JP2010200228A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】円偏波を受信または送信可能であり、かつ、小型化を図ることが可能なアンテナを提供する。
【解決手段】アンテナ１０は、放射素子２１と、付加素子２２と、無給電素子２３とを備える。放射素子２１は、一部に切れ目を有する正六角形状に形成され、かつ、切れ目によって規定される端部３１，３２を有する。無給電素子２３は、放射素子２１の正六角形によって規定される平面（フィルム１の主表面２）のうちの、放射素子２１の内側に位置する領域Ａ１に形成される。付加素子２２は、その平面内に直線状に形成され、かつ、その一方端が放射素子２１に接続される。
【選択図】図４

Description

本発明はアンテナに関し、特に、円偏波を受信または送信するためのアンテナに関する。

たとえば特開２００６−３１１４９７号公報（特許文献１）は、円偏波を受信または送信可能なループアンテナを開示する。このループアンテナは、ループ状素子と無給電素子とを含み、かつそれらが１つの面上に形成されたアンテナ素子を備える。無給電素子はその面上においてループ状素子と独立に設置される。アンテナ素子が形成された面の近傍には、その面に対して平行またはごくわずかな傾きを持つ導体面が設けられる。

特開２００６−３１１４９７号公報

特開２００６−３１１４９７号公報（特許文献１）に開示される構成によれば、無給電素子はループ状素子の外側に配置される。このためにアンテナ素子のサイズが大きくなるという課題が生じる。

その一方で、アンテナの寸法は、一般に、そのアンテナに要求される周波数帯域の中心波長に基づいて定められる。よって、アンテナの寸法を縮小することによってアンテナを小型化した場合には、アンテナが送信または受信可能な電波の周波数帯域が、アンテナに求められる周波数帯域と異なることが考えられる。この場合には、所望の周波数帯域におけるアンテナの性能を良好とすることが困難となる。

本発明の目的は、円偏波を受信または送信可能であり、かつ、小型化を図ることが可能なアンテナを提供することである。

本発明の他の目的は、所望の周波数帯域の円偏波を好適に受信または送信可能なアンテナを提供することである。

本発明は要約すれば、アンテナであって、第１の放射素子と、無給電素子と、第１の付加素子とを備える。第１の放射素子は、一部に切れ目を有するループ状または多角形状に形成され、かつ、切れ目によって規定される第１および第２の端部を有する。無給電素子は、ループまたは多角形によって規定される平面のうちの、第１の放射素子の内側に位置する第１の領域に形成される。第１の付加素子は、平面内に直線状に形成され、かつ、その一方端が第１の放射素子に接続される。

好ましくは、アンテナは、第１の給電線と、第２の給電線と、スタブとをさらに備える。第１の給電線は、平面内に直線状に形成され、かつ、その一方端が第１の放射素子の第１の端部に接続される。第２の給電線は、平面内に、第１の給電線に対して平行な直線状に形成され、かつ、その一方端が第１の放射素子の第２の端部に接続される。スタブは、平面内に形成され、かつ、第１の給電線の他方端と第２の給電線の他方端とに接続される。

好ましくは、第１の付加素子は、第１の領域に、無給電素子とともに配置される。無給電素子は、第１の付加素子に沿って延びるように直線状に形成された導電体である。

好ましくは、無給電素子は、渦巻状に形成された導電体である。
好ましくは、アンテナは、平面のうちの第１の放射素子の外側に位置する第２の領域に配置された、少なくとも１つの導波素子をさらに備える。

好ましくは、アンテナは、第２の放射素子と、第２の付加素子とをさらに備える。第２の放射素子は、第１の放射素子を囲むように、平面に沿ってループ状または多角形状に形成される。第２の付加素子は、平面内に直線状に形成され、かつ、その一方端が第２の放射素子に接続される。

好ましくは、アンテナは、平面のうちの第２の放射素子の外側に位置する領域に配置された、少なくとも１つの導波素子をさらに備える。

好ましくは、第１の端部と第２の端部とが線分によって接続されることにより定義される第１の放射素子の形状は、アンテナに求められる周波数帯の中心波長の１波長分に対応する長さを全周として有するＮ角形（Ｎは４以上の整数）である。

好ましくは、アンテナは、絶縁材料により形成され、かつ主表面を有するフィルムをさらに備える。主表面は、平面に一致する。

本発明によれば、円偏波を受信または送信可能であり、かつ、小型化を図ることが可能なアンテナを実現できる。

また、本発明によれば、円偏波の受信性能または送信性能が良好であるアンテナを実現できる。

本発明の実施の形態に従うアンテナを含む通信システムの概略構成図である。 円偏波を説明するための図である。 本発明の実施の形態に従うアンテナの１つの適用例を示す図である。 本発明の実施の形態１に従うアンテナを示す正面図である。 本発明の実施の形態１に従うアンテナを示す背面透視図である。 アンテナ素子２０の寸法を説明するための図である。 アンテナ素子により受信された左旋円偏波を電気信号としてアンテナ素子からケーブルに出力するためのアンテナ素子とケーブルとの接続を説明するための図である。 アンテナ素子の水平面上の受信方向を説明するための図である。 図５に示したＣ１〜Ｃ４上の直線偏波の利得を示す図である。 アンテナ素子２０の水平面上でのＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す図である。 アンテナ素子２０の水平面指向性を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るアンテナ素子を示す正面図である。 本発明の実施の形態２に係るアンテナ素子を示す背面透視図である。 本発明の実施の形態３に係るアンテナ素子を示す正面図である。 本発明の実施の形態３に係るアンテナ素子を示す背面透視図である。 本発明の実施の形態３に従うアンテナの変形例を示す正面図である。 本発明の実施の形態４に係るアンテナ素子を示す正面図である。 本発明の実施の形態４に係るアンテナ素子を示す背面透視図である。 本発明の実施の形態４に従うアンテナの変形例を示す図である。 放射素子の形状の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施の形態に従うアンテナを含む通信システムの一形態を示す概略構成図である。図１を参照して、通信システム１００は、送信装置１１０と、本発明の実施の形態に従うアンテナ１０と、ケーブル１２０と、受信装置１３０とを備える。

送信装置１１０は、電波としての円偏波を送信する。アンテナ１０は、送信装置１１０から送信された円偏波を受信するためのアンテナである。アンテナ１０によって受信された円偏波は、電気信号としてアンテナ１０から出力される。アンテナ１０から出力された電気信号は、ケーブル１２０を介して受信装置１３０に送られる。

図１では、本発明の実施の形態に従うアンテナ１０を受信アンテナとして示す。ただし、一般的にアンテナは電波の送信と受信の両方を行ない得るものである。したがって、本発明の実施の形態に係るアンテナ１０を送信アンテナとして使用してもよい。アンテナ１０を送信アンテナとして使用する場合には、受信装置に代えて、電気信号（高周波電力）を出力する送信装置がケーブル１２０に接続される。アンテナ１０はその送信装置から送られる電気信号を円偏波として空中に送信する。

図２は、円偏波を説明するための図である。図２を参照して、円偏波とは、電波の進行方向に垂直な面内において電界の向きが回転する偏波である。

電界の回転方向の違いによって、円偏波は左旋円偏波と右旋円偏波に大別される。本明細書では、左（右）旋円偏波とは、電波の進行方向（ｚ方向）に向かってある一定場所の電界ベクトルが時間とともに左（右）回りに回転する偏波であると定義する。

図３は、本発明の実施の形態に従うアンテナの１つの適用例を示す図である。図３を参照して、アンテナ１０は、フィルムアンテナとして構成される。具体的に説明すると、アンテナ１０は、フィルム１と、フィルム１の主表面に形成されたアンテナ素子２０とを含む。

フィルム１は接着剤等によって、自動車１４０のフロントガラス１４５の車室側の面に貼り付けられる。これによりアンテナ素子２０の位置が固定される。

フィルム１は絶縁性を有する。さらに、運転者の視界を妨げないために、フィルム１には可視光に対して透明なフィルムが採用される。絶縁性および透明性を有するフィルムを形成するための材料としては、たとえば、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate；ポリエチレンテレフタラート）を採用できる。

なお、自動車１４０の窓ガラスには、フロントガラスに限らず、たとえば、リアガラス、あるいはサイドガラス、あるいはルーフガラス等があるが、これらのいずれかにフィルム１を貼り付けることによりアンテナ素子２０を固定してもよい。

たとえばアンテナ１０は、衛星から送信された円偏波を受信するためのアンテナである。具体的に説明すると、アンテナ１０は、たとえば衛星ラジオ放送システム用の円偏波を受信するためのアンテナである。衛星ラジオ放送システムでは放送衛星（図示せず）から左旋円偏波が送信される。アンテナ１０は、放送衛星から送信された左旋円偏波を受信する。アンテナ１０により受信された円偏波（電気信号）は、ケーブル（図示せず）を介して、自動車に搭載された受信装置（図示せず）に送られる。この例で示した放送衛星および受信装置は、図１に示す送信装置１１０および受信装置１３０にそれぞれ対応する。

また、ＧＰＳ（Global Positioning System）と呼ばれる位置検出システムでは、衛星から右旋円偏波が送信される。よって、アンテナ１０を、ＧＰＳ衛星から送信された円偏波を受信するためのアンテナに適用してもよい。この場合、ＧＰＳ衛星は、図１に示す通信システムにおける送信装置１１０に対応する。また、図１に示した受信装置１３０の具体例としてはナビゲーション装置が挙げられる。

さらに近年では、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection system）と呼ばれる、高速道路あるいは有料道路の利用料金を自動的に徴収するためのシステムが利用可能である。ＥＴＣでは、自動車に搭載された通信機器と道路側に設置された通信機器との間で、右旋円偏波を用いた情報の伝達が行なわれる。よって、アンテナ１０を、ＥＴＣ用の円偏波を送信および受信するためのアンテナに適用することも可能である。

次に、本発明の実施の形態に係るアンテナ１０の具体的な構成を説明する。なお、以下の説明においては、本発明の実施の形態に係るアンテナは受信アンテナであるとする。

［実施の形態１］
図４は、本発明の実施の形態１に従うアンテナを示す正面図である。

図５は、本発明の実施の形態１に従うアンテナを示す背面透視図である。
図４および図５を参照して、実施の形態１に従うアンテナ１０は、フィルム１およびアンテナ素子２０を備える。フィルム１は主表面２、および主表面２と反対側に位置する主表面３を有する。アンテナ素子２０は、導体箔（たとえば銅箔）、金属線、導電性ペースト（たとえば銀ペースト）、導電性インク等の導電体によって、フィルム１の主表面２内に形成される。便宜上、本明細書では、フィルム１の主表面２を「正面」とも呼び、フィルム１の主表面３を「背面」とも呼ぶ。ただし、これらの名称は本発明に係るアンテナの配置、用途などを限定するものではない。

アンテナ素子２０は、放射素子２１と、付加素子２２と、無給電素子２３と、給電線２４，２５と、ショートスタブ２６とを含む。

放射素子２１は、一部に切れ目を有する多角形状に形成されるとともに、その切れ目によって規定される端部３１，３２を含む。端部３１は、多角形の一部の切れ目の一方側の端部に対応する。端部３２は、多角形の一部の切れ目の他方側の端部に対応する。端部３１と端部３２とを線分によって接続することにより放射素子２１の形状を定義すると、放射素子２１の形状は略正六角形である。

放射素子２１は平面に沿った正六角形状に形成される。言い換えると、放射素子２１の正六角形に基づいて１つの平面が規定される。本実施の形態では、この平面はフィルム１の主表面２と一致する。フィルム１の主表面２は、放射素子２１により囲まれた領域である領域Ａ１と、放射素子２１の外側の領域Ａ２に分けられる。付加素子２２は、フィルム１の主表面２に、直線状に延びるように形成される。付加素子２２の一方の端部は放射素子２１の端部３２に接続される。なお、付加素子２２は領域Ａ１に配置される。

無給電素子２３は、付加素子２２に沿って延びるように直線状に形成された導電体である。領域Ａ１はアンテナ素子２０の中心軸Ｘにより２つの領域に分けられる。付加素子２２はその２つの領域のうち一方の領域に配置される。一方、無給電素子２３は、その２つの領域のうち他方の領域に配置される。よって、無給電素子２３は、付加素子２２と非接触の状態で領域Ａ１に配置される。

さらに無給電素子２３は、放射素子２１と非接触である。すなわち、無給電素子２３は、放射素子２１および付加素子２２の両方に非接触となるように領域Ａ１に配置される。

給電線２４は直線状に形成され、かつ、その一方端が放射素子２１の端部３１に接続される。給電線２５は、給電線２４に平行な直線状に形成され、かつ、その一方端が放射素子２１の端部３２に接続される。すなわち、給電線２４，２５は平行線路を構成する。

ショートスタブ２６は、給電線２４の他方端（端部３３）および給電線２５の他方端（端部３４）に接続される。

図６は、アンテナ素子２０の寸法を説明するための図である。図６を参照して、放射素子２１の形状である正六角形の一辺の長さをＬ１、付加素子２２の長さをＬ２、無給電素子２３の長さをＬ３、給電線２４，２５の長さをＬ４と表わす。さらに、給電線２４，２５の間隔をＤと表わす。

さらに、アンテナ素子２０に要求される周波数帯の中心波長をλと記載する。放射素子２１の全周、すなわち正六角形の全周は、約１λである。よって、長さＬ１は約λ／６である。付加素子２２の長さＬ２は約λ／８である。無給電素子２３の長さＬ３は約λ／４である。

給電線２４，２５の長さＬ４および給電線２４，２５の間隔Ｄは、給電線２４，２５と放射素子２１との間におけるインピーダンスの整合が実現されるように定められる。また、ショートスタブ２６の全周は約λ／４である。

本実施の形態に係るアンテナ１０は、左旋円偏波および右旋円偏波のいずれの円偏波も受信可能である。たとえばアンテナ１０を左旋円偏波の受信用のアンテナとして使用する場合、左旋円偏波の進行方向がフィルム１の主表面３（背面側）からフィルム１の主表面２（正面側）に向かう向きとなるように、アンテナ１０が配置される。たとえば図３に示した例では、フィルム１の主表面３がフロントガラスの車室側の面に接触するようにアンテナ１０が取り付けられる。よって、電波の進行方向に沿ってアンテナ素子２０を平面視した場合には、アンテナ素子２０の中心軸Ｘに対して右側に付加素子２２が配置される（図５を参照）。

図７は、アンテナ素子により受信された左旋円偏波を電気信号としてアンテナ素子からケーブルに出力するためのアンテナ素子とケーブルとの接続を説明するための図である。図７を参照して、ケーブル１２０は具体的には同軸ケーブルであり、内部導体１２１と、外部導体１２２とを含む。内部導体１２１は、給電線２４および受信装置（図示せず）に接続される。一方、外部導体１２２は、給電線２５に接続される。

なお、アンテナ１０を右旋円偏波の受信用のアンテナとして使用する場合には、右旋円偏波の進行方向がフィルム１の主表面２からフィルム１の主表面３に向かう向きとなるようにアンテナ１０を配置すればよい。この場合、右旋円偏波の進行方向に沿ってアンテナ素子２０を平面視すると、アンテナ素子２０の中心軸Ｘに対して左側に付加素子２２が配置される（図４を参照）。また、図３に示した例を用いて説明すると、フィルム１の主表面２がフロントガラスの車室側の面に接触するようにアンテナ１０を取り付けることで、アンテナ１０を右旋円偏波の受信用のアンテナとして使用することができる。

図８は、アンテナ素子の水平面上の受信方向を説明するための図である。図８を参照して、水平面５は、フィルム１の主表面２および３に直交する平面である。図８では、水平面５上の角度方向として、０°方向、±４５°方向、±９０°方向、±１３５°方向および１８０°方向の８方向を示す。

実施の形態１によれば、アンテナ素子２０は、平面（フィルム１の主表面２）上に形成された放射素子２１と、その平面上に直線状に延びるよう形成され、かつ、放射素子２１に一方端が接続される付加素子２２とを備える。これによりアンテナ素子２０は円偏波を受信可能である。

放射素子２１は一部に切れ目を有する多角形状に形成された素子であるので、放射素子２１のみでは、電界の方向が一定である直線偏波しか受信できない。付加素子２２が放射素子２１に接続されることにより、電界の方向が第１の方向である第１の直線偏波と、電界の方向がその第１の方向に直交する第２の方向である第２の直線偏波とがアンテナ素子２０で合成される。これによりアンテナ素子２０は円偏波を受信できる。

さらに実施の形態１によれば、アンテナ素子２０は、放射素子２１によって囲まれた領域Ａ１に配置される無給電素子２３を含む。無給電素子２３は共振素子として機能する。これにより、アンテナ素子２０の円偏波軸比を良好とすることができる。

ここで、無給電素子２３が放射素子２１の外側の領域（領域Ａ２）に配置されるようアンテナ素子２０が構成されていても、アンテナ素子２０は円偏波を受信できる。しかしながら、無給電素子２３が放射素子２１の外側の領域（領域Ａ２）に配置されることによって、アンテナ素子２０のサイズが大きくなる。実施の形態１によれば、無給電素子２３が放射素子２１（正六角形）の内側の領域（領域Ａ１）に配置されているため、アンテナ素子の大型化を回避できる。よって、実施の形態１によれば小型化されたアンテナを実現できる。

さらに実施の形態１によれば、無給電素子２３だけでなく付加素子２２も領域Ａ１に配置されるため、アンテナ素子２０のさらなる小型化を図ることができる。

さらに実施の形態１によれば、放射素子２１の端部３１に給電線２４の一方端が接続され、放射素子２１の端部３２に給電線２５の一方端が接続される。さらに、給電線２４の他方端および給電線２５の他方端はショートスタブ２６によって接続される。これによって、アンテナ素子２０の水平面指向性を安定して広げることが可能になる。すなわちアンテナ素子２０は、水平面（図８参照）上の広い角度範囲にわたり円偏波を受信することができる。その角度範囲は、たとえば図８に示した水平面における、０°を中心とした−９０°〜＋９０°の範囲となる。

放射素子２１の給電形態は平衡給電であるのに対し、同軸ケーブルの給電形態は不平衡型給電であるので、給電形態が放射素子２１とケーブル１２０（同軸ケーブル）とで異なる。ショートスタブ２６を省略した場合には、アンテナ素子２０の水平面指向性を示すパターンが水平面上において左右非対称なパターンになる。このことは、アンテナ素子２０が円偏波を受信可能な範囲として定義される、水平面上の角度範囲（図８参照）が狭くなることを意味する。その角度範囲は、たとえば、図８に示した水平面における０°〜＋９０°の範囲となる。

実施の形態１によれば、ショートスタブ２６が給電線２４，２５に接続される。これによって、放射素子２１とケーブル１２０（同軸ケーブル）との給電形態の違いに起因するアンテナ素子２０の動作の不具合を解消することができる。よって、上記のように、アンテナ素子２０は、水平面（図８参照）上の広い角度範囲にわたり円偏波を受信することができる。

続いて、実施の形態１に従うアンテナ素子２０の受信性能を具体的に説明する。以下に説明する特性は、２．３１〜２．３６ＧＨｚ（２３１０〜２３６０ＭＨｚ）の周波数帯の電波を受信可能なように試作されたアンテナ素子２０によって測定されたものである。この周波数帯は、米国における衛星ラジオ放送の周波数帯（２３３２．５〜２３４５ＭＨｚ）を含む。なお、２３３２．５〜２３４５ＭＨｚの周波数帯の中心波長λは約１３６ｍｍである。また、図６に示す長さＬ１を約２２〜２３ｍｍ、長さＬ２を約１４．５ｍｍ、長さＬ３を約３０ｍｍ、長さＬ４を約９ｍｍに設定した。

図９は、図５に示したＣ１〜Ｃ４上の直線偏波の利得を示す図である。図５に示したＣ１〜Ｃ４は、フィルム１の主表面３上の方向を示す。Ｃ１方向とＣ４方向とは互いに直交し、Ｃ２方向とＣ３方向とは互いに直交する。さらにＣ１方向は、Ｃ２方向から時計回りに４５°傾いた方向であり、Ｃ４方向はＣ２方向から反時計回りに４５°傾いた方向である。すなわち図５に示すように、Ｃ１方向とＣ２方向とのなす角度、Ｃ１方向とＣ３方向とのなす角度、Ｃ４方向とＣ３方向とのなす角度は４５°である。また図が煩雑化するのを避けるため図５に示していないが、Ｃ４方向とＣ２方向とのなす角度も４５°となる。

Ｃ２方向に偏波した直線偏波と、Ｃ３方向に偏波した直線偏波とによって円偏波が発生される。同様に、Ｃ１方向に偏波した直線偏波とＣ４方向に偏波した直線偏波とによって円偏波が発生される。

図９を参照して、直線偏波の利得を示す曲線に付された符号Ｃ１からＣ４は、図５に示した各方向に対応する。なお、利得が高いほどアンテナの受信性能は優れている。２３３２．５〜２３４５ＭＨｚの周波数帯域では、平均的な利得は約−１．２（ｄＢｉ）となった。

また、円偏波軸比を、上記４方向に対する利得の測定結果の最大値と最小値との差と定義する。２３３２．５〜２３４５ＭＨｚの周波数帯域では、円偏波軸比は約１．５ｄＢであった。円偏波特性が良好であるための条件を、３ｄＢ以下の円偏波軸比と定義すると、図９によって、２３３２．５〜２３４５ＭＨｚの周波数帯にわたり良好な円偏波特性が得られたことが示される。

図１０は、アンテナ素子２０の水平面でのＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す図である。なおＶＳＷＲが低いほどアンテナ素子２０の性能が優れている。

図１０を参照して、２．３１〜２．３６ＧＨｚの全域にわたり、ＶＳＷＲは１．２５以下である。一般に、実用的な観点から、アンテナのＶＳＷＲが１．５以下であれば、アンテナの特性が良好であるとされている。図１０は、アンテナ素子２０のＶＳＷＲ特性が良好であることを示している。

図１１は、アンテナ素子２０の水平面指向性を示す図である。図１１および図８を参照して、図１１に示した角度（０°等）は、図８に示した角度に対応する。図１１に示す極座標において、最も外側の同心円は利得のピーク値を示す。さらに、この極座標では、外側の同心円から内側の同心円に向かうにつれて、利得が−５ｄＢずつ変化する（図１１に示すように、−５ｄＢ／ＤＩＶの割合で利得が変化する）。

図１１に示す指向性パターンは、周波数２３３９ＭＨｚでの電波を用いることによって得られたものである。図１１に示すように、指向性パターンは、ブロードな形状を有している。このことは、アンテナ素子２０が水平面上の広い角度範囲において大きな利得を得ることができることを示す。なお、アンテナ素子２０の利得のピークとなる方向は０°方向から左側（マイナス側）に１５°程度傾いている。

図３に戻り、実施の形態１に係るアンテナ１０は、自動車のフロントガラスに取り付けられる。フロントガラスは、一般に、水平方向に対して垂直であるか、または水平方向に対して急角度で傾斜している。よって、実施の形態１に係るアンテナをフロントガラスに取り付けた場合には、アンテナ１０の仰角（図８に示す水平面５の水平方向に対する傾き）が小さくなる。その一方、放送衛星あるいはＧＰＳ衛星等の人工衛星は、アンテナ１０に対して天頂方向もしくは高仰角方向に位置する。

図３に示すように、自動車のフロントガラスにアンテナを取り付けた後には、アンテナの仰角を調整することができない。よって、そのアンテナが人工衛星からの円偏波を受信可能であるためには、そのアンテナが水平面上の広い角度範囲から電波を受信可能であることが求められる。図１１に示すように、実施の形態１に従うアンテナ１０の水平面指向性パターンはブロードな形状を有している。このことはアンテナ１０が水平面上の広い角度範囲にわたり、電波を受信可能であることを意味する。よって、実施の形態１に従うアンテナ１０によれば、その仰角が低い場合にも、天頂方向もしくは高仰角方向からの円偏波（たとえば人工衛星からの円偏波）を好適に受信することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、アンテナ１０は、放射素子２１と、付加素子２２と、無給電素子２３とを備える。放射素子２１は、一部に切れ目を有する正六角形状に形成され、かつ、切れ目によって規定される端部３１，３２を有する。無給電素子２３は、正六角形によって規定される平面（フィルム１の主表面２）のうちの、放射素子２１の内側に位置する領域Ａ１に形成される。付加素子２２は、その平面内に直線状に形成され、かつ、その一方端が放射素子２１に接続される。実施の形態１によれば、無給電素子２３が放射素子２１（正六角形）の内側の領域に配置されるので、アンテナの小型化を図ることができる。さらに、実施の形態１によれば、良好な円偏波特性およびＶＳＷＲを得ることができる。

さらに実施の形態１によれば、アンテナ１０は、さらに、給電線２４，２５と、ショートスタブ２６とを備える。給電線２４の一方端は放射素子２１の端部３１に接続され、給電線２５の一方端は放射素子２１の端部３２に接続される。ショートスタブ２６は、給電線２４の他方端と給電線２５の他方端とに接続される。これにより、アンテナは水平面上の広い角度範囲から円偏波を受信することができる。

さらに実施の形態１によれば、付加素子２２は、上記平面内において、放射素子２１によって囲まれた領域Ａ１に、無給電素子２３とともに配置される。無給電素子２３は、付加素子２２に沿って延びるように直線状に形成された導電体である。付加素子２２を無給電素子２３とともに放射素子２１によって囲まれた領域に配置することで、アンテナの更なる小型化を実現できる。

［実施の形態２］
図１２は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ素子を示す正面図である。

図１３は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ素子を示す背面透視図である。
図１２および図１３を参照して、実施の形態２に係るアンテナ１０は、アンテナ素子２０に代えてアンテナ素子２０Ａを備える。アンテナ素子２０Ａは、領域Ａ２（フィルム１の主表面２における、放射素子２１の外側の領域）に配置される複数の導波素子２７をさらに備える点において、アンテナ素子２０と異なる。

複数の導波素子２７の各々は直線状に形成される。複数の導波素子２７は、フィルム１の主表面２上に、放射素子２１に対して放射状に配置される。

導波素子２７は、到来した円偏波を放射素子２１に導く役割を果たす。これにより、その到来方向のアンテナ１０の利得を高めることができる。導波素子２７の個数および配置を調整することによって、アンテナ１０の水平面指向性パターンをより好ましい形状に調整することができる。たとえばアンテナ１０の水平面指向性パターンをよりブロードな形状とすることができる。これにより、実施の形態２によれば、アンテナ１０は水平面上のより広い角度範囲から円偏波を受信することができる。

なお、実施の形態１と同様に、アンテナ１０を左旋円偏波の受信用のアンテナとして使用する場合、左旋円偏波の進行方向がフィルム１の主表面３からフィルム１の主表面２に向かう向きとなるように、アンテナ１０が配置される（図１３参照）。一方、アンテナ１０を右旋円偏波の受信用のアンテナとして使用する場合には、右旋円偏波の進行方向がフィルム１の主表面２からフィルム１の主表面３に向かう向きとなるようにアンテナ１０が配置される（図１２参照）。また、導波素子２７の個数は限定されず、単数および複数のいずれでもよい。

実施の形態２によれば、アンテナ１０は、実施の形態１に従う構成に加えて、平面内において放射素子２１の外側に位置する領域Ａ２に配置された、少なくとも１つの導波素子２７をさらに備える。これにより、実施の形態２に従うアンテナ１０は、実施の形態１による効果に加えて、水平面上のより広い角度範囲から円偏波を受信することができるという効果も得ることができる。

［実施の形態３］
図１４は、本発明の実施の形態３に係るアンテナ素子を示す正面図である。

図１５は、本発明の実施の形態３に係るアンテナ素子を示す背面透視図である。
図１４および図１５を参照して、実施の形態３に係るアンテナ１０は、アンテナ素子２０に代えてアンテナ素子２０Ｂを備える。アンテナ素子２０Ｂは、無給電素子２３に代えて無給電素子２３Ｂを備える点、および、付加素子２２が放射素子２１の外側に位置する領域Ａ２に配置される点において、アンテナ素子２０と異なる。

無給電素子２３Ｂは、フィルム１の主表面２上に渦巻き状に形成される。円偏波が到来する方向に向かってアンテナ１０を平面視した場合、渦巻きの中心から外側に向かう巻き方向は、その到来する円偏波の電界の回転方向に等しい。

渦巻きの巻き方向についてより具体的に説明する。実施の形態１および２と同様に、アンテナ１０を左旋円偏波の受信用のアンテナとして使用する場合、左旋円偏波の到来方向はフィルム１の主表面３からフィルム１の主表面２に向かう向きとなる。図１４は、左旋円偏波の到来する方向に向かってアンテナ１０を平面視した場合の平面像を表わす。図１４においては渦巻きの中心から外側に向かう巻き方向（矢印にて示す）は、時計方向である。この方向は、到来する左旋円偏波の電界の回転方向に等しい。

同様に、アンテナ１０を右旋円偏波の受信用のアンテナとして使用する場合、右旋円偏波の到来方向はフィルム１の主表面２からフィルム１の主表面３に向かう向きとなる。図１５は、右旋円偏波の到来する方向に向かってアンテナ１０を平面視した場合の平面像を表す。図１５においては、渦巻きの中心から外側に向かう巻き方向（矢印にて示す）は、反時計方向である。この方向は、到来する右旋円偏波の電界の回転方向に等しい。

実施の形態３では、無給電素子２３Ｂは、実施の形態１，２と同様に、共振素子として機能する。さらに無給電素子２３Ｂは、反射器としても機能する。

反射器は到来した電波を放射素子２１に向けて反射する。これにより水平面上のさまざまな角度方向におけるアンテナ１０の利得を高めることができるので、アンテナ１０は水平面上のより広い角度範囲から円偏波を受信することができる。

付加素子２２の端部は放射素子２１の１つの角部（正六角形の頂点）に接続される。ただし、付加素子２２が接続される放射素子２１の位置は、上記のように限定されるものではない。たとえば実施の形態１，２と同様に、付加素子２２の一端は放射素子２１の端部３２に接続されてもよい。

また、図１４および図１５では、付加素子２２は、放射素子２１の外側の領域Ａ２に配置される。ただし領域Ａ１のうちの無給電素子２３Ｂの周囲の領域が、付加素子２２を配置するのに十分な大きさを有しているのであれば、付加素子２２を無給電素子２３Ｂとともに領域Ａ１に配置してもよい。

実施の形態３によれば、アンテナ１０は、渦巻き状に形成された無給電素子２３Ｂを備える。これにより、実施の形態３に従うアンテナ１０は、実施の形態１による効果に加えて、水平面上のより広い角度範囲から円偏波を受信することができるという効果も得ることができる。

なお、図１６に、本発明の実施の形態３に従うアンテナの変形例を示す。図１６および図１４を参照して、アンテナ素子２０Ｃは、複数の導波素子２７をさらに備える点においてアンテナ素子２０Ｂと異なる。アンテナ素子２０Ｂの構成に加えて導波素子２７を備えることによって、アンテナ素子２０Ｃは水平面上のより広い角度範囲から円偏波を受信することができる。

［実施の形態４］
図１７は、本発明の実施の形態４に係るアンテナ素子を示す正面図である。

図１８は、本発明の実施の形態４に係るアンテナ素子を示す背面透視図である。
図１７および図１８を参照して、実施の形態４に係るアンテナ１０は、アンテナ素子２０に代えてアンテナ素子２０Ｄを備える。アンテナ素子２０Ｄは、領域Ａ２（フィルム１の主表面２における、放射素子２１の外側の領域）に配置される放射素子２８と、付加素子２９とをさらに備える点でアンテナ素子２０と異なる。

放射素子２８は、放射素子２１を囲むように、フィルム１の主表面２内に形成される。よって、放射素子２８の形状は略正六角形である。放射素子２１と同様に、放射素子２８は切れ目を有する正六角形状に形成されるとともに、その切れ目によって規定される端部３５，３６を含む。放射素子２８の端部３５は給電線２４に接続される。放射素子２８の端部３６は給電線２５に接続される。

実施の形態３と同様に、付加素子２９の端部は放射素子２８の１つの角部（正六角形の頂点）に接続される。ただし、付加素子２９の一端は、放射素子２８に接続されればよいので、たとえば付加素子２９の一端が放射素子２８の端部３６に接続されてもよい。

また、図１７および図１８に示した構成によれば、付加素子２９は放射素子２８の外側に位置する領域に配置される。ただし、放射素子２１および２８によって囲まれた主表面２内の領域が、付加素子２９を配置するのに十分な大きさを有しているのであれば、付加素子２９をその領域内に配置してもよい。

実施の形態４によれば、放射素子を複数設けることによって、アンテナの受信強度を高めることができる。放射素子２１のみでは、ある特定の方向から到来する円偏波の受信強度が弱い場合であっても、放射素子２１，２８によって円偏波を受信することにより、その方向から到来する円偏波の受信強度を高めることができる。これにより、実施の形態４によれば、アンテナ１０は水平面上のより広い角度範囲から円偏波を受信することができる。

なお、実施の形態１と同様に、アンテナ１０を左旋円偏波の受信用のアンテナとして使用する場合、左旋円偏波の進行方向がフィルム１の主表面３からフィルム１の主表面２に向かう向きとなるように、アンテナ１０が配置される（図１８参照）。一方、アンテナ１０を右旋円偏波の受信用のアンテナとして使用する場合には、右旋円偏波の進行方向がフィルム１の主表面２からフィルム１の主表面３に向かう向きとなるようにアンテナ１０が配置される（図１７参照）。

以上のように実施の形態４によれば、アンテナ１０は、実施の形態１に従う構成に加えて、放射素子２１を囲むように平面上に正六角形状に形成された放射素子２８と、上記平面上に直線状に形成され、かつ、その一方端が放射素子２８に接続された付加素子２９とを備える。これにより、実施の形態４に従うアンテナ１０は、実施の形態１による効果に加えて、水平面上のより広い角度範囲から円偏波を受信することができるという効果も得ることができる。

図１９に、本発明の実施の形態４に従うアンテナの変形例を示す。図１９を参照して、たとえば、第１の変形例（図１９（ａ））は、フィルム１の主表面２における放射素子２８の外側の領域に、複数の導波素子２７が配置された構成を有する。また、第２の変形例（図１９（ｂ））は、無給電素子２３を、実施の形態３に従う無給電素子２３Ｂに置き換えた構成を有する。また、第３の変形例（図１９（ｃ））は、第１および第２の変形例を組み合わせた構成を有している。具体的には、第３の変形例では、フィルム１の主表面２における放射素子２８の外側の領域に、複数の導波素子２７が配置されるとともに、無給電素子２３Ｂが放射素子２１の内側の領域に配置される。

また、上述の実施の形態１〜４では、放射素子２１の形状は正六角形である。ただし、アンテナに求められる周波数帯の中心波長λの１波長分に対応する長さを全周として有するＮ角形（Ｎは４以上の整数）であれば、放射素子２１の形状は、六角形に限定されるものではなく、たとえば図２０に示した形状を採用できる。なお、上述のように、放射素子２１の形状は、放射素子２１の端部３１と端部３２とを線によって接続することにより定義される。

たとえば図２０（ａ）に示すように、放射素子２１の形状は四角形（図２０（ａ）では正方形が示されているが長方形でもよい）でもよい。あるいは図２０（ｂ）に示すように、放射素子２１の形状は八角形でもよい。さらに図２０（ｃ）に示すように、放射素子２１の形状は円形（ループ状）でもよい。また、図２０には示していないが、アンテナは、放射素子２１を囲むようにフィルム１の主表面２に沿って形成された第２の放射素子をさらに備えてもよい。第２の放射素子の形状は、図２０（ａ）の場合には四角形であり、図２０（ｂ）の場合には八角形であり、図２０（ｃ）の場合には円形（ループ状）となる。

また、上述の発明の実施の形態においては、放射素子２１のループまたは多角形によって規定される平面は、フィルム１の主表面２と一致する。ただし、ループまたは多角形によって規定される平面は、たとえば誘電体基板の主表面でもよい。さらに、誘電体基板が複数の層からなる多層基板である場合には、ループまたは多角形によって規定される平面は、誘電体基板内部の第１の層の表面でもよい。

さらに、上記の実施の形態では、ループまたは多角形によって規定される平面は、実在の平面に一致する。ただし、ループまたは多角形によって規定される平面は、仮想的な平面であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ フィルム、２，３ 主表面、５ 水平面、１０ アンテナ、２０，２０Ａ〜２０Ｄ アンテナ素子、２１，２８ 放射素子、２２，２９ 付加素子、２３，２３Ｂ 無給電素子、２４，２５ 給電線、２６ ショートスタブ、２７ 導波素子、２８ 放射素子、３１〜３６ 端部、１００ 通信システム、１１０ 送信装置、１２０ ケーブル、１２１ 内部導体、１２２ 外部導体、１３０ 受信装置、１４０ 自動車、１４５ フロントガラス、Ａ１，Ａ２ 領域、Ｃ１〜Ｃ４ 曲線、Ｘ 中心軸。

Claims (9)

1. 一部に切れ目を有するループ状または多角形状に形成され、かつ、前記切れ目によって規定される第１および第２の端部を有する第１の放射素子と、
   前記ループまたは前記多角形によって規定される平面のうちの、前記第１の放射素子により囲まれた領域である第１の領域に形成された無給電素子と、
   前記平面内に直線状に形成され、かつ、その一方端が前記第１の放射素子に接続された第１の付加素子とを備える、アンテナ。
2. 前記アンテナは、
   前記平面内に直線状に形成され、かつ、その一方端が前記第１の放射素子の前記第１の端部に接続された第１の給電線と、
   前記平面内に、前記第１の給電線に対して平行な直線状に形成され、かつ、その一方端が前記第１の放射素子の前記第２の端部に接続された第２の給電線と、
   前記平面内に形成され、かつ、前記第１の給電線の他方端と前記第２の給電線の他方端とに接続されたスタブとをさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第１の付加素子は、前記第１の領域に、前記無給電素子とともに配置され、
   前記無給電素子は、前記第１の付加素子に沿って延びるように直線状に形成された導電体である、請求項１または２に記載のアンテナ。
4. 前記無給電素子は、渦巻状に形成された導電体である、請求項１または２に記載のアンテナ。
5. 前記アンテナは、
   前記平面のうちの前記第１の放射素子の外側に位置する第２の領域に配置された、少なくとも１つの導波素子をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ。
6. 前記アンテナは、
   前記第１の放射素子を囲むように、前記平面に沿ってループ状または多角形状に形成された第２の放射素子と、
   前記平面内に直線状に形成され、かつ、その一方端が前記第２の放射素子に接続された第２の付加素子とをさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ。
7. 前記アンテナは、
   前記平面のうちの前記第２の放射素子の外側に位置する領域に配置された、少なくとも１つの導波素子をさらに備える、請求項６に記載のアンテナ。
8. 前記第１の端部と前記第２の端部とが線分によって接続されることにより定義される前記第１の放射素子の形状は、前記アンテナに求められる周波数帯の中心波長の１波長分に対応する長さを全周として有するＮ角形（Ｎは４以上の整数）である、請求項１から７のいずれか１項に記載のアンテナ。
9. 前記アンテナは、
   絶縁材料により形成され、かつ主表面を有するフィルムをさらに備え、
   前記主表面は、前記平面に一致する、請求項１から８のいずれか１項に記載のアンテナ。

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