JP4201273B2 - マルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナおよびそれを用いた無線システム - Google Patents

Description

本発明は、マルチバンド対応円偏波アンテナ技術に関し、特に、１個の給電点で多周波に対応でき、RF回路との接続が容易で、かつ良好な送信効率、受信効率を実現できるマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナおよびそれを用いた無線システムに関する。

現在、携帯電話ではＰＤＣ（Personal Digital Celluler），ＦＯＭＡ，ＣＤＭＡ２０００，ＰＨＳ（Personal Handyphone System）等の第２世代の携帯電話、無線ＬＡＮではIEEE802.11a，802.11b，802.11gやBluetooth等、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems）ではＧＰＳ（Global Positioning System），ＶＩＣＳ（Vehicle Information Communication System），ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）等の無線規格に対応して複数の周波数が用いられており、将来も複数の周波数が並存する環境が続くと予想されている。

しかし、従来の無線通信では単一周波数のアンテナが用いられていたため、複数の周波数に対応する無線装置では単一周波数のアンテナを複数設ける必要があり、大型化していた。

また、無線装置表面で電波を良好に送受信できる領域は限られており、全てのアンテナを良好な電波環境に設置するには限界があった。そこで近年では１個のアンテナで複数の周波数に対応できる多周波（マルチバンド)対応アンテナが注目されている。

マルチバンド対応アンテナの従来例としては、１つはアンテナに複数の周波数に対応した放射素子を持たせる構造がある。例えば、共振長の異なる複数の放射素子を用いた構造としては、『多層板構成の３周波共振アンテナの設計と実測結果（電子情報通信学会技術報告,AP2002-141,p41〜46,2003年）』（非特許文献１）、『Multifrequency Microstrip Patch Antenna Using Multiple Stacked Elements (IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol.13, No.3, p123-124,2003年) 』（非特許文献２）、『２周波共用マイクロストリップアンテナ構成法の一検討（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-161）』（非特許文献３）等に開示されている。

しかしながら、上記のアンテナは、複数のアンテナを１箇所に配置した構造であり、無線装置表面で電波を良好に送受信できる領域は限られているため所望の電波全てを良好に送受信するのは困難であった。

また、１つの放射素子に複数の共振長を持たせた構造も提案されている。例えば、『変形シルピンスキー型マイクロストリップアンテナの放射特性に関する一検討（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-162）』（非特許文献４）、『２周波スロットボウタイアンテナ（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-176）』（非特許文献５）等の文献がある。

しかしながら、変形シルピンスキー型マイクロストリップアンテナでは、３つのバンドで放射パターンが異なり、同一エリアにおいて３周波を同じ条件で送受信できないという課題があった。また２周波スロットボウタイアンテナは、構造上３周波程度までしか対応できないと思われる。

そこで、アンテナの共振長をスイッチで切替える方法が多数提案されている。例えば、特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）、特開２００２−２６1５３３号公報（特許文献２）、特開２００３−１２４７３０号公報（特許文献３）、米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）等がある。

特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）では、図１３に示すように、金属片１０１をＰＩＮダイオード１０２で接続してダイポールアンテナを構成している。ＰＩＮダイオード１０２にバイアスを印加してＰＩＮダイオード１０２の導通／遮断を切替えて共振長を変化させる。

そのため、１個の周波数に対してのみ共振し、所望以外の周波数の電波に対しては利得を小さくできるので、信号のS／N低下を抑制できる。特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）に用いられるダイポールアンテナは平衡電流で励振する必要がある。

しかしながら、ＲＦ回路に用いられる線路はマイクロストリップ線路やコプレナー線路等の不平衡電流を用いる場合が多く、平衡電流が必要な場合はアンテナと線路の間にバランを設けなければならない。

一般にバランは帯域が狭いため複数の周波数には対応できず、１個の周波数に対して１個ずつバランが必要となる。そのためマルチバンドに対応するためには、ダイポールアンテナの給電点近傍にマルチバンドの数だけバランを配置する必要があり、バランの設置面積でマルチバンドの数が制限されてしまう。よって特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）はデュアルバンド等の周波数帯の少ない場合は使えるが、周波数帯の多いマルチバンドには対応できないと思われる。

特開２００２−２６１５３３号公報（特許文献２）では、図１４に示すように、アンテナ素子パターン２１８に１個の給電点（給電パターン）２１９と複数の接地点（接地パターン）２２０a，２２０b，２２０ｃ，２２０ｄを設け、これらの接地点２２０a，２２０ｂ，２２０ｃ，２２０ｄをそれぞれスイッチＳＷ２２１ａ，ＳＷ２２１ｂ，ＳＷ２２１ｃ，ＳＷ２２１ｄで切替えて共振長を変化させるものである。２１１はアンテナ部、２１２は配線基板、２１３はグランドパターン、２１４はＲＦモジュールである。

しかしながら、特開２００２−２６１５３３号公報（特許文献２）ではスイッチで短絡点を切替えるため、各周波数でアンテナの入力インピーダンスが変化してしまう。よって整合の取れる範囲内でしか接地点を動かすことができず、マルチバンドで可変しうる周波数範囲を大きくできないと思われる。

実際に特開２００２−２６１５３３号公報（特許文献２）で開示された可変周波数帯は1.55〜2.2ＧＨｚであり、中心周波数1.8ＧＨｚに対して３0％と小さい。よって携帯電話等の比較的近接した周波数帯を用いる場合は対応可能であるが、無線ＬＡＮのように2.4ＧＨｚ帯と5.2ＧＨｚ帯を用いる場合は対応できないと予想される。

特開２００３−１２４７３０号公報（特許文献３）では、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の放射素子３２０，第２の放射素子３３０，第３の放射素子３４０が切替え可能な給電点と短絡点を共有しており、スイッチＳＷ３６０，ＳＷ３６２によって給電点と短絡点を切替えることで４つの周波数帯を実現している。３００はアンテナ構造、３０５は短絡平面、３１０はサブアンテナ構造、３２２は第１の端部、３２４は給電ライン、３３２は第２の端部、３３４は間隔、３４２は第３の端部、３５０は給電ライン、３７０と３７２は無線周波数モジュール、Ａ１，Ａ２は開口である。

しかしながら、特開２００３−１２４７３０号公報（特許文献３）では３つの放射素子３２０，３３０，３４０を同一平面に配置する必要があり、無線装置表面で電波を良好に送受信できる領域は限られていることから、４つの電波全てを良好に送受信するのは困難である。

米国特許ＵＳＰ６１９８４３８（特許文献４）では、図１６に示すように、マトリックス状に配置された要素素子４００が各々ＭＥＭＳスイッチ４２０で接続される構造となっている。

全てのＭＥＭＳスイッチ４２０をＯＦＦ(遮断状態)にした場合は個々の要素素子の１辺が共振長となり、高周波に対応する。一方、全てのＭＥＭＳスイッチをＯＮ(導通状態)にした場合は個々の要素素子は接続されて全体が１個の矩形の放射素子となり、低周波で共振する。

ここで、米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）では線路の特性インピーダンス（通常は50Ωを用いる）と整合するため、高周波の給電点４０５（個々の要素素子毎に設けられる）と低周波の給電点４１０（全体で一個設けられる）で異なる点を用いる。そのためマトリックス状に配置されたアレイアンテナに配置できる給電点の数によって対応できるマルチバンドの数が限定される欠点がある。

また、給電点を切替えるスイッチが必要になることから、アンテナの構造が複雑化してしまう。更に、ＭＥＭＳスイッチ４２０上には給電点を設けることが困難といった欠点もある。図１６の例では１個の要素素子で共振させる高周波給電点４０５と３×３アレイ全体で共振させる低周波給電点４１０は要素素子（放射素子４００）上に配置できるが、２×２アレイを共振させたい場合はＭＥＭＳスイッチ上に給電点が来るため、たとえ３×３アレイを使っても２周波のみにしか対応できない。

また、多くの通信規格が並存するようになると周波数だけではなく偏波を制御して通信容量を改善する方法も取られている。従来は１個の直線偏波を用いていたが水平偏波と垂直偏波を切替える偏波ダイバシチーや円偏波が注目されつつあり、既にＧＰＳ（Global Positioning System），ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System），ＳＡＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Services）等では円偏波が採用されている。

前記の従来例では、特許文献１の多層板構成の３周波共振アンテナにおいてＧＰＳ用アンテナとＥＴＣ用アンテナは円偏波対応としている。しかしながら多層板構成の３周波共振アンテナでは１個の放射素子が１つの周波数に対応しており、１つの周波数では１個の偏波となり偏波自体を切替える機能は持っていない。そのため同一周波数で偏波を切替える場合は偏波に対応した数だけ放射素子が必要となり、アンテナが大型化する欠点がある。

また、アンテナの共振長をスイッチで切替える方法を開示した特許文献１〜４では円偏波は実現されておらず、偏波を切替える機能も持っていない。

なお、本出願人は、テーパードスロットアンテナに関して、特許出願を行っている。例えば、特開平１０−１３１４１号公報（特許文献５），特開平１０−１３１４３号公報（特許文献６），特開平１０−１７３４３２号公報（特許文献７），特開平１１−１６３６２６号公報（特許文献８）等がある。テーパードスロットアンテナは入力インピーダンスが広帯域に渡り一定であり、広帯域アンテナに区分される。比較的広い周波数帯で送受信が可能であるが、偏波切替え・指向性制御の機能は持っていない。

特開２０００−２３６２０９号公報 特開２００２−２６1５３３号公報 特開２００３−１２４７３０号公報 米国特許ＵＳＰ６1９８４３８ 特開平１０−１３１４１号公報 特開平１０−１３１４３号公報 特開平１０−１７３４３２号公報 特開平１１−１６３６２６号公報 多層板構成の３周波共振アンテナの設計と実測結果（電子情報通信学会技術報告,AP2002-141,p41〜46,2003年） Multifrequency Microstrip Patch Antenna Using Multiple Stacked Elements (IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol.13, No.3, p123-124,2003年) ２周波共用マイクロストリップアンテナ構成法の一検討（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-161） 変形シルピンスキー型マイクロストリップアンテナの放射特性に関する一検討（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-162） ２周波スロットボウタイアンテナ（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-176）

本発明は、１個の給電点で多周波に対応でき、RF回路との接続が容易で、かつ良好な送信効率、受信効率を実現できるマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ技術を提供することを目的とするものである。以下、請求項毎の目的を記す。

請求項１〜４は、１個の給電点で多周波に対応でき、RF回路との接続が容易で、かつ良好な送信効率、受信効率を実現できるマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの構造を提供することを目的としている。

請求項５は、より高い周波数に対応できるマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの構造やＥＴＣ、ＧＰＳ等の低い周波数に対応できるマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの構造を提供することを目的としている。

請求項６〜７は、前記スイッチの形状を工夫することによって、より帯域幅の広いマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの構造を提供することを目的としている。

請求項８は、良好な送信、受信あるいは送受信が行える無線システムの構造を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を有している。以下、請求項毎の構成を述べる。

ａ）請求項１記載の発明は、誘電体の上面に対角線上に給電点を持つ長方形の給電素子と、該給電素子を取り囲む矩形の無給電素子がマトリックス状に配置され、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間がスイッチによって接続され長方形の放射素子を形成する構造を有するマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、W側の２つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をLi、L側の２つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をWi、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちW側に相当する辺の長さをW'、W'側の２つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をLi'、L'側の２つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をWi'とした場合、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'の関係にある前記長方形の放射素子の形状が、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間を接続する前記スイッチによって、前記給電素子を取り囲むように多重に複数形成され、かつ該複数形成された長方形の放射素子はそれぞれ同じ前記給電点を用いるとともに、前記複数形成された長方形の放射素子の形状と前記給電点との相対位置は、前記給電素子と前記給電点との相対位置と相似の関係にあることを特徴としている。

ｂ）請求項２記載の発明は、請求項１に記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記給電点に切替スイッチによって接続される整合回路を設けたことを特徴としている。

ｃ）請求項３記載の発明は、誘電体の上面に長方形の給電素子を有し、前記給電素子は長方形の１つの頂点から給電され、かつ前記給電素子の給電点と対向する頂点を構成する２辺を取り囲む矩形の無給電素子がマトリックス状に配置され、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間はスイッチによって接続され長方形の放射素子を形成する構造を有するマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナであって、前記長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちW側に相当する辺の長さをW'とした場合、L/W=L'/W'の関係にある前記長方形の放射素子の形状が、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間を接続する前記スイッチによって、前記給電素子を取り囲むように多重に複数形成され、かつ該複数形成された長方形の放射素子はそれぞれ同じ前記給電点を用いるとともに、前記複数形成された長方形の放射素子の形状と前記給電点との相対位置は、前記給電素子と前記給電点との相対位置と相似の関係にあることを特徴としている。

ｄ）請求項４記載の発明は、請求項３に記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記給電点に整合回路を設けたことを特徴としている。

ｅ）請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記スイッチがＭＥＭＳスイッチまたはＰＩＮダイオードの少なくとも一方であることを特徴としている。

ｆ）請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記スイッチは、前記給電素子または無給電素子の辺とほぼ同じ長さにわたって形成されることを特徴としている。

ｇ）請求項７記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記スイッチの各々は、他のスイッチと対向する先端部分の形状をＶ字形状に延長し、対向する４つのスイッチの間隙がＸ字状になるようにしたことを特徴としている。

ｈ）請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを用いたことを特徴とする送信，受信または送受信の無線システムである。

本発明は、上記の構成を有することで、次のような効果を有している。以下、請求項毎の効果を述べる。

ａ）請求項１記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナは、誘電体の上面に対角線上に給電点を持つ長方形の給電素子と、給電素子を取り囲む矩形の無給電素子がマトリックス状に配置され、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間はスイッチによって接続され長方形の放射素子を形成できる構造となっている。更に長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、W側の２つの辺と給電点との距離のうち小さい方をLi、L側の２つの辺と給電点との距離のうち小さい方をWi、前記のスイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、W側に相当する辺の長さをW'、W'側の２つの辺と給電点との距離のうち小さい方をLi'、L'側の２つの辺と給電点との距離のうち小さい方をWi'とした場合、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'の関係にある前記長方形の放射素子の形状が、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間を接続する前記スイッチによって、前記給電素子を取り囲むように多重に複数形成され、かつ該複数形成された長方形の放射素子はそれぞれ同じ前記給電点を用いるとともに、前記複数形成された長方形の放射素子の形状と前記給電点との相対位置は、前記給電素子と前記給電点との相対位置と相似の関係になっている。

したがって、全てのスイッチがＯＦＦの場合、給電素子は無給電素子と分離されて給電素子のみで共振する。長方形の給電素子を対角線上から給電するとL側とW側で直交した２つのモードが励振され、LとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した２つのモードの位相差が９０度となり円偏波が実現できる。

また、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子をスイッチで接続して長方形の放射素子を形成した場合は、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'となっているため、スイッチで接続された放射素子の外形は給電素子と相似の関係になり、対角線上から給電される。

よって、スイッチで接続された長方形の放射素子は共振周波数の異なる円偏波を放射する。上記のように本発明の円偏波アンテナは全てのスイッチをＯＦＦした場合は高周波のみで共振し、スイッチをＯＮした場合は低周波のみで共振するため、低周波に相当するアンテナ面積でデュアルバンドの円偏波に対応でき、アンテナを小型化できる。

また、給電素子は長方形の放射素子に含まれるので、長方形の放射素子を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子も良好な電波状況に置くことができる。

更に、給電素子、長方形の放射素子とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。

また、給電素子がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、同軸線を用いた不平衡電流で励振できる。そのため特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）とは異なり、バランが必要なくRF回路との接続が容易になる。

入力インピーダンスについて見ると、長方形の給電素子とスイッチで接続された長方形の放射素子では外形が相似でかつ給電点の相対位置も同じであることから、給電素子単体で共振した場合の入力インピーダンスとスイッチで接続された長方形の放射素子の入力インピーダンスとはほぼ近い値になる。

そのため、スイッチのＯＮ,ＯＦＦによって選択可能な各周波数において１個の給電点でほぼ整合され、反射が抑制されて電波を効率よく送信あるいは受信できる。よって米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）と異なり周波数毎に給電点を切替える必要がなく、給電素子の給電点のみで多周波に対応でき、米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）アンテナよりも構造が簡単になる。

また、全てのスイッチをＯＦＦした場合とスイッチをＯＮして複数の長方形の放射素子を形成した場合では全て共振周波数が異なり、スイッチの接続によって複数の周波数帯を選択することができる。

また、給電素子単体で共振させた場合に円偏波となるようにL,Wを選ぶと、複数の長方形の放射素子はその外形、給電点の相対位置が全て相似の関係にあるため円偏波を放射する。

また、アンテナの大きさは最も低周波に相当するアンテナ面積でよいので、アンテナを小型化できる。また給電素子、複数の長方形の放射素子は最も低周波で共振する長方形の放射素子に含まれるので、最も低周波で共振する長方形の放射素子を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子、長方形の放射素子を良好な電波状況に置くことができる。更に給電素子、長方形の放射素子とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。

また、給電素子がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため不平衡電流で励振される。そのためRF回路との接続が容易になる。

更に、スイッチによって接続される複数の長方形の放射素子は給電素子に対して、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'の関係が成り立つため、スイッチで接続された複数の長方形の放射素子の入力インピーダンスは長方形の給電素子単体の入力インピーダンスと近い値となる。

そのため同一の給電点を用いても、給電素子単体及びスイッチで接続された複数の長方形の放射素子は給電線の特性インピーダンスにほぼ整合され、反射を抑制できる。その結果１個の給電点を用いてマルチバンドの全ての周波数帯で良好な円偏波が実現できる。

ｂ）請求項２記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナは、給電点に切替スイッチによって接続される整合回路を設けている。ここで給電線の特性インピーダンスを給電素子の入力インピーダンスに合わせた場合、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間のスイッチを全てＯＦＦして給電素子で励振する時は切替スイッチをＯＦＦにして給電線から整合回路を遮断することで、給電素子と給電線は整合される。

また、スイッチの接続によって長方形の放射素子を形成した場合、スイッチで囲まれた空隙によってアンテナ内の電流が制限されて入力インピーダンスが給電素子単体と若干異なった時は切替スイッチをＯＮにしてアンテナを整合回路に接続することでアンテナの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスに整合できる。その結果円偏波を実現できるマルチバンドの各周波数帯で良好な受信効率・送信効率が得られる。

ｃ）請求項３記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナでは、誘電体の上面に長方形の給電素子があり、前記の給電素子は長方形の１つの頂点から給電され、かつ給電素子の給電点と対向する頂点を構成する２辺を取り囲む矩形の無給電素子がマトリックス状に配置され、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間はスイッチによって接続され長方形の放射素子を形成できる構造となっている。

更に、長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、前記のスイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、W側に相当する辺の長さをW'とした場合、L/W=L'/W'となっている。

したがって、全てのスイッチがＯＦＦの場合、給電素子は無給電素子と分離されて給電素子のみで共振する。

長方形の給電素子を頂点から給電するとL側とW側で直交した２つのモードが励振される。ここでLとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した２つのモードの位相差が９０度となり円偏波が実現できる。

また、給電素子の給電点と対向する頂点を構成する２辺を取り囲む２個の矩形の無給電素子と給電素子、隣接した無給電素子間をスイッチで接続して長方形の放射素子を形成した場合は、L/W=L'/W'となっているため、スイッチで接続された放射素子の外形は給電素子と相似の関係になり、放射素子の頂点から給電される。よってスイッチで接続された長方形の放射素子は共振周波数の異なる円偏波を放射する。

上記のように本発明の円偏波アンテナは全てのスイッチをＯＦＦした場合は高周波のみで共振し、スイッチをＯＮした場合は低周波のみで共振するため、低周波に相当するアンテナ面積でデュアルバンドの円偏波に対応でき、アンテナを小型化できる。

また、給電素子は長方形の放射素子に含まれるので、長方形の放射素子を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子も良好な電波状況に置くことができる。更に給電素子、長方形の放射素子とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。

また、給電素子がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、同軸線を用いた不平衡電流で励振できる。

入力インピーダンスについて見ると、長方形の給電素子とスイッチで接続された長方形の放射素子では外形が相似でかつ頂点から給電されるので、給電素子単体で共振した場合の入力インピーダンスとスイッチで接続された長方形の放射素子の入力インピーダンスとはほぼ近い値になる。そのためスイッチのＯＮ,ＯＦＦによって選択可能な各周波数において１個の給電点でほぼ整合され、反射が抑制されて電波を効率よく送信あるいは受信できる。

また、L/W=L'/W'の関係にある長方形の放射素子の形状が、給電素子と前無給電素子、及び隣接した無給電素子間を接続する前記のスイッチによって、前記給電素子を取り囲むように多重に複数形成され、かつ該複数形成された長方形の放射素子はそれぞれ同じ前記給電点を用いるとともに、前記複数形成された長方形の放射素子の形状と前記給電点との相対位置は、前記給電素子と前記給電点との相対位置と相似の関係になっている。

また、全てのスイッチをＯＦＦした場合とスイッチをＯＮして複数の長方形の放射素子を形成した場合では全て共振周波数が異なり、スイッチによって複数の周波数帯を選択することができる。

また、給電素子単体で共振させた場合に円偏波となるようにL,Wを選ぶと複数の長方形の放射素子はその外形、給電点の相対位置が全て相似の関係にあるため円偏波を放射する。

また、アンテナの大きさは最も低周波に相当するアンテナ面積でよいので、アンテナを小型化できる。また給電素子、複数の長方形の放射素子は最も低周波で共振する長方形の放射素子に含まれるので、最も低周波で共振する長方形の放射素子を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子、長方形の放射素子を良好な電波状況に置くことができる。

更に給電素子、長方形の放射素子とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。また、給電素子がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、同軸線を用いた不平衡電流で励振できる。

更に、スイッチによって接続される複数の長方形の放射素子は給電素子に対して、L/W=L'/W'の関係が成り立つため、スイッチで接続された複数の長方形の放射素子の入力インピーダンスは長方形の給電素子単体の入力インピーダンスと近い値となる。そのため同一の給電点を用いても、給電素子単体及びスイッチで接続された複数の長方形の放射素子は給電線の特性インピーダンスにほぼ整合され、反射を抑制できる。

ｄ）請求項４記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、給電点に整合回路を設けている。ここで給電素子の入力インピーダンスをRF回路の出力インピーダンスに整合するように整合回路の定数を選ぶと、給電素子とRF回路の間で反射を抑制できる。

また、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間を接続するスイッチをＯＮして長方形の放射素子を形成した場合、長方形の放射素子の入力インピーダンスは給電素子の入力インピーダンスとほぼ近い値であるため、スイッチを接続して長方形の放射素子を形成した場合もアンテナとRF回路との間で反射を抑制できる。

ｅ）請求項５記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間を接続するスイッチがＭＥＭＳスイッチやＰＩＮダイオードの少なくとも一方である。

ＭＥＭＳスイッチを用いた場合は、１００GHz程度までの高周波も良好に信号を遮断でき、更に挿入ロスも小さいことから、より高い周波数、例えばミリ波を対象としたマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを構成することができる。

一方、ＰＩＮダイオードは安価に入手でき、かつ１０〜２０GHzまでは良好に信号を遮断できることから、よりＧＰＳやＥＴＣ等のような低周波の円偏波に適用できる。

ｆ）請求項６記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、スイッチ間の空隙を小さくできるので、より広い帯域のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを実現できる。

ｇ）請求項７記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、スイッチ間の空隙をより小さくできるので、より広い帯域のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを実現できる。

ｈ）請求項８記載の無線システムは、請求項１〜７のいずれかのマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを用いているため、複数の無線規格に対応できる。また所望の周波数では良好な円偏波を実現しているので、良好な送信・受信あるいは送受信が行える。

また、アンテナの給電点が１個であるため米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）よりもアンテナの構造が簡単になり、より安価にアンテナを製造できる。その結果良好な送信・受信あるいは送受信特性を持つ円偏波に対応した無線システムをより安価に製造できる。

以下、本発明を実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの一例を示す図である。同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は断面図を示している。

本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは、２周波に対応しており、比誘電率３.９の石英基板からなる誘電体１０の下面に銅箔パターンからなる地板１１が形成されており、誘電体１０の上面には銅箔パターンからなる１個の長方形の給電素子１２があり、この給電素子１２は長方形の対角線上に１個の給電点１３を持っている。

また、給電素子１２を取り囲む矩形の無給電素子１４がマトリックス状に配置されており、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間はスイッチ１５によって接続できる構造となっている。

この構成において、全てのスイッチ１５がＯＮになった場合は長方形の放射素子１６が形成される。尚、同図（ｂ）に示されているように、給電素子１２は誘電体１０を貫通した同軸線１７によってインセット給電される構造となっている。

ここで、長方形の給電素子１２の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、W側の２つの辺と給電点１３との距離のうち小さい方をLi、L側の２つの辺と給電点１３との距離のうち小さい方をWiとする。

一方、全てのスイッチ１５がＯＦＦの場合、給電素子１２は無給電素子１４と分離され、給電素子１２のみで共振する。長方形の給電素子１２を対角線上から給電するとL側とW側で直交した２つのモードが励振される。ここでLとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した２つのモードの位相差が９０度となり円偏波が実現できる。

具体的には両辺が等しい場合の正方形マイクロストリップアンテナの無負荷QをQoとした場合、L＜Wの場合は、
W/L=１+（１/Qo）
とすれば円偏波となる。なお、本発明の考え方は軸比が１からずれた楕円偏波についても同様に適用できるので、本発明には楕円偏波も含まれるものとする。

次に、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間をスイッチ１５で接続して長方形の放射素子１６を形成した場合を説明する。

長方形の放射素子１６の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、W側に相当する辺の長さをW'、W'側の２つの辺と給電点１３との距離のうち小さい方をLi'、L'側の２つの辺と給電点１３との距離のうち小さい方をWi'とする。尚、スイッチ１５で接続した長方形の放射素子１６も給電点は給電素子１２と同じ給電点１３を用いることとする。

本発明の特徴は、
L/W=L'/W' ・・・・・・・・・・・・・（１）
Li/L=Li'/L' ・・・・・・・・・・・・・（２）
Wi/W=Wi'/W' ・・・・・・・・・・・・・（３）
となることである。本例ではスイッチ１５で接続された放射素子１６は給電素子１２の２倍の大きさとし、L'=2L、W'=2Wとしている。

スイッチ１５で接続された放射素子１６は、スイッチ１５で囲まれた空隙も存在するが、その外形はほぼ長方形であり、（１）式の関係から給電素子１２と相似の関係にある。

ここで、給電素子１２のLとWの比は、対角線上から給電された場合、２つのモードの位相差が９０度になるように設定されているので、給電素子１２と相似の関係にあるスイッチで接続された放射素子１６の辺L',W'も対角線上から給電された場合、共振周波数は異なるが２つの直交したモードは位相差が９０度になる。

また（２）式及び（３）式の関係から、給電素子１２に対する給電点１３の相対位置は、スイッチ１５で接続された放射素子１６に対する給電点１３の相対位置と同じ関係にある。本例では、給電点１３は給電素子１２の対角線上にあるので、スイッチ１５で接続された放射素子１６についても給電点１３は長方形の放射素子１６の対角線上にあることになる。

よって、上記の（１）〜（３）式を満たしているので、スイッチ１５で接続された長方形の放射素子１６も円偏波を実現できる。その場合の共振周波数は、スイッチ１５で接続された放射素子１６の辺L,Wの長さで決まり、本例ではL'=2L、W'=2Wとなっているため給電素子１２の約１/２の周波数となる。その結果、本例のアンテナは、給電素子１２単体で共振させる場合と合わせて２周波の円偏波に対応できる。

上記のように、本例の円偏波アンテナは、全てのスイッチをＯＦＦした場合は高周波のみで共振し、全てのスイッチをＯＮした場合は低周波のみ共振するため、低周波に相当するアンテナ面積でデュアルバンドの円偏波に対応でき、アンテナを小型化できる。

また、給電素子１２は長方形の放射素子１６に含まれるので、長方形の放射素子１６を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子１２も良好な電波状況に置くことができる。更に、給電素子１２、長方形の放射素子１６とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。

また、給電素子１２がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、同軸線を用いた不平衡電流で励振できる。そのため特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）とは異なり、バランが必要なくRF回路との接続が容易になる。尚、同軸線１７の代わりにマイクロスストリップ線やコプレナー線等の不平衡モードを用いても励振が可能である。

次に、スイッチ１５で接続された放射素子１６の入力インピーダンスを考える。
マイクロストリップアンテナは辺の中央からインセット給電する場合（図２参照）、アンテナの入力インピーダンスは近似式から求めることができる。

マイクロストリップアンテナの励振方向の辺の長さをY、励振方向と直交する辺の長さをX、給電点１３と励振方向と直交する辺の距離をYi、誘電体の比誘電率をεr、アンテナ端での入力インピーダンスをRa、インセット給電での入力インピーダンスをRinとすると、次のように記述される。
Ra＝９０｛（εr^２/（εr-1））（Y/X）²｝・・・・（４）
Rin＝Ra｛cos((π/Y)Yi’）｝² ・・・・ （５）

上記の式から判るように、矩形のマイクロストリップアンテナではアンテナ端での入力インピーダンスRaは（Y/X）²に比例し、インセット給電での入力インピーダンスRinは（Yi'/Y）に影響される。

対角線上から給電する場合も同様に考えることができ、本例の給電素子１２、スイッチで接続された放射素子１６もインセット給電であるので、その入力インピーダンスZinはL側,L'側のモードでは（L/W）、（L'/W'）、（Li/L），（Li'/L'）、W側のモードでは（L/W）、（L'/W'）、（Wi/W），（Wi'/W'）に影響される。

ここで本例では、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
が成り立っている。

よって、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１２をスイッチ１５で接続した本例の放射素子１６はインセット給電での入力インピーダンスZin'が給電素子１２単体での入力インピーダンスZinとほぼ近い値となる。

一般に、インセット給電では、給電素子１２の給電点１３は同軸線１７の特性インピーダンス（通常は５０Ω）と整合できる位置に設けられている。本例のアンテナではスイッチ１５で接続した放射素子１６の入力インピーダンスZin'が給電素子１２の入力インピーダンスZinと近いため、スイッチ１５で接続して低周波対応とした場合も同軸線１７の特性インピーダンス（通常は５０Ω）とほぼ整合された状態となり、反射が抑制され、電波を効率よく送信あるいは受信できる。

そのため、米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）と異なり、周波数毎に給電点１３を切替える必要がなく、給電素子１２の給電点１３のみで２周波に対応でき、米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）のアンテナよりも構造が簡単になる。

尚、本例では（１）式，（２）式，（３）式の関係を満たすため、図３に示すように、給電素子１２の回りに配置した８個の無給電素子P１〜P８とスイッチ１５の外形を以下のようにした。
PL1+SL1=L-Li ・・・・・・・・・・・・・（６）
PL2+SL2=Li ・・・・・・・・・・・・・（７)
PW1+SW1=Wi ・・・・・・・・・・・・・（８）
PW2+SW2=W-Wi ・・・・・・・・・・・・・（９）

ここで、
P1,P2,P3のL'側の長さ：PL1、
P4,P5のL'側の長さ：L、
P6,P7,P8の励振方向の長さ：PL2、
P1-P4,P2-給電素子,P3-P5を接続するスイッチのL'側の長さ：SL1、
P4-P6,給電素子-P8,P5-P8を接続するスイッチのL'側の長さ：SL2、
P1,P4,P6のW'側の長さ：PW1、
P2,P7のW'側の長さ：W、
P3,P5,P8のW'側の長さ：PW2、
P1-P2,P4-給電素子,P6-P7を接続するスイッチのW'側の長さ：SW1、
P2-P3,給電素子-P5,P7-P8を接続するスイッチのW'側の長さ：SW2、

（６）式，（７）式，（８）式，（９）式のように無給電素子P１〜P8とスイッチ１５の外形と間隔を設定したため、スイッチ１５で接続した矩形の放射素子１６の外形は、
L'=PL1+SL1+L+SL2+PL2=(L-Li)+L+(Li)=2L
W'=PW1+SW1+W+SW2+PW2=(Wi)+W+(W-Wi)=2W
∴L/W=L'/W'
となり、（１)式を満たし、スイッチ１５で接続した放射素子１６は給電素子１２の２倍の大きさとなる。

また、スイッチ１５で接続した放射素子１６の給電点１３の位置を見ると、L'側については、
Li'=PL2+SL2+Li=(Li)+Li=2Li
となっており、本例ではL'=2Lとしていることから、
Li'/L'=2Li/2L=Li/L
となり、（２）式を満たすことが判る。

また、W'側については、
Wi'=PW1+SW1+Wi=(Wi)+Wi=2Wi
となっており、本例ではW'=2Wとしていることから、
Wi'/W'=2Wi/2W=Wi/W
となり、（３）式を満たすことが判る。

その他のスイッチの寸法、つまりP1-P4, P4-P6を接続するスイッチ１５のW'側の長さはPW1以下、P2-給電素子,給電素子-P8を接続するスイッチ１５のW'側の長さはW以下、 P3-P5, P5-P8を接続するスイッチ１５のW'側の長さはPW2以下、P1-P2, P2-P3を接続するスイッチ１５のL'側の長さはPL1以下、P6-P7, P7-P8を接続するスイッチ１５のL'側の長さはPL2以下、P4-給電素子１２,給電素子１２-P5を接続するスイッチ１５のL'側の長さはL以下とすればよい。

尚、（６）式〜（９）式の関係はスイッチ１５によって接続された矩形の放射素子１６と給電素子１２の外形や給電点１３の相対位置が、（１）式〜（３）式を満たすための１条件に過ぎず、本発明が（６）式〜（９）式に限定される必要はない。

本発明は、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
となるように、無給電素子の外形と給電素子１２と無給電素子の間隔、及び無給電素子間の間隔を調整していればよく、上記の条件を満たすように無給電素子の外形と給電素子１２と無給電素子の間隔、及び無給電素子間の間隔を調整していれば本発明に含まれるものとする。

また、本例では給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間を接続するスイッチ１５は、ＭＥＭＳスイッチあるいはＰＩＮダイオードからなることが望ましい。

ＭＥＭＳスイッチを用いた場合は、１００GHz程度までの高周波も良好に信号を遮断でき、更に、挿入ロスも小さいことから、より高い周波数、例えばミリ波を対象とした２周波対応円偏波マイクロストリップアンテナを構成することができる。

一方、ＰＩＮダイオードは安価に入手でき、かつ１０〜２０GHzまでは良好に信号を遮断できることから、ＧＰＳ，ＥＴＣ等のより低周波での円偏波多周波対応に適している。

ＭＥＭＳスイッチやＰＩＮダイオードは表面実装によって誘電体表面に設け、給電素子１２と無給電素子１４、あるいは無給電素子１４間を接続すればよい。またGaAs基板等の高抵抗半導体基板を誘電体１０として用いる場合は、半導体プロセスを用いてＭＥＭＳスイッチやＰＩＮダイオードを半導体基板に作り込み、給電素子１２と無給電素子１４、あるいは無給電素子１４間を接続すればよい。

＜実施例２＞
図４は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。

本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは比誘電率約１０のアルミナ基板からなる誘電体１０の下面には銅箔パターンからなる地板（図示せず）が形成されており、誘電体１０の上面には銅箔パターンからなる１個の長方形の給電素子１２があり、該給電素子１２は長方形の対角線上に１個の給電点１３を持っている。

また、給電素子１２を２重に取り囲む矩形の無給電素子１４がマトリックス状に配置されており、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間はスイッチ１５によって接続できる構造となっている。

給電素子１２を１重で取り囲む無給電素子１４と給電素子１２を接続するスイッチ１５と給電素子１２を１重で取り囲む無給電素子１４間を接続するスイッチ１５がＯＮになった場合は、第１の長方形の放射素子１６１（外形はL'×W'）が形成され、全てのスイッチ１５がＯＮになった場合は、第２の長方形の放射素子１６２（外形はL''×W''） が形成される。

尚、本例においても給電素子１２は実施例１と同様に誘電体１０を貫通した同軸線（図示せず）によってインセット給電される構造となっている。

本発明の特徴は、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
との関係にある長方形の放射素子の形状が、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間を接続する前記のスイッチ１５によって複数取ることができることである。

本例ではスイッチ１５で接続した第１の放射素子１６１とスイッチ１５で接続した第２の放射素子１６２が、給電素子１２と
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
との関係にある。

つまり、給電素子１２を１重で取り囲む無給電素子１４と給電素子１２を接続するスイッチ１５と給電素子１２を１重で取り囲む無給電素子間を接続するスイッチ１５をＯＮにした場合に形成される第１の長方形の放射素子１６１（外形はL'×W'）において、給電素子１２のL側に相当する辺の長さをL'、W側に相当する辺の長さをW'、 W'側の２つの辺と給電点１３との距離のうち小さい方をLi'、L'側の２つの辺と給電点１３との距離のうち小さい方をWi'とし、給電素子１２を１重で取り囲む無給電素子１４と給電素子１２を接続するスイッチ１５と給電素子１２を２重で取り囲む無給電素子１４間を接続するスイッチ１５をＯＮにした場合、つまり全てのスイッチ１５がＯＮになった場合に形成される第２の長方形の放射素子１６２（外形はL''×W''）において、給電素子１２のL側に相当する辺の長さをL''、W側に相当する辺の長さをW'’、 W''側の２つの辺と給電点１３との距離のうち小さい方をLi'’、L''側の２つの辺と給電点１３との距離のうち小さい方をWi'’とした場合、
L/W=L'/W'=L''/W'' ・・・・・・・・・・・・・（１０）
Li/L=Li'/L'=Li''/L'' ・・・・・・・・・・・・（１１）
Wi/W=Wi'/W'=Wi''/W'' ・・・・・・・・・・・・・（１２）
となっている。尚、第１、第２の長方形の放射素子も給電点は給電素子１２と同じ給電点１３を用いている。

本実施例では、スイッチ１５で接続された第１の放射素子１６１は給電素子１２の２倍の大きさとし、L'=2L、W'=2W、Li'=2Li、Wi'=2Wiであり、スイッチ１５で接続された第２の放射素子１６２は給電素子１２の３倍の大きさとし、L''=3L、W''=3W、Li''=3Li 、Wi''=3Wiである。

全てのスイッチ１５がＯＦＦの場合は、給電素子１２単体で共振する。長方形の給電素子１２を対角線上から給電するとL側とW側で直交した２つのモードが励振される。ここでLとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した２つのモードの位相差が９０度となり円偏波が実現できる。その時の共振周波数をｆとする。

スイッチ１５で接続した第１の長方形の放射素子１６１及び第２長方形の放射素子１６２は（１０）式〜（１２）式を満たすので、その外形・給電点の相対位置は給電素子１２と相似の関係になる。

よって、第１の長方形の放射素子１６１では、各辺（L'、W'）が給電素子１２の各辺（L、W）の２倍であることから、約ｆ／２の円偏波を放出する。厳密には、スイッチで１５囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないので、共振周波数はｆ／２から若干ずれる。

また、第２の長方形の放射素子１６２では、各辺（L'’、W''）が給電素子１２の各辺（L、W）の３倍であることから、約ｆ／３の円偏波を放出する。厳密には、スイッチ１５で囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないので、共振周波数はｆ／３から若干ずれる。

よって、本例のアンテナでは、スイッチ１５のＯＮ／ＯＦＦによって選択的に３周波に対応できる。その結果、低周波に相当するアンテナ面積で３周波の円偏波に対応でき、アンテナを小型化できる。

また、給電素子１２及び第１の放射素子１６１は第２の放射素子１６２に含まれるので、第２の放射素子１６２を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子１２及び第１の放射素子１６１とも良好な電波状況に置くことができる。

更に、給電素子１２、第１の放射素子１６１、第２の放射素子１６２は、単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。

また、本例のアンテナは、実施例１と同様に給電素子１２がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、不平衡電流での励振が可能であることから、RF回路との接続が容易になる。

次に、第１の放射素子１６１の入力インピーダンスZin'と第２の長方形の放射素子１６２の入力インピーダンスZin''について説明する。

本例においてもスイッチ１５で接続された第１の放射素子１６１はスイッチ１５で囲まれた空隙を持つが外形は矩形であるため、その入力インピーダンスZin’はL'側のモードでは（L'/W'）と（Li’/L’）、W’側のモードでは（L'/W'）と（Wi’/W’）に影響される。

第２の放射素子１６２もスイッチ１５で囲まれた空隙を持つが外形は矩形であるため、その入力インピーダンスZin’’はL'’側のモードでは（L'’/W'’）と（Li’’/L'’）、W’’側のモードでは、（L'’/W'’）と（Wi'’/W'’）に影響される。

ここで、本例では、
L/W=L'/W'=L''/W''
Li/L=Li'/L'=Li''/L''
Wi/W=Wi'/W'=Wi''/W''
が成り立っているので、スイッチ１５で接続した第１の放射素子１６１及び第２の放射素子１６２の入力インピーダンスZin'、Zin''は給電素子１２単体での入力インピーダンスZinとほぼ近い値となる。

よって、スイッチ１５の接続により第１の放射素子１６１や第２の放射素子１６２を形成して、給電素子１２よりも低周波対応とした場合も同軸線１７の特性インピーダンスとほぼ整合された状態となり、反射が抑制され、電波を効率よく送信あるいは受信できる。そのため米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）と異なり、周波数毎に給電点１３を切替える必要がなく、給電素子１２の給電点のみで３周波に対応できる。

本例においても実施例１と同様に、無給電素子１４の外形と給電素子１２と無給電素子１４の間隔、及び無給電素子１４間の間隔を調整して、
L/W=L'/W'=L''/W''
Li/L=Li'/L'=Li''/L''
Wi/W=Wi'/W'=Wi''/W''
とした。また給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間を接続するスイッチ１５はＭＥＭＳスイッチあるいはＰＩＮダイオードが使用できる。

尚、実施例１では２周波対応、本例では３周波対応の円偏波アンテナについて説明したが、本発明のアンテナは２周波や３周波対応に限定されるものではない。

より多くの周波数帯に対応する場合は、給電素子１２を無給電素子１４によってより多重に取り囲み、給電素子１２と無給電素子１４、無給電素子１４間をスイッチ１５で接続できる構造とし、マルチバンドの各周波数で、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
との関係になるように、無給電素子１４の外形、給電素子１２と無給電素子１４の間隔、及び無給電素子１４間の間隔等を調整すればよい。

＜実施例３＞
図５は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は断面図を示している。

本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは、実施例１のアンテナの給電点１３とRF回路１９の間に切替スイッチ１８１，１８２によって接続される整合回路１８を設けたものである。

実施例１ではスイッチ１５で接続された放射素子１６は、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
が成り立っているが、スイッチ１５で囲まれた空隙がアンテナ内の電流を制限するためインセット給電での入力インピーダンスZin'は給電素子の入力インピーダンスZinと若干のずれを生じる。

一般にインセット給電では、給電素子１２の給電点１３をRF回路１９の出力インピーダンス（通常５０Ω）と整合できる位置に設けるため、スイッチ１５で接続した放射素子１６はRF回路１９の出力インピーダンスと完全には整合できず、電波の送信・受信効率が若干低下する。

本例ではアンテナの給電点１３の直下に切替スイッチ１８１，１８２によって接続される整合回路１８を設けており、給電素子１２を共振させて高周波対応にする場合は切替スイッチ１８１，１８２をＯＦＦにし、同軸線１７によって給電素子１２を直接励振する。

一方、スイッチ１５によって接続した放射素子１６を用いて低周波対応とする場合は、切替スイッチ１８１，１８２をＯＮしてアンテナを整合回路１８に接続し、アンテナの入力インピーダンスを５０Ωに整合してからRF回路１９と接続する。そのためスイッチ１５で接続した放射素子１６を用いる低周波対応においても効率的な送受信が可能となる。

なお、本例では整合回路１８によってスイッチ１５で接続した放射素子１６の入力インピーダンスを整合する場合を説明したが、スイッチ１５で接続した放射素子１６の入力インピーダンスをRF回路１９の出力インピーダンスに合わせ、給電素子１２を励振する場合に切替スイッチ１８１，１８２をＯＮにして整合回路１８とアンテナを接続して整合を行ってもよい。

整合回路１８の構成としては、アンテナの共振周波数が比較的小さい場合はキャパシタやインダクタの集中定数素子をL型、π型、T型に構成した回路を用いればよい。アンテナの共振周波数が高い場合はスタブ等の分布定数回路をL型、π型、T型に構成した回路を用いることができる。

また、移相器とキャパシタによって整合回路１８を構成してもよく、一般的に知られている整合回路をアンテナの共振周波数に合わせて使い分ければよい。

尚、実施例１は２周波対応であるため給電素子１２を５０Ωに整合した場合は、スイッチ１５で接続した放射素子１６を５０Ωに整合する整合回路１８を設ければよいので固定式が適している。

一方、実施例２では３周波対応となっているため、給電素子１２を５０Ωに整合した場合、固定式の整合回路では第１あるいは第２の放射素子の一方のみを５０Ωに整合し、他方を５０Ωに整合することはできない。

第１、第２の放射素子の受信・送信効率をより改善するためには個々の周波数毎に整合回路を設け、周波数毎に切替スイッチで選択するか、可変のキャパシタや可変の移相器を１個以上含む可変の整合回路を設けるのがよい。

＜実施例４＞
図６は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は断面図を示している。

本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは２周波に対応しており、誘電率３.９の石英基板からなる誘電体１０の下面にAu箔パターンからなる地板１１が形成されており、誘電体１０の上面にはAu箔パターンからなる長方形の給電素子１２があり、前記給電素子１２は長方形の１つの頂点の給電点１３１から給電される。給電線１３０は誘電体１０上にマイクロストリップ線で構成され、長方形の給電素子１２の１個の頂点に接続されている。

また、給電素子１２の給電点１３１と対向する頂点を構成する２辺を取り囲む矩形の無給電素子１４がマトリックス状に配置されている。更に、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間はスイッチ１５によって接続できる構造となっており、全てのスイッチ１５がＯＮになった場合は長方形の放射素子１６が形成される。ここで長方形の給電素子１２の一辺の長さをL、他方の辺の長さをWとする。

全てのスイッチ１５がＯＦＦの場合、給電素子１２は無給電素子１４と分離され、給電素子１２のみで共振する。

長方形の給電素子１２を頂点の給電点１３１から給電するとL側とW側で直交した２つのモードが励振される。ここで、LとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した２つのモードの位相差が９０度となり円偏波が実現できる。

具体的には、両辺が等しい正方形マイクロストリップアンテナの無負荷QをQoとした場合、L＜Wの場合は
W/L=１+（１/Qo）
とすれば円偏波となる。

なお、本発明の考え方は軸比が１からずれた楕円偏波についても同様に適用できるので、本発明には楕円偏波も含まれるものとする。

次に、給電素子１２の給電点１３１と対向する頂点を構成する２辺を取り囲む２個の矩形の無給電素子１４と給電素子１２、及び隣接した無給電素子１４間をスイッチ１５で接続して長方形の放射素子１６を形成した場合を説明する。

長方形の放射素子１６の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、W側に相当する辺の長さをW'とする。スイッチ１５で接続した放射素子１６も給電素子１２と同じ給電点１３１を用いる。

本発明の特徴は
L/W=L'/W' ・・・・・・・・・・・・・（１３）
となることである。

本例ではスイッチ１５で接続された放射素子１６は給電素子１２の２倍の大きさとし、L'=2L、W'=2Wとしている。スイッチ１５で接続された放射素子１６はスイッチ１５で囲まれた空隙も存在するが、その外形はほぼ長方形であり、（１３）式の関係から給電素子１２と相似の関係にある。

ここで、給電素子１２のLとWの比は頂点から給電された場合２つのモードの位相差が９０度になるように設定されているので、給電素子１２と相似の関係にあるスイッチ１５で接続された放射素子１６の辺L',W'も頂点から給電された場合は共振周波数は異なるが２つのモードは位相差が９０度になる。

長方形の放射素子１６は給電点１３１と対向する頂点を構成する２辺を取り囲む２個の矩形の無給電素子１４と給電素子１２を接続した形状であるため、放射素子１６の給電点１３１は長方形の放射素子１６の頂点になる。

よって、スイッチ１５で接続された長方形の放射素子１６も長方形の頂点から給電されることになり、長方形の放射素子１６も円偏波を実現できる。その場合の共振周波数はスイッチ１５で接続された放射素子１６の辺L’,W’の長さで決まり、本例ではL'=2L、W'=2Wとなっているため給電素子１２の約１/２の周波数となる。

以上のように、本例の構造を用いると、全てのスイッチ１５のＯＦＦした場合は給電素子１２単体で共振する高周波の円偏波を放射し、全てのスイッチ１５をＯＮした場合は低周波の円偏波を放射することから、２周波の円偏波を実現できる。またアンテナの大きさは低周波に相当するアンテナ面積のみでよく、アンテナを小型化できる。

また、給電素子１２は長方形の放射素子１６に含まれるので、長方形の放射素子１６を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子１２も良好な電波状況に置くことができる。

更に、給電素子１２、矩形の放射素子１６とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。

また、給電素子１２がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、マイクロストリップ線で励振できる。そのため、特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）とは異なり、バランが必要なくRF回路との接続が容易になる。

次に、本例のアンテナの入力インピーダンスについて説明する。
すべてのスイッチ１５をＯＦＦして給電素子１２のみで共振させる場合、給電素子１２はアンテナ端から給電されているので、入力インピーダンスZaは給電素子１２を構成する２辺の比（L/W）に影響される。

一方、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４をスイッチ１５で接続して長方形の放射素子１６を形成した場合も、外形がほぼ長方形でありその頂点から給電されているので、入力インピーダンスは長方形を構成する２辺の長さ（L'/W'）に影響される。厳密にはスイッチ１５で囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないが、入力インピーダンスに大きな変化は与えない。

ここで本例では、
L/W=L'/W'
が成り立っているので、スイッチ１５で接続された放射素子１６の入力インピーダンスZa'は給電素子１２単体の入力インピーダンスZaとほぼ近い値となる。

給電素子１２の頂点から給電する場合、マイクロストリップ線の特性インピーダンスを給電素子１２の入力インピーダンスと一致させて用いるか、５０Ωのマイクロストリップ線をλ／４線路を用いて抵抗値を変換し、給電素子１２の入力インピーダンスに整合して用いるのが一般的である。

本例のアンテナではスイッチ１５で接続した放射素子１６の入力インピーダンスZa'が給電素子１２の入力インピーダンスZa近いため、スイッチ１５をＯＮして低周波対応とした場合も給電線１３０であるマイクロストリップ線とほぼ整合した状態となり、反射が抑制され、電波を効率よく送信あるいは受信できる。

よって、本例においても米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）と異なり、周波数毎に給電点１３１を切替える必要がなく、給電素子１２の頂点から給電することによって２周波に対応でき、米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）のアンテナよりも構造が簡単になる。

尚、本例では（１３）式の関係を満たすため、図７に示すように給電素子１２の回りに配置した３個の無給電素子１４（P１〜P3）とスイッチ１５の外形を以下のようにした。
PL+SL=L ・・・・・・・・・・・・・（１４）
PW+SW=W ・・・・・・・・・・・・・（１５）

ここで、
P1,P2のL'側の長さ：PL
P3のL'側の長さ：L
P1-給電素子,P2-P3を接続するスイッチのL'側の長さ：SL
P1のW'側の長さ：W
P2,P3のW'側の長さ：PW
P1-P2,給電素子-P3を接続するスイッチのW'側の長さ：SW

（１４）式及び（１５）式のように無給電素子１４（P1〜P3）とスイッチ１５の外形、間隔を設定したため、スイッチ１５で接続した放射素子１６の外形は、
L'=PL+SL+L=(L)+L=2L
W'=W+SW+PW=W+(W)=2W
∴L/W=L'/W'
となって（１３）式を満たす。本例ではスイッチ１５で接続した放射素子１６は給電素子１２の２倍の大きさとなる。

尚、その他のスイッチ１５の寸法、つまりP1-P2を接続するスイッチ１５のL'側の長さはPL以下、 給電素子-P3を接続するスイッチ１５のL'側の長さはL以下、P1-給電素子を接続するスイッチ１５のW'側の長さはW以下, P2-P3を接続するスイッチ１５のW'側の長さはPW以下とすればよい。

尚、（１４）式及び（１５）式の関係はスイッチ１５によって接続された長方形の放射素子１６と給電素子１２の外形が、（１３）式を満たすための１条件に過ぎず、本発明は（１４）式及び（１５）式に限定されない。
L/W=L'/W'
となるように、無給電素子１４の外形と給電素子１２と無給電素子１４の間隔、及び無給電素子１４間の間隔を調整していれば本発明に含まれるものとする。

なお、本例においても給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間を接続するスイッチ１５はＭＥＭＳスイッチあるいはＰＩＮダイオードを用いるのがよい。

＜実施例５＞
図８は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。

本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは比誘電率約１０のアルミナ基板からなる誘電体１０の下面にAu箔パターンからなる地板（図示せず）が形成されており、誘電体１０の上面にはAu箔パターンからなる長方形の給電素子１２が配置されており、給電素子１２は誘電体１０上に設けられたマイクロストリップ線で構成された給電線１３０によって長方形の１つの頂点の給電点１３１から給電される構造となっている。

また、給電素子１２の給電点１３１と対向する頂点を構成する２辺を取り囲む矩形の無給電素子１４が２重にマトリックス状に配置されている。

ここで、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間はスイッチ１５によって接続できる構造となっており、給電素子１２の給電点１３１と対向する頂点を構成する２辺を１重で取り囲む矩形の無給電素子１４と給電素子１２を接続するスイッチ１５と、給電素子１２の給電点１３１と対向する頂点を構成する２辺を１重で取り囲む矩形の無給電素子１４間を接続するスイッチ１５がＯＮになった場合は第１の長方形の放射素子１６１（外形はL'×W'）が形成され、全てのスイッチ１５がＯＮになった場合は第２の長方形の放射素子１６２（外形はL''×W''） が形成される。

本発明の特徴は、
L/W=L'/W'
との関係にある長方形の放射素子の形状が、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間を接続する前記のスイッチ１５によって複数取ることができることである。

本例では、スイッチ１５で接続した第１の放射素子１６１とスイッチ１５で接続した第２の放射素子１６２が、給電素子１２と
L/W=L'/W'
との関係にある。

つまり、給電素子１２の給電点１３１と対向する頂点を構成する２辺を１重で取り囲む矩形の無給電素子１４と給電素子１２を接続するスイッチ１５と、給電素子１２の給電点１３１と対向する頂点を構成する２辺を１重で取り囲む矩形の無給電素子１４間を接続するスイッチ１５がＯＮした場合に形成される第１の長方形の放射素子１６１（外形はL'×W'）のL側に相当する辺の長さをL'、Wに相当する辺の長さをW'とし、給電素子１２の給電点１３１と対向する頂点を構成する２辺を１重で取り囲む矩形の無給電素子１４と給電素子１２を接続するスイッチ１５と、給電素子１２の給電点１３１と対向する頂点を構成する２辺を２重で取り囲む矩形の無給電素子１４間を接続するスイッチ１５がＯＮした場合、つまり全てのスイッチ１５がＯＮになった場合に形成される第２の長方形の放射素子１６２（外形はL''×W''）のL側に相当する辺の長さをL'' 、Wに相当する辺の長さをW''とした場合、
L/W=L'/W'=L''/W''・・・・・・・・・・（１６）
となっている。尚、第１の長方形の放射素子１６１、第２の長方形の放射素子１６２も給電点は給電素子１２と同じ給電点１３１を用いている。

本実施例ではスイッチ１５で接続された第１の放射素子１６１は給電素子１２の２倍の大きさとし、L'=2L、W'=2W、スイッチ１５で接続された第２の放射素子１６２は給電素子１２の３倍の大きさとし、L''=3L、W''=3Wとした。

全てのスイッチ１５がＯＦＦの場合は給電素子１２単体で共振する。長方形の給電素子１２を頂点から給電するとL側とW側で直交した２つのモードが励振される。ここで、LとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した２つのモードの位相差が９０度となり円偏波が実現できる。その時の共振周波数をｆとする。

スイッチ１５で接続した第１の長方形の放射素子１６１と第２長方形の放射素子１６２は（１６）式を満たすので、その外形・給電点の相対位置は給電素子１２と相似の関係にある。

スイッチ１５で接続した第１の長方形の放射素子１６１の各辺（L'、W'）は給電素子１２の各辺（L、W）の２倍であるため、約ｆ／２の円偏波を放射する。厳密には、スイッチ１５で囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないため、ｆ／２から若干ずれる。

また、スイッチ１５で接続した第２の長方形の放射素子１６２では各辺（L''、W''）が給電素子１２の辺（L、W）の３倍であるため、約ｆ／３の円偏波を放射する。厳密には、スイッチ１５で囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないため、ｆ／３から若干ずれる。

よって、本例のアンテナではスイッチ１５のＯＮ／ＯＦＦによって選択的に３周波の円偏波を放射できる。また、アンテナの大きさは最も低周波に相当するアンテナ面積でよいため、アンテナを小型化できる。

また、給電素子１２及び第１の放射素子１６１は第２の放射素子１６２に含まれるので、第２の長方形の放射素子１６２を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子１２と第１の放射素子１６１を良好な電波状況に置くことができる。更に、給電素子１２、第１の放射素子１６１、第２の放射素子１６２とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。

また、本例のアンテナは実施例４と同様にマイクロストリップ線で給電できることから、RF回路との接続が容易になる。

次に、本例のアンテナの入力インピーダンスについて説明する。
すべてのスイッチ１５をＯＦＦして給電素子１２のみで共振させる場合、給電素子１２はアンテナ端から給電されているので入力インピーダンスZaは給電素子１２を構成する２辺の比（L/W）に影響される。

一方、第１の長方形の放射素子１６１及び第２の長方形の放射素子１６２は、外形がほぼ長方形であり、頂点から給電されているので、入力インピーダンスは長方形を構成する２辺の長さ（L'/W')、（L''/W''）に影響される。厳密には、スイッチ１５で囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないが、入力インピーダンスに大きな変化は与えない。

ここで本例では、
L/W=L'/W'= L''/W''
が成り立っているので、スイッチ１５で接続された第１の放射素子１６１の入力インピーダンスZa'、 第２の放射素子１６２の入力インピーダンスZa''は給電素子１２単体の入力インピーダンスZaとほぼ近い値となる。

よって、給電素子１２の入力インピーダンスZaに等しい特性インピーダンスを用いて給電線１３０を構成すると、スイッチ１５で接続された第１の放射素子１６１及び第２の放射素子１６２が共振する場合も、アンテナの入力インピーダンスZa'、Za''は給電線の特性インピーダンスに近いため、反射が抑制され、電波を効率よく送信あるいは受信できる。

そのため、米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）と異なり、周波数毎に給電点を切替える必要がなく、給電素子１２の給電点１３１のみで３周波に対応できる。

本例においても実施例４と同様に、無給電素子１４の外形と、給電素子１２と無給電素子１４の間隔、及び無給電素子１４間の間隔を調整して、
L/W=L'/W'=L''/W''
とした。また、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間を接続するスイッチ１５はＭＥＭＳスイッチあるいはＰＩＮダイオードが適している。

尚、実施例４では２周波対応、本例では３周波対応の円偏波アンテナについて説明したが、本発明のアンテナは２周波や３周波対応に限定されるものではない。

より多くの周波数帯に対応する場合は、給電素子１２の給電点と対向する頂点を構成する２辺を矩形の無給電素子１４によってより多重に取り囲み、給電素子１２と無給電素子１４、無給電素子１４間をスイッチ１５で接続できる構造とし、マルチバンドの各周波数で、
L/W=L'/W'
との関係になるように、無給電素子１４の外形、給電素子１２と無給電素子１４の間隔、及び無給電素子１４間の間隔等を調整すればよい。

＜実施例６＞
図９は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは実施例４のアンテナの給電点１３１に整合回路１８を設けたものである。

地板１１の下層にあるSiO2表面のマイクロストリップ線で構成された特性インピーダンス５０Ωの給電線１３０はビアホール２０を介して整合回路１８に接続され、その後給電素子１２の頂点の給電点１３１に接続される。給電線１３０の他方は図示されていないRF回路に接続されている。

実施例４のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナはアンテナの頂点から給電される。そのため給電線１３０の特性インピーダンスを給電素子１２の入力インピーダンスZa、スイッチ１５で接続された長方形の放射素子１６の入力インピーダンスZa'に近い値にしなければならない。

しかしながら、RF回路を構成するPA,LNA,ミキサー等の入出力インピーダンスは５０Ωであり、実施例４のアンテナにそのまま用いると反射が大きくなり、電波の受信・送信が効率的に行えない。

本例では、給電素子１２やスイッチ１５で接続された放射素子１６の入力インピーダンスZa、Za'を整合回路１８によって給電線１３０の特性インピーダンスに合わせ、その後、RF回路と接続するため、アンテナとRF回路間での反射を抑制でき、電波の受信・送信を効率的に行うことができる。

また、実施例４においてスイッチ１５で接続された放射素子１６は、
L/W=L'/W'
が成り立っているが、スイッチ１５で囲まれた空隙によってアンテナ内の電流が制限され長方形の放射素子１６の入力インピーダンスZa'は給電素子１２のZaと若干ずれてしまう。

そのため給電素子１２の入力インピーダンスZaを５０Ωに整合する固定式の整合回路では、スイッチ１５で接続した放射素子１６を完全には整合できず、電波の送受信の効率が若干低下する。スイッチ１５で接続した放射素子１６の送受信の効率を改善するためには可変のキャパシタや可変の移相器を１個以上含む可変の整合回路１８を設け、スイッチ１５で接続した放射素子１６も５０Ωに整合する必要がある。

本例に使用される整合回路１８は実施例２と同様であり、具体的には、キャパシタやインダクタの集中定数素子をL型、π型、T型に構成した集中定数回路やスタブ等の分布定数回路をL型、π型、T型に構成した回路、移相器とキャパシタによる整合回路等をアンテナの共振周波数に合わせて使い分ければよい。

次に、スイッチ形状の改善例を説明する。
図１０は、改善されたスイッチを説明するための図である。
本例のスイッチ１５１は、図１０に示すように、隣接する長方形の給電素子１２と無給電素子１４間、無給電素子１４間で辺のほぼ全面で導通あるいは遮断する構造を有している。

図１０の如きスイッチ１５１の形状にすることにより、放射素子１６内部では４個のスイッチ１５１によって囲まれた空隙が図９の場合よりも小さくなる。そのため放射素子の帯域を図９の場合よりも拡大できる。

図１１は、さらに空隙を小さくするスイッチ形状を示す図である。
本例は、同図に示すように、４つのスイッチ１５１が対向する先端部分の形状をＶ形状に延長し、４つスイッチ１５１の間隙がＸ状になるようにすることにより、４個のスイッチ１５１によって囲まれた空隙を実質的になくすことができ、さらに帯域を拡大できるので特性の改善に有効である。

なお、図１０および図１１のスイッチの形状は、本発明の他の実施例にも適用可能なことはいうまでもない。

＜実施例７＞
図１２は、本発明の送受信の無線システムの一例を示す図である。
本例は、右旋円偏波の１.５７５GHz ＧＰＳと５.８GHz ＥＴＣに対応したデュアルバンドの送受信可能な無線システムであり、実施例１と同様の構成のアンテナ（デュアルバンド対応マイクロストリップアンテナ）３０を用いている。

また、アンテナ３０と送受信切替スイッチ３３の間には切替スイッチ３２で接続されるC,L,Cからなるπ型の集中定数回路による整合回路３１が設けられている
。

給電素子１２のみで共振して５.８GHzに対応する場合は、切替スイッチ３２はＯＦＦ（整合回路３１を通さない側に切り替える）になり、給電素子１２は送受信切替スイッチ３３を介してフロントエンド回路５０と直接接続される。

また、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間をスイッチ１５で接続して長方形の放射素子１６を形成し１.５７５GHzで共振する場合は、切替スイッチはＯＮ（整合回路３１を通す側に切り替える）になり、長方形の放射素子１６は、放射素子１６の入力インピーダンスを５０Ωに整合する整合回路３１と送受信切替スイッチ３３を介してフロントエンド回路５０に接続される。

次に、送受信の動作を具体的に説明する。
５.８GHz（ＥＴＣ)対応では給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間のスイッチ１５は全てＯＦＦとなり、長方形の給電素子１２のみで励振する。５.８GHzの受信では、切替スイッチ３２をＯＦＦ（整合回路３１を通さない側に切り替える）として整合回路を給電線から遮断しておく。

また、送受信切替スイッチ３３は受信側にし、周波数選択スイッチSW1〜SW4のうち周波数選択スイッチSW1（３４）のみがＯＮとなり、他はＯＦＦとする。

給電素子１２で受信した信号は、送受信切替スイッチ３３を通して受信側のフロントエンド回路５０に入り、周波数選択スイッチSW1（３４）を通って５.８GHz側に入る。

信号はLNA３６で増幅された後、BPF３７で帯域が制限され、ミキサー３８でダウンコンバージョンされて中間周波数となり、その後、ベースバンド回路に送られる。一方、５.８GHzの送信では、切替スイッチ３２をＯＦＦとして整合回路を給電線から遮断しておく。

また、送受信切替スイッチ３３は送信側にし、周波数選択スイッチSW1〜SW4では周波数選択スイッチSW4（４６）のみがＯＮとなり、他はＯＦＦとする。

ベースバンド回路で作られた信号は、中間周波数にアップコンバージョンされた後、ミキサー４１で５.８GHzにアップコンバージョンされる。その後、BPF４３で帯域を制限した後、PA４４で増幅し、周波数選択スイッチSW4（４６）、送受信切替スイッチ３３を通って給電素子１２から電波として放射される。

１.５７５GHz（ＧＰＳ)対応では、給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間のスイッチ１５は全てＯＮとなり、長方形の放射素子を形成する。１.５７５GHzの受信では切替スイッチ３２をＯＮ（整合回路３１を通す側に切り替える）として整合回路を給電線に接続しておく。

また、送受信切替スイッチ３３は受信側にし、周波数選択スイッチSW1〜SW4では周波数選択スイッチSW2（３５）のみがＯＮとなり、他はＯＦＦとする。

給電素子１２で受信した信号は、整合回路３１と送受信切替スイッチ３３を通って受信側のフロントエンド回路５０に入り、周波数選択スイッチSW2（３５）を通って１.５７５GHz側に入る。信号はLNA３６で増幅された後、BPF３７で帯域が制限され、ミキサー３８でダウンコンバージョンされて中間周波数となり、その後、ベースバンド回路に送られる。

一方、１.５７５GHzの送信では、切替スイッチ３１をＯＮ（整合回路３１を通す側に切り替える）として整合回路３１を給電線に接続しておく。

また、送受信切替スイッチ３３は送信側にし、周波数選択スイッチSW1〜SW4では周波数選択スイッチSW3（４５）のみがＯＮとなり、他はＯＦＦとする。

ベースバンド回路で作られた信号は、中間周波数にアップコンバージョンされた後、ミキサー４１で１.５７５GHzにアップコンバージョンされる。

その後、BPF４３で帯域を制限した後、PA４４で増幅され、周波数選択スイッチSW3（４５）、送受信切替スイッチ３３、整合回路３１を通って給電素子１２から電波として放射される。尚、５.８GHz,１.５７５GHzでの軸比は３dB以下であり、２つの周波数とも良好な円偏波となっていた。

以上のように、本例の無線システムでは、５.８GHz対応の場合は給電素子１２のみで励振し、１.５７５GHz対応では給電素子１２と無給電素子１４、及び隣接した無給電素子１４間のスイッチ１５は全てＯＮとなって長方形の放射素子１６で励振して、２つの無線規格に対応できる。

また、１.５７５GHz対応では、アンテナに整合回路３１が接続されてアンテナの入力インピーダンスを５０Ωに整合できるためアンテナ３０とフロントエンド回路５０での反射が抑制できる。その結果、信号のS／Nを大きくでき、１.５７５GHzでも良好な送受信が行える。

また、本例のアンテナは給電点が１個であり、米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）よりもアンテナの構造が簡単であるため、より安価にアンテナを製造できる。その結果良好な送信・受信あるいは送受信特性を持つ円偏波対応の無線システムをより安価に製造できる。

本例は、２周波の無線システムについて説明したが、実施例２，５のアンテナを用い、各々の周波数帯に相当する受信系・送信系のフロントエンド回路を設けると３周波対応の円偏波無線システムが構成できる。

更に、実施例２で述べたように、本発明では４周波以上に対応したアンテナも可能であり、そのようなアンテナを用いれば更に多くの周波数に対応できるマルチバンド対応の無線システムが構成できる。

また、本例は送受信可能な無線システムについて説明したが、マルチバンド対応であれば送信のみ、受信のみの無線システムであっても本発明に含まれるものとする。

本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの一例を示す図である。 マイクロストリップアンテナをインセット給電する場合の説明図である。 実施例１のマイクロストリップアンテナの寸法を説明するための図である。 本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。 本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。 本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。 実施例４のマイクロストリップアンテナの寸法を説明するための図である。 本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。 本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。 改善されたスイッチを説明するための図である（面積を大きくしたもの）。 改善されたスイッチの形状を説明するための図である（対向する部分をＶ字形状にしたもの）。 本発明の無線システムの一例を示す図である。 従来例（特開２０００−２３６２０９号公報）を示す図である。 従来例（特開２００２−２６１５３３号公報）を示す図である。 従来例（特開２００３−１２４７３０号公報）を示す図である。 従来例（米国特許ＵＳＰ６1９８４３８）を示す図である。

符号の説明

１０：誘電体
１１：地板
１２：長方形の給電素子
１３：給電点
１３０：給電線
１３１：頂点の給電点
１４：無給電素子
１５，１５１：スイッチ
１６：長方形の放射素子
１６１：第１の長方形の放射素子
１６２：第２の長方形の放射素子
１７：同軸線
１８：整合回路
１８１，１８２：切替スイッチ
１９：ＲＦ回路
２０：ビアホール
３０：アンテナ（デュアルバンド対応マイクロストリップアンテナ）
３１：整合回路
３２：切替スイッチ
３３：送受信切替スイッチ
３４：スイッチＳＷ１
３５：スイッチＳＷ２
３６，４４：ＰＡ
３７，４３：ＢＰＦ
３８，４１：ミキサー
３９：５.８GHz発信器
４０：１.５７５GHz発信器
４２：５.８GHz発信器
４５：スイッチＳＷ３
４６：スイッチＳＷ４
５０：フロントエンド回路
６０：ＧＰＳ／ＥＴＣ共有無線システム
１０１：金属片
１０２：ＰＩＮダイオード
２１１：アンテナ部
２１２：配線基板
２１３：グランドパターン
２１４：ＲＦモジュール
２１８：アンテナ素子パターン
２１９：給電点（給電パターン）
２２０ａ〜２２０ｄ：接地点
２２１ａ〜２２１ｄ：スイッチ
３００：アンテナ構造
３０５：短絡平面
３１０：サブアンテナ構造
３２０：第１の放射素子
３２２：第１の端部
３２４：給電ライン
３３０：第２の放射素子
３３２：第２の端部
３３４：間隔
３４０：第３の放射素子
３４２：第３の端部
３５０：給電ライン
３６０，３６２：スイッチ
３７０，３７２：無線周波数モジュール
Ａ１，Ａ２：開口
４００：放射素子
４０５：高周波給電点
４１０：低周波給電点
４２０：ＭＥＭＳスイッチ

Claims (8)

1. 誘電体の上面に対角線上に給電点を持つ長方形の給電素子と、該給電素子を取り囲む矩形の無給電素子がマトリックス状に配置され、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間がスイッチによって接続され長方形の放射素子を形成する構造を有するマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、
   前記長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、W側の２つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をLi、L側の２つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をWi、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちW側に相当する辺の長さをW'、W'側の２つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をLi'、L'側の２つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をWi'とした場合、
   L/W=L'/W'
   Li/L=Li'/L'
   Wi/W=Wi'/W'
   の関係にある前記長方形の放射素子の形状が、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間を接続する前記スイッチによって、前記給電素子を取り囲むように多重に複数形成され、かつ該複数形成された長方形の放射素子はそれぞれ同じ前記給電点を用いるとともに、前記複数形成された長方形の放射素子の形状と前記給電点との相対位置は、前記給電素子と前記給電点との相対位置と相似の関係にあることを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。
2. 請求項１に記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、
   前記給電点に切替スイッチによって接続される整合回路を設けたことを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。
3. 誘電体の上面に長方形の給電素子を有し、前記給電素子は長方形の１つの頂点から給電され、かつ前記給電素子の給電点と対向する頂点を構成する２辺を取り囲む矩形の無給電素子がマトリックス状に配置され、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間はスイッチによって接続され長方形の放射素子を形成する構造を有するマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナであって、
   前記長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちW側に相当する辺の長さをW'とした場合、
   L/W=L'/W'
   の関係にある長方形の放射素子の形状が、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間を接続する前記スイッチによって、前記給電素子を取り囲むように多重に複数形成され、かつ該複数形成された長方形の放射素子はそれぞれ同じ前記給電点を用いるとともに、前記複数形成された長方形の放射素子の形状と前記給電点との相対位置は、前記給電素子と前記給電点との相対位置と相似の関係にあることを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。
4. 請求項３に記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、
   前記給電点に整合回路を設けたことを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、
   前記スイッチがＭＥＭＳスイッチまたはＰＩＮダイオードの少なくとも一方であることを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、
   前記スイッチは、前記給電素子または無給電素子の辺とほぼ同じ長さにわたって形成されることを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、
   前記スイッチの各々は、他のスイッチと対向する先端部分の形状をＶ字形状に延長し、対向する４つのスイッチの間隙がＸ字状になるようにしたことを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを用いたことを特徴とする無線システム。

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