JP2002314312A - 複合アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 衛星用アンテナと地上用アンテナとを、ヘリ
カルアンテナとモノポールアンテナとで構成する場合
に、モノポールアンテナが少々偏心しても、両アンテナ
が結合し難い構造にした複合アンテナを提供する。 【解決手段】 円筒状誘電体１の側面に４本の導体２
１、２２、２３、２４が巻き付けられ、その４本の導体
２１〜２４に位相が順次９０°ずつ異なるように高周波
電力を給電する給電回路が接続されることにより４線ヘ
リカルアンテナ２が形成されている。そして、円筒状誘
電体１のほぼ中心軸上に、モノポールアンテナ３が設け
られるこにより構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば携帯電話
機などの無線機で、地上通信の他にＧＰＳ（全地球測位
システム；global positioning system）による位置情
報をも受信することができるように、衛星通信と地上通
信のいずれをも利用することができる複合アンテナに関
する。さらに詳しくは、ヘリカルアンテナとモノポール
アンテナとを組合せることにより形成しながら相互間の
結合を小さくすると共に、自動車などに搭載して、衛星
に対する仰角が小さくなる低仰角の場合でも、衛星から
の信号を高感度で受信することができる複合アンテナに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、事故や犯罪などに備えて、個人の
位置情報を、たとえばセルラー電話の基地局を通じて警
察や消防署などに緊急連絡するシステムの構築が考えら
れている。この場合、個人の位置情報をたとえば半径１
２５ｍ程度の精度で正確に提供するシステムが必要とな
り、種々の位置情報サービスが考えられている。この中
で、たとえばカーナビゲーションに用いられているＧＰ
Ｓ衛星を利用することが１つの方式として考えられてい
る。

【０００３】従来、衛星通信は、円偏波であるため、そ
のアンテナとしては、パッチアンテナやヘリカルアンテ
ナが用いられ、地上通信は直線偏波であるため、モノポ
ールアンテナなど、種々のアンテナが用いられている。
そのため、この両方の信号を送受信するためには、たと
えば図３に示されるように、誘電体円筒５１の外周に単
線の導線が巻き付けられた単線ヘリカルアンテナ５２が
形成され、その中心軸上に直線状の導線からなるモノポ
ールアンテナ５３が配置されることにより、単線ヘリカ
ルアンテナ５２により衛星用アンテナが、モノポールア
ンテナ５３により地上用アンテナがそれぞれ構成されて
いる。なお、図３において、５４は給電線、５５、５６
はそれぞれモノポールアンテナ５３とヘリカルアンテナ
５２の給電点を、５７は地板をそれぞれ示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、単線ヘ
リカルアンテナとモノポールアンテナとを組み合せた複
合アンテナでは、モノポールアンテナが完全にヘリカル
アンテナの中心軸上に配置されておれば、相互の結合は
生じないで、共に干渉を受けることなく良好に動作する
が、モノポールアンテナが中心軸から僅かでも偏心する
と、ヘリカルアンテナが中心軸に関して対称形でないた
め、両者の結合が急激に増加し、相互間で干渉を受け、
それぞれのアンテナ特性を悪化させるという問題があ
る。

【０００５】さらに、単線ヘリカルアンテナの場合、軸
方向に放射ビームが形成されるため、高仰角では円偏波
アンテナとして充分な特性を有するが、低仰角に対して
はその性能が低下し、とくに自動車などの車載アンテナ
として用いる場合には、坂道などで仰角が小さくなった
り、携帯電話機などに搭載して、携帯電話機が横向きに
なると性能が急速に低下するという問題がある。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、衛星用アンテナと地上用アンテナと
を、ヘリカルアンテナとモノポールアンテナとで小型に
構成する場合に、モノポールアンテナが少々偏心して
も、両アンテナが結合し難い構造にした複合アンテナを
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による複合アンテ
ナは、円筒状誘電体の側面に４本の導体が巻き付けら
れ、該４本の導体に位相が順次９０°ずつ異なるように
高周波電力を給電する給電回路が接続された４線ヘリカ
ルアンテナと、前記円筒状誘電体のほぼ中心軸上に設け
られるモノポールアンテナとからなっている。ここに中
心軸上とは円筒内の中心軸のみを意味するのではなく、
円筒内から円筒外に延びた中心軸をも含む意味である。

【０００８】この構造にすることにより、円偏波の衛星
用アンテナとして用いるヘリカルアンテナが４線ヘリカ
ルアンテナにより構成されているため、中心軸に関して
対称形となり、中心軸上に設けられるモノポールアンテ
ナが少々偏心しても、それ程極端には両アンテナの結合
が増加しない。そのため、製造が非常に容易になると共
に、製造工程により衛星用アンテナと地上用アンテナと
が相互に干渉して両アンテナの特性がばらついたり悪化
することがなく、品質が向上する。さらに、４線ヘリカ
ルアンテナを用いているため、周方向の軸対称性が良く
なり、仰角が小さくても高性能な衛星通信用円偏波アン
テナとして動作する。

【０００９】前記モノポールアンテナが、前記円筒状誘
電体の内部では同軸線路で形成され、該円筒状誘電体か
ら露出したところからモノポールに形成されるスリーブ
モノポールアンテナとすることにより、より一層モノポ
ールアンテナとヘリカルアンテナとの結合を阻止するこ
とができるため、両アンテナの相互干渉が殆ど生じない
で、しかも１か所に衛星用アンテナと地上用アンテナと
を纏めることができ、アンテナの小型化を達成すること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の複合アンテナについて説明をする。本発明による複
合アンテナは、図１にその一実施形態の構造説明図およ
び４線ヘリカルアンテナへの給電回路例のブロック図が
示されるように、円筒状誘電体１の側面に４本の導体２
１、２２、２３、２４が巻き付けられ、その４本の導体
２１〜２４に位相が順次９０°ずつ異なるように高周波
電力を給電する給電回路が接続されることにより４線ヘ
リカルアンテナ２が形成されている。そして、円筒状誘
電体１のほぼ中心軸上に、モノポールアンテナ３が設け
られるこにより構成されている。

【００１１】４線ヘリカルアンテナ２は、たとえばセラ
ミックスなどからなる誘電体円筒の外周に４本の導線２
１〜２４が、図１に示されるように、ピッチ角がたとえ
ば３０°程度でそれぞれヘリカル状に巻き付けられるこ
とにより形成されている。この４本の導線２１〜２４の
一端部は、それぞれ円筒１の下端部で、円周方向の４等
分のところに位置し、給電点２１ａ〜２４ａとされてお
り、たとえば地板４に設けられる図示しないスルーホー
ルを介して、地板４の裏面側にそれぞれ同じ長さの給電
線で導出され、図１（ｂ）にストリップラインで構成し
た一例の給電回路２５の説明図が示されるように、出力
がそれぞれＰ／４で、位相が順次９０°ずつずれるよう
にして給電される構造になっている。

【００１２】この給電回路２５は、たとえば地板４の裏
面に、地板４とは電気的に浮かして、ストリップライン
で、図１（ｂ）に示される長さ関係で形成されている。
なお、図１（ｂ）で、ライン上にＡで示される線路はそ
れぞれ等しい長さに形成されていることを、λ／４とか
λ／２は、使用する周波数帯の１／４波長や１／２波長
の長さであることを意味している。

【００１３】円筒状誘電体１の外径や長さ、へリックス
のピッチ角などは、放射パターンなどのアンテナとして
の性能に直接影響し、利得や放射パターンなどの所望の
特性に応じて設定される。また、地板４は、導電体板か
らなり、へリックス直径の３倍程度に選定される。

【００１４】モノポールアンテナ３は、円筒状誘電体１
のほぼ中心軸上に設けられており、図１に示される例で
は、円筒状誘電体１内に位置する部分は同軸線路３２で
形成され、円筒状誘電体１から露出したところから、同
軸線路３２の内導体のみが、または内導体に接続された
導線が、円筒状誘電体１の中心軸上をさらに上方に延び
ることにより線状アンテナ３１が形成され、同軸線路３
２と共に、いわゆるスリーブモノポールアンテナで構成
されている。

【００１５】この同軸線路３２部分は、同軸線路３２の
外導体内側に、内導体と逆方向の電流が流れ、外導体の
外側（外皮）に内側と逆方向、すなわち内導体と同じ方
向に電流が流れ、線状アンテナの一部としても作用す
る。このモノポールアンテナ３の給電点３３は、同軸線
路３２の下端部における内導体接続部にあるが、同軸線
路３２から露出する部分３３ａに実質的に持ち上げられ
たとみなすこともできる。

【００１６】図１に示される例では、モノポールアンテ
ナ３がスリーブモノポールアンテナの例で示されていた
が、本発明では、衛星用アンテナが４線ヘリカルアンテ
ナ２で構成されているため、周方向の対称性が非常に向
上し、中心軸上に配置されるモノポールアンテナが少々
偏心しても、モノポールアンテナ３と４線ヘリカルアン
テナ２との相互結合を大幅に低下させることができる。
その結果、直線偏波用アンテナとして、スリーブモノポ
ールアンテナを使用しなくても、図２に示されるよう
に、円筒状誘電体１の内部でほぼ中心軸上に導電線から
なるモノポールアンテナ３を直接配設する構造にするこ
ともできる。

【００１７】この場合、モノポールアンテナ３は、４線
ヘリカルアンテナ２とは独立して動作し、この部分のみ
でアンテナとして動作するため、送受信する周波数帯の
約１／４波長の電気長に形成されておれば、地上波の信
号を送受信することができる。なお、図２において、モ
ノポールアンテナ３以外は図１に示される例と同じで、
同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

【００１８】本発明によれば、円偏波用アンテナを４線
ヘリカルアンテナで構成しているため、周方向の対称性
が非常に向上すると共に、ヘリクス周が０.４〜２波長
の高帯域に亘り、軸方向に円偏波ビームを作ることがで
きる。その結果、その中心軸上にモノポールアンテナを
導電線で直接配設しても、両者間の結合を非常に抑える
ことができ、小型で両アンテナ特性共に、高性能で動作
させることができる。しかも、４線ヘリカルアンテナに
より衛星用アンテナを構成しているため、衛星に対する
仰角が小さくなっても、周方向の軸対称性が良いため
に、低仰角での円偏波特性が良くなり、高感度で送受信
することができる。また、中心軸上に設けられるモノポ
ールアンテナをスリーブモノポールアンテナとすること
により、円筒状誘電体内では同軸線になっているため、
より一層４線ヘリカルアンテナとの結合を遮断すること
ができる。

【００１９】前述の例では、円筒状誘電体の内部には空
間部を介してモノポールアンテナを配設したが、このモ
ノポールアンテナと円筒状誘電体または４線ヘリカルア
ンテナとの間が他の誘電体により充填されておれば、そ
の間の誘電率が、空気の誘電率より大きくなり、物理的
に小さな寸法で、１／４波長の電気長を得ることがで
き、小型化を図ることができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、衛星用と地上用の両方
の信号を送受信し得るアンテナを、４線ヘリカルアンテ
ナとモノポールアンテナとで構成しているため、４線ヘ
リカルアンテナの周方向対称性が非常に向上し、その中
心軸に設けられるモノポールアンテナが完全に中心軸上
になくても、相互間の結合を抑制することができ、衛星
用と地上用の両方を送受信する複合アンテナを非常にコ
ンパクトに形成することができる。さらに、４線ヘリカ
ルアンテナで構成することにより、低仰角でも大きな利
得が得られ、車載用で坂道などにより仰角が小さくなっ
ても、または携帯電話機などの角度が移動して仰角が小
さくなっても、非常に感度良く衛星通信を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による複合アンテナの一実施形態を示す
説明図である。

【図２】図１に示される例の変形例の説明図である。

【図３】従来の衛星用と地上用の複合アンテナの一例を
示す説明図である。

【符号の説明】

１ 円筒状誘電体 ２ ４線ヘリカルアンテナ ３ モノポールアンテナ ４ 地板 ２１〜２４ 導線 ２５ 給電回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶌森 陸郎 東京都北区滝野川７丁目５番11号 株式会 社ヨコオ内 Ｆターム(参考） 5J021 AA02 AA06 AA13 AB02 AB04 CA01 DB04 FA31 HA05 HA07 HA10 JA03 5J046 AA02 AA04 AA09 AA12 AB06 AB12 PA02 PA06 5J047 AA02 AA04 AA09 AA12 AB06 AB12 FA02 FD01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状誘電体の側面に４本の導体が巻き
   付けられ、該４本の導体に位相が順次９０°ずつ異なる
   ように高周波電力を給電する給電回路が接続された４線
   ヘリカルアンテナと、前記円筒状誘電体のほぼ中心軸上
   に設けられるモノポールアンテナとからなる複合アンテ
   ナ。
2. 【請求項２】 前記モノポールアンテナが、前記円筒状
   誘電体の内部では同軸線路で形成され、該円筒状誘電体
   から露出したところからモノポールに形成されるスリー
   ブモノポールアンテナである請求項１記載の複合アンテ
   ナ。