第１給電用導体１６と同じように、第２給電用導体２６の位置、長さ、給電位置のパラメータを調整することで、共振周波数を変化させることができるので、第２ループ導体２４及び第２給電用導体２６によって第２周波数（例えば、９１５ＭＨｚ）に共振するように、第２給電用導体２６のパラメータを設定する。
【００７４】
以上のように構成される平面ループアンテナ１０において、第１給電用同軸線路２２から第１周波数の不平衡給電を行うことにより、第１ループ導体１４から、第１周波数の直線偏波の放射を行うことができると共に、第２給電用同軸線路３２から第２周波数の不平衡給電を行うことにより、第２ループ導体２４から第２周波数の直線偏波の放射を行うことができる。
【００７５】
また、誘電体基板１２内の第１ループ導体１４と第２ループ導体２４との間には、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）のためのコイル状導体３４が埋設されることで、第１実施形態と同様に静電シールド効果を持たせることができる。
【００７６】
こうして、第１実施形態の効果に加えて、２周波の直線偏波放射の電波方式と、コイル状導体３４による電磁誘導方式による３周波対応のアンテナとすることができる。
【００７７】
（第６実施形態）
図２９〜図３１は、本発明の第６実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、第２実施形態の平面ループアンテナに対して、さらに、誘電体基板１２Ａに第２給電用導体２７が設けられている。
【００７８】
また、誘電体基板１２内の第１ループ導体１４と第２ループ導体２４との間には、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）のためのコイル状導体３４が埋設される。
【００７９】
以上のように構成される第６実施形態においては、第５実施形態と同様に、２周波の直線偏波放射の電波方式と、コイル状導体３４による電磁誘導方式による３周波対応のアンテナとすることができ、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
また、第１給電用導体１７または第２給電用導体２７は、コイル状導体３４への給電を兼用するように使用することが可能になる。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 平面ループアンテナ
１２ 誘電体基板
１４ 第１ループ導体
１６ 第１給電用導体
１７ 第１給電用導体
２０ 反射板
２２ 第１給電用同軸線路
２２ａ 中心導体
２２ｂ 外部導体
２４ 第２ループ導体
２６ 第２給電用導体
２７ 第２給電用導体
３２ 第２給電用同軸線路
３２ａ 中心導体
３２ｂ 外部導体
３４ コイル状導体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＲＦＩＤ関連の機器のアンテナとして、小型で安価に構成することができ、複数周波帯で動作する平面ループアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触ＩＣカードや無線ＩＣタグなどを使用した技術が盛んに使用されるようになっており、例えば、セキュリティ応用として入退出管理やオフィスセキュリティ管理などでの使用が多くなり、据え置き型または機器組み込み型のＲＦＩＤリーダライタ機器の用途が広がってきている。
【０００３】
ＲＦＩＤリーダライタ機器用のアンテナとしては、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯用プリントループコイル、９５０ＭＨｚ帯用の共振型のダイポールアンテナ、２．４５ＧＨｚ用のパッチアンテナが知られている。
【０００４】
従来は、それぞれの帯域用として別個の機器として使用されていたが、これらを一体化したリーダライタ機器が必要不可欠となっており、そのため、複数周波帯域で動作することができ、小型で安価な一体型の平面アンテナの実用化が望まれている。
【０００５】
ところで、従来の平面ループアンテナとしては、例えば、特許文献１〜３記載のアンテナが知られている。
【０００６】
特許文献１記載のものでは、円偏波用ループアンテナにおいて、接地板とループ導体とを誘電体を挟んで対峙させて、ループ導体の所定位置からループ内に所定距離に亘って延長するＬ字形素子を備え、給電用同軸線路の中心導体をＬ字形素子に接続し、外部導体を接地板に接続している。
【０００７】
特許文献２記載のものでは、円偏波用ループアンテナにおいて、接地板とループ導体とを誘電体を挟んで対峙させて、ループ導体の内側にループ導体に近接して、ループ導体に対して非接触の給電部導体パターンを設け、給電用同軸線路の中心導体を給電部導体パターンに接続し、外部導体を接地板に接続している。
【０００８】
特許文献３記載のものでは、裏側が地導体となった第２誘電体の表側には第２直線部が装荷された第２ループ素子が形成され、第２ループ素子の上方に距離をおいて第１誘電体が配置されて、第１誘電体の表側には第１直線部が装荷された第１ループ素子が形成されて、給電用同軸線路の中心導体を第２直線部と第１直線部に接続し、給電用同軸線路の外部導体を地導体に接続しており、第１ループ素子と第２ループ素子とのループ長さを異ならせることにより、広帯域化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平２−２１４３０４号公報
【特許文献２】特開平５−１１０３３４号公報
【特許文献３】特開平７−１８３７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び２記載のものでは、一周波数で動作するアンテナであり、特許文献３記載のものでは、２周波数で動作するアンテナであるものの、これらのアンテナでは電磁誘導方式での伝送を行うことはできない、という問題がある。
【００１１】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、小型で安価に構成することができ、電磁誘導方式での伝送も行うことができる平面ループアンテナを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明による平面ループアンテナは、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面上に形成され、一部にギャップを有する第１ループ導体と、
前記誘電体基板の他方の面上に形成され、一部にギャップを有し、第１ループ導体と導通する第２ループ導体と、
誘電体基板から所定距離離反して配置されて、前記第１ループ導体との間で第１周波数での不平衡給電がなされる反射板と、
誘電体基板内で第１ループ導体と第２ループ導体との間に配置されて、前記第１周波数と異なる周波数帯で動作し電磁誘導方式による伝送を行うコイル状導体と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の平面ループアンテナにおいて、前記第１ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第１給電用導体が延びており、前記第１給電用導体に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続される、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の平面ループアンテナにおいて、前記第１ループ導体と平行に第１給電用導体が設けられ、第１給電用導体に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続され、電磁結合により第１給電用導体から前記第１ループ導体に給電がなされる、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の平面ループアンテナにおいて、前記第１ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第１給電用導体が延び、前記第２ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第２給電用導体が延びており、前記第１ループ導体と前記第２ループ導体とは同じ構成を成して対向しており、前記第１給電用導体と前記第２給電用導体とは、対向せずにずれて配置され、第１給電用導体と第２給電用導体のいずれか一方に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続されて、第１周波数において円偏波特性を持つことを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１に記載の平面ループアンテナにおいて、前記第１ループ導体と前記第２ループ導体とは同じ構成を成して対向しており、前記第１ループ導体及び第２ループ導体に平行に第１給電用導体と第２給電用導体とが設けられ、第１給電用導体と第２給電用導体とが第１ループ導体及び第２ループ導体に対して異なる位置にずれて配置され、第１給電用導体と第２給電用導体のいずれか一方に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続されて、電磁結合により第１ループ導体と第２ループ導体に給電がなされて、第１周波数において円偏波特性を持つことを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の平面ループアンテナにおいて、前記第２ループ導体と前記反射板との間で第１周波数とは異なる周波数である第２周波数での不平衡給電がなされることを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の平面ループアンテナにおいて、前記第２ループ導体の所定部位からループ内部に第２給電用導体が延びており、前記第２給電用導体に第２給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第２給電用同軸線路の外部導体が接続される、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項６記載の平面ループアンテナにおいて、前記第２ループ導体と平行に第２給電用導体が設けられ、第２給電用導体に第２給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第２給電用同軸線路の外部導体が接続され、電磁結合により第２給電用導体から前記第２ループ導体に給電がなされる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、小型で安価に構成することができ、２周波以上の周波数で動作可能なアンテナを実現することができる。コイル状導体を第１ループ導体と第２ループ導体の間に挟むことで、第１ループ導体と第２ループ導体をグランドしたときの、電磁誘導方式のコイル状導体に対する静電シールドを行うことができる。そのため、コイル状導体の電力を大きくしたときにも、遠方の電界を減衰させることができ、コイル状導体による電界が周囲に与える影響を低減することができる。
【００２１】
また、本発明の平面ループアンテナは、ＲＦＩＤ関連の機器のアンテナとして、１３．５６ＭＨｚ、９５０ＭＨｚまたはその近傍のＵＨＦ帯の周波数で動作するアンテナとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の基本構成１に係る平面ループアンテナの分解斜視図である。
【図２】基本構成１の平面図である。
【図３】基本構成１の側面図である。
【図４】基本構成１において第1周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚ付近のそれぞれＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果である。
【図５】基本構成１において第1周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚの放射特性のシミュレーション結果である。
【図６】本発明の基本構成２に係る平面ループアンテナの分解斜視図である。
【図７】基本構成２の平面図である。
【図８】基本構成２の側面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の底面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナのブロック図である。
【図１２Ａ】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナの変形例を表す側面図である。
【図１２Ｂ】本発明の第１実施形態に係る平面ループアンテナの変形例の平面図とその一部部品の平面図と側面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の平面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の平面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【図１９】第３実施形態において、第1周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚ付近の利得と軸比のシミュレーション結果である。
【図２０】第３実施形態において、第1周波数を９５０ＭＨｚとしたときの放射特性のシミュレーション結果である。
【図２１】本発明の第４実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図２２】本発明の第４実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の平面図である。
【図２３】本発明の第４実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【図２４】第４実施形態において、第１周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚ付近の利得と軸比のシミュレーション結果である。
【図２５】第４実施形態において、第１周波数を９５０ＭＨｚとしたときの放射特性のシミュレーション結果である。
【図２６】本発明の第５実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図２７】本発明の第５実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の平面図である。
【図２８】本発明の第５実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【図２９】本発明の第６実施形態に係る平面ループアンテナの分解斜視図である（誘電体基板は図示省略している）。
【図３０】本発明の第６実施形態に係る平面ループアンテナの誘電体基板の平面図である。
【図３１】本発明の第６実施形態に係る平面ループアンテナの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
（基本構成１）
図１〜図３は、本発明の基本構成１に係る平面ループアンテナを表す。図において、平面ループアンテナ１０は、誘電体基板１２の一方の面に形成された第１ループ導体１４を有している。
【００２５】
第１ループ導体１４は、具体的には、第１横辺部１４Ａ（長さＬ１、幅Ｗ）と、第１横辺部１４Ａに対して直交する第１縦辺部１４Ｂ（長さＬ２、幅Ｗ）及び第２縦辺部１４Ｃ（長さＬ２、幅Ｗ）と、第１縦辺部１４Ｂ及び第２縦辺部１４Ｃに直交し第１横辺部１４Ａに平行な第２横辺部１４Ｄ（長さＬ１、幅Ｗ）とからなる矩形ループの放射エレメントからなり、銅箔エッチングから形成される。縦横のアスペクト比は、約２．０（１．５〜２．５）程度とするとよい。
【００２６】
第２横辺部１４Ｄの中央部には、ギャップ１５（距離ｄ）が形成されており、そのため、第２横辺部１４Ｄは、第１部分１４Ｄ１（長さＬ３、幅Ｗ）と、第２部分１４Ｄ２（長さＬ４、幅Ｗ）とにさらに分かれている。そして、長さＬ１＋２Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４は、第１周波数（例えば、９５０ＭＨｚ）の波長λ1に対して、誘電体基板１２の誘電率による波長の短縮率を考慮した波長λｇの１波長分に相当している。
【００２７】
第１横辺部１４Ａの中央からは、第１給電用導体１６（幅ａ、長さｂ）がループ内部に向かって延びており（第１縦辺部１４Ｂ及び第２縦辺部１４Ｃからの距離ｃ１、ｃ２）、第１給電用導体１６の遊端部は、ギャップ１５の方向に向かっている。但し、ギャップ１５の横方向位置と第１給電用導体１６の横方向位置とは厳密に一致している必要はない。また、第１給電用導体１６の基端部は、第1横辺部１４Ａに向かって幅狭になるテーパ部１６ａ（長さｇ）となっている。
【００２８】
誘電体基板１２から離反して金属反射板２０が誘電体基板１２と平行に配置されている。この距離ｈ１は、０．１λ1程度とするとよい。
【００２９】
そして、第１給電用同軸線路２２の中心導体２２ａが第１給電用導体１６の遊端部付近に接続され（第１横辺部１４Ａからの距離ｆ）、第１給電用同軸線路２２の外部導体２２ｂが金属反射板２０に接続される。
【００３０】
以上のように構成される平面ループアンテナ１０において、給電用同軸線路２２から第１周波数の不平衡給電を行うことにより、第１ループ導体１４がその１波長に相当することから、第１周波数の直線偏波の放射を行うことができる。このときに、第１給電用導体１６によりインピーダンス整合を行うことができる。
【００３１】
図４及び図５には、第1周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚ付近のそれぞれＶＳＷＲ特性及び９５０ＭＨｚの放射特性のＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示す（Ｚ軸方向で絶対利得３ｄＢｉである。）。このときの各種のパラメータは、Ｌ１＝１０４ｍｍ、Ｌ２＝５７ｍｍ、Ｌ３＝Ｌ４＝４８．５ｍｍ、Ｗ＝８ｍｍ、ギャップ１５の距離ｄ＝７ｍｍ、ａ＝１２．５ｍｍ、ｂ＝３２ｍｍ、ｃ１＝ｃ２＝４４ｍｍ、ｆ＝３１．５ｍｍ、ｇ＝２．５、誘電体基板１２の厚みｈ＝１．６ｍｍであり、誘電体基板１２の誘電率は４．３である。
【００３２】
図４から９５０ＭＨｚにおける共振特性が得られ、ＶＳＷＲの２以下となる比帯域幅は５％となることが分かる。また、各種の寸法を変化させると、共振周波数の調整を図ることができる。例えば、第１給電用導体１６の位置（ｃ１、ｃ２）を横方向に中心からずらすことで、共振周波数が高い方へ変動し、また、第１給電用導体１６の長さ（ｂ）、給電位置（ｆ）を短くすると、インピーダンスが変化し、共振周波数が高い方へと変動する。よって、目的とする第１周波数よりも低い周波数に対して第１ループ導体１４の寸法を共振するように設定し、第１給電用導体１６の位置、長さ、給電位置を調整することで、目的とする第１周波数に共振周波数を一致させることが可能になる。また、矩形ループの長手方向の長さである第１横辺部１４Ａの長さＬ１、誘電体基板１２の誘電率、厚みを調整することでも、共振周波数を調整することができる。
【００３３】
尚、この基本構成においてギャップ１５が無い場合であっても特性への影響は少ない。
【００３４】
以上の第１ループ導体１４と平行に、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）用のコイルを設けることで、２周波対応のアンテナとすることができる。また、低グレードの誘電体基板を利用することができ、全体として安価で且つ小型なアンテナとすることができる。
【００３５】
（基本構成２）
図６〜図８は、本発明の基本構成２に係る平面ループアンテナを表す。この例では、基本構成１の同軸給電の代わりに、電磁結合給電を行うもので、第１給電用導体１６の代わりに、第１ループ導体１４と平行にループ外からループ内へと延びる第１給電用導体１７が設けられている。第１給電用導体１７の基端部には、第１給電用同軸線路２２の中心導体２２ａが接続され、第１給電用同軸線路２２の外部導体２２ｂが金属反射板２０に接続される。
【００３６】
このような構成においても、基本構成１と同様に動作させることができ、第１周波数における直線偏波を放射することができる。
【００３７】
第１給電用導体１７の幅を変えることで、インピーダンスが変化する。基本構成１と同様に、第１給電用導体１７の調整を行うことで、目的とする第１周波数に一致させることが可能になる。
【００３８】
以上の第１ループ導体１４及び第１給電用導体１７と平行に、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）用のコイルを設けることで、２周波対応のアンテナとすることができる。
【００３９】
（第１実施形態）
次に、図９〜図１１は、本発明の第１実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、基本構成１の平面ループアンテナに加えて、誘電体基板１２の他方の面に第２ループ導体２４を有している。
【００４０】
第２ループ導体２４も第１ループ導体１４と同様に構成され、具体的には、第１横辺部２４Ａと、第１横辺部２４Ａに対して直交する第１縦辺部２４Ｂ及び第２縦辺部２４Ｃと、第１縦辺部２４Ｂ及び第２縦辺部２４Ｃに直交し第１横辺部２４Ａに平行な第２横辺部２４Ｄとからなる矩形ループの放射エレメントからなり、銅箔エッチングから形成される。第２横辺部２４Ｄの中央部には、ギャップ２５が形成されて、第１部分２４Ｄ１と第２部分２４Ｄ２とに分かれている。各部の長さと幅は、第１ループ導体１４と同じとなっているとよい。
【００４１】
そして、第１ループ導体１４と第２ループ導体２４とは、誘電体基板１２を貫通する接続導体２８によって第１横辺部１４Ａと第１横辺部２４Ａとが繋がることによって、互いに導通している。
【００４２】
また、誘電体基板１２内の第１ループ導体１４と第２ループ導体２４との間には、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４と平行に、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）のためのコイル状導体３４が埋設される。
【００４３】
以上のように構成される第１実施形態においては、基本構成と同様に、第１周波数における直線偏波を放射することができる。
【００４４】
さらに、コイル状導体３４に給電を行うことによって、１３．５６ＭＨｚにおける電磁誘導方式による伝送を行うことができる。
【００４５】
コイル状導体３４は、第１ループ導体１４と第２ループ導体２４とによって上下が挟まれており、第１ループ導体１４と第２ループ導体２４をグランドしたときに、コイル状導体３４の静電シールドをすることができる。よって、コイル状導体３４の電力を大きくしたときにも、遠方の電界を電波法規制値内に減衰させることができ、電界が周囲に与える影響を低減することができる。コイル状導体３４によって発生する磁界は、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４にギャップ１５、２５を設けることにより減衰せずに、外部に発生させることができる。
【００４６】
第１ループ導体１４による電波方式と、コイル状導体３４による電磁誘導方式の２つの方式との互いの影響に関しては、コイル状導体３４は、磁界動作であるために、周囲の電波方式の電界の影響は少なく、共振周波数の変動もそれほどない。一方の電波方式は、コイル状導体３４の影響を受け、共振周波数がずれ、また、放射パターンも変化するおそれがある。しかしながら、図１２に示すように、第１給電用導体１６に接続される第１周波数用の送受信回路３６と、コイル状導体３４に接続される電磁誘導方式用の送受信回路４０とのグランドを別々にして、両者を絶縁することで、第１周波数における放射パターンへの影響を無くすることができる。共振周波数のずれに対しては、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４の長さ、誘電体基板１２の誘電率、基板厚を調整することで、第１周波数において共振周波数となるような調整をすることができる。
【００４７】
また、図１２Ａ及び１２Ｂに示したように、誘電体基板１２と反射板２０との間に１３．５６ＭＨｚの送信スパイラルコイル４２を設けて、コイル状導体３４に非接触給電することで、電波方式のアンテナに影響を与えないようにすることもできる。コイル状導体３４にキャパシタＣを接続し、コイル状導体によるインダクタンスＬとキャパシタＣとで共振状態（ｆ＝１／２π√ＬＣ＝１３．５６ＭＨｚ）にすることで、スパイラルコイル４２からの１３．５６ＭＨｚ送信誘起電力が磁界共鳴により増幅されＱ倍されて電流に比例する磁界がコイル状導体３４から発生する。
【００４８】
こうして、図１〜３に示した基本構成１に加えて、コイル状導体３４を設けることにより、２周波対応のアンテナとすることができる。誘電体損失による放射効率の影響が小さいため、誘電体基板１２をＦＲ−４のような低グレードで実現することができて、安価で小型のアンテナとすることができる。そして、１３．５６ＭＨｚ近傍のＨＦ帯、９５０ＭＨｚまたはその近傍のＵＨＦ帯の周波数で動作するＲＦＩＤ関連の機器として、例えばリーダ側アンテナとして、または、ＩＣチップと組み合わせることによりタグ側またはカード側のアンテナとして、使用することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、図１３〜図１５は、本発明の第２実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、基本構成２の平面ループアンテナと異なり、誘電体基板１２の他方の面に第２ループ導体２４を有しており、誘電体基板１２に積層された誘電体基板１２Ａ（厚みｈ２＝０．８ｍｍ〜１．６ｍｍ、誘電率は誘電体基板１２と同じ）を介して第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４と平行に且つループ外からループ内に向かって延びる第１給電用導体１７が設けられる。
【００５０】
また、誘電体基板１２内の第１ループ導体１４と第２ループ導体２４との間には、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）のためのコイル状導体３４が埋設される。
【００５１】
以上のように構成される第２実施形態においては、基本構成と同様に、第１周波数における直線偏波を放射することができる。
【００５２】
さらに、コイル状導体３４に給電を行うことによって、１３．５６ＭＨｚにおける電磁誘導方式による伝送を行うことができる。
【００５３】
このとき、コイル状導体３４は、第１ループ導体１４と第２ループ導体２４とによって上下が挟まれて静電シールドされることで、第１実施形態と同様の作用をさせることができる。
【００５４】
こうして、図６に示した基本構成２に加えて、コイル状導体３４を設けることにより、２周波対応のアンテナとすることができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１給電用導体１７は、コイル状導体３４への給電も兼用するように使用することが可能になる。
【００５５】
（第３実施形態）
次に、図１６〜図１８は、本発明の第３実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、第１実施形態の平面ループアンテナに対して、さらに、第２ループ導体２４の第１横辺部２４Ａから第２給電用導体２６が延びており、その基端部はテーパ部２６ａとなっている。
【００５６】
第１ループ導体１４及び第１給電用導体１６と、第２ループ導体２４及び第２給電用導体２６は、図示したように、誘電体基板１２の表側と裏側とでほぼ同じ形状と大きさとなっているが、第１給電用導体１６と第２給電用導体２６の位置は左右中心からずれており、結果として、誘電体基板１２を上から透過して見たときに、第１給電用導体１６と第２給電用導体２６とは、互いに位置がずれている。
【００５７】
そして、第２給電用導体２６の遊端部付近に給電点が設定されて、給電用同軸線路２２の中心導体２２ａが接続される。
【００５８】
この第１給電用導体１６と第２給電用導体２６の位置を左右にずらし、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４にそれぞれギャップ１５、２５を設けることで、位相差９０度の２つの共振周波数特性が現れて、第１周波数における円偏波を放射させることが可能となる。
【００５９】
図１９及び図２０は、第１周波数を９５０ＭＨｚとしたときの９５０ＭＨｚ付近の利得と軸比、第１周波数９５０ＭＨｚとしたときの放射特性のＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示す。このときの各種のパラメータは、Ｌ１＝１０１ｍｍ、Ｌ２＝５７ｍｍ、Ｌ３＝４８ｍｍ、Ｌ４＝４８ｍｍ、Ｗ＝８ｍｍ、ギャップの距離ｄ＝５ｍｍ、ａ＝１０ｍｍ、ｂ＝３２ｍｍ、ｃ１＝３４ｍｍ、ｃ２＝３４ｍｍ、ｆ＝３０．５ｍｍ、ｇ＝２．５、誘電体基板１２の厚みｈ＝１．６ｍｍであり、誘電体基板１２の誘電率は３．８である。また、ｈ１＝０．１λ1である。
【００６０】
９５０ＭＨｚにおいて左旋回円偏波特性が得られた。また、軸比の３ｄＢ以下となる比帯域幅は５．８％であった。
【００６１】
また、給電点を、第２給電用導体２６から第１給電用導体１６に変えると、右旋回円偏波特性が得られ、同等の特性を示す。
【００６２】
こうして、第１実施形態の効果に加えて、本実施形態では、円偏波放射の電波方式と、コイル状導体３４による電磁誘導方式による２周波対応のアンテナとすることができる。円偏波特性を持たせることで、平面ループアンテナ１０に対して対象物（タグまたはカード）との向きを考慮する必要がなくなる。
【００６３】
（第４実施形態）
次に、図２１〜図２３は、本発明の第４実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、第２実施形態の平面ループアンテナに対して、さらに、誘電体基板１２Ａに第２給電用導体２７が設けられている。
【００６４】
第１給電用導体１７と第２給電用導体２７の位置は左右中心からずれて左右中心に対して対称に配置されており、結果として、誘電体基板１２を上から透過して見たときに、第１給電用導体１６と第２給電用導体２６とは、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４に対して互いに位置がずれている。
【００６５】
そして、第１給電用導体１７の基端部付近に、給電用同軸線路２２の中心導体２２ａが接続される。
【００６６】
この第１給電用導体１７と第２給電用導体２７の位置を左右にずらし、第１ループ導体１４及び第２ループ導体２４にそれぞれギャップ１５、２５を設けることで、位相差９０度の２つの共振周波数特性が現れて、第１周波数における円偏波を放射させることが可能となる。
【００６７】
図２４及び図２５は、第１周波数を８６０ＭＨｚとしたときの８６０ＭＨｚ付近の利得と軸比、第１周波数８６０ＭＨｚとしたときの放射特性のＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果を示す。このときの各種のパラメータは、Ｌ１＝１０４ｍｍ、Ｌ２＝５７ｍｍ、Ｌ３＝４８ｍｍ、Ｌ４＝４８ｍｍ、Ｗ＝８ｍｍ、ギャップの距離ｄ＝５ｍｍ、ａ＝１３ｍｍ、ｂ＝３２ｍｍ、ｃ１＝３２ｍｍ、ｃ２＝３２ｍｍ、ｇ＝２．５、誘電体基板１２、１２Ａの厚みｈ＋ｈ２＝２．４ｍｍであり、誘電体基板１２の誘電率は３．４である。またｈ１＝０．１λ1である。
【００６８】
８６０ＭＨｚにおいて右旋回円偏波特性が得られた。また、軸比の３ｄＢ以下となる比帯域幅は３％であった。
【００６９】
また、給電点を、第１給電用導体１７から第２給電用導体２７に変えると、左旋回円偏波特性が得られ、同等の特性を示す。
【００７０】
こうして、第２実施形態の効果に加えて、本実施形態では、円偏波放射の電波方式と、コイル状導体３４による電磁誘導方式による２周波対応のアンテナとすることができる。円偏波特性を持たせることで、平面ループアンテナ１０に対して対象物（タグまたはカード）との向きを考慮する必要がなくなる。
【００７１】
（第５実施形態）
図２６〜図２８は、本発明の第５実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、第１実施形態の平面ループアンテナに対して、さらに、第２ループ導体２４の第１横辺部２４Ａから第２給電用導体２６が延びている。
【００７２】
そして、第２給電用同軸線路３２の中心導体３２ａが第２給電用導体２６の遊端部付近に接続され、第２給電用同軸線路３２の外部導体３２ｂが金属反射板２０に接続される。
【００７３】
第１給電用導体１６と同じように、第２給電用導体２６の位置、長さ、給電位置のパラメータを調整することで、共振周波数を変化させることができるので、第２ループ導体２４及び第２給電用導体２６によって第２周波数（例えば、９１５ＭＨｚ）に共振するように、第２給電用導体２６のパラメータを設定する。
【００７４】
以上のように構成される平面ループアンテナ１０において、第１給電用同軸線路２２から第１周波数の不平衡給電を行うことにより、第１ループ導体１４から、第１周波数の直線偏波の放射を行うことができると共に、第２給電用同軸線路３２から第２周波数の不平衡給電を行うことにより、第２ループ導体２４から第２周波数の直線偏波の放射を行うことができる。
【００７５】
また、誘電体基板１２内の第１ループ導体１４と第２ループ導体２４との間には、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）のためのコイル状導体３４が埋設されることで、第１実施形態と同様に静電シールド効果を持たせることができる。
【００７６】
こうして、第１実施形態の効果に加えて、２周波の直線偏波放射の電波方式と、コイル状導体３４による電磁誘導方式による３周波対応のアンテナとすることができる。
【００７７】
（第６実施形態）
図２９〜図３１は、本発明の第６実施形態による平面ループアンテナを表す。この例では、第２実施形態の平面ループアンテナに対して、さらに、誘電体基板１２Ａに第２給電用導体２７が設けられている。
【００７８】
また、誘電体基板１２内の第１ループ導体１４と第２ループ導体２４との間には、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）のためのコイル状導体３４が埋設される。
【００７９】
以上のように構成される第６実施形態においては、第５実施形態と同様に、２周波の直線偏波放射の電波方式と、コイル状導体３４による電磁誘導方式による３周波対応のアンテナとすることができ、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
また、第１給電用導体１７または第２給電用導体２７は、コイル状導体３４への給電を兼用するように使用することが可能になる。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 平面ループアンテナ
１２ 誘電体基板
１４ 第１ループ導体
１６ 第１給電用導体
１７ 第１給電用導体
２０ 反射板
２２ 第１給電用同軸線路
２２ａ 中心導体
２２ｂ 外部導体
２４ 第２ループ導体
２６ 第２給電用導体
２７ 第２給電用導体
３２ 第２給電用同軸線路
３２ａ 中心導体
３２ｂ 外部導体
３４ コイル状導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面上に形成され、一部にギャップを有する第１ループ導体と、
前記誘電体基板の他方の面上に形成され、一部にギャップを有し、第１ループ導体と導通する第２ループ導体と、
誘電体基板から所定距離離反して配置されて、前記第１ループ導体との間で第１周波数での不平衡給電がなされる反射板と、
誘電体基板内で第１ループ導体と第２ループ導体との間に配置されて、前記第１周波数と異なる周波数帯で動作し電磁誘導方式による伝送を行うコイル状導体と、
を備える、ことを特徴とする平面ループアンテナ。
【請求項２】
前記第１ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第１給電用導体が延びており、前記第１給電用導体に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続される、ことを特徴とする請求項１記載の平面ループアンテナ。
【請求項３】
前記第１ループ導体と平行に第１給電用導体が設けられ、第１給電用導体に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続され、電磁結合により第１給電用導体から前記第１ループ導体に給電がなされる、ことを特徴とする請求項１記載の平面ループアンテナ。
【請求項４】
前記第１ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第１給電用導体が延び、前記第２ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第２給電用導体が延びており、前記第１ループ導体と前記第２ループ導体とは同じ構成を成して対向しており、前記第１給電用導体と前記第２給電用導体とは、対向せずにずれて配置され、第１給電用導体と第２給電用導体のいずれか一方に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続されて、第１周波数において円偏波特性を持つことを特徴とする請求項１に記載の平面ループアンテナ。
【請求項５】
前記第１ループ導体と前記第２ループ導体とは同じ構成を成して対向しており、前記第１ループ導体及び第２ループ導体に平行に第１給電用導体と第２給電用導体とが設けられ、第１給電用導体と第２給電用導体とが第１ループ導体及び第２ループ導体に対して異なる位置にずれて配置され、第１給電用導体と第２給電用導体のいずれか一方に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続されて、電磁結合により第１ループ導体と第２ループ導体に給電がなされて、第１周波数において円偏波特性を持つことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の平面ループアンテナ。
【請求項６】
前記第２ループ導体と前記反射板との間で第１周波数とは異なる周波数である第２周波数での不平衡給電がなされることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の平面ループアンテナ。
【請求項７】
前記第２ループ導体の所定部位からループ内部に第２給電用導体が延びており、前記第２給電用導体に第２給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第２給電用同軸線路の外部導体が接続される、ことを特徴とする請求項６記載の平面ループアンテナ。
【請求項８】
前記第２ループ導体と平行に第２給電用導体が設けられ、第２給電用導体に第２給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第２給電用同軸線路の外部導体が接続され、電磁結合により第２給電用導体から前記第２ループ導体に給電がなされる、ことを特徴とする請求項６記載の平面ループアンテナ。
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面上に形成され、一部にギャップを有する第１ループ導体と、
前記誘電体基板の他方の面上に形成され、一部にギャップを有し、第１ループ導体と導通する第２ループ導体と、
誘電体基板から所定距離離反して配置されて、前記第１ループ導体との間で第１周波数での不平衡給電がなされる反射板と、
誘電体基板内で第１ループ導体と第２ループ導体との間に配置されて、前記第１周波数と異なる周波数帯で動作し電磁誘導方式による伝送を行うコイル状導体と、
を備える、ことを特徴とする平面ループアンテナ。
【請求項２】
前記第１ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第１給電用導体が延びており、前記第１給電用導体に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続される、ことを特徴とする請求項１記載の平面ループアンテナ。
【請求項３】
前記第１ループ導体と平行に第１給電用導体が設けられ、第１給電用導体に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続され、電磁結合により第１給電用導体から前記第１ループ導体に給電がなされる、ことを特徴とする請求項１記載の平面ループアンテナ。
【請求項４】
前記第１ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第１給電用導体が延び、前記第２ループ導体の所定部位からループ内部に向かって第２給電用導体が延びており、前記第１ループ導体と前記第２ループ導体とは同じ構成を成して対向しており、前記第１給電用導体と前記第２給電用導体とは、対向せずにずれて配置され、第１給電用導体と第２給電用導体のいずれか一方に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続されて、第１周波数において円偏波特性を持つことを特徴とする請求項１に記載の平面ループアンテナ。
【請求項５】
前記第１ループ導体と前記第２ループ導体とは同じ構成を成して対向しており、前記第１ループ導体及び第２ループ導体に平行に第１給電用導体と第２給電用導体とが設けられ、第１給電用導体と第２給電用導体とが第１ループ導体及び第２ループ導体に対して異なる位置にずれて配置され、第１給電用導体と第２給電用導体のいずれか一方に第１給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第１給電用同軸線路の外部導体が接続されて、電磁結合により第１ループ導体と第２ループ導体に給電がなされて、第１周波数において円偏波特性を持つことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の平面ループアンテナ。
【請求項６】
前記第２ループ導体と前記反射板との間で第１周波数とは異なる周波数である第２周波数での不平衡給電がなされることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の平面ループアンテナ。
【請求項７】
前記第２ループ導体の所定部位からループ内部に第２給電用導体が延びており、前記第２給電用導体に第２給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第２給電用同軸線路の外部導体が接続される、ことを特徴とする請求項６記載の平面ループアンテナ。
【請求項８】
前記第２ループ導体と平行に第２給電用導体が設けられ、第２給電用導体に第２給電用同軸線路の中心導体が接続され、前記反射板に第２給電用同軸線路の外部導体が接続され、電磁結合により第２給電用導体から前記第２ループ導体に給電がなされる、ことを特徴とする請求項６記載の平面ループアンテナ。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２７】
【図２８】
【図３０】
【図３１】
【図１】
【図６】
【図９】
【図１３】
【図１６】
【図２１】
【図２６】
【図２９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２７】
【図２８】
【図３０】
【図３１】
【図１】
【図６】
【図９】
【図１３】
【図１６】
【図２１】
【図２６】
【図２９】
【公開番号】特開２０１１−２１７２０３（Ｐ２０１１−２１７２０３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８４５９６（Ｐ２０１０−８４５９６）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００３３８８）東京計器株式会社 (103)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００３３８８）東京計器株式会社 (103)
【Ｆターム（参考）】
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