JP2002094323A - 円偏波アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縮退分離したモードの２つの電界の直交性を
向上させた円偏波アンテナ装置を提供する。 【解決手段】 誘電材料からなる基体１１の一方主面１
２に放射導体１８を形成し、この放射導体１８と対向す
る基体１１の他方主面１３に接地導体１９を形成する。
基体１１の側面１４には他方主面側から一方主面側に向
け伸張して給電導体２０を形成する。放射導体１８は正
方形または電気的な正方形の形状に作り、また、基体１
１には、接地導体１９と放射導体１８の間に、放射導体
１８の２つの対角線の延長方向に、一方の対角線方向と
他方の対角線方向において互いに形状の異なる容量装荷
導体２１，２２，２３，２４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、移動体の
通信装置に用いる円偏波アンテナ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】人口衛星を用いた衛星通信は航空機や自
動車などで利用されているが、送受信する地球上の地域
差を除くために、円偏波の電波が用いられている。特
に、小型の円偏波アンテナ装置は、ＧＰＳ(Global Posi
tioning System)、Ｓ帯を用いたＤＡＢ(Digital Audio
Broadcast)、ＥＴＣ(Electric Toll Collection)などの
円偏波を用いた無線機器のアンテナとして要求されてい
る。この要求満たすために、出願人は、特願平１０−３
２５０２８号において、表面実装型円偏波アンテナおよ
びそれを用いた無線装置を提案した。図１１は前記特許
出願の中で提案した円偏波アンテナである。

【０００３】図１１において、円偏波アンテナは、誘電
体からなる平板状の基体１を備え、この基体１の一方主
面には、対角となる２つの角部を切り除いた略矩形状の
放射導体２が形成され、基体１の他方主面には、後述す
る給電導体の回り込み部分を除き、ほぼ全面に亙って接
地導体３が形成されている。また、基体１の１つの側面
には、接地導体３を形成した主面側から放射導体２を形
成した主面側に延びるストリップ状の給電導体４が設け
られ、その両端は夫々主面側に回り込んで形成されてい
る。給電導体４の両側には、給電導体４との絶縁を確保
しながら残りの側面のほぼ全面に亙って容量装荷導体
５，６が形成され、これらの容量装荷導体５，６は接地
導体３に接続されている。

【０００４】この構成の円偏波アンテナにおいて、給電
導体４と放射導体２の間に浮遊容量が形成され、また、
２つの容量装荷導体５，６と放射導体２の間に装荷容量
または静電容量が形成されている。この場合、容量装荷
導体６側の放射導体２の角部が切欠されているので、容
量装荷導体６と放射導体２の間の装荷容量または静電容
量は、容量装荷導体５と放射導体２の間の装荷容量また
は静電容量よりも小さくなっている。

【０００５】したがって、給電導体４に送信信号の電力
を給電すると、放射導体２には、直線偏波モードの共振
電流が流れることなく、放射導体２と容量装荷導体５で
形成される高周波の共振回路と放射導体２と容量装荷導
体６で形成される高周波の共振回路に分離された、すな
わち、縮退分離したモードの共振電流が流れる。この縮
退分離したモードの２つの共振電流は、所定の位相差θ
１を持ち、周波数（ｆ１，ｆ２）の異なる２つの放射電
界を発生させ、放射導体２から法線方向へ円偏波の電磁
波を放射する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の円偏波アンテナは、放射導体２の端縁２ａに対する
容量装荷導体５，６の幅Ｌが広く、縮退分離したモード
の２つの共振電流が流れる経路が、放射導体２と容量装
荷導体５，６間の装荷容量または静電容量を決める容量
装荷導体５，６の幅Ｌに左右され、縮退分離したモード
による２つの放射電界は、９０°位相とならず、また、
空間的に直交しないために楕円偏波となって、アンテナ
特性を劣化させていた。

【０００７】また、給電導体４と容量装荷導体５，６が
接近しているため、給電導体４と容量装荷導体５，６間
の電磁界結合が大きくなり、放射導体２を用いた送受信
信号の電力が小さくなるので、その分、給電導体４に供
給する送信信号の電力を大きくする必要がある。

【０００８】さらに、基体１の比誘電率を同一にした場
合には、容量装荷導体５，６の面積を大きくすると、放
射導体２と容量装荷導体５，６間の装荷容量または静電
容量が大きくなり、縮退分離したモードの共振周波数が
低下して所望の周波数の電磁波が得られないという課題
が有った。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、縮退分離したモードによ
る２つの放射電界の直交性を向上させた円偏波アンテナ
装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決す
る手段としている。すなわち、第１の発明の円偏波アン
テナ装置は、誘電材料からなる基体と、該基体の一方主
面に形成した四角形状の放射導体と、該放射導体と対向
する前記基体の他方主面に形成した接地導体と、前記基
体に前記他方主面側から前記一方主面側に向けて伸張し
て形成した給電導体とを備え、前記放射導体は、該放射
導体における直交する２方向の電気長が等しい形状に形
成すると共に、前記基体には、前記放射導体の対角線方
向の位置に、前記放射導体に流れる２つの共振電流の周
波数差を定める装荷容量を前記放射導体との間に生じる
容量装荷導体を設けたことを特徴として構成されてい
る。

【００１１】また、第２の発明の円偏波アンテナ装置
は、誘電材料からなる基体と、該基体の一方主面に形成
した放射導体と、該放射導体と対向する前記基体の他方
主面に形成した接地導体と、前記基体の側面に前記他方
主面側から一方主面側に向け伸張して形成した給電導体
とを備える円偏波アンテナ装置において、前記放射導体
を正方形または略正方形に形成すると共に、前記基体に
は、前記放射導体における２つの対角線の延長位置また
はその近傍に前記接地導体と前記放射導体の間に形成さ
れ前記一方の対角線方向と前記他方の対角線方向におい
て互いに形態の異なる容量装荷導体を設けたことを特徴
として構成されている。

【００１２】さらに、第３の発明の円偏波アンテナ装置
では、前記基体は、２つの主面および４つの側面を有す
る六面体に形成し、前記容量装荷導体は、前記給電導体
を設けた側面に、隣接する側面間の夫々の縁に沿って配
置すると共に一端を前記接地導体に接続した前記一方の
容量装荷導体の長さを前記他方の容量装荷導体の長さよ
りも短く形成し、前記給電導体を設けた側面と対向する
側面には、隣接する側面間の夫々の縁に沿って前記主面
の対角線方向の前記容量装荷導体と同じ長さの容量装荷
導体を設けたことを特徴として構成されている。

【００１３】さらに、第４の発明の円偏波アンテナ装置
では、前記容量装荷導体は、間隙幅を設けて複数の容量
装荷導体片に分割して構成したことを特徴としている。

【００１４】さらに、第５の発明の円偏波アンテナ装置
では、前記放射導体には、前記放射導体の角部から伸張
し隣接する側面間の縁に沿って降下する放射導体延長片
を設け、該放射導体延長片と前記容量装荷導体との間に
異なる対角線方向において異なる間隙幅を設けて構成し
たことを特徴としている。

【００１５】さらに、第６の発明の円偏波アンテナ装置
では、前記容量装荷導体の少なくとも１つは、前記放射
導体が形成された主面まで伸張して形成したことを特徴
として構成されている。

【００１６】さらに、第７の発明の円偏波アンテナ装置
では、前記容量装荷導体は、ミアンダ状に形成したこと
を特徴として構成されている。

【００１７】さらに、第８の発明の円偏波アンテナ装置
では、前記基体は、直方体に形成したことを特徴として
構成されている。

【００１８】上記構成の第１の発明において、放射導体
の形状は、放射導体における電気長が直交する２方向で
等しくなる形状であるから、目視による正方形または２
辺の電気長が等しい電気的な正方形に構成される。目視
による正方形の対角線方向は互いに直交し、また、電気
的な正方形は目視では長方形であっても、この長方形の
目視による対角線方向は電気的には互いに直交するもの
となる。

【００１９】この放射導体を用いることにより、給電導
体から放射導体に送信電力を入力したとき発生する縮退
分離したモードの発生は、放射導体と容量装荷導体の形
態および相関位置を条件として定まる。すなわち、放射
導体の対角線方向に容量装荷導体を設置すると共に対角
線方向の装荷容量に差を設けることにより、夫々の対角
線方向に共振電流が流れる等価的な共振回路を形成し、
また、放射導体における共振電流が流れる方向を定め、
換言すれば、共振電流を励振源とする２つの電界（偏
波）が空間的に直交する度合いを定めるものとなる。

【００２０】また、容量装荷導体の形態および放射導体
と容量装荷導体間の相関位置を選定することにより、対
角線方向毎に容量値の異なる装荷容量が定まる。この装
荷容量は、２つの共振電流の周波数差、換言すれば、２
つの電界（偏波）の周波数差を決める回路要素となる。
そして、対角線方向が直交し且つ電気長が等しい形状の
放射導体においては、縮退分離したモードの２つの共振
電流は、ほぼ９０度の位相差となり、偏波の位相差もほ
ぼ９０度となる。

【００２１】上述のように、この発明では、縮退分離し
たモードにおける２つの偏波の位相差をほぼ９０度とす
ると共に、偏波を空間的にほぼ直交させることができる
ので、放射導体から円偏波の電磁波を放射するアンテナ
を得ることができる。

【００２２】ここで、放射導体における電気長とは、実
効波長の二分の一の長さをいい、換言すれば、アンテナ
から放射される電磁波の波長の二分の一を基体の比誘電
率の平方根で除した長さをいう。また、縮退分離したモ
ードとは、放射導体上に、１つの給電で、位相および周
波数の異なる２つの共振電流を励起することをいう。

【００２３】また、第２の発明では、放射導体を正方形
または電気的な正方形の形状とし、その２つの対角線方
向に装荷容量が異なる如く容量装荷導体が設けられるの
で、放射導体に対し、２つの対角線方向を除く１個所か
らの給電で、縮退分離したモードの２つの共振電流を励
起させると共に２つの共振電流が流れる方向が定まり、
この共振電流に基いて発生する偏波は空間的にほぼ直交
するものとなる。また、２つの共振電流は、共振周波数
の異なるほぼ９０°の位相差となっており、これによ
り、周波数の異なる２つの偏波の位相はほぼ９０°とな
る。

【００２４】上述の共振周波数、すなわち、偏波の周波
数は、放射導体と容量装荷導体間の装荷容量、特に、放
射導体と容量装荷導体間の間隙幅（ギャップ）の影響を
受けるので、放射導体と容量装荷導体間の間隙幅および
容量装荷導体の形状、特に、長さと幅を所望に定めるこ
とにより、偏波の周波数を要求されるアンテナの特性に
合わせて設定し、放射導体から放射される電磁波の周波
数を選定することができる。

【００２５】また、基体を六面体に構成し、基体の側面
の縁に主面の同じ対角線方向において同じ長さの容量装
荷導体を設けた発明では、縮退分離したモードの動作は
アンテナの構造上定まり、容量装荷導体を可能な限り基
体側面の縁に沿わせることにより、９０°近似の位相差
を持つ２つの偏波を空間的にほぼ直交させることができ
る。また、基体を六面体としたことにより、基体を放射
導体の形状に合わせて構成することができ、この内、主
面を正方形とした基体を採用した場合には、放射導体と
主面の形状が同じとなり、基体を最小の形状に構成でき
る。この発明によれば、円偏波アンテナ装置の全体が小
型の構成になる。

【００２６】さらに、基体に形成する容量装荷導体の構
成は、要求されるアンテナ特性、すなわち、放射導体か
ら放射される電磁波の周波数に応じた装荷容量を考慮し
て決めることができ、容量装荷導体を分割して間隙幅を
設けた複数の容量装荷導体片で構成した場合には、装荷
容量が小さくなるので、アンテナから放射される電磁波
の周波数を高く設定できる。

【００２７】また、放射導体の角部を伸張して放射導体
延長片を形成し基体の側面縁まで延長した構成では、装
荷容量は、主に放射導体延長片と容量装荷導体片との間
に形成され、間隙幅を定めることにより所望の装荷容量
を設定できる。

【００２８】そして、容量装荷導体を放射導体が形成さ
れた主面まで伸張した構成では、放射導体と容量装荷導
体間の装荷容量または静電容量が大きくなるので、放射
導体から放射される電磁波の周波数を低下させることが
できる。また、ミアンダ状に形成した容量装荷導体を採
用した構成では、縮退分離したモードの２つの共振電流
の共振周波数、換言すれば、２つの偏波の周波数を決定
するに際して、容量成分の他にインダクタンス成分を付
加することができる。上記いずれの場合でも、基体を直
方体に構成し、容量装荷導体の幅を狭く形成すれば、ほ
ぼ９０°の位相差をもって空間的にほぼ直交する縮退分
離したモードの円偏波とすることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、この発明に係る実施形態
例を図面に基いて説明する。図１において、（Ａ）は円
偏波アンテナ装置を表面側から見た斜視図、（Ｂ）は円
偏波アンテナ装置を裏面側から見た斜視図である。円偏
波アンテナ装置１０の基体１１は六面体に構成されてお
り、その一方主面１２には正方形の放射導体１８が形成
され、この一方主面１２と対向する他方主面１３には、
ほぼ全面に接地導体１９が形成されている。基体１１の
両主面１２，１３は正方形となっており、その２つの対
角線は放射導体１８の２つの対角線と重なっている。

【００３０】基体１１の第一側面１４には、接地導体１
９を設けた主面１３側から放射導体１８を設けた主面１
２方向に伸張してストリップ状の給電導体２０が形成さ
れている。この給電導体２０は、その延長線が放射導体
１８における２つの対角線の交点を通り、その先端が放
射導体１８の一つの辺と直交する如く配置されている。
給電導体２０の接地導体１９側の端部（下端）は、接地
導体１９を設けた他方主面１３に回り込んで延長され、
図示しない無線機器の回路基板に接続する給電端子電極
２０ａとなる。この端子電極２０ａの周囲には、接地導
体１９が一定の幅で除去された切欠部１９ａが設けら
れ、基体１１の他方主面１３を露出して給電端子電極２
０ａと接地導体１９間を電気絶縁している。

【００３１】また、基体１１の給電導体２０を設けた第
一側面１４は、長方形の側面となっており、給電導体２
０の両側に位置する両短辺部分には、縁に沿って夫々ス
トリップ状の容量装荷導体２１，２２が形成されてい
る。この容量装荷導体２１，２２を設けた位置は、第一
側面１４において、放射導体１８の対角線を延長した位
置またはその近傍に相当する。容量装荷導体２１，２２
は、他方主面１３に設けた接地導体１９とその下端にお
いて接続されており、容量装荷導体２１と２２の幅は等
しく且つ給電導体２０の幅よりも狭く形成され、また、
容量装荷導体２１の長さは、第一側面１４の短辺の長
さ、すなわち、基体１１の高さと等しく、容量装荷導体
２２の長さは、容量装荷導体２１の長さよりも短くなっ
ている。

【００３２】基体１１の第一側面１４と向き合った第二
側面１５には、上記同様に、ストリップ状の容量装荷導
体２３，２４が設けられている。容量装荷導体２１に対
し放射導体１８の対角線方向に位置する容量装荷導体２
３は、容量装荷導体２１と同様の幅と長さを備えて第二
側面１５の短辺の縁に沿って設けられ、その下端は接地
導体１９に接続されている。同様に、容量装荷導体２４
は、容量装荷導体２２に対して放射導体１８の対角線方
向に位置しており、一端が接地導体１９に接続されると
共にその長さと幅は容量装荷導体２２と同様である。な
お、基体１１の第一側面１４に対し左側の第三側面１６
および右側の第四側面１７には容量装荷導体は設けられ
ていない。

【００３３】上記構成の円偏波アンテナ装置１０は、無
線機器の図示しない回路基板に表面実装で装着される
が、この場合には、接地導体１９側が回路基板の接地配
線にハンダ付けされ、また、給電導体２０が回路基板に
形成した送受信回路のアンテナ端子に接続される。

【００３４】また、円偏波アンテナ装置１０の放射導体
１８は、その直交する２辺の長さが、放射導体１８から
放射される円偏波の中心周波数の波長をλ、基体１１の
比誘電率をεとしたとき、ほぼλ／２ √ε に設定され
ている。したがって、基体１１として比誘電率の高い誘
電材料を用いれば、放射導体１８の形状を小さくするこ
とができる。

【００３５】上記円偏波アンテナ装置１０の基体１１
は、例えば、比誘電率εが３８〜８９の誘電材料で形成
される。セラミックスでは、酸化バリウム、酸化アルミ
ニウム、シリカを主成分とする誘電材料、または、酸化
ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄を主成分とする磁性材
料が用いられる。

【００３６】さらに、上記円偏波アンテナ装置１０の放
射導体１８と給電導体２０の間には、放射導体１８と給
電導体２０間の間隙幅および基体１１の比誘電率εを要
素として浮遊容量が形成され、放射導体１８と給電導体
２０は容量結合をしている。

【００３７】同様に、放射導体１８と容量装荷導体２
１，２２，２３，２４の間も夫々容量結合するが、容量
装荷導体２１，２３と２２，２４は長さが異なるため装
荷容量または静電容量は異なっている。放射導体１８と
容量装荷導体２１，２２，２３，２４間の装荷容量また
は静電容量を集中定数として考察した場合には、放射導
体１８の角部と容量装荷導体の先端（上端）との間隙幅
が短い放射導体１８と容量装荷導体２１，２３間の静電
容量Ｃ１は、放射導体１８の角部と容量装荷導体２２，
２４の上端間の静電容量Ｃ２よりも大きくなる。この構
成では、放射導体１８から放射される円偏波は、右旋円
偏波となる。上述とは逆に、放射導体１８と容量装荷導
体２１，２３間の静電容量Ｃ１を放射導体１８の角部と
容量装荷導体２２，２４の上端間の静電容量Ｃ２よりも
小さくすると左旋円偏波となる。

【００３８】なお、放射導体１８と接地導体１９間の静
電容量は固定容量であり、放射導体１８のどの位置でも
均質な電気力線になっていると考えることができる。ま
た、容量装荷導体２１，２２は、接地導体１９に接続さ
れて接地電位となるが、給電導体２０との間の間隙幅が
広く、給電導体２０と容量装荷導体２１，２２間の静電
容量は、放射導体１８と容量装荷導体２１，２２，２
３，２４間の装荷容量または静電容量よりも小さくな
り、また、電磁結合も小さくなるので、給電導体２０に
供給された送信信号の接地導体への漏れは少なくなって
いる。

【００３９】上記円偏波アンテナ装置１０の動作を説明
する。給電導体２０に送信信号を供給すると、放射導体
１８に入力された送信信号は、放射導体１８において、
２つの対角線方向を経路とする縮退分離したモードの２
つの共振電流に分かれる。すなわち、給電導体２０は、
放射導体１８の２つの対角線２５，２６を等分する如く
配置されているので、送信信号の電力は等分されて２つ
の対角線方向の共振回路に供給される。

【００４０】詳述すると、給電導体２０に給電された送
信信号は、放射導体１８の角部１８ａ，１８ｂと容量装
荷導体２１，２３の先端間の静電容量Ｃ１を一つの回路
要素とした高周波の第一共振回路を励振するので、第一
対角線方向（角部１８ａと角部１８ｂを結ぶ方向）２５
に周波数Ｆ１の共振電流が流れ、また、送信信号は、放
射導体１８の角部１８ｃ，１８ｄと容量装荷導体２２，
２４間の静電容量Ｃ２を一つの回路要素とした第二共振
回路を励振するので、第二対角線方向（角部１８ｃと角
部１８ｄを結ぶ方向）２６に周波数Ｆ２の共振電流が流
れる。

【００４１】この２つの共振電流の周波数Ｆ１とＦ２
は、周波数が相違し且つ位相θがほぼ９０°異なってい
る。２つの共振電流に基いて発生した電界の位相差は、
ほぼ９０°となる。また、上述のように、共振電流の流
れる方向が対角線方向となるので、２つの電界は空間的
にほぼ直交したものとなる。そして、これら２つの電界
が合成されて円偏波の電磁波となる。この電磁波の合成
電界ベクトルは、共振周波数Ｆ１とＦ２の中間の周波数
Ｆｏを中心として回転しながら放射導体１８の法線方向
の空間に放射される。周波数Ｆｏの位相は、周波数Ｆ１
とＦ２に対しほぼ４５°相違している。

【００４２】このときの軸比帯域幅の周波数特性を図２
に示す。この図２は、放射する周波数Ｆｏに対し、放射
導体１８の法線方向から円偏波を平面的に見たときの長
軸の電界強度と短軸の電界強度の比を現したもので、実
線ａが上記実施形態例の周波数特性を示し、点線ｂが図
１１の実施形態例の周波数特性を示しており、上記実施
形態例の如く構成することにより、図１１の実施形態例
の場合よりも帯域幅が広くなる。

【００４３】上記実施形態例において、放射導体１８に
対する給電導体２０からの給電電力は、給電導体２０と
放射導体１８間の間隙幅を変えることにより所望に設定
することができる。また、容量装荷導体２１，２３と２
２，２４の長さと幅は、円偏波アンテナ装置の周波数特
性を考慮して決められる。

【００４４】しかし、容量装荷導体２１と２２および容
量装荷導体２３と２４は、夫々同じ側面１４，１５に形
成されているため、２つの共振周波数Ｆ１とＦ２間の位
相差は、厳密には９０°にならない。このため、容量装
荷導体２１，２２，２３，２４の幅は、アンテナの特性
を考慮して、２つの共振周波数Ｆ１とＦ２間の位相差θ
を９０°としたときの誤差が５°以内（８５°≦θ≦９
５°）に入るように設定される。

【００４５】また、２つの電界の空間における直交度合
いを高めると共に２つの電界の位相差θを９０°に近づ
けるために、図１における容量装荷導体２１，２２，２
３，２４は、隣接の側面をも利用して２つの側面が作る
縁に沿ってストリップ状に形成することができる。例え
ば、第一側面１４に形成した容量装荷導体２１は、第四
側面１７側に跨って設けられる。すなわち、第一側面１
４と第四側面１７が形成する縁に沿って、夫々の側面に
おける容量装荷導体２１の幅と長さが等しく形成され
る。他の容量装荷導体２２，２３，２４の形成も同様で
ある。この構成により、２つの電界の位相差θは９０°
となり、また、２つの電界は空間的に直交して円偏波と
なる。

【００４６】さらにまた、図１では、容量装荷導体２
１，２２，２３，２４を、基体１１の第一側面１４と第
二側面１５に設けたが、第一側面１４と第二側面１５の
何れか一方にのみ２つの容量装荷導体２１，２２または
容量装荷導体２３，２４を設けても良い。この場合で
も、放射導体１８には縮退分離したモードの２つの共振
電流が流れるが、放射導体１８と容量装荷導体２１，２
２または容量装荷導体２３，２４間の装荷容量または静
電容量が小さくなり、円偏波として放射される電磁波の
周波数が高くなる。図１のように、４本の容量装荷導体
２１，２２，２３，２４を設けた場合と同じ周波数とす
るには、容量装荷導体２１，２２または容量装荷導体２
３，２４の長さを長く構成して、放射導体１８と容量装
荷導体２１，２２または容量装荷導体２３，２４間の装
荷容量または静電容量を大きくする。

【００４７】さらに、容量装荷導体は、基体１１の第一
側面１４と第二側面１５において、同じ対角とならない
位置に２つの容量装荷導体２１，２４または容量装荷導
体２２，２３を設けても良い。この場合にも、上記同様
に、給電導体１８から供給された信号により縮退分離し
たモードの２つの共振電流が流れる。

【００４８】図１に示した容量装荷導体２１，２２，２
３，２４は、第一側面１４および第二側面１５に形成す
る変わりに、第三側面１６および第四側面１７に設ける
ことができる。この場合でも、アンテナとしての機能は
上記と全く同じである。

【００４９】図３は、円偏波アンテナ装置の第２実施形
態例を示す。なお、図１と同一構成部分には同一符号を
付し、その共通部分の重複説明は省略する。この第２実
施形態例は、図１の第１実施形態例と容量装荷導体の構
成が相違している。第一側面１４の短辺の縁に沿って配
置されているストリップ状の容量装荷導体３１，３２
は、容量装荷導体の上片３１ａ，３２ａと容量装荷導体
の下片３１ｂ，３２ｂの２つに夫々分断して形成され、
間隙を介して上下に位置されている。

【００５０】すなわち、容量装荷導体下片３１ｂ，３２
ｂの下端は接地導体１９に接続され、容量装荷導体上片
３１ａ，３２ａの上端は一方主面１２と同じ高さに位置
している。そして、容量装荷導体上片３１ａ，３２ａと
容量装荷導体下片３１ｂ，３２ｂの間には間隙が形成さ
れており、容量装荷導体上片３１ａと容量装荷導体下片
３１ｂ間の間隙幅ｄ１は、容量装荷導体上片３２ａと容
量装荷導体下片３２ｂ間の間隙幅ｄ２よりも狭く形成さ
れている。

【００５１】第二側面１５の短辺の縁に沿って配置され
ている容量装荷導体３３，３４も上記同様であり、放射
導体１８の対角線方向に位置する容量装荷導体の上下片
３３ａ，３３ｂは、容量装荷導体の上下片３１ａ，３１
ｂと同じ構成であり、同様に、対角線方向に位置する容
量装荷導体の上下片３４ａ，３４ｂは、容量装荷導体の
上下片３２ａ，３２ｂと同じ構成で、間隙幅ｄ２を介し
て上下に位置している。容量装荷導体上片３１ａ，３２
ａ，３３ａ，３４ａと放射導体１８との間の間隙幅は夫
々等しくなっている。

【００５２】第２実施形態例において、給電導体２０に
供給された信号により縮退分離したモードの２つの共振
電流が流れ、ほぼ９０°の位相差を持ち空間的にほぼ直
交する電界が発生する。放射導体１８の対角線方向に流
れる２つの共振電流の周波数差は、容量装荷導体の上片
３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａと容量装荷導体の下片
３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂの間の静電容量により
決まり、容量装荷導体３１と３３を結ぶ方向の共振電流
の周波数は、容量装荷導体３２と３４方向の共振電流の
周波数よりも低くなる。２つの共振周波数間の位相は第
１実施形態例と同様にほぼ９０°となる。

【００５３】図４は、円偏波アンテナ装置の第３実施形
態例を示す。なお、図１と同一構成部分には同一符号を
付し、その共通部分の重複説明は省略する。第３実施形
態例の特徴は、正方形状の放射導体２８の角部に放射導
体延長片２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄを設け、間隙
を介して接地導体１９に接続された容量装荷導体４１，
４２，４３，４４を形成したことである。

【００５４】放射導体延長片２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，
２８ｄは、放射導体２８の角部を夫々基体１１の一方主
面１２の角部に向けて伸張し且つ第一側面１４および第
二側面１５の短辺の縁に沿って下方に延ばして形成され
ており、その幅は容量装荷導体４１，４２，４３，４４
と同じ形状である。放射導体延長片２８ａと容量装荷導
体４１間の間隙幅ｄ３は、放射導体延長片２８ｂと容量
装荷導体４２間の間隙幅ｄ４よりも狭く形成されてい
る。放射導体２８の対角線方向の放射導体延長片２８ａ
と２８ｃは同じ構成であり、放射導体延長片２８ｂと２
８ｄも同様に構成されている。また、容量装荷導体４１
と図示しない容量装荷導体４３は同じ構成であり、容量
装荷導体４２と４４も同じ構成である。

【００５５】上記第３実施形態例の場合でも、第１実施
形態例と同様に、縮退分離したモードの共振電流は、空
間的にほぼ直交する２つの電界を発生させ、円偏波の電
磁波を放射するアンテナとなる。２つの電界の位相差は
ほぼ９０°であり、２つの電界の周波数は、第１実施形
態例と同様に、放射導体延長片２８ａ，２８ｃと容量装
荷導体４１，４３間の静電容量および放射導体延長片２
８ｂ，２８ｄと容量装荷導体４２，４４間の静電容量で
決まる。

【００５６】図５は、円偏波アンテナ装置の第４実施形
態例を示す。なお、図１と同一構成部分には同一符号を
付し、その共通部分の重複説明は省略する。第４実施形
態例は、容量装荷導体５１，５２，５３，５４を直線状
に形成するのではなく、ミアンダ状、すなわち、同じ平
面で折れ曲がって形成する点で、第１実施形態例と相違
している。容量装荷導体５１，５２は、第一側面１４の
長手方向の両端縁に沿って形成され、また、容量装荷導
体５３，５４は第二側面１５に同様に形成されており、
その位置は放射導体１８の対角線の延長位置に相当して
いる。

【００５７】容量装荷導体５１，５３の先端と放射導体
１８間の間隙幅は、容量装荷導体５２，５４と放射導体
１８間の間隙幅よりも狭くなっている。容量装荷導体５
１，５２，５３，５４をミアンダ状に形成すると、容量
装荷導体５１，５２，５３，５４の面積が増大し放射導
体１８との間の装荷容量または静電容量が大きくなるの
で、容量装荷導体５１，５２，５３，５４の幅は、第１
実施形態例の容量装荷導体２１，２２，２３，２４に比
べて狭く形成される。

【００５８】この第４実施形態例によると、容量装荷導
体５１，５２，５３，５４は、それ自身でインダクタン
ス成分を有することになり、放射導体１８と容量装荷導
体５１，５２，５３，５４間の容量成分（装荷容量また
は静電容量）と協働して縮退分離したモードの２つの共
振電流の共振周波数を低下させる。したがって、放射導
体１８から放射される円偏波の電磁波の周波数を低下さ
せることができる。

【００５９】図６は、円偏波アンテナ装置の第５実施形
態例を示す。なお、図１と同一構成部分には同一符号を
付し、その共通部分の重複説明は省略する。この第５実
施形態例の特徴は、少なくとも１つの容量装荷導体が基
体１１の第一側面１４および第二側面１５から放射導体
１８を形成した一方主面１２まで伸びていることであ
る。

【００６０】すなわち、第一側面１４の短辺に沿って設
けられた容量装荷導体６１は、下端が接地導体１９に接
続されると共に上端は第一側面１４と一方主面１２が形
成する縁を越えて一方主面１２まで伸張し、一方主面１
２において二股に枝分かれして分枝部６１ａ、６１ｂが
形成されている。この分枝部６１ａ，６１ｂは、一方主
面１２の縁に沿って一定の長さを有し、放射導体１８の
角部に面する側は放射導体１８の縁と平行になってい
る。

【００６１】容量装荷導体６１対し放射導体１８の対角
線方向に位置する第二側面１５の容量装荷導体６３にも
分枝部６３ａ，６３ｂが設けられ、その構成は容量装荷
導体６１と同様である。また、第一側面１４のもう一つ
の短辺に沿って設けられた容量装荷導体６２およびこの
容量装荷導体６２と対角線の位置にある第二側面１５の
容量装荷導体６４は、夫々下端が接地導体１９に接続さ
れ、その長さは側面の短辺の長さと同じになっている。

【００６２】上記第５実施形態例では、容量装荷導体６
１，６２，６３，６４と放射導体１８間の静電容量が第
１実施形態例の容量装荷導体２１，２２，２３，２４の
場合に比べて大きくなり、したがって、縮退分離した２
つの共振電流の共振周波数は第１実施形態例のアンテナ
よりも低くなる。

【００６３】図７は、円偏波アンテナ装置の第６実施形
態例を示す。この円偏波アンテナ装置では、直方体の基
体７１が用いられる。基体７１の一方主面７２には、正
方形の放射導体７８が形成されており、放射導体７８の
対向する２辺７８ａ，７８ｂと基体７１の長辺（第一側
面７４、第二側面７５）間の間隙幅は、放射導体７８の
他の２辺７８ｃ，７８ｄと基体７１の短辺（第三側面７
６、第四側面７７）間の間隙幅より狭く、放射導体７８
の対向する２辺７８ａ，７８ｂは、夫々第一側面７４お
よび第二側面７５に近接している。

【００６４】また、基体７１の他方主面７３には、第一
側面７４に設けた給電導体３０の下端部分を除き、ほぼ
全面に接地導体７９が形成されている。基体７１の第一
側面７４には、第１実施形態例の給電導体２０と同様の
構成で給電導体３０が形成されており、また、放射導体
７８の対角線を延長した側面位置には、容量装荷導体８
１，８２が形成されている。容量装荷導体８２の長さは
容量装荷導体８１の長さよりも短く形成されており、第
二側面７５に形成される容量装荷導体８３および図示し
ない容量装荷導体８４についても同様に形成される。

【００６５】この第６実施形態例の円偏波アンテナ装置
の場合でも、放射導体７８は直交方向の電気長が等しく
形成されているので、第１実施形態例のアンテナの場合
と同様に機能し、給電導体３０に供給された信号により
９０度に近い位相角を持って縮退分離されたモードの２
つの共振電流が流れ、円偏波の電磁波を放射することが
できる。

【００６６】図８は、円偏波アンテナ装置の第７実施形
態例を示す。なお、図１と同一構成部分には同一符号を
付し、その共通部分の重複説明は省略する。この第７実
施形態例は、基体３５に導体形成面３５ａ，３５ｂ，３
５ｃ，３５ｄが設けられ、この導体形成面３５ａ，３５
ｂ，３５ｃ，３５ｄに容量装荷導体４７，４８，４９，
５０が形成されている点で第１実施形態例と相違してい
る。

【００６７】すなわち、基体３５は、略正方形状の主面
３６の角部で放射導体１８の対角線の延長線と直交する
平面で削れ取られ、隣接する側面３７，３８，３９，４
０間に導体形成面３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが形
成される。この導体形成面３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３
５ｄには、ストリップ状の容量装荷導体４７，４８，４
９，５０が設けられている。容量装荷導体４８，５０の
長さは容量装荷導体４７，４９よりも短いが、幅は同じ
である。

【００６８】この第７実施形態例では、容量装荷導体４
７，４８，４９，５０は、正確に放射導体１８の対角線
の延長線上に位置しているので、給電導体２０から放射
導体１８に供給された信号は、位相角が正確に９０°と
なる縮退分離したモードになる。また、放射導体１８の
対角線方向に励起された２つの共振電流の共振周波数差
は、第１実施形態例の場合と同様に、放射導体１８と容
量装荷導体４７，４８，４９，５０間の装荷容量または
静電容量の値により決まる。２つの共振電流を励振源と
して放射導体１８から円偏波の電磁波が放射されるが、
この中心周波数は共振電流の共振周波数と４５°の位相
差となって、軸比帯域幅特性が向上する。

【００６９】図９は、円偏波アンテナ装置の第８実施形
態例を示す。円偏波アンテナ装置は、誘電体からなる円
盤状の基体５５を用いて構成されている。基体５５の上
主面５６には、第１実施形態例と同様に、正方形の放射
導体１８が形成されている。基体５５の周側面５８に
は、基体の厚み方向に伸張し且つ上主面５６に回り込ん
でストリップ状の給電導体６０が形成されている。ま
た、基体５５の下主面５７には、給電導体６０の下端部
分を除き、全面に接地導体５９が形成されると共に、放
射導体１８の対角線方向における周側面５８の位置に
は、下端を接地導体５９に接続した容量装荷導体６６，
６７，６８，６９が形成されている。容量装荷導体６
７，６９は容量装荷導体６６，６８よりも短く形成され
ている。

【００７０】この第８実施形態例も上記第７実施形態例
と同様に、給電導体６０から給電された信号は放射導体
１８において縮退分離したモードとなり、２つの電界は
正確に９０°位相を持ち、空間的に直交するものとな
る。したがって、放射導体１８から放射される円偏波
は、放射方向から平面的にみると、ほぼ真円となる。ま
た、２つの電界の周波数は、放射導体１８の角部と容量
装荷導体６６，６８間の装荷容量または静電容量および
放射導体１８の角部と容量装荷導体６７，６９間の装荷
容量または静電容量の影響を受ける。

【００７１】なお、上記第１実施形態例乃至第８実施形
態例では、ストリップ状の容量装荷導体を４本用いる例
について説明したが、放射導体の２つの対角線方向にお
いて、放射導体に対するインピーダンスが異なる構成で
あれば、容量装荷導体は２本であっても良い。これらは
要求されるアンテナ特性を考慮して決められる。

【００７２】また、放射導体は正方形として説明した
が、直交方向の電気長が等しければ、図１０に示すよう
な電気的正方形の形状に構成しても良い。図１０におい
て、放射導体８８は、平行する２辺８８ｃ，８８ｄから
凹形に切り取りとって凹形部８８ｅ，８８ｆを作り、全
体が長方形の糸巻の形状となっているが、直交する２辺
８８ａ，８８ｃの縁に沿った電気長Ｌ１，Ｌ２を等しく
（Ｌ１＝Ｌ２）構成している。

【００７３】この放射導体８８では、図示しない給電導
体は、辺８８ａ，８８ｂ側でも凹形部８８ｅ，８８ｆを
設けた辺８８ｃ，８８ｄ側のいずれでも良く、位置は限
定されない。放射導体８８が給電導体から信号の供給を
受けると、上記実施形態例に示した構成および配置の容
量装荷導体を設けることにより、放射導体８８の２つの
対角線方向に縮退分離したモードの共振電流が流れる。
放射導体８８は、直交する２辺の電気長Ｌ１，Ｌ２を等
しく構成しているので、電気的には正方形となってお
り、目視による２つの対角線は電気的に直交する対角線
となるので、縮退分離したモードの２つの共振電流の位
相差は９０°となる。また、２つの共振電流の流れる方
向は、電気的に直交する方向となるので、空間的に直交
する２つの電界を励起することが可能となる。

【００７４】

【発明の効果】本発明の円偏波アンテナ装置によれば、
放射導体の対角線方向に、放射導体との間に異なる値の
装荷容量を生じる容量装荷導体を形成するので、給電導
体から放射導体に入力される送信信号により縮退分離し
たモードの２つの共振電流が励振され、この共振電流を
励振源する２つの電界（偏波）はほぼ９０度の位相差と
なり、また、２つの電界は空間的にほぼ直交するものと
なる。したがって、２つの電界は相互に干渉すことな
く、電界間の分離特性が向上し、アンテナの利得や帯域
幅が良好となり、さらには、軸比帯域幅が著しく向上す
る。

【００７５】また、本発明の円偏波アンテナ装置によれ
ば、放射導体の形状を正方形または電気的な正方形の形
状に構成し、放射導体における２つの対角線の延長線を
基準にした位置で放射導体に接近して形状の異なる容量
装荷導体を配置するので、構造的に、縮退分離したモー
ドのほぼ９０度の位相差を持つ２つの電界が励起され、
且つ縮退分離したモードの２つの電界は空間的に互いに
ほぼ直交したものとすることができ、円偏波のアンテナ
特性を向上させることができる。

【００７６】さらに、本発明の円偏波アンテナ装置によ
れば、放射導体の同じ対角線方向の両側に同じ長さの容
量装荷導体を配置すると共に、異なる対角線方向におい
て容量装荷導体の長さ寸法を異ならせることにより、縮
退分離したモードの２つの電界の周波数を変えることが
できる。すなわち、容量装荷導体の形態を選択すること
により装荷容量を変えることができるから、アンテナ特
性を劣化させることなく円偏波アンテナ装置から放射さ
れる円偏波の中心周波数を高くまたは低く設計すること
ができ、設計の自由度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る円偏波アンテナ装置の斜視図で、
（Ａ）は表面斜視図、（Ｂ）は裏面斜視図である。

【図２】図１の円偏波アンテナ装置における軸比帯域幅
の周波数特性図を示す。

【図３】本発明に係る円偏波アンテナ装置の第２実施形
態例を示す斜視図である。

【図４】本発明に係る円偏波アンテナ装置の第３実施形
態例を示す斜視図である。

【図５】本発明に係る円偏波アンテナ装置の第４実施形
態例を示す斜視図である。

【図６】本発明に係る円偏波アンテナ装置の第５実施形
態例を示す斜視図である。

【図７】本発明に係る円偏波アンテナ装置の第６実施形
態例を示す斜視図である。

【図８】本発明に係る円偏波アンテナ装置の第７実施形
態例を示す斜視図である。

【図９】本発明に係る円偏波アンテナ装置の第８実施形
態例を示す斜視図である。

【図１０】本発明に係る円偏波アンテナ装置に用いられ
る放射導体の第２実施形態例を示す平面図である。

【図１１】円偏波アンテナ装置の一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０ 円偏波アンテナ装置 １１，３５，５５，７１ 基体 １２ 一方主面 １３ 他方主面 １４，１５，１６，１７ 側面 １８，２８，８８ 放射導体 １８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ 角部 １９，５９，７９ 接地導体 ２０，３０，６０ 給電導体 ２１，２２，２３，２４，３１，３２，３３，３４，４
１，４２，４３，４４，４７，４８，４９，５０，５
１，５２，５３，５４，６１，６２，６３，６４，６
６，６７，６８，６９，８１，８２，８３，８４ 容量
装荷導体 ２５，２６ 対角線方向 ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ 放射導体延長片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 茂一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 湯浅 敦之 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J045 AA15 AA21 CA04 DA10 EA07 HA03

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電材料からなる基体と、該基体の一方
   主面に形成した四角形状の放射導体と、該放射導体と対
   向する前記基体の他方主面に形成した接地導体と、前記
   基体に前記他方主面側から前記一方主面側に向けて伸張
   して形成した給電導体とを備え、前記放射導体は、該放
   射導体における直交する２方向の電気長が等しい形状に
   形成すると共に、前記基体には、前記放射導体の対角線
   方向の位置に、前記放射導体に流れる２つの共振電流の
   周波数差を定める装荷容量を前記放射導体との間に生じ
   る容量装荷導体を設けたことを特徴とする円偏波アンテ
   ナ装置。
2. 【請求項２】 誘電材料からなる基体と、該基体の一方
   主面に形成した放射導体と、該放射導体と対向する前記
   基体の他方主面に形成した接地導体と、前記基体の側面
   に前記他方主面側から一方主面側に向け伸張して形成し
   た給電導体とを備える円偏波アンテナ装置において、前
   記放射導体を正方形または電気的な正方形の形状に形成
   すると共に、前記基体には、前記放射導体における２つ
   の対角線の延長位置またはその近傍に、前記接地導体と
   前記放射導体の間に形成され前記一方の対角線方向と前
   記他方の対角線方向において互いに形態の異なる容量装
   荷導体を設けたことを特徴とする円偏波アンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記基体は、２つの主面および４つの側
   面を有する六面体に形成し、前記容量装荷導体は、前記
   給電導体を設けた側面に、隣接する側面間の夫々の縁に
   沿って配置すると共に一端を前記接地導体に接続した前
   記一方の容量装荷導体の長さを前記他方の容量装荷導体
   の長さよりも短く形成し、前記給電導体を設けた側面と
   対向する側面には、隣接する側面間の夫々の縁に沿って
   前記主面の対角線方向の前記容量装荷導体と同じ長さの
   容量装荷導体を設けたことを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載の円偏波アンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記容量装荷導体は、間隙幅を設けて複
   数の容量装荷導体片に分割して構成したことを特徴とす
   る請求項１または請求項２または請求項３に記載の円偏
   波アンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記放射導体には、前記放射導体の角部
   から伸張し隣接する側面間の縁に沿って降下する放射導
   体延長片を設け、該放射導体延長片と前記容量装荷導体
   との間に異なる対角線方向において異なる間隙幅を設け
   て構成したことを特徴とする請求項１または請求項２ま
   たは請求項３に記載の円偏波アンテナ装置。
6. 【請求項６】 前記容量装荷導体の少なくとも１つは、
   前記放射導体が形成された主面まで伸張して形成したこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３
   に記載の円偏波アンテナ装置。
7. 【請求項７】 前記容量装荷導体は、ミアンダ状に形成
   したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか
   １つに記載の円偏波アンテナ装置。
8. 【請求項８】 前記基体は、直方体に形成したことを特
   徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の
   円偏波アンテナ装置。