JP6204229B2 - ループアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、ループアンテナに関する。特に、放射素子と無給電素子とを備えたループアンテナに関する。

各種通信に利用される電磁波は、電界の方向が回転しない直線偏波と、電界の方向が回転する円偏波とに分類される。円偏波は、更に、電界の回転の向きによって右旋円偏波と左旋円偏波とに分類される。ＧＰＳ（Global Positioning System）やＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）では、右旋円偏波が利用されており、衛星ラジオでは、左旋円偏波も利用されている。

円偏波を受信するためには、従来、クロスダイポールアンテナを用いることが一般的であった。クロスダイポールアンテナは、（１）互いに直交する２つのダイポールアンテナと、（２）第１のダイポールアンテナにより得られた第１の信号の位相を９０°シフトすると共に、位相が９０°シフトされた第１の信号を第２のダイポールアンテナにより得られた第２の信号に合成する移相合成回路とにより構成される。

しかしながら、クロスダイポールアンテナは、２つのダイポールアンテナにより得られた信号を合成するために移相合成回路を要するので、低コスト化が困難であるという問題を抱えていた。また、クロスダイポールアンテナは、２つのダイポールアンテナ（全長λ／２）を配置するために対角線の長さがλ／２となる正方形状の領域（面積λ^２／８）を要するので、小型化が困難であるという問題を抱えていた。

これらの問題の解決に資するアンテナとしては、特許文献１に記載のループアンテナが知られている。特許文献１に記載のループアンテナは、移相合成回路を用いることなく円偏波を受信することができるので、低コスト化が容易である。また、特許文献１に記載のループアンテナの放射素子（全長λ）は、１辺がλ／４となる正方形状の領域（面積λ^２／１６）に配置することができる。

特開２００９−１１８２６８号公報（２００９年５月２８日公開）

しかしながら、従来のループアンテナにおいては、配置に要する面積を拡大することなく、円偏波に対する送受信性能を向上させることが困難であるという問題、換言すれば、円偏波に対する送受信性能を低下させることなく、配置に要する面積を縮小することが困難であるという問題を抱えていた。

例えば、特許文献１に記載のループアンテナにおいては、円偏波に対する送受信性能を高めるために、無給電素子と環状導体とを要する。この無給電素子は、送信または受信する円偏波の軸比を良好にするための構成であり、鈍角的に交わる２つの直線部からなるＶ字状の線状導体からなる。また、環状導体は、円偏波に対する利得を高めるための構成であり、放射素子及び無給電素子を取り囲む環状の線状導体からなる。このため、放射素子、無給電素子、及び環状導体を含むアンテナ全体の配置に要する領域の面積は、放射素子の配置に要する領域の面積よりも著しく大きくなる。

特許文献１に記載のループアンテナにおいて、環状導体の全長をアンテナ導体の全長の３倍（すなわち３λ）とし、環状導体の形状を隣り合う２辺の比が１：２となる長方形とした場合、アンテナ全体の配置に要する面積は、λ×λ／２＝λ^２／２となり、クロスダイポールアンテナの配置に要する面積（λ^２／８）よりも大きくなる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、配置に要する面積を徒に拡大することなく、円偏波に対する送受信性能を向上させたループアンテナを実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るループアンテナは、少なくとも一つの屈曲部を有する環状の放射素子と、内周が前記放射素子の外周に沿うように配置された無給電素子と、を備え、前記屈曲部の近傍における前記放射素子と前記無給電素子との間隔は、前記屈曲部の近傍以外における前記放射素子と前記無給電素子との間隔よりも狭い、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、前記屈曲部の近傍において前記放射素子が前記無給電素子に近接するので、前記屈曲部の近傍において前記放射素子と前記無給電素子との間に電磁結合を生じさせ、前記無給電素子に誘導電流を励起することができる。このため、前記無給電素子は、その内周が前記放射素子の外周に沿うように配置されているにも関わらず、特許文献１に記載のループアンテナが備えるＶ字状の無給電素子と同様、送信または受信する円偏波の軸比を良好にするための構成として機能する。したがって、上記の構成によれば、配置に要する面積を徒に拡大することなく、円偏波の送受信特性を向上させたループアンテナを実現することができる。

また、本発明に係るループアンテナにおいて、前記放射素子は、当該放射素子の前記屈曲部から前記無給電素子に向かって延伸する分枝を有しており、前記屈曲部の近傍における前記放射素子と前記無給電素子との間隔は、前記放射素子の分枝の先端と前記無給電素子との間隔である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、前記放射素子の分枝の先端が前記無給電素子に近接するので、前記屈曲部において前記放射素子と前記無給電素子との間により強い電磁結合を生じさせ、前記無給電素子により大きな誘導電流を励起することができる。したがって、円偏波の送受信特性をより向上させたループアンテナを実現することができる。

また、本発明に係るループアンテナにおいて、前記放射素子は、第１の方向に延伸する第１の直線部と、前記第１の直線部の中間部から前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸する第２の直線部とを含み、前記屈曲部は、前記第１の直線部と前記第２の直線部との交点であり、前記放射素子の分枝は、前記第１の直線部の前記交点から前記先端までの部分である、ことが好ましい。

上記構成において、前記放射素子の分枝は、前記第１の直線部の一部である。導体上を流れる電流は直進性を有しているので、上記の構成によれば、前記放射素子を流れる電流が前記分枝に流入し易くなる。このため、前記屈曲部において前記放射素子と前記無給電素子との間に更に強い電磁結合を生じさせ、前記無給電素子に更に大きな誘導電流を励起することができる。したがって、円偏波の送受信特性を更に向上させたループアンテナを実現することができる。

なお、「前記第１の直線部の中間部」における「中間」とは、前記第１の直線部の一方の端部と他方の端部との間にあることを意味するものであり、前記第１の直線部の一方の端部と他方の端部との中点のみを意味するものではない。

また、本発明に係るループアンテナにおいて、前記放射素子は、前記屈曲部を一方の端部とする前記第２の直線部上の区間であって、当該区間内における幅が当該区間外における幅よりも狭い区間であるくびれ部を有している、ことが好ましい。

上記構成によれば、前記くびれ部における前記放射素子のインピーダンスを、前記くびれ部以外の部分における前記放射素子のインピーダンスよりも高くすることができる。したがって、前記第１の直線部を流れる電流が前記第２の直線部に流入し難くなり、その分、前記第１の直線部を流れる電流が前記分枝に流入し易くなる。このため、前記屈曲部において前記放射素子と前記無給電素子との間により一層強い電磁結合を生じさせ、前記無給電素子により一層大きな誘導電流を励起することができる。したがって、円偏波の送受信特性をより一層向上させたループアンテナを実現することができる。

また、本発明に係るループアンテナにおいて、前記無給電素子は、当該無給電素子から前記放射素子の前記屈曲部に向かって延伸する分枝を有しており、前記屈曲部の近傍における前記放射素子と前記無給電素子との間隔は、前記無給電素子の分枝の先端と前記放射素子との間隔である、ことが好ましい。

上記構成によれば、前記放射素子が前記無給電素子の分枝の先端に近接するので、前記屈曲部において前記放射素子と前記無給電素子との間により強い電磁結合を生じさせ、前記無給電素子により大きな誘導電流を励起することができる。したがって、円偏波の送受信特性をより向上させたループアンテナを実現することができる。

また、本発明に係るループアンテナにおいて、前記放射素子の一端から前記屈曲部までの長さは、前記放射素子の全長の１／４である、ことが好ましい。

上記構成によれば、前記放射素子を流れる電流と前記無給電素子に励起される誘導電流との位相差を９０°とすることができる。このため、送信または受信する円偏波の軸比を更に良好にすることができる。

また、本発明に係るループアンテナにおいて、前記放射素子と、前記無給電素子とは、同一の平面上に形成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、例えば、前記放射素子と前記無給電素子とを誘電体フィルムの表面上に形成することにより、前記ループアンテナをフィルムアンテナとして実現することができる。

本発明によれば、配置に要する面積を徒に拡大することなく、円偏波の送受信性能を向上させたループアンテナを実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るループアンテナの構成を示す上面図である。 図１に示すループアンテナの周波数特性を示すグラフである。（ａ）は、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）利得及び左旋円偏波（ＬＨＣＰ）利得の各々の周波数特性を示し、（ｂ）は、軸比の周波数特性を示し、（ｃ）は、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示している。 本発明の第２の実施形態に係るループアンテナの構成を示す上面図である。 図３に示すループアンテナの周波数特性を示すグラフであって、（ａ）は、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）利得及び左旋円偏波（ＬＨＣＰ）利得の各々の周波数特性を示し、（ｂ）は、軸比の周波数特性を示し、（ｃ）は、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示している。 本発明の第３の実施形態に係るループアンテナの構成を示す上面図である。 図５に示すループアンテナの周波数特性を示すグラフであって、（ａ）は、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）利得及び左旋円偏波（ＬＨＣＰ）利得の各々の周波数特性を示し、（ｂ）は、軸比の周波数特性を示し、（ｃ）は、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示している。 本発明の第４の実施形態に係るループアンテナの構成を示す上面図である。 図７に示すループアンテナの周波数特性を示すグラフであって、（ａ）は、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）利得及び左旋円偏波（ＬＨＣＰ）利得の各々の周波数特性を示し、（ｂ）は、軸比の周波数特性を示し、（ｃ）は、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示している。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るループアンテナについて、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態に係るループアンテナは、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）波の受信を目的とする車載用アンテナである。ただし、本発明は、円偏波（右旋円偏波であっても左旋円偏波であってもよい）の受信を目的とするループアンテナ、円偏波の送信を目的とするループアンテナ、及び、円偏波の送信及び受信の両方を目的とするループアンテナの何れにも適用することが可能であり、その用途も車載用に限定されない。

〔ループアンテナ１の構成〕
本実施形態に係るループアンテナ１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るループアンテナ１の上面図である。

ループアンテナ１は、図１に示すように、放射素子１１及び無給電素子１２を備えている。放射素子１１及び無給電素子１２は、同一の平面（以下、「アンテナ形成面」とも記載する）、例えば、誘電体基板の表面上に形成される。また、放射素子１１及び無給電素子１２は、例えば、厚さ０．０３５ｍｍの金属薄膜である。

放射素子１１は、開ループを形成する帯状導体、すなわち、一方の端部（給電点Ｐが設けられている側の端部）と他方の端部（給電点Ｑが設けられている側の端部）とが互いに近接した帯状導体であり、少なくとも１つの屈曲部１１ａを有している。

本実施形態においては、図１に示すように、屈曲部１１ａを含む４つの屈曲部を有する帯状導体を放射素子１１として用いている。より具体的には、（１）一方の端部を始点とし、第１の方向（図１におけるｙ軸負方向）に延伸する第１の直線部１１ｐ１と、（２）第１の直線部１１ｐ１の中間部を始点とし、第１の方向に直交する方向（図１におけるｘ軸正方向）に延伸する第２の直線部１１ｐ２と、（３）第２の直線部１１ｐ２の終点を始点とし、第１の方向と反対方向（図１におけるｙ軸正方向）に延伸する第３の直線部１１ｐ３と、（４）第３の直線部１１ｐ３の終点を始点とし、第２の方向と反対方向（図１におけるｘ軸負方向）に延伸する第４の直線部１１ｐ４と、により構成された帯状導体を放射素子１１として用いている。なお、「第１の直線部１１ｐ１の中間部」における「中間」とは、第１の直線部１１ｐ１の一方の端部と他方の端部との間にあることを意味するものであり、第１の直線部１１ｐ１の一方の端部と他方の端部との中点のみを意味するものではない。

図１に示す放射素子１１においては、第１の直線部１１ｐ１と第２の直線部１１ｐ２との交点が上述した屈曲部１１ａに該当する。また、第１の直線部１１ｐ１のうち、屈曲部１１ａから先端までの部分は、無給電素子１２に向かって延伸する分枝１１ｂと見做すことができる。なお、屈曲部１１ａにおいて、第１の直線部１１ｐ１と第２の直線部１１ｐ２とが直交していることが好ましいが、必ずしも直交している必要はなく、第１の直線部１１ｐ１と第２の直線部１１ｐ２とが互いに交わっていればよい。

放射素子１１から分枝１１ｂを除いた部分は、一辺の長さＬ１が４２ｍｍとなる正方形の周上に配置され、放射素子１１の幅ｗ１は、いずれの辺においても１ｍｍである。

無給電素子１２は、閉ループ（本実施形態においては正方形の閉ループ）を形成する帯状導体であり、その内周が放射素子１１の外周に沿うように配置されている。ここで、「無給電素子１２の内周が放射素子１１の外周に沿う」とは、無給電素子１２の内周と放射素子１１の外周との間隔ｇ１が、各屈曲部の近傍を除いて一定に保たれていることを指す。なお、無給電素子１２は、放射素子１１から孤立しており、無給電素子１２の内周が放射素子１１の外周に接触することはない。無給電素子１２は、一辺の長さＬ２が４７ｍｍの正方形の周上に配置され、無給電素子１２の幅ｗ２は、いずれの辺においても１ｍｍである。また、屈曲部１１ａの近傍以外における放射素子１１と無給電素子１２との間隔ｇ１は、１．５ｍｍである。

ループアンテナ１において、屈曲部１１ａの近傍における放射素子１１と無給電素子１２との間隔は、屈曲部１１ａの近傍以外における放射素子１１と無給電素子１２との間隔ｇ１よりも狭くなっている。図１に示す構成においては、放射素子１１が屈曲部１１ａから無給電素子１２に向かって延伸する分枝１１ｂを有しているため、屈曲部１１ａの近傍における放射素子１１と無給電素子１２との間隔は、すなわち、分枝１１ｂの先端と無給電素子１２との間隔である。具体的には、ループアンテナ１において、屈曲部１１ａから分枝１１ｂの先端までのｙ軸方向の長さｙ１は、１．４ｍｍであり、分枝１１ｂの先端と無給電素子１２との間隔は、０．１ｍｍである。

このように、屈曲部１１ａの近傍において放射素子１１を無給電素子１２に近接させることによって、屈曲部１１ａの近傍において放射素子１１と無給電素子１２との間に電磁結合を生じさせ、無給電素子１２に誘導電流を励起することができる。特に、図１に示すように、第１の直線部１１ｐ１の先端の分枝１１ｂとして、その先端を無給電素子１２に近接させた場合には、第１の直線部１１ｐ１をｙ軸負方向に流れる電流が分枝１１ｂに流入し易くなるため、屈曲部１１ａの近傍において放射素子１１と無給電素子１２との間により強い電磁結合させ、無給電素子１２により大きな誘導電流を励起することができる。これにより、無給電素子１２は、その内周が放射素子１２の外周に沿うように配置されているにも関わらず、特許文献１に記載のループアンテナが備える無給電素子と同様、送信または受信する円偏波の軸比を良好にするための構成として機能する。

なお、特許文献１に記載のループアンテナにおいては、送信または受信する円偏波の軸比を良好にするために、鈍角的に交わる２つの直線部からなるＶ字状の無給電素子を用いている。また、特許文献１に記載のループアンテナにおいては、円偏波に対する利得を高めるために、放射素子及び無給電素子を取り囲む環状導体を用いている。このため、特許文献１に記載のループアンテナにおいては、アンテナ全体の配置に要する領域の面積が、放射素子の配置に要する領域の面積と比べて著しく大きくなるという問題を生じる。

一方、ループアンテナ１においては、無給電素子１２をＶ字状に形成する必要もないし、放射素子１１及び無給電素子１２を取り囲む環状導体を設ける必要もない。このため、ループアンテナ１においては、アンテナ全体の配置に要する領域の面積が、放射素子１１の配置に要する領域の面積と比べて著しく大きくなるという問題を生じない。

なお、図１に示すループアンテナ１においては、放射素子１１の一方の端部から屈曲部１１ａまでの長さ、すなわち、第１の直線部１１ｐ１のｙ軸正方向側の端部から、第１の直線部１１ｐ１と第２の直線部１１ｐ２との交点までの長さが、放射素子１１の全長の１／４となっている。これにより、放射素子１１による放射の主偏波と無給電素子１２による放射の主偏波を直交させることができる。このため、送信または受信する円偏波の軸比を更に良好にすることができる。また、放射素子１１の屈曲部１１ａにおける、放射素子１１と無給電素子１２との間の距離を調整することによって、放射素子１１による放射の主偏波と無給電素子１２による放射の主偏波との位相差を調整している。

また、放射素子１１をメアンダ化することにより、放射素子１１の全長と無給電素子１２の全長とが等しくなるように構成してもよい。上記のように構成することにより、ループアンテナ１の円偏波に対する送受信性能をさらに向上させることができる。

〔ループアンテナ１の特性〕
続いて、ループアンテナ１の周波数特性のシミュレーション結果について図２を参照して説明する。図２は、ループアンテナ１の周波数特性を示すグラフである。

図２（ａ）は、天頂方向（図１におけるｚ軸正方向）における右旋円偏波（ＲＨＣＰ）利得及び左旋円偏波（ＬＨＣＰ）利得の各々の周波数特性を示している。図２（ａ）においては、右旋円偏波利得を実線で示し、左旋円偏波利得を破線で示す。図２（ａ）において「ｍ１」にて示すように、右旋円偏波の利得のピーク値は、７．０３１１ｄＢｃであり、その際の周波数は、１．６６４０ＧＨｚである。また、図２（ａ）において「ｍ２」にて示すように、１．６６４０ＧＨｚにおける左旋円偏波の利得は、４．１１１２ｄＢｃである。図２（ａ）に示すように、ループアンテナ１においては、周波数１．６６４０ＧＨｚにおいて、左旋円偏波の利得が右旋円偏波の利得と比べて著しく小さくなっており、例えば、天頂方向における右旋円偏波の利得と左旋円偏波の利得の差は、２．９２ｄＢｃを超えている。

また、図２（ｂ）は、軸比の周波数特性を示している。図２（ｂ）において「ｍ３」にて示すように、１．６６４０ＧＨｚにおける円偏波の軸比は、１５．５７０８ｄＢである。図２（ｃ）は、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）の周波数特性を示している。図２（ｃ）に示すように、１．６６４０ＧＨｚにおいて、ＶＳＷＲの大幅な低下が認められる。

以上のことから、ループアンテナ１は、送信または受信する円偏波の軸比が良いループアンテナであると言える。すなわち、円偏波の送受信性能に優れたループアンテナであると言える。

〔第２の実施形態〕
続いて、本発明の第２の実施形態に係るループアンテナ２について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係るループアンテナ２の構成を示す上面図である。

〔ループアンテナ２の構成〕
ループアンテナ２は、第２の直線部２１ｐ２において、くびれ部２１ｃが設けられている点を除き、第１の実施形態に係るループアンテナ１と同様の構成である。

くびれ部２１ｃは、屈曲部２１ａを一方の端部とする第２の直線部２１ｐ２上の区間であって、ｘ軸正方向にｘ１の長さを有する区間である。くびれ部２１ｃの幅は、第２の直線部２１ｐ２のくびれ部２１ｃ以外における幅（すなわち、ｗ１＝１ｍｍ）よりも狭い。ループアンテナ２において、第２の直線部２１ｐ２のくびれ部２１ｃ以外における幅と、くびれ部２１ｃの幅との差ｙ２は、０．４ｍｍである。また、くびれ部２１ｃの長さｘ１は、１０ｍｍである。

ループアンテナ２を上記のように構成することにより、くびれ部２１ｃにおける放射素子２１のインピーダンスを、くびれ部２１ｃ以外の部分における放射素子２１のインピーダンスよりも高くすることができる。したがって、第１の直線部２１ｐ１を流れる電流が第２の直線部２１ｐ２に流入し難くなり、その分、第１の直線部２１ｐ１を流れる電流が分枝２１ｂに流入し易くなる。このため、屈曲部２１ａにおいて放射素子２１と無給電素子２２との間により一層強い電磁結合を生じさせ、無給電素子２２により一層大きな誘導電流を励起することができる。したがって、円偏波の送受信特性をより一層向上させたループアンテナを実現することができる。

また、ループアンテナ２においても、無給電素子２２をＶ字状に形成する必要もないし、放射素子２１及び無給電素子２２を取り囲む環状導体を設ける必要もないので、アンテナ全体の配置に要する領域の面積が、放射素子２１の配置に要する領域の面積と比べて著しく大きくなるという問題を生じない。

〔ループアンテナ２の特性〕
続いて、ループアンテナ２の周波数特性のシミュレーション結果について図４を参照して説明する。図４は、ループアンテナ２の周波数特性を示すグラフである。

図４（ａ）は、天頂方向（図１におけるｚ軸正方向）における右旋円偏波（ＲＨＣＰ）利得、及び左旋円偏波（ＬＨＣＰ）利得の各々の周波数特性を示している。図４（ａ）において、右旋円偏波利得を実線で示し、左旋円偏波利得を破線で示す。図４（ａ）において「ｍ４」にて示すように、右旋円偏波の利得のピーク値は、６．３５４０ｄＢｃであり、その際の周波数は、１．６６３０ＧＨｚである。また、図４（ａ）において「ｍ５」にて示すように、１．６６３０ＧＨｚにおける左旋円偏波の利得は、５．３６７４ｄＢｃである。図４（ａ）に示すように、ループアンテナ２においては、周波数１．６６３０ＧＨｚにおいて、左旋円偏波の利得が右旋円偏波の利得と比べて著しく小さくなっており、例えば、天頂方向における右旋円偏波の利得と左旋円偏波の利得の差は、０．９８ｄＢｃを超えている。

また、図４（ｂ）は、軸比の周波数特性を示している。図４（ｂ）において「ｍ６」にて示すように、１．６６３０ＧＨｚにおける円偏波の軸比は、２４．９２３１ｄＢである。また、図４（ｃ）は、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）の周波数特性を示している。図４（ｃ）に示すように、１．６６３０ＧＨｚにおいて、ＶＳＷＲの大幅な低下が認められる。

以上のことから、ループアンテナ２は、送信または受信する円偏波の軸比が良いループアンテナであると言える。すなわち、円偏波の送受信性能に優れたループアンテナであると言える。

〔第３の実施形態〕
続いて、本発明の第３の実施形態に係るループアンテナ３について、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態に係るループアンテナ３の構成を示す上面図である。

〔ループアンテナ３の構成〕
ループアンテナ３は、（１）放射素子３１が分枝を有していない、（２）第２の直線部３１ｐ２においてくびれ部３１ｃが設けられている、（３）無給電素子３２が分枝３２ａを有している、という３点を除き、第１の実施形態に係るループアンテナ１と同様の構成である。

ループアンテナ３において、くびれ部３１ｃの第２の直線部３１ｐ２のくびれ部３１ｃ以外における幅と、くびれ部３１ｃの幅との差ｙ２は、０．６ｍｍである。また、くびれ部３１ｃの長さｘ１は、１０ｍｍである。

分枝３２ａは、くびれ部３１ｃに対向する（第２の直線部３１ｐ２におけるｙ軸負方向側の端辺に対向する）ように設けられており、無給電素子３２から放射素子３１の屈曲部３１ａに向かって（ｙ軸正方向に向かって）延伸している。分枝３２ａのｘ軸方向の長さｘ２は、３ｍｍであり、放射素子３１のｘ軸負方向側の端辺からの長さｘ３が３．６ｍｍになる位置に設けられている。

ループアンテナ３において、屈曲部３１ａの近傍における放射素子３１と無給電素子３２との間隔は、屈曲部３１ａの近傍以外における放射素子３１と無給電素子３２との間隔ｇ１よりも狭くなっている。ループアンテナ３において、無給電素子３２が放射素子３１の屈曲部３１ａに向かって延伸する分枝３２ａを有しているため、屈曲部３１ａの近傍における放射素子３１と無給電素子３２との間隔は、すなわち、分枝３２ａの先端と放射素子３１との間隔である。具体的には、ループアンテナ３において、無給電素子３２から分枝３２ａの先端までのｙ軸方向の長さｙ３は、１．４ｍｍであり、分枝３２ａの先端と放射素子３１との間隔は、０．１ｍｍである。

ループアンテナ３を上記のように構成することにより、放射素子３１が無給電素子３２の分枝３２ａの先端に近接するので、屈曲部３１ａにおいて放射素子３１と無給電素子３２との間により強い電磁結合を生じさせ、無給電素子３２により大きな誘導電流を励起することができる。したがって、円偏波の送受信特性をより向上させたループアンテナを実現することができる。

また、ループアンテナ３においても、無給電素子３２をＶ字状に形成する必要もないし、放射素子３１及び無給電素子３２を取り囲む環状導体を設ける必要もないので、アンテナ全体の配置に要する領域の面積が、放射素子３１の配置に要する領域の面積と比べて著しく大きくなるという問題を生じない。

〔ループアンテナ３の特性〕
続いて、ループアンテナ３の周波数特性のシミュレーション結果について図６を参照して説明する。図６は、ループアンテナ３の周波数特性を示すグラフである。

図６（ａ）は、天頂方向（図１におけるｚ軸正方向）における右旋円偏波（ＲＨＣＰ）利得、及び左旋円偏波（ＬＨＣＰ）利得の各々の周波数特性を示している。図６（ａ）において、右旋円偏波利得を実線で示し、左旋円偏波利得を破線で示す。図６（ａ）において「ｍ７」にて示すように、右旋円偏波の利得のピーク値は、５．９７３２ｄＢｃであり、その際の周波数は、１．６７１０ＧＨｚである。また、図６（ａ）において「ｍ８」にて示すように、１．６７１０ＧＨｚにおける左旋円偏波の利得は、−４．５０８６Ｂｃである。図６（ａ）に示すように、ループアンテナ３においては、周波数１．６７１０ＧＨｚにおいて、左旋円偏波の利得が右旋円偏波の利得と比べて著しく小さくなっており、例えば、天頂方向における右旋円偏波の利得と左旋円偏波の利得の差は、１０．４ｄＢｃを超えている。

また、図６（ｂ）は、軸比の周波数特性を示している。図６（ｂ）において「ｍ９」にて示すように、１．６７１０ＧＨｚにおける円偏波の軸比は、５．３６１０ｄＢである。また、図６（ｃ）は、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）の周波数特性を示している。図６（ｃ）に示すように、１．６４０ＧＨｚにおいて、ＶＳＷＲの大幅な低下が認められる。

以上のことから、ループアンテナ３は、送信または受信する円偏波の軸比が良いループアンテナであると言える。すなわち、円偏波の送受信性能に優れたループアンテナであると言える。

〔第４の実施形態〕
続いて、本発明の第４の実施形態に係るループアンテナ４について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態に係るループアンテナ４の構成を示す上面図である。

〔ループアンテナ４の構成〕
ループアンテナ４は、（１）第２の直線部４１ｐ２においてくびれ部４１ｃが設けられている、（２）無給電素子４２が分枝４２ａを有している、という２点を除き、第１の実施形態に係るループアンテナ１と同様の構成である。

ループアンテナ４において、くびれ部４１ｃの第２の直線部４１ｐ２のくびれ部４１ｃ以外における幅と、くびれ部４１ｃの幅との差ｙ２は、０．６ｍｍである。また、くびれ部４１ｃの長さｘ１は、１０ｍｍである。

分枝４２ａは、くびれ部４１ｃに対向する（第２の直線部４１ｐ２におけるｙ軸負方向側の端辺に対向する）ように設けられており、無給電素子４２から放射素子４１の屈曲部４１ａに向かって（ｙ軸正方向に向かって）延伸している。分枝４２ａのｘ軸方向の長さｘ２は、３ｍｍであり、放射素子４１のｘ軸負方向側の端辺からの長さｘ３が３．６ｍｍになる位置に設けられている。

ループアンテナ４において、屈曲部４１ａの近傍における放射素子４１と無給電素子４２との間隔は、屈曲部４１ａの近傍以外における放射素子４１と無給電素子４２との間隔ｇ１よりも狭くなっている。ループアンテナ４において、放射素子４１が分枝４１ｂを有し、無給電素子４２が分枝４２ａを有しているため、屈曲部４１ａの近傍における放射素子４１と無給電素子４２との間隔は、分枝４１ｂの先端と無給電素子４２との間隔、及び、分枝４２ａの先端と放射素子４１との間隔である。

具体的には、ループアンテナ４において、屈曲部４１ａから分枝４１ｂの先端までのｙ軸方向の長さｙ１は、１．４ｍｍであり、分枝４１ｂの先端と無給電素子４２との間隔は、０．１ｍｍである。また、無給電素子４２から分枝４２ａの先端までのｙ軸方向の長さｙ３は、１．４ｍｍであり、分枝４２ａの先端と放射素子４１との間隔は、０．１ｍｍである。さらに、分枝４１ｂのｘ軸正方向側の端辺と分枝４２ａのｘ軸負方向側の端辺との間隔は、０．１ｍｍである。

このように、屈曲部４１ａの近傍において放射素子４１を無給電素子４２に近接させることによって、屈曲部４１ａの近傍において放射素子４１と無給電素子４２との間に電磁結合を生じさせ、無給電素子４２に誘導電流を励起することができる。特に、図７に示すように、第１の直線部４１ｐ１の先端の分枝４１ｂとして、その先端を無給電素子４２に近接させた場合には、第１の直線部４１ｐ１をｙ軸負方向に流れる電流が分枝４１ｂに流入し易くなるため、屈曲部４１ａの近傍において放射素子４１と無給電素子４２との間により強い電磁結合させ、無給電素子１２により大きな誘導電流を励起することができる。

また、ループアンテナ４がくびれ部４１ｃを有していることにより、くびれ部４１ｃにおける放射素子４１のインピーダンスを、くびれ部４１ｃ以外の部分における放射素子４１のインピーダンスよりも高くすることができる。したがって、第１の直線部４１ｐ１を流れる電流が第２の直線部４１ｐ２に流入し難くなり、その分、第１の直線部４１ｐ１を流れる電流が分枝４１ｂに流入し易くなる。このため、屈曲部４１ａにおいて放射素子４１と無給電素子４２との間により強い電磁結合を生じさせ、無給電素子４２により大きな誘導電流を励起することができる。

さらに、ループアンテナ４が分枝４２ａを有していることにより、放射素子４１が無給電素子４２の分枝４２ａの先端に近接するので、屈曲部４１ａにおいて放射素子４１と無給電素子４２との間により一層強い電磁結合を生じさせ、無給電素子４２により一層大きな誘導電流を励起することができる。したがって、円偏波の送受信特性をより向上させたループアンテナを実現することができる。

また、ループアンテナ４においても、無給電素子４２をＶ字状に形成する必要もないし、放射素子４１及び無給電素子４２を取り囲む環状導体を設ける必要もないので、アンテナ全体の配置に要する領域の面積が、放射素子４１の配置に要する領域の面積と比べて著しく大きくなるという問題を生じない。

〔ループアンテナ４の特性〕
続いて、図７に示すループアンテナ４の周波数特性のシミュレーション結果について図８を参照して説明する。図８は、図７に示すループアンテナ１の周波数特性を示すグラフである。

図８（ａ）は、天頂方向（図１におけるｚ軸正方向）における右旋円偏波（ＲＨＣＰ）利得、及び左旋円偏波（ＬＨＣＰ）利得の各々の周波数特性を示している。図８（ａ）において、右旋円偏波利得を実線で示し、左旋円偏波利得を破線で示す。図８（ａ）において「ｍ１０」にて示すように、右旋円偏波の利得のピーク値は、３．９３９４ｄＢｃであり、その際の周波数は、１．６８３０ＧＨｚである。また、図８（ａ）において「ｍ１１」にて示すように、１．６８３０ＧＨｚにおける左旋円偏波の利得は、−１２．１６５８ｄＢｃである。図８（ａ）に示すように、ループアンテナ４においては、周波数１．６８３０ＧＨｚにおいて、左旋円偏波の利得が右旋円偏波の利得と比べて著しく小さくなっており、例えば、天頂方向における右旋円偏波の利得と左旋円偏波の利得の差は、１６．１ｄＢｃを超えている。

また、図８（ｂ）は、軸比の周波数特性を示している。図８（ｂ）において「ｍ１２」にて示すように、１．６８３０ＧＨｚにおける円偏波の軸比は、２．７４２７ｄＢである。また、図８（ｃ）は、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）の周波数特性を示している。図８（ｃ）に示すように、１．６８３０ＧＨｚにおいて、ＶＳＷＲは、極小値を示しており、ＶＳＷＲの低下が認められる。

以上のことから、ループアンテナ４は、送信または受信する円偏波の軸比が良いループアンテナであると言える。すなわち、円偏波の送受信性能に優れたループアンテナであると言える。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、円偏波を受信するループアンテナに広く適用することができる。例えば、ＧＰＳ波を受信するループアンテナに好適である。

１ ループアンテナ
１１ 放射素子
１１ｐ１ 直線部（第１の直線部）
１１ｐ２ 直線部（第２の直線部）
１１ａ 屈曲部
１１ｂ 分枝
１１ｃ くびれ部
１２ 無給電素子
１２ａ 分枝

Claims (7)

1. 少なくとも一つの屈曲部を有する環状の放射素子と、
   内周が前記放射素子の外周に沿うように配置された無給電素子と、を備え、
   前記屈曲部の近傍における前記放射素子と前記無給電素子との間隔は、前記屈曲部の近傍以外における前記放射素子と前記無給電素子との間隔よりも狭い、
   ことを特徴とするループアンテナ。
2. 前記放射素子は、当該放射素子の前記屈曲部から前記無給電素子に向かって延伸する分枝を有しており、
   前記屈曲部の近傍における前記放射素子と前記無給電素子との間隔は、前記放射素子の分枝の先端と前記無給電素子との間隔である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のループアンテナ。
3. 前記放射素子は、第１の方向に延伸する第１の直線部と、前記第１の直線部の中間部から前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸する第２の直線部とを含み、
   前記屈曲部は、前記第１の直線部と前記第２の直線部との交点であり、前記放射素子の分枝は、前記第１の直線部の前記交点から前記先端までの部分である、
   ことを特徴とする請求項２に記載のループアンテナ。
4. 前記放射素子は、前記屈曲部を一方の端部とする前記第２の直線部上の区間であって、当該区間内における幅が当該区間外における幅よりも狭い区間であるくびれ部を有している、
   ことを特徴とする請求項３に記載のループアンテナ。
5. 前記無給電素子は、当該無給電素子から前記放射素子の前記屈曲部に向かって延伸する分枝を有しており、
   前記屈曲部の近傍における前記放射素子と前記無給電素子との間隔は、前記無給電素子の分枝の先端と前記放射素子との間隔である、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のループアンテナ。
6. 前記放射素子の一端から前記屈曲部までの長さは、前記放射素子の全長の１／４である、
   ことを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載のループアンテナ。
7. 前記放射素子と、前記無給電素子とは、同一の平面上に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から６までの何れか１項に記載のループアンテナ。

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