(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板上に、導電性材料からなる閉じたループ状のアンテナエレメントを１個または複数個備えているアンテナであって、前記基板の誘電率を考慮した前記アンテナエレメントの周囲の実効長λが、動作周波数の電磁波のほぼ１波長に等しく、前記アンテナエレメントの線幅ｗが、ｗ＞４・λ・ｅ-4.5で示す関係を満たし、該アンテナの後方で前記動作周波数の電磁波に対するエンハンス機能を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナエレメントの形状が円形または楕円形であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナエレメントは、Ｎを３以上の整数とするＮ角形をなすことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項４】
動作周波数が互いに等しい直近のアンテナエレメントの中心間距離をｄとするとき、前記アンテナエレメントが、λ／π≦ｄ≦５・λ／πを満たすように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記アンテナエレメントは、単一、または複数のサイズからなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記基板は、透光性の材料から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記アンテナエレメントは、透光性、かつ導電性の材料から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記アンテナエレメントは、抵抗率ρが、ρ≦１０-2Ω・ｃｍを満たす材料からなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記基板は、建造物の壁面用部材から構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目的に応じて所定の周波数の電磁波をシールドし、あるいはエンハンスする機能を有するアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信等の普及に伴い、電磁波障害等が懸念され、鉄道車両、路線バス、病院など、場所によっては、特定の電磁波を遮蔽することが必要とされている。建物や車両内部に電磁波が侵入するのを防ぐために、壁面に電磁波シールド材を用いることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、窓等にシールド特性を付加することは、採光を目的とする窓の機能を損なうことになる。このため、窓からの電磁波の侵入は避けられない。たとえ、シールド材で覆ったとしても、シールド材には周波数選択性がなく、情報通信に必要とする周波数の電磁波も、同時に遮蔽されてしまう。さらに、通信における感度の上昇が必要とされる場合についても、壁面、窓等にエンハンス機能を付加した事例は、これまで、ほとんどない。
【０００４】
本発明は、建物や車両等の壁面や窓等に取り付けて、電磁波の偏波面に依存することなく、特定周波数の電磁波をシールドし、あるいはエンハンスする機能を有するアンテナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナは、絶縁性の基板上に、導電性材料からなる閉じたループ状で、円形、楕円形、Ｎ角形（Ｎは３以上の整数）のアンテナエレメントを形成したことを特徴とする。
【０００６】
本発明のアンテナは、基板の誘電率を考慮したアンテナエレメントの周囲の実効長が、動作周波数の電磁波のほぼ１波長に等しいことを特徴とする。
【０００７】
本発明のアンテナにおいて、アンテナエレメントの周囲の実効長λに対し、アンテナエレメントの線幅ｗが、ｗ≦４・λ・ｅ-4.5で示す関係を満たすとき、シールド機能が得られ、ｗ＞４・λ・ｅ-4.5で示す関係を満たすとき、エンハンス機能が得られる。
【０００８】
本発明のアンテナにおいて、動作周波数が互いに等しい直近のアンテナエレメントの中心間距離ｄを、アンテナエレメント間隔とするとき、アンテナエレメントは、λ／π≦ｄ≦５・λ／πの関係を満たすように配置されている。
【０００９】
本発明のアンテナにおいて、アンテナエレメントは、単一、または複数のサイズからなり、単一または、複数の動作周波数を有することを特徴とする。
【００１０】
さらに、基板として透光性の材料を用い、あるいは、アンテナエレメントとして透光性の材料を用いることができる。
【００１１】
本発明のアンテナにおいて、アンテナエレメントには、抵抗率ρが、ρ≦１０-2Ω・ｃｍを満たす材料が用いられる。抵抗率の値が大き過ぎると、アンテナエレメントが電波を受信し再放射する際の位相が、最適値からずれて、シールドあるいはエンハンスの効果が小さくなるからである。
【００１２】
さらに、本発明によるアンテナは、建造物の壁紙部材を含む壁面部材からなる基板をもって構成することも可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明のアンテナは、給電点を短絡した無給電アンテナと、ループアンテナの両性質を利用したアンテナエレメントから構成されている。給電点を短絡した無給電アンテナから、受信した電波が再放射される。再放射される電波の位相は、アンテナの線幅に依存し、受信した電波の位相と異なり、入射波と同相にも、逆相にもなり得る。アンテナの後方においては、入射波の透過波と再放射波とが合わさるので、互いに逆相であれば、アンテナはシールド効果を示すこととなり、入射波の透過波と再放射波が同相であれば、エンハンス効果を示すことになる。
【００１５】
すなわち、アンテナエレメントの周囲の実効長をλとすると、式（１）を満たすアンテナはシールド機能を有し、式（２）を満たすアンテナはエンハンス機能を有する。
【００１６】
ｗ≦４・λ・ｅ-4.5                        （１）
ｗ＞４・λ・ｅ-4.5                        （２）
【００１７】
アンテナのシールド効果、およびエンハンス効果、それぞれの度合いは、アンテナ透過波とアンテナ再放射波のバランスで決定される。アンテナ透過波とアンテナ再放射波のバランスの特性は、動作周波数が、互いに等しい直近のアンテナエレメントの中心間距離によって定義されるアンテナエレメント間隔ｄ、および線幅ｗに依存し、式（３）に示す範囲で調整することが可能である。
【００１８】
λ／π≦ｄ≦５・λ／π                      （３）
【００１９】
短絡したループアンテナの面内においては、方向性を持たないため、アンテナは面内で偏波依存性がない。
【００２０】
また、アンテナの動作周波数は、ループサイズで決まるため、複数のループサイズのアンテナエレメントを共存させることで、複数の周波数帯域での動作が可能である。
【００２１】
図１は、本発明によるアンテナの基本構成を示す平面図である。図１において、アンテナ１０は、絶縁性の基板１１上に、複数のループ状のアンテナエレメント１２を配置して構成されている。アンテナエレメント１２は、互いに６０度の角度で交差し、複数の正三角形を形成する直線群の各交点に、その中心が一致するように、複数個、配置されている。図１に示すように、アンテナエレメント間隔はｄである。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態によるアンテナの平面図である。図２において、アンテナ２０は、ガラスエポキシ基板２１上に、２種類のアンテナエレメント２２，２３をもって形成されている。半径（ｒ2）２５ｍｍ、線幅（ｗ2）０．５ｍｍを有するアンテナエレメント２３は、１００ｍｍのアンテナエレメント間隔（ｄ2）で配置されている。他の一つの種類のアンテナエレメント２２は、半径（ｒ1）５３ｍｍ、線幅（ｗ1）１．０ｍｍを有し、２００ｍｍのアンテナエレメント間隔（ｄ1）で配置されている。図２に示すように、アンテナエレメント２２は、アンテナエレメント２３と同心円状に配置されている。
【００２３】
このアンテナ２０は、前記各幾何学的値によれば、式（１）および式（３）を満足する。
【００２４】
図６は、各アンテナの通過特性を評価するための測定系を示す図である。送信アンテナ１と受信アンテナ２の間に、アンテナ試料４を挿入して通過特性を測定する。送信アンテナ１と受信アンテナ２の間で直通の場合を、通過特性測定時のリファレンスとした。
【００２５】
図３は、図２に示したアンテナ２０の通過特性を示す図である。図３によれば、本実施の形態によるアンテナ２０は、中心周波数７８０ＭＨｚ、および１６１０ＭＨｚの２つの周波数帯において、それぞれシールド効果がある。その他の周波数帯域では、電磁波は透過しており、アンテナ２０は２周波シールドアンテナとして機能していることが分かる。使用したガラスエポキシ基板２１の比誘電率を考慮すると、シールド効果が得られた２つの周波数について、ループ状のアンテナエレメント２２，２３の実効周囲長が、それぞれ動作する電波のほぼ１波長に相当している。ループ状アンテナエレメント２２，２３を採用しているため、アンテナ２０を面内で回転させても、その特性は変わらない。
【００２６】
図４は、本発明の他の実施の形態によるアンテナの平面図である。図４において、アンテナ３０は、ガラス基板３１上に、半径（ｒ）１２ｍｍ、線幅（ｗ）６ｍｍのアンテナエレメント３２が、アンテナエレメント間隔（ｄ）６２ｍｍで形成されている。
【００２７】
このアンテナ３０は、前記各幾何学的値によれば、式（２）および式（３）を満足し、図５に示すように、エンハンス機能を示すことがわかる。
【００２８】
図５は、図６の測定系を用いて測定した図４に示したアンテナ３０の通過特性を示す図である。アンテナ試料４がない時を基準値（０ｄＢ）としてアンテナ試料４を挿入した時の通過特性を測定している。図５によれば、本実施の形態によるアンテナ３０は、約４３００ＭＨｚの単一周波数において、約６ｄＢのエンハンス効果を示す。動作周波数について、ループ状のアンテナエレメント３２の実効周囲長が、動作する電波のほぼ１波長に等しい。ループ状のアンテナエレメント３２を採用しているため、アンテナ３０を面内で回転させても、この特性は変わらない。
【００２９】
なお、ループ状のアンテナエレメントは、円形に限定することなく、製造上、美観上等の理由から、楕円形状や、任意の多角形状としてもよい。
【００３０】
アンテナエレメントには、多くの場合、銅、アルミニウムが用いられる。銅やアルミニウムの常温での抵抗率ρは、いずれも、１．５×１０-6〜３．５×１０-6Ω・ｃｍ程度であり、請求項１０に記載した抵抗率、ρ≦１０-2Ω・ｃｍの条件を満たしている。抵抗率の値が大き過ぎると、再放射される電波の位相が、最適値からずれて、シールドあるいはエンハンスの効果が小さくなる。
【００３１】
さらに、基板として、ガラス等の光透過性の材料を用いた上に、アンテナエレメントにＩＴＯ等の透明な導電性材料を用いることにより、光透過性を損なうことなく、シールド効果、あるいはエンハンス効果を有するアンテナを実現することができる。このようなアンテナは、窓に取り付けても採光が妨げられることはない。
【００３２】
同様にして、本発明によるアンテナが、薄い板状である利点を活かし、建造物の壁紙や壁面を構成する部材を基板として用いたアンテナを実現することも可能である。これらの材料を基板として用いたアンテナを、そのまま建造物の内壁、外壁に組み込むことができる。特定の周波数の電磁波をシールドあるいはエンハンスする建物、部屋を実現することができ、壁面内外での同一回線の共用、受信感度の向上など電磁波の有効利用が可能になる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、建物や車両等の壁面や窓等に取り付けて、電磁波の偏波面に依存することなく、特定周波数の電磁波をシールドし、あるいはエンハンスする機能を有するアンテナが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアンテナの基本構成を示す平面図。
【図２】本発明の実施の形態によるアンテナの平面図。
【図３】図２に示したアンテナの通過特性を示す図。
【図４】  本発明の他の実施の形態によるアンテナの平面図。
【図５】  図４に示したアンテナの通過特性を示す図。
【図６】  アンテナの通過特性を評価するための測定系を示す図。
【符号の説明】
１    送信アンテナ
２    受信アンテナ
３    ネットワークアナライザ
４    アンテナ試料
１０    アンテナ
１１    基板
１２    アンテナエレメント
２０    アンテナ
２１    ガラスエポキシ基板
２２，２３    アンテナエレメント
３０    アンテナ
３１    ガラス基板
３２    アンテナエレメント
【図１】
0003877196.tif 000002
【図２】
0003877196.tif 000003
【図３】
0003877196.tif 000004
【図４】
0003877196.tif 000005
【図５】
0003877196.tif 000006
【図６】
0003877196.tif 000007