JPH02224506A - 複合アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の周波数帯に好適な、複合アンテナに関
する。

〔発明の概要〕

本発明は、オフセット給電されるマイクロストリップア
ンテナの円形放射素子と同軸に、投影面積の小さい背面
給電形アンテナを配し、この背面給電形アンテナの給電
線を円形放射素子の中心を貫通してマイクロストリップ
アンテナの背面に導出することにより、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
単位アンテナが相互の特性に及ぼす影響を少なくするよ
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Ｃ３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
Ｃ８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４．２
ＧＨｚとされる。例えば運輸会社のような利用者ＨＱと
基地局Ｃ３とが別の通信回線りで接続される。

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、構成が簡単であり、形状が小さく低プロフィ
ルであること、互いにかけ離れた送信周波数帯及び受信
周波数帯において、静止衛星の仰角に適応した所望の指
向性を有すること等の諸条件を満足するものが好適であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のような指向性と形状・構造の条件を概ね満足する
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。

まず、第７図及び第８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７図及び第８図において、（ＩＯ３）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。

ｒ　ＩＩ＝９０ｍｍ＋　　　　　　ｒ　＋　３　＝５５
ｍｍｒ　＋５＝２６．５ｍｍ、　　　　　ｅ　、　　＝
２．６ｔ１２＝ｔ１４ゴ３．２ｍ… 中径の円板導体（１３）には、その中心から等しくｒ、
だけオフセットされ、角間隔θの２ケ所に給電点（１３
ｆ、）及び（１３ｆ２）が設けられ、小径の円板導体（
１５）の中心に給電点（１５）が設けられる。給電点（
１３ｆ、）及び（１３ｆｚ）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　ｔ　＝３３ｍｍ＋　　　　　θ＝１３５゜中径円板
導体（１３）の再給電点（１３ｆυ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、再給電線（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（２５）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
　ｔｓ＝２６．５ｍｍであって、ＴＭ、、モードで４．
２ＧＩ（ｚ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（１３ｆ、）が基準位相（
０°）、第２の給電点（１３ｆｚ）が−９０°位相の１
．６Ｇｆｌｚの信号でＴＭ、、モードで励振されて、円
偏波の放射素子となり、はぼ円錐状の所望の垂直指向性
が得られる。

また、ＴＭ、、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ＯΩ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（■５）の半径ｒｌｓが周波数に反
比例して大きくなるため、第７図及び第８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（１３ｆ、）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。

かかる点に漏み、本発明の目的は、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
アンテナが相互の特性に及ぼす影響を少なくすることが
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］ 本発明は、円形放射素子（１３）の中心から離れた位置
に給電点（１３ｒ＋）、　（ｉ３ｒｚ）を有するマイク
ロストリップ形の第１のアンテナ（１０）と、この第１
のアンテナの正面側に円形放射素子と同軸に配され、当
該円形放射素子に対する投影面積が小さい背面給電形の
第２のアンテナ（３０）とを備え、この第２のアンテナ
の給電線（２５）を円形放射素子の中心を貫通して第１
のアンテナの背面に導出し、第１及び第２のアンテナを
それぞれ異なる周波数帯で動作させるようにした複合ア
ンテナである。

〔作用〕

かかる構成によれば、比較的近接した複数の周波数帯に
おいても、各単位アンテナ相互の影響が防止される。

〔実施例］ 以下、第１図及び第２図を参照しながら、本発明による
複合アンテナの一実施例について説明する。

本発明の一実施−例の全体の構成を第１図に示し、その
要部の構成を第２図に示す。この両図において、前出第
７図及び第８図に対応する部分には同一の符号を付して
重複説明を省略する。

第１図において、（１０）はマイクロストリップアンテ
ナであって、第７図及び第８図に示した積層形のマイク
ロストリップアンテナ（ＩＯＳ）から小径の誘電体層（
１４）及び円板導体（１５）を分離、除去したように構
成される。

前述と同様に、円板導体（１３）は、１．６Ｇ）（ｚ帯
においてＴ　Ｍ　ｚ　＋モードで励振されて、円偏波を
放射する。

（３０）は公知のバツクファイア型のヘリカルアンテナ
であって、ステアタイト磁器のような低損失の絶縁体か
らなる支持円筒（３１）の外周面に、放射素子としての
４本の導体条（３２ａ）　〜（３２ｄ）が、９０゜の角
間隔と同一のピッチ角とで、螺旋状にそれぞれ２回巻き
つけられる。

第２図に示すように、同軸給電線（２５）の外部導体（
２７）の末端部がＸ波長のスリット（２７ｓ）によって
分割され、その一方に内部導体の末端（２６ｅ）が接続
されて、分割同軸型のバラン（２８）が構成される。

隣接する２本の導体条（３２ａ）及び（３２ｂ）の各上
端が接続片（３３ａ）及び（３３ｂ）によって、バラン
（２８）の一端に共通に接続されると共に、他の２本の
導体条（３２ｃ）及び（３２ｄ）の各上端々（接続片（
３３ｃ）及び（３３ｄ）によって、バラン（２８）の他
端に共通に接続される。

各導体条（３２ａ）〜（３２ｄ）の各下端はそれぞれ接
続片（３４ａ）〜（３４ｄ）によって給電線（２５）の
外部導体（２７）に共通に接続される。

本出願人による特開昭６３−３０００６号（特願昭６１
−１７３２７０号）に開示されるように、それぞれ対称
な一方の対の接続片（３４ａ）及び（３４ｃ）の方が、
これと交互に配された他方の対の接続片（３４ｂ）及び
（３４ｄ）よりも所定量だけ長くなるように形成されて
いるので、使用波長においては、長い方の接続片（３４
ａ）及び（３４ｃ）を含んで形成される一方のループが
誘導性となり、短かい方の接続片（３４ｂ）及び（３４
ｄ）を含んで形成される他方のループが容量性となって
、各アンテナ素子（３２ａ）〜（３２ｄ）に流れる電流
の間に互いに９０°の位相差を持たせることができて、
このヘリカルアンテナ（３０）からは、例えば右旋性の
円偏波が効率良く放射される。

このヘリカルアンテナの垂直指向性は、例えば第３図に
示すようなカージオイド形となり、また、水平方向には
無指向性となる。

２．５Ｇ）（ｚで使用する場合、支持円筒（３１）の外
径及び長さは例えば次のように設定される。

Ｄ３１＝１５１１１１１１．　　　Ｉ、＋＋＝８８ｍｍ
また、Ｔ　Ｍ　ｚ　＋モードで励振される円板導体（１
３）の垂直指向性は、第４図に示すように、はぼ円錐状
となる。

第１図の実施例では、１．６ＧＨｚ帯のマイクロストリ
ップアンテナ（１０）の利得不要の正面方向に、投影面
積の小さな２．５ＧＨｚ帯のヘリカルアンテナ（３０）
を配設したので、既提案の積層形アンテナのように、１
．６ＧＩ（ｚ帯の緒特性に悪影響を及ぼすことがない。

また、ヘリカルアンテナ（３０）の給電線（２５）が、
円板導体（１３）の中心を貫通して、マイクロストリッ
プアンテナ（１０）の背面に導出されるため、前述のよ
うに基本的にインピーダンスがゼロである、円板導体（
１３）の中心が接地されて、１．６ＧＨｚ帯での動作が
安定する。

更に、第１図の実施例では、ヘリカルアンテナ（３０）
を採用したため、１点給電で、円板導体（１３）の電流
分布を乱さずに、円偏波を放射することができる。

次に、第５図を参照しながら、本発明による複合アンテ
ナの他の実施例について説明する。

本発明の他の実施例の構成を第５図に示す。この第５図
において、前出第１図、第７図及び第８図に対応する部
分には同一の符号を付して重複説明を省略する。

第５図に゛おいて、円板導体（１３）の中心に垂直に、
２波長の導電線条（４１）が配設されてモノポールアン
テナが構成される。この導電線条（４１）は、接地導体
（１１）〜円板導体（１３）を貫通する同軸給電線（２
５）の内部導体（２６）に接続されて、給電される。

なお、この場合、円板導体（１３）は導電線条（４１）
に対して、接地導体として機能する。

また、導電線条（４１）として、給電線（２５）の内部
導体（２６）を所定長だけ露出させるようにしてもよい
。

第５図の実施例のモノポールアンテナ（４１）からは、
既提案例の小径円板導体（１５）と同様に、垂直偏波が
放射される。図示を省略するが、その垂直指向性は所望
の円錐状となる。

その余の作用効果は、前出第１図の実施例と同様である
。

〔発明の効果〕

以上詳述のように、本発明によれば、オフセット給電さ
れるマイクロストリップアンテナの円形放射素子と同軸
に、投影面積の小さい背面給電形アンテナを配し、この
背面給電形アンテナの給電線を円形放射素子の中心を貫
通してマイクロストリップアンテナの背面に導出するよ
うにしたので、小型かつ簡単な構成で、比較的近接した
複数の周波数帯においても、各単位アンテナが相互の特
性に及ぼす影響を少な（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図は本発明による複合アンテナの一実施例の構成を
示す部分断面図、第２図は本発明の一実施例の要部の構
成を示す斜視図、第３図及び第４図は第１図の実施例の
垂直指向性を示す線図、第５図は本発明の他の実施例の
構成を示す断面図、第６図は本発明の説明のための概念
図、第７図及び第８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。 （１０）　、　（ＩＯＳ）はマイクロストリップアンテ
ナ、（１１）は接地導体、（１２）　、　（１４）は誘
電体層、（１３）。 （１５）は円板導体、（１３ｆｌ）、（１３ｆり、（１
５ｆ）は給電点、（２１）　、　（２２）　、　（２５
）は同軸給電線、（２８）はバルン、（３０）はヘリカ
ルアンテナ、（３２ａ）　〜（３２ｄ）はアンテナ素子
である。 突旋９ＰＪ 第１図 実慶伊」のｆｈｆＥＩ　を呟け−１，！ｆＧＨｘ）第３
図 寅　カキシ４９’Ｊ　の　田ジ　向　姓　（ｆコｆ、５
６Ｈ区ン第４図 ２ｓ：バルン 突慶例のｌＬ部 第２図 イで二の１陳ミ艶弔デー」 第５図 （コ オーシｙ７７ｗｙｓ通イ芭ヲＮの槙族イη）１第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円形放射素子の中心から離れた位置に給電点を有するマ
   イクロストリップ形の第１のアンテナと、この第１のア
   ンテナの正面側に上記円形放射素子と同軸に配され、当
   該円形放射素子に対する投影面積が小さい背面給電形の
   第２のアンテナとを備え、 この第２のアンテナの給電線を上記円形放射素子の中心
   を貫通して上記第１のアンテナの背面に導出し、 上記第１及び第２のアンテナをそれぞれ異なる周波数帯
   で動作させるようにしたことを特徴とする複合アンテナ
   。