JP2000077930A - 平面アンテナ装置 - Google Patents
平面アンテナ装置Info
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Abstract
する感度を充分に抑圧してマルチパスによる影響をより
受けにくくした平面アンテナ装置を提供する。 【解決手段】 平面アンテナ10の周囲にグランドプレ
ーン5を設けるとともに、グランドプレーン5の下面側
にリング状導体板6および導体壁7を設けることによっ
て、グランドプレーン5の下面側の周囲にチョークを構
成する。これにより水平面より下からの反射波をトラッ
プして、マルチパスによる影響を受けにくくする。
Description
る影響を受けにくくした平面アンテナ装置に関するもの
である。
星を用いた放送システムにおいては、電離層を通過する
マイクロ波帯の電波が用いられている。また、その受信
アンテナとして、小型化の容易なマイクロストリップア
ンテナ等を用いた平面アンテナ装置が用いられている。
ルチパスの影響を如何に受けないようにするかが設計上
の1つのポイントとなる。たとえば平面アンテナ装置の
正面を天頂方向を向けて配置した場合、直接波は仰角が
20°程度から90°の範囲で入射するが、反射波は水
平面より下からも入射する。たとえば地面や地上の低い
位置にある物体で反射した反射波は20°程度以下の低
仰角で入射したり、水平面より下方向から入射する場合
が多い。
面アンテナ装置の場合、それ単体では、平面アンテナ装
置の下面側から入射する電波についても感度を有するた
め、そのままではマルチパスによる影響を受けやすい。
GHz帯の電波を受信して、キャリア位相をもとにした
ディファレンシャルGPS測位を行う場合、マルチパス
によって測位精度が大きく影響を受ける。そのため、高
い測位精度を維持するためにはマルチパスを極力受けな
いようにする必要がある。
下方向から入射する電波を受けないようにするために、
図6に示すようにアンテナの周囲に水平方向に広がるグ
ランドプレーンを設けたり、図8に示すようにアンテナ
の周囲にチョークリングを設けたりしている。
ナの斜視図、(B)はアンテナの側面図である。図6の
ように、アンテナの周囲に水平方向に広がる金属板から
成るグランドプレーンを設けることによって、アンテナ
の下面から入射する電波が回り込むのを防止することが
できる。
に水平方向に広がる金属板から成るグランドプレーンを
設けるとともに、そのグランドプレーンの上面に同心円
状の導体壁によるチョークリングを設けることにより、
低仰角から入射する電波を阻止することができる。
は、地面、アンテナケース、マストなどで反射された電
波がアンテナのエレメントに直接入射することを防止す
るが、発明者等の実験によれば、上記グランドプレーン
を設けた平面アンテナ装置でも、下面から入射する反射
波に対する抑圧が充分ではないことを見いだした。ここ
で発明者等の行った測定の結果を図7に示す。図におい
て円周方向が方向角、半径方向が放射の強さである。天
空を移動する衛星からの電波を受信する場合のように、
平面アンテナ装置の正面を天頂方向に向けて配置した場
合、図7の上部が仰角90°(天頂方向)、左右が仰角
0°(水平方向)、下部が仰角−90°(真下の地面方
向)に対応する。この例は右旋円偏波を選択受信する場
合であり、図中の実線が右旋円偏波についての放射パタ
ーン、破線が左旋円偏波についての放射パターンであ
り、仰角90°から入射する右旋円偏波に対する放射の
強さを0dBとして正規化している。アンテナ特性には
可逆性が成り立つので、このアンテナが受信アンテナで
ある場合、上記放射の強さは受信アンテナの感度と言う
こともできる。円偏波された電波の反射波はその旋回方
向が反転するため、右旋円偏波の地面等での反射波は左
旋円偏波の電波としてアンテナの背面から入射される。
下方向)方向からの反射波に対する感度は−10dB〜
−15dBと大きく、このアンテナの使用目的によって
は充分とは言えない結果が得られた。
がグランドプレーン自体から再放射されたり、アンテナ
ケース(ハウジング)下部により反射されて、グランド
プレーンに沿って伝搬し、グランドプレーンの表面側
(アンテナの上面側)に回り込むことに起因しているも
のと考えられる。
る構造では直接波と反射波に関わらず、すなわち円偏波
の旋回方向に関わらず、低仰角からの入射電波をすべて
阻止してしまうので、仰角が20°程度から低い範囲で
感度が低下するという問題があった。またチョークリン
グの構造上全体に大型化・重量化してしまうという問題
もあった。
面側からの入射波に対する感度を充分に抑圧してマルチ
パスによる影響をより受けにくくした平面アンテナ装置
を提供することにある。
極を形成してなる平面アンテナと、該平面アンテナの周
囲で且つ前記平面アンテナと略同一平面に設けた導体板
から成るグランドプレーンとを備えた平面アンテナ装置
において、平面アンテナに対する電磁波入射面とは反対
面側の前記グランドプレーンの周辺部に、前記電磁波の
反射波に共振するチョークを設ける。この構造により、
平面アンテナに対する直接波の入射面とは反対面側(グ
ランドプレーンの下面側)から入射する電磁波はグラン
ドプレーンの下面側の周辺部のチョークで共振し、トラ
ップされる。したがって、グランドプレーンの下面側か
ら入射した電波がグランドプレーン自体から再放射され
たり、グランドプレーンの裏面側から表面側に回り込ん
で伝搬することが効果的に防止される。その結果、反射
波に対する感度を充分に抑圧できるようになる。
ランドプレーンと該グランドプレーンに平行なリング状
の導体板とによって構成し、該リング状の導体板の半径
方向の幅を、阻止すべき電磁波の略半波長とする。この
構造によれば、上記グランドプレーンとリング状の導体
板とは、その径方向に両端が開放された半波長の共振器
長を有する共振器として作用し、2つの開放端のうち何
れの方向からの入射波に対してもその電磁波をトラップ
する。
ランドプレーンと、該グランドプレーンに平行なリング
状の導体板と、前記グランドプレーンと前記リング状の
導体板との間を短絡する導体壁とによって構成し、前記
リング状の導体板の縁から前記導体壁までの半径方向の
幅を、阻止すべき電磁波の略1/4波長とする。この構
造によれば一端開放、他端短絡の共振器として作用し、
2つの開放端のうち何れの開放端から入射した電磁波を
もトラップする。また上記導体壁はグランドプレーンに
ほぼ沿った方向(水平線に近い方向)で入射する反射波
の伝搬を直接阻止する。
平面アンテナ装置の構成を図1〜図3を参照して説明す
る。図1の(A)は平面アンテナ部分の斜視図、(B)
は平面アンテナの誘電体板部分の断面図である。平面ア
ンテナ10は、誘電体板1の下面にグランド電極2をほ
ぼ全面に形成し、上面に方形のパッチ電極3を形成して
いて、これをレードーム4内に設けている。Pa,Pb
はそれぞれ給電点であり、パッチ電極3の中心点を中心
として幾何学的に90°の位置関係にある。ハイブリッ
ド回路HBはこの2つの給電点Pa,Pbからの信号を
90°の位相差をもって合成することによって励振信号
を得て、それを受信回路へ導くようにしている。なお、
図1においては給電点からハイブリッド回路への給電線
を同軸ケーブルのように表したが、このハイブリッド回
路HBなどは誘電体板1の下面側に平面回路として設け
る。
図であり、(A)は斜視図、(B)は側面図である。同
図において5は金属板から成るグランドプレーンであ
り、平面アンテナ10の周囲に、平面アンテナを構成す
る誘電体板とほぼ同一平面上に配置している。このグラ
ンドプレーン5の下面側にはリング状の導体板(以下
「リング状導体板」という。)6を導体壁7を介して取
り付けている。導体壁7およびリング状導体板6はグラ
ンドプレーン5の全周に亘って連続して設けている。し
たがってこの導体壁7とグランドプレーン5およびリン
グ状導体板6によって一端が開放され、他端が導体壁7
によって短絡された共振器が構成される。等価的にはリ
ング状導体板6の外縁を開放端、導体壁7を短絡端とす
る共振器がリング状導体板6の外周に沿って配列され、
同時にリング状導体板6の内縁を開放端、導体壁7を短
絡端とする共振器がリング状導体板6の内周に亘って配
列されたものとなる。この平面アンテナ装置11は平面
アンテナ10のケース下部をマスト9に取り付けること
によって使用する。
信される1.5GHz帯の電波を受信するGPSアンテ
ナであり、リング状導体板6の内径Dを280mm、径
方向の幅Wを100mm、導体壁7の高さHを20m
m、導体壁7の厚みを5mmとしている。上記W1,W
2は1575MHzにおける1/4波長(47.5m
m)に等しい。したがって上記共振器は、グランドプレ
ーンの下面側から入射する1.5GHz帯の電波に共振
して、それをトラップする。
ンの測定例である。図7に示した特性と比較すれば明ら
かなように、水平線から真下の地面方向にかけて、入射
波(反射波)に対する感度が充分に抑圧されている。こ
れによりマルチパスによる影響を受けにくくなっている
ことが分かる。
置の構成を図4および図5を参照して説明する。図4は
平面アンテナ装置全体の構成を示す図であり、(A)は
斜視図、(B)は側面図である。同図において5は金属
板から成るグランドプレーンであり、平面アンテナ10
の周囲に、平面アンテナを構成する誘電体板とほぼ同一
平面上に配置している。このグランドプレーン5の下面
側にはリング状導体板6をスペーサ8を介して取り付け
ている。リング状導体板6はグランドプレーン5の全周
に亘って連続して設けている。上記スペーサ8は合成樹
脂製の板材からなり、グランドプレーン5とリング状導
体板6との間に接着固定するか、ねじ留め固定する。
グランドプレーン5によって、両端が開放された共振器
として作用する。等価的にはリング状導体板6の外縁と
内縁をそれぞれ開放端とする共振器がグランドプレーン
5の外周に沿って配列されたものとなる。
0mm、径方向の幅Wは100mm、スペーサ8の高さ
Hは20mmである。上記Wは1575MHzにおける
1/2波長に略等しい。したがって上記共振器は、グラ
ンドプレーンの下面側から入射する1.5GHz帯のG
PS測位用電波の反射波に共振して、それをトラップす
る。
ンの測定例である。この場合も図7に示した特性と比較
して明らかなように、水平線から真下の地面方向にかけ
て、入射波(反射波)に対する感度が充分に抑圧されて
いる。これによりマルチパスによる影響を受けにくくな
っていることが分かる。
のスペーサ8を用いて、これらをグランドプレーン5と
リング状導体板6との間に等間隔に配置したが、これを
リング状導体板6に沿って全周に亘って設けてもよい。
その構造によればグランドプレーン5とリング状導体板
6との間がスペーサで充填されることになり、比誘電率
εrの高いスペーサを設けることによって、グランドプ
レーン5とリング状導体板6との間に構成される共振器
の管内波長を√(εr )とし、所望の周波数に共振させ
る場合のリング状導体板6の幅Wおよびスペーサの高さ
Hを小さくして全体に容易に小型化を図ることができ
る。
アンテナに対する直接波の入射面とは反対面側(グラン
ドプレーンの下面側)から入射した電波がグランドプレ
ーン自体から再放射されたり、グランドプレーンの裏面
側から表面側に回り込んで伝搬することが効果的に防止
され、反射波に対する感度を充分に抑圧できるようにな
る。
ば、2つの開放端のうち何れの方向からの入射波に対し
てもその電磁波をトラップし、さらに、請求項3に係る
発明によれば、グランドプレーンとリング状導体板との
間を短絡する導体壁が、グランドプレーンにほぼ沿った
方向(水平線に近い方向)で入射する反射波の伝搬を直
接阻止するので、マルチパスによる影響を充分に低減す
ることができる。
アンテナ部分の構成を示す図
図
を示す図
図
示す図
構成例を示す図
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上に電極を形成して成る平面アンテ
ナと、該平面アンテナの周囲で且つ前記平面アンテナと
略同一平面に設けた導体板から成るグランドプレーンと
を備えた平面アンテナ装置において、 前記平面アンテナに対する電磁波入射面とは反対面側の
前記グランドプレーンの周辺部に、前記電磁波の反射波
に共振するチョークを設けたことを特徴とする平面アン
テナ装置。 - 【請求項2】 前記チョークを、前記グランドプレーン
と該グランドプレーンに平行なリング状の導体板とによ
って構成し、該リング状の導体板の半径方向の幅を、阻
止すべき電磁波の略半波長としたことを特徴とする請求
項1に記載の平面アンテナ装置。 - 【請求項3】 前記チョークを、前記グランドプレーン
と、該グランドプレーンに平行なリング状の導体板と、
前記グランドプレーンと前記リング状の導体板との間を
短絡する導体壁とによって構成し、前記リング状の導体
板の縁から前記導体壁までの半径方向の幅を、阻止すべ
き電磁波の略1/4波長としたことを特徴とする請求項
1に記載の平面アンテナ装置。
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JP24127198A JP3892154B2 (ja) | 1998-08-27 | 1998-08-27 | 平面アンテナ装置 |
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---|---|---|---|
JP24127198A Expired - Fee Related JP3892154B2 (ja) | 1998-08-27 | 1998-08-27 | 平面アンテナ装置 |
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KR101831234B1 (ko) * | 2017-02-16 | 2018-02-23 | (주)한국전자파연구소 | 고출력 전자기파 방호를 위한 gps 시스템 |
-
1998
- 1998-08-27 JP JP24127198A patent/JP3892154B2/ja not_active Expired - Fee Related
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