JPH08213835A - 2周波共用アンテナ - Google Patents

2周波共用アンテナ

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JPH08213835A
JPH08213835A JP4244095A JP4244095A JPH08213835A JP H08213835 A JPH08213835 A JP H08213835A JP 4244095 A JP4244095 A JP 4244095A JP 4244095 A JP4244095 A JP 4244095A JP H08213835 A JPH08213835 A JP H08213835A
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JP
Japan
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antenna
patch antenna
circular patch
circular
dielectric
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Pending
Application number
JP4244095A
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English (en)
Inventor
Teruo Onishi
輝夫 大西
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Publication date
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】デュプレクサ等の高価で形状の大きな信号分離
手段を付加することなく送受信可能な、高いアイソレー
ションを有する2周波共用アンテナを提供することを目
的とする。 【構成】下側主表面に接地導体2を有する第1の誘電体
層1の上側主表面に第1の円形パッチアンテナ14を具
備し、第1の誘電体層1の上には第2の誘電体層5が配
設されその上側主表面に前記第1の円形パッチアンテナ
14と同心円状に第2の円形パッチアンテナ6を形成
し、前記第1の誘電体層1内にフィルター素子16を具
備せしめ該フィルタ素子16を介して前記円形パッチア
ンテナ6に給電する2周波共用アンテナである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は通信機器用のアンテナ、
殊に、航空機等に搭載可能な2周波共用アンテナに関す
る。
【0003】
【従来技術】従来より、移動体通信の分野に於いては送
受信兼用の2周波共用アンテナが用いられている。図
4、5は夫々従来の2周波共用アンテナの構成を示す平
面図及びA−A′断面図である。同図に示すように第1
の誘電体基板1の下側の主表面には接地導体2が、上側
の主表面には円環形状の放射導体からなる円環パッチア
ンテナ3が前記接地導体2と平行に配置されている。ま
た、放射導体3の内径に等しい直径を有する円筒形状の
導体4により円環パッチアンテナ3の内周と接地導体2
とは電気的に接続されている。更に、上記第1の誘電体
基板1上には第2の誘電体基板5が配設され、その上面
には前記円環パッチアンテナ3と同心円状に配置した円
形状放射導体からなる円形パッチアンテナ6が前記接地
導体2と平行に配置されている。これら2つのパッチア
ンテナ3、6には夫々給電用同軸ケーブル7、8の中心
導体9、10が接続されており、該中心導体9、10を
絶縁部材を介して円筒状に包囲する給電用同軸ケーブル
7、8の接地導体部は何れも前記第1の誘電体基板1の
接地導体2に電気的に接続される。前記中心導体9は第
1の誘電体基板1を貫通する給電線11を介して円環パ
ッチアンテナ3と電気的に接続(図4中白抜き円)さ
れ、前記中心導体10は円環パッチアンテナ3の内径の
内側を通り且つ2つの誘電体基板を貫通する給電線12
を介して円形パッチアンテナ6とその中心から所定距離
ずれた位置で電気的に接続(図4中黒円)されている。
尚、これらの接続点を一般にアンテナへの給電点と称す
る。以上のように構成すれば、給電用同軸ケーブル7を
介して円環パッチアンテナ3を、給電用同軸ケーブル8
を介して円形パッチアンテナ6を励振することができ
る。ここで、円環パッチアンテナ3の共振周波数と円形
パッチアンテナ6の共振周波数とを異ならせ、夫々を送
信周波数及び受信周波数として用いることによって、上
記アンテナを2周波共用アンテナとして用いることがで
きる。尚、周知の通り、円形(円環)パッチアンテナの
共振周波数は放射導体の直径、厚み、及び誘電体基板の
誘電率によって決定されるから、必要とされる共振周波
数に応じて適宜設計すればよい。
【0004】更に、図6に示す如く、このような2周波
共用アンテナにおいて、円環パッチアンテナ3の中心か
ら接続点までの距離が給電用同軸ケーブル7と同じであ
って異なる位置(図中白抜き四角)に、円形パッチアン
テナ6の中心から接続点までの距離が給電用同軸ケーブ
ル8と同じであって異なる位置に、各々少なくとも1つ
の給電用同軸ケーブルを追加接続(図中黒四角)した多
点給電型2周波共用アンテナが提案されている。例え
ば、実開平2ー35514号公報にも開示されているよ
うに、これら給電用同軸ケーブルへの給電の位相をずら
すことにより円偏波を発生させることが可能となり、送
信用アンテナと受信用アンテナの円偏波を同一の方向、
例えば左旋円偏波とすることによって、送信アンテナと
受信アンテナの間で例えば30dB程度のアイソレーショ
ンを確立することができる。尚、円偏波は、円形又は円
環状放射導体の外周部分に切り欠けを形成することによ
って1つの給電点であっても発生できることが知られて
いる。
【0005】ところが、上述ような構成の2周波共用ア
ンテナを長距離間の移動体通信用のアンテナとして用い
る場合、受信する信号が長い伝送路中で減衰し極めて微
弱になっている可能性が高いため、送信と受信の間のア
イソレーションをより高くして、送信アンテナから受信
アンテナへの信号の回り込み現象を極限することが必要
となってきた。これを解決するために特開平5ー175
727号公報に開示されているようなアイソレーション
改善手段が提案されている。例えば、図7に示すよう
に、上述したような2周波共用アンテナに於いて、円形
(円環)パッチアンテナの中心を基準として、円形パッ
チアンテナ6の給電点と円環パッチアンテナ3の給電点
との相対角度Θrを変化させることにより、円形パッチ
アンテナ6と円環パッチアンテナ3のアイソレーション
が変化し、相対角度Θrを最適値に選択することによっ
て最大で約55dB程度のアイソレーションが得られる。
【0006】しかしながら、2周波共用アンテナに要求
されるアイソレーションは更に高くなっており、上述し
たような手法のみでは対応しきれないと云うのが現状で
あり、実際には図8に示すように送信と受信を分離する
ためにストリップライン等で構成されるデュプレクサ1
3等の信号分離手段を通信装置内に設けなければなら
ず、高価で大きな形状となるため通信装置の小形化及び
低価格化に適さないという欠点があった。
【0007】
【発明の目的】デュプレクサ等の高価で形状の大きな信
号分離手段を付加することなく送受信可能な、高いアイ
ソレーションを有する2周波共用アンテナを提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【発明の概要】下側主表面に接地導体を有する第1の誘
電体層の上側主表面に第1の円形パッチアンテナを具備
し、第1の誘電体層の上には第2の誘電体層が配設され
その上側主表面に前記第1の円形パッチアンテナと同心
円状に第2の円形パッチアンテナを形成した2周波共用
アンテナに於いて、前記第1の誘電体層内にフィルター
素子を具備せしめ該フィルタ素子を介して前記円形パッ
チアンテナに給電するよう構成したものである。
【0009】
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図1、2は夫々本発明に係る2周波共用ア
ンテナの実施例の構成を示す平面図及びB−B′断面図
である。同図に示すように第1の誘電体基板1の下側の
主表面には接地導体2が形成されており、上側の主表面
には円形状の放射導体からなる第1の円形パッチアンテ
ナ14が接地導体2と平行に配置されている。更に、第
1の円形パッチアンテナ14と同じ中心を有し適当な直
径を有する円筒形状導体15により第1の円形パッチア
ンテナ14と接地導体2とが電気的に接続されている。
また、上記第1の誘電体基板1上には第2の誘電体基板
5が配設され、その上部には前記第1の円形パッチアン
テナ14と同心円状に配置した円形状放射導体からなる
第2の円形パッチアンテナ6が接地導体2と平行に配置
されるよう形成されている。この2周波送受信共用アン
テナにおいて、各パッチアンテナには中心からの距離が
同じで異なる位置に複数の給電点(図1では各円形パッ
チアンテナに2つの給電点)を設け、位相の異なる信号
を給電することによって送信アンテナと受信アンテナの
円偏波を互いに同一の方向、例えば左旋円偏波となるよ
う構成した上で、第1の円形パッチアンテナ14と第2
の円形パッチアンテナ6の相対角度Θrを適当に選ぶ
と、フィルター16がない場合には、送信アンテナと受
信アンテナの間で55dB程度のアイソレーションを確立
することができることは既に説明したとおりである。
【0010】更に、前記円筒形状導体15により囲まれ
た部分には2つの誘電体フィルター16、16が、絶縁
性を有する充填剤17により封入されている。例えば、
第2の円形パッチアンテナ6に給電する一方の給電用同
軸ケーブル8の中心導体10は、前記誘電体フィルター
16の1つを介して第2の誘電体基板5を貫通する給電
線12により中心から円周方向にずれた位置にて第2の
円形パッチアンテナ6に電気的に接続される。尚、給電
線12と第1の円形パッチアンテナ14が電気的に接続
しないよう第1の円形パッチアンテナ14の適所には貫
通孔を設けてある。一方、第1の円形パッチアンテナ1
4に給電するための給電用同軸ケーブル7の中心導体9
は、第1の誘電体基板1を貫通する給電線11を介して
第1の円形パッチアンテナ14の中心から円周方向にず
れた位置にて第1の円形パッチアンテナ14に電気的に
接続される。この例では、前記第2の円形パッチアンテ
ナ6を受信周波数に第1の円形パッチアンテナ14を送
信周波数として用いる。多給電型の円形パッチアンテナ
に於いては他の給電用同軸ケーブルも同様に円形パッチ
アンテナと接続するものとし、受信側アンテナの給電点
毎に誘電体フィルタを具備している。給電用同軸ケーブ
ルの接地用導体は何れも第1の円形パッチアンテナ14
下面の接地導体2に電気的に接続する。
【0011】このように、誘電体フィルター16を挿入
することによりアイソレーションの作用が増大されるこ
ととなり、より大きなアイソレーションが送信と受信間
で得られることになる。また、誘電体フィルタがパッチ
アンテナの給電点に近接配置されることから給電点との
配線距離が著しく短くなり、伝送ロスを極限することが
できる。
【0012】誘電体フィルターは一般的に、角柱状の誘
電体(例えばセラミック)の周囲に接地電極が貼り付け
られており、該角柱状誘電体の中心にはこれを貫通する
孔が形成され、その内面には円筒状の電極が貼り付けら
れている。図3(a)は3つの誘電体フィルタをコンデ
ンサを介して並列に接続して1つのフィルタユニットを
構成した例を示す図である。同図(b)は同図(a)の
誘電体フィルタに於いて、1つの誘電体の外形寸法が4
mm×4mm×5mmであり、誘電体の誘電率εr が9
0〜100であった場合についてシミュレーションで求
めたフィルター特性図である。この図3に示した誘電体
フィルタを、図1、2の2周波共用アンテナの誘電体フ
ィルタ16として用いたときのアイソレーションについ
てシミュレーションを行った。例えば、航空衛星通信の
分野で一般的に用いられる受信帯域が1525〜1559MHzで
あって、送信帯域が1626.5〜1660.5MHzである通信装置
の2周波共用アンテナに適用した場合を考えると、図3
(b)よりフィルタの減衰特性はこれら両者の周波数帯
域間で約30dB程度確保されている事実からも明らかな
ように総合で約85dB程度のアイソレーションがとれる
ことになる。例えば、航空衛星通信の分野では90dB程
度の送受信間アイソレーションが要求されているが、誘
電体フィルタの最適設計を行いフィルタの減衰量を若干
高くすることで、デュプレクサなしにこの規格を満足す
る2周波共用アンテナが実現できるのである。
【0013】尚、以上本発明を誘電体基板上に形成した
円形パッチアンテナを用いた2周波共用アンテナを例と
して説明してきたが、本発明はこれら実施例のみに限定
されるものではなく、略円形(例えば正多角形)の放射
導体からなるパッチアンテナであってもよく、或いは、
円環状のパッチアンテナで構成してもよい。また、必ず
しも誘電体基板を用いることはなく、パッチアンテナと
接地導体とが互いにほぼ平行となるように挿入或いは充
填された誘電体層が具備されていればよい。また、実施
例に於いては第1の誘電体基板内に誘電体フィルタを配
設したが、これのみならず第2の誘電体基板或いは両者
にまたがって配設してもよく、誘電体フィルタ以外の如
何なるフィルタ、例えば圧電フィルタ等であってもよ
い。更に、航空衛星通信に用いる場合について説明した
が、高周波帯域を利用して通信を行う分野のアンテナに
適用可能であることは言うまでもない。
【0014】
【発明の効果】本発明は以上説明したように、2周波共
用アンテナの誘電体基板或いは誘電体層内部にフィルタ
ーを配設したことにより、アンテナのみで送信と受信の
アイソレーションを大幅に向上させることができる。特
に、90dB程度以上の送受信間アイソレーションが求め
られている衛星通信用の移動体アンテナとして用いる場
合は、送信と受信の分離用に用いられるデユプレクサの
帯域通過フィルターの仕様を緩和する、もしくはデュプ
レクサ自体をなくすことができ、アンテナ給電系のコス
トを低下、さらに移動体通信用機器に不可欠な小型化を
行なう上で著しい効果を奏する。
【0015】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る2周波共用アンテナの上面図。
【図2】本発明に係る2周波共用アンテナのB−B′断
面図。
【図3】(a)、(b)は夫々誘電体フィルターの外観
図及びシミュレーションにより求めた誘電体フィルター
のフィルター特性図。
【図4】従来の2周波共用アンテナの上面図。
【図5】従来の2周波共用アンテナのA−A′断面図。
【図6】従来の2周波共用アンテナの上面図。
【図7】従来の2周波共用アンテナの上面図。
【図8】従来の2周波共用アンテナを用いた送受信装置
のブロック図。
【符号の説明】
1・・・第1の誘電体基板 2・・・接地導体 3・・・円環パッチアンテナ 4、15・・・円筒形状の導体 5・・・第2の誘電体基板 6、14・・・円形パッチアンテナ 7、8・・・給電用同軸ケーブル 9、10・・・中心導体 11、12・・・給電線 16・・・誘電体フィルター 17・・・充填剤

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下面に接地導体を有する第1の誘電体層の
    上面に第1の円形パッチアンテナを、該第1の円形パッ
    チアンテナの上面に第2の誘電体層を配設し、該第2の
    誘電体層の上面には前記第1の円形パッチアンテナと同
    心円状に第2の円形パッチアンテナを配置した2周波共
    用アンテナに於いて、前記第1或いは第2の誘電体層内
    にフィルター素子を具備せしめ該フィルター素子を介し
    て円形パッチアンテナに給電したことを特徴とする2周
    波共用アンテナ。 【0001】
JP4244095A 1995-02-06 1995-02-06 2周波共用アンテナ Pending JPH08213835A (ja)

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