(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方形または円形の平面アンテナ素子をグラウンドプレーンと平行に設置し、第１並びに第２の給電導体の給電点を平面アンテナ素子の中心からみて９０°の間隔を隔てて配置し、平面アンテナ素子とグラウンドプレーンとの間に、第１と第２の給電導体を平面アンテナ素子の周縁と平行に設け、第１と第２の給電導体の給電点に２系統の同軸線路の中心導体を個別に接続し、前記２系統の平面アンテナ素子の同軸線路の外部導体をグラウンドプレーンに接続することによって、第１又は第２の給電導体から平面アンテナ素子へ電磁結合により給電して水平偏波と垂直偏波とを送受信できるように構成した平面アンテナにおいて、
上記平面アンテナ素子は周長が１波長であるとともに、上記第１と第２の給電導体は１／４波長の長さであって、且つ、前記平面アンテナ素子の周縁の真下に沿うように配置されていることを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
上記平面アンテナ素子は、導電性線材にて方形または円形の閉ループ形に形成した平面アンテナ素子である請求項１記載の平面アンテナ。
【請求項３】
上記平面アンテナ素子は、方形または円形の導電性板材に中心穴を形成した閉ループ形の平面アンテナ素子である請求項１記載の平面アンテナ。
【請求項４】
平面アンテナ素子をグラウンドプレーンと平行に設置し、平面アンテナ素子とグラウンドプレーンとの間に、給電導体を平面アンテナ素子と平行に配設するとともに、同軸線路の外部導体をグラウンドプレーンに接続することによって、給電導体から平面アンテナ素子へ電磁結合により給電して円偏波を送受信できるように構成した平面アンテナにおいて、
前記平面アンテナ素子は、内周と外周の中間を通る中心線の１周長が１波長と等しくなるように半径方向に一定の幅をもって形成された方形又は円形ループ素子からなり、前記給電導体は１／４波長の長さが前記中心線の略真下で、且つ、前記中心線に沿うように配置され、前記ループ素子の内周の１８０°隔てる二箇所の角から内側へ突出して前記ループ素子の中心が径方向の長穴となるように摂動素子が形成されていることを特徴とする平面アンテナ。
【請求項５】
上記給電導体は、第１と第２の給電導体の給電点に２系統の同軸線路の中心導体を個別に接続し、前記第１及び第２の給電導体の給電点を前記平面アンテナの中心からみて９０°の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする請求項４記載の平面アンテナ。
【請求項６】
上記摂動素子は、前記第１及び第２の給電導体の給電点から等距離に設けられていることを特徴とする請求項５記載の平面アンテナ。
【請求項７】
上記平面アンテナ素子は、方形または円形の導電性板材の外周の一点または、中心からみて１８０°隔たる２点から放射方向へ摂動素子を突出させた平面アンテナであることを特徴とする請求項４記載の平面アンテナ。
【請求項８】
上記給電導体は、導電性板材にて形成した逆Ｌ形給電導体であることを特徴とする請求項１または請求項４記載の平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平面アンテナに関するものであり、特に、垂直偏波と水平偏波、又は、左旋円偏波と右旋円偏波を送受信できるようにした平面アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８及び図９にしたがって従来の技術を説明する。図８は直線偏波用ループアンテナ１Ｈ，１Ｖを示し、方形ループ形のアンテナ素子２の両端は、平衡給電線３を通じて平衡不平衡変換及びインピーダンス変換回路４の平衡線路接続端子に接続され、他方の不平衡線路接続端子と受信機（図示せず）または送信機とを同軸ケーブル５によって接続している。同図（ａ）に示すように、アンテナ素子２の水平素子部２Ｈに給電点を設けた場合は水平偏波用ループアンテナ１Ｈとなり、同図（ｂ）に示すように、垂直素子部２Ｖに給電点を位置させれば垂直偏波用ループアンテナ１Ｖとなる。
【０００３】
図９は円偏波用ループアンテナ６Ｌ，６Ｒを示し、ループ形アンテナ素子７に摂動素子部８を設け、摂動素子部８の面積と形状によって生じるリアクタンスにより、水平偏波と垂直偏波とに９０°の位相差を生じさせて、直線偏波を円偏波に変換する。同図（ａ）に示すように、正面からみてアンテナ素子７の給電点から約−４５°と約＋１３５°の位置に摂動素子部８を設けた場合は左旋円偏波用アンテナ６Ｌになり、同図（ｂ）に示すように、正面からみてアンテナ素子７の給電点から約＋４５°と約−１３５°に摂動素子部８を配置した場合は右旋円偏波用アンテナ６Ｒになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナは、一台で水平偏波と垂直偏波、または左旋円偏波と右旋円偏波を送受信できるものはない。従って、水平偏波と垂直偏波、または左旋円偏波と右旋円偏波との両方に対応するためには、２系統のアンテナを設置しなければならず、相応のスペースを占有するとともにコストもかかるという問題がある。したがって、１系統のアンテナで水平偏波と垂直偏波、または左旋円偏波と右旋円偏波に対応できるアンテナがあれば便利である。
【０００５】
そこで、一台で２種類の偏波モードの電波に対応できる小型の偏波用アンテナを提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は上記課題を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するために提案するものであり、請求項1記載の発明は、方形または円形の平面アンテナ素子をグラウンドプレーンと平行に設置し、第１並びに第２の給電導体の給電点を平面アンテナ素子の中心からみて９０°の間隔を隔てて配置し、平面アンテナ素子とグラウンドプレーンとの間に、第１と第２の給電導体を平面アンテナ素子の周縁と平行に設け、第１と第２の給電導体の給電点に２系統の同軸線路の中心導体を個別に接続し、前記２系統の平面アンテナ素子の同軸線路の外部導体をグラウンドプレーンに接続することによって、第１又は第２の給電導体から平面アンテナ素子へ電磁結合により給電して水平偏波と垂直偏波とを送受信できるように構成した平面アンテナにおいて、
上記平面アンテナ素子は周長が１波長であるとともに、上記第１と第２の給電導体は１／４波長の長さであって、且つ、前記平面アンテナ素子の周縁の真下に沿うように配置されている平面アンテナ、
及び、請求項２記載の発明は、上記平面アンテナ素子は、導電性線材にて方形または円形の閉ループ形に形成した平面アンテナ素子である請求項１記載の平面アンテナ、
及び、請求項３記載の発明は、上記平面アンテナ素子は、方形または円形の導電性板材に中心穴を形成した閉ループ形の平面アンテナ素子である請求項１記載の平面アンテナを夫々提供するものである。
【０００７】
また、同じく上記目的を達成するために、請求項４記載の発明は、平面アンテナ素子をグラウンドプレーンと平行に設置し、平面アンテナ素子とグラウンドプレーンとの間に、給電導体を平面アンテナ素子と平行に配設するとともに、同軸線路の外部導体をグラウンドプレーンに接続することによって、給電導体から平面アンテナ素子へ電磁結合により給電して円偏波を送受信できるように構成した平面アンテナにおいて、
前記平面アンテナ素子は、内周と外周の中間を通る中心線の１周長が１波長と等しくなるように半径方向に一定の幅をもって形成された方形又は円形ループ素子からなり、前記給電導体は１／４波長の長さが前記中心線の略真下で、且つ、前記中心線に沿うように配置され、前記ループ素子の内周の１８０°隔てる二箇所の角から内側へ突出して前記ループ素子の中心が径方向の長穴となるように摂動素子が形成されている平面アンテナ、
及び、請求項５記載の発明は、上記給電導体は、第１と第２の給電導体の給電点に２系統の同軸線路の中心導体を個別に接続し、前記第１及び第２の給電導体の給電点を前記平面アンテナの中心からみて９０°の間隔を隔てて配置されている請求項４記載の平面アンテナ、
及び、請求項６記載の発明は、上記摂動素子は、前記第１及び第２の給電導体の給電点から等距離に設けられている請求項５記載の平面アンテナ、
及び、請求項７記載の発明は、上記平面アンテナ素子は、方形または円形の導電性板材の外周の一点または、中心からみて１８０°隔たる２点から放射方向へ摂動素子を突出させた平面アンテナである請求項４記載の平面アンテナ、
及び、請求項8記載の発明は、上記給電導体は、導電性板材にて形成した逆Ｌ形給電導体である請求項１または請求項４記載の平面アンテナを夫々提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を図に従って説明する。図１は請求項１及び２記載の直線偏波用平面アンテナ１１の構造解説図であり、周囲長Ｃ（約１波長）の正方形ループ形のアンテナ素子１２、長さＬＶ＋ＬＨ（約１／４波長）の２本の給電導体１３，１４と、アンテナ素子１２よりも大面積の金属板によるグラウンドプレーン１５とによって構成されている。
【０００９】
アンテナ素子１２はグラウンドプレーン１５の上方に平行に配置され、グラウンドプレーン１５を貫通して立ち上がる逆Ｌ字形の給電導体１３，１４はアンテナ素子１２とグラウンドプレーン１５との間に配置されている。グラウンドプレーン１５には、アンテナ素子１２の水平素子部１２Ｈの中間点の直下と、垂直素子部１２Ｖの中間点の直下とに導体貫通穴１６，１７を設けており、二つの給電導体１３，１４はグラウンドプレーン１５とは接触せず、給電点である端部が導体貫通穴１６，１７へ挿入されている。
【００１０】
水平素子部１２Ｈに対向する導体挿通穴１６から垂直に立ち上がった給電導体１３は、正面からみて左へ直角に屈折して水平素子部１２Ｈ及び左側垂直素子部１２Ｖに沿って延び、左側垂直素子部１２Ｖの中間点に達している。また、右側垂直素子部１２Ｖに対向する導体挿通穴１７から垂直に立ち上がった給電導体１４は、図において上方へ直角に屈折して垂直素子部１２Ｖ及び上側水平素子部１２Ｈに沿って延び、上側水平素子部１２Ｈの中間点に達している。
【００１１】
ここで、アンテナ素子１２のワイヤ半径はｐ，グラウンドプレーン１５からのループ形アンテナ素子１２の高さはｈであり、周囲長Ｃ＝１．０３２λ1.472 ，ＬＶ＝０．０１４λ1.472 ，ＬＨ＝０．２３６λ1.472 ，ｈ＝０．０４９１λ1.472 とする。但し、λ1.472 は、設計周波数１．４７２ＧHzにおける自由空間波長である。
【００１２】
グラウンドプレーン１５の裏面側へ貫通した給電導体１３，１４の端部は、それぞれ別個の同軸給電線路の中心導体１８ａ，１９ａに接続し、同軸給電線路の外部導体１８ｂ，１９ｂはグラウンドプレーン１５に接続して、電磁結合により給電導体１３または１４からアンテナ素子１２へ給電する。
【００１３】
水平給電導体１３から給電するとアンテナ素子１２から水平偏波が放射され、垂直給電導体１４から給電すると垂直偏波が放射され、水平給電導体１３と垂直給電導体１４をスイッチすることにより、１台の平面アンテナ１１で水平偏波と垂直偏波を受信または送信できる。
【００１４】
このように、ループ形のアンテナ素子１２に近接させて配置した給電導体１３，１４からアンテナ素子１２へ電磁結合によって給電するので、一つのアンテナ素子１２に対して二系統の給電線路を切り換えて給電することができ、水平偏波と垂直偏波の両方に対応することができる。また、給電線路はアンテナ素子１２に接続されていないのでアンテナとしてのインピーダンスが低下し、アンテナ素子とグラウンドプレーンとの間隔を減少させることが可能となり、低姿勢且つ高感度のアンテナを構成でき、アンテナ素子と給電線の接続が不要であるので組立も容易である。
【００１５】
図２は請求項３記載の直線偏波用平面アンテナ２１の実施形態を示し、この平面アンテナ２１のアンテナ素子２２は、導電性金属板を平面方形のループ形状に形成し、半径方向に一定の幅を持たせている。逆Ｌ形の給電導体２３，２４も、アンテナ素子２２と同様に金属板を成形したものでワイヤの給電導体よりも素子幅が広くなっている。アンテナ素子２２の内周と外周の中間を通る中心線の一周長は、設計周波数１．４７２ＧHzにおける自由空間波長λ1.472 とほぼ等しくなっていて、内周長と外周長との差が大きく、図１の構成のものよりも周波数帯域が広くなる。同様に、平板形状の給電導体２３，２４もワイヤを用いた給電導体より周波数帯域が拡張される。
【００１６】
図３は請求項４乃至６記載の円偏波用平面アンテナ３１の構造を示し、ループ形のアンテナ素子３２に、円偏波合成用摂動素子として摂動素子部３３を設けたものであり、ここでは摂動素子３３の素子長ΔＬを０．０２９λ１．４７２としている。同図に示すように、摂動素子部３３は、給電導体３４の給電点３４ａが位置する下側水平素子部３２Ｈと、給電導体３５の給電点３５ａが位置する右側垂直素子部３２Ｖとの角と、この角の１８０°回転対称位置である角の二箇所からアンテナ素子３２の中心方向へ突出している。
【００１７】
水平給電導体３４から給電した場合は、摂動素子部３３のリアクタンスにより水平偏波成分に対して垂直偏波成分の位相が９０°遅れ、アンテナ素子３２から＋Ｚ方向へ右旋円偏波が放射される。また、垂直給電導体３５から給電すると、垂直偏波成分に対して水平偏波成分の位相が９０°遅れてアンテナ素子３２から＋Ｚ方向へ左旋円偏波が放射される。水平給電導体３４と垂直給電導体３５をスイッチすることにより、１台の平面アンテナ３１によって左旋円偏波と右旋円偏波を送受信することができる。
【００１８】
図４は請求項４記載の平面アンテナのアンテナ素子４１を示し、このアンテナ素子４１は金属板に中心穴を形成したものであり、図３に示した円偏波用アンテナ素子３２と同様に、内周の１８０°隔たる二箇所の角から内側へ突出する摂動素子部４２を設けて円偏波に対応させている。
【００１９】
図５は請求項４記載の平面アンテナの一変形例を構成するところのアンテナ素子５１を示し、このアンテナ素子５１は、方形の金属板の中心に径方向の長穴５２が形成されていて、ループ形アンテナ素子の素子幅を可及的に拡大したものであり、また、摂動素子部５３の面積を拡大したものということもできる。
【００２０】
図６は、図３、図４及び図５のアンテナ素子を用いた平面アンテナの軸比特性を示し、Ａは図３のワイヤアンテナ素子３２、Ｂは図４の金属板アンテナ素子４１、Ｃは図５の金属板アンテナ素子５１を示している。図６において縦軸は軸比、横軸は周波数を示し、素子幅の拡大とともに周波数帯域も拡大され、アンテナ素子５１の周波数帯域が最も広くなっていることがわかる。
【００２１】
図７は請求項７記載の平面アンテナのアンテナ素子６１を示し、方形金属板の対向する二箇所の角から放射方向へ摂動素子部６２を突出させたものであり、図５のアンテナ素子５１の素子幅を極限まで拡大した結果、中心の長穴が消滅し、摂動素子部を外側に設けた変形例とみることもできる。
【００２２】
以上の実施形態においては、方形のアンテナ素子を示したが、アンテナ素子の外形は円形であってもよく、上記の実施形態に限定するものではない。また、この発明の技術的範囲内においてさらに種々の改変が可能であり、この発明がそれらの改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本願請求項１記載の発明の平面アンテナは、給電導体からアンテナ素子へ電磁結合により給電するので、一つのアンテナ素子に複数系統の給電線路から給電することができ、２系統の給電線路を切り換えて給電することにより、水平偏波と垂直偏波の送受信が可能となり、小型、且つ多機能の平面アンテナを実現することができる。
また、給電線路はアンテナ素子に接続されていないのでアンテナとしてのインピーダンスが低下し、アンテナ素子とグラウンドプレーンとの間隔を減少させることが可能となり、その結果、低姿勢に形成できるから省スペースに資するものであると共に、高感度のアンテナを構成することがで、アンテナ素子と給電線の接続が不要であるので組立も容易である。
【００２４】
また、本願請求項４記載の発明は、前記平面アンテナ素子は、内周と外周の中間を通る中心線の１周長が１波長と等しくなるように半径方向に一定の幅をもって形成された方形又は円形ループ素子からなり、前記給電導体は１／４波長の長さが前記中心線の略真下で、且つ、前記中心線に沿うように配置され、前記ループ素子の内周の１８０°隔てる二箇所の角から内側へ突出して前記ループ素子の中心が径方向の長穴となるように摂動素子が形成されているので、左旋円偏波又は右旋円偏波の送受信が可能となり、小型、且つ多機能の平面アンテナを実現することができる。
そして、ループ形のアンテナ素子の素子幅を半径方向に拡大することにより、周波数帯域幅が広くなり、給電導体も同様に平板状とすれば同様の効果が得られ、周波数帯域幅が広く実用性能の高い平面アンテナを提供できる。
更に、本願請求項５記載の発明は、上記給電導体は、第１と第２の給電導体の給電点に２系統の同軸線路の中心導体を個別に接続し、前記第１及び第２の給電導体の給電点を前記平面アンテナの中心からみて９０°の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする請求項４記載の平面アンテナであるので、１台の平面アンテナによって左旋円偏波と右旋円偏波を送受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１並びに２記載の平面アンテナを示す解説図。
【図２】請求項３記載の平面アンテナを示し、（ａ）は平面アンテナの正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】請求項４並びに５記載の平面アンテナを示す解説図。
【図４】請求項６記載の平面アンテナを示し、（ａ）は平面アンテナの正面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】請求項７記載の平面アンテナのアンテナ素子の正面図である。
【図６】平面アンテナの軸比／周波数特性を示すグラフである。
【図７】請求項８記載の平面アンテナのアンテナ素子の正面図である。
【図８】従来例を示し、（ａ）は水平偏波用平面アンテナの正面図、（ｂ）は垂直偏波用平面アンテナの正面図である。
【図９】従来例を示し、（ａ）は左旋円偏波用平面アンテナの正面図、（ｂ）は右旋円偏波用平面アンテナの正面図である。
【符号の説明】
１１            直線偏波用平面アンテナ
１２            アンテナ素子
１３，１４      給電導体
１５            グラウンドプレーン
１６，１７      導体貫通穴
１８ａ，１９ａ  中心導体
１８ｂ，１９ｂ  外部導体
２１            直線偏波用平面アンテナ
２２            アンテナ素子
２３，２４      給電導体
３１            円偏波用平面アンテナ
３２            アンテナ素子
３３            摂動素子部
３３，３４      給電導体
４１            アンテナ素子
４２            摂動素子部
５１            アンテナ素子
５２            長穴
５３            摂動素子部
６１            アンテナ素子
６２            摂動素子部
【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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