JP2520605Y2

JP2520605Y2 - 複合アンテナ

Info

Publication number: JP2520605Y2
Application number: JP1989133686U
Authority: JP
Inventors: 一郎鳥山; 慎一黒田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-11-17
Filing date: 1989-11-17
Publication date: 1996-12-18
Anticipated expiration: 2004-11-17
Also published as: JPH0373018U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］この考案は、複数の周波数帯を使用する移動局に好適
な、複合アンテナに関する。

［考案の概要］この考案は、円環アンテナと、円形放射素子のマイク
ロストリップアンテナとを組み合わせた複合アンテナに
おいて、円形放射素子の直径を円環アンテナの円環状放
射素子の内径より小さく設定して、円形放射素子を円環
状放射素子と同心に配置することにより、小形かつ簡単
な構成で、比較的近接した複数の周波数帯においても、
各単位アンテナの偏波特性及び放射特性を任意に設定す
ることができるようにしたものである。

［従来の技術］従来、静止人工衛星を介して、基地局と多数の移動局
との間の無線通信系が構成され、または提案されてい
る。

このような無線通信系は、例えば第６図に示すよう
に、衛星STdを介して、基地局CSから多数の移動局Ｍへ
の下り回線が構成されると共に、各移動局から基地局CS
への上り回線が衛星STuを介して構成される。上り回線
の使用周波数は例えば1.6GHzとされ，下り回線の使用周
波数は例えば2.5GHzまたは4.2GHzとされる。例えば運輸
会社のような利用者HQと基地局CSとが別の通信回線Ｌで
接続される。

上述のような無線通信系において、移動局側のアンテ
ナとしては、構成が簡単で形状が小さく、マイクロスト
リップアンテナのように低プロファイルであることが必
要である。

従来、上述のような低プロファイルアンテナとして、
電子情報通信学会技術研究報告AP85−62（昭和60年10
月）などにより、第７図及び第８図に示すように、円環
アンテナと円形マイクロストリップアンテナとを積層し
た２周波共用アンテナが知られている。

両図において、（１）は円環アンテナであって、円形
の接地導体（２）及び放射素子（３）が同軸に配置さ
れ、中央部が円筒導体（４）により短絡されて構成され
る。この円環アンテナの放射素子（３）に対向して、マ
イクロストリップアンテナの円形の放射素子（５）が同
軸に配置される。両放射素子（３）及び（５）の中心か
ら離れた位置に給電点（3f）及び（5f）が設けられ、接
地導体（２）の下側から同軸給電線（６）及び（７）の
内部導体が接続される。

上述の複合アンテナは、それぞれTM₁₁モードで励振さ
れて直線偏波を放射し、双方で数％の周波数帯域をカバ
ーする。また、指向性は正面方向に最大利得を有する単
方向性となる。

［考案が解決しようとする課題］ところで、静止衛星を利用した移動無線システムにお
いて、移動局から見た衛星の仰角は、中緯度の地域で、
概ね25〜65°の範囲におさまる。

ところが、前述のような従来の複合アンテナでは、移
動局側で使用する場合、アンテナの最大利得方向と衛星
の仰角とが一致せず、アンテナの利得が低下するという
問題があった。

また、前述の無線通信系で使用されるような、その比
が２倍以上にもなる程かけ離れた送信周波数帯及び受信
周波数帯をカバーすることができないという問題があっ
た。

更に、前述の複合アンテナでは、構造が複雑であり、
円環アンテナの放射素子（３）とマイクロストリップア
ンテナの放射素子（５）の直径がほぼ等しいため、実際
の組立が困難であるという問題もあった。

上述のような指向性と形状・構造の問題を概ね解消す
るものとして、本出願人は、特願昭63−331494号におい
て、接地導体上にそれぞれ誘電体層を介して直径の大き
い順に複数の円板導体を積層し、最小径の円板導体に
は、その中心に給電すると共に、他の円板導体にはオフ
セット給電することにより、最小径の円板導体が最高周
波数帯の放射素子となり、他の円板導体は隣接する小径
円板導体に対する接地導体となると共に、順次低くなる
周波数帯の放射素子ともなって、1.6GHz及び4.2GHzの周
波数帯において、垂直面で主放射ビームが所要の仰角範
囲をカバーすると共に、水平面無指向性とした積層型の
マイクロストリップアンテナを既に提案している。

次に、第９図及び第10図を参照しながら、既提案の積
層型マイクロストリップアンテナについて説明する。

第９図及び第10図において、（10S）は既提案の積層
型マイクロストリップアンテナであって、いずれも円形
の接地導体（11）上に、ふっ素樹脂のような低損失の誘
電体層（12）を介して、中径の円板導体（13）が同心に
積層配設され、この円板導体（13）上に、小径の誘電体
層（14）を介して、小径の円板導体（15）が同心に積層
配設されて構成される。各導体（11），（13），（15）
の半径、誘電体層（12），（14）の誘電率及び厚さは、
例えば次のように設定される。

r₁₁＝90mm, r₁₃＝55mm r₁₅＝26.5mm, ε_r＝2.6 t₁₂＝t₁₄＝3.2mm 中径の円板導体（13）には、その中心から等しくr_fだ
けオフセットされ、角間隔θの２ヶ所に給電点（13f₁）
及び（13f₂）が設けられ、小径の円板導体（15）の中心
に給電点（15f_f）が設けられる。給電点（13f₁）及び
（13f₂）のオフセット距離及び角間隔は例えば次のよう
に設定される。

r_f＝33mm, θ＝135° 中径円板導体（13）の両給電点（13f₁）及び（13f₂）
には、それぞれ同軸給電線（21）及び（22）が接続され
る。この場合、両給電線（21）及び（22）の外部導体は
接地導体（11）に接続される。

また、小径円板導体（15）の給電点（15f）には同軸
給電線（25）の内部導体（26）が接続され、給電線（2
5）の外部導体（27）は接地導体（11）に接続される。

なお、中径円板導体（13）は、その中心において、ス
ルーホール加工により接地導体（11）と電気的に接続さ
れており、従って、同軸給電線（25）の外部導体（27）
は中径円板導体（13）の中央部に接続されることにな
る。

既提案例の動作は次の通りである。

小径円板導体（15）は中心給電であり、その半径はr
₁₅＝26.5mmであって、TM₀₁モードで4.2GHzに共振して、
垂直偏波の放射素子となる。このとき、中径円板導体
（13）は小径円板導体（15）に対する接地導体として機
能し、主ビームが所望の仰角範囲となるほぼ円錐状の垂
直指向性が得られる。

一方、中径円板導体（13）は、インピーダンスがそれ
ぞれ50Ωの、第１の給電点（13f₁）が基準位相（０
°）、第２の給電点（13f₂）が−90°位相の1.6GGHzの
信号でTM₂₁モードで励振されて、円偏波の放射素子とな
り、ほぼ円錐状の所望の垂直指向性が得られる。

また、TM₀₁モード以外で放射素子の中点のインピーダ
ンスは基本的に０Ωであるから、前述のように、中径円
板導体（13）の中央部を接地導体（11）に接続して動作
の安定が図られる。

上述の既提案例では、所望の指向性が正面方向の利得
を必要としない円錐ビームであるため、正面方向の環境
がアンテナ自身の特性に及ぼす影響が少ないことに着目
して、低い方の周波数帯のアンテナの正面中央に高い方
の周波数帯のアンテナを積層することにより、小形でか
つ簡単な構成で所望の指向性を実現している。

ところが、下り回線として2.5GHz帯が使用される場
合、小径円板導体（15）の半径r₁₅が周波数に反比例し
て大きくなるため、第９図及び第10図に破線で示すよう
に、1.6GHz帯用の中径円板導体（13）のオフセット給電
点（13f₁）及び（13f₂）が覆われてしまい、指向性等の
所望の特性が損なわれるという問題が生ずる。

また、小径円板導体（15）がTM₀₁モードで励振されて
垂直偏波の放射素子となるため、下り回線でも円偏波が
使用される場合には、これに対応することができないと
いう問題が生ずる。

かかる点に鑑み、この考案の目的は、小形かつ簡単な
構成で、比較的近接した複数の周波数帯においても、各
単位アンテナの偏波特性及び放射特性を任意に設定する
ことができる複合アンテナを提供するところにある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案にかかる複合アンテナは、円環状放射素子の内
径部を接地導体に接続した円環アンテナと、円形放射素
子のマイクロストリップアンテナとを組み合わせた複合
アンテナであって、上記円形放射素子の直径を上記円環
状放射素子の内径より小さく設定し、上記円形放射素子
を上記円環状放射素子と同心に配置し、上記円形放射素
子と上記円環状放射素子は各々それらの中心から等しく
オフセットされた複数箇所に給電点が設けられている。

［作用］この考案によれば、小形かつ簡単な構成で、比較的近
接した複数の周波数帯においても、各単位アンテナの偏
波特性及び放射特性を任意に設定される。

［実施例］以下、第１図〜第５図を参照しながら、この考案によ
る複合アンテナの一実施例について説明する。

この考案の一実施例の構成を第１図及び第２図に示
す。

この両図において、（30）は円環アンテナであって、
いずれも円形の接地導体（31）上に、ふっ素樹脂のよう
な低損失の誘電体層（32）を介して、円環導体（放射素
子）（33）が同軸に積層配設され、この円環導体（33）
の内周部（33i）が、多数箇所のスルーホール（34）を
介して、接地導体（31）と短絡されて構成される。円環
導体（33）には、その中心から等しくオフセットされた
２ヶ所に給電点（35）及び（36）が設けられ、両給電点
（35）及び（36）に同軸給電線（37）及び（38）がそれ
ぞれ接続される。この場合、両給電線（37）及び（38）
の外部導体は接地導体（31）に接続される。

円板導体（放射素子）（41）が、円環アンテナ（30）
の誘電体層（32）上で、円環導体（33）の内側に同心に
配置されて、接地導体（31）を共用するマイクロストリ
ップアンテナが構成される。この円板導体（41）にも、
その中心から等しくオフセットされた２ヶ所に給電点
（42）及び（43）が設けられて、円環アンテナ（30）と
は独立に、両給電点（42）及び（43）に同軸給電線（4
4）及び（45）がそれぞれ接続される。

なお、円板導体（41）と円環導体（33）とは、同じ銅
張積層板をエッチング処理して容易に形成することがで
きる。

各導体（31），（33），（41）の寸法、誘電体層（3
2）の厚さ及び誘電率は、例えば次のように設定され
る。

r₃₁＝100mm, ro₃₃＝76.4mm ri₃₃＝46.7mm, r₄₁＝35.3mm t₃₂＝3.2mm, ε_r＝2.6 また、各給電点（35），（36）；（42），（43）のオ
フセット距離及び角間隔は例えば次のように設定され
る。

rf₃＝58mm, rf₄＝17.5mm,θ＝135° なお、各放射素子（33）及び（41）の給電点を半径方
向に整列させる必要はない。

上述の実施例の動作は次のとおりである。

1.6GHz帯用の円環アンテナ（30）の放射素子（33）
と、2.5GHz帯用のマイクロストリップアンテナの放射素
子（41）とは、いずれも前述の既提案例と同様に、90°
の位相差でTM₂₁モードで励振されて、放射素子（41）が
右旋性円偏波を放射し、放射素子（33）が左旋性円偏波
を放射する。そして、第３図A,Bに示すように、それぞ
れほぼ円錐状の所望の垂直指向性が得られる。また、第
４図及び第５図に両アンテナの入力インピーダンスを示
す。

この実施例では、円環アンテナ（30）とマイクロスト
リップアンテナを組み合わせたことにより、接地導体を
共用しているにもかかわらず、両者のアイソレーション
が大きくとれ、給電系が独立しているため、それぞれの
共振周波数、偏波特性及び放射特性を任意に設定するこ
とができる。

［考案の効果］以上詳述のように、この考案によれば、マイクロスト
リップアンテナの円形放射素子の直径を円環アンテナの
円環状放射素子の内径より小さく設定して、円形放射素
子を円環状放射素子と同心に配置するようにしたので、
小形かつ簡単な構成で、比較的近接した複数の周波数帯
においても、各単位アンテナの偏波特性及び放射特性を
任意に設定することができる複合アンテナが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの考案による複合アンテナの一実
施例の構成を示す平面図及び断面図、第３図はこの考案
の一実施例の垂直指向性を示す線図、第４図及び第５図
はこの考案の一実施例の各要部のインピーダンス特性を
示す線図、第６図はこの考案の説明のための概念図、第
７図及び第８図は従来の複合アンテナの構成例を示す平
面図及び断面図、第９図及び第10図は既提案による積層
形のアンテナの構成例を示す平面図及び断面図である。（30）は円環アンテナ、（31）は接地導体、（32）は誘
電体層、（33）は円環状放射素子、（34）はスルーホー
ル、（35），（36），（42），（43）は給電点、（41）
は円形放射素子である。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】円環状放射素子の内径部を接地導体に接続
した円環アンテナと、円形放射素子のマイクロストリップアンテナとを組み合
わせた複合アンテナにおいて、上記円形放射素子の直径を上記円環状放射素子の内径よ
り小さく設定し、上記円形放射素子を上記円環状放射素子と同心に配置
し、上記円形放射素子と上記円環状放射素子は各々それらの
中心から等しくオフセットされた複数箇所に給電点が設
けられていることを特徴とする複合アンテナ。