(57)【要約】【課題】円偏波特性を広帯域化することができる平面アンテナを提供する。【解決手段】導体板１２上に反射板１３を対向配置してラジアル導波路１１を構成し、導体板１２の下側中央部に給電用コネクタ１４を取り付ける。反射板１３の上面には、円偏波アンテナとして例えば６素子のヘリカルアンテナ１６を給電用コネクタ１４の給電ピン１５に対して同心円状に配置し、同じ長さのヘリカル給電ピン１７をラジアル導波路１１内に突出させている。ヘリカルアンテナ１６の上面放射軸方向に所定の間隔ｈ（ｈ＝ｎ・λ０／２＋λ０／１０）を保って円偏波無給電素子１８を配置する。円偏波無給電素子１８は、各ヘリカルアンテナ１６に対向するように配置し、例えば４５°±１０°の素子角度で配置する。上記のように円偏波アンテナの上方に所定の間隔ｈを保って円偏波無給電素子１８を配置することにより、円偏波特性を広帯域化することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円偏波アンテナと、前記円偏波アンテナの放射軸方向に一定の間隔及び素子角度で対向配置した円偏波無給電素子と、前記円偏波アンテナに給電する給電手段とを具備したことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記円偏波アンテナは、複数の円偏波素子をアレー配置したことを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、準マイクロ波帯、マイクロ波帯、準ミリ波帯、ミリ波帯等において広帯域特性を有する平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円偏波受信用の平面アンテナとしては、ヘリカルアンテナ素子やパッチ素子を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記円偏波受信用の平面アンテナにおいて、特に広帯域特性が要求されるものでは、素子単体の特性がアンテナ特性に大きく寄与する。このため素子単体においても広帯域特性が要求される。また、複数の素子を使用するアレーアンテナでは、素子配列をシーケンシャル化することにより広帯域化することが知られている。しかし、素子単体からなる平面アンテナあるいは各素子の向きが同じで同位相給電するアレーアンテナにおいては広帯域化することは困難である。
【特許文献１】特開平４−１５４３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように円偏波アンテナにおいて、素子単体からなる平面アンテナあるいは各素子の向きが同じで同位相給電するアレーアンテナでは広帯域化することは困難である。
【０００５】
上記円偏波アンテナでは、実際には直線偏波と円偏波との中間、すなわち、楕円偏波となることが普通であり、どの程度、円偏波に近いかを表わす指標として軸比が用いられ、通常ｄＢ値で示されている。従って、円偏波アンテナの帯域特性は、使用周波数に対する軸比特性によって示すことができる。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、円偏波アンテナ単体あるいは各素子の向きが同じで同位相給電するアレーアンテナにおいても軸比特性を広帯域化することができる平面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】
【０００７】
本発明はに係る平面アンテナは、円偏波アンテナと、前記円偏波アンテナの放射軸方向に一定の間隔及び素子角度で対向配置した円偏波無給電素子と、前記円偏波アンテナに給電する給電手段とを具備したことを特徴とする。  
上記円偏波アンテナは、複数の円偏波素子をアレー配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、円偏波アンテナ単体あるいは各素子の向きが同じで同位相給電するアレーアンテナにおいても、円偏波アンテナの放射軸方向に一定の間隔及び素子角度で円偏波無給電素子を対向配置することで、円偏波特性を広帯域化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
（第１実施形態）
この第１実施形態は、１２ＧＨｚ帯におけるラジアル導波路ヘリカルアンテナを用いて平面アンテナを構成した場合の例を示したものである。図１は本発明の第１実施形態に係るヘリカルアンテナ部分の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。なお、図２は円偏波無給電素子をヘリカルアンテナの上方放射軸方向に付加した状態を示す図であり、図３は上記円偏波無給電素子の平面図である。
【００１０】
図２において、１１はラジアル導波路で、金属製の導体板１２の上面に所定の間隔を保って反射板１３を対向配置している。上記導体板１２の下側中央部には、給電用コネクタ１４を取り付け、その中心軸を給電ピン１５としてラジアル導波路１１内に突出させている。
【００１１】
また、上記反射板１３の上面には、例えば６素子のヘリカルアンテナ１６を給電用コネクタ１４の給電ピン１５に対して同心円状に配置し、同じ長さのヘリカル給電ピン１７をラジアル導波路１１内に突出させている。すなわち、給電用コネクタ１４の給電ピン１５を中心とし、その周囲にヘリカル給電ピン１７が等角度で放射状に位置するようにしている。この場合、ヘリカルアンテナ１６は、例えばヘリカル素子角度を０°とし、右旋偏波となるように設定する。
【００１２】
そして、上記ヘリカルアンテナ１６の上面放射軸方向に一定の間隔ｈを保って円偏波無給電素子１８を配置する。この円偏波無給電素子１８は、例えばフィルム基板１９上に形成するもので、各ヘリカルアンテナ１６に対向するように配置する。上記円偏波無給電素子１８としては、図３（ａ）に示すように例えば円形パッチ素子を使用し、右旋円偏波の場合、＋４５°±１０°の素子角度で配置する。円形パッチ素子には、外周縁に１対の円偏波用の切欠き２０が設けられているので、この切欠き２０がヘリカル素子角度に対して＋４５°±１０°の素子角度となるように配置する。なお、ヘリカルアンテナ１６が左旋偏波となるように設定されている場合には、円偏波無給電素子１８を図３（ｂ）に示すように−４５°±１０°の素子角度で配置する。
【００１３】
また、反射板１３と円偏波無給電素子１８との間隔ｈは、
ｈ＝ｎ・λ０／２＋λ０／１０（ｎ＝０，１，２，…）
の式に基づいて設定する。なお、上式において、λ０は自由空間波長である。また、ｎは自然数で、通常は「０，１，２」程度の値が使用される。
【００１４】
上記フィルム基板１９は、反射板１３との間に例えば発泡樹脂を介在させて所定の位置に保持する。あるいはフィルム基板１９と反射板１３との間の周囲にスペーサを介在させ、ネジ止め等によりフィルム基板１９を所定の位置に保持するようにしても良い。
【００１５】
上記の構成において、図２の給電用コネクタ１４から同軸給電された電磁波は、給電ピン１５によりラジアル導波路１１に放射され、ヘリカル給電ピン１７に給電される。一方、ヘリカルアンテナ１６は、給電用コネクタ１４に対して同心円状に配置され、かつヘリカル給電ピン１７が同じ長さとなっている。従って、上記給電用コネクタ１４の給電ピン１５からラジアル導波路１１を介してヘリカル給電ピン１７に給電された電磁波は、同振幅、同位相で合成され、ヘリカルアンテナ１６から空間に放射される。このヘリカルアンテナ１６は、同じ軸上に配置された円偏波無給電素子１８と電磁結合しているので、上記ヘリカルアンテナ１６から放射された電磁波は、円偏波無給電素子１８を経由して空間に放射される。
【００１６】
図４は円偏波無給電素子１８を設けていないラジアル導波路ヘリカルアンテナ６素子の軸比特性（実測値）を示し、図５は上記実施形態に係る円偏波無給電素子１８を備えたラジアル導波路ヘリカルアンテナ６素子の軸比特性（実測値）を示している。
【００１７】
図５の測定条件として、ヘリカルアンテナ１６の素子角度を０°、円偏波無給電素子１８の素子角度を＋４５°、反射板１３と円偏波無給電素子１８との間隔ｈを
ｈ＝１λ０＋λ０／１０
とし、測定周波数を１１ＧＨｚから１３ＧＨｚまで変化させた。
【００１８】
上記図４における軸比１ｄＢ帯域幅は２８０ＭＨｚであるのに対し、図５に示した本発明における軸比１ｄＢ帯域幅は７８０ＭＨｚであり、かなり広帯域になっている。
【００１９】
また、上記図５の軸比特性から、軸比２ｄＢ帯域幅、３ｄＢ帯域幅も広帯域になっていることが分かる。
【００２０】
上記のように円偏波アンテナの上面放射軸方向に円偏波無給電素子１８を設けることにより、軸比特性の広帯域化を実現することができる。
【００２１】
また、円偏波アンテナまたは円偏波無給電素子１８を回転させることにより、所要の回転角度で円偏波特性を広帯域化することが可能である。
【００２２】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係る平面アンテナについて、図６ないし図８を参照して説明する。  
この第２実施形態は、４素子パッチアンテナを用いた円偏波アンテナに実施した場合の例を示したもので、図６は平面アンテナの側面図、図７（ａ）はアンテナ基板の平面図、同図（ｂ）は同アンテナ基板の底面図、図８は無給電素子基板の平面図である。
【００２３】
図６において、２１はアンテナ基板で、このアンテナ基板２１の上方に所定の間隔で無給電素子基板２２が設けられる。この場合、上記アンテナ基板２１と無給電素子基板２２との間に例えば四隅にスペーサ２３を介在し、ネジ止め等によって両者を所定の間隔に保持する。
【００２４】
上記アンテナ基板２１の上面には、図７（ａ）に示すように例えばエッチング等の処理により４素子の円形パッチアンテナ３１が等間隔に形成される。また、円形パッチアンテナ３１には、外周縁に１対の円偏波用の切欠き３２が設けられる。
【００２５】
上記アンテナ基板２１には、給電用の穴３３が設けられており、この給電用の穴３３と各円形パッチアンテナ３１の給電点との間にエッチング等の処理により給電線路３４が形成される。また、この給電線路３４により、円形パッチアンテナ３１の各給電点におけるインピーダンスが所定の値となるように調整される。
【００２６】
上記アンテナ基板２１の下面には、図７（ｂ）に示すように銅箔等によるアースパターン３５が全面に形成される。なお、このアースパターン３５には、上記給電用の穴３３が設けられる。この給電用の穴３３には、例えば給電用コネクタを取り付け、上記給電線路３４を介して円形パッチアンテナ３１に給電する。
【００２７】
また、上記無給電素子基板２２には、例えば下側面に図８に示すように円偏波無給電素子３６が上記円形パッチアンテナ３１に相対向して設けられる。上記円偏波無給電素子３６は、例えば円形パッチ素子を用いて構成され、外周縁に１対の円偏波用の突部３７が設けられる。上記円偏波無給電素子３６と円形パッチアンテナ３１との間隔ｈは、上記第１実施形態の場合と同様にして設定される。上記円偏波無給電素子３６は、円形パッチアンテナ３１の素子角度に対して「４５°±１０°」の素子角度に設定するが、突部３７を有する凸形素子の場合は、図３に示した凹形の素子の場合に対して９０°回転した位置に設定する。  
上記のようにして構成した平面アンテナは、必要に応じて保護ケース内に収納して使用する。
【００２８】
上記第２実施形態で示したようにパッチアンテナを用いた円偏波アンテナに実施した場合においても、第１実施形態の場合と同様に軸比特性の広帯域化を実現することができる。
【００２９】
なお、上記第１、第２実施形態では、円偏波無給電素子１８、３６として円形パッチ素子を用いた場合について示したが、導体であれば何でも良く、円偏波無給電素子の形は問わない。
【００３０】
また、給電アンテナは、円偏波アンテナであれば、どのようなアンテナでも実現することができる。  
また、上記第１、第２実施形態では、給電アンテナとして複数の円偏波素子をアレー配置した場合について示したが、円偏波素子を単体で使用する場合についても、上記実施形態と同様にして実施し得るものである。  
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る平面アンテナは、衛星放送の受信アンテナとして利用できると共に、無線タグシステムや自動改札システム等、ＩＣチップ、ＩＣカードなどに記憶されたデータをリーダにより無線で読出すシステムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヘリカルアンテナ部分の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】同実施形態における偏波無給電素子の平面図である。
【図４】円偏波無給電素子を設けていないラジアル導波路ヘリカルアンテナの軸比特性図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る円偏波無給電素子を備えたラジアル導波路ヘリカルアンテナの軸比特性図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る平面アンテナの側面図である。
【図７】（ａ）は同実施形態におけるアンテナ基板の平面図、（ｂ）は同アンテナ基板の底面図である。
【図８】同実施形態における無給電素子基板の平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１…ラジアル導波路、１２…導体板、１３…反射板、１４…給電用コネクタ、１５…給電ピン、１６…ヘリカルアンテナ、１７…ヘリカル給電ピン、１８…円偏波無給電素子、１９…フィルム基板、２０…円偏波無給電素子の切欠き、２１…アンテナ基板、２２…無給電素子基板、２３…スペーサ、３１…円形パッチアンテナ、３３…給電用の穴、３４…給電線路、３５…アースパターン、３６…円偏波無給電素子、３７…円偏波無給電素子の突部。
【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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