JP4813344B2 - ダイポールアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、放射素子を備え、この放射素子の中央部に給電された時に励起されるダイポールアンテナに関し、特に、放射素子を短絡する短絡部を備えたダイポールアンテナに関する。

図５は、従来のダイポールアンテナの一例を示す概略平面図である。
この例のダイポールアンテナ１００は、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点１０１ａ，１０２ａを有する一対の放射素子１０１，１０２と、放射素子１０１の給電点１０１ａ近傍、並びに、放射素子１０２の給電点１０２ａ近傍を短絡する短絡部１０３とから概略構成されている。
このようなダイポールアンテナ１００では、その長手寸法を短縮するために、放射素子１０１，１０２をメアンダ形状（蛇行形状）に形成して、誘導負荷を装荷させている。誘導負荷を装荷するとアンテナの電気長が延びるため、見かけ上の長手寸法を短縮することができる（例えば、特許文献１参照）。

ダイポールアンテナ１００は、ほぼ形状が同一な一対の放射素子１０１，１０２の対向する側の端部に設けられた給電点１０１ａ，１０２ａに給電して励起させるものである。この給電点１０１ａ，１０２ａは、給電回路（図示略）に接続されている。
このダイポールアンテナ１００は、絶縁基板上に導電性インクまたは導電性ペーストを用いて所定のパターン状にスクリーン印刷により形成されるか、もしくは、絶縁基板上に貼着した導電性箔をエッチングしてされる。
特開２００５−８０２００号公報

近年、ダイポールアンテナの形成方法としては、工程が簡略であることなどから、導電性インクまたは導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法が多用されている。しかしながら、導電性インクや導電性ペーストは高価なものであるため、この材料を使用することは、アンテナの製造コストを高くするという問題があった。そこで、アンテナとしての機能（共振周波数、通信距離など）を低下することなく、安価にダイポールアンテナを製造する方法が望まれていた。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、アンテナとしての機能を低下することなく、低コストで製造が可能なダイポールアンテナを提供することを目的とする。

本発明のダイポールアンテナは、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点を有する放射素子と、前記放射素子の一方の給電点近傍、並びに、前記放射素子の他方の給電点近傍を短絡する短絡部とを備えたダイポールアンテナであって、前記放射素子は、前記短絡部と前記放射素子の分岐点よりも、前記放射素子における前記給電点とは反対側の端部側の部分が中抜きされており、かつ、前記短絡部は前記放射素子の中抜きされていない部分に接続されていることを特徴とする。
前記短絡部は、前記放射素子の一方との分岐点を基端とし、前記放射素子の他方との分岐点に至る部分が中抜きされていることが好ましい。

前記放射素子および前記短絡部は、アディティブ法により形成されたことが好ましい。

本発明のダイポールアンテナは、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点を有する放射素子と、前記放射素子の一方の給電点近傍、並びに、前記放射素子の他方の給電点近傍を短絡する短絡部とを備えたダイポールアンテナであって、前記放射素子は前記給電点およびその近傍を除く部分が中抜きされており、かつ、前記短絡部は前記放射素子の中抜きされていない部分に接続されているので、従来のダイポールアンテナと同等のアンテナ機能を維持したまま、アンテナを形成する材料の使用量を削減することができる。特に、絶縁基材上にポリマー型導電性インクまたは導電性ペーストを用いて所定のパターン状にスクリーン印刷してなるダイポールアンテナの場合、材料の無駄を省くことができる。
また、ダイポールアンテナの給電点にＩＣチップなどを実装する際の発熱によりアンテナ、ＩＣチップまたはアンテナが形成されている絶縁基材が破壊されるのを防止することができる。

本発明のダイポールアンテナの最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

（第一の実施形態）
図１は、本発明のダイポールアンテナの第一の実施形態を示す概略平面図である。
この実施形態のダイポールアンテナ１０は、各種導電体からなり、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点１１ａ，１２ａを有する一対の放射素子１１，１２と、放射素子１１の給電点１１ａ近傍、並びに、放射素子１２の給電点１２ａ近傍を短絡する短絡部１３とから概略構成されている。
また、放射素子１１，１２は、その長手方向の形状が蛇行したメアンダ形状（蛇行形状）をなしている。
また、放射素子１１，１２の給電点１１ａ，１２ａとは反対側の端部１１ｂ，１２ｂは、放射素子１１，１２におけるその他の部分よりも幅広に形成されている。
さらに、放射素子１１，１２は給電点１１ａ，１２ａおよびその近傍を除く部分が、線条の導電体１１ｃ，１２ｃにより、その外郭のみが形成されて、中抜きされており、かつ、短絡部１３は放射素子１１，１２の中抜きされていない部分１１ｄ，１２ｄに接続されている。

ダイポールアンテナ１０は、絶縁基板上に形成されるが、その厚みは特に限定されるものではなない。
ダイポールアンテナ１０の長手方向における長さは、非接触ＩＣカードなどの非接触ＩＣモジュールに利用できる極超短波帯〈ＵＨＦ〉やマイクロ波帯の電波帯の周波数（３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ）の１／２波長に相当する長さとなっている。すなわち、放射素子１１，１２の長手方向における長さは、１／４波長に相当する長さとなっている。

このようなダイポールアンテナ１０のインピーダンス（Ｚ）は、下記の式（１）で表される。
Ｚ≡Ｒ＋ｊＸ （１）
この式（１）中、Ｚは誘導性インピーダンス、Ｒは抵抗分（実部）、ｊＸは抵抗分（虚部）を表す。

ダイポールアンテナ１０は、アンテナ形成が容易であることや、材料の無駄を省くことができることなどから、絶縁基材上にアディティブ法により形成されたものである。
アディティブ法により、ダイポールアンテナ１０を形成するには、（１）絶縁基材上にメッキ触媒（白金など）を含む材料を用いて、所定のパターンのメッキの下地層を形成し、無電解メッキなどにより所定のパターンのアンテナを得る、（２）ポリマー型導電性インクまたは導電性ペーストなどの導電材を用いて所定のパターン状にスクリーン印刷する印刷法により形成する。

本発明におけるポリマー型導電性インクまたは導電性ペーストとしては、例えば、銀粉末、金粉末、白金粉末、アルミニウム粉末、パラジウム粉末、ロジウム粉末、カーボン粉末（カーボンブラック、カーボンナノチューブなど）などの導電微粒子が樹脂組成物に配合されたものが挙げられる。

樹脂組成物として熱硬化型樹脂を用いれば、ポリマー型導電性インクまたは導電性ペーストは、２００℃以下、例えば１００〜１５０℃程度でダイポールアンテナ１０をなす塗膜を形成することができる熱硬化型となる。ダイポールアンテナ１０をなす塗膜の電気の流れる経路は、塗膜をなす導電微粒子が互いに接触することによる形成され、この塗膜の抵抗値は１０^-5Ω・ｃｍオーダーである。
また、本発明におけるポリマー型導電インクまたは導電性ペーストとしては、熱硬化型の他にも、光硬化型、浸透乾燥型、溶剤揮発型といった公知のものが用いられる。

光硬化型のポリマー型導電性インクまたは導電性ペーストは、光硬化性樹脂を樹脂組成物に含むものであり、硬化時間が短いので、製造効率を向上させることができる。光硬化型のポリマー型導電性インクまたは導電性ペーストとしては、例えば、熱可塑性樹脂のみ、あるいは熱可塑性樹脂と架橋性樹脂（特にポリエステルとイソシアネートによる架橋系樹脂など）とのブレンド樹脂組成物に、導電微粒子が６０質量％以上配合され、ポリエステル樹脂が１０質量％以上配合されたもの、すなわち、溶剤揮発型かあるいは架橋／熱可塑併用型（ただし熱可塑型が５０質量％以上である）のものや、熱可塑性樹脂のみ、あるいは熱可塑性樹脂と架橋性樹脂（特にポリエステルとイソシアネートによる架橋系樹脂など）とのブレンド樹脂組成物に、ポリエステル樹脂が１０質量％以上配合されたもの、すなわち、架橋型かあるいは架橋／熱可塑併用型のものなどが好適に用いられる。

このダイポールアンテナ１０は、図５に示す従来のダイポールアンテナ１００と同等に、アンテナとして機能する。すなわち、ダイポールアンテナ１０は、共振周波数、通信距離などに関して、ダイポールアンテナ１００と同等に機能する。

この実施形態のダイポールアンテナ１０は、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点１１ａ，１２ａを有する一対の放射素子１１，１２と、放射素子１１の給電点１１ａ近傍、並びに、放射素子１２の給電点１２ａ近傍を短絡する短絡部１３とを備え、放射素子１１，１２は給電点１１ａ，１２ａおよびその近傍を除く部分が中抜きされており、かつ、短絡部１３は放射素子１１，１２の中抜きされていない部分１１ｄ，１２ｄに接続されているので、従来のダイポールアンテナと同等のアンテナ機能を維持したまま、アンテナを形成する材料の使用量を削減することができる。特に、絶縁基材上にポリマー型導電性インクまたは導電性ペーストを用いて所定のパターン状にスクリーン印刷してなるダイポールアンテナの場合、材料の無駄を省くことができるため、その効果は絶大である。
また、ダイポールアンテナ１０の給電点１１ａ，１２ａにＩＣチップなどを実装する際、超音波などによる融着がなされるが、この時、給電点１１ａ，１２ａ近傍が発熱して、その熱によりアンテナ、ＩＣチップまたはアンテナが形成されている絶縁基材が破壊されることがある。そこで、ダイポールアンテナ１０のように放射素子１１，１２を中抜きすれば、放射素子１１，１２の熱容量を下げることができるので、ＩＣチップなどを実装する際の発熱によりアンテナ、ＩＣチップまたは絶縁基材が破壊されるのを防止することができる。

なお、この実施形態では、放射素子１１，１２が、その長手方向の形状が蛇行したメアンダ形状をなしているダイポールアンテナ１０を例示したが、本発明のダイポールアンテナはこれに限定されない。本発明のダイポールアンテナにあっては、放射素子の長手方向の形状は、直線状など、いかなる形状であってもよい。

（第二の実施形態）
図２は、本発明のダイポールアンテナの第二の実施形態を示す概略平面図である。
この実施形態のダイポールアンテナ２０は、各種導電体からなり、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点２１ａ，２２ａを有する一対の放射素子２１，２２と、放射素子２１の給電点２１ａ近傍、並びに、放射素子２２の給電点２２ａ近傍を短絡する短絡部２３とから概略構成されている。
また、放射素子２１，２２は、その長手方向の形状が蛇行したメアンダ形状（蛇行形状）をなしている。
また、放射素子２１，２２の給電点２１ａ，２２ａとは反対側の端部２１ｂ，２２ｂは、放射素子２１，２２におけるその他の部分よりも幅広に形成されている。

さらに、放射素子２１，２２は給電点２１ａ，２２ａおよびその近傍を除く部分が、線条の導電体２１ｃ，２２ｃにより、その外郭のみが形成されて、中抜きされており、かつ、短絡部２３は放射素子２１，２２の中抜きされていない部分２１ｄ，２２ｄに接続されている。
そして、短絡部２３は、放射素子２１の給電点２１ａ近傍から放射素子２２の給電点２２ａ近傍に渡る線条の導電体２３ａ，２３ｂにより、その外郭のみが形成されて、中抜きされている。

ダイポールアンテナ２０は、絶縁基板上に形成されるが、その厚みは特に限定されるものではなない。
ダイポールアンテナ２０の長手方向における長さは、非接触ＩＣカードなどの非接触ＩＣモジュールに利用できる極超短波帯〈ＵＨＦ〉やマイクロ波帯の電波帯の周波数（３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ）の１／２波長に相当する長さとなっている。すなわち、放射素子１１，１２の長手方向における長さは、１／４波長に相当する長さとなっている。

ダイポールアンテナ２０は、上記のダイポールアンテナ１０と同様に、絶縁基材上にアディティブ法により形成されたものである。

このダイポールアンテナ２０は、図５に示す従来のダイポールアンテナ１００と同等に、アンテナとして機能する。すなわち、ダイポールアンテナ２０は、共振周波数、通信距離などに関して、ダイポールアンテナ１００と同等に機能する。

この実施形態のダイポールアンテナ２０は、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点１１ａ，１２ａを有する一対の放射素子１１，１２と、放射素子１１の給電点１１ａ近傍、並びに、放射素子１２の給電点１２ａ近傍を短絡する短絡部１３とを備え、放射素子２１，２２は給電点２１ａ，２２ａおよびその近傍を除く部分が中抜きされており、かつ、短絡部２３は放射素子２１，２２の中抜きされていない部分２１ｄ，２２ｄに接続されており、さらに、短絡部２３は中抜きされているので、従来のダイポールアンテナと同等のアンテナ機能を維持したまま、アンテナを形成する材料の使用量をさらに削減することができる。特に、絶縁基材上にポリマー型導電性インクまたは導電性ペーストを用いて所定のパターン状にスクリーン印刷してなるダイポールアンテナの場合、材料の無駄を省くことができるため、その効果は絶大である。
また、ダイポールアンテナ２０の給電点２１ａ，２２ａにＩＣチップなどを実装する際、超音波などによる融着がなされるが、この時、給電点２１ａ，２２ａ近傍が発熱して、その熱によりアンテナ、ＩＣチップまたはアンテナが形成されている絶縁基材が破壊されることがある。そこで、ダイポールアンテナ２０のように放射素子２１，２２を中抜きし、さらに、短絡部２３を中抜きすれば、放射素子２１，２２の熱容量を下げることができるので、ＩＣチップなどを実装する際の発熱によりアンテナ、ＩＣチップまたは絶縁基材が破壊されるのを防止することができる。

なお、この実施形態では、放射素子２１，２２が、その長手方向の形状が蛇行したメアンダ形状をなしているダイポールアンテナ２０を例示したが、本発明のダイポールアンテナはこれに限定されない。本発明のダイポールアンテナにあっては、放射素子の長手方向の形状は、直線状など、いかなる形状であってもよい。

（第三の実施形態）
図３は、本発明のダイポールアンテナの第三の実施形態を示す概略平面図である。
この実施形態のダイポールアンテナ３０は、各種導電体からなり、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点３１ａ，３２ａを有する放射素子３１，３２と、この放射素子３１，３２と直交し、かつ、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点３３ａ，３４ａを有する放射素子３３，３４と、放射素子３１の給電点３１ａ近傍、および、放射素子３４の給電点３４ａ近傍を短絡する短絡部３５と、放射素子３４の給電点３４ａ近傍、および、放射素子３２の給電点３２ａ近傍を短絡する短絡部３６と、放射素子３２の給電点３２ａ近傍、および、放射素子３３の給電点３３ａ近傍を短絡する短絡部３７と、放射素子３３の給電点３３ａ近傍、および、放射素子３１の給電点３１ａ近傍を短絡する短絡部３８とから概略構成されている。

また、放射素子３１，３２，３３，３４は、その長手方向の形状が蛇行したメアンダ形状（蛇行形状）をなしている。
また、放射素子３１，３２は給電点３１ａ，３２ａおよびその近傍を除く部分が、線条の導電体３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃにより、その外郭のみが形成されて、中抜きされている。同様に、放射素子３３，３４は給電点３３ａ，３４ａおよびその近傍を除く部分が、線条の導電体３３ｂ，３３ｃ，３４ｂ，３４ｃにより、その外郭のみが形成されて、中抜きされている。
また、短絡部３５は放射素子３１，３４の中抜きされていない部分３１ｄ，３４ｄに接続されている。同様に、短絡部３６は放射素子３４，３２の中抜きされていない部分３４ｄ，３２ｄに接続されている。短絡部３７は放射素子３２，３３の中抜きされていない部分３２ｄ，３３ｄに接続されている。短絡部３８は放射素子３３，３１の中抜きされていない部分３３ｄ，３１ｄに接続されている。

さらに、短絡部３５，３６，３７，３８は、放射素子３１，３２，３３，３４と接続している側とは反対側の長手方向の形状が、放射素子３１，３２，３３，３４と同様に、メアンダ形状をなしている。
そして、短絡部３５，３７のメアンダ形状をなしている部分と、短絡部３６，３８のメアンダ形状をなしている部分とは直交するように設けられている。
この短絡部３５，３６，３７，３８のメアンダ形状をなしている部分は、放射素子３１，３２，３３，３４と同様に、アンテナとして機能する。

この実施形態のダイポールアンテナ３０は、互いに直交する放射素子３１，３２と、放射素子３３，３４とを有し、さらに、アンテナとしての機能を備えた短絡部３５，３６，３７，３８を有しているので、平面視すると、給電点３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａを中心とする円状にアンテナが配されているから、第一の実施形態のダイポールアンテナ１０よりも指向性が緩和され、ほぼ全方向に通信可能なアンテナとなる。

（第四の実施形態）
図４は、本発明のダイポールアンテナの第四の実施形態を示す概略平面図である。
この実施形態のダイポールアンテナ４０は、各種導電体からなり、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点４１ａ，４２ａを有する放射素子４１，４２と、この放射素子４１，４２と直交し、かつ、互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点４３ａ，４４ａを有する放射素子４３，４４と、放射素子４１の給電点４１ａ近傍、および、放射素子４４の給電点４４ａ近傍を短絡する短絡部４５と、放射素子４４の給電点４４ａ近傍、および、放射素子４２の給電点４２ａ近傍を短絡する短絡部４６と、放射素子４２の給電点４２ａ近傍、および、放射素子４３の給電点４３ａ近傍を短絡する短絡部４７と、放射素子４３の給電点４３ａ近傍、および、放射素子４１の給電点４１ａ近傍を短絡する短絡部４８とから概略構成されている。

また、放射素子４１，４２，４３，４４は、その長手方向の形状が蛇行したメアンダ形状（蛇行形状）をなしている。
また、放射素子４１，４２は給電点４１ａ，４２ａおよびその近傍を除く部分が、線条の導電体４１ｂ，４１ｃ，４２ｂ，４２ｃにより、その外郭のみが形成されて、中抜きされている。同様に、放射素子４３，４４は給電点４３ａ，４４ａおよびその近傍を除く部分が、線条の導電体４３ｂ，４３ｃ，４４ｂ，４４ｃにより、その外郭のみが形成されて、中抜きされている。
また、短絡部４５は放射素子４１，４４の中抜きされていない部分４１ｄ，４４ｄに接続されている。同様に、短絡部４６は放射素子４４，４２の中抜きされていない部分４４ｄ，４２ｄに接続されている。短絡部４７は放射素子４２，４３の中抜きされていない部分４２ｄ，４３ｄに接続されている。短絡部４８は放射素子４３，４１の中抜きされていない部分４３ｄ，４１ｄに接続されている。

さらに、短絡部４５，４６，４７，４８は、放射素子４１，４２，４３，４４と接続している側とは反対側の長手方向の形状が、放射素子４１，４２，４３，４４と同様に、メアンダ形状をなしている。
そして、短絡部４５，４７のメアンダ形状をなしている部分と、短絡部４６，４８のメアンダ形状をなしている部分とは直交するように設けられている。
この短絡部４５，４６，４７，４８のメアンダ形状をなしている部分は、放射素子４１，４２，４３，４４と同様に、アンテナとして機能する。

この実施形態のダイポールアンテナ４０は、互いに直交する放射素子４１，４２と、放射素子４３，４４とを有し、さらに、アンテナとしての機能を備えた短絡部４５，４６，４７，４８を有しているので、平面視すると、給電点４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａを中心とする円状にアンテナが配されているから、第二の実施形態のダイポールアンテナ２０よりも指向性が緩和され、ほぼ全方向に通信可能なアンテナとなる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

「実施例１」
絶縁基材上にポリマー型導電性インクを用いて所定のパターン状にスクリーン印刷して、図１に示すダイポールアンテナを作製した。

「実施例２」
絶縁基材上にポリマー型導電性インクを用いて所定のパターン状にスクリーン印刷して、図２に示すダイポールアンテナを作製した。

「実施例３」
絶縁基材上にポリマー型導電性インクを用いて所定のパターン状にスクリーン印刷して、図３に示すダイポールアンテナを作製した。

「実施例４」
絶縁基材上にポリマー型導電性インクを用いて所定のパターン状にスクリーン印刷して、図４に示すダイポールアンテナを作製した。

「比較例１」
絶縁基材上にポリマー型導電性インクを用いて所定のパターン状にスクリーン印刷して、図５に示すダイポールアンテナを作製した。

「比較例２」
絶縁基材上にポリマー型導電性インクを用いて所定のパターン状にスクリーン印刷して、図６に示すダイポールアンテナを作製した。

実施例１〜４と比較例１，２で得られたダイポールアンテナそれぞれについて、７００ＭＨｚ〜１２００ＭＨｚにおけるインピーダンスを測定した。
その結果、実施例１，２のダイポールアンテナと、比較例１のダイポールアンテナとでは、インピーダンスにほとんど変化がないことが確認された。したがって、実施例１、２のダイポールアンテナと比較例１のダイポールアンテナは、ほぼ同等のアンテナ特性を有することが分かった。
同様に、実施例３，４のダイポールアンテナと比較例２のダイポールアンテナとでは、インピーダンスにほとんど変化がなく、実施例３，４のダイポールアンテナと比較例２のダイポールアンテナは、ほぼ同等のアンテナ特性を有することが分かった。

本発明のダイポールアンテナの第一の実施形態を示す概略平面図である。 本発明のダイポールアンテナの第二の実施形態を示す概略平面図である。 本発明のダイポールアンテナの第三の実施形態を示す概略平面図である。 本発明のダイポールアンテナの第四の実施形態を示す概略平面図である。 従来のダイポールアンテナの一例を示す概略平面図である。 従来のダイポールアンテナの他の例を示す概略平面図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０・・・ダイポールアンテナ、１１，１２，２１，２２，２３，２４，３１，３２，３３，３４，４１，４２，４３，４４・・・放射素子、１３，２５，２６，２７，２８，３５，３６，３７，３８，４５，４６，４７，４８・・・短絡部。

Claims (3)

1. 互いに対向し、その対向する側にそれぞれ給電点を有する放射素子と、前記放射素子の一方の給電点近傍、並びに、前記放射素子の他方の給電点近傍を短絡する短絡部とを備えたダイポールアンテナであって、
   前記放射素子は、前記短絡部と前記放射素子の分岐点よりも、前記放射素子における前記給電点とは反対側の端部側の部分が中抜きされており、かつ、前記短絡部は前記放射素子の中抜きされていない部分に接続されていることを特徴とするダイポールアンテナ。
2. 前記短絡部は、前記放射素子の一方との分岐点を基端とし、前記放射素子の他方との分岐点に至る部分が中抜きされていることを特徴とする請求項１に記載のダイポールアンテナ。
3. 前記放射素子および前記短絡部は、アディティブ法により形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のダイポールアンテナ。

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