(57)【要約】【課題】  低姿勢化して小型化することができる円偏波アンテナを提供する。【解決手段】  グランドが形成された円形状の基板１１上に、中央では曲率が大きく、外周に向かうにつれ曲率が小さくなる形状とされると共に、略９０°間隔で配置されて略回転対象形状に第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄを配置している。供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器が基板１１の裏面に設けられている。第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄにおける対向する２本の螺旋素子をホット素子とコールド素子とする２組が構成されて、一方の組に前記０°給電信号が供給され、他方の組に前記９０°給電信号が基板１１の中央部上において供給される。使用周波数帯の中心周波数の自由空間波長をλとした際に、基板１１からの高さが約０．０４λと低姿勢化されている【選択図】  図１
2019068329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランドが形成された基板と、
巻き中心の軸が互いに偏心されると共に、略９０°間隔で配置されて略回転対象形状に前記基板上に配置されており、前記基板の中央部上において一端に給電され他端が前記グランドに接続されている４本の螺旋素子と、
前記基板に設けられ、供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器とを備え、
前記４本の螺旋素子における対向する２本の螺旋素子をホット素子とコールド素子とする２組が構成されて、一方の組に前記０°給電信号が供給され、他方の組に前記９０°給電信号が供給されて、隣り合う前記螺旋素子間の位相差が約９０°とされ、前記基板からの高さが、横方向の最大長さの約３０％以下とされていることを特徴とする円偏波アンテナ。
【請求項２】
前記螺旋素子は、中央では曲率が大きく、外周に向かうにつれ曲率が小さくなる形状とされ、使用周波数帯の中心周波数の自由空間波長をλとした際に、前記基板からの高さが約０．０４λとされていることを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ。
【請求項３】
前記螺旋素子は、略円形状とされ、使用周波数帯の中心周波数の自由空間波長をλとした際に、前記基板からの高さが約０．０３λとされていることを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ。
【請求項４】
前記４本の螺旋素子は、前記一端から前記他端に向かって次第に幅が広がる形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
【請求項５】
前記４本の螺旋素子は、素子長の長い低域側の４素子からなる螺旋素子と、素子長の短い高域側の４素子からなる螺旋素子とで構成され、前記低域側の螺旋素子の内側に、前記高域側の螺旋素子が配置されて、前記低域側の螺旋素子と対応する前記高域側の螺旋素子とに並列に給電されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
【請求項６】
前記分配器は、前記０°給電信号が出力される０°アンテナ端子と、前記９０°給電信号が出力される９０°アンテナ端子を備え、前記４本の螺旋素子において、前記コールド素子を構成する２本の前記螺旋素子の一端は前記グランドに接続され、前記ホット素子を構成する２本の前記螺旋素子の一端は前記０°アンテナ端子または前記９０°アンテナ端子に接続されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
【請求項７】
支持体に挿通可能な貫通孔が中央部に形成されて複数スタックできるようにされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
【請求項８】
左旋円偏波用と右旋円偏波とを備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
【請求項９】
左旋円偏波と右旋円偏波との偏波ダイバーシティに用いることができることを特徴とする請求項８に記載の円偏波アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低姿勢化して小型化することができる円偏波アンテナ、および、マルチバンドに対応させても小型化することができる円偏波アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な通信システムが開発及び使用されているが、円偏波モードの通信システムがある。このような通信システムにおける基地局や端末機器用のアンテナとしては円偏波アンテナが用いられる。また、測位衛星からの信号を受信して測位を行う測位機能を備える携帯電話機などの端末機器の円偏波アンテナとしては、パッチアンテナが多く搭載されている。測位機能を備える端末機器は、様々な用途の製品が開発及び使用されている。
【０００３】
円偏波アンテナとして、パッチアンテナに替えてヘリカルアンテナを用いることもできる。ヘリカルアンテナを利用した従来の円偏波アンテナ５００の構成を図５４に示す。図５４は円偏波アンテナ５００の構成を示す斜視図である。
図５４に示す円偏波アンテナ５００は、４本の導体からなるヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６が天頂方向に向かってピッチ角が例えば３０乃至６０度の範囲内で螺旋状に延在している。４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６はプリント基板５４８上に同心円状に９０度間隔でそれぞれ配置されている。また、プリント基板５４８上には４個のスイッチモジュールが配置されており、４個のスイッチモジュールはプリント基板５４８上に配置された遅延線５３０，５３２，５３４，５３６との接続を制御している。
【０００４】
４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６の螺旋の外径、長さ、ピッチ角などは、アンテナの放射パターンや利得などの特性に直接影響し、要求仕様に応じて適正に設定される。４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６の材質としては、アルミニウムや銅合金などの良導体を用いることが出来る。またプリント基板５４８は、ヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６の螺旋外径の３倍以下にすることが出来る。
【０００５】
第１遅延線５３０の電気長をＥＬ１とすると、第２遅延線５３２の電気長ＥＬ２は（ＥＬ１＋λ／４）、第３遅延線５３４の電気長ＥＬ３は（ＥＬ２＋λ／４）、第４遅延線５３６の電気長ＥＬ４は（ＥＬ３＋λ／４）にそれぞれ設定されている。この結果、それぞれの遅延線を経由して給電された４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６の給電位相は、９０度ずつ順次遅れる。
４個のスイッチモジュールを制御して、遅延線５３０，５３２，５３４，５３６を介することなく直接４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６に給電すると、４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６は全て同位相で給電されるので直線偏波を送受信できる。また、４個のスイッチモジュールを制御して、遅延線５３０，５３２，５３４，５３６をそれぞれ介して４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６に給電すると、各ヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６における給電の位相が９０度ずつずれるので、円偏波を送受信することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７３９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のパッチアンテナでは単一指向性が得られるが、パッチアンテナでは、周波数に対して比較的大きなグランド板が必要になることが知られている。また、指向性方向から投影した面積が比較的大きくなってしまうという欠点があった。さらに、パッチアンテナは低姿勢化されているが、比帯域が３％程度でありマルチバンド化することが困難であった。
そして、従来のヘリカルアンテナを利用する円偏波アンテナ５００では、軸方向に長い形状をしていたため、指向性方向に対する小型化が困難であった。さらに、断面係数の大きい円筒状のカバーへ円偏波アンテナ５００を内蔵する事を考えた場合、その幅方向が、カバー内部に干渉してしまい、カバー自体が大きくなって受風荷重が大きくなることから、カバー自体の強度をあげる必要があり、コスト的にデメリットが大きくなるという問題点があった。また、従来のヘリカルアンテナを低姿勢化すると、低姿勢化に伴い比帯域が狭くなるため、マルチバンド化すると低姿勢化・小型化することが困難になるという問題点もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、低姿勢化して小型化することができる円偏波アンテナを提供することを目的としている。また、マルチバンドに対応させても小型化することができる円偏波アンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の円偏波アンテナは、本発明の他の円偏波アンテナは、グランドが形成された基板と、巻き中心の軸が互いに偏心されると共に、略９０°間隔で配置されて略回転対象形状に前記基板上に配置されており、前記基板の中央部上において一端に給電され他端が前記グランドに接続されている４本の螺旋素子と、前記基板に設けられ、供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器とを備え、前記４本の螺旋素子における対向する２本の螺旋素子をホット素子とコールド素子とする２組が構成されて、一方の組に前記０°給電信号が供給され、他方の組に前記９０°給電信号が供給されて、隣り合う前記螺旋素子間の位相差が約９０°とされ、前記基板からの高さが、横方向の最大長さの約３０％以下とされていることを最も主要な特徴としている。
【００１０】
上記本発明の円偏波アンテナにおいて、前記螺旋素子は、中央では曲率が大きく、外周に向かうにつれ曲率が小さくなる形状とされ、使用周波数帯の中心周波数の自由空間波長をλとした際に、前記基板からの高さが約０．０４λとされていてもよい。
また、上記本発明の円偏波アンテナにおいて、前記螺旋素子は、略円形状とされ、使用周波数帯の中心周波数の自由空間波長をλとした際に、前記基板からの高さが約０．０３λとされていてもよい。
さらに、上記本発明の円偏波アンテナにおいて、前記４本の螺旋素子は、前記一端から前記他端に向かって次第に幅が広がる形状に形成されていてもよい。
さらにまた、上記本発明の円偏波アンテナにおいて、前記４本の螺旋素子は、素子長の長い低域側の４素子からなる螺旋素子と、素子長の短い高域側の４素子からなる螺旋素子とで構成され、前記低域側の螺旋素子の内側に、前記高域側の螺旋素子が配置されて、前記低域側の螺旋素子と対応する前記高域側の螺旋素子とに並列に給電されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の円偏波アンテナは、４本の螺旋素子が、巻き中心の軸が互いに偏心されると共に、略９０°間隔で配置されて略回転対象形状に基板上に配置され、隣り合う前記螺旋素子間の位相差が約９０°とされていることから、基板からの高さが横方向の最大長さの約３０％以下と低姿勢とすることができる。また、４本の螺旋素子で構成される２組のホット素子とコールド素子との他端が直流的に同電位となるようグランドに接続されることにより、単一指向性とすることができる。
また、螺旋素子を一端から他端に向かって次第に幅が広がる形状に形成したり、素子長の長い低域側の４素子からなる螺旋素子と、素子長の短い高域側の４素子からなる螺旋素子とで４本の螺旋素子を構成し、低域側の螺旋素子の内側に、高域側の螺旋素子を配置して、低域側の螺旋素子と対応する高域側の螺旋素子とに並列に給電することにより、広帯域化やマルチバンド化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例である円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例である円偏波アンテナの構成を示す上面図である。
【図３】本発明の第１実施例である円偏波アンテナの構成を示す下面図、分配器を拡大して示す図である。
【図４】本発明の第１実施例である円偏波アンテナの構成を正面図示すである。
【図５】本発明の第１実施例である円偏波アンテナの指向特性を示すである。
【図６】本発明の第１実施例である円偏波アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図７】本発明の第１実施例である円偏波アンテナの軸比の周波数特性を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す他の斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成をさらに他の示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す上面図である。
【図１２】本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す下面図である。
【図１３】本発明の第２実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面図である。
【図１４】本発明の第２実施例である円偏波アンテナの振幅の角度特性を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施例である円偏波アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施例である円偏波アンテナの軸比の周波数性を示す図である。
【図１７】本発明の第３実施例である円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第３実施例である円偏波アンテナの構成を示す上面図である。
【図１９】本発明の第３実施例である円偏波アンテナの構成を示す下面図である。
【図２０】本発明の第３実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面図である。
【図２１】本発明の第３実施例である円偏波アンテナの振幅の右旋円偏波指向性を示す図である。
【図２２】本発明の第３実施例である円偏波アンテナの指向特性を示す図である。
【図２３】本発明の第３実施例である円偏波アンテナの軸比の角度特性を示す図である。
【図２４】本発明の第４実施例である円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【図２５】本発明の第４実施例である円偏波アンテナの構成を示す上面図である。
【図２６】本発明の第４実施例である円偏波アンテナの構成を示す下面図である。
【図２７】本発明の第４実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面図である。
【図２８】本発明の第４実施例である円偏波アンテナの指向特性を示す図である。
【図２９】本発明の第１実施例である円偏波アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図３０】本発明の第５実施例である円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【図３１】本発明の第５実施例である円偏波アンテナの構成を示す上面図である。
【図３２】本発明の第５実施例である円偏波アンテナの構成を示す下面図である。
【図３３】本発明の第５実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面図である。
【図３４】本発明の第５実施例である円偏波アンテナの低域における指向特性を示す図である。
【図３５】本発明の第５実施例である円偏波アンテナの高域における指向特性を示す図である。
【図３６】本発明の第５実施例である円偏波アンテナの低域における軸比の周波数特性を示す図である。
【図３７】本発明の第５実施例である円偏波アンテナの高域における軸比の周波数特性を示す図である。
【図３８】本発明の第５実施例である円偏波アンテナの軸比の角度特性を示す図である。
【図３９】本発明の第５実施例である円偏波アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図４０】本発明の第６実施例である円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【図４１】本発明の第６実施例である円偏波アンテナの構成を示す上面図である。
【図４２】本発明の第６実施例である円偏波アンテナの構成を示す下面図である。
【図４３】本発明の第６実施例である円偏波アンテナの構成を示す正面図である。
【図４４】本発明の円偏波アンテナを備えるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４５】本発明の円偏波アンテナを備えるアンテナ装置の適用例の構成を示す斜視図である。
【図４６】本発明の円偏波アンテナを備えるアンテナ装置の他の適用例の構成を示す斜視図である。
【図４７】本発明の円偏波アンテナを備える他のアンテナ装置の構成を示す斜視図、他のアンテナ装置の適用例の構成を示す正面図である。
【図４８】本発明の第７実施例である円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【図４９】本発明の第７実施例である円偏波アンテナを備えるアンテナ装置の構成を斜視図で示す組立図である。
【図５０】本発明の第７実施例である円偏波アンテナを備えるアンテナ装置を支持する構成を示す正面図である。
【図５１】本発明の第７実施例である円偏波アンテナを備えるアンテナ装置の指向特性を示す図である。
【図５２】本発明の円偏波アンテナを備えるアンテナ装置のさらに他の適用例の構成を示す斜視図である。
【図５３】本発明の円偏波アンテナを備えるアンテナ装置が適用可能なダイバーシティ通信システムの構成、ダイバーシティ通信機の構成を示すブロック図である。
【図５４】従来の円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施例＞
本発明の第１実施例にかかる円偏波アンテナの構成を図１ないし図４に示す。図１は第１実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成を示す斜視図であり、図２は第１実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成を示す上面図であり、図３は第１実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成を示す下面図および分配器を拡大して示す図であり、図４は第１実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成を示す正面図である。
これらの図に示す本発明の第１実施例にかかる円偏波アンテナ１は、第１螺旋素子１０ａ、第２螺旋素子１０ｂ、第３螺旋素子１０ｃ、第４螺旋素子１０ｄの４本の螺旋素子を備えている。第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄは、巻き中心の軸が互いに偏心されると共に互いにほぼ等間隔になるよう略９０°間隔でそれぞれ配置されて右巻きの螺旋状で巻かれて構成されている。第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄは、金属板金や金属フィルム基板などで幅広に構成されている。第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄの素子形状は、円偏波アンテナ１の給電点付近を中心とする略回転対象形状で構成され、中央では曲率が大きく、外周に向かうにつれ曲率が小さくなる形状となっている。第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄは、等角螺旋、アルキメデススパイラル、黄金螺旋等の形状とすることができる。
【００１４】
第１実施例にかかる円偏波アンテナ１は、プリント基板からなる円形の基板１１を備え、基板１１の表面に矩形状のグランド板１２ａがパターンあるいは金属板で形成され、裏面のほぼ全面にグランド１２ｂがパターンあるいは金属板で形成されている。グランド板１２ａとグランド１２ｂとはスルーホールで導通されている。基板１１の中央部に位置する第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄの一端である給電端は、基板１１に向かってほぼ直角に折曲されており、第３螺旋素子１０ｃおよび第４螺旋素子１０ｄにおける折曲された先端が、グランド板１２ａに電気的に接続されていると共に、基板１１を貫通して裏面のグランド１２ｂに電気的に接続されている。また、第１螺旋素子１０ａおよび第２螺旋素子１０ｂにおける折曲された先端はグランド板１２ａのＬ字状に切り欠かれた部位を貫通して基板１１の裏面に達している。そして、第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄの他端は、基板１１の外周縁に位置され、外周縁に形成された穴を貫通して裏面のグランド１２ｂに電気的に接続されて、グランド１２ｂに短絡されている。
【００１５】
基板１１の裏面には、供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器１８が設けられている。分配器１８は、図３（ｂ）に示すように給電信号が供給される入出力端子１８ａと、０°給電信号が出力される０°アンテナ端子１８ｂと、前記９０°給電信号が出力される９０°アンテナ端子１８ｃと、終端抵抗が接続されるアイソレーション端子１８ｄとを備えており、チップ化された９０°ハイブリッドで構成することができる。基板１１を貫通した第１螺旋素子１０ａにおける折曲された先端は０°アンテナ端子１８ｂに電気的に接続され、基板１１を貫通した第２螺旋素子１０ｂにおける折曲された先端は９０°アンテナ端子１８ｃに電気的に接続されている。これにより、第１螺旋素子１０ａをホット素子、第１螺旋素子１０ａに対向する第３螺旋素子１０ｃをコールド素子として０°給電信号が供給され、第２螺旋素子１０ｂをホット素子、第２螺旋素子１０ｂに対向する第４螺旋素子１０ｄをコールド素子として９０°給電信号が供給されて、円偏波アンテナ１から左旋の円偏波が放射されるようになる。なお、第１螺旋素子１０ａをホット素子、第３螺旋素子１０ｃをコールド素子とする組と、第２螺旋素子１０ｂをホット素子、第４螺旋素子１０ｄをコールド素子とする組とは、ほぼ直交して配置されている。
【００１６】
第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄの各螺旋素子の素子長は、使用周波数帯の中心周波数ｆ０の自由空間波長をλとした際に、約０．３５λの電気長とされる。この場合、５０Ωの特性インピーダンスへの整合が可能となるが、その特性インピーダンスが高い場合は、素子長を短くしてもよい。また、基板１１に形成したグランド１２ｂの外径と、第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄの全体の横方向の最大長さＬ１はほぼ同じサイズとされ、約０．２５λとされる。また、グランド１２ｂの底面から第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄの一端までの高さＨ１は、約０．０４λと非常に低姿勢とされている。
第１実施例の円偏波アンテナ１においては、右巻きに螺旋状に巻かれた第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄの一端は隣り合う螺旋素子間において、約９０°ずつ位相差がついた給電信号によりそれぞれ起電されて左旋の円偏波が放射され、第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄの他端はグランド１２ｂに接続されて短絡され直流的に同電位となることから、単一指向性の左旋の円偏波が発生するようになる。
【００１７】
本発明の第１実施例である円偏波アンテナ１において、上記寸法とした際の指向特性を図５に示す。図５では、縦軸が振幅（ｄＢ）、横軸が角度（°）とされており、円偏波アンテナ１の鉛直方向が角度０°とされ、使用周波数帯域の中心周波数ｆ０の指向特性を一点鎖線で、周波数０．８８ｆ０（−１２％）の指向特性を実線で、周波数１．１２ｆ０（＋１２％）の指向特性を破線で示している。図５を参照すると、角度０°の指向性方向（基板１１から上に向かう鉛直方向）において比帯域２４％にわたり、ほぼ単一指向特性が得られていることが分かる。また、本発明の第１実施例である円偏波アンテナ１において、上記寸法とした際の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図６に示す。図６では、縦軸がＶＳＷＲ、横軸が周波数を示す比帯域とされている。図６を参照するとＶＳＷＲ３．０以下の比帯域が約１９％にわたっており、良好なＶＳＷＲ特性が得られていることが分かる。さらに、本発明の第１実施例である円偏波アンテナ１において、上記寸法とした際の軸比の周波数特性を図７に示す。図７では、縦軸が軸比（ｄＢ）、横軸が周波数を示す比帯域とされている。図７に示す軸比特性は、天頂側における最良軸比特性であり、図７を参照すると、軸比２ｄＢ以下で約１２％の比帯域が得られ、軸比３ｄＢ以下で２０％以上の比帯域が得られていることが分かる。
上記説明した第１実施例の円偏波アンテナ１においては、グランド１２ｂからの高さＨ１を約０．０３λと低姿勢化しても、単一指向性が得られる。このように低姿勢化できることから、ウエアラブル用途等の取付場所に制限がある場所にも取付を可能とすることができる。また、第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄの表面に電流が流れているため、第１螺旋素子１０ａ〜第４螺旋素子１０ｄを樹脂などで覆うことにより、樹脂の比誘電率の作用により物理長を短縮することができ、より小型化が可能となる。
【００１８】
＜第２実施例＞
本発明の第２実施例にかかる円偏波アンテナの構成を図８ないし図１３に示す。図８は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を示す斜視図であり、図９は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を透過図で示す他の斜視図であり、図１０は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を角度を変えて見たさらに他の斜視図であり、図１１は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を示す上面図であり、図１２は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を示す下面図であり、図１３は第２実施例にかかる円偏波アンテナ２の構成を示す正面図である。
これらの図に示す本発明の第２実施例にかかる円偏波アンテナ２は、第１螺旋素子２０ａ、第２螺旋素子２０ｂ、第３螺旋素子２０ｃ、第４螺旋素子２０ｄの４本の螺旋素子を備えている。第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄは、巻き中心の軸が互いに偏心されると共に略９０°間隔で配置されて略回転対象形状に第１基板２１ａ上に配置されており、左巻きの螺旋状で巻かれて構成されている。
第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄは、所望の太さの金属棒や金属パイプなどで構成されている。第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄの素子形状は、円偏波アンテナ２の給電点付近を中心とする略回転対象形状で構成され、中央部と外周で曲率はほぼ同じとされて、略円形の形状とされている。
【００１９】
第２実施例にかかる円偏波アンテナ２は、プリント基板からなる円形の第１基板２１ａと、第１基板２１ａの中央部上に第１基板２１ａと対向するようほぼ平行に配置された第１基板２１ａよりかなり小さい矩形の第２基板２１ｂとを備えている。第１基板２１ａの表面のほぼ全面にグランド２２がパターンあるいは金属板で形成され、裏面には供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器２４を構成するパターンが形成されている。また、第２基板２１ｂの表面には、第１螺旋素子２０ａの一端（給電端）が接続される第１端子２３ａと、第２螺旋素子２０ｂの一端（給電端）が接続される第２端子２３ｂと、第３螺旋素子２０ｃの一端（給電端）が接続される第３端子２３ｃと、第４螺旋素子２０ｄの一端（給電端）が接続される第４端子２３ｄとが設けられている。第１端子２３ａ〜第４端子２３ｄは、中央部から第２基板２１ｂの４隅のそれぞれに向かって斜めに設けられている。第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄの一端には、第１端子２３ａ〜第４端子２３ｄをそれぞれ介して給電されている。また、第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄの他端は、第１基板２１ａの外周縁に位置し、外周縁に形成された穴を貫通していると共に表面のグランド２２に電気的に接続されて、グランド２２に短絡されている。この場合、第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄは、巻き中心の軸が互いに偏心されて巻かれていることから、一端と他端を除くほとんどが第１基板２１ａから外方へはみ出して配置され、図１３に示すように中央部の高さが一端の高さより高くなっている。
【００２０】
第１基板２１ａの裏面に形成された分配器２４のパターンは、グランド２２と対面されてマイクロストリップラインとして機能し、２本のパターンが結合するよう配置された９０°ハイブリッドカプラを構成しており、図１２に示すように給電信号が供給される入出力端子２４ａと、０°給電信号が出力される０°アンテナ端子２４ｂと、９０°給電信号が出力される９０°アンテナ端子２４ｃと、終端抵抗で終端されたアイソレーション端子２４ｄとを備えている。また、２本のパターンの結合量を調整する２つの結合量調整端子２４ｅが設けられている。０°アンテナ端子２４ｂに中心線が接続されると共に外部導体がグランド２２に接続された第１給電線２５ａと、９０°アンテナ端子２４ｃに中心線が接続されると共に外部導体がグランド２２に接続された第２給電線２５ｂとが設けられている。第１給電線２５ａは第２基板２１ｂを貫通して第３端子２３ｃに外部導体が接続され、中心導体が第１端子２３ａに接続される。また、第２給電線２５ｂは第２基板２１ｂを貫通して第４端子２３ｄに外部導体が接続され、中心導体が第２端子２３ｂに接続される。すなわち、第１螺旋素子２０ａに０°アンテナ端子２４ｂが接続され、第２螺旋素子２０ｂに９０°アンテナ端子２４ｃが接続される。これにより、第１螺旋素子２０ａをホット素子、第１螺旋素子２０ａに対向する第３螺旋素子２０ｃをコールド素子として０°給電信号が供給され、第２螺旋素子２０ｂをホット素子、第２螺旋素子２０ｂに対向する第４螺旋素子２０ｄをコールド素子として９０°給電信号が供給されて、第２実施例の円偏波アンテナ２から右旋の円偏波が放射されるようになる。なお、第１螺旋素子２０ａをホット素子、第３螺旋素子２０ｃをコールド素子とする組と、第２螺旋素子２０ｂをホット素子、第４螺旋素子２０ｄをコールド素子とする組とは、ほぼ直交して配置されている。
【００２１】
第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄの各螺旋素子の素子長は、使用周波数帯の中心周波数ｆ０の自由空間波長をλとした際に、約０．３５λの電気長とされ、直径が約０．１７λとされている。この場合、５０Ωの特性インピーダンスへの整合が可能となるが、その特性インピーダンスが高い場合は、素子長を短くしてもよい。また、第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄの全体の横方向の最大長さＬ２は約０．３５λとされ、第１基板２１ａに形成したグランド２２の外径Ｌ３は、長さＬ２より小さい約０．１５λとされる。また、グランド２２の底面からの高さＨ２は、約０．０３λと非常に低姿勢とされている。
第２実施例の円偏波アンテナ２においては、左巻きに螺旋状に巻かれた第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄの一端は隣り合う螺旋素子間において、約９０°ずつ位相差がついた給電信号によりそれぞれ起電されて右旋の円偏波が放射され、第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄの他端はグランド２２に接続されて短絡され直流的に同電位となることから、単一指向性の右旋の円偏波が発生するようになる。
【００２２】
本発明の第２実施例である円偏波アンテナ２において、上記寸法とした際の右旋円偏波の指向特性を図１４に示す。図１４では、縦軸が振幅（ｄＢ）、横軸が角度（°）とされており、円偏波アンテナ２の鉛直方向が角度０°とされ、使用周波数帯域の中心周波数ｆ０の指向特性を一点鎖線で、周波数１．１２ｆ０（＋１２％）の指向特性を実線で、周波数０．８８ｆ０（−１２％）の指向特性を破線で示している。図１４を参照すると、角度０°の指向性方向（第１基板２１ａから上に向かう鉛直方向）において比帯域２４％にわたり、ほぼ単一指向特性が得られていることが分かる。また、本発明の第２実施例である円偏波アンテナ２において、上記寸法とした際の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図１５に示す。図１５では、縦軸がＶＳＷＲ、横軸が周波数を示す比帯域とされている。図１５を参照するとＶＳＷＲ３．０以下の比帯域が約２０％にわたっており、良好なＶＳＷＲ特性が得られていることが分かる。さらに、本発明の第２実施例である円偏波アンテナ２において、上記寸法とした際の軸比の周波数特性を図１６に示す。図１６では、縦軸が軸比（ｄＢ）、横軸が周波数を示す比帯域とされている。図１６に示す軸比特性は、天頂側における最良軸比特性であり、図１６を参照すると、軸比１ｄＢ以下で約２０％の比帯域が得られ、軸比３ｄＢ以下で２４％を超える比帯域が得られていることが分かる。
上記説明した第２実施例の円偏波アンテナ２においては、グランド２２からの高さＨ２を約０．０３λと低姿勢化しても、単一指向性が得られる。このように低姿勢化できることから、ウエアラブル用途等の取付場所に制限がある場所にも取付を可能とすることができる。また、第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄの表面に電流が流れているため、第１螺旋素子２０ａ〜第４螺旋素子２０ｄを樹脂などで覆うことにより、樹脂の比誘電率の作用により物理長を短縮することができ、より小型化が可能となる。
【００２３】
＜第３実施例＞
本発明の第３実施例にかかる円偏波アンテナ３の構成を図１７ないし図２０に示す。図１７は第３実施例にかかる円偏波アンテナ３の構成を示す斜視図であり、図１８は第３実施例にかかる円偏波アンテナ３の構成を示す上面図であり、図１９は第３実施例にかかる円偏波アンテナ３の構成を示す下面図であり、図２０は第３実施例にかかる円偏波アンテナ３の構成を示す正面図である。
これらの図に示す本発明の第３実施例にかかる円偏波アンテナ３は、グランドを小型にしても指向性における前方対後方比（Ｆ／Ｂ比）として高Ｆ／Ｂ特性が得られる低姿勢・単一指向性の円偏波アンテナとすることができる。第３実施例にかかる円偏波アンテナ３は、第１螺旋素子３０ａ、第２螺旋素子３０ｂ、第３螺旋素子３０ｃ、第４螺旋素子３０ｄの４本の螺旋素子を備えている。第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄは、巻き中心の軸が互いに偏心されると共に互いにほぼ等間隔になるよう略９０°間隔でそれぞれ第１基板３１ａ上に配置されて左巻きの螺旋状で巻かれて構成されている。第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄは、所望の太さの同軸ケーブル（セミリジッドケーブルでもよい）や金属パイプなどで構成されている。第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄの素子形状は、円偏波アンテナ３の給電点付近を中心とする略回転対象形状で構成され、中央では曲率が大きく、外周に向かうにつれ曲率が小さくなる形状となっている。第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄは、等角螺旋、アルキメデススパイラル、黄金螺旋等の形状とすることができる。
【００２４】
第３実施例にかかる円偏波アンテナ３は、プリント基板からなる円形の第１基板３１ａと、第１基板３１ａの中央部上に第１基板３１ａと対向するようほぼ平行に配置された第１基板３１ａよりかなり径の小さい円形の第２基板３１ｂとを備えている。第１基板３１ａの表面には、ほぼ全面にグランド３２がパターンあるいは金属板で形成され、裏面には供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器３４を構成するパターンが形成されている。また、第２基板３１ｂの表面には、第１螺旋素子３０ａの一端（給電端）が接続される第１端子３３ａと、第２螺旋素子３０ｂの一端（給電端）が接続される第２端子３３ｂと、第３螺旋素子３０ｃの一端（給電端）が接続される第３端子３３ｃと、第４螺旋素子３０ｄの一端（給電端）が接続される第４端子３３ｄとが設けられている。第１端子３３ａ〜第４端子３３ｄは、中央部から第２基板３１ｂの外周縁に向かって幅広の円弧状に形成されている。第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄの一端は、それぞれ第１端子３３ａ〜第４端子３３ｄに電気的に接続されて給電されている。また、第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄの他端は、ほぼ直角に第１基板３１ａに向かって折曲されており、折曲された先端が第１基板３１ａの外周縁に位置し、外周縁に形成された穴を貫通していると共に表面のグランド３２に電気的に接続されて、グランド３２に短絡されている。これにより、第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄとグランド３２との距離が大きくなり、高いＦ／Ｂ比を得ることができる。
【００２５】
第１基板３１ａの裏面に形成された分配器３４のパターンは、グランド３２と対面されてマイクロストリップラインとして機能し、Ｌ字状の２つのパターンで構成されており、給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する遅延線を備える分配器３４とされている。分配器３４は、図１９に示すように給電信号が供給される入出力端子３４ａが直線状の若干幅広の直線パターンの一端に設けられ、この直線パターンの他端側に形成された小さいＬ字状のパターンの先端に０°給電信号が出力される０°アンテナ端子３４ｂが設けられ、直線パターンと共に形成された大きいＬ字状のパターンの先端に９０°給電信号が出力される９０°アンテナ端子２４ｃが設けられている。０°アンテナ端子３４ｂに中心線が接続されると共に外部導体がグランド３２に接続された第１給電線３５ａと、９０°アンテナ端子３４ｃに中心線が接続されると共に外部導体がグランド３２に接続された第２給電線３５ｂとが設けられている。第１給電線３５ａにより第３螺旋素子３０ｃが構成されており、第３螺旋素子３０ｃを構成する第１給電線３５ａの外部導体の一端が第３端子３３ｃに接続され、中心導体が第１端子３３ａに接続される。また、第２給電線３５ｂにより第４螺旋素子３０ｄが構成されており、第４螺旋素子３０ｄを構成する第２給電線３５ｂの外部導体の一端が第４端子３３ｄに接続され、中心導体が第２端子３３ｂに接続される。すなわち、第１螺旋素子３０ａに０°アンテナ端子３４ｂが接続され、第２螺旋素子３０ｂに９０°アンテナ端子３４ｃが接続される。これにより、第１螺旋素子３０ａをホット素子、第１螺旋素子３０ａに対向する第３螺旋素子３０ｃをコールド素子として０°給電信号が供給され、第２螺旋素子３０ｂをホット素子、第２螺旋素子３０ｂに対向する第４螺旋素子３０ｄをコールド素子として９０°給電信号が供給されて、第３実施例の円偏波アンテナ３から右旋の円偏波が放射されるようになる。なお、第１螺旋素子３０ａをホット素子、第３螺旋素子３０ｃをコールド素子とする組と、第２螺旋素子３０ｂをホット素子、第４螺旋素子３０ｄをコールド素子とする組とは、ほぼ直交して配置されている。
【００２６】
第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄの各螺旋素子の素子長は、使用周波数帯の中心周波数ｆ０の自由空間波長をλとした際に、約０．３５λの電気長とされている。この場合、５０Ωの特性インピーダンスへの整合が可能となるが、その特性インピーダンスが高い場合は、素子長を短くしてもよい。また、第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄの全体の横方向の最大長さＬ５は約０．２５λとされ、第１基板３１ａに形成したグランド３２の外径Ｌ４は、約０．２８λとされる。また、グランド３２の底面からの高さＨ３は、約０．０７５λと低姿勢とされているが、高いＦ／Ｂ比を得ることができる。
第３実施例の円偏波アンテナ３においては、左巻きに螺旋状に巻かれた第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄの一端は隣り合う螺旋素子間において、約９０°ずつ位相差がついた給電信号によりそれぞれ起電されて右旋の円偏波が放射され、第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄの他端はグランド３２に接続されて短絡され直流的に同電位となることから、単一指向性の右旋の円偏波が発生するようになる。
【００２７】
本発明の第３実施例である円偏波アンテナ３において、上記寸法とした際の右旋円偏波の指向特性を図２１に示す。図２１では、縦軸が振幅（ｄＢ）、横軸が角度（°）とされており、円偏波アンテナ３の鉛直方向が角度０°とされ、使用周波数帯域の中心周波数ｆ０の指向特性を一点鎖線で、周波数０．８５ｆ０（−１５％）の指向特性を実線で、周波数１．１５ｆ０（＋１５％）の指向特性を破線で示している。図２１を参照すると、角度０°の指向性方向（第１基板３１ａから上に向かう鉛直方向）において比帯域３０％にわたり、良好な単一指向特性が得られていることが分かる。また、本発明の第３実施例である円偏波アンテナ３において、右旋円偏波の主偏波だけでなく、右旋円偏波と左旋円偏波とを合算した総合指向性を図２２に示す。一般的な円偏波アンテナにおいては、天頂方向に右旋円偏波が放射される際には、反対方向に左旋円偏波が放射され、本発明の第３実施例である円偏波アンテナ３において、上記寸法とした際の総合指向性が図２２に示されている。図２２を参照すると天頂方向と反対方向（プラスマイナス１８０°）近傍において比帯域３０％に渡り−２０ｄＢ以下の振幅となっており、非常に良好な総合指向性が得られていることが分かる。このように、グランド３２のサイズを小さくして小型にしても、高いＦ／Ｂ比を得ることができると共に、高い反射波除去性能を得ることができる。なお、円偏波は反射した際に逆旋となることから、非常に良好な総合指向性が得られていることで高い反射波除去性能を得ることができるのである。さらに、本発明の第３実施例である円偏波アンテナ３において、上記寸法とした際の軸比の角度特性を図２３に示す。図２３では、縦軸が軸比（ｄＢ）、横軸が角度（°）とされており、円偏波アンテナ３の鉛直方向が角度０°とされ、使用周波数帯域の中心周波数ｆ０の軸比特性を一点鎖線で、周波数０．８５ｆ０（−１５％）の軸比特性を実線で、周波数１．１５ｆ０（＋１５％）の軸比特性を破線で示している。図２３に示す軸比特性を参照すると、約１５０°の広角にわたって良好な軸比特性が得られる。また、比帯域３０％にわたり、±７５°以上で軸比３ｄＢ以下の良好な特性が得られる。
【００２８】
上記説明した第３実施例の円偏波アンテナ３においては、第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄのほぼ直角に折曲されてグランド３２に短絡されている他端を、グランド３２の外周縁から約０．０２５λ以上内側に位置させることで、より高いＦ／Ｂ比を得ることができる。また、第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄの表面に電流が流れているため、第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄを樹脂などで覆うことにより、樹脂の比誘電率の作用により長さを短縮することができ、第３実施例の円偏波アンテナ３の最大外径サイズが０．２８λより小型化されても上記した電気的特性と同様の電気的特性を維持することが可能となる。
【００２９】
＜第４実施例＞
本発明の第４実施例にかかる円偏波アンテナ４の構成を図２４ないし図２７示す。図２４は第４実施例にかかる円偏波アンテナ４の構成を示す斜視図であり、図２５は第４実施例にかかる円偏波アンテナ４の構成を示す上面図であり、図２６は第４実施例にかかる円偏波アンテナ４の構成を示す下面図であり、図２７は第４実施例にかかる円偏波アンテナ４の構成を示す正面図である。
これらの図に示す本発明の第４実施例にかかる円偏波アンテナ４は、第２実施例の円偏波アンテナ２を広帯域化するよう変形した低姿勢で単一指向性の円偏波アンテナとされている。第４実施例にかかる円偏波アンテナ４は、第１螺旋素子４０ａ、第２螺旋素子４０ｂ、第３螺旋素子４０ｃ、第４螺旋素子４０ｄの４本の螺旋素子を備えている。第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄは、巻き中心の軸が互いに偏心されると共に略９０°間隔で配置されて略回転対象形状に第１基板４１ａ上に配置されており、左巻きの螺旋状で巻かれて構成されている。
第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄの素子形状は、円偏波アンテナ４の給電点付近を中心とする略回転対象形状で構成され、金属板を加工して一端から中央に向かって次第に幅が広がり中央部において最も幅が広く,中央部から他端に向かって次第に幅が狭くなるよう三日月状に形成され、三日月状の内径側の長さと外径側の長さとの差を大きくすることで広帯域化を実現している。また、第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄは、中央部と外周で曲率はほぼ同じとされて、略円形の形状とされている。
【００３０】
第４実施例にかかる円偏波アンテナ４は、プリント基板からなる円形の第１基板４１ａと、第１基板４１ａの中央部上に第１基板４１ａと対向するようほぼ平行に配置された第１基板４１ａよりかなり小さい矩形の第２基板４１ｂとを備えている。第１基板４１ａの表面のほぼ全面にグランド４２がパターンあるいは金属板で形成され、裏面には供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器４４を構成するパターンが形成されている。また、第２基板４１ｂの表面には、第１螺旋素子４０ａの一端（給電端）が接続される第１端子４３ａと、第２螺旋素子４０ｂの一端（給電端）が接続される第２端子４３ｂと、第３螺旋素子４０ｃの一端（給電端）が接続される第３端子４３ｃと、第４螺旋素子４０ｄの一端（給電端）が接続される第４端子４３ｄとが設けられている。第１端子４３ａ〜第４端子４３ｄは、中央部から第２基板４１ｂの４隅のそれぞれに向かって斜めに設けられている。第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄの一端には、第１端子４３ａ〜第４端子４３ｄをそれぞれ介して給電されている。また、第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄの他端は、ほぼ直角に第１基板４１ａに向かって折曲されており、折曲された先端が第１基板４１ａの外周縁に位置し、外周縁に形成された穴を貫通していると共に表面のグランド４２に電気的に接続されて、グランド４２に短絡されている。これにより、第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄとグランド４２との距離が大きくなり、高いＦ／Ｂ比を得ることができる。さらに、第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄは、巻き中心の軸が互いに偏心されて巻かれていることから、一端と他端を除くほとんどが第１基板４１ａから外方へはみ出して配置されると共に、図２７に示すように中央部の高さが一端の高さより高くなっている。
【００３１】
第１基板４１ａの裏面に形成された分配器４４のパターンは、グランド４２と対面されてマイクロストリップラインとして機能し、２本のパターンが結合するよう配置された９０°ハイブリッドカプラを構成しており、図２６に示すように給電信号が供給される入出力端子４４ａと、０°給電信号が出力される０°アンテナ端子４４ｂと、９０°給電信号が出力される９０°アンテナ端子４４ｃと、終端抵抗で終端されたアイソレーション端子４４ｄとを備えている。また、２本のパターンの結合量を調整する２つの結合量調整端子４４ｅが設けられている。０°アンテナ端子４４ｂに中心線が接続されると共に外部導体がグランド４２に接続された第１給電線４５ａと、９０°アンテナ端子４４ｃに中心線が接続されると共に外部導体がグランド４２に接続された第２給電線４５ｂとが設けられている。第１給電線４５ａは第２基板４１ｂを貫通して第３端子４３ｃに外部導体が接続され、中心導体が第１端子４３ａに接続される。また、第２給電線４５ｂは第２基板４１ｂを貫通して第４端子４３ｄに外部導体が接続され、中心導体が第２端子４３ｂに接続される。すなわち、第１螺旋素子４０ａに０°アンテナ端子４４ｂが接続され、第２螺旋素子４０ｂに９０°アンテナ端子４４ｃが接続される。これにより、第１螺旋素子４０ａをホット素子、第１螺旋素子４０ａに対向する第３螺旋素子４０ｃをコールド素子として０°給電信号が供給され、第２螺旋素子４０ｂをホット素子、第２螺旋素子４０ｂに対向する第４螺旋素子４０ｄをコールド素子として９０°給電信号が供給されて、第４実施例の円偏波アンテナ４から右旋の円偏波が放射されるようになる。なお、第１螺旋素子４０ａをホット素子、第３螺旋素子４０ｃをコールド素子とする組と、第２螺旋素子４０ｂをホット素子、第４螺旋素子４０ｄをコールド素子とする組とは、ほぼ直交して配置されている。
【００３２】
第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄの各螺旋素子の素子長は、使用周波数帯の中心周波数ｆ０の自由空間波長をλとした際に、約０．３５λの電気長とされている。この場合、５０Ωの特性インピーダンスへの整合が可能となるが、その特性インピーダンスが高い場合は、素子長を短くしてもよい。また、第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄの対向する螺旋素子の外径と外径との間の長さＬ６は約０．３１λ、第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄの対向する螺旋素子の内径と内径との間の長さＬ７は約０．２４λとされる。また、グランド４２の底面からの高さＨ４は、約０．０４５λと低姿勢とされている。
第４実施例の円偏波アンテナ４においては、左巻きに螺旋状に巻かれた第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄの一端は隣り合う螺旋素子間において、約９０°ずつ位相差がついた給電信号によりそれぞれ起電されて右旋の円偏波が放射され、第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄの他端はグランド４２に接続されて短絡され直流的に同電位となることから、単一指向性の右旋の円偏波が発生するようになる。
【００３３】
本発明の第４実施例である円偏波アンテナ４において、上記寸法とした際の右旋円偏波の指向特性を図２８に示す。図２８では、縦軸が振幅（ｄＢ）、横軸が角度（°）とされており、円偏波アンテナ４の鉛直方向が角度０°とされ、使用周波数帯域の中心周波数ｆ０の指向特性を一点鎖線で、周波数０．８５ｆ０（−１５％）の指向特性を実線で、周波数１．１５ｆ０（＋１５％）の指向特性を破線で示している。図２８を参照すると、角度０°の指向性方向（第１基板４１ａから上に向かう鉛直方向）において比帯域３０％にわたり、ほぼ単一指向特性が得られていることが分かる。また、本発明の第４実施例である円偏波アンテナ４において、上記寸法とした際のＶＳＷＲの周波数特性を図２９に示す。図２９では、縦軸がＶＳＷＲ、横軸が周波数を示す比帯域とされている。図２９を参照するとＶＳＷＲ２．０以下の比帯域が約３０％にわたっており、良好なＶＳＷＲ特性が得られていることが分かる。
上記説明した本発明の第４実施例である円偏波アンテナ４においては、第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄのほぼ直角に折曲されてグランド４２に短絡されている他端を、グランド４２の外周縁から約０．０２５λ以上内側に位置させることで、より高いＦ／Ｂ比を得ることができる。また、第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄの表面に電流が流れているため、第１螺旋素子４０ａ〜第４螺旋素子４０ｄを樹脂などで覆うことにより、樹脂の比誘電率の作用により長さを短縮することができ、第４実施例の円偏波アンテナ４がより小型化されても上記した電気的特性と同様の電気的特性を維持することが可能となる。
【００３４】
＜第５実施例＞
本発明の第５実施例にかかる円偏波アンテナ５の構成を図３０ないし図３３に示す。図３０は第５実施例にかかる円偏波アンテナ５の構成を示す斜視図であり、図３１は第５実施例にかかる円偏波アンテナ５の構成を示す上面図であり、図３２は第５実施例にかかる円偏波アンテナ５の構成を示す下面図であり、図３３は第５実施例にかかる円偏波アンテナ５の構成を示す正面図である。
これらの図に示す本発明の第５実施例にかかる円偏波アンテナ５は、第４実施例の円偏波アンテナ４をマルチバンド化するよう変形した低姿勢で単一指向性の円偏波アンテナとされている。第５実施例にかかる円偏波アンテナ５は、第１螺旋素子Ｈ５０ａ、第２螺旋素子Ｈ５０ｂ、第３螺旋素子Ｈ５０ｃ、第４螺旋素子Ｈ５０ｄの４素子からなる高域側の螺旋素子と、第１螺旋素子Ｌ５０ｅ、第２螺旋素子Ｌ５０ｆ、第３螺旋素子Ｌ５０ｇ、第４螺旋素子Ｌ５０ｈの４素子からなる低域側の螺旋素子とを備えている。第１螺旋素子Ｈ５０ａの外側に近接して第１螺旋素子Ｌ５０ｅが設けられており、同様に第２螺旋素子Ｈ５０ｂ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄのそれぞれの外側にそれぞれ近接して第２螺旋素子Ｌ５０ｆ〜第２螺旋素子Ｌ５０ｈが設けられている。低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈ、および、高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄは、巻き中心の軸が互いに偏心されると共に略９０°間隔で配置されて略回転対象形状に第１基板５１ａ上に配置されており、左巻きの螺旋状で巻かれて構成されている。低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈの素子長は、高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄの素子長より長くされて両者は相似形状としてもよいが、相似形状としなくてもよい。ただし、隣り合う異なる位相の螺旋素子と干渉すると円偏波アンテナ５に不具合が発生するおそれがあることから、同極・同位相の低域側の螺旋素子と高域側の螺旋素子の配置距離に対して、異極・異位相の低域側の螺旋素子と高域側の螺旋素子との距離は離すことが望ましい。
このように、第５実施例の円偏波アンテナ５は、低域側の螺旋素子と高域側の螺旋素子とを備えることでマルチバンド化を実現している。また、低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈ、および、高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄは、中央部と外周で曲率はほぼ同じとされて、略円形の形状とされている。
【００３５】
第５実施例の円偏波アンテナ５は、プリント基板からなる円形の第１基板５１ａと、第１基板５１ａの中央部上に第１基板５１ａと対向するようほぼ平行に配置された第１基板５１ａよりかなり小さい矩形の第２基板５１ｂとを備えている。第１基板５１ａの表面のほぼ全面にグランド５２がパターンあるいは金属板で形成され、裏面には供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器５４を構成するパターンが形成されている。また、第２基板５１ｂの表面には、第１螺旋素子Ｈ５０ａおよび第１螺旋素子Ｌ５０ｅの一端（給電端）が接続される第１端子５３ａと、第２螺旋素子Ｈ５０ｂおよび第２螺旋素子Ｌ５０ｆの一端（給電端）が接続される第２端子５３ｂと、第３螺旋素子Ｈ５０ｃおよび第３螺旋素子Ｌ５０ｇの一端（給電端）が接続される第３端子５３ｃと、第４螺旋素子Ｈ５０ｄおよび第４螺旋素子Ｌ５０ｈの一端（給電端）が接続される第４端子５３ｄとが設けられている。第１端子５３ａ〜第４端子５３ｄは、中央部から第２基板５１ｂの４隅のそれぞれに向かって斜めに設けられている。低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈと高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄとの一端には、第１端子５３ａ〜第４端子５３ｄをそれぞれ介して給電されている。また、低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈと高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄとの他端は、ほぼ直角に第１基板５１ａに向かって折曲されており、折曲された先端が第１基板５１ａの外周縁に位置し、外周縁に形成された穴を貫通していると共に表面のグランド５２に電気的に接続されて、グランド５２に短絡されている。これにより、低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈ、および、高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄとグランド５２との距離が大きくなり、高いＦ／Ｂ比を得ることができる。さらに、低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈと高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄとは、巻き中心の軸が互いに偏心されて巻かれていることから、一端と他端を除くほとんどが第１基板５１ａから外方へはみ出して配置されると共に、図３３に示すように中央部の高さが一端の高さより高くなっている。
【００３６】
第１基板５１ａの裏面に形成された分配器５４のパターンは、グランド５２と対面されてマイクロストリップラインとして機能し、２本のパターンが結合するよう配置された９０°ハイブリッドカプラを構成しており、図３２に示すように給電信号が供給される入出力端子５４ａと、０°給電信号が出力される０°アンテナ端子５４ｂと、９０°給電信号が出力される９０°アンテナ端子５４ｃと、終端抵抗で終端されたアイソレーション端子５４ｄとを備えている。また、２本のパターンの結合量を調整する２つの結合量調整端子５４ｅが設けられている。０°アンテナ端子５４ｂに中心線が接続されると共に外部導体がグランド５２に接続された第１給電線５５ａと、９０°アンテナ端子５４ｃに中心線が接続されると共に外部導体がグランド５２に接続された第２給電線５５ｂとが設けられている。第１給電線５５ａは第２基板５１ｂを貫通して第３端子５３ｃに外部導体が接続され、中心導体が第１端子５３ａに接続される。また、第２給電線５５ｂは第２基板５１ｂを貫通して第４端子５３ｄに外部導体が接続され、中心導体が第２端子５３ｂに接続される。すなわち、第１螺旋素子Ｈ５０ａおよび第１螺旋素子Ｌ５０ｅに０°アンテナ端子５４ｂが接続され、第２螺旋素子Ｈ５０ｂおよび第２螺旋素子Ｌ５０ｆに９０°アンテナ端子５４ｃが接続される。これにより、第１螺旋素子Ｈ５０ａおよび第１螺旋素子Ｌ５０ｅをホット素子、対向する第３螺旋素子Ｈ５０ｃおよび第３螺旋素子Ｌ５０ｇをコールド素子として０°給電信号が供給され、第２螺旋素子Ｈ５０ｂおよび第２螺旋素子Ｌ５０ｆをホット素子、対向する第４螺旋素子Ｈ５０ｄおよび第４螺旋素子Ｌ５０ｈをコールド素子として９０°給電信号が供給されて、第５実施例の円偏波アンテナ５から右旋の円偏波が放射されるようになる。なお、第１螺旋素子Ｈ５０ａおよび第１螺旋素子Ｌ５０ｅをホット素子、第３螺旋素子Ｈ５０ｃおよび第３螺旋素子Ｌ５０ｇをコールド素子とする組と、第２螺旋素子Ｈ５０ｂおよび第２螺旋素子Ｌ５０ｆをホット素子、第４螺旋素子Ｈ５０ｄおよび第４螺旋素子Ｌ５０ｈをコールド素子とする組とは、ほぼ直交して配置されている。
【００３７】
低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈの各螺旋素子の素子長は、低域側の周波数Ｌ−ｆ０の自由空間波長をλＬ０とした時に約０．３５λＬ０の電気長とされ、低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈの各螺旋素子の円形サイズの径は約０．１７λＬ０とされる。また、高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄの各螺旋素子の素子長は、高域側の周波数Ｈ−ｆ０の自由空間波長をλＨ０とした際に、約０．３５λＨ０の電気長とされ、高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄの各螺旋素子の円形サイズの径は約０．１７λＨ０とされる。これらの素子長とすると、５０Ωの特性インピーダンスへの整合が可能となるが、その特性インピーダンスが高い場合は、素子長を短くしてもよい。さらに、第５実施例の円偏波アンテナ５における横方向の最大寸法は、低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈの対向する螺旋素子の外径と外径との間の長さＬ８となり、長さＬ８は約０．３λＬ０とされ、第１基板５１ａに形成されたグランド５２の直径Ｌ９は約０．２５λＬ０とされ、長さＬ８より小型化される。また、グランド５２の底面からの高さＨ５は、約０．１λＬ０と低姿勢とされている。
第５実施例の円偏波アンテナ５においては、左巻きに螺旋状に巻かれた素子長の長い低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈ、および、素子長の短い高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄの一端は隣り合う螺旋素子間において、約９０°ずつ位相差がついた給電信号によりそれぞれ起電されて右旋の円偏波が放射され、低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈ、および、高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄの他端はグランド５２に接続されて短絡され直流的に同電位となることから、単一指向性の右旋の円偏波が発生するようになる。
【００３８】
本発明の第５実施例の円偏波アンテナ５において、上記寸法とした際の右旋円偏波の低域側の指向特性を図３４に示す。図３４では、低域側の周波数Ｌ−ｆ０が１１５０ＭＨｚとされ、縦軸が振幅（ｄＢ）、横軸が角度（°）とされており、円偏波アンテナ５の鉛直方向が角度０°とされ、周波数Ｌ−ｆ０の指向特性を一点鎖線で、周波数０．８８Ｌ−ｆ０（−１２％）の指向特性を実線で、周波数１．１３Ｌ−ｆ０（＋１２％）の指向特性を破線で示している。図３４を参照すると、角度０°の指向性方向（第１基板５１ａから上に向かう鉛直方向）において比帯域２４％にわたり、ほぼ単一指向特性が得られていることが分かる。また、上記寸法とした際の右旋円偏波の高域側の指向特性を図３５に示す。図３５では、高域側の周波数Ｈ−ｆ０が１７５０ＭＨｚとされ、縦軸が振幅（ｄＢ）、横軸が角度（°）とされており、円偏波アンテナ５の鉛直方向が角度０°とされ、周波数Ｈ−ｆ０の指向特性を一点鎖線で、周波数０．６７Ｈ−ｆ０（−３３％）の指向特性を実線で、周波数１．３３Ｈ−ｆ０（＋３３％）の指向特性を破線で示している。図３５を参照すると、角度０°の指向性方向（第１基板５１ａから上に向かう鉛直方向）において比帯域６６％にわたり、ほぼ単一指向特性が得られていることが分かる。
【００３９】
本発明の第５実施例の円偏波アンテナ５において、上記寸法とした際の軸比の低域側の周波数特性を図３６に示す。図３６では、低域側の周波数Ｌ−ｆ０が１１５０ＭＨｚとされ、縦軸が軸比（ｄＢ）、横軸が周波数を示す比帯域とされている。図３６に示す軸比特性は、１１５０ＭＨｚの天頂側における最良軸比特性であり、図３６を参照すると軸比２．０ｄＢ以下の比帯域が約２０％にわたっており、良好な軸比特性が得られていることが分かる。また、上記寸法とした際の軸比の高域側の周波数特性を図３７に示す。図３７では、高域側の周波数Ｈ−ｆ０が１７５０ＭＨｚとされ、縦軸が軸比（ｄＢ）、横軸が周波数を示す比帯域とされている。図３７に示す軸比特性は、１７５０ＭＨｚの天頂側における最良軸比特性であり、図３７を参照すると軸比１．０ｄＢ以下の比帯域が約６０％にわたっており、良好な軸比特性が得られていることが分かる。
【００４０】
本発明の第５実施例の円偏波アンテナ５において、上記寸法とした際の軸比の低域側および高域側の角度特性を図３６に示す。図３６では、低域側の周波数Ｌ−ｆ０が１１５０ＭＨｚ、高域側の周波数Ｈ−ｆ０が１７５０ＭＨｚとされ、縦軸が軸比（ｄＢ）、横軸が角度（°）とされている。図３６に示す軸比特性では、周波数Ｈ−ｆ０（１７５０ＭＨｚ）の軸比特性を実線で、周波数Ｌ−ｆ０（１１５０ＭＨｚ）の軸比特性を一点鎖線で示している。図３６を参照すると、軸比３．０ｄＢ以下で低域側では約１３０°の角度範囲が、高域側で約１４０°の角度範囲が得られており、非常に良好な軸比特性が得られていることが分かる。
また、本発明の第５実施例の円偏波アンテナ５において、上記寸法とした際のＶＳＷＲの周波数特性を図３９に示す。図３９は、縦軸がＶＳＷＲ、横軸が０．５ＧＨｚ〜１０．０ＧＨｚの周波数（ＧＨｚ）とされている。図３９に示すＶＳＷＲの周波数特性では、ＶＳＷＲを実線で示しており、参考として携帯電話で使用する周波数帯と衛星測位で使用する周波数帯を実線で示している。図３９を参照すると衛星測位の周波数帯では２．０以下のＶＳＷＲが得られており、携帯電話の周波数帯ではほぼ３．０以下のＶＳＷＲが得られており、衛星測位の周波数帯を満足すると同時に、携帯電話の周波数帯でも同時に整合可能で、ＲＴＫ（Realtime Kinematic）として使用する際、測位衛星と地上回線とを第５実施例の円偏波アンテナ５により同時に運用可能となる。なお、携帯電話の周波数帯は、７００ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯の携帯電話帯、および、９２０ＭＨｚ帯の特定小電力無線帯と１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚの携帯電話帯となる。また、衛星測位の周波数帯は、Ｌ１帯ないしＬ６帯において約１１７０ＭＨｚ〜１５８０ＭＨｚとなる。このように、本発明の第５実施例の円偏波アンテナ５は、衛星測位の周波数帯および携帯電話の周波数帯においてマルチバンド化できることが分かる。
なお、第５実施例の円偏波アンテナ５においては、低域側の第１螺旋素子Ｌ５０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ５０ｈと高域側の第１螺旋素子Ｈ５０ａ〜第４螺旋素子Ｈ５０ｄとの他端を折曲してグランド５２に接続することに替えて、折曲することなくその先端を外周縁に形成された穴に貫通させて表面のグランド５２に電気的に接続するようにしてもよい。
【００４１】
＜第６実施例＞
本発明の第６実施例にかかる円偏波アンテナ６の構成を図４０ないし図４３に示す。図４０は第６実施例にかかる円偏波アンテナ６の構成を示す斜視図であり、図４１は第６実施例にかかる円偏波アンテナ６の構成を示す上面図であり、図４２は第６実施例にかかる円偏波アンテナ６の構成を示す下面図であり、図４３は第６実施例にかかる円偏波アンテナ６の構成を示す正面図である。
これらの図に示す本発明の第６実施例にかかる円偏波アンテナ６は、第３実施例の円偏波アンテナ３をマルチバンド化するよう変形した低姿勢で単一指向性の円偏波アンテナとされている。第６実施例にかかる円偏波アンテナ６は、第１螺旋素子Ｈ６０ａ、第２螺旋素子Ｈ６０ｂ、第３螺旋素子Ｈ６０ｃ、第４螺旋素子Ｈ６０ｄの４素子からなる高域側の螺旋素子と、第１螺旋素子Ｌ６０ｅ、第２螺旋素子Ｌ６０ｆ、第３螺旋素子Ｌ６０ｇ、第４螺旋素子Ｌ６０ｈの４素子からなる低域側の螺旋素子とを備えている。第１螺旋素子Ｈ６０ａの外側に近接して第１螺旋素子Ｌ６０ｅが設けられており、同様に第２螺旋素子Ｈ６０ｂ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄのそれぞれの外側にそれぞれ近接して第２螺旋素子Ｌ６０ｆ〜第２螺旋素子Ｌ６０ｈが設けられている。低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈ、および、高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄは、巻き中心の軸が互いに偏心されると共に互いにほぼ等間隔になるよう略９０°間隔でそれぞれ第１基板６１ａ上に配置されて左巻きの螺旋状で巻かれて構成されている。低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈの素子長は、高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄの素子長より長くされて両者は相似形状としてもよいが、相似形状としなくてもよい。ただし、隣り合う異なる位相の螺旋素子と干渉すると円偏波アンテナ６に不具合が発生するおそれがあることから、同極・同位相の低域側の螺旋素子と高域側の螺旋素子の配置距離に対して、異極・異位相の低域側の螺旋素子と高域側の螺旋素子との距離は離すことが望ましい。
【００４２】
このように、第６実施例の円偏波アンテナ６は、低域側の螺旋素子と高域側の螺旋素子とを備えることでマルチバンド化を実現している。低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈと高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄとは、所望の太さの同軸ケーブル（セミリジッドケーブルでもよい）や金属パイプなどで構成されている。低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈ、および、高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄの素子形状は、円偏波アンテナ６の給電点付近を中心とする略回転対象形状で構成され、中央では曲率が大きく、外周に向かうにつれ曲率が小さくなる形状となっている。低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈ、および、高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄは、等角螺旋、アルキメデススパイラル、黄金螺旋等の形状とすることができる。
【００４３】
第６実施例の円偏波アンテナ６は、プリント基板からなる円形の第１基板６１ａと、第１基板６１ａの中央部上に第１基板６１ａと対向するようほぼ平行に配置された第１基板６１ａよりかなり小さい円形の第２基板６１ｂとを備えている。第１基板６１ａの表面には給電の配線パターンが形成され、裏面にはほぼ全面にグランド６２が形成されていると共に、供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器６４が設けられている。また、第２基板６１ｂの表面には、第１螺旋素子Ｈ６０ａおよび第１螺旋素子Ｌ６０ｅの一端（給電端）が接続される第１端子６３ａと、第２螺旋素子Ｈ６０ｂおよび第２螺旋素子Ｌ６０ｆの一端（給電端）が接続される第２端子６３ｂと、第３螺旋素子Ｈ６０ｃおよび第３螺旋素子Ｌ６０ｇの一端（給電端）が接続される第３端子６３ｃと、第４螺旋素子Ｈ６０ｄおよび第４螺旋素子Ｌ６０ｈの一端（給電端）が接続される第４端子６３ｄとが設けられている。第１端子６３ａ〜第４端子６３ｄは、中央部から第２基板６１ｂの外周縁に向かって次第に幅広となる円弧状に形成されている。低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈと高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄとの一端には、第１端子６３ａ〜第４端子６３ｄをそれぞれ介して給電されている。また、低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈと高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄとの他端は、ほぼ直角に第１基板６１ａに向かって折曲されており、折曲された先端が第１基板６１ａの外周縁に位置し、外周縁に形成された穴を貫通していると共に裏面のグランド６２に電気的に接続されて、グランド６２に短絡されている。これにより、低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈ、および、高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄとグランド６２との距離が大きくなり、高いＦ／Ｂ比を得ることができる。
【００４４】
第１基板６１ａの裏面に設けられた分配器６４は、同軸線で構成された９０°ハイブリッドとされている。分配器６４は、給電ケーブル６６から給電信号が供給される入出力端子と、０°給電信号が出力される０°アンテナ端子６４ｂと、９０°給電信号が出力される９０°アンテナ端子６４ｃと、アイソレーション抵抗６４ｄで終端されたアイソレーション端子とを備えている。０°アンテナ端子６４ｂおよび９０°アンテナ端子６４ｃは、第１基板６１ａの表面に形成されたパターンによりそれぞれ延伸されて、延伸された０°アンテナ端子６４ｂに中心線が接続されると共に外部導体がグランド６２に接続された第１給電線６５ａと、延伸された９０°アンテナ端子６４ｃに中心線が接続されると共に外部導体がグランド６２に接続された第２給電線６５ｂとが設けられている。
第１給電線６５ａにより第３螺旋素子Ｈ６０ｃが構成されており、第３螺旋素子Ｈ６０ｃを構成する第１給電線６５ａの外部導体の一端が第３端子６３ｃに接続され、中心導体が第１端子６３ａに接続される。また、第２給電線６５ｂにより第４螺旋素子Ｈ６０ｄが構成されており、第４螺旋素子Ｈ６０ｄを構成する第２給電線６５ｂの外部導体の一端が第４端子６３ｄ接続され、中心導体が第２端子６３ｂに接続される。すなわち、第１螺旋素子Ｈ６０ａおよび第１螺旋素子Ｌ６０ｅに０°アンテナ端子６４ｂが接続され、第２螺旋素子Ｈ６０ｂおよび第２螺旋素子Ｌ６０ｆに９０°アンテナ端子６４ｃが接続される。
【００４５】
これにより、第１螺旋素子Ｈ６０ａおよび第１螺旋素子Ｌ６０ｅをホット素子、対向する第３螺旋素子Ｈ６０ｃおよび第３螺旋素子Ｌ６０ｇをコールド素子として０°給電信号が供給され、第２螺旋素子Ｈ６０ｂおよび第２螺旋素子Ｌ６０ｆをホット素子、対向する第４螺旋素子Ｈ６０ｄおよび第４螺旋素子Ｌ６０ｈをコールド素子として９０°給電信号が供給されて、第６実施例の円偏波アンテナ６から右旋の円偏波が放射されるようになる。なお、第１螺旋素子Ｈ６０ａおよび第１螺旋素子Ｌ６０ｅをホット素子、第３螺旋素子Ｈ６０ｃおよび第３螺旋素子Ｌ６０ｇをコールド素子とする組と、第２螺旋素子Ｈ６０ｂおよび第２螺旋素子Ｌ６０ｆをホット素子、第４螺旋素子Ｈ６０ｄおよび第４螺旋素子Ｌ６０ｈをコールド素子とする組とは、ほぼ直交して配置されている。
【００４６】
低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈの各螺旋素子の素子長は、低域側の周波数Ｌ−ｆ０の自由空間波長をλＬ０とした時に約０．３５λＬ０の電気長とされている。また、高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄの各螺旋素子の素子長は、高域側の周波数Ｈ−ｆ０の自由空間波長をλＨ０とした際に、約０．３５λＨ０の電気長とされている。これらの素子長とすると、５０Ωの特性インピーダンスへの整合が可能となるが、その特性インピーダンスが高い場合は、素子長を短くしてもよい。さらに、第６実施例の円偏波アンテナ６における横方向の最大寸法である第１基板６１ａの直径となる長さＬ１０は約０．３λＬ０とされ、グランド６２の底面からの高さＨ６は、約０．０３５λＬ０と非常に低姿勢とされている。
第６実施例の円偏波アンテナ６においては、左巻きに螺旋状に巻かれた素子長の長い低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈ、および、素子長の短い高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄの一端は隣り合う螺旋素子間において、約９０°ずつ位相差がついた給電信号によりそれぞれ起電されて右旋の円偏波が放射され、低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈ、および、高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄの他端はグランド６２に接続されて短絡され直流的に同電位となることから、単一指向性の右旋の円偏波が発生するようになる。
本発明の第６実施例の円偏波アンテナ６の電気的特性は、第５実施例の円偏波アンテナ５における図３４ないし図３９に示す電気的特性とほぼ同様となる。
なお、第６実施例の円偏波アンテナ６においては、低域側の第１螺旋素子Ｌ６０ｅ〜第４螺旋素子Ｌ６０ｈと高域側の第１螺旋素子Ｈ６０ａ〜第４螺旋素子Ｈ６０ｄとの他端を折曲してグランド６２に接続することに替えて、折曲することなくその先端を外周縁に形成された穴に貫通させて表面のグランド６２に電気的に接続するようにしてもよい。
また、第６実施例の円偏波アンテナ６において、並列に給電される低域側の螺旋素子と高域側の螺旋素子との間を導体で補完して一端から他端に向かって次第に幅が広がる形状の１つの螺旋素子としてもよい。この場合、低域側の螺旋素子と高域側の螺旋素子とを兼用する１つの螺旋素子は、第４実施例の円偏波アンテナ４に示すように幅広に形成されるが、他端側において最も広い幅となる。
【００４７】
＜実施例の円偏波アンテナの適用例＞
図４４は第１実施例の円偏波アンテナ１を備える本発明にかかるアンテナ装置１００の構成を示す斜視図であり、図４５は本発明にかかるアンテナ装置１００を適用したヘルメットの構成を示す斜視図であり、図４６（ａ）は本発明にかかるアンテナ装置１００を適用した履き物の構成を示す斜視図、図４６（ｂ）はその上面図、図４６（ｃ）はその側面図である。
本発明にかかるアンテナ装置１００は、樹脂製のアンテナケース１０１を備えており、アンテナケース１０１内に第１実施例の円偏波アンテナ１が水密に収納されている。アンテナケース１０１は、お椀を伏せた形状の上部ケースと、上部ケースの開口された下面を閉塞する円形の蓋部とから構成されている。アンテナ装置１００においては、使用帯域にもよるが直径φを約７０ｍｍ以下とすることができる。これにより、図４５に示すようにヘルメット２００の頂部に装着して、アンテナ装置１００を携帯電話のアンテナや衛星測位のアンテナとして使用可能とすることができる。この場合、第１実施例の円偏波アンテナ１では反射板を必要としないことから、樹脂製のヘルメット２００にマジックテープ（登録商標）や接着材などで固着すればよく、第１実施例の円偏波アンテナ１は本来の性能を十分発揮するようになる。
【００４８】
また、アンテナ装置１００は、底面部が平面状とされていると共に小型化されていることから、図４６（ａ）〜図４６（ｃ）に示すように靴などの履き物２１０の足の甲の上の部位にアンテナ装置１００を装着して、アンテナ装置１００を携帯電話のアンテナや衛星測位のアンテナとして使用可能とすることができる。さらに、履き物２１０に限らず人体への装着（ウエアラブル）や、ドローンなど底面の取付幅が限られる場所にも取り付けることができる。
なお、アンテナ装置１００はアンテナケース１０１内に第１実施例の円偏波アンテナ１が水密に収納されているとしたが、第２実施例の円偏波アンテナ２ないし第６実施例の円偏波アンテナ６のいずれかをアンテナケース１０１内に収納するようにしてもよい。
【００４９】
図４７（ａ）は第２実施例の円偏波アンテナ２を備える本発明にかかるアンテナ装置１１０の構成を示す斜視図であり、図４７（ｂ）はアンテナ装置１１０をマスト２２０に取り付けた構成を示す正面図である。
本発明にかかるアンテナ装置１１０は、樹脂製のアンテナケース１０２を備えており、アンテナケース１０２内に第２実施例の円偏波アンテナ２が水密に収納されている。アンテナケース１０２は、内部が収納空間とされた円盤状の上部ケースと、上部ケースの下面の中央から下方へ向かって延伸された上部ケースの径よりかなり小さい径の円筒状の嵌合部１０２ａとから構成されている。アンテナ装置１１０は、マスト２２０の先端部に嵌合部１０２ａを嵌合することにより、取り付けることができる。アンテナ装置１１０をＲＴＫ用としてマスト２２０に固着する際でも、嵌合部１０２ａの径を小型にすることができる。アンテナ装置１１０は、円偏波の送受信用のアンテナとして用いることができ、送受信信号は給電ケーブル２６を介して伝達されるようになる。
なお、アンテナ装置１１０はアンテナケース１０２内に第２実施例の円偏波アンテナ２が水密に収納されているとしたが、第１実施例の円偏波アンテナ１あるいは第３実施例の円偏波アンテナ３ないし第６実施例の円偏波アンテナ６のいずれかをアンテナケース１０２内に収納するようにしてもよい。
【００５０】
＜第７実施例＞
本発明の第７実施例にかかる円偏波アンテナ７の構成を示す斜視図を図４８に示し、第７実施例にかかる円偏波アンテナ７を複数スタックした本発明に係るアンテナ装置１２０の構成を斜視図で示す組立図を図４９に示す。
第７実施例にかかる円偏波アンテナ７は、第３実施例の円偏波アンテナ３をスタックできるように変形した構成とされている。図４８に示す第７実施例の円偏波アンテナ７は、第１螺旋素子３０ａ、第２螺旋素子３０ｂ、第３螺旋素子３０ｃ、第４螺旋素子３０ｄを備えているが、これらの４本の螺旋素子の構成は第３実施例の円偏波アンテナ３と同様とされているので、その説明は省略する。
【００５１】
第７実施例にかかる円偏波アンテナ７は、プリント基板からなる円形の第１基板７１ａと、第１基板７１ａの中央部上に第１基板７１ａと対向するようほぼ平行に配置された第１基板７１ａよりかなり径の小さい円形の第２基板７１ｂとを備えている。第１基板７１ａの表面には、ほぼ全面にグランド７２がパターンあるいは金属板で形成され、裏面には給電ケーブル７４から供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する図示しない分配器を構成するパターンが形成されている。第１基板７１ａの中央には支柱を挿通するための円形の第１貫通孔７３が形成され、第１貫通孔７３の周囲に給電ケーブルを挿通するための円形とされた小径の挿通孔が複数形成されている。また、第２基板７１ｂの中央には第１貫通孔７３に重なるように同形状の第２貫通孔７５が形成され、第２貫通孔７５の周囲に給電ケーブルを挿通するための円形とされた小径の挿通孔が複数形成されている。第２基板７１ｂの表面には、第１螺旋素子３０ａの一端（給電端）が接続されるリング状のホットパターン７７ａが第２貫通孔７５を取り囲むように形成され、第３螺旋素子３０ｃの一端（給電端）が接続される２本の円弧状のコールドパターン７７ｂがホットパターン７７ａの外側に形成されている。また、図示していないが第２基板７１ｂの裏面には、第２螺旋素子３０ｂの一端（給電端）が接続されるリング状のホットパターンが第２貫通孔７５を取り囲むようにホットパターン７７ａを約９０°回転した位置に形成され、第４螺旋素子３０ｄの一端（給電端）が接続される２本の円弧状のコールドパターンがホットパターンの外側にコールドパターン３７ｂをほぼ９０°回転した位置に形成されている。
【００５２】
第１基板７１ａの裏面に形成された分配器の０°アンテナ端子に中心線が接続されると共に外部導体がグランド７２に接続された第３螺旋素子３０ｃを構成する第１給電線と、９０°アンテナ端子に中心線が接続されると共に外部導体がグランド７２に接続された第４螺旋素子３０ｄを構成する第２給電線とが設けられている。第１給電線の外部導体の一端がコールドパターン７７ｂに接続され、中心導体がホットパターン７７ａに接続される。また、第２給電線の外部導体の一端が第２基板７１ｂの裏面に形成されたコールドパターンに接続され、中心導体が第２基板７１ｂの裏面に形成されたホットパターンに接続される。すなわち、第１螺旋素子３０ａに０°アンテナ端子が接続され、第２螺旋素子３０ｂに９０°アンテナ端子が接続される。これにより、第１螺旋素子３０ａをホット素子、第１螺旋素子３０ａに対向する第３螺旋素子３０ｃをコールド素子として０°給電信号が供給され、第２螺旋素子３０ｂをホット素子、第２螺旋素子３０ｂに対向する第４螺旋素子３０ｄをコールド素子として９０°給電信号が供給されて、第３実施例の円偏波アンテナ３から右旋の円偏波が放射されるようになる。
上記したように、  第７実施例の円偏波アンテナ７においては、左巻きに螺旋状に巻かれた第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄの一端は隣り合う螺旋素子間において、約９０°ずつ位相差がついた給電信号によりそれぞれ起電されて右旋の円偏波が放射され、第１螺旋素子３０ａ〜第４螺旋素子３０ｄの他端はグランド７２に接続されて短絡され直流的に同電位となることから、単一指向性の右旋の円偏波が発生するようになる。
【００５３】
図４９に示すアンテナ装置１２０は、第７実施例の円偏波アンテナ７が４段縦にスタックされて構成されている。アンテナ装置１２０は、４段にスタックされた第７実施例の円偏波アンテナ７からなるアンテナ部１２０ａを収納する樹脂製のアンテナカバー１２１と、アンテナカバー１２１の開口面である下面を閉塞する金属製のカバー基部１２２とを備えている。アンテナ部１２０ａは、先端に避雷針１２３が装着された避雷導管１２４がほぼ中心軸上に配置され、第７実施例の円偏波アンテナ７である円偏波アンテナ７−１、円偏波アンテナ７−２、円偏波アンテナ７−３、円偏波アンテナ７−４の第１貫通孔７３および第２貫通孔７５に避雷導管１２４が挿通されて、円偏波アンテナ７−１〜円偏波アンテナ７−４が支柱とされる避雷導管１２４に固着されている。この場合、円偏波アンテナ７−１〜円偏波アンテナ７−４はほぼ９０°ずつ互いに回転されて配置されており、指向性を互いに補うようにしている。
【００５４】
最下段の円偏波アンテナ７−１の下には円形の第１基板１２５および第２基板１２６が配置されており、第１基板１２５には円偏波アンテナ７−１〜円偏波アンテナ７−４に給電信号をそれぞれ供給する４分配器が設けられており、４分配器においては円偏波アンテナ７−１〜円偏波アンテナ７−４に給電する給電信号の位相と振幅を調整可能とされている。また、第２基板１２６の裏面にはアンテナ装置１２０の送受信信号が入出力される同軸端子１２８が設けられている。第１基板１２５からの給電信号は給電ケーブル１２７により円偏波アンテナ７−１〜円偏波アンテナ７−４のそれぞれに供給される。給電ケーブル１２７は、第１基板７１ａおよび第２基板７１ｂに形成されている小径の挿通孔に挿通されて下段から上段へ延伸されている。
上記のように構成された本発明にかかるアンテナ装置１２０をマスト１３０で支持する構成を示す正面図を図５０に示す。図５０に示すように、アンテナ装置１２０のカバー基部１２２の周囲が取付金具１３１の一端側により挟持されて固着され、取付金具１３１の他端側によりマスト１３０の先端部が挟持されて固着されている。これにより、本発明にかかるアンテナ装置１２０を直立した状態でマスト１３０に取り付けて支持することができる。
本発明にかかるアンテナ装置１２０の指向特性を図５１に示す。図５１に示す指向特性は右旋円偏波の指向特性とされており、縦軸が振幅（ｄＢ）、横軸が角度（°）とされており、アンテナ装置１２０の鉛直方向が角度０°とされ、使用周波数帯域の中心周波数ｆ０の指向特性が実線で示されている。図５１を参照すると、−７ｄＢ以内の角度範囲が約１９０°とされた広角度範囲の単一指向特性が得られていることが分かる。これは、アンテナ装置１２０において、円偏波アンテナ７−１〜円偏波アンテナ７−４をほぼ９０°ずつ互いに回転して配置して、指向性を互いに補うようにしたことに基づいている。
なお、アンテナ装置１２０では、第３実施例の円偏波アンテナ３をスタックできるように変形した第７実施例にかかる円偏波アンテナ７をスタックするようにしたが、第１実施例の円偏波アンテナ１、第２実施例の円偏波アンテナ２あるいは第４実施例の円偏波アンテナ４ないし第６実施例の円偏波アンテナ６のいずれかを本発明にかかる他の実施例の円偏波アンテナをスタックできるよう第７実施例にかかる円偏波アンテナ７と同様に変形して、変形した円偏波アンテナをスタックするようにしてもよい。
【００５５】
＜実施例の円偏波アンテナの適用例＞
図４４に示す本発明に係るアンテナ装置１００を適用した他の適用例の構成を示す斜視図を図５２に示す。図５２に示すアンテナ１４０は右旋および左旋の円偏波を送受信できるアンテナとされ、縦に長い直方体状のケース１４１を備えている。ケース１４１の前面にはアンテナ装置１００−１とアンテナ装置１００−２とが装着されている。アンテナ装置１００−１は左旋アンテナとされ、アンテナ装置１００−２は右旋アンテナとされている。この場合、アンテナ装置１００−１に内蔵されている第１実施例の円偏波アンテナ１の４本の螺旋素子は右巻きに巻かれて左旋円偏波の送受信が可能とされ、アンテナ装置１００−２に内蔵されている第１実施例の円偏波アンテナ１の４本の螺旋素子は左巻きに巻かれて右旋円偏波の送受信が可能とされている。アンテナ１４０は、右旋および左旋の円偏波を送受信できることから偏波ダイバーシティに適用することができる。
なお、アンテナ装置１００−１およびアンテナ装置１００−２内には第１実施例の円偏波アンテナ１ないし第６実施例の円偏波アンテナ６のいずれかが収納されている。
【００５６】
＜ダイバーシティ通信システム＞
本発明の実施例である円偏波アンテナが適用された右旋および左旋の円偏波を送受信できるアンテナを備えるダイバーシティ通信システムの構成を示すブロック図を図５３に示す。図５３（ａ）はダイバーシティ通信システムの構成を示すブロック図であり、図５３（ｂ）はそのダイバーシティ通信機の構成を示すブロック図である。
地上無線通信回線ではフェージングが存在し、通信距離および通信の安定性に対して大きな妨げになっている。このフェージングに対してマージンを補完するために、送信出力の増大を行うとコストが高くなったり、伝送レートが制限されるようになる。ダイバーシティは、無線技術の一つであり、電波の相互干渉によるフェージングの影響を防ぐために、複数のアンテナから電波を受信し、質の良い信号を選択したり、信号を合成したりして通信の質や信頼性を上げる技術である。ダイバーシティには、距離を離して設置した複数のアンテナで受信する空間ダイバーシティ、複数の異なった偏波を受信するアンテナを設置する偏波ダイバーシティ、信号伝送を一定時間ずらして複数回行う時間ダイバーシティなどがある。
【００５７】
図５３（ａ）に示すダイバーシティ通信システムは、右旋の円偏波と左旋の円偏波とを用いる偏波ダイバーシティによるダイバーシティ通信を行うようにされた構成例を示している。このダイバーシティ通信システムは、右旋および左旋の円偏波を送受信できるアンテナ１４０−１を備えるダイバーシティ通信機２３０−１と、右旋および左旋の円偏波を送受信できるアンテナ１４０−２を備えるダイバーシティ通信機２３０−２とを備えている。アンテナ１４０−１およびアンテナ１４０−１に、本発明に係るアンテナ１４０を適用することができる。
【００５８】
ダイバーシティ通信機２３０−１およびダイバーシティ通信機２３０−２の構成は同様とされていることから、代表としてダイバーシティ通信機２３０−１の構成を示すブロック図を図５３（ｂ）に示して説明する。ダイバーシティ通信機２３０−１は、例えば水位計などからのデータを符号化および変調して送信信号を送出する送信機２３３と、受信信号を復調および複合化して元のデータとする受信機２３４と、送信と受信とを切り替える送・受切替器２３２と、アンテナ１４０−１が送受信する円偏波の旋回方向を右旋と左旋とで切り替えるアンテナ切替器２３１と、各部の制御を行うマイクロコントローラ２３５とで構成されている。
ダイバーシティ通信機２３０−１の動作を説明するが、各部の動作はマイクロコントローラ２３５により制御されている。送信時においては、送・受切替器２３２が送信に切り替えられることから、送信機２３３より送出された送信信号は、送・受切替器２３２を介してアンテナ切替器２３１に送られる。アンテナ切替器２３１では、例えば右旋の円偏波アンテナに切り替えられて、アンテナ１４０−１から右旋の円偏波で送信信号が送信される。送信された右旋の円偏波の送信信号は、受信側のダイバーシティ通信機２３０−２におけるアンテナ１４０−２で受信され、アンテナ切替器２３１により右旋の円偏波アンテナで受信された受信信号が送・受切替器２３２に送られるように切り替えられる。送・受切替器２３２では受信信号を受信機２３４に供給するよう切り替える。受信機２３４で受信された信号の受信レベルが、規定の受信レベルに達している場合は受信可と判断されて、元のデータを受信することができる。
【００５９】
また、受信機２３４で受信された信号の受信レベルが、規定の受信レベルに達していない場合は、受信側のダイバーシティ通信機２３０−２において、左旋の円偏波アンテナで受信された受信信号が送・受切替器２３２に送られるようにアンテナ切替器２３１が切り替えられる。これにより、受信機２３４で受信された信号の受信レベルが、規定の受信レベルに達している場合は受信可と判断して、元のデータを受信することができる。これは、円偏波は反射されると逆旋の偏波になると共に、１回反射された電波のレベルは比較的大きく、逆旋の偏波を受信した方が受信レベルが高くなる場合があるからである。
このように、ダイバーシティ通信システムでは、以下の（１）ないし（４）の組み合わせで通信を行うことができ、規定の受信レベルが得られるまで以下の（１）ないし（４）の組み合わせに順次切り替えて通信を行うようにしてもよい。
（１）［送信側］右旋円偏波：［受信側］右旋円偏波
（２）［送信側］右旋円偏波：［受信側］左旋円偏波
（３）［送信側］左旋円偏波：［受信側］左旋円偏波
（４）［送信側］左旋円偏波：［受信側］右旋円偏波
なお、ダイバーシティ通信システムでは、規定の受信レベルが得られた際に、受信側が送信側に通信が確立したことを報せるデータを送信するようにしてもよい。
【００６０】
上記したダイバーシティ通信システムでは、降雨や降雨による地面の変化および水田や河川の水位の変化、もしくは、潮位の変化などにより生じるフェージングの影響を低減することが可能である。このことから、水位計のデータを送信する場合には、上記したダイバーシティ通信システムを用いると特に効果を発揮することになる。また、右旋と左旋の円偏波アンテナの物理的な位置が異なることから、空間ダイバーシティとしても機能するため、伝搬路の相関性が下がり、偏波ダイバーシティおよび空間ダイバーシティの双方の効果が得られ、フラットフェージングだけでなく、車等の遮蔽等に基づく選択性フェージングにも効果を発揮し安定した通信が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
上記説明した本発明の実施例の円偏波アンテナは、４本の螺旋素子が、巻き中心の軸が互いに偏心されると共に、略９０°間隔で配置されて略回転対象形状に基板上に配置され、隣り合う前記螺旋素子間の位相差が約９０°とされていることから、基板からの高さが横方向の最大長さの約３０％以下と低姿勢とすることができる。この場合、４本の螺旋素子はなめらかな曲線状として示したが、これに限ることはなくなめらかな曲線状を近似する多角形状としてもよい。さらに、４本の螺旋素子で構成される２組のホット素子とコールド素子との他端が直流的に同電位となるようグランドに接続されることにより、単一指向性とすることができる。
また、上記説明した本発明の実施例の円偏波アンテナにおいては、グランドは略円形として示したが、各実施例の円偏波アンテナにおける全ての螺旋素子の他端を同電位とすることができる形状とされていれば略円形の形状とする必要はない。また、グランドの一部が切り欠かれていてもよい。
さらに、巻き中心の軸が互いに偏心していると、同一巻き数の間に通る経路長が長くなり、その結果ピッチが短くなったことと同様の効果が得られ、さらに高さを低くすることができる。これにより、小型化を実現することができる。
また、上記説明した本発明の実施例の円偏波アンテナにおいて、素子長の長い低域側の第１螺旋素子〜第４螺旋素子の内側に、素子長の短い高域側の第１螺旋素子〜第４螺旋素子を配置して、低域側の第１螺旋素子〜第４螺旋素子と、当該螺旋素子に対応する高域側の第１螺旋素子〜第４螺旋素子とに並列に給電することにより、マルチバンド化および広帯域化を実現することができる。
さらに、上記説明した本発明の実施例の円偏波アンテナは、低姿勢化されていることから円筒状あるいは直方体状のアンテナケースに収納しても小型化することができる。
さらにまた、上記説明した本発明の各実施例の円偏波アンテナにおいては、第１螺旋素子ないし第４螺旋素子の材質として、アルミニウムや銅合金などの良導体を用いることができる。ただし、給電も行う第１螺旋素子ないし第４螺旋素子は同軸ケーブルが用いられる。この同軸ケーブルとしてセミリジッドケーブルとしてもよい、セミリジッドケーブルは、シールド導体が銅やニッケル、ステンレスなどのパイプでできた同軸線であり、最終的に使用する形状に簡単に曲げられ、曲げられた後もその形を維持することができる。また、プリント板による基板に替えて、絶縁性の基板上に導電フィルムや金属板によってパターンを設けるようにしてもよい。
さらにまた、上記説明した本発明の実施例の円偏波アンテナにおいては、給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器として、第１実施例の円偏波アンテナ１においてはチップ化された９０°ハイブリッドが用いられ、第２実施例、第４実施例、第５実施例の円偏波アンテナ２，４，５においては９０°ハイブリッドカプラが用いられ、第６実施例の円偏波アンテナ６においては同軸線で構成された９０°ハイブリッドが用いられている。これらの３種類の分配器は、上記のように実施例に限定されるものではなく、各実施例の円偏波アンテナにおいては、上記3種類のいずれの分配器でも用いることができる。また、第３実施例の円偏波アンテナ３においては遅延線を備える分配器が用いられているが、遅延線を備える分配器を各実施例の円偏波アンテナにおいて用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１〜７  円偏波アンテナ、１０ａ〜１０ｄ  第１螺旋素子〜第４螺旋素子、１１  基板、１２ａ  グランド板、１２ｂ  グランド、１８  分配器、１８ａ  入出力端子、１８ｂ  ０°アンテナ端子、１８ｃ  ９０°アンテナ端子、１８ｄ  アイソレーション端子、２０ａ〜２０ｄ  第１螺旋素子〜第４螺旋素子、２１ａ  第１基板、２１ｂ  第２基板、２２  グランド、２３ａ〜２３ｄ  第１端子〜第４端子、２４  分配器、２４ａ  入出力端子、２４ｂ  ０°アンテナ端子、２４ｃ  ９０°アンテナ端子、２４ｄ  アイソレーション端子、２４ｅ  結合量調整端子、２５ａ  第１給電線、２５ｂ  第２給電線、２６  給電ケーブル、３０ａ〜３０ｄ  第１螺旋素子〜第４螺旋素子、３１ａ  第１基板、３１ｂ  第２基板、３２  グランド、３３ａ〜３３ｄ  第１端子〜第４端子、３４  分配器、３４ａ  入出力端子、３４ｂ  ０°アンテナ端子、３４ｃ  ９０°アンテナ端子、３５ａ  第１給電線、３５ｂ  第２給電線、４０ａ〜４０ｄ  第１螺旋素子〜第４螺旋素子、４１ａ  第１基板、４１ｂ  第２基板、４２  グランド、４３ａ〜４３ｄ  第１端子〜第４端子、４４  分配器、４４ａ  入出力端子、４４ｂ  ０°アンテナ端子、４４ｃ  ９０°アンテナ端子、４４ｄ  アイソレーション端子、４４ｅ  結合量調整端子、４５ａ  第１給電線、４５ｂ  第２給電線、Ｈ５０ａ〜Ｈ５０ｄ  高域側の第１螺旋素子〜第４螺旋素子、Ｌ５０ｅ〜Ｌ５０ｈ  低域側の第１螺旋素子〜第４螺旋素子、５１ａ  第１基板、５１ｂ  第２基板、５２  グランド、５３ａ〜５３ｄ  第１端子〜第４端子、５４  分配器、５４ａ  入出力端子、５４ｂ  ０°アンテナ端子、５４ｃ  ９０°アンテナ端子、５４ｄ  アイソレーション端子、５４ｅ  結合量調整端子、５５ａ  第１給電線、５５ｂ  第２給電線、Ｈ６０ａ〜Ｈ６０ｄ  高域側の第１螺旋素子〜第４螺旋素子、Ｌ６０ｅ〜Ｌ６０ｈ  低域側の第１螺旋素子〜第４螺旋素子、６１ａ  第１基板、６１ｂ  第２基板、６２  グランド、６３ａ〜６３ｄ  第１端子〜第４端子、６４  分配器、６４ｂ  ０°アンテナ端子、６４ｃ  ９０°アンテナ端子、６４ｄ  アイソレーション抵抗、６５ａ  第１給電線、６５ｂ  第２給電線、６６  比帯域、６６  給電ケーブル、７１ａ  第１基板、７１ｂ  第２基板、７２  グランド、７３  第１貫通孔、７４  給電ケーブル、７５  第２貫通孔、７７ａ  ホットパターン、７７ｂ  コールドパターン、１００  アンテナ装置、１０１  アンテナケース、１０２  アンテナケース、１０２ａ  嵌合部、１１０  アンテナ装置、１２０  アンテナ装置、１２０ａ  アンテナ部、１２１  アンテナカバー、１２２  カバー基部、１２３  避雷針、１２４  避雷導管、１２５  第１基板、１２６  第２基板、１２７  給電ケーブル、１２８  同軸端子、１３０  マスト、１３１  取付金具、１４０，１４０−１，１４０−２  アンテナ、１４１  ケース、２００  ヘルメット、２１０  履き物、２２０  マスト、２３０  ダイバーシティ通信機、２３１  アンテナ切替器、２３２  送・受切替器、２３３  送信機、２３４  受信機、２３５  マイクロコントローラ、５００  円偏波アンテナ、５３０，５３２，５３４，５３６  遅延線、５４０，５４２，５４４，５４６  ヘリカルアンテナエレメント、５４８  プリント基板
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
2019068329.tif 000055
【図５４】
2019068329.tif 000056
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月20日(2017.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランドが形成された基板と、
巻き中心の軸が互いに偏心されると共に、略９０°間隔で配置されて略回転対象形状に前記基板上に配置されており、前記基板の中央部上において一端に給電され他端が前記グランドに接続されている４本の螺旋素子と、
前記基板に設けられ、供給された給電信号を位相が約０°の０°給電信号と位相が約９０°の９０°給電信号とに分配して出力する分配器とを備え、
前記４本の螺旋素子における対向する２本の螺旋素子をホット素子とコールド素子とする２組が構成されて、一方の組に前記０°給電信号が供給され、他方の組に前記９０°給電信号が供給されて、隣り合う前記螺旋素子間の位相差が約９０°とされ、前記基板からの高さが、横方向の最大長さの約３０％以下とされていることを特徴とする円偏波アンテナ。
【請求項２】
前記螺旋素子は、中央では曲率が大きく、外周に向かうにつれ曲率が小さくなる形状とされ、使用周波数帯の中心周波数の自由空間波長をλとした際に、前記基板からの高さが約０．０４λとされていることを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ。
【請求項３】
前記螺旋素子は、略円形状とされ、使用周波数帯の中心周波数の自由空間波長をλとした際に、前記基板からの高さが約０．０３λとされていることを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ。
【請求項４】
前記４本の螺旋素子は、前記一端から前記他端に向かって次第に幅が広がる形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
【請求項５】
前記４本の螺旋素子は、素子長の長い低域側の４素子からなる螺旋素子と、素子長の短い高域側の４素子からなる螺旋素子とで構成され、前記低域側の螺旋素子の内側に、前記高域側の螺旋素子が配置されて、前記低域側の螺旋素子と対応する前記高域側の螺旋素子とに並列に給電されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
【請求項６】
前記分配器は、前記０°給電信号が出力される０°アンテナ端子と、前記９０°給電信号が出力される９０°アンテナ端子を備え、前記４本の螺旋素子において、前記コールド素子を構成する２本の前記螺旋素子の一端は前記グランドに接続され、前記ホット素子を構成する２本の前記螺旋素子の一端は前記０°アンテナ端子または前記９０°アンテナ端子に接続されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
【請求項７】
支持体に挿通可能な貫通孔が中央部に形成されて複数スタックできるようにされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
【請求項８】
左旋円偏波用と右旋円偏波とを備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
【請求項９】
左旋円偏波と右旋円偏波との偏波ダイバーシティに用いることができることを特徴とする請求項８に記載の円偏波アンテナ。
【請求項１０】
左旋円偏波と右旋円偏波との偏波ダイバーシティに用いるアンテナとして、請求項８に記載の円偏波アンテナを用いることを特徴とするダイバーシティ通信システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、低姿勢化して小型化することができる円偏波アンテナ、および、マルチバンドに対応させても小型化することができる円偏波アンテナ、並びに、円偏波アンテナを用いるダイバーシティ通信システムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
そこで、本発明は、低姿勢化して小型化することができる円偏波アンテナを提供することを目的としている。また、マルチバンドに対応させても小型化することができる円偏波アンテナを提供することを目的としている。さらに、本発明にかかる円偏波アンテナを用いるダイバーシティ通信システムを提供することを目的としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記本発明の円偏波アンテナにおいて、前記螺旋素子は、中央では曲率が大きく、外周に向かうにつれ曲率が小さくなる形状とされ、使用周波数帯の中心周波数の自由空間波長をλとした際に、前記基板からの高さが約０．０４λとされていてもよい。
また、上記本発明の円偏波アンテナにおいて、前記螺旋素子は、略円形状とされ、使用周波数帯の中心周波数の自由空間波長をλとした際に、前記基板からの高さが約０．０３λとされていてもよい。
さらに、上記本発明の円偏波アンテナにおいて、前記４本の螺旋素子は、前記一端から前記他端に向かって次第に幅が広がる形状に形成されていてもよい。
さらにまた、上記本発明の円偏波アンテナにおいて、前記４本の螺旋素子は、素子長の長い低域側の４素子からなる螺旋素子と、素子長の短い高域側の４素子からなる螺旋素子とで構成され、前記低域側の螺旋素子の内側に、前記高域側の螺旋素子が配置されて、前記低域側の螺旋素子と対応する前記高域側の螺旋素子とに並列に給電されていてもよい。
本発明のダイバーシティ通信システムは、左旋円偏波と右旋円偏波との偏波ダイバーシティに用いるアンテナとして、上記した本発明にかかる円偏波アンテナを用いることを最も主要な特徴としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の円偏波アンテナは、４本の螺旋素子が、巻き中心の軸が互いに偏心されると共に、略９０°間隔で配置されて略回転対象形状に基板上に配置され、隣り合う前記螺旋素子間の位相差が約９０°とされていることから、基板からの高さが横方向の最大長さの約３０％以下と低姿勢とすることができる。また、４本の螺旋素子で構成される２組のホット素子とコールド素子との他端が直流的に同電位となるようグランドに接続されることにより、単一指向性とすることができる。
また、螺旋素子を一端から他端に向かって次第に幅が広がる形状に形成したり、素子長の長い低域側の４素子からなる螺旋素子と、素子長の短い高域側の４素子からなる螺旋素子とで４本の螺旋素子を構成し、低域側の螺旋素子の内側に、高域側の螺旋素子を配置して、低域側の螺旋素子と対応する高域側の螺旋素子とに並列に給電することにより、広帯域化やマルチバンド化することができる。
本発明のダイバーシティ通信システムは、左旋円偏波と右旋円偏波との偏波ダイバーシティに用いるアンテナとして、上記した本発明にかかる円偏波アンテナを用いて構成することができる。