(57)【要約】【課題】給電線路の引き回しが簡素で、且つ励振位相の調整が簡単な給電回路を備えた円偏波平面アンテナを提供する。【解決手段】素子用誘電体基板３１の上面に円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈが一定の間隔で形成される。円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈは、基準線から励振位相分だけ素子中心を軸に回転させて設置する。素子用誘電体基板３１には、地導体板３５及び給電用誘電体基板３６が積層して設けられる。給電用誘電体基板３６に形成される給電線路３７は、共通線路３９の分岐点と円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの真下との間に設けられる一定長さの第１の線路パターン４１ａ〜４１ｈ及び円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの給電点３３の位置に応じて偏移して設けられる第２の線路パターン４２ａ〜４２ｈからなり、その先端部から給電ピン４５ａ〜４５ｈを介して円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの給電点３３に給電する。【選択図】    図１
2005020073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子用誘電体基板と、前記素子用誘電体基板に所定の間隔で形成されると共に、それぞれ励振位相分だけ基準方向から回転して設置される複数の円偏波放射素子と、前記素子用誘電体基板に地導体板を介して積層される給電用誘電体基板と、前記給電用誘電体基板に形成される給電線路とを具備し、
前記給電線路は、入力端子から各円偏波放射素子への分岐点までの位相を励振波長の整数倍になるように設定すると共に、前記分岐点から前記各円偏波放射素子の中心の真下を通って各円偏波放射素子に給電し、前記給電線路の各分岐点から各円偏波放射素子の給電点までの長さが等しくなるように構成したことを特徴とする円偏波平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円偏波平面アンテナに係り、特に励振分布を持たせ指向性合成を行なう円偏波平面アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速道路の料金収受システムとして、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：自動料金収受システム）が採用されている。このＥＴＣでは、通行車両が料金所で一旦停止することなく通行料金の収受処理を行なうことができ、料金所における車両の渋滞を改善することができる。
【０００３】
上記ＥＴＣは、料金所に設けられた路上機と車両に搭載された車載機との間で、無線通信によりデータを送受信して通行料金の収受処理を行なっている。上記路上機による無線通信には例えば５ＧＨｚ帯の高い周波数が使用されると共に、所定の車線上を走行する車両に対して電波を放射することが要求されるため、路上機のアンテナとしては一般に平面アンテナが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図５は、従来の円偏波平面アンテナの構成例を示す分解斜視図である。
図５において、１１は素子用誘電体基板で、この素子用誘電体基板１１の上面にエッチング等の処理により複数例えば８つ（＃１〜＃８）の円偏波放射素子１２ａ〜１２ｈが一定の間隔で形成される。各円偏波放射素子１２ａ〜１２ｈとしては、例えば円形パッチアンテナが使用され、中心部の近傍に給電点１３が設けられると共に、外周縁に１対の円偏波用の切欠き１４が設けられる。上記円偏波放射素子１２ａ〜１２ｈは、図６（ａ）に示すように全て同じ方向となるように設置される。
【０００５】
上記円偏波放射素子１２ａ〜１２ｈの外周縁に形成される１対の切欠き１４は、図６（ａ）に示したように放射素子の中心点に対して対称に設けられると共に、１対の切欠き１４、１４間を通る直線ａは、放射素子の中心点から給電点１３を通る直線ｂに対してほぼ４５°（α）の位置に設けられる。
【０００６】
また、上記図５に示したように素子用誘電体基板１１の下側面には、地導体板１５及び給電用誘電体基板１６が積層して設けられる。この給電用誘電体基板１６の下面には、エッチング等の処理により給電線路１７が形成される。この給電線路１７は、入力端子１８に接続される共通線路１９を有し、この共通線路１９の各分岐点２０ａ〜２０ｈにおいて、円偏波放射素子１２ａ〜１２ｈに対応した各線路パターン２１ａ〜２１ｈの一端に接続される。この線路パターン２１ａ〜２１ｈの他端は、給電部２２ａ〜２２ｈとなっており、給電ピン２３ａ〜２３ｈを介して円偏波放射素子１２ａ〜１２ｈの給電点１３に接続される。この場合、地導体板１５及び給電用誘電体基板１６には、給電ピン２３ａ〜２３ｈを挿通するための透孔２４、２５が設けられている。
【０００７】
図６（ｂ）は、上記給電線路１７の詳細を示したものである。入力端子１８から線路パターン２１ａ〜２１ｈの各分岐点２０ａ〜２０ｈまでの位相は、励振波長の整数倍となるように設定される。そして、各線路パターン２１ａ〜２１ｈの長さ、すなわち分岐点２０ａ〜２０ｈから給電部２２ａ〜２２ｈまでの長さＬ１〜Ｌ８を調整することにより、所望の励振位相が得られるように、すなわち所望の放射指向性が得られるようにしている。
【０００８】
図７は放射指向性のパターン例（計算値）を示し、横軸に角度［ｄｅｇ．］をとり、縦軸に相対電力値［ｄＢ］をとって示したものである。上記図７の放射指向性は、例えば高速道路のＥＴＣにおいて、道路の上方に設置した円偏波平面アンテナから道路上に設定した通信エリアに向けて所定の角度で電波を放射する場合に、上記円偏波平面アンテナから通信エリアの先端部に向かう角度を０°とし、この中心角度０°から下方に向かう角度を［−］、上方に向かう角度を［＋］として示している。上記図７の放射指向性は、通信エリアに対して電力が有効に放射され、通信エリア以外では放射電力が低下するような放射パターンとしている。
【０００９】
図８（ａ）は上記放射指向性を実現するための＃１〜＃８の円偏波放射素子１２ａ〜１２ｈの励振分布（振幅及び位相）の一例を示し、図８（ｂ）は同図（ａ）の値を基に＃６の円偏波放射素子１２ｆを基準にした場合の他の素子の励振位相を示したものである。
【００１０】
上記従来の円偏波平面アンテナでは、図８（ｂ）に示した励振位相が得られるように線路パターン２１ａ〜２１ｈの分岐点２０ａ〜２０ｈから給電部２２ａ〜２２ｈまでの長さＬ１〜Ｌ８を調整する。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−１６３７４５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の円偏波平面アンテナでは、円偏波放射素子１２ａ〜１２ｈの給電点１３が全て同じ方向になるように設置し、且つ給電線路１７は入力端子１８から各分岐点２０ａ〜２０ｈまでの位相を励振波長の整数倍になるように設定すると共に、各分岐点２０ａ〜２０ｈから給電部２２ａ〜２２ｈまでの長さＬ１〜Ｌ８を調整して図８（ｂ）に示した励振位相を実現している。
【００１３】
しかしながら、上記のような線路長で励振位相を実現する構成にすると、給電線路１７の引き回しが複雑になり、且つ実験において線路長を決定する場合では、入力端子１８から各分岐点２０ａ〜２０ｈまでの位相が励振は長の整数倍になるように設定する作業、及びそれぞれの励振位相になるようにそれぞれの線路長を決定するという２つの作業が必要である。また、線路長が必ずしもその線路長にならないことがあり、調整に無駄な時間を費やす場合がある。
【００１４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、給電線路の引き回しが簡素で、且つ励振位相の調整が簡単な給電回路を備えた円偏波平面アンテナを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る円偏波平面アンテナは、素子用誘電体基板と、前記素子用誘電体基板に所定の間隔で形成されると共に、それぞれ励振位相分だけ基準方向から回転して設置される複数の円偏波放射素子と、前記素子用誘電体基板に地導体板を介して積層される給電用誘電体基板と、前記給電用誘電体基板に形成される給電線路とを具備し、前記給電線路は、入力端子から各円偏波放射素子への分岐点までの位相を励振波長の整数倍になるように設定すると共に、前記分岐点から前記各円偏波放射素子の中心の真下を通って各円偏波放射素子に給電し、前記給電線路の各分岐点から各円偏波放射素子の給電点までの長さが等しくなるように構成したことを特徴とする。
【００１６】
上記のように各円偏波放射素子を基準方向から励振位相分だけ回転して設置すると共に、給電線路は各分岐点から各円偏波放射素子の中心の真下を通って各円偏波放射素子に給電し、各分岐点から給電点までの長さが等しくなるように構成することにより、給電線路の引き回しが簡素になり、励振位相の調整がきわめて容易になると共に所望の放射指向性とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る円偏波平面アンテナの構成例を示す分解斜視図である。図１において、３１は素子用誘電体基板で、この素子用誘電体基板３１の上面にエッチング等の処理により複数例えば８つ（＃１〜＃８）の円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈが一定の間隔例えば略０．６λ０（λ０：自由空間波長）の間隔で形成される。上記円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈとしては、例えば円形パッチアンテナが使用され、中心部の近傍に給電点３３が設けられると共に、外周縁に１対の円偏波用の切欠き３４が設けられる。上記円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの方向は、詳細を後述するようにそれぞれ励振位相に合わせて設定される。
【００１８】
また、上記素子用誘電体基板３１の下側面には、地導体板３５及び給電用誘電体基板３６が積層して設けられ、例えばネジ等により固定される。上記給電用誘電体基板３６の下面には、エッチング等の処理により例えばマイクロストリップ線路からなる給電線路３７が形成される。
【００１９】
上記給電線路３７は、詳細を後述するように入力端子３８に接続される共通線路３９、上記円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈに対応した第１の線路パターン４１ａ〜４１ｈ及び第２の線路パターン４２ａ〜４２ｈからなり、第２の線路パターン４２ａ〜４２ｈの先端部が給電ピン４５ａ〜４５ｈを介して各円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの給電点３３に接続される。この場合、地導体板３５及び給電用誘電体基板３６には、給電ピン４５ａ〜４５ｈを挿通するための透孔４６、４７が設けられている。
【００２０】
図２（ａ）は素子用誘電体基板３１に形成される円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの配列状態を示し、図２（ｂ）は給電用誘電体基板３６に形成される給電線路３７の詳細を示したものである。また、図２（ｃ）は、上記給電線路３７の具体的なパターンの一例を示したものである。
【００２１】
図２（ａ）において、６１は、円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの方向を定めるための方向基準線を示し、素子用誘電体基板３１の面上において、円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの水平軸に対して直角の方向となっている。また、６２は円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの方向を示す素子方向線で、円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの中心から給電点３３を通る直線である。
【００２２】
各円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈは、素子中心を軸にして回転させ、方向基準線６１に対し、素子方向線６２の角度θが所定の励振位相となるように、例えば図８（ａ）に示した励振位相に合わせて設定する。すなわち、＃１〜＃８の円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの方向基準線６１に対する素子方向線６２の角度θを
＃１：＋１９．３°
＃２：−４７．３°
＃３：−５２．４°
＃４：−２６．３°
＃５：＋２６．３°
＃６：＋５２．４°
＃７：＋４７．３°
＃８：−１９．３°
に設定する。この場合、方向基準線６１の左方向を「＋」、右方向を「−」として示している。
【００２３】
そして、給電用誘電体基板３６に形成される給電線路３７は、図２（ｂ）に詳細を示すように、入力端子３８に接続される共通線路３９、上記円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈに対応した第１の線路パターン４１ａ〜４１ｈ及び第２の線路パターン４２ａ〜４２ｈからなっている。
【００２４】
上記第１の線路パターン４１ａ〜４１ｈは、直線状で且つ共通線路３９に対して略直角に設けられ、一端が共通線路３９の分岐点４０ａ〜４０ｈに接続され、他端部４３ａ〜４３ｈが円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの中心の真下に位置するように設定される。上記第１の線路パターン４１ａ〜４１ｈの他端部４３ａ〜４３ｈは、第２の線路パターン４２ａ〜４２ｈを介して給電部４４ａ〜４４ｈに接続される。この給電部４４ａ〜４４ｈは、円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの各給電点３３に対向する位置に設けられる。上記第２の線路パターン４２ａ〜４２ｈは、円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの各回転位置に応じて偏移して設けられるもので、その先端に位置する給電部４４ａ〜４４ｈが給電ピン４５ａ〜４５ｈを介して各円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの給電点３３に接続される。
【００２５】
上記給電線路３７は、入力端子３８から各分岐点４０ａ〜４０ｈまでの位相は、励振波長の整数倍に設定される。また、第１の線路パターン４１ａ〜４１ｈの長さ、すなわち共通線路３９の分岐点４０ａ〜４０ｈから円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの中心の真下までの長さＬ１〜Ｌ８は、全て同じ長さである。更に、第２の線路パターン４２ａ〜４２ｈは、円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの各回転位置に応じて偏移するが、長さは全て同じである。従って、円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈを回転しても、素子の中心から給電部４４ａ〜４４ｈのまでの長さは一定となる。
【００２６】
円偏波の場合、給電線路長、すなわち第１の線路パターン４１ａ〜４１ｈ及び第２の線路パターン４２ａ〜４２ｈの長さを同じにしても、円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈを回転させることで、それぞれの素子に位相差を持たせることができ、所望の放射指向性とすることができる。
【００２７】
上記のような構成とすることで、給電線路の引き回しが簡素で、且つ励振位相の調整は、入力端子３８から各分岐点４０ａ〜４０ｈまでの位相を励振波長の整数倍になるように設定するだけで良く、所望の放射指向性とすることができる。
【００２８】
図３は、上記構成の円偏波平面アンテナにおいて、周波数５８００ＭＨｚ、８素子、素子間隔０．６λ０（λ０：自由空間波長）とし、励振分布（振幅及び位相）を図８（ａ）のように設定した場合の放射指向性（実測値）を示したものである。上記円偏波平面アンテナによる放射指向性は、図７に示した計算値に非常に近似した特性となっている。
【００２９】
上記のように各円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈを方向基準線６１から励振位相分だけ回転して設置すると共に、給電線路３７は各分岐点４０ａ〜４０ｈから円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの中心の真下を通って該円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈに給電し、各分岐点４０ａ〜４０ｈから給電部４４ａ〜４４ｈあるいは給電点３３までの長さが等しくなるように構成することにより、給電線路３７の引き回しが簡素になり、励振位相の調整がきわめて容易になると共に所望の放射指向性とすることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、各円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈの方向を図８（ａ）の励振位相に合わせて設定した場合について示したが、その励振位相は所望の放射指向性に合わせて任意に設定し得るものである。
【００３１】
また、上記実施形態では、８素子の円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈにより円偏波平面アンテナを構成した場合について示したが、その他の素子数としても良いことは勿論である。
【００３２】
また、上記実施形態では、円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈとして円形パッチアンテナを用いた場合について示したが、その他、例えば図４（ａ）に示す矩形パッチアンテナ、同図（ｂ）に示すリング型パッチアンテナを用いた場合でも同等の効果を得ることができる。
【００３３】
また、上記実施形態では、給電線路３７として直列給電方式を用いた場合について示したが、並列給電方式を用いても同等の効果を得ることができる。更に、給電方法は、給電ピン４５ａ〜４５ｈで円偏波放射素子３２ａ〜３２ｈと給電線路３７とを接続しているが、スロット結合等でも同等な効果を得ることができる。また、上記給電線路３７には、マイクロストリップ線路を用いているが、トリプレート線路でも同等な効果を得ることができる。
【００３４】
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。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、各円偏波放射素子を基準方向から励振位相分だけ回転して設置すると共に、給電線路は各分岐点から各円偏波放射素子の中心の真下を通って各円偏波放射素子に給電し、各分岐点から給電点までの長さが等しくなるように構成することにより、給電線路の引き回しが簡素になり、励振位相の調整がきわめて容易になると共に所望の放射指向性とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る円偏波平面アンテナの構成を示す分解斜視図。
【図２】（ａ）は同実施形態における円偏波放射素子の配置例を示す図、（ｂ）は給電線路の詳細を示す図、（ｃ）は給電線路の具体的なパターン例を示す図。
【図３】同実施形態における円偏波平面アンテナの放射指向性（実測値）を示す図。
【図４】円偏波放射素子として使用される矩形パッチアンテナ及びリング型パッチアンテナを示す図。
【図５】従来の円偏波平面アンテナの構成例を示す分解斜視図。
【図６】（ａ）は従来の円偏波平面アンテナにおける円偏波放射素子の配置状態を示す図、（ｂ）は同円偏波平面アンテナにおける給電線路の詳細を示す図。
【図７】円偏波平面アンテナの放射指向性（計算値）を示す図。
【図８】図７の放射指向性を実現するための円偏波放射素子の励振分布を示す図。
【符号の説明】
３１…素子用誘電体基板
３２ａ〜３２ｈ…円偏波放射素子
３３…給電点
３５…地導体板
３６…給電用誘電体基板
３７…給電線路
３８…入力端子
３９…共通線路
４０ａ〜４０ｈ…分岐点
４１ａ〜４１ｈ…第１の線路パターン
４２ａ〜４２ｈ…第２の線路パターン
４４ａ〜４４ｈ…給電部
４５ａ〜４５ｈ…給電ピン
４６、４７…透孔
６１…各円偏波放射素子における方向基準線
６２…素子方向線
【図１】
2005020073.tif 000003
【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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