JP2005020301A - Antenna for common use of two polarized waves - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,主にマイクロ波帯の衛星通信や無線通信に用いられる2偏波共用アンテナに関し,詳しくはそのアンテナ構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の円偏波と直線偏波の2偏波共用アンテナとして,円偏波用アンテナのパッチと直線偏波用アンテナのエレメントとを共通の接地導体に対して同じ厚さの誘電体上に並べて配置したマイクロストリップアンテナや,それぞれの偏波を受信する2つのマイクロストリップアンテナを並べて構成されたものがあった。(例えば特許文献1(図1),(図6)参照)
【0003】
【特許文献】
特開平5−291816号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
自動車などの移動体8で,衛星23から送信される放送の電波を受信する場合において,衛星23から送信された電波がビル28やトンネルなどにより遮られる地域ではその電波を受信できなくなる。この対策として,衛星23からの電波を地上無線設備24で受信して地上無線設備24から再送信したり,衛星23からの電波を地上無線設備24で受信して周波数変換等の処理後,再送信するギャップフィラーのシステムが開発されている。
【0005】
次にこのシステムの一例について述べる。衛星23は2.6GHz帯の円偏波の電波と,12GHz帯の直線偏波の電波の2種類の電波を送信している。
地上無線設備24では,衛星から送信された2.6GHz帯の円偏波の電波を受信して増幅をした後,2.6GHz帯の垂直偏波で再送信したり,衛星23から送信された12GHz帯の直線偏波の電波を受信して増幅,周波数変換その他の信号処理をした後,2.6GHz帯の垂直偏波で再送信する。
このようなシステムでは,移動体8は衛星23から直接送信される2.6GHz帯の電波と地上無線設備24から再送信される2.6GHz帯の垂直偏波の電波の両方を受信できるアンテナが必要となる。
しかし前記従来例のアンテナでは,直線偏波用のアンテナの放射エレメントの電界方向が接地導体に平行であるため垂直偏波の信号の受信が不能となる方向があった。また,円偏波用,垂直偏波用それぞれのアンテナを別々に設けると,アンテナの占める面積が増え,小型化ができないという問題もあった。
【0006】
こうした問題点に鑑み,
本件出願の目的は,このようなシステムで上空の高い位置から送信される衛星23からの電波を効率良く受信するために,上方に指向性のある円偏波用のアンテナと,衛星23に比べて低い位置に複数設置される地上無線設備24から送信される電波を効率良く受信するために,水平面の指向性が無指向性で打上角の低い垂直偏波用のアンテナとがコンパクトに一体化されたアンテナを提供しようとするものである。
他の目的は,上記のアンテナにおいて,円偏波用と垂直偏波用のアンテナの周波数帯をそれぞれ任意に設定できるアンテナを提供することである。
他の目的は,上記のアンテナにおいて,垂直偏波用のアンテナの周波数帯を複数設けることができるアンテナを提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために,
請求項1の発明のアンテナは接地導体4,誘電体15,パッチ2からなる第1の円偏波用のマイクロストリップアンテナ101と,前記パッチ2と接地導体4が,給電線19の外部導体5で接続されている第2の直線偏波用のアンテナ102とで構成される。
【0008】
請求項2の発明のアンテナは,前記第1の円偏波用のマイクロストリップアンテナ101のパッチ2に対して前記第2の直線偏波用のアンテナ102の放射エレメント3を略垂直に立設するように構成される。
【0009】
請求項3の発明のアンテナは,同一周波数帯域で異なる2つの偏波の電波を受信するために,前記第1の円偏波用のマイクロストリップアンテナ101のパッチ2の直径を受信周波数の略1/2波長に,また,前記第2の直線偏波用のアンテナ102の放射エレメント3の長さを前記受信周波数の略1/4波長にして構成される。
【0010】
請求項4の発明のアンテナは,異なる周波数帯域で異なる偏波の2つの電波を受信するために,前記第1の円偏波用のマイクロストリップアンテナ101のパッチ2の直径が受信する円偏波の電波の周波数の略1/2波長に,また,前記第2の直線偏波用のアンテナ102の放射エレメント3の長さが,受信する垂直偏波の電波の周波数の略1/4波長になるように構成される。
【0011】
請求項5の発明のアンテナは,直線偏波用のアンテナ102を2つ以上の複数の周波数帯で動作させるために,放射エレメント3の途中にトラップコイル20を配置して構成される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に,本発明を具体化した実施形態の1例を,図面を基に詳細に説明する。
図1は本発明に係る2偏波共用アンテナ1の斜視図を示し,図2はその断面図である。
本発明による2偏波共用アンテナ1は接地導体4,誘電体15,パッチ2から成る第1の円偏波用のマイクロストリップアンテナ101と,前記パッチ2と接地導体4が,第2の直線偏波用のアンテナ102の給電線19の外部導体5で接続されている第2の直線偏波用のアンテナ102とで構成される。
【0013】
第1の円偏波用のマイクロストリップアンテナ101においては,前記パッチ2における高周波信号の電圧分布は前記パッチ2の中央付近が最も小さくこの部分は電圧分布の節になっている。このため,前記パッチ2の中央付近は接地導体に短絡させても前記第1のマイクロストリップアンテナ101の特性には影響を与えない。この性質を利用して,本発明では前記パッチ2の中央付近と接地導体を第2の直線偏波用のアンテナ102の給電線19の外部導体5で接続している。
直線偏波用のアンテナ102の給電線19の中心導体7には前記第2の直線偏波用アンテナ102の放射エレメント3が接続されている。このような構造により,前記第2の直線偏波用アンテナ102は前記パッチ2を接地導体の一部として利用している。
【0014】
第1の円偏波用アンテナ101について述べる。衛星23から送信された2.6GHz帯の円偏波の電波は,接地導体4,誘電体15,パッチ2で構成される第1の円偏波用アンテナ101で受信され,給電線18で移動体8に備えられた車載機(図示されていない)に接続される。
第1の円偏波用アンテナ101は円偏波を受信できるように,略円形のパッチ2の外周には電流分布の位相を調整するための縮退素子を形成する2つの切り欠き部14が設けられている。また,第1のアンテナ101の給電点9は,パッチ2の中央から離れたところに設けられている。なお,パッチ2の直径は受信周波数の略1/2波長である。また,接地導体4は,パッチ2の直径より大きい直径の略円形である。このような構成の円偏波受信用アンテナ101はパッチ2の面と垂直な方向に略円形の指向性11を持つので,図3(a)に示すように自動車などの移動体8の屋根などに取付けて,上方にある衛星23からの電波を効率良く受信する。
【0015】
次に第2の直線偏波用アンテナ102について述べる。
ビル28の屋上などに設置されて,受信アンテナ25,の信号処理装置26,再送信アンテナ27で構成される地上無線設備24は,衛星23から送信された2.6GHz帯の円偏波の電波を受信して地上無線設備の信号処理装置26で増幅し,同じ周波数の電波を垂直偏波で再送信する。また,地上無線設備24は,衛星から送信された12GHz帯の直線偏波の電波を受信して2.6GHz帯の信号に変換したものを垂直偏波で再送信する場合もある。
【0016】
第2の直線偏波用アンテナ102はこのように地上無線設備24から再送信された垂直偏波の電波を受信するためのものである。
第2の直線偏波用のアンテナ102の給電線19の外部導体5は,第1の円偏波用アンテナ101のパッチ2と接地導体4を接地導体の中央部分で接続されていて,第2の直線偏波用のアンテナ102の給電線19の中心導体には略1/4波長の長さの線状の放射エレメント3が第1の円偏波用アンテナ101のパッチ2と略垂直な位置関係で接続されている。
第2の直線偏波用アンテナ102で受信した信号は,給電線19により移動体8に備えられた車載機(図示されていない)に伝送される。
このように,第2の直線偏波用アンテナは,図3(c)の破線で示すように水平面の指向性は無指向性で,図3(b)の破線で示すように垂直面の指向性は低い打上角を有するため,衛星23に比べて低い位置に複数配置された地上無線設備24から再送信される垂直偏波の電波を効率よく受信できる。
【0017】
なお,図1に示すように第1の円偏波用アンテナ101の放射エレメントであるパッチ2と第2の直線偏波用アンテナ102の放射エレメント3がそれぞれ独立して構成されているため,円偏波のみの受信,直線偏波のみの受信,円偏波と直線偏波を同時に受信する場合のいずれの場合でもそれぞれのアンテナの性能が損なわれることは無い。そのため,移動体8の受信状況に応じて円偏波,直線偏波を選択して受信するダイバシティー方式に使用することも可能である。
なお,第1の円偏波用アンテナ101のパッチ2の寸法,及び第2の直線偏波用アンテナ102の放射エレメント3の寸法は,受信する周波数にそれぞれ任意に設計できるので,第1の円偏波用アンテナ101で受信する周波数帯域と第2の直線偏波用アンテナ102で受信する周波数帯域は同一でも良いし,異なっていても良い。
【0018】
第1の円偏波用アンテナ101で受信する周波数帯域と第2の直線偏波用アンテナ102で受信する周波数帯域が同一の例として,2.6GHz帯の周波数帯域による前記ギャップフィラーのシステムが上げられる。
次に,第1の円偏波用アンテナ101で受信する周波数帯域と第2の直線偏波用アンテナ102で受信する周波数帯域が異なる一例を示す。第1の円偏波用アンテナ101で受信する周波数帯域を1.5GHz帯に設計し,第2の直線偏波用アンテナ102で受信する周波数帯域を1.2GHz帯に設計することにより,衛星による測位システム(GPS)の衛星から送信される電波の受信用と,地上で交信されるアマチュア無線用の両用アンテナとして使用できる。
【0019】
図4(a)は第2の直線偏波用のアンテナ102を2周波共用のアンテナにした例である。放射エレメントの途中に設けられたトラップコイル20により,第1の周波数f1では図4(a)のように第1の放射エレメント16のみで共振する。破線は第1の周波数の高周波電流の分布21を示す。
第1の周波数f1より周波数の低い第2の周波数f2では図4(b)のように第1の放射エレメント16とトラップコイル20と第2の放射エレメント17により共振する。破線は第2の周波数の高周波電流の分布22を示す。
このように,第2の直線偏波用のアンテナ102は異なる複数の周波数帯域で使用できる。例えば,前記第1の周波数f1を2.6GHz帯とし,前記第2の周波数f2を1.5GHz帯に設計すれば,前記ギャップフィラーシステムとデジタルMCA陸上移動通信システムの両方に使用できる。
上記の説明は2つの周波数帯で使用する例を述べたが,同様に放射エレメントの途中にトラップコイルを設けることにより,更に周波数帯の数を増やすことも可能である。また,トラップコイルの代わりに同様の働きをする他の素子(例えばコイルとコンデンサの並列回路など)を用いても良い。
図1,図2,図4(a),図4(b)では第1の円偏波用アンテナ101において,マイクロストリップアンテナの誘電体を空気とした例で示したが,誘電率が2から4程度の誘電体を有するプリント基板を用いても良い。この場合は,誘電体の誘電率と厚さによって決まる電気長でパッチ2の寸法が設計される。
また,図1では第1の円偏波用アンテナ101は,略円形のパッチで構成された例を示したが,パッチ2の形状は略円形に限らず,矩形や他の形状でも良い。尚,これまでの説明では第2の直線偏波用のアンテナ102をモノポールアンテナを例に述べたが,多段のコリニアアンテナなどの他のアンテナでも良い。
また,防水及び機械的な保護のため,本発明に係る2偏波共用アンテナ1を電波を透過する材料で覆って使用しても良い。
【0020】
尚,本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく,本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の寸法並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
【0021】
【発明の効果】
以上詳述したように,請求項1の発明によれば,円偏波用アンテナ101のパッチ2を直線偏用アンテナ102の接地導体4の一部として使用しているため,アンテナの面積は,円偏波用アンテナと直線偏用アンテナの2つのアンテナをそれぞれ単独に設置する場合に比べて約半分で済むためアンテナの小型化が可能となる。
【0022】
請求項2の発明によれば,直線偏波用アンテナ102は接地導体4に対して略垂直な方向に放射エレメント3を備えているので垂直面の指向性において打上角が低くなり,地上無線設備24から再送信された電波を効率良く受信することができる。
【0023】
請求項3の発明によれば,円偏波用アンテナ101のパッチ2と直線偏波用アンテナ102の放射エレメント3はそれぞれ独立しているのでそれぞれの偏波のアンテナの性能を損なうことが無く,2つのアンテナの周波数帯を同一にできる。
【0024】
請求項4の発明によれば,円偏波用アンテナ101のパッチ2と直線偏波用アンテナ102の放射エレメント3はそれぞれ独立しているので,それぞれの偏波のアンテナの性能を損なうことがなく,2つのアンテナの周波数帯を異なる任意の帯域にできる。
【0025】
請求項5の発明によれば,第2の直線偏波用のアンテナは2つ以上の異なる周波数帯で動作し,そのうちの一つの周波数帯域は第1の円偏波用のアンテナ周波数帯と同一にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る2偏波共用アンテナの実施の形態の1例の斜視図を示す。
【図2】本発明に係る2偏波共用アンテナの実施の形態の1例の断面図を示す。
【図3】本発明に係る2偏波共用アンテナの実施の形態の1例を示す。
(a)は本発明の実施例の円偏波用アンテナの垂直面の指向性を示す。
(b)は本発明の実施例の直線偏波用アンテナの垂直面の指向性を示す。
(c)は直線偏波用アンテナの水平面の指向性を示す。
【図4】本発明に係る2偏波共用アンテナの別の実施例を示す。
(a)は第1の周波数の高周波電流の分布を示す。
(b)は第2の周波数の高周波電流の分布を示す。
【図5】ギャップフィラーのシステム例を示す。
【符号の説明】
1…2偏波共用アンテナ,2…パッチ,3…直線偏波用アンテナの放射エレメント,4…接地導体,5…直線偏波用アンテナの給電線の外部導体,6…円偏波用アンテナの給電線の内部導体,7…直線偏波用アンテナの給電線の内部導体,8…移動体,9…円偏波用アンテナの給電点,10…直線偏波用アンテナの打上角,11…円偏波用アンテナの垂直面の指向性,12…直線偏波用アンテナの垂直面の指向性,13…直線偏波用アンテナの水平面の指向性,14…切り欠き部,15…誘電体,16…第1の放射エレメント,17…第2の放射エレメント,18…第1の円偏波用アンテナの給電線,19…第2の直線偏波用アンテナの給電線,20…トラップコイル,21…第1の周波数の高周波電流の分布,22…第2の周波数の高周波電流の分布,23…衛星,24…地上無線設備,25…地上無線設備の受信アンテナ,26…地上無線設備の信号処理装置,27…地上無線設備の再送信アンテナ,28…ビル,101…第1の円偏波用アンテナ,102…第2の直線偏波用アンテナ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dual-polarized antenna used mainly for microwave band satellite communication and wireless communication, and more particularly to the antenna structure.
[0002]
[Prior art]
As a conventional dual-polarization antenna for circular and linear polarization, a circularly polarized antenna patch and a linearly polarized antenna element are arranged on a dielectric with the same thickness against a common ground conductor. There was a configuration in which arranged microstrip antennas and two microstrip antennas that receive respective polarized waves were arranged side by side. (For example, see Patent Document 1 (FIG. 1), (FIG. 6))
[0003]
[Patent Literature]
JP-A-5-291816 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the mobile 8 such as an automobile receives a broadcast radio wave transmitted from the
[0005]
Next, an example of this system will be described. The
The
In such a system, the
However, in the antenna of the conventional example, there is a direction in which reception of the vertically polarized signal is impossible because the electric field direction of the radiation element of the antenna for linear polarization is parallel to the ground conductor. In addition, if antennas for circular polarization and vertical polarization are provided separately, the area occupied by the antenna increases, and there is a problem that miniaturization cannot be achieved.
[0006]
In view of these problems,
The purpose of the present application is to compare the
Another object is to provide an antenna in which the frequency bands of the circularly polarized wave and the vertically polarized wave antenna can be arbitrarily set.
Another object is to provide an antenna in which a plurality of frequency bands of vertically polarized antennas can be provided.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problems,
The antenna according to the first aspect of the present invention includes a first circularly polarized
[0008]
In the antenna according to the second aspect of the present invention, the
[0009]
In order to receive radio waves of two different polarizations in the same frequency band, the antenna of the invention of
[0010]
The antenna of the invention of
[0011]
The antenna of the invention of
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a dual-polarized
The dual-polarized
[0013]
In the first circularly polarized
The
[0014]
The first circularly polarized
The first circularly polarized
[0015]
Next, the second linearly
The
[0016]
The second linearly polarized
The
A signal received by the second linearly
In this way, the second linearly polarized antenna has a non-directional directivity on the horizontal plane as indicated by the broken line in FIG. 3C, and a directivity on the vertical plane as indicated by the broken line in FIG. Therefore, it is possible to efficiently receive vertically polarized radio waves retransmitted from a plurality of
[0017]
As shown in FIG. 1, since the
Note that the dimensions of the
[0018]
As an example in which the frequency band received by the first circularly polarized
Next, an example in which the frequency band received by the first circularly polarized
[0019]
FIG. 4A shows an example in which the second linearly
At the second frequency f2, which is lower than the first frequency f1, the
Thus, the second linearly
In the above description, an example in which two frequency bands are used has been described. Similarly, the number of frequency bands can be further increased by providing a trap coil in the middle of the radiating element. Other elements (for example, a parallel circuit of a coil and a capacitor) may be used instead of the trap coil.
1, FIG. 2, FIG. 4 (a), and FIG. 4 (b) show an example in which the dielectric of the microstrip antenna is air in the first circularly polarized
Further, FIG. 1 shows an example in which the first circularly polarized
Further, for waterproofing and mechanical protection, the dual-polarized
[0020]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be carried out by appropriately changing the size and configuration of each part without departing from the spirit of the present invention.
[0021]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the invention of
[0022]
According to the second aspect of the present invention, since the linearly
[0023]
According to the invention of
[0024]
According to the invention of
[0025]
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a perspective view of an example of an embodiment of a dual-polarized antenna according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of an embodiment of a dual-polarized antenna according to the present invention.
FIG. 3 shows an example of an embodiment of a dual-polarized antenna according to the present invention.
(A) shows the directivity of the vertical plane of the circularly polarized antenna of the embodiment of the present invention.
(B) shows the directivity of the vertical plane of the linearly polarized antenna according to the embodiment of the present invention.
(C) shows the directivity of the horizontal plane of the antenna for linearly polarized waves.
FIG. 4 shows another embodiment of the dual-polarized antenna according to the present invention.
(A) shows distribution of the high frequency current of the 1st frequency.
(B) shows the distribution of the high-frequency current of the second frequency.
FIG. 5 shows an example of a gap filler system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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