JP6539360B1 - 両偏波送受用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】より簡単な構成の両偏波送受用アンテナを提供する。
【解決手段】両偏波送受用アンテナ１では、破断環状部２０と、この破断環状部２０内の直交方向の２辺と接続するＬ字形状の内部接続線４０と、破断環状部２０から所定距離だけ離れて配置される地導体板１０と、地導体板１０の給電点Ｐ１から破断環状部２０を接続する給電線５０を有している。破断環状部２０を地導体板１０から離すと共に、破断環状部２０内の互いに直交する２辺をＬ字形状の内部接続線４０で接続することで、破断環状部２０の破断部Ａが形成される直線部と内部接続線４０からの偏波と、これと直交方向の直線部からの偏波とによる２偏波の送受信が可能になっている。そして、本実施形態の両偏波送受用アンテナ１では、給電線５０からアンテナとしての放射が低くなるため、その長さや内部接続線４０に対する接続位置についての自由度が大きくなっている。
【選択図】図１

Description

本願発明は、両偏波送受用アンテナに係り、互いに直交する２偏波の送受信を行うアンテナに関する。

垂直偏波と水平偏波の２偏波を送受する場合、両偏波に対応する２つの給電点が必要になる。
このような２偏波を送受信する技術として、偏波共用アンテナが提案されている（非特許文献１、２参照）。この偏波共用アンテナは、同一周波数において垂直偏波と水平偏波の２偏波を切り替えて、又は同時に送受信することができる。
しかし、従来の偏波共用アンテナでは、同一平面上に配設した２つの垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナの個々に給電線を用意する必要があった。また、２つのアンテナを同時に送受信するためには、垂直偏波アンテナ用と、水平偏波アンテナ用の２つの高周波回路が必要であった。

一方、ＧＰＳ衛星やＢＳ放送などの各種通信方式において、円偏波による通信が広く使われており、その通信には円偏波アンテナを用いる。
従来の円偏波アンテナとしては、縮退分離法を用いたマイクロストリップアンテナがある。この円偏波アンテナは、正方形のマイクロストリップアンテナの２つの角の一部を切り取った形状のアンテナであり、特許文献１の図１０に示されている。
また、２点給電方式による円偏波アンテナとして、正方形のマイクロストリップアンテナの直交する２辺に対し、別々に給電することで円偏波とするアンテナがある。この方式では、方形または円形マイクロストリップアンテナを空間的に直交する２つの給電点で位相差がπ／２となるように給電するものである。
しかし、マイクロストリップアンテナを使用する場合には、アンテナの一辺のサイズがλｇ／２（λｇは誘電体基板内での波長）であると共に、アンテナよりも大きな誘電体基板が必要になるため、全体としてサイズが大きくなってしまうという問題がある。また、２点給電方式の円偏波アンテナでは、２点で給電するための二分配回路などの外部回路が必要であり、給電系が複雑になるという問題がある。

そこで本出願人は、特願２０１７−６３５５９（未公開）において、破断環状部を地導体板（ＧＮＤ）から離すとともに、地導体板から露出した給電線を破断環状部に直交配置することで、破断環状アンテナからの輻射と、給電ラインからの輻射により、小型な円偏波アンテナを実現する技術（以下先願技術という）について提案をしている。
しかし、先願技術では、所望の周波数で輻射させるために、給電ラインを地導体板（ＧＮＤ）から露出させる必要があり、給電線を含めたアンテナ系のサイズが大きくなっていた。また、アンテナとして機能する給電ラインの長さが設計パラメータとなっているため、設計の自由度が低くなっていた。

特開２００５−２８６８５４号公報

電子情報通信学会論文誌’９２／７ Ｖｏｌ．Ｊ７５−Ｂ−ＩＩＮｏ．７「直線偏波共用平面アンテナに関する一考察（松井章典、羽石操）」 電子情報通信学会 信学技報ＡＰ２０００−１１８「偏波共用平面アンテナとその放射特性（今野恵、羽石操）」

本発明は、より簡単な構成で垂直偏波と水平偏波の送受信を可能にするアンテナを提供することを目的とする。

（１）請求項１に記載の発明では、２つの破断直線の端部が対向配置されて第１破断部が形成された矩形形状の破断環状部と、前記第１破断部を形成する前記両破断直線の端部と連続し、所定間隔で平行して延設された１対の延設部と、一端が、前記２つの破断直線のうちの一方の破断直線に接続され、他端が、他方の破断直線と直交接続された直交直線、に直交状態で接続された内部接続線と、前記破断環状部の少なくとも１辺から所定距離だけ隔てて配設された地導体板と、一端側が前記破断環状部に接続され、前記地導体板まで延びる他端側に給電点を備えた給電線と、を具備したことを特徴とする両偏波送受用アンテナを提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記破断環状部は、前記地導体板と平行に配設され、前記第１破断部は、前記地導体板と平行な２辺のうち前記地導体板から離れた側の辺の中央部に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の両偏波送受用アンテナを提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記破断環状部には、前記第１破断部が形成された辺と対向する辺に、２つの破断直線の端部が対向配置されて第２破断部が形成されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の両偏波送受用アンテナを提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記第２破断部には、前記第２破断部を形成する前記両破断直線の端部とが連続し、所定間隔で平行して延設された１対の延設部が形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の両偏波送受用アンテナを提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、前記１対の延設部は、前記破断環状部の内側に、又は外側に延設されている、ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の両偏波送受用アンテナを提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、前記内部接続線は、前記一端も前記一方の破断直線に直交状態で接続されている、ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の両偏波送受用アンテナを提供する。
（７）請求項７に記載の発明では、前記内部接続線は、誘電体を含めた波長をλｇとした場合に、全長が略λｇ／４である、ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１の請求項に記載の両偏波送受用アンテナを提供する。
（８）請求項８に記載の発明では、前記地導体板は、前記破断環状部の前記第１破断部が形成された辺と平行な他の辺と対向する第１端部と、前記内部接続線の他端が接続された前記直交直線と対向する第２端部を備え、前記給電線は、一端側が前記破断環状部の前記直交直線に接続され、前記他端側の給電点が前記地導体板の前記第２端部まで延びている、ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１の請求項に記載の両偏波送受用アンテナを提供する。
（９）請求項９に記載の発明では、前記破断環状部と前記１対の延設部は、絶縁層を介してビア接続された複数層に形成され、前記内部接続線と給電線は、いずれか１の層の破断環状部に接続されている、ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１の請求項に記載の両偏波送受用アンテナを提供する。

本発明によれば、破断環状部に内部接続線を接続し、破断環状部から所定距離だけ隔てて配設された地導体板まで延び、一端側が前記破断環状部に接続された給電線を備えることで、より簡単な構成で垂直偏波と水平偏波の送受信を行うアンテナを提供することを目的とする。

両偏波送受用アンテナの構成を破断環状部を主に表した説明図である。 両偏波送受用アンテナの１層目〜４層目の各形状を表した図である。 両偏波送受用アンテナを構成する各部の材料や材料定数についての説明図である。 両偏波送受用アンテナを円偏波アンテナとして構成する各部大きさについて表した説明図である。 円偏波アンテナのリターンロス特性を表した説明図である。 円偏波アンテナの指向性特性を表した説明図である。 円偏波アンテナの軸比特性を表した説明図である。 円偏波アンテナの面電流密度特性を表した説明図である。 円偏波アンテナの面電流密度特性を他の位相について表した説明図である。 両偏波送受用アンテナの破断環状部に対する変形例を表した説明図である。 両偏波送受用アンテナの内部接続線に対する変形例を表した説明図である。 両波送受用アンテナの給電線に対する変形例を表した説明図である。

以下、本発明の両偏波送受用アンテナ及び円偏波アンテナにおける好適な実施の形態について、図１から図１２を参照して詳細に説明する。
本実施形態の両偏波送受用アンテナと円偏波アンテナとは基本的な構造が同じであり、両偏波送受用アンテナにおける２偏波の位相差を９０度となるように調整したものが円偏波アンテナである。従って、本実施形態では、両偏波送受用アンテナについて説明し、特に円偏波アンテナについて説明する場合にはその旨を指摘して説明する。

（１）実施形態の概要
本実施形態の両偏波送受用アンテナ１では、破断環状部２０と、この破断環状部２０内の互いに直交方向の２辺とそれぞれ直交状態で接続するＬ字形状の内部接続線４０と、破断環状部２０から所定距離だけ離れて配置される地導体板（ＧＮＤ）１０と、地導体板１０の給電点Ｐ１から破断環状部２０を接続する給電線５０を有している。
本実施形態では、破断環状部２０を地導体板１０から離すと共に、破断環状部２０内の互いに直交する２辺をＬ字形状の内部接続線４０で接続することで、破断環状部２０の破断部Ａが形成される直線部と内部接続線４０からの偏波と、これと直交方向の直線部からの偏波とによる２偏波の送受信が可能になっている。
この破断環状部２０の内部に内部接続線４０を接続することで、破断環状部２０と内部接続線４０とにより、互いに直交する偏波が送受信可能になり、両偏波送受用アンテナが実現されている。そして、本実施形態の両偏波送受用アンテナ１では、給電線５０からアンテナとしての放射が低くなるため、その長さや内部接続線４０に対する接続位置についての自由度が大きくなっている。

上述した本出願人による先願では、破断環状部と給電線により、直交した偏波がほぼπ/２の位相差を持つアンテナとして機能している。
これに対して本実施形態の両偏波送受用アンテナ１では、破断環状部２０とその内部に接続された内部接続線４０により、直交した偏波が異なる位相差を有するアンテナとして実現されることで、アンテナとしての小型化と、設計の自由度が確保されている。

（２）実施形態の詳細
図１は、両偏波送受用アンテナ１の構成を、破断環状部２０を主に表した説明図である。
両偏波送受用アンテナ１は、図１に示されるように、地導体板１０、絶縁層１１、破断環状部２０、内部接続線４０、給電線５０を備えている。
本実施形態の地導体板１０、破断環状部２０、内部接続線４０、給電線５０は、それぞれ銅で形成されているが、他の金属や合金を使用してもよい。破断環状部２０と内部接続線４０と給電線５０は、打ち抜き加工やレーザー加工等により一体形成され、給電線５０の開放端側が、別途形成された地導体板１０の給電点Ｐ１に接続される。
破断環状部２０は多層化され、絶縁層１１の間に形成されている。その詳細については図２において後述する。

図１に示すように、破断環状部２０は長方形状をしており、その長手方向の対向する２辺のそれぞれ中央に、破断部Ａ（第１破断部として機能する）と破断部Ｂ（第２破断部として機能する）が形成されている。これにより、破断環状部２０は、Ｃ形状の２部材が、両端部同士が互いに破断部Ａ、Ｂで対向配置され、互いに容量結合するようになっている。
破断環状部２０は、直線部２２〜２７により、破断部Ａ、Ｂを有する長方形上に形成されている。
すなわち、一端が破断部Ａを構成する直線部２２(一方の破断直線として機能する）と、直線部２２の他端から直交方向に一端が接続された直線部２３と、直線部２３の他端から直交方向に一端が接続され他端が破断部Ｂを構成する直線部２４と、により第１Ｃ形状部が形成されている。
また、一端が破断部Ｂを構成する直線部２５と、直線部２５の他端から直交方向に一端が接続された直線部２６（直交直線として機能する）と、直線部２６の他端から直交方向に一端が接続され他端が破断部Ａを構成する直線部２７（他方の破断直線として機能する）と、により第２Ｃ形状部が形成されている。
直線部２２と直線部２７、直線部２４と直線部２５のそれぞれは、互いに平行な直線上に配置され、直線部２３と直線部２６は平行に配置されている。

破断環状部２０の破断部Ａと破断部Ｂには、第１Ｃ形状部と第２Ｃ形状部との容量結合を確保するために延設部が形成されている。
直線部２２の破断部Ａ側の端部には延設部２８が、また、直線部２７の破断部Ａ側の端部には延設部２９が、それぞれ所定間隔で平行して破断環状部２０の内側に延設されている。延設部２８と延設部２９は、直線部２２、２７と直角方向に延設されている。
直線部２４の破断部Ｂ側の端部には延設部３０が、また、直線部２５の破断部Ｂ側の端部には延設部３１が、それぞれ所定間隔で平行して破断環状部２０の内側に延設されている。延設部３０と延設部３１は、直線部２４、２５と直角方向に延設されている。
本実施形態では、第１Ｃ形状部を構成する直線部２２、２４と、第２Ｃ形状部を構成する直線部２７、２５とが同じ長さに形成されることで、破断環状部２０の長手方向の中央に両破断部Ａ、Ｂが形成されているが、直線部２２、２４と直線部２７、２５を異なる長さにすることで、破断部Ａ、Ｂの位置を破断環状部２０の中央からズレた位置に形成するようにしてもよい。
なお、後述する変形で示すように、本実施形態の両偏波送受用アンテナ１では、２つの破断部Ａ、Ｂを備え、その両者に延設部２８〜３１が形成されているが、１対の延設部が形成された破断部が１つ形成されていればよい。

破断環状部２０の内側には、Ｌ字形状の内部接続線４０が配設されている。後述するように、破断環状部２０は、破断環状部２０ａ〜２０ｄの４層で形成され、各層がビア２１によりビア接続されている。
本実施形態の内部接続線４０は第３層目の破断環状部２０ｃに形成されている。但し、内部接続線４０を複数層形成し、各々をビア接続するようにしてもよい。
内部接続線４０は、互いに直交する第１接続線４１と第２接続線４２で構成され、破断環状部２０の直線部２２に第１接続線４１が直交状態で接続され、直線部２６に第２接続線４２が直交状態で接続されている。
ここで、「直交状態」については、共に厳密な意味での直角だけでなく、実用の両偏波送受用アンテナ１（円偏波アンテナ）としての良好な使用目安である軸比３ｄＢ程度以下が実現できる角度の幅を含むものとする。

なお、本実施形態の内部接続線４０の長さは任意であるが、両偏波送受用アンテナ１を円偏波アンテナ１として機能させる場合には、約λｇ／４（λｇは誘電体基板内での波長）とするのが好ましい。
本実施形態の両偏波送受用アンテナ１は、破断環状部２０の内部に内部接続線４０を接続することで、破断環状部２０と内部接続線４０とで互いに直交する偏波の送受信が可能になり、両偏波送受用アンテナが実現されている。

本実施形態の絶縁層１１は方形形状をしており、破断環状部２０の直線部２２と直線部２７は、絶縁層１１の一辺（端部）と一致するように配置されている。
これに対し、地導体板１０は、図１に示すように、内部接続線４０を所定距離だけ離れた状態で配置するため、図面左上の角が方形形状に切り欠かれていることで、破断環状部２０の直線部２４、２５と対向する第１端部と、直線部２６と対向する第２端部が形成されている。

給電線５０は、地導体板１０に設けた給電点Ｐ１から、破断環状部２０の直線部２６に接続されている。
給電線５０は、直線部２６に接続された内部接続線４０の第２接続線４２と同一線上に位置するように配置されている。従って、地導体板１０の給電点Ｐ１も、内部接続線４０の第２接続線４２の延長線上に配置される。
本実施形態の給電線５０は、内部接続線４０と同様に、３層目の破断環状部２０ｃに形成されている。
なお、給電線５０の他端側の給電点Ｐ１には、両偏波送受用アンテナ１外部の高周波回路に接続されるようになっている。

先願技術のアンテナの場合、地導体板を破断環状アンテナから離して給電ラインを露出させることで、給電ラインをアンテナ（Ｅθ成分）として機能させることができるが、給電ラインの長さがアンテナとしての設計パラメータとなり設計の自由度が低くなっていた。これに対し本実施形態の両偏波送受用アンテナ１においても、破断環状部２０から地導体板１０を所定距離だけ離すことで、給電線５０が地導体板１０から露出しているが、破断環状部２０に内部接続線４０を配設することで、破断環状部２０と内部接続線４０により２つの偏波アンテナが形成され、後述するように給電線５０はアンテナとしてほぼ機能していない。このため、両偏波送受用アンテナ１としての設計パラメータ（給電線５０）を１つ減らすことができ、自由度を高くすることができる。

両偏波送受用アンテナ１は、矩形形状の絶縁層１１を３層備えている。この絶縁層１１の外形が両偏波送受用アンテナ１の外形となっている。
この絶縁層１１の平面サイズ（すなわち、フィルム基板１の平面サイズ）は、３０ｍｍ×５０ｍｍで、厚さが０．４ｍｍ〜０．６ｍｍで、ガラスエポキシ樹脂等の各種樹脂により形成されている。
この３層の絶縁層１１上に、絶縁層１１の１の辺側に破断環状部２０が形成されている。破断環状部２０は４層に形成され、破断環状部２０の各層は各絶縁層１１の間と両外側面に形成されている。破断環状部２０の各層は互いにビア２１によりビア接続されている。

次に両偏波送受用アンテナ１を構成する各層について説明する。
図２は、両偏波送受用アンテナ１の１層目〜４層目の各形状を表した図である。なお、各層の部材を表す場合には同一数字の符号にａ、ｂ、〜を付し、部材全体を表す場合には数字の符号だけで表示するものとする。
両偏波送受用アンテナ１の１層目（Ｌａｙｅｒ１）には、図２（ａ）に示すように、破断環状部２０ａが配設される。
２層目（Ｌａｙｅｒ２）には、図２（ｂ）に示すように、破断環状部２０ｂが配設される。

３層目（Ｌａｙｅｒ３）には、図２（ｃ）に示すように、破断環状部２０ｃが配設される。この３層目の破断環状部２０ｃには、内部接続線４０と給電線５０も配設されている。
また、３層目には、破断環状部２０ｃの直線部２４ｃ、２５ｃと直線部２６ｃから所定距離だけ離れた位置に地導体板１０が配設される。
給電線５０は一端側が破断環状部２０ｃの直線部２６ｃに接続され、他端側が地導体板１０の給電点Ｐ１まで延設されている。

なお、図２（ｃ）に示した地導体板１０では、絶縁層１１と同サイズの方形形状から、図面左上の角を方形に切欠いた形状とし、破断環状部２０ｃの直線部２４、直線部２５と直線部２６による２辺が地導体板１０に対向し、直線部２３は地導体板１０と対向していない場合について表している。
これに対して、直線部２３についても地導体板１０と対向するように形成してもよい。すなわち、地導体板１０の長辺の中央部に凹形状の切欠きを設け、当該凹部に破断環状部２０を配設することで、直線部２３と、直線部２４、２５と、直線部２６の３箇所が地導体板１０と所定距離をおいて対向するようにする。この場合、破断環状部２０は、切欠きによる凹部の中央に配置する。

４層目（Ｌａｙｅｒ４）には、図２（ｄ）に示すように、破断環状部２０ｄが配設される。
なお、絶縁層１１は、１層目と２層目の間、２層目と３層目の間、及び、３層目と４層目の間に配設されている。

図３は、両偏波送受用アンテナ１を構成する各部の材料や材料定数についての一例を表したものである。
図３（ａ）は、各層の厚さと材料を表したものである。
破断環状部２０、内部接続線４０、給電線５０、及び、地導体板１０の材料は銅で、その厚さ（所定厚Ｔ）は、例えば１８μｍや３５μｍが採用される。
一方、絶縁層１１の材料としては、ガラスエポキシ樹脂が使用される。１層目と２層目、３層目と４層目の間に配置した第１絶縁層１１と第３絶縁層１１の厚さが０．４ｍｍ、２層目と３層目の間に配置した第２絶縁層１１の厚さが０．６ｍｍである。
なお、両偏波送受用アンテナ１を円偏波アンテナ１として構成した場合の特性解析（後述する）では、破断環状部２０ａ〜２０ｄ、地導体板１０ａ、１０ｄの厚さをほぼゼロとし、円偏波アンテナ１の基板の総厚を１．４ｍｍとして特性解析を行っている。

図３（ｂ）は材料定数を表したもので、破断環状部２０、内部接続線４０、給電線５０、地導体板１０の材料である銅の導電率σ＝５．９７７×１０｛７｝［Ｓ／ｍ］である。
絶縁層１１の材料であるガラスエポキシ樹脂は、比誘電率εｒ＝４．２５、誘電正接（損失）ｔａｎδ＝１×１０｛−２｝である。なお、記号｛｝は、中の数字が累乗を示す指数を表すものとし、例えば、ｘ｛２｝は、ｘの二乗を表す。
また、特性解析では両偏波送受用アンテナ１の周囲を空気で取り囲むものとし、その比誘電率は１．０００５１７とした。

次に、両偏波送受用アンテナ１における各部のサイズについて説明する。
以下の説明では、両偏波送受用アンテナ１を円偏波アンテナとして機能させる場合のサイズについて説明する。この円偏波アンテナは、発生する２偏波がほぼ同振幅で直交し、ほぼπ／２の位相差を有することで円偏波の送受信を可能にしている。
なお、「ほぼπ／２の位相差」については、厳密な意味での位相差であるπ／２だけでなく、実用の円偏波アンテナとしての良好な使用目安である軸比３ｄＢ程度以下が実現できる位相差の幅を含むものとする。

以下、両偏波送受用アンテナ１を円偏波アンテナ１として説明する。
図４は、円偏波アンテナ１における、破断環状部２０を中心とした各部の大きさを表した説明図である。
図４に示すように、破断環状部２０は、長手方向の長さが１０ｍｍ、短手方向の長さが５.７ｍｍの矩形形状に形成され、各直線部２２〜２７の幅が０．５ｍｍである。

破断部Ａと破断部Ｂにおける破断間隔、すなわち、対向する直線部２２と直線部２７の間隔と、対向する直線部２４と直線部２５との間隔は、０．１ｍｍに形成されている。
破断部Ａ、破断部Ｂにおける、各直線部２２、直線部２７、直線部２４、直線部２５の端部のそれぞれから、破断環状部２０の内側に直角方向に形成されている延設部２８、２９、延設部３０、３１の長さは、０．２ｍｍである。

内部接続線４０を構成する第１接続線４１と第２接続線４２は、それぞれ幅０.４５ｍｍに形成される。
第１接続線４１と直線部２３との間隔は１.１７５ｍｍである。
第２接続線４２は、直線部２２、２７との間隔が１.３２５ｍｍ、直線部２４、２５との間隔が２.９２５ｍｍである。
本実施形態の内部接続線４０の全長は、略λｇ／４である。

給電線５０の長さは５.５ｍｍ、幅は内部接続線４０と同じ０.４５ｍｍである。
地導体板１０と破断環状部２０との間隔は、直線部２４、２５から地導体板１０までが５.５ｍｍ、直線部２６から地導体板１０までが５.５ｍｍである。
本実施形態の両偏波送受用アンテナ１では、破断環状部２０と内部接続線４０とにおける直交する２つの部分において、位相差π/２の２つの直交した偏波が送受信可能となる。このため、給電線５０を一方の偏波アンテナとして機能させる必要がなく、先願技術よりも短くすることができるため、全体のアンテナサイズを小さくすることができる。

次に図４で説明した円偏波アンテナ１についての各種特性について説明する。
図５は円偏波アンテナ１のリターンロス特性を、図６は指向性特性を、図７は軸比特性を表したものである。
図５に示されるように、円偏波アンテナ１は２．９４ＧＨｚの共振周波数であり、良好な整合を確保している。
また、図示していないが、円偏波アンテナ１（２．９４ＧＨｚ）は、放射効率が９２．２％であり、高効率が確保されている。

一方、図６に示した指向性特性によれば、点線で囲った領域Ａ〜Ｄで示されるように、±Ｙ方向（絶縁層１１と垂直な方向）に最大放射方向を持ち、その方向にＥθ成分と、Ｅφ成分で利得がほぼ同じである。すなわち、基板面（絶縁層１１の面）に対して、垂直方向に両偏波が最大放射方向を備える状態であることがわかる。
これにより、本実施形態の円偏波アンテナ１は、円偏波発生条件の１を満たしていることが示されている。

また、本実施形態の円偏波アンテナ１では、図７（ｂ）に示すように、Ｚ−Ｙ面（φ＝９０°）において、良好な円偏波の目安である３ｄＢ以下に近い周波数が、約９０度〜１３５度（角度幅：約４５度）と、約２２５度〜２７０度（角度幅：約４５度）であり、概ね良好な角度幅が得られている。
さらに、図７（ｃ）に示すように、Ｘ−Ｙ面（θ＝９０°）において、３ｄＢ以下の周波数が、約５０度〜８０度（ＢＷ＝約３０度）と、２８０度〜３１０度（ＢＷ＝約３０度）であり、良好な角度幅が得られていることがわかる。
このように、本実施形態の円偏波アンテナ１では、軸比が３ｄＢ近辺（軸比≦３ｄＢを含む）である角度幅は、３０〜４５度前後である。
すなわち、完全なる円偏波ではないが、楕円よりは円に近い偏波であり、ほぼ円偏波と判断し得る程度の特性が得られている。

次に、図５で説明した円偏波アンテナ１の面電流密度特性（２．９４ＧＨｚ）について説明する。
図８は円偏波アンテナ１のｔ＝０とｔ＝Ｔ／４（Ｔ：周期）における面電流密度を表し、図９は、ｔ＝Ｔ／２とｔ＝３Ｔ／４における面電流密度を表したもので、それぞれの位相がπ/２ずつズレた状態を表している。
図面精度の都合で詳細な分布までは表示できていないが、ｔ＝０からｔ＝３Ｔ／４まで位相が９０度変化する毎の電流密度の分布状態を示す図８（ａ）〜図９（ｄ）において、電流が高い領域を四角で、その方向を矢印で表している。
すなわち、破断環状部２０の直線部２２と、これに平行な内部接続線４０の第２接続線４２は、ｔ＝０とｔ＝Ｔ／２において±Ｘ方向に面電流密度の高い領域７１と７２の２箇所、領域８１と８２の２箇所が発生し、この両領域の面電流密度はｔ＝Ｔ／４とｔ＝３Ｔ／４において低くなっている。
そして、直線部２３は、ｔ＝Ｔ／４と３Ｔ／４において、±Ｚ方向に面電流密度の高い領域７３と７４の２箇所と、領域８３と８４の２箇所が発生し、この両領域の面電流密度はｔ＝０とｔ＝Ｔ／２において低くなっている。
一方、給電線５０は、ｔ＝０からｔ＝３Ｔ／４の全体を通して面電流密度が低くなっていることから、アンテナとしては機能していないことがわかる。

このように、円偏波アンテナ１では、破断環状部２０の直線部２２と内部接続線４０の第２接続線４２が第１アンテナとして機能し、直線部２３が第１アンテナと直交する第２アンテナとして機能している。
そして、この第１アンテナと第２アンテナとが、π／２の位相差を持つことで、円偏波が発生していることが示される。
以上説明したように、本実施形態の円偏波アンテナ１は、破断環状部２０内に直交方向に配置される直線部２２と直線部２６とを接続するＬ字上の内部接続線４０を配置することで、直線部２２と第２接続線４２からの輻射（Ｅφ成分）と、直線部２３からの輻射Ｅθ成分）が直交をなし、円偏波が実現される。

次に、説明した両偏波送受用アンテナ１（円偏波アンテナ１を含む。以下同じ）の変形例について説明する。
図１０は、両偏波送受用アンテナ１の破断環状部２０に対する変形例を表したものである。
図１で説明した両偏波送受用アンテナ１の破断環状部２０では、破断部Ａと破断部Ｂを備えると共に、両破断部Ａ、Ｂには破断環状部２０の内側に向けて延設部２８、２９、延設部３０、３１が対向配置されている場合について説明した。
これに対して、図１０（ａ）に示した両偏波送受用アンテナ１の変形例では、破断部Ｂと延設部３０、３１を省略したもので、直線部２４、直線部２５に代えて破断部のない直線部２４１で直線部２３と直線部２６の端部を接続したものである。
この変形例では、破断部の数が減るので、上述したように一体形成される破断環状部２０、内部接続線４０、給電線５０の接合強度が増すことで、破断部Ａの間隔がズレにくくなる。これにより、各部の位置関係を維持しながら両偏波送受用アンテナ１を形成することが容易になる。
なお、破断部Ｂと延設部３０、３１をなくしたことによる結合容量の低下分については、破断部Ａの延設部２８、２９の長さを長くすることで調整が可能である。

図１０（ｂ）に示した両偏波送受用アンテナ１の変形例は、破断部Ｂから延設部３０、３１を省略した場合の例である。
この変形例では、破断環状部２０全体の結合容量は、図１の実施形態に比べて小さくなるが、図１０（ａ）の変形例と比べると、直線部２４と直線部２５の破断部Ｂ側の両端部による結合容量分だけ確保することができる。
また、この変形例では、図１の実施形態に比べ、延設部３０、３１の加工が不要になる。

図１０（ｃ）に示した両偏波送受用アンテナ１の変形例は、破断部Ａ、Ｂの延設部２８、２９と延設部３０、３１を、破断環状部２０の内側ではなく、外側に向けて形成したものである。
この場合、破断環状部２０と絶縁層１１との位置関係としては、絶縁層１１の端面に対して、直線部２２、直線部２７の側端面を一致させるようにしてもよく、また、延設部２８、２９、３０、３１の先端を一致させるようにしてもよい。
なお、各延設部を破断環状部２０の外側に向けて形成する変形例については、図１０（ａ）、（ｂ）における破断部Ａの延設部２８、２９に対して適用することも可能である。

図１１は、両偏波送受用アンテナ１の内部接続線４０に対する変形例を表したものである。
図１１（ａ）に示した両偏波送受用アンテナ１の変形例では、内部接続線４０の第１接続線４１を、直線部２２ではなく、直線部２２と対向する直線部２４に接続したものである。
図１で説明した両偏波送受用アンテナ１では、第１接続線４１が接続されている直線部２２と、内部接続線４０（直線部２６よりの部分）が第１アンテナとして機能している（図８、９参照）。
これに対し、図１１（ａ）に示した変形例では、第１接続線４１が接続されている直線部２４と、第２接続線４２（直線部２６よりの部分）が第１アンテナとして機能する。

図１１（ｂ）の変形例では、内部接続線４０全体の形状をＬ字型ではなく、第１接続線４１と、第２接続線４２とを直接接続するのではなく、傾斜接続線４３を介して接続したものである。
この変形例では、図１の実施形態に比べて、第１接続線４１の長さは同じであるが、第２接続線４２と傾斜接続線４３との合計の長さが長くなっている。このため、内部接続線４０の全長を調節する場合、例えば、λｇ／４に調整する場合に有効である。内部接続線４０の全長を調節する場合に、Ｌ字上の内部接続線４０において第１接続線４１の長さを調整するようにしてもよく、第１接続線４１、第２接続線４２、傾斜接続線４３の長さをそれぞれ調整することで所望の全長となるように調整するようにしてもよい。
また、第１接続線４１をなくして、第２接続線４２と傾斜接続線４３で内部接続線４０を構成するようにしてもよい。この場合の傾斜接続線４３は、直線部２２に対して直交状態ではなく傾斜した状態で接続される。
傾斜接続線４３を使用する場合については種々の態様が可能であるが、いずれの場合であっても、第２接続線４２は、第１アンテナの一部として機能する部分の長さを確保すると共に、第２接続線４２と直線部２６とが直交状態の配置関係にあることが好ましい。
但し、第１接続線４１（又は、傾斜接続線４３）が接続する直線部２２（又は、図１１（ａ）の変形例の直線部２４）だけを第１アンテナとして機能させ、第２接続線４２は第１アンテナとして使用しない場合には、全体の利得は低下するが、第２接続線４２と直線部２６が傾斜状態で接続するようにしてもよい。

図１２は、両偏波送受用アンテナ１の給電線５０に対する変形例を表したものである。
図１で示した両偏波送受用アンテナ１では、内部接続線４０の第２接続線４２の延長線上に給電線５０が配置される場合について説明した。これに対して、図１２で示す変形例では、給電線５０を、第２接続線４２の延長線上以外の場所に接続した例である。
図１２（ａ）に示した両偏波送受用アンテナ１の変形例では、給電線５０を平行移動したものである。これに伴い給電点Ｐ１（図示しない）の位置も移動させる。なお、図１２（ａ）では、給電線５０を直線部２５側に平行移動しているが、直線部２７側に平行移動することも可能である。
図１２（ｂ）に示した両偏波送受用アンテナ１の変形例では、給電線５０を直線部２６ではなく直線部２５に接続した例である。この変形例においても、給電点Ｐ１の位置を移動させている。
但し、給電線５０は、必ずしも直線部２６や直線部２５に対して直交状態で接続される必要はなく、斜めに接続するようにしてもよい。この場合、給電点Ｐ１（図示しない）の位置を自由に選択できるので設計の自由度を上げることができる。

以上、円偏波アンテナ１を含む両偏波送受用アンテナ１の構造についての各種変形例について、破断環状部２０、内部接続線４０、給電線５０の各部に分けて説明したが、これらを各種組合せて構成することも可能である。
例えば、図１１（ａ）、（ｂ）で説明した両内部接続線４０（及び、更にその変形した説明内容を含む。以下同じ）を、図１０（ａ）〜（ｃ）の破断環状部２０の各々に適用することが可能であり、これらの各組合せに対し、更に、図１２（ａ）、（ｂ）の給電線５０を組合せることも可能である。

本実施形態では、図２で説明したように、両偏波送受用アンテナ１（円偏波アンテナ１）を４層で構成し、１層目〜４層目に破断環状部２０ａ〜２０ｄを配設したのに対し、変形例としては、４層に限られず、単層、２層、３層、５層以上とすることが可能である。
例えば、破断環状部２０を２層とした場合、１層の絶縁層１１の一方の側に１層目の破断環状部２０ａ、内部接続線４０、給電線５０、及び地導体板１０を配設し、他方の側に２層目の破断環状部２０ｂを配設する。また、１層目に破断環状部２０ａと内部接続線４０を設け、２層目に破断環状部２０ｂ、給電線５０、及び、地導体板１０を配設するようにしてもよい。なお、破断環状部２０ａと破断環状部２０ｂとをビア接続するのは同じである。

また、両偏波送受用アンテナ１を単層とする場合には、１層の絶縁層１１の一方の側だけに破断環状部２０、内部接続線４０、及び給電線５０を配設する。地導体板１０は破断環状部２０と同じ側に配設される。

なお、両偏波送受用アンテナ１を３層で構成する場合には、図２に示した各層のうち、２層目の破断環状部２０ｂを省略する。
一方、５層以上とする場合には、図２（ｂ）に示した破断環状部２０ｂの数と絶縁層１１を層数にあわせて増加させる。

また、説明した実施形態、変形例では、給電線５０を第３層の破断環状部２０ｃに接続する場合について説明したが、これに限らず、他の層の破断環状部２０に接続するようにしてもよい。この場合、地導体板１０も給電線５０と同じ層に配設することが好ましいが、地導体板１０と給電線５０を別の層に配置してもよい。この場合、絶縁層１１の給電点Ｐ１箇所にはスルーホールを形成して給電線５０と地導体板１０とを接続する。
更に、説明した実施形態及び変形例では、給電線５０を１層とする場合について説明したが、給電線５０を多層化するようにしてもよい。この場合、各層の給電線５０はビア接続する。

また説明した実施形態では、絶縁層１１の形状として、地導体板１０と破断環状部２０を含む矩形形状とした。
これに対する変形例として、絶縁層１１を、地導体板１０、破断環状部２０、給電線５０の投影領域以外の領域を切り取った形状としてもよい。
すなわち、地導体板１０が配設されていない側の角部分を切り取った形状にすることも可能である。角部分を切り取る形状としては、斜めに切り取る三角形状の場合と、矩形形状の場合のいずれでもよい。
ただし、絶縁層１１は、地導体板１０、破断環状部２０、給電線５０の投影領域から所定距離離れた範囲で残されていることが放射効率上は好ましい。

以上説明したように本実施形態によれば、図１〜図３に示した各構成のサイズや材料により、縦３０ｍｍ×横５０ｍｍ、厚さ１．４ｍｍで、共振周波数２．９４ＧＨｚ帯の両偏波送受用アンテナ１を構成することができる。
例えば、給電系を含む市販品完成体の２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ円偏波平面アンテナ（導波器付平面アンテナ）のサイズが約１１０ｍｍ×１１０ｍｍ×２０ｍｍ（アンテナ部）であるのに比べて、十分に小型化することができる。
更に例を挙げると、一点給電パッチアンテナのアンテナ部自身のサイズは、２．４５ＧＨｚの場合、自由空間波長の半波長が６２．５ｍｍとなるので、この６２．５ｍｍ角（基板が発砲フォーム等の場合）となるのと比較しても本実施形態の両偏波送受用アンテナ１では小型化している。

また、基板（絶縁層１１）に対して垂直方向に、円偏波を確保することができる。
そして、２点給電方式の円偏波アンテナが２点で給電するための二分配回路や外部回路が必要であり、給電系が複雑になるのに対し、図４に示した円偏波アンテナ１では、破断環状部２０と内部接続線４０により直交する第１アンテナと第２アンテナとして機能させているので、簡単な構造で容易に製造することができる。

更に、先願技術の円偏波アンテナに比べて、本実施形態の両偏波送受用アンテナ１（円偏波アンテナ１）は、次の効果を得ることができる。
（１）先願技術に対し、給電線からの放射が低いので、給電線を短くすることができ、破断環状部２０と給電線５０を含めた「アンテナ系」の小型化が可能である。
（２）先願技術と比較し、整合帯域が広く、高効率（約９２％）である。

また、本実施形態の両偏波送受用アンテナ１（円偏波アンテナ）によれば、破断環状部２０、内部接続線４０、給電線５０、及び地導体板１０を、基板（絶縁層１１）上にパターンで構築できるので、安価に形成することができる。
さらに、破断環状部２０等の積層数を増やすことで、より小型化を図ることができる。

１ 両偏波送受用アンテナ（円偏波アンテナ）
１０ 地導体板
１１ 絶縁層
２０ 破断環状部
２１ ビア
２２〜２７ 直線部
２８、２９、３０、３１ 延設部
４０ 内部接続線
４１ 第１接続線
４２ 第２接続線
４３ 傾斜接続線
５０ 給電線
Ａ、Ｂ 破断部
Ｐ１ 給電点

Claims (9)

1. ２つの破断直線の端部が対向配置されて第１破断部が形成された矩形形状の破断環状部と、
   前記第１破断部を形成する前記両破断直線の端部と連続し、所定間隔で平行して延設された１対の延設部と、
   一端が、前記２つの破断直線のうちの一方の破断直線に接続され、他端が、他方の破断直線と直交接続された直交直線、に直交状態で接続された内部接続線と、
   前記破断環状部の少なくとも１辺から所定距離だけ隔てて配設された地導体板と、
   一端側が前記破断環状部に接続され、前記地導体板まで延びる他端側に給電点を備えた給電線と、
   を具備したことを特徴とする両偏波送受用アンテナ。
   
2. 前記破断環状部は、前記地導体板と平行に配設され、前記第１破断部は、前記地導体板と平行な２辺のうち前記地導体板から離れた側の辺の中央部に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の両偏波送受用アンテナ。
3. 前記破断環状部には、前記第１破断部が形成された辺と対向する辺に、２つの破断直線の端部が対向配置されて第２破断部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の両偏波送受用アンテナ。
4. 前記第２破断部には、前記第２破断部を形成する前記両破断直線の端部と連続し、所定間隔で平行して延設された１対の延設部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の両偏波送受用アンテナ。
5. 前記１対の延設部は、前記破断環状部の内側に、又は外側に延設されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の両偏波送受用アンテナ。
6. 前記内部接続線は、前記一端も前記一方の破断直線に直交状態で接続されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の両偏波送受用アンテナ。
7. 前記内部接続線は、誘電体を含めた波長をλｇとした場合に、全長が略λｇ／４である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１の請求項に記載の両偏波送受用アンテナ。
8. 前記地導体板は、前記破断環状部の前記第１破断部が形成された辺と平行な他の辺と対向する第１端部と、前記内部接続線の他端が接続された前記直交直線と対向する第２端部を備え、
   前記給電線は、一端側が前記破断環状部の前記直交直線に接続され、前記他端側の給電点が前記地導体板の前記第２端部まで延びている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１の請求項に記載の両偏波送受用アンテナ。
9. 前記破断環状部と前記１対の延設部は、絶縁層を介してビア接続された複数層に形成され、
   前記内部接続線と給電線は、いずれか１の層の破断環状部に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１の請求項に記載の両偏波送受用アンテナ。

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