JP2014075693A - ２周波円偏波アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 誘電体基板上に近接した２周波数でそれぞれ共振する２つのループ素子を形成しても良好に動作すること。
【解決手段】 グランド板１１上に所定間隔で配置され誘電体からなる素子基板１０の表面に、第１周波数で共振する第１摂動素子１２ａを備える第１ループ素子１２と、該第１周波数に近接した第２周波数で共振する第２摂動素子１３ａを備える第２ループ素子１３とがほぼ同心で形成されている。第１ループ素子１２と第２ループ素子１３との間において、素子基板１０にリング状スリット１０ａが形成されている。第１ループ素子１２は、電気結合しているＬ字状の第１励振素子１４から給電され、第２ループ素子１３は、電気結合しているＬ字状の第２励振素子１５から給電される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、本発明は、誘電体基板上にほぼ同心に２つのループ素子が配置されている２周波円偏波アンテナに関するものである。

近接した２つの周波数で同旋の円偏波が得られる２周波円偏波アンテナが、提案されている（非特許文献１参照）。この２周波円偏波アンテナの構成を示す斜視図を図１７に、その上面図を図１８に示す。
これらの図に示す２周波円偏波アンテナ１００は、円形の導電性のグランド板１１１上に、所定間隔で円形の第１ループ素子１１２が配置され、第１ループ素子１１２の内側に第２ループ素子１１３が近接して配置されている。第１ループ素子１１２および第２ループ素子１１３は同じ平面状にほぼ同心で配置され、金属製等とされた導電性のワイヤーやストリップを屈曲することにより構成されている。第１ループ素子１１２には、第１ループ素子１１２から外側に突出する直線状の第１摂動素子１１２ａが設けられており、第１摂動素子１１２ａから時計方向に所定角度回転した位置に第１励振素子１１４が設けられている。第１励振素子１１４は、略Ｌ字状とされて垂直部はグランド板１１１に立設されており、水平部は第１ループ素子１１２の下面に対向しており、両者は電磁結合している。第１励振素子１１４の垂直部の下端とグランド板１１１の間に第１周波数ｆ_Lの信号源が接続されて、第１ループ素子１１２が第１励振素子１１４により第１周波数ｆ_Lで励振される。第１ループ素子１１２の周囲長は第１周波数ｆ_Lの自由空間波長の約１波長の長さとされ、第１ループ素子１１２から第１周波数ｆ_Lの右旋円偏波が放射される。

また、第２ループ素子１１３には、第２ループ素子１１３から内側に突出する直線状の第２摂動素子１１３ａが設けられており、第２摂動素子１１３ａから時計方向に所定角度回転した位置に第２励振素子１１５が設けられている。第２励振素子１１５は、略Ｌ字状とされて垂直部はグランド板１１１に立設されており、水平部は第２ループ素子１１３の下面に対向しており、両者は電磁結合している。第２励振素子１１５の垂直部の下端とグランド板１１１の間に第２周波数ｆ_Hの信号源が接続されて、第２ループ素子１１３が第２励振素子１１５により第２周波数ｆ_Hで励振される。第２ループ素子１１３の周囲長は第２周波数ｆ_Hの約１波長の長さとされ、第２ループ素子１１３から第２周波数ｆ_Hの右旋円偏波が放射される。
なお、第１周波数ｆ_Lは１．２ＧＨｚ帯の周波数とされ、第２周波数ｆ_Hは第１周波数ｆ_Lに近接した１．５ＧＨｚ帯の周波数とされており、ｆ_H／ｆ_Lは約１．２３とされている。また、第１ループ素子１１２と第２ループ素子１１３とグランド板１１１との間隔は、第１周波数ｆ_Lの自由空間波長の約０．０４波長（第２周波数ｆ_Hの自由空間波長の約０．０５波長）とされている。

以上のように構成されている２周波円偏波アンテナ１００の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図１９に示す。図１９では横軸が周波数ｆ／ｆ_Lで縦軸がＶＳＷＲとされており、第１ループ素子１１２のＶＳＷＲ特性が実線で、第２ループ素子１１３のＶＳＷＲ特性が破線で示されている。図１９を参照すると、第１ループ素子１１２において第１周波数ｆ_L（ｆ／ｆ_L＝１）におけるＶＳＷＲは約２．５が得られており、第２ループ素子１１３において第２周波数ｆ_H（ｆ／ｆ_L＝１．２３）におけるＶＳＷＲは約１．９が得られている。このように、２周波円偏波アンテナ１００は、第１ループ素子１１２の内側に第２ループ素子１１３が近接して配置されていても、近接した２周波において良好に動作する円偏波アンテナとすることができる。

社団法人電子情報通信学会 ２０１２年総合大会講演論文集 Ｂ−１−１１６「２周波円偏波複合アンテナ」 杉町徹外３名著 ２０１２年３月６日発行

図１７および図１８に示す従来の２周波円偏波アンテナ１００においては、グランド板１１１上に所定間隔をもって第１ループ素子１１２と第２ループ素子１１３とを同一平面上に配置して、機械的に支持する必要がある。この構成では、第１ループ素子１１２と第２ループ素子１１３とを別々に支持する必要があるので、コストダウンや効率の良い量産を行うことができず、量産歩留りも向上しないことから、基板を利用して第１ループ素子１１２と第２ループ素子１１３とを支持することが考えられる。すなわち、第１ループ素子１１２と第２ループ素子１１３とを平板状の基板上に形成することで、第１ループ素子１１２と第２ループ素子１１３とが、同一平面状に配置されることになる。この構成では、平板状の基板上に第１ループ素子１１２と第２ループ素子１１３とを形成するだけで良いことから、部品点数が減少し、量産歩留りが向上すると共に、コストダウンや効率の良い量産を行うことができる。そこで、第１ループ素子と第２ループ素子とを平板状の誘電体基板上に形成した２周波円偏波アンテナ２００の構成を示す上面図を図２０に、その正面図を図２１に、その斜視図を図２１に示す。
これらの図に示す２周波円偏波アンテナ２００は、使用周波数において電気的に無限大と見なせる大きさとされた矩形の導電性のグランド板２１１上に、所定間隔で矩形の素子基板２１０が配置されている。素子基板２１０は、所定の比誘電率εｒの誘電体基板とされ、素子基板２１０上に円形の第１ループ素子２１２が配置され、第１ループ素子２１２の内側に第２ループ素子２１３が近接して配置されている。第１ループ素子２１２および第２ループ素子２１３はほぼ同心で配置され、プリント基板をエッチングしたり金属製のストリップを貼着することにより形成されている。第１ループ素子２１２には、第１ループ素子２１２から外側に突出する直線状の第１摂動素子２１２ａが設けられており、第１摂動素子２１２ａから時計方向に所定角度回転した位置に第１励振素子２１４が設けられている。第１励振素子２１４は、略Ｌ字状とされて垂直部はグランド板２１１に立設されており、水平部は素子基板２１０を介して第１ループ素子２１２に対面しており、両者は電磁結合している。第１励振素子２１４の垂直部の下端とグランド板２１１の間に第１周波数ｆ_Lの信号源からなる第１給電部２１６が設けられており、第１ループ素子２１２が第１励振素子２１４により第１周波数ｆ_Lで励振される。第１周波数ｆ_Lの素子基板２１０上の短縮された波長をλ_Lとすると、第１ループ素子２１２の周囲長は約１λ_Lの長さとされ、第１ループ素子２１２から第１周波数ｆ_Lの右旋円偏波が放射される。

また、第２ループ素子２１３には、第２ループ素子２１３から内側に突出する直線状の第２摂動素子２１３ａが設けられており、第２摂動素子２１３ａから時計方向に所定角度回転した位置に第２励振素子２１５が設けられている。第２励振素子２１５は、略Ｌ字状とされて垂直部はグランド板２１１に立設されており、水平部は第２ループ素子２１３の下面に対向しており、両者は電磁結合している。第２励振素子２１５の垂直部の下端とグランド板２１１の間に第２周波数ｆ_Hの信号源からなる第２給電部２１７が設けられており、第２ループ素子２１３が第２励振素子２１５により第２周波数ｆ_Hで励振される。第２周波数ｆ_Hの素子基板２１０上の短縮された波長をλ_Hとすると、第２ループ素子２１３の周囲長は約１λ_Hの長さとされ、第２ループ素子２１３から第２周波数ｆ_Hの右旋円偏波が放射される。

２周波円偏波アンテナ２００において、第１周波数ｆ_Lが１．２ＧＨｚ帯の周波数とされ、第２周波数ｆ_Hが１．５ＧＨｚ帯の周波数とされて、ｆ_H／ｆ_Lが約１．２３とされた場合の寸法について説明する。この場合、第１周波数ｆ_Lの素子基板２１０上の短縮された波長をλ_Lとし、第２周波数ｆ_Hの素子基板２１０上の短縮された波長をλ_Hとする。なお、素子基板２１０の比誘電率εｒは約１０とされ、波長は約６３．２％に短縮されるものとし、長さの後の（）内に物理長を示す。
グランド板２１１の１辺の長さＬ１０１は、グランド板２１１が第１周波数ｆ_Lおよび第２周波数ｆ_Hにおいて電気的に無限大と見なせる長さとされ、素子基板２１０の１辺の長さＬ１０２は約０．４４λ_L／約０．５４λ_H（約６５ｍｍ）とされる。第１ループ素子２１２の半径Ｒ１０１は約０．１６λ_L（約２３ｍｍ）、第２ループ素子２１３の半径Ｒ１０２は０．１６λ_H（約１９ｍｍ）とされ、第１摂動素子２１２ａの長さＬ１０３は約０．０８１λ_L（約１２ｍｍ）とされ、第２摂動素子２１３ａの長さＬ１０４は約０．０７９λ_H（約９．５ｍｍ）とされている。図２０の紙面における垂直線（ｙ軸方向）から反時計方向に角度θ１０１だけ回転した位置に第１摂動素子２１２ａが、反時計方向に角度θ１０２だけ回転した位置に第２摂動素子２１３ａが形成されており、角度θ１０１は約６５°、角度θ１０２は約６７°されている。

また、第１ループ素子２１２の幅ｗ１０１および第２ループ素子２１３の幅ｗ１０２は共に約１ｍｍとされている。第１励振素子２１４および第２励振素子２１５の垂直部は、図２０の紙面における垂直線上（ｙ軸上）に位置しており、第１励振素子２１４は垂直線（ｙ軸方向）から第１ループ素子２１２上の角度θ１０３の長さとされ、第２励振素子２１５は垂直線（ｙ軸方向）から第２ループ素子２１３上の角度θ４の長さとされており、角度θ１０３は約４７°、角度θ１０４は約４９°とされている。なお、第１励振素子２１４および第２励振素子２１５は直径φ１０１のワイヤーをＬ字状に折曲して構成されており、直径φ１０１は約１ｍｍとされている。さらに、素子基板１１０の上面とグランド板２１１との間の間隔ｈ１０１は約０．０６９λ_L／約０．０８５λ_H（約１０．２ｍｍ）とされ、第１励振素子２１４および第２励振素子２１５の水平部の上側とグランド板２１１との間隔ｈ１０２は約０．０３５λ_L／約０．０４３λ_H（約５．２ｍｍ）とされている。なお、素子基板２１０の厚さｄ１０１は約３．２ｍｍとされている。

以上のような寸法とされている２周波円偏波アンテナ２００の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図２３および図２４に示す。図２３および図２４では横軸が周波数ｆ／ｆ_Lで縦軸がＶＳＷＲとされており、第１ループ素子２１２のＶＳＷＲ特性が図２３に、第２ループ素子２１３のＶＳＷＲ特性が図２４に示されている。図２３を参照すると、第１周波数ｆ_L（ｆ／ｆ_L＝１）で動作する寸法とされた第１ループ素子２１２の第１周波数ｆ_L（ｆ／ｆ_L＝１）におけるＶＳＷＲは約６４．５６と著しく劣化している。また、図２４を参照すると、第２周波数ｆ_H（ｆ／ｆ_L＝１．２３）で動作する寸法とされた第２ループ素子２１３の第２周波数ｆ_H（ｆ／ｆ_L＝１．２３）におけるＶＳＷＲは約２２．１１と著しく劣化している。しかし、第１周波数ｆ_Lと第２周波数ｆ_Hとのほぼ中間の周波数ｆ₁（１．１１ｆ_L）において、第１ループ素子２１２のＶＳＷＲは最も良好な約１．８６が得られており、第２ループ素子２１３のＶＳＷＲは第１周波数ｆ_Lと第２周波数ｆ_Hとのほぼ中間の周波数ｆ₂（１．１０ｆ_L）において、最も良好な約１．９９が得られている。これは、第１ループ素子２１２と第２ループ素子２１３とが近接しており、素子基板２１０を介して電磁気的に強く結合したため、第１ループ素子２１２および第２ループ素子２１３が、第１周波数ｆ_Lと第２周波数ｆ_Hとのほぼ中間の周波数ｆ₁あるいは周波数ｆ₂において共振しているものと考えられる。このように、誘電体基板上に近接した２周波数でそれぞれ共振する２つのループ素子を形成した２周波円偏波アンテナでは、近接した２周波において良好に動作する円偏波アンテナとすることができないという問題点があった。

そこで、本発明は、誘電体基板上に近接した２周波数でそれぞれ共振する２つのループ素子を形成しても良好に動作する２周波円偏波アンテナを提供することを目的としている。

本発明の２周波円偏波アンテナは、第１周波数で共振する第１ループ素子と、該第１周波数に近接した第２周波数で共振する第２ループ素子とがほぼ同心で一面に形成されており、グランド板上に所定間隔で配置される誘電体からなる素子基板と、前記第１ループ素子の所定位置から突出するよう設けられた第１摂動素子と、前記第２ループ素子の所定位置から突出するよう設けられた第２摂動素子と、前記第１ループ素子の所定位置の下面に対向して電磁結合する水平部と、前記グランド板に直立している垂直部とからなるＬ字状の第１励振素子と、前記第２ループ素子の所定位置の下面に対向して電磁結合する水平部と、前記グランド板に直立している垂直部とからなるＬ字状の第２励振素子と、前記第１励振素子における前記垂直部の下端と前記グランド板の間に設けられた前記第１周波数の第１給電部と、前記第２励振素子における前記垂直部の下端と前記グランド板の間に設けられた前記第２周波数の第２給電部とを備え、前記第１ループ素子と前記第２ループ素子との間において、前記素子基板にスリットが形成されていることを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、第１ループ素子と第２ループ素子との間にスリットを形成するようにしたから、誘電体基板上に近接した２周波数でそれぞれ共振する２つのループ素子を形成しても良好に動作する２周波円偏波アンテナとすることができる。また、誘電体基板を利用して第１ループ素子と第２ループ素子とを同一平面状に配置していることから、部品点数が減少し、量産歩留りが向上すると共に、コストダウンや効率の良い量産を行うことができるようになる。

本発明の第１実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す上面図である。 本発明の第１実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す正面図である。 本発明の第１実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施例の２周波円偏波アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明の第１実施例の２周波円偏波アンテナの他のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明の第１実施例の２周波円偏波アンテナの放射特性を示す図である。 本発明の第１実施例の２周波円偏波アンテナの他の放射特性を示す図である。 本発明の第２実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す上面図である。 本発明の第２実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す正面図である。 本発明の第２実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す上面図である。 本発明の第３実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す正面図である。 本発明の第３実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。 本発明の第４実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す上面図である。 本発明の第４実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す正面図である。 本発明の第４実施例の２周波円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。 従来の２周波円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。 従来の２周波円偏波アンテナの構成を示す上面図である。 従来の２周波円偏波アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 従来の他の２周波円偏波アンテナの構成を示す上面図である。 従来の他の２周波円偏波アンテナの構成を示す正面図である。 従来の他の２周波円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。 従来の他の２周波円偏波アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 従来の他の２周波円偏波アンテナの他のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。

本発明の第１実施例の２周波円偏波アンテナ１の構成を示す上面図を図１に、第１実施例の２周波円偏波アンテナ１の構成を示す正面図を図２に、第１実施例の２周波円偏波アンテナ１の構成を示す斜視図を図３に示す。
これらの図に示す第１実施例の２周波円偏波アンテナ１は、１辺が長さＬ１とされた矩形の導電性のグランド板１１は、使用周波数において電気的に無限大と見なせる大きさとされ、このグランド板１１上に、所定間隔をおいて、１辺が長さＬ２とされた矩形の素子基板１０が配置されている。素子基板１０は、ガラスエポキシ基板やテフロン基板等の所定の比誘電率εｒ（例えば、εｒ≒１０）を有する誘電体基板とされ、素子基板１０の上面に円形の第１ループ素子１２がほぼ中央に形成され、第１ループ素子１２の内側に円形の第２ループ素子１３が近接して配置されている。第１ループ素子１２および第２ループ素子１３はほぼ同心で配置され、プリント基板をエッチングしたり金属製のストリップを貼着することにより、第１ループ素子１２および第２ループ素子１３が形成されている。第１ループ素子１２と第２ループ素子１３との間の素子基板１０に円形のリング状スリット１０ａが形成されて、素子基板１０に形成されている第１ループ素子１２と第２ループ素子１３との間は、円形のリング状に切り欠かれている。第１ループ素子１２には、第１ループ素子１２から外側に突出する直線状の第１摂動素子１２ａが設けられており、第１摂動素子１２ａから時計方向に所定角度回転した位置に第１励振素子１４が設けられている。第１励振素子１４は、略Ｌ字状とされて垂直部はグランド板１１に立設されており、水平部は素子基板１０の下面に対面するよう配置されて、素子基板１０を介して第１ループ素子１２に電磁結合している。第１励振素子１４の垂直部の下端とグランド板１１の間に第１周波数ｆ_Lの信号源からなる第１給電部１６が設けられており、第１ループ素子１２が第１励振素子１４により第１周波数ｆ_Lで励振される。第１周波数ｆ_Lの素子基板１０上の短縮された波長をλ_Lとすると、第１ループ素子１２の周囲長は約１λ_Lの長さとされ、第１ループ素子１２から第１周波数ｆ_Lの右旋円偏波が放射される。

また、第２ループ素子１３には、第２ループ素子１３から内側に突出する直線状の第２摂動素子１３ａが設けられており、第２摂動素子１３ａから時計方向に所定角度回転した位置に第２励振素子１５が設けられている。第２励振素子１５は、略Ｌ字状とされて垂直部はグランド板１１に立設されており、水平部は素子基板１０の下面に対面するよう配置されて、素子基板１０を介して第２ループ素子１３に電磁結合している。第２励振素子１５の垂直部の下端とグランド板１１の間に第２周波数ｆ_Hの信号源からなる第２給電部１７が設けられており、第２ループ素子１３が第２励振素子１５により第２周波数ｆ_Hで励振される。第２周波数ｆ_Hの素子基板１０上の短縮された波長をλ_Hとすると、第２ループ素子１３の周囲長は約１λ_Hの長さとされ、第２ループ素子１３から第２周波数ｆ_Hの右旋円偏波が放射される。

第１実施例の２周波円偏波アンテナ１において、第１周波数ｆ_Lが１．２ＧＨｚ帯の周波数とされ、第２周波数ｆ_Hが１．５ＧＨｚ帯の周波数とされて、ｆ_H／ｆ_Lが約１．２３とされた場合の寸法の一例について説明する。この場合、第１周波数ｆ_Lの素子基板１０上の短縮された波長をλ_Lとし、第２周波数ｆ_Hの素子基板１０上の短縮された波長をλ_Hとする。なお、素子基板１０の比誘電率εｒは約１０とされ、波長は約６３．２％に短縮されるものとし、電気長で示した寸法の後の（）内には物理長が示されている。
グランド板１１の１辺の長さＬ１は、グランド板１１が第１周波数ｆ_Lおよび第２周波数ｆ_Hにおいて電気的に無限大と見なせる長さとされ、素子基板１０の１辺の長さＬ２は約０．４４λ_L／約０．５４λ_H（約６５ｍｍ）とされる。第１ループ素子１２の半径Ｒ１は約０．１６λ_L（約２３ｍｍ）、第２ループ素子の半径Ｒ２は０．１６λ_H（約１９ｍｍ）とされ、第１摂動素子１２ａの長さＬ３は約０．０８１λ_L（約１２ｍｍ）とされ、第２摂動素子１３ａの長さＬ４は約０．０７９λ_H（約９．５ｍｍ）とされている。図１の紙面における垂直線（ｙ軸方向）から反時計方向に角度θ１だけ回転した位置に第１摂動素子１２ａが、反時計方向に角度θ２だけ回転した位置に第２摂動素子１３ａが形成されており、角度θ１は約６５°、角度θ２は約６７°されている。

また、第１ループ素子１２の幅ｗ１および第２ループ素子１３の幅ｗ２は共に約１ｍｍとされ、リング状スリット１０ａの幅ｗ３は約２．９ｍｍとされている。第１励振素子１４および第２励振素子１５の垂直部は、図１の紙面における垂直線上（ｙ軸上）に位置しており、第１励振素子１４の水平部は第１ループ素子１２上の角度θ３の長さとされ、第２励振素子１５の水平部は第２ループ素子１３上の角度θ４の長さとされており、角度θ３は約４７°、角度θ４は約４９°とされている。なお、第１励振素子１４および第２励振素子１５は直径φ１のワイヤーがＬ字状に折曲されて構成されており、直径φ１は約１ｍｍとされている。さらに、素子基板１０の上面とグランド板１１との間の間隔ｈ１は約０．０６９λ_L／約０．０８５λ_H（約１０．２ｍｍ）とされ、第１励振素子１４および第２励振素子１５の垂直部の高さｈ２は約０．０３５λ_L／約０．０４３λ_H（約５．２ｍｍ）とされている。なお、素子基板１０の厚さｄ１は約３．２ｍｍとされている。

第１実施例の２周波円偏波アンテナ１を上記寸法条件の寸法とした際の第１ループ素子１２のＶＳＷＲの周波数特性を図４に、第２ループ素子１３のＶＳＷＲの周波数特性を図５に示す。図４および図５では横軸が周波数ｆ／ｆ_Lで縦軸がＶＳＷＲとされており、図４を参照すると、第１ループ素子１２は、第１周波数ｆ_L（ｆ／ｆ_L＝１）において約１．５２の良好なＶＳＷＲが得られており、第２周波数ｆ_H（ｆ／ｆ_L＝１．２３）におけるＶＳＷＲは約７．５４となっている。また、第２ループ素子１３は、第２周波数ｆ_H（ｆ／ｆ_L＝１．２３）において約１．２３の良好なＶＳＷＲが得られており、第１周波数ｆ_L（ｆ／ｆ_L＝１）におけるＶＳＷＲは約１２．０９となっている。このように、第１ループ素子１２は第１周波数ｆ_Lに共振して良好に動作しており、第２ループ素子１３は第２周波数ｆ_Hに共振して良好に動作していることが分かる。本発明の第１実施例の２周波円偏波アンテナ１が、誘電体基板である素子基板１０上に形成されていても、上記したように近接した２周波において良好に動作するのは、第１ループ素子１２と第２ループ素子１３との間の素子基板１０にリング状スリット１０ａが形成されて、第１ループ素子１２と第２ループ素子１３とがリング状スリット１０ａの作用により電磁気的に結合しにくくなったからと考えられる。

次に、第１実施例の２周波円偏波アンテナ１を上記寸法条件の寸法とした際の２周波円偏波アンテナ１の垂直面（ｙ−ｚ面）内の放射特性を図６および図７に示す。
図６に示す放射特性は、１．２ＧＨｚ帯の第１周波数ｆ_Lにおけるｙ−ｚ面内の放射特性であり、利得は約８．２ｄＢｉの高利得が得られており、半値角は約８０．１°のブロードな放射特性が得られている。また、軸比は約２．０ｄＢの良好な値が得られている。図７に示す放射特性は、１．５ＧＨｚ帯の第２周波数ｆ_Hにおけるｙ−ｚ面内の放射特性であり、利得は約８．２ｄＢｉの高利得が得られており、半値角は約７７．３°のブロードな放射特性が得られている。また、軸比は約２．０ｄＢの良好な値が得られている。このように、本発明の第１実施例の２周波円偏波アンテナ１では、近接した第１周波数ｆ_Lおよび第２周波数ｆ_HにおけるＶＳＷＲ、放射特性および軸比などの電気的特性として、良好な電気的特性が得られていることが分かる。

本発明の第２実施例の２周波円偏波アンテナ２の構成を示す上面図を図８に、その正面図を図９に、その斜視図を図１０に示す。
これらの図に示す第２実施例の２周波円偏波アンテナ２は、１辺が長さＬ１１とされた矩形の導電性のグランド板２１は、使用周波数において電気的に無限大と見なせる大きさとされ、このグランド板２１上に、所定間隔をおいて、１辺が長さＬ１２とされた矩形の素子基板２０が配置されている。素子基板２０は、ガラスエポキシ基板やテフロン基板等の所定の比誘電率εｒ（例えば、εｒ≒５）を有する誘電体基板とされ、素子基板２０の上面に矩形の第１ループ素子２２がほぼ中央に形成され、第１ループ素子２２の内側に第２ループ素子２３が近接して配置されている。第１ループ素子２２および第２ループ素子２３はほぼ同心で配置され、プリント基板をエッチングしたり金属製のストリップを貼着することにより、第１ループ素子２２および第２ループ素子２３が形成されている。第１ループ素子２２と第２ループ素子２３との間の素子基板２０に矩形のリング状スリット２０ａが形成されて、素子基板２０は矩形のリング状に切り欠かれている。第１ループ素子２２には、第１ループ素子２２の紙面の右側の素子部分から外側に突出する直線状の第１摂動素子２２ａが設けられており、第１ループ素子２２の紙面の下側の素子部分に対面して第１励振素子２４が設けられている。第１励振素子２４は、略Ｌ字状とされて垂直部はグランド板２１に立設されており、水平部は素子基板２０の下面に対面するよう配置されて、素子基板２０を介して第１ループ素子２２に電磁結合している。第１励振素子２４の垂直部の下端とグランド板２１の間に第１周波数ｆ_Lの信号源からなる第１給電部２６が設けられており、第１ループ素子２２が第１励振素子２４により第１周波数ｆ_Lで励振される。第１周波数ｆ_Lの素子基板２０上の短縮された波長をλ_Lとすると、第１ループ素子２２の周囲長は約１λ_Lの長さとされ、第１ループ素子２２から第１周波数ｆ_Lの右旋円偏波が放射される。

また、第２ループ素子２３には、第２ループ素子２３の紙面の右側の素子部分から内側に突出する直線状の第２摂動素子２３ａが設けられており、第２ループ素子２３の紙面の下側の素子部分に対面して第２励振素子２５が設けられている。第２励振素子２５は、略Ｌ字状とされて垂直部はグランド板２１に立設されており、水平部は素子基板２０の下面に対面するよう配置されて、素子基板２０を介して第２ループ素子２３に電磁結合している。第２励振素子２５の垂直部の下端とグランド板２１の間に第２周波数ｆ_Hの信号源からなる第２給電部２７が設けられており、第２ループ素子２３が第２励振素子２５により第２周波数ｆ_Hで励振される。第２周波数ｆ_Hの素子基板２０上の短縮された波長をλ_Hとすると、第２ループ素子２３の周囲長は約１λ_Hの長さとされ、第２ループ素子２３から第２周波数ｆ_Hの右旋円偏波が放射される。

第２実施例の２周波円偏波アンテナ２において、第１の周波数ｆ_Lが１．２ＧＨｚ帯の周波数とされ、第２の周波数ｆ_Hが１．５ＧＨｚ帯の周波数とされて、ｆ_H／ｆ_Lが約１．２３とされた場合の寸法の一例について説明する。この場合、第１周波数ｆ_Lの素子基板２０上の短縮された波長をλ_Lとし、第２周波数ｆ_Hの素子基板２０上の短縮された波長をλ_Hとする。なお、素子基板２０の比誘電率εｒは約５とされ、波長は約８９．４％に短縮されるものとし、電気長で示した寸法の後の（）内には物理長が示されている。
グランド板２１の１辺の長さＬ１１は、グランド板１１が第１周波数ｆ_Lおよび第２周波数ｆ_Hにおいて電気的に無限大と見なせる長さとされ、素子基板２０の１辺の長さＬ１２は約０．３３λ_L／約０．４１λ_H（約７０ｍｍ）とされる。矩形の第１ループ素子２２の１辺の長さＬ１７は約０．２１λ_L（約４５．３ｍｍ）、矩形の第２ループ素子の１辺の長さＬ１８は約０．２２λ_H（約３７．８５ｍｍ）とされ、第１摂動素子２２ａの長さＬ１３は約０．０４１λ_L（約１１ｍｍ）とされ、第２摂動素子２３ａの長さＬ１４は約０．０５９λ_H（約１０ｍｍ）とされている。第１摂動素子２２ａは、右側の素子部分の端部から長さＬ１４の位置に設けられており、長さＬ１４は約０．０７３λ_L（約１５．８ｍｍ）とされ、第２摂動素子２３ａは右側の素子部分の端部から長さＬ１６の位置に設けられており、長さＬ１６は約０．０５６λ_H（約９．５ｍｍ）とされている。

また、第１ループ素子２２の幅ｗ１１および第２ループ素子２３の幅ｗ１２は共に約１ｍｍとされ、矩形のリング状スリット２０ａの幅ｗ１３は約１．７ｍｍとされている。第１励振素子２４および第２励振素子２５の垂直部は、縦方向の中心線上（ｙ軸上）にほぼ位置しており、第１励振素子２４の水平部の長さＬ１７は約０．０８６λ_L（約１６ｍｍ）とされ、第２励振素子２５の長さＬ１８は約０．０８２λ_H（約１４ｍｍ）とされている。なお、第１励振素子２４および第２励振素子２５は直径φ１１のワイヤーをＬ字状に折曲して構成されており、直径φ１１は約１ｍｍとされている。さらに、素子基板２０の上面とグランド板２１との間の間隔ｈ１１は約０．０３５λ_L／約０．０４３λ_H（約７．４ｍｍ）とされ、第１励振素子２４および第２励振素子２５の垂直部の高さｈ１２は約０．０２１λ_L／約０．０２７λ_H（約４．５ｍｍ）とされている。なお、素子基板２０の厚さｄ１１は約１．６ｍｍとされている。

第２実施例の２周波円偏波アンテナ２を上記寸法条件の寸法とした際の第１ループ素子２２のＶＳＷＲの周波数特性、および、第２ループ素子２３のＶＳＷＲの周波数特性は、図４および図５に示す第１実施例の２周波円偏波アンテナ１における第１ループ素子１２および第２ループ素子１３のＶＳＷＲの周波数特性とほぼ同様となる。すなわち、第１ループ素子２２は第１周波数ｆ_Lに共振して良好に動作し、第２ループ素子２３は第２周波数ｆ_Hに共振して良好に動作するようになる。本発明の第２実施例の２周波円偏波アンテナ２が、誘電体基板である素子基板２０上に形成されていても、上記したように近接した２周波において良好に動作するのは、第１ループ素子２２と第２ループ素子２３との間の素子基板２０に矩形のリング状スリット２０ａが形成されて、第１ループ素子２２と第２ループ素子２３とがリング状スリット２０ａの作用により電磁気的に結合しないようになったからと考えられる。
また、第２実施例の２周波円偏波アンテナ２を上記寸法条件の寸法とした際の２周波円偏波アンテナ２の放射特性も、図６および図７に示す第１実施例の２周波円偏波アンテナ１の放射特性と同様となる。すなわち、本発明の第２実施例の２周波円偏波アンテナ２においても、近接した第１周波数ｆ_Lおよび第２周波数ｆ_HにおけるＶＳＷＲ、放射特性および軸比などの電気的特性として、良好な電気的特性が得られるようになる。

本発明の第３実施例の２周波円偏波アンテナ３の構成を示す上面図を図１１に、２周波円偏波アンテナ３の構成を示す正面図を図１２に、２周波円偏波アンテナ３の構成を示す斜視図を図１３に示す。
本発明の第３実施例の２周波円偏波アンテナ３は、第１実施例の２周波円偏波アンテナ１におけるリング状スリット１０ａを、複数の円弧状スリット３０ａと、隣接する円弧状スリット３０ａ同士をつなげる複数の繋ぎ部３０ｂとに置き換えた構成とされている。さらに、素子基板１０の裏面の四隅に角柱状のスペーサ３８が設けられており、４隅に設けられた４つのスペーサ３８により、素子基板１０の上面とグランド板１１との間隔がｈ１に保持されている。第３実施例の２周波円偏波アンテナ３においては、円弧状スリット３０ａと隣接する円弧状スリット３０ａとが繋ぎ部３０ｂによりつなげられていることから、第１ループ素子１２を設けた素子基板１０の部分と、第２ループ素子１３を設けた素子基板１０の部分とが繋ぎ部３０ｂにより物理的につながっている。これにより、素子基板１０の裏面の４隅にそれぞれスペーサ３８を設けることで、素子基板１０をグランド板１１上に間隔ｈ１で設置することができる。この場合、それぞれのスペーサ３８の上面は両面テープや接着剤により素子基板１０の裏面に貼着され、それぞれのスペーサ３８の下面は両面テープや接着剤によりグランド板１１の表面に貼着される。
なお、第１実施例の２周波円偏波アンテナ１では、リング状スリット１０ａにより第１ループ素子１２を設けた素子基板１０の部分と、第２ループ素子１３を設けた素子基板１０の部分とが物理的に分離されることから、素子基板１０をグランド板１１上に設置する際には、分離された素子基板１０のそれぞれを間隔ｈ１でグランド板１１上に固着する２つの固着手段が必要になる。

第３実施例の２周波円偏波アンテナ３において、複数の円弧状スリット３０ａと、円弧状スリット３０ａ同士をつなげる複数の繋ぎ部３０ｂとを設ける構成、および、素子基板１０の裏面の四隅にそれぞれ角柱状のスペーサ３８を設ける構成を除く構成は、第１実施例の２周波円偏波アンテナ１と同様とされているので、その説明は省略する。
第３実施例の２周波円偏波アンテナ３において、第１の周波数ｆ_Lが１．２ＧＨｚ帯の周波数とされ、第２の周波数ｆ_Hが１．５ＧＨｚ帯の周波数とされて、ｆ_H／ｆ_Lが約１．２３とされた場合の寸法は、円弧状スリット３０ａと繋ぎ部３０ｂとの寸法を除いて同様とされている。そこで、円弧状スリット３０ａと繋ぎ部３０ｂとの寸法の一例について説明すると、円弧状スリット３０ａの長さＬ５は約１５．５ｍｍとされ、円弧状スリット３０ａの幅ｗ３３は約２．５ｍｍとされ、隣接する円弧状スリット３０ａ同士をつなげる繋ぎ部３０ｂの長さδ１は約１ｍｍとされている。なお、素子基板１０の比誘電率εｒは約１０とされ、波長は約６３．２％に短縮される。
また、本発明の第３実施例の２周波円偏波アンテナ３においても、近接した第１周波数ｆ_Lおよび第２周波数ｆ_HにおけるＶＳＷＲ、放射特性および軸比などの電気的特性として、第１実施例の２周波円偏波アンテナ１における電気的特性と同様な良好な電気的特性が得られるようになる。

本発明の第４実施例の２周波円偏波アンテナ４の構成を示す上面図を図１４に、２周波円偏波アンテナ４の構成を示す正面図を図１５に、２周波円偏波アンテナ４の構成を示す斜視図を図１６に示す。
本発明の第４実施例の２周波円偏波アンテナ４は、第２実施例の２周波円偏波アンテナ２における矩形のリング状スリット２０ａを、複数の長孔状スリット４０ａと、隣接する長孔状スリット４０ａ同士をつなげる複数の繋ぎ部４０ｂとに置き換えた構成とされている。さらに、素子基板２０の裏面の四隅に角柱状のスペーサ４８が設けられており、４隅に設けられた４つのスペーサ４８により、素子基板２０の上面とグランド板２１との間隔がｈ１１に保持されている。第４実施例の２周波円偏波アンテナ４においては、長孔状スリット４０ａと隣接する長孔状スリット４０ａとが繋ぎ部４０ｂによりつなげられていることから、第１ループ素子２２を設けた素子基板２０の部分と、第２ループ素子２３を設けた素子基板２０の部分とが物理的につながっている。これにより、素子基板２０の裏面の４隅にそれぞれスペーサ４８を設けることで、素子基板２０をグランド板２１上に間隔ｈ１１で設置することができる。この場合、それぞれのスペーサ４８の上面は両面テープや接着剤により素子基板２０の裏面に貼着され、それぞれのスペーサ４８の下面は両面テープや接着剤によりグランド板２１の表面に貼着される。
なお、第２実施例の２周波円偏波アンテナ２では、矩形のリング状スリット２０ａにより第１ループ素子２２を設けた素子基板２０の部分と、第２ループ素子２３を設けた素子基板２０の部分とが物理的に分離されることから、素子基板２０をグランド板２１上に設置する際には、分離された素子基板２０のそれぞれを間隔ｈ１１でグランド板２１上に固着する２つの固着手段が必要になる。

第４実施例の２周波円偏波アンテナ４において、複数の長孔状スリット４０ａと、長孔状スリット４０ａ同士をつなげる複数の繋ぎ部４０ｂとを設ける構成、および、素子基板２０の裏面の四隅にそれぞれ角柱状のスペーサ４８を設ける構成を除く構成は、第２実施例の２周波円偏波アンテナ２と同様とされているので、その説明は省略する。
第４実施例の２周波円偏波アンテナ４において、第１の周波数ｆ_Lが１．２ＧＨｚ帯の周波数とされ、第２の周波数ｆ_Hが１．５ＧＨｚ帯の周波数とされて、ｆ_H／ｆ_Lが約１．２３とされた場合の寸法は、長孔状スリット４０ａと繋ぎ部４０ｂとの寸法を除いて同様とされている。そこで、長孔状スリット４０ａと繋ぎ部４０ｂとの寸法の一例について説明すると、長孔状スリット４０ａの長さＬ１９は約９．７ｍｍとされ、長孔状スリット４０ａの幅ｗ４３は約１．４７５ｍｍとされ、隣接する長孔状スリット４０ａ同士をつなげる繋ぎ部４０ｂの長さδ２は約０．５ｍｍとされている。なお、素子基板２０の比誘電率εｒは約５とされ、波長は約８９．４％に短縮される。
また、本発明の第４実施例の２周波円偏波アンテナ４においても、近接した第１周波数ｆ_Lおよび第２周波数ｆ_HにおけるＶＳＷＲ、放射特性および軸比などの電気的特性として、第２実施例の２周波円偏波アンテナ２における電気的特性と同様な良好な電気的特性が得られるようになる。

上記説明した本発明の各実施例の２周波円偏波アンテナにおいて、摂動素子は直線状とし、励振素子はＬ字状としたが、これ以外の形状としたり、設置する場所を変更してもよい。また、素子基板の比誘電率は約１０あるいは約５としたが、これ以外の比誘電率としてもよい。さらに、第１ループ素子および第２ループ素子は、円形あるいは矩形に限らず５角形以上の多角形としたり楕円形としても良い。さらにまた、スペーサは角柱状としたが、これに限ることはなく円柱状、三角柱状、多角柱状としてもよく、スペーサの個数も４個に限ることはなく、５個以上としても良い。
以上の説明においては、本発明の各実施例の２周波円偏波アンテナの各部の寸法についても示したが、その寸法は一例であって、その寸法に限るものではなく所定の範囲内の寸法としても十分２周波円偏波アンテナとして動作する。ただし、電気的特性は若干劣化するようになる。本発明においては、第１ループ素子と第２ループ素子との間にスリットを設ける構成を最も主要な特徴としているのであり、各部の寸法を主要な特徴としているものではない。

１ ２周波円偏波アンテナ、２ ２周波円偏波アンテナ、３ ２周波円偏波アンテナ、４ ２周波円偏波アンテナ、１０ 素子基板、１０ａ リング状スリット、１１ グランド板、１２ 第１ループ素子、１２ａ 第１摂動素子、１３ 第２ループ素子、１３ａ 第２摂動素子、１４ 第１励振素子、１５ 第２励振素子、１６ 第１給電部、１７ 第２給電部、２０ 素子基板、２０ａ リング状スリット、２１ グランド板、２２ 第１ループ素子、２２ａ 第１摂動素子、２３ 第２ループ素子、２３ａ 第２摂動素子、２４ 第１励振素子、２５ 第２励振素子、２６ 第１給電部、２７ 第２給電部、３０ａ 円弧状スリット、３０ｂ 繋ぎ部、３８ スペーサ、４０ａ 長孔状スリット、４０ｂ 繋ぎ部、４８ スペーサ、１００ ２周波円偏波アンテナ、１１０ 素子基板、１１１ グランド板、１１２ 第１ループ素子、１１２ａ 第１摂動素子、１１３ 第２ループ素子、１１３ａ 第２摂動素子、１１４ 第１励振素子、１１５ 第２励振素子、２００ ２周波円偏波アンテナ、２１０ 素子基板、２１１ グランド板、２１２ 第１ループ素子、２１２ａ 第１摂動素子、２１３ 第２ループ素子、２１３ａ 第２摂動素子、２１４ 第１励振素子、２１５ 第２励振素子、２１６ 第１給電部、２１７ 第２給電部

Claims (3)

1. 第１周波数で共振する第１ループ素子と、該第１周波数に近接した第２周波数で共振する第２ループ素子とがほぼ同心で一面に形成されており、グランド板上に所定間隔で配置される誘電体からなる素子基板と、
   前記第１ループ素子の所定位置から突出するよう設けられた第１摂動素子と、
   前記第２ループ素子の所定位置から突出するよう設けられた第２摂動素子と、
   前記第１ループ素子の所定位置の下面に対向して電磁結合する水平部と、前記グランド板に直立している垂直部とからなるＬ字状の第１励振素子と、
   前記第２ループ素子の所定位置の下面に対向して電磁結合する水平部と、前記グランド板に直立している垂直部とからなるＬ字状の第２励振素子と、
   前記第１励振素子における前記垂直部の下端と前記グランド板の間に設けられた前記第１周波数の第１給電部と、
   前記第２励振素子における前記垂直部の下端と前記グランド板の間に設けられた前記第２周波数の第２給電部とを備え、
   前記第１ループ素子と前記第２ループ素子との間において、前記素子基板にスリットが形成されていることを特徴とする２周波円偏波アンテナ。
2. 前記素子基板に形成されているスリットが、リング状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の２周波円偏波アンテナ。
3. 前記素子基板に形成されているスリットが、リング状に配列された複数のスリット部からなり、隣接する該スリット部同士の間に繋ぎ部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の２周波円偏波アンテナ。
   

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