JP2000323918A - 円偏波型平面アンテナ及びアンテナ装置及び無線装置及び無線システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体基板上にマイクロストリップアンテナ
素子や給電回路をプリントしたプリント基板による円偏
波型の平面アンテナにおいて、円偏波の軸比の帯域は極
めて狭くなると言う課題がある。 【解決手段】 この課題を解決するために本発明は、マ
イクロストリップアンテナ素子を２Ｎ×２Ｍ（Ｎ、Ｍは
整数）の2次元アレイに構成した平面アンテナにおい
て、給電方法が2次元アレイの中央部分より給電した直
列給電で、給電部位の中央から見て、水平方向及び垂直
方向に各々2分割した４ブロックを想定し、各ブロック
のアンテナ素子の向きをπ／２ラジアンづつ回転し、こ
の向きに応じて給電回路の位相をπ／２ラジアンづつ偏
移させるため、小型で薄型の平面アンテナ構成で、1個
のπラジアン位相器と２Ｎ個のπ／２ラジアン位相器を
限られた空間内に配置するだけで、低軸比の帯域を拡大
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯のマ
イクロストリップアンテナによる円偏波アンテナおよび
このアンテナを用いた無線装置、無線システムに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、円偏波アンテナとこのアンテナを
用いた無線システムとしては、特開平１０−１６３７４
５号に記載された有料道路での通行料金を道路脇に設置
した路側無線装置と車に搭載した車載器とマイクロ波帯
の円偏波を用いたものが知られている。また、マイクロ
ストリップアンテナ素子の配置により、低軸比を満足す
る帯域を広げる構成として、特開昭６０−２０６２０７
号の構成が知られている。

【０００３】図１３、１４に特開平１０−１６３７４５
号に記載された従来の円偏波型アンテナを示す。図１３
は円偏波型アンテナの概略構成図で、図１３において８
０は地導体、８１は誘電体基板、８２はマイクロストリ
ップアンテナ素子、８３はマイクロストリップアンテナ
８２をアレイ状に配置した平面アンテナである。図１４
は、マイクロストリップアンテナ素子８２部分の概略構
成図で、８４は給電線路、８５は円偏波励振用切り欠
き、８６は入出力端子である。

【０００４】以上のような構成で以下その動作を説明す
る。平面アンテナ８３の放射面側の同一平面上に、分配
及び合成回路等の給電回路をマイクロストリップ線路で
形成した給電線路８４で各マイクロストリップアンテナ
素子８２に給電する事で所望の指向特性を得ることが可
能なアンテナを構成することが可能となる。マイクロス
トリップアンテナ素子８２は、円偏波励振用切欠き８５
により円偏波型の電波の送受信が可能となる。

【０００５】このような円偏波型の平面アンテナ８３を
有する無線装置を有料道路の料金所の通行車線上に配置
し、車に搭載した車載器と無線通信により通工料金に関
わる情報をやり取りすることで、自動的にかつ料金所で
止まる事なく通工料金を収受することが可能となる。ま
た円偏波を用いる事で、車や地上面での反射波の影響を
低減できる。

【０００６】図１５に特開昭６０−２０６２０７号に記
載された従来の円偏波型のアンテナを示す。図１５にお
いて、９１はマイクロストリップアンテナ素子である。
図１５のマイクロストリップアンテナ素子９１に記載さ
れた数字は、後述するマイクロストリップアンテナ素子
９１の向きと偏移させた給電回路の位相に応じて順番に
番号をつけている。このマイクロストリップアンテナ素
子９１をアレイ状に配置する事でアンテナを形成する。

【０００７】以上のような構成で以下の動作を説明す
る。各行のマイクロストリップアンテナ素子９１は、Ｎ
個の素子をＰπ／Ｎラジアンステップでボアサイト軸の
回りに順次回転させその回転に応じて各マイクロストリ
ップアンテナ素子９１の給電位相をＰπ／Ｎラジアンス
テップで偏移させ、各列ではＭ個の素子をＰπ／Ｍラジ
アンステップでボアサイト軸の回りに順次回転させその
回転に応じて各マイクロストリップアンテナ素子９１の
給電位相をＰπ／Ｍラジアンステップで偏移させる事
で、シーケンシャルアレイの原理により、広帯域に低軸
比を満足する円偏波を放射することが可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】有料道路の料金所ブー
スの道路上に設置された路側無線装置と車に搭載した車
載無線装置との間で、双方向に無線通信を利用し所定の
情報をやり取りをする事で、有料道路の通行料金を自動
的に収受処理手続きを行うシステムでは、隣接する料金
に複数の路側無線装置を設置する場合がある。この場
合、車載機が隣接料金所の路側無線装置を誤通信を防ぐ
必要があり、各路側無線装置のアンテナの指向特性を2
次元的に制御する必要がある。このため、各路側無線装
置のアンテナとしては多数の素子から成る2次元アレイ
アンテナで構成される。

【０００９】路側無線装置の少なくともアンテナ部は料
金所の道路上に設置されるため、風等の自然現象によっ
ても壊れないように強固に設置する必要がある。この設
置方法は取り付けるアンテナ部の大きさや風を受ける部
位の面責に応じて設計しなければならないが、より小型
で軽量であればあるほど設置用部材は簡略化でき、コス
トを下げる事が可能となる。

【００１０】このため、アンテナとしては、誘電体基板
上にマイクロストリップアンテナ素子や給電回路をプリ
ントした平面型のアンテナが多く使われる。このような
平面アンテナで円偏波を放射する場合、円偏波の軸比の
帯域は極めて狭くなると言う課題がある。

【００１１】これに対し、従来例で説明したシーケンシ
ャルの原理を平面アンテナに適応する場合、複数のアン
テナ素子で各素子をシーケンシャル化したモジュールで
置き換えるか、各素子を方向を変えながらそれに応じ
て、各アンテナ素子毎に異なった給電回路で給電する必
要があり、結果としてアンテナが大型化されたり、非常
に複雑な給電回路を限られた空間にマイクロストリップ
線路で形成しなければならないと言う課題を有してい
た。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、マイクロストリップアンテナ素子を２Ｎ×
２Ｍ（Ｎ、Ｍは整数）の2次元アレイに構成した平面ア
ンテナにおいて、給電方法が2次元アレイの中央部分よ
り給電した直列給電で、給電部位の中央から見て、水平
方向及び垂直方向に各々2分割した４ブロックを想定
し、各ブロックのアンテナ素子の向きをπ／２またはπ
／４ラジアンづつ回転し、この向きに応じて給電回路の
位相をπ／２またはπ／４ラジアンづつ、1個のπまた
はπ／２ラジアン位相器とＮ個のπ／２またはπ／４ラ
ジアン位相器だけで、偏移させたものである。

【００１３】また、平面アンテナにおいて、アンテナ素
子を角型の円偏波素子で構成し、角型素子の全体面積に
対する１個の切り欠き部位の面積を1.6％〜2.1％で構成
し、比誘電率εｒが、３．５＜εｒ＜４．２、厚みｔが
２＜ｔ＜４の樹脂系材料で構成されたレドーム材を用
い、レドーム材と平面アンテナ放射面との距離Ｌを、0.
07λ＜Ｌ＜0.14λにしたものである。

【００１４】また、元平面アンテナを内包する筐体とレ
ドーム材の構成において、レドーム材と平面アンテナの
間にデンパ吸収材料材を設けたものである。これによ
り、マイクロストリップアンテナ素子を2次元アレイ状
に配置し構成した平面アンテナを用いても、高指向特性
を有しながら広帯域に低軸比を得る小型な平面アンテナ
とそれを用いたアンテナ装置や無線装置ならびに無線シ
ステムを実現することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、水平方向並びに垂直方向の指向特性が紡錘形状を有
するように円偏波型のマイクロストリップアンテナ素子
を２Ｎ×２Ｍ（Ｎ、Ｍは整数）の2次元アレイ構成に配
置し、水平方向及び垂直方向に対称形状のマイクロスト
リップ回路を有し、各アンテナ素子に所望の振幅と位相
を制御し給電する平面アンテナに於いて、水平方向と垂
直方向に４分割したＮ×Ｍのアレイ構成からなる４つの
ブロック内のＮ×Ｍ個の全てのアンテナ素子の向きを隣
合うブロック毎に順次π／２ラジアンづつ回転させ、か
つ各ブロック内のＮ×Ｍ個アンテナ素子への給電の位相
を該当するブロック内のアンテナ素子の向きに応じてπ
／２ラジアンづづ水平方向及び垂直方向のマイクロスト
リップ回路に1個のπラジアン位相器と２Ｎ個のπ／２
ラジアン位相器を設けて偏移させる事で、小型で薄型の
平面アンテナ構成で極めて少ない位相器を限られた空間
内に配置するだけで、低軸比の帯域を拡大できると言う
実現できると言う作用を有する。

【００１６】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の構成に対し、各ブロック毎のＮ×Ｍ個の全ての
アンテナ素子の向きを隣合うブロック毎に順次π／４ラ
ジアンづつ回転させ、かつ各ブロック内のＮ×Ｍ個アン
テナ素子への給電の位相を該当するブロック内のアンテ
ナ素子の向きに応じてπ／４ラジアンづづ水平方向及び
垂直方向のマイクロストリップ回路に1個のπ／２ラジ
アン位相器と２Ｎ個のπ／４ラジアン位相器を設けて偏
移させる事で、小型で薄型の平面アンテナ構成で極めて
少ない位相器を限られた空間内に配置するだけで、低軸
比の帯域を拡大できると言う実現できると言う作用を有
する。

【００１７】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１及び２記載の構成に対し、各アンテナ素子形状が角型
の円偏波アンテナ素子で構成したもので、小型で薄型の
平面アンテナ構成で、低軸比の帯域を拡大できると言う
実現できると言う作用を有する。

【００１８】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１及び２記載の構成に対し、各アンテナ素子形状が丸型
の円偏波アンテナ素子で構成したもので、小型で薄型の
平面アンテナ構成で、低軸比の帯域を拡大できると言う
実現できると言う作用を有する。本発明の請求項５に記
載の発明は、請求項１記載の構成に対し、各アンテナ素
子形状が直線偏波型の素子で構成したもので、小型で薄
型の平面アンテナ構成で、低軸比の帯域を拡大できると
言う実現できると言う作用を有する。

【００１９】本発明の請求項６に記載の発明は、角型形
状の円偏波型のマイクロストリップアンテナ素子を2次
元アレイ構成に配置し水平方向及び垂直方向のマイクロ
ストリップ回路により各アンテナ素子に所望の振幅と位
相を制御し給電する平面アンテナと、平面アンテナを内
包する筐体と平面アンテナの電磁波放射面側に形成した
樹脂系材料からなるレドーム部を有するアンテナ装置に
おいて、角型アンテナ素子の切り欠き部の面積を平面ア
ンテナ単体の低軸比帯域特性が良好な形状から大きく
し、レドーム部と平面アンテナとの距離を狭める事で、
平面アンテナ単体の低軸比の帯域に比して、小型で薄型
のアンテナ装置で、低軸比の帯域を拡大できると言う実
現できると言う作用を有する。

【００２０】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
６記載の構成に対し、角型アンテナ素子において、全体
面積をＳとし１つの切り欠き部面積をｄＳとした場合、
切り欠き部の大きさを１．６％＜ｄＳ／Ｓ＜２．１％に
し、比誘電率εｒが３．５＜εｒ＜４．２で厚みｔが２
＜ｔ＜４ｍｍの樹脂系材料で構成したレドーム部を、平
面アンテナ放射面からの距離をＬとした場合、０．０７
＜Ｌ＜０．１４λ離したもので、小型で薄型のアンテナ
装置で低軸比の帯域を拡大できると言う作用を有する。

【００２１】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
６及び７記載の構成に対し、レドーム部がアクリロニト
リル−スチレン−アクリレート共重合体樹脂で構成した
もので、小型で薄型のアンテナ装置で低軸比の帯域を拡
大できると言う作用を有する。

【００２２】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項
６記載の構成に対し、レドーム部がポリカーボネートで
構成したもので、小型で薄型のアンテナ装置で低軸比の
帯域を拡大できると言う作用を有する。

【００２３】本発明の請求項１０に記載の発明は、請求
項６及び８及び９記載の構成に対し、アンテナ素子を丸
型形状の円偏波アンテナ素子で構成したもので、小型で
薄型のアンテナ装置で低軸比の帯域を拡大できると言う
作用を有する。

【００２４】本発明の請求項１１に記載の発明は、請求
項１及び２記載の平面アンテナに於いて、マイクロスト
リップアンテン素子形状とレドーム部と筐体の構成が請
求項６乃至９記載の構成にしたアンテナ装置で、アンテ
ナ装置を小型にし低軸比の帯域を拡大できると言う作用
を有する。

【００２５】本発明の請求項１２に記載の発明は、請求
項１乃至５記載の円偏波型のアンテナ平面アンテナを内
包する筐体と平面アンテナの電磁波放射面側に形成した
樹脂系材料からなるレドーム部を有するアンテナ装置、
または請求項６乃至１１記載のアンテナ装置において、
平面アンテナの電磁波放射面とレドーム部の間に電波吸
収材で満した構成で、平面アンテナとレドーム材間の多
重反射成分による平面アンテナの特性変動度合いを低減
する事ができると言う作用を有する。

【００２６】本発明の請求項１３に記載の発明は、請求
項１２記載の構成に対し、電波吸収材の吸収率がアンテ
ナの脇に近づくほど高くしたもので、特にアンテナ装置
の側面に存在する複雑な構造物からの多重反射成分を低
減できると言う作用と有する。

【００２７】本発明の請求項１４に記載の発明は、請求
項１乃至１３記載の平面アンテナまたはアンテナ装置を
用いたマイクロ波帯の電磁波の送受信を行なう無線装置
で、円偏波の低軸比の帯域が広く小型で薄型な平面アン
テナを用いる事で、小型で通信の信頼性が高い無線装置
を実現できると言う作用を有する。

【００２８】本発明の請求項１５に記載の発明は、請求
項１４記載の無線装置を用いた無線システムで、小型で
通信の信頼性が高い無線システムを実現できると言う作
用を有する。

【００２９】本発明の請求項１６に記載の発明は、請求
項１５記載の無線装置を有料道路の道路脇などに設置
し、車に搭載された車載無線装置との間でマイクロ波電
磁波帯の無線通信により通行に関わる料金を自動的に収
受する無線システムで、円偏波の低軸比の帯域が広く小
型で薄型な平面アンテナを用いる事で、小型で通信の信
頼性が高い無線装置を実現できると言う作用を有する。

【００３０】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１２を用いて説明する。

【００３１】（実施の形態１）図１は、実施の形態１で
の８素子×８素子構成の円偏波型の平面アンテナの構造
を示す概略図であり、（ａ）はアンテナ面、（ｂ）は
（ａ）の裏面である給電面を示す。図１に於いて、１は
平面アンテナ、２は誘電体基板、３はマイクロストリッ
プアンテナ素子、４、５、６、７は仮想的に平面アンテ
ナ１を中央部位で軸対称に分割したブロックＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、８は給電部、９、１０はＸ方向給電回路、１
１、１２はＹ方向給電回路、図１の黒く塗りつぶした四
角形で示した１３は位相器、白抜きの四角形で示した１
４は分配器、１５はπラジアン位相器、１６はπ／２ラ
ジアン位相器、１７は各マイクロストリップアンテナ素
子３への給電点である。図２は、平面アンテナ１の断面
図で、１８はグランド層、１９は貫通孔、２０は貫通孔
１９側面に例えばメッキ処理により形成した導電部、２
１はランドである。

【００３２】以上のような構成で以下その動作を説明す
る。平面アンテナ１は、マイクロストリップアンテナ素
子３をプリントし給電点１７の位置に貫通孔１９を設け
たした誘電体基板２と、片側面に給電回路９乃至１２を
プリントし、反対側面にグランド層１８を設け、給電点
１７の位値に貫通孔１９を設けると共に、グランド層１
８には、導電部２０とグランド層１８とのショートを防
ぐための貫通孔１９の径より大きな形状の非導電部位で
あるランド２１を設けた誘電体基板２を張合わせる。張
合わせた後、貫通孔１９に、例えばメッキ処理を行う事
で導電部２０を形成する事でマイクロストリップアンテ
ナ素子３とY方向の給電回路１１、１２と電気的に接続
される。

【００３３】平面アンテナ１は、Ｘ方向、Ｙ方向とも紡
錘形状の軸対象な指向特性にするため、各マイクロスト
リップアンテナ素子３に所定の位相と振幅の電気信号が
給電されるように、所望の位相器１３と分配器１４によ
り構成する。従って、Ｘ方向給電回路９と１０が給電部
８に対し対称な回路構成になるようにする。同じよう
に、Ｙ方向給電回路１１と１２も給電部８に対し対称な
回路構成とする。従って、ブロックＡ４、ブロックＢ
５、ブロックＣ６、ブロックＤ７は、給電部８に対し軸
対称な構造となる。

【００３４】マイクロストリップアンテナ素子３は角型
のパッチアンテナ素子で形成し、所望の円偏波を放射す
るため切り欠き形状が形成されている。ブロックＡ４を
基本に、ブロックＢ５、ブロックＣ６、ブロックＤ７の
マイクロストリップアンテナ素子３の向きをπ／２ラジ
アンづつ回転させて配置する。ブロックＡ４の給電回路
に対しＸ方向給電回路９、１０に一つのπラジアン位相
器１５を、Ｙ方向給電回路１１、１２に８個のπ／２ラ
ジアン位相器１６を挿入し、各ブロックのマイクロスト
リップアンテナ素子３向きに応じて位相を偏移させる。

【００３５】以上のように、Ｘ方向及びＹ方向の指向特
性が紡錘形状などのように対称形状のアンテナを実現す
るため、中央部に給電部８を設け直列給電する給電回路
方式にて給電部８に対しＸ方向、Ｙ方向２分割した、複
数のマイクロストリップアンテナ素子３から構成された
４つのブロック４、５、６、７を対称な構成とし、Ｘ方
向給電回路９と１０、Ｙ方向給電回路１１と１２が対称
になるようにする。更に、４つのブロック４、５、６、
７間で、シーケンシャル原理が成立するようにマイクロ
ストリップアンテナ素子３の向きをπ／２ラジアン変え
ると共にこれに応じた位相偏移を与える。位相偏移は、
１つのπラジアン位相器１５でＸ方向給電回路９と１０
に、少数のπ／２ラジアン位相器１６でＹ方向給電回路
１１と１２に設ければ良く、限られた基板２表面で実現
する事が可能となる。

【００３６】図３は、この方式により構成した周波数ｆ
₀のマイクロ波帯の平面アンテナ１により得られた軸比
の広帯域化の効果を示したものである。図３（ａ）は、
全てのマイクロストリップアンテナ素子３を一律な向き
に配置した平面アンテナ１の測定例で、図３（ｂ）は同
じマイクロストリップアンテナ素子３を用い本実施の形
態１の構成による平面アンテナ１での測定結果である。
図３より、低軸比の帯域が改善されているのがわかる。

【００３７】以上のように、実施の形態１によれば、誘
電体基板２にプリントした平面アンテナ１でに於いても
低軸比の大域を拡大する事が可能となり、広帯域な軸比
を満足するアンテナ装置として平面アンテナ１を用いる
ことが可能となり、アンテナ装置を小型にあるいは薄型
にすることができると言う作用を有する。

【００３８】なお、平面アンテナ１の一構成例として、
８×８素子構成に関して説明したが、４つのブロックの
対称性が得られる構成であれば良い。また、給電回路
９、１０、１１、１２がマイクロストリップアンテナ素
子３面とは反対の面に構成した例を説明したが、同一面
上に構成しても良い。

【００３９】また、マイクロストリップアンテナ素子３
の形状として、角型の円偏波アンテナ素子で説明した
が、他の形状の素子でも構わない。さらに、直線偏波素
子でも平面アンテナ１からは所望の円偏波を放射する事
が可能となる。

【００４０】また、４つのブロック４、５、６、７間で
変えていたマイクロストリップアンテナ素子３の向きを
π／４ラジアンにし、これに応じた位相偏移を与えるた
め、位相偏移は、πラジアン位相器１５をπ／２ラジア
ン位相器に、π／２ラジアン位相器１６をπ／４ラジア
ン位相器に変えても構わない。

【００４１】（実施の形態２）図４は、実施の形態２で
の８素子×８素子構成の円偏波型のアンテナの構造を示
す概略図であり（ａ）はアンテナ面、（ｂ）は（ａ）の
裏面である給電面を示す。図４に於いて、３０は平面ア
ンテナ、３１は誘電体基板、３２は角型形状の円偏波素
子で構成されたマイクロストリップアンテナ素子、３３
は給電部、３４、３５はＸ方向給電回路、３６、３７は
Ｙ方向給電回路、図４中の黒く塗りつぶした四角形で示
した３８は位相器、白抜きの四角形で示した３９は分配
器、４０は各マイクロストリップアンテナ素子３２への
給電点である。なお、平面アンテナ３０の断面図は、図
２に示す構造になっている。

【００４２】図５は、平面アンテナ３０を組み込んだア
ンテナ装置５０の概略断面図で、５１は筐体、５２は内
側に柱状の凸部５３を設けたレド−ム、５５は図示して
いない無線部と接続するための給電部３３に接続された
コネクタで、筐体５１とレドーム部５２をネジ５４など
により固定する事で、凸部５３により平面アンテナ３０
が筐体に固定される。

【００４３】以上のような構成で以下その動作を説明す
る。給電部３２から入力された高周波電気信号は、給電
回路３４乃至３７の各位相器３８、各分配器３９により
各マイクロストリップアンテナ素子３２に所定の位相と
振幅で給電され、平面アンテナ３０から特性の指向特性
で電磁波が放射される。各マイクロストリップアンテナ
素子３２は角型の円偏波素子で構成されているため、各
マイクロストリップアンテナ素子３２の合成された電磁
波も円偏波になるが、低軸比を満足する帯域、例えば軸
比3dBの帯域は数%程度となる。

【００４４】レドーム部５２の材質は、電磁波の透過に
対し損失が少なくかつ対環境性の優れたもので構成す
る。電磁波の透過性から高分子樹脂系材料が使用される
が、材料の持つ比誘電率に応じて平面アンテナ３０から
放射された電磁波の一部はレドーム部５２の材料特性に
影響されながら透過し放射され、また一部はレドーム部
５２の内側面で反射し平面アンテナ３０に戻るなど複雑
な伝搬を示す。これらにより、平面アンテナ３０単体の
特性はレドーム部５２に影響される。具体的には、低軸
比を示す周波数帯の偏移と帯域が変化する。

【００４５】図６、７は、レドーム部５２に厚み３ｍ
ｍ、比誘電率３．５〜４．２程度のアクリロニトリル−
スチレン−アクリレート共重合体樹脂（ＡＳＡ）板を用
い、周波数ｆ₀のマイクロ帯の平面アンテナ３０での、
レドーム部５２と平面アンテナ３０との距離に対するア
ンテナを変化させた場合の、アンテナ装置５０から放射
される電磁波の特性を示したもので、図６はレドーム部
５２と平面アンテナ３０との距離に対する中心周波数の
変化を示し、図７はレドーム部５２と平面アンテナ３０
との距離に対する軸比３ｄＢ以下の帯域幅の変化を示し
たものである。図６に示すように中心周波数は周期的に
変動すると共に、図７に示すように低軸比の帯域幅もレ
ドーム部５２と平面アンテナ３０との距離に応じて大き
く変化する。帯域が確保できる平面アンテナ３０とレド
ーム部５２との距離は、アンテナ装置５０の小型化に適
したレドーム部５２と近い領域で、約0.1λ〜0.2λであ
る。

【００４６】図８（ａ）は、円偏波を放射する角型のマ
イクロストリップアンテナ素子３２の形状を示すもの
で、図８（ｂ）に示すように角型パッチ全体の面積であ
るS５６に対し、切り欠き部の面積であるｄS５７を2ヶ
所で切り欠いた形状になっている。マイクロストリップ
アンテナ素子３２の形状、即ちＳ５６に対するｄＳ５７
の比率を例えば1.1％近傍にした場合、平面アンテナ３
０単体での低軸比の帯域を広くする事ができる。この比
率を1.6及び2.1%と高める事で、平面アンテナ３０単体
の低軸比帯域幅は狭くなるが、筐体５１及びレドーム部
５２と組み合わせる事で、アンテナ装置５０から放射さ
れる電磁波の低軸比の帯域特性を改善する事ができる。

【００４７】図９は、周波数ｆ₀のマイクロ帯の平面ア
ンテナ３０と厚み３ｍｍで誘電率３．５〜４．２程度の
アクリロニトリル−スチレン−アクリレート共重合体樹
脂板を用いた場合の、Ｓ５６に対するｄＳ５７の比率に
対する軸比３ｄB以下の帯域幅の変化を示したものであ
る。図９より、平面アンテナ３０単体としての低軸比の
帯域特性は良くないマイクロストリップアンテナ素子３
２形状である一般的な切り欠き部の面積ｄＳ５７より1.
5倍から２倍の大きさの切り欠き形状とし、レドーム部
５２と平面アンテナ３０との距離を0.07λ〜0.14λとす
る事で、従来の低軸比の帯域より約２〜2.5倍に広げる
事ができる。

【００４８】以上より、マイクロストリップアンテナ素
子３２の角型パッチ形状を、ｄＳ５６／Ｓ５６を１．６
〜２．２％とし、誘電率３．５〜４．２程度の厚み２〜
４ｍｍのレドーム部５２を、平面アンテナ３０から距離
0.07λ〜0.14λに設置する事で、誘電体基板２にマイク
ロストリップアンテナ素子３２や給電回路３４乃至３７
をプリントした平面アンテナ１でに於いても低軸比の帯
域を拡大する事が可能となり、給電回路が対象でない場
合でも、広帯域な軸比を満足するアンテナ装置５０とし
てマイクロストリップ構造の平面アンテナ３０を用いる
ことが可能となり、アンテナ装置５０を小型にあるいは
薄型にすることができると言う作用を有する。

【００４９】なお、マイクロストリップアンテナ素子３
２を丸型の円偏波素子で構成しても良い。また、レドー
ム材５２として、比誘電率約３のポリカーボネ−ト材に
おいても、図６、７及び９に示す特性と同じような傾向
を示す。

【００５０】（実施の形態３）図１０は、実施の形態３
でのアンテナ装置５０の断面図である。図１０において
図５と異なる部分は、平面アンテナ３０とレドーム部５
２の間に、低減衰特性の電波吸収材５８を挿入したもの
である。

【００５１】以上のような構成で以下その動作を説明す
る。実施の形態２で説明したように平面アンテナ３０か
ら放射された電磁波のうち一部は、レドーム部５２と平
面アンテナ３０間で多重反射され平面アンテナ３０の特
性を劣化させるが、レドーム部５２と平面アンテナ３０
間で多重反射成分は電波吸収材５８により減衰される。

【００５２】以上より、平面アンテナ３０とレドーム部
５２との間に電波吸収材５８を設ける事で、平面アンテ
ナ３０とレドーム部５２との間の多重反射成分による特
性劣化を低減する事が可能となり、優れた特性を有する
アンテナ装置５０を実現できる。

【００５３】この多重反射による影響は、平面アンテナ
３０の周辺部位ほどレドーム側面などの形状により複雑
になる。従って、周辺部位ほど減衰特性を大きくなるよ
うに電波吸収材５８の減衰特性を空間的に分布させても
良い。

【００５４】なお、電波吸収材５８は電波吸収材を混ぜ
た発泡ウレタンなどを、平面アンテナ３０とレドーム部
５２間の隙間に充満し固定しても良い。

【００５５】（実施の形態４）図１１は、円偏波型マイ
クロストリップアンテナを用いたアンテナ装置で料金所
の路側無線装置を構成し、車両に搭載された車載無線装
置との間で無線通信により所定の情報を双方向にやり取
りする無線システムである自動料金収受システムの有料
道路の動作を説明するための料金所近傍を上から見た概
略図である。

【００５６】図１１において、６０は路側無線装置、６
１は隣接車線に設けられた路側無線装置、６２は路側無
線装置６０内のアンテナで形成される通信領域、６３は
路側無線装置６１内のアンテナで形成される通信領域、
６４は料金所に進入してきた車両、６５は車両６４に搭
載された車載装置、６６は車両６４が通過する料金所車
線、６７は反対車線、６８は中央分離帯である。

【００５７】図１２は路側無線装置６０の概略構成を示
した図である。図１１に於いて５０は実施の形態１乃至
３で説明した平面アンテナ１または３０を内包したアン
テナ装置、７０は送信回路や受信回路から構成された無
線回路、７１はベースバンド処理や暗号処理機能を有す
る信号処理部、７２は複数の路側無線装置が接続された
ネットワーク、７３はネットワーク７２に接続された中
央制御装置である。

【００５８】以上のような構成で以下その動作を説明す
る。有料道路の料金所に車両６４が進入して来た時、車
両６４に搭載している車載装置６５と路側無線装置６０
とは通行料金を自動的に収受するために必要な情報を円
偏波の電磁波を用い双方向通信する。例えば、入口側で
は入口情報を路側無線装置６０から送り車載装置６５で
記憶する。出口側料金所では、路側無線装置６０は車載
装置６５から入口情報と運転手に関わる個人情報を得る
ことで、入口側から出口側までの通行料金が算出でき
る。

【００５９】また、必要に応じて課金に関わる情報をネ
ットワーク７２を通じ、料金所内の複数の路側無線装置
６０からの情報を一元管理する中央制御装置７３に転送
し、例えば運転手の銀行口座から通行料金を引き落とす
ことで料金所で車両６４を止めずに自動的に通行料金の
支払手続きを行うことができる。

【００６０】路側無線装置６０及び６１は料金所車線６
６上、例えば地上高５ｍの位置に設置され、当該料金所
車線６６を通行する車両６４に搭載された車載装置６５
とだけ通信可能になるように、路側無線装置６０内のア
ンテナの指向特性を制御する。この通信領域６２，６３
は、例えば地上高１ｍの高さで、幅３ｍ×長さ４ｍに設
定されている。従って、路側無線装置６０内の平面アン
テナは、水平方向、垂直方向とも軸対称な指向特性を有
する例えば実施の形態１に記載した平面アンテナ１を用
いる事が可能となる。

【００６１】円偏波を用いる事で道路面や車両６４のか
らの反射成分を交差偏波識別度に応じて減らす事が可能
となりが、実施の形態１乃至３記載の平面アンテナ１ま
たは３０により低軸比の帯域を確保する事が可能とな
り、結果として通信の信頼性が高いシステムを構築する
事ができる。

【００６２】以上より、実施の形態１乃至３記載の平面
アンテナ及びアンテナ装置を用いた小型な路側無線装置
６０や路側無線装置６０を用いた信頼性の高い有料道路
の自動料金収受システム用を実現する事ができると言う
作用を有している。

【００６３】なお、本実施の形態では、有料道路の自動
料金収受システムについて説明したが、円偏波を用い、
限られた領域に存在する装置と電磁波を使い通信する無
線装置や無線システムでも構わない。

【００６４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、誘電体基
板に水平方向N素子、垂直方向M素子のマイクロストリッ
プアンテナ素子や水平方向、垂直方向に軸対称な給電回
路をプリントした平面型の2次元マイクロストリップア
レイアンテナにおいて、水平方向、垂直方向に２分割し
た４つのブロックで、マイクロストリップアンテナ素子
の向きをπ／２またはπ／４ラジアンづつ変えると共に
それに応じた偏移量の位相器を垂直方向１個、水平方向
N個設ける事で、低軸比の帯域が広い平面アンテナが実
現でき、小型で信頼性の高い円偏波を用いた無線装置や
無線システムを配置すれば良くπまたはπ／２またはπ
／４ラジアン位相器を給電回路になやアンテナ装置が実
現できると言う有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による円偏波型マイクロ
ストリップアンテナの概略構造図

【図２】本発明の一実施の形態による平面アンテナの概
略断面図

【図３】本発明の一実施の形態による変面アンテナの軸
比特性を示す図

【図４】本発明の一実施の形態による円偏波型マイクロ
ストリップアンテナの概略構造図

【図５】本発明の一実施の形態によるアンテナ装置の概
略構造図

【図６】本発明の一実施の形態による平面アンテナの特
性変化を示す図

【図７】本発明の一実施の形態による平面アンテナの特
性変化を示す図

【図８】本発明の一実施の形態によるマイクロストリッ
プアンテナ素子形状を示す概略構造図

【図９】本発明の一実施の形態によるマイクロストリッ
プアンテナ素子形状に対する軸比特性の改善効果を示す
図

【図１０】本発明の一実施の形態によるアンテナ装置の
概略構造図

【図１１】本発明の一実施の形態による有料道路自動料
金収受システムの動作を説明する料金所近傍を上から見
た概略図

【図１２】本発明の一実施の形態による路側無銭装置の
概略構成図

【図１３】従来のアンテナの概略構成図

【図１４】従来のアンテナの概略構成図

【図１５】従来のアンテナの概略構成図

【符号の説明】

１ 平面アンテナ ２ 誘電体基板 ３ マイクロストリップアンテナ素子 ４ ブロックＡ ５ ブロックＢ ６ ブロックＣ ７ ブロックＤ ８ 給電部 ９ 給電回路 １０ 給電回路 １１ 給電回路 １２ 給電回路 １３ 位相器 １４ 分配器 １５ πラジアン位相器 １６ π／２ラジアン位相器 １７ 給電点 １８ グランド層 １９ 貫通孔 ２０ 導電部 ２１ ランド ３０ 平面アンテナ ３１ 誘電体基板 ３２ マイクロストリップアンテナ素子 ３３ 給電部 ３４ 給電回路 ３５ 給電回路 ３６ 給電回路 ３７ 給電回路 ３８ 位相器 ３９ 分配器 ４０ 給電点 ５０ アンテナ装置 ５１ 筐体 ５２ レドーム ５３ 凸部 ５４ ネジ ５５ コネクタ ５６ Ｓ ５７ ΔＳ ５８ 電波吸収材 ６０ 路側無線装置 ６１ 路側無線装置 ６２ 通信領域 ６３ 通信領域 ６４ 車両 ６５ 車載装置 ６６ 料金所車線 ６７ 反対車線 ６８ 中央分離帯 ７０ 無線回路 ７１ 信号処理部 ７２ ネットワーク ７３ 中央制御装置 ８０ 地導体 ８１ 誘電体基板 ８２ マイクロストリップアンテナ素子 ８３ 平面アンテナ ８４ 給電線路 ８５ 円偏波励振用切欠き ８６ 入出力端子 ９１ マイクロストリップアンテナ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植野 進一郎 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 AA09 AB06 DB03 FA05 FA32 GA08 HA05 HA10 JA02 JA06 5J045 AA02 AA16 CA04 DA10 EA07 GA01 HA03 JA03 KA01 LA01 MA07 NA01

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向並びに垂直方向の指向特性が紡
   錘形状を有するように円偏波型のマイクロストリップア
   ンテナ素子を２Ｎ×２Ｍ（Ｎ、Ｍは整数）の2次元アレ
   イ構成に配置し、各アンテナ素子に所望の振幅と位相を
   制御し給電する平面アンテナに於いて、水平方向と垂直
   方向に４分割したＮ×Ｍのアレイ構成からなる４つのブ
   ロック内のＮ×Ｍ個の全てのアンテナ素子の向きを隣合
   うブロック毎に順次π／２ラジアンづつ回転させ、かつ
   各ブロック内のＮ×Ｍ個アンテナ素子への給電の位相を
   該当するブロック内のアンテナ素子の向きに応じてπ／
   ２ラジアンづづ水平方向及び垂直方向のマイクロストリ
   ップ回路に1個のπラジアン位相器と２Ｎ個のπ／２ラ
   ジアン位相器を設けて偏移させた円偏波型平面アンテ
   ナ。
2. 【請求項２】 各ブロック毎のＮ×Ｍ個の全てのアンテ
   ナ素子の向きを隣合うブロック毎に順次π／４ラジアン
   づつ回転させ、かつ各ブロック内のＮ×Ｍ個アンテナ素
   子への給電の位相を該当するブロック内のアンテナ素子
   の向きに応じてπ／４ラジアンづづ水平方向及び垂直方
   向のマイクロストリップ回路に1個のπ／２ラジアン位
   相器と２Ｎ個のπ／４ラジアン位相器を設けて偏移させ
   た請求項１記載の円偏波型の平面アンテナ。
3. 【請求項３】 各アンテナ素子形状が角型の円偏波アン
   テナ素子で構成された請求項１および２記載の円偏波型
   の平面アンテナ。
4. 【請求項４】 各アンテナ素子形状が丸型の円偏波アン
   テナ素子で構成された請求項１および２記載の円偏波型
   の平面アンテナ。
5. 【請求項５】 各アンテナ素子形状が直線偏波型の素子
   で構成された請求項１記載の円偏波型の平面アンテナ。
6. 【請求項６】 角型形状の円偏波型のアンテナ素子を2
   次元アレイ構成に配置し水平方向及び垂直方向のマイク
   ロストリップ回路により各アンテナ素子に所望の振幅と
   位相を制御し給電する平面アンテナと、平面アンテナを
   内包する筐体と平面アンテナの電磁波放射面側に形成し
   た樹脂系材料からなるレドーム部を有するアンテナ装置
   において、角型アンテナ素子の切り欠き部の面積を平面
   アンテナ単体の低軸比帯域特性が良好な形状から大きく
   し、レドーム部と平面アンテナとの距離を狭めた円偏波
   型のアンテナ装置。
7. 【請求項７】 角型アンテナ素子において、全体面積を
   Ｓとし１つの切り欠き部面積をｄＳとした場合、切り欠
   き部の大きさを１．６％＜ｄＳ／Ｓ＜２．１％にし、比
   誘電率εｒが３．５＜εｒ＜４．２で厚みｔが２＜ｔ＜
   ４ｍｍの樹脂系材料で構成したレドーム部を、平面アン
   テナ放射面からの距離をＬとした場合、０．０７＜Ｌ＜
   ０．１４λ離した請求項６記載のアンテナ装置。
8. 【請求項８】 レドーム部がアクリロニトリル−スチレ
   ン−アクリレート共重合体樹脂である請求項６及び７記
   載のアンテナ装置。
9. 【請求項９】 レドーム部がポリカーボネートである請
   求項６記載のアンテナ装置。
10. 【請求項１０】 アンテナ素子が丸型形状の円偏波アン
    テナ素子である請求項６乃至９のいずれか記載のアンテ
    ナ装置。
11. 【請求項１１】 請求項１及び２記載の平面アンテナに
    於いて、マイクロストリップアンテン素子形状とレドー
    ム部と筐体の構成が請求項６乃至９のいずれか記載のア
    ンテナ装置。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至５記載の円偏波型のアン
    テナ平面アンテナを内包する筐体と平面アンテナの電磁
    波放射面側に形成した樹脂系材料からなるレドーム部を
    有するアンテナ装置、または請求項６乃至１１記載のア
    ンテナ装置において、平面アンテナの電磁波放射面とレ
    ドーム部の間に電波吸収材で満したアンテナ装置。
13. 【請求項１３】 電波吸収材の吸収率をアンテナの脇に
    近づくほど高くした請求項１２記載のアンテナ装置。
14. 【請求項１４】 請求項１乃至１３記載の平面アンテナ
    またはアンテナ装置を有し、マイクロ波帯の電磁波の送
    受信を行なう無線装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の無線装置を有する無
    線システム。
16. 【請求項１６】 有料道路の道路脇などに設置された請
    求項１５記載の無線装置と、車に搭載された車載無線装
    置との間でマイクロ波電磁波帯の無線通信により通行に
    関わる料金を自動的に収受する無線システム。
17. 【請求項１７】 水平方向及び垂直方向に対称形状のマ
    イクロストリップ回路を有し、2次元構成の中央部位よ
    り給電し、最初に水平方向に２分配しこの水平方向の給
    電回路からＮ箇所で垂直方向分配することを特徴とする
    請求項１記載の円偏波型平面アンテナ。