(57)【要約】【課題】複数のアンテナの各共振周波数を、電力を消費することなく、一度に簡単に調整することができる共振周波数可変アンテナを用いて電磁波エネルギーを回収する。【解決手段】共振周波数可変アンテナは、複数の同じ形状のアンテナ１２４と、誘電体で形成され、複数のアンテナ１２４が一方の面に配置された基板１２２と、誘電体板２００と、基板１２２及び誘電体板２００の間隔ｄが一定になるように、基板１２２及び誘電体板２００の相対位置を調整し、調整後の状態を保持する機構とを備える。これにより、各アンテナの共振周波数を、回収目標の電磁波の周波数に合わせることができ、共振周波数可変アンテナが設置される場所に応じて、電磁波エネルギーを効率的に回収することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波エネルギーの回収に使用される共振周波数可変アンテナであって、
誘電体で形成され、複数の同じ形状のアンテナが一方の面に配置された第１の板状体と、
誘電体で形成され、前記第１の板状体の前記一方の面の側に配置された第２の板状体と、
前記第１の板状体の前記一方の面に対向する前記第２の板状体の一方の面、及び前記第１の板状体の前記一方の面の間隔が一定になるように、前記第１の板状体及び前記第２の板状体を保持する保持手段とを備える、共振周波数可変アンテナ。
【請求項２】
前記保持手段は、前記間隔を変化させる第１の調整手段を備える、請求項１に記載の共振周波数可変アンテナ。
【請求項３】
前記アンテナは、ギャップを有するループアンテナであり、
前記第２の板状体は、前記第２の板状体の前記一方の面又は他方の面における、複数の前記ギャップの各々に対応する位置に金属板を有する、請求項１又は２に記載の共振周波数可変アンテナ。
【請求項４】
前記第１の板状体及び前記第２の板状体は平板状であり、
前記保持手段は、前記第１の板状体の前記一方の面に沿って前記第２の板状体を変位させる第２の調整手段を備える、請求項３に記載の共振周波数可変アンテナ。
【請求項５】
前記第１の板状体及び前記第２の板状体は、平板状であり、相互に密着して配置される、請求項１から４の何れか１項に記載の共振周波数可変アンテナ。
【請求項６】
前記第１の板状体及び前記第２の板状体はそれぞれ、１種類の単体又は混合物により一様に形成された、厚さが一定の平板である、請求項１から５の何れか１項に記載の共振周波数可変アンテナ。
【請求項７】
前記第２の板状体に代替される、誘電率又は厚さが前記第２の板状体と異なる第３の板状体をさらに備える、請求項１から６の何れか１項に記載の共振周波数可変アンテナ。
【請求項８】
請求項１から７の何れかの共振周波数可変アンテナと、
複数の前記アンテナの各々に１対１に接続され、前記アンテナと電磁波との相互作用により生成された交流信号を整流して出力する整流手段と、
複数の前記整流手段の出力信号を合成して出力する合成手段とを備える、電磁波エネルギー回収装置。
【請求項９】
誘電体で形成され、複数の同じ形状のアンテナが一方の面に配置された第１の板状体と、誘電体で形成され、前記第１の板状体の前記一方の面の側に配置された第２の板状体とを備え、電磁波エネルギーの回収に使用される共振周波数可変アンテナの調整方法であって、
前記第２の板状体に代えて、誘電率又は厚さが前記第２の板状体と異なる第３の板状体を配置するステップを含む、共振周波数可変アンテナの調整方法。
【請求項１０】
誘電体で形成され、複数の同じ形状のアンテナが一方の面に配置された第１の板状体と、誘電体で形成され、前記第１の板状体の前記一方の面の側に配置された第２の板状体とを備え、電磁波エネルギーの回収に使用される共振周波数可変アンテナの調整方法であって、
前記第１の板状体の前記一方の面に対向する前記第２の板状体の一方の面、及び前記第１の板状体の前記一方の面の間隔を変化させるステップを含む、共振周波数可変アンテナの調整方法。
【請求項１１】
誘電体で形成され、ギャップを有する複数の同じ形状のループアンテナが一方の面に配置された平板状の第１の板状体と、前記第１の板状体の前記一方の面の側に配置され、誘電体で形成され、且つ、複数の前記ギャップの各々に対応する金属板を何れか一方の面に配置された平板状の第２の板状体とを備え、電磁波エネルギーの回収に使用される共振周波数可変アンテナの調整方法であって、
前記第１の板状体の前記一方の面に沿って前記第２の板状体を変位させるステップを含む、共振周波数可変アンテナの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波エネルギーを回収するためのアレイアンテナに関し、特に、アレイアンテナを構成する各アンテナの共振周波数を一度に調整することができる共振周波数可変アンテナ、それを備えた電磁波エネルギー回収装置、及び共振周波数可変アンテナの調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナの共振周波数を調整するための種々の方法が知られている。例えば、下記特許文献１及び２には、ループアンテナのループ中に可変容量コンデンサ（キャパシタ）を配置し、コンデンサの容量を変化させることで、共振周波数を調整し、所望の周波数の電波を送信又は受信できるようにする技術が開示されている。可変容量コンデンサとしては、バラクタダイオード等の、電圧の印加によって電気的に容量を制御するものが知られている。また、トリマコンデンサ等の、コンデンサの電極を機械的に移動（回転）させて、両電極の対向面積を変化させることによって容量を制御するものも知られている。
【０００３】
マイクロストリップアンテナに関して、例えば、下記特許文献３及び４には、印加電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を用いた誘電体層の第１面にアンテナ放射素子を設け、第２面に接地導体を設けることによって、共振周波数を調整できるアンテナが開示されている。アンテナ放射素子と接地導体との間に印加される電界の強度によって可変誘電率材料の誘電率が変化するため、アンテナ放射素子の電気長が変化し、共振周波数を調整することができる。
【０００４】
また、下記特許文献５には、放射素子を備えた誘電体板と、接地導体を備えた誘電体板との間の距離を変化させるための調整手段を有するアンテナが開示されている。両誘電体板間の距離を変化させると、放射素子と接地導体との間の容量が変化するので、アンテナの共振周波数を調整することができる。
【０００５】
このような共振周波数の調整が必要な分野として、広い周波数帯域で実施されている地上デジタル放送の電波を受信するための携帯端末（携帯電話又はスマートフォン等）用の受信アンテナが挙げられる。地上デジタル放送の搬送波周波数は日本の地域によって異なるので、携帯端末が使用される場所で、アンテナの共振周波数を調整することにより、その地域の放送を携帯端末で視聴することが可能になる。
【０００６】
近年、環境中に存在する放送又は通信の電波を電力として回収するための研究がなされている。このような電磁波エネルギー回収用のアンテナに関しても、効率的に電波を受信するためには、回収を実施する地域の電波環境に応じて、アンテナの共振周波数を調整することが必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７７６３６号公報
【特許文献２】特開２００９−８９１４８号公報
【特許文献３】特開２０１２−８５１４５号公報
【特許文献４】特開平５−９０８２７号公報
【特許文献５】特開平９−１６２６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電磁波エネルギーの回収において、環境中に存在する放送又は通信の電波は電力としては微弱であり、１つのアンテナだけでは十分な電力を回収することはできない。多くの電力を回収するためには、複数のアンテナをアレイ状に配列して、各アンテナ（コイル）によって回収される微小電力を合成する必要がある。その場合、各アンテナの受信周波数（共振周波数）を調整する必要があり、アンテナの数が多いと、調整作業が煩雑であり、調整に長時間を要する問題がある。
【０００９】
また、共振周波数の調整方法のうち、特許文献１〜４に開示されているような電気的な調整方法では、調整のために電力を消費することになり、電磁波エネルギー回収の趣旨に反することになる。回収した電力を調整のために使用することも考えられるが、目的とする電気回路（以下、単に回路という）への供給量が少なくなる問題がある。また、可変素子及び可変素子を制御するための回路がアンテナ毎に必要となるため、構造が複雑になりコスト高となる問題がある。このように、電気的な調整方法によっては、電磁波エネルギーの効率的な回収を実現できない問題がある。
【００１０】
一方、特許文献５に開示されているような機械的な調整方法であれば、調整時に電力を消費することがなく、回収した電力の全てを目的の回路へ供給することができる。しかし、アレイ状に配置された各アンテナについて、手動で共振周波数を調整する必要があるので、アンテナの数が多いと、調整に時間及び手間がかかりコスト高となる問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は、配列された複数のアンテナ（以下、複数のアンテナ全体をアレイアンテナともいう）の各共振周波数を、電力を消費することなく、一度に容易に調整することができる共振周波数可変アンテナ、それを備えた電磁波エネルギー回収装置、及び共振周波数可変アンテナの調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の局面に係る共振周波数可変アンテナは、電磁波エネルギーの回収に使用される共振周波数可変アンテナである。この共振周波数可変アンテナは、誘電体で形成され、複数の同じ形状のアンテナが一方の面に配置された第１の板状体と、誘電体で形成され、第１の板状体の一方の面の側に配置された第２の板状体と、第１の板状体の一方の面に対向する第２の板状体の一方の面、及び第１の板状体の一方の面の間隔が一定になるように、第１の板状体及び第２の板状体を保持する保持部とを備える。
【００１３】
第１の板状体及び第２の板状体の間隔を、板状体の場所によらずに一定に維持することにより、各コイルの共振周波数を同じ周波数に設定することができるので、共振周波数可変アンテナにより電磁波エネルギーを選択的且つ効率的に回収することが可能になる。
【００１４】
好ましくは、保持部は、間隔を変化させる第１の調整部を備える。
【００１５】
第１の板状体及び第２の板状体の間隔を調整することにより、各アンテナの共振周波数を、回収目標の電磁波の周波数に合わせることができる。したがって、共振周波数可変アンテナが設置される場所に応じて、電磁波エネルギーを効率的に回収することができる。
【００１６】
より好ましくは、アンテナは、ギャップを有するループアンテナであり、第２の板状体は、第２の板状体の一方の面又は他方の面における、複数のギャップの各々に対応する位置に金属板を有する。
【００１７】
ループアンテナのギャップの近傍に金属板を配置することにより、ループアンテナの共振周波数を変化させることができ、共振周波数可変アンテナにより電磁波エネルギーを効率的に回収することが可能になる。
【００１８】
さらに好ましくは、第１の板状体及び第２の板状体は平板状であり、保持部は、第１の板状体の一方の面に沿って変位させる第２の調整部を備える。
【００１９】
第１の板状体に対して第２の板状体を平行に変位させることにより、各ループアンテナのギャップと各金属板との相対位置を変化させることができ、これによって、各アンテナの共振周波数を、回収目標の電磁波の周波数に合わせることができる。したがって、共振周波数可変アンテナが設置される場所に応じて、電磁波エネルギーを効率的に回収することができる。
【００２０】
好ましくは、第１の板状体及び第２の板状体は、平板状であり、相互に密着して配置される。
【００２１】
これにより、各コイルの共振周波数が同じ周波数に設定された状態を安定に維持することができるので、共振周波数可変アンテナにより電磁波エネルギーを選択的且つ効率的に回収することが可能になる。
【００２２】
より好ましくは、第１の板状体及び第２の板状体はそれぞれ、１種類の単体又は混合物により一様に形成された、厚さが一定の平板である。
【００２３】
これにより、共振周波数可変アンテナを簡単な構成にすることができ、安定して電磁波エネルギーを回収することが可能になる。
【００２４】
さらに好ましくは、共振周波数可変アンテナは、第２の板状体に代替される、誘電率又は厚さが第２の板状体と異なる第３の板状体をさらに備える。
【００２５】
これにより、簡単に共振周波数の調整を行なうことができ、共振周波数可変アンテナの設定が容易になる。
【００２６】
本発明の第２の局面に係る電磁波エネルギー回収装置は、上記共振周波数可変アンテナと、複数のアンテナの各々に１対１に接続され、アンテナと電磁波との相互作用により生成された交流信号を整流して出力する整流部と、複数の整流部の出力信号を合成して出力する合成部とを備える。
【００２７】
これにより、電磁波エネルギーを選択的且つ効率的に回収することが可能になる。
【００２８】
本発明の第３の局面に係る共振周波数可変アンテナの調整方法は、誘電体で形成され、複数の同じ形状のアンテナが一方の面に配置された第１の板状体と、誘電体で形成され、第１の板状体の一方の面の側に配置された第２の板状体とを備え、電磁波エネルギーの回収に使用される共振周波数可変アンテナの調整方法である。この調整方法は、第２の板状体に代えて、誘電率又は厚さが第２の板状体と異なる第３の板状体を配置するステップを含む。
【００２９】
第１の板状体に対して所定の誘電率の板状体を配置することにより、簡単に共振周波数の調整を行なうことができ、共振周波数可変アンテナの設定が容易になる。
【００３０】
本発明の第４の局面に係る共振周波数可変アンテナの調整方法は、誘電体で形成され、複数の同じ形状のアンテナが一方の面に配置された第１の板状体と、誘電体で形成され、第１の板状体の一方の面の側に配置された第２の板状体とを備え、電磁波エネルギーの回収に使用される共振周波数可変アンテナの調整方法である。この調整方法は、第１の板状体の一方の面に対向する第２の板状体の一方の面、及び第１の板状体の一方の面と間隔を変化させるステップを含む。
【００３１】
第１の板状体及び第２の板状体の間隔を調整することにより、各アンテナの共振周波数を、回収目標の電磁波の周波数に合わせることができる。したがって、共振周波数可変アンテナが設置される場所に応じて、電磁波エネルギーを効率的に回収することができる。
【００３２】
本発明の第５の局面に係る共振周波数可変アンテナの調整方法は、誘電体で形成され、ギャップを有する複数の同じ形状のループアンテナが一方の面に配置された平板状の第１の板状体と、第１の板状体の一方の面の側に配置され、誘電体で形成され、且つ、複数のギャップの各々に対応する金属板を何れか一方の面に配置された平板状の第２の板状体とを備え、電磁波エネルギーの回収に使用される共振周波数可変アンテナの調整方法である。この調整方法は、第１の板状体の一方の面に沿って第２の板状体を変位させるステップを含む。
【００３３】
第１の板状体に対して第２の板状体を平行に変位させることにより、各ループアンテナのギャップと各金属板との相対位置を変化させることができ、これによって、各アンテナの共振周波数を、回収目標の電磁波の周波数に合わせることができる。したがって、共振周波数可変アンテナが設置される場所に応じて、電磁波エネルギーを効率的に回収することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、各アンテナの共振周波数を、電力を消費することなく、一度に容易に所定の値に調整可能な共振周波数可変アンテナを実現することができる。
【００３５】
この共振周波数可変アンテナを使用すれば、設置場所の電波環境に応じて電磁波エネルギーを選択的且つ効率的に回収することが可能な、電磁波エネルギー回収装置を実現することができる。この電磁波エネルギー回収装置は、設置場所での共振周波数の調整に時間及び手間がかからず、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁波エネルギー回収装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る共振周波数可変アンテナを示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る共振周波数可変アンテナの一部を示す断面図である。
【図４】図３に示した共振周波数可変アンテナにおける共振周波数の調整機構を示す斜視図である。
【図５】図４に示した調整機構によりアレイアンテナパネルに誘電体板が装着された状態を表す正面図である。
【図６】図４とは別の共振周波数の調整機構を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る共振周波数可変アンテナを示す斜視図である。
【図８】図７に示した共振周波数可変アンテナのアレイアンテナパネルの一部を示す正面図である。
【図９】図７に示した共振周波数可変アンテナの一部を示す断面図である。
【図１０】図７に示した共振周波数可変アンテナにおける共振周波数の調整機構を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示した調整機構によりアレイアンテナパネルに誘電体板が装着された状態を表す正面図である。
【図１２】図７とは別の共振周波数可変アンテナを示す正面図である。
【図１３】シミュレーションを行なったダイポールアンテナを示す平面図である。
【図１４】シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５】実験に使用した共振周波数可変アンテナを示す正面図及び側面図である。
【図１６】実験結果を示すグラフである。
【図１７】図１５とは共振周波数が異なる状態の共振周波数可変アンテナを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３８】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る電磁波エネルギー回収装置は、複数のアンテナ１００、複数の整流部１０２、合成部１０４、及び出力部１０６を備えている。複数のアンテナ１００は所定位置に配列されて、アレイアンテナを構成する。各整流部１０２は、各アンテナ１００の近傍に接続され、アンテナ１００と電磁波との相互作用によって発生する交流電圧を直流電圧に変換（整流）する。整流には公知技術を使用すればよく、整流部は公知回路により実現することができる。
【００３９】
合成部１０４は、整流部１０２から出力される直流電力（直流電圧又は直流電流）を合成する。複数の整流部１０２の相互接続は、直列接続であっても、並列接続であっても、さらには、直列接続と並列接続とを混在させた接続であってもよい。交流の場合（特に高周波である場合）には、配線パターンによる影響を受けるが、整流部１０２の出力は直流であるので、配線パターンの影響をほとんど受けず、任意の配線が可能である。
【００４０】
出力部１０６は、合成部１０４の出力電力を、目的の負荷１０８に応じた電圧又は電流に変換して負荷１０８に供給する。出力部１０６は、目的の負荷１０８に応じた電圧及び電流を供給するための回路であればよく、公知の電圧変換回路及び電流変換回路によって構成すればよい。出力部１０６は、コンデンサ又は２次電池等の蓄電装置を備えてもよい。
【００４１】
（共振周波数可変アンテナの第１の実施の形態）
以下、本発明の共振周波数可変アンテナに係る第１の実施の形態に関して、図２〜図６を参照して説明する。上記したように、共振周波数可変アンテナは複数のアンテナ１００により構成される。ここでは、アンテナ１００は、公知のダイポールアンテナであるとする。
【００４２】
図２及び図３を参照して、共振周波数可変アンテナは、アレイアンテナパネル１２０と、誘電体板２００とを備えている。アレイアンテナパネル１２０は、材質が一様な樹脂（即ち、誘電率が空間的に一様）により形成された基板１２２と、基板１２２の一方の表面にアレイ状に配置された、同じ形状の複数のダイポールアンテナ１２４とを備えている。リード部１２６は、ダイポールアンテナ１２４の給電点（受電点）に配置されている。各リード部１２６には各整流部１０２（図２において図示せず）が接続される。
【００４３】
誘電体板２００は、材質が一様な樹脂により形成されている。誘電体板２００は、基板１２２の両面のうちダイポールアンテナ１２４が配置された面の側に、基板１２２と平行に、基板１２２から所定の間隔ｄをあけて配置（ｄ＝０の場合を含む）されている。
【００４４】
便宜上、図２及図３には、直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸（以下、これら３軸を直交軸ともいう）を表示している。Ｚ軸は基板１２２の面に垂直であり、誘電体板２００から基板１２２に向かう方向がＺ軸の正方向である。Ｘ軸及びＹ軸は、Ｚ軸に直交し、基板１２２の面に平行に設定されている。
【００４５】
基板１２２には、例えば公知のプリント配線基板用の板（ガラスエポキシ板、ガラスコンポジット板、紙エポキシ板、又は紙フェノール板等）を使用することができる。その場合、ダイポールアンテナ１２４は、エッチング等により、銅等の金属箔として基板１２２上に形成することができる。
【００４６】
誘電体板２００がダイポールアンテナ１２４の近くに配置されていない場合、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数は、主に基板１２２の誘電率及び厚さと、ダイポールアンテナ１２４の長さとで決まる。誘電体板２００をアレイアンテナパネル１２０に近づけると（密着させてもよい）、誘電体板２００の誘電率の影響でダイポールアンテナ１２４の波長短縮効果が変化することにより、ダイポールアンテナ１２４の電気長が長くなる。このため、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を下げることができる。波長短縮効果は誘電体板２００の誘電率によって変わるため、異なる誘電率の複数の誘電体板を用意しておき、適切な誘電体板を選択することで、所望の共振周波数に調整することができる。誘電体板の誘電率が大きいほど、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を、より一層低減することができる。
【００４７】
図４及び図５を参照して、アレイアンテナパネル１２０に誘電体板を装着する機構、及び、共振周波数可変アンテナの共振周波数の調整方法に関して説明する。図４には、図２及び図３に示したのと同じ直交軸を表示している。アレイアンテナパネル１２０に誘電体板を装着する機構は、支柱部４００、スペーサ４０２、及び固定部４０４をそれぞれ同数（図４では４つ）備えている。
【００４８】
支柱部４００の一方の端部は、支柱部４００の中心軸がアレイアンテナパネル１２０の表面に垂直になるように、アレイアンテナパネル１２０の表面に固定されている。支柱部４００は、外周表面に所定ピッチの螺旋の溝（図示せず）が形成され、ボルトとして機能する。支柱部４００をアレイアンテナパネル１２０の表面に固定する方法には、接着剤、又はアレイアンテナパネル１２０の背面からのネジ固定等を使用することができる。スペーサ４０２は、支柱部４００が貫通可能な穴を有する、所定の長さの柱体（長さが外径よりも小さい板状体を含む）である。固定部４０４は、穴の内壁に、支柱部４００に形成された螺旋の溝に対応する螺旋の溝が形成されており、ボルトとして機能する支柱部４００に対してナットとして機能する。
【００４９】
支柱部４００、スペーサ４０２、及び固定部４０４は、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を変化させない程度の大きさであり、且つ、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を変化させない程度にダイポールアンテナ１２４から離隔して配置されていれば、金属で形成されていても、樹脂で形成されていてもよい。
【００５０】
このように構成された機構により、支柱部４００が貫通可能な穴２２２が形成されている誘電体板２２０を、アレイアンテナパネル１２０に対して固定することができる。先ず、支柱部４００の各々に同じ長さのスペーサ４０２を装着する。次に、支柱部４００が誘電体板２２０の穴２２２を関通するように、誘電体板２２０を装着する。最後に、固定部４０４を支柱部４００に装着して、ネジ固定する。これによって、図５に示したように、誘電体板２２０は、アレイアンテナパネル１２０に対して、スペーサの長さに対応する所定距離だけ離隔して固定される。
【００５１】
これによって、アレイアンテナパネル１２０上の複数のダイポールアンテナ１２４の共振周波数を、一括して一度に所定の値に設定することができる。そして、異なる高さのスペーサを使用することによって、誘電体板２２０とアレイアンテナパネル１２０との距離を変更することができるので、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を変化させることができる（後述のシミュレーション結果を参照）。よって、アレイアンテナパネル１２０上の複数のダイポールアンテナ１２４の共振周波数の調整に要する作業量及び時間を、アンテナ毎に調整する場合に比べて、著しく低減することができる。
【００５２】
誘電体板２２０が１種類であっても、高さの異なる複数種類のスペーサを予め用意しておけば、設置場所の電波環境に応じて、回収可能な電波の周波数に、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を合わせることが可能である。高さがより低いスペーサを使用することにより、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数をより低くすることができる。スペーサを使用しなければ、誘電体板２２０をアレイアンテナパネル１２０に密着させて固定することができ、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を最も低くすることができる。したがって、近傍に誘電体板２００がない状態で、アレイアンテナパネル１２０の各ダイポールアンテナ１２４の共振周波数が比較的高くなるように設計しておけば、設置場所の電波環境に応じて、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を低く調整することができ、設置場所での電磁波エネルギー回収を効率的に行なうことができる。
【００５３】
誘電率の異なる複数種類の誘電体板を予め用意しておき、アレイアンテナパネル１２０に装着する誘電体板を適宜変更することにより、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を調整してもよい。
【００５４】
また、厚さの異なる複数の誘電体板を予め用意しておき、アレイアンテナパネル１２０に装着する誘電体板を適宜変更することにより、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を調整してもよい。厚さを大きくすると、より共振周波数を下げることができる。
【００５５】
また、複数の誘電体板を重ねてアレイアンテナパネル１２０に装着して、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を調整してもよい。
【００５６】
また、誘電率の異なる複数種類の誘電体板、及び厚さの異なる複数の誘電体板を予め用意しておき、アレイアンテナパネル１２０に装着する、１枚又は複数枚の誘電体板を適宜変更することにより、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を調整してもよい。
【００５７】
このように、高さの異なる複数種類のスペーサ、誘電率の異なる複数種類の誘電体板、及び厚さの異なる複数の誘電体板を用意しておき、適宜１枚又は複数枚の誘電体板とスペーサとを選択することにより、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を、精度よく目的の値に調整することができる。
【００５８】
アレイアンテナパネル１２０と誘電体板とを所定の間隔をあけて配置するための機構は、図４に示した機構に限定されず、任意の機構を用いることができる。例えば、図６に示すような機構であってもよい。支持部４２０は、基部４２２、第１側部４２４、及び第２側部２４６を備えている。第１側部４２４及び第２側部４２６の対向する面には、それぞれ複数の所定幅のスリット４２８及び４３０が形成されている。対応するスリットの隣接間隔ｄ１及びｄ２は等しい。
【００５９】
支持部４２０のスリットには、図６に示したように、アレイアンテナパネル１２０及び誘電体板２００を装着することができる。スリット４２８及び４３０の幅は、アレイアンテナパネル１２０又は誘電体板２００を少ない遊びで保持できるように、アレイアンテナパネル１２０及び誘電体板２００の厚さにほぼ等しいことが好ましい。支持部４２０は、上記のように構成されているので、装着されたアレイアンテナパネル１２０及び誘電体板２００を、所定の間隔をあけて平行に保持することができる。アレイアンテナパネル１２０及び誘電体板２００をそれぞれ装着するスリットを適宜変更することによって、アレイアンテナパネル１２０及び誘電体板２００の間隔を調整することができるので、アレイアンテナパネル１２０上の各ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を、一括して一度に調整することができる。
【００６０】
対応するスリットの隣接間隔ｄ１及びｄ２に関しては、上記したようにｄ１＝ｄ２であることが好ましいが、第１側部４２４に形成されたスリットの隣接間隔ｄ１（即ち、第２側部４２６に形成されたスリットの隣接間隔ｄ２）は一定でなくてもよい。例えば、アレイアンテナパネル１２０及び誘電体板２００の厚さが同じである場合、複数のスリット４２８の中から、アレイアンテナパネル１２０及び誘電体板２００を装着するスリットを適宜選択することにより、アレイアンテナパネル１２０及び誘電体板２００の間隔を、ｄ１の最小値からアレイアンテナパネル１２０の板厚ｔを減算した値から、ほぼ連続的に増大するように、複数の隣接間隔ｄ１を設計することができる。
【００６１】
支持部４２０を構成する基部４２２、第１側部４２４、第２側部４２６は、ダイポールアンテナ１２４の共振周波数を変化させなければ、金属で形成されていても、樹脂で形成されていてもよい。
【００６２】
（共振周波数可変アンテナの第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態に係る共振周波数可変アンテナに関して、図７〜図１０を参照して説明する。こでは、本実施の形態の共振周波数可変アンテナを構成する複数のアンテナ１００は、ループアンテナであるとする。
【００６３】
図７〜図９を参照して、共振周波数可変アンテナは、アレイアンテナパネル１４０と、板状の誘電体板２４０とを備えている。アレイアンテナパネル１４０は、材質が一様な樹脂により形成された基板１４２と、基板１４２の一方の面にアレイ状に配置された、同じ形状の複数のループアンテナ１４４とを備えている。図８に示すように、リード部１４６は、ループアンテナ１４４の給電点（受電点）に配置されている。各リード部１４６には各整流部１０２（図７及び図８において図示せず）が接続される。ループアンテナ１４４には、中心０を挟んで給電点に対向する位置に、ギャップ部１４８が形成されている。
【００６４】
誘電体板２４０は、材質が一様な樹脂により形成され、基板１４２の両面のうちループアンテナ１４４が配置された面に密着させて配置される。図７では便宜上、基板１４２と誘電体板２４０とを離隔させて示している。誘電体板２４０の両面のうち、基板１４２に密着していない面には、各ギャップ部１４８に対応させて矩形の金属板２４２が配置されている。即ち、基板１４２上における複数のギャップ部１４８の相対的位置関係は、誘電体板２４０上における複数の金属板２４２の相対的位置関係と同じになっている。
【００６５】
なお、図７〜図９に表示された直交軸は、基板１４２に対して、図２と同様に設定されており、図９は、ギャップ部１４８における断面図である。
【００６６】
基板１４２には、例えば公知のプリント配線基板用の板を使用することができる。その場合、ループアンテナ１４４は、エッチング等により、銅等の金属箔として基板１４２上に形成することができる。同様に、金属板２４２も、銅等の金属箔として誘電体板２４０上に形成することができる。誘電体板２４０にも、プリント配線基板用の板を用いてもよいが、通常、回路を形成するためのプリント基板は比誘電率が比較的小さいので、より誘電率の大きい樹脂等の板を使用することが好ましい。
【００６７】
誘電体板２４０がループアンテナ１４４の近くに配置されていない場合、ループアンテナ１４４の共振周波数は、主に基板１４２の誘電率及び厚さと、ループアンテナ１４４の長さ（円周長）と、ギャップ部１４８のコンデンサ容量で決まる。誘電体板２４０をアレイアンテナパネル１４０に密着させると、誘電体板２４０の誘電率の影響で、ループアンテナ１４４のギャップ部１４８に形成されるコンデンサ容量が変化するとともに、波長短縮効果によりループアンテナ１４４の電気長が変化し、共振周波数を変化させることができる。即ち、ループアンテナ１４４の共振周波数を下げることができる。
【００６８】
さらに、ループアンテナ１４４のギャップ部１４８の近傍に金属板２４２を配置することによっても、ループアンテナ１４４の共振周波数を下げることができる。誘電体板２４０をアレイアンテナパネル１４０に密着させた状態で、誘電体板２４０の位置をずらせて、金属板２４２をループアンテナ１４４のギャップ部１４８に近づけるほど、ループアンテナ１４４の共振周波数は下がる（後述の実験結果参照）。
【００６９】
図１０を参照して、アレイアンテナパネル１４０に誘電体板を装着する機構、及び、共振周波数可変アンテナの共振周波数の調整方法に関して説明する。図１０には、図７〜図９に示したのと同じ直交軸を表示している。アレイアンテナパネル１４０に誘電体板を装着する機構は、図４と同様に、支柱部４００及び固定部４０４をそれぞれ同数（図１０では４つ）備えている。ここでは、アレイアンテナパネル１４０と誘電体板とを密着させるので、図４に示したスペーサ４０２は使用しない。
【００７０】
支柱部４００をアレイアンテナパネル１４０の表面に固定する方法、支柱部４００及び固定部４０４の機能、並びに、支柱部４００及び固定部４０４によって誘電体板２６０をアレイアンテナパネル１４０に装着する方法等は、第１の実施の形態と同様である。但し、図４の誘電体板２２０には円形の穴２２２が形成されていたが、誘電体板２６０には、支柱部４００が貫通可能な長穴２６２が形成されている点が、第１の実施の形態と異なる。
【００７１】
誘電体板２６０がアレイアンテナパネル１４０に装着された状態を図１１に示す。長穴２６２により、アレイアンテナパネル１４０と誘電体板２６０との相対位置をＹ軸方向に変化させることができる。したがって、ギャップ部１４８と金属板２４２とのＹ軸方向の相対位置を変化させることができ、上記したようにループアンテナ１４４の共振周波数を調整することができる。図１１は、金属板２４２がギャップ部１４８に対して、少し上（Ｙ軸の負方向）にずれた状態を示す。金属板２４２をギャップ部１４８に対して適切な位置に配置し、固定部４０４を締付けることにより、アレイアンテナパネル１４０に誘電体板２６０を固定し、共振周波数を特定の値に固定することができる。
【００７２】
上記では、アレイアンテナパネル１４０と誘電体板２６０とを密着させる場合を説明したが、これに限定されない。第１の実施の形態に関して説明したように、スペーサ４０２を用いて、アレイアンテナパネル１４０と誘電体板２６０とを所定の間隔をあけて配置してもよい。例えば、高さの異なる複数種類のスペーサを予め用意しておき、アレイアンテナパネル１４０と誘電体板２６０との間隔を調整し、さらに、金属板２４２とギャップ部１４８との面内方向（Ｙ軸方向）の相対位置を調整することにより、各ループアンテナ１４４の共振周波数を調整して、目的とする値により精度よく合わせることができる。
【００７３】
また、第１の実施の形態に関して説明したダイポールアンテナ１２４の共振周波数の調整方法は、ループアンテナ１４４に関しても同様に用いることができる。例えば、誘電率の異なる複数種類の誘電体板、及び、厚さの異なる複数の誘電体板を用意して、１枚又は複数枚の誘電体板を使用してループアンテナ１４４の共振周波数を調整してもよい。なお、この場合、金属板を備えた誘電体板は１枚あればよく、他の誘電体板は金属板が配置されている必要はない。
【００７４】
上記では、１つのループアンテナ１４４の共振周波数の調整に１つの金属板２４２を使用する場合説明したが、これに限定されない。１つのループアンテナ１４４の共振周波数の調整に、例えば図１２に示すように、複数の金属板を使用してもよい。図１２では、ループアンテナ１４４のギャップ部に対応する、誘電体板２８０上の金属板配置領域２８２には、長さの異なる３つの金属板２８４、２８６、及び２８８が配置されている。この場合にも、Ｙ軸方向に誘電体板２８０を移動させることによって、ループアンテナの共振周波数を変化させることができる。長さの異なる複数の金属板を配置することによって、ギャップ部の近傍に位置させる金属板の長さを変更することにより、ループアンテナの共振周波数を変化させることができる。したがって、共振周波数を調整するためのパラメータが増えるので、共振周波数をより精度よく目的の周波数に合わせることが可能になる。
【００７５】
上記では、誘電体板２４０の金属板２４２が配置されていない面と、アレイアンテナパネル１４０のループアンテナ１４４が配置された面とが対向する場合を説明したが、これに限定されない。誘電体板２４０の金属板２４２が配置された面と、アレイアンテナパネル１４０のループアンテナ１４４が配置された面とが対向するように配置されて、共振周波数可変アンテナが形成されてもよい。その場合にも、上記と同様に、アレイアンテナパネル１４０及び誘電体板２４０の相対位置を面に沿って変化させること、アレイアンテナパネル１４０及び誘電体板２４０の間隔を変化させること等により、ループアンテナ１４４の共振周波数を変化させることができる。
【００７６】
上記では、アレイアンテナパネルに円形のループアンテナを配置する場合を説明したが、これに限定されない。アンテナを形成する電気導体が、給電部以外の所定位置（定常波を形成可能な位置）にギャップを有し、電気導体の全体的形状が環状であればよく、円形以外のループアンテナであってもよい。例えば、矩形又は矩形に近い形状のループアンテナを使用してもよい。また、１周のループアンテナ以外に、ＲＦＩＤチップに使用されるアンテナのように複数周のループアンテナを使用してもよい。
【００７７】
上記では、複数のアンテナ（ダイポールアンテナ又はループアンテナ）が、同じ方向を向くように格子状に配列される場合を説明したが、これに限定されない。アンテナの向き及びアンテナ相互の配置は、各アンテナの共振周波数が影響を受けず、リード部に整流部１０２を接続することができ、整流部１０２から合成部１０４に直流電圧（直流電流）を伝送する配線を適切に配置することができる配置であればよい。例えば、図２又は図７において、偶数番目の列（Ｙ軸方向）のアンテナの位置を、奇数番目の列のアンテナに対して、列方向に隣接するアンテナの間隔の１／２だけずらして配列してもよい。また、図２又は図７において、偶数番目の行（Ｘ軸方向）のアンテナの位置を、奇数番目の行のアンテナに対して、行方向に隣接するアンテナの間隔の１／２だけずらして配列してもよい。また、図２において、一部のアンテナを、列方向に反転させて配置してもよい。また、図７において、一部のアンテナを、行方向に反転させて配置してもよい。
【００７８】
上記では、アレイアンテナパネルを構成するアンテナが、ダイポールアンテナ又はループアンテナである場合を説明したが、これに限定されない。即ち、アレイアンテナパネルは、同じ共振周波数を有する、同じ形状のアンテナにより構成されていればよい。
【００７９】
上記では、誘電体板が、穴等が形成されていない一様な平板である場合について説明したが、これに限定されない。軽量化するために、アンテナに重ならない部分に穴をあけた誘電体板、又は、アンテナに重ならない部分の厚さを薄くした誘電体板等であってもよい。基板についても、同様である。一般に、波長短縮効果の大きさは、アンテナを形成する金属の近傍の電界が集中する付近に存在する誘電体に依存する。このため、アンテナを形成する金属からある程度離れた部分（十分離れた部分であることが好ましい）の誘電体板の一部に穴をあけても、波長短縮効果にはあまり影響がなく、共振周波数の調整機能を保つことができる。これによって、誘電体板の軽量化、及び材料の節約が可能となる。
【００８０】
上記では、誘電体板及び基板が平板である場合を説明したがこれに限定されない。誘電体板及び基板を密着させることができる形状であればよく、例えば、誘電体板及び基板の接する面が、単一の曲率の面、又は複数の曲率の面で構成された面等であってもよい。そのような形状であっても、誘電体板及び基板の間隔を調整することにより、各アンテナの共振周波数を同じ値に設定することができる。
【００８１】
上記では、誘電体板が１種類の単体又は混合物で一様に形成される場合を説明したが、これに限定されない。誘電体板は、液体又はゾル状物質を外形が板状の容器に収容した構造体であってもよい。また、誘電体板は、ゲル状物質を２枚のフィルム等で挟んだ構造体等であってもよい。
【００８２】
なお、共振周波数可変アンテナの設置場所及び設置方法は任意であり、共振周波数可変アンテナを単独で設置することができる。また、例えば、建築物の壁面（外壁面、屋根、室内の壁面、又は天井等）に設置してもよい。共振周波数可変アンテナを、壁面内に埋込んでもよい。共振周波数可変アンテナを、壁面を形成するためのパネルと一体に形成してもよい。
【００８３】
以下に、シミュレーション結果及び実験結果を示し、本発明の有効性を示す。
【実施例１】
【００８４】
ダイポールアンテナの共振周波数に関して、数値計算によるシミュレーションを行なった。図１３に示すように、２つの金属板１８０及び１８２からなるダイポールアンテナが基板の表面に配置され、その基板に平行に誘電体板が配置された状態（誘電体板は、ダイポールアンテナが配置された面の側に配置される）を仮定して、入力信号の周波数を所定範囲で変化させて、給電部（金属板１８０及び１８２が相互に近接する部分）における反射率（ｄＢ）を計算した。反射率｜Ｓ１１｜は、入射信号強度で反射信号強度を除して得られる値である。｜Ｓ１１｜が小さいほど、給電部に入射した信号が反射されずに通過することになる。これは、アンテナを受信に使用する場合も同じである。
【００８５】
ダイポールアンテナは、金属板１８０及び１８２の幅ｗが１０ｍｍ、間隔ｇが１０ｍｍ、全体長Ｌが２３０．７ｍｍであるとした。基板は、比誘電率３．５、１辺の長さ３００ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍの正方形の平板であるとした。誘電体板は、比誘電率９．８、１辺の長さ３００ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍの正方形の平板であるとした。
【００８６】
基板単独（誘電体板なし）の場合、及び、基板と誘電体板との間隔（対向する２つの面間の距離）を０〜１０ｍｍの範囲で、２ｍｍ間隔で変化させた場合において、０．３〜０．７ＧＨｚの周波数範囲で、反射率｜Ｓ１１｜を計算した。その結果を図１４に示す。何れの場合においても、反射率｜Ｓ１１｜は、ある周波数で極小値をとるように変化する。反射率｜Ｓ１１｜が極小値になるときの周波数が共振周波数である。
【００８７】
表１に、基板と誘電体板との間隔に対応させて、グラフから得られた共振周波数を示す。
【００８８】
【表１】
2014187493.tif 000003
表１から分かるように、ダイポールアンテナの共振周波数は、近くに誘電体板がない状態が最も高く、誘電体板を基板（ダイポールアンテナ）に近づけるにしたがって単調に低下し、誘電体板と基板とが密着した状態において最も低くなることが分かる。
【００８９】
したがって、アレイアンテナを構成する、ダイポールアンテナ、基板、及び誘電体板を用いて、予めシミュレーション又は実験により、基板及び誘電体板との間隔に対応する共振周波数を取得しておけば、アレイアンテナを設置する場所で、共振周波数を所望の値に容易に設定することができる。
【００９０】
なお、アレイアンテナの設置場所によってアレイアンテナの周囲環境が異なるので、このような調整方法では、十分でない場合がある。その場合には、目的の共振周波数に粗く調整した後、さらに、アンテナの受信信号強度をモニターしながら、基板と誘電体板との間隔を微調整すれば、最も効率的に電波エネルギーを回収できるように、アレイアンテナを調整することができる。
【実施例２】
【００９１】
ループアンテナの共振周波数に関して実験を行なった。図１５に示すように、銅箔のループアンテナ１６２を表面に配置した基板１６０と、銅箔片３０２を表面に配置した誘電体板３００とを密着させて、ループアンテナ１６２に接続した端子１７０及び１７２を介して、信号の反射率を測定した。
【００９２】
ループアンテナは、幅ｗが１０ｍｍ、幅の中央を通る円の半径ｒが９７ｍｍ、ギャップ長ｇが５ｍｍである。銅箔片３０２は、長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍである。基板１６０及び誘電体板３００は何れも、比誘電率３．５、厚さ０．７５ｍｍである。
【００９３】
ループアンテナ１６２を配置した基板１６０単独（誘電体板３００なし）の場合、及び、基板１６０と誘電体板３００との相対位置を変化させた場合において、端子１７０及び１７２を介して高周波信号を入力し、その反射信号を測定して反射率を求めた。入力信号の周波数は、０．３〜０．９ＧＨｚの範囲で変化させた。
【００９４】
測定結果の反射率｜Ｓ１１｜を図１６に示す。破線のグラフが実測結果である。実線のグラフは、実験条件と同じ条件で数値計算によって得られたシミュレーション結果である。
【００９５】
図１６の右端の破線のグラフは、ループアンテナ１６２を配置した基板１６０単独（誘電体板３００なし）の場合に得られた結果である。左端の破線のグラフは、図１５のように、銅箔片３０２が、ループアンテナ１６２のギャップ部に最も近く位置した状態で得られた結果である。中央の破線のグラフは、図１７に示すように、銅箔片３０２の下端が、ギャップ部の上端に位置した状態で得られた結果である。
【００９６】
図１６から、何れの場合においても、反射率｜Ｓ１１｜は、ある周波数で極小値をとるように変化することが分かる。そして、反射率｜Ｓ１１｜が極小値になるときの周波数である共振周波数は、近くに誘電体板がない状態が最も高く、誘電体板を基板（ループアンテナ）に密着させると低下し、その状態で銅箔片３０２をギャップ部に近づけるとさらに低くなることが分かる。即ち、図１７の状態から、ギャップ部と銅箔片とが重なる部分の面積が大きくなるように、銅箔片３０２を移動させると、ループアンテナ１６２の共振周波数は単調に減少し、図１５の状態において最小となる。
【００９７】
なお、図１６に示したように、実験結果によって得られる共振周波数は、シミュレーションによってほぼ再現可能である。
【００９８】
以上のように、ループアンテナによってアレイアンテナを構成する場合にも、ループアンテナ、基板、誘電体板、及び金属板を用いて、予め実験又はシミュレーションにより、金属板とギャップ部との相対位置に応じた共振周波数を取得しておけば、アレイアンテナを設置する場所で、共振周波数を所望の値に容易に設定することができる。
【００９９】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。
【符号の説明】
【０１００】
１００    アンテナ
１０２    整流部
１０４    合成部
１０６    出力部
１０８    負荷
１２０、１４０    アレイアンテナパネル
１２２、１４２、１６０    基板
１２４    ダイポールアンテナ
１２６、１４６    リード部
１４４、１６２    ループアンテナ
１４８    ギャップ部
１７０、１７２    端子
１８０、１８２    金属板
２００、２２０、２４０、２６０、２８０、３００    誘電体板
２２２    穴
２４２、２８４、２８６、２８８    金属板
２６２    長穴
２８２    金属板配置領域
３０２    銅箔片
４００    支柱部
４０２    スペーサ
４０４    固定部
４２０    支持部
４２２    基部
４２４    第１側部
４２６    第２側部
４２８、４３０    スリット
【図１】
2014187493.tif 000004
【図２】
2014187493.tif 000005
【図３】
2014187493.tif 000006
【図４】
2014187493.tif 000007
【図５】
2014187493.tif 000008
【図６】
2014187493.tif 000009
【図７】
2014187493.tif 000010
【図８】
2014187493.tif 000011
【図９】
2014187493.tif 000012
【図１０】
2014187493.tif 000013
【図１１】
2014187493.tif 000014
【図１２】
2014187493.tif 000015
【図１３】
2014187493.tif 000016
【図１４】
2014187493.tif 000017
【図１５】
2014187493.tif 000018
【図１６】
2014187493.tif 000019
【図１７】
2014187493.tif 000020