論文

MACKEY 並列配置型の小型化を目的とした Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯用

アンテナ MACKEY T 型の検討
平野

賢† a)

牧野

滋†

伊東

健治†

MACKEY Type T Covering Wi-Fi 2 GHz/5 GHz Bands for Miniaturization of
MACKEY Parallel Arrangement TypeKen HIRANO†a) , Shigeru MAKINO† , and Kenji ITOH†

あらまし 近年 IoT (Internet of things) 分野の更なる発展が期待され，様々な製品の無線化が進んでいる．
無線化に伴い，アンテナに求められる条件は小型・薄型化だけでなく，金属の有無にかかわらず設置することができる柔軟性が求められる．金属上に設置可能なアンテナとして，MACKEY (Meta-surface inspired Antenna
Chip developed by KIT EOE Labo-ratory) が提案された．測定した MACKEY は，自由空間のみならず金属上においても動作することが示された．Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯を満たすため，MACKEY 並列配置型が提案された．並列配置型は，Wi-Fi 2 GHz 帯モデルの MACKEY 基本型と Wi-Fi 5 GHz 帯モデルの MACKEY 広帯
域型との相互結合による性能の劣化を防ぐために，スペースを設けている．そのため，基板横幅が大きくなってしまうという課題があった．本論文では，並列配置型の小型化を目的として，基本型を構成する一部と広帯域型を構成する一部を共有することで，小型化した MACKEY T 型を提案する．設計した T 型は並列配置型に比べ約 30%小型化されるとともに，自由空間のみならず金属上においても動作することを示す．
キーワード

MACKEY，相互結合，Wi-Fi

金属上に設置可能な技術として，メタサーフェス技

1. ま え が き術がある．メタサーフェス技術には，磁界の接線成分

近年スマートフォンやタブレットに代表される通信がゼロの境界条件をもつ完全磁気導体 (以下，PMC：

端末の普及に基づき，IoT（Internet of Things）分野

Perfect Magnetic Conductor) を用いる方法があるが，の更なる発展が期待される．総務省がまとめた情報通

PMC 特性をもつ物質は自然界に存在しない [2]．PMC

信白書平成 30 年度版では，IoT デバイスの数は 2017

特性を人工的な構造で構成したメタサーフェス技術

年には 270 億，2020 年には約 400 億に上ると予想さの一つの人工磁気導体 (以下，AMC：Artiﬁcial Mag-れている．IoT デバイスの稼働数が多い分野は通信で

netic Conductor) は，多くの研究がされている [3]〜あるが，成長率は産業用途，自動車，医療が高いと予[5]．AMC 基板を実現するため，波長に比べて小さな測されている [1]．これらのデバイスは，インターネッ

構造を 2 次元的に周期配列した構造を誘電体基板を介

ト回線を通じて無線ネットワークに接続が可能になる

して金属板に装荷したものがある．2 次元の周期配列

ことから，無線化への対応が求められる．無線化に伴を 1 次元のグリッドで周期配列したキャパシタンスグい，アンテナには，小型・薄型化に加え，周囲の金属

リッドを用いたもの [6] が報告されている．また，有の有無にかかわらず設置することができる柔軟性が求限サイズの AMC 基板上に設けた半波長ダイポールア
ンテナ [7], [8] についても報告されている．しかしながめられる．

ら，有限サイズの AMC 基板では様々な製品に搭載す†るには大きすぎるという難点を抱えていた．

金沢工業大学，野々市市
Kanazawa Institute of Technology, 7–1 Ohgigaoka, Nonoichishi, 921–8601 Japana) E-mail: b6700829@planet.kanazawa-it.ac.jp
DOI:10.14923/transcomj.2018JBP3044

電子情報通信学会論文誌

そこで，ダイポールアンテナと AMC 基板を一体化した機能的小型アンテナ (以下，MACKEY：Meta-

surface inspired Antenna Chip developed by KIT

c 一般社団法人電子情報通信学会 2019
B Vol. J102–B No. 6 pp. 485–493 485電子情報通信学会論文誌 2019/6 Vol. J102–B No. 6

EOE Laboratory) が考案された [9]．MACKEY の構

作した A 型の解析・測定結果の比較を行う．5. におい造と類似したアンテナの一例としてマイクロストリップて，Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯を満たした T 型の設計例

アンテナ (以下，MSA) を挙げる．MSA と MACKEYを示す．また，試作した T 型の解析・測定結果の比較

はいづれも地板を有する小型・薄型アンテナである．

を行い，本検討の有効性を示す．

自由空間では，MACKEY に対して，MSA が広帯域

2. 従来の MACKEYとなるが，金属上に設置した際には，MSA に対して，

MACKEY の方が金属上の影響が少ないことが示され

2. 1 MACKEY 基本型 (Wi-Fi 2 GHz 帯)

た [10]．MACKEY と MSA は，いずれも地板を有し

図 1 (a) に基本型のモデル図を，図 1 (b) に金属上た構造となっているが金属上の影響に差があることが1 アンテナ基板，での設置方法を示す．上部から順に

わかる．

2 グリッド基板，
3 金属板で構成されており，それぞWi-Fi 2 GHz 帯 (2.4 - 2.5 GHz，比帯域幅：4.1%) モ

れの間を誘電体が満たしている．金属上の検討では，

デルでは，MACKEY 基本型 (以下，基本型) [9]，Wi-

金属板が十分大きな場合とするため，図 1 (b) のようFi 5 GHz 帯 (5.15 - 5.725 GHz，比帯域幅：10.6%) モに 3λ × 3λ の金属板の中央に設置した．表 1 に基本

デルでは，MACKEY 広帯域型 (以下，広帯域型) [11]型の設計パラメータを示す．本論文では，h = 0.74と MACKEY O 型 (以下，O 型) [12] が報告されている．2 周波共用モデルでは，MACKEY E 型 [13] と O型 [14] が報告されている．しかしながら，報告された

MACKEY では Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯を満たすことができていない．
そこで，Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯を満たすため，
基本型と広帯域型の二つのアンテナを並列に並べた

MACKEY 並列配置型 (以下，並列配置型) が提案された [15]．提案された並列配置型は，自由空間のみならず金属上においても動作することが報告された．並列配置型は，基本型と広帯域型との相互結合による性能の劣化を防ぐために，スペースを設けている．そのため，基板横幅が大きくなってしまうという課題があった．
本論文では，並列配置型の小型化を目的として，基本型を構成する 2 枚のグリッドと広帯域型を構成する

2 枚のグリッドの，それぞれ 1 枚を共有することで，グリッド枚数が 3 枚となり小型化した MACKEY T 型(以下，T 型：Triple grids type) を提案する．グリッドを共有することで，従来 4 枚のグリッドが必要であったが，3 枚となることで小型化を実現することができる．本文中では，T 型の詳細な設計方法について説明

Fig. 1図 1 基本型のモデル図と金属上の設置図
Model diagram of original type and installed
on a metal plate.

する．2. において，従来型の MACKEY である基本
型，広帯域型，並列配置型を示す．3. において，T 型を実現するためのアイディアについて説明する．4. において，T 型を実現するためには，各周波数に対応した 2 枚のグリッド幅が異なるため，2 枚のグリッド幅が異なる MACKEY A 型 (以下，A 型：Asymmetrictype) を検討する．A 型の検討では，Wi-Fi 2 GHz/5
GHz 帯を満たす共有グリッド幅を決定する．また，試
486

Table 1

表 1 基本型の設計パラメータ
Design parameters of original type.

design parameter
value
length of dipole antenna :  27.0
width of grid : g
27.5
length of substrate : L
55.5
width of substrate : W
30.0
width of dipole antenna : w
1.0
width of slit : s
0.5
Unit [mm]論文／MACKEY 並列配置型の小型化を目的とした Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯用アンテナ MACKEY T 型の検討

Fig. 2図 2 基本型の VSWR 特性
VSWR characteristics of original type.

Table 2表 2 広帯域型の設計パラメータ
Design parameters of wide-band type.

Fig. 3図 3 広帯域型の VSWR 特性
VSWR characteristics of wide-band type.

design parameter
value
length of the dipole antenna :  12.8
width of grid : g
10.8
length of substrate : L
22.1
Unit [mm]mm，t = 3.12 mm と固定した．基板は NPC-F260A(日本ピラー工業株式会社) を使用し，h の εr = 2.53，
tan δ = 0.0018，t の εr = 2.59，tan δ = 0.0028 とする．基本型は，アンテナ長： とグリッド幅：g で共振周波数をコントロールし，整合した．整合の条件は，設計周波数におけるインピーダンスが 50 Ω になるよ
うに行う．

Fig. 4図 4 並列配置型のモデル図
Model diagram of parallel arrangement type.

図 2 に基本型の自由空間と金属上における VSWR
特性の計算結果を示す．図 2 より，自由空間だけでなた，比帯域幅は自由空間で 19.7%，金属上で 20.7%でく金属上においても動作していることがわかる．また，あり，Wi-Fi 5 GHz 帯の比帯域幅を満たしていること

比帯域幅は自由空間で 7.3%，金属上で 5.2%であり，わかる．

Wi-Fi 2 GHz 帯の比帯域幅を満たしていることがわか

2. 3 MACKEY 並列配置型

る．比帯域幅は VSWR = 3 以下で算出した．解析はWi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯の使用帯域を満たすため，

有限要素法による電磁界シミュレーター (ANSYS 社，

基本型と広帯域型を並列に並べた並列配置型を示す．

HFSS) を用いた．

図 4 に並列配置型のモデル図を，表 3 に設計パラメー

2. 2 MACKEY 広帯域型 (Wi-Fi 5 GHz 帯)

タを示す．Wi-Fi 2 GHz 帯は，Wi-Fi 2 GHz 帯用の広帯域型は基本型と同様の構造となっているが，基アンテナ長：1 とグリッド幅：g1 で，Wi-Fi 5 GHz

板横幅に対して適切な基板縦幅を選択することで，単帯は，Wi-Fi 5 GHz 帯用のアンテナ長：2 とグリッ一の共振点しかもたない MACKEY が双峰性の特性

ド幅：g2 で整合した．並列配置型は基本型と広帯域型を得られることが報告されている [11]．表 2 に広帯域との間に相互結合による性能の劣化を防ぐために，ス型の設計パラメータを示す．なお，表 2 に示していな

ペースを設けている．

いパラメータは表 1 と同様とする．広帯域型は，第 1

図 5 (a) に S21 を，図 5 (b) に正面 (X) 方向での利共振周波数をアンテナ長： とグリッド幅：g で，第得の計算結果を示す．また，表 4 に S21 と正面 (X) 方

2 共振周波数を基板縦幅：W でコントロールし，整合向での利得を示す．図 5 (a) 及び表 4 より，2.45 GHz

した．

の S21 では，アイソレーションが −25 dB 以下，5.25

図 3 に広帯域型の自由空間と金属上における VSWR

GHz と 5.60 GHz では，−15dB 以下であり，アイソ

特性の計算結果を示す．図 3 より，自由空間だけでレーションが良いことがわかる．図 5 (b) 及び表 4 よなく金属上においても動作していることがわかる．まり，2.45 GHz の利得では，各 sp に差異は見られず基487

電子情報通信学会論文誌 2019/6 Vol. J102–B No. 6

Table 3表 3 並列配置型の設計パラメータ
Design parameters of parallel arrangement
type.

design parameter
space : sp
length of dipole antenna (2 GHz) : 1length of dipole antenna (5 GHz) : 2
width of grid (2 GHz) : g1
width of grid (5 GHz) : g2
length of substrate : L
design parameter
space : sp
length of dipole antenna (2 GHz) : 1length of dipole antenna (5 GHz) : 2
width of grid (2 GHz) : g1
width of grid (5 GHz) : g2
length of substrate : L

1.0
28.5
16.5
26.4
10.6
75.8
4.0
27.9
14.3
26.8
9.8
79.5

value
2.0
3.0
27.7 28.7
14.6 14.4
26.6 26.8
10.0 9.9
76.6 78.4
value
5.0 10.0
27.7 27.0
14.8 13.7
27.0 27.1
10.3 9.980.5 85.0
Unit [mm]

図 6 並列配置型を小型化するためのアイディア
Fig. 6 Idea to reduce length of a parallel arrangement model.

図 5 並列配置型の S21 と正面 (X) 方向における利得
Fig. 5 S21 and Gain in the front(X) direction of parallel arrangement type.
表 4 S21 と並列配置型の正面 (X) 方向における利得
Table 4 S21 and Gain in the front(X) direction ofparallel arrangement type.
sp[mm]
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0 10.0
gain[dBi] 6.1
6.1
6.1
6.1
6.2
6.2
2.45 GHz
S21[dB] −41.1 −28.4 −31.0 −32.9 −34.3 −41.3
gain[dBi] 3.7
4.5
4.9
5.8
6.2
6.5
5.25 GHz
S21[dB] −21.3 −17.3 −17.6 −18.7 −19.8 −21.7
gain[dBi] 3.2
7.3
7.7
7.6
7.4
7
5.60 GHz
S21[dB] −24.3 −15.8 −18.0 −20.9 −22.3 −24.1

Fig. 7図 7 A 型のモデル図
Model diagram of type A.

の並列配置型では，Wi-Fi 2 GHz 帯用の 2 枚のグリッ
ドと Wi-Fi 5 GHz 帯用の 2 枚のグリッドを合わせた

本型と同等の利得であるが，5.25 GHz では，sp = 4

4 枚のグリッドで構成される．図 6 (b) の T 型では，mm 以上から利得に差異がみられず，5.60GHz では，

並列配置型に比べ，赤と青の実線で重なっている部分

sp = 1 mm 以外は，各 sp で同等の利得である．以上

が別々の周波数帯のグリッドとして動作するため，グのことより，sp = 4 mm とすることで，性能を維持

リッド枚数が 3 枚となり，全体の横幅は小さくなるとしつつ最小のスペースであると判断した．

考えられる．グリッド枚数が 3 枚となるモデル T 型を

3. MACKEY T 型の提案検討する．また，グリッドを共有するため，各周波数に対応する 2 枚のグリッド幅は左右で非対称となるた

図 6 (a) に 2. で示した並列配置型を，図 6 (b) に提め A 型となる [15]．図 7 に A 型のモデル図を示す．T

案する T 型の外面図を示す．図 6 中の，赤の実線は型を実現するためには，Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯用のWi-Fi 2 GHz 帯に適用するために動作し，青の実線はA 型を最小で構成できる共有グリッド幅：gs を決定す

Wi-Fi 5 GHz 帯に適用するために動作する．図 6 (a)る必要があり，その実現性が技術的課題である．また，

488

論文／MACKEY 並列配置型の小型化を目的とした Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯用アンテナ MACKEY T 型の検討

共有グリッド幅：gs が決定されれば，Wi-Fi 2 GHz

数 (2.45 GHz) において 2 枚のグリッド幅が異なって用のグリッド幅：g1 ，Wi-Fi 5 GHz 帯用グリッド幅：も整合がとれていることがわかる．小型アンテナの場

g2 により設計することができるため，Wi-Fi 2 GHz/5

合，体積と比帯域幅には比例の関係があるため，表 5

GHz 帯用の A 型を組み合わせることで T 型を設計すに示すように，全体の横幅が小さくなる (体積が減少)

ることができる．また，Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯の検につれて比帯域幅が減少していることがわかる．

討を行っているため，Wi-Fi 2 GHz 帯のグリッドのつぎに，Wi-Fi 5 GHz 帯用の A 型について検討す

スリット幅は，相互結合による性能の劣化を防ぐため

る．共有グリッド幅：gs を 2 mm から 8 mm まで 2のスペースの役割となる．したがって，Wi-Fi 2 GHz

mm ごとに固定し，第 1 共振周波数をアンテナ長：

帯のグリッドのスリット幅：sp は，2.3 で示したようとグリッド幅：g2 で，第 2 共振周波数を基板縦幅：Wに，相互結合による性能の劣化が小さい 4 mm を選でコントロールし，整合した．表 6 に設計パラメータ

ぶ．また，5 GHz 帯のグリッドのスリット幅は，従来及び比帯域幅を示す．なお，表 6 に示していないパラの MACKEY と同様に 0.5 mm とする．

メータは表 1 と同様とする．図 9 に整合した各共有グ

4. MACKEY T 型 を 実 現 す る た め のMACKEY A 型の検討

リッド幅：gs の自由空間における VSWR 特性を示す．

4. 1 共有グリッド幅：gs の検討

幅が異なっても整合がとれていることがわかる．表 6

本節では，Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯の二つの周波数より，基板横幅に変化が少ないため，A 型 2GHz 帯の帯に適用する共有グリッド幅：gs について検討を行う．

また，広帯域型の VSWR 特性も重ねて示す．図 9 より，設計周波数 (5.25 GHz) において 2 枚のグリッド

ように比帯域幅の変化があまり見られない．

はじめに，Wi-Fi 2 GHz 帯用の A 型について検討

Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯用の A 型の結果より，基板する．共有グリッド幅：gs を 2 mm から 8 mm まで

横幅が最小でかつ Wi-Fi の比帯域幅をおおむね確保で2 mm ごとに固定し，アンテナ長： とグリッド幅：きているのは，共有グリッド幅：gs が 8 mm である

g1 で整合した．表 5 に設計パラメータ及び比帯域幅

ことがわかる．

を示す．なお，表 5 に示していないパラメータは表 1

4. 2 試作した MACKEY A 型の解析・測定結果と同様とする．図 8 に整合した各共有グリッド幅：gs

本節では，試作した A 型を示し，解析・測定結果のの自由空間における VSWR 特性を示す．また，基本比較を行う．

型の VSWR 特性も重ねて示す．図 8 より，設計周波

表 5 A 型 (Wi-Fi 2 GHz 帯) の設計パラメータ
Table 5 Design parameters of type A (Wi-Fi 2 GHzband).
shared grid width : gs [mm]2468length of dipole antenna : [mm] 36.5 32.8 30.0 27.8
width of grid : g1 [mm]35.0 34.8 34.5 34.2
length of substrate : L[mm]41.0 42.8 44.5 46.3
BW[%]
1.6 2.9 2.9 3.7

図 8 A 型 (Wi-Fi 2 GHz 帯) の VSWR 特性
Fig. 8 VSWR characteristics of type A (Wi-Fi 2 GHzband).

表 6 A 型 (Wi-Fi 5 GHz 帯) の設計パラメータ
Table 6 Design parameters of type A (Wi-Fi 5 GHzband).
shared grid width : gs [mm]width of substrate : W[mm]length of dipole antenna : [mm]width of grid : g2 [mm]length of substrate : L[mm]
BW[%]

2
32.5
17.9
15.0
17.5
16.0

4
32.5
14.8
14.3
18.8
16.5

6
32.0
12.5
13.6
20.1
13.7

8
30.0
12.8
12.6
21.1
18.5

図 9 A 型 (Wi-Fi 5 GHz 帯) の VSWR 特性
Fig. 9 VSWR characteristics of type A (Wi-Fi 5 GHzband).

489

電子情報通信学会論文誌 2019/6 Vol. J102–B No. 6

図 10 試作した A 型のモデル図
Fig. 10 Prototype model of type A.

Table 7表 7 試作した A 型の設計パラメータ
Design parameters of prototype model oftype A.

design parameter
length of dipole antenna(2 GHz) : 1length of dipole antenna(5 GHz) : 2
width of grid(2 GHz) : g1
width of grid(5 GHz) : g2
shared grid width : gs
length of substrate : L
width of dipole antenna(2 GHz) : w1
width of dipole antenna(5 GHz) : w2
space : sp

value
37.0
12.9
33.5
12.4
8
45.5 20.9
7.1
1.0
4
Unit [mm]

図 10 (a) に Wi-Fi 2 GHz 帯用の A 型を，図 10 (b)に Wi-Fi 5 GHz 帯用の A 型を，表 7 に設計パラメー
タを示す．なお，積層方法はプリプレグを用いて圧着した．共有グリッド幅：gs は，4.1 で決定した 8 mm
である．Wi-Fi 2 GHz 帯用の A 型は，Wi-Fi 2 GHz
帯用のアンテナ長：1 ，アンテナ幅：w1 ，グリッド幅：

Fig. 11

図 11 試作した A 型の VSWR 特性
VSWR characteristics of prototype model oftype A.

表 8 試作した A 型の比帯域幅
Table 8 Relative bandwidth of type A.
Analysis
MeasureAnalysis
Measurein free space in free space on metal
on metal
4.0%
4.0%
4.0%
4.0%
(2 - 3 GHz) (2 - 3 GHz) (2 - 3 GHz) (2 - 3 GHz)
BW
17.3%
17.3%
18.0%
16.8%
(5 - 6 GHz) (5 - 6 GHz) (5 - 6 GHz) (5 - 6 GHz)

g1 で整合した．Wi-Fi 5 GHz 帯用の A 型は，Wi-Fi
5 GHz 帯用のアンテナ長：2 とグリッド幅：g2 で整合した．また，共有グリッド幅：gs が 8 mm のため，で，インピーダンスの虚部が低くなる．

Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯用のダイポールアンテナは物

Wi-Fi 2 GHz 帯用の A 型の自由空間と金属上にお理的に干渉する．物理的干渉を防ぐため，ダイポール

ける VSWR 特性を図 11 (a) に，Wi-Fi 5 GHz 帯用アンテナの幅を太くし，ダイポールアンテナの給電点の A 型を図 11 (b) に示す．また，表 8 に自由空間とからみたときの左右の長さを変え給電 (オフセット給

金属上における比帯域幅を示す．図 11 より，自由空電) した．以下にダイポールアンテナの幅を太くし，間だけでなく金属上においても動作していることがわ

オフセット給電をした際の影響をまとめる．

•

ダイポールアンテナの幅を太くすることで，インピーダンスの虚部が高くなる．

•
490

ダイポールアンテナをオフセット給電すること

かる．また，表 8 より，Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯の比帯域幅を満たしていることがわかる．2.80 GHz 付近の共振は，Wi-Fi 2GHz 帯用のダイポールアンテナによる共振と考えられる．Wi-Fi 2 GHz 帯のダイポー論文／MACKEY 並列配置型の小型化を目的とした Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯用アンテナ MACKEY T 型の検討

ルアンテナはスリットから見て左側の長さが 35 mm，

5. 2 MACKEY T 型の解析・測定結果

右側の長さが 1.5 mm である．2.80 GHz は，誘電率T 型の自由空間と金属上における VSWR 特性をが約 2.6 とすると，約 λ/2 波長であり，おおむね一致

図 13 に，主偏波成分である Eθ 成分の放射パターン

する．

(2.45 GHz，5.25 GHz，5.60 GHz) を図 14 に示す．

5. MACKEY T 型の設計及び解析・
測定結果

また，表 10 に自由空間と金属上における比帯域幅と正面 (X) 方向における利得を示す．図 13 及び表 10
より，Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯の比帯域幅を満たして

5. 1 MACKEY T 型の設計いることがわかる．2.80GHz 付近の共振は，A 型の測4.2 で検討した A 型を組み合わせた T 型を図 12

定結果と同様に，ダイポールアンテナの共振と考えらに，設計パラメータを表 9 示す．共有グリッド幅：gsれる．図 14 及び表 10 より，利得と放射パターンのは 4.1 で決定した 8 mm である．Wi-Fi 2 GHz 帯は，解析結果と測定結果が一致していることがわかる．放Wi-Fi 2 GHz 帯用のアンテナ長：1 ，アンテナ幅：

射パターンが Z 軸で対称でないのは，Y 軸で構造が非

w1 ，グリッド幅：g1 で整合した．Wi-Fi 5 GHz 帯は，対称なためである．また，これらの結果より自由空間

Wi-Fi 5 GHz 帯用のアンテナ長：2 とグリッド幅：g2

及び金属上で動作していることがわかる．

で整合した．寸法は，基板縦幅 = 30 mm × 基板横

図 15 に放射パターンの測定系を示す．図 15 のよ

幅 = 56.8 mm × 厚さ = 4 mm である．設計した T

うに，MACKEY に対してプローブは垂直方向へ配置

型は，sp = 4 mm の並列配置型に比べ約 30%横幅がしている．主偏波成分である Eθ 成分は水平方向の電小型化した．

図 12 T 型のモデル図
Fig. 12 Model diagram of type T.
表 9 T 型の設計パラメータ
Table 9 Design parameters of type T.
design parameter
value
length of dipole antenna (2 GHz) : 1 36.8
length of dipole antenna (5 GHz) : 2 12.8
width of grid (2 GHz) : g1
33.3
width of grid (5 GHz) : g2
18.8
shared grid width : gs
8length of substrate : L
56.8
width of substrate : W
30.0
width of dipole antenna (2 GHz) : w1
8.3
width of dipole antenna (5 GHz) : w2
1.0
width of slit : s
0.5
space : sp
4
Unit [mm]Fig. 13

図 13 T 型の VSWR 特性
VSWR characteristics of type T.

491

電子情報通信学会論文誌 2019/6 Vol. J102–B No. 6

Fig. 15

図 15 放射パターンの測定系
Measurement system of radiation pattern.

などの不要放射が大きくなってしまう．解析に比べ測定では，20 dB 程度交差偏波成分が大きくなっている．
また，本測定ではバランを用いず，S パラメータ法を用いた [16]．MACKEY は平衡系であり，測定で用いる同軸ケーブルは不平衡系である．S パラメータ法を用いることで，平行 - 不平衡の変換をせずに，不平衡電流の影響を低減することができる．また，VSWR
特性の測定は，一方のアンテナに給電し，もう一方のアンテナはダミーを用いず，開放で測定をした．理由は，開放の場合が影響が大きいと考えたからである．

6. む す び
本論文では，3. において，並列配置型を小型化する
図 14 T 型の放射パターン
Fig. 14 Radiation patterns of type T.
表 10 T 型の比帯域幅及び正面 (X) 方向の利得
Table 10 Relative bandwidth and gain in thefront(X) direction of type T.
Analysis
MeasureAnalysis
Measurein free space in free space on metal
on metal
6.1%
6.5%
4.4%
4.2%
(2 - 3 GHz) (2 - 3 GHz) (2 - 3 GHz) (2 - 3 GHz)
BW
13.9%
13.6%
15.6%
16.0%
(5 - 6 GHz) (5 - 6 GHz) (5 - 6 GHz) (5 - 6 GHz)
6.1 dBi
6.0 dBi
7.8 dBi
7.7 dBi(2.45 GHz) (2.45 GHz) (2.45 GHz) (2.45 GHz)
5.7 dBi5.6 dBi8.1 dBi8.1 dBigain(5.25 GHz) (5.25 GHz) (5.25 GHz) (5.25 GHz)
5.7 dBi
4.9 dBi
6.4 dBi
5.9 dBi(5.60 GHz) (5.60 GHz) (5.60 GHz) (5.60 GHz)

ためのアイディアとして，グリッドを共有した T 型を示した．4. において，Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯用の A型を検討し，Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯をおおむね満たした共用グリッド幅：gs = 8 mm を決定した．また，測定した Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯用の A 型は Wi-Fi

2 GHz/5 GHz 帯を満たした．5. において，設計したT 型は，sp = 4 mm の並列配置型に比べ約 30%横幅が小型化することを示した．測定した T 型は，Wi-Fi

2 GHz/5 GHz 帯を満たし，自由空間だけでなく金属上においても動作することを示した．解析・測定結果
はおおむね一致しており，設計の妥当性を確認した．
謝辞

本研究は，JST CREST (JPMJCR16Q) の助成を受けたものである．
文界であるため，プローブによる影響が少ないことが測

総 務 省 ，情 報 通 信 白 書 平 成 30 年 度 版 ，http://www.
soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/h30/
pdf/index.html，2018 年 8 月 16 日．

[2]

原久二男，“人工磁気導体，” アンテナ・伝搬における設定結果よりわかる．交差偏波成分である Eφ 成分は，垂直方向の電界であるため，プローブや同軸ケーブル
492

献

[1]

論文／MACKEY 並列配置型の小型化を目的とした Wi-Fi 2 GHz/5 GHz 帯用アンテナ MACKEY T 型の検討
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[3] Y. Zhang, J. Hagen, M. Younis, C. Fischer, and W.
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平野

賢

（学生員）

平 29 金沢工大・工・情報通信卒．同年
同大大学院工学前期博士課程入学．小型ア
ンテナ MACKEY に関する研究に従事．

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良，長

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討，

[13]

S. Makino, T. Moroya, M. Kotaka, K. Itoh, K.

牧野滋（正員：フェロー）昭 52 京大・工・電気第二卒．同年三菱電機（株）に入社．地上マイクロ波回線用アンテナ，レーダ用アンテナ，地球局用アンテナ，衛星搭載用アンテナなどの研究に従事．同社情報技術総合研究所アンテナ技
術部長を経て，平 19 年金沢工大教授．昭62，平 8，平 9，平 10 関東地方発明表彰発明奨励賞，平 10
R&D100 賞，平 17 第 16 回電波功績賞電波産業会会長表彰，
平 18 市村産業賞貢献賞，平 21 本会通ソチュートリアル論文賞，平 28 本会論文賞など受賞．IEEE Senior member．工博．

伊東 健治

（正員）

昭 58 同志社大・工・電子工学科卒，昭58 三菱電機（株）に入社．衛星通信地球局，

衛星搭載中継器，レーダ装置などに用いられるマイクロ波送受信機の研究開発，携帯電話機の開発に従事．同社モバイルターミ
ナル製作所ハードウェア技術部長を経て，
平 21 金沢工大教授．平 12，平 17 関東地方発明表彰発明奨励賞，平 18 近畿地方発明表彰発明奨励賞，平 14 第 50 回オーム
技術賞，平 28 本会論文賞など受賞．著書「モバイル通信の無線回路技術」（電子情報通信学会，共著）．IEEE Fellow member．
博士（工学）．

Noguchi, and T. Hirota, “Dual band MACKEY-E
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2016.
[14]

大坪靖治，小鷹柾樹，牧野 滋，廣田哲夫，野口啓介，伊東健治，諸谷徹郎，“オフセット給電により 2 周波共用化した
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平野 賢，牧野 滋，野口啓介，伊東健治，廣田哲夫，“MACKEY A 型に関する検討，” 信学技報，AP2017110, 2017.

[16]

深沢 徹，宮下裕章，小西善彦，“S パラメータ法を用” 信学技報，いた小型アンテナの放射パターン測定法，
AP2010-50, 2010.
（2018 年 10 月 1 日受付，2019 年 1 月 7 日再受付，
2 月 26 日早期公開）

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