(57)【要約】【課題】小型で指向性が広くアンテナ側でインピーダンス整合をとることが可能な円偏波用のアンテナ、およびこれを用いた通信装置、電子機器を提供する。【解決手段】アンテナ１は、誘電体基板１０と第１電極２０と第２電極３０とを備える。誘電体基板１０は、互いに向かい合う第１の面１０Ａおよび第２の面１０Ｂを有する。第１電極２０は、帯状の形状を有し、第１の面１０Ａに形成されている。第２電極３０は、帯状の形状を有し、第２の面１０Ｂに形成されている。誘電体基板１０を平面視したとき、第１電極２０と第２電極３０とは交差し、第１電極２０と第２電極３０とが重なる領域内において第１電極２０および第２電極３０を給電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに向かい合う第１の面および第２の面を有する誘電体基板と、
前記第１の面に設けられた帯状の第１電極と、
前記第２の面に設けられた帯状の第２電極とを備え、
前記誘電体基板を平面視したとき、
前記第１電極と前記第２電極とが交差し、前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域内において前記第１電極および前記第２電極を給電する、
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記誘電体基板を平面視したとき、
前記第１電極と前記第２電極とが直交する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１電極の短手方向の幅または前記第２電極の短手方向の幅が、給電線の太さより大きい、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１電極と前記第２電極のいずれか一方および前記誘電体基板には、給電用の孔が形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１電極の長手方向に延在する縁のうち両端を除く部分が前記第１の面の縁と重ならず、前記第２電極の長手方向に延在する縁のうち両端を除く部分が前記第２の面の縁と重ならない、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１電極の長手方向に延在する縁が前記第１の面の縁と重ならず、前記第２電極の長手方向に延在する縁が前記第２の面の縁と重ならない、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記第１電極の縁が前記第１の面の縁と重ならず、前記第２電極の縁が前記第２の面の縁と重ならない、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１電極の長手方向が前記第１の面のいずれの辺とも平行でなく、前記第２電極の長手方向が前記第２の面のいずれの辺とも平行でない、
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記誘電体基板を平面視したとき、
前記第１電極のうち長手方向の両端に位置するいずれか一方の端部と、前記第２電極のうち長手方向の両端に位置するいずれか一方の端部とが重なる、
ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載のアンテナを備えることを特徴とする通信装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載のアンテナを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ、通信装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、衛星携帯電話機やＧＰＳ（Global Positioning System）を利用したナビゲーション装置では、円偏波を用いた無線通信が行われている。円偏波の受信は直線偏波アンテナでも行えるが、利得が半減してしまうため円偏波アンテナを用いることが望ましい。例えば、誘電体基板を挟んで対向する略正方形の放射電極と接地電極とを備えた円偏波パッチアンテナでは、放射電極によって所望の円偏波（右旋円偏波または左旋円偏波）の受信や送信を行うことができる。しかし、接地電極では所望の円偏波とは異なる旋回方向の円偏波しか受信や送信を行うことができない。つまり、放射電極で右旋円偏波を受信または送信するように構成した場合、接地電極では左旋円偏波しか受信または送信することができない。このように円偏波パッチアンテナでは、所望の円偏波の受信や送信が、放射電極を設けた面側の空間あるいは接地電極を設けた面側の空間のいずれか一方に限られていた。
【０００３】
このため、例えば、カーナビゲーション装置用のＧＰＳアンテナとして円偏波パッチアンテナを自動車に設置した場合は、放射電極（または接地電極）を設けた面が常に天頂方向（人工衛星の存在する方向）を向いているので、円偏波の受信性能が大きく変動することはない。しかしながら、円偏波パッチアンテナをモバイル機器やウェアラブル機器にＧＰＳアンテナとして搭載した場合は、これらの機器自体の向きが使用状況等によって様々に変わり、放射電極（または接地電極）を設けた面が常に天頂方向を向いているとは限らないので、円偏波の受信性能が大きく変動してしまう。このためモバイル機器やウェアラブル機器に搭載する円偏波アンテナとして、円偏波パッチアンテナのように指向性の狭いアンテナではなく、指向性が広い小型の円偏波アンテナが求められていた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、四角柱状の誘電体基体３と、誘電体基体３の各側面に４５°傾斜させて設けられた４本の放射導体４とを備えた円偏波アンテナ１が記載されている。この円偏波アンテナ１は、対向する側面に設けられた２本の放射導体４に着目したとき、両放射導体４が直交している。また、空間的に直交する偏波を発生する両放射導体４を９０°の位相差が生じる間隔ｄ１で配置し、両放射導体４を同相で給電することで円偏波を得ている（要約書，請求項１，段落００１９，図１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２４６８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された円偏波アンテナ１は、インピーダンス整合をとるためにマッチング回路を備える必要があり、アンテナ側でインピーダンス整合をとることができなかった。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、小型で指向性が広くアンテナ側でインピーダンス整合をとることが可能な円偏波用のアンテナ、およびこれを用いた通信装置、電子機器を提供することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、本発明に係るアンテナは、互いに向かい合う第１の面および第２の面を有する誘電体基板と、前記第１の面に設けられた帯状の第１電極と、前記第２の面に設けられた帯状の第２電極とを備え、前記誘電体基板を平面視したとき、前記第１電極と前記第２電極とが交差し、前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域内において前記第１電極および前記第２電極を給電することを特徴とする。
【０００９】
以上の構成によれば、第１電極と第２電極は誘電体基板を挟んで配置される。ここで、誘電体基板を平面視したとき、帯状の第１電極と帯状の第２電極とは交差している。これにより、第１電極に流れる電流の向きと第２電極に流れる電流の向きとが直交成分を有することになる。従って、遠方界にて交わる第１電極から発生する電界と第２電極から発生する電界とが直交成分を有する状態を作ることができる。
また、誘電体基板の厚さを調整する等して、例えば、第１電極に給電される電流と第２電極に給電される電流との位相差を１８０°にすると共に、第１電極から発生して誘電体基板を介して第２の面側に放射される電界の波形および第２電極から発生して誘電体基板を介して第１の面側に放射される電界の波形の位相を９０°だけ遅らせることが可能である。これにより、第１の面側の空間や第２の面側の空間で合成される２つの電界の波形に９０°の位相差が生じる。
このように本発明に係るアンテナは、遠方界にて交わる２つの電界が直交成分を有し、かつ、２つの電界の波形に９０°の位相差を生じさせることができるため、円偏波を受信または送信することができる。
【００１０】
また、本発明に係るアンテナは、誘電体基板を用いているので波長短縮効果によりアンテナを小型化することができる。また、本発明に係るアンテナは、第１の面側の空間と第２の面側の空間の双方において、略同じレベルで所望の円偏波（右旋円偏波または左旋円偏波）を受信または送信することができるので、円偏波パッチアンテナに比べ指向性が広い。言いかえると、第１電極と第２電極の双方で所望の円偏波を受信または送信することができる。さらに、本発明に係るアンテナは、発明者が鋭意検討した結果、誘電体基板を平面視したとき、第１電極と第２電極とが重なる領域内において双方の給電する位置を調整することで、アンテナ、給電線および通信回路（受信回路または送信回路）のインピーダンス整合をとることができることがわかった。従って、マッチング回路を設けなくてもアンテナ側でインピーダンス整合をとることが可能であり、反射損失をなくしてアンテナの受信効率や送信効率を高めることができる。
【００１１】
よって、本発明によれば、小型で指向性が広くアンテナ側でインピーダンス整合をとることが可能な円偏波用のアンテナを提供することができる。
【００１２】
また、本発明に係るアンテナにおいて、前記誘電体基板を平面視したとき、前記第１電極と前記第２電極とが直交する構成であってもよい。
この構成によれば、第１電極と第２電極とが直交しているので、アンテナの全受信成分または全送信成分のうち、所望の円偏波（右旋円偏波または左旋円偏波）の占める割合が最も高くなる。従って、アンテナの受信性能や送信性能を高めることができる。
【００１３】
また、本発明に係るアンテナにおいて、前記第１電極の短手方向の幅または前記第２電極の短手方向の幅が、給電線の太さより大きい構成であってもよい。
第１電極と第２電極には給電線を用いて給電が行われる。このため、インピーダンス整合をとるためには、誘電体基板のうち両電極が重なる領域内において給電線の接続位置を調整する必要がある。従って、少なくとも第１電極の短手方向の幅または第２電極の短手方向の幅を給電線の太さより大きくすることで、インピーダンス整合をとり易くすることができる。
【００１４】
また、本発明に係るアンテナにおいて、前記第１電極と前記第２電極のいずれか一方および前記誘電体基板には、給電用の孔が形成されている構成であってもよい。
この給電用の孔に給電線を通して給電を行えば、電極に対する給電の位置をより正確に定めることができるから、インピーダンス整合をとり易くすることができる。
【００１５】
また、本発明に係るアンテナにおいて、前記第１電極の長手方向に延在する縁のうち両端を除く部分が前記第１の面の縁と重ならず、前記第２電極の長手方向に延在する縁のうち両端を除く部分が前記第２の面の縁と重ならない構成であってもよい。
例えば、第１電極と第２電極がいずれも長方形の場合を例に説明すると、第１電極や第２電極において電流の分布は均一でなく、特に２本の長辺の部分に大きな電流が流れる。従って、各電極のうち２本の長辺（長手方向に延在する縁）の部分を露出させると波長短縮効果が十分に得られず、アンテナが大きくなってしまう。また、各長辺の両端、すなわち各電極（長方形）の４つの頂点の部分は、電極の長手方向に電流が流れることがない。従って、各電極の２本の長辺のうち両端を除く部分を誘電体で囲うことで、十分な波長短縮効果を得ることができ、アンテナの小型化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明に係るアンテナにおいて、前記第１電極の長手方向に延在する縁が前記第１の面の縁と重ならず、前記第２電極の長手方向に延在する縁が前記第２の面の縁と重ならない構成であってもよい。
このように第１電極のうち長手方向に延在する全ての縁の部分を第１の面の縁と重ねないようにすると共に、第２電極のうち長手方向に延在する全ての縁の部分を第２の面の縁と重ねないようにしてもよい。
【００１７】
また、本発明に係るアンテナにおいて、前記第１電極の縁が前記第１の面の縁と重ならず、前記第２電極の縁が前記第２の面の縁と重ならない構成であってもよい。
このように第１電極の全ての縁を第１の面の縁と重ねないようにすると共に、第２電極の全ての縁を第２の面の縁と重ねないようにしてもよい。
【００１８】
また、本発明に係るアンテナにおいて、前記第１電極の長手方向が前記第１の面のいずれの辺とも平行でなく、前記第２電極の長手方向が前記第２の面のいずれの辺とも平行でない構成であってもよい。
例えば、第１の面と第１電極の場合を例に説明すると、仮に、第１の面の外形が正方形で一辺の長さが１であった場合、第１の面（正方形）のいずれかの辺と長手方向が平行になるように第１電極を設けると、第１電極の長手方向の長さは最大で１しかとれない。これに対し、第１の面の対角線上に第１電極を設けると、第１電極の長手方向の長さを１以上にすることができる。従って、同じアンテナ長が必要なら、第１電極の長手方向が第１の面のいずれの辺とも平行にならないようにした方が、アンテナをより小さくすることができる。
【００１９】
また、本発明に係るアンテナにおいて、前記第１電極のうち長手方向の両端に位置するいずれか一方の端部と、前記第２電極のうち長手方向の両端に位置するいずれか一方の端部とが重なる構成であってもよい。
例えば、誘電体基板を平面視したとき、第１電極と第２電極との中央部同士が交差する構造であると、両電極が重なる領域内において双方の給電する位置を調整することで、インピーダンス整合をとるだけでなく、右旋円偏波用のアンテナにしたり、左旋円偏波用のアンテナにすることが可能になる。その反面、アンテナの近くに比較的大きい導電性物質（例えば人体や金属等）が存在すると、この導電性物質からの影響を受けて、本来、右旋円偏波用であったはずのアンテナが左旋円偏波用のアンテナになってしまうといった不具合が生じる場合がある。これに対し、誘電体基板を平面視したとき、第１電極と第２電極との端部同士が交差する構造であると、右旋円偏波用または左旋円偏波用に特化したアンテナにすることができるから、アンテナの近くに人体等の導電性物質が存在しても、上述したような不具合が生じることはない。
【００２０】
なお、アンテナの可逆定理から明らかとなるように、本発明に係るアンテナは、円偏波を受信するアンテナであってもよいし、円偏波を送信するアンテナであってもよい。
【００２１】
また、本発明に係る通信装置は、上述したいずれかのアンテナを備える。例えば、通信装置として、衛星携帯電話機、タブレット端末、スマートフォン、ノート型パソコン等を例示することができる。また、通信装置には、例えば、アンテナと給電線と通信回路（送信回路または受信回路）とを備えた円偏波用の通信モジュール等も含まれる。なお、通信装置は、円偏波を受信する受信装置や、円偏波を送信する送信装置であってもよい。
【００２２】
また、本発明に係る電子機器は、上述したいずれかのアンテナを備える。例えば、電子機器には、ＧＰＳを利用したナビゲーション装置、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して位置や速度を算出して移動距離や移動速度等を計測することが可能な携帯型ランニング機器、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して時刻を補正する機能を備えた腕時計等が含まれる。なお、通信装置の場合と同様に、電子機器は、円偏波を受信する機器であってもよいし、円偏波を送信する機器であってもよい。
【００２３】
また、本発明に係るアンテナは、以下の構成であってもよい。
互いに向かい合う第１の面および第２の面を有する誘電体基板と、前記第１の面において第１方向に沿って設けられた帯状の第１電極と、前記第２の面において前記第１方向とは異なる第２方向に沿って設けられた帯状の第２電極とを備え、前記誘電体基板を平面視したとき、前記第１電極と前記第２電極とが交差し、前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域内において前記第１電極および前記第２電極を給電する、ことを特徴とするアンテナ。この場合、前記第１方向と前記第２方向とのなす角度は直角であってもよい。
【００２４】
また、本発明に係るアンテナは、以下の構成であってもよい。
互いに向かい合う第１の面および第２の面を有する誘電体基板と、前記第１の面に設けられた帯状の第１電極と、前記第２の面に設けられた帯状の第２電極とを備え、前記誘電体基板を平面視したとき、（１）前記第１電極の長手方向と前記第２電極の長手方向とが異なり、（２）前記第１電極と前記第２電極とが交差し、（３）前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域内において前記第１電極および前記第２電極を給電する、ことを特徴とするアンテナ。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係るアンテナ１の構造を示す斜視図である。
【図２】給電点２５，３５およびスルーホール４０を示す拡大斜視図である。
【図３】スルーホール４０の部分の構造を示すアンテナ１の一部断面図である。
【図４】同軸ケーブル５０の構造を示す斜視図である。
【図５】Ｚ軸方向から見たときのアンテナ１の平面図である。
【図６】給電点２５に給電される電流ＩＡおよび給電点３５に給電される電流ＩＢの波形図である。
【図７】図６の波形図において位相が９０°のときに両電極２０，３０に給電される電流ＩＡ，ＩＢの向きを示す図である。
【図８】図６の波形図において位相が２７０°のときに両電極２０，３０に給電される電流ＩＡ，ＩＢの向きを示す図である。
【図９】図６の波形図において位相が９０°のときに両電極２０，３０に流れる電流ＩＡ，ＩＢを合成して得られる電流ベクトルｉαの向きを示す図である。
【図１０】図６の波形図において位相が２７０°のときに両電極２０，３０に流れる電流ＩＡ，ＩＢを合成して得られる電流ベクトルｉαの向きを示す図である。
【図１１】アンテナ１の各部の寸法を示す展開図である。
【図１２】アンテナ１の指向特性を立体的に示す図である。
【図１３】アンテナ１の指向特性を示すグラフである。
【図１４】第２実施形態に係るアンテナ２の構造を示す斜視図である。
【図１５】Ｚ軸方向から見たときのアンテナ２の平面図である。
【図１６】アンテナ２の各部の寸法を示す展開図である。
【図１７】アンテナ２の指向特性を立体的に示す図である。
【図１８】アンテナ２の指向特性を示すグラフである。
【図１９】変形例１に係るアンテナ１’の一部断面図である。
【図２０】変形例３に係るアンテナ２’の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。なお、図面において各部の寸法の比率は実際のものと適宜異なる。
＜Ａ．第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るアンテナ１の構造を示す斜視図である。なお、Ｘ軸は、誘電体基板１０の上面１０Ａに対して平行な方向に延びる軸である。また、Ｚ軸は、上面１０Ａに対して垂直な方向に延びる軸である。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に対して垂直な方向に延びる軸である。
アンテナ１は、誘電体基板１０と、上部電極２０（第１電極）と、下部電極３０（第２電極）とを備える。誘電体基板１０は、互いに向かい合う上面１０Ａ（第１の面）および下面１０Ｂ（第２の面）を有する。上部電極２０は、長方形状の形状を有し、上面１０Ａに形成されている。下部電極３０は、長方形状の形状を有し、下面１０Ｂに形成されている。
【００２７】
誘電体基板１０は、直方体状の外形を有し、例えば、プラスチックやセラミック等の誘電体で形成されている。上部電極２０および下部電極３０は、金属等の導体で形成されており、例えば、メッキやスクリーン印刷等によって誘電体基板１０の表面に形成される。また、上部電極２０や下部電極３０の長手方向の長さ（アンテナ長）は、受信または送信する電波の周波数や、誘電体基板１０の誘電率等に応じて定められる。上部電極２０には給電点２５が設けられている。また、下部電極３０には給電点３５が設けられている。給電点２５は上部電極２０に対する給電位置であり、給電点３５は下部電極３０に対する給電位置である。また、誘電体基板１０には、Ｚ軸方向に誘電体基板１０を貫通するスルーホール４０（孔）が設けられている。スルーホール４０の両端の位置は、給電点２５および給電点３５である。
【００２８】
図２は、給電点２５，３５およびスルーホール４０を示す拡大斜視図である。また、図３は、スルーホール４０の部分の構造を示すアンテナ１の一部断面図である。
図２に示すように、スルーホール４０は、誘電体基板１０をＺ軸方向に貫く円筒状の貫通孔である。また、図３に示すように、下部電極３０には、スルーホール４０と同心円になるように円形状の開口部ＯＰ（孔）が設けられている。開口部ＯＰの直径Ｐは、スルーホール４０の直径ｐより大きいことが好ましい。
【００２９】
図４は、同軸ケーブル５０（給電線）の構造を示す斜視図である。
同軸ケーブル５０は、その内側から順に、金属等の導体で形成された内部導体（芯線）５２と、内部導体５２の周囲を覆う絶縁層５４と、金属等の導体で編組された外部導体（網線）５６と、外部導体５６を被覆する外皮５８とを有する。内部導体５２および外部導体５６の材料は、例えば銅である。絶縁層５４および外皮５８は、ポリエチレン等の絶縁体で構成される。同軸ケーブル５０の特性インピーダンスは、例えば５０Ωである。
【００３０】
上部電極２０および下部電極３０には、同軸ケーブル５０を用いて誘電体基板１０の下面１０Ｂ側から給電が行われる。同軸ケーブル５０の内部導体５２は、誘電体基板１０の下面１０Ｂ側から下部電極３０の開口部ＯＰを介してスルーホール４０に挿入され、その先端が上部電極２０にハンダ付けされる。また、同軸ケーブル５０の外部導体５６は、下部電極３０のうち開口部ＯＰの周縁部にハンダ付けされる。このように給電点２５は、同軸ケーブル５０の内部導体５２と上部電極２０との接続点である。また、給電点３５は、同軸ケーブル５０の外部導体５６と下部電極３０との接続点であり、下部電極３０のうち開口部ＯＰの周縁部の一部または全部となる。
【００３１】
図５は、Ｚ軸方向から見たとき、すなわち上面１０Ａに垂直な方向から見たときのアンテナ１の平面図である。
Ｚ軸方向からアンテナ１を平面視したとき、上部電極２０と下部電極３０とは、直交すると共に端部同士が重なる。すなわち、上部電極２０の長手方向と下部電極３０の長手方向とのなす角度は９０°になる。また、上部電極２０のうち図中左下側の端部と、下部電極３０のうち図中右下側の端部とが互いに突き出ないように重なる。この端部同士が重なる領域をオーバーラップ領域ＯＬＡとしたとき、上部電極２０の給電点２５および下部電極３０の給電点３５は、いずれもオーバーラップ領域ＯＬＡ内に位置する。発明者が鋭意検討した結果、オーバーラップ領域ＯＬＡ内において給電点２５，３５の位置を調整することで、アンテナ１と、同軸ケーブル５０と、通信回路（送信回路または受信回路）とのインピーダンス整合をとれることがわかった。
【００３２】
なお、このようにしてインピーダンス整合をとるためには、オーバーラップ領域ＯＬＡ内において同軸ケーブル５０の接続位置を調整する必要がある。従って、少なくとも上部電極２０の短手方向の幅または下部電極３０の短手方向の幅を同軸ケーブル５０の太さより大きくすることが好ましい。また、上部電極２０の短手方向の幅や下部電極３０の短手方向の幅を同軸ケーブル５０の太さより十分に大きくとることで、インピーダンス整合をとり易くすることができる。
【００３３】
また、同図に示すように、上部電極２０の２本の長辺が上面１０Ａのいずれの辺とも平行にならず、下部電極３０についても２本の長辺が下面１０Ｂのいずれの辺とも平行にならないようにすると、アンテナ１を小型化することができる。これは、仮に、同図において、上部電極２０の２本の長辺が上面１０Ａの短辺と平行になるように、直交する状態を保ったまま両電極２０，３０を誘電体基板１０に配置しようとすると、誘電体基板１０のＹ軸方向の長さを大きくしなければならないことからも明らかである。
【００３４】
また、図５にはＺ軸方向からアンテナ１を平面視した場合を示したが、Ｚ軸方向とは反対の方向からアンテナ１を平面視した場合も、上部電極２０と下部電極３０とが直交すると共に端部同士が重なる点に変わりはない。
【００３５】
図６は、給電点２５に給電される電流ＩＡおよび給電点３５に給電される電流ＩＢの波形図である。なお、縦軸は電流の振幅であり、横軸は電流の位相である。
同図に示すように、給電点２５に給電される電流ＩＡと、給電点３５に給電される電流ＩＢとの位相差は、例えば１８０°になる。つまり、両電極２０，３０には、交流電源から同軸ケーブル５０を介して１８０°の位相差を有する電流ＩＡ，ＩＢが給電される。なお、電流ＩＡ，ＩＢは、いずれも高周波電流である。前述したように同軸ケーブル５０の内部導体５２は、誘電体基板１０の下面１０Ｂ側からスルーホール４０を通って上部電極２０に接続されている。従って、誘電体基板１０のＺ軸方向の厚さを調整することで、給電点２５，３５に給電される電流ＩＡ，ＩＢに１８０°の位相差を生じさせることができる。なお、このようにして電流ＩＡ，ＩＢに位相差を生じさせる場合、誘電体基板１０のＺ軸方向の厚さを大きくすると、その分だけ電流ＩＡの位相が遅れることになる。
【００３６】
図７は、図６の波形図において位相が９０°のときに両電極２０，３０に給電される電流ＩＡ，ＩＢの向きを示す図である。また、図８は、図６の波形図において位相が２７０°のときに両電極２０，３０に給電される電流ＩＡ，ＩＢの向きを示す図である。
図６の波形図において位相が９０°のタイミングでは、図７に矢印で示すように、上部電極２０に流れる電流ＩＡの向きは、上部電極２０の長手方向に沿って給電点２５に向かう方向になり、下部電極３０に流れる電流ＩＢの向きは、下部電極３０の長手方向に沿って給電点３５に向かう方向になる。従って、Ｚ軸方向からアンテナ１を平面視したとき、電流ＩＡの向きと電流ＩＢの向きは直角になる。また、図６の波形図において位相が２７０°のタイミングでは、図８に矢印で示すように、上部電極２０に流れる電流ＩＡの向きは、上部電極２０の長手方向に沿って給電点２５から離れる方向になり、下部電極３０に流れる電流ＩＢの向きは、下部電極３０の長手方向に沿って給電点３５から離れる方向になる。従って、２７０°の場合も、Ｚ軸方向からアンテナ１を平面視したとき、電流ＩＡの向きと電流ＩＢの向きは直角になる。
【００３７】
このように図６の波形図において０°以上で１８０°未満の区間では、両電極２０，３０に流れる電流ＩＡ，ＩＢの向きが図７に示すように給電点２５，３５に向かう方向になる。また、図６の波形図において１８０°以上で３６０°未満の区間では、両電極２０，３０に流れる電流ＩＡ，ＩＢの向きが図８に示すように給電点２５，３５から離れる方向になる。また、いずれの場合も電流ＩＡの向きと電流ＩＢの向きは直角になる。なお、図７および図８において、給電点２５，３５の近傍における局所的な電流ＩＡ，ＩＢの向きは、図中矢印で示す向きとは異なる場合があるが、給電点２５，３５の近傍以外における電流ＩＡ，ＩＢの向きは、おおむね図中矢印で示す向きになる。
【００３８】
また、上部電極２０や下部電極３０において電流の分布は均一でなく、特に２本の長辺（長手方向に延在する辺）の部分に大きな電流が流れる。つまり、上部電極２０や下部電極３０のうち長手方向に延在する両端の部分に大きな電流が流れる。従って、より大きな波長短縮効果を得るためには、上部電極２０や下部電極３０の各長辺の部分を誘電体で囲うこと、すなわち、上部電極２０の２本の長辺の各々が上面１０Ａのいずれの辺とも重ならず、下部電極３０についても２本の長辺の各々が下面１０Ｂのいずれの辺とも重ならないようにすることが重要である。
【００３９】
なお、図示した態様では、上部電極２０の四隅の頂点（各長辺の両端）のうち３点が上面１０Ａの縁と重なっており、これは下部電極３０についても同様であるが、これら全ての頂点を上面１０Ａや下面１０Ｂの縁と重ならないようにしてもよい。これらの各頂点の部分（角部）では電流の流れる向きが電極の長手方向にはならない。従って、上部電極２０の２本の長辺のうち両端を除く部分が上面１０Ａのいずれの辺とも重ならず、下部電極３０についても２本の長辺のうち両端を除く部分が下面１０Ｂのいずれの辺とも重ならないようにしてもよい。このように上部電極２０や下部電極３０において四隅の頂点は、上面１０Ａや下面１０Ｂの縁と重なっていてもよく、重なっていなくてもよい。また、上部電極２０や下部電極３０について、２本の長辺だけでなく２本の短辺（短手方向に延在する辺）についても上面１０Ａや下面１０Ｂの縁と重ならないようにしてもよい。
【００４０】
ところで、上部電極２０に電流ＩＡが流れることで発生する電界をＥＡとし、下部電極３０に電流ＩＢが流れることで発生する電界をＥＢとしたとき、電界ＥＡや電界ＥＢの波形は、例えばＺ軸方向やその反対方向に進む。ここで、誘電体基板１０のＺ軸方向の厚さｄは、上部電極２０から発生してＺ軸方向とは反対方向に進み、誘電体基板１０の下面１０Ｂ側の空間に放射される電界ＥＡの波形の位相を９０°だけ遅らせると共に、下部電極３０から発生してＺ軸方向に進み、誘電体基板１０の上面１０Ａ側の空間に放射される電界ＥＢの波形の位相を９０°だけ遅らせるように定められている。つまり、誘電体基板１０によって、上面１０Ａ側の空間や下面１０Ｂ側の空間で合成される電界ＥＡと電界ＥＢの波形に９０°の位相差が生じる。
【００４１】
なお、前述したように誘電体基板１０のＺ軸方向の厚さｄは、給電点２５，３５に給電される電流ＩＡ，ＩＢに１８０°の位相差を生じさせる役割も担っている。従って、誘電体基板１０のＺ軸方向の厚さｄは、両電極２０，３０に給電される電流ＩＡ，ＩＢに１８０°の位相差を生じさせると共に、上面１０Ａ側の空間や下面１０Ｂ側の空間で合成される電界ＥＡと電界ＥＢの波形に９０°の位相差を生じさせるように定められる。
【００４２】
図５に示したように、Ｚ軸方向からアンテナ１を平面視したとき、長方形状の上部電極２０と長方形状の下部電極３０とは交差（直交）している。これにより、上部電極２０に流れる電流ＩＡの向きと下部電極３０に流れる電流ＩＢの向きとが直交成分を有することになる。従って、遠方界にて交わる上部電極２０から発生する電界ＥＡと下部電極３０から発生する電界ＥＢとが直交成分を有する状態を作ることができる。また、上部電極２０に流れる電流ＩＡは、下部電極３０に流れる電流ＩＢより１８０°だけ位相が遅れている。しかしながら、誘電体基板１０によって、上面１０Ａ側の空間では、下部電極３０から発生した電界ＥＢの波形の位相が９０°だけ遅れ、下面１０Ｂ側の空間では、上部電極２０から発生した電界ＥＡの波形の位相が９０°だけ遅れる。従って、最終的に、上面１０Ａ側の空間や下面１０Ｂ側の空間で電界ＥＡと電界ＥＢの波形が合成される際には、両者の位相が９０°だけずれていることになる。
【００４３】
その結果、遠方界にて交わる２つの電界ＥＡ，ＥＢが直交成分を有し、かつ、２つの電界ＥＡ，ＥＢの波形に９０°の位相差を生じさせることができる。従って、直交する２本の半波長ダイポールアンテナを９０°の位相差で給電した場合と同じように、アンテナ１は、円偏波の受信や送信を行うことができる。また、例えば給電点２５を視点として電波の進行方向（例えばＺ軸方向やその反対方向）を見たとき、電界ＥＡと電界ＥＢの波形をベクトル合成して得られる偏波面は、時間の経過と共に時計回り（右回り）に回転するから、アンテナ１は右旋円偏波用のアンテナになる。
【００４４】
図９は、図６の波形図において位相が９０°のときに両電極２０，３０に流れる電流ＩＡ，ＩＢを合成して得られる電流ベクトルｉαの向きを示す図である。また、図１０は、図６の波形図において位相が２７０°のときに両電極２０，３０に流れる電流ＩＡ，ＩＢを合成して得られる電流ベクトルｉαの向きを示す図である。
本実施形態に係るアンテナ１では、図６の波形図において位相が０°以上で１８０°未満の場合に、図９に示すように電流ベクトルｉαの向きがＹ軸方向になる。また、図６の波形図において位相が１８０°以上で３６０°未満の場合に、図１０に示すように電流ベクトルｉαの向きがＹ軸とは反対の方向になる。このように電流ベクトルｉαの向きがＹ軸になる場合、図１２に示すようにＹ軸を中心軸としてドーナツ状の形状を有する指向特性（右旋円偏波成分）が得られる。
【００４５】
図１１は、アンテナ１の各部の寸法を示す展開図である。
誘電体基板１０は、例えば、２９ｍｍ（Ｘ軸方向）×１７ｍｍ（Ｙ軸方向）×４ｍｍ（Ｚ軸方向）の直方体状の外形を有する。上部電極２０および下部電極３０は、いずれも２０．５ｍｍ×３．５ｍｍの長方形状の外形を有する。また、下部電極３０には円形状の開口部ＯＰが設けられている。上部電極２０は、上面１０Ａのうち図中右上から中央下にかけて４５°の傾斜角で形成されている。また、下部電極３０は、下面１０Ｂのうち図中中央上から左下にかけて４５°の傾斜角で形成されている。
【００４６】
図中、「ｘ」は、上面１０Ａの図中左側の短辺から給電点２５の中心までのＸ軸方向の距離であり、これは下面１０Ｂの図中左側の短辺から給電点３５の中心（スルーホール４０や開口部ＯＰの中心）までのＸ軸方向の距離と同じである。また、図中、「ｙ」は、上面１０Ａの図中下側の長辺から給電点２５の中心までのＹ軸方向の距離であり、これは下面１０Ｂの図中上側の長辺から給電点３５の中心までのＹ軸方向の距離と同じである。例えば、インピーダンス整合をとることが可能な給電位置（ｘ，ｙ）について一例を示すと、ｘは１３．６ｍｍであり、ｙは３．２ｍｍである。
【００４７】
また、誘電体基板１０の主材料は例えばＢａＯ-ＴｉＯ２であり、誘電体基板１０の比誘電率は１１０で、誘電正接は２×１０−４である。上部電極２０および下部電極３０の材料は銅であり、両電極２０，３０のＺ軸方向の厚さは１０μｍである。また、スルーホール４０の直径ｐは、０．１５ｍｍである。
【００４８】
以上の寸法と材料で構成されたアンテナ１の特性を表１に示す。
【表１】
2014165561.tif 000003
【００４９】
表１において、ケース１〜３は、適切な給電位置（ｘ，ｙ）を設定してインピーダンス整合がとれている場合の特性を示し、ケース４は、給電位置（ｘ，ｙ）の設定が適切でなくインピーダンス整合がとれていない場合の特性を示す。ケース１〜３のようにインピーダンス整合がとれている場合は、それぞれの共振周波数で−３０ｄＢ以下となる十分なリターンロスが得られる。これに対し、ケース４のようにインピーダンス整合がとれていない場合は、共振周波数におけるリターンロスが−５ｄＢ程度になってしまう。
【００５０】
また、ケース１〜３のいずれの場合も、右旋円偏波の規格化平均ゲインが０．９７であるのに対し、左旋円偏波の規格化平均ゲインは０．０３であるから、ゲインの９７％が右旋円偏波になっていることがわかる。これは、アンテナ１が、左旋円偏波をほとんど放射することなく右旋円偏波を主体的に放射するアンテナであること、あるいは左旋円偏波をほとんど受信することなく右旋円偏波を主体的に受信するアンテナであることを示している。
【００５１】
図１２は、アンテナ１の指向特性（右旋円偏波成分）を立体的に示す図である。また、図１３は、アンテナ１の指向特性（右旋円偏波成分）を示すグラフである。
なお、図１２および図１３に示す指向特性は、いずれも表１にケース１として記載したアンテナ１に関するものである。前述したように円偏波パッチアンテナでは、放射電極を設けた面側の空間と接地電極を設けた面側の空間のうち、いずれか一方の空間でしか右旋円偏波の受信や送信が行えない。これに対し、本実施形態１に係るアンテナ１では、図１２および図１３から明らかとなるように、上部電極２０を設けた上面１０Ａ側の空間だけでなく、下部電極３０を設けた下面１０Ｂ側の空間においても、略同じレベルで右旋円偏波の受信や送信を行うことができる。また、ＸＺ平面においては、全方向について右旋円偏波を受信または送信することが可能である。
【００５２】
以上説明したように本実施形態によれば、上部電極２０と下部電極３０は誘電体基板１０を挟んで配置されている。ここで、Ｚ軸方向から誘電体基板１０を平面視したとき、長方形状の上部電極２０と長方形状の下部電極３０とは交差（直交）している。これにより、上部電極２０に流れる電流ＩＡの向きと下部電極３０に流れる電流ＩＢの向きとが直交成分を有することになる。従って、遠方界にて交わる上部電極２０から発生する電界ＥＡと下部電極３０から発生する電界ＥＢとが直交成分を有する状態を作ることができる。また、誘電体基板１０のＺ軸方向の厚さｄを調整することで、上部電極２０に給電される電流ＩＡと下部電極３０に給電される電流ＩＢとの位相差を１８０°にすると共に、上部電極２０から発生して誘電体基板１０を介して下面１０Ｂ側に放射される電界ＥＡの波形および下部電極３０から発生して誘電体基板１０を介して上面１０Ａ側に放射される電界ＥＢの波形の位相を９０°だけ遅らせることが可能である。これにより、上面１０Ａ側の空間や下面１０Ｂ側の空間で合成される電界ＥＡと電界ＥＢの波形に９０°の位相差が生じる。
【００５３】
このように本実施形態に係るアンテナ１は、遠方界にて交わる２つの電界ＥＡ，ＥＢが直交成分を有し、かつ、２つの電界ＥＡ，ＥＢの波形に９０°の位相差を生じさせることができるから、円偏波の受信や送信を行うことが可能である。また、例えば給電点２５を視点として電波の進行方向を見たとき、２つの電界ＥＡ，ＥＢの波形をベクトル合成して得られる偏波面は、時間の経過と共に右回りに回転する。従って、本実施形態に係るアンテナ１は、右旋円偏波用のアンテナになる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、誘電体基板１０を用いているので波長短縮効果によりアンテナ１を小型化することができる。特に、Ｚ軸方向からアンテナ１を平面視したとき、両電極２０，３０の各長辺のうち両端を除く部分が誘電体基板１０のいずれの辺とも重ならないようにすることで、アンテナ１のサイズをより小さくすることが可能である。また、Ｚ軸方向からアンテナ１を平面視したとき、両電極２０，３０の各長辺が誘電体基板１０のいずれの辺とも平行にならないようにすることでも、アンテナ１の小型化を図ることができる。
【００５５】
また、本実施形態に係るアンテナ１は、上部電極２０を設けた上面１０Ａ側の空間と、下部電極３０を設けた下面１０Ｂ側の空間の双方において、略同じレベルで右旋円偏波を受信または送信することができるから、円偏波パッチアンテナに比べ指向性が広い。言いかえると、上部電極２０と下部電極３０の双方で右旋円偏波を受信または送信することができる。
【００５６】
さらに、本実施形態によれば、オーバーラップ領域ＯＬＡ内において給電点２５，３５の位置を調整することで、アンテナ１と、同軸ケーブル５０と、通信回路（送信回路または受信回路）とのインピーダンス整合をとることができる。従って、マッチング回路を設けなくてもアンテナ側でインピーダンス整合をとることが可能であり、反射損失をなくしてアンテナ１の受信効率や送信効率を高めることができる。
【００５７】
よって、本実施形態によれば、小型で指向性が広くアンテナ側でインピーダンス整合をとることが可能な右旋円偏波用のアンテナ１を提供することができる。また、小型で指向性が広い円偏波アンテナであることから、特に、モバイル機器やウェアラブル機器等、機器自体の向きが使用状況等によって様々に変わる通信装置や電子機器に搭載するのに適している。また、本実施形態に係るアンテナ１は、ゲインの９７％が右旋円偏波になることから、右旋円偏波を極めて効率良く受信または送信することができる。
【００５８】
＜Ｂ．第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態に係るアンテナ１と共通する部分については、説明を適宜省略または簡略化している。
【００５９】
図１４は、第２実施形態に係るアンテナ２の構造を示す斜視図である。
アンテナ２は、互いに向かい合う上面６０Ａおよび下面６０Ｂを有する誘電体基板６０と、上面６０Ａに設けられた帯状の上部電極７０と、下面６０Ｂに設けられた帯状の下部電極８０とを備える。上部電極７０には給電点７５が設けられており、下部電極８０には給電点８５が設けられている。また、誘電体基板６０には、Ｚ軸方向に誘電体基板６０を貫通するスルーホール９０が設けられている。スルーホール９０の両端の位置は、給電点７５および給電点８５である。
【００６０】
本実施形態に係るアンテナ２が第１実施形態に係るアンテナ１と異なるのは、誘電体基板６０の外形、上部電極７０と下部電極８０が十字に交差している点、給電点７５，８５と開口部ＯＰとスルーホール９０の位置等である。なお、スルーホール９０が設けられた部分のアンテナ２の断面構造は図３と同様である。すなわち、スルーホール９０は円筒状の貫通孔であり、下部電極８０にはスルーホール９０と同心円になるように円形状の開口部ＯＰが設けられている。また、第１実施形態の場合と同様に、上部電極７０および下部電極８０には、図４に示した同軸ケーブル５０を用いて誘電体基板６０の下面６０Ｂ側から給電が行われる。従って、上部電極７０の給電点７５には同軸ケーブル５０の内部導体５２が接続され、下部電極８０の給電点８５には同軸ケーブル５０の外部導体５６が接続される。
【００６１】
図１５は、Ｚ軸方向から見たときのアンテナ２の平面図である。
上面６０Ａおよび下面６０Ｂは正方形であり、上面６０Ａには、図中右上の頂点と左下の頂点とを結ぶ対角線上に上部電極７０が形成されている。また、下面６０Ｂには、図中左上の頂点と右下の頂点とを結ぶ対角線上に下部電極８０が形成されている。上部電極７０と下部電極８０は、直交すると共に中央部同士が重なる。この中央部同士が重なる領域をオーバーラップ領域ＯＬＡとしたとき、上部電極７０の給電点７５および下部電極８０の給電点８５は、いずれもオーバーラップ領域ＯＬＡ内に位置する。発明者が鋭意検討した結果、オーバーラップ領域ＯＬＡ内において給電点７５，８５の位置を調整することで、インピーダンス整合をとれることがわかった。
【００６２】
なお、同図に示すように、上部電極７０の２本の長辺が上面６０Ａのいずれの辺とも平行にならず、下部電極８０についても２本の長辺が下面６０Ｂのいずれの辺とも平行にならないようにすると、アンテナ２の小型化を図ることができる。例えば、上面６０Ａと上部電極７０の場合を例に説明すると、仮に上面６０Ａ（正方形）の一辺の長さを１とした場合、上面６０Ａのいずれかの辺と長辺が平行になるように上部電極７０を設けると、上部電極７０の長辺の長さは最大で１しかとれない。これに対し、上面６０Ａの対角線上に上部電極７０を設けると、上部電極７０の長辺の長さを１以上にすることができる。従って、同じアンテナ長が必要なら、上部電極７０の長辺が上面６０Ａのいずれの辺とも平行にならないようにした方が、アンテナ２をより小さくすることができる。
【００６３】
また、本実施形態に係るアンテナ２においても、第１実施形態と同じように誘電体基板６０のＺ軸方向の厚さｄが定められる。従って、上部電極７０（給電点７５）に給電される電流ＩＡの波形および下部電極８０（給電点８５）に給電される電流ＩＢの波形は、図６と同じになり、両者の位相差は１８０°になる。また、上部電極７０に電流ＩＡが流れることで発生する電界をＥＡとし、下部電極８０に電流ＩＢが流れることで発生する電界をＥＢとしたとき、上面６０Ａ側の空間や下面６０Ｂ側の空間で合成される電界ＥＡと電界ＥＢの波形には９０°の位相差が生じる。
【００６４】
また、Ｚ軸方向からアンテナ２を平面視したとき、長方形状の上部電極７０と長方形状の下部電極８０とは交差（直交）している。これにより、上部電極７０に流れる電流ＩＡの向きと下部電極８０に流れる電流ＩＢの向きとが直交成分を有することになるから、遠方界にて交わる電界ＥＡと電界ＥＢとが直交成分を有する状態を作ることができる。従って、遠方界にて交わる２つの電界ＥＡ，ＥＢが直交成分を有し、かつ、２つの電界ＥＡ，ＥＢの波形に９０°の位相差を生じさせることができるから、本実施形態に係るアンテナ２も円偏波の受信や送信を行うことが可能である。
【００６５】
なお、前述したように本実施形態に係るアンテナ２は、Ｚ軸方向から平面視したとき、両電極７０，８０が十字に交差し、その中央部にオーバーラップ領域ＯＬＡが位置している。従って、アンテナ２は、給電点７５，８５の位置によって、右旋円偏波用のアンテナにすることもできるし、左旋円偏波用のアンテナにすることもできる。つまり、本実施形態に係るアンテナ２は、オーバーラップ領域ＯＬＡ内における給電点７５，８５の位置を調整することで、インピーダンス整合をとるだけでなく、右旋円偏波用のアンテナにしたり、左旋円偏波用のアンテナにすることが可能になる。また、給電点７５，８５の位置によっては、直線偏波用のアンテナにすることも可能である。
【００６６】
図１６は、アンテナ２の各部の寸法を示す展開図である。
誘電体基板６０は、例えば、１７ｍｍ（Ｘ軸方向）×１７ｍｍ（Ｙ軸方向）×４ｍｍ（Ｚ軸方向）の直方体状の外形を有する。上部電極７０および下部電極８０は、いずれも２０．５ｍｍ×３．５ｍｍの長方形状の外形を有する。上部電極７０は、上面６０Ａにおいて図中右上の頂点と左下の頂点とを結ぶ対角線上に４５°の傾斜角で形成されている。また、下部電極８０は、下面６０Ｂにおいて図中右上の頂点と左下の頂点とを結ぶ対角線上に４５°の傾斜角で形成されている。
【００６７】
図中、「ｘ」は、上面６０Ａの図中左側の辺から給電点７５の中心までのＸ軸方向の距離であり、これは下面６０Ｂの図中左側の辺から給電点８５の中心（スルーホール９０や開口部ＯＰの中心）までのＸ軸方向の距離と同じである。また、図中、「ｙ」は、上面６０Ａの図中下側の辺から給電点７５の中心までのＹ軸方向の距離であり、これは下面６０Ｂの図中上側の辺から給電点８５の中心までのＹ軸方向の距離と同じである。例えば、インピーダンス整合をとることが可能な右旋円偏波用の給電位置（ｘ，ｙ）について一例を示すと、ｘは８．２ｍｍであり、ｙは８．５ｍｍである。
【００６８】
また、第１実施形態の場合と同様に、誘電体基板６０の主材料は例えばＢａＯ-ＴｉＯ２であり、誘電体基板６０の比誘電率は１１０で、誘電正接は２×１０−４である。上部電極７０および下部電極８０の材料は銅であり、両電極７０，８０のＺ軸方向の厚さは１０μｍである。また、スルーホール９０の直径ｐは、０．１５ｍｍである。
【００６９】
以上の寸法と材料で構成されたアンテナ２の特性を表２に示す。
【表２】
2014165561.tif 000004
【００７０】
表２において、ケース１として記載した給電位置（ｘ，ｙ）は、インピーダンス整合をとることが可能な右旋円偏波用の給電位置である。ケース１の場合、共振周波数で−３０ｄＢ以下となる十分なリターンロスが得られる。また、右旋円偏波の規格化平均ゲインが０．９３であるのに対し、左旋円偏波の規格化平均ゲインは０．０７であるから、ゲインの９３％が右旋円偏波になっていることがわかる。これは、給電位置をｘ＝８．２ｍｍ，ｙ＝８．５ｍｍに設定した場合、アンテナ２が、左旋円偏波をほとんど放射することなく右旋円偏波を主体的に放射するアンテナであること、あるいは左旋円偏波をほとんど受信することなく右旋円偏波を主体的に受信するアンテナであることを示している。
【００７１】
一方、表２において、ケース２として記載した給電位置（ｘ，ｙ）は、左旋円偏波用の給電位置である。ケース２の場合、共振周波数におけるリターンロスは、−１６．６ｄＢであり、やや十分とは言えない値であるが、左旋円偏波の規格化平均ゲインが０．９７であるのに対し、右旋円偏波の規格化平均ゲインは０．０３であるから、ゲインの９７％が左旋円偏波になっていることがわかる。これは、給電位置をｘ＝８．５ｍｍ，ｙ＝８．１ｍｍに設定した場合、アンテナ２が、右旋円偏波をほとんど放射することなく左旋円偏波を主体的に放射するアンテナであること、あるいは右旋円偏波をほとんど受信することなく左旋円偏波を主体的に受信するアンテナであることを示している。
【００７２】
図１７は、アンテナ２の指向特性（右旋円偏波成分）を立体的に示す図である。また、図１８は、アンテナ２の指向特性（右旋円偏波成分）を示すグラフである。
なお、図１７および図１８に示す指向特性は、いずれも表２にケース１として記載した右旋円偏波用のアンテナ２に関するものである。図１７および図１８から明らかとなるように、本実施形態に係るアンテナ２においても、上部電極７０を設けた上面６０Ａ側の空間と、下部電極８０を設けた下面６０Ｂ側の空間の双方において、略同じレベルで右旋円偏波の受信や送信を行うことができる。また、ＸＺ平面においては、全方向について右旋円偏波を受信または送信することが可能である。
【００７３】
以上説明したように本実施形態に係るアンテナ２においても、第１実施形態に係るアンテナ１と同様の効果を得ることができる。これに加え、本実施形態に係るアンテナ２は、オーバーラップ領域ＯＬＡ内における給電点７５，８５の位置を調整することで、インピーダンス整合をとるだけでなく、右旋円偏波用のアンテナにしたり、左旋円偏波用のアンテナにすることが可能になる。また、ＸＹ平面におけるアンテナのサイズを、第１実施形態に係るアンテナ１に比べ、約７０％に抑えることができるから更なる小型化が図れる。
【００７４】
なお、本実施形態に係るアンテナ２は、Ｚ軸方向から平面視したとき、両電極７０，８０の中央部同士が直交する構造であるため、給電点７５，８５の位置を調整することで右旋円偏波用または左旋円偏波用に切り替えることが可能になる。しかしながら、表２におけるケース１の場合とケース２の場合の給電位置（ｘ，ｙ）を比較するとわかるように、両者の給電位置の違いは僅かである。従って、例えば、アンテナ２の近くに比較的大きい導電性物質（例えば人体や金属等）が存在すると、この導電性物質からの影響を受けて、本来、右旋円偏波用であったはずのアンテナ２が左旋円偏波用のアンテナ２になってしまうといった不具合が生じる場合がある。これに対し、第１実施形態に係るアンテナ１は、Ｚ軸方向から平面視したとき、両電極２０，３０の端部同士が直交する構造であるため、右旋円偏波用に特化したアンテナにすることができるから、アンテナ１の近くに人体等の導電性物質が存在しても、左旋円偏波用のアンテナになってしまうといった不具合が生じることはない。
【００７５】
＜Ｃ．応用例＞
第１実施形態や第２実施形態に例示したアンテナの共振周波数は１４０１〜１４９７ＭＨｚであるから（インピーダンス整合がとれていない表１のケース４の場合を除く）、所望の周波数の円偏波を受信または送信するためには、アンテナの寸法調整を行う必要がある。寸法調整を行う場合、目的の周波数に応じてアンテナ各部の寸法を定数倍すればよい。例えば、第１実施形態において表１にケース１として記載したアンテナ１（共振周波数：１４９４ＭＨｚ）をＧＰＳのＬ１信号を受信するＧＰＳアンテナとして使用する場合、Ｌ１信号の送信周波数は１５７５．４２ＭＨｚであるから、理論的にはアンテナ１の各部の寸法を１４９４／１５７５．４２倍してやればよい。ここで、上部電極２０や下部電極３０のＺ軸方向の厚さ、スルーホール４０の直径ｐ、開口部ＯＰの直径Ｐは、定数倍する必要はない。なお、種々の要因によって、実際には理論通りにはいかないため、理論値に対してさらなる寸法調整が必要である。
【００７６】
以上の寸法調整を行うことで、例えば、各実施形態に例示したいずれかのアンテナを、ＧＰＳアンテナとしてモバイル機器やウェアラブル機器（例えば、ノート型パソコン、タブレット端末、スマートフォン、腕時計等）に搭載することができる。また、各実施形態に例示したいずれかのアンテナを、カーナビゲーション装置や衛星携帯電話機に搭載してもよいし、衛星通信に限らず、例えば、無線タグ用の電波（円偏波）を受信する読取装置等に搭載してもよい。このように本発明に係るアンテナは、円偏波を受信または送信する機能を有する各種の通信装置や電子機器に搭載することが可能である。また、通信装置には、各実施形態に例示したいずれかのアンテナを備えるＧＰＳ通信モジュール等も含まれる。
【００７７】
＜Ｄ．変形例＞
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、例えば以下の変形が可能である。また、以下に示す２以上の変形を適宜組み合わせることもできる。
【００７８】
［変形例１］
図１９に示すように、スルーホールを設けないようにし、その代わりに金属等の導体で形成された円形状の補助電極（第３電極）１００を設ける構成としてもよい。なお、同図は、第１実施形態に係るアンテナ１の変形例である。補助電極１００は、誘電体基板１０’の下面１０Ｂにおいて、下部電極３０の開口部ＯＰの内側に、開口部ＯＰと同心円になるように設けられる。例えば、補助電極１００の材料は銅であり、Ｚ軸方向の厚さは１０μｍである。補助電極１００には、同軸ケーブル５０の内部導体５２が接続される。ハンダ付けを考慮すると、補助電極１００の直径Ｓは、同軸ケーブル５０の内部導体５２の直径より大きいことが好ましい。また、補助電極１００は、開口部ＯＰの内側に設けられるから、その直径Ｓは開口部ＯＰの直径Ｐより小さい。
【００７９】
以上の構成であっても、上部電極２０（給電点２５）には、同軸ケーブル５０の内部導体５２、補助電極１００および誘電体基板１０’を介して、下部電極３０（給電点３５）に給電される電流ＩＢより１８０°だけ位相が遅れた電流ＩＡが給電される。同図に示す構成の場合、誘電体基板１０’にスルーホールを形成する必要がないので、その分だけアンテナ１’の製造工程を簡素化することができ、製造コストを低減できる。但し、第１実施形態で説明したようにスルーホール４０を設けた方が上部電極２０における給電点２５の位置を正確に定めることができるから、インピーダンス整合をとり易くすることができる。なお、同様の変形を第２実施形態にも適用することができる。
【００８０】
［変形例２］
例えば、第１実施形態において、誘電体基板１０の上面１０Ａ側から給電を行ってもよい。この場合、下部電極３０ではなく上部電極２０に開口部ＯＰが形成されることになる。また、上部電極２０の給電点２５には同軸ケーブル５０の外部導体５６が接続され、下部電極３０の給電点３５には同軸ケーブル５０の内部導体５２が接続される。なお、給電線は同軸ケーブル５０に限らない。また、同様の変形を第２実施形態にも適用することができる。
【００８１】
［変形例３］
例えば、図２０に示すように、上部電極７０の２本の長辺が上面６０Ａの図中上下の辺と平行になり、下部電極８０の２本の長辺が下面６０Ｂの図中左右の辺と平行になるようにしてもよい。また、同図に示すように、上部電極７０の２本の短辺が上面６０Ａの図中左右の辺と重なり、下部電極８０の２本の短辺が下面６０Ｂの図中上下の辺と重なるようにしてもよい。
【００８２】
［変形例４］
例えば、第１実施形態に係るアンテナ１において、上部電極２０が設けられた上面１０Ａと、下部電極３０が設けられた下面１０Ｂとを入れ替えれば、左旋円偏波用のアンテナになる。但し、インピーダンス整合をとることが可能な給電点２５，３５の位置については調整し直す必要がある。このように第１実施形態に係るアンテナ１は、左旋円偏波用のアンテナにすることもできる。
【００８３】
［変形例５］
例えば、第１実施形態おいて、Ｚ軸方向からアンテナ１を平面視したとき、上部電極２０と下部電極３０とは直交している必要はなく、少なくとも交差していればよい。両電極２０，３０の交差する角度が、例えば７５°や１００°の場合であっても、９０°の場合よりは受信性能や送信性能が低下するが、右旋円偏波用のアンテナとして使用することができる。但し、両電極２０，３０の交差する角度が９０°から離れるにつれ、直線偏波等の必要としない成分が多く含まれることになるので、アンテナ１の受信性能や送信性能が低下する。従って、第１実施形態で説明したように両電極２０，３０を直交させると、アンテナ１の全受信成分または全送信成分のうち、右旋円偏波の占める割合を最も高くすることができるから、アンテナ１の受信性能や送信性能を高めることができる。これは、第２実施形態に係るアンテナ２についても同様である。
【００８４】
［変形例６］
例えば、第１実施形態では、誘電体基板１０のＺ軸方向の厚さｄを調整することで、両電極２０，３０に給電される電流ＩＡ，ＩＢに１８０°の位相差を生じさせると共に、上面１０Ａ側の空間や下面１０Ｂ側の空間で合成される電界ＥＡと電界ＥＢの波形に９０°の位相差を生じさせるようにした。しかしながら、誘電体基板１０のＺ軸方向の厚さｄを調整することで、例えば、両電極２０，３０に給電される電流ＩＡ，ＩＢに２００°の位相差を生じさせると共に、上面１０Ａ側の空間や下面１０Ｂ側の空間で合成される電界ＥＡと電界ＥＢの波形に１１０°の位相差を生じさせるようにしてもよい。また、電流ＩＡ，ＩＢの位相差を１６０°にする一方、電界ＥＡと電界ＥＢの波形に７０°の位相差を生じさせるようにしてもよい。また、電流ＩＡ，ＩＢの位相差を調整するために移相器等を用いてもよい。このように要は、電流間の位相差と電界間の位相差との差分が９０°になるようにすればよい（遠方界にて交わる２つの電界ＥＡ，ＥＢの波形に９０°の位相差が生じるようにすればよい）。これは、第２実施形態に係るアンテナ２についても同様である。
【００８５】
［変形例７］
上部電極２０，７０や下部電極３０，８０の外形は、長方形に限らず、例えば細長い楕円形等であってもよい。また、上部電極２０，７０や下部電極３０，８０は、短手方向の幅が一定でなくてもよいし、直線状でなくてもよい。このように上部電極２０，７０や下部電極３０，８０の外形は、帯状であればよい。ここで帯状とは、所定の幅があって細長く続く形のことである。また、誘電体基板１０，６０の外形は、直方体に限らず、例えば円柱形等であってもよい。なお、上部電極２０，７０や下部電極３０，８０が多角形の場合は、多角形を構成する辺の部分が縁になるが、上部電極２０，７０や下部電極３０，８０が多角形でない場合は、その外周の部分が縁になる。これは、誘電体基板１０，６０についても同様である。また、誘電体基板１０，６０において上面１０Ａ，６０Ａと下面１０Ｂ，６０Ｂは、互いに向かい合っていればよく、必ずしも平行である必要はない。また、上面１０Ａ，６０Ａと下面１０Ｂ，６０Ｂは、同じ大きさである必要もない。
【００８６】
［変形例８］
上述した各実施形態等では、便宜上、Ｚ軸方向を上側とし、その反対方向を下側としたが、例えば、Ｙ軸方向を上側とし、その反対方向を下側としてもよい。このように、上面１０Ａ，６０Ａと下面１０Ｂ，６０Ｂや、上部電極２０，７０と下部電極３０，８０は、両者の絶対的な位置関係を規定するものではない。
【符号の説明】
【００８７】
１，１’，２，２’…アンテナ、１０，１０’，６０…誘電体基板、１０Ａ，６０Ａ…上面（第１の面）、１０Ｂ，６０Ｂ…下面（第２の面）、２０，７０…上部電極（第１電極）、２５，７５…上部電極の給電点、３０，８０…下部電極（第２電極）、３５，８５…下部電極の給電点、４０，９０…スルーホール（孔）、５０…同軸ケーブル（給電線）、５２…内部導体、５４…絶縁層、５６…外部導体、５８…外皮、１００…補助電極、ＯＰ…開口部（孔）、ＯＬＡ…オーバーラップ領域、ＩＡ…上部電極に給電される電流、ＩＢ…下部電極に給電される電流、ｄ…誘電体基板のＺ軸方向の厚さ、ｐ…スルーホールの直径、Ｐ…開口部の直径、Ｓ…補助電極の直径、ｉα…電流ベクトル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１２】
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【図１７】
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