(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状構造体と、アンテナ導体パターンを有するアンテナ層と、前記シート状構造体上に形成され前記アンテナ層を支持するための誘電体からなるアンテナ支持層とを備えたアンテナ装置であって、
前記シート状構造体は、単位構造を所定方向に繰り返し並べてなる周期構造を有しており、
前記単位構造は、導体からなるグランド層と、前記グランド層と離間して配置された導体からなるトップ層と、前記トップ層と前記グランド層の間に満たされた誘電体層と、前記誘電体層内にフローティング状態で保持された所定数の容量導体部からなる浮遊キャパシタ層を備えており、
前記グランド層と前記トップ層とは、前記誘電体層により絶縁されており、
前記誘電体層には、前記浮遊キャパシタ層のみが保持されている
アンテナ装置。
【請求項２】
前記グランド層と前記トップ層の間には、導電体による接続手段が設けられていない、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記所定数は２であり、
前記単位構造は、前記シート状構造体の主面と直交する方向から見た場合に、矩形形状を有しており、
２つの前記容量導体部は、前記所定方向において互いに離間するように配置されており、
前記単位構造の辺であって前記所定方向と交差する辺に接するようにして配置されていることにより、前記所定方向において隣接する単位構造の容量導体部と夫々接続されている
請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記グランド層は、ベタパターンからなり、
前記単位構造は、前記直交する方向から見た場合に一辺が第１所定長である第１正方形形状を有しており、
前記容量導体部は、夫々、前記第１正方形の面積の半分よりも小さい面積を有する第２方形形状を有しており、
当該２つの第２方形形状は、夫々の第２方形の一つの辺が前記第１正方形の対応する辺上に位置するよう配置されていることにより、前記所定方向において隣接する単位構造内の容量導体部と夫々接続されている
請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記所定数は４であり、
前記単位構造は、前記シート状構造体の主面と直交する方向から見た場合に、矩形形状を有しており、
４つの前記容量導体部は、前記所定方向において互いに離間するようにして配置されており、前記単位構造の少なくともいずれかの辺と接するように配置されていることにより、前記所定方向において隣接する単位構造内の容量導体部と夫々接続されている
請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記グランド層は、ベタパターンからなり、
前記単位構造は、前記直交する方向から見た場合に一辺が第１所定長である第１正方形形状を有しており、
前記容量導体部は、前記方向から見た場合に夫々、前記第１所定長よりも短い第２所定長の底辺を有する二等辺三角形形状又は台形形状を有しており、
当該４つの二等辺三角形又は台形は、その頂点又は上底を前記第１正方形の中心点に向けるように配置されており、底辺を前記第１正方形の各辺上に配置することにより、前記所定方向において隣接する単位構造内の容量導体部と夫々接続されている
請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記単位構造は、該単位構造の対角線のいずれかに対して非線対称な構造を有している、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記シート状構造体は、前記アンテナ層の所定方向の電界に対してのみ同相反射を生じるものである
請求項１、請求項３又は請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記容量導体部には、該容量導体部の一辺から内面に向かって延びるようにスリットが形成されている、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記スリットは夫々、直線状、曲線状またはこれらの組み合わせからなる形状を有する、請求項９に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記誘電体層は、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame Retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、若しくは、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの複合体からなる
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記アンテナ支持層は、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの発泡材、テフロン（登録商標）やＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの組み合わせのいずれかからなる
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
シート状構造体と、アンテナ導体パターンを有するアンテナ層と、前記シート状構造体上に形成され前記アンテナ層を支持するための誘電体からなるアンテナ支持層とを備えたアンテナ装置であって、
前記シート状構造体は、単位構造を所定方向に繰り返し並べてなる周期構造を有しており、
前記単位構造は、誘電体層と、該誘電体層上面に形成された導体からなるトップ層と、該誘電体層の下面に形成された所定数の容量導体部からなるキャパシタ層とを備えており、
前記トップ層と前記キャパシタ層とは、前記誘電体層により絶縁されている
アンテナ装置。
【請求項１４】
前記トップ層は、正方形又は長方形の形状を有する
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記アンテナ層を省略してなるシート。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のアンテナ装置と、前記アンテナ支持層上において前記アンテナ導体パターンに接続されたＩＣを備え、前記シート状構造体をタグ基体の一部としてなるＲＦＩＤ（Radio  Frequency  Identification）タグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い表面インピーダンスを有するシート状構造体とそれを利用したアンテナ装置及びＲＦＩＤ（Radio
Frequency Identification）タグに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の機器の小型化により、例えば、グランドプレーン等の金属面とアンテナとの距離が短くなってきており、それによるアンテナ特性の劣化が懸念されている。また、ＲＦＩＤタグを金属面に貼付すると、ＲＦＩＤタグに含まれるアンテナの特性が著しく劣化し、ＲＦＩＤタグが適切に機能しなくなることも知られている。これらの問題は、いずれも金属面の表面インピーダンスが低いことに起因している。金属面の低い表面インピーダンスが、入射電界と１８０度位相の異なる反射電界を生成し、逆相の反射波を生じさせる。
それにより、金属近傍では合成電界が小さくなり、金属近傍アンテナ、タグの性能が著しく劣化する。逆に、表面インピーダンスの高いものをアンテナ近傍に配置することができれば、その高い表面インピーダンスによりインピーダンス面に入射した電磁波が同相反射され、アンテナ性能を向上させることが知られている。
【０００３】
高いインピーダンスを有するシート状構造体としては、従来、ビアを有する所謂マッシュルーム状導体を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、特許文献１に記載のシート状構造体においては、ビアを形成する工程が含まれるため製造工程自体が複雑になる。そこで、電気的回路は変えないようにビアに相当する部位をパターンに埋め込むことで製造工程の簡略化を図ろうとする技術（例えば、特許文献２参照）も提案されている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，５３８，６２１号公報
【特許文献２】特開２００６−２４５９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、同相反射板を用いたアンテナ装置に適する構造として、製造工程が簡単で良好な特性を有するシート状構造体及びアンテナ装置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】
【０００６】
従来のマッシュルーム構造、又は浮遊キャパシタ付のマッシュルーム構造において、トップ層とグランド層とを接続しているビアは、電気的にはインダクタンス成分を構成するものであり理論上必須と考えられていたことから、従来、例えば特許文献２に示されるようにビアに対応するインダクタンス成分を組み込んだ導電体パターンを形成することに注力していた。
【０００７】
しかしながら、本発明の発明者らは、検証の結果、少なくともアンテナ装置の基板として使用する場合には、マッシュルーム構造又は浮遊キャパシタ付のマッシュルーム構造から単純にビアを省略し簡略化された構造でもアンテナ性能の向上に十分寄与することを見出した。それは、ビア以外の部分を電流が流れることにより当該部分が、インダクタンスとして機能していることによる。
【０００８】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には、以下に掲げる手段を提供する。
【０００９】
即ち、本発明によれば、第１のアンテナ装置として、シート状構造体と、アンテナ導体パターンを有するアンテナ層と、前記シート状構造体上に形成され前記アンテナ層を支持するための誘電体からなるアンテナ支持層とを備えたアンテナ装置であって、前記シート状構造体は、単位構造を所定方向に繰り返し並べてなる周期構造を有しており、前記単位構造は、導体からなるグランド層と、前記グランド層と離間して配置された導体からなるトップ層と、前記トップ層と前記グランド層の間に満たされた誘電体層と、前記誘電体層内にフローティング状態で保持された所定数の容量導体部からなる浮遊キャパシタ層を備えており、前記グランド層と前記トップ層とは、前記誘電体層により絶縁されているアンテナ装置が得られる。
【００１０】
更に、本発明によれば、第２のアンテナ装置として、第１のアンテナ装置において、前記グランド層と前記トップ層の間には、導電体による接続手段が設けられていないアンテナ装置が得られる。
【００１１】
更に、本発明によれば、第３のアンテナ装置として、第１又は第２のアンテナ装置において、前記所定数は２であり、前記単位構造は、前記シート状構造体の主面と直交する方向から見た場合に、矩形形状を有しており、２つの前記容量導体部は、前記所定方向において互いに離間するように配置されており、前記単位構造の辺であって前記所定方向と交差する辺に接するようにして配置されていることにより、前記所定方向において隣接する単位構造の容量導体部と夫々接続されているアンテナ装置が得られる。
【００１２】
更に、本発明によれば、第４のアンテナ装置として、第３のアンテナ装置において、前記グランド層は、ベタパターンからなり、前記単位構造は、前記直交する方向から見た場合に一辺が第１所定長である第１正方形形状を有しており、前記容量導体部は、夫々、前記第１正方形の面積の半分よりも小さい面積を有する第２方形形状を有しており、当該２つの第２方形形状は、夫々の第２方形の一つの辺が前記第１正方形の各辺上に位置するよう配置されていることにより、前記所定方向において隣接する単位構造内の容量導体部と夫々接続されているアンテナ装置が得られる。
【００１３】
更に、本発明によれば、第５のアンテナ装置として、第１又は、第２のアンテナ装置において、前記所定数は４であり、前記単位構造は、前記シート状構造体の主面と直交する方向から見た場合に、矩形形状を有しており、４つの前記容量導体部は、前記所定方向において互いに離間するようにして配置されており、前記単位構造の少なくともいずれかの辺と接するように配置されていることにより、前記所定方向において隣接する単位構造内の容量導体部と夫々接続されているアンテナ装置が得られる。
【００１４】
更に、本発明によれば、第６のアンテナ装置として、第５のアンテナ装置において、前記グランド層は、ベタパターンからなり、前記単位構造は、前記直交する方向から見た場合に一辺が第１所定長である第１正方形形状を有しており、前記容量導体部は、前記方向から見た場合に夫々、前記第１所定長よりも短い第２所定長の底辺を有する二等辺三角形形状又は台形形状を有しており、当該４つの二等辺三角形又は台形は、その頂点又は上底を前記第１正方形の中心点に向けるように配置されており、底辺を前記第１正方形の各辺上に配置することにより、前記所定方向において隣接する単位構造内の容量導体部と夫々接続されているアンテナ装置が得られる。
【００１５】
更に、本発明によれば、第７のアンテナ装置として、第１乃至第６のいずれかのアンテナ装置において、前記単位構造は、該単位構造の対角線のいずれかに対して非線対称な構造を有しているアンテナ装置が得られる。
【００１６】
更に、本発明によれば、第８のアンテナ装置として、第１、第３又は第５のアンテナ装置において、前記シート状構造体は、前記アンテナ層の所定方向の電界に対してのみ同相反射を生じるものであるアンテナ装置が得られる。
【００１７】
更に、本発明によれば、第９のアンテナ装置として、第１乃至第８のいずれかの前記容量導体部には、該容量導体部の一辺から内面に向かって延びるようにスリットが形成されているアンテナ装置が得られる。
【００１８】
更に、本発明によれば、第１０のアンテナ装置として、第９のアンテナ装置において前記スリットは夫々、直線状、曲線状またはこれらの組み合わせからなる形状を有するアンテナ装置が得られる。
【００１９】
更に、本発明によれば、第１１のアンテナ装置として、第１乃至第１０のいずれかのアンテナ装置において、前記誘電体層は、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、若しくは、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの複合体からなるアンテナ装置が得られる。
【００２０】
更に、本発明によれば、第１２のアンテナ装置として、第１乃至第１０のいずれかのアンテナ装置において、前記アンテナ支持層は、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの発泡材、テフロン（登録商標）やＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの組み合わせのいずれかからなるアンテナ装置が得られる。
【００２１】
更に、本発明によれば、第１３のアンテナ装置として、第１乃至第１０のいずれかのアンテナ装置において前記グランド層を省略してなるアンテナ装置が得られる。
【００２２】
更に、本発明によれば、第１４のアンテナ装置として、第１乃至第１３のいずれかのアンテナ装置において、前記アンテナ層を省略してなるシートが得られる。
【００２３】
更に、本発明によれば、第１乃至第１３のいずれかのアンテナ装置と、前記アンテナ支持層上において前記アンテナ導体パターンに接続されたＩＣを備え、前記シート状構造体をタグ基体の一部としてなるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグが得られる。
【００２４】
このような構造のＲＦＩＤタグは、同相反射構造を下に敷いているので、金属に直接貼っても、良好な通信性能が得られる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ビアを削除することで、同相反射板を有するアンテナ装置の製造を容易にすることができ、かつ、金属上でも良好なアンテナ性能を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１及び図２に示されるように、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置を適用したＲＦＩＤタグは、シート状構造体１と、シート状構造体１に形成されたアンテナ支持層２と、アンテナ支持層２の上面において所定のアンテナ導体パターン３ａを有するアンテナ素子３と、アンテナ導体パターン３ａに接続されたＩＣ４を有する。このシート状構造体例は２次元的に単位構造が配置されているが、単位構造が１次元的に一列に配置されていてもよい。
【００２７】
図２から理解されるように、本発明の実施の形態によるＲＦＩＤタグにおけるアンテナ素子３は、ＩＣ４を中心とし、シート状構造体１の長手方向に対称に延びるアンテナ導体パターン３ａからなるダイポールアンテナである。本実施の形態におけるアンテナ素子３には、対称に延びるアンテナ導体パターン３ａを接続する梁部導体３ｂがインピーダンスマッチング用として更に設けられている。なお、図１及び図２において、実際の誘電体材料としては比較的透明なもの（少なくとも内部を透視しうるもの）を用いる場合もあるが、簡略化するため、透過しないものとして描いてある。
【００２８】
アンテナ支持層２の材料としては、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）、ＰＥＴ−Ｇ（Polyethylene terephthalate glycol）、テフロン（登録商標）など一般的な樹脂やプラスチックなどの誘電体が使用できるが、できるだけ誘電率の低い樹脂や、空気分を含む発泡材、スポンジ、ウレタン、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム、あるいはリネンなどの繊維が好ましい。特にプラスチックについては、さらに詳しくは、塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性プラスチックでも、メラミン樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性プラスチックでも良い。空気層や空孔は空気中に電界を集中させ、材料内の電界を下げるので、損失の低減に有効である。低い誘電率はまた、アンテナとシート状構造体との相関を低減し、アンテナ特性の劣化を軽減するので、空気層や空孔を含む材料は特に有効である。更に、アンテナ支持層２の材料をシート状構造体１の誘電体層４０（後述）と同じ材料のもので構成することとしてもよい。これにより、シート状構造体１、アンテナ支持層２、アンテナ素子３を一体的に形成でき、アンテナ装置を低コストで製造することができる。
【００２９】
本実施の形態によるシート状構造体１は、概略、図３に示されるような単位構造を図４に示されるように繰り返し並べてなる周期構造により特定の周波数帯域に対する表面インピーダンスを高め、それにより当該特定の周波数帯域に属する周波数を有する入射波を同相反射するものである。
【００３０】
詳しくは、本実施の形態によるシート状構造体１は、図３乃至図５から理解されるように、ベタ導体パターンを有するグランド層１０と、グランド層１０と離間して配置されたトップ層３０と、トップ層３０とグランド層１０の間に満たされた誘電体層４０と、誘電体層４０と、容量増加のために誘電体層４０内にフローティング状態で保持された複数の容量導体部５１からなる浮遊キャパシタ層５０とを備えている。なお、図３及び図４においては、構成要素の関係を明確にするため、誘電体層４０が省略されている。
【００３１】
本実施の形態における誘電体層４０の材質としては、ＦＲ−４などの基板材でも良いが、誘電損失（ｔａｎδ）の小さいものが望ましく、ＬＴＣＣなどのセラミック、ＰＥＴ，ＰＥＴ−Ｇ、テフロン（登録商標）などの一般的な樹脂やプラスチック、ＢＴレジンなどの低損失基板材料や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルムなどを用いることが好ましい。また、リネンなどの繊維でも良い。プラスチックについては、さらに詳しくは、塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性プラスチックでも、メラミン樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性プラスチックでも良い。
【００３２】
本実施の形態によるシート状構造体１にはトップ層とグランド層を接続するビアがない。即ち、本実施の形態によるシート状構造体は、特許文献１に示されるようなマッシュルーム構造に対して浮遊キャパシタ層を設けてなる構造においてトップ層とグランド層とを接続していたビアを省略してなる構造を備えている。そのため、高周波域においては、図６に示されるように、トップ層３０と浮遊キャパシタ層５０との間で閉回路ができ、隣接するトップ層同士の隙間から見たシート状構造体１のインピーダンスが等価的にＬＣ並列共振状態になる場合に、高表面インピーダンスが得られ、同相反射が観測される。このため、本実施の形態によるシート状構造体１では、表面高インピーダンスによる同相反射特性を得るためには、必ずしもグランドを必要としない。従って、シート状構造体１の用途によっては、グランドを省いても良い。例えば、コーナリフレクタアンテナでは、通常、アンテナと金属反射板との間の距離を波長の１／４ほど取るが、同相反射板を使用すれば、同相反射板をアンテナ近傍に配置できる。その場合、周囲に金属がなければ、特にグランドを付ける必要はない。一方、シート状構造体１の近傍に金属がある場合、その金属の影響を受けにくくしたいときには、グランド層を取り付ければよい。
【００３３】
詳しくは、図７に示されるように、本実施の形態による単位構造５及びトップ層３０は、Ｚ方向から見た場合に正方形の外形を有している。また、図８に示されるように、本実施の形態における浮遊キャパシタ層５０は、台形形状を有する４つの容量導体部５１からなっている。容量導体部５１の夫々は、台形形状の下底部分を単位構造５の各辺上に配置させる一方で上底を単位構造５の中心に向けるように配置されている。これにより、隣接する単位構造間における容量導体部５１は夫々接続されている。また、本発明はこれに限られず、様々な形状のトップ層１０及び浮遊キャパシタ層５０を用いることが可能である。例えば、本実施の形態におけるシート状構造体１の容量導体部５１は、同相反射周波数を調整するために、面積調整用に切り落とし部５２が形成され、台形形状になっている。しかし、別の方法で容量導体部５１の面積を調整しても良く、例えば容量導体部５１を完全な三角形形状として、相似三角形を使用して容量導体部５１の面積を調整してもよい。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、本発明による第２の実施の形態を詳細に説明する。図９及び図１０に示されるように、本実施の形態におけるトップ層５ａは、第１の実施の形態におけるトップ層５と同様であるが、容量導体部５１ａの形状は、第１の実施の形態のものとは異なっている。より詳しくは、容量導体部５１ａの夫々には、容量導体部５０ａの一辺から内面に向かって伸びるようにスリット５２ａが設けられている。これにより、インダクタンスを増大させ、同相反射周波数を下げることで単位構造を小型化することができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
図１１に示されるように、本実施の形態において、Ｘ方向において対向するように配置された１組の容量導体部５１ｂは、底辺に対する高さＨａを有している。一方、Ｙ方向において対向するように配置された容量導体部５１ｂは、底辺に対する高さＨｂを有している。本実施の形態において、高さＨａは高さＨｂよりも大きい（Ｈａ＞Ｈｂ）。４つの容量導体部５１ｂは、単位構造５ｂの中心を通りＸ方向に延びる直線及びＹ方向に延びる直線の夫々に対しては線対称形状となっているが、単位構造５ｂの対角線に対しては非対称形状になっている。従って、単位構造５ｂは、単位構造５ｂの対角線に対しては非線対称な構造を有することとなっている。
【００３６】
少数の単位構造では、電界方向の単位構造数によって、同相反射周波数が変わる。これは、外部境界の影響によると考えられる。しかし、本実施の形態のシート状構造体１ｂのように、シート状構造体１ｂにおいて、Ｘ方向及びＹ方向における単位構造５ｂの数が違う場合であっても、上述のように単位構造を対角線に対して非対称にして、特に、キャパシタンスｃをＸ方向、Ｙ方向について別個に独立して調整することにより、夫々の方向の同相反射周波数を同じにすることができる。これは、例えば、同相反射周波数が９５０ＭＨzでカードサイズ程度の周期構造シートを作る場合などに有効である。直交する２方向のセル数が異なり、且つ少数の場合であっても、両方向の同相反射周波数を同じにすることができる。これにより、図１２に示されるような折り曲げアンテナ３のような非直線状のアンテナを用いた場合にもアンテナ全体に亘って同相反射効果を得ることができ、直交する２方向の偏波成分に対して、同相反射効果を得ることができる。
【００３７】
（第４の実施形態）
図１３及び図１４に示されるように、本実施の形態における単位構造５ｃはｚ軸方向から見た場合に長方形の外形を有している。トップ層３０ｃ及び浮遊キャパシタ層５０ｃは夫々単位構造の対角線に対して非線対称な構造となり、単位構造は５ｃは、単位構造５ｃの対角線に対しては非線対称な構造を有することとなっている。これにより、Ｘ方向、Ｙ方向について別個に独立して調整することにより、夫々の方向の同相反射周波数を同じにすることができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、特に、キャパシタンスｃをＸ方向、Ｙ方向について別個に独立して調整することにより、夫々の方向の同相反射周波数を同じにすることができる。本実施の形態におけるシート状構造体１ｃは、例えば、カードサイズなど長方形の周期構造シートに対応させるために有効である。
【００３９】
（第５の実施形態）
図１５に示されるように、本実施の形態におけるシート状構造体は、Ｘ方向に隣接するトップ層３０ｄ同士の間隔Ｈｃ及びＹ方向に隣接するトップ層３０ｄ同士の間隔Ｈｄが異なる。Ｘ方向、Ｙ方向でトップ層３０ｄ同士の間隔を変えることにより、夫々の方向におけるキャパシタンスｃを別個に独立して変えることができる。それにより、各方向で独立に同相反射周波数を調整し、同じ周波数にすることができる。本実施の形態における単位構造５ｄの外形はｚ軸方向から見た場合に正方形であるが、トップ層３０ｄは長方形である。このため、単位構造５ｄは、単位構造５ｄの対角線に対しては非線対称な構造を有することとなる。
【００４０】
これにより、シート状構造体１ｄにおいて、Ｘ方向、Ｙ方向における単位構造５ｄの数が違う場合であっても、特に、キャパシタンスｃをＸ方向、Ｙ方向について別個に独立して調整し、夫々の方向の同相反射周波数を同じにすることができる。
【００４１】
なお、上述した第３乃至第５の実施の形態においては、１）浮遊キャパシタ層の形状を単位構造の対角線に対して非線対称となるように構成する、２）単位構造の外形自体を長方形にする、及び３）Ｘ方向及びＹ方向における隣接トップ層同士の間隔を夫々変更することの３つの手法により、単位構造が２本の対角線の少なくともいずれかの対角線に対して非線対称な構造を有することとなるようにしていたが、４）トップ層の形状及び／又は配置を単位構造の２本の対角線のうち少なくともいずれかの対角線に対して非線対称となるように構成する、若しくは５）浮遊キャパシタ層の配置を単位構造の２本の対角線のうち少なくともいずれかの対角線に対して非線対称となるように構成することにより、単位構造がその対角線に対して非線対称な構造を有することとなるようにしてもよく、又は、１）〜５）の想定しうる組み合わせ等により、単位構造が２本の対角線の少なくもいずれかの対角線に対して非線対称な構造を有することとなるようにしてもよい。
【００４２】
更に、上述した第２の実施の形態と同様に、容量導体部の夫々に対して容量導体部の一辺から内面に向かって伸びるようにスリットを設けることとしてもよい。これにより、インダクタンスを増大させ、同相反射周波数を下げることで単位構造を小型化することができる。
【００４３】
（第６の実施形態）
上述した第１乃至第５の実施の形態では、シート状構造体１乃至１ｄの面に対して直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）において図６の閉回路を形成するようにシート状構造体１乃至１ｄを構成していた。一方、本実施の形態のシート状構造体１ｅにおいては、図１６乃至図１８に示されるように、容量導体部５１ｅが、単位構造５ｅの縁のうち、アンテナ３の長軸（Ｘ軸）に平行な縁とは接することなく、アンテナの短軸（Ｙ軸）に平行な縁とは接するようにして配置されている。これにより、容量導体部５１ｅは、アンテナ３の長軸方向（Ｘ軸方向）に隣接する単位構造間において接続されていることになる。これにより、シート状構造体１ｅにおいては、アンテナ３の長軸方向にのみ閉回路が形成されている。即ち、アンテナ３の長軸方向の電界に対してのみ、シート状構造体１ｅの表面インピーダンスが大きくなり、同相反射が得られる。なお、図１６においては、簡略化のためアンテナ支持層２は省略されている。
【００４４】
このような一方向性構造にすることにより、浮遊キャパシタ層５０ｅの面積を大きくとることが可能となるため、トップ層３０ｅと浮遊キャパシタ層５０ｅとの間の容量を大きくすることができ、結果として単位構造を小さくでき、シート状構造体１ｅを小型化できる。
【００４５】
（本発明の第７の実施形態）
更に続いて、図１９及び図２０に示されるように、本実施の形態によるシート状構造体１ｆは、第６の実施例と同様に一方向性構造としているが、第２の実施の形態と同様のスリット５２ｆを容量導体部５１ｆに入れている。これにより、浮遊キャパシタ層５０ｆのインダクタンスを増大させることができ、一方向性のシート状構造体をさらに小型化できる。
【００４６】
なお、同相反射特性を検証するための計算例を以下に示す。本検証においては、単位セル２４ｍｍ×２４ｍｍ×１ｍｍ、トップ層−浮遊キャパシタ層間０．１ｍｍ、浮遊キャパシタ層−グランド間０．９ｍｍの構造を用い、誘電体には誘電率３．４の誘電体を使用した。本検証により、無限周期境界条件での計算で、入射波に対する反射波の位相変化量を求めた。なお、金属板への入射波の場合は、位相変化量は１８０度である。図２１に示されるように、９５０ＭＨz付近で同相反射が得られることがわかる。
【００４７】
以上説明したように、本発明によれば、浮遊キャパシタ付のマッシュルーム構造におけるビアを導体パターンに組み込まなくとも実用上十分なアンテナ特性を得ることができることが判明したことから、特許文献２のように導体パターンを複雑にする必要はなく、従って、上述した実施の形態のように、浮遊キャパシタ付のマッシュルーム構造からビアを単純に省略しただけの簡略化された構成とすることができる。
【００４８】
なお、上述した実施の形態においては、グランド層を有するアンテナ装置を説明したが、グランド層を省略し、誘電体層の上面及び下面にトップ層及び所定数の容量導体部からなるキャパシタ層を形成することとしてもよい。この場合、トップ層とキャパシタ層とは、誘電体層により絶縁されている。即ち、トップ層とキャパシタ層の間には、ビア等の導電体による接続手段が設けられていない。このようにグランド層を省略した場合であっても、上述した実施の形態に基づき、様々な変形を加えることが可能である。
【００４９】
即ち、上述したグランド層なしの構造において、所定数を２とし、単位構造は、シート状構造体の主面と直交する方向から見た場合に、矩形形状を有しており、２つの容量導体部は、所定方向において互いに離間するように配置されており、単位構造の辺であって所定方向と交差する辺に接するようにして配置されていることにより、所定方向において隣接する単位構造の容量導体部と夫々接続されている構成としてもよい。この場合、更に、グランド層は、ベタパターンからなり、単位構造は、直交する方向から見た場合に一辺が第１所定長である第１正方形形状を有しており、容量導体部は、夫々、第１正方形の面積の半分よりも小さい面積を有する第２方形形状を有しており、２つの第２方形形状は、夫々の第２方形の一つの辺が第１正方形の対応する辺上に位置するよう配置されていることにより、所定方向において隣接する単位構造内の容量導体部と夫々接続されている構成としてもよい。
【００５０】
また、上述したグランド層なしの構造において、所定数を４とし、単位構造は、シート状構造体の主面と直交する方向から見た場合に、矩形形状を有しており、４つの容量導体部は、所定方向において互いに離間するようにして配置されており、単位構造の少なくともいずれかの辺と接するように配置されていることにより、所定方向において隣接する単位構造内の容量導体部と夫々接続されている構成としてもよい。この場合、更に、グランド層は、ベタパターンからなり、単位構造は、シート状構造体の主面と直交する方向から見た場合に一辺が第１所定長である第１正方形形状を有しており、容量導体部は、前記方向から見た場合に夫々、第１所定長よりも短い第２所定長の底辺を有する二等辺三角形形状又は台形形状を有しており、当該４つの二等辺三角形又は台形は、その頂点又は上底を第１正方形の中心点に向けるように配置されており、底辺を第１正方形の各辺上に配置することにより、所定方向において隣接する単位構造内の容量導体部と夫々接続されている構成としてもよい。
【００５１】
更に、上述したグランド層なしの構造において、単位構造は、該単位構造の対角線のいずれかに対して非線対称な構造を有している構成としてもよいし、シート状構造体は、アンテナ層の所定方向の電界に対してのみ同相反射を生じる構成としてもよい。また、容量導体部には、該容量導体部の一辺から内面に向かって延びるようにスリットが形成されている構成としてもよいし、スリットは夫々、直線状、曲線状またはこれらの組み合わせからなる形状を有する構成としてもよい。
【００５２】
また、上述したグランド層なしの構造において、誘電体層は、ＬＴＣＣ(Low Temperature
Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、若しくは、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの複合体からなる構成としてもよいし、アンテナ支持層は、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの発泡材、テフロン（登録商標）やＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの組み合わせのいずれかからなる構成としてもよい。
【００５３】
加えて、上述したグランド層なしのアンテナ装置を用いてＲＦＩＤタグを構成することとしてもよい。この場合も、ＩＣがアンテナ支持層上においてアンテナ導体パターンに接続されており、シート状構造体がタグ基体の一部として用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるシート状構造体をＲＦＩＤタグに適用した例を示す図である。
【図２】図１に示されるＲＦＩＤタグの上面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるシート状構造体の単位構造を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるシート状構造体の構造を概略的に示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるシート状構造体の断面図である。
【図６】図５の断面図において破線で囲まれた部分の等価回路図を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態によるシート状構造体のトップ層を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態によるシート状構造体の浮遊キャパシタ層を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態によるシート状構造体の単位構造を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態によるシート状構造体の浮遊キャパシタ層を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態によるシート状構造体の浮遊キャパシタ層を示す図である。
【図１２】折り曲げアンテナの上面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態によるシート状構造体のトップ層を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態によるシート状構造体の浮遊キャパシタ層を示す図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態によるシート状構造体のトップ層を示す図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態によるシート状構造体のトップ層を示す図である。
【図１７】本発明の第６の実施の形態によるシート状構造体の単位構造を示す図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態によるシート状構造体の浮遊キャパシタ層を示す図である。
【図１９】本発明の第７の実施の形態によるシート状構造体の単位構造を示す図である。
【図２０】本発明の第７の実施の形態によるシート状構造体の浮遊キャパシタ層を示す図である。
【図２１】入射波に対する反射波の位相変化量を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ    シート状構造体
２    アンテナ支持層
３    アンテナ素子
３ａ    アンテナ導体パターン
３ｂ    梁部導体
４    ＩＣ
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ    単位構造
１０、１０ａ、１０ｅ、１０ｆ    グランド層
３０、３０ａ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ    トップ層
４０、４０ａ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ    誘電体層
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｅ、５０ｆ    浮遊キャパシタ層
５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ、５１ｆ    容量導体部
５２  切り落とし部
５２ａ、５２ｆ  スリット
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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