(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地導体面と、該接地導体面と略平行に設けられる励振用電極と、前記接地導体面と略平行で、かつ、前記励振用電極を挟んで設けられる２つの直線偏波放射用電極と、前記励振用電極と電気的に接続される給電部とを有し、前記２つの直線偏波用電極は、それぞれの一端部が前記励振用電極と容量結合をするように近接し、それぞれの他端部は接地されると共に、それぞれの電界励振方向が互いに略直角をなすように配置されてなる円偏波用アンテナ。
【請求項２】
前記２つの直線偏波放射用電極のそれぞれは、電気的に略１／４波長になるように形成されてなる請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記直線偏波放射用電極がメアンダー形状に形成されてなる請求項１または２記載のアンテナ。
【請求項４】
前記２つの直線偏波放射用電極が前記励振用電極を挟んで電界励振方向が略直角方向になるように延伸されると共に、該延伸される方向に沿って少なくとも１回折り返されることにより、２つの周波数帯に対して共振し得る構造である請求項１記載のアンテナ。
【請求項５】
前記接地導体面と、前記励振用電極および直線偏波放射用電極との間に誘電体が装荷されてなる請求項１、２、３または４記載のアンテナ。
【請求項６】
誘電体基板の一面に前記励振用電極および直線偏波放射用電極が設けられ、該誘電体基板の他面に前記接地導体面および給電部が設けられ、該誘電体基板の側面に設けられる導体膜により前記直線偏波用電極の他端部と前記接地導体面の接続および前記励振用電極と前記給電部との電気的接続がなされてなる請求項５記載のアンテナ。
【請求項７】
前記２つの直線偏波放射用電極がそれぞれ短辺と長辺を有する帯状体からなり、前記励振用電極が、前記２つの直線偏波放射用電極のそれぞれの一端部と対向する辺の長さが等しく、かつ、相互に直交する直角２等辺部を有する形状に形成され、前記帯状体のそれぞれの前記一端部における短辺が前記励振用電極の前記直角２等辺部のそれぞれと略平行になるように、前記直線偏波放射用電極が配設されてなる請求項１ないし６のいずれか１項記載のアンテナ。
【請求項８】
前記励振用電極が線条または相対向する２辺が略平行する導体片からなり、前記２つの直線偏波放射用電極がそれぞれ短辺と長辺を有する帯状体からなり、該帯状体のそれぞれの前記一端部における短辺が前記長辺に対して略４５°の角度をなすように形成され、該短辺が前記励振用電極の線条または略平行する２辺とそれぞれ平行になるように、前記直線偏波放射用電極が配設されてなる請求項１ないし６のいずれか１項記載のアンテナ。
【請求項９】
前記２つの直線偏波放射用電極が略直交するように１組のみ設けられ、前記誘電体基板および接地導体面も前記２つの直線偏波放射用電極に対応する部分のみに設けられてなる請求項６記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記２つの直線偏波放射用電極が同一基板上に２組設けられ、それぞれの組が左旋円偏波用および右旋円偏波用として動作し得る請求項１ないし９のいずれか１項記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小形で表面実装に適した円偏波用の平面アンテナに関する。さらに詳しくは、特別な給電回路を用いることなく、円偏波を送受信することができる小形の円偏波用平面アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の円偏波用平面アンテナとして、基本モードパッチアンテナが多用されている。この構造のアンテナは、たとえば図６に示されるように、セラミック基板２１の表面にパッチアンテナ素子２２が配置され、その裏面に接地導体２３が設けられ、パッチアンテナ素子２２の裏面側に設けられた給電部２２ａに、セラミック基板２１および接地導体２３に設けられた貫通孔を経て、給電ピン２４が接続される構造になっている。この基本モードパッチアンテナでは、原理的に平面内の直交する２辺の長さＡは、それぞれ略１／２波長の電気長で形成される必要があり、これを小形化するには、誘電体基板２１として、高誘電率のものを用いなければならない。すなわち、誘電体基板２１の比誘電率をεrとすると、１／εr1/2に比例してその一辺の長さＡを短くすることができる。たとえばＧＰＳ車載受信端末用では、高誘電率基板を用いない場合の約１／５（一辺が約２０〜２５ｍｍ程度）までの小形化が達成されている。
【０００３】
しかし、近年の携帯受信端末用途では、アンテナのサイズがさらに１／４程度（高誘電率基板を用いない場合の１／２０で、一辺約５ｍｍ程度）の小形軽量化が要求されている。これを従来のように誘電体基板の比誘電率の増加により実現しようとしても、共振周波数を合せることが困難であり、製造技術的に難しく、さらにεrが１００を超える高比誘電率の基板を低損失な材料で得ることが難しく、材料的にも限界がある。
【０００４】
一方、直線偏波平面アンテナを小形化する従来技術として、逆Ｆアンテナが知られている。逆Ｆアンテナは、Ｌ型に折り曲げられた導電性線条（もしくは板）の２区間の内、短区間の開放端側を接地し、長区間を接地面に平行に配置し、さらに短区間に略平行で、かつ、インピーダンス整合条件を満足するように適宜離間し、給電点と長区間を接続する導電性線条（もしくは板）からなる第３の導電体である給電区間を配置して構成される。
【０００５】
具体例としては、図７に示されるように、基板２１の一面側から側面にかけて導電膜が形成されることにより、Ｌ型導電体（放射素子２２）が形成され、短区間である側面の導電体膜の開放端は基板２１の裏面に設けられる接地導体２３と接続されている。そして、基板２１および接地導体２３に設けられる貫通孔を介して給電ピン２４が放射素子２２の給電部２２ａに接続される構造になっている。この構造では、基板２１の一面側に設けられる導電膜（放射素子２２）の長辺側の長さＢは、原理的には略１／４波長の電気長で構成することができ、基本パッチモードと比較して、長さで１／２の小形化が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来の基本モードパッチアンテナでは、近年の携帯用端末として要求される非常に小形の円偏波アンテナを構成することができない。
【０００７】
一方、逆Ｆアンテナは直線偏波用であり、逆Ｆアンテナにより円偏波アンテナを構成しようとすると、２つの独立な逆Ｆアンテナを平面内に直交配置し、それぞれのアンテナ素子への給電信号を等振幅、直交位相（相互に９０°の位相差を有すること）となるように、３ｄＢハイブリッドリングのような特別な給電回路を具備する必要があり、結局アンテナの小形化を達成できず、しかも生産性の障害になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、小形の携帯端末器に装備することができる、非常に小形の円偏波アンテナを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、左旋円偏波と右旋円偏波のいずれでも送受信することができる小形の携帯端末器用の小形円偏波アンテナを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による円偏波アンテナは、接地導体面と、該接地導体面と略平行に設けられる励振用電極と、前記接地導体面と略平行で、かつ、前記励振用電極を挟んで設けられる２つの直線偏波放射用電極と、前記励振用電極と電気的に接続される給電部とを有し、前記２つの直線偏波用電極は、それぞれの一端部が前記励振用電極と容量結合をするように近接し、それぞれの他端部は接地されると共に、それぞれの電界励振方向が互いに略直角をなすように配置されている。
【００１１】
この構造にすることにより、２つの直線偏波放射用電極が、励振用電極から非接触で独立して励振するように構成されているため、２つの直線偏波放射用電極を同時に、かつ、電気的に独立して励振させることができる。そのため、等電力分配や９０°位相差を形成する特別な給電回路を用いることなく、小形で円偏波を送受信することができる。
【００１２】
前記２つの直線偏波放射用電極のそれぞれは、電気的に略１／４波長になるように形成される。また、前記直線偏波放射用電極がメアンダー形状（ジグザグ状に折り曲げられる形状）に形成されることにより、物理的長さを短くすることができ、さらなる小形化を達成することができる。
【００１３】
前記２つの直線偏波放射用電極が前記励振用電極を挟んで電界励振方向が略直角方向になるように延伸されると共に、それぞれが該延伸される方向に沿って少なくとも１回折り返されることにより、２つの周波数帯に対して共振し得る構造であることが、たとえば第１の周波数帯と、その約２倍の周波数帯である第２の周波数帯との両信号を送受信することができるため好ましい。
【００１４】
前記接地導体面と、前記励振用電極および直線偏波放射用電極との間に誘電体が装荷されておれば、その誘電率を大きくすることにより、さらなる放射用電極の小形化をすることができる。
【００１５】
誘電体基板の一面に前記励振用電極および直線偏波放射用電極が設けられ、該誘電体基板の他面に前記接地導体面および給電部が設けられ、該誘電体基板の側面に設けられる導体膜により前記直線偏波用電極の他端部と接地導体面の接続および前記励振用電極と給電部との電気的接続がなされることにより、誘電体基板に導電体膜を設けることにより簡単に製造することができると共に、誘電率の大きい基板を用いることにより、一層の小形化をすることができるため好ましい。
【００１６】
具体的には、前記２つの直線偏波放射用電極がそれぞれ短辺と長辺を有する帯状体からなり、前記励振用電極が、前記２つの直線偏波放射用電極のそれぞれの一端部と対向する辺の長さが等しく、かつ、相互に直交する直角２等辺部を有する形状に形成され、前記帯状体のそれぞれの前記一端部における短辺が前記励振用電極の前記直角２等辺部のそれぞれと略平行になるように、前記直線偏波放射用電極が配設されたり、前記励振用電極が線条または相対向する２辺が略平行する導体片からなり、前記２つの直線偏波放射用電極がそれぞれ短辺と長辺を有する帯状体からなり、該帯状体のそれぞれの前記一端部における短辺が前記長辺に対して略４５°の角度をなすように形成され、該短辺が前記励振用電極の線条または略平行する２辺とそれぞれ平行になるように、前記直線偏波放射用電極が配設されてもよい。
【００１７】
ここに帯状体とは、励振用電極に対向する一辺に対して長い辺を有する導体片を意味し、その長い辺（延伸方向）に対して直角方向にジグザグに折り曲げられるものや延伸方向に対して平行方向に折り返されるものを含み、板状体、導体膜、導線などの導体片を含む。
【００１８】
前記２つの直線偏波放射用電極が略直交するように１組のみ設けられ、前記誘電体基板および接地導体面も前記２つの直線偏波放射用電極に対応する部分のみに設けられることにより、より小形化することができる。
【００１９】
また、前記２つの直線偏波放射用電極が同一基板上に２組設けられ、それぞれの組が左旋円偏波用および右旋円偏波用として動作し得るように構成することもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の円偏波アンテナについて説明をする。本発明による円偏波アンテナは、図１にその一実施形態の構成説明図が示されるように、接地導体面１と、その接地導体面１と略平行に励振用電極２が設けられ、さらに接地導体面１と略平行で、かつ、励振用電極２を挟んで２つの直線偏波放射用電極３ａ、３ｂが設けられている。この２つの直線偏波放射用電極３ａ、３ｂは、それぞれの一端部が励振用電極２と容量結合をするように近接し、それぞれの他端部は接地されると共に、それぞれの電界励振方向が互いに略直角をなすように配置されている。また、給電部４が図１に示される例では接地導体面１と同じ面に設けられており、給電電極５により励振用電極２と電気的に接続されている。なお、図１で（ｂ）は（ａ）の後ろから見た斜視説明図、（ｃ）は底面説明図である。
【００２１】
図１に示される例では、誘電体基板６の一面側に直線偏波放射用電極（以下、単に放射用電極ともいう）３ａ、３ｂが、他面側に接地導体面１がそれぞれ導電体膜などにより形成されている。このような誘電体基板６に接地導体面１や放射用電極３ａ、３ｂなどを設ける構造にすることにより、誘電体基板６に印刷などにより簡単に形成することができるし、両面に導電体膜を設けておいて、エッチングなどによりパターニングして形成するこもできる。しかし、この構造でなくても、接地導体面１と励振用電極２、放射用電極３ａ、３ｂとが空間を介して略平行になるように配置されればよい。誘電体基板６としては、たとえばセラミック基板などを用いることができるが、できるだけ誘電率の大きい材料が、放射電極３ａ、３ｂを小さくすることができるため好ましく、たとえばＢａＯ-ＴｉＯ2-ＳｎＯ2、ＭｇＯ-ＣａＯ-ＴｉＯ2などが比誘電率が３０程度以上となり好ましい。
【００２２】
接地導体面１、励振用電極２および放射電極３ａ、３ｂは、前述のように、誘電体基板６に設けられる銀被膜などの導電体膜を印刷して用いることが、簡単に形成することができて好ましいが、その例に限らず、銅などの導電線または導体板を誘電体基板６上に配列したり、空間で保持する構造のものでもよい。放射用電極３ａ、３ｂの幅Ｗは、長さ（幅Ｗと直交する方向の長さ）より小さく、所望の帯域特性に応じて決定され、長さ（励振用電極２と対向する端面と接地導体面１と接続される部分までの長さ）は、電気長で１／４波長（λ）になるように形成される。そのため、誘電体基板６の比誘電率εrにより、１／εr1/2に比例してその物理的長さを短くすることができる。
【００２３】
放射電極３ａ、３ｂのそれぞれの一端部は、励振用電極２と対向するように設けられている。図１に示される例では、励振用電極２が長方形状の対向する２辺が平行な帯状体で形成され、その平行する２辺に近接してそれぞれの放射用電極３ａ、３ｂが設けられているため、帯状体に形成された放射用電極３ａ、３ｂの一端部の短辺は長辺に対してほぼ４５°になるように形成されている。その結果、２つの放射用電極３ａ、３ｂは励振用電極２を挟んで直角方向に延びている。この放射用電極３ａ、３ｂと励振用電極２との対向する部分は容量結合をし、その間隔を調整することにより結合度が変るためそれぞれの放射用電極３ａ、３ｂとの間隔を調整することにより、電力分配比を自在に調整することができる。
【００２４】
また、２つの放射用電極３ａ、３ｂの共振周波数を互いに使用する中心周波数の上下に適宜ずらせることにより、２つの放射用電極３ａ、３ｂからの放射電磁波の位相差をずらせることができ、９０°の位相差になるように調整されている。すなわち、この放射用電極３ａ、３ｂの長さおよびその結合度（励振用電極２との間隔）を調整することにより、特別な給電回路を用いることなく、直線偏波用放射電極を用いながら円偏波を送受信することができる。
【００２５】
放射用電極３ａ、３ｂの他端部は、図１に示される例では、誘電体基板６の側面を経て直接接地導体面１と電気的に接続されている。接地導体面１は、図１に示される例では、放射用電極３ａ、３ｂより若干大きく形成されているだけであるが、接地導体面１をとくに設けないで、もっと大きな接地面上に直接設けられる構造でもよい。
【００２６】
給電部４は、図１に示される例では、接地導体面１と同じ面で、誘電体基板６の裏面に設けられ、誘電体基板６の側面に設けられる給電電極５を介して励振用電極２と電気的に接続されているが、誘電体基板６および接地導体面１に設けられる貫通孔を介して接地導体面１より下部に設けられる構造であってもよい。この場合、給電部４と接地導体面１との間を同軸線路で接続してもよいし、別の基板に設けられるストリップ線路を接続する構造にしてもよい。
【００２７】
つぎにこのアンテナの動作に付いて説明をする。なお、送信について説明をするが、受信についても逆の動作で、全く同様である。まず、給電部４に入力された信号は、給電電極５を経て励振用電極２に定在波を形成する。この定在波の電圧は、先端に近いほど高く、放射用電極３ａ、３ｂのそれぞれの一端部と容量結合をし、放射用電極３ａ、３ｂがそれぞれ共振する。放射用電極３ａ、３ｂは、λ／４に近い電気長に設定されているため、結合した信号は、放射用電極３ａ、３ｂのそれぞれの開放端部（一端部）側で電圧最大、接地端部（他端部）側で電流最大となる定在波を生じ、λ／４逆Ｌ型アンテナとして効率よく結合信号を放射することができる。
【００２８】
この放射用電極３ａ、３ｂは、それぞれ励振用電極２の両側で互いにほぼ独立して結合しているため、それぞれの共振特性は、ほぼ独立して維持される。また、前述のように、それぞれの放射用電極３ａ、３ｂは、励振用電極２とのギャップおよびその電気長が調整され、相互に位相差が９０°となるように調整されており、しかも２つの放射用電極３ａ、３ｂは９０°になるように配設されているため、等電力で９０°の位相差の直交する２つの直線偏波が同時に放射されることになり、円偏波を放射する。
【００２９】
図１に示される例は、直線偏波放射用電極３ａ、３ｂの形状は、直線状の帯状体により形成されていたが、図２（ａ）に示されるように、帯状体がジグザグ状に折り曲げられたメアンダー形状に形成されていてもよい。このようなメアンダー形状に形成されることにより、短い物理的長さで長い電気長を得ることができるため、より一層小形化することができる。なお、図１と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
また、図２（ｂ）に示される例は、帯状体の延伸方向に沿って折り返された形状で、このような長尺方向（延伸方向）に沿って折り返すことにより、隣接するエレメント間で電気的結合をし、その折り返す回数や、隣接するエレメントの間隔などを調整することにより、たとえば第１の周波数帯に対しては１／４波長のアンテナとして作用し、約２倍に当る第２の周波数帯に対しては、３／４波長として作用し、２倍の関係にある２つの周波数帯に対しても送受信をすることができるなど、２周波に対応することができる。このような折返し構造にすることにより、励振用電極と結合する部分を変化させて、送受信用の周波数を変化させることもできる。他の部分は図１と同様である。
【００３１】
図３に示される例は、励振用電極２の形状を変えた例である。この例では、励振用電極２の放射用電極３ａ、３ｂと対向する２辺が、それぞれ放射用電極３ａ、３ｂの延びる方向と４５°をなす長方形状ではなく、放射用電極３ａ、３ｂの延びる方向と直角になるように形成されている。すなわち、２つの放射用電極３ａ、３ｂと対向する辺が直角２等辺を有するような形状に励振用電極２が形成されると共に、放射用電極３ａ、３ｂの励振用電極２と対向する短辺は、放射用電極３ａ、３ｂの長辺に対して直角に形成されている。このような形状でも、前述の例と同様に２つの放射用電極３ａ、３ｂを独立して共振させることができる。なお、他の部分は図１に示される例と同様でその説明を省略する。
【００３２】
図４は、誘電体基板６を放射電極３ａ、３ｂの部分以外を除去しないでそのまま残した例である。前述の図１〜３に示される例は、図４の破線で囲まれる部分６ａが除去された構造でアンテナの小形化が図られている。しかし、この部分を残しておくこともできる。この場合、基板６の裏面の接地導体面１は全面に残しておいても、除去されてもよい。
【００３３】
図５は、２つの放射用電極３ａ、３ｂと３ｃ、３ｄを２組形成することにより、たとえば右旋円偏波用と左旋円偏波用とし、給電部４ａ、４ｂを回路切替器により切り替えていずれの円偏波でも送受信することができるようにしたものである。このようにすれば、前述の基板６の残部を有効に利用しながら、左旋、右旋の両円偏波の送受信を有効にすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、１つの励振用電極から非接触で、１／４波長タイプの２つの放射用電極を同時、かつ、電気的に独立して励振することにより、等電力分配、９０°位相差を得ることができ、特別な給電回路網を用いることなく円偏波を生成できる。それにより、従来パッチアンテナと同様な誘電率の基板を用いた場合と比較して、所要面積を１／４〜１／８（不要部分を削った場合）以下に低減しながら、良好な円偏波特性を実現することができ、携帯端末用途に必要とされるアンテナの小形、軽量化、ならびに低コスト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による平面アンテナの一実施形態の説明図である。
【図２】図１の放射用電極部の変形例を示す説明図である。
【図３】図１の放射用電極部の変形例を示す説明図である。
【図４】図１の放射用電極部の変形例を示す説明図である。
【図５】図１の放射用電極部の変形例を示す説明図である。
【図６】従来の基本パッチモードアンテナの説明図である。
【図７】従来の逆Ｆアンテナの構成説明図である。
【符号の説明】
１    接地導体面
２    励振用電極
３    直線偏波放射用電極
４    給電部
５    給電電極
６    誘電体基板
【図１】
0004263820.tif 000002
【図２】
0004263820.tif 000003
【図３】
0004263820.tif 000004
【図４】
0004263820.tif 000005
【図５】
0004263820.tif 000006
【図６】
0004263820.tif 000007
【図７】
0004263820.tif 000008