(57)【要約】【課題】スプリアスの発生が少なく、広帯域にわたって円偏波を発生可能なアンテナを提供する。【解決手段】アンテナ１は、地導体板１１４、内導体板１２４、リアクタンス導体板１３４および給電用導体１４を備え、地導体板、内導体板およびリアクタンス導体板はそれぞれ誘電体基板１１３、１２３、１３３上に同心で層状に形成される。内導体板１２４は、円形の外周の対蹠部分が切除されており、内導体板の形状が空間的に滑らかとなる。これにより不要（スプリアス）共振電磁界が抑圧される。これによりスプリアスなしの広帯域円偏波アンテナが実現される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地導体板、内導体板、リアクタンス導体板および給電用導体を備え、
前記地導体板、前記内導体板、および前記リアクタンス導体板はそれぞれ誘電体基板上に同心で層状に形成され、
前記内導体板は、円形の外周の対蹠部分が切除されており、
前記給電用導体は前記内導体板と電気的に接続されている、
アンテナ。
【請求項２】
地導体板、内導体板および給電用導体を備え、
前記地導体板および前記内導体板はそれぞれ誘電体基板上に同心で層状に形成され、
前記内導体板は、円形の外周の対蹠部分が切除されており、
前記給電用導体は前記内導体板と電気的に接続されている、
アンテナ。
【請求項３】
前記リアクタンス導体板を複数備え、複数の前記リアクタンス導体板のそれぞれは積層されている、請求項１記載のアンテナ。
【請求項４】
前記内導体板は、円形の外周の対蹠部分が、互いに平行な２直線で切除されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記内導体板は、円形の外周の対蹠部分が、互いに対称な滑らかな曲線で切除されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記内導体板上には２個の共振回路が構成され、前記内導体板の平面に直交する方向に円偏波を発生する、請求項１乃至５のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項７】
地導体板、複数の内導体板、および給電用導体を備え、
前記複数の内導体板は、前記地導体板に平面視において互いに一定の距離を置いて並列されていて、
前記内導体板は、請求項１乃至６のいずれかに記載の内導体板である、アレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナおよびアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
１点の給電素子から平面型内導体に給電することで円偏波を送受信する、小型マイクロ波アンテナが知られている。
【０００３】
従来の円偏波用アンテナは、ストリップライン型であり、矩形又は円形の平面型内導体よりなる共振器で構成されている。矩形の内導体板には、平面視において対角に切欠が設けられている。また、円形の内導体板には、平面視において中心近傍又は縁に矩形の切欠が設けられている。これらの切欠により、平面型内導体は、ｘ軸およびｙ軸方向のそれぞれにおいて長さの異なる２個の共振器として動作する。平面型内導体は、２つの共振周波数間の中心周波数近傍の帯域において円偏波を発信する。
【０００４】
図６（ａ）乃至図６（ｂ）に示すように、この構成による円偏波用アンテナにおいては、中心周波数１０ＧＨｚの近傍に多数のスプリアス共振モードが出現する。すなわち、従来の円偏波用アンテナにおいては広帯域にわたって円偏波を発信することができなかった。
【０００５】
そこで、スプリアスの発生が少なく、広帯域にわたって円偏波を発信可能なアンテナが必要とされている。
【０００６】
非特許文献１には、円板素子の中央または周辺部にスロットを設けて縮退分離し、アンテナ基板の背面から１点で給電されることで円偏波アンテナとして作動するバックフィード形１点給電円板円偏波アンテナが開示されている。また、非特許文献１には、縁に矩形の切欠を有する円形の内導体板が開示されている。
【０００７】
非特許文献２には、コプレーナ線路により方形マイクロストリップアンテナを励振するアンテナ系について、その構成法と放射特性が開示されている。
【０００８】
特許文献１には、四角形の対角の２頂点を切り落とした六角形給電素子と四角形無給電素子を同軸上に配置した円偏波パッチアンテナが開示されている。しかしながら、いずれの特許文献にも、スプリアスの発生が少なく、広帯域にわたって円偏波を発生可能な構成については開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】羽石操  他、「バックフィード形１点給電によるマイクロストリップ円偏波用アンテナ」、電子通信学会誌、Ｖｏｌ．Ｊ６３−Ｂ、Ｎｏ．６、ｐｐ．５５９−５６５、１９８０年。
【非特許文献２】羽石操  他、「コプレーナ線路により励振される広帯域マイクロストリップアンテナ」、電子情報通信学会論文誌、Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｂ、Ｎｏ．７、ｐｐ．１３５８−１３６４、２００１年。
【特許文献１】特表２００３−５０３７２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、スプリアスの発生が少なく、広帯域にわたって円偏波を発生可能なアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかるアンテナは、地導体板、内導体板、リアクタンス導体板および給電用導体を備え、地導体板、内導体板、およびリアクタンス導体板はそれぞれ誘電体基板上に同心で層状に形成され、内導体板は、円形の外周の対蹠部分が切除されており、給電用導体は内導体板と電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スプリアスの発生が少なく、広帯域にわたって円偏波を発生可能なアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかるアンテナの実施の形態を示す平面図である。
【図２】上記アンテナの部分断面図である。
【図３】上記アンテナが有する内導体板の平面図である。
【図４】上記アンテナの軸比特性を示すグラフである。軸比とは、円偏波のx軸とy軸の電界の振幅比を対数表示したものである。完全円偏波では軸比は１で、対数表示では０ｄBである。円偏波が楕円偏波に歪んだときの軸比３ｄBは、許容規格の目安である。
【図５】共通の地導体板に、内導体板およびリアクタンス導体板よりなるアンテナが多層誘電体基板上に複数配列してアレイナンテナを形成している様子を示す平面図である。
【図６】（ａ）切欠を有する平面視矩形の内導体を備える関連技術のアンテナの軸比特性を示すグラフ、（ｂ）切欠を有する平面視円形の内導体を備える別の関連技術のアンテナの軸比特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明にかかるアンテナの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
●アンテナの概要
図１において、アンテナ１は、給電点から平面型内導体に給電することで円偏波を送受信する。
【００１６】
●アンテナの構成
図１及び図２に示すように、アンテナ１は、地導体板１１４と、内導体板１２４と、リアクタンス導体板１３４と、給電線１４と、を備える。地導体板１１４、内導体板１２４、およびリアクタンス導体板１３４は、それぞれ誘電体基板１１３、１２３、１３３を介して、この順に積層されて互いに固定されている。
【００１７】
地導体板１１４は、誘電体基板１１３上に形成される。地導体板１１４の大きさは、内導体板１２４およびリアクタンス導体板１３４に比べて十分大きい。
【００１８】
誘電体基板１１３および地導体板１１４は、給電線１４を地導体板１１４の図２中下側から内導体板１２４側へ挿通する第１貫通孔１１９を有する。
【００１９】
図２及び図３に示すように、内導体板１２４は、導電性の平板であり、２個の共振器を構成する。内導体板１２４は、円板状の素材が円周の対蹠位置において互いに平行をなす２つの直線に沿って切除され、２個の円弧部１２１、１２２と２個の直線部１２５、１２６が交互につながった形をしている。すなわち、円弧部１２１、直線部１２５、円弧部１２２、および直線部１２６は、この順につながって内導体板１２４の外周を構成している。円弧部１２１および１２２、ならびに直線部１２５および１２６は、内導体板１２４の平面に直交している。
【００２０】
内導体板１２４は、平面視において内導体板１２４の中心を原点Ｏとし、直線部１２５に平行な軸をｙ軸、ｙ軸に直交する軸をｘ軸とすると、ｘ軸およびｙ軸のそれぞれに対して線対称な形状である。
【００２１】
共振器を構成する導体が直角や鋭角等の空間的に鋭く変化する部分を含むと、電流および電圧の空間的乱れが生じ、複数の不要（スプリアス）モードで共振する。本発明における内導体板１２４によれば、外側面形状がスムースで、その形状の中に直角や鋭角を含まない。したがって、アンテナ１は、スプリアスを発生せず、中心周波数に対して十分広い近傍の周波数帯域内で、空間的かつ時間的に直交、すなわち９０度の位相差を有する２個の共振モードを同時に発生する。したがって、アンテナ１は、広帯域において円偏波を発生することができる。
【００２２】
図３においては、直線部１２５および１２６の両端は円弧部１２１、１２２につながって角になっている。しかし、直線部１２５および１２６の両端が円弧部１２１、１２２よりも小さい円弧を描きながら、それぞれの隣接する辺と滑らかにつながっていてもよい。
【００２３】
また、直線部１２５、１２６に代えて、円弧部１２１、１２２の両端を互いに対称な滑らかな曲線でつないでもよい。いいかえれば、内導体板１２４は、円形の外周の対蹠部分が、互いに対称な滑らかな曲線で切除されている形状であってもよい。
【００２４】
直線部１２５および１２６の大きさ、すなわち平面視における原点Ｏから直線部１２５および１２６までの距離は、任意であり、図３で示した態様に限られない。
【００２５】
図２に示すように、内導体板１２４と地導体板１１４との間に配置されている誘電体基板１２３は、第１貫通孔１１９と連通する第２貫通孔１２９を有する。
【００２６】
給電線１４は給電用導体の外周が絶縁体で被覆された同軸ケーブルである。給電線１４の給電用導体の一端は、第１貫通孔１１９および第２貫通孔１２９を通ってストリップ線路および同軸線路を介して内導体板１２４上の給電点１５に接続されている。給電線１４の給電用導体の他端は、図示を省略された外部給電回路に接続されている。外部給電回路から伝送される電力は、給電線１４を介して内導体板１２４に供給される。外部給電回路から伝送される電力により、内導体板１２４は励振される。
【００２７】
給電点１５の位置は、ｘ軸およびｙ軸上の共振電流に対して電気的に等距離の点であるが、実際の位置は理論でなく実験により決められる。すなわち、給電点１５の位置は、図３に示した位置に限られない。また、ｘ軸、ｙ軸それぞれに２点より給電することも可能である（２点給電法）。２点給電の場合、給電点１５は２点に別れるが、それらの位置も実験により決められる。
【００２８】
給電線１４から供給される電力により内導体板１２４が励振されると、内導体板１２４のｘ軸およびｙ軸に沿った長さに対応する２個の共振モードが現れる。すると、マイクロ波の円偏波がｘ−ｙ平面内に生じ、円偏波はｘ−ｙ平面に直交するｚ軸方向に沿って紙面手前に向かって伝搬する。
【００２９】
リアクタンス導体板１３４は、導電性の略円形の平板である。リアクタンス導体板１３４は平面視においてリアクタンス導体板１３４と略同形状の誘電体基板１３３を介して、内導体板１２４とリアクタンス的に結合する。すなわち、内導体板１２４およびリアクタンス導体板１３４は、内導体板１２４上に構成されている２個の共振回路に並行して、リアクタンス回路を構成する。リアクタンス導体板１３４により、内導体板１２４上に構成される２個の共振回路それぞれの帯域幅を拡大すると共に、アンテナ１の方向性利得を高めることができる。
【００３０】
リアクタンス導体板１３４は、円周の対蹠位置において互いに平行をなす２つの直線に沿って切除された形状であってもよい。
【００３１】
リアクタンス導体板１３４は、内導体板１２４に複数個積層されていてもよい。複数のリアクタンス導体板１３４は、いずれも誘電体基板１３３を介して積層されている。リアクタンス導体板１３４が複数個積層されている構成によれば、内導体板１２４上の２個の共振回路に並行する複数のリアクタンス回路が構成される。
【００３２】
なお、誘電体基板１１３、１２３、１３３の厚さはそれぞれ任意である。誘電体基板１１３、１２３、１３３の厚さは、アンテナ１の所望の特性等によって適宜定められる。
【００３３】
●アンテナ１の軸比特性
図４に示すように、本発明にかかるアンテナ１によれば、中心周波数１０ＧＨｚに対して、８ＧＨｚ以上１２ＧＨｚ以下の帯域でスプリアスを付随していない。また、アンテナ１は、軸比３ｄＢ以下の帯域幅に関して、１０ＧＨｚ帯で比帯域７％以上が得られることがわかる。なお、図示を省略した５ＧＨｚ以上８ＧＨｚ以下、および１２ＧＨｚ以上１５ＧＨｚ以下の帯域においてもスプリアスは付随していない。
【００３４】
このように、アンテナ１によれば、スプリアスの発生が少なく、広帯域にわたって円偏波を発生可能である。アンテナ１は、被測定物に向けて電波を送信し、被測定物によって反射される電波を受信して、受信される電波に基づいて被測定物の位置を計測する計測装置にも適用可能である。特に、アンテナ１は、広帯域の電波を必要とするＦＭＣＷ方式の計測装置にも適用可能である。
【００３５】
●アレイアンテナの構成
図５に示すように、アレイアンテナ１０は、４個の内導体板１２４と、４個のリアクタンス導体板１３４と、１個の地導体板２１と、を備える。各内導体板１２４と、各リアクタンス導体板１３４は、１個の地導体板２１とともにアンテナを構成し、これら４個のアンテナがリレーアンテナを構成している。４個の内導体板１２４および４個のリアクタンス導体板１３４は、共通する１個の地導体板２１の平面に、平面視において互いに一定距離をおいて配置されている。言い換えれば、４個の内導体板１２４および４個のリアクタンス導体板１３４は、地導体板２１を共有している。地導体板２１、内導体板１２４、およびリアクタンス導体板１３４は、それぞれの間に誘電体基板を介してこの順に積層され、固定されている。
【００３６】
地導体板２１の平面の大きさは、４個の内導体板１２４の平面の大きさの合計よりも十分大きい。
【００３７】
４個の内導体板１２４の原点Ｏは、正方形の頂点に位置するように配置されている。言い換えれば、４個の内導体板１２４のそれぞれの原点Ｏと、隣接する他の内導体板１２４の原点Ｏとの距離は、等距離である。また、対角に位置する内導体板１２４の、ｙ軸の傾き、すなわち平面視における直線部１２５、１２６の角度は、等しい。隣接する内導体板１２４のｙ軸の傾きは、線対称であってもよい。
【００３８】
なお、アレイアンテナ１０が備える内導体板１２４およびリアクタンス導体板１３４の個数は、任意である。
【００３９】
アレイアンテナ１０によれば、同一平面内に複数の円偏波用アンテナを配置することで、方向性利得および帯域幅をさらに向上することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１        アンテナ
１１４      地導体板
１２４      内導体板
１３４      リアクタンス導体板
【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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