JP2014049785A - 円偏波アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】高効率な円偏波アンテナを提供する。
【解決手段】円偏波アンテナ１００は、第１のダイポールアンテナと第２のダイポールアンテナとが交差して構成され、信号源から供給された信号に応じた円偏波を放射する放射器１０２と、第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントとが交差して構成される容量性の導波器１０３と、第３のアンテナエレメントと第４のアンテナエレメントとが交差して構成される誘導性の反射器１０４と、を備える。また、放射器１０２の中心点と導波器１０３の中心点と反射器１０４の中心点とが同一直線上に位置するように、放射器１０２と導波器１０３と反射器１０４とは互いに略平行に配置されている。また、導波器１０３と反射器１０４とは、放射器１０２が放射する円偏波を、放射器１０２から導波器１０３に向かう方向へ強める位置に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、円偏波アンテナに関する。

衛星通信用のアンテナとして、円偏波を送受信可能なアンテナが使用されている。円偏波を送受信可能なアンテナの一例として、例えば特許文献１には、複数の周波数の円偏波を送受信可能なアンテナが開示されている。

特開２０１２−５４６５１号公報

ところで、衛星通信を行う際、大出力をアンテナから得るために、砂漠、海上等に多数のアンテナを配置することが行われている（アレイアンテナ）。

特許文献１に開示されているような従来のアンテナをアレイアンテナとして使用する場合、多数のアンテナを配置するための広大な敷地が必要であるため、個々のアンテナを効率化し、狭面積でアレイアンテナを実現することが求められている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高効率な円偏波アンテナを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る円偏波アンテナは、
第１のダイポールアンテナと第２のダイポールアンテナとが交差して構成され、信号源から供給された信号に応じた円偏波を放射する放射器と、
第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントとが交差して構成される容量性の導波器と、
第３のアンテナエレメントと第４のアンテナエレメントとが交差して構成される誘導性の反射器と、を備え、
前記放射器の中心点と前記導波器の中心点と前記反射器の中心点とが同一直線上に位置するように、前記放射器と前記導波器と前記反射器とは互いに略平行に配置され、
前記導波器と前記反射器とは、前記放射器が放射する円偏波を、前記放射器から前記導波器に向かう方向へ強める位置に設けられている、
ことを特徴とする。

本発明によれば、高効率な円偏波アンテナを提供することができる。

本発明の実施の形態１、２、３に係る円偏波アンテナの外観を示す図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態１に係る放射器の外観を示す図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態１、２に係る放射器の送信時における入出力端子部分の拡大図である。（Ｃ）は、本発明の実施の形態１、２に係る放射器の受信時における入出力端子部分の拡大図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態１に係る導波器の外観を示す図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態１、２、３に係る導波器と反射器の中心部における構造を示す図である。（Ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る反射器の外観を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る円偏波アンテナと放射器との右旋偏波利得を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る放射器が備えるクロスダイポールアンテナの外観を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る放射器が備えるダイポールアンテナの外観を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る放射器の等価回路を示す図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態３に係る放射器の外観を示す図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る放射器の送信時における入出力端子部分の拡大図である。（Ｃ）は、本発明の実施の形態３に係る放射器の受信時における入出力端子部分の拡大図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態３に係る導波器の外観を示す図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る反射器の外観を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る放射器の共振特性を示すグラフである。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態に係る円偏波アンテナ１００について、図面を参照して説明する。円偏波アンテナ１００は、指向性を有する円偏波を送受信するアンテナである。なお、図中のＸ，Ｙ，Ｚ軸は、各図において共通の方向を示す。

図１に示すように、円偏波アンテナ１００は、支柱１０１、放射器１０２、導波器１０３、反射器１０４から構成されている。

支柱１０１は、絶縁体から構成されている。また、支柱１０１は、放射器１０２、導波器１０３、反射器１０４の中心を通るよう配置され、放射器１０２、導波器１０３、反射器１０４を保持している。Ｚ軸は、支柱１０１の中心軸に平行に設定されている。

放射器１０２、導波器１０３、反射器１０４は、ＸＹ平面に略平行に、Ｚ軸方向にそれぞれλ／４（λ＝送信対象となる電波の波長）程度ずつ離間して配置されている。

放射器１０２は、図２（Ａ）に示すように、基板１２１、クロスダイポールアンテナ１２２を備える。

基板１２１は、板状の誘電体（例えば、ガラスエポキシ基板）から構成されており、クロスダイポールアンテナ１２２を保持している。

クロスダイポールアンテナ１２２は、ダイポールアンテナ１２３、１２４から構成されている。ダイポールアンテナ１２３、１２４は互いに同様の構成を備えており、それぞれ、入出力端子１２３ａと入出力端子１２３ｂ、入出力端子１２４ａと入出力端子１２４ｂ、を備える。

また、ダイポールアンテナ１２３、１２４は、中心部１２５で略直交し、支柱１０１の中心軸に直交する平面、即ち、ＸＹ平面に平行に、基板１２１に配置されている。また、ダイポールアンテナ１２３、１２４のエレメント長は、どちらもλ／２程度（例えば、λ＝０．１ｍ（送信対象となる電波の周波数が３ＧＨｚ）であれば、５２ｍｍ程度）である。

入出力端子１２３ａ、１２３ｂには、図２（Ｂ）に示すように、円偏波アンテナ１００が円偏波を送信する際は、信号源１２６ａが接続され、入出力端子１２４ａ、１２４ｂには、信号源１２６ｂが接続される。

また、入出力端子１２３ａ、１２３ｂには、図２（Ｃ）に示すように、円偏波アンテナ１００が円偏波を受信する際は、増幅回路１２７ａが接続され、入出力端子１２４ａ、１２４ｂには、増幅回路１２７ｂが接続される。

信号源１２６ａが出力する信号（電圧）と信号源１２６ｂが出力する信号（電圧）とは、周波数と振幅が同一で位相が９０度ずれるように設定されている。このため、放射器１０２から導波器１０３方向と放射器１０２から反射器１０４方向に対称に円偏波が放射される。

導波器１０３は、図３（Ａ）に示すように、基板１３１、導波素子１３２、を備える。

基板１３１は、板状の誘電体（例えば、ガラスエポキシ基板）から構成されており、後述する導波素子１３２を保持している。

導波素子１３２は、アンテナエレメント１３３、１３４を備える。アンテナエレメント１３３、１３４は同様の構成を備える。また、図示するように、アンテナエレメント１３３、１３４のエレメント長は、どちらもλ／２よりも短い（例えば、λ＝０．１ｍ（送信対象となる電波の周波数が３ＧＨｚ）であれば、４６．８ｍｍ程度）。

また、アンテナエレメント１３３は、中心部１３５において、図３（Ｂ）に示すように、Ｚ軸のプラス方向に凹型に構成されている。また、アンテナエレメント１３４は、中心部１３５において、図示するように、Ｚ軸のプラス方向に凸型に構成されている。

また、アンテナエレメント１３３、１３４は、図示するように非接触で略直交するように配置されている（クロスオーバー構造）。

反射器１０４は、図３（Ｃ）に示すように、基板１４１、アンテナエレメント１４３、１４４から構成される反射素子１４２を備える。

反射器１０４は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示した導波器１０３とほぼ同様の構成を備えている。ただし、反射器１０４の構成は、導波器１０３の構成とはアンテナエレメントのエレメント長において異なり、アンテナエレメント１４３、１４４のエレメント長は、λ／２よりも長い（例えば、λ＝０．１ｍ（送信対象となる電波の周波数が３ＧＨｚ）であれば、５７．２ｍｍ程度）。

以下、上記構成を有する円偏波アンテナ１００が円偏波を送受信する動作を説明する。
最初に、円偏波アンテナ１００が円偏波を送信する動作を説明する。

まず、放射器１０２は、信号源１２６ａ、１２６ｂが出力した９０度位相のずれた信号に応じた円偏波を、Ｚ軸のプラス方向（放射器１０２から導波器１０３へ向かう方向）とＺ軸のマイナス方向（放射器１０２から反射器１０４へ向かう方向）に対称に放射する。

放射器１０２と導波器１０３はλ／４離間して設置されているため、導波器１０３に到達した円偏波は、放射器１０２が放射した時点での位相よりも９０度遅れる。

ここで、導波器１０３のエレメント長はλ／２より短いため、導波器１０３は容量性である。従って、導波器１０３に到達した円偏波の位相は９０度進む。

従って、導波器１０３からは、放射器１０２が放射した円偏波と同位相の円偏波がＺ軸のプラス方向に放射される。

一方、放射器１０２と反射器１０４はλ／４離れて配置されているため、反射器１０４に到達した円偏波は、放射器１０２が放射した時点での位相よりも９０度遅れる。

ここで、反射器１０４のエレメント長はλ／２より長いため、反射器１０４は誘導性である。従って、反射器１０４に到達した円偏波の位相は更に９０度遅れる（合計で１８０度遅れる）。

従って、反射器１０４からは、Ｚ軸のプラス方向へ、放射器１０２がＺ軸のマイナス方向へ放射した円偏波と逆位相（放射器１０２がＺ軸のプラス方向へ放射した円偏波と同位相）の円偏波が放射される。

このように、導波器１０３、反射器１０４は、放射器１０２がＺ軸のプラス方向に放射した円偏波と同位相の円偏波を、Ｚ軸のプラス方向に放射する。即ち、導波器１０３、反射器１０４は、放射器１０２が放射した円偏波に、Ｚ軸のプラス方向に指向性を持たせる。

上述したような動作を行う円偏波アンテナ１００の右旋偏波利得（φ＝０）と放射器１０２のみの右旋偏波利得（φ＝０）は、例えば、λ＝０．１ｍ、放射器１０２のエレメント長＝５２ｍｍ、導波器１０３のエレメント長＝４６．８、反射器１０４のエレメント長＝５７．２ｍｍであるとき、図４に示すグラフで表される。

図示するように、Ｚ軸上において、導波器１０３と反射器１０４とを備える円偏波アンテナ１００の右旋偏波利得（３．６１ｄＢ）は、放射器１０２のみの右旋偏波利得（２．４０ｄＢ）よりもＺ軸のプラス方向に１．２ｄＢ程度高い。即ち、円偏波アンテナ１００は、放射器１０２から導波器１０３方向に指向性を有する円偏波を放射している。

次に、円偏波アンテナ１００が円偏波を受信する動作を説明する。

円偏波アンテナ１００は、受信した円偏波を電気信号に変換し、入出力端子１２３ａ、１２３ｂ、１２４ａ、１２４ｂから増幅回路１２７ａ、１２７ｂへ伝送する。このようにして、円偏波アンテナ１００は円偏波を受信する。

以上説明したように、円偏波アンテナ１００は、放射器１０２が放射する円偏波の主伝播方向に導波器１０３、反射器１０４が配置されているため、放射器１０２から導波器１０３方向に指向性を有する。

従って、本実施の形態１に係る円偏波アンテナ１００は、指向性を有さない円偏波アンテナに比して、放射器１０２から導波器１０３方向へ、高効率で円偏波を送受信することが可能である。

（変形例１）
上記実施の形態１に係る導波素子１３２、反射素子１４２は、クロスオーバー構造であったが、アンテナエレメント１３３（１４３）と、アンテナエレメント１３４（１４４）、が電気的に接触しないような構造であれば、中心部１３５（１４５）におけるアンテナエレメント１３３、１３４（１４３、１４４）の構造は任意である。

例えば、アンテナエレメント１３３、１３４（１４３、１４４）の凸部、凹部を平面状に構成し、これらのアンテナエレメント１３３、１３４（１４３、１４４）をそれぞれ、基板１３１（１４１）の両面に配置し、アンテナエレメント１３３、１３４（１４３、１４４）が電気的に接触しないように構成してもよい。

また、例えば、中心部１３５（１４５）において、アンテナエレメント１３３、１３４（１４３、１４４）を、絶縁体を介して接触させてもよい。

（変形例２）
上記実施の形態１に係る円偏波アンテナ１００は、３素子であったが、２素子以上であれば素子数は任意である。

例えば、素子数を２素子にする場合、放射器１０２と導波器１０３の２素子としてもよいし、放射器１０２と反射器１０４の２素子としてもよい。また、例えば、素子数を３素子よりも多くする場合、新たな導波器を追加してもよいし、新たな反射器を追加してもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態２では、複数周波の円偏波を送受信可能なクロスダイポールアンテナの一例を示し、これを実施の形態１に係る円偏波アンテナ１００に適用して構成される円偏波アンテナ２００を説明する。

実施の形態２に係る円偏波アンテナ２００は、図１に示すように、支柱２０１、放射器２０２、導波器２０３、反射器２０４、を備える。

放射器２０２は、基板２２１、クロスダイポールアンテナ２２２を備える。基板２２１は、実施の形態１に係る基板１２１と同様のものである。

クロスダイポールアンテナ２２２は、図５に示すように、ダイポールアンテナ２２３、２２４を備える。ダイポールアンテナ２２３、２２４は、中心部２２５で略直交して配置されている。また、ダイポールアンテナ２２３、２２４は同様の構成を備えているため、以下、括弧書きで纏めて説明する。

ダイポールアンテナ２２３（２２４）は、アンテナ導体２５０、２６０（２７０、２８０）から構成されている。アンテナ導体２５０（２７０）とアンテナ導体２６０（２８０）は同様に構成されている。

アンテナ導体２５０、２６０（２７０、２８０）は、図６に示すように、入出力端子２５１、２６１（２７１、２８１）、アンテナ素子２５２、２６２（２７２、２８２）、ビア２５３ａ、２５３ｂ、２５３ｃ、２６３ａ、２６３ｂ、２６３ｃ（２７３ａ、２７３ｂ、２７３ｃ、２８３ａ、２８３ｂ、２８３ｃ）、ビア導体２５４、２６４（２７４、２８４）、シリーズインダクタ用導体２５５、２６５（２７５、２８５）、シリーズキャパシタ用導体２５６ａ、２５６ｂ、２６６ａ、２６６ｂ（２７６ａ、２７６ｂ、２８６ａ、２８６ｂ）、シャントインダクタ用導体２５７、２６７（２７７、２８７）から構成されている。

入出力端子２５１、２６１（２７１、２８１）は、基板２２１の一方の主面のほぼ中央に近接して形成されており、一端部がシリーズインダクタ用導体２５５、２６５（２７５、２８５）の他端に接続されている。

入出力端子２５１、２６１（２７１、２８１）には、図２（Ｂ）に示すように、円偏波アンテナ２００が円偏波を送信する際は、信号源２２６ａ（２２６ｂ）が接続される。

また、入出力端子２５１、２６１（２７１、２８１）には、図２（Ｃ）に示すように、円偏波アンテナ２００が円偏波を受信する際は、増幅回路２２７ａ（２２７ｂ）に接続される。

信号源２２６ａが出力する信号と信号源２２６ｂが出力する信号は、信号源２２６ａが出力する信号の位相と信号源２２６ｂが出力する信号の位相とが９０度ずれて出力されるように設定されている。このため、放射器２０２から導波器２０３方向、反射器２０４方向に対称に円偏波が放射される。

図６に戻り、アンテナ素子２５２、２６２（２７２、２８２）は、上底より下底が長い等脚台形の導体板と、この等脚台形の下底に接続された半円の導体板と、から構成される。アンテナ素子２５２（２７２）とアンテナ素子２６２（２８２）は、その等脚台形の上底が対向するように、基板２２１の一方の主面に配置されている。

ビア２５３ａ、２６３ａ（２７３ａ、２８３ａ）は、アンテナ素子２５２、２６２（２７２、２８２）を構成する等脚台形の二本の対角線のほぼ交点を、基板２２１の一方の主面から他方の主面に貫通して形成される。ビア２５３ａ、２６３ａ（２７３ａ、２８３ａ）の内部には、一端部がアンテナ素子２５２、２６２（２７２、２８２）に接続された導体が充填されている。

ビア導体２５４、２６４（２７４、２８４）は、基板２２１の一方の主面に配置されている。ビア導体２５４、２６４（２７４、２８４）は、基板２２１の一方の主面から他方の主面に貫通して形成される二つのビア２５３ｂ及び２５３ｃ、２６３ｂ及び２６３ｃ（２７３ｂ及び２７３ｃ、２８３ｂ及び２８３ｃ）を介してシリーズキャパシタ用導体２５６ａ及び２５６ｂ、２６６ａ及び２６６ｂ（２７６ａ及び２７６ｂ、２８６ａ及び２８６ｂ）に接続されている。

シリーズインダクタ用導体２５５、２６５（２７５、２８５）は、線路導体から構成され、基板２２１の一方の主面に形成されており、その一端は、ビア導体２５４、２６４（２７４、２８４）に接続されている。

シリーズキャパシタ用導体２５６ａ（２７６ａ）とシリーズキャパシタ用導体２５６ｂ（２７６ｂ）とは、間にシャントインダクタ用導体２５７（２７７）を挟むように、基板２２１の他方の主面に、アンテナ素子２５２（２７２）の一部に対向して配置されている。アンテナ素子２５２（２７２）の一部とシリーズキャパシタ用導体２５６ａ、２５６ｂ（２７６ａ、２７６ｂ）の対向部分と、基板２２１のそれらの間に位置している部分により、アンテナ素子２５２（２７２）に直列に接続されたシリーズキャパシタが形成される。

同様に、シリーズキャパシタ用導体２６６ａ（２８６ａ）とシリーズキャパシタ用導体２６６ｂ（２８６ｂ）とは、間にシャントインダクタ用導体２６７（２８７）を挟むように、基板２２１の他方の主面に、アンテナ素子２６２（２８２）の一部に対向して配置されている。アンテナ素子２６２（２８２）の一部とシリーズキャパシタ用導体２６６ａ、２６６ｂ（２８６ａ、２８６ｂ）の対向部分と、基板２２１のそれらの間に位置している部分により、アンテナ素子２６２（２８２）に直列に接続されたシリーズキャパシタが形成される。

シャントインダクタ用導体２５７、２６７（２７７、２８７）は、線路導体から構成され、基板２２１の他方の主面上に延在し、一端がビア２５３ａ、２６３ａ（２７３ａ、２８３ａ）の他端部に接続されている。シャントインダクタ用導体２５７、２６７（２７７、２８７）の他端は、基板２２１の他方の主面のほぼ中央の接続点２２８において、相互に接続されている。つまり、アンテナ導体２５０（２７０）とアンテナ導体２６０（２８０）とは、接続点２２８において、相互に接続される。

ダイポールアンテナ２２３（２２４）は、入出力端子２５１、２６１（２７１、２８１）の間に供給された信号を電波として空間に放射する。

導波器２０３は、放射器２０２とほぼ同様の構成を備えるが、以下の点で放射器２０２と異なる。

導波器２０３の入出力端子は短絡しており、導波器２０３には信号源から信号が供給されていない。また、導波器２０３のエレメント長は放射器２０２のエレメント長よりも短い。

反射器２０４は、放射器２０２とほぼ同様の構成を備えるが、以下の点で放射器２０２と異なる。

反射器２０４の入出力端子は短絡しており、反射器２０４には信号源から信号が供給されていない。また、反射器２０４のエレメント長は放射器２０２のエレメント長よりも長い。

放射器２０２を構成するクロスダイポールアンテナ２２２の電気的構成は、図７に示す等価回路で表される。図示するように、放射器２０２のアンテナ導体２５０（２６０、２７０、２８０）は、電気的には、シリーズインダクタＬｓｅｒ、シリーズキャパシタＣｓｅｒ、アンテナ素子２５２（２６２、２７２、２８２）の等価回路ＡＮＴ、シャントインダクタＬｓｈ、空間との結合の等価回路ＡＮＴｓ、入出力端子２５１（２６１、２７１、２８１）、から構成される。

アンテナ素子２５２（２６２、２７２、２８２）の等価回路ＡＮＴは、入力インピーダンスを右手系の線路で表現した回路であり、インダクタＬ１ａｎｔとインダクタＬ２ａｎｔとキャパシタＣａｎｔから構成される。

空間との結合の等価回路ＡＮＴｓは、アンテナ素子２５２（２６２、２７２、２８２）のサイズと形状に依存し、アンテナ素子２５２（２６２、２７２、２８２）と空間との結合によるインピーダンスを表現する回路である。空間との結合の等価回路ＡＮＴｓは、キャパシタＣｓと、基準インピーダンスＲｓと、インダクタＬｓから構成される。

入出力端子２５１（２６１、２７１、２８１）には、シリーズインダクタＬｓｅｒとシリーズキャパシタＣｓｅｒとの直列回路の一端が接続される。

シリーズインダクタＬｓｅｒとシリーズキャパシタＣｓｅｒとの直列回路の他端には、アンテナ素子２５２（２６２、２７２、２８２）の等価回路ＡＮＴを構成するインダクタＬ１ａｎｔの一端が接続される。インダクタＬ１ａｎｔの他端には、キャパシタＣａｎｔの一端とインダクタＬ２ａｎｔの一端が接続される。キャパシタＣａｎｔの他端は、接続点２２８に接続される。

シャントインダクタＬｓｈの一端は、インダクタＬ２ａｎｔの他端に接続される。シャントインダクタＬｓｈの他端は、接続点２２８に接続される。

空間との結合の等価回路ＡＮＴｓのキャパシタＣｓの一端が、インダクタＬ２ａｎｔの他端とシャントインダクタＬｓｈの一端とに接続される。キャパシタＣｓの他端には、インダクタＬｓの一端と基準インピーダンスＲｓの一端が接続される。インダクタＬｓの他端と基準インピーダンスＲｓの他端は、接続点２２８に接続される。

放射器２０２で用いるそれぞれの周波数につき、入力インピーダンスの虚数部が０に、実部が５０Ωになるように、シャントインダクタ用導体２５７、２６７、２７７、２８７、シリーズキャパシタ用導体２５６ａ、２５６ｂ、２６６ａ、２６６ｂ、２７６ａ、２７６ｂ、２８６ａ、２８６ｂ、シリーズインダクタ用導体２５５、２６５、２７５、２８５のパターンが調整される。

本実施の形態２では、２．５ＧＨｚと５．２ＧＨｚの２つの周波数で、入力インピーダンスの虚数部が０に、実部が５０Ωになるように、各パターンが調整されている。このため、放射器２０２は、これらの周波数で共振し、利得が大きくなる。従って、円偏波アンテナ２００は、２．５ＧＨｚと５．２ＧＨｚの２つの周波数において、十分な利得を得ることができる複数周波円偏波アンテナとして機能する。

なお、導波器２０３、反射器２０４の動作は実施の形態１に係る導波器１０３、反射器１０４と同様である。また、円偏波アンテナ２００が電波を受信する動作は、実施の形態１に係る円偏波アンテナ１００と同様である。

以上説明したように、本実施の形態２に係る円偏波アンテナ２００は、指向性を有さない円偏波アンテナに比して、放射器２０２から導波器２０３方向へ、高効率で円偏波を送受信することが可能であり、かつ、複数の共振周波数で動作する。

（変形例１）
上記実施の形態２では、２．５ＧＨｚ付近と５．２ＧＨｚ付近の２つの周波数帯域において共振し、利得が大きくなる例を示したが、必ずしもこれに限定されない。

例えば、任意の２つの周波数帯の組み合わせが可能である。アンテナ素子２５２、２６２、２７２、２８２のサイズにより定まる各素子定数を考慮し、目的とする複数の周波数近傍に共振点が発生するように、シャントインダクタＬｓｈのインダクタンス、シリーズキャパシタＣｓｅｒのキャパシタンス、シリーズインダクタＬｓｅｒのインダクタンス、を適宜設定することにより、任意の複数の周波数帯で十分な利得を得ることができる。

（実施の形態３）
上記実施の形態１、２では、二点給電方式により円偏波を放射していたが、本実施の形態３では、一点給電方式により円偏波を放射する。本実施の形態３に係る円偏波アンテナ３００は、この点で実施の形態１、２に係る円偏波アンテナ１００、２００と異なる。以下、このような構成を備える円偏波アンテナ３００について説明する。

円偏波アンテナ３００は、図１に示すように、支柱３０１、放射器３０２、導波器３０３、反射器３０４、を備える。

放射器３０２は、図８（Ａ）に示すように、基板３２１、クロスダイポールアンテナ３２２を備える。基板３２１は、実施の形態１に係る基板１２１と同様のものである。

ダイポールアンテナ３２３（３２４）は、アンテナ導体３２３ａ、３２３ｂ（３２４ａ、３２４ｂ）が中心部３２６において略直交して構成されている。アンテナ導体３２３ｂとアンテナ素子３２４ａは、入出力端子３２５ａを介して接続されており、アンテナ導体３２３ａとアンテナ導体３２４ｂは、入出力端子３２５ｂを介して接続されている。

また、ダイポールアンテナ３２３のエレメント長は、所定の長さＬ_１に設計されており、ダイポールアンテナ３２４のエレメント長は、所定の長さＬ_２に設計されている。なお、エレメント長Ｌ_１、Ｌ_２の決定方法は後述する。

入出力端子３２５ａと入出力端子３２５ｂは、図８（Ｂ）に示すように、円偏波アンテナ３００が円偏波を送信する際は、信号源３２７に接続され、信号源３２７から信号が供給される。

入出力端子３２５ａと入出力端子３２５ｂは、図８（Ｃ）に示すように、円偏波アンテナ３００が円偏波を受信する際は、増幅回路３２８に接続される。

導波器３０３は、図９（Ａ）に示すように、基板３３１と、アンテナエレメント３３３、３３４が中心部３３５において略直交して構成される導波素子３３２と、を備える。

アンテナエレメント３３３のエレメント長は、Ｌ_１よりやや（例えば、１０％程度）短いＬ_１’であり、アンテナエレメント３３４のエレメント長は、Ｌ_２よりやや（例えば、１０％程度）短いＬ_２’である。

反射器３０４は、図９（Ｂ）に示すように、基板３４１と、アンテナエレメント３４３、３４４が中心部３４５において略直交して構成される反射素子３４２と、を備える。

アンテナエレメント３４３のエレメント長は、Ｌ_１よりやや（例えば、３％程度）長いＬ_１’’であり、アンテナエレメント３４４のエレメント長は、Ｌ_２よりやや（例えば、３％程度）長いＬ_２’’である。

本実施の形態３に係る円偏波アンテナ３００の放射器３０２は、放射器３０２が備える２つのダイポールアンテナの長さが、１対の入出力端子３２５ａ、３２５ｂに同位相かつ同振幅の信号が供給された際に、９０度の位相差が発生するように設定されており、円偏波を放射する。具体的には、放射器３０２の２つのダイポールアンテナの長さは、以下のように設定される。

ダイポールアンテナ３２３、３２４の共振周波数ｆ_１、ｆ_２を、送信対象となる円偏波の周波数ｆ_０で正規化した（除した）値をそれぞれ、ｒ_１、ｒ_２とすると、ダイポールアンテナ３２３、３２４に流れる電流Ｉ_１、Ｉ_２は、ダイポールアンテナ３２３、３２４の共振時に流れる電流Ｉ_０で正規化する（除する）と、次式で表される。なお、式中のＱはダイポールアンテナ３２３、３２４のＱ値（Quality factor）を表す。

また、電流Ｉ_１、Ｉ_２の位相φ_１、φ_２は次式で表される。

上記式（１）、（２）において、Ｉ_１／Ｉ_０＝Ｉ_２／Ｉ_０となるように、かつ、上記式（３）、（４）において、φ_１とφ_２との差がπ／２（位相差が９０度）となるようにｒ_１、ｒ_２が選定される。そして、選定されたｒ_１、ｒ_２に応じた共振周波数ｆ_１、ｆ_２を持つようにエレメント長Ｌ_１、Ｌ_２が決定される。

例えば、ｒ_１＝０．９７５、ｒ_２＝１．０２５、Ｑ＝２０の場合、ダイポールアンテナ３２３、３２４の共振特性は図１０に示すグラフで表される。図中のＸ軸は、信号源３２７が供給する信号の周波数ｆをｆ_０で正規化した（除した）値ｒ、Ｙ軸左は位相φ、Ｙ軸右は（Ｉ／Ｉ_０）^２である。

図示するように、ｒ＝１のとき（ｆ＝ｆ_０、即ち送信対象の周波数の信号を印加したとき）、ダイポールアンテナ３２３の電流値とダイポールアンテナ３２４の電流値は等しく、これらの電流の位相差が９０度となる。このため、放射器３０２は円偏波を放射する。

このようにして、放射器３０２から円偏波が放射される。なお、導波器３０３、反射器３０４の動作は実施の形態１に係る導波器１０３、反射器１０４と同様である。また、円偏波アンテナ３００が電波を受信する動作は、実施の形態１に係る円偏波アンテナ１００と同様である。

以上説明したように、本実施の形態３に係る円偏波アンテナ３００は、指向性を有さない円偏波アンテナに比して、放射器３０２から導波器３０３方向へ、高効率で円偏波を送受信することが可能であり、かつ、一点給電方式で動作する。

（変形例１）
上記実施の形態１、２、３に係る円偏波アンテナ１００、２００、３００の支柱１０１、２０１、３０１は、それぞれ、各エレメントの中心を通るように配置されていたが、これに限られない。各エレメントを保持できるのであれば、支柱１０１、２０１、３０１を任意の位置に配置可能である。

（変形例２）
上記実施の形態１、２、３に係る円偏波アンテナ１００、２００、３００の基板１２１、１３１、１４１、２２１、２３１、２４１、３２１、３３１、３４１は板状の誘電体から構成されていたが、各放射器１０２、２０２、３０２、各導波器１０３、２０３、３０３、各反射器１０４、２０４、３０４がそれぞれ備える２つのダイポールアンテナを保持できる部材であれば任意のものを適用可能である。

また、各放射器１０２、２０２、３０２、各導波器１０３、２０３、３０３、各反射器１０４、２０４、３０４が支柱１０１、２０１、３０１のみで保持可能であれば、基板１２１、１３１、１４１、２２１、２３１、２４１、３２１、３３１、３４１を設けなくてもよい。

（変形例３）
また、上記実施の形態１，２，３に係る円偏波アンテナ１００、２００、３００を、誘電体によって内部が充填されている筐体に格納し、各エレメント長を短く構成してもよい。このような構成によると、円偏波アンテナ１００、２００、３００を小型化することが可能である。

また、円偏波アンテナ１００、２００、３００を筐体に格納する場合、筐体が各エレメントを保持できるのであれば、支柱１０１、２０１、３０１を設けなくてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

（付記１）
第１のダイポールアンテナと第２のダイポールアンテナとが交差して構成され、信号源から供給された信号に応じた円偏波を放射する放射器と、
第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントとが交差して構成される容量性の導波器と、
第３のアンテナエレメントと第４のアンテナエレメントとが交差して構成される誘導性の反射器と、を備え、
前記放射器の中心点と前記導波器の中心点と前記反射器の中心点とが同一直線上に位置するように、前記放射器と前記導波器と前記反射器とは互いに略平行に配置され、
前記導波器と前記反射器とは、前記放射器が放射する円偏波を、前記放射器から前記導波器に向かう方向へ強める位置に設けられている、
ことを特徴とする円偏波アンテナ。

（付記２）
前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとは、それぞれ、
第１の入出力端子と、第１のアンテナ素子と、前記第１の入出力端子と前記第１のアンテナ素子とを接続する、第１のインダクタと第１のキャパシタとの直列回路と、一端が前記第１のアンテナ素子に接続された第２のインダクタと、を備え、複数の共振周波数を持つ第１のアンテナ導体と、
第２の入出力端子と、第２のアンテナ素子と、前記第２の入出力端子と前記第２のアンテナ素子とを接続する、第３のインダクタと第２のキャパシタとの直列回路と、一端が前記第２のアンテナ素子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端に接続された第４のインダクタと、を備え、複数の共振周波数を持つ第２のアンテナ導体と、が略鏡像対称に配置されて構成され、
前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとは、その中心点で略垂直に交差して配置され、前記第１のダイポールアンテナの第４のインダクタの他端が、前記第２のダイポールアンテナの第４のインダクタの他端とさらに接続されている、
ことを特徴とする付記１に記載の円偏波アンテナ。

（付記３）
前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとに、前記信号源から同一の信号が供給された際に、前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとの電流値が等しく、かつ、前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとに流れる電流の位相差が９０度となるように、前記第１のダイポールアンテナのエレメント長と前記第２のダイポールアンテナのエレメント長とが設定されている、
ことを特徴とする付記１又は２に記載の円偏波アンテナ。

（付記４）
前記放射器と前記導波器と前記反射器とは、それぞれ、誘電体から構成される基板に配置されている、
ことを特徴とする付記１乃至３の何れか一つに記載の円偏波アンテナ。

（付記５）
誘電体によって内部が充填され、前記放射器と前記導波器と前記反射器とを格納する筐体、を更に備える、
ことを特徴とする付記１乃至４の何れか一つに記載の円偏波アンテナ。

１００，２００，３００…円偏波アンテナ、１０１，２０１，３０１…支柱、１０２，２０２，３０２…放射器、１０３，２０３，３０３…導波器、１０４，２０４，３０４…反射器、１２１，１３１，１４１…基板、１２２…クロスダイポールアンテナ、１３２、…導波素子、１４２…反射素子、１２３，１２４…ダイポールアンテナ、１３３，１３４，１４３，１４４…アンテナエレメント、１２３ａ，１２３ｂ，１２４ａ，１２４ｂ…入出力端子、１２５，１３５，１４５…中心部、１２６ａ，１２６ｂ…信号源、１２７ａ，１２７ｂ…増幅回路、２２１…基板、２２２…クロスダイポールアンテナ、２２３，２２４…ダイポールアンテナ、２２５…中心部、２２６ａ，２２６ｂ…信号源、２２７ａ，２２７ｂ…増幅回路、２２８…接続点、２５０，２６０，２７０，２８０…アンテナ導体、２５１，２６１，２７１，２８１…入出力端子、２５２，２６２，２７２，２８２…アンテナ素子、２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２６３ａ，２６３ｂ，２６３ｃ，２７３ａ，２７３ｂ，２７３ｃ，２８３ａ，２８３ｂ，２８３ｃ…ビア、２５４，２６４，２７４，２８４…ビア導体、２５５，２６５，２７５，２８５…シリーズインダクタ用導体、２５６ａ，２５６ｂ，２６６ａ，２６６ｂ，２７６ａ，２７６ｂ，２８６ａ，２８６ｂ…シリーズキャパシタ用導体、２５７，２６７，２７７，２８７…シャントインダクタ用導体、３２１，３３１，３４１…基板、３２２…クロスダイポールアンテナ、３３２…導波素子、３４２…反射素子、３２３，３２４…ダイポールアンテナ、３２３ａ，３２３ｂ，３２４ａ，３２４ｂ…アンテナ導体、３３３，３３４，３４３，３４４…アンテナエレメント、３２６，３３５，３４５…中心部、３２７…信号源、３２８…増幅回路、３２５ａ，３２５ｂ…入出力端子

Claims (5)

1. 第１のダイポールアンテナと第２のダイポールアンテナとが交差して構成され、信号源から供給された信号に応じた円偏波を放射する放射器と、
   第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントとが交差して構成される容量性の導波器と、
   第３のアンテナエレメントと第４のアンテナエレメントとが交差して構成される誘導性の反射器と、を備え、
   前記放射器の中心点と前記導波器の中心点と前記反射器の中心点とが同一直線上に位置するように、前記放射器と前記導波器と前記反射器とは互いに略平行に配置され、
   前記導波器と前記反射器とは、前記放射器が放射する円偏波を、前記放射器から前記導波器に向かう方向へ強める位置に設けられている、
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。
2. 前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとは、それぞれ、
   第１の入出力端子と、第１のアンテナ素子と、前記第１の入出力端子と前記第１のアンテナ素子とを接続する、第１のインダクタと第１のキャパシタとの直列回路と、一端が前記第１のアンテナ素子に接続された第２のインダクタと、を備え、複数の共振周波数を持つ第１のアンテナ導体と、
   第２の入出力端子と、第２のアンテナ素子と、前記第２の入出力端子と前記第２のアンテナ素子とを接続する、第３のインダクタと第２のキャパシタとの直列回路と、一端が前記第２のアンテナ素子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端に接続された第４のインダクタと、を備え、複数の共振周波数を持つ第２のアンテナ導体と、が略鏡像対称に配置されて構成され、
   前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとは、その中心点で略垂直に交差して配置され、前記第１のダイポールアンテナの第４のインダクタの他端が、前記第２のダイポールアンテナの第４のインダクタの他端とさらに接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ。
3. 前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとに、前記信号源から同一の信号が供給された際に、前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとの電流値が等しく、かつ、前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとに流れる電流の位相差が９０度となるように、前記第１のダイポールアンテナのエレメント長と前記第２のダイポールアンテナのエレメント長とが設定されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の円偏波アンテナ。
4. 前記放射器と前記導波器と前記反射器とは、それぞれ、誘電体から構成される基板に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の円偏波アンテナ。
5. 誘電体によって内部が充填され、前記放射器と前記導波器と前記反射器とを格納する筐体、を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の円偏波アンテナ。

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