JP4180544B2 - 円偏波ループアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、一辺を共用する２種類の矩形状ループアンテナの励振によって円偏波を発生する円偏波ループアンテナ装置に関する。

この種の円偏波ループアンテナ装置は、９０度位相差回路等を付設することなく簡素な構成で円偏波を発生することができ、またパッチアンテナに比べて安価に製造できるという利点があるため、通信用や放送用として利用価値が高い。

図４はこの種の円偏波ループアンテナ装置の従来例を示す平面図であり、このループアンテナ装置１では誘電体基板２の天面に帯状導体からなる放射素子３がパターニングされている。この放射素子３は、一隅に給電部４を設けた略正方形の枠状導体からなる第１のループアンテナ５と、第１のループアンテナ５に連続する長方形の枠状導体からなる第２のループアンテナ６とに区別されるが、両ループアンテナ５，６は分岐導体７を共用している。つまり、第１のループアンテナ５の給電部４から離間した一辺に相当する分岐導体７が、第２のループアンテナ６の給電部４寄りの一辺を兼ねている。なお、放射素子３から放射される電界を上方へ集中させて利得を高めるために、誘電体基板２の底面にはほぼ全面に図示せぬ接地導体が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

このように概略構成された従来のループアンテナ装置１は、給電部４に所定の高周波電力を供給することにより、第１のループアンテナ５と第２のループアンテナ６をそれぞれ共振させることができる。そのため、第１のループアンテナ５の励振モードと第２のループアンテナ６の励振モードとに約９０度の位相差が生じるように寸法設定しておくことにより、円偏波アンテナとして動作させることが可能となる。
特開２００１−７６３２号公報（第２頁、図１０）

しかしながら、上述した従来の円偏波ループアンテナ装置１では、図４に示すように、第１のループアンテナ５の励振によって発生する電界Ｅ１の向きと、第２のループアンテナ６の励振によって発生する電界Ｅ２の向きとが略直交していないため、最大放射方向における軸比が不所望に大きな楕円偏波になってしまうという問題があった。また、本発明者らのシミュレーション結果によると、かかる従来構造を採用した円偏波ループアンテナ装置の場合、最大放射方向における軸比は３ｄＢ程度が限界で、軸比が十分に小さい良好な円偏波の放射パターンを得ることは困難であることがわかった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、軸比特性を大幅に改善した高性能の円偏波ループアンテナ装置を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明の円偏波ループアンテナ装置では、一隅に給電部を設けた矩形枠状の導体からなる第１のループアンテナと、該第１のループアンテナに連続する矩形枠状の導体からなる第２のループアンテナとのみで構成され、かつ前記第１のループアンテナの前記給電部から離間した一辺と、前記第２のループアンテナの前記給電部寄りの一辺とが一部共用されていると共に、これら両辺の長さを所定量異ならせることによって、前記第１のループアンテナが励振されて発生する主たる電界の向きと、前記第２のループアンテナが励振されて発生する主たる電界の向きとが略直交するように設定した。

このように、第２のループアンテナの給電部寄りの一辺を、第１のループアンテナの給電部から離間した一辺と共用で該一辺よりも長い辺としたり、あるいは第１のループアンテナの該一辺の一部と共用で該一辺よりも短い辺となすことによって、第１のループアンテナが励振されて発生する主たる電界Ｅ１の向きと、第２のループアンテナが励振されて発生する主たる電界Ｅ２の向きとがなす角度を増大させることができるため、電界Ｅ１の向きと電界Ｅ２の向きとが略直交するように設定して、最大放射方向における軸比が十分に小さな円偏波の放射パターンを得ることが可能となる。

例えば、第１のループアンテナの前記一辺よりも第２のループアンテナの前記一辺のほうが長い構成にした場合、共振長をλとして空気中における各部の寸法を、第１のループアンテナは前記一辺の長さを(λ／４)−(λ／１６)、該一辺に直交する辺の長さをλ／４とし、かつ第２のループアンテナは前記一辺の長さをλ／４、該一辺に直交する辺の長さを(λ／４)−(λ／７)と設定しておくことにより、最大放射方向における軸比を十分に小さくすることができる。

また、かかる円偏波ループアンテナ装置において、第１および第２のループアンテナが誘電体基板の表面にパターニングされていれば、両ループアンテナを高い寸法精度で形成できると共に機械的に安定させることができ、かつ誘電体による波長短縮効果によって両ループアンテナの小型化も促進できるため好ましい。ただし、第１および第２のループアンテナが帯状金属板を折曲加工してなる板金製であってもよく、その場合はコストダウンが期待できる。

本発明の円偏波ループアンテナ装置は、矩形枠状の導体の一辺を一部共用する第１のループアンテナと第２のループアンテナとのみで構成され、第２のループアンテナの給電部寄りの一辺を、第１のループアンテナの給電部から離間した一辺と共用で該一辺よりも長い辺としたり、あるいは第１のループアンテナの前記一辺の一部と共用で該一辺よりも短い辺となすことによって、第１のループアンテナが励振されて発生する主たる電界の向きと、第２のループアンテナが励振されて発生する主たる電界の向きとが略直交するように設定してあるため、最大放射方向における軸比が十分に小さな円偏波の放射パターンを得ることができる。それゆえ、軸比特性を大幅に改善した高性能の円偏波ループアンテナ装置を提供することができる。

実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る円偏波ループアンテナ装置の平面図であり、同図に示すループアンテナ装置１１は、誘電体基板１２の表面にパターニングされている放射素子１３の形状が従来例と大きく異なっている。この放射素子１３は、一隅に給電部１４を設けた横長矩形枠状の導体からなる第１のループアンテナ１５と、第１のループアンテナ１５に連続する縦長矩形枠状の導体からなる第２のループアンテナ１６とに区別され、第２のループアンテナ１６の給電部１４寄りの一辺１６ａの一部が、第１のループアンテナ１５の給電部１４から離間した一辺１５ａと共用されている。また、放射素子１３から放射される電界を上方へ集中させて利得を高めるために、誘電体基板１２の底面にはほぼ全面に図示せぬ接地導体が設けられている。

放射素子１３が空気中にあって誘電体基板１２が存しないとした場合の各部の寸法の最適値は、共振長をλとして、第１のループアンテナ１５の短辺１５ａの長さが(λ／４)−(λ／１６)、該短辺１５ａに直交する長辺１５ｂの長さがλ／４、第２のループアンテナ１６の長辺１６ａの長さがλ／４、該長辺１６ａに直交する短辺１６ｂの長さが(λ／４)−(λ／７)である。したがって、誘電体基板１２に使用する誘電体の波長短縮効果を考慮して、放射素子１３の各部の寸法を適宜設定すればよい。このように寸法設定されたループアンテナ装置１１は、給電部１４に所定の高周波電力を供給することにより、第１のループアンテナ１５の励振モードと第２のループアンテナ１６の励振モードとに約９０度の位相差を生じさせることができるため、円偏波アンテナとして動作させることができる。

しかも、このループアンテナ装置１１は、第１のループアンテナ１５の短辺１５ａよりも第２のループアンテナ１６の長辺１６ａが所定量長くしてあるため、第１のループアンテナ１５が励振されて発生する主たる電界Ｅ１の向きと、第２のループアンテナ１６が励振されて発生する主たる電界Ｅ２の向きとが、略直交している。それゆえ、このループアンテナ装置１１の最大放射方向における軸比は０．７ｄＢ程度と十分に小さく、良好な円偏波の放射パターンを得ることができる。また、このループアンテナ装置１１は、第１および第２のループアンテナ１５，１６が誘電体基板１２の表面にパターニングされているので、両ループアンテナ１５，１６を高い寸法精度で形成できると共に機械的に安定させることができ、かつ誘電体による波長短縮効果によって両ループアンテナ１５，１６の小型化も促進できる。

なお、ループアンテナ装置１１の第１および第２のループアンテナ１５，１６は完全な矩形枠状でなくてもよく、図２に示すように、角部を面取りした形状にしてもよい。また、第２のループアンテナ１６の給電部１４寄りの一辺１６ａが、第１のループアンテナ１５の給電部１４から離間した一辺１５ａの一部と共用されている構成、つまり辺１６ａが辺１５ａよりも短い構成にすることによっても、電界Ｅ１の向きと電界Ｅ２の向きを略直交させることは可能である。

図３は本発明の第１実施形態例に係る円偏波ループアンテナ装置の斜視図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。

図３に示すループアンテナ装置２１は、第１および第２のループアンテナ１５，１６によって構成される放射素子１３が帯状金属板を折曲加工して形成されており、この板金製の放射素子１３を一対の樹脂ケース１７，１８によって収納保持している点が前述した第１実施形態例と大きく異なっている。このように第１および第２のループアンテナ１５，１６を板金製にすることにより、製造コストの低減が期待できる。

本発明の第１実施形態例に係る円偏波ループアンテナ装置の平面図である。 該ループアンテナ装置の変形例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態例に係る円偏波ループアンテナ装置の斜視図である。 従来例に係る円偏波ループアンテナ装置の平面図である。

符号の説明

１１，２１ ループアンテナ装置
１２ 誘電体基板
１３ 放射素子
１４ 給電部
１５ 第１のループアンテナ
１５ａ （第１のループアンテナの）短辺
１６ 第２のループアンテナ
１６ａ （第２のループアンテナの）長辺
１７，１８ 樹脂ケース

Claims (6)

1. 一隅に給電部を設けた矩形枠状の導体からなる第１のループアンテナと、該第１のループアンテナに連続する矩形枠状の導体からなる第２のループアンテナとのみで構成され、かつ前記第１のループアンテナの前記給電部から離間した一辺と、前記第２のループアンテナの前記給電部寄りの一辺とが一部共用されていると共に、これら両辺の長さを所定量異ならせることによって、前記第１のループアンテナが励振されて発生する主たる電界の向きと、前記第２のループアンテナが励振されて発生する主たる電界の向きとが略直交するように設定したことを特徴とする円偏波ループアンテナ装置。
2. 請求項１の記載において、前記第１のループアンテナの前記一辺よりも前記第２のループアンテナの前記一辺のほうが長いことを特徴とする円偏波ループアンテナ装置。
3. 請求項２の記載において、共振長をλとしたとき、空気中における各部の寸法を、前記第１のループアンテナは前記一辺の長さを(λ／４)−(λ／１６)、該一辺に直交する辺の長さをλ／４とし、かつ前記第２のループアンテナは前記一辺の長さをλ／４、該一辺に直交する辺の長さを(λ／４)−(λ／７)としたことを特徴とする円偏波ループアンテナ装置。
4. 請求項１の記載において、前記第１のループアンテナの前記一辺よりも前記第２のループアンテナの前記一辺のほうが短いことを特徴とする円偏波ループアンテナ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記第１および第２のループアンテナが誘電体基板の表面にパターニングされていることを特徴とする円偏波ループアンテナ装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記第１および第２のループアンテナが折曲加工された帯状金属板からなることを特徴とする円偏波ループアンテナ装置。

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