(57)【要約】【課題】  マイクロ波、ミリ波などの無線通信システムにおいて利用される片面放射円偏波スロットアレイアンテナを提供する。【解決手段】  円偏波スロットアンテナ１１１、１１２、１１３、１１４のうち、１１３と１１４は１１１および１１２とは１８０度回転して配置し、コプレーナ線路１２１、１２２、１２３、１２４の長さは同一とし、コプレーナ線路１２６の長さと、コプレーナ線路１２７の長さの差が、半波長となるように長さを調節し、さらにアンテナの裏面に、１０１と同じ大きさのフローティングメタル１０２を配置した構成よりなる片面放射円偏波スロットアレイアンテナ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円偏波スロットアンテナを４個用いて、内２個は上側に、残りの２個は下側に１８０度回転して配置し、各々２個の給電線の長さを等しくし、さらに給電点から下側２個のアンテナへの給電線路長と、上側２個のアンテナへの給電線路長の差が半波長となるように配置したアンテナ面を持ち、アンテナ面の裏面に四分の一波長離してフローティングメタルを配置した構成よりなる片面放射円偏波スロットアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、マイクロ波、ミリ波などの無線通信システムにおいて利用される片面放射円偏波スロットアレイアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年の安心安全志向にともない、情報通信技術を用いた新たな応用として、ＩＣタグ等を利用した物流の管理や、入退室管理、さらには児童の登下校時における安全確認等のシステム構築が盛んにおこなわれている。このような通信技術のひとつとして９２０ＭＨｚ帯ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が注目されている。９２０ＭＨｚ帯は海外との相互利用が可能であり、２．４ＧＨｚ帯と比べて電波到達性が高いという利点を持つ。人体を含む比測定物は、様々な方向・位置にあるため、リーダ・ライタ用に用いるアンテナが、直線偏波アンテナの場合では、不感帯が生じる。従って、一般に円偏波アンテナがリーダ・ライタに用いられる。長距離においてＩＣタグの情報を読み書きするためには、指向性利得の優れた円偏波アンテナが必要不可欠である。【０００３】  円偏波アンテナとして、パッチアンテナが良く知られている。一例としてＭｔｌ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｅｄｇｅ  ｌｔｄ．のアンテナがある。（以下、「非特許文献１記載のアンテナ」という。）非特許文献１記載のアンテナは９２０ＭＨｚ帯で動作し、外形寸法は３０５ｍｍ×３０５ｍｍ×２２ｍｍであり、重量はカバーを含め１．２Ｋｇである。なお、アンテナ本体は０．６２２Ｋｇである。また最大利得は９ｄＢｉｃである。【０００４】
【非特許文献１】  Ｍｔｌ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｅｄｇｅ  ｌｔｄ．型式：ＭＴ−２６２００６ＴＬＨ／Ａ／Ｋ
【０００５】  発明者らは、プリント基板を用いた、円偏波スロットアレイアンテナを提案している。（以下、「非特許文献２記載のアンテナ」という。）。非特許文献２記載のアンテナは、プリント基板で構成され、表面導体に２個の円偏波スロットアンテナを配置している。信号は表面導体上のコプレーナ伝送線路より給電し、２個のアンテナに、同じ位相で給電されるように給電線路が調整されている。非特許文献２記載のアンテナは左旋円偏波アンテナであり、９２０ＭＨｚ帯で動作し、最大利得が３．５０ｄＢｉｃである。【０００６】
【非特許文献２】  織田知樹、吉冨邦明、金谷晴一  ９２０ＭＨｚ帯円偏波スロットアレイアンテナの開発  第６７回  電気・情報関係学会九州支部連合大会予稿集，ｐ．４２０，２０１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  パッチアンテナは放射の構造上、表面導体よりも大きな裏面グランドが必ず必要であり、アンテナ部と裏面グランドは導線で接続する必要があるという欠点があった。【０００８】  非特許文献１に記載のアンテナに代表される円偏波アンテナは、１個のパッチアンテナのため、アダプティブアレイアンテナのような、各アンテナ素子に入力する信号の位相を変化させることにより、放射角度を可変することができないという欠点があった。【０００９】  特許文献２に記載のアンテナに代表されるスロットアレイアンテナの放射部は、表面導体に構成されるので、アンテナの薄型化は可能であるが、アンテナ裏面に右旋円偏波が生じるという欠点があった。本発明は、以上のような欠点をなくすためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本アンテナは、アンテナ用プリント基板１０１上に配置される。基本となる左旋円偏波スロットアンテナ１１１、１１２、１１３、１１４を４個配置する。１１３と１１４は１１１および１１２に対して１８０度回転して配置する。基本となる円偏波スロットアンテナの中心間隔は、それぞれのアンテナが強め合う条件である、半波長として配置する。１１１と１１２はコプレーナ線路１２１と１２２に接続され、１２１と１２２の長さは、同一とする。１１３と１１４はコプレーナ線路１２３と１２４に接続され、１２３と１２４の長さは、同一とする。給電点１２５より高周波信号を給電する。給電点１２５から１２３及び１２４へ至るコプレーナ線路１２６の長さと、給電点１２５から１２１及び１２２へ至るコプレーナ線路１２７の長さの差が、半波長となるように長さを調節する。さらに１０１の裏面に、１０１と同じ大きさのフローティングメタル１０２を配置する。本発明は、以上の構成よりなる片面放射円偏波スロットアレイアンテナである。
【発明の効果】
【００１１】  本願の請求項に係る発明は図１にあるように、非特許文献２に記載のアレイアンテナに追加して、下側に１８０度回転した状態で配置した構造となっている。上側２つのアンテナへの給電点からのコプレーナ線路の距離が、下側２つのアンテナに対して１８０度遅れるようにコプレーナ線路を調整する。結果として、すべてのアンテナ素子に同位相で信号が供給されることになり、電磁波の強め合いが生じてアンテナ上面へ鋭い左旋円偏波放射のピークが生成される。【００１２】  図１のアンテナは、表面に左旋円偏波を生じるが、円偏波の特性上、裏面に右旋円偏波を生じる。従って、アレイアンテナと同一寸法のフローティングメタルをアレイアンテナの裏面に配置することで、フローティングメタルに反射した右旋円偏波は、左旋円偏波となる。アレイアンテナとフローティングメタルの間隔を四分の一波長とすると、裏面に放射された電波はアレイアンテナに到達するときに１８０度の位相差を生じる。結果として、裏面に生じた右旋円偏波は左旋円偏波となり、アレイアンテナに到達したとき、表面の左旋円偏波と同位相になるため、合わせて約２倍の放射利得を実現できる。【００１３】
【発明を実施するための形態】
【００１４】  以下、本発明の片面放射円偏波スロットアレイアンテナの実施例を、図を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、この実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１５】  図１は、本発明の実施形態である片面放射円偏波スロットアレイアンテナの平面図である。【００１６】  本願の請求項に係る発明は図１にあるように、非特許文献２記載のアレイアンテナが、１１１及び１１２であり、１１３と１１４は１８０度回転した構造となっている。１２６と１２７の差が半波長であるので、１１１及び１１２に入力される信号は、１１３及び１１４に対して、位相差が１８０度遅れている。結果として、１１１、１１２、及び１１３、１１４のアンテナへは同位相で信号が供給される。この場合電磁波の強め合いが生じてアンテナ上面へ鋭い左旋円偏波放射のピークが生成される。【００１７】  図２は、本発明の実施形態である片面放射円偏波スロットアレイアンテナの斜視図である。【００１８】  図１のアンテナは、表面に左旋円偏波を生じるが、円偏波の特性上、裏面に右旋円偏波を生じる。図２に示すとおり、１０１と同一寸法のフローティングメタル１０２を１０１の裏面に配置することでフローティングメタルに反射した右旋円偏波は、左旋円偏波となる。１０１と１０２の間隔が四分の一波長程度になるように配置すると、裏面に生じた右旋円偏波が反射により左旋円偏波となり、１０１へ到達するときに１８０度の位相差を生じる。結果として、裏面に生じた右旋円偏波は１０１上では、左旋円偏波となり、表面に生じた左旋円偏波と同位相になるため、合わせて約２倍の放射利得を実現できる。【００１９】  本発明アンテナの外形寸法は、周波数が９２０ＭＨｚである場合、２８０ｍｍ×２８０ｍｍ×３７ｍｍであり、重量は２００ｇである。非特許文献１のアンテナと、ほぼ同様の寸法であるにもかかわらず、重量は１／３まで、軽量化できる。【００２０】  図３は、本発明の実施形態を実現した試作品である。給電点１２５には表面実装用コネクタを使用している。【００２１】  図４は、本発明の実施形態における、アンテナの放射パターンである。線２０１が左旋円偏波の設計値であり、線２０２が実測値である。線２０３及び２０４は、右旋円偏波の設計値、及び実測値である。図４において、設計値と実測値はよく一致し、右旋円偏波は左旋円偏波に比べて１０ｄＢ以上減衰している。【００２２】  図５は、本発明の実施形態における、左旋円偏波の放射利得の周波数特性の実測値と設計値である。線２０５は実測値であり、線２０６は設計値である。設計値と実測値はよく一致している。【００２３】  本設計手法は、基本となるスロットアンテナが右旋円偏波の場合も同様に設計できる。【００２４】  以上の説明では、９２０ＭＨｚ帯の場合について示したが、設計に用いるパラメータは波長に対する比のみで良いので、他のマイクロ波周波数、及びミリ波周波数帯で特にその性能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態におけるアンテナの平面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるアンテナの斜視図である。
【図３】図１に示されるアンテナにおける試作品の写真である。
【図４】図１及び図２に示されるアンテナにおける放射パターンである。
【図５】図１及び図２に示されるアンテナにおける利得の周波数依存性である。
【符号の説明】
【００２６】１０１・・・・アンテナ用基板
１０２・・・・フローティングメタル
１１１・・・・基本となる円偏波スロットアンテナ
１１２・・・・基本となる円偏波スロットアンテナ
１１３・・・・基本となる円偏波スロットアンテナ
１１４・・・・基本となる円偏波スロットアンテナ
１２１・・・・コプレーナ線路
１２２・・・・コプレーナ線路
１２３・・・・コプレーナ線路
１２４・・・・コプレーナ線路
１２５・・・・給電点
１２６・・・・コプレーナ伝送線路
１２７・・・・コプレーナ伝送線路
２０１・・・・左旋円偏波の放射パターンの設計値
２０２・・・・左旋円偏波の放射パターンの実測値
２０３・・・・右旋円偏波の放射パターンの設計値
２０４・・・・右旋円偏波の放射パターンの実測値
２０５・・・・利得の周波数依存性の実測値
２０６・・・・利得の周波数依存性の設計値
【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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