JP2003309424A - 多周波数共用アンテナ - Google Patents

多周波数共用アンテナ

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • HELECTRICITY
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    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型でかつ簡単な構成で、送受信しようとす
る周波数の差が1GHz以上であっても良好にそれぞれ
送受信する。 【解決手段】 地板12の上方に間隔をおいてパッチア
ンテナ素子14が配置され、さらに、その上方にパッチ
アンテナ素子22が間隔をおいて配置されている。パッ
チアンテナ素子22の中央部を、それの下方にあるパッ
チアンテナ素子14の中央に導電性スペーサ24が支持
し、パッチアンテナ素子14の中央を地板12の中央に
導電スペーサ16が支持している。パッチアンテナ素子
14、22の給電点18、26に給電線20、28が接
続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、互いに異なる周波
数において送受信が可能な多周波数共用アンテナに関
し、特にパッチアンテナ素子を用いたものに関する。
【0002】
【従来の技術】パッチアンテナ素子を用いて、多周波数
共用アンテナ、例えば2周波数共用アンテナを構成する
場合、例えば図7に示すように、1つの地板2の上方
に、地板2とは間隔をあけて、第1の周波数、例えば
2.4GHz用のパッチアンテナ素子4と、第2の周波
数、例えば5.2GHz用のパッチアンテナ素子6と
を、並べて配置することが考えられる。なお、符号7、
8で示すのは、これらパッチアンテナ素子4、6の支持
体、9、10で示すのは、これらパッチアンテナ素子の
給電点である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この多周波数共用アン
テナでは、2つのパッチアンテナ素子4、6を並べて配
置しているので、地板2が大型になる。また、1つのパ
ッチアンテナ素子を、送受信しようとする2つの周波数
において共振する構成として、2周波数共用アンテナを
構成することも考えられるが、パッチアンテナ素子の構
成が複雑になる上に、両周波数の差が1GHz以上であ
ると、良好に両周波数で送受信することができなくな
る。
【0004】本発明は、小型でかつ簡単な構成で、送受
信しようとする周波数の差が1GHz以上であっても良
好にそれぞれ送受信することができる多周波数共用アン
テナを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による多周波数共
用アンテナは、地板を有している。この地板の上方に複
数のパッチアンテナ素子が互いに間隔をおいて積層され
ている。これらパッチアンテナ素子は、互いに異なる周
波数での送受信用のものである。各パッチアンテナ素子
の送受信周波数の差は、1GHz以上あることが望まし
い。パッチアンテナ素子の形状としては、種々のものが
あり、例えば矩形状のものが使用され、これらが間隔を
おいて平行に配置されている。各パッチアンテナ素子
は、低い周波数での送受信用のもの程、地板に近い位置
に配置することが望ましい。これらパッチアンテナ素子
の中央部を、それの下方にあるパッチアンテナ素子また
は前記地板に、複数の導電性支持手段が支持している。
各パッチアンテナ素子の所定位置に複数の給電手段が接
続されている。
【0006】このように構成された多周波数共用アンテ
ナでは、複数のパッチアンテナ素子が地板上に間隔をお
いて積層されているので、全体の面積が小さく、小型化
することができる。しかも、各周波数用のパッチアンテ
ナ素子を設けており、1つのパッチアンテナ素子が複数
の周波数において共振するような複雑な形状にする必要
が無く、各パッチアンテナ素子の形状は簡略化されたも
のである。また、各パッチアンテナ素子の送受信周波数
が1GHz以上隔たっていても、良好に送受信すること
ができる。これらパッチアンテナ素子の支持は、それら
の電界が零となる中央部において行われているので、導
電性支持手段による支持によって送受信の特性に悪影響
を及ぼすことがない。
【0007】複数のパッチアンテナ素子を、第1周波数
及び第2周波数用の第1及び第2パッチアンテナ素子と
することができる。この場合、複数の導電性支持手段
は、第1パッチアンテナ素子の中央部を前記地板に支持
する第1導電性支持手段と、第2パッチアンテナ素子を
第1パッチアンテナ素子に支持する第2導電性支持手段
とを、具備している。第2パッチアンテナ素子の中央部
を第1パッチアンテナ素子の中央部から離して設けるこ
とも可能である。複数の給電手段は、第1パッチアンテ
ナ素子に接続された第1給電手段と、第2パッチアンテ
ナ素子に接続された第2給電手段とを、具備する。
【0008】更に、第1導電性支持手段を筒状に形成す
ることも可能である。この場合、第2給電手段が第1導
電性支持手段の内部を通過する。このように構成する
と、地板と第1パッチアンテナ素子とからなる第1周波
数用のアンテナに、第2パッチアンテナ素子を付加する
だけで、多周波数共用アンテナとすることができ、第1
周波数用のアンテナに大規模の改造を加える必要が無
い。
【0009】更に、第1及び第2パッチアンテナ素子
を、それぞれの中心を一致させて配置することもでき
る。この場合、第1及び第2導電性支持手段が、同一直
線上に位置する。このように構成することによって、電
界が零である第2パッチアンテナ素子の中心は、電界が
零である第1パッチアンテナ素子の中心に第2導電性支
持手段によって結合され、このパッチアンテナ素子の中
心は第1導電性支持手段によって地板に結合されている
ので、第2パッチアンテナ素子の中心も確実に地板に電
界が零の状態で接続される。従って、第1及び第2パッ
チアンテナ素子それぞれの特性に、他のパッチアンテナ
素子が接続されていることによる影響は無い。
【0010】さらに、第1及び第2給電手段を、共に二
点給電手段とすることができる。この場合、垂直・水平
偏波の状態の良い方を送信または受信アンテナとして使
用する偏波ダイバシティアンテナや2点給電形円偏波ア
ンテナとして、第1及び第2パッチアンテナ素子を使用
することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態の多周
波数共用アンテナは、図1(a)、(b)に示すよう
に、地板12を有している。地板12は、概略正方形状
の導電体、例えば金属板によって構成されている。
【0012】この地板12の一方の表面の上方に、所定
の間隔を隔てて、第1周波数用、例えば2.4GHz用
のパッチアンテナ素子14が配置されている。このパッ
チアンテナ素子14は、その一辺の長さが、2.4GH
zの電波を受信するのに適した長さ、例えば約λ1
(2.4GHzの波長)/2の長さに選択された概略正
方形状に、導体板、例えば金属板によって形成されてい
る。このパッチアンテナ素子14は、その大きさが地板
12よりも小さい。このパッチアンテナ素子14の一方
の面が、地板12の一方の面と平行に位置し、その中心
が地板12の中心と重なるように、配置されている。
【0013】このパッチアンテナ素子14の中心が、地
板12の中心に導電性支持手段、例えば図2に示すよう
な導電性のスペーサ16によって、図1(b)に示すよ
うに支持されている。このスペーサ16は、内部が中空
の筒状、例えば円筒状に形成されている。このスペーサ
16によってパッチアンテナ素子14の中心は、地板1
2に機械的及び電気的に結合されている。
【0014】このパッチアンテナ素子14の中心から幾
分外方に偏った位置が給電点18とされ、この給電点1
8には、第1の給電手段、例えば給電線20が接続され
ている。この給電線20は、図1(b)に示すように、
地板12を通過して、外部に導出されている。
【0015】このパッチアンテナ素子14の更に上方
に、第2周波数用、例えば5.2GHz用のパッチアン
テナ素子22が配置されている。5.2GHzという周
波数は、パッチアンテナ素子14での周波数2.4GH
zとは倍以上、かつ1GHz以上離れているものであ
る。このパッチアンテナ素子22は、このパッチアンテ
ナ素子14は、その一辺の長さが、5.2GHzの電波
を受信するのに適した長さ、例えば約λ2(5.2GH
zの波長)/2の長さに選択された概略正方形状に、導
体板、例えば金属板によって形成されている。このパッ
チアンテナ素子22は、第2周波数が第1周波数よりも
高いので、その大きさがパッチアンテナ素子14よりも
小さい。このパッチアンテナ素子22の一方の面が、パ
ッチアンテナ素子14の一方の面と平行に位置し、その
中心がパッチアンテナ素子14の中心よりも幾分外方に
ずれるように配置されている。
【0016】このパッチアンテナ素子22の中心が、パ
ッチアンテナ素子14の導電性支持手段、例えば導電性
のスペーサ24によって、図1(b)に示すように支持
されている。このスペーサ24は、スペーサ16と同様
に構成されている。このスペーサ24によってパッチア
ンテナ素子22の中心は、パッチアンテナ素子14に機
械的及び電気的に結合されている。
【0017】このパッチアンテナ素子22の中心から幾
分外方に偏った位置、即ち、パッチアンテナ素子14の
中心に対応する位置が給電点26とされ、この給電点2
6には、第2の給電手段、例えば給電線28が接続され
ている。この給電線28は、図1(b)に示すように、
スペーサ16の内部を通って、地板12から外部に導出
されている。即ち、スペーサ16と給電線28とが同軸
ケーブルを構成している。
【0018】このように構成された多周波数共用アンテ
ナでは、パッチアンテナ素子14において電界が零とな
る中心が地板12に電気的及び機械的に結合されてい
る。また、同じくパッチ素子22において電界が零とな
る中心がパッチアンテナ素子14に電気的及び機械的に
結合されているので、パッチアンテナ素子14を地板と
してパッチアンテナ素子22が動作している。しかも、
パッチアンテナ素子22の給電線26は、パッチアンテ
ナ素子14の電界が零である中心を通っているので、パ
ッチアンテナ素子14の影響を受けない。従って、パッ
チアンテナ素子22は、パッチアンテナ素子14の上方
に積み重ねて配置されていても、良好に受信することが
できる。即ち、2.4GHz及び5.2GHz用と1G
Hz以上隔たった2つの周波数用のパッチアンテナ素子
14、22は、それぞれ互いに影響を受けず、良好に動
作する。
【0019】しかも、地板12の上に順にパッチアンテ
ナ素子14、22を積み重ねた形状であるので、図7に
示した従来のものと比較して、地板12に小さなものを
使用することができ、設置スペースを小さくできる。ま
た、2.4GHz用のアンテナとして動作させるために
必要な地板12とパッチアンテナ素子14とに、パッチ
アンテナ素子22を付加するだけの構成であるので、ご
く僅かな改造で多周波数共用アンテナが得られる。
【0020】本発明の第2の実施形態の多周波数共用ア
ンテナは、図3(a)、(b)に示すように、パッチア
ンテナ素子22も、その中央をパッチアンテナ素子14
の中央にスペーサ24によって電気的及び機械的に結合
したものである。第1の実施の形態と同等部分には同一
符号を付して、説明を省略する。この場合、給電線28
は、これを通すために別個に給電点26に対応して設け
たスペーサ30を介して導出されている。この場合、パ
ッチアンテナ素子14は、電界が零である中央とは異な
る位置でスペーサ30によって短絡されるが、短絡は、
スペーサ30の接触部分の一点であるので、性能の劣化
は最小に抑えられている。
【0021】本発明の第3の実施の形態の多周波数共用
アンテナは、図4(a)、(b)に示すように、パッチ
アンテナ素子22における給電点が、第2の実施の形態
と反対側の位置にあるものである。即ち、第2の実施の
形態では、給電点18、26は、同一の側にもうけれあ
るが、第3の実施の形態では、給電点26が、給電点1
8と反対側に設けられている。他は、第2の実施の形態
の多周波数共用アンテナと同一である。
【0022】本発明の第4の実施の形態の多周波数共用
アンテナは、図5(a)、(b)、(c)に示すよう
に、パッチアンテナ素子14及びパッチアンテナ素子2
2をそれぞれ給電点18a、18b、26a、26bに
よって2点給電する構成としたものである。このように
2点給電するために、給電線20a、20b、28a、
28bが使用され、更にスペーサ30a、30bが使用
されている。このように2点給電を可能としているの
で、円偏波を送受信することが可能であり、さらに垂直
偏波での受信が良好か、水平偏波での受信が良好かによ
って偏波面を切換える偏波ダイバシティが可能となる。
【0023】本発明の第5の実施の形態の多周波数共用
アンテナは、図6(a)、(b)に示すように、パッチ
アンテナ素子22の上に、さらに別の周波数(5.2G
Hzよりも高い周波数)用のパッチアンテナ素子32を
設けたものである。このパッチアンテナ素子32は、そ
の中央が、スペーサ34によってパッチアンテナ素子2
2の中央に機械的及び電気的に結合され、中央から離れ
た位置の給電点36は、スペーサ38、40を通過した
給電線42に接続されている。このように構成すること
によって、周波数の異なる3波の電波を独立して送受信
することが可能である。このような3波の場合でも、2
点給電が可能である。
【0024】上記の各実施の形態では、2波または3波
の電波の送受信を可能としたが、さらに多くのパッチア
ンテナ素子を積み重ねることによって、さらに多くの波
数の電波を送受信することが可能である。上記の各実施
の形態では、パッチアンテナ素子は、いずれも矩形のも
のを示したが、公知の種々の形状のパッチアンテナ素子
を使用することが可能である。上記の第4の実施形態に
おいては、第1及び第2のパッチアンテナ素子14、2
2を正方形に形成して、かつ2点給電することによって
円偏波の電波を送受信したが、第1及び第2のパッチア
ンテナ素子14、22を1点給電で円偏波の電波を送受
信可能な形状とすれば1点給電でもよい。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明による多周波数共用
アンテナでは、小型でかつ簡単な構成でありながら、送
受信しようとする周波数の差が1GHz以上であっても
良好にそれぞれの電波を送受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による多周波数共用アン
テナの平面図及び正面図である。
【図2】図1の多周波数共用アンテナにおいて使用する
スペーサの斜視図である。
【図3】本発明の第2実施形態による多周波数共用アン
テナの平面図及び正面図である。
【図4】本発明の第3実施形態による多周波数共用アン
テナの平面図及び正面図である。
【図5】本発明の第4実施形態による多周波数共用アン
テナの平面図、正面図及び側面である。
【図6】本発明の第5実施形態による多周波数共用アン
テナの平面図及び正面図である。
【図7】従来の多周波数共用アンテナの正面図である。
【符号の説明】
12 地板 14 パッチアンテナ素子(第1周波数用のパッチアン
テナ素子) 16 スペーサ(第1導電性支持手段) 20 給電線(第1給電手段) 22 パッチアンテナ素子(第2周波数用のパッチアン
テナ素子) 24 スペーサ(第2導電性支持手段) 28 給電線(第2給電手段)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地板と、 この地板の上方に、互いに間隔をおいて積層された異な
    る周波数用の複数のパッチアンテナ素子と、 これらパッチアンテナ素子の中央部を、それの下方にあ
    るパッチアンテナ素子または前記地板に支持する複数の
    導電性支持手段と、 前記各パッチアンテナ素子の所定位置に接続された複数
    の給電手段とを、具備する多周波数共用アンテナ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の多周波数共用アンテナに
    おいて、前記複数のパッチアンテナ素子は、第1周波数
    及び第2周波数用の第1及び第2パッチアンテナ素子か
    らなり、前記複数の導電性支持手段は、第1パッチアン
    テナ素子の中央部を前記地板に支持する第1導電性支持
    手段と、第2パッチアンテナ素子を第1パッチアンテナ
    素子に支持する第2導電性支持手段とを、具備し、前記
    複数の給電手段は、第1パッチアンテナ素子に接続され
    た第1給電手段と、第2パッチアンテナ素子に接続され
    た第2給電手段とを、具備する多周波数共用アンテナ。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の多周波数共用アンテナに
    おいて、第1導電性支持手段が筒状に形成され、第2給
    電手段が第1導電性支持手段の内部を通過する多周波数
    共用アンテナ。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の多周波数共用アンテナに
    おいて、第1及び第2パッチアンテナ素子は、それぞれ
    の中心を一致させて配置され、第1及び第2導電性支持
    手段が、同一直線上に位置する多周波数共用アンテナ。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の多周波数共用アンテナに
    おいて、第1及び第2給電手段が、共に二点給電手段で
    ある多周波数共用アンテナ。
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