JP4306691B2 - 分布位相型円偏波アンテナ、高周波モジュール及び携帯無線機器 - Google Patents

Description

本発明は衛星放送、衛星位置情報システムのような、円偏波を用いる無線システムのサービスをユーザーに提供する無線関連機器に適用されるアンテナおよび同アンテナを搭載した高周波モジュール、あるいは無線端末に関し、特に、同無線機器の寸法に比して大きい長さの波長の電磁波を媒体とする情無線システムのサービスをユーザーに提供するのに好適な、小型薄型円偏波アンテナ及び該アンテナを含む高周波モジュールそしてそれらを搭載した無線端末に係わる。

種々の無線システムの中、衛星を用いたサービスは各国に亘るシームレスなサービスの提供が可能なこと、通信媒体となる電磁波が概略天頂方向から到来するため、高層建造物等の遮蔽効果が少ないなどの特長を生かして、シームレス国際電話、衛星放送、測位システム等多くのシステムが稼動している。国際的にシームレスなサービスが提供できるという反面、電磁波が他国、他領域に漏洩する可能性が必然的に高いため、円偏波を用いて隣接する国、地域に対しては異なる偏波(右旋円偏波と左旋円偏波)を割り当てて、このような電磁波の漏洩問題に対処している。右旋円偏波は左旋円偏波アンテナでは受信できず、左旋円偏波は右旋円偏波アンテナでは受信できない。また、直線偏波アンテナは円偏波の電力の半分しか受信することができない。このため、円偏波の電磁波を用いる無線サービスをユーザーに効率よく提供するためには、円偏波アンテナの実現が重要な技術課題となる。

「図説・アンテナ」(後藤尚久著、電子情報通信学会１９９５年出版)２１９頁 「小型・平面アンテナ」(羽石操他著、電子情報通信学会１９９６年出版)１４３-１４５頁

円偏波アンテナを実現するためには、従来２つの方法が知られており広く実用に帰している。

第一の方法は、２つの直線偏波アンテナを互いに位置的に直行させ、各々のアンテナの給電位相を９０度ずらすものである。この代表的実現例としては、クロスダイポールが有名で、例えば非特許文献１に示されているとおり、２つの給電部が必要であり、さらに各々の給電部を９０度ずらす手段(例えば移相器)が必要で、アンテナを適用する無線機器の回路規模が大きくなり、同無線機器の小型化に問題がある。

第二の方法は、マイクロストリップアンテナ等の周辺開放パッチアンテナを用いるものであり、直交する二軸に広がりをもつ矩形あるいは円形型の二次元的パッチを用いて一つの給電点によって円偏波アンテナを実現するものである。例えば非特許文献２に示されているとおり、正方形あるいは円の形状を２つの直交する二軸に対して一方を短く、他方を長く変形することにより、正方形の一辺あるいは円の半周の長さを異なるものにし、それぞれの長さがアンテナが受信すべき電波の波長の１／２より少し長いあるいは短い状態として、給電点からみたお互いに直交する夫々の長さに対して誘導性あるいは容量性として、一点給電でこれら各々の長さに対する給電位相を９０度ずらすものである。この手法は、第一の手法と比べて給電点がひとつであるので、アンテナに高周波電力を供給する高周波回路規模の大幅な削減が実現され、現在最も多く実用に帰している。しかしながら、本手法を用いる場合、アンテナの外形寸法はアンテナが受信する電波の波長の概略１／２の寸法を二次元的に確保 (概略波長の１／２の一辺を有する正方形の面積の確保) する必要があり、現代の手のひら大の小型端末への適用にはいまだ問題が残っている。

さらに、板状導体にパターンを施し、同パターンを形成する微小導体セグメントに誘起する各々電流の、直交する二軸に射影されるベクトル和のそれぞれが、振幅が概略同じで位相差が概略９０度であるような新原理アンテナを本出願人が提案中である。そのアンテナでは寸法が使用する波長の概略１／４程度の外寸法で円偏波アンテナが実現できると説明されている。しかしながら、衛星を用いた位置情報システムの代表ともいえるＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）では、１．５ＧＨｚ帯の周波数を用いているため、１／４波長の寸法は概略５ｃｍであり、プリント基板等に使用される廉価な汎用誘電体の最高比誘電率１０による波長短縮効果を加味してもアンテナの寸法は２ｃｍ弱程度に留まり、携帯電話等の小型情報無線機器への搭載を考えると、さらなる小型化をすすめることが望ましい。

これら従来技術あるいは提案中のアンテナの寸法を削減するためにアンテナを高誘電率を有する誘電体で裏打ち或いは被覆することにより、誘電体の持つ波長短縮効果によってアンテナを小型化する技術が開発されているが、高誘電率を有する誘電体の採用によるコスト高および、アンテナが動作すべき周波数帯域を確保しつつ誘電体の波長短縮効果を最大限引き出すためには該誘電体の厚み方向の寸法を増加させる必要があることもあり、新たな小型化が期待される。

従って、本発明の目的は、衛星無線システムに代表される円偏波の電磁波を用いる無線サービスをユーザーに提供する円偏波アンテナを、最も簡単な一点給電で、小型且つ薄型の寸法で、誘電体等のコスト高を引き起こす可能性のある波長短縮のための別媒体の付加なしに、実現することであり、また、同円偏波アンテナを用いた高周波モジュールあるいは無線端末を提供することである。

簡単に言うと、本発明の目的は、円偏波アンテナを小型かつ薄型で実現することにある。

上記目的を達成するために本発明の分布位相型円偏波アンテナは、金属導体を概略一次元的電流分布を有する複数の細幅導体に分割し、この各細幅導体を適宜除去して形成された細幅導体群を積層方向に複数配置してなる複数の細幅導体群と、隣接する該細幅導体群間を結合するための結合導体と、上記細幅導体群に電気的に接続された給電点とを有する分布位相型円偏波アンテナであって、互いに直交する二方向に対する上記細幅導体上に誘起する電流分布の各々の複素ベクトル加算値が、振幅において概略等しく、位相において概略９０度の位相差を呈するものである。

請求項１記載の分布位相型円偏波アンテナであって、該複数の細幅導体群が互いに結合し且つ該給電点を含んでもよい。

請求項１又は２記載の分布位相型円偏波アンテナであって、同アンテナの構造が接地電位を有する有限大の導体板の上に形成されてもよい。

請求項３記載の分布位相型円偏波アンテナであって、該同アンテナ構造と該導体板の間の空間が誘電体で充填されていてもよい。

請求項２記載の分布位相型円偏波アンテナであって、該給電点に同軸ケーブルの一端が接続され、他の一端が外部接続用給電点となってもよい。

請求項２記載の分布位相型円偏波アンテナであって、該給電点にフレキシブルプリントケーブルの一端が接続され、他の一端が外部接続用給電点となってもよい。

また、本発明の高周波モジュールは、請求項３乃至４いずれか記載の分布位相型円偏波アンテナを用いるものである。

また、本発明の携帯無線機器は、請求項１乃至６いずれか記載の分布位相型円偏波アンテナ又は請求項７記載の高周波モジュールを搭載したものである。

円偏波アンテナを小型かつ薄型で実現することができる。

本発明の分布位相型円偏波アンテナは、薄板小寸法構造で円偏波動作を実現するものであり、細幅導体線路の集合構造を有する。

本発明の課題は、薄型小寸法構造の円偏波アンテナを実現し、同アンテナを用いた小型の高周波モジュールを提供することであり、その解決手段として、細幅導体線路の集合で構成された導体平板を積層、同集合を一つの二次元面内に展開し、展開された各線路の各点における誘起電流の同面内に設定した直交する二方向への位相遅れを考慮した射影の夫々の複素ベクトル和が、振幅同一、位相差９０度とする。

非特許文献２で述べられているように、円偏波とは円偏波を受信する視点から考えれば、該円偏波が到来する方向に垂直な面内に設置したお互いに直交する二方向の電磁波の強度が同じで位相が互いに９０度異なっている現象を指している。電磁気学が教えるところによれば、導体上を流れる電流の向きと、同電流が生成する電磁波の電界の向きは遠方では同じ向きとなるので、アンテナを構成する細幅導体線路の集合を一つの平面（仮想的平面である）に形成し、該線路の集合の一点を給電点としたときに、該各線路を波長に比べて十分に小さく（１／５０以下）分割した各点における誘起電流の複素ベクトルの該仮想的平面上に設定された任意の直交する２軸に対する射影の総和を夫々の軸についてとり、各総和の振幅が同一で位相の差が９０度となれば、このとき該細幅導体線路の集合は取りも直さず円偏波アンテナとなっていると考えてよい。

このアンテナでは、該細幅導体線路の集合体であるパターン化された導体平板上に存在しうる異なる細幅導体線路の空間位相差の限界は該平板導体の対角線長となる。同特許の円偏波アンテナの動作原理を踏襲すれば、概略９０度の空間位相差を持つ複数の細幅導体線路の組が必要で、方形アンテナの寸法を対角線が１／４波長以下にすることは原理的に不可能で、更に良好な軸比を有する円偏波アンテナを実現するためには方形アンテナ寸法の一辺を１／４波長以下にすることは極めて困難である。

そこで、本発明では本出願人が提案中であるアンテナの動作原理に基づき、パターン化された２つの導体平板を対向させて設置しそれぞれの導体平板上の一点間で給電を行う。このようにすることにより、２つの導体平板から構成される細幅導体線路の集合体の二つの異なる要素間の空間位相差の制限は、一つのパターン化された導体平板からなる場合の二倍に緩和され、結果として波長を固定して考えればアンテナ寸法を概略１／２にすることが可能となる。

本発明によれば、小さい寸法で一点給電円偏波アンテナが、実現できるので、小型の円偏波アンテナを新たなコスト高を引き起こすことなく実現する効果があり、且つ小型薄型化されたアンテナ含む薄型モジュールが実現可能であり、同アンテナおよびモジュールを用いることにより、円偏波を用いる無線システムの無線端末の小型化、薄型化に効果がある。

本発明に関する具体的なアンテナ構造を生成する設計アルゴリズムは種々考えられるが、最も簡単なアルゴリズムとして、アンテナが占めるべき領域を予め与え、該領域を小領域(例えば矩形領域)に再分割し、その分割した領域に導体が存在するか否かの状態をランダムに計算機で決定し、得られる細幅導体線路(小領域の寸法が細幅に対応)の集合に対応する導体分布パターンの上で、更にランダムに給電点を選ぶことにより新原理円偏波アンテナの候補を作成し、同候補のアンテナが実際円偏波を発生するかを随時検証してゆけばよい。

一つのランダム検索例では、図１に示すような、使用波長の１／８未満の寸法の二つの正方導体が該寸法の１／１０以下に近接して対向設置されている構造で有限の厚みを持つ小型板状円偏波アンテナが得られる。得られた結果は、従来技術からなるアンテナの寸法(概略使用波長の１／４から１／２の一辺を有する正方形)より遥かに小さい寸法で一点給電円偏波アンテナが、誘電体等の波長短縮用部材を用いることなく実現できており、小型の円偏波アンテナを新たなコスト高を引き起こすことなく実現する効果を実証している。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本発明の一実施例を図１を用いて説明する。図１は本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの一実施例の構造を示す図であり、図１（ａ）は本発明の分布位相型円偏波アンテナの斜視図、図１（ｂ）は同上アンテナのＡ視側面図、図１（ｃ）は同上アンテナのＢ視側面図、図１（ｄ）、図１（ｅ）は同上アンテナの導体パターン図である。

複数の矩形導体１００で構成される第一の導体平板１と、同様に複数の矩形導体１００から構成される第二の導体平板２と、第一の導体平板１と第二の導体平板２を電気的に結合する該矩形導体１００と同程度以下の寸法を有する結合導体３を具備し、第一の導体平板１と第二の導体平板２は面的に対向するように設置され、第一の導体平板１の構成要素である矩形導体１００の一つと第二の導体平板２の構成要素である矩形導体１００の一つが結合導体３によって接合される。

第一の導体平板１の構成要素である異なる矩形導体１００の間に空隙が設けられ同空隙を給電点４として該異なる矩形導体１００の部分に給電が施される。第一および第二の導体平板１，２を構成する複数の矩形導体１００は互いに隣接する矩形導体１００同士で細幅導体１０１を形成する。同一の矩形導体１００が複数の異なる細幅導体１０１の構成要素となる場合がありえる。

図１（ｄ）に示されるように、破線１０２で囲まれた部分を取り出してみると、２つの矩形導体１００がＷの方向に並んだ細幅導体１０１が形成されている。また、破線１０３で囲まれた部分を取り出してみると、２つの矩形導体１００がＨの方向に並んだ細幅導体１０１が形成されている。このように、本発明の分布位相型円偏波アンテナは、一つの平面（仮想的な平面である）の上に、一つの給電点４と、二次元的に分布する概略一次元的電流分布を有する複数の細幅導体１０１で構成される細幅導体群が形成されたものである。細幅導体群とは、第一の導体平板１或いは第二の導体平板２のことである。

第一の導体平板１上に仮想的に互いに直交するＸ軸とＹ軸を設定する。導体平板１，２に高周波電力を印加すると、該導体平板上に電流が誘起するため、該細幅導体１０１上にはその長手方向に沿って電流ベクトルが形成される。同電流ベクトルは、先に設定したＸ軸とＹ軸に射影させる。細幅導体１０１は複数存在するため、その数だけ電流ベクトルが存在することになる。これら電流ベクトルは固有の振幅と位相を有するため、それを複素数で表現し、絶対値を振幅に偏角を位相に対応させる。これら電流ベクトル全てについて、Ｘ軸とＹ軸の射影を取り、その複素数和を取る。第一の導体平板と第二の導体平板は該Ｘ軸とＹ軸に直交する方向に対して距離ｄを持つ。ｄの距離を導体平板に印加された高周波電力の波長で割ったものに２πをかけることによって該直交する方向に対する位相差が得られる。第一の導体平板１に属する細幅導体に誘起した電流ベクトルについてのＸ軸とＹ軸に対する射影の複素数和と、第二の導体平板２に属する細幅導体に誘起した電流ベクトルについてのＸ軸とＹ軸に対する射影の複素数和の偏角部分に上記位相差を更に加えたものとの和を取る。このとき、複素数であるＸ軸に関する該和とＹ軸に関する該和について、夫々絶対値が概略等しく、偏角が概略９０度互いに異なっている状態となるように矩形導体１００を配置して、第一の導体平板１および第二の導体平板２を形成する。

本実施例によれば、第一の導体平板１と第二の導体平板２および結合導体３によって実現される、本アンテナ構造上に実現可能な一つの矩形導体１００から別の矩形導体１００に至る電気長が、単一の導体平板を有するアンテナ構造に比較して長くとれる。なぜなら、単一の導体平板の場合は、その単一の導体平板に沿った経路で電気長をとるしかないので、電気長は導体平板の寸法以上には長くはできないが、複数の導体平板があると該複数の導体平板を繋ぐ導体板を経由して複数の導体平板にわたる長い経路で電気長をとることができるからである。

従って、二つの導体平板を有する構造では、これら二つの導体平板の間隔が導体平板の寸法より十分に小さい場合、アンテナ動作に必要な電気長を従来技術の一枚の導体平板からなる構造に比べて小さい寸法で実現可能である。

このとき、従来技術の１／２波長、１／４波長に相当する寸法に比べて、図１の例では第一の導体平板１と第二の導体平板２の対向距離が１／１００波長の時に１／８波長を実現している。従って、本実施例によれば従来技術のアンテナの寸法に比して大幅な寸法の削減が可能で、小型の一点給電の円偏波アンテナを実現する効果がある。

図１の実施例の分布位相型円偏波アンテナの矩形導体１００の集合である第一の導体平板１および第二の導体平板２の、具体的な構造を決定するアルゴリズムを図２のフローチャートを用いて説明する。

まず、図２の手順をおおまかに説明する。あらかじめ第一の導体平板１および第二の導体平板２がそれぞれ一つの矩形導体板である場合を想定して、各々の矩形導体板を微小の正方小領域に仮想的に分割し、各正方小領域を第一および第二の導体平板を構成する矩形導体として残存させるか除去するかの２状態を計算機によってランダムに決定しアンテナの候補パタンを生成する（詳しくは後述する）。

その後、該候補パタンごとに、給電の候補点を該正方小領域の内辺について一通りすべて設定し候補パタンのアンテナ特性(給電点でのインピーダンス整合状態と遠方放射界の軸比)を計算し、整合・軸比共に許容範囲に収まっているものを分布位相型円偏波アンテナとして採用する。分割平面上の正方小領域の残存比率はランダム除去操作の際に予め決定しておく。ここで、整合・軸比共に許容範囲に収まるとは、給電点でのインピーダンスとアンテナのインピーダンスとのずれ（不整合）による電力の反射が許容範囲に収まっており、かつ、円偏波の良好度を示す指標である軸比の値が許容範囲に収まっているということである。

図２の手順を詳しく説明する。

まず、ステップＳ１で、微小領域残存率Ｒを読み込む（Ｓ１）。なお、分割平面上の正方小領域の微小領域残存率Ｒはランダム除去操作の際に予め決定しておくものとする。

ステップＳ２で、分割平面寸法Ｗ×Ｈを読み込む。なお、便宜上、図１（ｄ）のようにＷ，Ｈを定義する。図１（ｄ）に示されるように、Ｗ，Ｈは、第一の導体平板１と第二の導体平板２の寸法であり、互いに直交する。

ステップＳ３で、微小領域寸法ｗ×ｈを読み込む。図１（ｄ）に示されるように、ｗ，ｈは、矩形導体１００の寸法であり、互いに直交する。

さらに、ステップＳ４で、許容判断値として、反射係数許容値Ｔｒｅｆ、振幅比許容値Ｔα、位相差許容値Ｔδをそれぞれ読み込む。

次に、ステップＳ５で、分割平面の微小領域のインデックス化を行う。インデックス化とは、分割平面の中に存在する複数の微少量域の各々に通し番号を振ることである。ここでは、
番号ｉ；１〜Ｎ［Ｎ＝Ｗ／ｗ × Ｈ／ｈ］ （１）である。

ステップＳ６で、微小領域ランダム残存計算を行う。その計算式は
ｒ（ｉ）＝０ｏｒ１；１残存，０除去ｉ （２）
である。また、
Ｍ＝ＮＵＭ（ｉ） ｆｏｒ ｒ（ｉ）＝１，Ｍ／Ｎ＝Ｒ （３）
である。ここで、式（２）は、ｒ（ｉ）の値は１あるいは０をとり、ｒ（ｉ）の値が１であればｉ番目の微小領域を残存させ、ｒ（ｉ）の値が０であればｉ番目の微小領域を除去することを示している。また、式（３）は、ｒ（ｉ）の値が１であるｉの集合の要素の総数をＭとして、Ｍ／Ｎの値が常にＲであるように維持することを示している。

次に、ステップ７で、給電点順次設定を行う。その計算式は、
ｆｊ：１〜Ｌ［Ｌ＝（Ｗ／ｗ−１）×Ｈ／ｈ＋Ｗ／ｗ×（Ｈ／ｈ−１）］ （４）
である。ここで、ｆｊは給電点の存在する位置に番号を振ったものの各々（通し番号）である。式（４）は、与えられたＷ，ｗ，Ｈ，ｈによってｆｊの取り得る値の上限を示している。

次いで、ステップＳ８では、アンテナ特性を計算する。これにより、給電点反射係数ｒｅｆが求まる。

さらに、ステップＳ９では、微小領域複素電流を計算する。すなわち、微小領域毎の縦方向複素電流Ｉｈ（ｒ（ｉ））及び横方向複素電流Ｉｗ（ｒ（ｉ））を求める。

次いで、ステップＳ１０で、複素電流ベクトル和の計算を行う。この計算では、直交する二方向（ｗ方向とｈ方向）の振幅比α
α＝｜ΣＩｈ（ｒ（ｉ））｜／｜ΣＩｗ（ｒ（ｉ））｜ （５）
と、位相差δ
δ＝∠ΣＩｈ（ｒ（ｉ））−∠ΣＩｗ（ｒ（ｉ）） （６）
とを計算する。

次に、ステップＳ１１では、ステップＳ１０で求めた振幅比αと、ステップＳ８で求めた給電点反射係数ｒｅｆと、ステップＳ４で読み込んだ反射係数許容値Ｔｒｅｆ、振幅比許容値Ｔα、位相差許容値Ｔδとを用いて、次の条件式（７）が真か偽か判定する。

ｒｅｆ＜Ｔｒｅｆ∩｜α−１｜＜Ｔα∩｜δ-９０｜＜Ｔδ （７）
条件式（７）が偽（Ｎｏ）であればステップＳ６に戻る。ステップＳ６に戻るとｒ（ｉ）がランダム的に変化する。こうしてステップＳ６〜Ｓ１０の計算をやり直すことになるので、振幅比α、位相差δが違ってくる。よって、ステップＳ１１の結果が変わってくる。

条件式（７）が真（Ｙｅｓ）であれば、終了する。条件式（７）が真ということは、直交する二軸に沿った放射電磁波の振幅が互いに概略等しいことであって、かつアンテナの入力インピーダンスが高周波回路の入力インピーダンスと整合していることであって、かつ直交する二軸に沿った放射電磁波の位相差が概略９０度に等しいということである。

本発明の他の一実施例を図３を用いて説明する。図３は本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの他の一実施例の構造を示す図であり、図１の実施例と異なる点は、一枚の矩形導体板である、第三の導体平板５が第二の導体平板２に対し第一の導体平板１とは異なる方向で対向し設置され、該第三の導体平板５の一部と該第二の導体平板２の一部が第二の結合導体６によって電気的に結合されていることである。

本実施例における、第一の導体平板１および第二の導体平板２を構成する矩形導体の集合は、図２のフローチャートを用いて、第三の導体平板５および第二の結合導体６の存在による電磁気的効果を考慮に入れて求められる。具体的には、第三の導体平板５を正方小領域に分割し同正方小領域上に誘起する電流を新たに考慮に入れて、第一および第二の導体平板１，２を構成する矩形導体１００の集合を求めればよい。

本実施例に拠れば、本発明からなる分布位相型円偏波アンテナを、回路基板に実装するさいの同回路基板のアンテナに対する電磁気的作用を低減することが可能で、回路基板実装後のアンテナ特性の変化を修正するための調整後工程を省くことが出来、同アンテナを搭載した無線機器の製造コストを削減する効果を有する。

本発明の他の一実施例を図４を用いて説明する。図４は本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの他の一実施例の構造を示す図であり、図１の実施例と異なる点は、第一の導体平板１と第二の導体平板２の間が、誘電体７によって充填されていることである。

本発明の分布位相型円偏波アンテナでは、第一の導体平板と第二の導体平板の間に電磁界エネルギーが集中して存在するので、この部分に誘電体を挿入することでアンテナ動作に関与する電磁波の波長を短縮することができ、結果としてアンテナ構造を縮小する事ができる。このため、図１の実施例からなる分布位相型円偏波アンテナの寸法を小型化する効果を有する。

本発明の他の一実施例を図５を用いて説明する。図５は本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの他の一実施例の構造を示す図であり、図４の実施例と異なる点は、一枚の矩形導体板である、第三の導体平板５が第二の導体平板２に対し第一の導体平板１とは異なる方向で対向し設置され、該第三の導体平板５の一部と該第二の導体平板の一部が第二の結合導体６によって電気的に結合されていることである。

本実施例に拠れば、図４の実施例からなる分布位相型円偏波アンテナを、回路基板に実装するさいの同回路基板のアンテナに対する電磁気的作用を低減することが可能で、回路基板実装後のアンテナ特性の変化を修正するための調整後工程を省くことが出来、同アンテナを搭載した無線機器の製造コストを削減する効果を有する。

本発明の他の一実施例を図６を用いて説明する。図６は本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの他の一実施例の構造を示す図であり、図５の実施例と異なる点は、第二の導体平板２と第三の導体平板５の間が、第二の誘電体８によって充填されていることである。

本発明の分布位相型円偏波アンテナでは、第一の導体平板１と第二の導体平板２および第三の導体平板５の間に電磁界エネルギーが集中して存在するので、この部分に誘電体７，８を挿入することでアンテナ動作に関与する電磁波の波長を短縮することができ、結果としてアンテナ構造を縮小する事ができる。このため、図４の実施例からなる分布位相型円偏波アンテナの寸法を小型化する効果を有する。

本発明の一実施例を図７を用いて説明する。図７は本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの一他の実施例の構造を示す図であり、図４の実施例の分布位相型円偏波アンテナの給電点４の励振電位およびアース電位に同軸ケーブル９の一端の心線および被覆線が共々に電気的に結合されており、該同軸ケーブル９の他の一端が外部接続用給電点４４となる。

本発明によれば、アンテナの給電点を同軸線路によって外部に引き出すことが可能となるので、アンテナとアンテナに高周波電力を供給する高周波回路の無線機器内での配置の自由度が増す効果もある。

本発明の一実施例を図８を用いて説明する。図８は本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの一他の実施例の構造を示す図であり、図７の実施例と異なる点は、給電点４にフレキシブルプリント板１０によって形成されるコプレナ線路の一端のホット導体とアース導体が共々給電点４の励振電位とアース電位に電気的に結合されており、該フレキシブルプリント板１０の他の一端が外部接続用給電点４４となる。

本発明によれば、図７の実施例の同軸線路に対して安価な製造コストのフレキシブルプリント板１０を給電線として用いることか出来るので、アンテナ全体の製造コストを低減することができる。また、アンテナの給電点４をフレキシブルプリント板によって電気的に等価に外部に引き出すことが可能となるので、アンテナとアンテナに高周波電力を供給する高周波回路の無線機器内での配置の自由度が増す効果もある。

本発明の一実施例を図９を用いて説明する。図９は本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの一他の実施例の構造を示す図であり、図４の実施例の分布位相型円偏波アンテナにおいて、同軸ケーブル９が第二の導体平板２を電気的に接触することなく貫き、引き続き誘電体７を貫き、第一の導体平板１上の給電点４の励振電位とアース電位に同軸ケーブル９の一端の心線と被覆線が共々に電気的に結合されている。

本発明によれば、アンテナの給電点４を同軸線路９によって外部に引き出すときに、主に第一の導体平板１から外部空間に放射される電磁波を該同軸ケーブル９が妨げることが無いので、アンテナの電波放射効率を向上することができ、結果として同アンテナの感度を向上させる効果がある。

本発明の他の一実施例を図１０を用いて説明する。図１０は本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの他の一実施例の構造を示す図であり、図６の実施例の分布位相型円偏波アンテナを回路基板等の有限接地導体１９上に設置した構造となっている。ここで、有限接地導体１９とは、高周波的にアース電位として働く有限寸法を有する導体のことである。回路基板のアース電位に第三の導体平板５が電気的に接続され、第二の導体平板２上の一点であるアース電位接合点１２と該アース電位が電気的に接続され、第一の導体平板１上の一点である励振電位接合点１１に励振電位が電気的に接続される。

本実施例では、アンテナは第一の導体平板１と第二の導体平板２の間で給電が行われるわけであるが、該第一の導体平板１と該第二の導体平板２の間の距離が励振波長に比べて十分小さいので、図６の実施例のアンテナと本実施例のアンテナの動作は概略同一と考えられる。本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの各候補の特性を検証する際に、該有限接地導体１９の電磁気的効果を組み込むことが可能で、そのようなアンテナ探索手法を用いることで、アンテナを回路基板等に装着した際の特性の変化を予め繰り込んだアンテナ探索が実現され、アンテナの無線機内実装時における特性劣化を抑制する効果がある。

本発明の他の一実施例を図１１を用いて説明する。図１１は本発明からなる高周波モジュールの一実施例を示す図であり、接地導体として動作する第三の導体平板５に接して高周波受信回路２０が形成され、該高周波回路２０のアース電位は該第三の導体平板５に電気的に接続され、該高周波回路２０の出力は出力線２５を介して出力され、該高周波回路２０の電源は電源線２６介して供給され、高周波回路２０の高周波入力線２３は第一の導体平板１上の一点である高周波信号点２１と電気的に結合し、高周波回路２０の高周波アース線２４は第二の導体平板２上の一点である高周波アース点２２と電気的に結合し、該第一の導体平板１と第二の導体平板２の間は誘電体７で充填されている。

第一の導体平板１と第二の導体平板２で捕捉された電磁波は、高周波信号線２１と高周波アース線を介して近距離で損失少なく高周波回路２０に供給され、増幅、周波数変換等の処理を施された後に、高周波出力線２５によって出力される。本実施例に拠れば、アンテナ一体構造で薄型に高周波受信モジュールを実現できるので、高周波受信モジュール自体の体積削減および無線機器への搭載への自由度向上さらに同無線機器内部での占有体積削減を実現でき、結果として無線機器の小型化、薄型化に効果がある。

本発明の他の一実施例を図１２を用いて説明する。図１２は本発明からなる高周波モジュールを搭載する一実施例の携帯無線機器の構成を示す図であり、折り曲げ型表面筐体１２１にスピーカ１２２、表示部１２３、キーパット１２４、マイク１２５が搭載され、該筐体に収納されるフレキシブルケーブル１２８で結合された第１の回路基板１２６と第２の回路基板１２７の上に、ベースバンド或いは中間周波回路部１２９および本発明からなる高周波モジュール１３５が搭載され、該ベースバンド或いは中間周波回路部１２９と高周波モジュール１３５の信号および電源を結合する接地導体パタン１３０および１３１が形成され、電池１３２と供に、第１の裏面筐体１３３と第２の裏面筐体１３４で収納する構造である。

この構造で特徴的なことは、本発明からなる高周波モジュール１３５が該高周波モジュール１３５が搭載される回路基板をはさんで表示部１２３あるいはマイク１２５の反対方向に位置することである。本実施例に拠れば、複数の無線システムのサービスを享受する無線端末を内蔵アンテナの形態で実現できるので、該無線端末の小型化、使用者の収納・持ち運び時の利便性の向上に大きな効果がある。

本発明の他の一実施例を図１３を用いて説明する。図１３は本発明からなるアンテナ素子を搭載する他の一実施例の携帯無線機器の構成を示す図であり、表面筐体１４１にスピーカ１２２、表示部１２３、キーパット１２４、マイク１２５が搭載され、該筐体に収納される回路基板１３６上に、ベースバンド或いは中間周波回路部１２９および本発明からなる高周波モジュール１３５が搭載され、該ベースバンド或いは中間周波回路部１２９と高周波モジュール１３５の信号および電源を結合する接地導体パタン１３０および１３１が形成され、電池１３２と供に、裏面筐体１４３で収納する構造である。

この構造で特徴的なことは、本発明からなるアンテナ素子を含む高周波モジュール１３５が回路基板をはさんで表示部あるいはマイク１２５あるいはスピーカ１２２あるいはキーパッド１２４の反対方向に位置することである。本実施例に拠れば、複数の無線システムのサービスを享受する無線端末を内蔵アンテナの形態で実現できるので、該無線端末の小型化、使用者の収納・持ち運び時の利便性の向上に大きな効果がある。また、図１２の実施例と比較すれば、回路基板および筐体を一体に製造できるので、端末体積の小型化、組立工数の削減による製造コストの低減に効果がある。

（ａ）は本発明の分布位相型円偏波アンテナの構造を示す斜視図、（ｂ）は同上アンテナのＡ視側面図、（ｃ）は同上アンテナのＢ視側面図、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ同上アンテナの導体パタン図である。 本発明の分布位相型円偏波アンテナにおける導体パタン探索のフローチャートである。 本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの斜視図である。 本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの斜視図である。 本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの斜視図である。 本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの斜視図である。 本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの斜視図である。 本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの斜視図である。 本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの斜視図である。 本発明からなる分布位相型円偏波アンテナの回路基板実装形態を示す斜視図である。 （ａ）は本発明からなる高周波モジュールの斜視図であり、（ｂ）はその高周波モジュールのＡから見た側面図である。 本発明からなる高周波モジュールを搭載した携帯無線機器の一構造を示す分解組立斜視図である。 本発明からなる高周波モジュールを搭載した携帯無線機器の一構造を示す分解組立斜視図である。

符号の説明

１ 第一の導体平板
２ 第二の導体平板
３ 結合導体
４ 給電点
５ 第三の導体平板
６ 第二の結合導体
７ 誘電体
８ 第二の誘電体
９ 同軸線路
１０ フレキシブルプリント板
１１ 励振電位接合点
１２ アース電位接合点
１９ 有限接地導板
２０ 高周波回路
２１ 高周波信号点
２２ 高周波アース点
２３ 高周波入力線
２４ 高周波アース線
２５ 出力線
２６ 電源線
４４ 外部接続用給電点
１００ 矩形導体
１００ 細幅導体線路
１２１ 折り曲げ型表面筐体
１２２ スピーカ
１２３ 表示板
１２４ キーパッド
１２５ マイク
１２６ 第一の回路基板
１２７ 第二の回路基板
１２９ ベースバンド或いは中間周波回路部
１３０ 接地導体パタン
１３２ 電池
１３３ 第一の裏面筐体
１３４ 第二の裏面筐体
１３５ 高周波モジュール
１３６ 回路基板
１４１ 表面筐体
１４３ 裏面筐体

Claims (8)

1. 金属導体を概略一次元的電流分布を有する複数の細幅導体に分割し、この各細幅導体を適宜除去して形成された細幅導体群を積層方向に複数配置してなる複数の細幅導体群と、隣接する該細幅導体群間を結合するための結合導体と、上記細幅導体群に電気的に接続された給電点とを有する分布位相型円偏波アンテナであって、互いに直交する二方向に対する上記細幅導体上に誘起する電流分布の各々の複素ベクトル加算値が、振幅において概略等しく、位相において概略９０度の位相差を呈することを特徴とする分布位相型円偏波アンテナ。
2. 請求項１記載の分布位相型円偏波アンテナであって、該複数の細幅導体群が互いに結合し且つ該給電点を含むことを特徴とする分布位相型円偏波アンテナ。
3. 請求項１又は２記載の分布位相型円偏波アンテナであって、同アンテナの構造が接地電位を有する有限大の導体板の上に形成されることを特徴とする分布位相型円偏波アンテナ。
4. 請求項３記載の分布位相型円偏波アンテナであって、該同アンテナ構造と該導体板の間の空間が誘電体で充填されていることを特徴とする分布位相型円偏波アンテナ。
5. 請求項２記載の分布位相型円偏波アンテナであって、該給電点に同軸ケーブルの一端が接続され、他の一端が外部接続用給電点となることを特徴とする分布位相型円偏波アンテナ。
6. 請求項２記載の分布位相型円偏波アンテナであって、該給電点にフレキシブルプリントケーブルの一端が接続され、他の一端が外部接続用給電点となることを特徴とする分布位相型円偏波アンテナ。
7. 請求項３乃至４いずれか記載の分布位相型円偏波アンテナを用いる高周波モジュール。
8. 請求項１乃至６いずれか記載の分布位相型円偏波アンテナ又は請求項７記載の高周波モジュールを搭載した携帯無線機器。

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