(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤリーダに装備されるパッチアンテナであって、
第１導電板と、第１導電板上に形成されている誘電体と、誘電体上に形成されている第２導電板を備えており、
誘電体は、第１領域と、第１領域よりも厚い複数の第２領域を備えており、
第２領域の上面が、第１領域の上面から突出する曲面形状であり、
第１領域と第２領域が、少なくとも２つの周波数においてパッチアンテナの利得が極大値となるように配置されている、
ことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
第１領域の上面が、その下面と平行な平面形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
第２領域が、第２導電板の外周部の下側に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のパッチアンテナ。
【請求項４】
第２導電板に接続されている給電部をさらに有し、
複数の第２領域が、給電部よりも第２導電板の外周に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項５】
第２導電板の中央部に接続されている給電部をさらに有し、
複数の第２領域が、第２導電板の外周に沿って配列されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項６】
平面形状を有する第１領域の上面と曲面形状を有する第２領域の上面が直接接続されていることを特徴とする請求項２または３に記載のパッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、ＲＦＩＤリーダに装備されるパッチアンテナに関する。なお、本明細書において、ＲＦＩＤリーダには、ＲＦＩＤリーダライタが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＲＦＩＤリーダに用いることができるパッチアンテナが開示されている。このパッチアンテナは、接地導電板と、接地導電板上に形成されている誘電体と、誘電体上に形成されている放射導電板を備えている。このパッチアンテナでは、誘電体の厚さが、一方から他方に向かうにしたがって徐々に厚くなっている。このように、２つの導電板の間の誘電体の厚さが連続的に変化していることで、パッチアンテナの周波数特性の広帯域化が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２５３７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＲＦＩＤリーダによる通信においては、種々の周波数が使用される。例えば、用途に応じて使用される周波数が異なる場合がある。また、国によって、使用される周波数が異なる。このため、複数の周波数で通信可能なＲＦＩＤリーダが望まれている。このようなＲＦＩＤリーダにおいて、周波数ごとにアンテナを設けると、ＲＦＩＤリーダが大型化、複雑化するという問題がある。したがって、複数の周波数で通信可能なＲＦＩＤリーダに装備されるパッチアンテナには、複数の周波数で高い利得を有することが求められる。
【０００５】
特許文献１のパッチアンテナでは、誘電体の厚さが連続的に変化している。このため、このパッチアンテナは、広い周波数帯域で比較的均一な利得が得られる一方で、各周波数における利得が低いという問題があった。したがって、本明細書では、少なくとも２つの周波数で高い利得が得られるＲＦＩＤリーダ用のパッチアンテナを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示するパッチアンテナは、ＲＦＩＤリーダに装備される。このパッチアンテナは、第１導電板と、第１導電板上に形成されている誘電体と、誘電体上に形成されている第２導電板を備えている。誘電体は、第１領域と、第１領域よりも厚い複数の第２領域を備えている。第２領域の上面が、第１領域の上面から突出する曲面形状である。第１領域と第２領域は、少なくとも２つの周波数においてパッチアンテナの利得が極大値となるように配置されている。
【０００７】
このパッチアンテナでは、誘電体に第１領域と、第１領域よりも厚い第２領域が設けられている。これによって、パッチアンテナは、各領域の厚さに応じて、少なくとも２つの共振周波数を有している。第１領域と第２領域は、前記２つの周波数においてパッチアンテナの利得が極大値となるように配置されている。すなわち、利得が極大値となる２つの周波数の間の周波数帯では、利得が極大値よりも低い。このように、必要のない周波数帯において利得を低くすることで、前記極大値となる利得を向上させることができる。このため、このパッチアンテナによれば、少なくとも２つの周波数で従来よりも高い利得を得ることができる。また、このように第２領域の上面が第１領域の上面から突出する曲面形状であれば、誘電体上に第２導電板を形成しやすくなる。パッチアンテナの生産性をより向上させることができる。
【０００８】
上述したパッチアンテナは、第１領域の上面が、その下面と平行な平面形状に形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、上述したパッチアンテナは、第２領域が、第２導電板の外周部の下部に形成されていることが好ましい。
【００１０】
パッチアンテナにより通信する際には、第２導電板の外周部で、第２導電板の中央部よりも電流密度が高くなる。このため、厚さが一定である第１領域により誘電体の大部分を形成し、第２導電板の外周部の下部に少数の第２領域を形成するだけでも、第２領域がアンテナの利得に与える影響は大きい。したがって、このような構成によれば、少数の第２領域を形成するだけで、２つの周波数において利得が極大値となる周波数特性を実現することができる。この構成によれば、第２領域を多数形成する必要がないので、パッチアンテナの生産性を向上させることができる。
【００１１】
上述したパッチアンテナは、第２導電板に接続されている給電部をさらに有し、複数の第２領域が、給電部よりも第２導電板の外周に近い位置に配置されていてもよい。
【００１２】
また、第２導電板の中央部に接続されている給電部をさらに有し、複数の第２領域が、第２導電板の外周に沿って配列されていてもよい。
平面形状を有する第１領域の上面と曲面形状を有する第２領域の上面が直接接続されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】パッチアンテナ１０の上面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線におけるパッチアンテナ１０の断面図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるパッチアンテナ１０の断面図。
【図４】パッチアンテナの利得の周波数特性を示すグラフ。
【図５】実施例２のパッチアンテナ１１０の上面図。
【図６】変形例のパッチアンテナの周波数特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に説明する実施例のパッチアンテナの特徴について、列記する。
（特徴１）パッチアンテナは、円偏波を送受信する。
（特徴２）第２導電板内の電流経路のうち、第１領域上のみを通る電流経路で１つの共振周波数が得られ、第１領域と第２領域の両方の上部を通る電流経路で１つの共振周波数が得られるように、第１領域と第２領域が配置されている。
【実施例１】
【００１５】
実施例１に係るパッチアンテナについて説明する。図１〜３は、実施例１に係るパッチアンテナ１０を示している。パッチアンテナ１０は、円偏波アンテナである。パッチアンテナ１０は、ＲＦＩＤリーダに装備される。ＲＦＩＤリーダは、パッチアンテナ１０から円偏波を送信するとともに、タグから返信される電波をパッチアンテナ１０で受信する。図示するように、パッチアンテナ１０は、接地導電板１２と、誘電体基板１４と、放射導電板１６を備えている。
【００１６】
接地導電板１２は、略正方形の平面形状を有する平板状の導電体である。誘電体基板１４は、接地導電板１２上に設置されている。誘電体基板１４は、セラミックスにより構成された誘電体であり、略正方形の平面形状を有している。図１に示すように、誘電体基板１４の外形は接地導電板１２の外形より小さい。パッチアンテナ１０を平面視すると、誘電体基板１４は、接地導電板１２の略中央に位置している。誘電体基板１４の上面は、接地導電板１２と略平行な平面形状に形成された平坦領域１４ａと、平坦領域１４ａから上方に突出する凸部１４ｂを有している。凸部１４ｂは、略球面状の曲面形状に形成されている。誘電体基板１４の上面の大部分は平坦領域１４ａであり、平坦領域１４ａ内に複数の凸部１４ｂが配置されている。平坦領域１４ａでは、誘電体基板１４の厚さが略一定である。凸部１４ｂでは、誘電体基板１４の厚さが、平坦領域１４ａの厚さよりも厚い。
【００１７】
放射導電板１６は、導電体であり、誘電体基板１４上に形成されている。放射導電板１６は、正方形に２つの切り欠き部１６ａを設けた平面形状に形成されている。切り欠き部１６ａは、正方形の一対の対角を斜めに切り欠いている。図１に示すように、放射導電板１６の外形は、誘電体基板１４の外形より小さい。パッチアンテナ１０を平面視すると、放射導電板１６は、接地導電板１２の略中央に位置している。上述した誘電体基板１４の凸部１４ｂは、放射導電板１６の下部に形成されている。より詳細には、凸部１４ｂは、放射導電板１６の外周部の下部に、略一定間隔で配置されている。図２、３に示すように、放射導電板１６は、誘電体基板１４の上面に沿って形成されている。すなわち、平坦領域１４ａ上では放射導電板１６は平坦に伸びており、凸部１４ｂ上では放射導電板１６は凸部１４ｂに沿って伸びている。
【００１８】
図１に示すように、パッチアンテナ１０の略中央部には、給電部２０が形成されている。給電部２０には、接地導電板１２の下面側から同軸ケーブルが接続される。同軸ケーブルの外導体は、接地導電板１２に接続される。同軸ケーブの内導体は、誘電体基板１４を貫通して、放射導電板１６に接続される。
【００１９】
パッチアンテナ１０で電波の送受信を行う際には、放射導電板１６に、切り欠き部１６ａを繋ぐ対角方向に流れる高周波電流と、切り欠き部１６ａを有さない対角方向に流れる高周波電流とが、略９０度の位相差を持って流れる。これらの高周波電流は、図１のＸ方向に沿った成分とＹ方向に沿った成分とに分けられる。図１のＹ方向に沿った放射導電板１６中の電流経路には、平坦領域１４ａ上のみを通る電流経路（図２の断面に相当する経路：以下、第１経路という）と、平坦領域１４ａ上と凸部１４ｂ上とを跨って通る電流経路（図３の断面に相当する経路：以下、第２経路という）とが存在する。電流経路の下部の誘電体基板１４の厚さは、その電流経路の共振周波数に影響する。したがって、第１経路の共振周波数は、第２経路の共振周波数と異なる。このため、パッチアンテナ１０は、Ｙ方向の電流経路において、２つの共振周波数を有している。同様に、図１のＸ方向に沿って放射導電板１６中の電流経路を見た場合にも、平坦領域１４ａ上のみを通る電流経路（第１経路）と、平坦領域１４ａ上と凸部１４ｂ上とを跨って通る電流経路（第２経路）とが存在する。したがって、パッチアンテナ１０は、Ｘ方向の電流経路においても、２つの共振周波数を有している。放射導電板１６及び各凸部１４ｂは、給電部２０を中心として略点対称に形成されているので、Ｘ方向の２つの共振周波数とＹ方向の２つの共振周波数は一致している。
【００２０】
図４は、パッチアンテナ１０の利得の周波数特性を示している。図４に示すように、パッチアンテナ１０の利得は、周波数ｆ１と周波数ｆ２の２つの周波数で極大値を示す（すなわち、ＶＳＷＲが極小となる）。周波数ｆ１は、第１経路に対応する共振周波数であり、周波数ｆ２は、第２経路に対応する共振周波数である。このように、パッチアンテナ１０では、２つの周波数ｆ１、ｆ２で利得が極大値となり、周波数ｆ１と周波数ｆ２の間の周波数帯では利得が低くなっている。このように周波数ｆ１、ｆ２以外の周波数で利得を低くすることで、従来技術のように広い周波数帯で均一に利得が設定されている場合に比べて、周波数ｆ１、ｆ２における利得を向上させることができる。
【００２１】
なお、電波を送受信する際には、放射導電板１６の外周部で、電流密度が高くなる。パッチアンテナ１０では、電流密度が高くなる放射導電板１６の外周部の下部に、凸部１４ｂが形成されている。このため、平坦領域１４ａに比べて凸部１４ｂの面積が狭いにも係わらず、第２経路の共振周波数ｆ２において、第１経路の共振周波数ｆ１と同等の利得が得られる。すなわち、少ない凸部１４ｂが形成されているだけで、共振周波数ｆ２において高い利得を得ることができる。凸部１４ｂを多数形成する必要がないので、高い生産性でパッチアンテナ１０を製造することができる。
【００２２】
なお、凸部１４ｂを形成すると、凸部１４ｂ周辺で誘電体基板１４の内部電界の分布が乱れる。給電部２０の近傍に凸部１４ｂを形成すると、給電部２０が内部電界の影響を受けて、パッチアンテナ１０の動作が安定しない場合がある。上述したように、給電部２０から離れた放射導電板１６の外周部の下部に凸部１４ｂを設けることで、パッチアンテナ１０の動作の安定化を図ることができる。
【００２３】
なお、放射導電板１６は、誘電体基板１４上に導電性ペーストを印刷することで形成される。実施例１のパッチアンテナ１０では、凸部１４ｂが滑らかな曲面により形成されているので、誘電体基板１４上に導電性ペーストを印刷し易い。このため、誘電体基板１４上に放射導電板１６を容易に形成することができる。このように、凸部１４ｂが滑らかな曲面により形成されているので、パッチアンテナ１０をより高い生産性で製造することが可能となっている。
【実施例２】
【００２４】
次に、実施例２に係るパッチアンテナについて説明する。図５は、実施例２に係るパッチアンテナ１１０を示している。パッチアンテナ１１０は、直線偏波アンテナである。パッチアンテナ１１０は、パッチアンテナ１０と同様に、接地導電板１１２、誘電体基板１１４及び放射導電板１１６を備えている。接地導電板１１２は、実施例１の接地導電板１２と同様に構成されている。誘電体基板１１４は、凸部を除いて、実施例１の誘電体基板１４と同様に構成されている。放射導電板１１６は、平面形状が略正方形に形成されている。放射導電板１１６のその他の構成は、実施例１の放射導電板１６と同様である。誘電体基板１１４の上面には、平坦領域１１４ａと凸部１１４ｂが形成されている。凸部１１４ｂは、実施例１の凸部１４ｂと同様に、平坦領域１１４ａから突出する曲面状の領域である。凸部１１４ｂは、放射導電板１６の下部であって、放射導電板１１６のＹ方向に伸びる辺１１６ａの近傍に形成されている。図１に示すように、パッチアンテナ１１０の中央部からＹ方向にやや変位した位置に、給電部１２０が形成されている。給電部１２０では、接地導電板１１２に同軸ケーブルの外導体が接続され、放射導電板１１６に同軸ケーブの内導体が接続される。
【００２５】
パッチアンテナ１１０で電波の送受信を行う際には、放射導電板１１６にＹ方向に沿って高周波電流が流れる。放射導電板１１６の辺１１６ａの近傍の電流経路（以下、第２経路という）は、平坦領域１１４ａ上と凸部１１４ｂ上を通る。その他の領域の電流経路（以下、第１経路という）は、平坦領域１１４ａ上のみを通る。このため、第１経路と第２経路では共振周波数が異なる。これによって、実施例２のパッチアンテナ１１０でも、図４に示すように、第１経路の共振周波数ｆ１と第２経路の共振周波数ｆ２とで、利得の極大値が得られるように構成されている。なお、放射導電板１１６の辺１１６ａ近傍では、電流密度が高くなる。電流密度が高くなる辺１１６ａ近傍の放射導電板１１６の下部に凸部１１４ｂが形成されているので、少量の凸部１１４ｂを形成するだけで、第２経路の共振周波数ｆ２において高い利得が得られる。凸部１１４ｂを多数形成する必要がないので、パッチアンテナ１１０を高い生産性で製造することができる。
【００２６】
なお、実施例１、２のパッチアンテナでは、共振周波数ｆ１、ｆ２が近い周波数に設定されていたが、図６に示すように、共振周波数ｆ１が共振周波数ｆ２と大きく異なる周波数に設定されていてもよい。また、実施例１、２では、パッチアンテナの利得が２つの周波数で極大値を有していたが、３つ以上の周波数で極大値を有していてもよい。
【００２７】
また、実施例１、２のパッチアンテナは、平坦領域上のみを通る第１経路の共振周波数と、平坦領域上と凸部上とを跨って通る第２経路の共振周波数において、利得が極大値となるように構成されていた。しかしながら、平坦領域上のみを通る電流経路と、凸部上のみを通る電流経路が得られるように凸部が配置されていてもよい。このような構成でも、これらの２つの電流経路の共振周波数で極大値となる利得を得ることができる。
【００２８】
また、実施例１、２のパッチアンテナでは、誘電体基板に凸部が形成されていたが、凸部に代えて凹部を形成してもよい。凹部を形成しても、誘電体基板の厚さが位置によって異なるようになる。したがって、凹部を適切に配置することで、２つの周波数で利得の極大値を得ることが可能である。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３０】
１０：パッチアンテナ
１２：接地導電板
１４：誘電体基板
１４ａ：平坦領域
１４ｂ：凸部
１６：放射導電板
２０：給電部
【図１】
0005552966.tif 000002
【図２】
0005552966.tif 000003
【図３】
0005552966.tif 000004
【図４】
0005552966.tif 000005
【図５】
0005552966.tif 000006
【図６】
0005552966.tif 000007