JP6636400B2 - 円偏波アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、インピーダンス特性および軸比特性が良好であり複数の周波数帯で送受信できる円偏波アンテナに関する。

円偏波アンテナは衛星通信等に利用可能である。特に、誘電体基板の一方の面に導体素子が配置されており、その他方の面にグラウンド板が配置されている構成を持つロープロファイルの円偏波アンテナとして、例えば非特許文献１に開示されている円偏波アンテナと非特許文献２に開示されている円偏波アンテナが知られている。

非特許文献１に開示されている円偏波アンテナは図１（ａ）に示す構成（非特許文献１の図１）と図１（ｂ）に示すような入力インピーダンスおよびＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）の周波数特性（非特許文献１の図７）を有している。

また、非特許文献２に開示されている円偏波アンテナは図２（ａ）に示す構成（非特許文献２の図７）と図２（ｂ）に示すような入力インピーダンスおよびゲインの周波数特性（非特許文献２の図１０）を有している。

M. Sumi, K. Hirasawa, and S. Shi, "Two rectangular loops fed in series for broadband circular polarization and impedance matching," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 52, no. 2, pp. 551-554, 2004. R. L. Li, S. Basat, A. Traille, J. Laskar, and M. M. Tentzeris, "Development of wideband circularly polarised square- and rectangular- loop antennas," in IEE Proc. Microw., Antennas, Propag., 2006, vol. 153, pp. 293-300.

非特許文献１に開示されている円偏波アンテナは、1.5GHzを中心周波数として約300MHｚの帯域幅を持つが、中心周波数の異なる複数の周波数帯で動作することが難しい。また、非特許文献２に開示されている円偏波アンテナは、中心周波数の周辺の広い範囲で入力インピーダンスのリアクタンス成分がゼロにならないので、通常、特性インピーダンスが50Ωあるいは75Ωとされる給電部と円偏波アンテナとの間でインピーダンス整合を図るべくバラン（balun）が用いられる（非特許文献２の図１１を参照）。

そこで本発明は、インピーダンス特性および軸比特性が良好であり複数の周波数帯で送受信できる円偏波アンテナを提供することを目的とする。

本発明の円偏波アンテナは、所定の大きさを持つ第１長方形の周に倣っており且つ少なくとも第１ギャップを介して互いに対向している二つの端部を持つ帯状の形状を有する、第１導体素子と、第１長方形の周に倣っており且つ少なくとも第２ギャップを介して互いに対向している二つの端部を持つ帯状の形状を有し、第１導体素子が配置されている平面Ａ上にて第１導体素子と接触しないように配置されている、第２導体素子と、第１長方形の長辺よりも短い長辺を持つ第２長方形の周に倣っており且つ少なくとも第３ギャップを介して互いに対向している二つの端部を持つ帯状の形状を有し、平面Ａ上にて第１導体素子によって囲まれるように配置されている、第３導体素子と、第２長方形の周に倣っており且つ少なくとも第４ギャップを介して互いに対向している二つの端部を持つ帯状の形状を有し、平面Ａ上にて第２導体素子によって囲まれるように配置されている、第４導体素子と、平面Ａ上で第１導体素子と第３導体素子とを接続する第１接続部と、平面Ａ上で第２導体素子と第４導体素子とを接続する第２接続部とを含む。第１導体素子と第２導体素子は、予め定められた対称点に関して点対称となるように、配置されており、第３導体素子と第４導体素子は、対称点に関して点対称となるように、配置されており、第１接続部と第２接続部は、対称点に関して点対称となるように、配置されており、第１導体素子の給電部位と第２導体素子の給電部位は、対称点に関して点対称となるように位置している。

本発明の円偏波アンテナによると、詳しくは後述するが、インピーダンス特性および軸比特性が良好であり複数の周波数帯で送受信できる。

非特許文献１に開示されている円偏波アンテナ。（ａ）非特許文献１に開示されている円偏波アンテナの構成。（ｂ）非特許文献１に開示されている円偏波アンテナの入力インピーダンスおよびＶＳＷＲの周波数特性。 非特許文献２に開示されている円偏波アンテナ。（ａ）非特許文献２に開示されている円偏波アンテナの構成。（ｂ）非特許文献２に開示されている円偏波アンテナの入力インピーダンスおよびゲインの周波数特性。 実施形態の円偏波アンテナ。（ａ）平面図。（ｂ）Ａ−Ａ線断面図。 第１ギャップの一例を説明する拡大図。 実施例の円偏波アンテナ。（ａ）平面図。（ｂ）Ａ−Ａ線断面図。 実施例の円偏波アンテナのVSWR周波数特性。 実施例の円偏波アンテナの軸比周波数特性。 実施例の円偏波アンテナの入力インピーダンスの周波数特性。 実施例の円偏波アンテナの放射パターン（1227MHz）。 実施例の円偏波アンテナの放射パターン（1575MHz）。 変形例の円偏波アンテナの平面図。 変形実施形態の円偏波アンテナ。（ａ）平面図。（ｂ）側面図。

図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図３に示すように、実施形態の円偏波アンテナ１は、誘電体基板１００と、誘電体基板１００の一方の面に配置されている第１導体素子１１０と、誘電体基板１００の一方の面に配置されている第２導体素子１２０と、誘電体基板１００の一方の面に配置されている第３導体素子１３０と、誘電体基板１００の一方の面に配置されている第４導体素子１４０と、誘電体基板１００の一方の面に配置されており、第１導体素子１１０と第３導体素子１３０とを接続する第１接続部１１３と、誘電体基板１００の一方の面に配置されており、第２導体素子１２０と第４導体素子１４０とを接続する第２接続部１２４とを含んでいる。このように、第１導体素子１１０と、第２導体素子１２０と、第３導体素子１３０と、第４導体素子１４０と、第１接続部１１３と、第２接続部１２４は、同一平面（つまり、この実施形態では、誘電体基板１００の一方の面）上に配置されている。

＜第１導体素子＞
第１導体素子１１０は、所定の大きさを持つ第１長方形の周に倣って屈曲されている帯状の形状を有している（図３参照）。この帯状の第１導体素子１１０の全長、つまり、第１導体素子１１０の一端からその他端までの第１導体素子１１０に沿った長さは予め定められた第１長さＬ１である。第１長方形の周長は第１長さＬ１よりも少し長い。このため、第１導体素子１１０の両端部は第１ギャップ１１０ａを介して互いに対向している。「対向」とは、図３に示すように同一直線上で両端部が向かい合う場合のみならず、例えば、図４に示すように、第１長方形の角部に第１ギャップ１１０ａが位置するような屈曲形状を第１導体素子１１０が持つことで第１導体素子１１０の両端部が直交して向かい合う場合も含まれる。なお、第１長方形には正方形も含まれる。

図３に示す実施形態では、第１導体素子１１０の線路幅（つまり、帯状導体素子の幅であり、さらに換言すれば、第１導体素子１１０の一端からその他端に向かう方向と直交する方向の長さである）は一定である。しかし、インピーダンス整合の観点から、第１導体素子１１０は部分的に異なる線路幅を持っていてもよく、例えば、第１導体素子１１０の一部分の線路幅がその他の部分の線路幅よりも広く、あるいは、狭くてもよい。具体例として、第１導体素子１１０は、第１導体素子１１０の両端部のそれぞれの線路幅が等しく且つその他の部分の線路幅よりも広いステップインピーダンス線路構造を持っていてもよい。このような第１導体素子１１０の形状を異なる観点から説明すると、第１導体素子１１０は、第１長方形の周に沿って所定の線路幅を持つ長方形ループを第１ギャップ１１０ａを持つように切断して得られる帯状の形状を有している。

＜第２導体素子＞
第２導体素子１２０は、第１導体素子１１０を誘電体基板１００の一方の面上で平行移動させ且つ当該面の法線周りに回転させたときに、第１導体素子１１０と一致する形状を有している。具体的には次のとおりである。

第２導体素子１２０も、第１長方形の周に倣って屈曲されている帯状の形状を有している（図３参照）。この帯状の第２導体素子１２０の全長、つまり、第２導体素子１２０の一端からその他端までの第２導体素子１２０に沿った長さも第１長さＬ１である。このため、第２導体素子１２０の両端部は第２ギャップ１２０ａを介して互いに対向している。つまり、第１ギャップ１１０ａの長さ（つまり、互いに対向している第１導体素子１１０の一端とその他端との距離）と第２ギャップ１２０ａの長さ（つまり、互いに対向している第２導体素子１２０の一端とその他端との距離）は等しい。なお、「対向」については、＜第１導体素子＞の項目での「対向」の説明を、第１導体素子１１０を第２導体素子１２０に、第１ギャップ１１０ａを第２ギャップ１２０ａに、それぞれ読み替えて、ここに適用する。

図３に示す実施形態では、第２導体素子１２０の線路幅（つまり、帯状導体素子の幅であり、さらに換言すれば、第２導体素子１２０の一端からその他端に向かう方向と直交する方向の長さである）は一定である。この場合、好ましくは、第２導体素子１２０の線路幅は第１導体素子１１０の線路幅と等しい。しかし、インピーダンス整合の観点から、第２導体素子１２０は部分的に異なる線路幅を持っていてもよく、例えば、第２導体素子１２０の一部分の線路幅がその他の部分の線路幅よりも広く、あるいは、狭くてもよい。具体例として、第２導体素子１２０は、第２導体素子１２０の両端部のそれぞれの線路幅が等しく且つその他の部分の線路幅よりも広いステップインピーダンス線路構造を持っていてもよい。なお、第２導体素子１２０が部分的に異なる線路幅を持つ場合であっても、第２導体素子１２０は、第１導体素子１１０を誘電体基板１００の一方の面上で平行移動させ且つ当該面の法線周りに回転させたときに、第１導体素子１１０と一致する形状を有していなければならない。このような第２導体素子１２０の形状を異なる観点から説明すると、第２導体素子１２０は、第１長方形の周に沿って所定の線路幅を持つ長方形ループを第２ギャップ１２０ａを持つように切断して得られる帯状の形状を有している。第２導体素子１２０は、誘電体基板１００の一方の面にて第１導体素子１１０と接触しないように配置されている。

＜第３導体素子＞
第３導体素子１３０は、第１長方形の長辺よりも短い長辺を持つ第２長方形の周に倣って屈曲されている帯状の形状を有している（図３参照）。この帯状の第３導体素子１３０の全長、つまり、第３導体素子１３０の一端からその他端までの第３導体素子１３０に沿った長さは第１長さＬ１よりも短い第２長さＬ２である。第２長方形の周長は第２長さＬ２よりも少し長い。このため、第３導体素子１３０の両端部は第３ギャップ１３０ａを介して互いに対向している。「対向」については、＜第１導体素子＞の項目での「対向」の説明を、第１導体素子１１０を第３導体素子１３０に、第１ギャップ１１０ａを第３ギャップ１３０ａに、それぞれ読み替えて、ここに適用する。なお、第２長方形には正方形も含まれる。このため、上記の「第１長方形の長辺よりも短い長辺を持つ第２長方形」は、第１長方形が正方形で第２長方形が非正方形である場合には、「第１長方形の一辺よりも短い長辺を持つ第２長方形」に読み替え、第１長方形が非正方形で第２長方形が正方形である場合には、「第１長方形の長辺よりも短い一辺を持つ第２長方形」に読み替え、第１長方形および第２長方形が正方形である場合には、「第１長方形の一辺よりも短い一辺を持つ第２長方形」に読み替えればよい。

図３に示す実施形態では、第３導体素子１３０の線路幅（つまり、帯状導体素子の幅であり、さらに換言すれば、第３導体素子１３０の一端からその他端に向かう方向と直交する方向の長さである）は一定である。しかし、インピーダンス整合の観点から、第３導体素子１３０は部分的に異なる線路幅を持っていてもよく、例えば、第３導体素子１３０の一部分の線路幅がその他の部分の線路幅よりも広く、あるいは、狭くてもよい。具体例として、第３導体素子１３０は、第３導体素子１３０の両端部のそれぞれの線路幅が等しく且つその他の部分の線路幅よりも広いステップインピーダンス線路構造を持っていてもよい。このような第３導体素子１３０の形状を異なる観点から説明すると、第３導体素子１３０は、第２長方形の周に沿って所定の線路幅を持つ長方形ループを第３ギャップ１３０ａを持つように切断して得られる帯状の形状を有している。第３導体素子１３０は、誘電体基板１００の一方の面上で第１導体素子１１０によって囲まれるように配置されている。

＜第４導体素子＞
第４導体素子１４０は、第３導体素子１３０を誘電体基板１００の一方の面上で平行移動させ且つ当該面の法線周りに回転させたときに、第３導体素子１３０と一致する形状を有している。具体的には次のとおりである。

第４導体素子１４０も、第２長方形の周に倣って屈曲されている帯状の形状を有している（図３参照）。この帯状の第４導体素子１４０の全長、つまり、第４導体素子１４０の一端からその他端までの第４導体素子１４０に沿った長さも第２長さＬ２である。このため、第４導体素子１４０の両端部は第４ギャップ１４０ａを介して互いに対向している。つまり、第３ギャップ１３０ａの長さ（つまり、互いに対向している第３導体素子１３０の一端とその他端との距離）と第４ギャップ１４０ａの長さ（つまり、互いに対向している第４導体素子１４０の一端とその他端との距離）は等しい。なお、「対向」については、＜第１導体素子＞の項目での「対向」の説明を、第１導体素子１１０を第４導体素子１４０に、第１ギャップ１１０ａを第４ギャップ１４０ａに、それぞれ読み替えて、ここに適用する。

図３に示す実施形態では、第４導体素子１４０の線路幅（つまり、帯状導体素子の幅であり、さらに換言すれば、第４導体素子１４０の一端からその他端に向かう方向と直交する方向の長さである）は一定である。この場合、好ましくは、第４導体素子１４０の線路幅は第３導体素子１３０の線路幅と等しく、さらに好ましくは、第１導体素子１１０の線路幅と、第２導体素子１２０の線路幅と、第３導体素子１３０の線路幅と、第４導体素子１４０の線路幅は、全て等しい。しかし、インピーダンス整合の観点から、第４導体素子１４０は部分的に異なる線路幅を持っていてもよく、例えば、第４導体素子１４０の一部分の線路幅がその他の部分の線路幅よりも広く、あるいは、狭くてもよい。具体例として、第４導体素子１４０は、第４導体素子１４０の両端部のそれぞれの線路幅が等しく且つその他の部分の線路幅よりも広いステップインピーダンス線路構造を持っていてもよい。なお、第４導体素子１４０が部分的に異なる線路幅を持つ場合であっても、第４導体素子１４０は、第３導体素子１３０を誘電体基板１００の一方の面上で平行移動させ且つ当該面の法線周りに回転させたときに、第３導体素子１３０と一致する形状を有していなければならない。このような第４導体素子１４０の形状を異なる観点から説明すると、第４導体素子１４０は、第２長方形の周に沿って所定の線路幅を持つ長方形ループを第４ギャップ１４０ａを持つように切断して得られる帯状の形状を有している。第４導体素子１４０は、誘電体基板１００の一方の面上で第２導体素子１２０によって囲まれるように配置されている。

＜配置＞
第１導体素子１１０と第２導体素子１２０は、第１ギャップ１１０ａの位置と第２ギャップ１２０ａの位置を除いて、直交する二つの対称軸５０ａ，５０ｂを持つように、配置されている。また、第１ギャップ１１０ａと第２ギャップ１２０ａは、二つの対称軸５０ａ，５０ｂの交点に関して点対称となるように位置している。したがって、第１導体素子１１０と第２導体素子１２０は、二つの対称軸５０ａ，５０ｂの交点を対称点として、点対称となるように配置されている（図３参照）。

好ましくは、第１導体素子１１０は、第１導体素子１１０が対称軸５０ａと平行な部分と対称軸５０ｂに平行な部分とで構成されるように、配置されており、同様に、第２導体素子１２０は、第２導体素子１２０が対称軸５０ａと平行な部分と対称軸５０ｂに平行な部分とで構成されるように、配置されている（図３参照）。

さらに好ましくは、第１導体素子１１０は、第１導体素子１１０のうち第１長方形の長辺に倣った部位が二つの対称軸５０ａ，５０ｂのうち第１導体素子１１０とも第２導体素子１２０とも交わらない対称軸（以下、非交差対称軸と呼称する。図３の例では対称軸５０ａである）と平行となるように、配置されており、第２導体素子１２０は、第２導体素子１２０のうち第１長方形の長辺に倣った部位が非交差対称軸５０ａと平行となるように、配置されている（図３参照）。

第３導体素子１３０と第４導体素子１４０は、第３ギャップ１３０ａの位置と第４ギャップ１４０ａの位置を除いて、二つの対称軸５０ａ，５０ｂのそれぞれで線対称となるように、配置されている。また、第３ギャップ１３０ａと第４ギャップ１４０ａは、二つの対称軸５０ａ，５０ｂの交点に関して点対称となるように位置している。したがって、第３導体素子１３０と第４導体素子１４０は、上記対称点（つまり、二つの対称軸５０ａ，５０ｂの交点）に関して点対称となるように、配置されている（図３参照）。

好ましくは、第３導体素子１３０は、第３導体素子１３０が対称軸５０ａと平行な部分と対称軸５０ｂに平行な部分とで構成されるように、配置されており、同様に、第４導体素子１４０は、第４導体素子１４０が対称軸５０ａと平行な部分と対称軸５０ｂに平行な部分とで構成されるように、配置されている（図３参照）。

さらに好ましくは、第３導体素子１３０は、第３導体素子１３０のうち第２長方形の長辺に倣った部位が第１導体素子１１０のうち第１長方形の長辺に倣った部位と平行となるように、配置されており、第４導体素子１４０は、第４導体素子１４０のうち第２長方形の長辺に倣った部位が第２導体素子１２０のうち第１長方形の長辺に倣った部位と平行となるように、配置されている（図３参照）。

さらに、第１接続部１１３と第２接続部１２４は、上記対称点（つまり、二つの対称軸５０ａ，５０ｂの交点）に関して点対称となるように、配置されている（図３参照）。

好ましくは、第１接続部１１３は、非交差対称軸５０ａと平行であって非交差対称軸５０ａにより近い第１導体素子１１０の部位の一部と、非交差対称軸５０ａと平行であって非交差対称軸５０ａにより近い第３導体素子１３０の部位の一部と、を最短で接続し、第２接続部１２４は、非交差対称軸５０ａと平行であって非交差対称軸５０ａにより近い第２導体素子１２０の部位の一部と、非交差対称軸５０ａと平行であって非交差対称軸５０ａにより近い第４導体素子１４０の部位の一部と、を最短で接続する（図３参照）。

さらに好ましくは、第１接続部１１３は、二つの対称軸５０ａ，５０ｂのうち非交差対称軸５０ａではない方の対称軸、つまり対称軸５０ｂ、と平行な線状の導体素子であり、第２接続部１２４は、二つの対称軸５０ａ，５０ｂのうち非交差対称軸５０ａではない方の対称軸、つまり対称軸５０ｂ、と平行な線状の導体素子である（図３参照）。

＜給電＞
このような円偏波アンテナ１では、第１導体素子１１０の給電部位と第２導体素子１２０の給電部位は、上記対称点（つまり、二つの対称軸５０ａ，５０ｂの交点）に関して点対称となるように位置している（図３参照）。

好ましくは、第１導体素子１１０の給電部位は、非交差対称軸５０ａと平行であって非交差対称軸５０ａにより近い第１導体素子１１０の部位の一部または当該一部に接続される導体部であり、第２導体素子１２０の給電部位は、非交差対称軸５０ａと平行であって非交差対称軸５０ａにより近い第２導体素子１２０の部位の一部または当該一部に接続される導体部である（図３参照）。

図３に示す円偏波アンテナ１では、第１導体素子１１０の給電部位としてのスタブ状の第５導体素子１７１が第１導体素子１１０に接続されており、第２導体素子１２０の給電部位としてのスタブ状の第６導体素子１７２が第１導体素子１１０に接続されている。

各給電部位に給電するための構成に特段の限定はなく、従来的な構成を採用することができる。図３に示す円偏波アンテナ１では、図示しないものの、例えば、誘電体基板１００の一方の面上にて、第１導体素子１１０と第２導体素子１２０との間に同軸ケーブルを這わせる構成を採用できる。この構成では、同軸ケーブルの内導体が一方の給電部位に接続しており、同軸ケーブルの外導体が他方の給電部位に接続している。或いは、図示しないものの、誘電体基板１００の他方の面に同軸ケーブルを接続し、誘電体基板１００に形成された貫通孔に同軸ケーブルを挿通し、同軸ケーブルの内導体が一方の給電部位に接続し、同軸ケーブルの外導体が他方の給電部位に接続する構成を採用することもできる。

＜補記＞
誘電体基板１００の材質（比誘電率など）、形状、大きさ、厚さ、第１長さＬ１、第２長さＬ２、第１導体素子１１０と第２導体素子１２０と第３導体素子１３０と第４導体素子１４０のそれぞれの材質（電気伝導率など）、厚さ、線路幅、第１ギャップ１１０ａと第２ギャップ１２０ａのそれぞれの長さ、第３ギャップ１３０ａと第４ギャップ１４０ａのそれぞれの長さ、第１接続部１１３と第２接続部１２４のそれぞれの材質、形状、大きさ、厚さなどは、設計要求や円偏波アンテナの使用目的などを考慮して適宜に設定される。

図３に示す円偏波アンテナ１の構成では、誘電体基板１００の形状は矩形平板状であり、第１導体素子１１０と第２導体素子１２０と第３導体素子１３０と第４導体素子１４０と第１接続部１１３と第２接続部１２４と第５導体素子１７１と第６導体素子１７２のそれぞれは同じ材料（例えば金属）で一体に形成されている。

＜実施例＞
本発明の実施例を図５に示す。図５に示す実施例の円偏波アンテナでは、第１接続部１１３と第２接続部１２４は対称軸５０ｂ上に位置している。図５に示す実施例の円偏波アンテナは次のような仕様を持つ。なお、記号および採寸については、図５中の寸法線を参照のこと。
誘電体基板の比誘電率：3.0
誘電体基板の厚さ：w_d＝0.135mm
誘電体基板の大きさ：W×H＝133.1mm×127.1mm
第１長方形の周長＝第１長さＬ１＋第１ギャップの長さ＝第１長さＬ１＋第２ギャップの長さ：2(a+b)＝351.3mm
第１長方形のアスペクト比：a/b＝0.5
第１ギャップの長さ＝第２ギャップの長さ：Δs＝6mm
第１導体素子の線路幅＝第２導体素子の線路幅：w_l＝2mm
第１接続部１１３が接続している第１導体素子の部位から第１ギャップまでの距離＝第２接続部１２４が接続している第２導体素子の部位から第２ギャップまでの距離：s＝193.1mm
第１導体素子と第２導体素子との間隔：w＝6mm
第２長方形の周長＝第２長さＬ２＋第３ギャップの長さ＝第２長さＬ２＋第４ギャップの長さ：2(a’+b’)＝275.1mm
第２長方形のアスペクト比：a’/b’＝0.585
第３ギャップの長さ＝第４ギャップの長さ：Δs’＝1.3mm
第３導体素子の線路幅＝第４導体素子の線路幅：w_l’＝2mm
第１接続部１１３が接続している第３導体素子の部位から第３ギャップまでの距離＝第２接続部１２４が接続している第４導体素子の部位から第４ギャップまでの距離：s’＝146.0mm
第３導体素子と第４導体素子との間隔：w’＝13.8mm
第１接続部１１３の長さ＝第２接続部１２４の長さ：w_c＝3.4mm
給電用の第５導体素子の大きさ＝給電用の第６導体素子の大きさ：w_t×l_t＝6mm×4.3mm
給電用の第５導体素子と給電用の第６導体素子との間隔：w_f＝2mm

図６は実施例の円偏波アンテナのVSWR周波数特性を示す。図６から、1.2GHz帯（中心周波数1227MHz）と1.5GHz帯（中心周波数1575MHz）のそれぞれにおいて良好なインピーダンス整合（VSWR<=2）が得られていることがわかる。

図７は実施例の円偏波アンテナの軸比周波数特性を示す。図７から、1.2GHz帯（中心周波数1227MHz）と1.5GHz帯（中心周波数1575MHz）のそれぞれにおいて良好な軸比特性（AR<=3dB）が得られていることがわかる。

図８は実施例の円偏波アンテナの入力インピーダンスの周波数特性を示す。図８から、1.2GHz帯（中心周波数1227MHz）と1.5GHz帯（中心周波数1575MHz）のそれぞれにおいて、入力インピーダンスのレジスタンス成分は75Ω程度であり、入力インピーダンスのリアクタンス成分はほぼゼロであり、良好な入力インピーダンス特性が得られていることがわかる。

図９および図１０は実施例の円偏波アンテナの放射パターンを示す。図９および図１０から、1.2GHz帯（中心周波数1227MHz）と1.5GHz帯（中心周波数1575MHz）のそれぞれにおいて、天頂方向においてゲインが最大となる良好な右旋円偏波が得られていることがわかる。

実施形態と実施例から明らかなように、上述した円偏波アンテナは、誘電体基板と誘電体基板の一方の面に配置された複数の導体素子とで構成されており、当該円偏波アンテナのインピーダンス特性および軸比特性はそれぞれ良好であり、さらに、当該円偏波アンテナは複数の周波数帯で送受信できることがわかる。

＜変形例＞
この他、本発明は上述の実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、４個のギャップの位置を変更することによって、左旋円偏波の送受信を行うこともできる。

また、アイソレーションの大きいスイッチ（例えばMEMSスイッチ）を使用することによって、右旋円偏波と左旋円偏波を切り換えることもできる。この具体的な一例として、図１１に示す円偏波アンテナ２のように、右旋円偏波を得られる４個のギャップの位置に加えて、対称軸５０ｂに関して４個のギャップの位置と線対称の４個の位置にもギャップを設け、これら８個のギャップのそれぞれにアイソレーションの大きいスイッチ１１０ｂ，１１０ｃ，１２０ｂ，１２０ｃ，１３０ｂ，１３０ｃ，１４０ｂ，１４０ｃを設置する。図１１に示す例では、スイッチ１１０ｂ，１１０ｃ，１２０ｂ，１２０ｃが設置される各ギャップのサイズは同じであり、スイッチ１３０ｂ，１３０ｃ，１４０ｂ，１４０ｃが設置される各ギャップのサイズは同じである。図１１では図示していないが、各スイッチにはスイッチのONとOFFを切り換え制御するための回路等が接続されている。右旋円偏波を得られる４個のギャップの位置に設置されたスイッチ１１０ｂ，１２０ｂ，１３０ｂ，１４０ｂをOFF（オープン）とし、残りのスイッチ１１０ｃ，１２０ｃ，１３０ｃ，１４０ｃをON（クローズ）とすることによって、右旋円偏波の送受信が実現し、右旋円偏波を得られる４個のギャップの位置に設置されたスイッチ１１０ｂ，１２０ｂ，１３０ｂ，１４０ｂをON（クローズ）とし、残りのスイッチ１１０ｃ，１２０ｃ，１３０ｃ，１４０ｃをOFF（オープン）とすることによって、左旋円偏波の送受信が実現する。

円偏波アンテナ２では、動作周波数帯を変更せず右旋円偏波と左旋円偏波との切り換えが可能な構成を持っている。しかし、このような構成に限定されるものではない。スイッチが設置されるギャップの位置とサイズを適切に定めることによって、動作周波数帯のみの変更が可能な構成の円偏波アンテナを実現することもできるし、動作周波数帯の変更と右旋円偏波と左旋円偏波との切り換えの両方が可能な構成の円偏波アンテナを実現することもできる。

上述の円偏波アンテナ１あるいは円偏波アンテナ２は例えばプリントアンテナとして実施可能であるものの、誘電体基板１００を用いずに本発明を実施することも可能である。誘電体基板を用いない本発明の実施形態（以下、変形実施形態と呼称する）の一例を円偏波アンテナ１の構造に則して説明する。なお、以下の説明において「円偏波アンテナ１」を「円偏波アンテナ２」に読み替えて理解することも可能である。

変形実施形態の円偏波アンテナ３（図１２参照）は、円偏波アンテナ１の上記構成から誘電体基板１００を除去した構造に、反射板を付加した構成を持つ。換言すれば、円偏波アンテナ３は、主要な構成要素として、第１導体素子１１０と、第２導体素子１２０と、第３導体素子１３０と、第４導体素子１４０と、第１導体素子１１０と第３導体素子１３０とを接続する第１接続部１１３と、第２導体素子１２０と第４導体素子１４０とを接続する第２接続部１２４と、第１導体素子１１０の給電部位としての第５導体素子１７１と、第２導体素子１２０の給電部位としての第６導体素子１７２と、反射板１９０を含んでいる。

円偏波アンテナ３において、第１導体素子１１０と第２導体素子１２０と第３導体素子１３０と第４導体素子１４０と第１接続部１１３と第２接続部１２４と第５導体素子１７１と第６導体素子１７２のそれぞれは同一平面Ｐ１上に配置されており、反射板１９０は、平面Ｐ１と平行であって平面Ｐ１から４分の１波長程度の長さＬ３だけ離れた平面Ｐ２上に配置されている。

反射板１９０の材質（電気伝導率など）、形状、大きさ、厚さなどは、設計要求や円偏波アンテナの使用目的などを考慮して適宜に設定される。一例として、反射板１９０は、円偏波アンテナ３を正視したときに（つまり、図１２（ａ）の紙面の手前、あるいは、図１２（ｂ）の紙面上側から見たとき）、（ア）少なくとも第１導体素子１１０と第２導体素子１２０と第３導体素子１３０と第４導体素子１４０と第１接続部１１３と第２接続部１２４を内部に含む最小の長方形（以下、最小長方形と呼称する）の面積よりも大きい面積を持ち、且つ、（イ）円偏波アンテナ３を正視したときに、少なくとも第１導体素子１１０と第２導体素子１２０と第３導体素子１３０と第４導体素子１４０と第１接続部１１３と第２接続部１２４とオーバーラップするように配置されており、さらに好ましくは、（ウ）円偏波アンテナ３を正視したときに、最小長方形の中心と反射板１９０の幾何学的中心（例えば、反射板１９０が円板であれば円の中心が「反射板１９０の幾何学的中心」であり、反射板１９０が正方形平板であれば正方形の対角線が交わる位置が「反射板１９０の幾何学的中心」である）とが一致するように配置されている。

また、ここで波長とは、円偏波アンテナの複数の動作周波数帯を考慮して決められる周波数に対応する波長である。例えば、上記の実施例の場合、1.2GHz帯の中心周波数1227MHzと1.5GHz帯の中心周波数1575MHzを考慮してその中間周波数である1400MHzに対応する波長の４分の１の長さＬ３を平面Ｐ１と平面Ｐ２との距離とする。平面Ｐ１と平面Ｐ２との距離を４分の１波長程度の長さＬ３とすることによって、円偏波アンテナの天頂方向（図５（ａ）に図示される＋Ｚ方向）のアンテナ利得を大きくすることができる。

円偏波アンテナ３において、各給電部位に給電するための構成に特段の限定はなく、従来的な構成を採用することができる。円偏波アンテナ３では、図示しないものの、例えば、第１導体素子１１０と第２導体素子１２０との間に同軸ケーブルを配置する構成を採用できる。この構成では、同軸ケーブルの内導体が一方の給電部位に接続しており、同軸ケーブルの外導体が他方の給電部位に接続している。或いは、図示しないものの、反射板１９０に形成された貫通孔に同軸ケーブルを挿通し、同軸ケーブルの内導体が一方の給電部位に接続し、同軸ケーブルの外導体が他方の給電部位に接続し、同軸ケーブルが円偏波アンテナ３から反射板１９０を除外した構造部分（つまり、第１導体素子１１０と第２導体素子１２０と第３導体素子１３０と第４導体素子１４０と第１接続部１１３と第２接続部１２４と第５導体素子１７１と第６導体素子１７２）を支持する構成を採用することもできる。もちろん、反射板１９０に一つまたは複数の絶縁体の支持部材を取り付け、この支持部材で円偏波アンテナ３から反射板１９０を除外した構造部分を支持する構成を採用してもよい。

Claims (4)

1. 所定の大きさを持つ第１長方形の周に倣っており且つ少なくとも第１ギャップを介して互いに対向している二つの端部を持つ帯状の形状を有する、第１導体素子と、
   上記第１長方形の周に倣っており且つ少なくとも第２ギャップを介して互いに対向している二つの端部を持つ帯状の形状を有し、上記第１導体素子が配置されている平面上にて上記第１導体素子と接触しないように配置されている、第２導体素子と、
   上記第１長方形の長辺よりも短い長辺を持つ第２長方形の周に倣っており且つ少なくとも第３ギャップを介して互いに対向している二つの端部を持つ帯状の形状を有し、上記平面上にて上記第１導体素子によって囲まれるように配置されている、第３導体素子と、
   上記第２長方形の周に倣っており且つ少なくとも第４ギャップを介して互いに対向している二つの端部を持つ帯状の形状を有し、上記平面上にて上記第２導体素子によって囲まれるように配置されている、第４導体素子と、
   上記平面上で上記第１導体素子と上記第３導体素子とを接続する第１接続部と、
   上記平面上で上記第２導体素子と上記第４導体素子とを接続する第２接続部と
   を含み、
   上記第１導体素子と上記第２導体素子は、予め定められた対称点に関して点対称となるように、配置されており、
   上記第３導体素子と上記第４導体素子は、上記対称点に関して点対称となるように、配置されており、
   上記第１接続部と上記第２接続部は、上記対称点に関して点対称となるように、配置されており、
   上記第１導体素子の給電部位と上記第２導体素子の給電部位は、上記対称点に関して点対称となるように位置している
   円偏波アンテナ。
2. 請求項１に記載の円偏波アンテナにおいて、
   上記第１導体素子は、上記第１導体素子のうち上記第１長方形の長辺に倣った部位が上記点対称による二つの対称軸のうち上記第１導体素子とも上記第２導体素子とも交わらない対称軸（以下、非交差対称軸と呼称する）と平行となるように、配置されており、
   上記第２導体素子は、上記第２導体素子のうち上記第１長方形の長辺に倣った部位が上記非交差対称軸と平行となるように、配置されている
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。
3. 請求項１または請求項２に記載の円偏波アンテナにおいて、
   上記第３導体素子は、上記第３導体素子のうち上記第２長方形の長辺に倣った部位が上記第１導体素子のうち上記第１長方形の長辺に倣った部位と平行となるように、配置されており、
   上記第４導体素子は、上記第４導体素子のうち上記第２長方形の長辺に倣った部位が上記第２導体素子のうち上記第１長方形の長辺に倣った部位と平行となるように、配置されている
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の円偏波アンテナにおいて、
   上記第１導体素子と上記第２導体素子と上記第３導体素子と上記第４導体素子と上記第１接続部と上記第２接続部を内部に含む最小の長方形の面積よりも大きい面積を持ち、且つ、当該円偏波アンテナを正視したときに、少なくとも上記第１導体素子と上記第２導体素子と上記第３導体素子と上記第４導体素子と上記第１接続部と上記第２接続部とオーバーラップするように、上記平面と平行であって上記平面から所定の長さだけ離れた平面上に配置されている、反射板を含む
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。