JP6914598B2 - 円偏波アンテナおよびダイバーシティ通信システム - Google Patents

Description

本発明は、単一指向性が得られる小型化された円偏波アンテナおよび本発明にかかる円偏波アンテナを用いるダイバーシティ通信システムに関する。

現在、様々な通信システムが開発及び使用されているが、円偏波モードの通信システムがある。このような通信システムにおける基地局や端末機器用のアンテナとしては円偏波アンテナが用いられる。また、測位衛星からの信号を受信して測位を行う測位機能を備える携帯電話機などの端末機器の円偏波アンテナとしては、パッチアンテナが多く搭載されている。測位機能を備える端末機器は、様々な用途の製品が開発及び使用されている。

円偏波アンテナとして、パッチアンテナに替えてヘリカルアンテナを用いることもできる。ヘリカルアンテナを利用した従来の円偏波アンテナ１００の構成を図３４に示す。図３４は円偏波アンテナ１００の構成を示す斜視図である。
図３４に示す円偏波アンテナ１００は、４本の導体からなるヘリカルアンテナエレメント１４０，１４２，１４４，１４６が天頂方向に向かってピッチ角が例えば３０乃至６０度の範囲内で螺旋状に延在している。４本のヘリカルアンテナエレメント１４０，１４２，１４４，１４６はプリント基板１４８上に同心円状に９０度間隔でそれぞれ配置されている。また、プリント基板１４８上には４個のスイッチモジュールが配置されており、４個のスイッチモジュールはプリント基板１４８上に配置された遅延線１３０，１３２，１３４，１３６との接続を制御している。

４本のヘリカルアンテナエレメント１４０，１４２，１４４，１４６の螺旋の外径、長さ、ピッチ角などは、アンテナの放射パターンや利得などの特性に直接影響し、要求仕様に応じて適正に設定される。４本のヘリカルアンテナエレメント１４０，１４２，１４４，１４６の材質としては、アルミニウムや銅合金などの良導体を用いることが出来る。またプリント基板１４８は、ヘリカルアンテナエレメント１４０，１４２，１４４，１４６の螺旋外径の３倍以下にすることが出来る。

第１遅延線１３０の電気長をＥＬ１とすると、第２遅延線１３２の電気長ＥＬ２は（ＥＬ１＋λ／４）、第３遅延線１３４の電気長ＥＬ３は（ＥＬ２＋λ／４）、第４遅延線１３６の電気長ＥＬ４は（ＥＬ３＋λ／４）にそれぞれ設定されている。この結果、それぞれの遅延線を経由して給電された４本のヘリカルアンテナエレメント１４０，１４２，１４４，１４６の給電位相は、９０度ずつ順次遅れる。
４個のスイッチモジュールを制御して、遅延線１３０，１３２，１３４，１３６を介することなく直接４本のヘリカルアンテナエレメント１４０，１４２，１４４，１４６に給電すると、４本のヘリカルアンテナエレメント１４０，１４２，１４４，１４６は全て同位相で給電されるので直線偏波を送受信できる。また、４個のスイッチモジュールを制御して、遅延線１３０，１３２，１３４，１３６をそれぞれ介して４本のヘリカルアンテナエレメント１４０，１４２，１４４，１４６に給電すると、各ヘリカルアンテナエレメント１４０，１４２，１４４，１４６における給電の位相が９０度ずつずれるので、円偏波を送受信することができる。

特開２００７−１７３９３２号公報

従来のパッチアンテナでは単一指向性が得られるが、パッチアンテナでは、周波数に対して比較的大きなグランド板が必要になることが知られている。また、指向性方向から投影した面積が比較的大きくなってしまうという欠点があった。
そして、従来のヘリカルアンテナを利用する円偏波アンテナ１００では、軸方向に長い形状をしていたため、指向性方向に対する小型化が困難であった。さらに、断面係数の大きい円筒状のカバーへ円偏波アンテナ１００を内蔵する事を考えた場合、その幅方向が、カバー内部に干渉してしまい、カバー自体が大きくなって受風荷重が大きくなることから、カバー自体の強度をあげる必要があり、コスト的にデメリットが大きくなるという問題点があった。

そこで、本発明は、単一指向性が得られる小型化された円偏波アンテナおよび本発明にかかる円偏波アンテナを用いるダイバーシティ通信システムを提供することを目的としている。

本発明の円偏波アンテナは、巻き中心の軸が互いに偏心してほぼ等間隔になるよう螺旋状に巻かれており、ホット素子とコールド素子との組を２組構成している４本のヘリカル素子と、前記ホット素子とコールド素子との一方の組に給電される位相を、前記ホット素子とコールド素子との他方の組に給電される位相と約９０°異ならせることにより、前記４本のヘリカル素子において隣り合うヘリカル素子との位相差が約９０°となるように給電を行う給電部とを備え、前記給電部からは、前記一方の組の前記ホット素子の一端に０°の給電信号が供給されると共に、前記他方の組の前記ホット素子の一端に約９０°の給電信号が供給されており、前記２組のホット素子とコールド素子との他端が直流的に同電位となるようグランドに接続されることを最も主要な特徴としている。

また、上記円偏波アンテナにおいて、前記４本のヘリカル素子の一端が固着される第１の基板と、前記４本のヘリカル素子の他端が固着され、前記第１の基板と所定間隔離れて配置され、前記グランドが形成されている第２の基板とをさらに備え、前記第２の基板に９０°分配器が設けられて、該９０°分配器からの０°の給電信号と９０°の給電信号とが前記第１の基板に２本の給電線を介して前記給電部に供給されるようにしてもよい。
本発明のダイバーシティ通信システムは、左旋円偏波と右旋円偏波との偏波ダイバーシティに用いるアンテナとして、上記した本発明にかかる円偏波アンテナを用いることを最も主要な特徴としている。

本発明の円偏波アンテナは、４本のヘリカル素子が、巻き中心の軸が互いに偏心してほぼ等間隔になるよう螺旋状に巻かれていることから、低姿勢とすることができる。また、４本のヘリカル素子で構成される２組のホット素子とコールド素子との他端が直流的に同電位となるようグランドに接続されることにより、単一指向性とすることができる。
本発明のダイバーシティ通信システムは、左旋円偏波と右旋円偏波との偏波ダイバーシティに用いるアンテナとして、上記した本発明にかかる円偏波アンテナを用いて構成することができる。

本発明の第１実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面図である。 本発明の第１実施例である円偏波アンテナの構成を示す側面図である。 本発明の第１実施例である円偏波アンテナの構成を示す上面図である。 本発明の第１実施例である円偏波アンテナの構成を示す下面図である。 本発明の第１実施例である円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施例である円偏波アンテナの軸比の角度特性を示す図である。 本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面図である。 本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す側面図である。 本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す上面図である。 本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す下面図である。 本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す下方から見た斜視図である。 本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す上方から見た斜視図である。 本発明の第２実施例である円偏波アンテナの指向特性を示す図である。 本発明の第３実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面図である。 本発明の第３実施例である円偏波アンテナの構成を示す左側面図である。 本発明の第３実施例である円偏波アンテナの構成を示す右側面図である。 本発明の第３実施例である円偏波アンテナの構成を示す上面図である。 本発明の第３実施例である円偏波アンテナの構成を示す左上方から見た斜視図である。 本発明の第３実施例である円偏波アンテナの構成を示す右下方から見た斜視図である。 本発明の第３実施例である円偏波アンテナの指向特性を示す図である。 本発明の第４実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面側から見た斜視図、背面側から見た斜視図である。 本発明の第４実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面図、側面図である。 本発明の第４実施例である円偏波アンテナの構成を示す背面図、上面図、下面図である。 本発明の第５実施例である円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。 本発明の第５実施例である円偏波アンテナの構成を示す上面図である。 本発明の第５実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面図である。 本発明の第５実施例である円偏波アンテナの構成を示す下面図である。 本発明の第５実施例である円偏波アンテナの構成を示す側面図である。 本発明の第５実施例である円偏波アンテナの結合量の周波数特性を示す図である。 本発明の第５実施例である円偏波アンテナの円偏波指向特性を示す図である。 本発明の第６実施例である円偏波アンテナの構成を斜視図で示す分解図である。 本発明の第６実施例である円偏波アンテナの適用例を示す斜視図である。 本発明の実施例である円偏波アンテナが適用できるダイバーシティ通信システムの構成を示すブロック図である。 従来の円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。

＜第１実施例＞
本発明の第１実施例にかかる円偏波アンテナの構成を図１ないし図５に示す。図１は第１実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成を示す正面図であり、図２は第１実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成を示す側面図であり、図３は第１実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成を示す上面図であり、図４は第１実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成を示す下面図であり、図５は第１実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成を示す斜視図である。
これらの図に示す本発明の第１実施例にかかる円偏波アンテナ１は、第１ヘリカル素子１０ａ、第２ヘリカル素子１０ｂ、第３ヘリカル素子１０ｃ、第４ヘリカル素子１０ｄの４本のヘリカル素子を備えている。第１ヘリカル素子１０ａ〜第４ヘリカル素子１０ｄは、互いにほぼ等間隔になるようほぼ９０°間隔でそれぞれ配置されて右巻きの螺旋状で巻かれて構成されているが、その巻き中心は互いに偏心している。そして、ピッチ角が小さくされて高さが低くされている。従来の円偏波アンテナ１００では、ピッチを小さくすると指向特性等の電気的特性がずれてしまうようになるが、第１実施例にかかる円偏波アンテナ１では、第１ヘリカル素子１０ａ〜第４ヘリカル素子１０ｄの巻き中心の軸が互いに偏心していることから、ピッチを小さくしても指向特性等の電気的特性がずれないようになる。

第１実施例にかかる円偏波アンテナ１は、プリント基板からなる矩形のほぼ同形状の上基板１１と下基板１２とを備え、長さＬ３より若干短い断面円形の第１支持柱１６ａと第２支持柱１６ｂの２本を介して平行に対面するよう固着されている。第１支持柱１６ａと第２支持柱１６ｂの上端部と下端部とには中心軸に沿って雌ネジが形成されており、上基板１１の２ヶ所に対称に形成された挿通孔にネジ１７ａ、ネジ１７ｂがそれぞれ挿通されて第１支持柱１６ａと第２支持柱１６ｂの上端部の雌ネジに螺着され、下基板１２の２ヶ所に対称に形成された挿通孔にネジ１７ｃ、ネジ１７ｄがそれぞれ挿通されて第１支持柱１６ａと第２支持柱１６ｂの下端部の雌ネジに螺着されている。

上基板１１の表面にはほぼ中央から各隅まで円弧状とされた４つの同じ形状のパターン１１ａ、パターン１１ｂ、パターン１１ｃ、パターン１１ｄが回転対称に形成されている。第１ヘリカル素子１０ａの上端は上基板１１に形成されたパターン１１ａにハンダ付けされて電気的に接続され、同様に、第２ヘリカル素子１０ｂ〜第４ヘリカル素子１０ｄの上端は上基板１１に形成されたパターン１１ｂ〜１１ｄにそれぞれハンダ付けされて電気的に接続されている。
一方、上基板１１とほぼ同形状の下基板１２の表面には、中央部に矩形のグランド板１２ｃが設けられ、裏面には中央部を除く全面にグランド１２ｂが形成されている。グランド１２ｂの４隅には第１ヘリカル素子１０ａ〜第４ヘリカル素子１０ｄの下端がそれぞれハンダ付けされて電気的に接続されている。これにより、第１ヘリカル素子１０ａ〜第４ヘリカル素子１０ｄは直流的に同電位となる。また、グランド１２ｂの切り欠かれた中央部には９０°分配器１８が設けられ、９０°分配器１８は給電ケーブル１５から供給された給電信号を０°の位相の０°給電信号と位相が９０°遅れた９０°給電信号に分配している。０°給電信号は同軸構造の第１給電線１３の第１中心導体１３ａに供給され、９０°給電信号は同軸構造の第２給電線１４の第２中心導体１４ａに供給される。第１給電線１３のシールド導体および第２給電線１４のシールド導体はグランド１２ｂおよびグランド板１２ｃに電気的に接続されている。９０°分配器１８は、９０°ハイブリッドで構成できる。９０°ハイブリッドは、電力分配・位相差の発生が可能であれば、チップカプラやパターンで構成した位相回路やケーブルなどで構成可能である。

第１給電線１３および第２給電線１４は、下基板１２から上基板１１まで敷設され、第１給電線１３のシールド導体がパターン１１ｃの中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続され、第１給電線１３の第１中心導体１３ａがパターン１１ａの中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続されている。また、第２給電線１４のシールド導体がパターン１１ｄの中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続され、第２給電線１４の第２中心導体１４ａがパターン１１ｂの中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続されている。これにより、第１ヘリカル素子１０ａは０°給電信号で起電されるホット素子となり、第３ヘリカル素子１０ｃは反転された０°給電信号で起電されるコールド素子となる。同様に、第２ヘリカル素子１０ｂは９０°給電信号で起電されるホット素子となり、第４ヘリカル素子１０ｄは反転された９０°給電信号で起電されるコールド素子となる。すなわち、第１ヘリカル素子１０ａ〜第４ヘリカル素子１０ｄは右巻きに螺旋状に巻かれて隣り合うヘリカル素子間において、約９０°ずつ位相差がついた給電信号によりそれぞれ起電されて左旋の円偏波が放射されるが、第１ヘリカル素子１０ａ〜第４ヘリカル素子１０ｄはグランド１２ｂにより直流的に同電位となることから、単一指向性の左旋の円偏波が発生するようになる。

本発明の第１実施例である円偏波アンテナ１において、使用周波数帯域の中心周波数ｆ０の自由空間波長をλとした時に、第１ヘリカル素子１０ａ〜第４ヘリカル素子１０ｄの４本のヘリカル素子の全体における横方向の最大の長さＬ１は、上基板１１と下基板１２との中間部に生じ長さＬ１は約０．２１λ、上基板１１および下基板１２の一辺の長さＬ２は約０．１５λ、上基板１１の上面から下基板１２の下面までの長さ（高さ）Ｌ３は約０．２３λとなる。この寸法とした際の本発明の第１実施例である円偏波アンテナ１の軸比の角度特性を図６に示す。図６では、縦軸が軸比（ｄＢ）で横軸が角度（°）とされており、円偏波アンテナ１の鉛直方向が角度０°とされ、使用周波数帯域の中心周波数ｆ０の軸比を一点鎖線で、周波数０．８ｆ０（−２０％）の軸比を実線で、周波数１．２ｆ０（＋２０％）の軸比を破線で示している。図６を参照すると、単一指向特性が得られており、角度０°の指向性方向（下基板１２から上基板１１に向かう鉛直方向）において比帯域４０％にわたり軸比が１ｄＢ以下の良好な性能が得られていることが分かる。

なお、第３ヘリカル素子１０ｃと第４ヘリカル素子１０ｄとを同軸ケーブルで構成すると、第３ヘリカル素子１０ｃにより第１給電線１３を兼用でき、第４ヘリカル素子１０ｄにより第２給電線１４を兼用できるようになる。上基板１１に形成したパターン１１ａ〜１１ｄと、下基板１２に形成したグランド１２ｂのパターンは、導電フィルムや金属板により設けるようにしてもよい。また、パターン１１ａ〜１１ｄを省略して、第１給電線１３および第２給電線１４から直接に第１ヘリカル素子１０ａ〜第４ヘリカル素子１０ｄにそれぞれ給電するようにしてもよい。
また、従来の円偏波アンテナ１００のように複数のヘリカル素子の巻き中心の軸が一致している場合は、円偏波アンテナの高さはヘリカル素子のピッチ×巻き数で規定されるが、第１実施例の円偏波アンテナ１では第１ヘリカル素子１０ａ〜第４ヘリカル素子１０ｄの巻き中心の軸が互いに偏心していることから、同一巻き数の間に通る経路長が長くなり、その結果ピッチが短くなったことと同様の効果が得られる。第１実施例の円偏波アンテナ１では、巻き中心の軸が一致している場合に比べて高さ（長さＬ１）を約２０％低くすることができ、小型化を実現することができる。すなわち、第１実施例の円偏波アンテナ１では第１ヘリカル素子１０ａ〜第４ヘリカル素子１０ｄの巻き中心の軸が各ヘリカル素子で一致しておらず、これにより従来の複数のヘリカル素子を備える円偏波アンテナに比べ低い高さで動作させることが可能となった。このように低姿勢化することにより、第１実施例の円偏波アンテナ１は円筒状のケースに内蔵可能とすることができる。

＜第２実施例＞
本発明の第２実施例にかかる円偏波アンテナの構成を図７ないし図１２に示す。図７は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を示す正面図あり、図８は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を示す側面図であり、図９は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を示す上面図であり、図１０は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を示す下面図であり、図１１は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を示す下方から見た斜視図、図１２は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を示す上方から見た斜視図である。
これらの図に示す本発明の第２実施例にかかる円偏波アンテナ２は、第１ヘリカル素子２０ａ、第２ヘリカル素子２０ｂ、第３ヘリカル素子２０ｃ、第４ヘリカル素子２０ｄの４本のヘリカル素子を備えている。第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄは、互いにほぼ等間隔になるようほぼ９０°間隔でそれぞれ配置されて左巻きの螺旋状で巻かれて構成されているが、その巻き中心は互いに偏心している。そして、ピッチ角が小さくされて高さが低くされている。第２実施例にかかる円偏波アンテナ２では、第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄの巻き中心の軸が互いに偏心していることから、ピッチを小さくしても指向特性等の電気的特性がずれないようになる。

第２実施例にかかる円偏波アンテナ２では、第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄを同軸ケーブルで構成している。このため、同軸ケーブルで構成された第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄの形状を保持するために、円形の上補助基板２１ｅおよび下補助基板２２ａが追加されている。上補助基板２１ｅの上側にはプリント基板からなる矩形の上基板２１が設けられ、下補助基板２２ａの下側には上基板２１と同様の下基板２２が設けられている。上基板２１と下基板２２とは、長さＬ６より若干短い断面円形の第１支持柱２６ａと第２支持柱２６ｂの２本を介して平行に対面するよう固着されている。また、上補助基板２１ｅは、短い断面円形の第３支持柱２６ｃと第５支持柱２６ｅの２本を介して平行に対面するよう固着されており、下補助基板２２ａは、短い断面円形の第４支持柱２６ｄと第６支持柱２６ｆの２本を介して平行に対面するよう固着されている。上補助基板２１ｅおよび下補助基板２２ａの外周縁に沿って円弧状の形状の２つの長孔を組として、ほぼ９０°間隔で４組形成されており、これらの長孔に第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄを挿通して巻回することにより、同軸ケーブルで構成された第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄの形状が保持されている。

第１支持柱２６ａと第２支持柱２６ｂの上端部と下端部とには中心軸に沿って雌ネジが形成されており、上基板２１の２ヶ所に対称に形成された挿通孔にネジ２７ａ、ネジ２７ｂがそれぞれ挿通されて第１支持柱２６ａと第２支持柱２６ｂの上端部の雌ネジに螺着され、下基板２２の２ヶ所に対称に形成された挿通孔にネジ２７ｃ、ネジ２７ｄがそれぞれ挿通されて第１支持柱２６ａと第２支持柱２６ｂの下端部の雌ネジに螺着されている。また、第３支持柱２６ｃと第５支持柱２６ｅの上端部と下端部とにも中心軸に沿って雌ネジが形成されており、上基板２１の上記挿通孔とほぼ直交する方向の２ヶ所に対称に形成された挿通孔にネジ２７ｅ、ネジ２７ｉがそれぞれ挿通されて第３支持柱２６ｃと第５支持柱２６ｅの上端部の雌ネジに螺着され、上補助基板２１ｅの２ヶ所に対称に形成された挿通孔にネジ２７ｆ、ネジ２７ｊがそれぞれ挿通されて第３支持柱２６ｃと第５支持柱２６ｅの下端部の雌ネジに螺着されている。さらに、第４支持柱２６ｄと第６支持柱２６ｆの上端部と下端部とにも中心軸に沿って雌ネジが形成されており、下基板２２の上記挿通孔とほぼ直交する方向の２ヶ所に対称に形成された挿通孔にネジ２７ｈ、ネジ２７ｍがそれぞれ挿通されて第４支持柱２６ｄと第６支持柱２６ｆの上端部の雌ネジに螺着され、下補助基板２２ａの２ヶ所に対称に形成された挿通孔にネジ２７ｇ、ネジ２７ｋがそれぞれ挿通されて第４支持柱２６ｄと第６支持柱２６ｆの下端部の雌ネジに螺着されている。

上基板１１の表面にはほぼ中央から各隅までテーパ状に幅が広がる４つの同じ形状のパターン２１ａ、パターン２１ｂ、パターン２１ｃ、パターン２１ｄが回転対称に形成されている。同軸ケーブルで構成された第１ヘリカル素子２０ａのシールド導体の上端は上基板２１に形成されたパターン２１ａの角部にハンダ付けされて電気的に接続され、同様に、同軸ケーブルで構成された第２ヘリカル素子２０ｂ〜第４ヘリカル素子２０ｄのシールド導体の上端は上基板２１に形成されたパターン２１ｂ〜２１ｄの角部にそれぞれハンダ付けされて電気的に接続されている。
一方、上基板２１とほぼ同形状の下基板２２の裏面には、全面にグランド２２ｂが形成されている。グランド２２ｂの４隅には第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄのシールド導体の下端がそれぞれハンダ付けされて電気的に接続されている。これにより、第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄは直流的に同電位となる。また、下基板２２の裏面には９０°位相を遅らせる同軸ケーブルで構成された遅延線２９が設けられ、遅延線２９は給電ケーブル２５から供給された給電信号を、下基板２２の表面に設けた２分配器２８で分配された一方の給電信号が供給され、遅延線２９で位相が９０°遅れた９０°給電信号は第４ヘリカル素子２０ｄの第２中心導体２４ａに供給している。また、２分配器２８で分配された他方の０°給電信号は、第３ヘリカル素子２０ｃの第１中心導体２３ａに供給される。第１給電線１３のシールド導体および第２給電線１４のシールド導体はグランド１２ｂおよびグランド板１２ｃに電気的に接続されている。

下基板２２から上基板２１まで螺旋状に巻かれた第３ヘリカル素子２０ｃのシールド導体は第３パターン２１ｃに接続され、さらに延伸された第１給電線２３の第１中心導体２３ａがパターン２１ａの中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続される。また、下基板２２から上基板２１まで螺旋状に巻かれた第４ヘリカル素子２０ｄのシールド導体は第４パターン２１ｄに接続され、さらに延伸された第２給電線２４の第２中心導体２４ａがパターン２１ｂの中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続される。これにより、第１ヘリカル素子２０ａは０°給電信号で起電されるホット素子となり、第３ヘリカル素子２０ｃは反転された０°給電信号で起電されるコールド素子となる。同様に、第２ヘリカル素子２０ｂは９０°給電信号で起電されるホット素子となり、第４ヘリカル素子２０ｄは反転された９０°給電信号で起電されるコールド素子となる。すなわち、第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄは左巻きに螺旋状に巻かれて隣り合うヘリカル素子間において約９０°ずつ位相差がついた給電信号によりそれぞれ起電されて右旋の円偏波が放射されるが、第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄはグランド２２ｂにより直流的に同電位となることから、単一指向性の右旋の円偏波が発生するようになる。

本発明の第２実施例である円偏波アンテナ２において、使用周波数帯域の中心周波数ｆｃの自由空間波長をλｃとした時に、第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄの４本のヘリカル素子の全体における横方向の最大の長さＬ４は、上基板２１と下基板２２との中間部に生じ長さＬ４は約０．２１５λｃ、上基板２１および下基板２２の一辺の長さＬ５は約０．１５λｃ、上補助基板２１ｅおよび下補助基板２２ａの外径φは約０２４λｃ、上基板２１の上面から下基板２２の下面までの長さ（高さ）Ｌ６は約０．１８５λｃとなる。この寸法とした際の本発明の第２実施例である円偏波アンテナ２の円偏波指向性（ｄＢｉ）の角度特性を図１３に示す。図１３では、縦軸が円偏波指向性（ｄＢｉ）、横軸が角度（°）とされており、円偏波アンテナ２の鉛直方向が角度０°とされ、使用周波数帯域の中心周波数ｆｃの軸比を一点鎖線で、周波数０．８ｆｃ（−２０％）の軸比を実線で、周波数１．２ｆｃ（＋２０％）の軸比を破線で示している。図１３を参照すると、比帯域４０％にわたり良好な単一指向特性が得られていることが分かる。また、図示していないが角度０°の指向性方向（下基板２２から上基板２１に向かう鉛直方向）において比帯域４０％にわたり軸比が１ｄＢ以下の良好な性能が得られている。

なお、上基板２１の形成したパターン２１ａ〜２１ｄと、下基板２２に形成したグランド２２ｂのパターンは、導電フィルムや金属板により設けるようにしてもよい。また、第１実施例の円偏波アンテナ１と同様に、第２実施例の円偏波アンテナ２でも第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄの巻き中心の軸が互いに偏心していることから、同一巻き数の間に通る経路長が長くなり、その結果ピッチが短くなったことと同様の効果が得られる。第２実施例の円偏波アンテナ２では、第１実施例の円偏波アンテナ１よりさらに高さ（長さＬ６）を低くすることができ、小型化を実現することができる。このように低姿勢化することにより、第２実施例の円偏波アンテナ２は円筒状のケースに内蔵可能とすることができる。

＜第３実施例＞
本発明の第３実施例にかかる円偏波アンテナの構成を図１４ないし図１９に示す。図１４は第３実施例にかかる円偏波アンテナ３の構成を示す正面図であり、図１５は第３実施例にかかる円偏波アンテナ３の構成を示す左側面図であり、図１６は第３実施例かかる円偏波アンテナ３の構成を示す右側面図であり、図１７は第３実施例にかかる円偏波アンテナ３の構成を示す下面図であり、図１８は第３実施例にかかる円偏波アンテナ３の構成を示す左上方から見た斜視図、図１９は第３実施例にかかる円偏波アンテナ３の構成を示す右下方から見た斜視図である。
これらの図に示す本発明の第３実施例にかかる円偏波アンテナ３は、第１実施例の円偏波アンテナ１とほぼ同様の構成の第１円偏波アンテナ１−１と第２円偏波アンテナ１−２とを備えたスタックアンテナとされている。第３実施例にかかる円偏波アンテナ３は、所定間隔空けて対面するよう配置した矩形の細長い第１基板３１と、第１基板３１と同形状の第２基板３２とを備えており、第１基板３１と第２基板３２とはプリント板とされている。第１基板３１と第２基板３２を２枚の基板として第１円偏波アンテナ１−１と第２円偏波アンテナ１−２とが配列されて設けられている。第１円偏波アンテナ１−１は、第１実施例の円偏波アンテナ１と同じ構成とされているが、第２円偏波アンテナ１−２は、第１実施例の円偏波アンテナ１における第１ヘリカル素子１０ａと第３ヘリカル素子１０ｃの位相を反転させており、他の構成は第１実施例の円偏波アンテナ１と同様とされている。すなわち、第１円偏波アンテナ１−１における第１ヘリカル素子１０ａ−１はホット素子として機能し、第３ヘリカル素子１０ｃ−１はコールド素子として機能するが、第２円偏波アンテナ１−２における第１ヘリカル素子１０ａ−２はコールド素子として機能し、第３ヘリカル素子１０ｃ−２はホット素子として機能する。

第１円偏波アンテナ１−１および第２円偏波アンテナ１−２は、第１実施例の円偏波アンテナ１の構造とほぼ同様とされ、寸法は同じとされているので詳細な説明は省略する。そして、第１円偏波アンテナ１−１において、グランド１２ｂ−１の切り欠かれた中央部に設けられた９０°分配器１８−１は、給電ケーブル１５−１から供給された給電信号を０°の位相の０°給電信号と位相が９０°遅れた９０°給電信号に分配している。０°給電信号は同軸構造の第１給電線１３−１の第１中心導体１３ａ−１に供給され、９０°給電信号は同軸構造の第２給電線１４−１の第２中心導体１４ａ−１に供給される。第１給電線１３−１のシールド導体および第２給電線１４−１のシールド導体はグランド１２ｂ−１およびグランド板１２ｃ−１に電気的に接続されている。
また、第２円偏波アンテナ１−２において、グランド１２ｂ−２の切り欠かれた中央部に設けられた９０°分配器１８−２は、給電ケーブル１５−２から供給された給電信号を０°の位相の０°給電信号と位相が９０°遅れた９０°給電信号に分配している。０°給電信号は同軸構造の第１給電線１３−２の第１中心導体１３ａ−２に供給され、９０°給電信号は同軸構造の第２給電線１４−２の第２中心導体１４ａ−２に供給される。第１給電線１３−２のシールド導体および第２給電線１４−２のシールド導体はグランド１２ｂ−２およびグランド板１２ｃ−２に電気的に接続されている。この場合、９０°分配器１８−２においては、０°給電信号を出力する端子が下から上に切り替えられており、これに伴い、０°給電信号が供給される第１給電線１３−２が導出される位置が、グランド板１２ｃ−２の下の位置から上の位置に切り替えられている。

そして、第１円偏波アンテナ１−１において、第１給電線１３−１および第２給電線１４−１は、第２基板３２から第１基板３１まで敷設され、第１給電線１３−１のシールド導体がパターン１１ｃ−１の中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続され、第１給電線１３−１の第１中心導体１３ａ−１がパターン１１ａ−１の中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続されている。また、第２給電線１４−１のシールド導体がパターン１１ｄ−１の中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続され、第２給電線１４−１の第２中心導体１４ａ−１がパターン１１ｂ−１の中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続されている。これにより、パターン１１ａ−１に接続された第１ヘリカル素子１０ａ−１は０°給電信号で起電されるホット素子となり、パターン１１ｃ−１に接続された第３ヘリカル素子１０ｃ−１は反転された０°給電信号で起電されるコールド素子となる。同様に、第２ヘリカル素子１０ｂ−１は９０°給電信号で起電されるホット素子となり、第４ヘリカル素子１０ｄ−１は反転された９０°給電信号で起電されるコールド素子となる。上記したように、第１円偏波アンテナ１−１における第１ヘリカル素子１０ａ−１および第２ヘリカル素子１０ｂ−１をホット素子とし、第３ヘリカル素子１０ｃ−１および第４ヘリカル素子１０ｄ−１をコールド素子とする給電を行うと、第２基板３２から第１基板３１に向かう鉛直方向に円偏波が放射されるようになる。

また、第２円偏波アンテナ１−２においては、第１給電線１３−２および第２給電線１４−２は、第２基板３２から第１基板３１まで敷設され、第１給電線１３−２のシールド導体がパターン１１ａ−２の中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続され、第１給電線１３−２の第１中心導体１３ａ−２がパターン１１ｃ−２の中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続されている。また、第２給電線１４−２のシールド導体がパターン１１ｄ−２の中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続され、第２給電線１４−２の第２中心導体１４ａ−２がパターン１１ｂ−２の中央寄りの端部にハンダ付けされて電気的に接続されている。これにより、パターン１１ｃ−２に接続された第３ヘリカル素子１０ｃ−２は０°給電信号で起電されるホット素子となり、パターン１１ａ−２に接続された第１ヘリカル素子１０ａ−２は反転された０°給電信号で起電されるコールド素子となる。同様に、第２ヘリカル素子１０ｂ−２は９０°給電信号で起電されるホット素子となり、第４ヘリカル素子１０ｄ−２は反転された９０°給電信号で起電されるコールド素子となる。上記したように、第２円偏波アンテナ１−２では、第１円偏波アンテナ１−１においてホット素子として機能させた第１ヘリカル素子１０ａ−１に相当する第１ヘリカル素子１０ａ−２をコールド素子とし、コールド素子として機能させた第３ヘリカル素子１０ｃ−１に相当する第３ヘリカル素子１０ｃ−２をホット素子に切り替えて機能させる給電を行っている。これにより、第２円偏波アンテナ１−２から放射される円偏波の指向性が反転され、第１円偏波アンテナ１−１から放射される円偏波とは逆方向に放射されるようになる。すなわち、第１円偏波アンテナ１−１からは第２基板３２から第１基板３１に向かって左旋の円偏波が放射されるが、第２円偏波アンテナ１−２からは第１基板３１から第２基板３２に向かう鉛直方向に左旋の円偏波が放射される。このように、第３実施例の円偏波アンテナ３では、双指向性の左旋の円偏波が放射されるようになる。

第３実施例の円偏波アンテナ３は、上記したように、２つの円偏波アンテナの取付向きは同じで、同一方向スタックが可能とされている。また、ホット素子とコールド素子からなる１組のヘリカル素子の給電方向を９０°分配器の端子を切り替えるだけで指向性を制御することが可能であることから、９０°分配器等に位相反転スイッチを設け、９０°分配器の１端子の位相を反転させることで指向性を反転させることが可能となる。
なお、第１円偏波アンテナ１−１あるいは第２円偏波アンテナ１−２において、４本のヘリカル素子の巻き方向を逆転させて左巻きとすると右旋の円偏波が放射されるようになる。このように、第３実施例の円偏波アンテナ３において、一方の円偏波アンテナにおける４本のヘリカル素子の巻き方向を逆転させた場合は、第３実施例の円偏波アンテナ３から単一指向性の左旋および右旋の円偏波を双方向に放射できるようになる。

本発明の第３実施例である円偏波アンテナ３の指向性（ｄＢ）を図２０に示す。図２０では横軸が指向性（ｄＢ）、縦軸が角度（°）とされている。第１円偏波アンテナ１−１および第２円偏波アンテナ１−２との寸法は、第１実施例の円偏波アンテナ１の寸法と同様とされている。図２０を参照すると、正に給電された第１円偏波アンテナ１−１からは一点鎖線で示された円偏波が放射されており、角度０°の方向（第２基板３２から第１基板３１に向かう鉛直方向）に放射されている。また、逆に給電された第２円偏波アンテナ１−２からは実線で示された円偏波が放射されており、角度１８０°の方向（基板３１から基板３２に向かう鉛直方向）に放射されている。そして、給電ケーブル１５−１の信号と、給電ケーブル１５−２の信号とを合成することにより、破線で示す双指向性の合成特性が得られる。この合成特性が角度９０°の方向と角度１８０°の方向とに放射される双指向性となっていることが分かる。なお、第３実施例の円偏波アンテナ３においても、指向性方向において比帯域４０％にわたり軸比が１ｄＢ以下の良好な性能が得られている。

＜第４実施例＞
本発明の第４実施例にかかる円偏波アンテナの構成を図２１ないし図２３に示す。図２１（ａ）は第４実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面側から見た斜視図、図２１（ｂ）はその背面側から見た斜視図であり、図２２（ａ）は第４実施例である円偏波アンテナ４の構成を示す正面図、図２２（ｂ）はその側面図であり、図２３（ａ）は第４実施例である円偏波アンテナ４の構成を示す背面図、図２３（ｂ）はその上面図、図２３（ｃ）はその下面図である。
これらの図に示す本発明の第４実施例にかかる円偏波アンテナ４は、右旋および左旋の円偏波を送受信できるアンテナとされ、第１右旋アンテナ４０−１、第１左旋アンテナ４１−１、第２右旋アンテナ４０−２、第２左旋アンテナ４１−２の４つの円偏波アンテナがスタックされて構成されている。第１右旋アンテナ４０−１および第２右旋アンテナ４０−２は、第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄが左巻きに螺旋状に巻かれて第２実施例の円偏波アンテナ２と同様の構成とされており、第１左旋アンテナ４１−１および第２左旋アンテナ４１−２は、第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄが右巻きに螺旋状に巻かれて第１ヘリカル素子２０ａ〜第４ヘリカル素子２０ｄの巻き方向を逆転させた構成とされているが、その他の構成は第２実施例の円偏波アンテナ２と同様の構成とされている。

第４実施例にかかる円偏波アンテナ４は、所定間隔空けて対面するよう縦長に配置した矩形の細長い第１基板４２と、第１基板４２と同形状の第２基板４３とを備えている。第１基板４２と第２基板４３とはプリント板とされ、第１基板４２と第２基板４３を２枚の基板として第１右旋アンテナ４０−１、第１左旋アンテナ４１−１、第２右旋アンテナ４０−２、第２左旋アンテナ４１−２の４つの円偏波アンテナが縦方向にスタックされている。第１右旋アンテナ４０−１および第２右旋アンテナ４０−２は、第２実施例の円偏波アンテナ２と同様の構成とされていることから、詳細な説明は省略するが、それぞれ４本のヘリカル素子を備えており、４本のヘリカル素子は左巻きとされて右旋の円偏波を放射できるように構成されている。また、第１左旋アンテナ４１−１および第２左旋アンテナ４１−２は、それぞれ４本のヘリカル素子を備えており、４本のヘリカル素子は右巻きとされて左旋の円偏波を放射できるように構成されているが、他の構成は第２実施例の円偏波アンテナ２と同様の構成とされている。

第１右旋アンテナ４０−１、第１左旋アンテナ４１−１、第２右旋アンテナ４０−２、第２左旋アンテナ４１−２の４つの円偏波アンテナがスタックされた第１基板４２および第２基板４３の下端部は、取付金具を介して円形の第３基板４４に固着されている。そして、第３基板４４の下には、コ字状の第１支持金具４７−１および第２支持金具４７−２により、第３基板４４と平行に配置された円形の第４基板４５が固着されている。第３基板４４および第４基板４５の直径は、対面して配置された第１基板４２と第２基板４３とで形作られる矩形の対角線の長さと同様とされ、金属製あるいは樹脂製のいずれかとされる。第３基板４４には複数のケーブルを挿通する円形の穴が形成されており、第４基板４５の裏面には右旋出力４８−１と左旋出力４８−２の同軸端子が設けられている。

第２基板４３の裏面において、第１左旋アンテナ４１−１と第２右旋アンテナ４０−２との間に右旋分配部４６−１のパターンが形成され、第２右旋アンテナ４０−２第と第２左旋アンテナ４１−２との間に左旋分配部４６−２のパターンが形成されている。右旋分配部４６−１は、右旋給電線４９−１からの給電信号を分配して第１右旋アンテナ４０−１と第２右旋アンテナ４０−２とに給電しており、左旋分配部４６−２は、左旋給電線４９−２からの給電信号を分配して第１左旋アンテナ４１−１と第２左旋アンテナ４１−２とに給電している。図示していないが、右旋給電線４９−１は右旋出力４８−１に接続され、左旋給電線４９−２は左旋出力４８−２に接続されている。
第４実施例の円偏波アンテナ４は、右旋の円偏波と左旋の円偏波とを送受信できることから、右旋の円偏波と左旋の円偏波とを用いてダイバーシティ通信を行うダイバーシティ通信システムに適用することができる。

＜第５実施例＞
本発明の第５実施例にかかる円偏波アンテナ５の構成を図２４ないし図２８に示す。図２４は第５実施例である円偏波アンテナ５の構成を示す斜視図であり、図２５は第５実施例である円偏波アンテナ５の構成を示す上面図であり、図２６は第５実施例である円偏波アンテナ５の構成を示す正面図であり、図２７は第５実施例である円偏波アンテナ５の構成を示す下面図であり、図２８は第５実施例である円偏波アンテナ５の構成を示す側面図である。
これらの図に示す本発明の第５実施例にかかる円偏波アンテナ５は、右旋の円偏波と左旋の円偏波とを用いてダイバーシティ通信を行うダイバーシティ通信システムに用いる円偏波アンテナとされている。第５実施例にかかる円偏波アンテナ５は、絶縁性のアンテナケース５０を備えており、アンテナケース５０内に第４実施例の円偏波アンテナ４を収納して構成されている。これにより、第５実施例の円偏波アンテナ５は右旋および左旋の円偏波を送受信できるアンテナとされている。

アンテナケース５０は樹脂製とされ、内部に収納空間を備える円筒状の本体部５０ａと、本体部５０ａの開口された上面を閉塞する蓋部５０ｂとから構成されている。第４実施例の円偏波アンテナ４が収納されたアンテナケース５０は、取付金具５２によりマスト５１の頂部に固着されている。取付金具５２は、半円形に屈曲されている部分が形成された２つの第１金具５２ａ，５２ｂと、斜面が中央部に形成された２つの第２金具５２ｃ，５２ｄと、中央部がくの字状に屈曲された第３金具５２ｅとを備えている。そして、２つの第１金具５２ａ，５２ｂを対面させて、形成された円形の取付穴にアンテナケース５０の下部を挿入して、両金具の一端部を複数本のネジ５３ａにより固着する。また、第１金具５２ａ，５２ｂの他端部の内面側に対面させて配置した２つの第２金具５２ｃ，５２ｄの一端部を配置して複数本のネジ５３ｃにより固着する。次いで、第１金具５２ｂの半円形に屈曲されている部分に螺合されている２本のビス５４ａをアンテナケース５０の外周面にねじ込んで、アンテナケース５０が抜け出ないように固着する。さらに、対面させて配置した２つの第２金具５２ｃ，５２ｄに第３金具５２ｅを対面させると、２つの第２金具５２ｃ，５２ｄの斜面により形作られたくの字状の部分と、第３金具５２ｅとにより矩形状の取付穴が形成され、この取付穴にマスト５１の頂部を挿入して、２つの第２金具５２ｃ，５２ｄ両端部と、第３金具５２ｅの両端部とを複数本のネジ５３ｂにより固着する。これにより、第５実施例の円偏波アンテナ５をマスト５１に取り付けることができる。

本発明の第５実施例である円偏波アンテナ５の左旋アンテナと右旋アンテナとの結合量の周波数特性を図２９に示す。図２９では、縦軸が結合量（ｄＢ）、横軸が周波数（ＭＨｚ）とされている。この場合、第５実施例である円偏波アンテナ５においては、アンテナケース５０内に第４実施例の円偏波アンテナ４を収納して構成されている。図２９を参照すると、使用周波数帯域の中心周波数ｆｃにおける結合量は約−３２ｄＢが得られ、異偏波アンテナ間の結合量が非常に低いことが分かる。また、比帯域１０％とした際の最大結合量は約−２６ｄＢとなり、比帯域２０％とした時の最大結合量は約−２２ｄＢの良好な結合量となることから、左旋アンテナと右旋アンテナとの間隔を小さくできることが分かる。
次に、本発明の第５実施例である円偏波アンテナ５の水平面および垂直面における円偏波指向特性を図３０に示す。図３０では、縦軸が円偏波指向性（ｄＢｉ）、横軸が角度（°）とされている。この場合、第５実施例である円偏波アンテナ５においては、アンテナケース５０内に第４実施例の円偏波アンテナ４を収納して構成されている。図３０を参照すると、実線で示す水平面の円偏波指向性は角度に対してブロードな特性となっていることが分かり、一点鎖線で示す垂直面の円偏波指向性は角度に対してシャープな特性となっていることが分かる。

＜第６実施例＞
本発明の第６実施例にかかる円偏波アンテナ６の構成を図３１に示す。図３１は第６実施例である円偏波アンテナ６の構成を斜視図で示す分解図である。
図３１に示す本発明の第６実施例にかかる円偏波アンテナ６は、右旋の円偏波と左旋の円偏波とを用いてダイバーシティ通信を行うダイバーシティ通信システムに用いる円偏波アンテナとされている。第６実施例にかかる円偏波アンテナ６は、絶縁性のアンテナケース６４を備えており、アンテナケース６４内に第１右旋アンテナ６０−１、第１左旋アンテナ６１−１、第２右旋アンテナ６０−２、第２左旋アンテナ６１−２の４つの円偏波アンテナがスタックされて収納されている。第１右旋アンテナ６０−１および第２右旋アンテナ６０−２は、４本の第１ヘリカル素子〜第４ヘリカル素子が左巻きに螺旋状に巻かれて第２実施例の円偏波アンテナ２と同様の構成とされており、第１左旋アンテナ６１−１および第２左旋アンテナ６１−２は、４本の第１ヘリカル素子〜第４ヘリカル素子が右巻きに螺旋状に巻かれて４本の第１ヘリカル素子〜第４ヘリカル素子の巻き方向を逆転させた構成とされているが、その他の構成は第２実施例の円偏波アンテナ２と同様の構成とされている。

第６実施例にかかる円偏波アンテナ６は、第４実施例にかかる円偏波アンテナ４における第３基板４４および第４基板４５を省略して横にした構成と同様とされている。すなわち、第６実施例における円偏波アンテナ６は、所定間隔空けて対面するよう横長に配置した矩形の細長い第１基板６２と、同形状の第２基板６３とを備えている。第１基板６２と第２基板６３とはプリント板とされ、２枚の基板を用いて第１右旋アンテナ６０−１、第１左旋アンテナ６１−１、第２右旋アンテナ６０−２、第２左旋アンテナ６１−２の４つの円偏波アンテナが横方向にスタックされている。第１右旋アンテナ６０−１および第２右旋アンテナ６０−２は、第２実施例の円偏波アンテナ２と同様の構成とされていることから、詳細な説明は省略するが、それぞれ４本のヘリカル素子を備えており、４本のヘリカル素子は左巻きとされて右旋の円偏波を放射できるように構成されている。また、第１左旋アンテナ６１−１および第２左旋アンテナ６１−２は、それぞれ４本のヘリカル素子を備えており、４本のヘリカル素子は右巻きとされて左旋の円偏波を放射できるように構成されているが、他の構成は第２実施例の円偏波アンテナ２と同様の構成とされている。

アンテナケース６４は樹脂製とされ、内部に収納空間を備える裏面が開口されたほぼ直方体状の横長のカバー部６４ａと、カバー部６４ａの開口された裏面を閉塞する蓋板６４ｂとから構成されている。蓋板６４ｂの裏面側には断面矩形状の取付具６５が設けられている。第１右旋アンテナ６０−１、第１左旋アンテナ６１−１、第２右旋アンテナ６０−２、第２左旋アンテナ６１−２を備える第２基板６３を蓋板６４ｂの表面側に固着して、カバー部６４ａを蓋板６４ｂに被せカバー部６４ａの開口面の周囲に設けられた複数の挿通孔にそれぞれネジを挿通して、蓋板６４ｂの外周縁に形成された複数のネジ部にそれぞれ螺着することにより、蓋板６４ｂにカバー部６４ａが固着される。これにより、第１右旋アンテナ６０−１、第１左旋アンテナ６１−１、第２右旋アンテナ６０−２、第２左旋アンテナ６１−２を内蔵して右旋の円偏波と左旋の円偏波とを送受信できる第６実施例の円偏波アンテナ６を組み立てることができる。

＜第６実施例の適用例＞
次に、第６実施例の円偏波アンテナ６を適用した構成を示す斜視図を図３２に示す。
図３２に示すアンテナは、エリアＡの子局と通信を行う円偏波アンテナ６−１と、エリアＢの子局と通信を行う円偏波アンテナ６−２と、エリアＣの子局と通信を行う円偏波アンテナ６−３とを備えている。円偏波アンテナ６−１，６−２，６−３は第６実施例の円偏波アンテナ６と同じ構成の円偏波アンテナとされている。すなわち、図３２に示すアンテナは、エリアＡ，Ｂ，Ｃの各子局と通信を行う親局のアンテナとされている。エリアＡ，Ｂ，Ｃの各子局の方向は異なっており、親局はエリアＡ，Ｂ，Ｃの各子局と右旋の円偏波と左旋の円偏波とを用いてダイバーシティ通信を行うことができる。この場合、エリアＡ，Ｂ，Ｃの３方向と右旋の円偏波と左旋の円偏波とにおいて、十分な分離度を得ることができ、省スペース化することができる。また、円偏波アンテナ６−１〜６−３を、通信範囲によって縦に配置したものと横に配置したものとを混合して配置することもできる。
なお、円偏波アンテナ６−１は、エリアＡの方向に向くように横に配置されて取付具６５−１によりマスト７０に固着されている。同様に、円偏波アンテナ６−２は、エリアＢの方向に向くように横に配置されて取付具６５−２によりマスト７０に固着され、円偏波アンテナ６−３は、エリアＣの方向に向くように縦に配置されて取付具６５−３によりマスト７０に固着されている。

＜ダイバーシティ通信システム＞
本発明の実施例である円偏波アンテナが適用できるダイバーシティ通信システムの構成を示すブロック図を図３３に示す。図３３（ａ）はダイバーシティ通信システムの構成を示すブロック図であり、図３３（ｂ）はそのダイバーシティ通信機の構成を示すブロック図である。
地上無線通信回線ではフェージングが存在し、通信距離および通信の安定性に対して大きな妨げになっている。このフェージングに対してマージンを補完するために、送信出力の増大を行うとコストが高くなったり、伝送レートが制限されるようになる。ダイバーシティは、無線技術の一つであり、電波の相互干渉によるフェージングの影響を防ぐために、複数のアンテナから電波を受信し、質の良い信号を選択したり、信号を合成したりして通信の質や信頼性を上げる技術である。ダイバーシティには、距離を離して設置した複数のアンテナで受信する空間ダイバーシティ、複数の異なった偏波を受信するアンテナを設置する偏波ダイバーシティ、信号伝送を一定時間ずらして複数回行う時間ダイバーシティなどがある。

図３３（ａ）に示すダイバーシティ通信システムは、右旋の円偏波と左旋の円偏波とを用いる偏波ダイバーシティによるダイバーシティ通信を行うようにされた構成例を示している。このダイバーシティ通信システムは、右旋および左旋の円偏波を送受信できる円偏波アンテナ７−１を備えるダイバーシティ通信機８−１と、右旋および左旋の円偏波を送受信できる円偏波アンテナ７−２を備えるダイバーシティ通信機８−２とを備えている。円偏波アンテナ７−１および円偏波アンテナ７−１に、第５実施例の円偏波アンテナ５あるいは第６実施例の円偏波アンテナ６を適用することができる。

ダイバーシティ通信機８−１およびダイバーシティ通信機８−２の構成は同様とされていることから、代表としてダイバーシティ通信機８−１の構成を示すブロック図を図３３（ｂ）に示して説明する。ダイバーシティ通信機８−１は、例えば水位計などからのデータを符号化および変調して送信信号を送出する送信機８３と、受信信号を復調および複合化して元のデータとする受信機８４と、送信と受信とを切り替える送・受切替器８２と、円偏波アンテナ７−１が送受信する円偏波の旋回方向を右旋と左旋とで切り替えるアンテナ切替器８１と、各部の制御を行うマイクロコントローラ８５とで構成されている。
ダイバーシティ通信機８−１の動作を説明するが、各部の動作はマイクロコントローラ８５により制御されている。送信時においては、送・受切替器８２が送信に切り替えられることから、送信機８３より送出された送信信号は、送・受切替器８２を介してアンテナ切替器８１に送られる。アンテナ切替器８１では、例えば右旋の円偏波アンテナに切り替えられて、円偏波アンテナ７−１から右旋の円偏波で送信信号が送信される。送信された右旋の円偏波の送信信号は、受信側のダイバーシティ通信機８−２における円偏波アンテナ７−２で受信され、アンテナ切替器８１により右旋の円偏波アンテナで受信された受信信号が送・受切替器８２に送られるように切り替えられる。送・受切替器８２では受信信号を受信機８４に供給するよう切り替える。受信機８４で受信された信号の受信レベルが、規定の受信レベルに達している場合は受信可と判断されて、元のデータを受信することができる。

また、受信機８４で受信された信号の受信レベルが、規定の受信レベルに達していない場合は、受信側のダイバーシティ通信機８−２において、左旋の円偏波アンテナで受信された受信信号が送・受切替器８２に送られるようにアンテナ切替器８１が切り替えられる。これにより、受信機８４で受信された信号の受信レベルが、規定の受信レベルに達している場合は受信可と判断して、元のデータを受信することができる。これは、円偏波は反射されると逆旋の偏波になると共に、１回反射された電波のレベルは比較的大きく、逆旋の偏波を受信した方が受信レベルが高くなる場合があるからである。
このように、ダイバーシティ通信システムでは、以下の（１）ないし（４）の組み合わせで通信を行うことができ、規定の受信レベルが得られるまで以下の（１）ないし（４）の組み合わせに順次切り替えて通信を行うようにしてもよい。
（１）［送信側］右旋円偏波：［受信側］右旋円偏波
（２）［送信側］右旋円偏波：［受信側］左旋円偏波
（３）［送信側］左旋円偏波：［受信側］左旋円偏波
（４）［送信側］左旋円偏波：［受信側］右旋円偏波
なお、ダイバーシティ通信システムでは、規定の受信レベルが得られた際に、受信側が送信側に通信が確立したことを報せるデータを送信するようにしてもよい。

上記したダイバーシティ通信システムでは、降雨や降雨による地面の変化および水田や河川の水位の変化、もしくは、潮位の変化などにより生じるフェージングの影響を低減することが可能である。このことから、水位計のデータを送信する場合には、上記したダイバーシティ通信システムを用いると特に効果を発揮することになる。また、右旋と左旋の円偏波アンテナの物理的な位置が異なることから、空間ダイバーシティとしても機能するため、伝搬路の相関性が下がり、偏波ダイバーシティおよび空間ダイバーシティの双方の効果が得られ、フラットフェージングだけでなく、車等の遮蔽等に基づく選択性フェージングにも効果を発揮し安定した通信が可能となる。

上記説明した本発明の各実施例の円偏波アンテナは、互いにほぼ等間隔になるようほぼ９０°間隔でそれぞれ配置されて螺旋状で巻かれた第１ヘリカル素子ないし第４ヘリカル素子の巻き中心の軸が互いに偏心していることから、高さを低くしても良好な電気的特性を得ることができる。また、巻き中心の軸が互いに偏心していると、同一巻き数の間に通る経路長が長くなり、その結果ピッチが短くなったことと同様の効果が得られ、さらに高さを低くすることができる。これにより、小型化を実現することができる。
また、上記説明した本発明の各実施例の円偏波アンテナは、第１ヘリカル素子ないし第４本のヘリカル素子の巻き方向を逆転させることにより、円偏波の旋回方向を逆旋とすることができる。また、第１ヘリカル素子ないし第４ヘリカル素子におけるホット素子とコールド素子からなる１組のヘリカル素子の給電位相を反転させるだけで指向性を逆方向とすることができる。
さらに、上記説明した本発明の第１実施例ないし第４実施例の円偏波アンテナは、低姿勢化されていることから円筒状あるいは直方体状のアンテナケースに収納しても小型化することができる。
さらにまた、上記説明した本発明の各実施例の円偏波アンテナにおいては、第１ヘリカル素子ないし第４ヘリカル素子の材質として、アルミニウムや銅合金などの良導体を用いることができる。ただし、給電も行う第１ヘリカル素子ないし第４ヘリカル素子は同軸ケーブルが用いられる。この同軸ケーブルとしてセミリジッドケーブルとしてもよい、セミリジッドケーブルは、シールド導体が銅やニッケル、ステンレスなどのパイプでできた同軸線であり、最終的に使用する形状に簡単に曲げられ、曲げられた後もその形を維持することができる。また、プリント板による基板に替えて、絶縁性の基板上に導電フィルムや金属板によってパターンを設けるようにしてもよい。

１，１−１，１−２ 円偏波アンテナ、２ 円偏波アンテナ、３ 円偏波アンテナ、４ 円偏波アンテナ、５ 円偏波アンテナ、６，６−１〜６−３ 円偏波アンテナ、７，７−１，７−２ 円偏波アンテナ、８，８−１，８−２ ダイバーシティ通信機、１０ａ 第１ヘリカル素子、１０ｂ 第２ヘリカル素子、１０ｃ 第３ヘリカル素子、１０ｄ 第４ヘリカル素子、１１ 上基板、１１ａ〜１１ｄ パターン、１２ 下基板、１２ｂ グランド、１２ｃ グランド板、１３ 第１給電線、１３ａ 第１中心導体、１４ 第２給電線、１４ａ 第２中心導体、１５ 給電ケーブル、１６ａ 第１支持柱、１６ｂ 第２支持柱、１７ａ〜１７ｄ ネジ、１８ ９０°分配器、２０ａ 第１ヘリカル素子、２０ｂ 第２ヘリカル素子、２０ｃ 第３ヘリカル素子、２０ｄ 第４ヘリカル素子、２１ 上基板、２１ａ〜２１ｄ パターン、２１ｅ 上補助基板、２２ 下基板、２２ａ 下補助基板、２２ｂ グランド、２３ 第１給電線、２３ａ 第１中心導体、２４ 第２給電線、２４ａ 第２中心導体、２５ 給電ケーブル、２６ａ 第１支持柱、２６ｂ 第２支持柱、２６ｃ 第３支持柱、２６ｄ 第４支持柱、２６ｅ 第５支持柱、２６ｆ 第６支持柱、２７ａ〜２７ｍ ネジ、２８ ２分配器、２９ 遅延線、３１ 第１基板、３２ 第２基板、４０−１ 第１右旋アンテナ、４０−２ 第２右旋アンテナ、４１−１ 第１左旋アンテナ、４１−２ 第２左旋アンテナ、４２ 第１基板、４３ 第２基板、４４ 第３基板、４５ 第４基板、４６−１ 右旋分配部、４６−２ 左旋分配部、４７−１ 第１支持金具、４７−２ 第２支持金具、４８−１ 右旋出力、４８−２ 左旋出力、４９−１ 右旋給電線、４９−２ 左旋給電線、５０ アンテナケース、５０ａ 本体部、５０ｂ 蓋部、５１ マスト、５２ 取付金具、５２ａ，５２ｂ 第１金具、５２ｃ，５２ｄ 第２金具、５２ｅ 第３金具、５３ａ〜５３ｃ ネジ、５４ａ ビス、６０−１ 第１右旋アンテナ、６０−２ 第２右旋アンテナ、６１−１ 第１左旋アンテナ、６１−２ 第２左旋アンテナ、６２ 第１基板、６３ 第２基板、６４ アンテナケース、６４ａ カバー部、６４ｂ 蓋板、６５，６５−１〜６５−３ 取付具、７０ マスト、８１ アンテナ切替器、８２ 送・受切替器、８３ 送信機、８４ 受信機、８５ マイクロコントローラ、１００ 円偏波アンテナ、１３０ 遅延線、１３０，１３２，１３４，１３６ 遅延線、１４０，１４２，１４４，１４６ ヘリカルアンテナエレメント、１４８ プリント基板

Claims (10)

1. 巻き中心の軸が互いに偏心してほぼ等間隔になるよう螺旋状に巻かれており、ホット素子とコールド素子との組を２組構成している４本のヘリカル素子と、
   前記ホット素子とコールド素子との一方の組に給電される位相を、前記ホット素子とコールド素子との他方の組に給電される位相と約９０°異ならせることにより、前記４本のヘリカル素子において隣り合うヘリカル素子との位相差が約９０°となるように給電を行う給電部と、
   を備え、
   前記給電部からは、前記一方の組の前記ホット素子の一端に０°の給電信号が供給されると共に、前記他方の組の前記ホット素子の一端に約９０°の給電信号が供給されており、前記２組のホット素子とコールド素子との他端が直流的に同電位となるようグランドに接続されることを特徴とする円偏波アンテナ。
2. 前記４本のヘリカル素子の一端が固着される第１の基板と、
   前記４本のヘリカル素子の他端が固着され、前記第１の基板と所定間隔離れて配置され、前記グランドが形成されている第２の基板と、
   をさらに備え、
   前記第２の基板に９０°分配器が設けられて、該９０°分配器からの０°の給電信号と９０°の給電信号とが前記第１の基板に２本の給電線を介して前記給電部に供給されていることを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ。
3. 前記４本のヘリカル素子の全体における横方向の最大の長さが、上記第１の基板と上記第２の基板との中間部に生じることを特徴とする請求項２に記載の円偏波アンテナ。
4. 前記４本のヘリカル素子において、少なくともコールド素子となる２本のヘリカル素子が同軸ケーブルにより構成され、該２本のヘリカル素子を構成する前記２本の同軸ケーブルが、前記２本の給電線を兼用することを特徴とする請求項２に記載の円偏波アンテナ。
5. 前記４本の第１ヘリカル素子ないし第４ヘリカル素子におけるホット素子とコールド素子からなる１組のヘリカル素子の給電位相を、反転させることにより指向性を逆方向とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の円偏波アンテナが、複数スタックされて構成されていることを特徴とする円偏波アンテナ。
7. 絶縁性のケース内に収納したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
8. 左旋円偏波の円偏波アンテナと、右旋円偏波の円偏波アンテナとがスタックされて構成されていることを特徴とする請求項６に記載の円偏波アンテナ。
9. 左旋円偏波と右旋円偏波との偏波ダイバーシティに用いることを特徴とする請求項８に記載の円偏波アンテナ。
10. 左旋円偏波と右旋円偏波との偏波ダイバーシティに用いるアンテナとして、請求項８に記載の円偏波アンテナを用いることを特徴とするダイバーシティ通信システム。

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