JP2018170561A - 円偏波アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】より容易に製造可能で小型化された円偏波アンテナを提供する。【解決手段】実施形態の円偏波アンテナ１では、矩形形状の地導体板１０の直交する２辺の一方の辺側に角側を開放端とする逆Ｆアンテナ２０と、他方の辺側にダイポールアンテナ３０を配設し、両開放端側に給電部４０のＥＭ給電部４１を対向配置させる。逆Ｆアンテナ２０の開放端側と反対側は、第１短絡部２２、第２短絡部２３により地導体板１０に短絡接続されている。このように、逆Ｆアンテナ２０（λ／４型）と、ダイポールアンテナ３０（λ／２型）を板金上に直交に配置し、ＥＭ結合による１点給電した結果、容易に製造可能な円偏波アンテナとすることができ、また高利得（約３ｄＢｃ）、高効率（９０％弱）、良好な角度幅、を確保する円偏波を発生させることができた。【選択図】図１

Description

本発明は、円偏波アンテナに係り、２つのアンテナを用いた円偏波アンテナに関する。

ＧＰＳ衛星やＢＳ放送などの各種通信方式において、円偏波による通信が広く行われており、その通信には円偏波アンテナが使用される。
従来の円偏波アンテナとしては、縮退分離法を用いたマイクロストリップアンテナがある。この円偏波アンテナは、正方形のマイクロストリップアンテナの２つの角の一部を切り取った形状のアンテナであり、特許文献１の図１０に示されている。
また、２点給電方式による円偏波アンテナとして、正方形のマイクロストリップアンテナの直交する２辺に対し、別々に給電することで円偏波とするアンテナがある。この方式では、方形または円形マイクロストリップアンテナを空間的に直交する２つの給電点で位相差がπ／２となるように給電するものである。

しかし、マイクロストリップアンテナを使用する場合には、アンテナ一辺のサイズがλg／２であると共にアンテナよりも大きな誘電体基板が必要になるため、全体として大サイズになってしまうという問題がある。ここでλgは、誘電体基板内での波長である。
一方、２点給電方式の円偏波アンテナでは、２点で給電するための二分配回路などの外部回路が必要であり、給電系が複雑になるという問題がある。

特開２００５−２８６８５４号公報

本発明は、より容易に製造可能で小型化された円偏波アンテナを提供することを目的とする。

（１）請求項１に記載の発明では、少なくとも１の開放端を有する第１線状アンテナと、少なくとも１の開放端を有し、当該開放端側と前記第１線状アンテナの開放端側とが所定間隔で、前記第１線状アンテナとほぼ直交状態に配設され、円偏波を実現する周波数において、前記第１線状アンテナとの位相差が実質π／２となる第２線状アンテナと、前記第１線状アンテナの前記開放端側、及び前記第２線状アンテナの前記開放端側のそれぞれと、所定間隔をおいて対向配置されることで、前記第１線状アンテナ及び前記第２線状アンテナに電磁的に接続されるＥＭ給電部と、前記ＥＭ給電部と電気的に接続され、前記ＥＭ給電部を介して前記第１線状アンテナ及び前記第２線状アンテナに給電する給電ラインと、を具備したことを特徴とする円偏波アンテナを提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、地導体板を更に備え、前記第１線状アンテナは、前記地導体板の端面とほぼ平行に配設され、開放端側が前記ＥＭ給電部と対向配置されるアンテナ主部と、前記アンテナ主部の前記開放端側の反対側端部と前記地導体板とを短絡する第１短絡部と、前記アンテナ主部の前記第１短絡部よりも開放側において、前記アンテナ主部と前記地導体板とを短絡する第２短絡部と、を有する逆Ｆアンテナである、ことを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナを提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、地導体板を更に備え、前記第１線状アンテナは、前記地導体板の端面とほぼ平行に配設され、開放端側が前記ＥＭ給電部と対向配置されるアンテナ主部と、前記アンテナ主部の前記開放端側の反対側端部と前記地導体板とを短絡する第１短絡部と、を有する逆Ｌアンテナである、ことを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナを提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記第１線状アンテナは、ダイポールアンテナである、ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナを提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、前記第２線状アンテナは、ダイポールアンテナ、逆Ｆアンテナ、又は、逆Ｌアンテナである、ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナを提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、当該円偏波アンテナにおける円偏波の共振周波数ｆに対し、前記第１線状アンテナの共振周波数ｆ１と前記第２線状アンテナの共振周波数ｆ２の差δが、０．０７ｆ〜０．１３ｆである、ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナを提供する。
（７）請求項７に記載の発明では、前記差δは、０．１ｆである、ことを特徴とする請求項６に記載の円偏波アンテナを提供する。
（８）請求項８に記載の発明では、前記円偏波の共振周波数ｆ０がｆ０＝２．４４ＧＨｚで、前記第１線状アンテナの共振周波数ｆ１がｆ１＝２．３１ＧＨｚ、前記第２線状アンテナの共振周波数ｆ２がｆ２＝２．５５ＧＨｚである、ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナを提供する。
（９）請求項９に記載の発明では、高比誘電体基板を備え、前記第１線状アンテナと前記第２線状アンテナは、前記高比誘電体基板上に形成されている、ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナを提供する。
（１０）請求項１０に記載の発明では、前記第１線状アンテナ、前記第２線状アンテナ、及び前記ＥＭ給電部のそれぞれは、互いにビア接続された複数層で形成されている、ことを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナを提供する。
（１１）請求項１１に記載の発明では、前記第１線状アンテナ及び前記第２線状アンテナは、アンテナエレメント部分の形状が、直線形状、ミアンダ形状、ヘリカル形状、又は、先端折れ曲げ形状、である、ことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナを提供する。

本発明によれば、第１線状アンテナの開放端部と第２線状アンテナの開放端部のそれぞれと、所定間隔をおいて対向配置されるＥＭ給電部による１点給電とすることで、容易に製造可能となる。
また、第１及び第２線状アンテナを用いることで小型化することが可能である。

円偏波アンテナの構成図である。 円偏波アンテナのリターンロス特性を表した説明図である。 円偏波アンテナのＡＲ特性と指向性特性を表した説明図である。 円偏波アンテナの面電流密度の分布状態を表した説明図である。 円偏波アンテナの面電流密度の分布状態を他の位相について表した説明図である。 円偏波アンテナの配置と偏波の入れ替えについて表した説明図である。 円偏波アンテナの変形例の構成を表した説明図である。 円偏波アンテナの他の変形例の構成を表した説明図である。 円偏波アンテナにおける、給電部分の形状を変更した変形例についての説明図である。 円偏波アンテナの他の変形例の構成を表した説明図である。

以下、本発明の円偏波アンテナにおける好適な実施の形態について、図１から図１０を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施形態の円偏波アンテナでは、ダイポールアンテナ、逆Ｆアンテナ、逆Ｌアンテナの何れかからなる、第１線状アンテナと第２線状アンテナとを使用し、両線状アンテナの開放端側を所定距離隔てて直交配置する。第１線状アンテナと第２線状アンテナとは、円偏波を実現する周波数において、位相差が実質π／２となるように調整されている。
そして、第１線状アンテナと第２線状アンテナの両開放端側のそれぞれと、所定間隔をおいてＥＭ給電部を対向配置し、このＥＭ給電部に給電ラインを電気的に接続する。
このように、本実施形態の円偏波アンテナによれば、２つの直交する線状アンテナの両開放端側から、電磁的な１点給電を実現することで、容易に製造可能で小型化された円偏波アンテナが得られる。
ここで、アンテナの直交配置は、直交状態に配置することで、この直交状態の配置は、厳密な意味での直角にかぎられず、実用のアンテナとしての良好な使用目安である軸比３ｄＢ以下が実現できる程度の角度の幅を含むものとする。

具体的には、矩形形状の地導体板１０の直交する２辺の一方の辺側に角側を開放端とする逆Ｆアンテナ２０（第１線状アンテナ）と、他方の辺側にダイポールアンテナ３０（第２線状アンテナ）を配設し、両開放端側に給電部４０のＥＭ給電部４１を対向配置させる。
逆Ｆアンテナ２０の開放端側の反対側は、第１短絡部２２、第２短絡部２３により地導体板１０に短絡接続されている。
ダイポールアンテナ３０は、地導体板１０に短絡接続されることはないが、全長の中央部での電圧がゼロであることから、この中央部で地導体板１０に接続することは可能である。

円偏波アンテナ１は、その共振周波数をｆ０とした場合に、逆Ｆアンテナ２０の共振周波数ｆ１とダイポールアンテナ３０の共振周波数ｆ２の差δ（＝ｆ２−ｆ１）の絶対値が、０．０７ｆ〜０．１３ｆの範囲、例えばδ＝０．１とすることで、ｆ０において位相差がほぼπ／２となるように形成される。ここで、ほぼπ／２の位相差とは、π／２を含み、実用のアンテナとしての良好な使用目安である軸比３ｄＢ以下が実現できる程度の位相差の幅を含むものとする。
例えば、円偏波の共振周波数ｆ０をｆ０＝２．４４ＧＨｚとした場合、逆Ｆアンテナ２０の共振周波数ｆ１がｆ１＝２．３１ＧＨｚ、ダイポールアンテナ３０の共振周波数ｆ２がｆ２＝２．５５ＧＨｚとすることで、好適な円偏波アンテナが形成される。

（２）実施形態の詳細
図１は円偏波アンテナにおける実施形態の構成を表した斜視図である。
図１に示すように円偏波アンテナ１は、地導体板１０と、逆Ｆアンテナ２０（λ／４型アンテナ）と、ダイポールアンテナ３０（λ／２型アンテナ）と、更に、給電部４０を備えている。
逆Ｆアンテナ２０は第１線状アンテナとして機能し、ダイポールアンテナ３０は第２線状アンテナとして機能している。
地導体板１０は、矩形形状の板金により形成されている。地導体板１０のサイズは、４０ｍｍ×４０ｍｍである。

逆Ｆアンテナ２０は、地導体板１０の辺１１とほぼ平行に配設されたアンテナ主部２１と、このアンテナ主部２１の端部側と地導体板１０とを接続する第１短絡部２２と第２短絡部２３の２つの短絡部を備えている。第１短絡部２２は、アンテナ主部２１の端部と地導体板１０の端部とを接続し、第２短絡部２３は、第１短絡部２２よりも開放端側でほぼ平行にアンテナ主部２１と地導体板１０とを接続している。
逆Ｆアンテナ２０は、全体として線幅１ｍｍに形成され、アンテナ主部２１の長さが３２ｍｍ、第１短絡部２２と第２短絡部２３の長さが４ｍｍ（図面では、アンテナ主部２１の幅を加えて５ｍｍと表示）である。
第１短絡部２２に対して、第２短絡部２３は９ｍｍの間隔を開けて配設されている。
本実施形態の逆Ｆアンテナ２０は、地導体板１０と同一材料により一体形成されているが、別々に形成され両者を接続するようにしてもよく、また別材料で形成するようにしてもよい。

ダイポールアンテナ３０は、地導体板１０の辺１１と直交する他の一辺１２とほぼ平行に配設されたアンテナ主部３１と、このアンテナ主部３１から、辺１１方向に向けて延設された屈曲部３２を備えている。なお、屈曲部３２は後述の給電部４０と対向する開放端側として機能している。
ダイポールアンテナ３０は、全体として線幅１ｍｍに形成され、アンテナ主部３１の長さが４５ｍｍに、屈曲部３２の長さが７ｍｍに形成されている。アンテナ主部３１と地導体板１０の辺１２との間隔は５ｍｍである。
屈曲部３２の開放端と、逆Ｆアンテナ２０におけるアンテナ主部２１の開放端とは、両者が接触しないように所定間隔を開けて配置されており、本実施形態では、７ｍｍの間隔（図示しない）が開けられている。
なお、屈曲部３２は、給電部４０と対向させるために屈曲しているが、後述のように給電部４０側が屈曲している場合には不要であり、その分アンテナ主部３１を長く形成する（図９（ａ）参照）。

給電部４０は、地導体板１０の辺１１と平行に、逆Ｆアンテナ２０の開放端側とダイポールアンテナ３０の開放端側（屈曲部３２）と所定間隔を開けて対向配置されたＥＭ給電部４１と、このＥＭ給電部４１と一端側が電気的に接続される給電ライン４２を備えている。給電ライン４２の他端側は、地導体板１０側に延び、その端部に給電ポイントＰ１を有している。
給電部４０は、全体を通して線幅１ｍｍに形成され、ＥＭ給電部４１の長さは１７ｍｍ（図示せず）に形成され、両端側の約５ｍｍ（図示せず）の給電領域、又は、その近傍の値を有する給電領域が、それぞれ逆Ｆアンテナ２０とダイポールアンテナ３０の開放端側と、０．５ｍｍの間隔を開けて対向している。

なお、一般の逆Ｆアンテナは、モノポールアンテナを途中で折り曲げて低姿勢化した逆Ｌアンテナのインピーダンス整合をとりやすくするために、給電点の外側付近に短絡部を設けたものである。そして、給電点は地導体板に接続されない。
これに対して本実施形態の逆Ｆアンテナ２０では、アンテナ主部２１の開放端側に対向配置された給電部４０で電磁的に結合（ＥＭ結合）すると共に、給電点に対応する第２短絡部２３が地導体板１０に接続されている。
しかし、本実施形態ではＥＭ給電部４１から逆Ｆアンテナ２０に電磁給電（ＥＭ給電）されることで、アンテナ主部２１を介して第２短絡部２３にも電流が流れることで、第２短絡部２３が一般の給電点と同様に作用し、全体として通常の逆Ｆアンテナと同様に機能している。
この点、後述する図８や図１０（ｂ）で使用する逆Ｌアンテナについても同様である。

以上のように構成された円偏波アンテナについてのシミュレーションを行った結果について説明する。
すなわち、逆Ｆ型アンテナ２０（λ／４型）と、ダイポールアンテナ３０（λ／２型）を板金上に直交に配置し、ＥＭ結合による１点給電した結果、容易に製造可能な円偏波アンテナとすることができ、また高利得（約３ｄＢｃ）、高効率（９０％弱）、良好な角度幅、を確保する円偏波を発生させることができた。

図２は、円偏波アンテナ１のリターンロス特性を表した説明図である。
なお、以下に説明する円偏波アンテナ１の特性については、図１に示したように、地導体板１０の辺１１と辺１２の長さ方向をそれぞれＹ軸、Ｘ軸とし、地導体板１０と直交する方向をＺ軸方向として説明する。
図２に示されるように、円偏波アンテナ１の共振周波数ｆ０（Ｍ０２）＝２．４４０ＧＨｚに対して、逆Ｆアンテナ２０の共振周波数がｆ１（Ｍ０１）＝２．３１０ＧＨｚ、ダイポールアンテナ３０の共振周波数がｆ２（Ｍ０３）＝２．５５０ＧＨｚである。
このように、２つの線状アンテナの共振周波数の差δ（＝ｆ２−ｆ１）は、円偏波アンテナ１の共振周波数ｆ０の７％〜１３％の範囲に形成され、好ましくは約１０％に形成される。
そして、本実施形態の円偏波アンテナ１では、逆Ｆアンテナ２０とダイポールアンテナ３０の共振周波数の差δによって、ｆ０において実質π／２の位相差を持つことで、円偏波発生条件の１つが満たされている。

図３は、円偏波アンテナ１の軸比（ＡＲ）特性と指向性特性を表した説明図である。
図３は、共振周波数２．４４ＧＨｚにおける、Ｚ−Ｘ面（φ＝０°）について、（ａ）が軸比特性を、（ｂ）が指向性特性を表している。
図３（ａ）において、斜線領域で示したように、本実施形態の円偏波アンテナ１では、良好な円偏波の目安である３ｄＢ以下の周波数が、１３６．９度〜２０５．６度（ＢＷ＝６８．８度）と、３３３．７度〜４３．３度（ＢＷ＝６９．６度）であり、良好な角度幅が得られていることがわかる。

なお、図３（ａ）の軸比特性では示していないが、Ｚ−Ｘ面（φ＝０°）において、ＡＲ≦３ｄＢとなる角度幅が３０°以上となる周波数範囲は、２．３８〜２．４７ＧＨｚ（比帯域幅＝約３．７％）となっている。

一方、図３（ｂ）に示した指向性特性によれば、点線で囲った領域Ａ、Ｂで示されるように、±Ｚ方向（地導体板１０に垂直な方向）に最大放射方向を持ち、その方向にＥθ成分とＥφ成分で利得差がほとんど存在しない。これにより、本実施形態の円偏波アンテナ１は円偏波発生条件の１を満たしていることが示されている。
また、図３（ｂ）に示したように、本実施形態の円偏波アンテナ１では、放射効率＝８９．３％と高効率が確保されている。

図４、図５は、円偏波アンテナ１の面電流密度（２．４４ＧＨｚ)の分布状態を表した説明図である。
図４（ａ）、（ｂ）が円偏波アンテナ１のｔ＝０とｔ＝Ｔ／４における面電流密度を表し、図５（ｃ）、（ｄ）がｔ＝Ｔ／２とｔ＝３Ｔ／４における面電流密度を表したもので、それぞれの位相が９０度ずれた状態を表している。ここでＴは周期を示す。
なお、図４、５では、図面の画像精度の関係でほぼ白黒状態になっているが、白に近づくほど面電流密度が高い状態を表している。
図４（ａ）に示されるように、ｔ＝０では、逆Ｆアンテナ２０の面電流密度が高く、ダイポールアンテナ３０の面電流密度が低い。
ｔ＝Ｔ／４では、図４（ｂ）に示されるように、逆Ｆアンテナ２０の面電流密度が低く、ダイポールアンテナ３０の面電流密度が高い。
さらにｔ＝Ｔ／２では、図５（ｃ）に示されるように、逆Ｆアンテナ２０の面電流密度が高く、ダイポールアンテナ３０の面電流密度が低い。
さらにｔ＝３Ｔ／４では、図５（ｄ）に示されるように、逆Ｆアンテナ２０の面電流密度が低く、ダイポールアンテナ３０の面電流密度が高い。
このように、円偏波アンテナ１では、逆Ｆアンテナ２０とダイポールアンテナ３０とが、π／２の位相差を持つことで、円偏波が発生していることが示される。

また、図４（ａ）〜図５（ｄ）で示した時間において、地導体板１０に発生している面電流密度をみると、図示していない他の時間を含めたいずれの時間においても、地導体板１０のエッジ（外周辺近傍）に高周波電流が乗るだけである。
即ち、本実施形態の円偏波アンテナ１によれば、地導体板１０の中央部分に高周波電流が乗ることはない。
従って、地導体板１０の一辺の長さをＬとした場合、中央のＬ／２若しくは３Ｌ／５四方の範囲、又はその近傍領域の範囲を切り取ることが可能である。これにより、円偏波アンテナ１の重量を軽くすることが可能である。
また、地導体板１０の当該中央領域に高周波電流が乗らないことから、当該領域内に電子回路等を配設することも可能である。上述のように中央領域を切り取って、切り取り領域内に電子回路等を配設することも可能である。

以上説明したように、本実施形態の円偏波アンテナ１によれば、地導体板１０の直交する２辺１１、１２のそれぞれに対向させて、ほぼπ／２の位相差を有するように形成された逆Ｆアンテナ２０とダイポールアンテナ３０を実質直交するように配設する。
そして、逆Ｆアンテナ２０の開放端側とダイポールアンテナ３０の開放端側のそれぞれに共通の給電部４０のＥＭ給電部４１を対向配置することで、両アンテナ２０、３０に対して電磁的な給電を１点で行う。
このように本実施形態の円偏波アンテナ１では、ＥＭ給電による１点給電方式を採用することで、容易に製造可能となる。
また、第１及び第２線状アンテナとして、逆Ｆアンテナ２０とダイポールアンテナ３０を使用することで、従来のパッチアンテナを使用した円偏波アンテナにくらべて小型化することができる。

図６は、円偏波アンテナ１の配置と偏波の入れ替えについて表した説明図である。
なお、図１０（ａ）を除き、図６以下の図面では、各アンテナの形状や配置状態を説明するものなので、簡略化して表している。
図６（ａ）は、図１で説明した円偏波アンテナ１と同じで、基準となる円偏波アンテナ１を表している。
この基準に対し、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、基準配置した円偏波アンテナ１に対して裏表を反対にすることで、円偏波の旋回方向を逆にすることができる。図６（ｂ）は、左右対称に配置（縦中心軸線に対して裏表を反転）した場合で、図６（ｃ）は上下対称に配置（横中心軸線に対して裏表を反転）した場合である。
このように本実施形態の円偏波アンテナ１によれば、円偏波の旋回方向（右旋／左旋）を容易に変更することができる。

次に、円偏波アンテナ１における変形例について説明する。
図７は、円偏波アンテナ１の変形例の構成を表したものである。
図７（ａ）は、図１で説明した円偏波アンテナ１の２組みを、点対称（反対側）に配置したものである。
すなわち、１つの地導体板１０に対し、逆Ｆアンテナ２０ａとダイポールアンテナ３０ａと給電部４０ａからなる第１円偏波アンテナ１ａと、逆Ｆアンテナ２０ｂとダイポールアンテナ３０ｂと給電部４０ｂからなる第２円偏波アンテナ１ｂの２組を点対称に配置したものである。
この変形例によれば、両円偏波アンテナ１ａ、１ｂの共振周波数（例えば、２．４４ＧＨｚ）を共通、かつ同相で給電することで、実施形態で説明した円偏波アンテナ１に比べて利得を向上させることができる。
一方、第１円偏波アンテナ１ａと第２円偏波アンテナ１ｂを、それぞれ異なる周波数帯のアンテナとすることで、２周波共用の円偏波アンテナを提供することができる。例えば、第１円偏波アンテナ１ａを２．４４ＧＨｚ帯とし、第２円偏波アンテナ１ｂを５．２ＧＨｚ帯とする。

なお、２組の円偏波アンテナを図７（ｂ）に示したように配置した場合には、円偏波の旋回方向が逆向きになり相殺されてしまうため、採用できない配置であるが、２つの組をスイッチングなどで異なるタイミングで給電を行えば、旋回方向（右旋／左旋）を容易に変更することができる。また、２組の円偏波アンテナの共振周波数が十分に離れている場合には、異なる２つの周波数の逆旋偏波を形成することができる。

図８は、他種類のアンテナを組み合わせた各変形例を表したものである。
第１線状アンテナと第２線状アンテナとしては、それぞれ逆Ｆアンテナ、逆Ｌアンテナ、ダイポールアンテナの何れかを選択することが可能であり、その選択可能な組み合わせを図８で表している。なお図面では、逆Ｆアンテナと逆Ｌアンテナを簡略して逆Ｆ、逆Ｌと表記し、ダイポールアンテナをダイポールと簡略して表記している。
図８（ａ）〜（ｃ）は、第１の線状アンテナ、第２の線状アンテナとして、共にλ／４型のアンテナを配置したものである。
図８（ａ）は、開放端側が地導体板１０の同一の角側に来るように、２つの逆Ｆアンテナを配置した、逆Ｆ＋逆Ｆ型の円偏波アンテナである。
一方の逆Ｆアンテナについては、図１で説明したダイポールアンテナ３０の屈曲部３２と同様に、ＥＭ給電部４１と対向するように開放端側を屈曲形成している。このＥＭ給電部４１に対向させるために一方のアンテナの開放端側を屈曲形成することについては図８（ｂ）〜（ｅ）も同様である。

図８（ｂ）は、実施形態のダイポールアンテナ３０に変えて逆Ｌアンテナを配置した、逆Ｆ＋逆Ｌ型の円偏波アンテナの例である。この例においても、給電部４０側を開放端側として屈曲形成し、反対側に短絡部を設けている。
図８（ｃ）は、実施形態の逆Ｆアンテナ２０と、ダイポールアンテナ３０の両者を、共に逆Ｌアンテナに変えて配置した、逆Ｌ＋逆Ｌ型の円偏波アンテナである。
図８（ａ）〜（ｃ）共に、両アンテナの短絡部のそれぞれが、地導体板１０に対して対角線上に位置するように配置されている。

図８（ｄ）は、実施形態の逆Ｆアンテナ２０に変えて逆Ｌアンテナを配置した、逆Ｌ＋ダイポール型の円偏波アンテナの例である。この変形例では、実施形態と同様にλ／４型とλ／２型のアンテナ使用している。

なお、図８（ａ）〜（ｄ）で説明した各変形例にかかる円偏波アンテナでは、いずれもλ／４型のアンテナ（逆Ｆアンテナ、逆Ｌアンテナ）を使用しているため、地導体板１０が必要になる。
そして、実施形態の円偏波アンテナ１に対して図４、図５で説明したと同様に、図８（ａ）〜（ｄ）の各変形例における地導体板１０の中央部にも高周波電流が乗ることはない。従って、これらの変形例においても、地導体板１０の中央部を切り取ったり、電子回路を配設したりすることができる。

図８（ｅ）は、実施形態の逆Ｆアンテナ２０に変えて、ダイポールアンテナを配置した、ダイポール＋ダイポール型の円偏波アンテナの例である。
この変形例によれば、共にλ／２型のアンテナであるため、地導体板１０が不要になり、軽量の円偏波アンテナとすることが可能である。

以上、図８（ａ）〜（ｅ）に示した各変形例の円偏波アンテナについて説明したが、その配置を図６で説明したように変更することで円偏波の旋回方向を選択することができる。
また、図７とその変形（多周波）で説明したように、第１円偏波アンテナ１ａ、第２円偏波アンテナ１ｂの、いずれも図８（ａ）〜（ｅ）のうちの任意の１つを選択することも可能である。

図９は、円偏波アンテナ１における、給電部分の形状を変更した変形例についての説明図である。
図１で説明した実施形態の円偏波アンテナ１では、逆Ｆアンテナ２０のアンテナ主部２１と、ダイポールアンテナ３０の屈曲部３２とが、ほぼ同一直線上に配置されることで、直線状のＥＭ給電部４１を両アンテナの開放端側に対向配置する場合について説明した。
図９（ａ）では、ダイポールアンテナ３０ｃ（第２線状アンテナ）の開放端側を屈曲せずに、直線形状のアンテナ主部３１ｃだけで構成し、その代わりにＥＭ給電部４１ｃを屈曲させることで、ダイポールアンテナ３０ｃの開放端に対向配置したものである。
図９（ｂ）では、逆Ｆアンテナ２０のアンテナ主部２１と、ダイポールアンテナ３０ｄの屈曲部３２とを同一線上に配置せずに、所定間隔を開けて平行に配置すると共に、当該所定間隔の内にＥＭ給電部４１ｄを配置したものである。これにより、図９の例では、ＥＭ給電部４１の地導体板１０と対向する側を内側、反対側を外側とした場合に、逆Ｆアンテナ２０のアンテナ主部２１はＥＭ給電部４１ｄの外側と対向し、ダイポールアンテナ３０ｄの屈曲部はＥＭ給電部４１ｄの内側と対向することになる。
なお、図９（ａ）、（ｂ）に示した、両アンテナ（第１線状アンテナと第２線状アンテナ）の開放端側の形状及びＥＭ給電部の形状と配置については、図７、図８で説明した各変形例、及び、この後に説明する変形例についても同様に適用が可能である。

図１０は、円偏波アンテナ１の他の変形例の構成を表した説明図である。
図１０（ａ）は、逆Ｆアンテナ２０、ダイポールアンテナ３０、給電部４０を立体構造にした円偏波アンテナの変形例である。
図１０（ａ）に示すように、地導体板１０と接続されている逆Ｆアンテナ２０ｅの第１短絡部２２ｅと第２短絡部２３ｅを地導体板１０に対して直角に折り曲げることで、Ｚ−Ｙ平面上に形成している。
ダイポールアンテナ３０ｅについては、上述したように電圧がゼロである長さ方向の中央部分を短絡部３３ｅで接続し、当該短絡部３３ｅを地導体板１０に対して直角に折り曲げることで、Ｚ−Ｘ平面上に形成している。
また、逆Ｆアンテナ２０ｅとダイポールアンテナ３０ｅを直角方向に折り曲げたことに対応して、給電部４０ｅについても同様に、地導体板１０に対して直交するように給電ライン４２ｅを立体構造とし、Ｚ−Ｙ平面上に形成している。
なお、ダイポールアンテナ３０ｅの屈曲部３２ｅについては、立体構造にしたことに伴い、図１で説明した実施形態に比べて長さが短くなっている。この屈曲部３２ｅを短くしたことに対応して、ダイポールアンテナ３０ｅのＥＭ給電部４１ｅとの対向する長さが短くならないようにするため、ＥＭ給電部４１ｅのダイポールアンテナ３０ｅ側の端部４３ｅを辺１２（図１参照）方向に屈曲させている。
この図１０（ａ）に示した変形例によれば、円偏波アンテナ全体の配設面積を小さくすることができる。

一方、図１０（ｂ）の変形例では、図１で説明した円偏波アンテナの逆Ｆアンテナ２０とダイポールアンテナ３０の更に外側に、第２の円偏波アンテナとして、逆Ｌアンテナ５０とダイポールアンテナ６０を配設したものである。
図１０（ｂ）に示すように、逆Ｌアンテナ５０は、逆Ｆアンテナ２０の第２短絡部２３の延長線上に、短絡部（一般の逆Ｌアンテナにおける給電ライン部分）を形成する。
なお、給電部４０については、２組の円偏波アンテナに共通して電磁給電するようにしている。
この変形例によれば、多周波の円偏波アンテナを提供することができる。

以上本実施形態の円偏波アンテナ１とその変形例について説明したが、更に各種の変形をすることが可能である。
例えば、説明した各円偏波アンテナを、ガラスエポキシ樹脂等の比誘電率が高い基板上に形成するようにしてもよい。これにより、同一サイズを基準にした場合の波長が短縮することを利用し、同一波長（同一共振周波数）で小型化した円偏波アンテナを提供することが可能になる。

また、説明した実施形態及び変形例では、いずれも単層の円偏波アンテナについて説明したが、ガラスエポキシ樹脂等の高比誘電率基板の上に説明した実施形態、変形例の各円偏波アンテナを配設した組を１層のアンテナ層とした場合に、当該アンテナ層を多層化（例えば２層、４層、８層）するようにしてもよい。
この場合、各層の偏波共用アンテナにおける、地導体板１０、逆Ｆアンテナ２０、ダイポールアンテナ３０、及び、給電部４０の各部については、相互にビア接続する。但し、給電部４０の給電ライン４２については、１層とし、何れか１の層のＥＭ給電部４１に接続する構成としてもよい。
なお、多層化する場合、最下層の高比誘電率基板を省略することで、アンテナをｎ層、高比誘電率基板をｎ−１層とすることで、多層化した円偏波アンテナの両外側面にアンテナ層がくるように配置してもよい。

また、説明した実施形態、変形例では、いずれも開放端を除き直線状態のアンテナエレメント形状について説明したが、直線形状には限られない。
例えば、ミアンダ形状やヘリカル形状、更に端部屈曲形状（先端折れ曲げ形状）とすることも可能である。

１ 円偏波アンテナ
１０ 地導体板
１１、１２ 辺
２０ 逆Ｆアンテナ
２１ アンテナ主部
２２ 第１短絡部
２３ 第２短絡部
３０ ダイポールアンテナ
３１ アンテナ主部
３２ 屈曲部
４０ 給電部
４１ ＥＭ給電部
４２ 給電ライン

Claims (11)

1. 少なくとも１の開放端を有する第１線状アンテナと、
   少なくとも１の開放端を有し、当該開放端側と前記第１線状アンテナの開放端側とが所定間隔で、前記第１線状アンテナとほぼ直交状態に配設され、円偏波を実現する周波数において、前記第１線状アンテナとの位相差が実質π／２となる第２線状アンテナと、
   前記第１線状アンテナの前記開放端側、及び前記第２線状アンテナの前記開放端側のそれぞれと、所定間隔をおいて対向配置されることで、前記第１線状アンテナ及び前記第２線状アンテナに電磁的に接続されるＥＭ給電部と、
   前記ＥＭ給電部と電気的に接続され、前記ＥＭ給電部を介して前記第１線状アンテナ及び前記第２線状アンテナに給電する給電ラインと、
   を具備したことを特徴とする円偏波アンテナ。
2. 地導体板を更に備え、
   前記第１線状アンテナは、前記地導体板の端面とほぼ平行に配設され、開放端側が前記ＥＭ給電部と対向配置されるアンテナ主部と、前記アンテナ主部の前記開放端側の反対側端部と前記地導体板とを短絡する第１短絡部と、前記アンテナ主部の前記第１短絡部よりも開放側において、前記アンテナ主部と前記地導体板とを短絡する第２短絡部と、
   を有する逆Ｆアンテナである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ。
3. 地導体板を更に備え、
   前記第１線状アンテナは、前記地導体板の端面とほぼ平行に配設され、開放端側が前記ＥＭ給電部と対向配置されるアンテナ主部と、前記アンテナ主部の前記開放端側の反対側端部と前記地導体板とを短絡する第１短絡部と、を有する逆Ｌアンテナである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ。
4. 前記第１線状アンテナは、ダイポールアンテナである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナ。
5. 前記第２線状アンテナは、ダイポールアンテナ、逆Ｆアンテナ、又は、逆Ｌアンテナである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナ。
6. 当該円偏波アンテナにおける円偏波の共振周波数ｆに対し、前記第１線状アンテナの共振周波数ｆ１と前記第２線状アンテナの共振周波数ｆ２の差δが、０．０７ｆ〜０．１３ｆである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナ。
7. 前記差δは、０．１ｆである、
   ことを特徴とする請求項６に記載の円偏波アンテナ。
8. 前記円偏波の共振周波数ｆがｆ＝２．４４ＧＨｚで、前記第１線状アンテナの共振周波数ｆ１がｆ１＝２．３１ＧＨｚ、前記第２線状アンテナの共振周波数ｆ２がｆ２＝２．５５ＧＨｚである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナ。
9. 高比誘電体基板を備え、
   前記第１線状アンテナと前記第２線状アンテナは、前記高比誘電体基板上に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナ。
10. 前記第１線状アンテナ、前記第２線状アンテナ、及び前記ＥＭ給電部のそれぞれは、互いにビア接続された複数層で形成されている、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナ。
11. 前記第１線状アンテナ及び前記第２線状アンテナは、アンテナエレメント部分の形状が、直線形状、ミアンダ形状、ヘリカル形状、又は、先端折れ曲げ形状、である、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１の請求項に記載の円偏波アンテナ。

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