(57)【要約】  【課題】多くの数の周波数を共用することができ、その周波数を任意に設定できる多周波共用マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）を提供する。  【解決手段】このＭＳＡは、アンテナ素子２２として、中心線に対して左右対称の外形を有する環状の平面導電路で構成された環状アンテナ素子２２１，２２２，２２３と、環状アンテナ素子２２３の内側に形成された平面状アンテナ素子２２７とを具備し、アンテナ素子２２への給電手段として、前記中心線と環状アンテナ素子２２１〜２２３または平面状アンテナ素子２２７とが交わる位置で環状アンテナ素子２２１〜２２３または平面状アンテナ素子２２７に電磁結合して給電を行うＬプローブ２４を具備している。各環状アンテナ素子２２１〜２２３及び平面状アンテナ素子２２７の各々に電流経路が形成され、各電流経路が異なる共振周波数で共振し、多周波共用特性を示す。
2007060782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に、
中心線に対して左右対称の外形を有する環状の平面導電路で形成された環状アンテナ素子と、前記環状アンテナ素子の内側または外側に平面導電路で形成された、当該環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似する一または複数個の他の環状アンテナ素子とを具備し、
前記基板の他方の面に、
前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子の各々と１箇所で交差する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子の各々と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子の各々に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するＬプローブを具備し、
前記環状アンテナ素子の各々に電磁結合した前記Ｌプローブから各環状アンテナ素子への給電が行われることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項２】
基板の一方の面に、
中心線に対して左右対称の外形を有する環状の平面導電路で形成された環状アンテナ素子と、前記環状アンテナ素子の内側に導電平面で形成された、当該環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、外形が相似する平面状アンテナ素子とを具備し、
前記基板の他方の面に、
前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子と１箇所で交差し、前記中心線の位置で前記基板を介して前記平面状アンテナ素子に対向する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するＬプローブを具備し、
前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子に電磁結合した前記Ｌプローブから前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子への給電が行われることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項３】
請求項２に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、さらに、前記環状アンテナ素子の外側に平面導電路で形成された、当該環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似する一または複数個の他の環状アンテナ素子を具備し、
前記Ｌプローブは、前記直線状部が前記基板を介して前記他の環状アンテナ素子と交差する位置で前記直線状部から前記他の環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部を有していることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記環状アンテナ素子が、四角形の外形を有し、前記四角形の一辺の中央部で前記Ｌプローブと電磁結合していることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項５】
請求項１に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、最も内側の環状アンテナ素子の中央空間に回路素子が配置されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子が直交する二つの中心線を有し、前記Ｌプローブが、前記中心線の各々の位置に配置されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項７】
基板の一方の面に、
正多角形または円形の外形を有する環状の平面導電路で形成され、点対称の位置に摂動素子が装荷された環状アンテナ素子と、
前記環状アンテナ素子の内側または外側に平面導電路で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似し、かつ、点対称の位置に摂動素子が装荷された一または複数個の他の環状アンテナ素子とを具備し、
前記基板の他方の面に、
前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子の各々と１箇所で交差する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子の各々と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子の各々に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するＬプローブを具備し、
前記環状アンテナ素子の各々に電磁結合した前記Ｌプローブから各環状アンテナ素子への給電が行われ、
前記環状アンテナ素子の各々に装荷する前記摂動素子の位置及び大きさが、前記摂動素子を装荷した他の環状アンテナ素子との相互作用を補償して所望の偏波特性が得られるように設定されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項８】
基板の一方の面に、
正多角形または円形の外形を有する環状の平面導電路で形成され、点対称の位置に摂動素子が装荷された環状アンテナ素子と、
前記環状アンテナ素子の内側に導電平面で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、外形が相似し、かつ、点対称の位置に摂動素子が装荷された平面状アンテナ素子とを具備し、
前記基板の他方の面に、
前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子と１箇所で交差し、前記中心線の位置で前記基板を介して前記平面状アンテナ素子に対向する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するＬプローブを具備し、
前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子に電磁結合した前記Ｌプローブから前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子への給電が行われ、
前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の各々に装荷する前記摂動素子の位置及び大きさが、前記摂動素子を装荷した環状アンテナ素子または平面状アンテナ素子との相互作用を補償して所望の偏波特性が得られるように設定されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項９】
請求項８に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、さらに、前記環状アンテナ素子の外側に平面導電路で形成された、当該環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似し、かつ、点対称の位置に摂動素子が装荷された一または複数個の他の環状アンテナ素子を具備し、
前記Ｌプローブは、前記直線状部が前記基板を介して前記他の環状アンテナ素子と交差する位置で前記直線状部から前記他の環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部を有し、
前記他の環状アンテナ素子に装荷する前記摂動素子の位置及び大きさが、内側または外側に形成された前記摂動素子を装荷する環状アンテナ素子との相互作用を補償して所望の偏波特性が得られるように設定されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれかに記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記摂動素子の位置及び大きさは、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の少なくとも１つで円偏波が発生するように設定されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記摂動素子の位置及び大きさは、右旋偏波が発生するように設定されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記摂動素子の位置及び大きさは、左旋偏波が発生するように設定されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項１３】
請求項１０に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記摂動素子の位置及び大きさは、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の少なくとも１つで右旋偏波が発生し、他の環状アンテナ素子または平面状アンテナ素子で左旋偏波が発生するように設定されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項１４】
請求項１０に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記摂動素子の位置及び大きさは、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の少なくとも１つで円偏波が発生し、他の環状アンテナ素子または平面状アンテナ素子で直線偏波が発生するように設定されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の周波数で動作する多周波共用特性を備えたマイクロストリップアンテナ（以下、“ＭＳＡ”と略す。）に関し、特に、多数の周波数において直線偏波や円偏波の送受信が可能なアンテナの実現を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＳＡは、放射導体と地導体（ＧＮＤ）との間の電界により放射導体の端部で磁流を生じ、その磁流を波源として電波を放射するアンテナである。従来、ＭＳＡは、小形、軽量で、しかも薄型に構成できるため、移動通信を始めとして多くの分野で用いられており、また、ＭＳＡ素子を２重に積み重ねて２周波共用特性を持つものや、３重に重ねて３周波共用特性を持つアンテナが作られている。【０００３】
また、下記非特許文献１には、単層構造の多周波共用ＭＳＡが記載されている。このアンテナは、図４０（ａ）に示すように、絶縁基板１１上に形成されたＭＳＡの放射素子１２と、絶縁基板１１の裏面に設けられる地導体１３と、地導体１３と同一平面に形成されるコプレーナ型の給電線路１４とを備えており、放射素子１２は、この給電線路１４から電磁結合型の給電法で給電される。
この地導体１３は６０×６０ｍｍの大きさを有している。また、放射素子１２は、図４０（ｂ）に示すように、２２×２２ｍｍ（面積４８０ｍｍ2）の正方形の内部に、四角形の一部が開口した２本のスリット１５、１６を有しており、スリット１５、１６で区画された２本のリング状素子部１７、１８と中央のＭＳＡ素子部１９とがアンテナとして作用する。【０００４】
図４１は、この多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を表しており、周波数ｆL、ｆM及びｆHに共振点を持つ３周波共用特性を示している。なお、図中、実線は実測値、点線はシミュレーション値を示している。
また、図４２は、ｆL、ｆM及びｆHの各共振周波数におけるＥ面及びＨ面の放射パターンを表している。図中、実線は実測値、点線はシミュレーション値を示し、また、一点鎖線は交差偏波レベルを示している。
交差偏波は、混信を避けるために抑える必要があるが、−２０ｄＢ以下であれば実用上支障が無いとされている。この３周波共用ＭＳＡでは、各共振周波数でのボアサイト方向の交差偏波レベルが−２０ｄＢ以下の値を示している。【０００５】
また、下記特許文献１には、２周波共用特性を持ち、一方の周波数で直線偏波アンテナとして、他方の周波数で円偏波アンテナとして動作するＭＳＡが記載されている。この直線偏波・円偏波共用アンテナは、図４３（ａ）（平面図）及び図４３（ｂ）（図４３（ａ）のＡＡでの断面図）に示すように、両面銅箔のテフロン（登録商標）ガラス基板９の一面に、エッチング加工で円形のパッチ１と環状リング２とを形成し、他面に地導体４を形成する。そして、環状リング２の外周部を無電解銅めっきで地導体４に短絡し、基板９に孔を空けて、給電線７をパッチ１に、また、給電線８を環状リング２に接続し、最後に、環状リング２に摂動パターン（切り込み）３を形成して特性を調整する。
このアンテナは、パッチ１が２．５ＧＨｚ帯の共振周波数で直線偏波特性を示し、摂動パターン３を有する環状リング２が１．５ＧＨｚ帯の共振周波数で円偏波特性を示す。そのため、このアンテナを自動車に搭載して、ビーコンを使った車載情報通信システムのアンテナとしてパッチ１を使用し、衛星を使った測位システム（ＧＰＳ）のアンテナとして環状リング２を使用することができる。
【特許文献１】特開平５−２９１８１６号公報
【非特許文献１】鈴木、羽石「折曲げスロット装荷周波数共用マイクロストリップアンテナ」電子情報通信学会論文誌Ｂ、Ｖｏｌ．Ｊ８５−Ｂ、Ｎｏ．２、pp.207−215、2002年2月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近の自動車は、ＧＰＳシステムや車載情報通信システム、ＥＴＣシステム、セルラーシステム、衛星放送受信システム、無線ＬＡＮなど、多数のシステムを搭載しており、数多くのアンテナを必要としている。
多周波共用ＭＳＡは、１つの素子で、こうした複数の用途に対応することができる。【０００７】
しかし、非特許文献１に記載された多周波共用ＭＳＡでは、放射素子の面積を変えない場合、３周波の共用が限度であり、共用数をさらに増やすと、交差偏波レベルが−２０ｄＢを超えてしまうなど放射パターンの劣化を伴う。また、この多周波共用ＭＳＡは直線偏波の波に対してのみ、多周波化が可能であり、円偏波の波を多周波化することはできない。【０００８】
また、特許文献１に記載された直線偏波・円偏波共用アンテナでは、円偏波アンテナ素子として動作する環状リングが地導体に接続している必要があるため、円偏波アンテナ素子を同一面内に追加して共用周波数の数を増やしたり、地導体に非接続のアンテナ素子の偏波特性を任意に設定したりすることができない。【０００９】
本発明は、こうした状況を改善するために創案したものであり、多数の周波数を共用することが可能であり、また、その共用周波数を任意に設定し、あるいは、共用周波数での偏波特性を自在に設定することができる多周波共用ＭＳＡ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】
【００１０】
本発明の多周波共用ＭＳＡは、基板の一方の面に、中心線に対して左右対称の外形を有する環状の平面導電路で形成された環状アンテナ素子と、前記環状アンテナ素子の内側または外側に平面導電路で形成された、当該環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似する一または複数個の他の環状アンテナ素子とを具備し、前記基板の他方の面に、前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子の各々と１箇所で交差する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子の各々と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子の各々に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するＬプローブを具備し、前記環状アンテナ素子の各々に電磁結合した前記Ｌプローブから各環状アンテナ素子への給電が行われることを特徴とする。
この多周波共用ＭＳＡでは、各環状アンテナ素子のそれぞれに電流経路が形成され、各電流経路は、その長さが異なるために異なる共振周波数で共振し、その結果、多周波共用特性を示す。【００１１】
また、本発明の多周波共用ＭＳＡは、基板の一方の面に、中心線に対して左右対称の外形を有する環状の平面導電路で形成された環状アンテナ素子と、前記環状アンテナ素子の内側に導電平面で形成された、当該環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、外形が相似する平面状アンテナ素子とを具備し、前記基板の他方の面に、前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子と１箇所で交差し、前記中心線の位置で前記基板を介して前記平面状アンテナ素子に対向する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するＬプローブを具備し、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子に電磁結合した前記Ｌプローブから前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子への給電が行われることを特徴とする。
この多周波共用ＭＳＡでは、環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子のそれぞれに電流経路が形成され、各電流経路は、その長さが異なるために異なる共振周波数で共振し、その結果、多周波共用特性を示す。【００１２】
また、本発明の多周波共用ＭＳＡでは、さらに、前記環状アンテナ素子の外側に平面導電路で形成された、当該環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似する一または複数個の他の環状アンテナ素子を具備し、前記Ｌプローブは、前記直線状部が前記基板を介して前記他の環状アンテナ素子と交差する位置で前記直線状部から前記他の環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部を有しているように構成することができる。
この多周波共用ＭＳＡでは、各環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子のそれぞれに電流経路が形成され、各電流経路は、その長さが異なるために異なる共振周波数で共振し、その結果、多周波共用特性を示す。【００１３】
また、本発明の多周波共用ＭＳＡでは、前記環状アンテナ素子が、四角形の外形を有し、前記四角形の一辺の中央部で前記Ｌプローブと電磁結合しているように構成することができる。
この四角形の環状アンテナ素子には、Ｌプローブの位置から、四角形上でその対称となる位置に向かう一様な電流分布が出現する。【００１４】
また、本発明の多周波共用ＭＳＡでは、最も内側の環状アンテナ素子の中央空間に回路素子が配置されているように構成することもできる。
環状アンテナ素子の中央空間を回路素子の配置に利用することで、アンテナ装置を小型化することができる。【００１５】
また、本発明の多周波共用ＭＳＡでは、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子が直交する二つの中心線を有し、前記Ｌプローブが、前記中心線の各々の位置に配置されているように構成することもできる。
このＭＳＡは、直交する垂直偏波と水平偏波とを共用する偏波共用アンテナとして用いることが可能である。【００１６】
また、本発明の多周波共用ＭＳＡは、基板の一方の面に、正多角形または円形の外形を有する環状の平面導電路で形成され、点対称の位置に摂動素子が装荷された環状アンテナ素子と、前記環状アンテナ素子の内側または外側に平面導電路で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似し、かつ、点対称の位置に摂動素子が装荷された一または複数個の他の環状アンテナ素子とを具備し、前記基板の他方の面に、前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子の各々と１箇所で交差する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子の各々と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子の各々に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するＬプローブを具備し、前記環状アンテナ素子の各々に電磁結合した前記Ｌプローブから各環状アンテナ素子への給電が行われ、前記環状アンテナ素子の各々に装荷する前記摂動素子の位置及び大きさが、前記摂動素子を装荷した他の環状アンテナ素子との相互作用を補償して所望の偏波特性が得られるように設定されていることを特徴とする。
このＭＳＡでは、各環状アンテナ素子に形成される電流経路により、動作周波数が決まり、それらに装荷する摂動素子の位置及び大きさにより各環状アンテナ素子の偏波特性が決まる。【００１７】
また、本発明の多周波共用ＭＳＡは、基板の一方の面に、正多角形または円形の外形を有する環状の平面導電路で形成され、点対称の位置に摂動素子が装荷された環状アンテナ素子と、前記環状アンテナ素子の内側に導電平面で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、外形が相似し、かつ、点対称の位置に摂動素子が装荷された平面状アンテナ素子とを具備し、前記基板の他方の面に、前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子と１箇所で交差し、前記中心線の位置で前記基板を介して前記平面状アンテナ素子に対向する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するＬプローブを具備し、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子に電磁結合した前記Ｌプローブから前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子への給電が行われ、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の各々に装荷する前記摂動素子の位置及び大きさが、前記摂動素子を装荷した環状アンテナ素子または平面状アンテナ素子との相互作用を補償して所望の偏波特性が得られるように設定されていることを特徴とする。
このＭＳＡでは、環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子に形成される電流経路により、動作周波数が決まり、それらに装荷する摂動素子の位置及び大きさにより環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の偏波特性が決まる。【００１８】
また、本発明の多周波共用ＭＳＡでは、さらに、前記環状アンテナ素子の外側に平面導電路で形成された、当該環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似し、かつ、点対称の位置に摂動素子が装荷された一または複数個の他の環状アンテナ素子を具備し、前記Ｌプローブは、前記直線状部が前記基板を介して前記他の環状アンテナ素子と交差する位置で前記直線状部から前記他の環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部を有し、前記他の環状アンテナ素子に装荷する前記摂動素子の位置及び大きさが、内側または外側に形成された前記摂動素子を装荷する環状アンテナ素子との相互作用を補償して所望の偏波特性が得られるように設定されているように構成することもできる。
このＭＳＡでは、各環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子に形成される電流経路により、動作周波数が決まり、それらに装荷する摂動素子の位置及び大きさにより各環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の偏波特性が決まる。【００１９】
また、本発明の多周波共用ＭＳＡでは、摂動素子の位置及び大きさを、環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の少なくとも１つで円偏波が発生するように設定し、あるいは右旋偏波が発生するように設定し、あるいは左旋偏波が発生するように設定し、あるいは環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の少なくとも１つで右旋偏波が発生し、他の環状アンテナ素子または平面状アンテナ素子で左旋偏波が発生するように設定し、あるいは環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の少なくとも１つで円偏波が発生し、他の環状アンテナ素子または平面状アンテナ素子で直線偏波が発生するように設定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の多周波共用ＭＳＡは、多数の周波数を共用することができ、また、その周波数を任意に設定することができる。
また、その動作周波数の偏波特性を、左旋偏波、右旋偏波あるいは直線偏波に、自在に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態における多周波共用ＭＳＡの構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態における多周波共用ＭＳＡの電流経路及び電流分布を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態における多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態における多周波共用ＭＳＡの放射パターンを示す図
【図５】本発明の第１の実施形態における多周波共用ＭＳＡの利得特性を示す図
【図６】１ｓｔモードのリング型ＭＳＡの幅を変えたときの共振周波数及び利得の変化を示す図
【図７】２ｎｄモードのリング型ＭＳＡの幅を変えたときの共振周波数及び利得の変化を示す図
【図８】３ｒｄモードのリング型ＭＳＡの幅を変えたときの共振周波数及び利得の変化を示す図
【図９】本発明の第１の実施形態における４個のリング型ＭＳＡと１個の方形ＭＳＡとから成る多周波共用ＭＳＡを示す図
【図１０】図９の多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を示す図
【図１１】図９の多周波共用ＭＳＡの電流経路及び電流分布を示す図
【図１２】図９の多周波共用ＭＳＡの放射パターンを示す図
【図１３】図９の多周波共用ＭＳＡの利得特性を示す図
【図１４】本発明の第１の実施形態における６個のリング型ＭＳＡと１個の方形ＭＳＡとから成る多周波共用ＭＳＡを示す図
【図１５】図１４の多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を示す図
【図１６】図１４の多周波共用ＭＳＡの電流経路及び電流分布を示す図
【図１７】図１４の多周波共用ＭＳＡの放射パターンを示す図
【図１８】本発明の第１の実施形態における方形ＭＳＡを抜いた多周波共用ＭＳＡの構成とリターンロス特性を示す図
【図１９】本発明の第１の実施形態における偏波共用特性を持つ多周波共用ＭＳＡを示す図
【図２０】図１９の多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性及びアイソレーション特性を示す図
【図２１】本発明の第２の実施形態における多周波共用ＭＳＡ（左旋−左旋）の構成を示す図
【図２２】図２１の多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性及び電流分布を示す図
【図２３】図２１の多周波共用ＭＳＡの放射パターンを示す図
【図２４】図２１の多周波共用ＭＳＡの軸比を示す図
【図２５】本発明の第２の実施形態における多周波共用ＭＳＡ（左旋−左旋−左旋）の構成を示す図
【図２６】図２５の多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性及び電流分布を示す図
【図２７】図２５の多周波共用ＭＳＡの放射パターンを示す図
【図２８】図２５の多周波共用ＭＳＡの軸比を示す図
【図２９】本発明の第２の実施形態における多周波共用ＭＳＡ（右旋−左旋−左旋）の構成を示す図
【図３０】図２９の多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性及び電流分布を示す図
【図３１】図２９の多周波共用ＭＳＡの放射パターンを示す図
【図３２】図２９の多周波共用ＭＳＡの軸比を示す図
【図３３】本発明の第２の実施形態における多周波共用ＭＳＡ（直線−右旋−左旋）の構成を示す図（注、図２５とはΔＳ１、ΔＳ２、ΔＳ３、ΔＳ４、ΔＳ５、ΔＳ６などを含む構造パラメータの寸法諸元が異なる。）
【図３４】図３３の多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を示す図
【図３５】図３３の多周波共用ＭＳＡの軸比を示す図
【図３６】直線偏波ＭＳＡにＬプローブ給電法を適用した形態（ａ）と、個別給電法を適用した形態（ｂ）とを示す図
【図３７】図３６の各形態でのリターンロス特性を示す図
【図３８】円偏波ＭＳＡにＬプローブ給電法を適用した形態（ａ）と、個別給電法を適用した形態（ｂ）とを示す図
【図３９】図３８の各形態でのリターンロス特性を示す図
【図４０】従来の多周波共用ＭＳＡの構成を示す図
【図４１】従来の多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を示す図
【図４２】従来の多周波共用ＭＳＡの放射パターンを示す図
【図４３】従来の多周波共用ＭＳＡの構成を示す図
【符号の説明】
【００２２】
１        パッチ
２        環状リング
３        摂動パターン
４        地導体
７        給電線
８        給電線
９        基板
１１      絶縁基板
１２      放射素子
１３      地導体
１４      給電線路
１５      スリット
１６      スリット
１７      リング状素子部
１８      リング状素子部
１９      ＭＳＡ素子部
２１      第１の絶縁基板
２２      放射素子
２３      第２の絶縁基板
２４      給電部（Ｌプローブ）
２５      地導体
２６      同軸コネクタ
３１      スリット
３２      スリット
３３      スリット
２２１    リング型ＭＳＡ
２２２    リング型ＭＳＡ
２２３    リング型ＭＳＡ
２２４    リング型ＭＳＡ
２２５    リング型ＭＳＡ
２２６    リング型ＭＳＡ
２２７    方形ＭＳＡ
２４１    Ｌプローブ
２４２    Ｌプローブ
２２１１  摂動素子
２２１２  摂動素子
２２１３  摂動素子
２２１４  摂動素子
２２１５  摂動素子
２２１６  摂動素子
２２１７  摂動素子
２２１８  摂動素子
２２２１  摂動素子
２２２２  摂動素子
２２２３  摂動素子
２２２４  摂動素子
２２２５  摂動素子
２２２６  摂動素子
２２３０  方形ＭＳＡ
２２３１  摂動素子
２２３２  摂動素子
２２３３  摂動素子
２２３４  摂動素子
２２３５  摂動素子
２２３６  摂動素子
２２３７  摂動素子
２２３８  摂動素子
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、多数の周波数において直線偏波の送受信が可能な多周波共用ＭＳＡについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における多周波共用ＭＳＡの構成を示している。図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は断面図である。また、図１（ｃ）はＬプローブの拡大図、図１（ｄ）は放射素子の拡大図である。
この多周波共用ＭＳＡは、第１の絶縁基板２１に形成されたリング形状及び方形状の金属導体層から成る放射素子２２と、第２の絶縁基板２３に形成された串形状の金属導体層から成る給電部２４と、第２の絶縁基板２３の裏面に設けられた地導体２５と、中心導体及び外側導体を有する同軸コネクタ２６とを備えている。【００２４】
放射素子２２は、ロ字形状のリング型ＭＳＡ２２１、２２２、２２３と、四角形状の方形ＭＳＡ２２７とから成り、これらは、アンテナ部基板である第１の絶縁基板２１上の金属導体層に３本のスリット３１、３２、３３を設けることにより形成されている。
給電部２４の串形状の金属導体層は、リング型ＭＳＡ２２１、２２２、２２３の一辺の中央を横断して方形ＭＳＡ２２７の下部にまで至る長さＰ１の直線部分と、この直線部分の両側からリング型ＭＳＡ２２１、２２２、２２３の各々に沿って長さＰｔだけ延びるスタブ部分とを有している。
同軸コネクタ２６の中心導体の先端は、第２の絶縁基板２３を貫通して給電部２４の直線部分に接続し、また、中心導体から絶縁された同軸コネクタ２６の外側導体は、地導体２５に接続している。
この給電部２４は、広帯域での電磁結合型の給電が可能な従来の“Ｌプローブ”にスタブ部分を設けており、このスタブ部分の長さＰｔを調節して、各共振周波数に基づく固有モードの整合を取っている。
また、第２の絶縁基板２３は、Ｌプローブ２４を構成する給電用基板としての役割を果たし、アンテナ部基板である第１の絶縁基板２１と、Ｌプローブ２４を挟む形で積層されている。【００２５】
リング型ＭＳＡ２２１、２２２、２２３及び方形ＭＳＡ２２７を有する放射素子２２には、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す４つの電流経路が形成され、Ｌプローブ２４から給電を受けた場合に、各電流経路による共振現象が現れる。図２では、電磁界シミュレータ（モーメント法を用いる電磁界シミュレータ（ＩＥ３Ｄ））で求めた各電流経路の電流分布を矢印で模式的に示している。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、各電流経路には、Ｌプローブ２４の位置から、その対称位置に向かう一様な電流分布が出現する。
ここでは、リング型ＭＳＡ２２１に現れる最も長い電流経路（図２（ａ））の電流分布に基づく現象を“１ｓｔモード”、リング型ＭＳＡ２２２に現れる２番目に長い電流経路（図２（ｂ））の電流分布に基づく現象を“２ｎｄモード”、リング型ＭＳＡ２２３に現れる３番目に長い電流経路（図２（ｃ））の電流分布に基づく現象を“３ｒｄモード”、方形ＭＳＡ２２７に現れる最も短い電流経路（図２（ｄ））の電流分布に基づく現象を“４ｔｈモード”と呼ぶことにする。【００２６】
図３は、この多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を示している。ただし、図１に符号で示した多周波共用ＭＳＡの各種寸法諸元は次の通り設定した（単位はｍｍ）。
ａ１＝ｂ１＝２２．１、 ｗ１＝ｗ２＝１．６、ｗ３＝１．２、ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝０．４、Ｐｌ＝１０．３、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｄ＝０．８、Ｐｔ＝２．２５、ｔ１＝ｔ２＝１．２
また、第１及び第２の絶縁基板２１、２３には、テフロン（登録商標）グラスファイバ基板（ＰＴＦＥ基板、比誘電率εｒ＝２．６、ｔａｎδ＝１．８×１０-3）を使用し、この基板に銅薄膜が被着されたプリント基板をエッチングして、放射素子２２とＬプローブ２４とを形成した。
図３では、縦軸にリターンロスの値（ｄＢ）、横軸に周波数（ＧＨｚ）を示している。図中、実線は実測値（Ｅｘｐ）、点線はシミュレーション値（Ｓｉｍ）を示している。【００２７】
図３において、（ａ）２．６９ＧＨｚ（Ｅｘｐ）（２．６８ＧＨｚ（Ｓｉｍ））にみられる共振現象は、１ｓｔモードの電流分布に対応するものである。また、（ｂ）３．３５ＧＨｚ（Ｅｘｐ）（３．３６ＧＨｚ（Ｓｉｍ））、（ｃ）４．３２ＧＨｚ（Ｅｘｐ）（４．３３ＧＨｚ（Ｓｉｍ））及び（ｄ）６．６２ＧＨｚ（Ｅｘｐ）（６．５９ＧＨｚ（Ｓｉｍ））における共振現象は、各々、２ｎｄモード、３ｒｄモード及び４ｔｈモードの電流分布に対応するものである。
図２より明らかなように、モードの次数が増加するに伴い、各々のモードに対応する電流経路の経路長が短縮化され、図３に見られるように、各モードの共振周波数が上昇している。
このように、この多周波共用ＭＳＡにより、異なる４つの周波数を動作周波数とするマルチバンド特性が実現される。また、リターンロス特性の実測値は、図３から分かるように、設計上有意な範囲でシミュレーション値と良く一致している。【００２８】
図４は、この多周波共用ＭＳＡの１ｓｔモード、２ｎｄモード、３ｒｄモード及び４ｔｈモードにおける放射パターンを（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）に示している。なお、この図では、各共振周波数において、Ｅ面の放射パターンだけでなく、参考のために、Ｈ面の放射パターンを併せて示している。図中、実線は放射パターンを示し、点線は交差偏波レベルを示している。
図４から明らかのように、１ｓｔモード、２ｎｄモード、３ｒｄモード及び４ｔｈモードの放射パターンは、Ｅ面、Ｈ面共に単向性の良好なパターンを示し、交差偏波成分も天頂方向（θ＝０°）において最悪値で−２０ｄＢ以下まで抑制されている。
また、図５は、各モードにおける利得の値を示している。この図の横軸には周波数、縦軸には利得を取っている。１ｓｔモード、２ｎｄモード、３ｒｄモード及び４ｔｈモードのすべてにおいて４．０ｄＢｉ以上の利得が得られている。【００２９】
このように、この多周波共用ＭＳＡは、放射素子２２の面積が図４０の放射素子１２と同程度にも関わらず、より多くの共振周波数を保持することが可能であり、各共振周波数での放射パターンの特性は、図４０のＭＳＡに比較して遜色がない。
この多周波共用ＭＳＡの串形状に成形したＬプローブ２４は、スタブの長さを、各モードにおいて整合が取れるように設定しているため、共振周波数が広い範囲に拡がる各モードの電流経路に対して、その範囲をすべてカバーする給電信号を効率的に供給することが可能であり、それが優れた多周波共用特性の実現にも貢献している。【００３０】
次に、この多周波共用ＭＳＡの共振周波数を制御する方法について説明する。
この多周波共用ＭＳＡでは、アンテナ部基板上の金属導体層に形成するスリットの位置を変え、各モードの電流経路の長さを変えることにより、共振周波数を変更することができる。
図６は、２ｎｄモードの電流経路の長さを変えるために、図６（ａ）に示すように、１ｓｔモードのリング型ＭＳＡ２２１の幅Ｗ１を変えた（即ち、スリット３１の位置を変えた）場合の１ｓｔモード及び２ｎｄモードの共振周波数の変化を示している（スリット３１の幅ｄは０．４ｍｍに固定）。図６（ｂ）は、このときの１ｓｔモード及び２ｎｄモードの電流経路を示し、図６（ｃ）は、幅Ｗ１に応じた共振周波数の変化をグラフで示している。この図の横軸はＷ１（ｍｍ）、縦軸は共振周波数（ＧＨｚ）を表している。また、図６（ｄ）は、幅Ｗ１の変化に伴う利得の値の変化をグラフで示している。この図の横軸はＷ１（ｍｍ）、縦軸は利得（ｄＢｉ）を表している。【００３１】
また、図７は、３ｒｄモードの電流経路の長さを変えるために、図７（ａ）に示すように、１ｓｔモードのリング型ＭＳＡ２２１の幅Ｗ１は固定して、２ｎｄモードのリング型ＭＳＡ２２２の幅Ｗ２を変えた場合の１ｓｔモード、２ｎｄモード及び３ｒｄモードの共振周波数の変化を示している（スリット３１、３２の幅ｄは０．４ｍｍに、Ｗ１は１．６ｍｍに固定）。図７（ｂ）は、このときの１ｓｔモード、２ｎｄモード及び３ｒｄモードの電流経路を示し、図７（ｃ）は、幅Ｗ２に応じた共振周波数の変化をグラフで示し、また、図７（ｄ）は、幅Ｗ２の変化に伴う利得の値の変化をグラフで示している。【００３２】
また、図８は、４ｔｈモードの電流経路の長さを変えるために、図８（ａ）に示すように、１ｓｔモードのリング型ＭＳＡ２２１の幅Ｗ１、及び２ｎｄモードのリング型ＭＳＡ２２２の幅Ｗ２は固定して、３ｒｄモードのリング型ＭＳＡ２２３の幅Ｗ３を変えた場合の１ｓｔモード、２ｎｄモード、３ｒｄモード及び４ｔｈモードの共振周波数の変化を示している（スリット３１、３２、３３の幅ｄは０．４ｍｍに、Ｗ１、Ｗ２は１．６ｍｍに固定）。このときの１ｓｔモード、２ｎｄモード、３ｒｄモード及び４ｔｈモードの電流経路は、図２に示すとおりである。図８（ｂ）は、幅Ｗ３に応じた共振周波数の変化をグラフで示し、また、図８（ｃ）は、幅Ｗ３の変化に伴う利得の値の変化をグラフで示している。【００３３】
図６〜図８から明らかなように、各モードの電流経路の長さを変えることにより、共振周波数を変更することができる。リング型ＭＳＡの幅が増えても、そのリング型ＭＳＡの共振周波数は殆ど変化しない。これは、電流経路がリング型ＭＳＡや方形ＭＳＡの最外周近傍に形成されることを示している。利得の値は、リング型ＭＳＡの幅に大きく影響し、幅が狭いと利得が低下する。【００３４】
この多周波共用ＭＳＡは、さらにモード数を増やすことが可能である。
図９は、放射素子２２が、４個のリング型ＭＳＡ２２１、２２２、２２３、２２４と、１個の方形ＭＳＡ２２７とから成る多周波共用ＭＳＡを示している。図９（ａ）はその斜視図、図９（ｂ）は断面図、図９（ｃ）は放射素子の拡大図である。
この多周波共用ＭＳＡの各種寸法諸元は次の通り設定している（単位はｍｍ）。
ａ＝ｂ＝２２．１、ｗ１＝ｗ２＝ｗ３＝ｗ４＝０．８、ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝０．４、Ｐｌ＝１０．８、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｄ＝０．８、Ｐｔ＝１．２５、ｔ１＝ｔ２＝１．２
また、第１及び第２の絶縁基板２１、２３は、図１と同じものを使用した。
また、Ｌプローブ２４には、リング型ＭＳＡ２２１、２２２、２２３、２２４の各々に対応するスタブ部分を設けている。【００３５】
図１０は、この多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性（シミュレーション値）を示している。図１０において、（ａ）２．５８ＧＨｚは１ｓｔモード、（ｂ）２．９５ＧＨｚは２ｎｄモード、（ｃ）３．３９ＧＨｚは３ｒｄモード、（ｄ）３．９９ＧＨｚは４ｔｈモード、（ｅ）５．２０ＧＨｚは１ｓｔモードの第１高次モード、（ｆ）５．９１ＧＨｚは２ｎｄモードの第１高次モード、そして、（ｇ）６．４２ＧＨｚは５ｔｈモードに対応している。【００３６】
図１１（ａ）〜（ｇ）は、図１０の各モードにおける電流経路及び電流分布を示している。（ａ）１ｓｔモード、（ｂ）２ｎｄモード、（ｃ）３ｒｄモード、（ｄ）４ｔｈモード、及び（ｇ）５ｔｈモードの各電流経路には、Ｌプローブ２４の位置から、その対称位置に向かう一様な電流分布が出現している。これに対して、（ｅ）１ｓｔモードの第１高次モード、及び（ｆ）２ｎｄモードの第１高次モードでは、電流経路の途中で電流方向が反転する電流分布が出現している。【００３７】
図１２（ａ）〜（ｇ）は、図１０の各モードにおける放射パターンを示している。（ｅ）１ｓｔモードの第１高次モード、及び（ｆ）２ｎｄモードの第１高次モードでは、高い交差偏波レベルを示しているが、（ａ）１ｓｔモード、（ｂ）２ｎｄモード、（ｃ）３ｒｄモード、（ｄ）４ｔｈモード、及び（ｇ）５ｔｈモードの各モードでは、単向性の良好な放射パターンを示し、交差偏波レベルも極めて低い。【００３８】
また、図１３は、（ａ）１ｓｔモード、（ｂ）２ｎｄモード、（ｃ）３ｒｄモード、（ｄ）４ｔｈモード、及び（ｇ）５ｔｈモードにおける利得の値を示している。
このように、この多周波共用ＭＳＡは、（ｅ）及び（ｆ）の高次モードを使用対象から除外することにより、（ａ）１ｓｔモード、（ｂ）２ｎｄモード、（ｃ）３ｒｄモード、（ｄ）４ｔｈモード、及び（ｇ）５ｔｈモードの各モードにおいて優れた特性を示す多周波共用アンテナとして使用することができる。【００３９】
また、図１４は、放射素子２２が、６個のリング型ＭＳＡ２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６と、１個の方形ＭＳＡ２２７とから成る多周波共用ＭＳＡを示している。図１４（ａ）はその斜視図、図１４（ｂ）は断面図、図１４（ｃ）は放射素子の拡大図である。
この多周波共用ＭＳＡの各種寸法諸元は次の通り設定している（単位はｍｍ）。
ａ＝ｂ＝２２．１、ｗ１〜ｗ６＝０．４、ｄ１〜ｄ６＝０．４、Ｐｌ＝１０．８、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｄ＝０．８、Ｐｔ＝３．７５、ｔ１＝ｔ２＝１．２  
また、第１及び第２の絶縁基板２１、２３は、図１と同じものを使用した。
また、Ｌプローブ２４には、リング型ＭＳＡ２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６の各々に対応するスタブ部分を設けている。【００４０】
図１５は、この多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性（シミュレーション値）を示している。図１５において、（ａ）２．５３ＧＨｚは１ｓｔモード、（ｂ）２．７７ＧＨｚは２ｎｄモード、（ｃ）３．０１ＧＨｚは３ｒｄモード、（ｄ）３．３０ＧＨｚは４ｔｈモード、（ｅ）３．６５ＧＨｚは５ｔｈモード、（ｆ）４．０９ＧＨｚは６ｔｈモード、そして、（ｇ）６．６９ＧＨｚは７ｔｈモードに対応している。
図１６（ａ）〜（ｇ）は、図１５の各モードにおける電流経路及び電流分布を示している。各モードの各電流経路には、Ｌプローブ２４の位置から、その対称位置に向かう一様な電流分布が出現している。
図１７（ａ）〜（ｇ）は、図１５の各モードにおける放射パターンを示している。各モードで単向性の良好な放射パターンを示しており、交差偏波レベルも極めて低い。【００４１】
このように、この多周波共用ＭＳＡは、（ａ）１ｓｔモード、（ｂ）２ｎｄモード、（ｃ）３ｒｄモード、（ｄ）４ｔｈモード、（ｅ）５ｔｈモード、（ｆ）６ｔｈモード、及び（ｇ）７ｔｈモードの各モードにおいて優れた特性を示す多周波共用アンテナとして使用することができる。【００４２】
また、これらの多周波共用ＭＳＡでは、方形ＭＳＡを除いて、リング型ＭＳＡだけを放射素子に用いることも可能である。図１８は、その一例として、リング型ＭＳＡ２２１、２２２、２２３だけから成る多周波共用ＭＳＡの放射素子形状（図１８（ａ））と、リターンロス特性（図１８（ｂ））とを示している。
この多周波共用ＭＳＡの各種寸法諸元は次の通り設定した（単位はｍｍ）。
ａ＝ｂ＝２２．１、ｗ１＝ｗ２＝１．６、ｗ３＝１．２、ｄ１＝ｄ２＝０．４、Ｐｌ＝５．２、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｄ＝０．８、Ｐｔ＝０．２５、ｔ１＝ｔ２＝１．２
このように方形ＭＳＡを抜かした場合は、放射素子の中央部分を付属回路素子の設置場所として利用することが可能になり、アンテナ装置の小型化を図ることができる。【００４３】
また、この多周波共用ＭＳＡは、図１９に示すように、直交する位置に二つのＬプローブ２４１、２４２を設けることにより、直線偏波の直交する垂直偏波と水平偏波とを共用する偏波共用アンテナとして用いることが可能である。図１９（ａ）は、その斜視図、図１９（ｂ）は、放射素子の拡大図である。
偏波共用特性では、直交する二つの偏波を独立に、互いに干渉すること無く、送受信することが必要であり、交差偏波レベルが低いこと、及び、アイソレーション特性が良好であること、即ち、片方のポートから給電されたエネルギーが他方のポートへ出力される量の小さいこと、が求められる。
この多周波共用ＭＳＡの各種寸法諸元は次の通り設定している（単位はｍｍ）。
ａ＝ｂ＝２２．１、ｗ１＝ｗ２＝１．６、ｗ３＝１．２、ｄ１＝ｄ２＝０．４、Ｐ１ｌ＝Ｐ１２＝５．８、Ｐｗ１＝Ｐｗ２＝１．５、Ｐｓ１＝Ｐｓ２＝０．８、Ｐｄ１＝Ｐｄ２＝０．８【００４４】
図２０は、この多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性及びアイソレーション特性を示している。図中、実線はリターンロス特性を示し、そのスケールを左側に表記している。また、点線はアイソレーション特性を示し、そのスケールを右側に表記している。
各々の共振周波数におけるアイソレーションは、−３０ｄＢ以下の値を示しており、良好な特性が得られている。
このように、この多周波共用ＭＳＡでは、もう一つのＬプローブを追加することで、容易に偏波共用特性を実現することができる。【００４５】
なお、これまでは多周波共用ＭＳＡの放射特性について説明してきたが、この多周波共用ＭＳＡを受信アンテナとして使用する場合に、全く同じ特性が得られることはアンテナの“相反性”から自明である。
このように、この多周波共用ＭＳＡは、直線偏波の電波を送受信する、単向性を備えた平面構造のマルチバンドアンテナとしての有用性を有している。この多周波共用ＭＳＡは、例えば、ＧＳＭ、ＤＣＳ及びＰＣＳ方式を受信するセルラ電話用３周波共用マルチバンドアンテナとして用いたり、また、無線ＬＡＮ用（２．４ＧＨｚ帯及び５．０ＧＨｚ帯）及びＶＩＣＳ用（２．５ＧＨｚ帯）のマルチバンドアンテナとしての応用などを想定することができる。さらに、移動通信（垂直偏波）とテレビ受信（水平偏波）との共用や偏波ダイバーシチ受信なども可能である。また、どの周波数帯にも対応可能なアンテナとして使用することもできる。【００４６】
なお、ここでは、リング型ＭＳＡをロ字状に形成し、中央に方形ＭＳＡを形成する（または形成しない）場合について説明したが、リング型ＭＳＡ及び中央のＭＳＡの形状は、正方形、長方形、正六角形、正三角形、円等、中心線に対して左右対称の形状であれば良い。このとき、Ｌプローブは、その中心線の位置に配置する。【００４７】
また、ここでは、基板としてテフロン（登録商標）グラスファイバ基板を使用し、この基板に形成された銅薄膜をエッチングして放射素子２２やＬプローブ２４を形成する場合について説明したが、本発明は、それに限るものではなく、例えば、セラミックスグリーンシートに金属粉末を含むメタライズドペーストで放射素子やＬプローブ等の導体パターンを印刷し、それらを積層して焼成するような方法で形成しても良い。【００４８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、複数の動作周波数における偏波特性を自在に設定できる多周波共用ＭＳＡについて説明する。
図２１は、本発明の第２の実施形態における多周波共用ＭＳＡの構成を示している。図２１（ａ）は斜視図であり、図２１（ｂ）は断面図である。また、図２１（ｃ）はＬプローブの拡大図、図２１（ｄ）は放射素子の拡大図である。
この多周波共用ＭＳＡは、第１の絶縁基板２１に形成されたリング形状及び方形状の金属導体層から成る放射素子２２と、第２の絶縁基板２３に形成された串形状の金属導体層から成る給電部２４と、第２の絶縁基板２３の裏面に設けられた地導体２５と、中心導体及び外側導体を有する同軸コネクタ２６とを備えている。【００４９】
放射素子２２は、正方形の枠状のリング型ＭＳＡ２２１と、正方形の方形ＭＳＡ２２３０とから成り、これらは、アンテナ部基板である第１の絶縁基板２１上の金属導体層に１本のスリット３１を設けることにより形成されている。また、リング型ＭＳＡ２２１には、対角線上の二隅に、金属導体層を三角形状に切除した摂動素子２２１１、２２１２が形成され、また、方形ＭＳＡ２２３０には、前記対角線と交差する対角線上の二隅に同様の摂動素子２２３１、２２３２が形成されている。
給電部２４の串形状の金属導体層は、リング型ＭＳＡ２２１の一辺の中央を横断して方形ＭＳＡ２２３０にまで至る長さＰ１の直線部分と、この直線部分の両側からリング型ＭＳＡ２２１に沿って長さＰｔだけ延びるスタブ部分とを有している。【００５０】
同軸コネクタ２６の中心導体の先端は、第２の絶縁基板２３を貫通して給電部２４の直線部分に接続し、また、中心導体から絶縁された同軸コネクタ２６の外側導体は、地導体２５に接続している。
この給電部２４は、広帯域での電磁結合型の給電が可能な従来の“Ｌプローブ”にスタブ部分を設けており、このスタブ部分の長さＰｔを調節して、リング型ＭＳＡ２２１が関与する固有モードの整合を取っている。
また、第２の絶縁基板２３は、Ｌプローブ２４を構成する給電用基板としての役割を果たし、アンテナ部基板である第１の絶縁基板２１と、Ｌプローブ２４を挟む形で積層されている。【００５１】
この多周波共用ＭＳＡにおいて、図２１に符号で示した各種寸法諸元は、次の通り設定している。
ａ＝ｂ＝２２．１、ｗ１＝１．６、ｄ１＝０．４、Ｐｌ＝９．８、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｄ＝０．８、Ｐｔ＝２．２５、ｔ１＝ｔ２＝１．２（以上、単位はｍｍ）。
また、方形ＭＳＡ２２３０の摂動素子２２３１の面積をΔＳ１、摂動素子２２３２の面積をΔＳ２とするとき、ΔＳ１＝ΔＳ２とし、方形ＭＳＡ２２３０の摂動素子を装荷しない場合の全面積（摂動素子の面積を加えた面積）に対する（ΔＳ１＋ΔＳ２）の比率を２．６３％（“ΔＳ１＋ΔＳ２＝２．６３％”と表記する。）に設定し、また、リング型ＭＳＡ２２１の摂動素子２２１１の面積をΔＳ３、摂動素子２２１２の面積をΔＳ４とするとき、ΔＳ３＝ΔＳ４とし、リング型ＭＳＡ２２１の摂動素子を装荷しない場合の全面積に対する（ΔＳ３＋ΔＳ４）の比率を、ΔＳ３＋ΔＳ４＝０．９５％に設定している。
また、第１及び第２の絶縁基板２１、２３には、テフロン（登録商標）グラスファイバ基板（ＰＴＦＥ基板、比誘電率εｒ＝２．６、ｔａｎδ＝１．８×１０-3）を使用し、この基板に銅薄膜が被着されたプリント基板をエッチングして、放射素子２２とＬプローブ２４とを形成している。【００５２】
この放射素子２２のリング型ＭＳＡ２２１には、給電を受けると、Ｌプローブ２４上の点を始点とし、その始点と向かい合う点を終点とする第１の電流経路が形成され、それとともに、装荷された摂動素子２２１１、２２１２の作用で、第１の電流経路と直交する方向の第２の電流経路が形成される。それ故、給電を受けたリング型ＭＳＡ２２１には、図２２（ａ）に模式的に示すように、第１の電流経路に流れる電流分布（白矢印）と、第２の電流経路に流れる電流分布（黒矢印）とが生じ、これらの電流は直交している。
摂動素子２２１１、２２１２の大きさΔＳ３、ΔＳ４は、直交する電流の位相差が±９０°となるように設定しており、そのため、リング型ＭＳＡ２２１からは円偏波の電波が放射される。【００５３】
なお、リング型ＭＳＡ２２１が単独で存在する場合は、図２２（ａ）に示すように、Ｌプローブ２４が位置する辺の左側と、その対角線上の位置とに摂動素子２２１１、２２１２を装荷すると、右旋偏波（電波の進行方向に対して右旋回する円偏波）が発生し、逆に、Ｌプローブ２４が位置する辺の右側と、その対角線上の位置とに摂動素子を装荷すると、左旋偏波が発生する。しかし、他のＭＳＡが隣接している場合は、他のＭＳＡとの相互作用により円偏波の旋回方向が変わってくる。【００５４】
また、給電を受けた方形ＭＳＡ２２３０にも、同様に、Ｌプローブ２４上の点を始点とし、その始点と向かい合う点を終点とする第１の電流経路と、摂動素子２２３１、２２３２に起因する、第１の電流経路と直交する方向の第２の電流経路とが形成される（なお、第１の電流経路及び第２の電流経路は、方形ＭＳＡ２２３０の周縁近くに形成される）。それ故、給電を受けた方形ＭＳＡ２２３０には、図２２（ｂ）に模式的に示すように、第１の電流経路に流れる電流分布（白矢印）と、これに直交する第２の電流経路に流れる電流分布（黒矢印）とが生じる。
摂動素子２２３１、２２３２の大きさΔＳ１、ΔＳ２は、直交する電流の位相差が±９０°となるように調整されており、そのため、方形ＭＳＡ２２３０からも円偏波の電波が放射される。【００５５】
図２２（ｃ）は、この多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を示している。縦軸にリターンロスの値（ｄＢ）、横軸に周波数（ＧＨｚ）を示している。
リターンロスの値（ｄＢ）は、通常、アンテナでは−１０ｄＢを切ることが一応の目安とされているが、この多周波共用ＭＳＡでは、（ａ）２．７５ＧＨｚ及び（ｂ）４．６８ＧＨｚにおいて、その値が−１０ｄＢを大きく超えている。（ａ）２．７５ＧＨｚの共振現象は、リング型ＭＳＡ２２１の電流分布により齎されており、これを“１ｓｔモード”と呼ぶことにする。また、（ｂ）４．６８ＧＨｚの共振現象は、方形ＭＳＡ２２３０により齎されており、これを “２ｎｄモード”と呼ぶことにする。【００５６】
図２３（ａ）は、１ｓｔモードの放射パターンを示し、図２３（ｂ）は、２ｎｄモードの放射パターンを示している。図２３（ａ）（ｂ）において、外側の実線及び点線（実線及び点線はほぼ重なっている）は、Ｌプローブの幅方向と天頂方向を含む面（以下、“φ＝０°面”と呼ぶ。）及びＬプローブの長さ方向と天頂方向を含む面（以下、“φ＝９０°面”と呼ぶ。）における左旋偏波の放射レベルを示し、内側の実線及び点線は、φ＝０°面及びφ＝９０°面における右旋偏波の放射レベルを示している。この放射パターンから、この多周波共用ＭＳＡは、１ｓｔモード及び２ｎｄモードのいずれにおいても左旋偏波を発生することが分かる。【００５７】
図２４は、天頂方向（θ＝０）に放射される円偏波の軸比を示している。軸比の値（ｄＢ）は、楕円の長軸をａ、短軸をｂとするとき、２０×ｌｏｇ（ａ／ｂ）で算出している。従って、完全な円偏波では、軸比の値が０ｄＢになる。一般的には、３ｄＢ以下であれば円偏波と看做されている。
図２４（ｃ）は、各周波数での軸比を示しており、図２４（ａ）は、１ｓｔモード（２．７５ＧＨｚ）における軸比の拡大図、図２４（ｂ）は、２ｎｄモード（４．６８ＧＨｚ）における軸比の拡大図である。１ｓｔモード及び２ｎｄモードの軸比は０．５ｄＢ程度であり、良好な円偏波が発生していることを示している。
このように、この多周波共用ＭＳＡは、異なる２つの周波数のそれぞれにおいて左旋の円偏波を発生することができる。【００５８】
摂動素子２２１１、２２１２、２２３１、２２３２の設置位置及び大きさは、各モードにおいて所望の偏波特性が得られるように調整する必要がある。この多周波共用ＭＳＡでは、先ず、方形ＭＳＡ２２３０が２ｎｄモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子２２３１、２２３２の位置及び大きさを設定し、次に、リング型ＭＳＡ２２１が、方形ＭＳＡ２２３０との相互作用を受けながらも、１ｓｔモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子２２１１、２２１２の位置及び大きさを設定している。
こうして求めた摂動素子２２１１、２２１２、２２３１、２２３２の位置及び大きさが図２１に示したものである。この場合、リング型ＭＳＡ２２１の摂動素子２２１１、２２１２の位置及び大きさを先に決め、方形ＭＳＡ２２３０の摂動素子２２３１、２２３２の位置及び大きさを後から決めても良い。また、同様の手順で、方形ＭＳＡ２２３０及びリング型ＭＳＡ２２１の一方または双方を右旋偏波に設定することも可能である。
また、Ｌプローブ２４のスタブの長さは、１ｓｔモードにおいてリング型ＭＳＡ２２１と整合が取れるように設定している。【００５９】
また、この多周波共用ＭＳＡでは、各モードの電流経路の長さを変えて、共振周波数を変更することができる。放射素子２２の外形を一定に保つ場合であっても、アンテナ部基板２１上の金属導体層に形成するスリット３１の位置を移動することで、方形ＭＳＡ２２３０の電流経路の長さを変え、その共振周波数を変化させることができる。なお、リング型ＭＳＡ２２１の電流経路は、リングの外周近くに形成されるため、スリット３１の位置を移動しても、共振周波数は、左程変化しない。【００６０】
この多周波共用ＭＳＡは、さらにモード数を増やし、その偏波特性を任意に設定することが可能である。
図２５は、放射素子２２が、摂動素子を有する２本のリング型ＭＳＡ２２１、２２２と方形ＭＳＡ２２３０とから成り、各ＭＳＡ２２１、２２２、２２３が左旋の円偏波を発生する多周波共用ＭＳＡを示している。図２５（ａ）は斜視図、図２５（ｂ）は断面図、図２５（ｃ）はＬプローブの拡大図、図２５（ｄ）は放射素子の拡大図である。Ｌプローブ２４には、リング型ＭＳＡ２２１、２２２の各々に対応するスタブ部分を設けている。【００６１】
この多周波共用ＭＳＡの各種寸法諸元は次の通り設定している。
ａ１＝ｂ１＝２２．１、ｗ１＝ｗ２＝１．６、ｄ１＝ｄ２＝０．４、Ｐｌ＝１０．８、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｄ＝０．８、Ｐｔ＝２．２５、ｔ１＝ｔ２＝１．２（以上、単位はｍｍ）。
また、方形ＭＳＡ２２３０の摂動素子２２３３の面積をΔＳ１、摂動素子２２３４の面積をΔＳ２、リング型ＭＳＡ２２２の摂動素子２２２１の面積をΔＳ３、摂動素子２２２２の面積をΔＳ４、リング型ＭＳＡ２２１の摂動素子２２１３の面積をΔＳ５、摂動素子２２１４の面積をΔＳ６とするとき、ΔＳ１＝ΔＳ２、ΔＳ３＝ΔＳ４、ΔＳ５＝ΔＳ６であり、ΔＳ１＋ΔＳ２＝３．６５％、ΔＳ３＋ΔＳ４＝０．７１％、ΔＳ５＋ΔＳ６＝０．５１％に設定している。
また、第１及び第２の絶縁基板２１、２３は、図２１と同じものを使用している。【００６２】
図２６（ｄ）は、この多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を示している。図中、（ａ）２．７３ＧＨｚ、（ｂ）３．４３ＧＨｚ、（ｃ）５．８７ＧＨｚに現れている共振現象は、それぞれ、リング型ＭＳＡ２２１、リング型ＭＳＡ２２２、方形ＭＳＡ２２３０の電流分布に基づいて生じており、これらを“１ｓｔモード” “２ｎｄモード” “３ｒｄモード” と呼ぶことにする。図２６（ａ）、図２６（ｂ）、図２６（ｃ）には、それぞれ、１ｓｔモード、２ｎｄモード、３ｒｄモードの電流分布を模式的に示している。なお、図２６（ｄ）の５．３ＧＨｚ付近に現れている共振現象は、１ｓｔモードの高次モードであり、これは共用対象の周波数から除外する必要がある。【００６３】
図２７（ａ）は、１ｓｔモードの放射パターンを示し、図２７（ｂ）は、２ｎｄモードの放射パターンを示し、図２７（ｃ）は、３ｒｄモードの放射パターンを示している。図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）において、外側の実線及び点線（実線及び点線はほぼ重なっている）は、φ＝０°面及びφ＝９０°面における左旋偏波の放射レベルを示し、内側の実線及び点線は、φ＝０°面及びφ＝９０°面における右旋偏波の放射レベルを示している。この放射パターンから、この多周波共用ＭＳＡは、１ｓｔモード、２ｎｄモード及び３ｒｄモードのいずれにおいても左旋偏波を発生することが分かる。【００６４】
図２８（ｄ）は、各周波数での軸比を示しており、図２８（ａ）は、１ｓｔモード（２．７３ＧＨｚ）における軸比の拡大図、図２８（ｂ）は、２ｎｄモード（３．４３ＧＨｚ）における軸比の拡大図、図２８（ｃ）は、３ｒｄモード（５．８７ＧＨｚ）における軸比の拡大図である。１ｓｔモードの軸比は０．５ｄＢ、２ｎｄモード及び３ｒｄモードの軸比は１ｄＢ程度であり、いずれのモードにおいても、良好な円偏波が発生していることを示している。【００６５】
この多周波共用ＭＳＡでは、先ず、方形ＭＳＡ２２３０が３ｒｄモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子２２３３、２２３４の位置及び大きさを設定し、次に、リング型ＭＳＡ２２２が、方形ＭＳＡ２２３０との相互作用を受けながらも、２ｎｄモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子２２２１、２２２２の位置及び大きさを設定し、次に、リング型ＭＳＡ２２１が、方形ＭＳＡ２２３０及びリング型ＭＳＡ２２２との相互作用を受けながらも、１ｓｔモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子２２１３、２２１４の位置及び大きさを設定している。【００６６】
こうして求めた摂動素子２２１３、２２１４、２２２１、２２２２、２２３３、２２３４の位置及び大きさが図２５に示したものである。この場合、リング型ＭＳＡ２２１またはリング型ＭＳＡ２２２の摂動素子の位置及び大きさを先に決め、方形ＭＳＡ２２３０の摂動素子の位置及び大きさを後から決めても良い。また、同様の手順で、方形ＭＳＡ２２３０、リング型ＭＳＡ２２２及びリング型ＭＳＡ２２１の内の一または複数を右旋偏波に設定することも可能である。【００６７】
また、Ｌプローブ２４のスタブの長さは、１ｓｔモードにおいてリング型ＭＳＡ２２１と整合が取れ、２ｎｄモードにおいてリング型ＭＳＡ２２２と整合が取れるように設定している。このように、串形状に成形したＬプローブ２４のスタブの長さを、各モードにおいて整合が取れるように設定することにより、共振周波数が広い範囲に拡がる各モードの電流経路に対して、その範囲をすべてカバーする給電信号を効率的に供給することが可能となる。
また、この多周波共用ＭＳＡでは、第１の絶縁基板２１上の金属導体層に形成するスリット３１、３２の位置を移動することで、リング型ＭＳＡ２２２や方形ＭＳＡ２２３０の電流経路の長さを変え、それらの共振周波数を変化させることができる。【００６８】
図２９は、放射素子２２が、摂動素子を有する２本のリング型ＭＳＡ２２１、２２２と方形ＭＳＡ２２３０とから成り、リング型ＭＳＡ２２１が右旋の円偏波、リング型ＭＳＡ２２２及び方形ＭＳＡ２２３０が左旋の円偏波を発生する多周波共用ＭＳＡを示している。図２９（ａ）は斜視図、図２９（ｂ）は断面図、図２９（ｃ）はＬプローブの拡大図、図２９（ｄ）は放射素子の拡大図である。Ｌプローブ２４には、リング型ＭＳＡ２２１、２２２の各々に対応するスタブ部分を設けている。【００６９】
この多周波共用ＭＳＡの各種寸法諸元は次の通り設定している。
ａ１＝ｂ１＝２２．１、ｗ１＝ｗ２＝１．６、ｄ１＝ｄ２＝０．４、Ｐｌ＝１０．８、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｄ＝０．８、Ｐｔ＝２．２５、ｔ１＝ｔ２＝１．２（以上、単位はｍｍ）。
また、方形ＭＳＡ２２３０の摂動素子２２３５の面積をΔＳ１、摂動素子２２３６の面積をΔＳ２、リング型ＭＳＡ２２２の摂動素子２２２３の面積をΔＳ３、摂動素子２２２４の面積をΔＳ４、リング型ＭＳＡ２２１の摂動素子２２１５の面積をΔＳ５、摂動素子２２１６の面積をΔＳ６とするとき、ΔＳ１＝ΔＳ２、ΔＳ３＝ΔＳ４、ΔＳ５＝ΔＳ６であり、ΔＳ１＋ΔＳ２＝３．６５％、ΔＳ３＋ΔＳ４＝０．６６％、ΔＳ５＋ΔＳ６＝０．０３％に設定している。
また、第１及び第２の絶縁基板２１、２３は、図２１と同じものを使用している。【００７０】
図３０（ｄ）は、この多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を示している。図中、（ａ）２．７１ＧＨｚ、（ｂ）３．４３ＧＨｚ、（ｃ）５．８７ＧＨｚに現れている共振現象は、それぞれ、リング型ＭＳＡ２２１、リング型ＭＳＡ２２２、方形ＭＳＡ２２３０の電流分布に基づいて生じており、これらを“１ｓｔモード” “２ｎｄモード” “３ｒｄモード” と呼ぶことにする。図３０（ａ）、図３０（ｂ）、図３０（ｃ）には、それぞれ、１ｓｔモード、２ｎｄモード、３ｒｄモードの電流分布を模式的に示している。【００７１】
図３１（ａ）は、１ｓｔモードの放射パターンを示し、図３１（ｂ）は、２ｎｄモードの放射パターンを示し、図３１（ｃ）は、３ｒｄモードの放射パターンを示している。図３１（ａ）において、外側の実線及び点線（実線及び点線はほぼ重なっている）は、φ＝０°面及びφ＝９０°面における右旋偏波の放射レベルを示し、内側の実線及び点線は、φ＝０°面及びφ＝９０°面における左旋偏波の放射レベルを示している。また、図３１（ｂ）（ｃ）では、外側の実線及び点線（実線及び点線はほぼ重なっている）が、φ＝０°面及びφ＝９０°面における左旋偏波の放射レベルを示し、内側の実線及び点線が、φ＝０°面及びφ＝９０°面における右旋偏波の放射レベルを示している。この放射パターンから、この多周波共用ＭＳＡでは、１ｓｔモードで右旋偏波が発生し、２ｎｄモード及び３ｒｄモードで左旋偏波が発生することが分かる。【００７２】
図３２（ｄ）は、各周波数での軸比を示しており、図３２（ａ）は、１ｓｔモード（２．７１ＧＨｚ）における軸比の拡大図、図３２（ｂ）は、２ｎｄモード（３．４３ＧＨｚ）における軸比の拡大図、図３２（ｃ）は、３ｒｄモード（５．８７ＧＨｚ）における軸比の拡大図である。１ｓｔモード及び２ｎｄモードの軸比は０．５ｄＢ以下、３ｒｄモードの軸比は１ｄＢ程度であり、いずれのモードにおいても、良好な円偏波が発生していることを示している。【００７３】
この多周波共用ＭＳＡでは、先ず、方形ＭＳＡ２２３０が３ｒｄモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子２２３５、２２３６の位置及び大きさを設定し、次に、リング型ＭＳＡ２２２が、方形ＭＳＡ２２３０との相互作用を受けながらも、２ｎｄモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子２２２３、２２２４の位置及び大きさを設定し、次に、リング型ＭＳＡ２２１が、方形ＭＳＡ２２３０及びリング型ＭＳＡ２２２との相互作用を受けながらも、１ｓｔモードの周波数で右旋偏波を発生するように摂動素子２２２５、２２２６の位置及び大きさを設定している。【００７４】
こうして求めた摂動素子２２１５、２２１６、２２２３、２２２４、２２３５、２２３６の位置及び大きさが図２９に示したものである。この場合、リング型ＭＳＡ２２１またはリング型ＭＳＡ２２２の摂動素子の位置及び大きさを先に決め、方形ＭＳＡ２２３０の摂動素子の位置及び大きさを後から決めても良い。【００７５】
また、図３３は、放射素子２２が、摂動素子を有する２本のリング型ＭＳＡ２２１、２２２と方形ＭＳＡ２２３０とから成り、リング型ＭＳＡ２２１が直線偏波、リング型ＭＳＡ２２２が右旋の円偏波、方形ＭＳＡ２２３０が左旋の円偏波を発生する多周波共用ＭＳＡを示している。図３３（ａ）は斜視図、図３３（ｂ）は断面図、図３３（ｃ）はＬプローブの拡大図、図３３（ｄ）は放射素子の拡大図である。Ｌプローブ２４には、リング型ＭＳＡ２２１、２２２の各々に対応するスタブ部分を設けている。【００７６】
この多周波共用ＭＳＡの各種寸法諸元は次の通り設定している。
ａ１＝ｂ１＝２２．１、ｗ１＝ｗ２＝１．６、ｄ１＝ｄ２＝０．４、Ｐｌ＝１０．８、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｄ＝０．８、Ｐｔ＝２．２５、ｔ１＝ｔ２＝１．２（以上、単位はｍｍ）。
また、方形ＭＳＡ２２３０の摂動素子２２３７の面積をΔＳ１、摂動素子２２３８の面積をΔＳ２、リング型ＭＳＡ２２２の摂動素子２２２５の面積をΔＳ３、摂動素子２２２６の面積をΔＳ４、リング型ＭＳＡ２２１の摂動素子２２１７の面積をΔＳ５、摂動素子２２１８の面積をΔＳ６とするとき、ΔＳ１＝ΔＳ２、ΔＳ３＝ΔＳ４、ΔＳ５＝ΔＳ６であり、ΔＳ１＋ΔＳ２＝３．６５％、ΔＳ３＋ΔＳ４＝１．２１％、ΔＳ５＋ΔＳ６＝０．４１％に設定している。
また、第１及び第２の絶縁基板２１、２３は、図２１と同じものを使用している。【００７７】
図３４は、この多周波共用ＭＳＡのリターンロス特性を示している。図中の（ａ）（ｂ）（ｃ）に現れている共振現象は、それぞれ、リング型ＭＳＡ２２１、リング型ＭＳＡ２２２、方形ＭＳＡ２２３０の電流分布に基づいて生じており、これらを“１ｓｔモード” “２ｎｄモード” “３ｒｄモード” と呼ぶことにする。
図３５（ｄ）は、各周波数での軸比を示しており、図３５（ａ）は、１ｓｔモードにおける軸比の拡大図、図３５（ｂ）は、２ｎｄモードにおける軸比の拡大図、図３５（ｃ）は、３ｒｄモードにおける軸比の拡大図である。１ｓｔモードの軸比は３０ｄＢ程度であり、直線偏波と看做すことができる。２ｎｄモード及び３ｒｄモードの軸比は１ｄＢ以下であり、良好な円偏波が発生していることを示している。【００７８】
この多周波共用ＭＳＡでは、先ず、方形ＭＳＡ２２３０が３ｒｄモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子２２３７、２２３８の位置及び大きさを設定し、次に、リング型ＭＳＡ２２２が、方形ＭＳＡ２２３０との相互作用を受けながらも、２ｎｄモードの周波数で右旋偏波を発生するように摂動素子２２２５、２２２６の位置及び大きさを設定し、次に、リング型ＭＳＡ２２１が、方形ＭＳＡ２２３０及びリング型ＭＳＡ２２２との相互作用を受けながらも、１ｓｔモードの周波数で直線偏波を発生するように摂動素子２２１７、２２１８の位置及び大きさを設定している。【００７９】
こうして求めた摂動素子２２１７、２２１８、２２２５、２２２６、２２３７、２２３８の位置及び大きさが図３３に示したものである。この場合、リング型ＭＳＡ２２１またはリング型ＭＳＡ２２２の摂動素子の位置及び大きさを先に決め、方形ＭＳＡ２２３０の摂動素子の位置及び大きさを後から決めても良い。【００８０】
このように、この多周波共用ＭＳＡは、リング型ＭＳＡの数を増やして、動作周波数の多様化を図ることができ、また、それらの動作周波数の偏波特性を、左旋偏波、右旋偏波あるいは直線偏波に、自在に設定することができる。【００８１】
また、この多周波共用ＭＳＡでは、方形ＭＳＡを除いて、リング型ＭＳＡだけで放射素子を構成することもできる。こうすることで、放射素子の中央部分を付属回路素子の設置場所として利用したり、Ｌプローブへの電気接続場所として使用したりできるため、アンテナ装置の小型化が可能になる。【００８２】
なお、これまでは多周波共用ＭＳＡの放射特性について説明してきたが、この多周波共用ＭＳＡを受信アンテナとして使用する場合に、全く同じ特性が得られることはアンテナの“相反性”から自明である。
従って、本発明の多周波共用ＭＳＡは、１つの装置で、例えば、ＧＰＳ（右旋）、衛星デジタル音声放送（左旋）、ＥＴＣ（右旋）、移動通信（直線）、無線ＬＡＮ（直線）などの受信が可能なアンテナとして使用することができる。【００８３】
なお、ここでは、放射素子の外形が正方形のものについて説明したが、その外形は、正三角形や正六角形などの正多角形、あるいは円または円に近い楕円などの形状であっても良い。【００８４】
また、ここでは、基板としてテフロン（登録商標）グラスファイバ基板を使用し、この基板に形成された銅薄膜をエッチングして放射素子２２やＬプローブ２４を形成する場合について説明したが、本発明は、それに限るものではなく、例えば、セラミックスグリーンシートに金属粉末を含むメタライズドペーストで放射素子やＬプローブ等の導体パターンを印刷し、それらを積層して焼成するような方法で形成しても良い。【００８５】
なお、本発明の多周波共用ＭＳＡでは、各放射素子に対する給電を、直線状部とスタブ部とを有するＬプローブを用いて電磁結合により行っている。この形状のＬプローブによる電磁給電法（Ｌプローブ給電法）は、放射素子の各々にコネクタを個別に直接接続して給電を行う“個別給電法”に比べて、次のような利点がある。【００８６】
Ｌプローブ給電法では、１本の給電線路でマルチバンド信号（複数の周波数の信号）を送受信しており、給電系をシンプルに構成することができる。そのため、装置全体の小型化が可能である。一方、個別給電法では、放射素子の数に応じた複数本の給電用線路が必要であり、装置全体をコンパクトに構成することができない。多数の放射素子を狭い間隔で設けた場合は、コネクタや、それに接続する同軸線路を物理的に配置することができなくなる。【００８７】
また、１個のＬプローブで複数の放射素子に給電するＬプローブ給電法では、アンテナ系からの信号を処理した後、信号を複数の出力端に分ける分配器、または、各周波数成分を分離・選択する分波器を介して伝送系に出力することが必要であるが、現在、分配器や分波器は安価で小型、軽量なものが簡単に入手できるので、デメリットにはならない。むしろ、マルチバンドの信号を一箇所で統合処理できるメリットの方が大きい。アンテナ系と信号処理系とを一体化してマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）を構成することも可能である。【００８８】
また、個別給電法では、多周波共用ＭＳＡを小型化した場合に、複数のコネクタの間隔が接近し、コネクタの中心導体間に電磁結合が発生して、不要な放射等が生じる。そのため、良好な特性が得られない。
図３６、図３７、図３８及び図３９は、多周波共用ＭＳＡにＬプローブ給電法及び個別給電法の夫々を適用した場合の特性の違いをシミュレーションで求め、その結果を示している。【００８９】
図３６（ａ）は、３本のリング型ＭＳＡを有する直線偏波用ＭＳＡにＬプローブで電磁給電する本発明の構成を示し、図３６（ｂ）は、同一の直線偏波用ＭＳＡに個別給電法を適用して直接給電する場合の構成を示している。この多周波共用ＭＳＡの各種寸法諸元は次の通りである（単位はｍｍ）。
ａ１＝ｂ１＝２２．１、 ｗ１＝ｗ２＝１．６、ｗ３＝１．２、ｄ１＝ｄ２＝０．４、Ｐｌ＝５．２、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｄ＝０．８、Ｐｔ＝２．２５、ｔ１＝ｔ２＝１．２
また、絶縁基板の比誘電率はεｒ＝２．６である。
図３６（ｂ）の個別給電法では、各リンク型ＭＳＡの中心線上の位置にピン（Ｐｏｒｔ−１、Ｐｏｒｔ−２、Ｐｏｒｔ−３）を配置して直接給電している。Ｐｏｒｔ-１は内側のＭＳＡの導電路（幅ｗ３）の端からρ１の位置に、Ｐｏｒｔ-２は真中のＭＳＡの導電路（幅ｗ２）の端からρ２の位置に、そして、Ｐｏｒｔ-３は外側のＭＳＡの導電路（幅ｗ１）の端からρ３の位置に配置している。【００９０】
図３７（ａ）は、Ｌプローブ給電法の場合のリターンロス特性を示しており、（ａ）（ｂ）（ｃ）の共振が現れている。
図３７（ｂ−１）は、ρ１＝ｗ３／２、ρ２＝ｗ２／２、ρ３＝ｗ１／２に設定して（即ち、ピンを導電路の中央に設定して）個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示し、図３７（ｂ−２）は、ρ１＝ｗ３／３、ρ２＝ｗ２／４、ρ３＝ｗ１／４に設定して（即ち、ピンを導電路の端から０．４ｍｍの位置に設定して）個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示し、また、図３７（ｂ−３）は、ρ１＝ｗ３／４．８、ρ２＝ｗ２／６．４、ρ３＝ｗ１／６．４に設定して（即ち、ピンを導電路の端付近に設定して）個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示している。なお、実線（Ｓ１１）はＰｏｒｔ−１のリターンロス特性、点線（Ｓ２２）はＰｏｒｔ−２のリターンロス特性、また、一点鎖線（Ｓ３３）はＰｏｒｔ−３のリターンロス特性を示している。
この結果から、個別給電法の場合は、共振周波数との整合が取れないことが分かる。【００９１】
また、  図３８（ａ）は、摂動素子を有する２本のリング型ＭＳＡと方形ＭＳＡとから成る円偏波用ＭＳＡにＬプローブで電磁給電する本発明の構成を示し、図３８（ｂ）は、同一の円偏波用ＭＳＡに個別給電法を適用して直接給電する場合の構成を示している。この多周波共用ＭＳＡの各種寸法諸元は次の通りである（単位はｍｍ）。
ａ１＝ｂ１＝２２．１、ａ’＝ｂ’＝１４．１、ｗ１＝ｗ２＝１．６、ｄ１＝ｄ２＝０．４、Ｐｌ＝１０．８、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｄ＝０．８、Ｐｔ＝２．２５、ｔ１＝ｔ２＝１．２  
また、絶縁基板の比誘電率はεｒ＝２．６である。また、摂動素子の面積は、ΔＳ１＋ΔＳ２＝３．６５％、ΔＳ３＋ΔＳ４＝０．６６％、ΔＳ５＋ΔＳ６＝０．０３％に設定している。【００９２】
図３８（ｂ）の個別給電法では、方形ＭＳＡ及び２本のリング型ＭＳＡの中心線上の位置にピン（Ｐｏｒｔ−１、Ｐｏｒｔ−２、Ｐｏｒｔ−３）を配置して直接給電している。Ｐｏｒｔ-１は方形ＭＳＡの中心位置からρ０の位置に、Ｐｏｒｔ-２は内側のリング型ＭＳＡの導電路（幅ｗ２）の端からρ１の位置に、そして、Ｐｏｒｔ-３は外側のＭＳＡの導電路（幅ｗ１）の端からρ３の位置に配置している。【００９３】
図３９（ａ）は、Ｌプローブ給電法の場合のリターンロス特性を示しており、（ａ）（ｂ）（ｃ）の共振が現れている。
図３９（ｂ−１）は、ρ０＝０．４０（ａ’／２）、ρ１＝ｗ２／２、ρ２＝ｗ１／２に設定して（即ち、ピンをリング導電路の中央に設定して）個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示し、図３９（ｂ−２）は、ρ０＝０．４０（ａ’／２）、ρ１＝ｗ２／４、ρ２＝ｗ１／４に設定して（即ち、ピンをリング導電路の端から０．４ｍｍの位置に設定して）個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示し、また、図３９（ｂ−３）は、ρ０＝０．４０（ａ’／２）、ρ１＝ｗ２／６．４、ρ２＝ｗ１／６．４に設定して（即ち、ピンをリング導電路の端付近に設定して）個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示している。なお、実線（Ｓ１１）はＰｏｒｔ−１のリターンロス特性、点線（Ｓ２２）はＰｏｒｔ−２のリターンロス特性、また、一点鎖線（Ｓ３３）はＰｏｒｔ−３のリターンロス特性を示している。【００９４】
この結果から、個別給電法の場合は、Ｌプローブ給電法で得られる共振周波数の一部に対して整合を取ることはできるが、全ての共振周波数との整合は取れないことが分かる。
このように、本発明の多周波共用ＭＳＡでは、Ｌプローブ給電法を用いることにより、始めて多周波共用が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明の多周波共用ＭＳＡは、移動通信を始めとして、各分野で多周波共用のアンテナとして広く利用することができ、また、アンテナを使用する既存分野において、どの周波数帯にも対応可能なアンテナとして、広く利用することができる。
また、円偏波対応の多周波共用ＭＳＡは、多数のアンテナを必要とする、例えば自動車などにおいて、動作周波数を切り替えて使用するアンテナとして広く利用することができ、また、各分野が要求する多様なアンテナ特性のどれにも対応可能なアンテナとして、各分野で広く利用することができる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月15日(2009.1.15)
【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】
基板の一方の面に、
中心線に対して左右対称の外形を有する環状の平面導電路で形成された環状アンテナ素子と、
前記環状アンテナ素子の内側に導電平面で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、外形が相似する平面状アンテナ素子と、
前記環状アンテナ素子の外側に環状の平面導電路で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似する一または複数個の環状アンテナ素子と
を具備し、
前記基板の他方の面に、
前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子の各々と１箇所で交差し、前記中心線の位置で前記基板を介して前記平面状アンテナ素子に対向する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子の各々と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するＬプローブを具備し、
前記平面状アンテナ素子及び環状アンテナ素子の各々は、電磁結合した前記Ｌプローブから給電されて、それぞれ、異なる１つの周波数に共振し、
前記Ｌプローブのスタブ部の長さは、前記環状アンテナ素子の各々が前記１つの周波数に共振する状態において整合が取れるように設定されている
ことを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記環状アンテナ素子が、四角形の外形を有し、前記四角形の一辺の中央部で前記Ｌプローブと電磁結合していることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子が直交する二つの中心線を有し、前記Ｌプローブが、前記中心線の各々の位置に配置されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
請求項１に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の外形を正多角形または円形にするとともに、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の点対称の位置に摂動素子を設けたことを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
【手続補正２】
【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】
本発明の多周波共用ＭＳＡは、基板の一方の面に、中心線に対して左右対称の外形を有する環状の平面導電路で形成された環状アンテナ素子と、前記環状アンテナ素子の内側に導電平面で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、外形が相似する平面状アンテナ素子と、前記環状アンテナ素子の外側に環状の平面導電路で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似する一または複数個の環状アンテナ素子とを具備し、前記基板の他方の面に、前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子の各々と１箇所で交差し、前記中心線の位置で前記基板を介して前記平面状アンテナ素子に対向する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子の各々と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するＬプローブを具備し、前記平面状アンテナ素子及び環状アンテナ素子の各々は、電磁結合した前記Ｌプローブから給電されて、それぞれ、異なる１つの周波数に共振し、前記Ｌプローブのスタブ部の長さは、前記環状アンテナ素子の各々が前記１つの周波数に共振する状態において整合が取れるように設定されていることを特徴とする。
この多周波共用ＭＳＡでは、平面状アンテナ素子及び各環状アンテナ素子のそれぞれに電流経路が形成され、各電流経路は、その長さが異なるために異なる共振周波数で共振し、その結果、多周波共用特性を示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明の多周波共用ＭＳＡでは、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の外形を正多角形または円形にするとともに、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の点対称の位置に摂動素子を設けることができる。
このＭＳＡでは、平面状アンテナ素子及び各環状アンテナ素子に形成される電流経路により、動作周波数が決まり、それらに装荷する摂動素子の位置及び大きさにより各環状アンテナ素子の偏波特性が決まる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
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