WO2012029639A1 - アンテナ - Google Patents

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frequency
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antenna unit
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松永真由美
掛水健司
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国立大学法人愛媛大学
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
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    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
    • H01Q9/27—Spiral antennas

Definitions

  • the present invention relates to an antenna for transmitting or receiving radio waves having a function of communicating with a plurality of communication methods.
  • Mobile communication devices such as mobile phones and car navigation systems are widely used. Each device has its own frequency and polarization method.
  • a global positioning system such as a car navigation system
  • circularly polarized radio waves are used.
  • Patent Document 1 describes an antenna having a small circular polarization characteristic while being small.
  • Patent Documents 2 and 3 propose a shared antenna that can transmit and receive a plurality of radio waves having different wave numbers and polarizations.
  • Patent Document 1 Although the antenna described in Patent Document 1 has a good circular polarization characteristic with a small and simple configuration, the antenna for performing communication of linear polarization is not described in the same document.
  • Mobile phones with a GPS function are equipped with linearly polarized antennas and circularly polarized antennas, but the size of the antenna increases accordingly, and it is difficult to arrange for incorporation into a small device. There must be. Further, when antennas having different characteristics are brought close to each other, they interfere with each other, and the performance is degraded.
  • the antenna described in Patent Document 2 is a film antenna in which a conductor is laminated on an insulating film, and may operate as a circularly polarized antenna and a linearly polarized antenna.
  • the first operating frequency is 2.6 GHz and the second operating frequency is 5.8 GHz.
  • direct polarization 1.5 GHz circular polarization 2
  • the size becomes too large to be mounted on a small device such as a mobile phone terminal.
  • the antenna described in Patent Document 3 has a linearly polarized wave element and a circularly polarized wave element arranged close to each other, and is basically the same as mounting a plurality of antennas.
  • the structure must be complicated and expensive, and since it has a structure of two or more layers, it is large in thickness and difficult to incorporate into a small device.
  • a common antenna other than the above has been proposed in which a switch is provided in a circuit to be turned on and off.
  • the apparatus is also complicated and expensive, and a special communication circuit is required for controlling the switch.
  • the switches are used by switching, linearly polarized waves and circularly polarized waves cannot be used at the same time.
  • an antenna in which a Ni plating layer and an Au plating layer are provided on a metallized layer such as a Cu layer or a Mo—Mn layer has been proposed, but it is also expensive.
  • the antenna of the present invention is adjacent to the first antenna unit having a spiral shape that forms a cross shape a plurality of times, and is adjacent to the first antenna unit via a cutting unit. It has a second antenna section and a feeding section provided at the center, and electromagnetic coupling occurs at the cutting section at the first frequency, and electromagnetic coupling at a second frequency different from the first frequency. It does not occur.
  • the second antenna unit has a spiral shape that forms a cross shape a plurality of times, and the second antenna unit is provided on the outer periphery of the first antenna unit, and the cutting unit is an outer end of the first antenna unit.
  • a gap between the first antenna unit and the inner end of the second antenna unit, and a power supply unit provided in the center of the spiral circuit of the first antenna unit, the gap being spaced at the first frequency In this case, electromagnetic coupling can be generated, and electromagnetic coupling cannot be generated at a second frequency higher than the first frequency.
  • the current flowing in the portion along the first direction in the peripheral circuit forming the cross shape and the current flowing in the portion along the second direction perpendicular to the first direction are It can be made to have substantially the same phase and a phase difference of substantially ⁇ / 2 at the second frequency.
  • the second antenna unit is a dipole antenna provided inside the first antenna unit.
  • the second antenna unit generates electromagnetic coupling at the first frequency at the cutting unit, and is higher than the first frequency at the cutting unit. It can be assumed that no electromagnetic coupling occurs at a frequency of.
  • the second antenna unit is a loop antenna provided outside the first antenna unit, the electromagnetic coupling is generated at the first frequency at the cutting unit, and the second higher than the first frequency at the cutting unit. Electromagnetic coupling may not occur at a frequency of.
  • the present invention can realize a small shared antenna that can communicate with a plurality of radio waves having different frequencies and polarizations. It is a simple structure, and a planar antenna with one layer and a single feeding portion (1 port) can be realized.
  • FIG. 6 is a plan view showing a basic structure of an antenna of Example 2.
  • FIG. 6 is a graph showing return loss characteristics by simulation of the antenna of Example 2.
  • FIG. 10 is a graph showing return loss characteristics by simulation of the antenna of Example 3.
  • 10 is a perspective view showing an antenna of Example 4.
  • FIG. It is a graph which shows the return loss characteristic by simulation of the antenna of Example 4.
  • An antenna according to the present invention includes a first antenna portion having a plurality of spiral turns forming a cross shape, a second antenna portion adjacent to the first antenna portion via a cutting portion, a center
  • the power supply unit provided in the unit has an electromagnetic coupling at the cutting portion at the first frequency, and no electromagnetic coupling at the second frequency different from the first frequency.
  • FIG. 1 is a plan view showing a basic structure of the antenna
  • FIG. 2 is an enlarged side view showing details of a power feeding unit
  • FIG. 3 is a perspective view showing an outline of the antenna.
  • the antenna 1 is a planar antenna in which a cross-shaped spiral conductor line 3 is provided on a dielectric substrate 2.
  • the planar antenna means that it is not necessary to take a three-dimensional structure such as a multilayer structure or a parabolic shape. Therefore, when the communication device has a gently curved outer surface, the antenna can be formed along the outer surface. Further, a deformable antenna may be formed using a thin and flexible film as a substrate.
  • the outer shape of the conductor line 3 is a cross shape. That is, two rectangles having a short side L0 and a long side L1 are aligned with the center of gravity, and the shapes are overlapped with each other shifted by 90 degrees.
  • the outermost end D is provided in the vicinity of one corner of the square in the center of the cross shape. This end D is in an open state. From this point D as the starting point, the outermost circumferential conductor line is formed with the line width w. It circulates along the cross-shaped outer shape and forms the next lap from the vicinity of the starting point D. The next turn is formed on the inner side with an interval d from the first turn. Thereafter, the lap is repeated in the same manner, and the center portion is filled as much as possible.
  • the length L1 of the outermost cross shape and the length L2 of the innermost cross shape are selected based on the frequencies to be used.
  • the outermost circumference length L1 is adjusted to a lower first frequency
  • the innermost circumference length L2 is adjusted to a higher second frequency.
  • a power feeding unit 4 is provided in the innermost peripheral circuit path. The power feeding unit is disposed near the center of the cross shape, but may not be completely centered, and may be slightly shifted in consideration of ease of attachment of the connector.
  • a gap 5 is provided in the middle of the spiral conductor line.
  • the gap 5 is selected based on the frequency of the radio wave used. That is, at the first frequency, the conductor lines before and after the gap are electromagnetically coupled, that is, at an interval that causes interference and does not cause interference at the second frequency.
  • the first antenna portion is formed with a spiral outside the gap 5
  • the second antenna portion is formed with a spiral inside the gap 5.
  • the transmission circuit and communication circuit connected to this antenna are not particularly limited.
  • the conventional circuit can be directly connected to the power feeding section.
  • the antenna acts as a shared antenna for communication in linearly polarized waves of the first frequency and circularly polarized waves of the second frequency.
  • This embodiment is an example of a shared antenna for communication using 1.5 GHz linearly polarized wave and 2.45 GHz circularly polarized wave.
  • An epoxy resin was used as the substrate 2.
  • the nominal characteristics of this epoxy resin are a thickness of 1 mm, a relative dielectric constant of 4.3, and a dielectric loss tangent of 0.018.
  • a conductor line is formed with a 0.125 mm cut, and an SMA connector is provided. Connector terminals are connected near each end of the conductor line cut by the cut.
  • a gap 5 is provided at one corner on the third turn from the outside.
  • the width of the gap 4 is 0.5 mm.
  • Transmission / reception by the antenna 1 is performed by connecting a transmission / reception circuit to the connector of the power supply unit 4.
  • the supply part to an antenna is comprised by 1 port, the connection of a circuit is easy and the structure of a communication apparatus becomes easy.
  • the characteristics were obtained by simulation and actual measurement.
  • the simulation was conducted with Sonnet® Suites (trade name), a simulation program for electromagnetic characteristics.
  • FIG. 4 shows the current distribution on the conductor line. The portion displayed in white indicates that the current is large. It can be seen that the current distribution differs between the first frequency (1.5 GHz) and the second frequency (2.45 GHz). At the first frequency, current is distributed throughout the conductor line 3. On the other hand, at the second frequency, a current distribution is seen only inside.
  • FIG. 5 is a graph showing the return loss characteristics of the antenna.
  • the vertical axis represents the return loss characteristic expressed in dB, and it is considered that the transmission / reception capability is high when the curve appears low on the graph.
  • Both the simulation value and the actual measurement value have lower curves at 1.5 GHz and 2.45 GHz. Furthermore, there is a low numerical value portion at other frequencies, and it can be seen that this antenna can transmit and receive at two or more frequencies. Although the simulation values and the actual measurement values correspond well, there are some differences that are considered to be caused by how the connectors are attached.
  • FIG. 6 is a graph showing the linear polarization characteristics of the antenna at the first frequency.
  • the plane of the antenna xy plane
  • the y axis 90 °.
  • the horizontal axis in FIG. 6 is the elevation angle ⁇ .
  • FIG. 7 is a graph showing the circular polarization characteristics of the antenna at the second frequency.
  • FIG. 8 is a graph showing the axial ratio obtained from the circular polarization characteristics of the antenna at 2.45 GHz.
  • the result is that the axial ratio is flat within a wide angle range. Therefore, it can be confirmed that good circular polarization characteristics are realized.
  • FIG. 9 is a plan view showing the basic structure of the antenna of this embodiment.
  • This embodiment is an example of a shared antenna for communication using a linearly polarized wave of 1.74 GHz and a circularly polarized wave of 1.58 GHz.
  • 1.74 GHz linear polarization can be used for W-CDMA standard mobile phones, and 1.58 GHz circular polarization can be used for GPS.
  • the substrate is an epoxy resin, and its characteristics are a thickness of 1 mm, a relative dielectric constant of 4.3, and a dielectric loss tangent of 0.018.
  • a copper (conductivity 5.8 ⁇ 10 7 S / m) line having a thickness of 0.035 mm was formed on the substrate.
  • FIG. 10 is a graph showing the return loss characteristic by simulation of the antenna of the second embodiment.
  • the curves are lowered at 1.58 GHz and 1.74 GHz.
  • FIG. 12 is a graph showing the linear polarization characteristics of the antenna at a frequency of 1.74 GHz.
  • a large difference between the main polarization and the cross polarization is obtained, and it can be seen that a linear polarization characteristic is obtained at a frequency of 1.74 GHz.
  • FIG. 13 shows the current distribution on the conductor line. It can be seen that the current distribution is different between the first frequency (1.58 GHz) and the second frequency (1.74 GHz). At the first frequency, current is distributed throughout the conductor line. On the other hand, at the second frequency, a current distribution is seen only inside.
  • a third embodiment of the present invention will be described. This is an example when a thin film having a thickness of 0.5 mm is used as a substrate.
  • the characteristics of this substrate are a relative dielectric constant of 4.3 and a dielectric loss tangent of 0.018.
  • a line as shown in FIG. 1 was formed on this substrate.
  • FIG. 14 is a graph showing the return loss characteristics by simulation of the antenna of the third embodiment.
  • the characteristics of Example 1 are also shown by dotted lines.
  • the data of Example 1 and Example 3 are almost the same, and it can be seen that they have substantially the same return loss characteristics.
  • FIG. 15 is a perspective view showing the antenna of this embodiment.
  • This is an example in which an antenna is formed on a film in the same manner as in Example 3 and is rounded and curved. That is, an antenna is formed by arranging a conductor line with the same dimensions as in Example 3 on a film having a thickness of 0.5 mm as in Example 3, and then rounding the antenna with a radius of curvature of 20 mm.
  • FIG. 16 is a graph showing a return loss characteristic by simulation of the antenna of the fourth embodiment.
  • the characteristics of Example 3 are also shown by dotted lines. It can be seen that the antenna of Example 4 has almost the same return loss characteristics as the antenna of Example 3 at the first frequency and the second frequency.
  • the antenna of this embodiment can be flexibly deformed by being formed on a thin film, and even if it is deformed, the communication capability is not reduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

この発明は、周波数や偏波特性の異なる電波による通信が行え、しかも簡易な構成で、小型の装置にも設置できるような共用アンテナを提供することを目的とする。そのため、この発明のアンテナ１は、十字の形状を形成する周回をうずまき状に複数回有し、このうずまき状の周回路の途中に設けられたギャップ５と中心部に設けられた給電部４を有し、ギャップ５の間隔は第１の周波数では電磁的な結合を生じ、第１の周波数より高い第２の周波数では電磁的な結合を生じないものである。

Description

アンテナ
この発明は、複数の通信方式で通信する機能を有する電波の送信または受信を行うためのアンテナに関する。
携帯電話やカーナビゲーションシステムなど移動体通信装置は、広く普及している。それぞれの装置は、固有の周波数や偏波方式を有する。たとえば、カーナビゲーションシステムなどの全地球測位システム（ＧＰＳ）では、円偏波の電波が使用される。たとえば、特許文献１には、小型でありながら良好な円偏波特性を有するアンテナが記載されている。
近年、移動体通信装置の多機能化が進行している。たとえば、ＧＰＳ機能を備えた携帯電話端末が普及しつつある。このような多機能の移動体通信装置では、周波数や偏波の異なる複数の電波を送受信する必要がある。そこで、使用する電波の種類ごとに対応した複数のアンテナを搭載している。
また、特許文献２や特許文献３などでは、波数や偏波の異なる複数の電波を送受信できる共用アンテナも提案されている。
特開２００９－１０９０９号公開特許公報 特開２０１０－６８４７３号公開特許公報 特開２００８－２７８０５９号公開特許公報
特許文献１に記載されたアンテナは、小型かつ簡易な構成でありながら良好な円偏波特性を有するが、直線偏波の通信を行うためのアンテナについては同文献には記載がない。ＧＰＳ機能付きの携帯電話などでは、直線偏波用のアンテナと円偏波用のアンテナを搭載しているが、その分、アンテナのサイズが大きくなり、小型の装置へ組み込むための配置に苦慮しなければならない。また、異なる特性を有するアンテナを近接させると相互に干渉し、性能が低下する。
そこで、特性の異なる電波を送受信できる共用アンテナが望まれる。たとえば、特許文献２に記載されたアンテナは絶縁性を有するフィルムに導電体を積層させてなるフィルムアンテナであり、円偏波アンテナおよび直線偏波アンテナとして作動するとある。しかし、この文献では第１作動周波数が２．６ＧＨｚ、第２作動周波数が５．８ＧＨｚと、極めて高い周波数での使用を想定しており、たとえば、直性偏波１．５ＧＨｚ、円偏波２．６ＧＨｚという周波数にするとサイズが大きくなりすぎて、携帯電話端末などの小型の装置に搭載することはできない。特許文献３に記載されたアンテナは直線偏波用の素子と円偏波用の素子を近接して配置しており、基本的には、複数のアンテナを搭載するのと同じである。構成が複雑で高価にならざるを得ず、しかも、二層以上の構造であるため厚さが大きく、小型の装置への組み込みも困難である。
上記以外の共用アンテナとして回路中にスイッチを設けてＯＮ・ＯＦＦさせるものが提案されているが、やはり、装置が複雑・高価となり、また、スイッチの制御のため特別な通信回路が必要となる。しかも、スイッチで切替えて使用するため、直線偏波と円偏波を同時に使用することはできない。また、Ｃｕ層やＭｏ－Ｍｎ層などのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を設けたアンテナも提案されているが、やはり、高価なものとなる。
この発明は、周波数や偏波特性の異なる電波による通信が行え、しかも簡易な構成で、小型の装置にも設置できるような共用アンテナを提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、この発明のアンテナは、十字の形状を形成する周回をうずまき状に複数回有する第１のアンテナ部と、第１のアンテナ部に対し切断部を介して隣接される第２のアンテナ部と、中心部に設けられた給電部を有し、第１の周波数では切断部において電磁的な結合を生じ、第１の周波数と異なる第２の周波数では電磁的な結合を生じないものである。
第２のアンテナ部は十字の形状を形成する周回をうずまき状に複数回有し、第２のアンテナ部は第１のアンテナ部の外周に設けられ、切断部は第１のアンテナ部の外側端部と第２のアンテナ部の内側端部の間のギャップであり、第１のアンテナ部のうずまき状の周回路の中心部に設けられた給電部を有し、ギャップの間隔は第１の周波数では電磁的な結合を生じ、第１の周波数より高い第２の周波数では電磁的な結合を生じないものとすることができる。さらに、十字の形状を形成する周回路のうち第１の方向に沿った部分に流れる電流と、第１の方向に垂直な第２の方向に沿った部分に流れる電流が、第１の周波数では実質的に同位相であり、第２の周波数では実質的にπ／２の位相差を有するようになすことができる。
また、第２のアンテナ部は第１のアンテナ部の内側に設けられたダイポールアンテナであり、切断部において第１の周波数では電磁的な結合を生じ、切断部において第１の周波数より高い第２の周波数では電磁的な結合を生じないものとすることができる。あるいは、第２のアンテナ部は第１のアンテナ部の外側に設けられたループアンテナであり、切断部において第１の周波数では電磁的な結合を生じ、切断部において第１の周波数より高い第２の周波数では電磁的な結合を生じないものとしてもよい。
この発明は、周波数や偏波の異なる複数の電波による通信が可能で小型な共用アンテナを実現できる。簡易な構造であり、一層かつ一給電部（１ポート）の平面アンテナが実現できる。
アンテナの基本構造を示す平面図である。 給電部の詳細を示す拡大側面図である。 アンテナの概要を示す斜視図である。 アンテナの電流分布を示す平面図である。 アンテナのリターンロス特性を示すグラフである。 第１の周波数におけるアンテナの直線偏波特性を示すグラフである。 第２の周波数におけるアンテナの円偏波特性を示すグラフである。 第２の周波数におけるアンテナの軸比を示すグラフである。 実施例２のアンテナの基本構造を示す平面図である。 実施例２のアンテナのシミュレーションによるリターンロス特性を示すグラフである。 実施例２のアンテナの１．５８ＧＨｚにおける円偏波特性を示すグラフである。 実施例２のアンテナの１．７４ＧＨｚにおける直線波特性を示すグラフである。 実施例２のアンテナの電流分布を示す平面図である。 実施例３のアンテナのシミュレーションによるリターンロス特性を示すグラフである。 実施例４のアンテナを示す斜視図である。 実施例４のアンテナのシミュレーションによるリターンロス特性を示すグラフである。
この発明を実施するための最良の形態について説明する。この発明のアンテナは、十字の形状を形成する周回をうずまき状に複数回有する第１のアンテナ部と、第１のアンテナ部に対し切断部を介して隣接される第２のアンテナ部と、中心部に設けられた給電部を有し、第１の周波数では切断部において電磁的な結合を生じ、第１の周波数と異なる第２の周波数では電磁的な結合を生じないものである。
以下、図面に基いて詳細に説明する。図１はアンテナの基本構造を示す平面図、図２は給電部の詳細を示す拡大側面図、図３はアンテナの概要を示す斜視図である。
アンテナ１は、十字状スパイラルの導体線路３を誘電体の基板２上に設けた平面アンテナである。ここで、平面アンテナとは、多層構造やパラボラ形状などの立体構造をとる必要がないという意味である。したがって、通信装置が緩やかな曲面状の外面を有する場合、この外面に沿ってアンテナを形成することもできる。また、薄く柔軟なフィルムを基板として、変形可能なアンテナを形成してもよい。
導体線路３の外形は、十字の形状である。すなわち、短辺Ｌ０、長辺Ｌ１の長方形を２つ、重心を合わせ、相互に９０度ずらして重ねた形状になっている。中心部は一辺がＬ０の正方形であり、その各辺より幅Ｌ０で長さがＬ４＝（Ｌ１－Ｌ０）／２の長方形が突き出している。
最外周側の端部Ｄは十字形状の中央部の正方形の１角付近に設けられている。この端部Ｄは開放状態である。この点Ｄを始点として線路幅ｗで最外周の周回の導体線路が形成される。十字形状の外形に沿って周回し、始点Ｄの近くから次の周回を形成する。最初の周回より間隔ｄをあけて内側に次の周回を形成する。以下、同様にうずまき状に周回を繰り返し、中心部付近までできるだけ埋めていく。
ここで、最外周の十字形状の長さＬ１および最内周の十字形状の長さＬ２は、それぞれ使用する周波数を基準に選定する。２種類の周波数を使用する場合、最外周の長さＬ１は低い第１周波数に合わせ、最内周の長さＬ２はより高い第２周波数に合わせる。それぞれの波長の４分の１の長さに基いて算定されるが、基板の誘電率による影響も因子として含む。最内周の周回線路中に給電部４が設けられている。この給電部は、十字形状の中心付近に配置されるが、完全に中心でなくてもよく、コネクタの取り付けやすさなども考慮して若干ずれた位置でも良い。
また、うずまき状の導体線路の途中には、ギャップ５が設けられている。ギャップ５の間隔は、使用する電波の周波数に基いて選択されている。すなわち、第１の周波数においてはギャップの前後の導体線路が電磁的な結合、すなわち干渉を起こし、第２の周波数では干渉が起こらないような間隔にされている。図１の例では、第１のアンテナ部はギャップ５より外側のうずまきで形成され、第２のアンテナ部はギャップ５より内側のうずまきで形成されている。
このアンテナに接続する送信回路や通信回路は特に限定されない。第１の周波数用の通信回路も、第２の周波数用の通信回路も、従来の回路をそのまま給電部に接続することができる。アンテナは、第１の周波数の直線偏波と、第２の周波数の円偏波における通信のための共用アンテナとして作用する。
ついで、第１の実施例に基いて、さらに詳細に説明する。この実施例は、１．５ＧＨｚの直線偏波と、２．４５ＧＨｚの円偏波による通信のための共用アンテナの例である。基板２としてエポキシ樹脂を使用した。このエポキシ樹脂の公称の特性は、厚さ１ｍｍ、比誘電率４．３、誘電正接０．０１８である。この基板２に厚さ０．０３５ｍｍ、幅１ｍｍで銅（導電率５．８×１０7Ｓ／ｍ）の線路を形成した。
導体線路３に関する寸法は以下の通りである。Ｌ１＝３９．０ｍｍ、Ｌ０＝１７．５ｍｍ、Ｌ２＝２４．０ｍｍ，Ｌ３＝１０．０ｍｍ，Ｌ４＝１０．７５ｍｍ，Ｌ５＝１０．２５ｍｍ、ｗ＝１ｍｍ、ｄ＝０．５ｍｍである。十字形状の周回が６重に形成されたうずまき状の導体線路となっている。
給電部４において導体線路には０．１２５ｍｍの切れ目が形成されており、ＳＭＡコネクタが設けられている。切れ目で切られた導体線路のそれぞれの端部近くにコネクタの端子が接続されている。
また、外側より３周目の周回上の１つの角部に、ギャップ５が設けられている。ギャップ４の幅は０．５ｍｍである。
給電部４のコネクタに送受信回路を接続することにより、アンテナ１による送受信が行われる。このようにアンテナへの供給部が１ポートで構成されるので、回路の接続が簡単であり、通信機器の構成も簡易になる。
この実施例のアンテナに基き、シミュレーションと実測により、その特性を求めた。シミュレーションは電磁波特性のシミュレーションプログラムであるSonnet Suites（商品名）で行った。
図４は導体線路上の電流分布を示す。白く表示されている部分は電流が大きいことを示す。第１の周波数（１．５ＧＨｚ）と第２の周波数（２．４５ＧＨｚ）では、電流分布が異なることがわかる。第１の周波数では、導体線路３全体に電流が分布している。一方、第２の周波数では、内側のみに電流分布が見られる。
十字の形状を形成する周回路のうち第１の方向（ｘ軸方向）に沿った部分に流れる電流、第１の方向に垂直な第２の方向（ｙ軸方向）に沿った部分に流れる電流が、第１の周波数では実質的に同位相である。したがって、直線偏波特性を有する。一方、第２の周波数では実施的にπ／２の位相差を有し、円偏波特性を有する。
図５はアンテナのリターンロス特性を示すグラフである。縦軸はリターンロス特性をｄＢで表示した値であり、グラフ上で曲線が低く表れるときに送受信能力が高いと考えられる。シミュレーション値および実測値とも、１．５ＧＨｚと２．４５ＧＨｚにおいて曲線が低下している。さらにそれ以外の周波数にも数値の低い部分があり、このアンテナが２以上の周波数において送受信可能であることがわかる。シミュレーション値および実測値はよく対応しているが、コネクタの取付け方などに起因すると考えられる差異も若干みられる。
図６は第１の周波数におけるアンテナの直線偏波特性を示すグラフである。それぞれφ=0°面とφ=90°面の放射特性を示す。ここで、図２に示すアンテナの中心位置を中心とする極座標として表示する場合、アンテナの面（ｘ－ｙ平面）を方位角の面とし、ｘ軸がφ＝０°およびｙ軸がφ＝９０°となる。また、仰角θは、z軸に沿ってθ＝０°とする。図６の横軸は仰角θである。φ＝０°面においてはθが+45°から－50°、φ=90°面においてはすべての方向において主偏波と交差偏波の差が10dB 以上取れており、1.5GHz においては直線偏波特性が得られていることが分かる。シミュレーション値および実測値はよく対応している。
図７は第２の周波数におけるアンテナの円偏波特性を示すグラフである。2.45GHz におけるそれぞれφ=0°面とφ=90°面の放射特性を示す。この図よりφ=0°面においては+55°から－60°、φ=90°面においては+35°から－35°の範囲において右旋成分と左旋成分の差が10dB 以上取れており、2.45GHz においては円偏波特性が得られていることが分かる。
図８はアンテナの2.45GHz における円偏波特性から求めた軸比を示すグラフである。軸比5dB 以下のビーム幅はφ=0°面においては+45°から－55°の100°となり、φ=90°面においては+25°から－20°の45°となっている。特にφ=0°面においては広い角度範囲内で軸比が平坦な結果が得られている。したがって、良好な円偏波特性が実現されていることが確認できる。
この発明の第２の実施例について説明する。図９はこの実施例のアンテナの基本構造を示す平面図である。この実施例は、１．７４ＧＨｚの直線偏波と、１．５８ＧＨｚの円偏波による通信のための共用アンテナの例である。１．７４ＧＨｚの直線偏波はＷ－ＣＤＭＡ規格の携帯電話、１．５８ＧＨｚの円偏波はＧＰＳに使用できる。基板はエポキシ樹脂であり、その特性は、厚さ１ｍｍ、比誘電率４．３、誘電正接０．０１８である。この基板に厚さ０．０３５ｍｍで銅（導電率５．８×１０7Ｓ／ｍ）の線路を形成した。
導体線路に関する寸法は以下の通りである。Ｌ１＝５１．０ｍｍ、Ｌ０＝１９ｍｍ、Ｌ２＝３８．２ｍｍ，Ｌ３＝１５．４ｍｍ，Ｌ４＝１６ｍｍ，Ｌ５＝１５ｍｍである。導体線路の幅はｗ１＝１ｍｍ、間隔はｄ１＝０．６ｍｍであるが、最も内側の周回では幅ｗ２＝２．６ｍｍ、間隔ｄ２＝１ｍｍである。幅１ｍｍの周回が４周あり、その内側に幅２．６ｍｍの周回が１周形成されている。十字形状の周回が５重に形成されたうずまき状の導体線路となっている。このアンテナに基いて実施例１と同様のシミュレーションを行った。
図１０は実施例２のアンテナのシミュレーションによるリターンロス特性を示すグラフである。このグラフでは１．５８ＧＨｚと１．７４ＧＨｚにおいて曲線が低下している。さらにそれ以外の周波数にも数値の低い部分があり、このアンテナが２以上の周波数において送受信可能であることがわかる。
図１１は周波数１．５８ＧＨｚにおけるアンテナの円偏波特性を示すグラフである。φ=0°面とφ=90°面の放射特性を示す。この図より、右旋成分と左旋成分の差が十分以上取れており、円偏波特性が得られていることが分かる。
図１２は周波数１．７４ＧＨｚにおけるアンテナの直線偏波特性を示すグラフである。それぞれφ=0°面とφ=90°面の放射特性を示す。主偏波と交差偏波の差が大きく得られており、周波数１．７４ＧＨｚにおいては直線偏波特性が得られていることが分かる。
図１３は導体線路上の電流分布を示す。第１の周波数（１．５８ＧＨｚ）と第２の周波数（１．７４ＧＨｚ）では、電流分布が異なることがわかる。第１の周波数では、導体線路全体に電流が分布している。一方、第２の周波数では、内側のみに電流分布が見られる。
十字の形状を形成する周回路のうち第１の方向（ｘ軸方法）に沿った部分に流れる電流、第１の方向に垂直な第２の方向（ｙ軸方向）に沿った部分に流れる電流が、第１の周波数では実質的にπ／２の位相差を有する。したがって、円偏波特性を有する。一方、第２の周波数では実施的に同位相であり、直線偏波特性を有する。
この発明の第３の実施例について説明する。厚さ０．５ｍｍの薄いフィルムを基板としたときの例である。この基板の特性は、比誘電率４．３、誘電正接０．０１８である。この基板に図１に示すような線路を形成した。
導体線路３の寸法は図１に示す実施例１と同じでもよいが、この場合は、動作周波数が約１．０６倍高くなる。そこで、実施例３では、Ｌ１およびＬ２, Ｌ４, Ｌ５の寸法を、約１．０６倍大きくする事で、同等のアンテナを構成した。その寸法は以下の通りである。Ｌ０＝１７．５ｍｍ, Ｌ１＝４１ｍｍ, Ｌ２＝２６ｍｍ, Ｌ３＝１０ｍｍ, Ｌ４＝１１．７５ｍｍ, Ｌ５＝１１．２５ｍｍ, ｗ＝１ｍｍ, ｄ１＝０．５ｍｍである。このアンテナに基いてリターンロス特性のシミュレーションを行った。
図１４は実施例３のアンテナのシミュレーションによるリターンロス特性を示すグラフである。実施例１の特性も点線で合わせて示している。実施例１と実施例３のデータはほぼ一致しており、ほぼ同じリターンロス特性を有することがわかる。
この発明の第４の実施例について説明する。図１５はこの実施例のアンテナを示す斜視図である。実施例３と同様にフィルム上にアンテナを形成し、丸く湾曲させた例である。すなわち、実施例３と同じく厚さ０．５ｍｍのフィルム上に、実施例３と同じ寸法で導体線路を配置してアンテナを形成し、そのアンテナを曲率半径２０ｍｍで丸めたものである。
図１６は実施例４のアンテナのシミュレーションによるリターンロス特性を示すグラフである。実施例３の特性も点線で合わせて示している。第１周波数および第２周波数において、実施例４のアンテナは実施例３のアンテナとほぼ同じリターンロス特性を有することがわかる。この実施例のアンテナは薄いフィルム上に形成することによって、柔軟に変形させることができ、しかも、変形しても通信能力を減じない。
１．アンテナ
２．基板
３．導体線路
４．給電点
５．ギャップ

Claims (5)

  1. 十字の形状を形成する周回をうずまき状に複数回有する第１のアンテナ部と、第１のアンテナ部に対し切断部を介して隣接される第２のアンテナ部と、中心部に設けられた給電部を有し、第１の周波数では切断部において電磁的な結合を生じ、第１の周波数と異なる第２の周波数では電磁的な結合を生じないものであるアンテナ。
  2. 第２のアンテナ部は十字の形状を形成する周回をうずまき状に複数回有し、第２のアンテナ部は第１のアンテナ部の外周に設けられ、切断部は第１のアンテナ部の外側端部と第２のアンテナ部の内側端部の間のギャップであり、第１のアンテナ部のうずまき状の周回路の中心部に設けられた給電部を有し、ギャップの間隔は第１の周波数では電磁的な結合を生じ、第１の周波数より高い第２の周波数では電磁的な結合を生じないものである請求項１に記載のアンテナ。
  3. 十字の形状を形成する周回路のうち第１の方向に沿った部分に流れる電流と、第１の方向に垂直な第２の方向に沿った部分に流れる電流が、第１の周波数では実質的に同位相であり、第２の周波数では実質的にπ／２の位相差を有するようになした請求項２に記載のアンテナ。
  4. 第２のアンテナ部は第１のアンテナ部の内側に設けられたダイポールアンテナであり、切断部において第１の周波数では電磁的な結合を生じ、切断部において第１の周波数より高い第２の周波数では電磁的な結合を生じないものである請求項１に記載のアンテナ。
  5. 第２のアンテナ部は第１のアンテナ部の外側に設けられたループアンテナであり、切断部において第１の周波数では電磁的な結合を生じ、切断部において第１の周波数より高い第２の周波数では電磁的な結合を生じないものである請求項１に記載のアンテナ。
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