(57)【要約】【課題】平面コイルアンテナの占有面積を増加させずにＱ値を向上する。【解決手段】アンテナ装置の有する平面コイルアンテナ１０を構成する配線の表面に、当該配線の長手方向Ｘに沿って筋状に延在する突起３又は溝による筋が形成されている。これにより、平面コイルアンテナの占有面積を増加させずに、配線の表面積を増加させることができ、配線の表面積の増加に伴って交流電流の表皮効果により配線の抵抗値が低減され、Ｑ値の向上効果が得られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面コイルアンテナを有するアンテナ装置であって、
前記平面コイルアンテナを構成する配線の表面に、当該配線の長手方向に沿って筋状に延在する突起又は溝による筋が形成されたアンテナ装置。
【請求項２】
前記筋が前記平面コイルアンテナの内端から外端まで連続して形成された請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記配線は、その長手方向について、同長手方向に垂直な断面が形状の変化無く連続して形成されている請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記配線の表面は、前記長手方向に垂直な方向に沿って矩形波状に変化して前記筋を形成しており、前記筋は、突起の本数が２本以上である請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記長手方向の軸回りに前記配線の表面を一周した周長は、前記配線と等断面積かつ等配線幅の長方形断面の基準配線に対して１０％以上長い請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記長手方向の軸回りに前記配線の表面を一周した周長は、前記配線と等断面積かつ等配線幅の長方形断面の基準配線に対して４０％以上長い請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記筋は、突起の本数が２本以上で、突起間の距離に形成される凹部の幅が、０．０４ｍｍ以上であり、伝送波の周波数が１００ＭＨｚ以上とされた請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記筋は、突起の本数が２本以上で、突起間の距離に形成される凹部の幅が、０．０１ｍｍ以上であり、伝送波の周波数が１００ＭＨｚ以上とされた請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記筋は、突起の本数が２本以上で、突起間の距離に形成される凹部の幅が、０．０１５ｍｍ以上であり、伝送波の周波数が１０ＭＨｚ以上とされた請求項６に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１にも記載されるように印刷配線板の絶縁基板上に渦巻き状に印刷形成された平面コイルアンテナが利用されている。
平面コイルアンテナは、印刷技術により軽薄に製作可能であるため、無線給電（ワイヤレス電力伝送）への応用が期待される。無線給電に用いるアンテナには、高いＱ値が要求されるので、高Ｑ値化が開発の課題となっている。
Ｑ値は、Ｑ＝（２πｆＬ)／Ｒで定義され、インダクタンス値Ｌと抵抗値Ｒの割合で決まり、インダクタンス値Ｌが大きく抵抗値Ｒが小さいほど、Ｑ値が大きくなる。
平面上に渦巻き状に巻いた平面コイルは、電線を螺旋状に巻いた螺旋コイルよりもインダクタンス値Ｌが高いためにインダクタンス値ＬによりＱ値を稼ぐ上では螺旋コイルよりも優位に働く反面、抵抗値Ｒが螺旋コイルよりも高いために抵抗値ＲによりＱ値を稼ぐ上では螺旋コイルよりも不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２８３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、コイルのインダクタンス値Ｌを増加させるためには、コイルの配線長さを長くするか、巻径を大きくする。平面コイルアンテナにこれを適用すると、平面コイルアンテナの占有面積が大きくなってしまう。
また、コイル配線の幅を広げたり、厚さを増したりすると抵抗値Ｒは低減するが、同時にインダクタンス値Ｌも減少してしまい、Ｑ値は向上しない。
【０００５】
本発明は以上の従来の課題に鑑みて案出されたものであり、平面コイルアンテナの占有面積を増加させずにＱ値を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、平面コイルアンテナを有するアンテナ装置であって、前記平面コイルアンテナを構成する配線の表面に、当該配線の長手方向に沿って筋状に延在する突起又は溝による筋が形成されたアンテナ装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、平面コイルアンテナの占有面積を増加させずに、配線の表面積を増加させることができ、配線の表面積の増加に伴って交流電流の表皮効果により配線の抵抗値が低減され、Ｑ値の向上効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】比較例（Ｐ）に係る平面コイルアンテナの斜視図(a)、配線端部の拡大図(b)及び配線の断面図(c)である。
【図２】本発明例（Ａ）に係る平面コイルアンテナの斜視図(a)、配線端部の拡大図(b)及び配線の断面図(c)である。
【図３】本発明例（Ｂ１）に係る平面コイルアンテナの斜視図(a)、配線端部の拡大図(b)及び配線の断面図(c)である。
【図４】本発明例（Ｂ１−３，Ｃ１−３）に係る配線の断面図の一覧である。
【図５】比較例（Ｐ）及び本発明例（Ａ，Ｂ１−３，Ｃ１−３）について、抵抗値Ｒ，インダクタンス値Ｌ及びＱ値のシミュレーション結果を記載した表である。
【図６】図５の抵抗値Ｒに基づくグラフである。
【図７】図５のインダクタンス値Ｌに基づくグラフである。
【図８】図５のＱ値に基づくグラフである。
【図９】比較例（Ｐ）及び本発明例（Ａ，Ｂ１−３，Ｃ１−３）について共通の平面コイルアンテナの直線部の長さを示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１０】
本実施形態のアンテナ装置は、図２、図３等に示すように印刷配線板の絶縁基板上に渦巻き状に印刷形成された平面コイルアンテナ１０を有する。
図２(a)及び図３(a)に示すように、平面コイルアンテナ１０のコイル部１を構成する配線は、内端１ａからコーナーで９０度方向を変えつつ外側に広がるように渦巻き状に引き回され外端１ｂに至る。外端１ｂから引出配線２が引き出される。絶縁基板は図面中で配線の下側であり不図示とする。内端１ａからの引出配線（不図示）は下層（絶縁基板の内部又は裏面）に配される。
【００１１】
図１(a)、図２(a)、図３(a)に示す配線端部Ｓの拡大図をそれぞれ図１(b)、図２(b)、図３(b)に、配線の長手方向Ｘに垂直な断面図をそれぞれ図１(c)、図２(c)、図３(c)に示した。
図２(b)及び図３(b)に示すようにコイル部１及び引出配線２の構成部を含めて全体的に配線の表面のうち上面に、当該配線の長手方向Ｘに沿って筋状に延在する突起３による筋（ストライプ）が形成されている。図２(b)では、突起３による筋が１本である。図３(b) では、突起３による筋が１０本である。なお、突起による筋が複数本であるときは、突起と突起の間に溝による筋が形成されていることを意味する。溝による筋が複数本であるときは、溝と溝の間に突起による筋が形成されていることを意味する。
突起３による筋は、コイル部１の内端１ａから外端１ｂまで連続して形成され、さらに引出配線２まで連続して形成されている。
配線は、その長手方向Ｘについて、同長手方向Ｘに垂直な断面が形状の変化無く連続して形成されている。すなわち、図２に示す構成では図２(c)に示す定形断面が長手方向Ｘに連続し、図３に示す構成では図３(c)に示す定形断面が長手方向Ｘに連続する。
配線の表面は、長手方向Ｘに垂直な方向Ｙに沿って矩形波状に変化して筋を形成している。但し、適用する印刷技術の形成精度の影響を受ける。
【００１２】
ここで、比較例Ｐと本発明例Ａ，Ｂ１−３，Ｃ１−３につき説明する。比較例Ｐ及び本発明例Ａ，Ｂ１−３，Ｃ１−３は、上記実施形態の記載に従う。但し、図１に示すように比較例Ｐの配線は上記筋が無いフラットな表面を有する。比較例Ｐ及び本発明例Ａ，Ｂ１−３，Ｃ１−３は、配線の断面積、配線幅及び配線長が共通である。配線幅は０．３ｍｍとした。
また、本発明例Ａは、突起による筋が１本であり断面の形状、寸法は図２(c)に示す通りであり、突起の幅は０．１ｍｍである。
本発明例Ｂ１−３は、突起による筋が１０本であり断面の形状、寸法は図４中に示す通りであり、本発明例Ｂ１の突起の幅は０．０１ｍｍ、本発明例Ｂ２の突起の幅は０．０１５ｍｍ、本発明例Ｂ３の突起の幅は０．０２ｍｍである。
本発明例Ｃ１−３は、突起による筋が４本であり断面の形状、寸法は図４中に示す通りであり、本発明例Ｃ１の突起の幅は０．０３ｍｍ、本発明例Ｃ２の突起の幅は０．０４ｍｍ、本発明例Ｃ３の突起の幅は０．０５ｍｍである。
その他、突起の高さ、突起を除くベース部の厚み、突起間の寸法、最外側の突起から縁までの寸法も図中に示す通りである。
【００１３】
本発明例は、平面コイルアンテナの占有面積を増加させずにＱ値を向上させること目的に、従来例の代表である比較例Ｐに対して突起による筋を設けている。
上述したように、Ｑ値は、Ｑ＝（２πｆＬ)／Ｒで定義され、インダクタンス値Ｌと抵抗値Ｒの割合で決まり、インダクタンス値Ｌが大きく抵抗値Ｒが小さいほど、Ｑ値が大きくなる。
抵抗値Ｒは、配線の断面積が支配要因だが、周波数が高くなるに従って、表皮効果の影響が出てくる。表皮効果とは、周波数毎に金属の表面から表皮深さの部分のみに電流が流れる性質で、配線の断面積が同じであっても、表面積が大きいほど、電流の流れる領域が大きくなり、抵抗値が小さくなる現象である。配線の断面積や幅を変えなくても、本発明例のように配線表面に突起又は溝による筋が形成されることで、比較例Ｐに対して表面積が増加するので、表皮効果により抵抗値が低減する。このとこを検証するために、比較例Ｐ及び本発明例Ａ，Ｂ１−３，Ｃ１−３を対象に、シミュレーションを実施した。その結果を図５から図８に示す。
【００１４】
比較例Ｐ及び本発明例Ａ，Ｂ１−３，Ｃ１−３の共通の条件として、配線長を５８．１３ｍｍとした。また比較例Ｐ及び本発明例Ａ，Ｂ１−３，Ｃ１−３の共通の条件として、コイル部の内端１ａから外端１ｂまでの各直線部と引出配線２の長さは図９に示す通りである。したがって、印刷配線板上の平面コイルアンテナの占有面積は、比較例Ｐ及び本発明例Ａ，Ｂ１−３，Ｃ１−３について同じである。
【００１５】
図５から図８のシミュレーション結果が示す通り、比較例Ｐに対して本発明例Ｂ１−３，Ｃ１−３にあっては、伝送波周波数１０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１ＧＨｚでＱ値を向上することができた。配線表面に突起による筋を設けることでインダクタンス値Ｌはやや低下するものの、それを補う以上に抵抗値Ｒが減少し、Ｑ値が向上した。図８に示す結果から、高周波となるほどＱ値向上の効果が大きくなるとわかる。２．５ＧＨｚ帯や５．８ＧＨｚ帯でも実用性がある。
【００１６】
配線長が共通であるので、配線の表面積の違いは、長手方向Ｘの軸回りに配線の表面を一周した周長（配線断面周長）により評価できる。
本発明例Ｂ１−３，Ｃ１−３にあっては、比較例Ｐ（基準配線）に対して１０％以上に配線断面周長が長い、従ってそれだけ表面積が大きい。
中でも、Ｑ値の向上を大きく得るには、筋本数の多い本発明例Ｂ１−３のように、比較例Ｐ（基準配線）に対して４０％以上に配線断面周長が長い、従ってそれだけ表面積が大きいものとする。なお、図４中に記載の表面積は、配線の終端面を含まない、長手方向Ｘの軸回りの配線周囲の表面積（＝配線断面周長に配線長を乗じた値）である。
また、比較例Ｐに対するＱ値の増加率５％以上を達成し、より高いＱ値を得るには、本発明例Ｃ１，Ｃ２のように、突起の本数が２本以上で、突起間の距離に形成される凹部の幅が、０．０４ｍｍ以上であり、伝送波の周波数が１００ＭＨｚ以上とされたモデルや、本発明例Ｂ１−３のように、突起の本数が２本以上で、突起間の距離に形成される凹部の幅が、０．０１ｍｍ以上であり、伝送波の周波数が１００ＭＨｚ以上とされたモデル、特に本発明例Ｂ１，Ｂ２のように、突起の本数が２本以上で、突起間の距離に形成される凹部の幅が、０．０１５ｍｍ以上であり、伝送波の周波数が１０ＭＨｚ以上とされたモデルを実施すべきことがわかった。
【００１７】
以上説明したように本実施形態のアンテナ装置によれば、平面コイルアンテナの占有面積を増加させずに、さらには配線幅、配線長、配線断面積を変えずに、配線の表面積を増加することができ、配線の表面積の増加に伴って交流電流の表皮効果により配線の抵抗値が低減され、Ｑ値の向上効果が得られる。
【符号の説明】
【００１８】
１     コイル部
１ａ   内端
１ｂ   外端
２     引出配線
３     突起
１０   平面コイルアンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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