特開 2024-100214 広帯域円偏波平面アンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100214

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】広帯域円偏波平面アンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/24 20060101AFI20240719BHJP

   H01Q 21/28 20060101ALI20240719BHJP

   H01Q 19/10 20060101ALI20240719BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20240719BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/24

H01Q21/28

H01Q19/10

H01Q13/08

H01Q1/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023004038

(22)【出願日】2023-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】504205521

【氏名又は名称】国立大学法人 長崎大学

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】藤本 孝文

【テーマコード（参考）】

5J020

5J021

5J045

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J020AA03

5J020BA06

5J020BC03

5J020BC13

5J020CA04

5J020DA01

5J020DA02

5J020DA03

5J020DA07

5J021AA09

5J021AB06

5J021BA01

5J021HA04

5J021JA02

5J021JA06

5J021JA07

5J045AA02

5J045AA05

5J045AA16

5J045AB05

5J045CA04

5J045DA10

5J045GA04

5J045HA03

5J045LA03

5J045NA07

5J046AA04

5J046AA07

5J046AB03

5J046AB13

5J046UA02

(57)【要約】

【課題】一対の送受信アンテナを近接配置した場合でも、目標値に近いアンテナ特性が得られるようにした。
【解決手段】長方形状の誘電体基板２０と、この誘電体基板と対向して配置された反射板６０で構成される。誘電体基板の上面でその左右両端側に、所定間隔を隔てて一対の平面アンテナ素子１０Ａ、１０Ｂが装荷される。平面アンテナ素子は、楕円パッチ導体３０Ａ、３０Ｂと、この楕円パッチ導体に連接して設けられた給電用のストリップ線路４２Ａ、４２Ｂとで構成される。誘電体基板の裏面には、この誘電体基板と近似する形状の接地導体板５０が設けられる。この接地導体板は、一対の平面アンテナ素子と対応した位置に、パッチ導体とその一部が重なる形状をなす一対の対向導体部５０Ａ、５０Ｂと、これら一対の対向導体部を連結する十字形状の連結導体部５０Ｃとで構成される。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

長方形状の誘電体基板と、この誘電体基板と対向して配置された反射板で構成され、
上記誘電体基板の上面でその左右両端側に、所定間隔を隔てて一対の平面アンテナ素子が装荷され、
該平面アンテナ素子は、楕円パッチ導体と、この楕円パッチ導体に連接して設けられた給電用のストリップ線路とで構成され、
上記誘電体基板の裏面には、この誘電体基板と近似する形状の接地導体板が設けられ、
この接地導体板は、上記一対の平面アンテナ素子と対応した位置に、上記楕円パッチ導体とその一部が重なる形状をなす一対の対向導体部と、これら一対の対向導体部を連結する十字形状の連結導体部とで構成された
ことを特徴とする広帯域円偏波平面アンテナ。

【請求項2】

上記楕円パッチ導体は、楕円中心を基準にして傾斜して装荷されると共に、
上記ストリップ線路にはインピーダンス調整用の付加素子が装荷され、
この付加素子は、上記ストリップ線路の上記楕円パッチ導体とは反対側に装荷された
ことを特徴とする請求項１に記載の広帯域円偏波平面アンテナ。

【請求項3】

上記連結導体部は、長方形素子部と、この長方形素子部中央の上下端面よりそれぞれ突出した第１及び第２の矩形素子部とで構成されて、十字形状となされた
ことを特徴とする請求項１に記載の広帯域円偏波平面アンテナ。

【請求項4】

上記連結導体部を構成する長方形素子部と第２の矩形素子部を跨ぐようにスリットが形成された
ことを特徴とする請求項３に記載の広帯域円偏波平面アンテナ。

【請求項5】

上記反射板は、上記誘電体基板と対向して配置される反射板基板の裏面に装荷されると共に、上記誘電体基板の左右方向と同一方向に延びる短冊状素子板が、上記反射板基板の表面上であってその上方端縁に装荷されてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の広帯域円偏波平面アンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は広帯域円偏波平面アンテナに関する。詳しくは、特に７．２５GHz～１０．２５GHz帯のＵＷＢ(Ｕltra Wide Ｂand)ハイバンド無線通信等に用いることができるプリント基板型の広帯域円偏波平面アンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

円偏波はＧＰＳ用の電波、衛星デジタル放送用の衛星電波、ＥＴＣ用などの電波に使用されており、近年、ＷｉＦｉに代表される無線ＬＡＮや、中距離通信や移動体通信等に使用されるＷｉＭＡＸやＵＷＢなどの無線通信に対しても円偏波の利用が拡大してきている。これらの無線通信機器に実装される円偏波アンテナは、薄型・軽量が要求されるため、プリント基板等によって形成される平面アンテナが主流となりつつある。

【0003】

その中でも、広帯域で、円偏波を放射できる平面アンテナとして特許文献１が知られている。これはアンテナ素子として矩形パッチ素子（矩形パッチ導体）ではなく、楕円パッチ素子（楕円パッチ導体）を使用することで、目的の周波数帯域および帯域幅を有しながら円偏波を放射する平面アンテナを実現している。

【0004】

近年、特許文献１に示されているような広帯域特性を有すると共に円偏波を放射する平面アンテナを測距などのレーダーアンテナとして利用する技術が非特許文献１や非特許文献２に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１６/０７６６３８９号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】UWＢハイバンドにおける円偏波用プリント基板型モノポールアンテナに関する研究（映像メディア学会技術報告、２０１９年１月、vol.４３、No２、ｐ９～１２）

【非特許文献2】Printed monopole antenna for circular polarization in UWＢ high band(電気・情報関係学会九州支部連合大会講演論文集、２０１９年９月、ｐ１００）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、広帯域で円偏波を発射する平面アンテナを生体観察用の測距レーダとして活用する理由としては、
（１）電磁波帯としてUWＢバンドを用いると、広い周波数帯域に亘って電力が拡散され電力密度が低くなるため、人体への侵襲性が少ないこと、
（２）レーダ方式の場合、人体から反射する電波の偏波面が一定しないため、確実に測距するには、電波特性が直線偏波ではなく円偏波の方が対象物を正しく捉えられる、
などが挙げられる。

【0008】

さらに、生体観察用アンテナや自動車用アンテナなどの測距レーダでは、小型化が要求されるため、送信用アンテナと受信用アンテナは近接して配置することが望ましく、非特許文献１や非特許文献２のように同一基板上に僅かに離した状態で一対の平面アンテナが装荷されるのが一般的である。

【0009】

加えて、送信アンテナと受信アンテナを備える送受信一体型広帯域円偏波アンテナとしては、以下の特性を有するアンテナであるのが好ましい。
（１）UWＢのハイバンド帯（7.25～10.25GHｚ）において、アンテナ給電点での反射係数（S11およびS22）が-１０ｄＢ以下であること、
（２）アンテナの透過係数（S21およびS12）が-４０ｄＢ以下であること、
（３）天頂方向における円偏波の軸比が３ｄＢ以下であること、
（４）天頂方向における利得が４ｄＢ以上であること、
これらの条件に加えて、送受信アンテナを並列配置したときの全体寸法が小さいことが望ましい。特に、生体用あるいは車載用の測距レーダとして使用する場合には、特に強く望まれる。

【0010】

上述した非特許文献１及び非特許文献２では、指向性が改善されて高利得化とアンテナ間のアイソレーションが改善されているが、未だ十分な推奨特性までには至っていない。例えば、利得が４ｄＢに満たなかったり、ＵＷＢのハイバンド帯（7.25～10.25GHｚ）でSパラメータのうち透過係数S21やS12が目標とする-４０ｄＢより高くなっている。
そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、一対の送受信アンテナを近接配置した場合でも、目標値に近いアンテナ特性が得られるようにした広帯域で円偏波を放射する円偏波平面アンテナを提案するものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述した課題を解決するため、請求項１に記載したこの発明に係る広帯域円偏波平面アンテナは、
長方形状の誘電体基板と、この誘電体基板と対向して配置された反射板で構成され、
上記誘電体基板の上面でその左右両端側に、所定間隔を隔てて一対の平面アンテナ素子が装荷され、
該平面アンテナ素子は、楕円パッチ導体と、この楕円パッチ導体に連接して設けられた給電用のストリップ線路とで構成され、
上記誘電体基板の裏面には、この誘電体基板と近似する形状の接地導体板が設けられ、
この接地導体板は、上記一対の平面アンテナ素子と対応した位置に、上記パッチ導体とその一部が重なる形状をなす一対の対向導体部と、これら一対の対向導体部を連結する十字形状の連結導体部とで構成されたことを特徴とする。

【0012】

請求項２に記載したこの発明に係る広帯域円偏波平面アンテナを構成する上記楕円パッチ導体は、楕円中心を基準にして傾斜して装荷されると共に、上記ストリップ線路の上記楕円パッチ導体とは反対側にインピーダンス調整用の付加素子が装荷されたことを特徴とする。

【0013】

請求項３に記載したこの発明に係る広帯域円偏波平面アンテナにおける連結導体部は、長方形素子部と、この長方形素子部中央の上下端面よりそれぞれ突出した第１及び第２の矩形素子部とを有する十字形状の素子部として構成されたことを特徴とする。

【0014】

請求項４に記載したこの発明に係る広帯域円偏波平面アンテナにおける長方形素子部と第２の矩形素子部を跨ぐようにスリットが形成されたことを特徴とする。

【0015】

請求項５に記載したこの発明に係る広帯域円偏波平面アンテナを構成する反射板は、上記誘電体基板と対向して配置される反射板基板の裏面に装荷されると共に、上記誘電体基板の左右方向と同一方向に延びる短冊状素子板が、上記反射板基板の表面上であってその上方端縁に装荷されてなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

この発明の構成によれば、接地導体板を設けると共に、この接地導体板の中央部に設けた十字状の連結導体部の作用で、ＵＷＢのハイバンド帯でのSパラメータのうち透過係数
S21及びS12が目標とする-４０ｄＢ以下に改善することができた。さらに、ストリップ線路の形状を台形化すると共に、ストリップ線路に付加素子としてインピーダンス整合素子を装荷することによって、ＵＷＢバンド帯での反射係数S11およびS22が目標値の-１０ｄＢ以下となった。

【0017】

さらに、反射板基板に短冊状素子板を装荷することによって、ＵＷＢ帯の全域に亘り軸比と利得を含めた全ての目標値をクリヤすることが可能になった。結果として、この発明は測距用レーダなどの送受信アンテナを装荷したときに要求されるアンテナ特性のほぼ全てを満足した平面アンテナを提供することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】この発明に係る広帯域円偏波平面アンテナの一例を示す平面図である。

【図2】その側面図である。

【図3】平面アンテナ素子を構成する誘電体基板の裏面に設けられる接地導体板の裏面図である。

【図4】平面アンテナ素子単体の詳細を説明するための平面図である。

【図5】その側面図である。

【図6】この発明に係る広帯域円偏波平面アンテナの他の一例を示す平面図である。

【図7】その側面図である。

【図8】Sパラメータのうち、反射係数S11およびS22を示す特性図である。

【図9】Sパラメータのうち、透過係数S21およびS12を示す特性図である。

【図10】軸比特性図である。

【図11】利得特性を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

続いて、この発明に係る広帯域円偏波平面アンテナの一例を説明する。

【実施例0020】

この発明では広帯域で円偏波を放射する平面アンテナを一対用い、一方を送信アンテナ、他方を受信アンテナとする測距レーダなどとして活用できる広帯域円偏波アンテナを実現する。

【0021】

楕円パッチ素子を使用して円偏波を放射できるようにした平面アンテナ単体（平面アンテナ素子）の基本構成をまず説明する。
この広帯域円偏波平面アンテナは、楕円パッチ導体と接地導体板のそれぞれから放射される電界の振幅の大きさが同じであり（条件１）、楕円パッチ導体から放射される電界と接地導体板側から放射される電界の位相が９０°となる（条件２）ように構成されており、これによって広帯域な円偏波特性を実現している。

【0022】

条件１について説明する。楕円パッチ導体からはその長軸方向に沿った方向の向きを持つ電界が発生し、接地導体板からは、その対角線に沿った方向の向きを持つ電界が発生するので、ストリップ線路を含めた楕円パッチ導体の長さと接地導体板の対角線の長さがほぼ一致するように、両者の長さを選定すると、楕円パッチ導体から放射される電界の振幅と、接地導体板から放射される電界の振幅がほぼ一致する。

【0023】

条件２について説明する。楕円パッチ導体の長軸方向と接地導体板の対角線方向とをほぼ直交させることによって、両者から放射される電波はωｔ＝９０°だけずれる。そのため直交する２つの電界の位相は９０°となって、円偏波を発生させることができる。楕円パッチ導体の長軸方向と接地導体板の対角線方向とをほぼ直交させるために、楕円パッチ導体は誘電体基板に対してαだけ傾斜させる。

【0024】

送信用アンテナと受信用アンテナは同一の構成であるので、その一方のみを詳細に説明する。図４は円偏波用プリント基板型モノポールアンテナで構成された広帯域円偏波平面アンテナ１０の一例を示す。図５はその側面図である。

【0025】

この平面アンテナ１０を構成する平面アンテナ素子１０Ａは矩形状の誘電体基板２０（２０A）を有し、その表面２０ａ（図５）に被着形成された（装荷された）パッチ導体３０（３０Ａ）と、このパッチ導体３０に接続されるストリップ線路４２（４２Ａ）および図５に示すように誘電体基板２０の裏面２０ｂに被着形成された接地導体板５０とで構成される。

【0026】

誘電体基板２０は長さがＷで、厚みがｈの矩形基板が使用される。その比誘電率をεrとする。この例では、誘電体基板２０としてプリント基板が使用されている。
パッチ導体３０（３０Ａ）は楕円パッチであり、長軸ｔ１と短軸ｔ２の長さによって楕円の形状が決まる。楕円パッチ導体３０にはストリップ線路４２（４２Ａ）が接続される。ストリップ線路４２はマイクロストリップ線路が使用され、マイクロストリップ線路４２の給電点Sｐを介して送受信信号が給電される。
マイクロストリップ線路４２は台形をした短冊状で、その一部に付加素子としてのインピーダンス整合素子４５（４５Ａ）が接続され、さらにマイクロストリップ線路４２は誘電体基板２０の端縁よりもわずかにs’だけ短くなされている。

【0027】

楕円パッチ導体３０の中心（x0,y0）は、誘電体基板２０の中心点Ｐよりも僅かに右上方（ｘ、ｙ方向）に位置している。長軸t1は、楕円パッチ導体３０の中心(x0,y0）を基準にしてαだけ傾斜している。この例では、α＝４６°の場合を示す。長軸t1は、図４では誘電体基板２０の中心点Ｐを通っているが、必ずしも通らなくてよい。

【0028】

長軸t1の左下端よりも僅かに右側にシフトした楕円パッチ導体３０の周端縁にマイクロストリップ線路４２の端縁が位置するように両者の接続位置関係が選定されている。

【0029】

誘電体基板２０の裏面２０ｂ側には、接地導体板５０が被着形成されるが、この接地導体板５０は表面２０ａに被着形成された楕円パッチ導体３０とは重ならない位置であって、誘電体基板２０よりも小さな面積を覆うように被着形成される。

【0030】

具体的には、接地導体板５０は、誘電体基板２０の１／２程度の面を覆うような面積（Gx×Gｙ）となされ、楕円パッチ導体３０の下側周縁部に対応した接地導体板５０は、楕円パッチ導体３０の下側周縁の真下に位置し、下側周縁部に沿った形状（ほぼＵ字状）の切り込みが形成される。楕円パッチ導体３０側から見たとき下側周縁部とのギャップg1及びg2はほぼゼロになる。

【0031】

マイクロストリップ線路４２への給電は誘電体基板２０の裏面２０ｂ側から行われる。そのため図５に示すようにマイクロストリップ線路４２が形成されている誘電体基板２０には給電点用のスルホールが設けられ、裏面２０ｂ側から給電線７０が取り付けられる。給電線７０としては同軸ケーブルが使用され、その芯線（内部導体）７０ａがマイクロストリップ線路４２に接続され、アース線（外部導体：網線）７０ｂが接地導体板５０に接続される。

【0032】

平面アンテナ素子１０Aの単体が貼着された装荷部２０Ａは図３のようにほぼ矩形状をなし、頂点ｑ１，ｑ２を結ぶ対角線の長さは、ほぼ上述したマイクロストリップ線路４２の長さと楕円パッチ導体３０Ａの長軸ｔ1の長さを合わせた長さとなるように選定される。

【0033】

図４のように楕円パッチ導体３０Ａをαだけ傾け、マイクロストリップ線路４２の位置を、アンテナ中心Ｐから若干左側に離すと共に、楕円パッチ導体３０Ａの中心位置（x0,y0）をアンテナ中心Ｐから上方にずらし、楕円パッチ導体３０Ａの長軸ｔ１が接地導体板５０の対角線とほぼ直交するように、楕円パッチ導体３０Ａに関連した接地導体板５０の大きさを選定することで平面アンテナ素子１０Ａが構成される。図４では長軸ｔ１と接地導体板５０の対角線とのなす角は、図示の関係上直交していない。

【0034】

上述のように平面アンテナ素子１０Ａ単体の各寸法等を設定することにより、楕円パッチ導体３０と接地導体板５０のそれぞれから放射される電界の振幅の大きさが同じとなる（条件１）を満足し、また楕円パッチ導体３０から放射される電界と接地導体板５０側から放射される電界の位相が９０°となる（条件２）を満足することになる。
その結果、楕円パッチ導体３０Aと接地導体板５０には反時計方向に回転する電流が流れるようになるので、楕円パッチ導体３０Aおよび楕円パッチ導体３０Aに沿った切り込みを設けた接地導体板５０を使用することで、広帯域でかつ右回旋の円偏波の電波を放射する平面アンテナを実現できる。
この発明は上述の平面アンテナ素子１０A単体の基本構成を踏襲して、近接配置された平面アンテナ素子の一方を送信アンテナとして、他方を受信アンテナとして使用したときのアンテナ特性の改善を図る。

【0035】

図１はこの発明に係る広帯域円偏波平面アンテナ１０を測距レーダとして使用したときの平面図であり、図２は図１の下面側から見た側面図であり、図３は図１の裏面図である。
まず、平面アンテナ素子１０Ａ、１０Bの長軸側下端に接続されるマイクロストリップ線路４２（４２Ａ,４２Ｂ）を台形状とし、さらにマイクロストリップ線路４２の上方端縁に付加素子としてのインピーダンス整合素子４５（４５Ａ、４５Ｂ）が装荷される。
このマイクロストリップ線路４２とインピーダンス整合素子４５は共に、反射係数S11（＝S22）を改善するために装荷されたものであり、諸種の実験によって、マイクロストリップ線路４２を台形化すると共に、平面アンテナ素子１０Ａ、１０Ｂを線路インピーダンスにマッチングさせるため、付加素子４5を楕円パッチ導体３０とは反対側にβだけ傾斜させてマイクロストリップ線路４２に装荷する。

【0036】

付加素子４5はインピーダンス整合素子として機能し、インピーダンスのマッチングが図れることによって、反射係数S11（＝S22）が改善できることが判明した。この例では傾斜角β＝５０°の場合を示す。
なお、付加素子４５を楕円パッチ導体３０と同じ側に装荷すると、付加素子４５と楕円パッチ導体３０との距離が短くなり、付加素子４５上の電流と楕円パッチ導体３０上の電流との相互影響が大きくなると考えられる。相互影響が大きくなると、円偏波の軸比等に悪影響を及ぼす。相互影響を少なくするため付加素子４５は図のように楕円パッチ導体３０とは反対側に装荷されることになる。マイクロストリップ線路４２やインピーダンス整合素子４５のサイズなどは一例である。

【0037】

このような構成を採る平面アンテナ素子１０Ａ、１０Ｂは、図１に示すような誘電体基板２０上に装荷される。誘電体基板２０はほぼ長方形状であり、その中央上方側（y方向）に形成された切り込み部と下方側の突出部とによって左右に仕切られた両端が、それぞれ平面アンテナ素子１０Ａ、１０Ｂの装荷部２０Ａ、２０Ｂとして用いられる。中央より左右に折り曲げると一対の平面アンテナ素子１０Ａ、１０Ｂが重なるように相互の位置関係が選定されている。

【0038】

誘電体基板２０の裏面２０ｂ側に、これと対向して、金属製の反射板６０が反射板基板６２の裏面に取り付けられる。この反射板６０は図１および図２から明らかなように誘電体基板２０を十分にカバーする大きさの平板である。反射板６０は天頂方向（ｚ方向）の利得を改善するために設けられている。

【0039】

図３は誘電体基板２０の裏面２０ｂに形成された接地導体板５０の一例を示す。接地導体板５０は誘電体基板２０とほぼ同じような形状の一枚構成の板体であって、左右一対の対向導体部５０Ａ、５０Ｂと、これらを連結するための連結導体部５０Ｃとで構成され、一対の対向導体部５０Ａ、５０Ｂは装荷部２０Ａ、２０Ｂに対応した位置に設けられる。
対向導体部５０Ａ、５０Ｂは楕円パッチ導体３０A、３０Bの下端部（１/３程度）をカバーする程度の大きさを有すると共に、楕円パッチ導体３０A、３０Ｂの下部周縁とは重ならないようにくり抜かれている。したがって、楕円パッチ導体３０Ａ、３０Ｂの周縁と同じ曲面を有するも対向導体部５０Ａ、５０Ｂとのギャップｇ1、ｇ2(図４)はほぼゼロである。

【0040】

接地導体板５０のほぼ中央部に位置する連結導体部５０Ｃは、ｘ方向に延びる長方形素子部５５Ａと、その中央部の上下に設けられた第１及び第２の矩形素子部５５Ｂ,５５Ｃとで構成され、全体として十字形の連結板となっている。長方形素子部５５Ａの中央には、第２の矩形素子部５５Ｃに跨るように縦長に伸びるスリット５７が形成されている。
図１に示す平面アンテナ１０Ａ、１０Ｂから放射される電波の方向は、図１のz方向（天頂方向）であるが、z方向へ放射される電界はｘ方向成分がy方向成分より弱い。スリット５７を装荷することにより、スリット５７の上下エッジ部にｘ（横）方向に流れる電流が強く生じ、この電流によりｘ方向の電界が放射され、ｘ方向とｙ方向の電界の大きさの差が小さくなる。このため、軸比が改善され、利得が増加する。

【0041】

十字形状でスリット５７を有する連結導体部５０Ｃは、アンテナ特性のうち特に透過係数S21（S12）や反射係数S11（S22）を改善するために設けられている。これは一対の平面アンテナ素子１０Ａ、１０Ｂを近接配置することに伴って発生するアイソレーション等の劣化を防止するためである。

【0042】

(実施例２)
図６は他の実施例である。この実施例２では、図７に示すように反射板基板６２の上面であって、その上方（ｙ方向）端面側に、左右（ｘ方向）に延びる帯状で金属製の短冊状素子板６５が装荷される。短冊状素子板６５は、後述するように特に、図１のように構成することによって発生する軸比特性と利得特性を改善するために設けられている。
続いてこの発明に係る広帯域円偏波平面アンテナ１０の諸特性について説明する。まず、実施例１と実施例２を含めた円偏波平面アンテナ１０の諸元（パラメータ）についてその一例を説明する。

【0043】

＜諸元例＞
誘電体基板２０の長さ（縦、横とも）Ｗ・・・１８．５２５ｍｍ
誘電体基板２０の厚みｈ・・・・・・１．６ｍｍ
誘電体基板２０の比誘電率εr・・・３．３
楕円パッチ導体３０の長軸t1・・・６．４６ｍｍ
楕円パッチ導体３０の短軸t2・・・２．４７ｍｍ
楕円パッチ導体３０の傾きα・・・４６°
マイクロストリップ線路４２の台形の幅・・・３．２ｍｍ
対向導体部５０Ａ、５０Ｂの頂点ｑ1からｘ方向の長さGｘ・・・１７．８１ｍｍ
対向導体部５０Ａ、５０Ｂの頂点ｑ1からｙ方向の長さGｙ・・・１０．６４ｍｍ
対向導体部５０Ａ、５０Ｂの楕円中心までのｘ方向の長さｘ０・・・１５．１８ｍｍ
対向導体部５０Ａ、５０Ｂの楕円中心までのｙ方向の長さｙ０・・・１２．４６ｍｍ
ギャップｇ１・・・０ｍｍ
ギャップｇ２・・・０ｍｍ
給電点Sｐまでのｘ方向の長さＳ_Ｘ・・・９．２ｍｍ
給電点Sｐまでのｙ方向の長さＳ_Ｙ・・・１．５ｍｍ
対向導体部５０Ａ、５０Ｂの下端縁からのマイクロストリップ線路端縁４２Ａ,４２Ｂ までの長さｓ’・・・０．６３ｍｍ
インピーダンス整合素子４５Ａ、４５Ｂの長さsx・・・３．０ｍｍ
インピーダンス整合素子４５Ａ、４５Ｂの幅・・・０．５ｍｍ
インピーダンス整合素子４５Ａ、４５Ｂのy軸からの傾きβ・・・５０°
長方形素子部５５Ａの長さａ・・・２３．２７５ｍｍ
長方形素子部５５Ａの幅ｇｈ・・・４．３ｍｍ
第１の矩形素子部５５Ｂの幅ｄｘ・・・６．３７５ｍｍ
第１の矩形素子部５５Ｂの長さｄｙ・・・６．５７５ｍｍ
第２の矩形素子部５５Ｃの幅ｐｘ・・・９．３７５ｍｍ
第２の矩形素子部５５Ｃの長さｐｙ・・・４．０ｍｍ
スリット５７の幅Sｌｘ・・・３．０ｍｍ
スリット５７の長さSｌｙ・・・６．８ｍｍ
誘電体基板２０と反射板基板６２との間隔ｂ・・・８ｍｍ

【0044】

続いてこの発明に係る広帯域円偏波平面アンテナ１０の諸特性について説明する。
図８は透過係数S21とS12の特性曲線図である。非特許文献１などでは曲線Sａ（鎖線図示）に示すようにＵＷＢハイバンド帯（7.25～10.25ＧＨｚ）では、目標とする-４０dBを上回ってしまう傾向が強い。

【0045】

これに対し接地導体板５０の中央にスロット付きで十字形の連結導体部５０Ｃを設けた場合には、曲線Sb（破線図示）のようにＵＷＢ帯の全域に亘って-４０dBを下回る特性が得られた。これは、スロット付き十字形の連結導体部５０Ｃを装荷したことによる効果であって、透過係数S21及びS12が共に改善されていることが判る。

【0046】

図９は反射係数S11及びS22を示す曲線図である。非特許文献１などでは曲線Sc（鎖線図示）のようにほぼ目標値である-１０dB以下の特性が得られる。一方前記のように、スロット付き十字形の連結導体部５０Ｃを装荷すると、反射係数S11及びS22が劣化した。そこで、マイクロストリップ線路４２の形状を台形状に変更し、さらにこのマイクロストリップ線路４２にインピーダンス調整用としての付加素子４５を楕円パッチ導体３０とは反対側に装荷した。
その結果、図９曲線Sd（破線図示）のような反射係数S11及びS22が得られた。これによれば、目標となる-１０dB以下を満足する値であることが判る。

【0047】

図１０は軸比特性を示す。非特許文献１などでは接地導体板５０に設けられた連結導体部５０Ｃを、その中央に凸部を有する長方形素子で装荷しているが、このときの軸比特性は曲線Se（鎖線図示）のようにＵＷＢの使用帯域内では十分な軸比特性となっている。
連結導体部５０Ｃとして十字形に変更した場合には、曲線Sf（破線図示）のように、7.25～7.5ＧＨｚ付近で３dB以上になり、目標値を僅かに超えてしまう。これは、連結導体部５０Cを凸型から十字形に変更すると、ｘ軸方向の電界強度が変化し、ｙ軸方向との電界強度の差が大きくなるためである。

【0048】

そこで、実施例２では十字状の連結導体部５０Ｃに変更すると共に、図６のように短冊状素子板６５を装荷した結果、図１０曲線Sg（実線図示）のように、目標値（３dB以下）を満足する軸比特性が得られるようになり、全帯域（7.25～10.25ＧＨｚ）内で目標値を満足する特性が得られた。

【0049】

図１１は利得特性を示す。非特許文献１などでは、特に天頂方向（ｚ方向）の利得特性を向上させるために、反射板６０を設けることで曲線Sh（鎖線図示）のように利得特性が４dB以上に改善する。実施例１のように十字状の連結導体部５０Ｃに変更すると、曲線Ｓi（破線図示）のようにＵＷＢのハイバンド帯のうち特に高周波側（10.2～10.25ＧＨｚ）で４dBを下回ってしまう結果となった。
そこで、実施例２では反射板６０の上方端面に、長手方向（ｘ方向）に延びる短冊状素子板６５を装荷したもので、これによって曲線Sj（実線図示）のように高周波側でも４dB以上の目標値を確保できるようになった。
実施例２のように短冊状素子板６５を装荷したときのその他のアンテナ特性についてさらに検証を行った。透過係数S21、S12については図８曲線Sk（実線図示）のように、実施例１のときの特性（曲線Sｂ）と何ら遜色なく、むしろハイバンド帯の低周波側で改善することが判明した。

【0050】

同様に、反射係数S11,S22にあっては、図９曲線Sl（実線図示）のように短冊状素子板６５の装荷による影響は殆ど見られないことが確認された。
なお、図１に示す平面アンテナ１０Ａ、１０Ｂから放射される電波の方向は、図１のz方向（天頂方向）であるが、z方向へ放射される電界はｘ方向成分がy方向成分より弱い。図６のようにｘ方向と並行に短冊状素子板６５を装荷すると、この短冊状素子板６５に誘起される電流によってｘ方向の電界が放射され、ｘ方向とｙ方向の電界の大きさの差が小さくなる。このため、軸比が改善され、利得が増加する。

【0051】

このように楕円型の平面モノポールアンテナを使用したこの発明に係る広帯域円偏波平面アンテナ１０によれば、誘電体基板２０としてプリント基板を使用した楕円型モノポールアンテナであるので、平面アンテナの製作が容易であると共に、薄型化および軽量化を実現できるので、アンテナ設置が簡単となり、携帯性にも優れている。加えて、アンテナ特性として動作周波数帯域幅は８８．４％を達成できるので、広帯域アンテナを実現できると共に、天頂方向の放射指向特性も一様な利得特性が得られるため、アンテナの向きを考慮することなく使用できる。

【0052】

また動作周波数帯は、広帯域円偏波平面アンテナ１０の諸元（パラメータ）を変化させることにより、任意に設定することができる。そのため、この発明に係る広帯域円偏波平面アンテナ１０は、レーダ用アンテナを始めとして自動車衝突防止のためのレーダ用アンテナ、生体観察用アンテナ、ＥＴＣ用アンテナ、衛星用アンテナなどに適用できると共に、本発明に係るモノポールアンテナを使用したこれら広帯域円偏波平面アンテナと送信回路および受信回路もしくはその一方を搭載したアンテナ装置に適用できる。

【0053】

図１では楕円パッチ導体３０を誘電体基板２０の直交軸に対して右側にαだけ傾けた実施例を説明したが、これとは逆に楕円パッチ導体３０を誘電体基板２０の直交軸に対して左側にαだけ傾けてもよい。この場合には、接地導体板５０も逆向きとなり、図１を裏返した形状となる。

【産業上の利用可能性】

【0054】

この発明は、アンテナの向きを考慮する必要性がないので、レーダ用アンテナや自動車衝突防止用レーダ、衛星用を始めとして、生体観察や治療用などのアンテナ（広帯域円偏波平面アンテナ）およびこの広帯域円偏波平面アンテナを搭載したアンテナ装置に適用して効果がある。

【符号の説明】

【0055】

１０・・・広帯域円偏波平面アンテナ
１０Ａ、１０Ｂ・・・平面アンテナ素子
２０・・・誘電体基板
２０Ａ、２０Ｂ・・・装荷部
３０（３０Ａ、３０Ｂ）・・・パッチ導体
４２（４２Ａ、４２Ｂ）・・・マイクロストリップ線路
Sｐ・・・給電点
４５（４５Ａ、４５Ｂ）・・・付加素子としてインピーダンス整合素子
５０・・・接地導体板
５０Ａ、５０Ｂ…対向導体部
５０Ｃ・・・十字状の連結導体部
５５Ａ・・・長方形素子部
５５Ｂ・・・第１の矩形素子部
５５Ｃ・・・第２の矩形素子部
６０・・・反射板
６５・・・短冊状素子板
７０・・・同軸ケーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】