(57)【要約】【課題】  広い周波数帯域で良好な通信を行える円偏波アンテナ装置、半導体モジュール及び無線装置を提供する。【解決手段】  円偏波アンテナ装置は、穴が形成された導体地板と、導体地板に各接続点を介して接続された、Ｌ型形状の第一及び第二のモノポール導体素子と、いずれか一方の接続点に設けられた給電点とを備え、第一及び第二のモノポール導体素子は、略直交し、かつ前記第一及び第二のモノポール導体素子の開放端が近接するように配置され、第一及び第二のモノポール導体素子の開放端間を通り、２つの接続点を結ぶ線分と略垂直な直線に対して、導体地板のうち直線より第一のモノポール導体素子側に形成された第一の導体地板部分及び第一のモノポール導体素子と、導体地板のうち直線より第二のモノポール導体素子側に形成された第二の導体地板部分及び第二のモノポール導体素子とが、略対称になるよう形成される。【選択図】  図１
2009105503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴が形成された導体地板と、
前記導体地板にそれぞれ接続点を介して接続された、略同一の長さを有するＬ型形状の第一及び第二のモノポール導体素子と、
いずれか一方の前記接続点に設けられた給電点と、を備え、
前記第一及び第二のモノポール導体素子は、略直交し、かつ前記第一及び第二のモノポール導体素子それぞれの開放端が近接するように配置され、
前記第一及び第二のモノポール導体素子の開放端間を通り、２つの前記接続点を結ぶ線分と略垂直な直線に対して、前記導体地板のうち前記直線より前記第一のモノポール導体素子側に形成された第一の導体地板部分及び前記第一のモノポール導体素子と、前記導体地板のうち前記直線より前記第二のモノポール導体素子側に形成された第二の導体地板部分及び前記第二のモノポール導体素子とが、略対称になるよう形成された
ことを特徴とする円偏波アンテナ装置。
【請求項２】
前記第一及び第二のモノポール導体素子は、
前記導体地板が有する第一の辺に設けられた第一の前記接続点と、前記第一の辺に対して略垂直な第二の前記辺に設けられた第二の接続点とにそれぞれ接続され、
前記導体地板には、前記第一の辺に最も近い辺が前記第一の辺と平行であり、前記第二の辺に最も近い辺が前記第二の辺と平行である前記穴が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項３】
前記第一及び第二のモノポール導体素子は、
前記第一の辺の略中心に位置する前記第一の接続点と、前記第二の辺の略中心に位置する前記第二の接続点とにそれぞれ接続された
ことを特徴とする請求項２に記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項４】
前記導体地板は、正方形状をしており、正方形状に形成された穴を有することを特徴とする請求項３に記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項５】
前記導体地板は、前記第一及び第二の辺の交点を略正方形状に切り欠いた角部を有することを特徴とする請求項２に記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項６】
前記導体地板は、四隅をそれぞれ略正方形状に切り欠いた複数の角部を有する十字形状であることを特徴とする請求項４に記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項７】
前記導体地板の中心を基準として、前記第一及び第二のモノポール導体素子が接続された位置と反対位置に配置するようにして、前記導体地板に第三及び第四の接続点を介して接続された、略同一の長さを有する第三及び第四のモノポール導体素子と、
前記第三又は第四の接続点に設けられた第二の給電点と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項８】
前記導体地板と前記第一及び前記第二のモノポール導体素子とは、同一平面上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項９】
前記第一及び第二のモノポール導体素子は、動作周波数の略四分の一波長の長さをそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ装置。
【請求項１０】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の面に配置された請求項１に記載の円偏波アンテナ装置と、
を備えることを特徴とした半導体モジュール。
【請求項１１】
請求項１に記載の円偏波アンテナ装置と、
前記円偏波アンテナ装置の前記導体地板の面上に配置された無線回路と、
を備えることを特徴とした無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏波アンテナ装置、及び円偏波アンテナ装置を搭載した半導体モジュール、無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＲＦＩＤシステムでは、ＩＣタグの偏波に係わらず電波の送受信を可能とするため、円偏波アンテナ装置を使用したいという要望があった。同様に、ミリ波帯無線システムでも、マルチパス環境下での遅延波の影響を低減するため、円偏波アンテナ装置を使用したいという要望があった。これらのシステムに搭載するアンテナ装置は、小型で構成が簡易なものが望まれるが、今までの円偏波アンテナ装置は、給電点が２点必要なためで構成が複雑となってしまい装置が大型化していた。
【０００３】
そこで、給電点を１つにすることで、円偏波アンテナ装置の構成を容易にする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に開示される円偏波アンテナ装置では、モノポールアンテナの一部に設けた電力受け渡し部を介して、モノポールアンテナに対して垂直に配置された線状素子に電力を供給している。これにより、モノポールアンテナに給電すると、線状素子からも電波を放射するため、給電点が１つであっても円偏波を送信することが可能となる。
【特許文献１】特開２００５−２３６６５６公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＲＦＩＤシステム、ミリ波帯無線システムでは、広い周波数帯域で良好な通信が求められる。例えば、ＲＦＩＤシステムは、８６０ＭＨｚから９６０ＭＨｚ（比帯域約１１％以上）の周波数帯域が国際標準化されている。ミリ波帯無線システムは、日本、欧米で、約７ＧＨｚ（比帯域約１１％）の周波数が免許不要で使用可能である。なお、比帯域とは、帯域幅が無線周波数に対してどの程度の割合であるかを示す指標であり、（帯域幅）／（中心動作周波数）にて算出される。また、ここでは、円偏波アンテナ装置の比帯域とは、インピーダンス特性、軸比特性における比帯域のことを指す。比帯域が大きいほど、広い周波数帯域で良好な通信が行える円偏波アンテナ装置といえる。
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示される円偏波アンテナ装置は、比帯域についてなんら考慮されていない。特に、特許文献１の円偏波アンテナ装置は、線状素子の素子長を１／２波長以上を必要としている。モノポールアンテナの素子長は、１／４波長であるため、モノポールアンテナと線状素子との素子長が異なってしまい、軸比特性における比帯域が小さくなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、広い周波数帯域で良好な通信を行える円偏波アンテナ装置、半導体パッケージ及び無線装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の円偏波アンテナ装置は、穴が形成された導体地板と、前記導体地板にそれぞれ接続点を介して接続された、略同一の長さを有するＬ型形状の第一及び第二のモノポール導体素子と、いずれか一方の前記接続点に設けられた給電点と、を備え、前記第一及び第二のモノポール導体素子は、略直交し、かつ前記第一及び第二のモノポール導体素子それぞれの開放端が近接するように配置され、前記第一及び第二のモノポール導体素子の開放端間を通り、２つの前記接続点を結ぶ線分と略垂直な直線に対して、前記導体地板のうち前記直線より前記第一のモノポール導体素子側に形成された第一の導体地板部分及び前記第一のモノポール導体素子と、前記導体地板のうち前記直線より前記第二のモノポール導体素子側に形成された第二の導体地板部分及び前記第二のモノポール導体素子とが、略対称になるよう形成されたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の半導体パッケージは、誘電体基板と、前記誘電体基板の面に配置された上記円偏波アンテナ装置と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の無線装置は、上記円偏波アンテナ装置と、前記円偏波アンテナ装置の前記導体地板の面上に配置された無線回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、広い周波数帯域で良好な通信を行える円偏波アンテナ装置、半導体モジュール及び無線装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１乃至図９を用いて、本発明の第１の実施例に係る円偏波アンテナ装置を説明する。図１は、本実施例に係る円偏波アンテナ装置１０の構成を示す図である。
【００１４】
円偏波アンテナ装置１０は、切り抜き（穴）３０を有する導体地板２０と、導体地板２０と接続点ａ，ｂでそれぞれ接続されたＬ型モノポール導体素子４１，４２と、導体地板２０とＬ型モノポール導体素子４１との接続点ａに設けられた給電点５０と、を備えている。
【００１５】
導体地板２０は、銅やアルミ、銀、金などの導電性の高い金属で構成される薄い板である。その厚さは、円偏波アンテナ装置の動作周波数に対して十分薄く、動作周波数の５０分の１波長から１００分の１波長程度であればよい。また、導体地板２０は、正方形状をしており、中央に正方形状の切り抜き３０が形成されている。
【００１６】
Ｌ型モノポール導体素子４１，４２は、導体地板２０と同様に導電性の高い金属で構成される線状素子である。
【００１７】
Ｌ型モノポール素子４１は、線状素子４１１，４１２を有している。線状素子４１１の一端は、導体地板２０の頂点Ａから距離Ｌ離れた位置にある接続点ａで、導体地板２０の辺Ｅ１と給電点５０を介して接続している。線状素子４１１は、辺Ｅ１に対して垂直に配置されている。また、線状素子４１２は、一端が線状素子４１１の他端に接続され、辺Ｅ１と平行となるように配置されている。
【００１８】
Ｌ型モノポール導体素子４２は、線状素子４２１，４２２を有している。線状素子４１１の一端は、導体地板２０の頂点Ａから距離Ｌ離れた位置にある接続点ｂで、導体地板２０の辺Ｅ２と接続している。線状素子４２１は、辺Ｅ２に対して垂直に配置されている。また、線状素子４２２は、一端が線状素子４２１の他端に接続され、辺Ｅ２と平行となるように配置されている。
【００１９】
線状素子４１２、４２２は、導体地板２０の頂点Ａ付近で、各他端（開放端）が近接するよう配置されている。即ち、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２は、頂点Ａを通り、接続点ａ，ｂを結ぶ線分と略垂直な直線（以下、対称軸と称する）に対して、線対称となるように構成される。
【００２０】
また、この対称軸に対して、導体地板２０のうち対称軸よりＬ型モノポール導体素子４１側に形成された第一の導体地板部分（図１の斜線部分）と、導体地板２０のうち対称軸よりＬ型モノポール導体素子４２側に形成された第二の導体地板部分（図１の縦線部分）とが略対称となる。つまり、対称軸は導体地板２０の対角線であり、本実施例に係るアンテナ装置は、該対称軸に対して線対称形状となる。
【００２１】
なお、ここでいう近接とは、開放端間の距離が動作周波数の略２５分の１波長以下であることをさす。ただし、この開放端間の距離を調整することで、インピーダンス特性を調整することができる。従って、開放端間の距離は、２５分の１波長には限られない。
【００２２】
次に、図２及び図３を用いて、本実施例に係る円偏波アンテナ装置１０の動作原理を説明する。ここでは、無線信号を送信する場合について説明するが、受信でも同様である。
【００２３】
（第一の動作状態）
図２（Ａ）は、円偏波アンテナ装置１０の第一の動作状態の一例を示す図である。  
給電点５０を介して低い周波数の無線信号をＬ型モノポール導体素子４１に供給されると、各Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端にはそれぞれ異符号の電荷が多く生じる。図２（Ａ）の例では、Ｌ型モノポール導体素子４１の開放端に負の電荷が、Ｌ型モノポール導体素子４２の開放端に正の電荷が生じている。
【００２４】
このとき、各Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端間に浮遊容量が発生する。この浮遊容量の影響で、各Ｌ型モノポール導体素子４１，４２をあわせた電気的素子長が長く見えるようになる。従って、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２が、低周波数の無線信号と共振し、無線信号が送信される。ここで、各Ｌ型モノポール導体素子４１，４２が共振する最も低い周波数を最低動作周波数と称する。
【００２５】
（第二の動作状態）
図２（Ｂ）は、円偏波アンテナ装置１０の第二の動作状態の一例を示す図である。  
次に、高い周波数の無線信号を送信する場合、給電点５０を介して無線信号が供給されると、各Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端には同符号の電荷が多く生じる。図２（Ｂ）の例では、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２ともに開放端には負の電荷が生じている。
【００２６】
このとき、各Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放短間に発生する浮遊容量は、その容量値が小さいものとなる。従って、この浮遊容量の影響を受けにくくなるため、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の電気的素子長は、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の素子長の長さに近くなり、第一の動作状態に比べて高い周波数で共振する。このとき、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２には、それぞれ逆相の電流が流れる。即ち、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２に流れる電流の位相差は、ほぼ１８０度となる。ここで、各Ｌ型モノポール導体素子４１，４２が共振する最も高い周波数を最高動作周波数と称する。また、単に動作周波数と称した場合には、最高動作周波数を指すものとする。
【００２７】
（第三の動作状態）
上述した最高動作周波数と最低動作周波数の間の周波数帯域の任意の周波数（以下、中間周波数と称する。）で無線信号を送信する場合について説明する。給電点５０を介して、中間周波数の無線信号をＬ型モノポール導体素子４１に供給すると、各Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端に電荷が生じる。開放端間に発生する浮遊容量は、各Ｌ型モノポール導体素子４１，４２それぞれの電気的素子長が中間周波数の四分の一波長と同程度の長さとなるような容量値となる。従って、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２は、中間周波数で共振し、無線信号を送信する。
【００２８】
上述したように、本実施例に係る円偏波アンテナ装置１０は、第一乃至第三の動作状態のいずれかの状態となることで、最低動作周波数から最高動作周波数までの広い周波数にて共振する。これにより、円偏波アンテナ装置１０は、インピーダンス特性における比帯域が改善される。また、開放端間の浮遊容量値は、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端間の距離によっても異なる。従って、開放端間の距離が変化すると、円偏波アンテナ装置１０の最高動作周波数も変化する。結果、開放短間の距離を調整することで、円偏波アンテナ装置１０のインピーダンス特性を調整することができる。
【００２９】
続いて、図３を用いて、円偏波アンテナ装置１０の軸比特性における比帯域が改善される点について説明する。まず、アンテナ装置に２つの直交する電流が流れ、この電流の大きさが同一で、位相差が９０度である場合に、良好な軸比特性を持つ円偏波（円形に近い円偏波）が放射される。
【００３０】
ここで、円偏波アンテナ装置１０の主放射源は、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の、辺Ｅ１，Ｅ２とそれぞれ垂直な部分（線状素子４１１，４２１）であるが、導体地板２０にも、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２に誘起されて生じた電流Ｊ１，Ｊ２が流れている。導体地板２０には、直交する電流Ｊ１，Ｊ２が流れているが、電流Ｊ１，Ｊ２は、頂点Ａ付近で合流し、辺Ｅ１，Ｅ２に対して斜めに流れる電流Ｊ３が発生する。
【００３１】
この辺Ｅ１，Ｅ２に対して斜めに流れる電流Ｊ３は、電流Ｊ１，Ｊ２と直交せず、円偏波発生の妨げとなる。しかしながら、円偏波アンテナ装置１０は、導体地板２０に切り抜き３０を有している。この切り抜き３０により、電流Ｊ３が流れにくくなる。電流Ｊ３の発生を抑制することで、円偏波アンテナ装置１０から、良好な円偏波が放射される。
【００３２】
図４乃至図６を用いて、円偏波アンテナ装置１０を用いたシミュレーションの結果を説明する。シミュレーションに用いた円偏波アンテナ装置１０の構成を以下に示す。
【００３３】
導体地板２０は、外形が８０ｍｍ角の正方形形状をしており、中央に４０ｍｍ角の切り抜き３０を有している。Ｌ型モノポール導体素子４１，４２は、垂直部分（線状素子４１１，４２１）の長さが１０ｍｍ、水平部分（線状素子４１２，４２２）の長さが４６ｍｍ、全体の素子長が５６ｍｍである。また、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端の間の直線距離（図３のＬ１）は、５．７ｍｍである。
【００３４】
図４は、円偏波アンテナ装置１０の最大放射方向における軸比の周波数特性を示す図である。図４から理解されるように、最大放射方向において、約１２２０ＭＨｚから約１３８０ＭＨｚの間で軸比が３ｄＢ以下となる。軸比が３ｄＢ以下となる比帯域が約１２パーセントと、非常に広帯域な特性を有していることがわかる。なお、ｄＢ表示された値が低いほど、軸比が高い（円形に近い）円偏波が放射されることを示す。また、上述した比帯域は、帯域幅を中心周波数１３００ＭＨｚで除算することにより算出される。
【００３５】
次に、図５は、円偏波アンテナ装置１０のインピーダンス周波数特性を示す図である。なお、インピーダンスとは、ＶＳＷＲ（電圧定在波比：Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）をさす。
【００３６】
図５から理解されるように、約１０５５ＭＨｚから約１６０５ＭＨｚの間でＶＳＷＲが３ｄＢ以下となる。即ち、ＶＳＷＲが３ｄＢ以下となる比帯域が３７パーセント以上となり、非常に広帯域な特性を有していることがわかる。
【００３７】
図６は、円偏波アンテナ装置１０の中心周波数１３００ＭＨｚにおける仰角に対する軸比を表した放射特性を示すグラフである。なお、仰角０度は、導体地板２０及びＬ型モノポール導体素子４１，４２に垂直な方向を示す。
【００３８】
図６から理解されるように、約−２０ｄｅｇから約５３ｄｅｇの間で軸比（Ａｘｉａｌ  Ｒａｔｉｏ）が３ｄＢ以下となる。円偏波アンテナ装置１０は、６０度以上の広範囲で軸比が３ｄＢ以下という広角な軸比特性を有していることがわかる。
【００３９】
以上のように、第１の実施例によれば、切り抜き３０を形成した正方形状の導体地板２０の隣り合う２辺Ｅ１，Ｅ２に、開放端が近接するようにＬ型モノポール導体素子４１，４２を配置することで、インピーダンス特性及び軸比特性の両方において比帯域を改善することができる。したがって、本実施例に係る円偏波アンテナ装置１０は、広い周波数帯域で良好なインピーダンス特性、軸比特性を実現でき、良好な通信を行うことができる。
【００４０】
また、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の素子長は、動作周波数の４分の１波長であるため、導体地板２０の一辺を半波長以下に構成でき、円偏波アンテナ装置１０の小型化も可能である。さらに、導体地板２０、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２を同一平面上に配置することが可能であり、円偏波アンテナ装置１０を誘電体基板上に用意に構成することも可能である。
【００４１】
なお、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２と導体地板２０との接続点ａ，ｂは、頂点Ａから等距離（距離Ｌ）離れた地点としたが、辺Ｅ１，Ｅ２の中央地点としてもよい。この場合、接続点ａ，ｂと頂点Ａとの間で辺Ｅ１，Ｅ２にそれぞれ流れる電流Ｊ１，Ｊ２と、接続点ａ，ｂと頂点Ａとの間を除いて辺Ｅ１，Ｅ２にそれぞれ流れる電流Ｊ３、Ｊ４（図示せず）の大きさがほぼ同じとなる（すなわち、Ｊ１≒Ｊ３、Ｊ２≒Ｊ４となる）。辺Ｅ１，Ｅ２の長さが同じであれば、電流Ｊ１とＪ２の大きさがほぼ同じとなるため、直交する辺Ｅ１，Ｅ２に流れる電流の大きさがほぼ同じ（Ｊ１＋Ｊ３≒Ｊ２＋Ｊ４）となり、円偏波アンテナ装置１０から良好な円偏波を放射することが可能となる。
【００４２】
また、図１では、導体地板２０に形成される切り抜き３０の形状を正方形としていが、切り抜き３０が辺Ｅ１，Ｅ２に最も近い切り抜き３０の辺（図１の辺ｅ１，ｅ２）が、それぞれ辺Ｅ１，Ｅ２と平行であればよい。これは、放射素子であるＬ型モノポール導体素子４１，４２付近の導体地板に流れる電流が、円偏波の放射に大きな影響を与えるためである。導体地板２０に流れる電流は、辺に強く流れる。Ｌ型モノポール導体素子４１，４２に近接する切り抜き３０の辺ｅ１，ｅ２が、導体地板２０辺Ｅ１，Ｅ２とそれぞれ平行となるようにすると、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２付近の導体地板２０の複数の辺（Ｅ１，Ｅ２，ｅ１，ｅ２）がそれぞれ直交するため、これらの辺上に流れる電流Ｊ１，Ｊ２も直交し、円偏波が放射されやすくなる。
【００４３】
従って、図７に示すように、切り抜き３１の形状は、三角形状をしていてもよい。また、図８に示すように、一定幅を持つ２つの切り抜きがそれぞれ一端で接続された形状、即ち、くの字形状をした切り抜き３２を、導体地板２２上に形成してもよい。ただし、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２に誘起される電流は、導体地板２０の辺Ｅ１，Ｅ２以外の辺にも流れる。従って、正方形状の切り抜き３０を導体地板２０に形成した場合は、三角形状、くの字形状をした切り抜き３１，３２に比べて、頂点Ａ以外に流れる電流の合成も抑制できるため、良好な軸比特性が得られる。
【００４４】
（変形例１）
図９を用いて、本実施例に係る円偏波アンテナ装置の変形例を示す。図１に示す円偏波アンテナ装置１０の導体地板２０は、４回回転対称形状をしている。ここで、４回回転対称形状とは、図形を９０度回転させると元の形状と一致する形状のことを意味する。
【００４５】
図１に示す円偏波アンテナ装置１０は、導体地板２０が４回回転対称形状となっているため、導体地板２０に流れる電流の大きさがほぼ同程度となりやすく、広帯域で良好な軸比特性が得られる。しかしながら、導体地板の形状は、４回回転対称形状でなくても、その形状が大きく非対称形状にならなければ、図１と同様の原理で、広帯域で良好な軸比特性を得ることができる。例えば図９に示すように、導体地板２３が長方形状であってもよい。
【００４６】
特に図９に示す円偏波アンテナ装置１３は、正方形状の切り抜き３０の、辺Ｅ１，Ｅ２と平行な辺ｅ１，ｅ２が、辺Ｅ１，Ｅ２から等距離Ｌ２離れており、Ｌ型モノポール素子４１，４２と辺Ｅ１，Ｅ２との接続点ａ，ｂが、頂点Ａから等距離Ｌの地点に配置されている。従って、円偏波アンテナ装置１３の一部が、対称軸（頂点Ａを通り、接続点ａ，ｂを結ぶ線分と略垂直な直線）を中心に線対称であるため、広帯域で良好な軸比特性、インピーダンス特性が得られる。
【００４７】
なお、円偏波アンテナ装置１３の切り抜き３０の形状、接続点ａ，ｂは、図９に示すものに限られず、導体地板２３の形状と同様、大きく非対称形状とならなければよい。例えば、切り抜き３０を長方形状としてもよく、接続点ａ，ｂを辺Ｅ１，Ｅ２の中点に設けてもよい。
【００４８】
以上の変形例１に示すように、大きく比対称形状とならなければ、導体地板２３の形状を変形させることができるため、円偏波アンテナ装置１３を、実装される場所に対応して構成することができる。
【実施例２】
【００４９】
図１０を用いて、本発明の第二の実施例に係る円偏波アンテナ装置１４を説明する。図１０に示す円偏波アンテナ装置１４は、Ｌ型モノポール導体素子４３，４４を備えている点を除き、図１に示す円偏波アンテナ装置１０の構成及び動作と同じである。図１と同じ構成要素には同一符号を付し説明を省略する。
【００５０】
Ｌ型モノポール導体素子４３，４４は、導体地板２０の頂点Ｂから距離Ｌ離れた接続点ｃ，ｄを介して辺Ｅ３，Ｅ４にそれぞれ接続されている。Ｌ型モノポール導体素子４３は、接続点ｃから、辺Ｅ３に垂直に距離Ｍだけ延び、辺Ｅ３と平行に頂点Ｂに向かって距離Ｎだけ延びている。Ｌ型モノポール導体素子４４は、接続点ｄから、辺Ｅ４に垂直に距離Ｍだけ延び、辺Ｅ４と平行に頂点Ｂに向かって距離Ｎだけ延びている。なお、Ｌ型モノポール導体素子４３，４４は、配置されている辺が辺Ｅ３，Ｅ４である点を除き、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２と構成及び動作原理は同じである。従って、図１０に示す円偏波アンテナ装置１４は、対称軸に対して線対称となっている。
【００５１】
図１０に示す円偏波アンテナ装置１４は、例えばＬ型モノポール導体素子４１，４２を送信用に、Ｌ型モノポール導体素子４３，４４を受信用に用いる。
【００５２】
一般に、円偏波アンテナ装置にはパッチアンテナ素子が用いられる。パッチアンテナ素子は、送信または受信のいずれか一方にしか使用できないため、一つの円偏波アンテナ装置で送受信ともに行う場合は、２つのパッチアンテナ素子が必要となり、装置が大型化していた。
【００５３】
ところが、本実施例に係る円偏波アンテナ装置１４は、１つの導体地板２０に２組のＬ型モノポール導体素子を接続している。Ｌ型モノポール導体素子４１〜４４は、パッチアンテナ素子と比して小型であるため、円偏波アンテナ装置１０を大型化することなく、送受信ともに可能な円偏波アンテナ装置１４を構成できる。
【００５４】
以上のように、第２の実施例に示す円偏波アンテナ装置１４によると、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、円偏波アンテナ装置を大型化することなく、１つの円偏波アンテナ装置に２組のＬ型モノポール導体素子を搭載することができる。これにより、例えば無線信号の送受信がともに可能である小型の円偏波アンテナ装置を提供できる。
【００５５】
また、図１０では、Ｌ型モノポール導体素子４３と辺Ｅ３との接続点ｃに給電点５１が設けられている。この場合、Ｌ型モノポール導体素子４３，４４から放射される円偏波は、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２から放射される円偏波と同じ向きに旋回する。給電点５１をＬ型モノポール導体素子４４と辺Ｅ４との接続点ｄに設けると、Ｌ型モノポール導体素子４３，４４から放射される円偏波の旋回の向きが、Ｌ型モノポール導体素子４３，４４から放射される円偏波の旋回の向きと逆になる。
【００５６】
（変形例２）
図１１に、本実施例に係る円偏波アンテナ装置の変形例を示す。図１１に示す円偏波アンテナ装置１５は、Ｌ型モノポール導体素子４５，４６の素子長が、図１０に示すＬ型モノポール導体素子４３，４４の素子長と異なる（図１１の例では短い）点を除き、図１０に示す円偏波アンテナ装置１４の構成、動作と同じである。
【００５７】
図１１に示すように、２組のＬ型モノポール導体素子の素子長を異ならせることで、２組のＬ型モノポール導体素子が異なる周波数で共振するようになる。従って、円偏波アンテナ装置１５で異なる周波数の無線信号の送受信が可能となる。
【実施例３】
【００５８】
図１２乃至図１６を用いて、本発明の第３の実施例に係る円偏波アンテナ装置１６について説明する。図１２に示す円偏波アンテナ装置１６は、導体地板２４の形状を除き、図１に示す円偏波アンテナ装置１０と構成及び動作が同じであるため、同一符号を付し説明を省略する。
【００５９】
円偏波アンテナ装置１６の導体地板２４は、正方形状の四隅を一辺がＬ３の正方形で切り欠いた十字形状となっている。切り欠いた正方形を含む導体地板２４の一部を角部Ａ’と称する。導体地板２４が、十字形状となっているため、図１に示す円偏波アンテナ装置１０と比べて、軸比特性及びインピーダンス特性の両方を改善している。以下、円偏波アンテナ装置１６が軸比特性及びインピーダンス特性を改善している理由について述べる。
【００６０】
導体地板２４には、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２によって誘起された電流Ｊ１，Ｊ２が流れる。導体地板の形状が正方形状の場合、電流Ｊ１，Ｊ２が頂点Ａで合成され、軸比特性を劣化させる要因である斜め方向の電流Ｊ３となる（図３参照。）。
【００６１】
ところが、図１２に示すように、導体地板２４の形状が十字形状の場合、角部Ａ’の各辺が、正方形状の場合に比べ、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の先端から遠ざかる。一般に導体地板に流れる電流は、放射素子から近いほど大きく、遠ざかるほど小さくなる。従って、角部Ａ’の各辺に沿って流れる電流Ｊ’１，Ｊ’２は、それぞれＪ１，Ｊ２より小さくなる。電流Ｊ’１，Ｊ’２が合成されて斜め方向の電流Ｊ’３となるが、Ｊ’１＜Ｊ１、Ｊ’２＜Ｊ２であるため、Ｊ’３＜Ｊ３となる。このように、斜め電流Ｊ’３をより小さくすることができ、軸比特性をより改善することができる。
【００６２】
本実施例では、角部Ａ’の各辺が、辺Ｅ１，Ｅ２とそれぞれ略垂直になるよう、正方形状に切り欠いているが、例えば、正方形状の導体地板の四隅を斜めに切り欠くなど、角部Ａ’の各辺が、辺Ｅ１，Ｅ２とそれぞれ略垂直とならないようにしてもよい。この場合も、上述した理由により、軸比特性が改善される。しかしながら、導体地板２４の四隅を斜めに切り欠くと、切り欠いた辺にも電流が流れる。この電流は、辺Ｅ１，Ｅ２に対して垂直とならないため、軸比特性を劣化させる斜め電流となってしまう。従って、図１２に示すように、導体地板２４を十字形状とした場合に、軸比特性が最も改善される。
【００６３】
次に、インピーダンス特性が改善される理由について説明する。導体地板２４の形状が十字形状の場合、角部Ａ’の各辺が、正方形状の場合に比べ、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の先端から遠ざかる。Ｌ型モノポール導体素子４１，４２は、その開放端間に浮遊容量が生じるが、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２と導体地板２４との間にも浮遊容量が生じる。Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の電気的素子長は、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端間の浮遊容量値と、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２と導体地板２４との間の浮遊容量値によって決定される。
【００６４】
Ｌ型モノポール導体素子４１，４２と導体地板２４との間の浮遊容量の容量値は、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端と導体地板との距離によって変化する。Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端と導体地板との距離が近ければ近いほど、容量値は大きくなる。円偏波アンテナ装置１６は、導体地板２４が十字形状となっているため、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端と導体地板２４の角部Ａ’との間の距離が、図１に示す円偏波アンテナ装置１０に比べて長くなる。従って、第二の動作状態の場合、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２に発生する浮遊容量の容量値が、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端と導体地板２４の角部Ａ’との間の距離が長くなった分だけ小さくなる。そのため、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の電気的素子長がさらに短くなり、最高動作周波数がさらに高くなる。このようにして、円偏波アンテナ装置１６のインピーダンス特性も改善される。
【００６５】
図１３乃至図１５を用いて、円偏波アンテナ装置１６を用いたシミュレーションの結果を説明する。シミュレーションに用いた円偏波アンテナ装置１６の構成を以下に示す。
【００６６】
導体地板２４は、外形が８０ｍｍ角の正方形状の四隅をＬ３＝１０ｍｍ角の正方形状で切り欠いた十字形状をしており、中央に４０ｍｍ角の切り抜き３０を有している。Ｌ型モノポール導体素子４１，４２は、垂直部分の長さが１０ｍｍ、水平部分の長さが４６ｍｍ、全体の素子長が５６ｍｍである。また、Ｌ型モノポール導体素子４１，４２の開放端の間の直線距離は、５．７ｍｍである。
【００６７】
図１３は、円偏波アンテナ装置１６の最大放射方向における軸比の周波数特性を示す図である。図１３から理解されるように、最大放射方向において、約１１９０ＭＨｚから約１４２０ＭＨｚの間で軸比が３ｄＢ以下となる。軸比が３ｄＢ以下となる比帯域が約１８パーセントと、非常に広帯域な特性を有していることがわかる。なお、ｄＢ表示された値が低いほど、軸比が高い（円形に近い）円偏波が放射されることを示す。また、上述した比帯域は、帯域幅を中心周波数１３００ＭＨｚで除算することにより算出される。
【００６８】
次に、図１４は、円偏波アンテナ装置１０のインピーダンス周波数特性を示す図である。なお、インピーダンスとは、ＶＳＷＲ（電圧定在波比：Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）をさす。
【００６９】
図１４から理解されるように、約１０５０ＭＨｚから約１６９０ＭＨｚの間でＶＳＷＲが３ｄＢ以下となる。即ち、ＶＳＷＲが３ｄＢ以下となる比帯域が３９パーセント以上となり、非常に広帯域な特性を有していることがわかる。
【００７０】
図１５は、円偏波アンテナ装置１０の中心周波数１３００ＭＨｚにおける仰角に対する軸比を表した放射特性を示すグラフである。なお、仰角０度は、導体地板２４及びＬ型モノポール導体素子４１，４２に垂直な方向を示す。
【００７１】
図１５から理解されるように、約−３０ｄｅｇから約４５ｄｅｇの間で軸比（Ａｘｉａｌ  Ｒａｔｉｏ）が３ｄＢ以下となる。円偏波アンテナ装置１０は、６０度以上の広範囲で軸比が３ｄＢ以下という広角な軸比特性を有していることがわかる。
【００７２】
なお、図１３乃至図１５に示す破線は、図１に示す円偏波アンテナ装置１０のシミュレーション結果（図４乃至図６参照）である。
【００７３】
以上のように、第３の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、導体地板２４の四隅を正方形状に切り欠くことで、導体地板２４の角部Ａ’とＬ型モノポール導体素子４１，４２の開放端との間の距離が広がり、導体地板２４とＬ型モノポール導体素子４１，４２の開放端の間に生じる浮遊容量の容量値が小さくなり、インピーダンス特性における比帯域を改善し、より広帯域な特性が得られる。
【００７４】
また、導体地板２４の角部Ａ’とＬ型モノポール導体素子４１，４２の開放端との距離が広がることで、導体地板２４の角部Ａ’に流れる電流量が小さくなり、角部Ａ’で合成され、導体地板２４の辺に対し斜めに流れる電流を抑制することができるので、軸比特性における比帯域を改善することができる。
【実施例４】
【００７５】
図１６を用いて、本発明の第３の実施例に係る半導体モジュールについて説明する。図１６は、図１に示す円偏波アンテナ装置１０を半導体モジュール１００に実装した例を示す図である。円偏波アンテナ装置１０の構成及び動作は、図１と同じであるため、同一符号を付し、説明を省略する。
【００７６】
図１６に示す半導体モジュール１００は、誘電体基板６０と、誘電体基板６０の面Ｓ１に設けられた円偏波アンテナ装置１０と、誘電体基板６０の面Ｓ１と対向する面Ｓ２に設けられた半田ボール７０を有している。このように、円偏波アンテナ装置１０を誘電体基板６０上に設け、下に半田ボール７０を設けることで、モジュール化している。
【００７７】
以上のように、第４の実施例に係る半導体モジュールによれば、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、円偏波アンテナ装置１０をモジュール化することができる。従って、円偏波アンテナ装置１０を、１つの半導体モジュールに実装することができ、無線機能を持った小型の半導体モジュールを実現できる。
【００７８】
なお、図１６に示す半導体モジュール１００の面Ｓ１をモールド材（図示せず）で封止してもよい。円偏波アンテナ装置１０は、金属部分を多く有している。従って、円偏波アンテナ装置１０をモールド材で封止することで、金属部分の電気的長さを短くすることができ、円偏波アンテナ装置１０を小型に構成することができる。
【００７９】
また、ここでは、図１に示す円偏波アンテナ装置１０を半導体モジュール１００に実装したが、図４乃至図１２に示すアンテナ装置を半導体モジュール１００に実装してもよい。
【実施例５】
【００８０】
図１７を用いて、本発明の第５の実施例に係る無線装置１１０について説明する。図１７は、図１に示す円偏波アンテナ装置１０を無線装置１１０に実装した例を示す図である。円偏波アンテナ装置１０の構成及び動作は、図１と同じであるため、同一符号を付し、説明を省略する。
【００８１】
図１７に示す無線装置１１０は、基板６１と、基板６１の面Ｓ３に設けられた円偏波アンテナ装置１０と、円偏波アンテナ装置１０の導体地板２０状に設けられた無線回路８０とを備えている。
【００８２】
無線回路８０は、例えば変調回路など、無線信号を生成し、円偏波アンテナ装置１０を介して生成した無線信号を送信するための回路や、復調回路など、円偏波アンテナ装置１０を介して受信した無線信号をデータに復調するための回路など、無線信号を送受信するために必要な回路である。
【００８３】
以上のように、第５の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、円偏波アンテナ装置１０の導体地板２０に無線回路８０を配置することで、無線回路８０を円偏波アンテナ装置１０の近くに配置することができ、配線の引き回しによる無線信号の劣化を抑制することができる。
【００８４】
ここでは、図１に示す円偏波アンテナ装置１０を無線装置１１０に実装したが、図４乃至図１２に示すアンテナ装置を無線装置１１０に実装してもよい。
【実施例６】
【００８５】
図１８を用いて、本発明の第６の実施例に係る無線システム１２０について説明する。図１８は、図１６に示す半導体モジュール１００を搭載した無線装置で構成される無線システム１２０の例を示す図である。
【００８６】
無線システム１２０は、データ処理装置１２１と、ユーザが入力した情報をデータ処理装置１２１へと送信する入力装置１２２と、データ処理装置１２１が処理した情報を表示する表示装置１２３と、データ処理装置１２１と通信を行う携帯端末装置１２４で構成される。各装置には、いずれも図１６に示す半導体モジュール１００が搭載されており、各装置が円偏波アンテナ装置１０を介して、例えばミリ波帯域の無線信号を用いて通信を行う。
【００８７】
図１８には、無線システム１２０が、パソコンと、ＰＤＡなどの携帯端末で構成される例を示している。この場合、データ処理装置１２１は、パソコン本体、入力装置１２２は、キーボード、表示装置１２３は、ディスプレイ、携帯端末装置１２４は、ＰＤＡや携帯音楽プレーヤーなどが当てはまる。
【００８８】
以下、本実施例に係る無線システム１２０の動作例を説明する。ここでは、ユーザからの指示に従い、データ処理装置１２１が保持する保持データを携帯端末装置１２４に送信する処理について説明する。
【００８９】
まず、データ処理装置１２１は、ユーザに対して携帯端末装置１２４にデータを送信するか否かを問い合わせる表示データを生成し、円偏波アンテナ装置１０を介して表示装置１２３に送信する。表示装置１２３は、円偏波アンテナ装置１０を介して表示データを受信し、ユーザに対して表示する。ユーザは、表示データを見て、保持データを携帯端末装置１２４に送信するか否かを入力装置１２２に入力する。送信を拒否する場合は、処理を終了する。以下、送信を許可する場合について述べる。
【００９０】
入力装置１２２は、ユーザが入力する入力情報を、円偏波アンテナ装置１０を介してデータ処理装置１２１に送信する。データ処理装置１２１は、円偏波アンテナ装置１０を介して受信した入力情報を処理し、携帯端末装置１２４へ保持データを送信する。この保持データの送信も円偏波アンテナ装置１０を介して行われる。
【００９１】
なお、上述した処理は、一例であり、各装置が無線回線を通じて行うやり取りであれば、本実施例に示すようにアンテナ装置１０を介したやり取りにて実現される。また、無線システム１２０の構成要素は、図１８に示す装置に限られるものではなく、印刷装置などの出力装置やタッチパネルなどのような入力装置など種々の装置を構成要素としてもよい。
【００９２】
以上のように、第６の実施例によれば、小型の半導体モジュール１００を搭載することで、様々な装置に容易に無線機能を持たせることができ、装置を接続する配線を省略することができる。また、半導体モジュール１００には、図１に示す円偏波アンテナ装置１０が実装されているため、広帯域で良好な無線通信を行うことが可能となり、大容量で高速な無線通信が実現できる。
【実施例７】
【００９３】
図１９を用いて、本発明の第７の実施例に係るＲＦＩＤシステム１３０について説明する。図１９は、本実施例に係るＲＦＩＤシステム１３０の一例を示す図である。
【００９４】
ＲＦＩＤシステム１３０は、図１に示す円偏波アンテナ装置１０を搭載したリーダ・ライタ装置１３１と、リーダ・ライタ装置１３１と通信を行う複数のＲＦＩＤタグ１３２ａ，・・・とを備えている。以下、複数のＲＦＩＤタグ１３２ａ，・・・を、単にＲＦＩＤタグ１３２と称する。
【００９５】
リーダ・ライタ装置１３１は、筐体９０と、筐体９０に配置された円偏波アンテナ装置１０を有しており、図示しない無線装置と給電線９１で接続されている。リーダ・ライタ装置１３１は、給電線９１を介して入力される無線信号を円偏波アンテナ装置１０から放射し、また、ＲＦＩＤタグ１３２からの無線信号を円偏波アンテナ装置１０を介して受信し、無線装置へ出力する。
【００９６】
ＲＦＩＤタグ１３２は、線状アンテナ９２と、無線回路（図示せず）とを有している。
【００９７】
ここで、リーダ・ライタ装置に直線偏波のアンテナが用いられていると、ＲＦＩＤタグ１３２の向きによって送受信が不可能となる場合がある。
【００９８】
図１９に示す例では、ＲＦＩＤタグ１３２ａは、水平偏波の無線信号を良好に送受信できるが、垂直偏波の無線信号を良好に送受信することが難しい。一方、ＲＦＩＤタグ１３２ｂは、垂直偏波の無線信号を良好送受信できるが、水平偏波の無線信号を良好に送受信することが難しい。
【００９９】
しかしながら、図１９に示すリーダ・ライタ装置１３１は、図１に示す円偏波アンテナ装置１０を搭載しており、広帯域で広角な辺偏波の無線信号の送受信が可能である。従って、ＲＦＩＤタグ１３２の向きによらず通信可能であり、ＲＦＩＤタグ１３２ａ、１３２ｂともにリーダ・ライタ装置１３１と良好な無線通信を行える。
【０１００】
以上のように、第７の実施例によれば、ＲＦＩＤシステム１３０のリーダ・ライタ装置１３１に図１の円偏波アンテナ装置１０を実装することで、ＲＦＩＤタグ１３２に搭載されたアンテナの種類、またはＲＦＩＤタグ１３２の向きによらず、ＲＦＩＤタグ１３２とリーダ・ライタ装置１３１との間で良好な無線通信を実現することができる。
【０１０１】
なお、本発明は上記実施例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。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０の構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０の動作を説明する図。
【図３】本発明の第１の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０の動作を説明する図。
【図４】本発明の第１の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０のシミュレーション結果を示す図。
【図５】本発明の第１の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０のシミュレーション結果を示す図。
【図６】本発明の第１の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０のシミュレーション結果を示す図。
【図７】本発明の第１の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０の変形例を示す図。
【図８】本発明の第１の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０の変形例を示す図。
【図９】本発明の第１の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０の変形例を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施例に係る円偏波アンテナ装置１４の構成を示す図。
【図１１】本発明の第２の実施例に係る円偏波アンテナ装置１４の変形例を示す図。
【図１２】本発明の第３の実施例に係る円偏波アンテナ装置１６の構成を示す図。
【図１３】本発明の第３の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０のシミュレーション結果を示す図。
【図１４】本発明の第３の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０のシミュレーション結果を示す図。
【図１５】本発明の第３の実施例に係る円偏波アンテナ装置１０のシミュレーション結果を示す図。
【図１６】本発明の第４の実施例に係る半導体モジュール１００の構成を示す図。
【図１７】本発明の第５の実施例に係る無線装置１１０の構成を示す図。
【図１８】本発明の第６の実施例に係る無線システム１２０の構成を示す図。
【図１９】本発明の第７の実施例に係るＲＦＩＤシステム１３０の構成を示す図。
【符号の説明】
【０１０３】
２０，２１，２２・・・導体地板
３０，３１，３２・・・切り抜き（穴）
４１，４２，４３，４４・・・Ｌ型モノポール導体素子
５０・・・給電点
６０，６１・・・基板
７０・・・半田ボール
８０・・・無線回路
９０・・・筐体
９１・・・給電線
９２・・・線状アンテナ
【図１】
2009105503.tif 000003
【図２】
2009105503.tif 000004
【図３】
2009105503.tif 000005
【図４】
2009105503.tif 000006
【図５】
2009105503.tif 000007
【図６】
2009105503.tif 000008
【図７】
2009105503.tif 000009
【図８】
2009105503.tif 000010
【図９】
2009105503.tif 000011
【図１０】
2009105503.tif 000012
【図１１】
2009105503.tif 000013
【図１２】
2009105503.tif 000014
【図１３】
2009105503.tif 000015
【図１４】
2009105503.tif 000016
【図１５】
2009105503.tif 000017
【図１６】
2009105503.tif 000018
【図１７】
2009105503.tif 000019
【図１８】
2009105503.tif 000020
【図１９】
2009105503.tif 000021