(57)【要約】高信頼・高セキュアな無線通信を行う薄型の回転偏波アンテナ（１）は、複数の微小導体セグメント（１０）で構成される一体の平板に給電点（３）を設けて第１周波数および第１周波数とは異なる第２周波数で励振した際に、第１周波数を含む周波数帯と第２周波数を含む周波数帯の両方で給電回路と整合する。第１周波数で平板上に形成される直交する方向の電流分布の振幅が等しく位相が９０度異なる。第２周波数で平板上に形成される互いに直交する同一の方向の電流分布の振幅が等しく位相が９０度異なり、かつ、第１周波数の電流分布の位相と第２周波数の電流分布の位相とは逆方向となる、
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体の平板の導体に給電点を設けて第１周波数および当該第１周波数とは異なる第２周波数で励振した際に、前記第１周波数を含む周波数帯と前記第２周波数を含む周波数帯の両方で給電回路と整合し、前記第１周波数で前記平板上に形成される直交する方向の電流分布の振幅が等しく位相が９０度異なり、前記第２周波数で前記平板上に形成される互いに直交する同一の方向の電流分布の振幅が等しく位相が９０度異なり、かつ、前記第１周波数の電流分布の位相と前記第２周波数の電流分布の位相とは逆方向となる、
ことを特徴とする回転偏波アンテナ。
【請求項２】
前記平板に設けられる給電点は２点であり、一方の給電点は前記第１周波数で励振され、他方の給電点は前記第２周波数で励振される、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項３】
前記平板は、第１領域および前記第１領域に並置される第２領域で構成され、
前記一方の給電点は、前記第１領域に設けられ、
前記他方の給電点は、前記第２領域に設けられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項４】
前記平板は、第１領域および前記第１領域を取り囲む第２領域で構成され、
前記一方の給電点は、前記第１領域に設けられ、
前記他方の給電点は、前記第２領域に設けられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項５】
前記平板に設けられる給電点は１点であり、当該１点の給電点が前記第１周波数および前記第２周波数で励振される、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項６】
２枚の前記平板が並置されて構成され、
一方の平板上に形成される直交する電流の位相と、他方の平板上に形成される直交する電流の位相とが互いに反転する、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項７】
前記平板は、複数の微小導体セグメントで構成される、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項８】
２枚の前記平板が同方向かつ平行に設置され、各前記平板を構成する特定の微小導体セグメント間で給電が行われる、
ことを特徴とする請求項７に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項９】
前記平板に平行に設置され、かつ前記平板を構成する特定の微小導体セグメントに給電する導体板を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項１０】
前記導体板上の前記平板とは異なる方向に平面合成回路か形成されており、
該平面合成回路の各入力端子に、それぞれ異なる周波数の変調波を入力する、
ことを特徴とする請求項９に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項１１】
第１導体板と第２導体板とが中間層を形成し、前記平板である第１平板が第１導体板の一方に対向し間隔を置いて設置され、前記平板である第２平板が第２導体板の他方に対向し間隔を置いて設置され、かつ前記第１導体板と前記第２導体板の高周波電位を同一とし、前記中間層には前記第１導体板を貫通する第１給電線と前記第２導体板を貫通する第２給電線とが形成され、
前記第１給電線が前記第１平板を構成する特定の微小導体セグメントと結合し、
前記第２給電線が前記第２平板を構成する特定の微小導体セグメントと結合する、
ことを特徴とする請求項７に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項１２】
請求項１に記載の回転偏波アンテナと、
前記第１周波数で励振する第１回路と、
前記第２周波数で励振する第２回路と、
を備えたことを特徴とする送受信モジュール。
【請求項１３】
請求項１に記載の回転偏波アンテナを具備した無線機を適用した昇降機制御システム。
【請求項１４】
請求項１に記載の回転偏波アンテナを具備した無線機を適用した変電所制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波が伝搬周波数に比べて低い周波数で回転する回転偏波の電磁波を放射する回転偏波アンテナ、およびそれを用いた送受信モジュール、昇降機制御システムおよび変電所制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の全世界的な普及を可能とした通信技術は、従来の通信・放送用に留まらず、高信頼および高セキュアな通信が求められる、社会インフラ機器の監視・制御を主目的とする無線ネットワークの実現に向けて、関係各機関は、研究・開発を鋭意進めている。
社会インフラ機器の制御・監視ネットワークでは、通信サービスエリアがインフラシステム内に限定されることと、同インフラシステムを構成する機器の動作を妨げない為に、この機器に無線機を設置し、無線機ごとに通信するメッシュネットワークの構成が望まれている。【０００３】
そのようなメッシュネットワークでは、送信局と受信局の間に顕著な高低差を設けることは期待できない。更に、無線機から放射される電磁波が該機器により散乱を受ける為に、通信は非見通し波である多重反射波を用いて行なわれる。非見通し波は、見通し波より一般に低い電界強度で受信される。このような非見通し波を複数用いた通信では、送受信間に同程度の伝搬減衰特性を持つ複数の反射波伝搬路が形成され、それらを用いて特色ある通信を実現する可能性がある。
電磁波は散乱体により反射されるときに、この散乱体表面の法線ベクトルの方向と散乱体に入射する偏波ベクトルの方向の両者に関係して固有な偏波ベクトルの回転を受けるという特性がある。この特性に着目して、受信局が送信局の放射する電磁波の偏波の方向を知り、この受信局に到来する複数の反射伝搬路を受信した電磁波の偏波方向をも知ることができる。両者の方向から、この複数の伝搬路の識別あるいは選択を行なう特殊な通信を実現することができる。【０００４】
そのような通信の実現には、電磁波の偏波方向を変え、かつ、この偏波方向を検出するデバイスを実現することが必要である。偏波が回転する電磁波として円偏波が知られている。円偏波は、偏波の回転周波数と伝搬周波数とが同一である。一般に非見通し波を用いて無線通信を行なう電磁波の周波数は数百ＭＨｚから数ＧＨｚに限られている。そのため円偏波の偏波の回転周波数も数百ＭＨｚから数ＧＨｚの領域となり、現状の商用デジタル信号処理デバイスの動作周波数である数百ＭＨｚでは、精度よいデジタル信号処理を行なう為のオーバーサンプリング比である４から８以上を確保することができない。偏波の回転周波数が伝播の周波数より低い電磁波を用いることにより、非見通し波で良好な通信を行なう周波数の電磁波の偏波角度の制御あるいは検出が、商用デジタル信号処理デバイスで可能となる。しかし、そのような電磁波は回転偏波の電磁波と呼ばれ、例えば異なる二つの周波数の電磁波を用いて、偏波の回転周波数が両周波数の差の半分、伝搬の周波数が両周波数の和の半分となる特殊な電磁波を形成することができる。そのような特殊な電磁波は異なる周波数で異なる旋回方向を有する二つの円偏波の合成で実現でき、この二つの円偏波を同時に生成するアンテナの実現が要求されている。【０００５】
そのような要求に対して、異なる周波数で異なる旋回方向を持つ電磁波を生成する二つのアンテナを、厚みを有するマイクロストリップアンテナで実現しそれらをスタックする構成が知られている。
特許文献１の要約の課題には、「送信用円偏波パッチアンテナと受信用円偏波パッチアンテナを備え、送信端子と受信端子間のアイソレーションが大きく、しかも給電回路の構成が簡単な２周波共用マイクロストリップアンテナを提供する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２４９９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
厚みを有するマイクロストリップアンテナの構造は三次元となり、アンテナを具備する無線機を、社会インフラシステムを構成する機器の表面に設置する用途には適さない。特許文献１に記載の技術は、異なる周波数で異なる旋回方向を持つ円偏波を切り替えて個別に生成するものある。それらを同時に生成する技術については記載されていない。【０００８】
そこで、本発明は、高信頼・高セキュアな無線通信を行う薄型の回転偏波アンテナおよびそれを用いた送受信モジュール、昇降機制御システムおよび変電所制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するため、第１の発明は、一体の平板の導体に給電点を設けて第１周波数および当該第１周波数とは異なる第２周波数で励振した際に、前記第１周波数を含む周波数帯と前記第２周波数を含む周波数帯の両方で給電回路と整合し、前記第１周波数で前記平板上に形成される直交する方向の電流分布の振幅が等しく位相が９０度異なり、前記第２周波数で前記平板上に形成される互いに直交する同一の方向の電流分布の振幅が等しく位相が９０度異なり、かつ、前記第１周波数の電流分布の位相と前記第２周波数の電流分布の位相とは逆方向となる回転偏波アンテナとした。【００１０】
第２の発明は、前記回転偏波アンテナと、前記第１周波数で励振する第１回路と、前記第２周波数で励振する第２回路と、を備えた送受信モジュールとした。
第３の発明は、前記回転偏波アンテナを具備した無線機を適用した昇降機制御システムとした。
第４の発明は、前記回転偏波アンテナを具備した無線機を適用した変電所制御システムとした。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高信頼・高セキュアな無線通信を行う薄型の回転偏波アンテナおよびそれを用いた送受信モジュール、昇降機制御システムおよび変電所制御システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態における回転偏波アンテナの構成図である。
【図２】第１の実施形態における回転偏波アンテナの周波数特性を示すグラフである。
【図３】各空間・時間波形の円偏波と回転偏波を示す斜視図である。
【図４】第２の実施形態における回転偏波アンテナの構成図である。
【図５】第２の実施形態における回転偏波アンテナの周波数特性を示すグラフである。
【図６】第３の実施形態における回転偏波アンテナの構成図である。
【図７】第３の実施形態における回転偏波アンテナの周波数特性を示すグラフである。
【図８】第３の実施形態の変形例の回転偏波アンテナの構成図である。
【図９】第４の実施形態における回転偏波アンテナの構成図である。
【図１０】第４の実施形態における回転偏波アンテナの周波数特性を示すグラフである。
【図１１】第５の実施形態における回転偏波アンテナの構成図である。
【図１２】第６の実施形態における回転偏波アンテナの構成図である。
【図１３】第７の実施形態における回転偏波アンテナの構成図である。
【図１４】第８の実施形態における回転偏波アンテナの構成図である。
【図１５】第９の実施形態における回転偏波アンテナの構成図である。
【図１６】第１０の実施形態における昇降機システムの構成図である。
【図１７】第１１の実施形態における変電所システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態は、回転偏波を送受信可能なアンテナ１に係るものである。本実施形態のアンテナ１の構成と動作を図１から図３を用いて説明する。
図１は、第１の実施形態の回転偏波を送受信可能なアンテナ１の構成図の例である。
薄型のアンテナ１は、あらかじめ定められた矩形領域が矩形微小領域で分割されている。この領域に微小導体セグメント１０が存在するか否かによりアンテナ１の構造が定まる。特定の隣接する２個の微小導体セグメント１０の中間辺が電気的に切断されて空隙が形成され、この空隙が給電点３となる。異なる箇所の隣接する２個の微小導体セグメント１０の中間辺が電気的に切断されて空隙が形成され、この空隙が給電点４となる。なお、図１に示したアンテナ１の構成は、発明の概念を示すための簡略例であって、実際の微小導体セグメント１０の配置を示すものではない。
【００１４】
複数の存在する微小導体セグメント１０が形成する特徴的な導体パターンと、給電点３，４とにより、矩形領域内に直交する電流分布の成分Ｉｘ，Ｉｙが形成される。電流分布の成分Ｉｘ，Ｉｙは、給電点３から周波数ｆ１（第１周波数）の高周波信号がアンテナ１に入力されることで、振幅が概略同じ且つ位相が＋９０度異なる。電流分布の成分Ｉｘ，Ｉｙは、給電点４から周波数ｆ２（第２周波数）の高周波信号がアンテナ１に入力されることで、振幅が概略同じ且つ位相が−９０度異なる。これにより、後記する図３に示す円偏波と回転偏波とが発生する。
【００１５】
図２は、第１の実施形態における回転偏波アンテナの周波数特性を示すグラフである。縦軸は、リターンロスを示している。横軸は、周波数を示している。
給電点３では周波数ｆ１およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域において、アンテナ１に高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されている。給電点４では、周波数ｆ２およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域において、アンテナ１に高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されている。ここで、所定周波数帯域で高周波回路と良好なインピーダンス整合状態であるということは、所定のリターンロスＲｍよりも小さな周波数特性を示すことをいう。
【００１６】
本実施形態によれば、アンテナ１に入力すべき周波数ｆ１の高周波信号と、周波数ｆ２の高周波信号とを、異なる給電点３，４から入力可能である。これにより、このアンテナ１に信号を供給する高周波回路から周波数ｆ１，ｆ２の高周波信号を合成する回路を削除可能であり、本発明のアンテナを搭載する無線機全体の小型化と低コスト化に効果がある。
【００１７】
図３（ａ）〜（ｃ）は、式（１）から式（３）で表現される各空間・時間波形の円偏波と回転偏波を示す斜視図である。
複数の微小セグメントで構成される一体の導体構造上には、二次元の電流分布が発生する。具体的な分布は、各種導体パターンと給電点の位置に固有なものとなる。円偏波は伝播する電磁波の直交する成分が互いに９０度の位相差を持つことを特徴とする。該導体構造上の電流分布の直交する成分と、同成分が形成する遠方放射界は比例の関係にあるから、該導体構造上の電流分布の直交する成分が互いに９０度の位相差を持てば、円偏波が空中に放射されることになる。
図３（ａ）は、周波数ｆ１で右方向に旋回する円偏波を示す図である。この円偏波は、式（１）で表現される。
【数１】
2016098201.tif 000003
【００１８】
図３（ｂ）は、周波数ｆ２で逆方向に旋回する円偏波を示す図である。この円偏波は、式（２）で表現される。
【数２】
2016098201.tif 000004
【００１９】
図３（ｃ）は、これらの合成で形成される回転偏波を示す図である。この円偏波は、式（３）で表現される。
【数３】
2016098201.tif 000005
【００２０】
これら図３（ｃ）から分かるように、回転偏波は、伝搬方向と直角の方向に螺旋状に偏波が二つの周波数の和の周波数の半分で振動しながらその包絡線をとると、二つの周波数の差の半分の周波数で回転する形態を示す。
従って、電流分布の直交する成分が互いに９０度の位相差を持つような、導体パターンと給電点の位置を見出せば、その見出した構造が求めるべきアンテナ構造となる。そのような構造は、あらかじめ定められた有限の矩形領域を微小矩形セグメントで分割して、該セグメントのあるなしの全組み合わせから適当な探索アルゴリズム（例えば総当り法）で見出すことが具体的に可能である。本発明によれば、インフラ機器の表面に設置可能な小型無線機を提供可能な薄型板状構造で、搬送波の周波数よりオーダーレベルで低い周波数で偏波が回転する電磁波を実現可能なので、商用デジタル信号処理デバイスを用いて、送信電磁波の偏波角度に対して、受信電磁波の偏波角度の偏移を検出できるので、送受信間で多重反射により形成される複数の伝搬路を用いた、高信頼・高セキュアな無線通信を実現する効果がある。
【００２１】
（第２の実施形態）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構成例を、図４と図５を用いて説明する。
【００２２】
図４は、本実施形態の回転偏波を送受信可能なアンテナ１Ａの構成図の例である。
アンテナ１Ａ（回転偏波アンテナ）は、あらかじめ定められた正方形の矩形領域が矩形微小領域で分割され、この領域に微小導体セグメント１０が存在するか否かにより構成が定まる。
隣接する２個の微小導体セグメント１０の中間辺が電気的に切断されて空隙が形成され、この空隙が給電点３となる。複数の微小導体セグメント１０が形成する特徴的な導体パターンと給電点３とにより、この矩形領域内に直交する電流分布の成分Ｉｘ，Ｉｙが形成される。電流分布の成分Ｉｘ，Ｉｙは、周波数ｆ１（第１周波数）で振幅が概略同じ且つ位相が＋９０度異なり、かつ周波数ｆ２（第２周波数）で振幅が概略同じ且つ位相が−９０度異なる。
【００２３】
図５は、第１の実施形態における回転偏波を送受信可能なアンテナ１Ａの周波数特性を示すグラフである。図５の縦軸は、リターンロスを示している。図５の横軸は、周波数を示している。実線は、周波数ｆ１の信号のリターンロスを示している。破線は、周波数ｆ２の信号のリターンロスを示している。
給電点３では、周波数ｆ１と周波数ｆ２およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域においてアンテナ１Ａに高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されている。
【００２４】
本実施形態によれば、給電点３で周波数ｆ１に対しては右旋回の円偏波にて高周波回路から供給される高周波信号を効率よく空間に放射でき、同時に周波数ｆ２に対しては左旋回の円偏波にて高周波回路から供給される高周波信号を効率よく空間に放射できるので、結果として偏波の回転周波数が電波伝搬の周波数より低い周波数で回転する電磁波を空間に放射することが可能となる。
【００２５】
（第３の実施形態）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構成例を、図６と図７を用いて説明する。
図６は、第３の実施形態における回転偏波を送受信可能なアンテナ１Ｂの構成図である。
アンテナ１Ｂは、あらかじめ定められた矩形領域が二つの部分矩形領域に分けられ、夫々が矩形微小領域で分割されている。一方の部分矩形利用域に微小導体セグメント１０が存在するか否かによりアンテナ構造１１が定まる。アンテナ構造１１の特定の隣接する２個の微小導体セグメント１０の中間辺が電気的に切断されて空隙が形成され、この空隙が給電点３となる。他方の部分矩形領域に微小導体セグメント１０が存在するか否かによりアンテナ構造１２が定まる。アンテナ構造１２の特定の隣接する２個の微小導体セグメント１０の中間辺が電気的に切断されて空隙が形成され、この空隙が給電点４となる。
【００２６】
アンテナ構造１１，１２は、誘電体シート７の上に並置されアンテナ１Ｂを形成する。複数の存在する微小導体セグメント１０が形成する特徴的な導体パターンと、給電点３，４とにより、これら部分矩形領域内の夫々に直交する電流分布の成分Ｉｘ１，Ｉｙ１と、電流分布の成分Ｉｘ２，Ｉｙ２とが形成される。
給電点３から周波数ｆ１の高周波信号がアンテナ１Ｂに入力されることで、振幅が概略同じ且つ位相が＋９０度異なる電流分布の成分Ｉｘ１，Ｉｙ１が形成される。給電点４から周波数ｆ２の高周波信号がアンテナ１Ｂに入力されることで、振幅が概略同じ且つ位相が−９０度異なる電流分布の成分Ｉｘ２，Ｉｙ２が形成される。
【００２７】
図７は、第３の実施形態における回転偏波アンテナの周波数特性を示すグラフである。図７の縦軸は、リターンロスを示している。図７の横軸は、周波数を示している。
給電点３では、周波数ｆ１およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域において、アンテナ１Ｂに高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されており、給電点４では周波数ｆ２およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域において、アンテナ１Ｂに高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されている。
【００２８】
本実施形態によれば、周波数ｆ１で動作するアンテナ構造１１と周波数ｆ２で動作するアンテナ構造１２とを独立に設計可能であるために、第２の実施形態のアンテナ１Ａと同様な効果を示すアンテナ１Ｂの構造を更に容易に見出すことができるので、アンテナの設計工数の低減に効果がある。
【００２９】
（第３の実施形態の設計例）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナの具体的な設計例を、図８を用いて説明する。
【００３０】
図８は、第３の実施形態の回転偏波を送受信可能なアンテナ１Ｃの具体的な導体パターンの設計例である。
アンテナ１Ｃに供給される高周波信号の周波数ｆ１は、４２６［ＭＨｚ］である。この高周波信号の周波数ｆ２は、４２９［ＭＨｚ］である。微小導体セグメント１０の形状は、一辺が５［ｍｍ］の正方形である。
本設計例では、両者の周波数においてＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）が２未満の良好なインピーダンス整合条件が実現される。本実施形態により、あらかじめ定められた有限の矩形領域を微小導体セグメント１０で分割して、このセグメントの有無の全組み合わせから適切な探索アルゴリズム（例えば総当り法）で見出すことにより、偏波の回転周波数が電波伝搬の周波数より低い周波数で回転する電磁波を空間に放射するアンテナ１Ｃを具体的に設計することができる。
【００３１】
（第４の実施形態）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構成例を、図９を用いて説明する。
図９は、第４の実施形態における回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構成図の例である。
【００３２】
第４の実施形態のアンテナ１Ｄは、第２の実施形態のアンテナ１Ａをそのままアンテナ構造１１Ｄとし、第２の実施形態のアンテナ１Ａを裏返したものをアンテナ構造１２Ｄとして誘電体シート７の上に並置させている。アンテナ構造１１Ｄは、給電点３，４を具備する。またアンテナ構造１２Ｄは、給電点５，６を具備する。
【００３３】
図１０は、第４の実施形態における回転偏波アンテナの周波数特性を示すグラフである。図１０の縦軸は、リターンロスを示している。図１０の横軸は、周波数を示している。
太実線ａで示すように、給電点３では、周波数ｆ１およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域において、アンテナ構造１１Ｄに高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されている。
太破線ｃで示すように、給電点４では、周波数ｆ２およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域において、アンテナ構造１１Ｄに高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されている。
【００３４】
細実線ｂで示すように、給電点５では、周波数ｆ１およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域において、アンテナ構造１２Ｄに高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されている。
細破線ｄで示すように、給電点６では、周波数ｆ２およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域において、アンテナ構造１２Ｄに高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されている。
【００３５】
アンテナ構造１１Ｄとアンテナ構造１２Ｄは、同一の周波数で逆方向に旋回する円偏波を生成する。アンテナ構造１１Ｄとアンテナ構造１２Ｄは、近接配置しても互いに独立に互いの円偏波を生成可能である。このアンテナ１Ｄによれば、一体のアンテナ構造で、回転方向の異なる回転偏波を同時にあるいは切り替えて空中に放射することができるので、回転偏波を用いる偏波ダイバシチを実現する効果がある。
【００３６】
（第５の実施形態）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構成例を、図１１を用いて説明する。
【００３７】
図１１は、第５の実施形態における回転偏波を送受信可能なアンテナの構成図である。
アンテナ１Ｅは、あらかじめ定められた矩形領域が中心部に位置する中心矩形領域と、中心矩形領域を取り囲むロの字形周辺領域に分けられ夫々が矩形微小領域で分割されている。
中心矩形領域に微小導体セグメント１０が存在するか否かによりアンテナ構造１２Ｅが定まる。存在し隣接する２個の微小導体セグメント１０の中間辺が電気的に切断されて空隙が形成される。この空隙が給電点４となる。他の部分矩形利用域に微小導体セグメント１０が存在するか否かによりアンテナ構造１１Ｅが定まる。隣接する２個の微小導体セグメント１０の中間辺が電気的に切断されて空隙が形成される。この空隙が給電点３となる。アンテナ構造１１Ｅおよびアンテナ構造１２Ｅは、誘電体シート７の上にアンテナ構造１１Ｅがアンテナ構造１２Ｅを電気的に接触することなく取り囲むように配置されてアンテナ１Ｅを形成する。
【００３８】
複数の微小導体セグメント１０が形成する特徴的な導体パターンと、給電点３および給電点４により、この中心矩形領域内および、この中心領域を取り囲む周辺領域に、互いに直交する電流分布の二成分が形成される。給電点３から周波数ｆ１の高周波信号が入力されることで、振幅が概略同じ且つ位相が＋９０度異なる電流分布の成分Ｉｘ１，Ｉｙ１が形成される。給電点４から周波数ｆ２の高周波信号が入力されることで、振幅が概略同じ且つ位相が−９０度異なる電流分布の成分Ｉｘ２，Ｉｙ２が形成される。
給電点３では、周波数ｆ１およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域においてアンテナ１Ｅに高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されている。給電点４では、周波数ｆ２およびこれらの周波数の電磁波に重畳される信号の周波数帯域（２Δｆ）を含む全領域においてアンテナ１Ｅに高周波信号を供給する高周波回路と良好なインピーダンス整合状態が実現されている。
【００３９】
本実施形態によれば、第３の実施形態と同様な効果を実現できる。更に、第３の実施形態に比べて異なる周波数で動作する二つのアンテナ構造の中心軸が一致しているので、アンテナの中心軸からずれた方向に対する偏波回転の真円性を保つ効果がある。
【００４０】
（第６の実施形態）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナの構造例を、図１２を用いて説明する。
【００４１】
図１２は、第６の実施形態における回転偏波を送受信可能なアンテナ１Ｆの構造図の例である。
アンテナ１Ｆは、一体平板構造である上部構造１３と、一体平板構造である下部構造１４とを含んでいる。この上部構造１３と下部構造１４とは、複数の正方形状の微小導体セグメント１０によって構成される。この上部構造１３と下部構造１４とは、空間的に対向して給電点３１で励振される。この給電点３１は、励振波長に対して十分に狭い間隙である必要がある。なお図１２では、上部構造１３と下部構造１４の関係を明瞭に示すため、離間して図示している。
ここで給電点３１の間隙は、励振波長に対して１００分の１未満である。そのため、上部構造１３と下部構造１４が離れていて、この条件を満たさない場合は、線状導体によって、給電点３１と上部構造１３および下部構造１４とを電気的に接続するとよい。
【００４２】
本実施形態によれば、薄型形状を維持しつつ、アンテナの体積増加を抑制しつつ微小導体セグメント１０の数を増加させることができる。これにより複数の微小導体セグメント１０からなる集合体の種類を増加できるので、所望の回転偏波を生成するためのアンテナ構造を探索するときの自由度が増える。結果として、このアンテナの設計にあたり、仕様を満たすアンテナ構造の探索時間を削減することが可能となり、回転偏波アンテナの設計工数削減に効果がある。
【００４３】
（第７の実施形態）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構造例を、図１３を用いて説明する。
【００４４】
図１３は、第７の実施形態における回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構造図の例である。
一体平板構造であるアンテナ１Ｇは、複数の正方形状の微小導体セグメント１０によって構成される。アンテナ１Ｇは、導体板１５に対向して設置される。この導体板１５は、給電孔１５１を有し、この給電孔１５１を介して同軸線路３２の内導体を形成する線状導体１７が貫通する。
アンテナ１Ｇの特定の隣接する２個の微小導体セグメント１０間に形成される間隙が給電点３となり、給電点３に接続する一方の微小導体セグメント１０に、同軸線路３２の内導体を形成する線状導体１７が電気的に接続される。給電点３に接続する他方の微小導体セグメント１０が、この導体板１５と線状導体１６により接続され、同軸線路３２の外部導体は導体板１５の給電孔１５１の縁で電気的に接続される。この同軸線路３２によって、高周波信号発生回路３１の信号がアンテナ１Ｇに供給される。
【００４５】
本実施形態によれば、アンテナ１Ｇから放射される電磁波のうち導体板１５に向かう部分は、この導体板１５により反射され、アンテナ１Ｇから見て導体板１５と逆方向に再放射されるので、給電点３から供給された高周波信号は片側方向に放射される。これによりアンテナ１Ｇの利得を向上させる効果がある。更にアンテナ１Ｇが電磁波を放射しない方向に存在する物体、例えば高周波回路および無線機が設置される電磁波散乱体である機器のアンテナの放射特性に対する影響を低減可能であり、無線機の感度向上および安定動作に効果がある。
【００４６】
（第８の実施形態）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構造例を、図１４を用いて説明する。
図１４は、本実施形態の回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構造図の例である。
一体平板構造であるアンテナ１Ｈは、複数の正方形状の微小導体セグメント１０によって構成される。このアンテナ１Ｈは、導体板１５に対向して設置される。この導体板１５は給電孔１５１を有し、このアンテナ１Ｈの特定の隣接する２個の微小導体セグメント１０間に形成される間隙が、給電点３となる。この導体板１５は、アンテナ１Ｈと対向しない面が誘電体層により裏打ちされる。この誘電体層の導体板１５と対向する基板２に、平面合成回路２１が形成される。この平面合成回路２１の合成出力点は、線状導体１７によって、給電点３に接続する一方の微小導体セグメント１０に電気的に接続される。給電点３に接続する他方の微小導体セグメント１０は、線状導体１６によって、導体板１５と接続される。この平面合成回路２１の二つの入力点には、周波数ｆ１の高周波信号を発生する高周波信号発生回路３１（第１回路）と、周波数ｆ２の高周波信号を発生する高周波信号発生回路４１（第２回路）とが接続される。このアンテナ１Ｈと、平面合成回路２１と、高周波信号発生回路３１，４１とは、送受信モジュール２４を構成する。
【００４７】
本実施形態によれば、周波数ｆ１の高周波信号と周波数ｆ２の高周波信号が平面合成回路２１により合成されてアンテナ１Ｈの給電点３より供給される。これによりアンテナ１Ｈに信号を供給する無線機の高周波回路から合成回路を削除することが出来るので、本発明のアンテナを適用する無線機の小型化、コスト低減に効果がある。
【００４８】
（第９の実施形態）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構造例を、図１５を用いて説明する。
図１５は、本実施形態の回転偏波を送受信可能なアンテナの他の構造図の例である。
一体平板構造であるアンテナ構造１３Ｊは、複数の正方形状の微小導体セグメント１０によって構成される。このアンテナ構造１３Ｊは、導体板１５ａに対向して設置される。この導体板１５ａには、給電孔１５１ａが形成されている。このアンテナ構造１３Ｊの特定の隣接する２個の微小導体セグメント１０間に形成される間隙が給電点３ａとなる。
一体平板構造であるアンテナ構造１４Ｊは、複数の正方形状の微小導体セグメント１０によって構成される。このアンテナ構造１４Ｊは、導体板１５ｂに対向して設置される。この導体板１５ｂは、給電孔１５１ｂを有している。このアンテナ構造１４Ｊの特定の隣接する２個の微小導体セグメント１０間に形成される間隙が、給電点３ｂとなる。
この導体板１５ａと導体板１５ｂとは、対向して並置されその中間に平面状の中間層１８が形成される。この中間層１８には、給電ストリップ線路１９ａと給電ストリップ線路１９ｂとが形成される。
【００４９】
給電ストリップ線路１９ａは、給電点３ａに接続する一方の微小導体セグメント１０に線状導体１７によって電気的に接続される。給電点３ｂに接続する他方の微小導体セグメント１０は、線状導体１６によって導体板１５に接続される。
給電ストリップ線路１９ｂは、給電点３ｂに接続する一方の微小導体セグメント１０に線状導体１７によって電気的に接続される。給電点３ｂに接続する他方の微小導体セグメント１０は、線状導体１６によって導体板１５ｂに接続される。
更に導体板１５ａと導体板１５ｂとは、電気的に同電位になるように接続される。中間層１８は、導体板１５ａと導体板１５ｂの間が誘電体層で充填されて内層となる。
【００５０】
本実施形態によれば、薄型板状構造のアンテナ１Ｊにおいて、この板構造の両側に、それぞれアンテナ構造１３Ｊおよびアンテナ構造１４Ｊから放射される電磁波を、異なる半平面に干渉少なく放射することが出来る。つまり薄型板状構造のアンテナ１Ｊの両側に同じ方向あるいは異なる方向に偏波が回転する電波を個別に放射することができる。本発明からなるアンテナ１Ｊを実装する無線機で構成される回転偏波の電磁波を用いる無線ネットワークの設計自由度を向上させる効果がある。
【００５１】
（第１０の実施形態）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナを具備する回転偏波の電磁波を用いる無線通信システムの構成例を説明する。
【００５２】
図１１は、第１０の実施形態における昇降機システムの構成図である。
昇降機システム８は、建物８２の内部を昇降カゴ８３が昇降する。建物８２の内部の天井部および床部には、本発明の回転偏波を送受信可能な回転偏波アンテナ１Ｈ−１，１Ｈ−４と、これを用いる基地局の無線機２３−１，２３−２が設置される。
昇降カゴ８３の外部天井と外部床面には、回転偏波を送受信可能な回転偏波アンテナ１Ｈ−２，１Ｈ−３が設置され、高周波ケーブル８４を用いて端末局の無線機２２に結合している。
基地局の無線機２３−１，２３−２と端末局の無線機２２は、建物８２の内部を無線伝送媒体とするので、建物８２の内壁およびこの昇降カゴ８３の外壁により電磁波は多重反射を受け、多重波干渉環境が形成される。
本実施形態では、多重波干渉環境下で複数の反射波を用いて送受信間の通信品質の低下を補償する高品質の無線伝送が実現可能となるので、同無線機を用いた無線接続手段を用いて、昇降機システム８の制御・監視を建物８２より有線接続手段を用いずに遠隔で実施できるので、ケーブル等の有線接続手段を削除可能で、同一の輸送能力をより小さい建物体積で実現でき、あるいは同一の建物体積で昇降機寸法を増大させることによる輸送能力向上を実現できる。
【００５３】
（第１１の実施形態）
本実施形態では、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナを具備する回転偏波の電磁波を用いる無線通信システムの他の構成例を説明する。
【００５４】
図１２は、本実施形態の回転偏波を送受信可能なアンテナを具備する回転偏波の電磁波を用いる無線通信システムの送信機および受信機を具備する無線機を適用した変電設備監視システム９の構成図の例である。
本実施形態の変電設備監視システム９は、複数の変電機９１と、複数の基地局装置９２とを含んで構成される。変電機９１には、本発明の回転偏波を送受信可能なアンテナ１Ｊを具備する回転偏波の電磁波を用いる無線通信システムの送信機および受信機を具備する端末局の無線機２２と端末局の回転偏波アンテナ１Ｊ−１が結合し設置される。複数の変電機９１の近傍に、この変電機９１の数よりも少ない数の複数の回転偏波を送受信可能なアンテナを具備する回転偏波の電磁波を用いる無線通信システムの送信機および受信機を具備する基地局装置９２が設営される。
基地局装置９２は、回転偏波を送受信可能なアンテナを具備する回転偏波の電磁波を用いる基地局の無線機２３と基地局の回転偏波アンテナ１Ｊ−２が結合し設置される。変電機９１の寸法は数ｍのオーダーであり無線機が使用する電磁波の周波数である数百ＭＨｚから数ＧＨｚに対応する波長に比べ圧倒的に大きい。よって、これら複数の変電機９１により電磁波は多重反射を受け、多重波干渉環境が形成される。
本実施形態では多重波干渉環境下で複数の反射波を用いて送受信間の通信品質の低下を補償する高品質の無線伝送が実現可能となるので、これらの無線機を用いた無線接続手段を用いて、変電機９１の制御・監視を複数の基地局装置９２により有線接続手段を用いずに遠隔で実施できる。これにより、ケーブル等の有線接続手段を用いる場合に問題となる高圧誘導電力の問題を解決でき、同ケーブルの敷設コストを削除できるので、変電機９１の制御・監視システムの安全性向上およびコスト削減に効果がある。
【００５５】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００５６】
各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
複数の微小導体セグメントは、正方形に限定されず、平面を埋める形状であればよく、例えば長方形や三角形や六角形などであってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１，１Ａ〜１Ｊ  アンテナ  （回転偏波アンテナ）
１０  微小導体セグメント
１１  アンテナ構造  （第１領域）
１２  アンテナ構造  （第２領域）
１３  上部構造
１４  下部構造
１３Ｊ，１４Ｊ  アンテナ
１５，１５ａ，１５ｂ  導体板
１５１  給電孔
１６，１７  線状導体
１８  中間層
１９ａ，１９ｂ  給電ストリップ線路
２１  平面合成回路
３１  高周波信号発生回路  （第１回路）
４１  高周波信号発生回路  （第２回路）
３，４，５，６，３１  給電点
７  誘電体シート
８  昇降機システム
８２  建物
８３  昇降カゴ
８４  高周波ケーブル
９  変電設備監視システム
９１  変電機
９２  基地局装置
【図１】
2016098201.tif 000006
【図２】
2016098201.tif 000007
【図３】
2016098201.tif 000008
【図４】
2016098201.tif 000009
【図５】
2016098201.tif 000010
【図６】
2016098201.tif 000011
【図７】
2016098201.tif 000012
【図８】
2016098201.tif 000013
【図９】
2016098201.tif 000014
【図１０】
2016098201.tif 000015
【図１１】
2016098201.tif 000016
【図１２】
2016098201.tif 000017
【図１３】
2016098201.tif 000018
【図１４】
2016098201.tif 000019
【図１５】
2016098201.tif 000020
【図１６】
2016098201.tif 000021
【図１７】
2016098201.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月29日(2016.11.29)
【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】
一体の平板の導体に給電点を設けて第１周波数および当該第１周波数とは異なる第２周波数で励振した際に、前記第１周波数を含む周波数帯と前記第２周波数を含む周波数帯の両方で給電回路と整合し、前記第１周波数で前記平板上に形成される直交する方向の電流分布の振幅が等しく位相が９０度異なり、前記第２周波数で前記平板上に形成される互いに直交する同一の方向の電流分布の振幅が等しく位相が９０度異なり、かつ、前記第１周波数の電流分布の位相と前記第２周波数の電流分布の位相とは逆方向となる、
ことを特徴とする回転偏波アンテナ。
【請求項２】
前記平板に設けられる給電点は２点であり、一方の給電点は前記第１周波数で励振され、他方の給電点は前記第２周波数で励振される、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項３】
前記平板は、第１領域および前記第１領域に並置される第２領域で構成され、
前記一方の給電点は、前記第１領域に設けられ、
前記他方の給電点は、前記第２領域に設けられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項４】
前記平板は、第１領域および前記第１領域を取り囲む第２領域で構成され、
前記一方の給電点は、前記第１領域に設けられ、
前記他方の給電点は、前記第２領域に設けられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項５】
前記平板に設けられる給電点は１点であり、当該１点の給電点が前記第１周波数および前記第２周波数で励振される、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項６】
２枚の前記平板が並置されて構成され、
一方の平板上に形成される直交する電流の位相と、他方の平板上に形成される直交する電流の位相とが互いに反転する、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項７】
前記平板は、複数の微小導体セグメントで構成される、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項８】
２枚の前記平板が同方向かつ平行に設置され、各前記平板を構成する特定の微小導体セグメント間で給電が行われる、
ことを特徴とする請求項７に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項９】
前記平板に平行に設置され、かつ前記平板を構成する特定の微小導体セグメントに給電する導体板を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項１０】
前記導体板上の前記平板とは異なる方向に平面合成回路が形成されており、
該平面合成回路の各入力端子に、それぞれ異なる周波数の変調波を入力する、
ことを特徴とする請求項９に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項１１】
第１導体板と第２導体板とが中間層を形成し、前記平板である第１平板が第１導体板の一方に対向し間隔を置いて設置され、前記平板である第２平板が第２導体板の他方に対向し間隔を置いて設置され、かつ前記第１導体板と前記第２導体板の高周波電位を同一とし、前記中間層には前記第１導体板を貫通する第１給電線と前記第２導体板を貫通する第２給電線とが形成され、
前記第１給電線が前記第１平板を構成する特定の微小導体セグメントと結合し、
前記第２給電線が前記第２平板を構成する特定の微小導体セグメントと結合する、
ことを特徴とする請求項７に記載の回転偏波アンテナ。
【請求項１２】
請求項１に記載の回転偏波アンテナと、
前記第１周波数で励振する第１回路と、
前記第２周波数で励振する第２回路と、
を備えたことを特徴とする送受信モジュール。
【請求項１３】
請求項１に記載の回転偏波アンテナを具備した無線機を適用した昇降機制御システム。
【請求項１４】
請求項１に記載の回転偏波アンテナを具備した無線機を適用した変電所制御システム。
【国際調査報告】
2016098201.tif 000023
2016098201.tif 000024
2016098201.tif 000025
2016098201.tif 000026