スロットボウタイアンテナ
【課題】薄型で単向性を実現することができ、不平衡線路で給電できる広帯域な円偏波アンテナを提供する。
【解決手段】クロススロットボウタイアンテナ１１は、ループ導体２と、スロット導体４と、グランド導体３と、を備えている。ループ導体２は、一端と他端とを近接させてループ状に形成される。スロット導体４は、ループ導体２との間に誘電層を挟み、当該ループ導体２と略平行に配置される。グランド導体３は、ループ導体２から見てスロット導体４が配置されている側と反対側に配置される。また、スロット導体４には、複数の三角形が頂点を突き合わせて放射状に配置された形状のボウタイスロット４ａがループ導体２と対向する位置に形成される。そして、ループ導体２とグランド導体３とはマイクロストリップラインを構成している。
【解決手段】クロススロットボウタイアンテナ１１は、ループ導体２と、スロット導体４と、グランド導体３と、を備えている。ループ導体２は、一端と他端とを近接させてループ状に形成される。スロット導体４は、ループ導体２との間に誘電層を挟み、当該ループ導体２と略平行に配置される。グランド導体３は、ループ導体２から見てスロット導体４が配置されている側と反対側に配置される。また、スロット導体４には、複数の三角形が頂点を突き合わせて放射状に配置された形状のボウタイスロット４ａがループ導体２と対向する位置に形成される。そして、ループ導体２とグランド導体３とはマイクロストリップラインを構成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロット型のボウタイアンテナの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５（ａ）に、公知のボウタイアンテナの模式的な形状を示す。この図１５（ａ）に示すボウタイアンテナ９０は、二等辺三角形状に形成された放射導体９１の対を有し、図のように蝶ネクタイ（ｂｏｗ ｔｉｅ）状に構成されている。ボウタイアンテナ９０は公知のバイコニカルアンテナを平面化したものと考えることができ、広帯域特性を持つことが特徴である。給電には平衡型線路が用いられ、前記２つの三角形の頂点の間が給電点とされている。また、このボウタイアンテナ９０の指向性は双方向性である。
【０００３】
上記のように、ボウタイアンテナは平衡型の給電を要する。このため、同軸線路やマイクロストリップ線路などの不平衡型線路で給電するためには、変換器であるバランが必要となり、給電系が複雑になってしまう。この点、特許文献１から３は、無給電素子を用いることにより、バランを設けなくても不平衡線路と直接的に接続することができるスロット型ボウタイアンテナを開示する。このスロット型のボウタイアンテナは、図１５（ａ）に示す通常のボウタイアンテナと同様に、広帯域性を有し、双方向性であるという特徴がある。
【特許文献１】特開２００３−７８３４５号公報
【特許文献２】特開２００３−８７０５０号公報
【特許文献３】特開２００４−２８９５９２号公報
【０００４】
一方、図１５（ｂ）に示すような、キャビティ（空洞）付きクロススロットアンテナも知られている。図に示すクロススロットアンテナ９３においては、直交する２本のスロット９４が形成されており、２本のスロットの長さに長短をつけることで一点給電による円偏波発生が可能である。更に、給電点９５の位置を変えることにより、右旋円偏波と左旋円偏波の発生が可能となっている。また、スロット９４の背面にキャビティ９６を設けているため、背面輻射を抑えて指向性を単向性とすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、特許文献１から３の構成のスロット型ボウタイアンテナの方向性は双方向性である。このため、これを単方向性にするには放射導体から１／４波長の位置に反射板を設ける必要があり、薄型化が困難であった。更に、特許文献１から３までのスロット型ボウタイアンテナは広帯域性は有するものの、円偏波を発生させることができない。
【０００６】
一方、図１５（ａ）に示す従来のボウタイアンテナを直交するように２本配置し、当該２本のボウタイアンテナへの給電位相差が９０度となるように構成することで、円偏波を発生させることも可能である。しかしこの場合、９０度位相差を与えるために給電系が更に複雑になってしまう。また、上記特許文献１から３までの場合と同様に、背面輻射を抑えるために放射導体から１／４波長の位置に反射板を設ける必要があるため薄型化が困難である。
【０００７】
この点、図１５（ｂ）に示したキャビティ付きのクロススロットアンテナは、単向性を実現するための反射板が必要ないので薄型に構成することができ、しかも円偏波を発生させることができる。しかし、一点給電式であるため円偏波帯域が狭くなってしまっていた。
【０００８】
本願発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、薄型で単向性を実現することができ、不平衡線路で給電できる広帯域な円偏波アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１０】
本発明の観点によれば、以下の構成のスロットボウタイアンテナが提供される。即ち、このスロットボウタイアンテナは、ループ導体と、スロット導体と、グランド導体と、を備える。前記ループ導体は、一端と他端とを近接させてループ状に形成される。前記スロット導体は、前記ループ導体との間に誘電層を挟み、当該ループ導体と略平行に配置される。前記グランド導体は、前記ループ導体から見て前記スロット導体が配置されている側と反対側に配置される。また、前記スロット導体には、複数の三角形が頂点を突き合わせて放射状に配置された形状のボウタイスロットが前記ループ導体と対向する位置に形成される。そして、前記ループ導体と前記グランド導体とはマイクロストリップラインを構成している。
【００１１】
以上の構成で、ループ導体とグランド導体とが構成するマイクロストリップラインに電磁波を伝達させることにより、電磁結合を介して、スロット導体に対して給電することができる。従って、例えば給電の際にバランなどの平衡−不平衡変換器が不要となり、給電系を非常に簡略に構成することができる。更に、三角形状のスロットから放射することにより、ボウタイアンテナの特徴である広帯域性を確保することができる。また、別途反射板を設けなくてもグランド導体によって背面輻射を抑圧できるので、コンパクトな単向性アンテナを構成することができる。
【００１２】
前記のスロットボウタイアンテナにおいては、前記ループ導体は、一端が給電部に接続され、他端は整合終端部に接続されるとともに、当該ループ導体のループの１周の長さが概ね１波長であることが好ましい。なお、「ループの１周の長さが概ね１波長」とは、電気的に見たときのループの１周の長さが概ね１波長であることをいう。
【００１３】
これにより、ループ導体に対して給電することによって、当該ループ導体から電磁結合を介してスロット導体の各部に給電位相差を与えつつ給電することができる。従って、円偏波を発生させることができるとともに、ボウタイアンテナの広帯域性を維持しつつ１点給電による給電を実現することができる。また、放射に寄与しなかった余剰電力を整合終端部によって吸収することができる。
【００１４】
前記のスロットボウタイアンテナにおいては、前記ボウタイスロットは、４つの二等辺三角形が、頂角を突き合わせるようにして略十字型に配置された形状に形成されていることが好ましい。
【００１５】
これにより、スロット導体の４つの二等辺三角形に対応する部分に対して、約９０度の給電位相差をループ導体から与え、良好に円偏波を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るスロットボウタイアンテナとしてのクロススロットボウタイアンテナ１１の外観斜視図である。図２はクロススロットボウタイアンテナ１１の平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面矢視図である。
【００１７】
図１から図３に示す本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１は、ループ導体２と、グランド導体３と、スロット導体４と、を主に備えている。
【００１８】
ループ導体２は一定の厚みを有する扁平な金属部材として構成されている。また、ループ導体２はその一端と他端を近接させて略Ｃ字形（一部を切り欠いた円形）のループ状に形成されるとともに、当該ループの線幅が一定となるように構成されている。ループ導体２の下側には、前記Ｃ字形（ループ形状）を含む平面と平行になるように平板状のグランド導体３が配置されている。図３に示すように、ループ導体２とグランド導体３との間には空隙（空気）からなる誘電層８が形成されている。以上の構成で、ループ導体２及びグランド導体３によってマイクロストリップラインが形成されている。
【００１９】
また、ループ導体２の上側（ループ導体２から見て前記グランド導体３の反対側）には、空隙からなる誘電層９を挟み、当該ループ導体２のＣ字形ループを含む平面と平行になるように平板状のスロット導体４が配置されている。そして、このスロット導体４の一部が切り抜いたように構成され、ボウタイ状のスロット（ボウタイスロット４ａ）が形成されている。具体的には、このボウタイスロット４ａは、図２に示すように複数の三角形が頂点を突き合わせるように放射状に配置された形状（より具体的には、４つの二等辺三角形が９０度間隔で略十字形状に配置され、各二等辺三角形の頂角を突き合わせたような形状）に形成されている。また、ボウタイスロット４ａは、前記十字形の中心部（前記二等辺三角形の頂角を突き合わせた位置）がループ導体２のループの中心位置と対応する位置になるように形成されており、これによりボウタイスロット４ａとループ導体２とが向き合うように構成されている。
【００２０】
このようにボウタイスロット４ａが２つのスロット型ボウタイアンテナが直交したように配置された形状に形成されているので、このクロススロットボウタイアンテナ１１は、ボウタイアンテナが有する広帯域性という特徴を備えている。また、マイクロストリップラインが備えるグランド導体３によって背面輻射が抑えられるため、反射板を備えることなく単向性を実現することができる。
【００２１】
また、スロット導体４の４辺と、グランド導体３の４辺と、の間には、側面導体５が配置されている。そして、スロット導体４とグランド導体３の４つの各辺は、前記側面導体５によって接続されることにより短絡されている。これにより、スロット導体４、グランド導体３及び側面導体５によって、図のように直方体状の空洞（キャビティ）が形成されている。そして、この空洞の内側にループ導体２が配置された構成となっている。
【００２２】
次に、ループ導体２及びボウタイスロット４ａに対して給電するための構成について説明する。前記ループ導体２の一端には第１接続部２ａが形成され、他端には第２接続部２ｂが形成されている。また、図３に示すように、前記グランド導体３の裏側（ループ導体２が配置されている側と反対の面）には、給電ポート（給電部）６と整合終端ポート（整合終端部）７が配置されている。
【００２３】
前記給電ポート６及び整合終端ポート７は公知の同軸ケーブルとして構成されており、給電ポート６は図略の給電装置に、整合終端ポート７は図略の整合負荷に、それぞれ接続されている。この整合負荷は、放射に寄与しなかった過剰電力を吸収するためのものである。前記給電ポート６の同軸ケーブルは、中心導体６ａと、当該中心導体６ａの周囲に同軸状に配置される同軸外導体６ｂと、中心導体と同軸外導体の間に配置される図略の絶縁体と、を備えている。また、整合終端ポート７の同軸ケーブルも同様に、中心導体７ａと、同軸外導体７ｂと、図略の絶縁体と、を備えている。
【００２４】
グランド導体３の前記第１接続部２ａ及び第２接続部２ｂに対応する位置には、図略の挿通孔が形成されている。そして、給電ポート６の中心導体６ａ及び整合終端ポート７の中心導体７ａは、グランド導体３の裏面から表面（ループ導体２が配置されている側の面）に前記挿通孔を介して通され、中心導体６ａは第１接続部２ａに、中心導体７ａは第２接続部２ｂに、それぞれ電気的に接続されている。なお、中心導体６ａ及び７ａは、前記挿通孔を非接触で通過しており、グランド導体３に対しては非接続であるように構成されている。
【００２５】
また、給電ポート６の同軸外導体６ｂ及び整合終端ポート７の同軸外導体７ｂは、それぞれグランド導体３と電気的に接続されている。
【００２６】
以上の構成で、前記給電装置によって高周波電流を供給することにより、ループ導体２に進行波を伝播させることができる。また、ループ導体２とグランド導体３は前述のようにマイクロストリップラインを構成しており、ループ導体２からスロット導体４に対して電磁結合を介した給電を行うことができる。そして、ループ導体２のループ１周の電気的な長さを波長とほぼ一致させることにより、ボウタイスロット４ａを構成している４つの二等辺三角形のそれぞれに対応する位置での給電位相が約９０度ずつシフトするように給電することができる。
【００２７】
従って、ループ導体２に対して給電することにより、ボウタイスロット４ａを構成する４つの二等辺三角形に対して誘電層９を介した電磁結合によって９０度位相差を与えるようにして給電し、スロット導体４によって円偏波を発生させることができるのである。
【００２８】
次に、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の構成を更に具体的に説明する。この実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１は、５．８ＧＨｚ帯の右旋円偏波スロットボウタイアンテナとして構成されたものである。なお、以下で説明するクロススロットボウタイアンテナ１１の寸法、形状などは、使用する帯域に応じて適宜変更可能であることは勿論である。
【００２９】
以下、主に図２を参照して説明する。ループ導体２は、一定の厚みを有し、当該ループ導体２が構成するＣ字形ループの直径方向の線幅Ｗ１が４ｍｍで一定の円弧形状（Ｃ字形）となるように形成されている。前記Ｃ字の内径Ｄ１は１３ｍｍ、外径Ｄ２は２１ｍｍである。
【００３０】
グランド導体３及びスロット導体４は、縦幅Ｌ１及び横幅Ｌ２を何れも２８ｍｍとしている。また、誘電層９の大きさ（図３で示す高さｈ１）は２ｍｍ、誘電層８の大きさ（図３で示す高さｈ２）は１ｍｍとしている。
【００３１】
スロット導体４に形成されたボウタイスロット４ａは、４つの二等辺三角形それぞれが、底辺の長さＬ３が９．５ｍｍ、高さＬ４が１１．５ｍｍとなるように形成されている。
【００３２】
以上のように構成することで、ループ導体２の１周の電気的な長さが概ね５．８ＧＨｚ帯の１波長分とされる。これにより、ループ導体２から誘電層９を介して電磁結合を利用してボウタイスロット４ａに給電することで、前記ボウタイスロット４ａを構成する４つの二等辺三角形に９０度位相差を与え、円偏波を発生させることができる。
【００３３】
次に、図４から図７を参照して、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１を用いた場合の特性について説明する。
【００３４】
図４は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の天頂方向の軸比周波数特性のシミュレーション結果を表したグラフである。グラフの縦軸は円偏波の長軸と短軸の軸比であり、長軸の長さと短軸の長さが一致する完全円偏波の軸比が０ｄＢである。また一般に、円偏波アンテナとして良好な特性を得ることができる軸比は３ｄＢ以下とされる。図４に示すように、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の最適軸比は０．１ｄＢであり、極めて良好である。また、軸比３ｄＢ以下となる帯域幅は比帯域で４０％であり、広帯域円偏波特性が得られていることが分かる。
【００３５】
図５は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の５．８ＧＨｚにおける右旋円偏波（主偏波）成分と左旋円偏波（直交偏波）成分の指向特性のシミュレーション結果を示したグラフである。円偏波を発生するように構成されたボウタイアンテナにおいては、天頂方向に主偏波成分、背面方向に直交偏波成分が同程度の強度で輻射されるため、指向特性を単向性とするためには反射板が必要であった。この点、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１では、図５に示すように、右旋円偏波成分の天頂方向（図中の０°方向）への輻射に比べて、左旋円偏波成分の背面方向（図中の−１８０°方向）への輻射は約１１．２ｄＢ小さくなっている。従って、反射板を設けなくても背面輻射を良好に抑圧することができている。
【００３６】
図６は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の入力インピーダンス（ＶＳＷＲ：電圧定在波比）特性のシミュレーション結果を示したグラフである。縦軸はＶＳＷＲであり、一般的にＶＳＷＲは２以下が実用範囲とされる。本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１は、給電系が整合のとれたマイクロストリップラインで構成されているため、非常に広帯域にわたって良好な特性が得られている（ＶＳＷＲが２以下の帯域幅が比帯域で５０%以上）。
【００３７】
図７は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の利得周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフである。縦軸は天頂方向における利得（単位：ｄＢｉ）を表している。図に示すように、右旋円偏波（主偏波）成分の利得ピークから３ｄＢ下がった帯域幅は、比帯域で３３％と非常に広帯域である。
【００３８】
次に、図８から図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係るスロットボウタイアンテナとしてのクロススロットボウタイアンテナ１２の外観斜視図である。図９はクロススロットボウタイアンテナ１２の平面図、図１０はクロススロットボウタイアンテナ１２の側面図である。なお、以降の説明において、上記の第１実施形態と同一又は類似の構成については、図面に同一の符号を付して説明を省略することがある。
【００３９】
本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２は、第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１から側面導体を取り除くとともに、ループ導体２、グランド導体３及びスロット導体４を誘電体基板上に構成したものである。
【００４０】
図８等に示すように、クロススロットボウタイアンテナ１２は第１誘電体基板２１と第２誘電体基板２２を備えており、前記第１誘電体基板２１と第２誘電体基板２２とは平行になるように配置されている。
【００４１】
第１誘電体基板２１の表面（第２誘電体基板２２とは反対側を向く面）には、スロット導体４が形成されている。このスロット導体４には、第１実施形態と同様に、ボウタイスロット４ａが形成されている。なお、スロットが形成されているのはスロット導体４のみであって、第１誘電体基板２１そのものにはスロットは形成されていない。
【００４２】
第２誘電体基板２２の表面（第１誘電体基板２１の方を向く面）には、ループ導体２が形成されている。また、図１０に示すように、第２誘電体基板２２の裏面（ループ導体２が形成されている面とは反対側の面）には、グランド導体３が形成されている。以上の構成で、ループ導体２とグランド導体３とによって、マイクロストリップラインが構成されている。
【００４３】
また、図１０に示すように、第１誘電体基板２１と第２誘電体基板２２との間には空隙２３が設けられている。即ち、第１実施形態における空隙による誘電層９の代わりに、空隙２３と第１誘電体基板２１とによってループ導体２とスロット導体４と間に誘電層が構成されている。
【００４４】
また、第２誘電体基板２２の裏面側には、給電ポート６及び整合終端ポート７が配置されている。そして、第２誘電体基板２２及びグランド導体３には、ループ導体２の第１接続部２ａ及び第２接続部２ｂに対応する位置に図略の挿通孔が形成されている。これにより、中心導体６ａを第２誘電体基板２２の裏面から表面に通して、第１接続部２ａに接続することができる。同様に、中心導体７ａを第２誘電体基板２２の裏面から表面に通して、第２接続部２ｂに接続することができる。
【００４５】
次に、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の構成を更に具体的に説明する。この実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２は、５．８ＧＨｚ帯の右旋円偏波スロットボウタイアンテナとして構成されたものである。なお、以下で説明するクロススロットボウタイアンテナ１２の寸法、形状などは、使用する帯域に応じて適宜変更可能であることは勿論である。
【００４６】
以下、主に図９を参照して説明する。ループ導体２は、一定の厚みを有し、当該ループ導体２が構成するＣ字形ループの直径方向の線幅Ｗ２が１．２ｍｍで一定の円弧形状（Ｃ字形）となるように形成されている。前記Ｃ字の内径Ｄ３は８ｍｍ、外径Ｄ４は１０．４ｍｍである。
【００４７】
第１誘電体基板２１及び第２誘電体基板２２は、縦幅Ｌ５及び横幅Ｌ６を何れも２８ｍｍとしている。また、図１０に示す第１誘電体基板２１の厚さｔ１は１ｍｍ、第２誘電体基板２２の厚さｔ２は０．６ｍｍであり、第１誘電体基板２１と第２誘電体基板との間の空隙２３の大きさ（図１０で示す高さｈ３）は０．５ｍｍである。
【００４８】
また、スロット導体４は、縦幅Ｌ７及び横幅Ｌ８を何れも２５ｍｍとしている。スロット導体４に形成されたボウタイスロット４ａは、４つの二等辺三角形それぞれが、底辺の長さＬ９が８．７ｍｍ、高さＬ１０が１０．５ｍｍとなるように形成されている。
【００４９】
次に、図１１から図１４を参照して、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１を用いた場合の特性について説明する。
【００５０】
図１１は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の天頂方向の軸比周波数特性のシミュレーション結果を表したグラフである。グラフの縦軸は円偏波の長軸と短軸の軸比である。図１１に示すように、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の最適軸比は０．６ｄＢであり、良好である。また、軸比３ｄＢ以下となる帯域幅は比帯域で４０％であり、広帯域円偏波特性が得られていることが分かる。
【００５１】
図１２は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の５．８ＧＨｚにおける右旋円偏波（主偏波）成分と左旋円偏波（直交偏波）成分の指向特性のシミュレーション結果を示したグラフである。図に示すように、右旋円偏波成分の天頂方向（図中の０°方向）への輻射に比べて、左旋円偏波成分の背面方向（図中の−１８０°方向）への輻射は約１７．２ｄＢ小さくなっている。従って、反射板を設けなくても背面輻射を良好に抑圧することができている。
【００５２】
図１３は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の入力インピーダンス（ＶＳＷＲ：電圧定在波比）特性のシミュレーション結果を示したグラフである。縦軸はＶＳＷＲである。本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２は、給電系が整合のとれたマイクロストリップラインで構成されているため、非常に広帯域にわたって良好な特性が得られている（ＶＳＷＲが２以下の帯域幅が比帯域で５０%以上）。
【００５３】
図１４は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の利得周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフである。縦軸は天頂方向における利得（単位：ｄＢｉ）を表している。図に示すように、右旋円偏波（主偏波）成分の利得ピークから３ｄＢ下がった帯域幅は、比帯域で１２％と広帯域である。
【００５４】
以上に説明したように、上記実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１，１２は、ループ導体２と、スロット導体４と、グランド導体３と、を備えている。ループ導体２は、一端と他端とを近接させてループ状に形成される。スロット導体４は、ループ導体２との間に誘電層を挟み、当該ループ導体２と略平行に配置される。グランド導体３は、ループ導体２から見てスロット導体４が配置されている側と反対側に配置される。また、スロット導体４には、複数の三角形が頂点を突き合わせて放射状に配置された形状のボウタイスロット４ａがループ導体２と対向する位置に形成される。そして、ループ導体２とグランド導体３とはマイクロストリップラインを構成している。
【００５５】
以上の構成で、ループ導体２とグランド導体３とが構成するマイクロストリップラインに電磁波を伝達させることにより、電磁結合を介して、スロット導体４に対して給電することができる。従って、例えば給電の際にバランなどの平衡−不平衡変換器が不要となり、給電系を非常に簡略に構成することができる。更に、三角形状のスロットから放射することにより、ボウタイアンテナの特徴である広帯域性を確保することができる。また、別途反射板を設けなくてもグランド導体３によって背面輻射を抑圧できるので、コンパクトな単向性アンテナを構成することができる。
【００５６】
また、上記実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１，１２においては、ループ導体２は、一端が給電ポート６に接続され、他端は整合終端ポート７に接続されるとともに、当該ループ導体２のループの１周の電気的長さが概ね１波長である。
【００５７】
これにより、ループ導体２に対して給電することによって、当該ループ導体２から電磁結合を介してスロット導体４の各部に給電位相差を与えつつ給電することができる。従って、円偏波を発生させることができるとともに、クロススロットボウタイアンテナ１１，１２の広帯域性を維持しつつ１点給電による給電を実現することができる。また、放射に寄与しなかった余剰電力を整合終端ポート７によって吸収することができる。
【００５８】
また、上記実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１，１２において、ボウタイスロット４ａは、４つの二等辺三角形が、頂角を突き合わせるようにして略十字型に配置された形状に形成されている。
【００５９】
これにより、スロット導体４の４つの二等辺三角形に対応する部分に対して、約９０度の給電位相差をループ導体から与え、良好に円偏波を発生させることができる。
【００６０】
以上に本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００６１】
マイクロストリップラインを構成するループ導体２の形状は、周長が電気的に約１波長であれば良く、上記実施形態のように円形（Ｃ字形）に限らない。ただし、ボウタイスロットに９０度位相差を与えることのできる形状であることが好ましい。
【００６２】
第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２において、空隙２３を無くして、誘電体基板のみで誘電層を構成するようにしても良い。また、第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１においても、空隙で構成されている箇所を誘電体で充填しても良い。
【００６３】
ボウタイスロット４ａは、上記実施形態のように４つ二等辺三角形を等間隔に並べた形状に限らない。例えば、厳密に二等辺三角形である必要はないし、４つの三角形が合同でなくても良い。また、三角形が頂点を突き合わせて放射状に配置された形状に形成されていれば良く、必ずしも略十字形でなくても良い（即ち、必ずしも三角形が等間隔で並んでいなくても良い）。また三角形は４つに限らず、３つ又は５つ以上でも円偏波を発生させることが可能である。
【００６４】
給電方式はグランド導体３の背面からの同軸給電のほか、ループ導体２と同一面の共平面給電方式としても良い。
【００６５】
上記実施形態では送信アンテナとしての構成を説明したが、第１接続部２ａに給電装置に代えて受信回路を接続することにより、クロススロットボウタイアンテナ１１，１２を受信アンテナとして機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るクロススロットボウタイアンテナの外観斜視図。
【図２】第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面矢視図。
【図４】第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナの軸比周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図５】第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナの指向特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図６】第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナのＶＳＷＲのシミュレーション結果を示したグラフ。
【図７】第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナの利得周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図８】本発明の第２実施形態に係るクロススロットボウタイアンテナの外観斜視図。
【図９】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナの平面図。
【図１０】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナの側面図。
【図１１】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナの軸比周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図１２】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナの指向特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図１３】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナのＶＳＷＲのシミュレーション結果を示したグラフ。
【図１４】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナの利得周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図１５】（ａ）従来技術のボウタイアンテナの構成を示した模式図。（ｂ）従来技術のキャビティ付きクロススロットアンテナの構成を示した斜視図。
【符号の説明】
【００６７】
１１，１２ クロススロットボウタイアンテナ（スロットボウタイアンテナ）
２ ループ導体
３ グランド導体
４ スロット導体
４ａ ボウタイスロット
５ 側面導体
６ 給電ポート（給電部）
７ 整合終端ポート（整合終端部）
９ 誘電層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロット型のボウタイアンテナの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５（ａ）に、公知のボウタイアンテナの模式的な形状を示す。この図１５（ａ）に示すボウタイアンテナ９０は、二等辺三角形状に形成された放射導体９１の対を有し、図のように蝶ネクタイ（ｂｏｗ ｔｉｅ）状に構成されている。ボウタイアンテナ９０は公知のバイコニカルアンテナを平面化したものと考えることができ、広帯域特性を持つことが特徴である。給電には平衡型線路が用いられ、前記２つの三角形の頂点の間が給電点とされている。また、このボウタイアンテナ９０の指向性は双方向性である。
【０００３】
上記のように、ボウタイアンテナは平衡型の給電を要する。このため、同軸線路やマイクロストリップ線路などの不平衡型線路で給電するためには、変換器であるバランが必要となり、給電系が複雑になってしまう。この点、特許文献１から３は、無給電素子を用いることにより、バランを設けなくても不平衡線路と直接的に接続することができるスロット型ボウタイアンテナを開示する。このスロット型のボウタイアンテナは、図１５（ａ）に示す通常のボウタイアンテナと同様に、広帯域性を有し、双方向性であるという特徴がある。
【特許文献１】特開２００３−７８３４５号公報
【特許文献２】特開２００３−８７０５０号公報
【特許文献３】特開２００４−２８９５９２号公報
【０００４】
一方、図１５（ｂ）に示すような、キャビティ（空洞）付きクロススロットアンテナも知られている。図に示すクロススロットアンテナ９３においては、直交する２本のスロット９４が形成されており、２本のスロットの長さに長短をつけることで一点給電による円偏波発生が可能である。更に、給電点９５の位置を変えることにより、右旋円偏波と左旋円偏波の発生が可能となっている。また、スロット９４の背面にキャビティ９６を設けているため、背面輻射を抑えて指向性を単向性とすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、特許文献１から３の構成のスロット型ボウタイアンテナの方向性は双方向性である。このため、これを単方向性にするには放射導体から１／４波長の位置に反射板を設ける必要があり、薄型化が困難であった。更に、特許文献１から３までのスロット型ボウタイアンテナは広帯域性は有するものの、円偏波を発生させることができない。
【０００６】
一方、図１５（ａ）に示す従来のボウタイアンテナを直交するように２本配置し、当該２本のボウタイアンテナへの給電位相差が９０度となるように構成することで、円偏波を発生させることも可能である。しかしこの場合、９０度位相差を与えるために給電系が更に複雑になってしまう。また、上記特許文献１から３までの場合と同様に、背面輻射を抑えるために放射導体から１／４波長の位置に反射板を設ける必要があるため薄型化が困難である。
【０００７】
この点、図１５（ｂ）に示したキャビティ付きのクロススロットアンテナは、単向性を実現するための反射板が必要ないので薄型に構成することができ、しかも円偏波を発生させることができる。しかし、一点給電式であるため円偏波帯域が狭くなってしまっていた。
【０００８】
本願発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、薄型で単向性を実現することができ、不平衡線路で給電できる広帯域な円偏波アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１０】
本発明の観点によれば、以下の構成のスロットボウタイアンテナが提供される。即ち、このスロットボウタイアンテナは、ループ導体と、スロット導体と、グランド導体と、を備える。前記ループ導体は、一端と他端とを近接させてループ状に形成される。前記スロット導体は、前記ループ導体との間に誘電層を挟み、当該ループ導体と略平行に配置される。前記グランド導体は、前記ループ導体から見て前記スロット導体が配置されている側と反対側に配置される。また、前記スロット導体には、複数の三角形が頂点を突き合わせて放射状に配置された形状のボウタイスロットが前記ループ導体と対向する位置に形成される。そして、前記ループ導体と前記グランド導体とはマイクロストリップラインを構成している。
【００１１】
以上の構成で、ループ導体とグランド導体とが構成するマイクロストリップラインに電磁波を伝達させることにより、電磁結合を介して、スロット導体に対して給電することができる。従って、例えば給電の際にバランなどの平衡−不平衡変換器が不要となり、給電系を非常に簡略に構成することができる。更に、三角形状のスロットから放射することにより、ボウタイアンテナの特徴である広帯域性を確保することができる。また、別途反射板を設けなくてもグランド導体によって背面輻射を抑圧できるので、コンパクトな単向性アンテナを構成することができる。
【００１２】
前記のスロットボウタイアンテナにおいては、前記ループ導体は、一端が給電部に接続され、他端は整合終端部に接続されるとともに、当該ループ導体のループの１周の長さが概ね１波長であることが好ましい。なお、「ループの１周の長さが概ね１波長」とは、電気的に見たときのループの１周の長さが概ね１波長であることをいう。
【００１３】
これにより、ループ導体に対して給電することによって、当該ループ導体から電磁結合を介してスロット導体の各部に給電位相差を与えつつ給電することができる。従って、円偏波を発生させることができるとともに、ボウタイアンテナの広帯域性を維持しつつ１点給電による給電を実現することができる。また、放射に寄与しなかった余剰電力を整合終端部によって吸収することができる。
【００１４】
前記のスロットボウタイアンテナにおいては、前記ボウタイスロットは、４つの二等辺三角形が、頂角を突き合わせるようにして略十字型に配置された形状に形成されていることが好ましい。
【００１５】
これにより、スロット導体の４つの二等辺三角形に対応する部分に対して、約９０度の給電位相差をループ導体から与え、良好に円偏波を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るスロットボウタイアンテナとしてのクロススロットボウタイアンテナ１１の外観斜視図である。図２はクロススロットボウタイアンテナ１１の平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面矢視図である。
【００１７】
図１から図３に示す本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１は、ループ導体２と、グランド導体３と、スロット導体４と、を主に備えている。
【００１８】
ループ導体２は一定の厚みを有する扁平な金属部材として構成されている。また、ループ導体２はその一端と他端を近接させて略Ｃ字形（一部を切り欠いた円形）のループ状に形成されるとともに、当該ループの線幅が一定となるように構成されている。ループ導体２の下側には、前記Ｃ字形（ループ形状）を含む平面と平行になるように平板状のグランド導体３が配置されている。図３に示すように、ループ導体２とグランド導体３との間には空隙（空気）からなる誘電層８が形成されている。以上の構成で、ループ導体２及びグランド導体３によってマイクロストリップラインが形成されている。
【００１９】
また、ループ導体２の上側（ループ導体２から見て前記グランド導体３の反対側）には、空隙からなる誘電層９を挟み、当該ループ導体２のＣ字形ループを含む平面と平行になるように平板状のスロット導体４が配置されている。そして、このスロット導体４の一部が切り抜いたように構成され、ボウタイ状のスロット（ボウタイスロット４ａ）が形成されている。具体的には、このボウタイスロット４ａは、図２に示すように複数の三角形が頂点を突き合わせるように放射状に配置された形状（より具体的には、４つの二等辺三角形が９０度間隔で略十字形状に配置され、各二等辺三角形の頂角を突き合わせたような形状）に形成されている。また、ボウタイスロット４ａは、前記十字形の中心部（前記二等辺三角形の頂角を突き合わせた位置）がループ導体２のループの中心位置と対応する位置になるように形成されており、これによりボウタイスロット４ａとループ導体２とが向き合うように構成されている。
【００２０】
このようにボウタイスロット４ａが２つのスロット型ボウタイアンテナが直交したように配置された形状に形成されているので、このクロススロットボウタイアンテナ１１は、ボウタイアンテナが有する広帯域性という特徴を備えている。また、マイクロストリップラインが備えるグランド導体３によって背面輻射が抑えられるため、反射板を備えることなく単向性を実現することができる。
【００２１】
また、スロット導体４の４辺と、グランド導体３の４辺と、の間には、側面導体５が配置されている。そして、スロット導体４とグランド導体３の４つの各辺は、前記側面導体５によって接続されることにより短絡されている。これにより、スロット導体４、グランド導体３及び側面導体５によって、図のように直方体状の空洞（キャビティ）が形成されている。そして、この空洞の内側にループ導体２が配置された構成となっている。
【００２２】
次に、ループ導体２及びボウタイスロット４ａに対して給電するための構成について説明する。前記ループ導体２の一端には第１接続部２ａが形成され、他端には第２接続部２ｂが形成されている。また、図３に示すように、前記グランド導体３の裏側（ループ導体２が配置されている側と反対の面）には、給電ポート（給電部）６と整合終端ポート（整合終端部）７が配置されている。
【００２３】
前記給電ポート６及び整合終端ポート７は公知の同軸ケーブルとして構成されており、給電ポート６は図略の給電装置に、整合終端ポート７は図略の整合負荷に、それぞれ接続されている。この整合負荷は、放射に寄与しなかった過剰電力を吸収するためのものである。前記給電ポート６の同軸ケーブルは、中心導体６ａと、当該中心導体６ａの周囲に同軸状に配置される同軸外導体６ｂと、中心導体と同軸外導体の間に配置される図略の絶縁体と、を備えている。また、整合終端ポート７の同軸ケーブルも同様に、中心導体７ａと、同軸外導体７ｂと、図略の絶縁体と、を備えている。
【００２４】
グランド導体３の前記第１接続部２ａ及び第２接続部２ｂに対応する位置には、図略の挿通孔が形成されている。そして、給電ポート６の中心導体６ａ及び整合終端ポート７の中心導体７ａは、グランド導体３の裏面から表面（ループ導体２が配置されている側の面）に前記挿通孔を介して通され、中心導体６ａは第１接続部２ａに、中心導体７ａは第２接続部２ｂに、それぞれ電気的に接続されている。なお、中心導体６ａ及び７ａは、前記挿通孔を非接触で通過しており、グランド導体３に対しては非接続であるように構成されている。
【００２５】
また、給電ポート６の同軸外導体６ｂ及び整合終端ポート７の同軸外導体７ｂは、それぞれグランド導体３と電気的に接続されている。
【００２６】
以上の構成で、前記給電装置によって高周波電流を供給することにより、ループ導体２に進行波を伝播させることができる。また、ループ導体２とグランド導体３は前述のようにマイクロストリップラインを構成しており、ループ導体２からスロット導体４に対して電磁結合を介した給電を行うことができる。そして、ループ導体２のループ１周の電気的な長さを波長とほぼ一致させることにより、ボウタイスロット４ａを構成している４つの二等辺三角形のそれぞれに対応する位置での給電位相が約９０度ずつシフトするように給電することができる。
【００２７】
従って、ループ導体２に対して給電することにより、ボウタイスロット４ａを構成する４つの二等辺三角形に対して誘電層９を介した電磁結合によって９０度位相差を与えるようにして給電し、スロット導体４によって円偏波を発生させることができるのである。
【００２８】
次に、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の構成を更に具体的に説明する。この実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１は、５．８ＧＨｚ帯の右旋円偏波スロットボウタイアンテナとして構成されたものである。なお、以下で説明するクロススロットボウタイアンテナ１１の寸法、形状などは、使用する帯域に応じて適宜変更可能であることは勿論である。
【００２９】
以下、主に図２を参照して説明する。ループ導体２は、一定の厚みを有し、当該ループ導体２が構成するＣ字形ループの直径方向の線幅Ｗ１が４ｍｍで一定の円弧形状（Ｃ字形）となるように形成されている。前記Ｃ字の内径Ｄ１は１３ｍｍ、外径Ｄ２は２１ｍｍである。
【００３０】
グランド導体３及びスロット導体４は、縦幅Ｌ１及び横幅Ｌ２を何れも２８ｍｍとしている。また、誘電層９の大きさ（図３で示す高さｈ１）は２ｍｍ、誘電層８の大きさ（図３で示す高さｈ２）は１ｍｍとしている。
【００３１】
スロット導体４に形成されたボウタイスロット４ａは、４つの二等辺三角形それぞれが、底辺の長さＬ３が９．５ｍｍ、高さＬ４が１１．５ｍｍとなるように形成されている。
【００３２】
以上のように構成することで、ループ導体２の１周の電気的な長さが概ね５．８ＧＨｚ帯の１波長分とされる。これにより、ループ導体２から誘電層９を介して電磁結合を利用してボウタイスロット４ａに給電することで、前記ボウタイスロット４ａを構成する４つの二等辺三角形に９０度位相差を与え、円偏波を発生させることができる。
【００３３】
次に、図４から図７を参照して、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１を用いた場合の特性について説明する。
【００３４】
図４は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の天頂方向の軸比周波数特性のシミュレーション結果を表したグラフである。グラフの縦軸は円偏波の長軸と短軸の軸比であり、長軸の長さと短軸の長さが一致する完全円偏波の軸比が０ｄＢである。また一般に、円偏波アンテナとして良好な特性を得ることができる軸比は３ｄＢ以下とされる。図４に示すように、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の最適軸比は０．１ｄＢであり、極めて良好である。また、軸比３ｄＢ以下となる帯域幅は比帯域で４０％であり、広帯域円偏波特性が得られていることが分かる。
【００３５】
図５は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の５．８ＧＨｚにおける右旋円偏波（主偏波）成分と左旋円偏波（直交偏波）成分の指向特性のシミュレーション結果を示したグラフである。円偏波を発生するように構成されたボウタイアンテナにおいては、天頂方向に主偏波成分、背面方向に直交偏波成分が同程度の強度で輻射されるため、指向特性を単向性とするためには反射板が必要であった。この点、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１では、図５に示すように、右旋円偏波成分の天頂方向（図中の０°方向）への輻射に比べて、左旋円偏波成分の背面方向（図中の−１８０°方向）への輻射は約１１．２ｄＢ小さくなっている。従って、反射板を設けなくても背面輻射を良好に抑圧することができている。
【００３６】
図６は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の入力インピーダンス（ＶＳＷＲ：電圧定在波比）特性のシミュレーション結果を示したグラフである。縦軸はＶＳＷＲであり、一般的にＶＳＷＲは２以下が実用範囲とされる。本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１は、給電系が整合のとれたマイクロストリップラインで構成されているため、非常に広帯域にわたって良好な特性が得られている（ＶＳＷＲが２以下の帯域幅が比帯域で５０%以上）。
【００３７】
図７は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１の利得周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフである。縦軸は天頂方向における利得（単位：ｄＢｉ）を表している。図に示すように、右旋円偏波（主偏波）成分の利得ピークから３ｄＢ下がった帯域幅は、比帯域で３３％と非常に広帯域である。
【００３８】
次に、図８から図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係るスロットボウタイアンテナとしてのクロススロットボウタイアンテナ１２の外観斜視図である。図９はクロススロットボウタイアンテナ１２の平面図、図１０はクロススロットボウタイアンテナ１２の側面図である。なお、以降の説明において、上記の第１実施形態と同一又は類似の構成については、図面に同一の符号を付して説明を省略することがある。
【００３９】
本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２は、第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１から側面導体を取り除くとともに、ループ導体２、グランド導体３及びスロット導体４を誘電体基板上に構成したものである。
【００４０】
図８等に示すように、クロススロットボウタイアンテナ１２は第１誘電体基板２１と第２誘電体基板２２を備えており、前記第１誘電体基板２１と第２誘電体基板２２とは平行になるように配置されている。
【００４１】
第１誘電体基板２１の表面（第２誘電体基板２２とは反対側を向く面）には、スロット導体４が形成されている。このスロット導体４には、第１実施形態と同様に、ボウタイスロット４ａが形成されている。なお、スロットが形成されているのはスロット導体４のみであって、第１誘電体基板２１そのものにはスロットは形成されていない。
【００４２】
第２誘電体基板２２の表面（第１誘電体基板２１の方を向く面）には、ループ導体２が形成されている。また、図１０に示すように、第２誘電体基板２２の裏面（ループ導体２が形成されている面とは反対側の面）には、グランド導体３が形成されている。以上の構成で、ループ導体２とグランド導体３とによって、マイクロストリップラインが構成されている。
【００４３】
また、図１０に示すように、第１誘電体基板２１と第２誘電体基板２２との間には空隙２３が設けられている。即ち、第１実施形態における空隙による誘電層９の代わりに、空隙２３と第１誘電体基板２１とによってループ導体２とスロット導体４と間に誘電層が構成されている。
【００４４】
また、第２誘電体基板２２の裏面側には、給電ポート６及び整合終端ポート７が配置されている。そして、第２誘電体基板２２及びグランド導体３には、ループ導体２の第１接続部２ａ及び第２接続部２ｂに対応する位置に図略の挿通孔が形成されている。これにより、中心導体６ａを第２誘電体基板２２の裏面から表面に通して、第１接続部２ａに接続することができる。同様に、中心導体７ａを第２誘電体基板２２の裏面から表面に通して、第２接続部２ｂに接続することができる。
【００４５】
次に、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の構成を更に具体的に説明する。この実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２は、５．８ＧＨｚ帯の右旋円偏波スロットボウタイアンテナとして構成されたものである。なお、以下で説明するクロススロットボウタイアンテナ１２の寸法、形状などは、使用する帯域に応じて適宜変更可能であることは勿論である。
【００４６】
以下、主に図９を参照して説明する。ループ導体２は、一定の厚みを有し、当該ループ導体２が構成するＣ字形ループの直径方向の線幅Ｗ２が１．２ｍｍで一定の円弧形状（Ｃ字形）となるように形成されている。前記Ｃ字の内径Ｄ３は８ｍｍ、外径Ｄ４は１０．４ｍｍである。
【００４７】
第１誘電体基板２１及び第２誘電体基板２２は、縦幅Ｌ５及び横幅Ｌ６を何れも２８ｍｍとしている。また、図１０に示す第１誘電体基板２１の厚さｔ１は１ｍｍ、第２誘電体基板２２の厚さｔ２は０．６ｍｍであり、第１誘電体基板２１と第２誘電体基板との間の空隙２３の大きさ（図１０で示す高さｈ３）は０．５ｍｍである。
【００４８】
また、スロット導体４は、縦幅Ｌ７及び横幅Ｌ８を何れも２５ｍｍとしている。スロット導体４に形成されたボウタイスロット４ａは、４つの二等辺三角形それぞれが、底辺の長さＬ９が８．７ｍｍ、高さＬ１０が１０．５ｍｍとなるように形成されている。
【００４９】
次に、図１１から図１４を参照して、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１を用いた場合の特性について説明する。
【００５０】
図１１は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の天頂方向の軸比周波数特性のシミュレーション結果を表したグラフである。グラフの縦軸は円偏波の長軸と短軸の軸比である。図１１に示すように、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の最適軸比は０．６ｄＢであり、良好である。また、軸比３ｄＢ以下となる帯域幅は比帯域で４０％であり、広帯域円偏波特性が得られていることが分かる。
【００５１】
図１２は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の５．８ＧＨｚにおける右旋円偏波（主偏波）成分と左旋円偏波（直交偏波）成分の指向特性のシミュレーション結果を示したグラフである。図に示すように、右旋円偏波成分の天頂方向（図中の０°方向）への輻射に比べて、左旋円偏波成分の背面方向（図中の−１８０°方向）への輻射は約１７．２ｄＢ小さくなっている。従って、反射板を設けなくても背面輻射を良好に抑圧することができている。
【００５２】
図１３は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の入力インピーダンス（ＶＳＷＲ：電圧定在波比）特性のシミュレーション結果を示したグラフである。縦軸はＶＳＷＲである。本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２は、給電系が整合のとれたマイクロストリップラインで構成されているため、非常に広帯域にわたって良好な特性が得られている（ＶＳＷＲが２以下の帯域幅が比帯域で５０%以上）。
【００５３】
図１４は、本実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２の利得周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフである。縦軸は天頂方向における利得（単位：ｄＢｉ）を表している。図に示すように、右旋円偏波（主偏波）成分の利得ピークから３ｄＢ下がった帯域幅は、比帯域で１２％と広帯域である。
【００５４】
以上に説明したように、上記実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１，１２は、ループ導体２と、スロット導体４と、グランド導体３と、を備えている。ループ導体２は、一端と他端とを近接させてループ状に形成される。スロット導体４は、ループ導体２との間に誘電層を挟み、当該ループ導体２と略平行に配置される。グランド導体３は、ループ導体２から見てスロット導体４が配置されている側と反対側に配置される。また、スロット導体４には、複数の三角形が頂点を突き合わせて放射状に配置された形状のボウタイスロット４ａがループ導体２と対向する位置に形成される。そして、ループ導体２とグランド導体３とはマイクロストリップラインを構成している。
【００５５】
以上の構成で、ループ導体２とグランド導体３とが構成するマイクロストリップラインに電磁波を伝達させることにより、電磁結合を介して、スロット導体４に対して給電することができる。従って、例えば給電の際にバランなどの平衡−不平衡変換器が不要となり、給電系を非常に簡略に構成することができる。更に、三角形状のスロットから放射することにより、ボウタイアンテナの特徴である広帯域性を確保することができる。また、別途反射板を設けなくてもグランド導体３によって背面輻射を抑圧できるので、コンパクトな単向性アンテナを構成することができる。
【００５６】
また、上記実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１，１２においては、ループ導体２は、一端が給電ポート６に接続され、他端は整合終端ポート７に接続されるとともに、当該ループ導体２のループの１周の電気的長さが概ね１波長である。
【００５７】
これにより、ループ導体２に対して給電することによって、当該ループ導体２から電磁結合を介してスロット導体４の各部に給電位相差を与えつつ給電することができる。従って、円偏波を発生させることができるとともに、クロススロットボウタイアンテナ１１，１２の広帯域性を維持しつつ１点給電による給電を実現することができる。また、放射に寄与しなかった余剰電力を整合終端ポート７によって吸収することができる。
【００５８】
また、上記実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１，１２において、ボウタイスロット４ａは、４つの二等辺三角形が、頂角を突き合わせるようにして略十字型に配置された形状に形成されている。
【００５９】
これにより、スロット導体４の４つの二等辺三角形に対応する部分に対して、約９０度の給電位相差をループ導体から与え、良好に円偏波を発生させることができる。
【００６０】
以上に本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００６１】
マイクロストリップラインを構成するループ導体２の形状は、周長が電気的に約１波長であれば良く、上記実施形態のように円形（Ｃ字形）に限らない。ただし、ボウタイスロットに９０度位相差を与えることのできる形状であることが好ましい。
【００６２】
第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１２において、空隙２３を無くして、誘電体基板のみで誘電層を構成するようにしても良い。また、第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナ１１においても、空隙で構成されている箇所を誘電体で充填しても良い。
【００６３】
ボウタイスロット４ａは、上記実施形態のように４つ二等辺三角形を等間隔に並べた形状に限らない。例えば、厳密に二等辺三角形である必要はないし、４つの三角形が合同でなくても良い。また、三角形が頂点を突き合わせて放射状に配置された形状に形成されていれば良く、必ずしも略十字形でなくても良い（即ち、必ずしも三角形が等間隔で並んでいなくても良い）。また三角形は４つに限らず、３つ又は５つ以上でも円偏波を発生させることが可能である。
【００６４】
給電方式はグランド導体３の背面からの同軸給電のほか、ループ導体２と同一面の共平面給電方式としても良い。
【００６５】
上記実施形態では送信アンテナとしての構成を説明したが、第１接続部２ａに給電装置に代えて受信回路を接続することにより、クロススロットボウタイアンテナ１１，１２を受信アンテナとして機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るクロススロットボウタイアンテナの外観斜視図。
【図２】第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面矢視図。
【図４】第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナの軸比周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図５】第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナの指向特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図６】第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナのＶＳＷＲのシミュレーション結果を示したグラフ。
【図７】第１実施形態のクロススロットボウタイアンテナの利得周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図８】本発明の第２実施形態に係るクロススロットボウタイアンテナの外観斜視図。
【図９】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナの平面図。
【図１０】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナの側面図。
【図１１】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナの軸比周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図１２】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナの指向特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図１３】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナのＶＳＷＲのシミュレーション結果を示したグラフ。
【図１４】第２実施形態のクロススロットボウタイアンテナの利得周波数特性のシミュレーション結果を示したグラフ。
【図１５】（ａ）従来技術のボウタイアンテナの構成を示した模式図。（ｂ）従来技術のキャビティ付きクロススロットアンテナの構成を示した斜視図。
【符号の説明】
【００６７】
１１，１２ クロススロットボウタイアンテナ（スロットボウタイアンテナ）
２ ループ導体
３ グランド導体
４ スロット導体
４ａ ボウタイスロット
５ 側面導体
６ 給電ポート（給電部）
７ 整合終端ポート（整合終端部）
９ 誘電層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端と他端とを近接させてループ状に形成されたループ導体と、
前記ループ導体との間に誘電層を挟み、当該ループ導体と略平行に配置されたスロット導体と、
前記ループ導体から見て前記スロット導体が配置されている側と反対側に配置されたグランド導体と、
を備え、
前記スロット導体には、複数の三角形が頂点を突き合わせて放射状に配置された形状のボウタイスロットが前記ループ導体と対向する位置に形成され、
前記ループ導体と前記グランド導体とはマイクロストリップラインを構成していることを特徴とするスロットボウタイアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のスロットボウタイアンテナであって、
前記ループ導体は、一端が給電部に接続され、他端は整合終端部に接続されるとともに、
当該ループ導体のループの１周の長さが概ね１波長であることを特徴とするスロットボウタイアンテナ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスロットボウタイアンテナであって、
前記ボウタイスロットは、４つの二等辺三角形が、頂角を突き合わせるようにして略十字型に配置された形状に形成されていることを特徴とするスロットボウタイアンテナ。
【請求項１】
一端と他端とを近接させてループ状に形成されたループ導体と、
前記ループ導体との間に誘電層を挟み、当該ループ導体と略平行に配置されたスロット導体と、
前記ループ導体から見て前記スロット導体が配置されている側と反対側に配置されたグランド導体と、
を備え、
前記スロット導体には、複数の三角形が頂点を突き合わせて放射状に配置された形状のボウタイスロットが前記ループ導体と対向する位置に形成され、
前記ループ導体と前記グランド導体とはマイクロストリップラインを構成していることを特徴とするスロットボウタイアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のスロットボウタイアンテナであって、
前記ループ導体は、一端が給電部に接続され、他端は整合終端部に接続されるとともに、
当該ループ導体のループの１周の長さが概ね１波長であることを特徴とするスロットボウタイアンテナ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスロットボウタイアンテナであって、
前記ボウタイスロットは、４つの二等辺三角形が、頂角を突き合わせるようにして略十字型に配置された形状に形成されていることを特徴とするスロットボウタイアンテナ。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１０９６２３（Ｐ２０１０−１０９６２３Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７８９１６（Ｐ２００８−２７８９１６）
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
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