特許 7420345 アンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】アンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 9/30 20060101AFI20240116BHJP

   H01Q 1/50 20060101ALI20240116BHJP

   H01Q 1/22 20060101ALI20240116BHJP

   H01Q 9/16 20060101ALI20240116BHJP

【ＦＩ】

H01Q9/30

H01Q1/50

H01Q1/22 Z

H01Q9/16

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019234007

(22)【出願日】2019-12-25

(65)【公開番号】P2021103837

(43)【公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-09-27

(73)【特許権者】

【識別番号】513299683

【氏名又は名称】芦塚 哲也

(73)【特許権者】

【識別番号】513299694

【氏名又は名称】飯田 孝一

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】芦塚 哲也

(72)【発明者】

【氏名】飯田 孝一

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－２１８１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５２－１０６０４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０６－１３９８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－１０４８００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６３－０５９４０５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５１－０８１９８０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５８－１１０９１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／３１４１６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ９／３０

Ｈ０１Ｑ １／５０

Ｈ０１Ｑ １／２２

Ｈ０１Ｑ ９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同軸構造の外部導体を構成する第１の導体と、
第１の部分が前記同軸構造の内部導体を構成し、かつ、前記外部導体から突出した第２の部分がアンテナ素子を構成する第２の導体と、
前記外部導体内において前記内部導体を中空支持し、前記第１の導体にスライド可能に設けられる絶縁部品と、
を具備するアンテナ。

【請求項2】

前記絶縁部品は、前記第１の導体の加圧変形によって前記第１の導体に固定される、
請求項１に記載のアンテナ。

【請求項3】

前記絶縁部品は、２つ以上設けられた、
請求項１又は２に記載のアンテナ。

【請求項4】

前記第１の導体及び前記第２の導体は耐熱金属であり、前記絶縁部品は耐熱性の石である、
請求項１に記載のアンテナ。

【請求項5】

前記耐熱金属及び前記石は、３００℃以上の耐熱温度を有する、
請求項４に記載のアンテナ。

【請求項6】

前記耐熱金属は、ステンレス鋼材である、
請求項５に記載のアンテナ。

【請求項7】

前記アンテナは、スリーブアンテナであり、
前記第１の導体において、第３の部分が前記外部導体を構成し、かつ、前記アンテナ素子側に位置する端部の第４の部分がスリーブを構成する、
請求項１から６の何れかに記載のアンテナ。

【請求項8】

前記アンテナは、ダイポールアンテナであり、
前記第１の導体において、第３の部分が前記外部導体を構成し、かつ、前記アンテナ素子側に位置する第４の部分が他のアンテナ素子を構成する、
請求項１から６の何れかに記載のアンテナ。

【請求項9】

前記第１の導体は、筒状である、
請求項１から７の何れか１項に記載のアンテナ。

【請求項10】

前記第２の部分とは反対側に位置する前記第１の部分の端部に、前記各導体の表面摩擦係数よりも高い表面摩擦係数を有し、かつ、表面が前記第２の導体に接触して前記第１の導体を固定する固定部が設けられた、
請求項１から９の何れか１項に記載のアンテナ。

【請求項11】

前記固定部は、前記第１の部分の前記端部に巻き付けられたテープ部材である、
請求項１０に記載のアンテナ。

【請求項12】

前記内部導体と前記外部導体との間の空間は、空気で満たされた、
請求項１から１１の何れか１項に記載のアンテナ。

【請求項13】

２つの前記絶縁部品は、電気的に、それぞれに対応する容量成分と、前記絶縁部品間の距離と、によってフィルタ特性が定まるπ型のローパスフィルタを構成する、
請求項１から１２の何れか１項に記載のアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

アンテナの一つに、同軸線路（又は同軸ケーブルとも呼ぶ）に接続されるアンテナがある（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－９０３８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、使用環境に応じた特性が得られるアンテナ構成については検討の余地がある。

【0005】

本開示の一実施例は、使用環境に応じた特性が得られるアンテナを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施例に係るアンテナは、同軸構造の外部導体を構成する第１の導体と、第１の部分が前記同軸構造の内部導体を構成し、かつ、前記外部導体から突出した第２の部分がアンテナ素子を構成する第２の導体と、前記外部導体内において前記内部導体を中空支持する絶縁部品と、を具備する。

【発明の効果】

【0007】

本開示の一実施例によれば、使用環境に応じた特性が得られるアンテナを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】アンテナの使用環境の一例を示す図

【図2】アンテナの構成例を示す図

【図3】アンテナの構成例を示す図

【図4】絶縁石の容量及び線路長に応じたインピーダンス変化の一例を示す図

【図5】アンテナにおけるインピーダンスの一例を示す図

【図6】アンテナにおけるインピーダンスの調整例を示す図

【図7】アンテナにおけるインピーダンスの調整例を示す図

【図8】絶縁石のサイズの一例を示す図

【図9】アンテナが有するローパスフィルタ（LPF：Low Pass Filter）の構成例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

【0010】

アンテナの使用環境の一例として、例えば、常温よりも高い300℃～900℃といった高温環境が想定される。例えば、アンテナの使用温度範囲として常温（例えば、20℃）～900℃が想定されることがある。このような広範囲な温度範囲において、アンテナ特性（例えば、アンテナ利得）を、期待される特性に維持できることが求められ得る。高温環境の非限定的な一例として溶練路、熱成炉といった炉内が挙げられる。図１には、アンテナが、例えば、炉内に設置された様子が例示される。アンテナは、例えば、固定用フランジ（図示せず）によって炉内に固定されてよい。例えば、情報処理装置（例えば、リーダ）は、アンテナを用いて、炉内に存在するRFID（Radio Frequency Identifier）タグといった記録媒体（図示せず）に記録されている情報を読み取ってよい。RFIDタグは、例えば熱成炉内で熱成形される製品あるいは部品に、製造管理のために取り付けられることがある。なお、アンテナの通信対象は、RFIDタグに限られない。例えば、炉内に存在する無線機能を有する「物」がアンテナの通信対象であり得る。

【0011】

ここで、炉内のような高温環境での使用に耐え得るアンテナ（便宜的に「耐熱アンテナ」と称してよい）の構成については十分に検討されていない。また、電波反射の影響を受けやすい環境（例えば、炉内のような閉鎖空間）での使用において、アンテナ特性（例えば、インピーダンス整合）が所期値又は期待値（例えば、設計値）からずれてしまう場合に、そのような「ずれ」を如何にして補正するか、についても検討の余地がある。

【0012】

例えば、図１のような、300℃～900℃といった高温環境において、同軸線路とアンテナ部との接続に、融点が200°付近である半田を用いた場合、半田の溶融により、所期のアンテナ特性が得られない、あるいはアンテナとして機能しない可能性がある。なお、「同軸線路」は、同軸構造を有する同軸部と言い換えてもよい。また、図１に示すように、同軸部とアンテナ部とが、例えば金属製のコネクタによって接続された場合、上述した高温環境では、熱による金属の変形（例えば、伸縮）によってコネクタの接続に緩みが生じる可能性がある。

【0013】

また、例えば、同軸構造を成す内部導体と外部導体との間に設けられる絶縁体には、樹脂材が用いられる。例えば、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE、又は、テフロン（登録商標）とも呼ばれる）、ポリ塩化ビニール（PVC）、又は、ビニールといった樹脂材を絶縁体に用いることができる。しかし、これらの材料は耐熱性に乏しいために、300℃～900℃といった高温環境においてアンテナが使用される場合、絶縁体の溶融によってアンテナが機能しない可能性がある。

【0014】

また、図１に示した炉内のような閉鎖空間（あるいは狭小空間）内にアンテナが設置される場合、アンテナは、例えば、炉外空間に設置される場合と比較して、炉内の壁面による電波反射の影響を受けやすい。例えば、電波反射により、アンテナの電流分布が崩れてインピーダンスが変化しやすい。そのため、アンテナ部と同軸部との接続部分での反射が増加してアンテナの放射効率（換言すると、アンテナ性能又はアンテナ特性）が低下しやすい。

【0015】

本開示の非限定的な一実施例では、例えば、常温よりも遥かに高い高温環境での使用に耐えることができ、また、電波反射の影響を受けやすい環境においても、所期のアンテナ特性を担保できる、アンテナの構成例について説明する。

【0016】

［アンテナの構成例］
図２は、本開示の一実施例に係るアンテナ１の構成例を示す図である。また、図３は、図２に示すアンテナ１の断面図の一例を示す図である。

【0017】

図２及び図３に示すアンテナ１は、例えば、同軸部２と、アンテナ部３と、コネクタ４と、固定部５とを有する。

【0018】

例えば、アンテナ１において、コネクタ４を介して接続された外部装置（例えば、情報処理装置）から入力される信号は、同軸部２を伝送され、アンテナ部３から放射（換言すると、送信）される。また、例えば、アンテナ１において、アンテナ部３において受信した信号は、同軸部２を伝送され、コネクタ４を介して接続された外部装置（例えば、情報処理装置）へ出力される。なお、アンテナ１が送受信する電波の周波数帯域は、例えば、920±8MHzでもよく、他の帯域でもよい。

【0019】

同軸部２は、例えば、同軸構造を有する長尺の部材であり、内部導体（例えば、芯線又は中心導体とも呼ばれる）２１、絶縁体２２、及び、外部導体２３を有する。なお、同軸部２は、同軸線路２と称されてもよい。同軸部２において、例えば、内部導体２１は周囲が絶縁体２２に覆われ、絶縁体２２は周囲が外部導体２３に覆われる。内部導体２１は、中空構造を有する筒状（パイプ状）でもよいし、中実構造である棒状であってもよい。内部導体２１は、後述するように、導体ａの一部であり、導体ａのスリーブ３１から突出した部分がアンテナ素子３２の役割を果たす。高温環境での使用が想定される場合、アンテナ素子３２は、中空構造を有する方が、熱による変形（例えば、重力による垂れ下がり）に対する耐性を高めることができる。

【0020】

また、アンテナ部３は、例えば、スリーブアンテナであり、スリーブ３１及びアンテナ素子３２を有する。

【0021】

図２及び図３に示すアンテナ１において、同軸部２の内部導体２１、及び、アンテナ部３のアンテナ素子３２は、１つの導体ａによって構成される。別言すると、１つの導体ａの軸方向の異なる部分が内部導体２１とアンテナ素子３２との役割を担う。また、図２及び図３に示すアンテナ１において、同軸部２の外部導体２３、及び、アンテナ部３のスリーブ３１は、１つの導体ｂによって構成されてよい。別言すると、１つの導体ｂは、外部導体２３とスリーブ３１との役割を担う。スリーブ３１は、例えば、導体ｂのコネクタ４側とは反対に位置する端部（換言すると、導体ｂのアンテナ素子３２側に位置する端部）が折り返し成形された構造を有してよい。

【0022】

以上のように、導体ａ及び導体ｂによって、同軸部２とアンテナ部３とは、一体的に構成されてよい。

【0023】

導体ａ及び導体ｂには、耐熱性に優れた材料（「耐熱材料」と略称してよい）が用いられてよく、互いに同じ耐熱材料が用いられてもよいし、互いに異なる耐熱材料が用いられてもよい。耐熱材料の非限定的な一例としては、ステンレス鋼材（SUS：Steel Use Stainless）が挙げられる。SUSは、３００℃以上の耐熱温度を有する耐熱金属の一例である。なお、導体ａ及び導体ｂの耐熱温度の下限値は、３００℃に限定されず、例えば、２００℃～３００℃の範囲内の何れかの温度でもよい。または、導体ａ及び導体ｂの耐熱温度の下限値は、はんだが溶けるような温度でもよい。

【0024】

アンテナ部３において、導体ａのアンテナ素子３２に相当する部分は、例えば、スリーブ３１（導体ｂ）から突出する。また、同軸部２において、導体ａの内部導体２１に相当する部分は、例えば、アンテナ部３と反対側の端部においてコネクタ４と接続される。

【0025】

また、同軸部２において、内部導体２１と外部導体２３との間に設けられる絶縁体２２は、例えば、空気である。別言すると、内部導体２１（導体ａ）と外部導体２３（導体ｂ）との間の空間には空気が満たされている。

【0026】

また、アンテナ１において、導体ａは、少なくとも一つ（図２及び図３では２個）の絶縁性の石（例えば、鉱物）ｃによって、導体ａと導体ｂとが、絶縁体２２である空気を介して電気的に絶縁した状態で支持（「中空支持」と称してよい）される。なお、「絶縁性の石」は、「絶縁石」と略称してよく、「絶縁性の鉱物」は、「絶縁鉱物」と略称してよい。このような構成により、図２及び図３に示すように、導体ａと導体ｂとは、絶縁石ｃ及び絶縁体２２によって電気的に絶縁される。なお、絶縁石ｃと絶縁体２２とをまとめて「絶縁部」と称してもよい。導体ａの導体ｂ内における中空支持は、コネクタ４を含む２点支持（絶縁石１個）でもよいし、絶縁石の数を２個以上のＮ個に増やして、コネクタ４を含む（Ｎ＋１）点支持でもよい。なお、絶縁石の数を増やすほど、後述するように、対応可能なインピーダンス整合の範囲を拡大できる。別言すると、絶縁石の数を増やすほど、どのようなインピーダンス整合のずれに対しても対応しやすくできる。

【0027】

絶縁石の一例である絶縁鉱物ｃには、例えば、３００℃以上の耐熱温度を有する鉱物が用いられてよい。３００℃以上の耐熱温度を有する鉱物の非限定的な一例としては、タイガーアイ又は石英が挙げられる。なお、絶縁石ｃの耐熱温度の下限値は、３００℃に限定されず、例えば、２００℃～３００℃の範囲内の何れかの温度でもよい。または、絶縁石ｃの耐熱温度の下限値は、はんだが溶けるような温度でもよい。

【0028】

絶縁石ｃには、例えば、導体ａが貫通する貫通孔が形成されてよい。導体ａは、絶縁石ｃの外表面が導体ｂの内表面に接触することで導体ｂ内において中空支持される。また、絶縁石ｃの貫通孔は、導体ａに沿って絶縁石ｃがスライド可能なサイズを有してよい。この構成により、絶縁石ｃは、内部導体２１にスライド可能に設けられる。後述するように、導体ａにおける絶縁石ｃの位置を変えることで、アンテナインピーダンスを調整できる。導体ａにおいて絶縁石ｃを特定の位置に固定する場合には、例えば、絶縁石ｃの両サイドに位置する導体ａを部分的に「かしめ」ればよい（別言すると、加圧変形させればよい）。なお、導体ａにおける絶縁石ｃの固定方法は「かしめ」（加圧変形）に限定されない。

【0029】

また、例えば、導体ａの軸方向における絶縁石ｃの位置は、アンテナ１の使用環境に応じて決定（換言すると、調整）されてよい。絶縁石ｃの位置を決定する方法の一例については後述する。

【0030】

また、アンテナ１において、コネクタ４は、例えば、内部導体２１に接続され、アンテナ１と外部装置（図示せず）とを電気的に接続する。

【0031】

また、アンテナ１において、固定部５は、例えば、導体ｂ内に設けられて導体ａを固定する。例えば、固定部５は、導体ｂと接触し、導体ｂとの間の表面摩擦力によって導体ｂに対して導体ａを固定してよい。固定部５により、導体ｂ内における導体ａの回転及び移動を抑制できる。固定部５は、例えば、テフロンによって構成されてもよく、テフロンと異なる他の材料によって構成されてもよい。例えば、固定部５は、テフロンテープが導体ａに巻き付けられることにより構成されてもよい。テフロンテープは、表面摩擦係数が、導体ａ及び導体ｂの表面摩擦係数よりも高いテープ部材の非限定的な一例である。

【0032】

このように、アンテナ１は、同軸構造の外部導体２３を構成する導体ｂと、一部分が同軸構造の内部導体２１を構成し、かつ、外部導体２３から突出した他の部分がアンテナ素子３２を構成する導体ａと、外部導体２３内において内部導体を中空保持する絶縁石ｃ（絶縁性の石）と、を備える。

【0033】

このアンテナ１の構成により、内部導体２１と外部導体２３とが電気的に絶縁した同軸部２を構成できる。また、アンテナ１では、同軸部２における内部導体２１と外部導体２３との間の絶縁体２２は空気である。よって、本実施の形態によれば、例えば、空気と異なる材料の絶縁体（換言すると誘電体）を用いるアンテナと比較して、アンテナ１の伝送損失を低減できる。よって、本実施の形態によれば、アンテナ１のアンテナ性能を向上できる。

【0034】

また、例えば、導体ａ、導体ｂ、及び、絶縁石ｃが耐熱性を有することで、上述したように、300℃～900℃といった高温の環境でも、アンテナ１の使用が可能になる。また、例えば、図３に示すように、アンテナ１では、導体ａ及び導体ｂによって、同軸部２とアンテナ部３とが一体的に構成される。この構成により、アンテナ１では、例えば、同軸部２とアンテナ部３とを接続する部品（例えば、コネクタ）を用いなくてよいため、高温環境によって同軸部２とアンテナ部３との接続箇所の破損によるアンテナ性能の低下を抑制できる。

【0035】

また、上述したように、アンテナ１の同軸部２における絶縁体２２は空気（及び絶縁鉱物ｃ）である。このため、アンテナ１は、例えば、300℃～900℃といった高温環境での使用に耐えることができる。また、アンテナ１では、絶縁体２２に耐熱材料（例えば、二酸化ケイ素（SiO₂））を使用する場合と比較して、アンテナ１の製作コストを低減できる。

【0036】

また、例えば、導体ａ及び導体ｂに、熱抵抗が他の金属よりも高いSUSを用いることで、例えば、炉内においてアンテナ部３側が熱せられたとしても、コネクタ４側への熱伝導を妨げることができる。同様に、例えば、絶縁体２２に、熱抵抗が他の絶縁物よりも高い空気を用いることで、例えば、炉内においてアンテナ部３側が熱せられたとしても、コネクタ４側への熱伝導を妨げることができる。このため、例えば、図３に示すように、固定部５の材料に、SUSと比較して耐熱性の低い材料（例えば、テフロン等）を使用しても、熱による当該材料の破損、溶融を抑制できる。したがって、導体ａの回転や移動の抑止力が低下することによってコネクタ４の接続緩みが生じることを防止あるいは抑制できる。

【0037】

また、例えば、内部導体２１にパイプ状の導体を用いることにより、例えば、高温環境において内部導体２１（金属）が熱によって軟化した場合でも、自重によって内部導体２１（例えば、アンテナ素子３２に相当する部分）が垂れ下がることを抑制できる。

【0038】

以上より、本実施の形態によれば、例えば、炉内のような高温環境においてアンテナ１が物理的に変形あるいは損傷してアンテナ性能（例えば、インピーダンス整合のずれに起因したアンテナ特性）が低下することを抑制あるいは抑止できる。

【0039】

［インピーダンス調整（整合）方法］
次に、アンテナ１（導体ａ）における絶縁石ｃの位置を決定する方法（換言すると、インピーダンス調整（整合）方法）の一例について説明する。

【0040】

図３に示すように、絶縁石ｃは、導体ａ及び導体ｂのそれぞれに接触することによって、導体ａを導体ｂ内において中空支持する。この中空支持によって、導体ａと導体ｂとが電気的に絶縁される。よって、絶縁石ｃは、図３に示すように、電気的には容量Cを有するキャパシタと等価であると考えてよい。例えば、図３に示すアンテナ１は、２個の絶縁石ｃ１及びｃ２にそれぞれ対応するキャパシタ（例えば、容量C1及びC2）が並列に接続された等価回路によって表すことができる。

【0041】

絶縁石ｃの電気的な容量（C）成分は、絶縁石ｃのサイズ（別言すると、体積）を変えることで変更できる。例えば、絶縁石ｃの体積が大きいほど、絶縁石ｃの電気的な容量成分も大きくなる。ここで、絶縁石ｃの電気的な容量成分は、インピーダンスに容量性リアクタンスを並列接続（あるいは、容量性サセプタンスを直列接続）することに相当する。そのため、絶縁石ｃの電気的な容量成分に起因したインピーダンス変化は、図４に示すように、等コンダクタンス円上の変化に相当する。絶縁石ｃの体積が一定であれば、等コンダクタンス円上の変化も一定である。

【0042】

一方、絶縁石ｃの導体ａにおける位置変化は、反射波の位相成分の変化に寄与するため、反射波の振幅成分（換言すると、反射係数の絶対値）が一定の円（以下、単に、「同一反射係数の円」と呼ぶ）上の変化に相当する。例えば、絶縁石ｃがアンテナ素子３２から遠ざかるに応じて、インピーダンスは同一反射係数の円上を時計回りに変化する。

【0043】

したがって、等コンダクタンス円上の変化と同一反射係数の円上の変化との組み合わせによって、インピーダンス整合をとることができる。例えば、絶縁石ｃのサイズが一定の場合、絶縁石ｃの導体ａにおける位置を調整することで、ずれたインピーダンス整合を補償できる。

【0044】

なお、各絶縁石ｃに対する線路長dは、例えば、導体ａの軸方向において内部導体２１のアンテナ素子３２側の端部、又は、導体ａの軸方向のアンテナ素子３２側に隣り合う他の絶縁石ｃとの間の長さでよい。例えば、図３では、絶縁石ｃ１に対する線路長は「d1」（例えば、図６参照。図３ではd1=0mmであるため図示せず）で表され、絶縁石ｃ２に対する線路長は「d2」で表される。

【0045】

アンテナ１では、例えば、導体ａの軸方向における絶縁石ｃの位置によって定まる線路長d、及び、絶縁石ｃの容量Cに基づいて、アンテナ１のインピーダンスZが決定（換言すると、調整）される。換言すると、アンテナ１では、例えば、容量C及び線路長dによるインピーダンスZの変動に応じて、導体ａの軸方向における絶縁石ｃの位置が決定される。

【0046】

例えば、図４に示すように、容量Cと線路長dとの組み合わせにより、アンテナ１のインピーダンスZを所期値に調整できる。

【0047】

図５は、アンテナ１の導体ａの軸方向における各位置P1,P2,P3及びP4からアンテナ素子３２側を見た場合のスミスチャートにおけるインピーダンスZの一例を示す図である。なお、図５に示すスミスチャートの例は、インピーダンスZ=50Ωによって正規化された値を示す。

【0048】

また、図５では、一例として、絶縁石ｃ１の容量C1及び絶縁石ｃ２の容量C2は、何れも0.9pFである。また、図５では、一例として、絶縁石ｃ１と絶縁石ｃ２との間の線路長d2は65mm（=0.2λ）である。なお、λは、アンテナ１が送受信する電波の波長を表す。また、容量C1及びC2の値、及び、線路長d2の値は一例であり、他の値でもよい。

【0049】

図５に示す位置P1から見たインピーダンスZ1（換言すると、C1、d2及びC2を考慮しない場合のインピーダンス）は50Ω（例えば、Z1=1+j0とも表される）である。

【0050】

図５に示す位置P2から見たインピーダンスZ2（換言すると、C1を考慮した場合のインピーダンス）は、絶縁石ｃ１（C1=0.9pF）によって、スミスチャート上を、Z1の位置から等コンダクタンス円（図示せず）上を時計回りに移動した位置になる。

【0051】

図５に示す位置P3から見たインピーダンスZ3（換言すると、C1及びd2を考慮した場合のインピーダンス）は、線路長d2によって、スミスチャート上を、Z2の位置から同一反射係数の円上を時計回りに移動した位置になる。

【0052】

図５に示す位置P4から見たインピーダンスZ4（換言すると、C1、d2及びC2を考慮した場合のインピーダンス）は、絶縁石ｃ２（C2=0.9pF）によって、スミスチャート上を、Z3の位置から等コンダクタンス円（図示せず）上を時計回りに移動した位置である。ここで、図５では、Z4=50Ω（又は、Z4=1+j0）である。換言すると、Z4=Z1である。

【0053】

図５に示すように、導体ａの軸方向における絶縁石ｃ１及び絶縁石ｃ２の位置は、例えば、容量C1、C2、及び線路長d2によるインピーダンスの変動（換言すると、スミスチャート上のインピーダンスZの移動）に基づいて決定されてよい。例えば、図５では、位置P4から見たインピーダンスZ4が位置P1から見たインピーダンスZ1と同等となる位置に絶縁石ｃの位置が決定されてよい。

【0054】

このインピーダンス調整（例えば、Z調整とも呼ぶ）により、例えば、アンテナ１において、絶縁石ｃによって導体ａを支持する場合でも、絶縁石ｃの容量C及び絶縁石ｃの位置によって定まる線路長dによるインピーダンス変動の影響を抑制し、アンテナ１におけるインピーダンス整合を担保できる。

【0055】

次に、アンテナ１の使用環境によってインピーダンスが変動する場合について説明する。一例として、アンテナ１の設計において、図６に示すように、位置P1からアンテナ素子３２側を見たインピーダンスZ0を50Ω（例えば、Z=1+j0）とする。また、図６に示すように、図１と同様、アンテナ１が炉内に設置される場合について説明する。

【0056】

なお、炉内の壁面は、一例として、金属製（別言すると、金属壁）であることを想定する。また、一例として、アンテナ１が設置される炉内の温度は、２０℃～６５０℃の範囲でもよく、例えば、６００℃付近の使用を想定してアンテナ１が設計されてよい。なお、アンテナ１の使用が想定される温度は、他の範囲でもよい。また、例えば、アンテナ１の
利得は、2.0dBiでもよく、他の値でもよい。また、アンテナ１が使用される周波数帯域は、例えば、920±8MHzでもよく、他の周波数帯でもよい。また、例えば、アンテナ１の公称インピーダンス（例えば、コネクタ４から見たインピーダンス）は50Ωでもよく、他の値でもよい。また、アンテナ１において、同軸部２及びアンテナ部３における電圧定在波比（VSWR：Voltage Standing Wave Ratio）は1.5以下に設計されてよく、他の値に設計されてよい。

【0057】

図６に示すように、位置P1からアンテナ素子３２側を見たインピーダンスが、例えば、炉内の電波反射の影響により、Z0からZ1へ変動したと仮定する。例えば、図６では、位置P1から見たインピーダンスZ1は、Z0=1+j0よりも抵抗値が低い方向に変動する。

【0058】

そこで、本実施の形態では、例えば、導体ａの軸方向における絶縁石ｃ１及び絶縁石ｃ２の位置に応じて定まる線路長d1及びd2に基づいて、絶縁石ｃ２よりもコネクタ４側からアンテナ素子３２側を見たインピーダンスZ5がZ0=50Ω（例えば、Z0=1+j0）に調整されてよい。

【0059】

例えば、図６に示すように、位置P1から線路長d1（例えば、20mm）の位置に絶縁石ｃ１（例えば、容量C1=0.9pF）を配置する。この場合、図６に示すように、線路長d1によって、インピーダンスZ2は、スミスチャート上において、Z1の位置から同一反射係数の円上を時計回りに移動した位置に相当する。また、図６に示すように、絶縁石ｃ１の容量C1（例えば、0.9pF）によって、インピーダンスZ3は、スミスチャート上において、Z2の位置から等コンダクタンス円上を時計回りに移動した位置に相当する。

【0060】

また、例えば、図６に示すように、絶縁石ｃ１の位置から線路長d2（例えば、20mm）の位置に絶縁石ｃ２（例えば、容量C2=0.9pF）を配置する。この場合、図６に示すように、線路長d2によって、インピーダンスZ4は、スミスチャート上において、Z3の位置から同一反射係数の円上を時計回りに移動した位置に相当する。また、図６に示すように、絶縁石ｃ２の容量C2（例えば、0.9pF）によって、インピーダンスZ5は、スミスチャート上において、Z4の位置から等コンダクタンス円上を時計回りに移動した位置に相当する。なお、図６では、Z5は、一例として、50Ω（又は、1+j0）である。換言すると、Z5=Z0である。

【0061】

このように、アンテナ１の使用環境によってインピーダンスZが変動する場合でも、例えば、図７に示すように、少なくとも一つの絶縁石ｃの容量C（例えば、C1及びC2）及び絶縁鉱物ｃの位置によって定まる線路長d（例えば、d1及びd2）に基づくインピーダンスの調整によって、インピーダンスZを適切な値（例えば、Z0の値）に設定できる。

【0062】

インピーダンスの調整により、例えば、アンテナ１の使用環境（例えば、電波反射の影響）に応じてアンテナインピーダンスが変化した場合でも、当該使用環境に適応してアンテナインピーダンスを調整できる。よって、本実施の形態によれば、アンテナ１の使用環境に応じて、アンテナ１のインピーダンス整合を適応的に担保でき、アンテナ１の使用環境によってアンテナ性能が低下することを抑制あるいは抑止できる。

【0063】

また、上述したように、電波反射の影響を受けやすい空間にアンテナが設置されると、アンテナ設計時のパラメータの値が変動し得る。例えば、アンテナパラメータの一つであるVSWRは、アンテナに反射波が到来しやすい空間（環境）であるほど増加し得る。そのため、例えば、本実施の形態に係る構成（例えば、図２及び図３）を有さないアンテナに対しては、反射波の影響によるVSWRの増加分を考慮して、VSWRに要求される値（例えば、2.0）よりも低い値（例えば、1.5未満）に設計されることが想定され得る。

【0064】

これに対して、本実施の形態に係るアンテナ１では、反射波の影響によるVSWRの増加（換言すると、インピーダンスの所期値からのずれ）を、絶縁石ｃの容量C及び位置（線路長d）によって抑制（換言すると、調整）できる。そのため、本実施の形態では、反射波の影響によるVSWRの増加分を考慮せずに、アンテナ１の設計が可能になる。

【0065】

ここで、絶縁石ｃの容量Cは、例えば、絶縁石ｃのサイズ（例えば、体積）、個数又は種類に応じて変更可能である。

【0066】

例えば、絶縁石ｃの体積によって容量Cが決定されてもよい。例えば、絶縁石ｃの体積が大きいほど、容量Cは大きい。例えば、図８に示すように、(2)の絶縁石ｃは(1)の絶縁石ｃよりも体積が大きく、(3)の絶縁石ｃは(2)の絶縁石ｃよりも体積が大きい。この場合、(2)の絶縁石ｃの容量C（例えば、0.9pF）は(1)の絶縁石ｃの容量C（例えば、0.5pF）よりも大きく、(3)の絶縁石ｃの容量C（例えば、1.2pF）は(2)の絶縁石ｃの容量Cよりも大きい。

【0067】

なお、図８において、絶縁石ｃは外表面を導体ｂの内表面に接触して導体ａを中空支持するため、絶縁石ｃの径方向の長さ（例えば、直径）には制限がある。そのため、絶縁石ｃのサイズを導体ａの軸方向に変えて絶縁石ｃの体積を変化させてよい。換言すると、絶縁石ｃの径方向の長さ（例えば、直径）は、例えば、外部導体２３（導体ｂ）の内径と同程度でもよい。これにより、絶縁石ｃによって導体ａと導体ｂとを電気的に絶縁した状態で導体ａを支持し、かつ、絶縁石ｃの容量Cを設定できる。

【0068】

または、図８に示す(4)の絶縁石ｃの個数によって容量Cが決定されてもよい。例えば、例えば互いに接触する絶縁石ｃの数を増やすことで容量Cを増加できる。例えば図８に示すように、(4)の互いに接触する２個の絶縁石ｃそれぞれが0.5pFの容量を有する場合、これら２個の絶縁石ｃ全体の容量は、1.0pFである。

【0069】

または、絶縁石ｃの種類によって容量Cが決定されてもよい。

【0070】

例えば、上述したように、絶縁石ｃのサイズ、個数、及び、種類の少なくとも一つに応じて容量Cが定まってよい。図６に示す例では、容量C1及びC2は固定値である。そこで、例えば、位置P1におけるインピーダンスZ1、及び、絶縁石ｃの容量C（例えば、C1及びC2）によるインピーダンスZの変動幅に応じて、絶縁石ｃの位置（換言すると、線路長d1及びd2によるインピーダンスZの変動幅）が決定されてもよい。

【0071】

または、アンテナ１に配置される絶縁石ｃの位置（換言すると、線路長d）が固定の位置の場合には、例えば、位置P1におけるインピーダンスZ1、及び、線路長dによるインピーダンスZの変動幅に応じて、絶縁石ｃの容量C（換言すると、容量CによるインピーダンスZの変動幅）が決定されてもよい。

【0072】

または、位置P1におけるインピーダンスZ1に応じて、絶縁石ｃの位置及び容量Cが決定されてもよい。

【0073】

このように、アンテナ１は、絶縁石ｃの位置、サイズ、個数又は種類（換言すると、容量C及び線路長d）の変更によって、アンテナ１のインピーダンスを調整可能なインピーダンス変換回路を備える。

【0074】

以上、アンテナ１における絶縁石ｃの位置を設定する方法について説明した。

【0075】

［LPF構成について］
例えば、図９に示すように、導体ａの軸方向における、絶縁石ｃ１（容量C1）と、絶縁石ｃ２（容量C2）と、線路長d2との線路と、は、電気的な等価回路として、π型のローパスフィルタ（LPF）と考えることができる。

【0076】

そのため、例えば、アンテナ１を通過する電波のうち、閾値（例えば、カットオフ周波数）より高い周波数成分はLPFによって減衰され、閾値以下の周波数成分が通過する。なお、閾値は、例えば、容量C1、C2及び線路長d2によって定まる。

【0077】

例えば、アンテナ１は、外部装置（図示せず）から入力される電波から、閾値より高い周波数成分（例えば、送信不要波）を抑制した周波数成分を空間へ放射できる。また、アンテナ１は、例えば、受信した電波から、閾値より高い周波数成分（例えば、受信妨害波）を抑制した周波数成分を、コネクタ４を介して外部装置（図示せず）へ出力できる。

【0078】

このLPFの構成により、アンテナ１のアンテナ性能を向上できる。

【0079】

なお、図９では、一例として、２つの絶縁石ｃによってπ型のLPFを構成する場合について説明したが、３個以上の絶縁石ｃによって多段接続されるLPFを構成してもよい。多段のLPFにより、例えば、高周波数成分をより低減できる。

【0080】

以上、本開示の一実施例について説明した。

【0081】

なお、上記実施の形態では、アンテナ１がスリーブアンテナである場合について説明したが、アンテナ１はスリーブ型に限定されない。例えば、アンテナ１は、ダイポールアンテナでもよい。ダイポールアンテナの場合、例えば、導体ａは、内部導体２１に相当する部分と、ダイポールアンテナにおける一方のアンテナ素子に相当する部分とで構成され、導体ｂは、外部導体２３に相当する部分と、ダイポールアンテナにおける他方のアンテナ素子に相当する部分（例えば、上記一方のアンテナ素子側に位置する端部）とで構成されてよい。

【0082】

また、アンテナ１の形状は、図２及び図３に示すような直線状である場合に限らず、少なくとも一部に曲線を含む形状でもよい。

【0083】

また、上記実施の形態では、図２及び図３では、アンテナ１に含まれる絶縁石ｃの個数が２個の場合について説明したが、アンテナ１に含まれる絶縁石ｃの個数は１個又は３個以上でもよい。

【0084】

また、上記実施の形態において、導体ａ及び導体ｂに適用する金属は、SUSに限定されず、アルミ、鉄、又は、銅といった他の金属でもよい。

【0085】

また、上記実施の形態において、絶縁石ｃは、タイガーアイ又は石英といった石に限定されず、他の石でもよい。例えば、アンテナ１の想定される使用環境に応じた絶縁性あるいは耐熱性を有する石が、絶縁石ｃに選定されてよい。

【0086】

また、上記実施の形態では、一例として、高温環境（例えば、高温炉内）においてアンテナ１を使用する場合を想定したが、アンテナ１の使用環境は、これに限定されない。例えば、300℃未満の温度環境においてアンテナ１が使用されてもよい。この場合、例えば、導体ａ、導体ｂ及び絶縁石ｃの少なくとも一つは、耐熱性を有さなくてもよい。また、上記実施の形態では、絶縁性の石（例えば、鉱物）ｃを使用する場合について説明したが、石に限定されず、例えば、絶縁性の石と異なる他の絶縁部品（例えば、ガラス）を用いてもよい。

【0087】

また、アンテナ１が設置される空間は、炉に限らず、他の空間（例えば、電波反射が発生しやすい空間を含む）でもよい。

【0088】

また、例えば、アンテナ１の使用環境に応じて、アンテナ１（例えば、同軸部２、スリーブ３１、及び、アンテナ素子３２の少なくとも１つ）の軸方向の長さ、及び、材料の少なくとも１つが決定されてもよい。例えば、アンテナ１が使用される空間の温度に基づいて、アンテナ１の材料及び軸方向の長さの少なくとも１つが決定されてもよい。例えば、熱抵抗のより高い材料が使用される場合には、アンテナ１の軸方向の長さはより短く設計されてよい。熱抵抗のより低い材料が使用される場合には、アンテナ１の軸方向の長さはより長く設計されてもよい。この設計により、導体ａの軸方向において、アンテナ１のコネクタ４側の部品（例えば、固定部５）が加熱されにくくなり、破損（例えば、溶融）を抑制できる。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本開示の一実施例は、アンテナを用いるシステムに好適である。

【符号の説明】

【0090】

１ アンテナ
２ 同軸部
３ アンテナ部
４ コネクタ
５ 固定部
２１ 内部導体
２２ 絶縁体
２３ 外部導体
３１ スリーブ
３２ アンテナ素子
ａ，ｂ 導体
ｃ（ｃ１，ｃ２） 絶縁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】