JPH06350332A

JPH06350332A - 小型送受スタックアンテナ

Info

Publication number: JPH06350332A
Application number: JP5131994A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Konishi; 良弘小西; Koichi Ito; 伊藤　　公一
Original assignee: Uniden Corp
Current assignee: Uniden Corp
Priority date: 1993-06-02
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】同時交信のために個別の周波数を用いる車載
用などの小型送受アンテナを低姿勢に近接配置しても相
互間に十分なアイソレーションが得られるようにするた
めに、【構成】円板状アンテナを同軸にスタックし、上側ア
ンテナに強誘電体材料を装荷して半径を相対的に縮小す
るとともに、双方の周縁部を下側内方に折曲げて垂直面
内の指向性を水平に修正し、【効果】送受信用周波数が近接している場合にも、上
下のアンテナ間のアイソレーションを大きくして通信機
に備える送受分離用フィルタを比較的簡易に構成し得る
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、航空機などの
移動体に装備するに好適な小型送受スタックアンテナに
関し、特に、近接した２周波数による送受信に個別に用
いる２個のアンテナを、相互間に良好なアイソレーショ
ンを保って、低姿勢の一体構造にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】個別の周波数により送受信して同時交信
を行ない得るようにするために２個のアンテアを一体に
組合わせた送受スタックアンテナは、高速移動体の外壁
面などにも装着し得るように、小型でしかも低姿勢にす
るのが好適である。

【０００３】しかして、移動体外壁面などの接地導体面
に低姿勢で装着し得るアンテナとしては、図１に示すよ
うに、接地導体面からわずかに離して半波長以下の大き
さの導体平板を平行に配置したコンデンサアンテナある
いはパッチアンテナ、および、図２に示すように、平行
導体平板の一部を垂直に折り曲げて接地導体に短絡し、
平行部分の中間位置に給電した逆Ｆアンテナがあり、さ
らに、図３に示すように、航空機など移動体の外壁導体
面に沿って彎曲させた導体円板と外壁導体面との間に誘
電体を装荷した移動体用アンテナが知られている。

【０００４】このような板状導体からなるアンテナは、
図４に示すように、接地導体側の背面から同軸線を介し
て給電するのが一般的であり、図５に示すように、接地
導体面を鏡面にして対称に配置した一対の板状導体間に
発生する電磁界による水平面内の全方位放射を行なうも
のとして取扱うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような低姿勢
のアンテナを、個別の周波数により送受信して同時交信
を行ない得るようにするために、図６(a) および(b) に
示すように、上下に２個スタックして一体に組合わせる
場合には、近接配置した２個のアンテナの放射電磁界が
相互に干渉するので、送受信アンテナ相互のアイソレー
ションが取れず、使用する通信機に送受信分離のための
尖鋭な周波数分離特性をもった複雑なフィルタを設ける
必要がある。殊に、送受信周波数が、例えば 200MHz と
201 MHzとなど、極めて近接している場合には、フィル
タのみによって送受信相互間に必要なアイソレーション
を得ることは実用上不可能に近い。

【０００６】本発明の目的は、送受信周波数が極めて近
接している場合にも、送受信分離のための複雑高価なフ
ィルタを通信機に備える必要がなく、比較的簡易なフィ
ルタによっても総合して十分な送受信分離が行なえるよ
うに、送受信アンテナ相互間に必要なアイソレーション
が得られるように構成した、移動体に装着するにも好適
な小型送受スタックアンテナを提供することにある。

【０００７】すなわち、本発明小型送受スタックアンテ
ナは、接地導体面上に平行に順次に離隔して上下ほぼ同
軸に近接配置した２枚の導体板をそれぞれ放射器として
個別に給電し、上下の前記導体板の相互間のほぼ全面に
強誘電体もしくは強磁性体を装荷して当該導体板を縮小
することにより、下側の前記導体板の周縁に発生した電
磁界が指数関数的に少なくとも１０ｄＢ減衰した領域に
上側の前記導体円板もしくは導体円環の周縁が位置する
ように構成したことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】したがって、本発明小型送受スタックアンテナ
においては、ともに平板状の送受信アンテナをほぼ同軸
にスタックして低姿勢に近接配置しても相互間に必要な
アイソレーションが得られ、通信機に比較的簡易なフィ
ルタを使用しても十分な送受信分離を達成することがで
きる。

【０００９】

【実施例】以下に図面を参照して実施例につき本発明を
詳細に説明する。本発明小型送受スタックアンテナは、
基本的には、図６(a) および(b) に示したように、接地
導体Ｇ上の共通の誘電体基板Ｓもしくは個別の誘電体基
板Ｓ₁およびＳ₂上あるいは中空に近接してスタックし
た平板状アンテナＡ₁およびＡ₂に同軸フイーダＦ₁お
よびＦ₂を個別に接続した従来の小型送受スタックアン
テナとほぼ同様に構成する。なお、下側の円板状アンテ
ナＡ₂は、図７(a) に示すように、円環状アンテナＡ₃
とすることもでき、また、上下の円板状アンテナＡ ₁お
よびＡ₂の中心部に、図７(b) に示すように、円環状突
起Ａ₄およびＡ₅をそれぞれ設けて、円板部分の半径を
縮小することもできる。

【００１０】図６(b) に示したように上下にスタックし
た円板状アンテナＡ₁, Ａ₂について、図８(a) に示す
ように、半径をｒ_{1 ,}ｒ₂、誘電体基板Ｓ_{1 ,}Ｓ₂の高
さをｈ₁，ｈ₂、誘電率をε_{1 ,}ε₂とし、図８(b) に
示すように円板状アンテナの周縁に生ずる垂直方向の電
界をＥ_{1 ,}Ｅ₂とすると、磁界は電界に直交して円周方
向に生ずる。かかる状態における円板状アンテナＡ_{1 ,}
Ａ₂の放射インピーダンスＲ_{1 ,}Ｒ₂は、Ａを比例定数
としてつぎの（１）式のように表わされる。

【数１】したがって、

【数２】一方、円板状アンテナＡ_{1 ,}Ａ₂相互間および接地導体
Ｇとの間の順次の容量Ｃ₁，Ｃ₂は、つぎの(3) 式によ
って表わされる。

【数３】したがって、

【数４】この(4) 式の関係を(3) 式に代入すると、つぎの(5) 式
の関係が得られる。

【数５】

【００１１】かかる関係の放射インピーダンスを呈する
円板状アンテナの放射電界は、図９(a) に示すように、
導体円板の周縁から対向導体に向って垂直方向に発生
し、その内方に向う電界強度は、図９(b) に示すよう
に、指数関数的に減衰する。したがって、上下にスタッ
クして近接配置した２個の円板状アンテナＡ_{1 ,}Ａ₂の
相互間に十分なアイソレーションを得るためには、大き
い方の下側円板状アンテナＡ₂の周縁に発生した放射電
界の電界強度が十分に減衰した領域に小さい方の上側円
板状アンテナＡ₁の周縁が位置し、下側円板状アンテナ
Ａ₂の影響をなるべく受けないようにする必要がある。

【００１２】そのためには、上側円板状アンテナＡ₁に
ついて、下側円板状アンテナＡ₂に比し、半径ｒ₁を小
さくするとともに、式(5) において誘電体基板Ｓ₁の誘
電率ε₁を相対的にできるだけ増大させ、放射インピー
ダンスを小さくするのが好適である。すなわち、上側円
板状アンテナＡ₁に接する誘電体基板Ｓ₁を、例えばチ
タン酸バリウム系などの強誘電体材料もしくは強磁性材
料により構成するとともに、下側円板状アンテナＡ₂に
はできれば誘電体基板Ｓ₂を設けず、また、上側円板状
アンテナＡ₁の半径ｒ₁をできるだけ小さく選定して、
上下アンテアＡ_{1 ,}Ａ₂の周縁部をできるだけ離隔して
少なくとも１０ｄＢのアイソレーションを確保するよう
にする。なお、その結果として生ずる上側アンテナＡ₁
の放射インピーダンスの低下、したがって、アンテナ利
得の低下は、接続する通信機の入出力端における電力増
幅利得の増大によって容易に補償することができる。

【００１３】また、図８(a),(b) に示したような導体円
板からなるコンデンサアンテナにおける放射電界は水平
面内において無方位の指向性を呈するが、図５に示した
対称配置の仮想アンテナ対における対称鏡面となる接地
導体面Ｇが移動体の外壁面などのように有限の大きさで
ある場合には、垂直面内における指向性パターンの中心
軸が水平方向から上方に外れるために、実際に通信に必
要とする水平方向のアンテナ利得が相当程度低下するこ
とになる。

【００１４】本発明小型送受スタックアンテナにおいて
は、上述したような接地導体Ｇの大きさが実際の装備状
態では有限であることに起因するアンテナ利得の低下を
補償するために、図10(a) および(b) に示すように、上
側円板状アンテナＡ₁および下側円板状アンテナＡ₂の
周縁部をそれぞれ下側内方に折り曲げることによって垂
直面内における指向性パターンの中心軸をほぼ水平方向
に修正し、実際に通信を行なう水平方向で最大のアンテ
ナ利得が得られるようにする。

【００１５】つぎに、本発明により、図６(a), (b)に示
したように、導体円板からなる放射器を同軸にスタック
して強誘電体を装荷した送受アンテナを試作し、送受相
互間のアイソレーションを測定した結果について説明す
る。

【００１６】試作した小型送受スタックアンテナは、図
１１に示すように、接地導体面Ｇから１２〜１３mm離し
て平行に直径１５０mmの導体円板からなる下側アンテナ
Ａ₂を配置し、さらに、１０mm離して平行に直径１００m
mの導体円板からなる上側アンテナＡ₁を同軸配置し、
上下のアンテナＡ₁,Ａ₂間に厚さ６mmのエポキシガラス
板を強誘電体として装荷し、別途試作した二重同軸給電
線Ｆを介し、上下のアンテナＡ₁,Ａ₂にそれぞれ同軸給
電するように構成したものである。

【００１７】かかる試作送受スタックアンテナについて
上下のアンテナＡ₁,Ａ₂相互間のアイソレーションを測
定した結果を図１２(a) および(b) に示す。図１２(a)
および(b) は、それぞれ上側アンテナＡ₁および下側ア
ンテナＡ₂に給電した場合について、特性曲線１は、給
電アンテナから見たアイソレーションの周波数特性を示
したものであり、また、特性曲線２は、給電アンテナか
らみた他方のアンテナの結合に基づく反射減衰量、すな
わち、リターンロスの周波数特性を示したものであり、
垂直の点線で示す中心周波数における給電アンテナ側の
整合状態を示すものである。

【００１８】図１２(a), (b)に示したかかる測定結果に
よれば、上下のアンテナＡ₁,Ａ₂のいずれの側から見て
も、同一周波数に対する良好な整合状態においても、ア
ンテナ系のみで約１５ｄＢのアイソレーションが得られ
ている。したがって、実際に送受信周波数が離隔してい
る状態においては、送受信機の入出力端に通常使用する
程度の分離特性を有する比較的簡単な送受分離用フィル
タを備えるだけで、送受信周波数が近接している場合で
も、十分な送受分離を行なって良好な交信状態を確保す
ることができる。

【００１９】なお、図１１に示した大きさの試作アンテ
ナについて図１２(a), (b)に示した測定結果は周波数２
０００MHz 用に設計して測定したものであるが、冒頭に
述べたように周波数２００MH近傍で使用するものとして
は、送受スタックアンテナ全体の大きさを縮少して例え
ば図１１に示したのと同程度の大きさの小型に設計し、
図１２(a), (b)に示したのと同程度の測定結果が得られ
るようにするのが好適である。

【００２０】そのためには、本発明小型送受スタックア
ンテナを構成する導体円板の代わりに図７に示したよう
に円環状導体板を取付けるなどして容量形成素子を装荷
し、あるいは、導体円板に装荷する強誘電体材料を誘電
率が特に大きいフェライトによって構成するなどによ
り、導体円板もしくは導体円環の半径を大幅に縮小させ
るのが好適である。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、小型の導体円板からなる送受信アンテナを上
下にスタックして同軸に近接配置し、移動体外壁面への
装着に適するように低姿勢に構成するとともに、同時交
信を行なうために個別に選定する送受信周波数が極めて
近接している場合にも、通信機には比較的簡易な送受信
分離用フィルタを用いるだけで十分な送受信分離を行な
い得るように送受アンテナ相互間に十分なアイソレーシ
ョンを確保し得る、という格別顕著な効果を挙げること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンデンサ（パッチ）アンテナの概略構成を示
す斜視図である。

【図２】逆Ｆアンナテの概略構成を示す斜視図である。

【図３】移動体用アンテナの概略構成を示す断面図であ
る。

【図４】コンデンサアンテナの背面給電の態様を示す線
図である。

【図５】コンデンサアンテナの動作原理を示す線図であ
る。

【図６】(a)および(b) は本発明小型送受スタックアン
テナの基本構成の例をそれぞれ示す断面図である。

【図７】(a) および(b) は同じくその基本構成の他の例
をそれぞれ示す断面図である。

【図８】(a)および(b) は本発明小型送受スタックアン
テナの動作原理をそれぞれ示す断面図および斜視図であ
る。

【図９】(a)および(b) は同じくその動作の態様をそれ
ぞれ示す断面図である。

【図１０】(a)および(b) は同じくその動作の他の態様
をそれぞれ示す断面図である。

【図１１】試作アンテナの概略構成を示す断面図であ
る。

【図１２】(a)および(b) は試作アンテナの測定結果を
それぞれ示す特性曲線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接地導体面上に平行に順次に離隔して上
下ほぼ同軸に近接配置した２枚の導体板をそれぞれ放射
器として個別に給電し、上下の前記導体板の相互間のほ
ぼ全面に強誘電体もしくは強磁性体を装荷して当該導体
板を縮小することにより、下側の前記導体板の周縁に発
生した電磁界が指数関数的に少なくとも１０ｄＢ減衰し
た領域に上側の前記導体板の周縁が位置するように構成
したことを特徴とする小型送受スタックアンテナ。
【請求項２】少なくとも上側の前記導体板の中心部に
容量形成素子を装荷して当該導体板を縮小したことを特
徴とする請求項１記載の小型送受スタックアンテナ。
【請求項３】少なくとも上側の前記導体板のほぼ全面
にフェライトを装荷して当該導体板を縮小したことを特
徴とする請求項１記載の小型送受スタックアンテナ。
【請求項４】少なくとも上側の前記導体板の周縁部を
下側内方に折曲げたことを特徴とする請求項１記載の小
型送受スタックアンテナ。