(57)【要約】【課題】低姿勢化を図りつつ、広帯域な円偏波アンテナを得る。【解決手段】アンテナ素子１０は、その面積より十分に広い接地された基台１の上方に配置されている。基台１には、アンテナ素子１０に対向する位置を含む表面にマトリクス状に複数の長方形状の反射導体１４、１４、・・・が形成されて、その異なる辺の長さによりＸ軸とＹ軸に異なる反射位相を有してアンテナ素子１０の放射波にその方向に異なる摂動を与える。アンテナ素子１０は、方形状に形成されて反射導体１４、１４、・・・の配列に対して４５度傾けて配置され、その対角線上の角部が反射導体１４，１４の長辺に沿って切欠き部位１０ａ,１０ａが形成されている。さらに、アンテナ素子１０には、その中心点からずらした位置に給電される。これにより、低姿勢な構造で、広帯域な円偏波特性を有する平面アンテナを実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を放射するアンテナ素子と、
アンテナ素子を一体に支持し該アンテナ素子の面積より十分に広い、一側が接地された基台と、を含み、
基台は、
平板状の非導体基板と、
非導体基板の表背板面の背面に形成されてアンテナ素子からの電磁波の背面側への放射を遮蔽する背面金属板と、
アンテナ素子の放射波長より短い長さのそれぞれ長方形状に形成された複数の反射導体であって、非導体基板によりアンテナ素子に面状に対向する位置に配置支持されて縦横に所定の間隔をおいて配列された反射導体と、
を含むことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
反射導体は、アンテナ素子からの入射波に対してＸ軸方向の反射位相とＹ軸方向の反射位相が略１８０度異なるように、その長辺および短辺の長さが形成されていることを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ。
【請求項３】
アンテナ素子は、反射導体の配置に対して平面視にて所定の角度傾けて設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の平面アンテナ。
【請求項４】
アンテナ素子は、一方の対角線上の角部がそれぞれ切欠きされて切欠き部位が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の平面アンテナ。
【請求項５】
アンテナ素子は、その切欠き部位が対向する反射導体の長辺または短辺に沿って形成されていることを特徴とする請求項４記載の平面アンテナ。
【請求項６】
アンテナ素子は、その中心からずれた箇所に給電点を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の平面アンテナ。
【請求項７】
少なくともアンテナ素子と反射導体との間には誘電体層、空気層、磁性体層あるいは半導体層を含む非導体層が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の平面アンテナ。
【請求項８】
電磁波を放射するアンテナ素子が接地された基台上に配置された平面アンテナを広帯域の円偏波アンテナとする平面アンテナの偏波方式であって、該方式は、
基台であってアンテナ素子に面状に対向する位置に、アンテナ素子の放射波長より短い長方形状の複数の反射導体を所定の間隔をおいて縦横に配列し、
該反射導体を配列した基台上に、反射導体の配列に対して空間的に離隔した位置であって、平面視にて所定の角度を傾けてアンテナ素子を配置し、
該アンテナ素子に、その中心点よりずらした位置に給電することを特徴とする平面アンテナの偏波方式。
【請求項９】
アンテナ素子は、対角線上の角部が切欠き状に形成されて、縮退分離モードが付与されていることを特徴とする請求項８記載の平面アンテナの偏波方式。
【請求項１０】
反射導体は、その長辺および短辺の長さが、前記アンテナ素子からの入射波に対してＸ軸方向に＋９０度、Ｙ軸方向に−９０度の反射位相を有するように形成されていることを特徴とする請求項８又は９記載の平面アンテナの偏波方式。
【請求項１１】
アンテナ素子は、その切欠き部位が対向する反射導体の長辺または短辺に沿って形成されていることを特徴とする請求項９又は１０記載の平面アンテナの偏波方式。
【請求項１２】
少なくとも基台とアンテナ素子の間には、誘電体層、空気層、磁性体層あるいは半導体層を含む非導体層が形成されていることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の平面アンテナの偏波方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面アンテナおよび平面アンテナの偏波方式に係り、特に、たとえば、衛星通信などの広帯域通信に用いて好適な平面アンテナおよび平面アンテナの偏波方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、平面アンテナとして、接地された地板上に、方形状のアンテナ素子いわゆるパッチを配置したものが知られている。この平面アンテナにおいて円偏波を行うためには、パッチの直交する２方向から給電する方式、あるいはパッチの対角線上に切欠きなど、いわゆる縮退分離素子を装荷し、給電点をパッチの中心からずらして一点給電する方式などが種々研究されている。
【０００３】
しかし、一点給電方式では軸比特性などが狭帯域となるため、広帯域円偏波に対応したパッチアンテナとして非特許文献１または非特許文献２に記載されたものが提案されている。非特許文献１では、厚い誘電体基板上に放射パッチを形成し、そのパッチにＬ型プローブを介して給電回路網を接続したもので、入力特性において約３５％、軸比特性において２０．４％の広帯域特性を得るものであった。非特許文献２では、異なる形状、寸法のアンテナ素子を積層して広帯域化を図ったものであった。
【０００４】
一方、アンテナ素子とグランド（地板）素子とを組み合わせて動作させる際に、たとえば放射効率や利得などアンテナ特性を高くする場合には、アンテナ素子と地板の間隔、すなわちアンテナの厚みの設定が非常に重要になる。具体的には、グランド素子の材料を完全導体と仮定すると、最も高いアンテナ特性が得られる条件は、アンテナ素子とグランド素子の間隔が４分の１波長であることが知られている。すなわち、アンテナ特性を維持して、アンテナの小型化、低姿勢化を図る場合には、さらに工夫が必要となる。
【０００５】
たとえば、特許文献１〜３では、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造と呼ばれる人工磁気構造を適用してアンテナの低姿勢化を図ったものが提案されている。すなわち、ＥＢＧ構造は、アンテナの放射波長より短い正方形の単位セルをマトリクス状に配置した構造であり、基板の表面に金属製のセルが形成されるとともに、基板の裏面に接地金属板が形成され、それぞれのセルが線状導体などの短絡ピンで接地金属板に接続されて、完全磁性体に近い表面インピーダンスの高い人工磁気構造を形成するものであった。
【０００６】
このようなＥＢＧ構造を適用した特許文献１では、円偏波対応のスパイラルアンテナをアンテナ素子としてＥＢＧ構造の地板上に配置し、さらに、ＥＢＧのセルを可変容量ダイオードでそれぞれ接続して、可変容量ダイオードの印加電圧を制御して複数の周波数帯に適応させるものであった。また、特許文献２では、アンテナ素子としてダイポールアンテナを地板上に配置する際に、地板に近接したアンテナ素子の電流分布の変化を防止するために、線状のアンテナ素子をセル間の隙間に配置したものであった。さらに、特許文献３では、矩形状に折り曲げた進行波型の線状アンテナを地板上に配置し、低姿勢化を図る構成であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−３３３２４号公報
【特許文献２】特開２００９−４４５５６号公報
【特許文献３】特開２００９−１００４４５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】”A novel wide-band circularlypolarized patch antenna based on L-probe and aperture-coupling techniques”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation,Vol.53,No1,pp577-580,Jul,2005.
【非特許文献２】「形状の異なる直線偏波素子を組み合わせた円偏波パッチアンテナ」信学論、J-91-B,No.5,pp595-604(May,2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の技術では、たとえば非特許文献１では、円偏波を得るために回路網を含む給電部分が複雑化するという問題があった。さらに、広帯域特性を得るのに、厚い基板を使用するので、アンテナが大型化するという問題があった。また、非特許文献２では、放射パッチを積層する構成であるので、円偏波での広帯域化を図り得るものの、低姿勢化すなわち小型化が困難であった。
【００１０】
一方、特許文献１では、可変容量ダイオードを制御してＥＢＧ構造のセルの容量を変えて共振周波数を変更する構成であるので、複数の周波数帯に対応するものの、変更した周波数帯では、やはり狭帯域の特性しか得られないという問題があった。さらに、特許文献１、３では、アンテナ素子がいずれも進行波アンテナであるので、ゲインが低いという問題があった。また、特許文献２では、円偏波の広帯域化を図れない等の問題があった。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低姿勢化を図るとともに、円偏波で広帯域化を実現することができる平面アンテナおよび平面アンテナの偏波方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、電磁波を放射するアンテナ素子（１０）と、アンテナ素子を一体に支持し該アンテナ素子の面積より十分に広い、一側が接地された基台（１）と、を含み、基台（１）は、平板状の非導体基板（２）と、非導体基板の表背板面の背面に形成されてアンテナ素子（１０）からの電磁波の背面側への放射を遮蔽する背面金属板（１４）と、アンテナ素子の放射波長より短い長さのそれぞれ長方形状に形成された複数の反射導体であって、非導体基板（２）によりアンテナ素子に面状に対向する位置に配置支持されて縦横に所定の間隔をおいて配列された反射導体（１６、１６、・・・）と、を含むことを特徴とする平面アンテナから構成される。
【００１３】
この場合、反射導体（１６、１６、・・・）は、アンテナ素子（１０）からの入射波に対してＸ軸方向の反射位相とＹ軸方向の反射位相が略１８０度異なるように、その長辺（１６２）および短辺（１６１）の長さが形成されているとよい。
【００１４】
また、アンテナ素子（１０）は、反射導体（１６、１６、・・・）の配置に対して平面視にて所定の角度（θ）傾けて設けられているとよい。
【００１５】
さらに、アンテナ素子（１０）は、一方の対角線上の角部がそれぞれ切欠きされて切欠き部位（１０ａ、１０ａ）が形成されているとよい。
【００１６】
この場合、アンテナ素子（１０）は、その切欠き部位（１０ａ、１０ａ）が空間的に対向する反射導体（１６ａ，、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）の長辺（１６２）または短辺（１６１）に沿って形成されていると有利である。
【００１７】
また、アンテナ素子（１０）は、その中心からずれた箇所に給電点（ｋ）を有するとよい。
【００１８】
また、少なくともアンテナ素子（１０）と反射導体（１６、１６、・・・）との間には誘電体層、空気層、磁性体層あるいは半導体層を含む非導体層が形成されているとよい。
【００１９】
一方、本発明に係る平面アンテナの偏波方式は、電磁波を放射するアンテナ素子が接地された基台上に配置された平面アンテナを広帯域の円偏波アンテナとする平面アンテナの偏波方式であって、該方式は、基台であってアンテナ素子に面状に対向する位置に、アンテナ素子の放射波長より短い長さのそれぞれ長方形状に形成された複数の反射導体を所定の間隔をおいて縦横に配列し、該反射導体を配列した基台上に、反射導体の配列に対して空間的に離隔した位置であって、平面視にて所定の角度を傾けてアンテナ素子を配置し、該アンテナ素子に、その中心点よりずらした位置に給電することを特徴とする。
【００２０】
この場合、アンテナ素子は、対角線上の角部が切欠き状に形成されて、縮退分離モードが付与されていると有利である。
【００２１】
また、反射導体は、その長辺および短辺の長さが、アンテナ素子からの入射波に対してＸ軸方向に＋９０度、Ｙ軸方向に−９０度の反射位相を有するように形成されているとよい。
【００２２】
さらに、アンテナ素子は、その切欠き部位が空間的に対向する反射導体の長辺または短辺に沿って形成されているとよい。
【００２３】
また、少なくとも基台とアンテナ素子の間には、誘電体層、空気層、磁性体層あるいは半導体層を含む非導体層が形成されているとよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る平面アンテナによれば、電磁波を放射するアンテナ素子と、アンテナ素子を一体に支持し該アンテナ素子の面積より十分に広い、一側が接地された基台と、を含み、基台は、平板状の非導体基板と、非導体基板の表背板面の背面に形成されてアンテナ素子からの電磁波の背面側への放射を遮蔽する背面金属板と、アンテナ素子の放射波長より短い長さのそれぞれ長方形状に形成された複数の反射導体であって、非導体基板によりアンテナ素子に面状に対向する位置に配置支持されて縦横に所定の間隔をおいて配列された反射導体と、を含む構成であるので、低姿勢化を図りつつ、広帯域の偏波特性を得ることができる。また、複数の通信周波数または移動体通信などの広帯域の周波数特性が必要な通信機器に有利に適用することが可能である。
【００２５】
また、本発明の平面アンテナによれば、反射導体がアンテナ素子からの入射波に対してＸ軸方向の反射位相とＹ軸方向の反射位相が略１８０度異なるように、その長辺および短辺の長さが形成されている構成とすることにより、アンテナ素子との共振周波数のマッチングを有効にとることができ、広帯域な円偏波を有利に実現することができる。
【００２６】
また、本発明の平面アンテナによれば、アンテナ素子が反射導体の配置に対して平面視にて所定の角度傾けて設けられた構成であるから、反射導体からの反射波と合成した広帯域な円偏波を有利に実現することができる。
【００２７】
また、本発明の平面アンテナによれば、アンテナ素子が一方の対角線上の角部がそれぞれ切欠き状に形成された構成であるから、アンテナ素子に縮退分離モードを付与して各モードの位相差を有利に適用した広帯域な円偏波を得ることができる。
【００２８】
また、本発明の平面アンテナによれば、アンテナ素子が、その切欠き部位が空間的に対向する反射導体の長辺または短辺に沿って形成された構成であるから、切欠き部位で形成される縮退分離素子と反射導体の間の電流分布の変化を防止して安定なアンテナ特性を得ることが可能である。
【００２９】
また、本発明の平面アンテナによれば、アンテナ素子が、その中心からずれた箇所に給電点を有する構成であるから、一点給電にて有効な円偏波を実現することができる。
【００３０】
さらに、本発明の平面アンテナによれば、少なくともアンテナ素子と反射導体との間には誘電体層、空気層、磁性体層あるいは半導体層を含む非導体層が形成された構成であるから、アンテナ素子を反射導体に近接させたさらに低姿勢化を図ることができる。
【００３１】
次に、本発明の平面アンテナの偏波方式によれば、電磁波を放射するアンテナ素子が接地された基台上に配置された平面アンテナを広帯域の円偏波アンテナとする平面アンテナの偏波方式であって、アンテナ素子に対向する位置を含む基台の表面に、アンテナ素子の放射波長より短い長方形状の複数の反射導体を所定の間隔をおいて縦横に配列し、反射導体を配列した基台上に、反射導体の配列に対して平面視にて所定の角度を傾けてアンテナ素子を配置し、アンテナ素子に、その中心点よりずらした位置に給電する構成であるから、低姿勢化を図りつつ、有効に広帯域な円偏波特性を得ることができる。
【００３２】
また、本発明の平面アンテナの偏波方式によれば、アンテナ素子が対角線上の角部が切欠き状に形成されて、縮退分離モードが付与されている構成とすることにより、各モードの位相差を有利に適用した広帯域な円偏波を得ることができる。
【００３３】
また、本発明の平面アンテナの偏波方式によれば、反射導体が、その長辺および短辺の長さが、アンテナ素子からの入射波に対してＸ軸方向に＋９０度、Ｙ軸方向に−９０度の反射位相を有するように形成された構成であるから、アンテナ素子との共振周波数のマッチングを有効にとることができ、広帯域な円偏波を有利に実現することができる。
【００３４】
また、本発明の平面アンテナの偏波方式によれば、アンテナ素子は、その切欠き部位が空間的に対向する反射導体の長辺または短辺に沿って形成されている構成であるから、切欠き部位で形成される縮退分離素子と反射導体の間の電流分布の変化を防止して安定なアンテナ特性を得ることができる。
【００３５】
また、本発明の平面アンテナの偏波方式によれば、基台とアンテナ素子の間には、誘電体層、空気層、磁性体層あるいは半導体層を含む非導体層が形成されている構成であるから、さらに低姿勢化を有効に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る平面アンテナの一実施形態を示す斜視説明図である。
【図２】本発明に係る平面アンテナの一実施形態を示す下位の反射導体を実線で示した平面図である。
【図３】図１の実施形態に係る平面アンテナを示す断面図である。
【図４】図１の実施形態の効果を説明するための人工磁気導体の反射位相特性を示すグラフである。
【図５】図１の実施形態に適用される基台の反射位相特性を示すグラフである。
【図６】図１の実施形態の効果を説明するための反射損失特性を示すグラフである。
【図７】図１の実施形態の効果を説明するための軸比特性を示すグラフである。
【図８】図１の実施形態の効果を説明するための利得特性を示すグラフである。
【図９】図１の実施形態に係る平面アンテナの放射指向性を示す図である。
【図１０】図１の実施形態に係る平面アンテナの放射指向性を示す図である。
【図１１】図１の実施形態に係る平面アンテナの放射指向性を示す図である。
【図１２】図１の実施形態に係る平面アンテナの放射指向性を示す図である。
【図１３】図１の実施形態に係る平面アンテナの放射指向性を示す図である。
【図１４】図１の実施形態に係る平面アンテナの放射指向性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
次に、添付図面を参照して本発明に係る平面アンテナおよび平面アンテナの偏波方式の実施の形態を詳細に説明する。図１ないし図３には、本発明による平面アンテナの一実施の形態が示されている。本実施形態における平面アンテナは、一板面側が接地された基台１の上面あるいは表面側にアンテナ素子１０が非導体基板２を介して配置されて構成されている。特に、本実施形態では、非導体基板２は、第１と第２の誘電体基板２０、１２を含み、第１誘電体基板２０の裏面に形成されて接地された背面金属板１４と、第２の誘電体基板１２の表面に形成された複数の反射導体１６、１６、・・・とを有して、反射導体１６、１６、・・・がアンテナ素子１０の放射波長より短い長さの長方形状にそれぞれ形成されて複数所定の間隔をおいて配列されている点が主な特徴点である。
【００３８】
上記各部の詳細を一実施の形態により説明すると、図１、図２において、平面視正方形状の薄い第２の誘電体基板１２上に同じ平面視形状で厚みが第２の誘電体基板よりもやや薄い第１誘電体基板２０が配置されて一体化されている。第１、第２誘電体基板２０，１２は、誘電体のほか空気、磁性体、半導体などの非導体素材による本平面アンテナの骨格を形成する部位であり、これら第１、第２誘電体基板２０，１２により非導体基板２が構成される。そして、第１、第２誘電体基板２０，１２の中間に複数の反射導体１６・・・が配置され、一体化されている。基台１は、非導体基板２と、反射導体１６・・・と、背面金属板１４と、を含む。
【００３９】
基台１の第２の誘電体基板１２は、後述する第１の誘電体基板２０と同様の誘電率の合成樹脂等で形成され、本実施形態では、第１の誘電体基板２０よりやや厚く、たとえば３．６ｍｍ程度に形成されている。非導体基板２の背面（裏面）、すなわち第２の誘電体基板１２の背面にはそのほぼ全面に背面金属板１４が一体的に形成されている。背面金属板１４は、後述するアンテナ素子１０と同様の金属、たとえば銅または金あるいはそれらの合金が第２の誘電体基板１２に薄膜形成されたものである。この背面金属板１４には、給電ケーブル３０の外部導体すなわち接地部材が接続されてグランドプレーンとなっている。
【００４０】
第２の誘電体基板１２の表面（図３上、上面）に反射導体１６、１６、・・・が、アンテナ素子１０と同様の金属でそれぞれ面を合わせて薄膜形成されている。本実施形態では反射導体１６、１６、・・・は、たとえば図に示すように４行×６列のマトリクス状に複数個配列されている。マトリクス状に配列した反射導体群は、放射波長より小さい単位構造を２次元又は３次元に周期的に配列したものである。この場合、本実施形態の反射導体１６、１６、・・・は、それぞれ略同一形状、サイズ、厚さの長方形状（例えば短辺約３．７５ｍｍ×長辺約８ｍｍ）に形成されて（図上縦長方向）、その短辺１６１がアンテナ素子１０の一辺の１/４程度、長辺１６２が短辺の２倍よりやや長い程度に形成されており、それぞれ縦方向にたとえば０．５ｍｍ程度、横方向に１．５ｍｍ程度の間隔をおいて配列されている。また、本実施形態では、給電ケーブル３０が貫通する位置の反射導体１６は、給電ケーブル３０の導体と接触しないように切り取られており、その周囲に内部導体の給電の影響が生じないように外部導体がアンテナ素子１０側の誘電体基板２０の下部まで延伸されている。マトリクス状に複数個配列された反射導体１６，１６・・・は、第２誘電体基板１２と第１誘電体基板２０とに挟まれた状態で一体化されている。反射導体全体として図１に示すように、非導体基板２によりアンテナ素子１０に面状に対向する位置に配置支持されて縦横に所定の間隔をおいて配列されている。実施形態において、反射導体１６は、アンテナ素子１０の放射波長より短い長さの長方形で形成されている。例えば使用周波数が５．６ＧＨｚ、６．０ＧＨｚ、６．６ＧＨｚのときの波長λ０５３ｍｍ、５０ｍｍ、４５ｍｍに対し、本実施形態の反射導体サイズ比は、短辺０．０７λ０、０．０７λ０、０．０８λ０、長辺０．１５λ０、０．１６λ０、０．１７λ０となっている。反射導体は、外形輪郭を長方形状とするもの及び外形線をプロットして長方形となる導体形状のものを含む。
【００４１】
第２誘電体基板１２上に配置された反射導体１６，１６・・・の上部に接合配置された第１誘電体基板２０の表面に、アンテナ素子１０が配置されて任意の定着手段（実施形態では薄膜形成）で固定されている。第１の誘電体基板２０は、アンテナ素子１０より十分に広い面積を有し、たとえば基台１の第２の誘電体基板１２と同様の広さを有する。また、本実施形態では、たとえば、誘電率ε＝２．２、誘電損失ｔａｎδ=０．００１の合成樹脂等で形成され、たとえば１．６ｍｍ程度の厚さを有している。
【００４２】
アンテナ素子１０は、第１の誘電体基板２０の表面に形成された所定の広さ（例えば４０ｍｍ×４０ｍｍ）の金属板であり、本実施形態では、たとえば銅または金あるいはそれらの合金が基板２０に方形状に薄膜形成されたものである。特に、本実施形態のアンテナ素子１０は、図２のように、一対の対角線上の角部が三角形状に切欠きされて切欠き部位１０ａ,１０ａを形成しており、この切欠き部位が縮退分離素子を構成して装荷されてアンテナ素子全体は６角形状となっている。図２に示すように、アンテナ素子１０は、長方形の反射導体（図上反射導体の短辺を結ぶ基線）に対して角度θ、実施形態では４５度傾けて配置され、切欠き部位１０ａ,１０ａがそれぞれ第１誘電体基板２０の厚さぶん空間的に離隔した状態で対向する反射導体１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの長辺に沿って形成されている。このアンテナ素子１０には、その中心点から図示左斜め下付近に給電ケーブル３０の内部導体３０ａが接続される給電点ｋが設けられている。給電ケーブル３０は、基台１の第２誘電体基板１２および第１の誘電体基板２０を貫通して、その内部導体３０ａがアンテナ素子１０の裏面に接続される。
【００４３】
以上のような構成において、本実施形態に係る平面アンテナの偏波方式は、接地した基台１上に、電磁波を放射する方形状のアンテナ素子１０を配置した平面アンテナを広帯域の円偏波アンテナとする際に、アンテナ素子１０に対向する位置であってアンテナ素子と空間的に離隔する位置となる基台１の誘電体結合位置に、アンテナ素子１０の放射波長より短い長方形状の複数の反射導体１６、１６、・・・を所定の間隔をおいて面マトリクス状に配列し、反射導体１６、１６、・・・を配列した基台１上に、反射導体１６、１６、・・・の配列に対して平面視にて反射導体１６、１６・・・と空間的に離隔した状態で４５度傾けてアンテナ素子１０を配置し、アンテナ素子１０に、その中心点よりずらした位置に給電するので、低姿勢化を図りつつ、有効に広帯域な円偏波特性が得られる。
【００４４】
すなわち、本実施形態に適用される基台１は、マトリクス状に配列された反射導体１６、１６、・・・を有するので、ＥＢＧ構造と同様に人工磁気導体としての特性を有し、たとえば、図４に示すように、反射位相が０°付近になる箇所で入射した電磁波と反射した電磁波の位相は、同相となり磁気壁が形成される。これにより、アンテナ素子１０があたかも鏡に映ったような状態を作ることで基台１との間隔を最適化し、あたかも厚い基板を隔てて等価的に複数のアンテナ素子１０が現れるように見えることからアンテナのＱ値を下げて広帯域化を図ることができる。
【００４５】
次に、本実施形態に適用される反射導体１６、１６、・・・が長方形状に形成され、その長辺および短辺の長さが、アンテナ素子１０からの入射波に対してＸ軸方向に＋９０度、Ｙ軸方向に−９０度の反射位相を有するように形成されているので、アンテナ素子１０との共振周波数のマッチングを有効にとることができ、広帯域な円偏波を有利に実現することができる。すなわち、本実施形態では、それぞれの反射導体１６の長辺が短辺の略２倍以上に形成されているので，Ｘ軸方向に入射してきた電波に対する反射位相と、Ｙ軸方向に入射してきた電波に対する反射位相は、たとえば図５に示すように、それぞれ異なる特性を有する。たとえば，アンテナ素子１０の共振周波数ｆｏを６ＧＨｚとすると、図５に示す位相特性から、Ｘ軸方向の電波に対し＋９０度、Ｙ軸方向の電波に対して−９０度の反射位相が得られる。これにより，アンテナ素子１０からＺ方向に進行する電波と反射導体１６、１６、・・・にて反射された電波は、Ｘ方向成分とＹ方向成分の振幅が等しく位相差が９０度となるように合成され、円偏波を得ることができる。この際、反射位相の対周波数特性が緩やかであるため、円偏波が得られる帯域が広くなると考えられる。
【００４６】
次に、本実施形態に適用されるアンテナ素子１０が反射導体１６、１６、・・・の配置に対して平面視にて４５度傾けて設けられているので、反射導体１６、１６、・・・からの反射波と合成したさらに広帯域な円偏波を有利に実現することができる。
【００４７】
さらに、本実施形態に適用されるアンテナ素子１０は、四角形の一方の対角線上の角部がそれぞれ切欠きされて切欠き部位１０ａ，１０ａを形成しているので、アンテナ素子１０に縮退分離モードを付与して各モードの位相差を有利に適用した広帯域な円偏波を得ることができる。
【００４８】
また、本実施形態に適用されるアンテナ素子１０は、その切欠き部位１０ａ，１０ａが空間的に離隔した状態で対向する反射導体１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの長辺または短辺に沿って形成されているので、切欠き部位１０a,１０aで形成される縮退分離素子と反射導体１６、１６、・・・の間の電流分布の変化を防止して安定なアンテナ特性を得ることができる。
【００４９】
次に、本実施形態に適用されるアンテナ素子１０が、その中心からずれた箇所に給電点を有するので、一点給電にて有効な円偏波を実現することができる。
【００５０】
上記した本実施形態に係る平面アンテナおよび平面アンテナの偏波方式は、図６ないし図１４に示すように、パッチアンテナ単体では達し得ない広帯域な特性を有する。すなわち、入力特性は、図６に示すように、４．４９ＧＨzから８．２０ＧＨzにおいて、その反射係数Ｓ１１が略−１０ｄＢ以下となり、その比帯域は５８．５％という広帯域が図られた。
【００５１】
次に、軸比特性は、図７に示すように、５．５３ＧＨｚから７．０１ＧＨｚにおいて、軸比が約３dＢ以下と良好な特性を有し、その比帯域は２６．６％となった。さらに、利得特性は、図８に示すように、動作帯域内でほぼ一定の値となる良好な特性を有する。図９ないし図１４には、軸比が３ｄＢ以下となる５．６ＧＨz（図９、図１０）、６．６ＧＨz（図１３、図１４）および動作周波数帯域の中心となる６ＧＨz（図１１、図１２）の３つの周波数に対して、ｘ−ｙ平面、ｘ−ｚ平面における放射特性が示されている。ここで、それぞれの図において濃い実線はシミュレーションの右旋回、濃い点線はシミュレーションの左旋回、薄い実線は測定結果の右旋回、薄い点線は測定結果の左旋回の放射指向特性を示す。いずれの結果においてもほぼ同様な指向性であることがわかる。
【００５２】
これらの測定結果から本実施形態においては、長方形の反射導体１６、１６、・・・を配した基台１と角を大きく切り欠いた方形状のアンテナ素子１０を適用することにより、たとえば中心周波数約６．３ＧＨzに対して入力特性で約５８．５％，軸比特性で約２６．６％と非常に広帯域な特性を得ることができた。また、放射指向性は周波数の変化に対してもほぼパッチアンテナ単体と同様の指向性を得ることができた。したがって、アンテナ素子を基台に低姿勢に配置する小型かつ簡単な構造を実現することができ、その構造でさらに広帯域な円偏波を実現することができる優れた効果を奏する。
【００５３】
なお、上記実施形態では、アンテナ素子として方形状の放射素子を適用したが、本発明においては、方形状の放射素子と同様の特性を得る、たとえば円形の放射素子を適用してもよい。その他、放射素子として三角形、五角形、六角形等、任意の多角形状とすることもできる。その際、縮退分離素子として放射素子の内側に凹設する切り込みを対称に形成してもよい。また、縮退分離素子として放射素子の外側に突出する突出部位を対称に形成するものであってもよい。その際、それらの凹凸部位は方形状とすることもできる。また、縮退分離素子として放射素子にスリット溝状の孔やより幅広のスロット孔を形成することもできる。さらに、アンテナ素子は、立体形状で構成することもできる。また、反射導体１６は、内部に切り欠きや打ち抜き部を有する長方形状のもの、長方形に内接する任意形状のパタン構成のものとしてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、各反射導体はそれぞれ背面金属板と非接続であってビアによる導通がない構成であったが、本発明においては、ＥＢＧ構造と同様なフィルタ特性を得るように必要な箇所の反射導体を線状導体などの短絡ピンで背面金属板に接続するようにしてもよい。これにより、アンテナの不要放射、たとえばサイドローブやリップルの発生を防止するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
たとえば、上下異なる周波数で通信する衛星通信などの通信機器、同様にＧＰＳ(Global
Positioning System)などの通信機器、自動車電話または携帯電話などの移動体通信等の無線端末、ＥＴＣ(Electronic Toll Collection)などの車載無線端末、無線ＬＡＮ（Local
Area Network）などの情報端末等、種々の無線端末に適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１      基台
２      非導体基板
１０    アンテナ素子
１０ａ,１０ａ    切欠き部位
１２    第２の誘電体基板
１４    背面金属板
１６    反射導体
２０    第1の誘電体基板
【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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