低電力ワイヤレスセンサーのアンテナ設計（後編）：福田昭のデバイス通信（361） imecが語るワイヤレス電力伝送技術（15）（2/2 ページ）

前編に続き、「レクテナ」の要素部品であるアンテナを解説する。後編となる今回は、小型アンテナの代表的な事例と、特性の計算手法を紹介していく。

[福田昭，EE Times Japan]

矩形ループアンテナの放射抵抗はループ長に大きく依存

　「矩形ループアンテナ（Square Loop Antenna）」は、文字通り四角いループの形をしたアンテナである。アンテナの入力インピーダンスは放射抵抗（R_rad）と損失抵抗（R_loss）、ループインダクタンス（L_loop）で決まる。

矩形ループアンテナ（Square Loop Antenna）の各部寸法と入力インピーダンスの計算式［クリックで拡大］ 出所：imecおよびEindhoven University of Technology（IEDMショートコースの講演「Practical Implementation of Wireless Power Transfer」のスライドから）

　放射抵抗（R_rad）は、四角の辺長（L）の4乗に比例し、波長（λ）の4乗に反比例する。損失抵抗（R_loss）は、辺長（L）の2倍に比例し、アンテナ導体幅（W）に反比例する。ループインダクタンス（L_loop）は、辺長（L）が伸びると増加し、アンテナ導体幅（W）を広げると低下する。

　放射効率を高めるためには、放射抵抗を高くし、損失抵抗を低くする。アンテナを小型化すること（辺長Lを短くすること）は放射抵抗を低くするので、効率を下げることが分かる。

比誘電率と周波数がパッチアンテナの寸法を左右

　「差し込み給電方式の矩形マイクロストリップパッチアンテナ（Inset-Fed Rectangular Microstrip Patch Antenna）」は、誘電体基板の表面に導体膜の矩形パターン（パッチ）を形成したアンテナである。矩形パターンの一辺には細長く伸びた給電用パターン（マイクロストリップ）を形成する。

　アンテナの特性インピーダンスZ₀が与えられると、基板の高さhと給電用パターンの幅Wの比率W/hが決まる。基板の比誘電率ε_rが高くなると、W/hが小さくなる。

差し込み給電方式矩形マイクロストリップパッチアンテナ（Inset-Fed Rectangular Microstrip Patch Antenna）の各部寸法と特性の計算式［クリックで拡大］ 出所：imecおよびEindhoven University of Technology（IEDMショートコースの講演「Practical Implementation of Wireless Power Transfer」のスライドから）

　基板の比誘電率ε_rが高くなると、矩形パターン（パッチ）の幅W_pと長さL_pが短くなる。アンテナを小型化できる。また送受信する電磁波の周波数f_oを高くすることも、アンテナの小型化に寄与する。

差し込み給電方式矩形マイクロストリップパッチアンテナ（Inset-Fed Rectangular Microstrip Patch Antenna）の各部寸法と特性の計算式（続き）［クリックで拡大］ 出所：imecおよびEindhoven University of Technology（IEDMショートコースの講演「Practical Implementation of Wireless Power Transfer」のスライドから）

⇒（次回に続く）

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