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JPH1013148A - 複合アンテナ - Google Patents

複合アンテナ

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Publication number
JPH1013148A
JPH1013148A JP8196038A JP19603896A JPH1013148A JP H1013148 A JPH1013148 A JP H1013148A JP 8196038 A JP8196038 A JP 8196038A JP 19603896 A JP19603896 A JP 19603896A JP H1013148 A JPH1013148 A JP H1013148A
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JP
Japan
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antenna
helical
radiating element
conductor plate
msa
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JP8196038A
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JP3297601B2 (ja
Inventor
Akihiro Suguro
明弘 勝呂
Hideto Okita
英登 大北
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Kyocera Corp
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Kyocera Corp
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Publication date
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Priority to NZ330554A priority patent/NZ330554A/xx
Priority to AU24049/97A priority patent/AU719636B2/en
Priority to KR10-1998-0703914A priority patent/KR100447003B1/ko
Priority to US09/068,130 priority patent/US6005521A/en
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Priority to BR9708754A priority patent/BR9708754A/pt
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Priority to TW086105329A priority patent/TW340268B/zh
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  • Details Of Aerials (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来、衛星通信に用いる円偏波アンテナは低仰
角の感度が低く、特に水平偏波成分の感度が低く、軸比
が大きいということが問題となっていた。 【解決手段】本発明は、マイクロストリップ平面アンテ
ナとヘリカルアンテナを略同一軸上に配置し、前記マイ
クロストリップ平面アンテナの地導体と前記ヘリカルア
ンテナを電気的に結合することにより全天周方向に飛翔
する通信衛星との安定した通信が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低仰角から天頂方
向にわたって指向性を有し、中軌道、低軌道の周回衛星
との通信に好適な円偏波アンテナに関し、小型化にも有
利で衛星通信用の携帯電話等、小型の携帯無線機への搭
載に好都合なアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、通信衛星に中軌道、低軌道の周回
衛星を用いた携帯電話の構想が各社から提案されてお
り、それらの周波数帯は、地上の携帯電話から通信衛星
へは１．６ＧＨｚ帯が、通信衛星から地上の携帯電話へ
は２．４ＧＨｚ帯が割当てられている。また１．６ＧＨ
ｚ帯は地上から通信衛星、通信衛星から地上への双方向
の通信に用いる周波数帯としても割当てられている。こ
れらの通信には、回線品質を確保するために円偏波を用
いることが一般的である。
【０００３】回線品質を改善する手段として、低仰角の
指向性を改善するために平面アンテナの地導体からアン
テナ素子の逆側に地導体を伸展させるアンテナが提案さ
れている（特開平７−１８３７１９）。図１０は従来例
のアンテナを示す図で、マイクロストリップ平面アンテ
ナ（ＭＳＡ）１は誘電体基板１ｃ上にパッチ状放射素子
１ｂと、底面に地導体１ｄを備え、この地導体１ｄを下
方に伸展した円筒状地導体１ｅを備え、低仰角の指向性
の改善を実現しようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例の
アンテナでは、衛星から到来する円偏波を受信したり、
地上から衛星へ送信したりする場合、低仰角では利得と
円偏波での軸比が大きくなりすぎ、携帯機のアンテナと
衛星のアンテナの相対的な位置関係の変動に対する回線
品質に影響を与えており、全天周方向に対して通信感度
を保つことが困難であった。
【０００５】本発明は、以上の課題に鑑み、特に、円偏
波モードを有するアンテナの低仰角の指向性と低仰角で
の軸比の改善を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
目的は前述特許請求の範囲に記載された構成により達成
される。すなわち、共通の地導体となる導体板を有し、
前記導体板上に誘電体層を介してパッチ状放射素子が平
行に配置された円偏波モードを有するマイクロストリッ
プ平面アンテナ（ＭＳＡ）が形成され、前記導体板下に
線状放射素子が前記マイクロストリップ平面アンテナと
略同軸にヘリカル状に巻かれ、該ヘリカル状の線状放射
素子の上端部が前記導体板と電気的に結合されてヘリカ
ルアンテナが形成された複合アンテナである。ヘリカル
アンテナと導体板の電気的結合方法は、直流的または容
量的に結合させればよい。
【０００７】放射パターンの高仰角方向の指向性は、Ｍ
ＳＡのパッチ状放射素子の平面部によるところが大き
い。一方、低仰角方向の指向性は、ＭＳＡのパッチ状放
射素子の周辺部と地導体との間に生ずる電界と、ヘリカ
ルアンテナによるところが大きい。
【０００８】ここで、従来の様にＭＳＡの地導体を下方
に伸展した場合、アンテナの軸方向の偏波（垂直偏波）
成分の感度は高いが、水平偏波成分に関する感度は低
い。
【０００９】本発明においては、前述の様にヘリカルア
ンテナをＭＳＡの地導体に電気的に結合することによ
り、水平偏波成分に関する感度の改善がある。ヘリカル
アンテナが水平偏波成分に関する感度の改善に寄与する
ことは、ヘリカルアンテナに流れる高周波電流の水平成
分のためである。そしてヘリカルの線幅、ヘリカルの長
さ、ヘリカルアンテナの高さ、ヘリカルの巻き数、ヘリ
カルのピッチ等は衛星通信システムに合わせて適宜設計
すればよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態は、共通の地導
体となる導体板を有し、前記導体板上に誘電体層を介し
てパッチ状放射素子が平行に配置され、前記導体板内に
開口した貫通孔近傍に給電点を有し該給電点から上方に
伸びる給電ピンで前記パッチ状放射素子に給電されるマ
イクロストリップ平面アンテナが形成され、前記導体板
下に線状放射素子が前記マイクロストリップ平面アンテ
ナと略同軸にヘリカル状に巻かれ、該ヘリカル状の線状
放射素子の上端部が前記導体板と直流的もしくは容量的
に結合されて前記給電点を共通にするヘリカルアンテナ
が形成された複合アンテナである。
【００１１】図１（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態で
共に四角柱状のアンテナ構成例を示し、（ａ）は４線ヘ
リカルアンテナを結合した構成例、（ｂ）は８線ヘリカ
ルアンテナを結合した構成例を示す図である。図におい
て同じ部位は同じ符号で示し、１はマイクロストリップ
平面アンテナ（以下ＭＳＡと略す）、２はヘリカルアン
テナ、３はＭＳＡ１とヘリカルアンテナ２の共通の給電
点、４はＭＳＡ１の地導体とヘリカルアンテナ２の給電
を担う平面状の地導体（導体板）、１２はＭＳＡ１とヘ
リカルアンテナ２で形成される複合アンテナである。
【００１２】更に詳しくは、１ａはＭＳＡの給電ピン、
１ｂはＭＳＡのパッチ状放射素子、１ｃはＭＳＡの誘電
体基板、２ａはヘリカルアンテナを支持する誘電体柱、
２ｂはヘリカルアンテナの線状放射素子、２ｃはヘリカ
ルアンテナの下端の交差部で放射素子が互いの接触を防
ぐ絶縁体である。また２ｄはヘリカルアンテナの下端に
設けた放射素子の交差部である。
【００１３】まず、ＭＳＡ１は一点背面給電型の平面ア
ンテナである。図２（ａ）に一点背面給電型で４角形の
ＭＳＡ１のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）にはＭＳＡ１を真
上から見た図を示すように、地導体である導体板４に開
口した貫通孔４ａを通じ給電ピン１ａで背面側からパッ
チ状放射素子１ｂに給電を行う。形状には４角形だけで
なく、円形、３角形、５角形等が知られている。本例の
ように４角形のパッチ状放射素子１ｂを備えるアンテナ
の場合、円偏波で動作する所望の周波数は、４角形の縦
横の辺の長さと誘電体基板１ｃの比誘電率、誘電体基板
１ｃの厚さ等を調整して得られる。またヘリカルアンテ
ナ２の幅やサイズにより数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚの変動
があるのでこの変動を予め考慮する必要がある。
【００１４】図１に示すようにヘリカルアンテナ２の外
形（断面形状とその寸法）をＭＳＡ１と略一致させる
と、 低仰角から天頂方向のほぼ全方向にわたってほぼ均
一な指向性を得られる。一方、ヘリカルアンテナ２の外
形をＭＳＡ１よりも大きくするほど、低仰角方向の指向
性が弱まり、天頂方向の指向性が高まる。逆に、ヘリカ
ルアンテナ２の外形をＭＳＡ１よりも小さくすると、低
仰角方向に十分な指向性を得られなくなる。
【００１５】一般に、円偏波を直線偏波アンテナで受信
すると約３ｄＢ受信電力が落ちることが知られている。
そのため、低仰角の通信衛星に備えた円偏波アンテナか
らの電波を地上の垂直偏波アンテナで受信すると３ｄＢ
の損失になる。本発明の複合アンテナでは表１から分か
るように特に水平偏波成分の利得が向上しているので安
定した通信が可能となる。
【００１６】なお、上述の発明の実施の形態では、４角
形のＭＳＡ１を用いて四角柱状に複合アンテナを構成し
たが、図３（ａ）に示すように円形のＭＳＡ１を用いて
円柱状に複合アンテナを構成してもよいし、また、３角
柱状等でもよく、形状に制限を加えるものではない。こ
れらの形状は、本発明の複合アンテナを搭載する携帯無
線機のデザインや用途に合わせて適切に選択すればよ
い。図３（ｂ）に示すように誘電体柱２ａに４線ヘリカ
ルに巻き付ける線状放射素子２ｂとは別に、複合アンテ
ナの指向性調整用に他の線状放射素子５を図示するよう
に設けてもよい。この場合、４線ヘリカルを形成する各
線状放射素子２ｂの間にそれぞれ他の線状放射素子５を
配し、地導体４に一端を線状放射素子２ｂと同様に接続
し、他端を開放端にしている。
【００１７】また、上述の実施形態では、ヘリカルアン
テナ２の線状放射素子２ｂと他の線状放射素子５を地導
体４の端辺に直接接続し直流的に結合する例を図示した
が、直接接続せず間隔を開けて容量的に結合するように
してもよい。
【００１８】表１に本発明の実施例である複合アンテナ
と、従来例であるＭＳＡの地導体を下方に伸展したアン
テナの測定結果をまとめた。なお、ＭＳＡは４角形で、
本発明及び従来例共に同一のものを使用した。また、Ｍ
ＳＡを支持する誘電体にはＭＳＡと外形がほぼ同寸法に
厚紙で形成した４角柱を用い、これに本発明に係る実施
例ではヘリカルアンテナとして図１に示す４線ヘリカル
を、そして従来例ではＭＳＡの地導体が下方に伸展され
た４角柱状地導体をそれぞれ銅箔テープで形成した。な
お、表１に示す東西南北は、図２（ｂ）に示す４角形の
ＭＳＡ１を真上から見た図に付記した東西南北に対応す
る。
【００１９】
【表１】
【００２０】また、図４は本発明における複合アンテナ
の天頂方向を９０度として直線偏波に対する利得を測定
した例であり、（ａ）はパッチ状放射素子の長辺方向
（図２（ｂ）の放射素子１ｂの縦辺方向）と直線偏波ア
ンテナ（送信アンテナ）の電界方向を平行にした放射パ
ターン図、（ｂ）はパッチ状放射素子の長辺方向と直線
偏波アンテナの磁界方向を平行にした放射パターン図、
さらに図５は図４の測定状態から複合アンテナの軸を中
心に９０°回転させて同様に測定した例で、（ａ）はパ
ッチ状放射素子の短辺と直線偏波アンテナの電界方向を
平行にした放射パターン図、（ｂ）はパッチ状放射素子
の短辺と直線偏波アンテナの磁界方向を平行にした放射
パターン図で、それぞれ１．６４７ＧＨｚ、１．６５０
ＧＨｚ，１．６５３ＧＨｚ，１．６５６ＧＨｚ，１．６
５９ＧＨｚを測定した。
【００２１】図６は本発明の複合アンテナを携帯無線機
に搭載した様子を示す図、図７は携帯無線機により衛星
との通信を行う概念図である。図６に示す本発明の複合
アンテナ１２は、携帯無線機１１に搭載して実用的に携
帯可能である。携帯無線機１１に複合アンテナ１２を搭
載するのに、携帯無線機１１と複合アンテナ１２との間
に複合アンテナ１２を支持しかつ同軸線６等の伝送線路
を通す誘電体の支持部を設け、複合アンテナ１２を人体
から遠ざけるためより高い位置に支持してもよい。ま
た、本発明の複合アンテナは低仰角で利得と円偏波での
軸比が改善されるので、全天周方向に対して通信感度を
保つことが可能で、例えば図７に示すように軌道２０上
の衛星２１に対し天頂方向から低仰角方向にハンドオー
バーする際には、ハンドオーバーがスムースに行える。
【００２２】図８は本発明の複合アンテナを携帯無線機
に搭載した様子を示す他の例の図、図９は図８の携帯無
線機のアンテナ回路ブロック図である。図８に示す携帯
無線機１１は、複合アンテナ１２が回転軸Ａを中心に回
転するように構成され、待ち受け時には複合アンテナ１
２を携帯無線機１１の筺体側に折り畳めるようにしたも
のである。また、携帯無線機１１の筺体上面にマイクロ
ストリップ平面アンテナ（ＭＳＡ）３０を内蔵し、複合
アンテナ１２とダイバーシティアンテナを形成する。Ｍ
ＳＡ３０は図２に示した構成のもので、複合アンテナ１
２と同じ右旋回（又は左旋回）の円偏波モードの利得を
主に天頂方向に有する。ダイバーシティの構成は、図９
に示す複合アンテナ１２と、ＭＳＡ３０と、無線部３１
と、複合アンテナ１２とＭＳＡ３０の信号合成手段（ま
たは信号選択手段）３２で構成される。さらに、図８に
おいて複合アンテナ１２はアンテナ保持円筒１３に保持
され、携帯無線機１１の筺体から連通部１３ａの距離だ
け上方に位置しており、通話時に人体の頭部による低仰
角方向の利得損失を防ぐように工夫されている。通話を
行うとき、図８のように複合アンテナ１２を立てた状態
にし、所定の右旋回（又は左旋回）の円偏波にて通信を
行う。そして、待ち受け時には、複合アンテナ１２を携
帯無線機１１の筺体側面に密着する位置まで回転する。
図９に示す回転コネクタ３３によって複合アンテナ１２
は携帯無線機１１の筐体に対して回転する。図９の点線
はこの回転により複合アンテナ１２が折り畳まれた状態
を示すものである。この折り畳み状態では、複合アンテ
ナ１２の向きが使用時の向きから反対になり円偏波の旋
回方向が逆になるため、複合アンテナ１２は使用できな
い。従って、待ち受け時は、ＭＳＡ３０のみが機能す
る。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、低仰角で利得と円偏波での軸
比が改善され、全天周方向に対して通信感度を保つ複合
アンテナを容易に実現することが可能となる。さらに、
給電点がアンテナの上方に配置されるので人体の影響を
うけにくく動作が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で、（ａ）４角形ＭＳＡと
４線ヘリカルアンテナを略同軸上に配置した複合アンテ
ナ図、（ｂ）は４角形ＭＳＡと８線ヘリカルアンテナを
略同軸上に配置した複合アンテナ図。
【図２】本発明の実施形態を説明する（ａ）はＭＳＡの
Ａ−Ａ断面図、（ｂ）はＭＳＡを真上から見た図。
【図３】本発明の他の実施の形態で、（ａ）は円形ＭＳ
Ａと４線ヘリカルアンテナを略同軸上に配置した複合ア
ンテナ図、（ｂ）は指向性調整用の放射素子を設けた複
合アンテナ図。
【図４】本発明の複合アンテナの天頂方向を９０度とし
て直線偏波に対する利得を測定した実施例で、（ａ）は
パッチ状放射素子の長辺方向と直線偏波アンテナ（送信
アンテナ）の電界方向を平行にした放射パターン図、
（ｂ）はパッチ状放射素子の長辺方向と直線偏波アンテ
ナ（送信アンテナ）の磁界方向を平行にした放射パター
ン図。
【図５】本発明に係り図４の測定状態から複合アンテナ
の軸を中心に９０度回転させて同様に測定した実施例
で、（ａ）はパッチ状放射素子の短辺と直線偏波アンテ
ナの電界方向を平行にした放射パターン図、（ｂ）はパ
ッチ状放射素子の短辺と直線偏波アンテナの磁界方向を
平行にした放射パターン図。
【図６】本発明の複合アンテナを携帯無線機に搭載した
図。
【図７】本発明の複合アンテナを搭載した携帯無線機で
衛星通信を行う概念図。
【図８】本発明の複合アンテナを携帯無線機に搭載する
他の例を示す図。
【図９】図８の携帯無線機のアンテナ回路ブロック図。
【図１０】従来例を示す円形のＭＳＡの地導体を下方に
伸展させたアンテナの図。
【符号の説明】
１，３０：マイクロストリップ平面アンテナ（ＭＳＡ） １ａ：給電ピン １ｂ：パッチ状放射素子 １ｃ：誘電
体基板 １ｄ：地導体（導体板） １ｅ：円筒状地導体 ２ ：ヘリカルアンテナ ２ａ：誘電体柱 ２ｂ：線状放射素子 ２ｃ：絶縁体
２ｄ：交差部 ３：給電点 ４：地導体（導体板） ４ａ：貫通孔 ５：指向性調整用の線状放射素子（他の線状放射素子） ６：同軸線（信号伝送路） １１：携帯無線機（携帯電話） １１ａ：受話部 １１ｂ：表示部 １１ｃ：操作部
１１ｄ：送話部 １２：複合アンテナ １３：アンテナ保持円筒 １３ａ：連通部 ２０：軌道 ２１：通信衛星 ２２：地球 ３１：無線部 ３２：信号合成手段（または信号選択
手段） ３３：回転コネクタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】共通の地導体となる導体板を有し、前記導
    体板上に誘電体層を介してパッチ状放射素子が平行に配
    置された円偏波モードを有するマイクロストリップ平面
    アンテナが形成され、前記導体板下に線状放射素子が前
    記マイクロストリップ平面アンテナと略同軸にヘリカル
    状に巻かれ、該ヘリカル状の線状放射素子の上端部が前
    記導体板と直流的もしくは容量的に結合されてヘリカル
    アンテナが形成されたことを特徴とする複合アンテナ。
  2. 【請求項２】前記導体板に開口する貫通孔近傍に共通の
    給電点を設け、前記マイクロストリップ平面アンテナに
    は該給電点から上方に伸びる給電ピンで背面側より前記
    パッチ状放射素子に給電し、前記ヘリカルアンテナには
    前記導体板を通じ前記線状放射素子に給電するようにし
    たことを特徴とする請求項１記載の複合アンテナ。
  3. 【請求項３】前記ヘリカルアンテナが複数本の線状放射
    素子で形成され、ヘリカルアンテナ下端面に該線状放射
    素子が相互に非接触で交差する交差部が設けられている
    ことを特徴とする請求項１記載の複合アンテナ。
  4. 【請求項４】前記ヘリカルアンテナを形成する線状放射
    素子に直接接触させることなく指向性調整用の放射素子
    が前記導体板に直流的もしくは容量的に結合されたこと
    を特徴とする請求項１記載の複合アンテナ。
JP19603896A 1996-04-25 1996-07-25 複合アンテナ Expired - Fee Related JP3297601B2 (ja)

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PCT/JP1997/001402 WO1997040548A1 (fr) 1996-04-25 1997-04-23 Antenne composite
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KR10-1998-0703914A KR100447003B1 (ko) 1996-04-25 1997-04-23 복합안테나
US09/068,130 US6005521A (en) 1996-04-25 1997-04-23 Composite antenna
CA002233637A CA2233637C (en) 1996-04-25 1997-04-23 Composite antenna
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