JP4478634B2 - 平面アンテナ - Google Patents
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Description
本発明は、平面アンテナに関し、特に、誘電体板基板上に形成され、円偏波を発生するアンテナとして好適な技術に関する。
近年、自動車等の車両（移動体）には、高周波帯のＧＰＳ（Global Positioning System）用のアンテナや、衛星ディジタル放送用の衛星電波を受信するアンテナが搭載されることが多くなってきている。また、高速道路や有料道路の料金を自動的に徴収するＥＴＣ（自動料金所システム）や、道路交通情報を提供するＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）の電波ビーコンに対しても電波の送受信を行なうアンテナが必要となってきている。
このような移動体が送信又は受信すべき電波の中で、ＧＰＳ用の電波、衛星ディジタル放送用の衛星電波、ＥＴＣ用の電波には円偏波が使用されている。そして、従来の円偏波アンテナにはパッチアンテナ（平面アンテナ）が多く利用されている。
図１１は従来の平面アンテナの一例を示す模式的平面図であって、下記特許文献１で提案されている平面アンテナの構造を示している。この図１１に示す平面アンテナは、右旋回の円偏波を受信できるアンテナであって、図示しない誘電体（透明フィルム）上に、正方形状のループアンテナ（給電素子）１２０と、一部が折り曲げられて第１の部分１４０Ａ及び第２の部分１４０Ｂを有し、ループアンテナ１２０に接続されない独立した線状の導体（無給電素子）１４０とが形成されて構成されている。なお、符号１６０，１７０はループアンテナ１２０に対する給電端子、符号２７０は給電端子１６０，１７０とループアンテナ１２０との接続導体である連絡導体、符号ＣＰはループアンテナ１２０の中心点をそれぞれ示している。
図１１は従来の平面アンテナの一例を示す模式的平面図であって、下記特許文献１で提案されている平面アンテナの構造を示している。この図１１に示す平面アンテナは、右旋回の円偏波を受信できるアンテナであって、図示しない誘電体（透明フィルム）上に、正方形状のループアンテナ（給電素子）１２０と、一部が折り曲げられて第１の部分１４０Ａ及び第２の部分１４０Ｂを有し、ループアンテナ１２０に接続されない独立した線状の導体（無給電素子）１４０とが形成されて構成されている。なお、符号１６０，１７０はループアンテナ１２０に対する給電端子、符号２７０は給電端子１６０，１７０とループアンテナ１２０との接続導体である連絡導体、符号ＣＰはループアンテナ１２０の中心点をそれぞれ示している。
また、この図１１に示すように、無給電素子１４０は、ループアンテナ１２０の外側近傍に配置されており、より詳細には、第１の部分１４０Ａが、ループアンテナ１２０の一辺と平行に、第２の部分１４０Ｂが、給電端子１６０，１７０の中間点とこれに対向する頂点を結ぶ直線と平行になるように配置されている。
この無給電素子１４０の機能について、下記特許文献１の段落００６９の記載を引用して説明すると、無給電素子１４０の無い状態のループアンテナ１２０、特に、周囲（アンテナ導体の全長）が１波長のループアンテナ１２０では、垂直方向の電界成分（横成分）のみしか受信しない（つまり、時間によって電界の方向が変化する円偏波を完全に受信できない）が、無給電素子１４０をループアンテナ１２０に近接して設けることで、円偏波の縦成分を受信することが可能となる。
この無給電素子１４０の機能について、下記特許文献１の段落００６９の記載を引用して説明すると、無給電素子１４０の無い状態のループアンテナ１２０、特に、周囲（アンテナ導体の全長）が１波長のループアンテナ１２０では、垂直方向の電界成分（横成分）のみしか受信しない（つまり、時間によって電界の方向が変化する円偏波を完全に受信できない）が、無給電素子１４０をループアンテナ１２０に近接して設けることで、円偏波の縦成分を受信することが可能となる。
即ち、無給電素子１４０の第２の部分１４０Ｂによって円偏波の縦成分を取り込み、この受信した縦成分を、ループアンテナ１２０のアンテナ導体に近接する第１の部分１４０Ａによって、ループアンテナ１２０のアンテナ導体に結合させることが可能となる。その結果、円偏波の縦成分と横成分とが同位相でループアンテナ１２０で受信されることになる。換言すれば、無給電素子１４０が第２の部分１４０Ｂのみであると、受信した円偏波がループアンテナ１２０に伝わり難いので、受信した円偏波を効率的にループアンテナ１２０に伝達するために無給電素子１４０に第１の部分１４０Ａを設けているのである。
なお、従来のアンテナ構造として、例えば下記特許文献２，３により提案されている技術もある。
特許文献２の技術は、複数の双ループアンテナ素子からなる薄型の平面構造で、左旋回円偏波と右旋回円偏波とを同時に双方向から発生させることのできるアンテナ構造に関するものである。
特許文献２の技術は、複数の双ループアンテナ素子からなる薄型の平面構造で、左旋回円偏波と右旋回円偏波とを同時に双方向から発生させることのできるアンテナ構造に関するものである。
これに対し、特許文献３の技術は、複数のアンテナの相互干渉により形成されるそれぞれの指向性が最適となるように、アンテナの平面内において、大きなスクエアロウアンテナの内側にそれよりも小さなダイポールアンテナ、ループアンテナ、平面アンテナを配置した構造に関するものである。
しかしながら、上記特許文献１で提案されている技術では、その構成上、無給電素子１４０への電界分布が弱いため、十分に良好な円偏波特性を得るのが困難であった。これは、誘電体基板上に単純にダイポールアンテナ等の線状アンテナを構成すると、主に、誘電体基板の面部に沿った方向にビームが形成されてしまい、誘電体基板の面部と交差する方向（つまり、厚み方向）への放射強度が弱いことが１つの要因と考えられる。
なお、上記特許文献２の技術は、左旋回円偏波と右旋回円偏波とを同時に発生できるようにすることを目的とする技術であり、上記特許文献３の技術は、狭い場所でも複数のアンテナを接近、あるいは、集中して設置でき、小型化が可能であり、また車内からのノイズを防止できるようにすることを目的とする技術であり、いずれも、良好な円偏波特性を得ることを目的とする技術ではない。
本発明は、上記課題に鑑み創案されたもので、簡易な構成で良好な円偏波特性を得ることのできる、平面アンテナを提供することを目的とする。なお、本発明の平面アンテナの適用対象は、車両等の移動体に限られず、ＰＯＳシステムや商品盗難防止用のセキュリティシステム等にも適用可能である。
本発明では、下記の平面アンテナを用いる。
（１）本発明の平面アンテナは、誘電体基板の一方の面に、電力を供給される線状アンテナ素子と、該線状アンテナ素子の発生しうる偏波と交差する交差偏波を発生すべく該線状アンテナ素子の近傍に配置されるとともに、該交差偏波を発生すべく該線状アンテナ素子と交差する方向に延在する線状部分を有し、該線状アンテナ素子の中心点を中心として点対称な位置に設けられた２つの無給電ループ状アンテナ素子とが設けられた、平面アンテナを用いることができる。
（１）本発明の平面アンテナは、誘電体基板の一方の面に、電力を供給される線状アンテナ素子と、該線状アンテナ素子の発生しうる偏波と交差する交差偏波を発生すべく該線状アンテナ素子の近傍に配置されるとともに、該交差偏波を発生すべく該線状アンテナ素子と交差する方向に延在する線状部分を有し、該線状アンテナ素子の中心点を中心として点対称な位置に設けられた２つの無給電ループ状アンテナ素子とが設けられた、平面アンテナを用いることができる。
（２）ここで、前記無給電ループ状アンテナ素子は、該線状アンテナ素子の両端部近傍に設けられていてもよい。
（３）さらに、該無給電ループ状アンテナ素子は、該誘電体基板平面内において該線状アンテナ素子と交差する方向に前記線状部分である長辺をもつ四角形状を有していてもよい。
（３）さらに、該無給電ループ状アンテナ素子は、該誘電体基板平面内において該線状アンテナ素子と交差する方向に前記線状部分である長辺をもつ四角形状を有していてもよい。
（４）また、該線状アンテナ素子は、ダイポールアンテナとして構成されていてもよい。
（５）さらに、本発明の平面アンテナは、誘電体基板の一方の面に、電力を供給される給電ループ状アンテナ素子と、該給電ループ状アンテナ素子の発生しうる主偏波と交差する交差偏波を発生すべく該給電ループ状アンテナ素子の近傍に配置されるとともに、該交差偏波を発生すべく該給電ループ状アンテナ素子と交差する方向に延在する線状部分を有し、該給電ループ状アンテナ素子の中心点を中心として点対称な位置に設けられた２つの無給電ループ状アンテナ素子とが設けられたことを特徴としている。
（５）さらに、本発明の平面アンテナは、誘電体基板の一方の面に、電力を供給される給電ループ状アンテナ素子と、該給電ループ状アンテナ素子の発生しうる主偏波と交差する交差偏波を発生すべく該給電ループ状アンテナ素子の近傍に配置されるとともに、該交差偏波を発生すべく該給電ループ状アンテナ素子と交差する方向に延在する線状部分を有し、該給電ループ状アンテナ素子の中心点を中心として点対称な位置に設けられた２つの無給電ループ状アンテナ素子とが設けられたことを特徴としている。
（６）ここで、該給電ループ状アンテナ素子は、長方形状を有するとともに、２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該給電ループ状アンテナ素子の対向する短辺側近傍であって、該給電ループ状アンテナ素子の中心点を中心とした点対称の位置に設けられていてもよい。
（７）また、上記の各無給電ループ状アンテナ素子は、それぞれ、該給電ループ状アンテナ素子の短辺を２等分した線分の一方と該無給電ループ状アンテナ素子の一部とが対向する位置に設けられていてもよい。
（８）さらに、該無給電ループ状アンテナ素子が、該誘電体基板平面内において該給電ループ状アンテナ素子と交差する方向に長辺をもつ四角形状を有していてもよい。
（９）また、該給電ループ状アンテナ素子が、折り返しダイポールアンテナとして構成されるとともに、２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該折り返しダイポールアンテナ素子の対向する長辺側近傍であって、該折り返しダイポールアンテナ素子の中心点を中心とした点対称な位置に設けられていてもよい。
（１０）さらに、上記の各無給電ループ状アンテナ素子が、それぞれ、該折り返しダイポールアンテナ素子の両端部近傍に設けられていてもよい。
（７）また、上記の各無給電ループ状アンテナ素子は、それぞれ、該給電ループ状アンテナ素子の短辺を２等分した線分の一方と該無給電ループ状アンテナ素子の一部とが対向する位置に設けられていてもよい。
（８）さらに、該無給電ループ状アンテナ素子が、該誘電体基板平面内において該給電ループ状アンテナ素子と交差する方向に長辺をもつ四角形状を有していてもよい。
（９）また、該給電ループ状アンテナ素子が、折り返しダイポールアンテナとして構成されるとともに、２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該折り返しダイポールアンテナ素子の対向する長辺側近傍であって、該折り返しダイポールアンテナ素子の中心点を中心とした点対称な位置に設けられていてもよい。
（１０）さらに、上記の各無給電ループ状アンテナ素子が、それぞれ、該折り返しダイポールアンテナ素子の両端部近傍に設けられていてもよい。
上記本発明の平面アンテナによれば、誘電体基板の一方の面に形成した簡易なアンテナパターン（給電線状アンテナ素子又は給電ループ状アンテナ素子及び無給電ループ状アンテナ素子）で、誘電体基板の両面側に円偏波を特性良く発生させることが可能である。したがって、例えば、ＧＰＳ用の電波、衛星ディジタル放送用の衛星電波、ＥＴＣ用の電波など、時間によって電界の方向が変化する円偏波を効率良く受信することが可能となり、円偏波の受信特性を向上することが可能となる。
〔１〕第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態に係る平面アンテナの構成を示す模式的平面図で、この図１に示す平面アンテナは、ガラスやセラミック等の誘電体基板（以下、単に「誘電体」あるいは「基板」ともいう）１０の一方の面に、給電点１ｅから電力を供給（給電）される線状アンテナ導体であるダイポールアンテナ素子（線状アンテナ素子）１が形成されるとともに、当該ダイポールアンテナ素子１を境界として区切られる基板１０上の２つの領域（分割領域）のうちの一方の領域（図１のダイポールアンテナ素子１の上側）において、ダイポールアンテナ素子１の一方の端部１ａ近傍に、一方の短辺が当該端部１ａに近接し長辺がダイポールアンテナ素子１と基板平面（ｘｙ平面）内で交差する方向（＋ｙ軸方向）に位置するようにループ形状（長方形状）を有する無給電の第１のループアンテナ素子（電磁結合ループとしての無給電ループ状アンテナ素子）２が形成され、且つ、上記分割領域の他方の領域（図１のダイポールアンテナ素子１の下側）において、ダイポールアンテナ素子１の他方の端部１ｂ近傍に、一方の短辺が当該端部１ｂに近接し長辺がダイポールアンテナ素子１と基板平面内で交差する方向（−ｙ軸方向）に位置するように長方形状を有する無給電の第２のループアンテナ素子（電磁結合ループとしての無給電ループ状アンテナ素子）３が形成されて構成されている。
図１は本発明の第１実施形態に係る平面アンテナの構成を示す模式的平面図で、この図１に示す平面アンテナは、ガラスやセラミック等の誘電体基板（以下、単に「誘電体」あるいは「基板」ともいう）１０の一方の面に、給電点１ｅから電力を供給（給電）される線状アンテナ導体であるダイポールアンテナ素子（線状アンテナ素子）１が形成されるとともに、当該ダイポールアンテナ素子１を境界として区切られる基板１０上の２つの領域（分割領域）のうちの一方の領域（図１のダイポールアンテナ素子１の上側）において、ダイポールアンテナ素子１の一方の端部１ａ近傍に、一方の短辺が当該端部１ａに近接し長辺がダイポールアンテナ素子１と基板平面（ｘｙ平面）内で交差する方向（＋ｙ軸方向）に位置するようにループ形状（長方形状）を有する無給電の第１のループアンテナ素子（電磁結合ループとしての無給電ループ状アンテナ素子）２が形成され、且つ、上記分割領域の他方の領域（図１のダイポールアンテナ素子１の下側）において、ダイポールアンテナ素子１の他方の端部１ｂ近傍に、一方の短辺が当該端部１ｂに近接し長辺がダイポールアンテナ素子１と基板平面内で交差する方向（−ｙ軸方向）に位置するように長方形状を有する無給電の第２のループアンテナ素子（電磁結合ループとしての無給電ループ状アンテナ素子）３が形成されて構成されている。
つまり、上記の各ループアンテナ素子２，３は、ダイポールアンテナ素子１の中心点を中心として点対称となる位置にそれぞれダイポールアンテナ素子１に近接して形成、配置されて、ダイポールアンテナ素子１と電磁的に結合可能に構成されている。なお、各ループアンテナ素子２，３をダイポールアンテナ素子１の両端部１ａ，１ｂの近傍に近接して設けているのは、例えば図２に符号２０で示すごとく、ダイポールアンテナ素子１の電圧分布は、ダイポールアンテナ素子１の中心（給電点１ｅ付近）から両端部１ａ，１ｂへ向かうほど電圧値（絶対値）が大きくなる（両端部１ａ，１ｂで最大となる）傾向にあり、結合効率が良好なためである。また、上記の各アンテナ素子１，２，３（導体パターン）は、例えば、銀印刷などの印刷技術を用いて簡単に形成することができる（以降の実施形態においても同様）。
このようなアンテナ構成において、ダイポールアンテナ素子１に給電すると、ダイポールアンテナ素子１が一方の交差偏波成分をもち、各ループアンテナ素子２，３が当該交差偏波成分と位相が９０°遅れで偏波も９０°異なる他方の交差偏波成分をもつように電界がｚ軸方向（図１の紙面垂直方向）に放射される。
より詳細には、ダイポールアンテナ素子１によりｘ軸方向の偏波（水平偏波）成分をもつ電界フィールド（Ｅxフィールド）が発生し、これが各ループアンテナ素子２，３に結合することにより、各ループアンテナ素子２，３に電流が流れる。このとき、ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、ｙ軸方向に長辺を有しているため、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に強い偏波（垂直偏波）成分をもつ電界フィールド（Ｅyフィールド）が発生する。
より詳細には、ダイポールアンテナ素子１によりｘ軸方向の偏波（水平偏波）成分をもつ電界フィールド（Ｅxフィールド）が発生し、これが各ループアンテナ素子２，３に結合することにより、各ループアンテナ素子２，３に電流が流れる。このとき、ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、ｙ軸方向に長辺を有しているため、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に強い偏波（垂直偏波）成分をもつ電界フィールド（Ｅyフィールド）が発生する。
その結果、ｚ軸方向には、上記のＥxフィールドとＥyフィールドとが合成された電界フィールド、つまり、円偏波〔この場合は、右旋回円偏波（ＲＨＣＰ：Right-Hand Circularly Polarized）〕フィールドが発生する。換言すれば、上記平面アンテナは、無給電ループ状アンテナ素子としてのループアンテナ素子２，３が、線状アンテナ素子としてのダイポールアンテナ素子１の発生しうる偏波（水平偏波）と交差する交差偏波（垂直偏波）を発生すべく配置されており、さらに、ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、当該垂直偏波を発生すべくダイポールアンテナ素子１と交差する方向に延在する線状部分を長方形の長辺として有しているのである。
ここで、ループアンテナ素子２，３の形状（ダイポールアンテナ素子１との結合部分の形状）、ダイポールアンテナ素子１とループアンテナ素子２，３とのｙ軸方向の距離、ｘ軸方向の位置をそれぞれ調整することによって、直交する交差電界成分の強度、位相を調整することができ、理想的な円偏波に近づけることが可能である。
例えば、シミュレーションパラメータとして、誘電体基板１０のサイズを３００ｍｍ（縦）×３００ｍｍ（横）×６ｍｍ（厚み）、比誘電率εrを７、ダイポールアンテナ素子１，ループアンテナ素子２，３の導電率を５×１０6、ダイポールアンテナ素子１の長さを送受信する無線信号の波長λの半波長（λ／２）の長さ（例えば、９７．４ｍｍ）とし、各ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、長辺が９５ｍｍ、短辺が１５ｍｍ（９５ｍｍ×１５ｍｍ）で合計の長さが２２０ｍｍのサイズとし、さらに、ダイポールアンテナ素子１からｙ軸方向に７ｍｍ程度、ダイポールアンテナ素子１の中心点からｘ軸方向に３３ｍｍ程度離れた位置に配置した構成において、９５３ＭＨｚの無線信号によりダイポールアンテナ素子１を給電すると、シミュレーション結果として、図３〜図６に示すような円偏波特性が得られる。
例えば、シミュレーションパラメータとして、誘電体基板１０のサイズを３００ｍｍ（縦）×３００ｍｍ（横）×６ｍｍ（厚み）、比誘電率εrを７、ダイポールアンテナ素子１，ループアンテナ素子２，３の導電率を５×１０6、ダイポールアンテナ素子１の長さを送受信する無線信号の波長λの半波長（λ／２）の長さ（例えば、９７．４ｍｍ）とし、各ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、長辺が９５ｍｍ、短辺が１５ｍｍ（９５ｍｍ×１５ｍｍ）で合計の長さが２２０ｍｍのサイズとし、さらに、ダイポールアンテナ素子１からｙ軸方向に７ｍｍ程度、ダイポールアンテナ素子１の中心点からｘ軸方向に３３ｍｍ程度離れた位置に配置した構成において、９５３ＭＨｚの無線信号によりダイポールアンテナ素子１を給電すると、シミュレーション結果として、図３〜図６に示すような円偏波特性が得られる。
なお、図３は上記平面アンテナの３次元の電力利得放射パターンを示し、図４は上記平面アンテナの３次元の右旋回円偏波利得放射パターンを示し、図５は上記平面アンテナの２次元（ｘｚ平面、即ち、給電されたダイポールアンテナ素子１に沿った面）の右旋回円偏波利得放射パターンを示し、図６は上記平面アンテナの２次元（ｙｚ平面、即ち、給電されたダイポールアンテナ素子１と直交する面）の右旋回円偏波利得放射パターンを示している。
このように、本実施形態の平面アンテナによれば、基板１０の一方の面に形成した簡易なアンテナ素子１，２，３（導体パターン）で、基板１０の両面側に円偏波を特性良く発生させることが可能である。
なお、左旋回円偏波（ＬＨＣＰ：Left-Hand Circularly Polarized）フィールドを発生させたい場合は、ループアンテナ素子２，３を、それぞれ、ダイポールアンテナ素子１を中心として反対側に配置（図１とは逆の点対称位置となるように配置）すればよい。
なお、左旋回円偏波（ＬＨＣＰ：Left-Hand Circularly Polarized）フィールドを発生させたい場合は、ループアンテナ素子２，３を、それぞれ、ダイポールアンテナ素子１を中心として反対側に配置（図１とは逆の点対称位置となるように配置）すればよい。
〔２〕第２実施形態の説明
図７は本発明の第２実施形態に係る平面アンテナの構成を示す模式的平面図で、この図７に示す平面アンテナは、ガラスやセラミック等の誘電体基板１０の一方の面（ｘｙ平面上）に、給電点１ｅにより電力を供給（給電）される四角形状（長方形状）のループアンテナ素子（給電ループ状アンテナ素子）１Ａが形成されるとともに、このループアンテナ素子１Ａのｘ軸方向に対向する２辺（短辺）１１，１２のうちの一方の辺１１に近接して無給電の長方形状のループアンテナ素子（電磁結合ループとしてのアンテナ導体）２がｙ軸方向にその長辺が延在するように形成され、且つ、他方の辺１２に近接して無給電の長方形状のループアンテナ素子（電磁結合ループとしてのアンテナ導体）３がｙ軸方向にその長辺が延在するように形成されて構成されている。
図７は本発明の第２実施形態に係る平面アンテナの構成を示す模式的平面図で、この図７に示す平面アンテナは、ガラスやセラミック等の誘電体基板１０の一方の面（ｘｙ平面上）に、給電点１ｅにより電力を供給（給電）される四角形状（長方形状）のループアンテナ素子（給電ループ状アンテナ素子）１Ａが形成されるとともに、このループアンテナ素子１Ａのｘ軸方向に対向する２辺（短辺）１１，１２のうちの一方の辺１１に近接して無給電の長方形状のループアンテナ素子（電磁結合ループとしてのアンテナ導体）２がｙ軸方向にその長辺が延在するように形成され、且つ、他方の辺１２に近接して無給電の長方形状のループアンテナ素子（電磁結合ループとしてのアンテナ導体）３がｙ軸方向にその長辺が延在するように形成されて構成されている。
つまり、上記の各ループアンテナ素子２，３は、ループアンテナ素子１Ａの外側であってループアンテナ素子１Ａの中心点を中心として点対称となる位置にそれぞれループアンテナ素子１Ａに近接して形成、配置されて、ループアンテナ素子１Ａと辺１１，１２を介して電磁的に結合可能に構成されている。
なお、本例においても、各ループアンテナ素子２，３の配置位置は、それぞれ、ループアンテナ素子１Ａによって形成される電圧分布に基づいて決定される。即ち、ループアンテナ素子１Ａに給電すると、当該ループアンテナ素子１Ａによる電圧分布は、例えば図８中に符号２１で示すように、ループアンテナ素子１Ａの一方の長辺（給電点１ｅと対向する辺）１３の中心付近からその両端に向けて電圧値（絶対値）が大きくなるとともに、同じく符号２２で示すように、他方の長辺（給電点１ｅが存在する辺）１４の中心付近からその両端に向けて電圧値（絶対値）が大きくなる傾向にあるので、結合効率が良好となる辺１１，１２近傍で、かつ、辺１１，１２を２等分した一方の線分とループアンテナ素子２，３の少なくとも一部（長辺の一部）とが対向するように、ループアンテナ素子２，３を配置するのが好ましいことになる。
なお、本例においても、各ループアンテナ素子２，３の配置位置は、それぞれ、ループアンテナ素子１Ａによって形成される電圧分布に基づいて決定される。即ち、ループアンテナ素子１Ａに給電すると、当該ループアンテナ素子１Ａによる電圧分布は、例えば図８中に符号２１で示すように、ループアンテナ素子１Ａの一方の長辺（給電点１ｅと対向する辺）１３の中心付近からその両端に向けて電圧値（絶対値）が大きくなるとともに、同じく符号２２で示すように、他方の長辺（給電点１ｅが存在する辺）１４の中心付近からその両端に向けて電圧値（絶対値）が大きくなる傾向にあるので、結合効率が良好となる辺１１，１２近傍で、かつ、辺１１，１２を２等分した一方の線分とループアンテナ素子２，３の少なくとも一部（長辺の一部）とが対向するように、ループアンテナ素子２，３を配置するのが好ましいことになる。
このようなアンテナ構成において、ループアンテナ素子１Ａに給電すると、辺１１，１２よりも辺１３，１４の方が長いため、ｘ軸方向に強い偏波（水平偏波）成分をもつ電界フィールド（Ｅxフィールド）が発生し、これが各ループアンテナ素子２，３に辺１１，１２を介して結合することにより、各ループアンテナ素子２，３に電流が流れる。
そして、この場合も、ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、ｙ軸方向に長辺を有しているため、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に強い偏波（垂直偏波）成分をもつ電界フィールド（Ｅyフィールド）が発生する。その結果、ｚ軸方向（図７の紙面垂直方向）には、上記のＥxフィールドとＥyフィールドとが合成された電界フィールド、つまり、円偏波〔右旋回円偏波（ＲＨＣＰ）〕フィールドが発生する。
そして、この場合も、ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、ｙ軸方向に長辺を有しているため、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に強い偏波（垂直偏波）成分をもつ電界フィールド（Ｅyフィールド）が発生する。その結果、ｚ軸方向（図７の紙面垂直方向）には、上記のＥxフィールドとＥyフィールドとが合成された電界フィールド、つまり、円偏波〔右旋回円偏波（ＲＨＣＰ）〕フィールドが発生する。
換言すれば、本例においても、上記平面アンテナは、無給電ループ状アンテナ素子としてのループアンテナ素子２，３が、給電ループ状アンテナとしてのループアンテナ素子１Ａの発生しうる主偏波（水平偏波）と交差する交差偏波（垂直偏波）を発生すべく配置されており、さらに、ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、当該垂直偏波を発生すべくダイポールアンテナ素子１と交差する方向に延在する線状部分を長方形の長辺として有しているのである。
そして、本例においても、ループアンテナ素子２，３の形状（ループアンテナ素子１Ａとの結合部分の形状）、ループアンテナ素子１Ａとループアンテナ素子２，３とのｘ軸方向の距離、ｙ軸方向の位置をそれぞれ調整することによって、直交する交差電界成分の強度、位相を調整することができ、理想的な円偏波に近づけることが可能である。
このように、本実施形態の平面アンテナによれば、基板１０の一方の面に形成した簡易なアンテナ素子１Ａ，２，３（導体パターン）で、基板１０の両面側に円偏波を特性良く発生させることが可能である。したがって、例えば、ＧＰＳ用の電波、衛星ディジタル放送用の衛星電波、ＥＴＣ用の電波など、時間によって電界の方向が変化する円偏波を効率良く受信することが可能となり、円偏波の受信特性を向上することが可能となる。
このように、本実施形態の平面アンテナによれば、基板１０の一方の面に形成した簡易なアンテナ素子１Ａ，２，３（導体パターン）で、基板１０の両面側に円偏波を特性良く発生させることが可能である。したがって、例えば、ＧＰＳ用の電波、衛星ディジタル放送用の衛星電波、ＥＴＣ用の電波など、時間によって電界の方向が変化する円偏波を効率良く受信することが可能となり、円偏波の受信特性を向上することが可能となる。
なお、本例においても、左旋回円偏波（ＬＨＣＰ）フィールドを発生させたい場合は、ループアンテナ素子２，３を、それぞれ、ループアンテナ素子１Ａの長軸（ｘ軸）の中心ラインに対して反対側に配置（図７とは逆の点対称位置となるように配置）すればよい。
〔３〕第３実施形態の説明
図９は本発明の第３実施形態に係る平面アンテナの構成を示す模式的平面図で、この図９に示す平面アンテナは、ガラスやセラミック等の誘電体基板１０の一方の面（ｘｙ平面上）に、給電点１ｅにより電力を供給（給電）される給電ループ状アンテナ素子としてのフォールデッド（折り曲げ）ダイポールアンテナ素子１Ｂが形成されるとともに、このアンテナ素子１Ｂのｙ軸方向に対向する２辺（長辺）１５，１６のうちの一方の辺１５に近接して無給電の長方形状のループアンテナ素子（電磁結合ループとしてのアンテナ導体）２がｙ軸方向にその長辺が延在するように形成され、且つ、アンテナ素子１Ｂの他方の辺１６に近接して無給電の長方形状のループアンテナ素子（電磁結合ループとしてのアンテナ導体）３がｙ軸方向にその長辺が延在するように形成されて構成されている。
〔３〕第３実施形態の説明
図９は本発明の第３実施形態に係る平面アンテナの構成を示す模式的平面図で、この図９に示す平面アンテナは、ガラスやセラミック等の誘電体基板１０の一方の面（ｘｙ平面上）に、給電点１ｅにより電力を供給（給電）される給電ループ状アンテナ素子としてのフォールデッド（折り曲げ）ダイポールアンテナ素子１Ｂが形成されるとともに、このアンテナ素子１Ｂのｙ軸方向に対向する２辺（長辺）１５，１６のうちの一方の辺１５に近接して無給電の長方形状のループアンテナ素子（電磁結合ループとしてのアンテナ導体）２がｙ軸方向にその長辺が延在するように形成され、且つ、アンテナ素子１Ｂの他方の辺１６に近接して無給電の長方形状のループアンテナ素子（電磁結合ループとしてのアンテナ導体）３がｙ軸方向にその長辺が延在するように形成されて構成されている。
つまり、この図９に示す平面アンテナは、図１に示す構成において、ダイポールアンテナ素子１をフォールデッドダイポールアンテナ素子１Ｂ（以下、単に「アンテナ素子１Ｂ」と略記することがある）に代えた構成に相当し、一方のループアンテナ素子２が、当該アンテナ素子１Ｂの長辺１５の一方の端部（折り曲げ部）１ｃ近傍に形成、配置されるとともに、他方のループアンテナ素子３が、フォールデッドダイポールアンテナ素子１Ｂの長辺１６の他方の端部（折り曲げ部）１ｄ近傍に形成、配置されることにより、フォールデッドダイポールアンテナ素子１Ｂの中心点を中心として点対称となる位置にそれぞれアンテナ素子１Ｂに近接して形成、配置されて、アンテナ素子１Ｂと辺１５，１６を介して電磁的に結合可能に構成されている。
なお、本例においても、各ループアンテナ素子２，３の配置位置は、それぞれ、アンテナ素子１Ｂによって形成される電圧分布に基づいて決定される。即ち、フォールデッドダイポールアンテナ素子１Ｂに給電すると、当該アンテナ素子１Ｂによる電圧分布は例えば図１０中に符号２３で示すように、アンテナ素子１Ｂの中心からその両端部１ｃ，１ｄへ向かうほど電圧値（絶対値）が大きくなる（両端部１ｃ，１ｄで最大となる）傾向にあるので、結合効率が良好となる辺１５（１６）の端部近傍にループアンテナ素子２，３を配置するのが好ましいことになる。
このようなアンテナ構成において、アンテナ素子１Ｂに給電すると、長辺１５，１６を流れる電流により、ｘ軸方向に強い偏波（水平偏波）成分をもつ電界フィールド（Ｅxフィールド）が発生し、これが各ループアンテナ素子２，３に辺１５，１６を介して結合することにより、各ループアンテナ素子２，３に電流が流れる。
そして、この場合も、ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、ｙ軸方向に長辺を有しているため、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に強い偏波（垂直偏波）成分をもつ電界フィールド（Ｅyフィールド）が発生する。その結果、ｚ軸方向（図９の紙面垂直方向）には、上記のＥxフィールドとＥyフィールドとが合成された電界フィールド、つまり、円偏波〔右旋回円偏波（ＲＨＣＰ）〕フィールドが発生する。
そして、この場合も、ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、ｙ軸方向に長辺を有しているため、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に強い偏波（垂直偏波）成分をもつ電界フィールド（Ｅyフィールド）が発生する。その結果、ｚ軸方向（図９の紙面垂直方向）には、上記のＥxフィールドとＥyフィールドとが合成された電界フィールド、つまり、円偏波〔右旋回円偏波（ＲＨＣＰ）〕フィールドが発生する。
換言すれば、本例においても、上記平面アンテナは、無給電ループ状アンテナ素子としてのループアンテナ素子２，３が、給電ループ状アンテナ素子としてのフォールデッドダイポールアンテナ素子１Ｂの発生しうる偏波（水平偏波）と交差する交差偏波（垂直偏波）を発生すべく配置されており、さらに、ループアンテナ素子２，３は、それぞれ、当該垂直偏波を発生すべくダイポールアンテナ素子１Ｂと交差する方向に延在する線状部分を長方形の長辺として有しているのである。
そして、本例においても、ループアンテナ素子２，３の形状（アンテナ素子１Ｂとの結合部分の形状）、アンテナ素子１Ｂとループアンテナ素子２，３とのｘ軸方向の距離、ｙ軸方向の位置をそれぞれ調整することによって、直交する交差電界成分の強度、位相を調整することができ、理想的な円偏波に近づけることが可能である。
このように、本実施形態の平面アンテナによれば、基板１０の一方の面に形成した簡易なアンテナ素子１Ｂ，２，３（導体パターン）で、基板１０の両面側に円偏波を特性良く発生させることが可能である。
このように、本実施形態の平面アンテナによれば、基板１０の一方の面に形成した簡易なアンテナ素子１Ｂ，２，３（導体パターン）で、基板１０の両面側に円偏波を特性良く発生させることが可能である。
また、本例においても、左旋回円偏波（ＬＨＣＰ）フィールドを発生させたい場合は、ループアンテナ素子２，３を、それぞれ、アンテナ素子１Ｂの長軸（ｘ軸）の中心ラインに対して反対側に配置（図９とは逆の点対称位置となるように配置）すればよい。
〔４〕その他
本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
〔４〕その他
本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
即ち、本発明の平面アンテナは、無給電ループ状アンテナ素子が、給電線状アンテナ素子又は給電ループ状アンテナ素子（以下、まとめて給電素子という）の発生しうる偏波（主偏波）と交差する交差偏波を発生すべく配置されていれば足り、また、無給電ループ状アンテナ素子は、当該交差偏波を発生すべく給電素子と交差する方向に延在する線状部分を有していれば、その形状は不問である。
例えば、上述した例では、無給電ループ状アンテナ素子としてのループアンテナ素子２，３の形状をいずれも長方形（四角形）としているが、例えば、三角形や円形、楕円形、他の多角形状としてもよい。
〔５〕付記
（付記１）
誘電体基板の一方の面に、電力を供給される線状アンテナ素子と、該線状アンテナ素子の近傍に配置された無給電ループ状アンテナ素子とが設けられたことを特徴とする、平面アンテナ。
〔５〕付記
（付記１）
誘電体基板の一方の面に、電力を供給される線状アンテナ素子と、該線状アンテナ素子の近傍に配置された無給電ループ状アンテナ素子とが設けられたことを特徴とする、平面アンテナ。
（付記２）
該無給電ループ状アンテナ素子が、該線状アンテナ素子の発生しうる偏波と交差する交差偏波を発生すべく配置されていることを特徴とする、付記１記載の平面アンテナ。
（付記３）
該無給電ループ状アンテナ素子が、該交差偏波を発生すべく該線状アンテナ素子と交差する方向に延在する線状部分を有していることを特徴とする、付記２記載の平面アンテナ。
該無給電ループ状アンテナ素子が、該線状アンテナ素子の発生しうる偏波と交差する交差偏波を発生すべく配置されていることを特徴とする、付記１記載の平面アンテナ。
（付記３）
該無給電ループ状アンテナ素子が、該交差偏波を発生すべく該線状アンテナ素子と交差する方向に延在する線状部分を有していることを特徴とする、付記２記載の平面アンテナ。
（付記４）
２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該線状アンテナ素子の中心点を中心として点対称な位置に設けられたことを特徴とする、付記２記載の平面アンテナ。
（付記５）
前記無給電ループ状アンテナ素子が、該線状アンテナ素子の両端部近傍に設けられたことを特徴とする、付記４記載の平面アンテナ。
２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該線状アンテナ素子の中心点を中心として点対称な位置に設けられたことを特徴とする、付記２記載の平面アンテナ。
（付記５）
前記無給電ループ状アンテナ素子が、該線状アンテナ素子の両端部近傍に設けられたことを特徴とする、付記４記載の平面アンテナ。
（付記６）
該無給電ループ状アンテナ素子が、該誘電体基板平面内において該線状アンテナ素子と交差する方向に前記線状部分である長辺をもつ四角形状を有していることを特徴とする、付記３〜５のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
（付記７）
該線状アンテナ素子が、ダイポールアンテナとして構成されていることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
該無給電ループ状アンテナ素子が、該誘電体基板平面内において該線状アンテナ素子と交差する方向に前記線状部分である長辺をもつ四角形状を有していることを特徴とする、付記３〜５のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
（付記７）
該線状アンテナ素子が、ダイポールアンテナとして構成されていることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
（付記８）
誘電体基板の一方の面に、電力を供給される給電ループ状アンテナ素子と、該給電ループ状アンテナ素子の近傍に配置された無給電ループ状アンテナ素子とが設けられたことを特徴とする、平面アンテナ。
（付記９）
該無給電ループ状アンテナ素子が、該給電ループ状アンテナ素子の発生しうる主偏波と交差する交差偏波を発生すべく配置されていることを特徴とする、付記８記載の平面アンテナ。
誘電体基板の一方の面に、電力を供給される給電ループ状アンテナ素子と、該給電ループ状アンテナ素子の近傍に配置された無給電ループ状アンテナ素子とが設けられたことを特徴とする、平面アンテナ。
（付記９）
該無給電ループ状アンテナ素子が、該給電ループ状アンテナ素子の発生しうる主偏波と交差する交差偏波を発生すべく配置されていることを特徴とする、付記８記載の平面アンテナ。
（付記１０）
該無給電ループ状アンテナ素子が、該交差偏波を発生すべく該給電ループ状アンテナ素子と交差する方向に延在する線状部分を有していることを特徴とする、付記９記載の平面アンテナ。
（付記１１）
該給電ループ状アンテナ素子が、長方形状を有するとともに、
２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該給電ループ状アンテナ素子の対向する短辺側近傍であって、該給電ループ状アンテナ素子の中心点を中心とした点対称の位置に設けられたことを特徴とする、付記８〜１０のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
該無給電ループ状アンテナ素子が、該交差偏波を発生すべく該給電ループ状アンテナ素子と交差する方向に延在する線状部分を有していることを特徴とする、付記９記載の平面アンテナ。
（付記１１）
該給電ループ状アンテナ素子が、長方形状を有するとともに、
２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該給電ループ状アンテナ素子の対向する短辺側近傍であって、該給電ループ状アンテナ素子の中心点を中心とした点対称の位置に設けられたことを特徴とする、付記８〜１０のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
（付記１２）
上記の各無給電ループ状アンテナ素子が、それぞれ、該給電ループ状アンテナ素子の短辺を２等分した線分の一方と該無給電ループ状アンテナ素子の一部とが対向する位置に設けられたことを特徴とする、付記１１記載の平面アンテナ。
（付記１３）
該無給電ループ状アンテナ素子が、該誘電体基板平面内において該給電ループ状アンテナ素子と交差する方向に長辺をもつ四角形状を有していることを特徴とする、付記９〜１２のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
上記の各無給電ループ状アンテナ素子が、それぞれ、該給電ループ状アンテナ素子の短辺を２等分した線分の一方と該無給電ループ状アンテナ素子の一部とが対向する位置に設けられたことを特徴とする、付記１１記載の平面アンテナ。
（付記１３）
該無給電ループ状アンテナ素子が、該誘電体基板平面内において該給電ループ状アンテナ素子と交差する方向に長辺をもつ四角形状を有していることを特徴とする、付記９〜１２のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
（付記１４）
該給電ループ状アンテナ素子が、折り返しダイポールアンテナとして構成されるとともに、
２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該折り返しダイポールアンテナ素子の対向する長辺側近傍であって、該折り返しダイポールアンテナ素子の中心点を中心とした点対称な位置に設けられたことを特徴とする、付記８〜１０のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
該給電ループ状アンテナ素子が、折り返しダイポールアンテナとして構成されるとともに、
２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該折り返しダイポールアンテナ素子の対向する長辺側近傍であって、該折り返しダイポールアンテナ素子の中心点を中心とした点対称な位置に設けられたことを特徴とする、付記８〜１０のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
（付記１５）
上記の各無給電ループ状アンテナ素子が、それぞれ、該折り返しダイポールアンテナ素子の両端部近傍に設けられたことを特徴とする、付記１４記載の平面アンテナ。
上記の各無給電ループ状アンテナ素子が、それぞれ、該折り返しダイポールアンテナ素子の両端部近傍に設けられたことを特徴とする、付記１４記載の平面アンテナ。
以上詳述したように、本発明の平面アンテナによれば、ＧＰＳ用の電波、衛星ディジタル放送用の衛星電波、ＥＴＣ用の電波、ＰＯＳシステムやセキュリティシステムにおけるRF-IDタグからの電波など、時間によって電界の方向が変化する円偏波を効率良く受信することが可能となるため、無線電波を利用する技術分野において極めて有用と考えられる。
１ ダイポールアンテナ素子（線状アンテナ素子）
１Ａ ループアンテナ素子（給電ループ状アンテナ素子）
１Ｂ フォールデッド（折り曲げ）ダイポールアンテナ素子
１ａ，１ｂ 端部
１ｃ，１ｄ 端部（折り曲げ部）
１ｅ 給電点
２，３ ループアンテナ素子（電磁結合ループとしての無給電ループ状アンテナ素子）
１０ 誘電体基板
１１，１２ 辺（短辺）
１３，１４，１５，１６ 辺（長辺）
１Ａ ループアンテナ素子（給電ループ状アンテナ素子）
１Ｂ フォールデッド（折り曲げ）ダイポールアンテナ素子
１ａ，１ｂ 端部
１ｃ，１ｄ 端部（折り曲げ部）
１ｅ 給電点
２，３ ループアンテナ素子（電磁結合ループとしての無給電ループ状アンテナ素子）
１０ 誘電体基板
１１，１２ 辺（短辺）
１３，１４，１５，１６ 辺（長辺）
Claims (10)
- 誘電体基板の一方の面に、
電力を供給される線状アンテナ素子と、
該線状アンテナ素子の発生しうる偏波と交差する交差偏波を発生すべく該線状アンテナ素子の近傍に配置されるとともに、該交差偏波を発生すべく該線状アンテナ素子と交差する方向に延在する線状部分を有し、該線状アンテナ素子の中心点を中心として点対称な位置に設けられた２つの無給電ループ状アンテナ素子とが設けられた、
ことを特徴とする、平面アンテナ。 - 前記無給電ループ状アンテナ素子が、該線状アンテナ素子の両端部近傍に設けられたことを特徴とする、請求項１記載の平面アンテナ。
- 該無給電ループ状アンテナ素子が、該誘電体基板平面内において該線状アンテナ素子と交差する方向に前記線状部分である長辺をもつ四角形状を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の平面アンテナ。
- 該線状アンテナ素子が、ダイポールアンテナとして構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
- 誘電体基板の一方の面に、
電力を供給される給電ループ状アンテナ素子と、
該給電ループ状アンテナ素子の発生しうる主偏波と交差する交差偏波を発生すべく該給電ループ状アンテナ素子の近傍に配置されるとともに、該交差偏波を発生すべく該給電ループ状アンテナ素子と交差する方向に延在する線状部分を有し、該給電ループ状アンテナ素子の中心点を中心として点対称な位置に設けられた２つの無給電ループ状アンテナ素子とが設けられた、
ことを特徴とする、平面アンテナ。 - 該給電ループ状アンテナ素子が、長方形状を有するとともに、
２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該給電ループ状アンテナ素子の対向する短辺側近傍であって、該給電ループ状アンテナ素子の中心点を中心とした点対称の位置に設けられたことを特徴とする、請求項５記載の平面アンテナ。 - 上記の各無給電ループ状アンテナ素子が、それぞれ、該給電ループ状アンテナ素子の短辺を２等分した線分の一方と該無給電ループ状アンテナ素子の一部とが対向する位置に設けられたことを特徴とする、請求項６記載の平面アンテナ。
- 該無給電ループ状アンテナ素子が、該誘電体基板平面内において該給電ループ状アンテナ素子と交差する方向に長辺をもつ四角形状を有していることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
- 該給電ループ状アンテナ素子が、折り返しダイポールアンテナとして構成されるとともに、
２つの前記無給電ループ状アンテナ素子が、該折り返しダイポールアンテナ素子の対向する長辺側近傍であって、該折り返しダイポールアンテナ素子の中心点を中心とした点対称な位置に設けられたことを特徴とする、請求項５記載の平面アンテナ。 - 上記の各無給電ループ状アンテナ素子が、それぞれ、該折り返しダイポールアンテナ素子の両端部近傍に設けられたことを特徴とする、請求項９記載の平面アンテナ。
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