特許 6225644 アンテナ、通信装置および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6225644

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】アンテナ、通信装置および電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01Q 9/26 20060101AFI20171030BHJP

   H01Q 7/00 20060101ALI20171030BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   H01Q9/26

   H01Q7/00

   H01Q1/38

【請求項の数】11

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-227963(P2013-227963)

(22)【出願日】2013年11月1日

(65)【公開番号】特開2015-89054(P2015-89054A)

(43)【公開日】2015年5月7日

【審査請求日】2016年10月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100125689

【弁理士】

【氏名又は名称】大林 章

(74)【代理人】

【識別番号】100128598

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 聖一

(74)【代理人】

【識別番号】100121108

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 太朗

(74)【代理人】

【識別番号】100116665

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 和昭

(74)【代理人】

【識別番号】100164633

【弁理士】

【氏名又は名称】西田 圭介

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(72)【発明者】

【氏名】相澤 直

(72)【発明者】

【氏名】小田 敏宏

(72)【発明者】

【氏名】池田 勝幸

【審査官】 橘 均憲

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２７２２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１２４７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６２１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０１２６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−００８５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２９９８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００１３４４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００２７２８６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ１／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円偏波を送信または受信するためのアンテナであって、
間隙部を挟んで向かい合う第１の端部と第２の端部とを有する開環状の電極を備え、
前記電極の幅は、前記電極の一部がダイポールアンテナとして機能する長さを有し、
前記電極の周回長は、送信または受信する電波の波長より小さく、かつ、前記電極の一部がループアンテナとして機能するにあたり、前記ダイポールアンテナの指向性と前記ループアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない長さを有し、
前記第１の端部と前記第２の端部の一方以上において、前記電極の幅方向の一方の端と他方の端は、前記電極の周回方向における位置が異なる、
ことを特徴とするアンテナ。

【請求項2】

円偏波を送信または受信するためのアンテナであって、
帯状の間隙部を挟んで向かい合う２つの端部を有する開環状の電極を備え、
前記電極の幅は、前記電極の一部がダイポールアンテナとして機能する長さを有し、
前記電極の周回長は、送信または受信する電波の波長より小さく、かつ、前記電極の一部がループアンテナとして機能するにあたり、前記ダイポールアンテナの指向性と前記ループアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない長さを有し、
前記帯状の間隙部において前記電極の幅方向の一方の端と他方の端は、前記電極の周回方向における位置が異なる、
ことを特徴とするアンテナ。

【請求項3】

前記電極の周回長は、送信または受信する電波の波長の３／４以下である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。

【請求項4】

前記電極の周回長は、前記電極の一部が微小ループアンテナとして機能する長さを有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。

【請求項5】

前記電極の周回長は、送信または受信する電波の波長の１／５以下である、
ことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。

【請求項6】

前記電極には２つの給電点が設けられ、
前記２つの給電点は、前記開環状の電極の中心軸が延在する方向における位置が同じである、
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のアンテナ。

【請求項7】

前記電極には、
２つの給電点と、
前記２つの給電点の間を前記開環状の電極の中心軸が延在する方向に分断する第１開口部と、
前記第１開口部に接続され、かつ、前記電極の周回方向に延在し、前記２つの給電点を挟んで向かい合う２つの第２開口部と、が設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のアンテナ。

【請求項8】

柱状の誘電体基体をさらに備え、
前記電極は、前記誘電体基体の表面に設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のアンテナ。

【請求項9】

前記電極は、複数の面を有し、
前記帯状の間隙部において前記電極の幅方向の一方の端と他方の端は、前記複数の面のうち異なる面に位置する、
ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。

【請求項10】

請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載のアンテナを備えることを特徴とする通信装置。

【請求項11】

請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載のアンテナを備えることを特徴とする電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円偏波を送信または受信するためのアンテナ、およびこれを用いた通信装置、電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、衛星携帯電話機や、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用したナビゲーション装置では、円偏波を用いた無線通信が行われている。円偏波の送信や受信は直線偏波アンテナでも行えるが、利得が半減してしまうため円偏波アンテナを用いることが望ましい。例えば、誘電体基板を挟んで対向する略正方形の放射電極と接地電極とを備えた円偏波パッチアンテナでは、放射電極を設けた面側で右旋円偏波を送信（または受信）できるようにすると、接地電極を設けた面側では左旋円偏波しか送信（または受信）することができない。このように円偏波パッチアンテナでは、所望の円偏波の送信や受信が、放射電極を設けた面側と接地電極を設けた面側のいずれか一方に限られていた。

【0003】

このため、例えば、カーナビゲーション装置用のＧＰＳアンテナとして円偏波パッチアンテナを自動車に設置した場合は、放射電極（または接地電極）を設けた面が常に天頂方向（人工衛星の存在する方向）を向いているので、円偏波の受信性能が大きく変動することはない。しかしながら、円偏波パッチアンテナをモバイル機器やウェアラブル機器にＧＰＳアンテナとして搭載した場合は、これらの機器自体の向きが使用状況等によって様々に変わり、放射電極（または接地電極）を設けた面が常に天頂方向を向いているとは限らないので、円偏波の受信性能が大きく変動してしまう。このためモバイル機器やウェアラブル機器に搭載する円偏波アンテナとして指向性が広い小型の円偏波アンテナが求められていた。

【0004】

例えば、特許文献１には、略１波長の周長を有するループアンテナ１０と反射板２とを備え、小型でありながら広角度にわたって良好な軸比を得ることが可能な円偏波アンテナが記載されている（請求項１，段落０００９，段落００１２，段落００１５等）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３７３９７２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載された円偏波アンテナは、反射板２が必要であることに加え、ループアンテナ１０の周長として略１波長分の長さが必要になるため、アンテナのサイズが大きくなってしまう。

【0007】

また、円偏波は障害物にぶつかって反射すると旋回方向が逆転する。例えば、人工衛星から送信された右旋円偏波は、地面やビルの壁等にぶつかって反射すると左旋円偏波になる。このため、例えばＧＰＳ用の円偏波パッチアンテナにおいて、放射電極を設けた面側で右旋円偏波を受信するようにした場合、接地電極を設けた面側では、地面やビルの壁等にぶつかって反射し、旋回方向が逆転した左旋円偏波を選択的に受信してしまう。従って、円偏波パッチアンテナの場合、指向性が狭いだけでなく、マルチパスが生じ、通信品質の低下を招くという問題もあった。

【0008】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、小型で指向性が広くマルチパスを抑えることが可能な円偏波用のアンテナ、およびこれを用いた通信装置、電子機器を提供することを解決課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

以上の課題を解決するため、本発明の第１の態様に係るアンテナは、円偏波を送信または受信するためのアンテナであって、間隙部を挟んで向かい合う第１の端部と第２の端部とを有する開環状の電極を備え、前記電極の幅は、前記電極の一部がダイポールアンテナとして機能する長さを有し、前記電極の周回長は、送信または受信する電波の波長より小さく、かつ、前記電極の一部がループアンテナとして機能するにあたり、前記ダイポールアンテナの指向性と前記ループアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない長さを有し、前記第１の端部と前記第２の端部の一方以上において、前記電極の幅方向の一方の端と他方の端は、前記電極の周回方向における位置が異なることを特徴とする。

【0010】

以上の構成によれば、アンテナは開環状の電極を備え、この電極の幅は、電極の一部がダイポールアンテナとして機能する長さを有する。また、電極の周回長は、送信または受信する電波の波長より小さく、かつ、電極の一部がループアンテナとして機能するにあたり、ダイポールアンテナの指向性とループアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない長さを有する。

【0011】

なお、本発明の理解を容易にするため、まずは、電極の周回長が、送信または受信する電波の波長よりも十分に小さく、電極の一部が微小ループアンテナとして機能する場合を例に本発明の作用効果を説明する。この場合、開環状の電極を、軸線（開環状の電極の中心軸）の周りを周回するループ成分と、軸線方向に延在する直線成分とに分けて考えた場合、ループ成分は電流源の微小ループアンテナとなり、直線成分は電流源のダイポールアンテナとなる。また、微小ループアンテナは軸線に直交するループ面を有する。

【0012】

ここで、電流源の微小ループアンテナは直線偏波を放射する。また、微小ループアンテナの指向性は、いわゆる８の字形であってループ面に対して平行なドーナツ状になる。一方、電流源のダイポールアンテナも直線偏波を放射し、その指向性は８の字形であるが、ダイポールアンテナの指向性はアンテナを中心軸とするドーナツ状になる。従って、微小ループアンテナの指向性とダイポールアンテナの指向性は、向きが同じになり形状も略同じになる。これに加え、遠方界からみたとき、両者の指向性は中心の位置も同じにみなすことができる。また、電極の各部の寸法を調整する等して、両者の指向性の大きさを同じにすることが可能である。

【0013】

また、微小ループアンテナの指向性とダイポールアンテナの指向性は、互いの電界と磁界を入れ替えた態様になっている（但し、微小ループアンテナから放射される電界の向きと、ダイポールアンテナから放射される磁界の向きは、逆になる）。従って、電極の各部の寸法を調整する等して両者の指向性の大きさを同じにすることで、微小ループアンテナの指向性とダイポールアンテナの指向性は、電界と磁界が入れ替わった点を除いて略同じになる。

【0014】

また、微小ループアンテナやダイポールアンテナの指向性においてＥ面とＨ面は直交している。従って、微小ループアンテナから放射される電界と、ダイポールアンテナから放射される電界は、角度が９０度異なる。また、電極に流れる電流をＩとしたとき、微小ループアンテナから放射される電界Ｅ_Ｌを表す式は、単純化して表すとＥ_Ｌ＝ｊＫＩになる（但し、Ｋは、距離，波長，微小ループアンテナの直径等に基づいて定まる値）。一方、ダイポールアンテナから放射される電界Ｅ_Ｄを表す式は、単純化して表すとＥ_Ｄ＝ｋＩになる（但し、ｋは、距離，波長，ダイポールアンテナの全長等に基づいて定まる値）。従って、Ｅ_Ｌが虚数であるのに対し、Ｅ_Ｄは実数であるから、Ｅ_ＬとＥ_Ｄにはπ／２（９０度）の位相差がある。このように微小ループアンテナから放射される電界Ｅ_Ｌと、ダイポールアンテナから放射される電界Ｅ_Ｄは、角度が９０度異なり位相差も９０度あるから、このような２つの直線偏波を合成すると円偏波になる。

【0015】

また、本発明によれば、第１の端部と第２の端部の一方以上において、電極の幅方向の一方の端と他方の端は、電極の周回方向における位置が異なる。発明者が鋭意検討した結果、このような構成であれば、アンテナから円偏波（右旋円偏波または左旋円偏波）が放射されることがわかった。また、アンテナの可逆定理から明らかとなるように、送信用のアンテナは受信用のアンテナとしても利用可能である。従って、本発明に係るアンテナは、円偏波を送信または受信することができる。

【0016】

なお、以上の説明は、電極の周囲長が送信または受信する電波の波長よりも十分に小さく、電極の一部（ループ成分）が微小ループアンテナとして機能する場合であるが、本発明は、電極の一部（ループ成分）が微小ループアンテナとして機能する場合に限定されない。

【0017】

発明者が鋭意検討した結果、アンテナが送信または受信する電波の波長を１λとしたとき、電極の周回長を徐々に増やしていくと、電極の周回長が例えば１／５λ以下であれば、電極のループ成分は微小ループアンテナとして機能し、そのドーナツ状の指向性はループ面に対して平行な状態を維持することがわかった。また、電極の周回長が１／５λを超えると、ドーナツ状の指向性は徐々に傾き始め、電極の周回長が例えば４／５λ以上になると、電極のループ成分は１波長ループアンテナとして機能し、ドーナツ状の指向性はループ面に対して垂直になることがわかった。

【0018】

一般的に、微小ループアンテナの定義（条件）は、電極の周回長が１λよりも十分に小さいことと、ドーナツ状の指向性がループ面に対して平行であることの２つである。上述したように電極の周回長が１／５λを超えると、ドーナツ状の指向性はループ面に対して平行でなくなる。従って、電極の周回長が１／５λよりも大きく４／５λ未満の範囲では、電極のループ成分は、ループアンテナとして機能するものの、微小ループアンテナとしては機能していないことになる。

【0019】

また、電極の周回長が上述した範囲内にある場合、電極の周回長が大きくなる程、ループアンテナの指向性とダイポールアンテナの指向性との角度（向き）の違いが大きくなる。このように両者の指向性の角度の違いが大きくなると、例えば、円偏波の軸比の値が悪化したり、直線偏波等の必要としない成分の占める割合が増大する（＝円偏波の占める割合が低下する）。従って、電極の周回長が上述した範囲内にある場合、電極の周回長が大きくなる程、アンテナの送信性能や受信性能が低下することになる。しかしながら、ループアンテナの指向性とダイポールアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない限り、ループアンテナの指向性におけるＥ面と、ダイポールアンテナの指向性におけるＥ面とが交差するから、アンテナから円偏波が放射される。

【0020】

従って、本発明に係るアンテナは、電極の周囲長が１λよりも十分に小さく、電極の一部（ループ成分）が微小ループアンテナとして機能する場合に限らず、電極の周回長が１λより小さく、かつ、ダイポールアンテナの指向性とループアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない長さであれば、円偏波を送信または受信することが可能である。

【0021】

また、本発明によれば、電極の周回長は１λよりも十分に小さくすることができ、反射板も不要であるから、特許文献１に記載された円偏波アンテナに比べ、アンテナのサイズを小型化することができる。また、本発明に係るアンテナの指向性は、ループアンテナの指向性とダイポールアンテナの指向性とが重なる部分になるから、円偏波パッチアンテナに比べ、所望の円偏波（右旋円偏波または左旋円偏波）の指向性が広い。また、所望の円偏波の指向性が広いことから、マルチパスの発生を抑え、通信品質の低下を抑えることが可能になる。

【0022】

よって、本発明によれば、小型で指向性が広くマルチパスを抑えることが可能な円偏波用のアンテナを提供することができる。

【0023】

また、本発明の第２の態様に係るアンテナは、円偏波を送信または受信するためのアンテナであって、帯状の間隙部を挟んで向かい合う２つの端部を有する開環状の電極を備え、前記電極の幅は、前記電極の一部がダイポールアンテナとして機能する長さを有し、前記電極の周回長は、送信または受信する電波の波長より小さく、かつ、前記電極の一部がループアンテナとして機能するにあたり、前記ダイポールアンテナの指向性と前記ループアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない長さを有し、前記帯状の間隙部において前記電極の幅方向の一方の端と他方の端は、前記電極の周回方向における位置が異なることを特徴とする。

【0024】

以上の構成であっても、アンテナは開環状の電極を備え、この電極の幅は、電極の一部がダイポールアンテナとして機能する長さを有する。また、電極の周回長は、送信または受信する電波の波長より小さく、かつ、電極の一部がループアンテナとして機能するにあたり、ダイポールアンテナの指向性とループアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない長さを有する。また、帯状の間隙部において電極の幅方向の一方の端と他方の端は、電極の周回方向における位置が異なるが、これは、本発明の第１の態様に係るアンテナにおいて、第１の端部と第２の端部の両方で、電極の幅方向の一方の端と他方の端の、電極の周回方向における位置が異なることに相当する。従って、本発明の第２の態様に係るアンテナは、本発明の第１の態様に係るアンテナと同様の効果を奏する。

【0025】

また、本発明の第１または第２の態様に係るアンテナにおいて、前記電極の周回長は、送信または受信する電波の波長の３／４以下であるようにしてもよい。
上述したように電極の周回長は、１λより小さく、かつ、ダイポールアンテナの指向性とループアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない長さであればよいが、円偏波の軸比の悪化や、直線偏波等の必要としない成分の割合が増えてしまうこと等を考慮すると、３／４λ以下にすることが望ましい。

【0026】

また、本発明の第１または第２の態様に係るアンテナにおいて、前記電極の周回長は、前記電極の一部が微小ループアンテナとして機能する長さを有するようにしてもよい。あるいは、本発明の第１または第２の態様に係るアンテナにおいて、前記電極の周回長は、送信または受信する電波の波長の１／５以下であるようにしてもよい。

【0027】

発明者が鋭意検討した結果、電極の周回長を１／５λ以下にすると、電極のうち軸線の周りを周回するループ成分が微小ループアンテナとして機能することがわかった。従って、以上の構成によれば、電極の一部（ループ成分）が微小ループアンテナとして機能し、ダイポールアンテナの指向性と微小ループアンテナの指向性との角度の違いがゼロになる。このため、例えば電極の周回長が上述した範囲内（１／５λよりも大きく４／５λ未満）にあり、電極の一部（ループ成分）が微小ループアンテナではなくループアンテナとして機能している場合に比べ、円偏波の軸比を改善することや、直線偏波等の必要としない成分が含まれる割合を低減することが可能になる。よって、アンテナの送信性能や受信性能を高めることができる。

【0032】

また、本発明の第１または第２の態様に係るアンテナにおいて、前記電極には２つの給電点が設けられ、前記２つの給電点は、前記開環状の電極の中心軸が延在する方向における位置が同じであるようにしてもよい。
この構成によれば、簡素な構成で、電極に流れる電流の向きが電極の周回方向となるように給電を行うことができる。

【0033】

また、本発明の第１または第２の態様に係るアンテナにおいて、前記電極には、２つの給電点と、前記２つの給電点の間を前記開環状の電極の中心軸が延在する方向に分断する第１開口部と、前記第１開口部に接続され、かつ、前記電極の周回方向に延在し、前記２つの給電点を挟んで向かい合う２つの第２開口部と、が設けられている構成であってもよい。
この構成によれば、第１開口部と第２開口部によって、電極に流れる電流の向きが電極の周回方向に規定される。従って、上述したように２つの給電点の、電極の軸線方向における位置を同じにする必要がない。また、第１開口部と第２開口部を設ける必要があるものの、これらを設けずに電流の向きが電極の周回方向となるように給電を行う場合に比べ、２つの給電点間の距離を小さくすることができるから、より小さなスペースで給電を行うことが可能になる。

【0034】

また、本発明の第１または第２の態様に係るアンテナにおいて、柱状の誘電体基体をさらに備え、前記電極は、前記誘電体基体の表面に設けられている構成であってもよい。
この構成によれば、誘電体基体を用いているので波長短縮効果によりアンテナの更なる小型化を図ることができる。

【0035】

また、本発明の第１または第２の態様に係るアンテナにおいて、前記電極は、複数の面を有し、前記帯状の間隙部において前記電極の幅方向の一方の端と他方の端は、前記複数の面のうち異なる面に位置する構成であってもよい。
発明者が鋭意検討した結果、帯状の間隙部において電極の幅方向の一方の端と他方の端の、電極の周回方向における距離が大きい程、円偏波の軸比の値が１に近づくことがわかった。従って、帯状の間隙部の両端が異なる面に位置する場合、同じ面に位置する場合に比べ、電極の周回方向における距離を大きくとることができるから、送信または受信する円偏波について良好な軸比を得ることができる。

【0036】

また、本発明に係る通信装置は、上述したいずれかのアンテナを備える。例えば、通信装置として、衛星携帯電話機、タブレット端末、スマートフォン、ノート型パソコン等を例示することができる。また、通信装置には、例えば、アンテナと通信回路（送信回路または受信回路）とを備えた円偏波用の通信モジュール等も含まれる。なお、通信装置は、円偏波を送信する送信装置や、円偏波を受信する受信装置であってもよい。

【0037】

また、本発明に係る電子機器は、上述したいずれかのアンテナを備える。例えば、電子機器には、ＧＰＳを利用したナビゲーション装置、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して位置や速度を算出して移動距離や移動速度等を計測することが可能な携帯型ランニング機器、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して時刻を補正する機能を備えた腕時計等が含まれる。なお、通信装置の場合と同様に、電子機器は、円偏波を送信する機器であってもよいし、円偏波を受信する機器であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】第１実施形態に係るアンテナ１の外観を示す斜視図である。

【図2】アンテナ１の構造を示す斜視図である。

【図3】アンテナ１の展開図である。

【図4】スリット４０を、Ｘ軸に直交するループ成分と、Ｙ軸に直交する直線成分とに分解して考えてみたときの図である。

【図5】電極２０を、軸線ＡＬの周りを周回するループ成分と、軸線ＡＬの方向に延在する直線成分とに分解して考えてみたときの図である。

【図6】アンテナ１、微小ループアンテナおよび微小ダイポールアンテナの指向性を立体的に示す図である。

【図7】スリット４０の始点ＳＰ１と終点ＥＰ１を結ぶ直線Ｌ２と、電極２０に流れる電流Ｉの向きを示す図である。

【図8】電磁界シミュレータによって得られたアンテナ１の指向性を示すグラフ（ＺＸ断面）である。

【図9】円偏波パッチアンテナの指向性を示すグラフ（ＺＸ断面）である。

【図10】試作したアンテナ１の指向性を示すグラフ（ＸＹ断面／実測値）である。

【図11】試作したアンテナ１の指向性を示すグラフ（ＹＺ断面／実測値）である。

【図12】試作したアンテナ１の指向性を示すグラフ（ＺＸ断面／実測値）である。

【図13】第２実施形態に係るアンテナ２の外観を示す斜視図である。

【図14】アンテナ２の構造を示す斜視図である。

【図15】アンテナ２の展開図である。

【図16】第３実施形態に係るアンテナ３の外観を示す斜視図である。

【図17】アンテナ３の構造を示す斜視図である。

【図18】アンテナ３の展開図である。

【図19】変形例１に係るアンテナ４の構造を示す斜視図である。

【図20】変形例２に係るアンテナ５の構造を示す斜視図である。

【図21】変形例３に係るアンテナ６の構造を示す斜視図である。

【図22】変形例４に係るアンテナ７の構造を示す斜視図である。

【図23】変形例５に係るアンテナ８の構造を示す斜視図である。

【図24】Ｙ軸方向から見たときのアンテナ８の平面図である。

【図25】変形例６に係るアンテナ９の構造を示す斜視図である。

【図26】変形例７に係るアンテナ１００の構造を示す斜視図である。

【図27】変形例８に係るアンテナ１０１の構造を示す斜視図である。

【図28】変形例８に係る別のアンテナ１’の構造を示す斜視図である。

【図29】変形例９に係り、１波長ループアンテナとダイポールアンテナの指向性を立体的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。なお、図面において各部の寸法の比率は実際のものと適宜異なる。
＜Ａ．第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係るアンテナ１の外観を示す斜視図である。
なお、図中、Ｘ軸は誘電体基体１０の上面１０Ａに対して平行な方向に延びる軸であり、Ｚ軸は上面１０Ａに対して垂直な方向に延びる軸であり、Ｙ軸はＸ軸およびＺ軸に対して垂直な方向に延びる軸である。アンテナ１は、直方体状の誘電体基体１０と、誘電体基体１０の表面に設けられた電極２０とを備える。誘電体基体１０は、プラスチックやセラミック等の誘電体材料で形成されている。例えば、誘電体基体１０の主材料はＢａＯ-ＴｉＯ_２であり、誘電体基体１０の誘電率は９３である。また、誘電体基体１０のサイズは、例えば９．０ｍｍ（Ｘ軸方向）×９．０ｍｍ（Ｙ軸方向）×４．４ｍｍ（Ｚ軸方向）である。電極２０は、ＣｕやＡｇ等の導体で形成されている。電極２０は、例えば、メッキやスクリーン印刷等によって誘電体基体１０の表面に形成される。なお、ＣｕやＡｇ以外にも、導電率が１．６７×１０^−６Ω／ｃｍより小さい金属を電極２０の材料とすることができる。また、電極２０は、誘電体基体１０に対して接着剤等なしで隙間なく密着させることが望ましい。

【0040】

図２は、アンテナ１の構造を示す斜視図である。
誘電体基体１０の表面は、上面１０Ａと、下面１０Ｂと、４つの側面１０Ｃ〜１０Ｆとで構成されている。上面１０Ａと下面１０Ｂ、側面１０Ｃと側面１０Ｄ、側面１０Ｅと側面１０Ｆは、各々対向している。電極２０は、誘電体基体１０の表面のうち、側面１０Ｄ、上面１０Ａ、側面１０Ｃおよび下面１０Ｂの４面にわたって形成されており、側面１０Ｅと側面１０Ｆには電極２０が形成されていない。また、電極２０のうち下面１０Ｂに形成された正方形状の部分には、Ｈの字の形をした給電用の開口部３０と、２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２が設けられている。給電点ＦＤ１，ＦＤ２は、電極２０に対する給電位置であり、図示を省略した給電線を介してグランド電位と高周波電位が給電される。これにより電極２０に電流（高周波電流）が流れる。また、詳細については後述するが、給電用の開口部３０は、電極２０に流れる電流の向きを規定する。

【0041】

図３は、アンテナ１の展開図である。
電極２０は、誘電体基体１０の表面のうち４つの面（側面１０Ｄ、上面１０Ａ、側面１０Ｃおよび下面１０Ｂ）に形成されている。また、電極２０が形成された４つの面には、給電用の開口部３０の他にスリット４０が設けられている。スリット４０は、例えば、２．０ｍｍの幅を有する帯状の間隙部であり、電極２０を図中左側の端から右側の端にかけて分断している。また、スリット４０は、側面１０Ｄ、上面１０Ａおよび側面１０Ｃの３面にわたって形成されており、側面１０Ｄ内の１箇所と、側面１０Ｃ内の１箇所で直角に折れ曲がっている。前述したように誘電体基体１０のＸ軸方向のサイズは９．０ｍｍであるから、電極２０が形成された４つの面は、９．０ｍｍの幅を有する矩形状の環（閉環状）を形成している。この環の一部がスリット４０によって分断されているので、電極２０は、９．０ｍｍの幅を有する開環状になる。また、電極２０は、スリット４０を挟んで対向する第１の端部Ｅ１と第２の端部Ｅ２とを有する。

【0042】

また、誘電体基体１０のサイズは９．０ｍｍ（Ｘ軸方向）×９．０ｍｍ（Ｙ軸方向）×４．４ｍｍ（Ｚ軸方向）であり、スリット４０の幅は２．０ｍｍであるから、電極２０の周回長ＰＬ１は、２４．８ｍｍになる。これに対し、アンテナ１の共振周波数は１６１７ＭＨｚであり、その波長は約１８６ｍｍである。従って、電極２０の周回長ＰＬ１（２４．８ｍｍ）は、アンテナ１が送信または受信する電波の波長（約１８６ｍｍ）よりも十分に小さい。このように電極２０の周回長ＰＬ１を波長に対して十分に小さい値とすることで、電極２０の一部を微小ループアンテナとして機能させることができる。

【0043】

また、図３において、２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２を結ぶ直線Ｌ１は、電極２０の周回方向（図中上下方向）と一致する。また、電極２０に流れる電流の向きも図中上下方向となり、電極２０の周回方向と一致する。なお、電極２０に流れる主たる電流の向きは図中上下方向になるが、電極２０における局所的な電流の向きは、場所によって図中上下方向とは異なる場合がある。

【0044】

また、給電用の開口部３０は、Ｘ軸方向に延在する直線状の第１開口部と、第１開口部の両端に接続され、Ｙ軸方向に延在する２本の直線状の第２開口部とで構成されている。２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２は、第１開口部を挟んでその両側に配置されている。また、２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２の両脇には、Ｙ軸方向に延在する２本の第２開口部が存在する。従って、開口部３０によって、電極２０に流れる電流の向きが電極２０の周回方向に規定される。このため、必ずしも図３に示すように２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２を直線Ｌ１上に配置する必要はない。

【0045】

なお、開口部３０を設けなくても、例えば、直線Ｌ１上等、電極２０の周回方向と一致する線上に２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２を配置すれば、電極２０に流れる電流の向きを電極２０の周回方向にすることができる。但し、この場合、２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２間の距離を比較的大きくとる必要がある。これに対し、本実施形態の場合、開口部３０を設ける必要があるものの、開口部３０を設けない場合に比べ、２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２間の距離を小さくすることができるから、より小さなスペースで給電を行うことが可能になる。

【0046】

図４〜図６は、アンテナ１の動作原理を説明するための図である。
なお、図４は、アンテナ１をスロットアンテナと捉え、スロット（スリット４０）を、Ｘ軸に直交するループ成分と、Ｙ軸に直交する直線成分とに分解して考えてみたときの図である。これに対し、図５は、アンテナ１を、導体を巻き線状にしたアンテナと捉え、巻き線（電極２０）を、軸線ＡＬの周りを周回するループ成分と、軸線ＡＬの方向に延在する直線成分とに分解して考えてみたときの図である。また、図６は、アンテナ１の指向性（右旋円偏波）と、微小ループアンテナの指向性（直線偏波）と、微小ダイポールアンテナの指向性（直線偏波）とを立体的に示す図である。図４および図５は、同じアンテナ１を磁流アンテナとして捉えるか、電流アンテナとして捉えるかという双対の関係にあるが、以下、図５および図６を参照してアンテナ１の動作原理を説明する。

【0047】

図５に示すように、電極２０に着目した場合、電極２０は、軸線ＡＬの周りを周回するループ成分と、軸線ＡＬの方向に延在する直線成分とに分けて考えることができる。なお、軸線ＡＬは、開環状の電極２０の中心軸であり、Ｘ軸方向に延在している。電極２０のループ成分は、帯状の導体が約１．５周分だけ巻かれたループ構造を有する。また、前述したように電極２０の周回長ＰＬ１は、アンテナ１が送信または受信する電波の波長よりも十分に小さい。従って、電極２０のループ成分は、電流源の微小ループアンテナと考えることができる。この微小ループアンテナは、周回長が２６．８ｍｍであり、Ｘ軸に直交するループ面を有する。一方、電極２０のＸ軸方向の幅は９．０ｍｍであり、この値も１波長より十分に小さいから、電極２０の直線成分は、電流源の微小ダイポールアンテナと考えることができる。

【0048】

ここで、電流源の微小ループアンテナは直線偏波を放射する。また、微小ループアンテナの指向性は、いわゆる８の字形であってループ面に対して平行なドーナツ状になる。一方、電流源の微小ダイポールアンテナも直線偏波を放射し、その指向性は８の字形であるが、微小ダイポールアンテナの指向性はアンテナを中心軸とするドーナツ状になる。従って、微小ループアンテナの指向性と微小ダイポールアンテナの指向性は、向きが同じになり形状も略同じになる。これに加え、遠方界からみたとき、両者の指向性は中心の位置も同じにみなすことができる。また、本実施形態に係るアンテナ１は、電極２０の各部の寸法を調整する等して、両者の指向性の大きさも同じになるようにしている。従って、微小ループアンテナの指向性と微小ダイポールアンテナの指向性は、図６に示すように、いずれもＸ軸を中心軸とするドーナツ状になり、向きと形状と大きさが略同じになる。

【0049】

また、図６からも明らかとなるように、微小ループアンテナの指向性と微小ダイポールアンテナの指向性は、互いの電界と磁界を入れ替えた態様になっている（但し、微小ループアンテナから放射される電界Ｅ_Ｌの向きと、微小ダイポールアンテナから放射される磁界Ｈ_Ｄの向きは、逆になる）。従って、微小ループアンテナの指向性と微小ダイポールアンテナの指向性は、電界と磁界が入れ替わった点を除いて略同じになる。

【0050】

ところで、円偏波は、例えば垂直偏波と水平偏波等、角度が９０度異なる２つの直線偏波の合成であるが、２つの直線偏波の位相を９０度ずらす必要がある。また、この位相差が９０度か−９０度かで、右旋円偏波になるのか左旋円偏波になるのかが決まる。上述したように、微小ループアンテナの指向性と微小ダイポールアンテナの指向性は、電界と磁界が入れ替わっている。また、微小ループアンテナや微小ダイポールアンテナの指向性においてＥ面とＨ面は直交している。従って、微小ループアンテナから放射される電界Ｅ_Ｌと、微小ダイポールアンテナから放射される電界Ｅ_Ｄは、角度が９０度異なる。

【0051】

また、微小ループアンテナと微小ダイポールアンテナは、同じ電極２０を分けて考えたものであるから、微小ループアンテナに流れる電流と、微小ダイポールアンテナに流れる電流に位相差はない。しかしながら、電極２０に流れる電流をＩとしたとき、微小ループアンテナから放射される電界Ｅ_Ｌを表す式は、単純化して表すとＥ_Ｌ＝ｊＫＩになる（但し、Ｋは、距離，波長，微小ループアンテナの直径等に基づいて定まる値）。一方、微小ダイポールアンテナから放射される電界Ｅ_Ｄを表す式は、単純化して表すとＥ_Ｄ＝ｋＩになる（但し、ｋは、距離，波長，微小ダイポールアンテナの全長等に基づいて定まる値）。従って、両式を比較すると、Ｅ_Ｌが虚数であるのに対し、Ｅ_Ｄは実数であるから、Ｅ_ＬとＥ_Ｄにはπ／２の位相差がある。つまり、微小ループアンテナから放射される電界Ｅ_Ｌと、微小ダイポールアンテナから放射される電界Ｅ_Ｄには、９０度の位相差がある。

【0052】

このように角度が９０度異なり位相差も９０度ある２つの直線偏波を合成すると円偏波になる。また、アンテナの可逆定理から明らかとなるように、送信用のアンテナは受信用のアンテナとしても利用可能である。従って、本実施形態に係るアンテナ１は、円偏波を送信または受信することができる。なお、アンテナ１の指向性は、微小ループアンテナの指向性と、微小ダイポールアンテナの指向性のＡＮＤをとった部分、すなわち両者の指向性が重なる部分になる。上述したように、微小ループアンテナの指向性と微小ダイポールアンテナの指向性は、電界と磁界が入れ替わった点を除いて略同じである。従って、アンテナ１の指向性は、図６に示すように、微小ループアンテナや微小ダイポールアンテナの指向性と向き，形状，大きさが略同じになる。

【0053】

また、発明者が鋭意検討した結果、図７に示すように、スリット４０のうち図中左端の中点を始点ＳＰ１とし、図中右端の中点を終点ＥＰ１としたとき、始点ＳＰ１と終点ＥＰ１を結ぶ直線Ｌ２が電極２０に流れる電流Ｉの向き（＝電極２０の周回方向）と直交しない限り、アンテナ１から円偏波（右旋円偏波または左旋円偏波）が放射されることがわかった。なお、直線Ｌ２が電流Ｉの向きと直交する場合は、円偏波でなく直線偏波（垂直偏波）が放射される。また、同図に示すように、スリット４０の終点ＥＰ１が始点ＳＰ１よりも図中下側にある場合は右旋円偏波が放射され、終点ＥＰ１が始点ＳＰ１よりも図中上側にくるようにスリット４０を設けた場合は左旋円偏波が放射されることもわかった。従って、本実施形態に係るアンテナ１は、右旋円偏波用のアンテナであることが理解できる。

【0054】

また、発明者が鋭意検討した結果、スリット４０の始点ＳＰ１と終点ＥＰ１の図中上下方向（＝電極２０の周回方向）の距離が大きい程、円偏波の軸比の値が１に近づくこともわかった。従って、送信または受信する円偏波について良好な軸比を得るためには、始点ＳＰ１と終点ＥＰ１の図中上下方向の距離をできるだけ大きくとればよいことが理解できる。

【0055】

なお、図７において、スリット４０の始点ＳＰ１と終点ＥＰ１を結ぶ直線Ｌ２が電極２０に流れる電流Ｉの向き（＝電極２０の周回方向）と直交しないということは、スリット４０の始点ＳＰ１と終点ＥＰ１の図中上下方向（電極２０の周回方向）における位置が異なることを意味する。また、図７においてスリット４０の始点ＳＰ１と終点ＥＰ１の、電極２０の周回方向における位置が異なるということは、例えば、始点ＳＰ１の座標値を（Ｘ_Ｓ，Ｙ_Ｓ，Ｚ_Ｓ）とし、終点ＥＰ１の座標値を（Ｘ_Ｅ，Ｙ_Ｅ，Ｚ_Ｅ）としたとき、Ｙ_ＳとＹ_Ｅの値が異なることである。

【0056】

また、電極２０は、スリット４０を挟んで対向する第１の端部Ｅ１と第２の端部Ｅ２を有するが、上述したようにスリット４０の始点ＳＰ１と終点ＥＰ１を結ぶ直線Ｌ２が電極２０に流れる電流Ｉの向きと直交しないということは、第１の端部Ｅ１と第２の端部Ｅ２の両方において、一方の端点ＥＬ１，ＥＬ２と他方の端点ＥＲ１，ＥＲ２の図中上下方向における位置が異なることを意味する。また、図７において端点ＥＬ１と端点ＥＲ１の、電極２０の周回方向における位置が異なるということは、例えば、端点ＥＬ１の座標値を（Ｘ_Ｌ，Ｙ_Ｌ，Ｚ_Ｌ）とし、端点ＥＲ１の座標値を（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，Ｚ_Ｒ）としたとき、Ｙ_ＬとＹ_Ｒの値が異なることである。

【0057】

図８は、電磁界シミュレータによって得られたアンテナ１の指向性を示すグラフ（ＺＸ断面）である。また、図９は、比較例であり、円偏波パッチアンテナの指向性を示すグラフ（ＺＸ断面）である。
図８に示すように本実施形態に係るアンテナ１の指向性（ＺＸ断面）は、全方位にわたって右旋円偏波の方が左旋円偏波より優勢である。これに対し、図９に示すように円偏波パッチアンテナの場合は、図中上半分の範囲では右旋円偏波の方が優勢であるが、図中下半分の範囲では左旋円偏波の方が優勢である。このように本実施形態に係るアンテナ１は、全方位にわたって右旋円偏波が優勢であるから、円偏波パッチアンテナに比べ、所望の円偏波の指向性が広い。また、全方位にわたって所望の円偏波が優勢であることから、マルチパスの発生を防ぐこともできる。

【0058】

図１０〜図１２は、実際にアンテナ１を試作し、試作したアンテナ１について、右旋円偏波と左旋円偏波の指向性を測定して得られたグラフ（ＸＹ断面、ＹＺ断面およびＺＸ断面）である。
試作したアンテナ１の指向性は、例えば、給電線やアンテナ１に接続された通信回路等の影響により、電磁界シミュレータによって得られた指向性（図８）のように全方位にわたって右旋円偏波が優勢とはならない。しかしながら、図１０〜図１２から明らかとなるように、［１］ＸＹ断面の指向性（図１０）における−１５０度付近から−１８０度付近までの範囲と、［２］ＺＸ断面の指向性（図１２）における１００度付近から１６０度付近までの範囲以外の部分では、右旋円偏波の方が左旋円偏波より優勢である。従って、円偏波パッチアンテナに比べ、所望の円偏波の指向性が広いことがわかる。

【0059】

以上説明したように本実施形態によれば、電極２０を、軸線ＡＬの周りを周回するループ成分と、軸線ＡＬの方向に延在する直線成分とに分けて考えた場合、ループ成分は電流源の微小ループアンテナとなり、直線成分は電流源の微小ダイポールアンテナとなる。また、微小ループアンテナから放射される電界Ｅ_Ｌと、微小ダイポールアンテナから放射される電界Ｅ_Ｄは、角度が９０度異なり位相差も９０度ある。また、図７に示したように、スリット４０の始点ＳＰ１と終点ＥＰ１の図中上下方向（電極２０の周回方向）の位置は異なる。従って、アンテナ１は、円偏波を送信または受信することができる。

【0060】

また、電極２０の周回長ＰＬ１は、電極２０の一部（ループ成分）が微小ループアンテナとして機能する長さであればよく、送信または受信する電波の波長よりも十分に小さい。また、反射板も不要である。従って、特許文献１に記載された円偏波アンテナに比べ、アンテナ１のサイズを小型化することができる。また、図８〜図１２から明らかとなるように、アンテナ１は、円偏波パッチアンテナに比べ、右旋円偏波（所望の円偏波）の指向性が広い。また、所望の円偏波の指向性が広いことから、マルチパスの発生を抑え、通信品質の低下を抑えることもできる。

【0061】

よって、本実施形態によれば、小型で指向性が広くマルチパスを抑えることが可能な円偏波用のアンテナ１を提供することができる。

【0062】

また、本実施形態に係るアンテナ１は、誘電体基体１０を用いているので波長短縮効果によりアンテナ１の更なる小型化を図ることができる。また、給電用の開口部３０を設けることで、２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２を電極２０の周回方向と一致する線上に配置しなくてもよいことに加え、開口部３０を設けない場合に比べ、より小さなスペースで給電を行うことが可能になる。また、スリット４０の始点ＳＰ１と終点ＥＰ１が異なる面に位置しているので（始点ＳＰ１：側面１０Ｄ、終点ＥＰ１：側面１０Ｃ）、両者が同じ面に位置している場合に比べ、電極２０の周回方向における両者の距離を大きくとることが可能になるから、送信または受信する円偏波について良好な軸比を得ることができる。

【0063】

＜Ｂ．第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態に係るアンテナ１と共通する部分には同一の符号を付し、説明を適宜省略している。

【0064】

図１３は、本実施形態に係るアンテナ２の外観を示す斜視図である。また、図１４はアンテナ２の構造を示す斜視図であり、図１５はアンテナ２の展開図である。
本実施形態に係るアンテナ２が第１実施形態に係るアンテナ１と相違するのは、スリット４１の形成面や、スリット４１の幅である。より具体的に説明すると、第１実施形態では、スリット４０が側面１０Ｄ、上面１０Ａおよび側面１０Ｃの３面にわたって形成されていたのに対し、本実施形態では、スリット４１が上面１０Ａのみに形成されている。また、図７と図１５を比較するとわかるように、スリットの幅は第２実施形態の方がやや狭くなっている。また、スリット４１の形成面や幅が異なるので、電極２１の形状も第１実施形態とは異なる。なお、誘電体基体１０のサイズ、給電用の開口部３０、２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２の位置等は、第１実施形態と同じである。従って、アンテナ２は、９．０ｍｍの幅を有する開環状の電極２１を備えており、電極２１は、スリット４１を挟んで対向する第１の端部Ｅ３と第２の端部Ｅ４とを有する。

【0065】

ここで、本実施形態の場合も、電極２１は、軸線ＡＬ（開環状の電極２１の中心軸）の周りを周回するループ成分と、軸線ＡＬの方向に延在する直線成分とに分けて考えることができる。また、電極２１の周回長ＰＬ２や、電極２１のＸ軸方向の幅は、アンテナ２が送信または受信する電波の波長よりも十分に小さい値となるように設定されている。従って、電極２１のループ成分は電流源の微小ループアンテナと考えることができ、電極２１の直線成分は電流源の微小ダイポールアンテナと考えることができる。

【0066】

また、第１実施形態で説明したように、微小ループアンテナから放射される電界Ｅ_Ｌと、微小ダイポールアンテナから放射される電界Ｅ_Ｄは、角度が９０度異なり位相差も９０度ある。また、図１５に示すように、スリット４１の始点ＳＰ２と終点ＥＰ２を結ぶ直線Ｌ３は、電極２１に流れる電流Ｉの向き（＝電極２１の周回方向）と直交しておらず、始点ＳＰ２と終点ＥＰ２の図中上下方向における位置は異なる。また、図１５においてスリット４１の終点ＥＰ２は始点ＳＰ２よりも図中下側にある。従って、本実施形態に係るアンテナ２も右旋円偏波を送信または受信することができ、第１実施形態に係るアンテナ１と同様の効果を奏する。

【0067】

なお、図１５において、スリット４１の始点ＳＰ２と終点ＥＰ２は同じ面（上面１０Ａ）に位置しており、始点ＳＰ２と終点ＥＰ２の図中上下方向における距離は、図７に示した始点ＳＰ１と終点ＥＰ１の図中上下方向における距離よりも小さい。従って、本実施形態に係るアンテナ２よりも第１実施形態に係るアンテナ１の方が、円偏波について良好な軸比を得ることができる。

【0068】

＜Ｃ．第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。なお、本実施形態においても、第１実施形態に係るアンテナ１と共通する部分には同一の符号を付し、説明を適宜省略している。

【0069】

図１６は、本実施形態に係るアンテナ３の外観を示す斜視図である。また、図１７はアンテナ３の構造を示す斜視図であり、図１８はアンテナ３の展開図である。
本実施形態に係るアンテナ３が第１実施形態に係るアンテナ１と相違するのは、スリット４２の形状や幅である。より具体的に説明すると、第１実施形態では、図７に示したようにスリット４０が途中２箇所で直角に折れ曲がっていたのに対し、本実施形態では、図１８に示すようにスリット４３が直線状である。また、図７と図１８を比較するとわかるように、スリットの幅は第３実施形態の方がやや狭くなっている。また、電極２２の形状も第１実施形態とは異なる。なお、誘電体基体１０のサイズ、給電用の開口部３０、２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２の位置等は、第１実施形態と同じである。従って、アンテナ３は、９．０ｍｍの幅を有する開環状の電極２２を備えており、電極２２は、スリット４２を挟んで対向する第１の端部Ｅ５と第２の端部Ｅ６とを有する。

【0070】

本実施形態の場合も、電極２２は、軸線ＡＬの周りを周回するループ成分と、軸線ＡＬの方向に延在する直線成分とに分けて考えることができる。また、電極２２の周回長ＰＬ３や、電極２２のＸ軸方向の幅は、アンテナ３が送信または受信する電波の波長よりも十分に小さい値となるように設定されている。従って、電極２２のループ成分は電流源の微小ループアンテナとなり、電極２２の直線成分は電流源の微小ダイポールアンテナとなる。

【0071】

また、第１実施形態で説明したように、微小ループアンテナから放射される電界Ｅ_Ｌと、微小ダイポールアンテナから放射される電界Ｅ_Ｄは、角度が９０度異なり位相差も９０度ある。また、図１８に示すように、スリット４２の始点ＳＰ３と終点ＥＰ３を結ぶ直線Ｌ４は、電極２２に流れる電流Ｉの向き（電極２０の周回方向）と直交しておらず、始点ＳＰ３と終点ＥＰ３の図中上下方向における位置は異なる。また、図１８においてスリット４２の終点ＥＰ３は始点ＳＰ３よりも図中下側にある。従って、本実施形態に係るアンテナ３も右旋円偏波を送信または受信することができ、第１実施形態に係るアンテナ１と同様の効果を奏する。

【0072】

＜Ｄ．応用例＞
上述した各実施形態に係るアンテナを用いて所望の周波数の円偏波を送信または受信するためにはアンテナの寸法調整を行う必要がある。寸法調整を行う場合、目的の周波数に応じてアンテナの各部の寸法を定数倍すればよい。例えば、第１実施形態に係るアンテナ１（共振周波数：１６１７ＭＨｚ）をＧＰＳのＬ１信号を受信するＧＰＳアンテナとして使用する場合、Ｌ１信号の送信周波数は１５７５．４２ＭＨｚであるから、理論的にはアンテナ１の各部の寸法を１６１７／１５７５．４２倍してやればよい。なお、種々の要因によって、実際には理論通りにはいかないため、理論値に対してさらなる寸法調整が必要である。

【0073】

以上の寸法調整を行うことで、上述した各実施形態に係るアンテナを、例えば、ＧＰＳアンテナとしてモバイル機器やウェアラブル機器（例えば、ノート型パソコン、タブレット端末、スマートフォン、腕時計等）に搭載することができる。また、上述した各実施形態に係るアンテナを、カーナビゲーション装置や衛星携帯電話機に搭載してもよいし、衛星通信に限らず、例えば、無線タグ用の電波（円偏波）を受信する読取装置等に搭載してもよい。このように本発明に係るアンテナは、円偏波を送信または受信する機能を有する各種の通信装置や電子機器に搭載することが可能である。また、通信装置には、上述した各実施形態に係るアンテナを備えるＧＰＳ通信モジュール等も含まれる。

【0074】

＜Ｅ．変形例＞
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下の変形が可能である。また、以下に示す２以上の変形を適宜組み合わせることもできる。

【0075】

［変形例１］
本発明に係るアンテナは、左旋円偏波用のアンテナであってもよい。第１実施形態でも説明したように、図７においてスリット４０の終点ＥＰ１が始点ＳＰ１よりも図中下側にある場合は右旋円偏波が放射されるが、逆に、終点ＥＰ１が始点ＳＰ１よりも図中上側にくるようにスリット４０を設ければ、左旋円偏波が放射されることになる。従って、例えば、図１９に示すようにスリット４３を設けた場合、このアンテナ４は左旋円偏波用のアンテナになる。

【0076】

［変形例２］
第１実施形態でも述べたように、電極２０の表面に給電用の開口部３０を設けずに給電を行ってもよい。この場合、例えば図２０に示すように、電極２４の周回方向と一致する線Ｌ５上に２つの給電点ＦＤ３，ＦＤ４を配置し、グランド電位と高周波電位を給電すればよい。なお、２つの給電点ＦＤ３，ＦＤ４が電極２４の周回方向と一致する線Ｌ５上に位置するということは、２つの給電点ＦＤ３，ＦＤ４の軸線ＡＬの方向における位置が同じであることを意味する。また、図２０において２つの給電点ＦＤ３，ＦＤ４の軸線ＡＬの方向における位置が同じであるということは、例えば、給電点ＦＤ３の座標値を（Ｘ_３，Ｙ_３，Ｚ_３）とし、給電点ＦＤ４の座標値を（Ｘ_４，Ｙ_４，Ｚ_４）としたとき、Ｘ_３とＸ_４の値が同じになることである。

【0077】

［変形例３］
上述した各実施形態では電極のＸ軸方向の幅が一定であったが、例えば、図２１に示すように電極２５のＸ軸方向の幅を場所によって異ならせてもよい。同図において電極２５は、誘電体基体１０の表面のうち、側面１０Ｄ、上面１０Ａ、側面１０Ｃおよび下面１０Ｂの４面にわたって形成されているが、このうち、側面１０Ｃ、下面１０Ｂおよび側面１０Ｄの３面にわたって形成されている部分のＸ軸方向の幅が、上面１０Ａに形成されている部分のＸ軸方向の幅よりも狭くなっている。このように開環状の電極の幅（所定の幅）は、一定である態様の他に不一定である態様を含む。

【0078】

［変形例４］
例えば図２２に示すように、スリット４４は３箇所以上で折れ曲がっていてもよい。なお、同図に示すアンテナ７の場合、スリット４４は計６箇所で直角に折れ曲がっているが、屈折角は直角に限らない。また、上述した各実施形態ではスリットの幅が一定であったが、スリットの幅を場所によって異ならせてもよい。また、スリットは曲線状であってもよい。

【0079】

［変形例５］
図２３は、本変形例に係るアンテナ８の構造を示す斜視図である。また、図２４は、Ｙ軸方向から見たときのアンテナ８の平面図である。
図２３に示すように、本変形例に係るアンテナ８は、誘電体基体１１の表面を構成する６つの面のうち、電極２７が設けられていない側面１１Ｅと側面１１ＦがＸ軸方向に傾斜している。従って、図２４に示すように、電極２７の表面のうち側面１１Ｃの部分に流れる電流Ｉの向きは、図中矢印で示すように斜めになる。前述したように、スリット４５の始点ＳＰ４と終点ＥＰ４を結ぶ直線Ｌ６が、電極２７に流れる電流Ｉの向き（＝電極２７の周回方向）と直交しない限り、円偏波を送信または受信することが可能である。従って、本変形例に係るアンテナ８の場合、図２４に示すように直線状のスリット４５を側面１１Ｃにおいて水平（Ｘ軸と平行）に設けても、円偏波を送信または受信することが可能である。

【0080】

［変形例６］
図２５は、本変形例に係るアンテナ９の構造を示す斜視図である。
電極２８は、誘電体基体１０の表面のうち、側面１０Ｄ、上面１０Ａ、側面１０Ｃおよび下面１０Ｂの４面にわたって形成されている。また、電極２８は、間隙部４６を挟んで対向する第１の端部Ｅ７と第２の端部Ｅ８とを有する。間隙部４６は、誘電体基体１０の表面のうち上面１０Ａのみに設けられている。また、間隙部４６は、Ｘ軸方向に延在しているが、その幅は、側面１０Ｅ側と側面１０Ｆ側とで異なる。電極２８に流れる電流Ｉの向きは、図中矢印で示す通りであり、この方向は電極２８の周回方向でもある。

【0081】

第１の端部Ｅ７は、直線状であり、電極２８に流れる電流Ｉの向き（＝電極２８の周回方向）と直交している。従って、第１の端部Ｅ７において、一方の端点ＥＬ７と他方の端点ＥＲ７は、電極２８の周回方向における位置が同じになる。これに対し、第２の端部Ｅ８において、一方の端点ＥＬ８と他方の端点ＥＲ８は、電極２８の周回方向における位置が異なる。つまり、端点ＥＬ７の座標値を（Ｘ_Ｌ７，Ｙ_Ｌ７，Ｚ_Ｌ７）とし、端点ＥＲ７の座標値を（Ｘ_Ｒ７，Ｙ_Ｒ７，Ｚ_Ｒ７）としたとき、Ｙ_Ｌ７とＹ_Ｒ７の値は同じになる。また、端点ＥＬ８の座標値を（Ｘ_Ｌ８，Ｙ_Ｌ８，Ｚ_Ｌ８）とし、端点ＥＲ８の座標値を（Ｘ_Ｒ８，Ｙ_Ｒ８，Ｚ_Ｒ８）としたとき、Ｙ_Ｌ８とＹ_Ｒ８の値は異なる。

【0082】

このように第１の端部Ｅ７と第２の端部Ｅ８のいずれか一方において、一方の端点ＥＬ７，ＥＬ８と他方の端点ＥＲ７，ＥＲ８の、電極２８の周回方向における位置が異なる場合も、円偏波を送信または受信することが可能である。なお、同図に示す間隙部４６は、スリットの幅を場所によって異ならせたものと捉えることもできるが、本発明における間隙部は、スリット（細長い帯状の間隙部）に限定されない。また、同図において第２の端部Ｅ８を、端点ＥＬ８と端点ＥＲ８を結ぶ直線状に変形してもよい。

【0083】

［変形例７］
誘電体基体の形状は直方体状に限定されない。例えば、図２６に示すように円柱状の誘電体基体１２を備える構成であってもよい。同図に示すアンテナ１００は、誘電体基体１２の表面のうち、図中左右に位置する２つの側面（円形）を除いた周回面に電極２９とスリット４７が設けられている。また、電極２９の表面のうち図中奥側の部分に、給電用の開口部３１と、２つの給電点ＦＤ５，ＦＤ６が設けられている。このように誘電体基体の形状は直方体状に限定されず、円柱状や多角柱状等であってもよい。

【0084】

［変形例８］
上述した各実施形態では誘電体基体を用いたが、例えば、図２７に示すアンテナ１０１のように誘電体基体はなくてもよい。同図に示すアンテナ１０１は、所定の幅Ｗを有する開環状の電極２００を備え、電極２００は、スリット４００を挟んで向かい合う第１の端部Ｅ１１と第２の端部Ｅ１２とを有する。電極２００の周回長は、電極２００の一部（ループ成分）が微小ループアンテナとして機能する長さを有し、電極２００の幅Ｗは、電極２００の一部（直線成分）が微小ダイポールアンテナとして機能する長さを有する。また、第１の端部Ｅ１１と第２の端部Ｅ１２の一方以上において、電極２００の幅Ｗ方向の一方の端点ＥＬ１１，ＥＬ１２と他方の端点ＥＲ１１，ＥＲ１２は、電極２００の周回方向における位置が異なる。なお、誘電体基体がない場合は、誘電体基体による波長短縮効果が得られないため、その分だけアンテナ１０１（電極２００）のサイズが大きくなるが、誘電体基体がなくても円偏波の送信や受信を行うことは可能である。また、誘電体基体がない場合は、板状の金属（導体）を折り曲げる等して電極２００を形成すればよい。また、例えば、第１実施形態に係るアンテナ１において誘電体基体１０がない場合の態様は、図２８に示す通りである。

【0085】

［変形例９］
上述した各実施形態や各変形例に係るアンテナにおいて、微小ループアンテナの指向性と微小ダイポールアンテナの指向性は、向きと形状と大きさをできるだけ同じにすることが望ましいが、必ずしもこれらを完全に同じにする必要はない。両者の指向性について向きや形状や大きさの違いが大きくなると、例えば、円偏波の軸比の値が悪化したり、直線偏波等の必要としない成分の増大を招くので、アンテナの送信性能や受信性能が低下するが、両者の指向性を同じにしなくても円偏波の送信や受信を行うことは可能である。

【0086】

また、例えば、微小ダイポールアンテナの指向性と半波長ダイポールアンテナの指向性を比較すると、両者にさほど大きな違いはない（両者とも８の字形で向きも同じであるが、形状についてのみ、半波長ダイポールアンテナの方が微小ダイポールアンテナよりも若干鋭くなる）。従って、電極のＸ軸方向の幅は、微小ダイポールアンテナとして機能する長さに限らず、例えば半波長ダイポールアンテナとして機能する長さ等であってもよい。このように電極のＸ軸方向の幅は、電極の一部（直線成分）がダイポールアンテナ（微小ダイポールアンテナ、半波長ダイポールアンテナ、１波長ダイポールアンテナ等）として機能する長さを有していればよく、任意の長さにすることが可能である。

【0087】

また、微小ループアンテナの指向性と１波長ループアンテナの指向性を比較すると、両者は大きく異なる（両者とも８の字形で形状も略同じになるが、微小ループアンテナの指向性がループ面に対して平行であるのに対し、１波長ループアンテナの指向性はループ面に対して垂直になる）。つまり、１波長ループアンテナの場合、図２９に示すように、１波長ループアンテナの指向性とダイポールアンテナの指向性との角度（向き）の違いは９０度になる。この場合、１波長ループアンテナの指向性におけるＥ面と、ダイポールアンテナの指向性におけるＥ面とは交差せず、１波長ループアンテナから放射される電界Ｅ_１と、ダイポールアンテナから放射される電界Ｅ_２との角度の違いは０度（１８０度）になる。このため１波長ループアンテナから放射される直線偏波と、ダイポールアンテナから放射される直線偏波とを合成しても、円偏波は一切得られない。従って、電極の周回長は、電極の一部（ループ成分）が１波長ループアンテナとして機能する長さであってはならない。

【0088】

発明者が鋭意検討した結果、アンテナが送信または受信する電波の波長を１λとしたとき、電極の周回長を徐々に増やしていくと、電極の周回長が例えば１／５λ以下であれば、電極のループ成分は微小ループアンテナとして機能し、そのドーナツ状の指向性はループ面に対して平行な状態を維持することがわかった。この場合、図６に示したように、微小ループアンテナの指向性と、微小ダイポールアンテナ（ダイポールアンテナ）の指向性との角度の違いはゼロであり、両者の指向性の向きが同じになる。従って、両者の指向性の向きが異なる場合に比べ、円偏波の軸比を改善することや、直線偏波等の必要としない成分が含まれる割合を低減することが可能になるので、アンテナの送信性能や受信性能を高めることができる。

【0089】

また、電極の周回長が１／５λを超えると、ドーナツ状の指向性は徐々に傾き始め、電極の周回長が例えば４／５λ以上になると、電極のループ成分は１波長ループアンテナとして機能し、ドーナツ状の指向性はループ面に対して垂直になる（図２９）。一般的に、微小ループアンテナの定義（条件）は、電極の周回長が１λよりも十分に小さいことと、ドーナツ状の指向性がループ面に対して平行であることの２つである。上述したように電極の周回長が１／５λを超えると、ドーナツ状の指向性はループ面に対して平行でなくなる。従って、電極の周回長が１／５λよりも大きく４／５λ未満の範囲では、電極のループ成分は、ループアンテナとして機能するものの、微小ループアンテナとしては機能していないことになる。

【0090】

また、電極の周回長が上述した範囲内にある場合、電極の周回長が大きくなる程、ループアンテナの指向性とダイポールアンテナの指向性との角度の違いが大きくなる。このように両者の指向性の角度の違いが大きくなると、例えば、円偏波の軸比が悪化したり、直線偏波等の必要としない成分の占める割合が増大する（＝円偏波の占める割合が低下する）。従って、電極の周回長が上述した範囲内にある場合、電極の周回長が大きくなる程、アンテナの送信性能や受信性能が低下することになる。しかしながら、ループアンテナの指向性とダイポールアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない限り、ループアンテナの指向性におけるＥ面と、ダイポールアンテナの指向性におけるＥ面とが交差するから、アンテナから円偏波が放射されることになる。このため電極の周回長が上述した範囲内（１／５λよりも大きく４／５λ未満）にある場合でも、アンテナにおいて円偏波を送信または受信することが可能である。

【0091】

従って、電極の周回長は、微小ループアンテナとして機能する長さ（１／５λ）に限らず、１λより小さく、かつ、電極の一部（ループ成分）が１波長ループアンテナとして機能しない長さであればよい。つまり、電極の周回長は、１λより小さく、かつ、ダイポールアンテナの指向性とループアンテナの指向性との角度の違いが９０度にならない長さであればよい。但し、円偏波の軸比の悪化や、直線偏波等の必要としない成分の割合が増えてしまうこと等を考慮すると、電極の周回長は３／４λ以下にすることが望ましい。

【0092】

［変形例１０］
上述した各実施形態では、便宜上、Ｚ軸方向にある面を上面１０Ａ、その反対方向にある面を下面１０Ｂ、残りの面を側面１０Ｃ〜１０Ｆとしたが、例えば、図１においてＹ軸方向やＸ軸方向にある面を上面としてもよい。つまり、Ｙ軸方向やＸ軸方向が上側であってもよい。このように上面１０Ａ、下面１０Ｂ、側面１０Ｃ〜１０Ｆは、各々の絶対的な位置関係を規定するものではない。

【符号の説明】

【0093】

１〜９，１’，１００，１０１…アンテナ、１０〜１２…誘電体基体、１０Ａ，１１Ａ…上面、１０Ｂ，１１Ｂ…下面、１０Ｃ〜１０Ｆ，１１Ｃ〜１１Ｆ…側面、２０〜２９，２０’，２００…電極、３０，３０’，３１…給電用の開口部、４０〜４５，４０’，４７，４００…スリット、４６…間隙部、ＦＤ１〜ＦＤ６，ＦＤ１’，ＦＤ２’…給電点、ＰＬ１〜ＰＬ３…電極の周回長、Ｌ１，Ｌ５…２つの給電点を結ぶ直線、ＡＬ…電極の軸線、Ｅ_Ｌ，Ｅ_Ｄ，Ｅ_１，Ｅ_２…電界、Ｈ_Ｌ，Ｈ_Ｄ，Ｈ_１，Ｈ_２…磁界、Ｉ…電流、ＳＰ１〜ＳＰ４…スリットの始点、ＥＰ１〜ＥＰ４…スリットの終点、Ｌ２〜Ｌ４，Ｌ６…スリットの始点と終点を結ぶ直線、Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７，Ｅ１１…第１の端部、Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８，Ｅ１２…第２の端部、ＥＬ１〜ＥＬ８，ＥＬ１１，ＥＬ１２，ＥＲ１〜ＥＲ８，ＥＲ１１，ＥＲ１２…端点、Ｗ…幅。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】