JP2001144531A

JP2001144531A - ２偏波複合アンテナ

Info

Publication number: JP2001144531A
Application number: JP32103499A
Authority: JP
Inventors: Kazusuke Yanagisawa; 和介柳沢; Ryo Horie; 凉堀江; Hironori Okado; 広則岡戸
Original assignee: Yokowo Co Ltd; Yokowo Mfg Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2001-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】衛星用の円偏波と、地上波用の直線偏波の両
方を送受信することができる２偏波複合アンテナを、で
きるだけコンパクトに、しかも相互間の干渉を引き起こ
さないで独立して動作するような具体的な構造として提
供する。【解決手段】誘電体基板１１の一表面に円偏波送受信
用の放射素子１２が設けられ、その誘電体基板１１の裏
面に接地導体板１３が設けられることにより円偏波用の
第１のアンテナ素子１が形成されている。給電ケーブル
３が第１のアンテナ素子１に接続され、その外導体２１
には、接地導体板１３との接続点からほぼ（２ｎ＋１）
λ／４（ｎは０または正の整数、λは送受信する直線偏
波の波長）の電気長のところに給電点２２が形成される
と共に、その給電点２２部で、波長λに対して並列共振
をするように、第１のカール部２３が形成されることに
より、第２のアンテナ素子２とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衛星との間で送受
信をする円偏波と、地上の基地局との間で地上通信を行
う直線偏波との両方を送受信することができる２偏波複
合アンテナに関する。さらに詳しくは、携帯機器などに
装着することができるような小形の２偏波複合アンテナ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、衛星との間で送受信をするのに円
偏波が用いられ、衛星との間で直接送受信しにくい地域
に、地上局を介して、直線偏波により信号の送受信をで
きるように、衛星と同じ周波数か、ほぼ等しい周波数に
より送受信するシステムの構築が、たとえばＤＡＢ（di
gital audio broadcast；デジタル音声放送）などで考
えられている。

【０００３】また、別の分野では、たとえば衛星用のイ
リジウム電話と地上用のＧＳＭとを複合化する、衛星携
帯電話と地上携帯電話との複合化を行うなど、衛星から
の円偏波と、地上からの直線偏波を別々に送受信するシ
ステムが必要となりつつある（この場合、衛星波と地上
波との周波数は異なる）。

【０００４】従来、一般的には、衛星との送受信をする
円偏波用アンテナとしては、誘電体基板の一面にパッチ
型の導体片が設けられ、裏面に接地導体板が設けられる
パッチアンテナが、地上局との間の直線偏波用アンテナ
としては、ヘリカルアンテナが用いられている。そし
て、これらの両方を送受信するためには、この両方のア
ンテナを別々に設ける必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
アンテナにより衛星用と地上波用の両方の信号を送受信
するためには、それぞれのアンテナを別々に設ける必要
があり、たとえば携帯電話のような携帯機器に搭載しよ
うとすると、携帯機器を大型化しなければならず、近年
の軽薄短小化の流れに合致させることができない。その
一方で、近年における電子機器の機能の向上に伴い、衛
星用と地上波用の両方の信号を送受信することができる
アンテナが要望されている。

【０００６】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、衛星用の円偏波と、地上波用の直線偏波の両
方を送受信することができる２偏波複合アンテナを、で
きるだけコンパクトに、しかも相互間の干渉を引き起こ
さないで独立して動作するような具体的な構造として提
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２偏波複合
アンテナは、誘電体基板の一面に円偏波送受信用の放射
素子が設けられ、該誘電体基板の裏面に接地導体板が設
けられる円偏波用の第１のアンテナ素子と、該第１のア
ンテナ素子の前記放射素子に内導体が接続され、前記接
地導体板に外導体が接続され、該第１のアンテナ素子に
給電する給電ケーブルと、該給電ケーブルの外導体に給
電点を設けることにより、該外導体を直線偏波の送受信
用放射素子とする第２のアンテナ素子とからなり、該第
２のアンテナ素子の給電点は、前記接地導体板との接続
点からほぼ（２ｎ＋１）λ／４（ｎは０または正の整
数、λは送受信する直線偏波の波長）の電気長のところ
に形成されると共に、該給電点部で前記波長λに対して
並列共振をするように、前記給電ケーブルに第１のカー
ル部が形成されている。

【０００８】この構造にすることにより、衛星用の円偏
波は、第１のアンテナ素子により給電ケーブルを介して
送受信することができ、地上波用の直線偏波は、給電ケ
ーブルの外導体からなる第２のアンテナ素子により、外
導体に設けられた給電点を介して送受信をすることがで
きる。一方、給電ケーブルには、給電点部で送受信する
直線偏波の周波数に対して並列共振をするように第１の
カール部が形成されているため、直線偏波に対してはそ
の給電点部でオープンとなり、接地導体板との接続部が
ショートとなる。このカール部は、円偏波の受信信号に
対しては同軸の内導体を伝達するため影響を与えず、直
接偏波の信号に対しては円偏波送受信用の信号とは全く
独立して給電点部との間で信号の授受を行うことができ
る。

【０００９】本発明による２偏波複合アンテナの他の形
態は、前述の構成において、前記第２のアンテナ素子の
給電点が前記接地導体板との接続点からの電気長ではな
く、前記接地導体板との接続点からほぼλ／４の位置
に、波長λに対して並列共振をする第２のカール部が形
成され、該第２のカール部から前記電気長のところに前
記給電点および前記第１のカール部が形成されている。

【００１０】すなわち、前述のように、円偏波送受信用
の第１のアンテナ素子は、直線偏波の送受信用の外導体
上に設けられるトップローディング構造になっているた
め、直線偏波用のモノポールアンテナ素子を小形化、短
縮化する効果がある。この場合、モノポール部が小形に
なりすぎると、直線偏波の送受信に対して、充分な特性
が得られなくなる。しかし、このような構造にすること
により、第２のカール部で直線偏波受信信号が遮断さ
れ、円偏波用のアンテナ素子の影響を受けることなく、
モノポールアンテナ素子の長さを確保することができる
ため、直線偏波に対しても充分な特性が得られる。

【００１１】少なくとも前記第１のカール部から前記接
地導体板までの前記給電ケーブルの外周が樹脂またはエ
ラストマーまたはこれらの複合部材により被覆されるこ
とにより、カール部の出っ張りを目立たなくすることが
できると共に、給電ケーブルの機械的強度を向上させる
ことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の２偏波複合アンテナについて説明をする。本発明に
よる２偏波複合アンテナは、図１にその一実施形態の構
成説明図が示されるように、誘電体基板１１の一表面に
円偏波送受信用の放射素子１２が設けられ、その誘電体
基板１１の裏面に接地導体板１３が設けられることによ
り円偏波用の第１のアンテナ素子１が形成されている。
そして、同軸ケーブルからなる給電ケーブル３が、その
内導体３１が第１のアンテナ素子１の放射素子１２に接
続され、その外導体２１が接地導体板１３に接続される
ことにより、第１のアンテナ素子１に給電するために設
けられている。

【００１３】給電ケーブル３の外導体２１には、接地導
体板１３との接続点から（２ｎ＋１）λ／４（ｎは０ま
たは正の整数、λは送受信する直線偏波の波長）の電気
長のところに給電点２２が形成されると共に、その給電
点２２部で、波長λに対して並列共振をするように、第
１のカール部２３が形成されている。そして、これらに
より、この外導体（放射素子）２１を直線偏波の送受信
用放射素子とする第２のアンテナ素子２が形成されてい
る。

【００１４】第１のアンテナ素子１は、通常の円偏波を
送受信することができるようにパッチ素子（放射素子）
１２が誘電体基板１１上に形成されたもので、誘電体基
板１１の裏面にはほぼ全面に金属導体からなる接地導体
板１３が設けられることにより形成されている。誘電体
基板１１としては、セラミックスなどが用いられるが、
とくに誘電率の大きい、ＢａＯ-ＴｉＯ₂-ＳｎＯ₂、Ｍｇ
Ｏ-ＣａＯ-ＴｉＯ₂などの比誘電率の大きい誘電体基板
を用いることにより、その大きさを小さくすることがで
きる。

【００１５】また、パッチ素子１２は、銀被膜などを印
刷などにより設けてパターニングすることにより形成さ
れ、その形状や大きさは、従来の円偏波用として用いら
れる、長辺と短辺とが僅かに異なる、一辺が１／２波長
程度の長さの四角形状パッチ素子１２として形成され、
たとえば２.６ＧＨｚの円偏波の送受信用とするには、
１５ｍｍ四方程度の大きさに形成される。接地導体板１
２は、パッチ素子１２と同様に、銀などの導体被膜が全
面に設けられることにより形成されている。

【００１６】給電ケーブル３は、通常、たとえば５０Ω
のインピーダンスとなる同軸線路が用いられ、その一端
部の内導体３１が、誘電体基板１１に設けられる貫通孔
（図示せず）を介して放射素子１２の裏側の給電部に接
続され、外導体２１は誘電体基板１１の裏面の接地導体
板１３に接続されている。そして、給電ケーブル３の他
端部３２側から円偏波用の信号の送受信がなされる構造
になっている。本発明では、この給電ケーブル３のアン
テナ素子１との接続部側におけるほぼλ／４長の外導体
２１を第２のアンテナ素子２部の放射素子として利用す
ると共に、そのλ／４長の終端部に給電点２２が設けら
れると共に、その給電点２２の給電ケーブル３にカール
部２３が形成され、第２のアンテナ素子２部のみを給電
ケーブル３から独立して動作し得るようにされているこ
とに特徴がある。この外導体２１は、そのまま露出して
いても構わないし、誘電体膜などにより被覆されていて
もよい。

【００１７】第２のアンテナ素子２部は、同軸線路（給
電ケーブル３）の外導体２１が放射素子として用いられ
ており、接地導体板１３との接続部からほぼλ／４長の
部分に給電点２２が設けられると共に、第１のカール部
２３が並列共振をするように形成されることにより、λ
／４長のモノポールアンテナを構成し、直線偏波アンテ
ナとして良好に動作する。すなわち、並列共振をするよ
うにカール部２３が形成されているため、カール部２３
はオープンの状態にある。その結果接地導体板１３との
接続部はショートとなり、λ／４モノポールになってい
る。

【００１８】この接地導体板１３との接続部からの電気
長は、λ／４でなくてもその奇数倍であれば、同様に接
地導体板１３の接続部で０インピーダンス点となり、同
様に動作する。すなわち、ｎを０または正の整数とし
て、ほぼ（２ｎ＋１）λ／４の電気長になるように給電
点２２およびカール部２３が設けられることにより、モ
ノポールアンテナとして動作する。たとえば前述の２.
６ＧＨｚに対しては、１ｍｍφ程度の太さで、３０ｍｍ
程度の長さに形成される。

【００１９】カール部２３は、図１に示される例では、
１ターンのコイルが形成されているだけで、その回転の
両端部２３ａ、２３ｂ間のギャップＧを、たとえば１ｍ
ｍ程度に接近させることにより、両者間のギャップＧに
より容量Ｃが形成され、コイルのＬと共にこれらの値を
調整することにより並列共振をさせることができる。た
とえば前述の２.６ＧＨｚの場合を例にとると、カール
部２３は３〜５ｍｍ程度の半径で１ターン形成され、両
端部２３ａ、２３ｂのギャップＧが１ｍｍ程度に形成さ
れることにより、並列共振をさせることができる。

【００２０】前述の例では、カール部２３のコイルが１
ターンで形成され、直接そのコイルの両端部２３ａ、２
３ｂのギャップの容量Ｃを用いて並列共振するようにカ
ール部２３が形成されていたが、コイルは１ターンに限
定されるものではなく、図２に示されるように、数ター
ンのコイル部が設けられ、その両端にコンデンサ２４が
接続され、コイルのインダクタンスＬとコンデンサ２４
のキャパシタンスＣとにより並列共振をするように形成
されてもよい。

【００２１】この構造に形成されることにより、第１の
アンテナ素子１は、衛星との間で送受信をする円偏波を
放射し、または受信するような形状に形成されており、
円偏波を送受信することができる。そして、この放射素
子への信号の給電または受信した信号の受電は、給電ケ
ーブル３によりなされ、同軸ケーブルである給電ケーブ
ル３の内導体３１を介して行われるため、外導体２１に
よりシールドされて第２のアンテナ素子２などの影響を
受けることなく送受信をすることができる。また、給電
ケーブル３の一端部側の外導体２１に形成される第２の
アンテナ素子２は、前述のようにほぼλ／４またはその
奇数倍の長さになるようにカール部２３により分離され
ているため、モノポールアンテナとなり、直線偏波用の
アンテナとしてのみ動作し、円偏波用の送受信には、何
ら影響しない。また、第１のアンテナ素子１の接地導体
板１３は、第２のアンテナ素子２の長さがλ／４の奇数
倍であれば、接地条件が満たされ、ほぼ０インピーダン
ス点となる。

【００２２】本発明によれば、衛星との通信用である円
偏波対応の第１のアンテナ素子に給電する給電ケーブル
の外導体を利用して地上波用の直線偏波を送受信するこ
とができる第２のアンテナ素子が形成されているため、
円偏波と直線偏波の両方を送受信することができる複合
アンテナを、場所を採ることなく非常にコンパクトに形
成することができる。この場合、第１のアンテナ素子は
図１に示される構造と同じ構造で、給電ケーブルの外側
に従来のヘリカルアンテナを直線偏波用として装着する
構造も考えられるが、このように独立のアンテナを並べ
て配置すると、直線偏波用のヘリカルアンテナは、同心
に配置される同軸線路による干渉を受け、ＶＳＷＲの低
下、損失の増大などの本来の特性に低下が生じるため好
ましくない。しかし、本発明によれば、前述のように、
円偏波用の放射素子と同軸外導体は理論的に独立して最
適性能を実現できるというメリットがある。

【００２３】なお、前述の構造で、第１のアンテナ素子
１と第２のアンテナ素子２の衛星用と地上波用の動作
は、アンテナ素子の切替スイッチを設けて、スイッチの
切替により、または同時動作させることも可能である。

【００２４】前述の例では、第２のアンテナ素子２を第
１のアンテナ素子１における接地導体板１３の接続点か
らほぼλ／４またはその奇数倍の長さになるように形成
したが、第１のアンテナ素子１を第２のアンテナ素子２
の上に載置すると、その接地導体板１３がトップローデ
ィングとして、モノポールを小形化、短縮化する効果が
ある。そのため、モノポール部が小形になり過ぎ、充分
な特性が得られない場合が生じ得る。この場合、第２の
アンテナ素子２を３λ／４の電気長にして大きくするこ
ともできるが、図３に示されるように、接地導体板１３
からλ／４の電気長のところに並列共振を形成する第２
のカール部４を形成し、その第２のカール部４からさら
にλ／４の電気長のところに前述の並列共振をする第１
のカール部２３を形成し、給電点２２を形成することに
より、第２のカール部４がオープンで、第１のカール部
２３を給電点として動作するλ／４モノポールが形成さ
れる。なお、第１のカール部２３と接地板５との距離α
は、α＜λ／４程度であればよい。なお、接地導体板１
３の接続部から第２のカール部４までの同軸線路（給電
ケーブル３）部は、接地導体板１３に対する先端オープ
ンのλ／４スタブとして機能する。

【００２５】前述の例は、給電ケーブル３にカール部２
３を形成しただけの状態であったが、給電ケーブル３
は、前述のように、たとえば１ｍｍφ程度の太さで、そ
の上に１５ｍｍ四方程度の第１のアンテナ素子１が載る
ため、機械的強度は充分ではない。この場合、図４に示
されるように、カール部の径にあわせて給電ケーブル３
の周囲を樹脂６、またはエラストマーまたはこれらの複
合部材などによりモールドすることにより、３〜５ｍｍ
程度の太さになり、機械的強度を充分に保つことができ
る。なお、前述の例も含め、携帯機器などに搭載される
場合で、使用しないときには、この第２のアンテナ部分
を筐体などに収納できるようにすることもできる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、衛星用に用いられる円
偏波送受信用アンテナ素子の給電ケーブルの外導体を、
地上波用に用いられる直線偏波用アンテナ素子として用
いているため、非常にコンパクトに円偏波用と直線偏波
用の複合アンテナを得ることができる。しかも、給電ケ
ーブルの同軸線路にカール部が形成され、直線偏波用の
アンテナ素子がカール部により分離されるため、両者間
で干渉することなく、非常に性能のよい複合アンテナが
得られる。

【００２７】その結果、ＳバンドにおけるＤＡＢ（米国
で２.３ＧＨｚ、日本で２.６ＧＨｚ）の衛星および地上
波の同時放送にも非常にコンパクトなアンテナで対応す
ることができる。

【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の説明
図である。

【図２】図１に示される例におけるカール部の変形例の
説明図である。

【図３】本発明による複合アンテナの他の実施形態を説
明する図である。

【図４】本発明による複合アンテナの他の実施形態を説
明する図である。

【符号の説明】

１第１のアンテナ素子２第２のアンテナ素子３給電ケーブル４第２のカール部１１誘電体基板１２放射素子１３接地導体板２１外導体（放射素子）２２給電点２３第１のカール部

フロントページの続き (72)発明者岡戸広則東京都北区滝野川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 AB06 HA10 JA03 JA05 JA06 JA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板の一表面に円偏波送受信用の
放射素子が設けられ、該誘電体基板の裏面に接地導体板
が設けられる円偏波用の第１のアンテナ素子と、該第１
のアンテナ素子の前記放射素子に内導体が接続され、前
記接地導体板に外導体が接続され、該第１のアンテナ素
子に給電する給電ケーブルと、該給電ケーブルの外導体
に給電点を設けることにより、該外導体を直線偏波の送
受信用放射素子とする第２のアンテナ素子とからなり、
該第２のアンテナ素子の給電点は、前記接地導体板との
接続点からほぼ（２ｎ＋１）λ／４（ｎは０または正の
整数、λは送受信する直線偏波の波長）の電気長のとこ
ろに形成されると共に、該給電点部で前記波長λに対し
て並列共振をするように、前記給電ケーブルに第１のカ
ール部が形成されてなる２偏波複合アンテナ。
【請求項２】請求項１記載のアンテナにおいて、前記
第２のアンテナ素子の給電点が前記接地導体板との接続
点からの電気長ではなく、前記接地導体板との接続点か
らほぼλ／４の位置に、波長λに対して並列共振をする
第２のカール部が形成され、該第２のカール部から前記
電気長のところに前記給電点および前記第１のカール部
が形成されてなる２偏波複合アンテナ。
【請求項３】少なくとも前記第１のカール部から前記
接地導体板までの前記給電ケーブルの外周が樹脂または
エラストマーまたはこれらの複合部材により被覆されて
なる請求項１または２記載の２偏波複合アンテナ。