JP2004201018A - 誘電体共振器複合アンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】水平方向の電波と鉛直方向の電波とが同一の帯域である場合であっても、アンテナの特性が悪化しない誘電体共振器複合アンテナを提供する。
【解決手段】誘電体共振器複合アンテナ100は、導体で形成された接地板101と、その中心に円柱状の空洞を有する円柱の高比誘電率の第１の誘電体103と、空洞の中心に配置された線状のアンテナ素子104と、空洞のアンテナ素子104の周囲に充填された、第１の誘電体よりも比較的小さな比誘電率を有する第２の誘電体102とを有する。接触することなく接地板101を貫通し、第１の誘電体103の側面下部のｘ軸及びｙ軸上に給電された、第１の給電手段105aと第２の給電手段105bと、接触することなく接地板101を貫通し、線状のアンテナ素子104に給電された、第３の給電手段105cをも有している。ここで第１の給電手段105aと第２の給電手段105bとは第１の誘電体103の中心軸を中心に、90度の相対位置に設置される。
【選択図】 図１
【解決手段】誘電体共振器複合アンテナ100は、導体で形成された接地板101と、その中心に円柱状の空洞を有する円柱の高比誘電率の第１の誘電体103と、空洞の中心に配置された線状のアンテナ素子104と、空洞のアンテナ素子104の周囲に充填された、第１の誘電体よりも比較的小さな比誘電率を有する第２の誘電体102とを有する。接触することなく接地板101を貫通し、第１の誘電体103の側面下部のｘ軸及びｙ軸上に給電された、第１の給電手段105aと第２の給電手段105bと、接触することなく接地板101を貫通し、線状のアンテナ素子104に給電された、第３の給電手段105cをも有している。ここで第１の給電手段105aと第２の給電手段105bとは第１の誘電体103の中心軸を中心に、90度の相対位置に設置される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体により上方向から到来するの偏波面の異なる２つの電波を送信又は受信し、線状アンテナにより横方向から到来する電波を送信又は受信する誘電体共振器複合アンテナに関する。本発明は特に仰角の大きい円偏波と仰角の小さい通常の電波が同一の帯域である場合に特に有効である。
【０００２】
【従来の技術】
下記特許文献１にはL帯の周波数で動作する円筒形の誘電体共振器アンテナ素子（特許文献１では“puck”と表現）と、その素子と同じ中心軸上にS帯の周波数で動作するクロスダイポールアンテナ素子とを持つ複合型アンテナの実施例（Fig. 4A）や、前記クロスダイポールアンテナ素子の変わりに４線巻ヘリカルアンテナ素子（QFHA）を用いた複合アンテナの実施例（図無し）や、800MHｚ帯で動作するモノポールアンテナ素子を前記複合アンテナのQFHAの支えとして兼用する複合型アンテナの実施例（Fig. 4B）などが開示されている。また、非特許文献１には、誘電体共振器アンテナの形状やそれに対する給電方法が例示されている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第６３４４８３３号明細書
【非特許文献１】
誘電体共振器アンテナ(A. A. Kishk, A. W. Glisson, D. Kajfez, Y. M. M.Antar, Dielectric Resonator Antennas, AP-S Short Course Text, 1996)
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の複合型アンテナでは、誘電体共振器内を通過する伝送線路（同軸あるいはマイクロストリップ線路）やモノポールアンテナ素子の周囲の構造についての詳細な説明がなされていないことから、線路やモノポールアンテナ素子の周囲は誘電体共振器そのもので覆われているものと考えられる。この場合、それぞれのアンテナ素子を異なる周波数帯域で動作させることを前提とした場合には、お互いのアンテナ素子の相互結合がアンテナの特性に深刻な影響を与えることが少ないが、それぞれのアンテナ素子を同一の周波数で動作させるような場合、相互結合量が増大し、アンテナの特性が悪化するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題を解決するために成されたものであり、その目的は、上方向から到来するの偏波面の異なる２つの電波の少なくとも一方と横方向から到来する電波とが同一の帯域である場合であっても、アンテナの特性が悪化しない誘電体共振器複合アンテナを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の手段によれば、導体で形成された接地板と、接地板に垂直に配置され、その中心軸に沿って柱状の空洞を有する柱状の第１の誘電体と、空洞の中心軸に配置された線状のアンテナ素子と、空洞のアンテナ素子の周囲に充填された、第１の誘電体よりも小さな比誘電率を有する第２の誘電体と、接触することなく前記接地板を貫通し、第１の誘電体の側面下部の異なる２つの位置に各々給電する第１及び第２の給電手段と、接触することなく接地板を貫通し、線状のアンテナ素子に給電する第３の給電手段とを有することを特徴とする誘電体共振器複合アンテナである。
【０００７】
また、請求項２に記載の手段によれば、線状のアンテナ素子は、第３の誘電体からなる基板上に形成された導体ストリップ状の線状のアンテナ素子であることを特徴とする。また、請求項３に記載の手段によれば、接地板は、第１の誘電体と接している部分において厚い座部を形成していることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の手段によれば、空洞の形状は、円柱、正多角柱その他断面が対称性の良い凸又は凹多角形その他領域であることを特徴とする。また、請求項５に記載の手段によれば、第１の誘電体の側面の形状は、円柱、正多角柱その他断面の外周が対称性の良い凸又は凹多角形その他領域であることを特徴とする。ここで対称性が良いとは、当該断面を形成する閉じた図形が、中心を回転軸として対称性を有するもの、あるいは中心と第１、第２の給電点を結ぶ２つの線分からなる角の２等分線に対して対称であるもの等を言う。
【０００９】
また、請求項６に記載の手段によれば、第１及び第２の給電手段の相対位置は、第１の誘電体の中心軸を中心として略９０度の直交関係にあることを特徴とする。また、請求項７に記載の手段によれば、請求項６に記載の誘電体共振器複合アンテナにおいて、第１及び第２の給電手段の給電位相差が略９０度に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項８に記載の手段によれば、第１の誘電体の比誘電率が略１０よりも大であることを特徴とする。また、請求項９に記載の手段によれば、請求項８に記載の誘電体共振器複合アンテナにおいて、第２の誘電体の比誘電率が第１の誘電体の比誘電率の１／５以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項１０に記載の手段によれば、線状アンテナ素子が対象とする電波の略１／４波長の長さをもつモノポールアンテナ素子であることを特徴とする。また、請求項１１に記載の手段によれば、アンテナ素子は先端部付近が空洞から上方に露出しており、１の平面上において屈曲していることを特徴とする。ここで１の平面上において屈曲しているとは、当該アンテナ素子の太さを無視して複数個のつながった線分で表した際、その複数個のつながった線分が全て１平面上にあることを言う。また、請求項１２に記載の手段によれば、線状アンテナ素子が空洞から上方に露出した部分を有するＴ字型モノポールアンテナ素子であり、その素子の根元から片先端までの長さが対象とする電波の略１／４波長であることを特徴とする。
【００１２】
更に請求項１３に記載の手段によれば、請求項１１又は請求項１２に記載の誘電体共振器複合アンテナにおいて、空洞から上方に露出したアンテナ部分は、第１の誘電体の中心軸を中心として、第１又は第２の給電手段に対して略４５度の向きに延伸していることを特徴とする。
【００１３】
【作用及び発明の効果】
請求項１に記載の手段によれば、まず第１の誘電体が、第１の給電手段により誘電体共振器アンテナ素子として励振され、且つ第２の給電手段により異なる方向の誘電体共振器アンテナ素子として励振される。即ち、第１の誘電体は２つのモードのアンテナとして動作する。この第１の誘電体は、以下に説明する通り第１の給電手段と第２の給電手段の位置及び給電の位相の設計により、上方向から到来する円偏波を受信する１のアンテナとして作用させることが有用である。こうして、第１の給電手段により励振された誘電体共振器アンテナ素子と、第２の給電手段により励振された誘電体共振器アンテナ素子と、第３の給電手段により励振される線状アンテナ素子はそれぞれほぼ独立したアンテナ素子として動作させることができる。この時、線状アンテナ素子と第１の誘電体との間には比誘電率の小さい第２の誘電体が充填されているため、第１の給電手段により励振される誘電体共振器アンテナ素子又は第２の給電手段により励振される誘電体共振器アンテナ素子による電波の帯域と、第３の給電手段により励振される線状アンテナ素子による電波の帯域とが一致しても、相互結合量を小さいものとすることができる。即ち、３つのモードを用いた単一の複合アンテナ素子として動作させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の手段によれば、線状アンテナ素子は第３の誘電体からなる基板に形成するので、線状アンテナ素子をプリント基板工程で製造でき、製造が容易で低コスト化が実現でき、且つ耐久性も向上させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の手段によれば、導体で形成された接地板の一部が厚い座部を形成しているので、当該座部に誘起される電流により再放射される電波との合成により、アンテナの仰角方向の放射指向性が変化する。これにより、第１の給電手段から給電されるアンテナ素子と、第２の給電手段から給電されるアンテナ素子の仰角方向の指向性を共に変化させることができる。
【００１６】
請求項４に記載の手段によれば、線状アンテナ素子の第１の誘電体からなるアンテナからの影響が対称性が良くなり、方向依存性が低下する。また、請求項５に記載の手段によれば、第１の給電手段と第２の給電手段との対称性が良くなり、方向依存性が低下する。
【００１７】
請求項６に記載の手段によれば、第１と第２の給電手段との位置関係を直交とすることで、それぞれの給電手段により励振される第１の誘電体共振器アンテナ素子と第２の誘電体共振器アンテナ素子のモードが直交関係となるため、相互の結合が極めて小さな値となる。よって異なる２つのモード間の相互結合（干渉）を大幅に低減することができる。更に請求項７に記載の手段によれば、２つの直交する電場のベクトル合成により、直交する給電手段に、９０度の位相差給電を行うことで、円偏波を励振することができる。
【００１８】
請求項８に記載の手段によれば、誘電体共振器アンテナ素子の共振周波数は誘電体の実効的な比誘電率の２乗根に反比例するので、同一の共振周波数を得るための第１の誘電体の容量を大幅に小さくすることができる。また、請求項９に記載の手段によれば、第１の誘電体と第２の誘電体との比誘電率の差が大きいほど結合量が低下するので、第１又は第２の給電手段と、第３の給電手段との間に発生する結合を大幅に低減することができる。
【００１９】
請求項１０に記載の手段によれば、１/４波長の長さのモノポールアンテナは同素子長で共振するので、誘電体共振器アンテナと同一の周波数で動作し、異なる偏波と指向性をもつ線状アンテナ素子を同時に実現できる。更に請求項１１に記載の手段によれば、同じ効果をもちながら、低姿勢化を実現できる。この時、屈曲したアンテナ素子の先端部における電流分布は、給電点近傍に比べて小さいため、先端部を変形しても、モノポールの基本特性を損なうことなく、アンテナ素子を水平方向に延伸できるからである。請求項１２に記載の手段によれば、全く同じ理由でＴ字モノポールアンテナも同様に低姿勢化を実現できる。更に請求項１３に記載の手段によれば、第１の誘電体共振器アンテナ素子から見た線状アンテナ素子と、第２の誘電体共振器アンテナ素子から見た線状アンテナ素子との関係が対称となるため、モノポールアンテナ素子からの、第１の給電手段から給電されるアンテナ素子の指向性への影響と、第２の給電手段から給電されるアンテナ素子の指向性への影響を同量にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を具体的に例示する。以下の図ではｘｙｚ座標系を一点破線にて示す。ここで、ｘｙ平面が水平面を示し、ｚ軸方向が鉛直方向を示す。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。また、各図においては、第２の誘電体として空気等の外気を用いたものを示しているが、他の誘電体を第２の誘電体として充填しても良い。
【００２１】
〔第１実施例〕
図１は、本発明の具体的な第１の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ１００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図、図２は誘電体共振器複合アンテナ１００のｚｘ面における断面図である。図１に示すように、誘電体共振器複合アンテナ１００は、導体で形成された接地板１０１と、接地板１０１に垂直に立設され、その中心に円柱状の空洞（中心軸はｚ軸に一致）を有する、円柱（中心軸はｚ軸に一致）の高比誘電率の第１の誘電体１０３と、空洞の中心に配置された線状のアンテナ素子１０４（中心軸はｚ軸に一致）と、空洞のアンテナ素子１０４の周囲に充填された、第１の誘電体よりも比較的小さな比誘電率を有する第２の誘電体１０２とを有する。また、接触することなく接地板１０１を貫通し、第１の誘電体１０３の側面下部のｘ軸及びｙ軸上に給電された、第１の給電手段１０５ａと第２の給電手段１０５ｂと、接触することなく接地板１０１を貫通し、線状のアンテナ素子１０４に給電された、第３の給電手段１０５ｃ（図２に記載）をも有している。ここで第１の給電手段１０５ａと第２の給電手段１０５ｂとは第１の誘電体１０３の中心軸（ｚ軸に一致）を中心に、９０度の相対位置に設置される。
【００２２】
また、第１乃至第３の給電手段としては、同軸線路やマイクロストリップ線路などを用いることができるが、図２のようにコネクタ型の同軸線路１０７ａ、１０７ｃを用いるものを示す。尚、図１では第３の給電手段１０５ｃが、図２では第２の給電手段１０５ｂが示されていないが、本明細書においては各実施例ごとに、第１乃至第３の給電手段は同様の構成であるものを例示する。図２のように第１の給電手段１０５ａがコネクタ型の同軸線路１０７ａとして示されているように、図２で図示しない第２の給電手段１０５ｂもコネクタ型の同軸線路により構成されるものである。
【００２３】
また、第１の誘電体１０３で形成されている誘電体共振器アンテナ素子部は、円筒形の空洞をもつ円筒形で、内部半径a、外部半径ｂ、高さＨ、誘電体の比誘電率をεr1として、使用する周波数に応じてその寸法等が適宜設定される。また、第２の誘電体１０２は、第１の誘電体１０３に比べて小さい比誘電率εr2をもつ材料が好ましく、空気（εr2＝1）でもよい。例えば、εr1＝44.8、εr2＝1の誘電体材料を用いた場合、ａ＝3.4mm、ｂ＝8mm、Ｈ＝15mmと設定することで、第１の誘電体１０３は2.3GHzの周波数において、HE11δモードで共振する。これを図３に示す。
【００２４】
一方、線状アンテナ素子１０４は、例えばλ/４（λは対象とする電波の波長）のモノポールアンテナ素子が用いられる。接地板１０１からの長さＬ＝32mmと設定することで、2.45GHzの周波数で共振し、且つ広帯域特性を有する。これを図４に示す。
【００２５】
図５は、上記の設計において、共振周波数2.3GHzにおける、第２の誘電体１０２の比誘電率を変化させたときの、誘電体共振器アンテナ素子１００に給電されたうちの一つである第１の給電手段１０５ａ（ポート１）と、モノポールアンテナ素子１０４に給電された第３の給電手段１０５ｃ（ポート３）との相互結合量の値Ｓ３１を表したグラフ図である。このように、それぞれのアンテナ素子を同一周波数で動作させた場合、従来例で示したように、線状アンテナ素子の周囲が第１の誘電体材料と同様に高い比誘電率材料で覆われていた場合（本図でＢ点をあらわす）、相互結合量Ｓ３１が-10dB程度となり、各アンテナ素子に相互に悪影響を及ぼすのは明白である。これに対し、Ａ点で示すように、モノポールアンテナ素子１０４の周囲を比較的低い比誘電率をもつ誘電材料(本実施例では空気)を第２の誘電体１０２とすると、相互結合量Ｓ３１が-30dB程度となり、各アンテナ素子の相互の悪影響は極めて少ない。以上のような構成により、すべてのアンテナ素子を同一周波数で動作することが可能な誘電体共振器複合アンテナ実現可能となる。
【００２６】
〔第２実施例〕
図６は、本発明の具体的な第２の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ２００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図、図７は誘電体共振器複合アンテナ２００のｚｘ面における断面図である。図６及び図７の接地板２０１、空洞を有する第１の誘電体２０３、空洞に充填された第２の誘電体２０２、第１乃至第３の給電手段２０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路２０７ａ〜ｃは、図１及び図２の接地板１０１、空洞を有する第１の誘電体１０３、空洞に充填された第２の誘電体１０２、第１乃至第３の給電手段１０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路１０７ａ〜ｃと同様に構成される。図１及び図２の誘電体共振器複合アンテナ１００で線状のアンテナ素子１０４であったものを、図６及び図７の誘電体共振器複合アンテナ２００では、誘電体基板２０６に形成されたストリップ導体状のアンテナ素子２０４とした。ここで、誘電体基板２０６の厚みを0.6mm、比誘電率を2.2と設定した場合、アンテナ素子の寸法パラメタは第１の実施例とほぼ同様に構成することができる。また、入力特性、結合特性等もほぼ同様な結果となる。このように、線状アンテナ素子を誘電体基板上のストリップ導体として構成したことにより、製造が容易となり、低コスト化を実現できる。
【００２７】
〔第３実施例〕
図８は、本発明の具体的な第３の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ３００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図、図９は誘電体共振器複合アンテナ３００のｚｘ面における断面図である。図８及び図９の空洞を有する第１の誘電体３０３、空洞に充填された第２の誘電体３０２、線状アンテナ素子３０４、第１乃至第３の給電手段３０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路３０７ａ〜ｃは、図１及び図２の空洞を有する第１の誘電体１０３、空洞に充填された第２の誘電体１０２、線状アンテナ素子１０４、第１乃至第３の給電手段１０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路１０７ａ〜ｃと同様に構成される。また、接地板３０１は、第１の誘電体３０３と接している部分において厚い座部３１０を有する。
【００２８】
ここで、図９に示すように、座部３１０の厚みＴを5mm、半径Ｒを15mmとしたときの、第１の給電手段の出力（入力）端における、ｙｚ平面内の指向性パターンを図１０に実線で示す。また、図１の誘電体共振器複合アンテナ１００の同じ出力端におけるｙｚ平面内の指向性パターンを図１０に破線であわせて示した。角度は、ｚ軸方向を０度とし、ｙ軸の正方向を９０度、負方向を−９０度とした。円形の導体板からなる座部３１０の構成を追加することで、指向性が広角となり、低仰角方向への指向性が強くなっている。このような指向性は、衛星を用いた通信や放送受信用のアンテナとして好適である。なお、この実施例では指向性を広角にする例を示したが、円板の寸法を適宜設定することで、狭角な指向性にすることも可能である。
【００２９】
〔第４実施例〕
図１１は、本発明の具体的な第４の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ４００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図である。図１１の誘電体共振器複合アンテナ４００は、図１の誘電体共振器複合アンテナ１００の線状のアンテナ素子１０４を、Ｔ字モノポールアンテナ４０４に置き換えたものである。その他、図１１の接地板４０１、空洞を有する第１の誘電体４０３、空洞に充填された第２の誘電体４０２、第１乃至第３の給電手段４０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路４０７ａ〜ｃは、図１及び図２の接地板１０１、空洞を有する第１の誘電体１０３、空洞に充填された第２の誘電体１０２、第１乃至第３の給電手段１０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路１０７ａ〜ｃと同様に構成される。
【００３０】
誘電体共振器複合アンテナ４００の線状アンテナ素子４０４のＴ字の鉛直部の長さをＬ、水平部の長さを２Ｍとすると、それぞれＬ＝20mm、M＝15mmと設定することで、2.45GHzの周波数で共振し、且つ広帯域特性を有する。これを図１２に示す。また、Ｔ字の先端の水平部分は、第１あるいは第２の給電手段に対し、第１の誘電体４０３の中心軸を中心にに略45度の向き延伸している。即ち、ｘｙ平面に平行で、その方向は直線ｙ＝−ｘに一致する。尚、直線ｙ＝ｘに一致させても良い。これにより、第１及び第２の給電手段からの影響を均等かつ最小にすることができ、誘電体共振器アンテナ素子の指向性を悪化させることなく、モノポールアンテナ素子を低姿勢化することができる。
【００３１】
〔第５実施例〕
図１３は、本発明の具体的な第５の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ５００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図である。図１３の誘電体共振器複合アンテナ５００は、図１の誘電体共振器複合アンテナ１００の線状のアンテナ素子１０４を、メアンダーアンテナ５０４に置き換えたものである。その他、図１３の接地板５０１、空洞を有する第１の誘電体５０３、空洞に充填された第２の誘電体５０２、第１乃至第３の給電手段５０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路５０７ａ〜ｃは、図１及び図２の接地板１０１、空洞を有する第１の誘電体１０３、空洞に充填された第２の誘電体１０２、第１乃至第３の給電手段１０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路１０７ａ〜ｃと同様に構成される。
【００３２】
誘電体共振器複合アンテナ５００のメアンダーアンテナ５０４は、平面ｙ＝−ｘ内で、空洞部から露出した先端部が屈曲した構成を有している。尚、平面ｙ＝ｘ内で、空洞部から露出した先端部が屈曲した構成としても良い。図１３の誘電体共振器複合アンテナ５００は、図１１の誘電体共振器複合アンテナ４００と同様、第１及び第２の給電手段からの影響を均等かつ最小にすることができ、誘電体共振器アンテナ素子の指向性を悪化させることなく、モノポールアンテナ素子を低姿勢化することができる。
【００３３】
〔第６実施例〕
図１４は、本発明の具体的な第６の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ６００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図、図１５は誘電体共振器複合アンテナ６００のｚｘ面における断面図である。図１４の誘電体共振器複合アンテナ６００は、図１の誘電体共振器複合アンテナ１００の接地板１０１を、誘電体基板６０６の表面に形成した導体による接地板６０１とし、誘電体基板６０６の裏面にストリップ導体６０７ａ〜ｃを形成すると共にスルーホール６０８ａ〜ｃを設け、給電手段６０５ａ〜ｃに各々接続するとしたものである。第１及び第２の給電手段６０５ａ及びｂは、本実施例では板状の電極で構成している。また、第３の給電手段６０５ｃは、誘電体基板６０６の表面の導体部分で形成する。その他、図１４の空洞を有する第１の誘電体６０３、空洞に充填された第２の誘電体６０２、線状のアンテナ素子６０４は、図１及び図２の空洞を有する第１の誘電体１０３、空洞に充填された第２の誘電体１０２、線状のアンテナ素子１０４と同様に構成される。このように、第１の誘電体側面に、給電用の導体電極をメタライズすることにより、プローブなどの特別な部品を必要としないために、コストを低減できる。また、１枚の導体からなる接地板に代えて３本のマイクロストリップ線路を構成する誘電体基板６０６の表面の導体板（接地板６０１）とストリップ導体６０７ａ〜ｃの構成とすることで、裏面側にスペースを実質的に必要としない、コンパクトなアンテナとすることができる。
【００３４】
〔変形例〕
図１６に第１の誘電体の形状の変形例を、図１７に第２の誘電体の形状（空洞の形状）の変形例を示す。図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１の誘電体の側面形状を円柱側面に代えて（ａ）では正方柱、（ｂ）では正六角柱、（ｃ）では凹１２面柱（十字柱）とした例である。このような形状においても、円柱状の第１の誘電体とした場合と同様の効果を得ることができる。また、図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１の誘電体の空洞部の形状を円柱に代えて（ａ）では正方柱、（ｂ）では正六角柱、（ｃ）では凹１２面柱（十字柱）とした例である。このような形状においても、円柱状の第１の誘電体の空洞部とした場合と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図２】第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す断面図。
【図３】第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの、第１の誘電体部分の入力反射の周波数特性を示すグラフ図。
【図４】第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの、線状アンテナ素子の入力反射の周波数特性を示すグラフ図。
【図５】第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの、第２の誘電体の比誘電率と、第１の給電手段と第３の給電手段間の相互結合量を示すグラフ図。
【図６】第２実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図７】第２実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す断面図。
【図８】第３実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図９】第３実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す断面図。
【図１０】第３実施例に係る誘電体共振器複合アンテナと第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの指向性パターンの違いを示すグラフ図。
【図１１】第４実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図１２】第４実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの、Ｔ字モノボールアンテナ素子の入力反射の周波数特性を示すグラフ図。
【図１３】第５実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図１４】第６実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図１５】第６実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す断面図。
【図１６】変形例に係る第１の誘電体の形状を示す斜視図。
【図１７】変形例に係る第２の誘電体が充填された第１の誘電体の空洞の形状を示す平面図。
【符号の説明】
１０１ 接地板
１０２ 第２の誘電体
１０３ 第１の誘電体
１０４ 線状アンテナ素子
１０５ａ〜ｃ 第１〜第３の給電手段
１０７ａ〜ｃ コネクタ型の同軸線路
２０４ ストリップ導体
２０６ 第３の誘電体からなる基板
３１０ 接地板の座部
４０４ Ｔ字モノポールアンテナ
５０４ メアンダーアンテナ
６０１ 誘電体基板表面の接地板
６０６ 誘電体基板
６０７ａ〜ｃ 誘電体基板裏面のストリップ導体
６０８ａ〜ｃ 誘電体基板裏面と表面を接続するスルーホール
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体により上方向から到来するの偏波面の異なる２つの電波を送信又は受信し、線状アンテナにより横方向から到来する電波を送信又は受信する誘電体共振器複合アンテナに関する。本発明は特に仰角の大きい円偏波と仰角の小さい通常の電波が同一の帯域である場合に特に有効である。
【０００２】
【従来の技術】
下記特許文献１にはL帯の周波数で動作する円筒形の誘電体共振器アンテナ素子（特許文献１では“puck”と表現）と、その素子と同じ中心軸上にS帯の周波数で動作するクロスダイポールアンテナ素子とを持つ複合型アンテナの実施例（Fig. 4A）や、前記クロスダイポールアンテナ素子の変わりに４線巻ヘリカルアンテナ素子（QFHA）を用いた複合アンテナの実施例（図無し）や、800MHｚ帯で動作するモノポールアンテナ素子を前記複合アンテナのQFHAの支えとして兼用する複合型アンテナの実施例（Fig. 4B）などが開示されている。また、非特許文献１には、誘電体共振器アンテナの形状やそれに対する給電方法が例示されている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第６３４４８３３号明細書
【非特許文献１】
誘電体共振器アンテナ(A. A. Kishk, A. W. Glisson, D. Kajfez, Y. M. M.Antar, Dielectric Resonator Antennas, AP-S Short Course Text, 1996)
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の複合型アンテナでは、誘電体共振器内を通過する伝送線路（同軸あるいはマイクロストリップ線路）やモノポールアンテナ素子の周囲の構造についての詳細な説明がなされていないことから、線路やモノポールアンテナ素子の周囲は誘電体共振器そのもので覆われているものと考えられる。この場合、それぞれのアンテナ素子を異なる周波数帯域で動作させることを前提とした場合には、お互いのアンテナ素子の相互結合がアンテナの特性に深刻な影響を与えることが少ないが、それぞれのアンテナ素子を同一の周波数で動作させるような場合、相互結合量が増大し、アンテナの特性が悪化するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題を解決するために成されたものであり、その目的は、上方向から到来するの偏波面の異なる２つの電波の少なくとも一方と横方向から到来する電波とが同一の帯域である場合であっても、アンテナの特性が悪化しない誘電体共振器複合アンテナを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の手段によれば、導体で形成された接地板と、接地板に垂直に配置され、その中心軸に沿って柱状の空洞を有する柱状の第１の誘電体と、空洞の中心軸に配置された線状のアンテナ素子と、空洞のアンテナ素子の周囲に充填された、第１の誘電体よりも小さな比誘電率を有する第２の誘電体と、接触することなく前記接地板を貫通し、第１の誘電体の側面下部の異なる２つの位置に各々給電する第１及び第２の給電手段と、接触することなく接地板を貫通し、線状のアンテナ素子に給電する第３の給電手段とを有することを特徴とする誘電体共振器複合アンテナである。
【０００７】
また、請求項２に記載の手段によれば、線状のアンテナ素子は、第３の誘電体からなる基板上に形成された導体ストリップ状の線状のアンテナ素子であることを特徴とする。また、請求項３に記載の手段によれば、接地板は、第１の誘電体と接している部分において厚い座部を形成していることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の手段によれば、空洞の形状は、円柱、正多角柱その他断面が対称性の良い凸又は凹多角形その他領域であることを特徴とする。また、請求項５に記載の手段によれば、第１の誘電体の側面の形状は、円柱、正多角柱その他断面の外周が対称性の良い凸又は凹多角形その他領域であることを特徴とする。ここで対称性が良いとは、当該断面を形成する閉じた図形が、中心を回転軸として対称性を有するもの、あるいは中心と第１、第２の給電点を結ぶ２つの線分からなる角の２等分線に対して対称であるもの等を言う。
【０００９】
また、請求項６に記載の手段によれば、第１及び第２の給電手段の相対位置は、第１の誘電体の中心軸を中心として略９０度の直交関係にあることを特徴とする。また、請求項７に記載の手段によれば、請求項６に記載の誘電体共振器複合アンテナにおいて、第１及び第２の給電手段の給電位相差が略９０度に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項８に記載の手段によれば、第１の誘電体の比誘電率が略１０よりも大であることを特徴とする。また、請求項９に記載の手段によれば、請求項８に記載の誘電体共振器複合アンテナにおいて、第２の誘電体の比誘電率が第１の誘電体の比誘電率の１／５以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項１０に記載の手段によれば、線状アンテナ素子が対象とする電波の略１／４波長の長さをもつモノポールアンテナ素子であることを特徴とする。また、請求項１１に記載の手段によれば、アンテナ素子は先端部付近が空洞から上方に露出しており、１の平面上において屈曲していることを特徴とする。ここで１の平面上において屈曲しているとは、当該アンテナ素子の太さを無視して複数個のつながった線分で表した際、その複数個のつながった線分が全て１平面上にあることを言う。また、請求項１２に記載の手段によれば、線状アンテナ素子が空洞から上方に露出した部分を有するＴ字型モノポールアンテナ素子であり、その素子の根元から片先端までの長さが対象とする電波の略１／４波長であることを特徴とする。
【００１２】
更に請求項１３に記載の手段によれば、請求項１１又は請求項１２に記載の誘電体共振器複合アンテナにおいて、空洞から上方に露出したアンテナ部分は、第１の誘電体の中心軸を中心として、第１又は第２の給電手段に対して略４５度の向きに延伸していることを特徴とする。
【００１３】
【作用及び発明の効果】
請求項１に記載の手段によれば、まず第１の誘電体が、第１の給電手段により誘電体共振器アンテナ素子として励振され、且つ第２の給電手段により異なる方向の誘電体共振器アンテナ素子として励振される。即ち、第１の誘電体は２つのモードのアンテナとして動作する。この第１の誘電体は、以下に説明する通り第１の給電手段と第２の給電手段の位置及び給電の位相の設計により、上方向から到来する円偏波を受信する１のアンテナとして作用させることが有用である。こうして、第１の給電手段により励振された誘電体共振器アンテナ素子と、第２の給電手段により励振された誘電体共振器アンテナ素子と、第３の給電手段により励振される線状アンテナ素子はそれぞれほぼ独立したアンテナ素子として動作させることができる。この時、線状アンテナ素子と第１の誘電体との間には比誘電率の小さい第２の誘電体が充填されているため、第１の給電手段により励振される誘電体共振器アンテナ素子又は第２の給電手段により励振される誘電体共振器アンテナ素子による電波の帯域と、第３の給電手段により励振される線状アンテナ素子による電波の帯域とが一致しても、相互結合量を小さいものとすることができる。即ち、３つのモードを用いた単一の複合アンテナ素子として動作させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の手段によれば、線状アンテナ素子は第３の誘電体からなる基板に形成するので、線状アンテナ素子をプリント基板工程で製造でき、製造が容易で低コスト化が実現でき、且つ耐久性も向上させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の手段によれば、導体で形成された接地板の一部が厚い座部を形成しているので、当該座部に誘起される電流により再放射される電波との合成により、アンテナの仰角方向の放射指向性が変化する。これにより、第１の給電手段から給電されるアンテナ素子と、第２の給電手段から給電されるアンテナ素子の仰角方向の指向性を共に変化させることができる。
【００１６】
請求項４に記載の手段によれば、線状アンテナ素子の第１の誘電体からなるアンテナからの影響が対称性が良くなり、方向依存性が低下する。また、請求項５に記載の手段によれば、第１の給電手段と第２の給電手段との対称性が良くなり、方向依存性が低下する。
【００１７】
請求項６に記載の手段によれば、第１と第２の給電手段との位置関係を直交とすることで、それぞれの給電手段により励振される第１の誘電体共振器アンテナ素子と第２の誘電体共振器アンテナ素子のモードが直交関係となるため、相互の結合が極めて小さな値となる。よって異なる２つのモード間の相互結合（干渉）を大幅に低減することができる。更に請求項７に記載の手段によれば、２つの直交する電場のベクトル合成により、直交する給電手段に、９０度の位相差給電を行うことで、円偏波を励振することができる。
【００１８】
請求項８に記載の手段によれば、誘電体共振器アンテナ素子の共振周波数は誘電体の実効的な比誘電率の２乗根に反比例するので、同一の共振周波数を得るための第１の誘電体の容量を大幅に小さくすることができる。また、請求項９に記載の手段によれば、第１の誘電体と第２の誘電体との比誘電率の差が大きいほど結合量が低下するので、第１又は第２の給電手段と、第３の給電手段との間に発生する結合を大幅に低減することができる。
【００１９】
請求項１０に記載の手段によれば、１/４波長の長さのモノポールアンテナは同素子長で共振するので、誘電体共振器アンテナと同一の周波数で動作し、異なる偏波と指向性をもつ線状アンテナ素子を同時に実現できる。更に請求項１１に記載の手段によれば、同じ効果をもちながら、低姿勢化を実現できる。この時、屈曲したアンテナ素子の先端部における電流分布は、給電点近傍に比べて小さいため、先端部を変形しても、モノポールの基本特性を損なうことなく、アンテナ素子を水平方向に延伸できるからである。請求項１２に記載の手段によれば、全く同じ理由でＴ字モノポールアンテナも同様に低姿勢化を実現できる。更に請求項１３に記載の手段によれば、第１の誘電体共振器アンテナ素子から見た線状アンテナ素子と、第２の誘電体共振器アンテナ素子から見た線状アンテナ素子との関係が対称となるため、モノポールアンテナ素子からの、第１の給電手段から給電されるアンテナ素子の指向性への影響と、第２の給電手段から給電されるアンテナ素子の指向性への影響を同量にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を具体的に例示する。以下の図ではｘｙｚ座標系を一点破線にて示す。ここで、ｘｙ平面が水平面を示し、ｚ軸方向が鉛直方向を示す。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。また、各図においては、第２の誘電体として空気等の外気を用いたものを示しているが、他の誘電体を第２の誘電体として充填しても良い。
【００２１】
〔第１実施例〕
図１は、本発明の具体的な第１の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ１００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図、図２は誘電体共振器複合アンテナ１００のｚｘ面における断面図である。図１に示すように、誘電体共振器複合アンテナ１００は、導体で形成された接地板１０１と、接地板１０１に垂直に立設され、その中心に円柱状の空洞（中心軸はｚ軸に一致）を有する、円柱（中心軸はｚ軸に一致）の高比誘電率の第１の誘電体１０３と、空洞の中心に配置された線状のアンテナ素子１０４（中心軸はｚ軸に一致）と、空洞のアンテナ素子１０４の周囲に充填された、第１の誘電体よりも比較的小さな比誘電率を有する第２の誘電体１０２とを有する。また、接触することなく接地板１０１を貫通し、第１の誘電体１０３の側面下部のｘ軸及びｙ軸上に給電された、第１の給電手段１０５ａと第２の給電手段１０５ｂと、接触することなく接地板１０１を貫通し、線状のアンテナ素子１０４に給電された、第３の給電手段１０５ｃ（図２に記載）をも有している。ここで第１の給電手段１０５ａと第２の給電手段１０５ｂとは第１の誘電体１０３の中心軸（ｚ軸に一致）を中心に、９０度の相対位置に設置される。
【００２２】
また、第１乃至第３の給電手段としては、同軸線路やマイクロストリップ線路などを用いることができるが、図２のようにコネクタ型の同軸線路１０７ａ、１０７ｃを用いるものを示す。尚、図１では第３の給電手段１０５ｃが、図２では第２の給電手段１０５ｂが示されていないが、本明細書においては各実施例ごとに、第１乃至第３の給電手段は同様の構成であるものを例示する。図２のように第１の給電手段１０５ａがコネクタ型の同軸線路１０７ａとして示されているように、図２で図示しない第２の給電手段１０５ｂもコネクタ型の同軸線路により構成されるものである。
【００２３】
また、第１の誘電体１０３で形成されている誘電体共振器アンテナ素子部は、円筒形の空洞をもつ円筒形で、内部半径a、外部半径ｂ、高さＨ、誘電体の比誘電率をεr1として、使用する周波数に応じてその寸法等が適宜設定される。また、第２の誘電体１０２は、第１の誘電体１０３に比べて小さい比誘電率εr2をもつ材料が好ましく、空気（εr2＝1）でもよい。例えば、εr1＝44.8、εr2＝1の誘電体材料を用いた場合、ａ＝3.4mm、ｂ＝8mm、Ｈ＝15mmと設定することで、第１の誘電体１０３は2.3GHzの周波数において、HE11δモードで共振する。これを図３に示す。
【００２４】
一方、線状アンテナ素子１０４は、例えばλ/４（λは対象とする電波の波長）のモノポールアンテナ素子が用いられる。接地板１０１からの長さＬ＝32mmと設定することで、2.45GHzの周波数で共振し、且つ広帯域特性を有する。これを図４に示す。
【００２５】
図５は、上記の設計において、共振周波数2.3GHzにおける、第２の誘電体１０２の比誘電率を変化させたときの、誘電体共振器アンテナ素子１００に給電されたうちの一つである第１の給電手段１０５ａ（ポート１）と、モノポールアンテナ素子１０４に給電された第３の給電手段１０５ｃ（ポート３）との相互結合量の値Ｓ３１を表したグラフ図である。このように、それぞれのアンテナ素子を同一周波数で動作させた場合、従来例で示したように、線状アンテナ素子の周囲が第１の誘電体材料と同様に高い比誘電率材料で覆われていた場合（本図でＢ点をあらわす）、相互結合量Ｓ３１が-10dB程度となり、各アンテナ素子に相互に悪影響を及ぼすのは明白である。これに対し、Ａ点で示すように、モノポールアンテナ素子１０４の周囲を比較的低い比誘電率をもつ誘電材料(本実施例では空気)を第２の誘電体１０２とすると、相互結合量Ｓ３１が-30dB程度となり、各アンテナ素子の相互の悪影響は極めて少ない。以上のような構成により、すべてのアンテナ素子を同一周波数で動作することが可能な誘電体共振器複合アンテナ実現可能となる。
【００２６】
〔第２実施例〕
図６は、本発明の具体的な第２の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ２００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図、図７は誘電体共振器複合アンテナ２００のｚｘ面における断面図である。図６及び図７の接地板２０１、空洞を有する第１の誘電体２０３、空洞に充填された第２の誘電体２０２、第１乃至第３の給電手段２０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路２０７ａ〜ｃは、図１及び図２の接地板１０１、空洞を有する第１の誘電体１０３、空洞に充填された第２の誘電体１０２、第１乃至第３の給電手段１０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路１０７ａ〜ｃと同様に構成される。図１及び図２の誘電体共振器複合アンテナ１００で線状のアンテナ素子１０４であったものを、図６及び図７の誘電体共振器複合アンテナ２００では、誘電体基板２０６に形成されたストリップ導体状のアンテナ素子２０４とした。ここで、誘電体基板２０６の厚みを0.6mm、比誘電率を2.2と設定した場合、アンテナ素子の寸法パラメタは第１の実施例とほぼ同様に構成することができる。また、入力特性、結合特性等もほぼ同様な結果となる。このように、線状アンテナ素子を誘電体基板上のストリップ導体として構成したことにより、製造が容易となり、低コスト化を実現できる。
【００２７】
〔第３実施例〕
図８は、本発明の具体的な第３の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ３００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図、図９は誘電体共振器複合アンテナ３００のｚｘ面における断面図である。図８及び図９の空洞を有する第１の誘電体３０３、空洞に充填された第２の誘電体３０２、線状アンテナ素子３０４、第１乃至第３の給電手段３０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路３０７ａ〜ｃは、図１及び図２の空洞を有する第１の誘電体１０３、空洞に充填された第２の誘電体１０２、線状アンテナ素子１０４、第１乃至第３の給電手段１０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路１０７ａ〜ｃと同様に構成される。また、接地板３０１は、第１の誘電体３０３と接している部分において厚い座部３１０を有する。
【００２８】
ここで、図９に示すように、座部３１０の厚みＴを5mm、半径Ｒを15mmとしたときの、第１の給電手段の出力（入力）端における、ｙｚ平面内の指向性パターンを図１０に実線で示す。また、図１の誘電体共振器複合アンテナ１００の同じ出力端におけるｙｚ平面内の指向性パターンを図１０に破線であわせて示した。角度は、ｚ軸方向を０度とし、ｙ軸の正方向を９０度、負方向を−９０度とした。円形の導体板からなる座部３１０の構成を追加することで、指向性が広角となり、低仰角方向への指向性が強くなっている。このような指向性は、衛星を用いた通信や放送受信用のアンテナとして好適である。なお、この実施例では指向性を広角にする例を示したが、円板の寸法を適宜設定することで、狭角な指向性にすることも可能である。
【００２９】
〔第４実施例〕
図１１は、本発明の具体的な第４の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ４００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図である。図１１の誘電体共振器複合アンテナ４００は、図１の誘電体共振器複合アンテナ１００の線状のアンテナ素子１０４を、Ｔ字モノポールアンテナ４０４に置き換えたものである。その他、図１１の接地板４０１、空洞を有する第１の誘電体４０３、空洞に充填された第２の誘電体４０２、第１乃至第３の給電手段４０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路４０７ａ〜ｃは、図１及び図２の接地板１０１、空洞を有する第１の誘電体１０３、空洞に充填された第２の誘電体１０２、第１乃至第３の給電手段１０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路１０７ａ〜ｃと同様に構成される。
【００３０】
誘電体共振器複合アンテナ４００の線状アンテナ素子４０４のＴ字の鉛直部の長さをＬ、水平部の長さを２Ｍとすると、それぞれＬ＝20mm、M＝15mmと設定することで、2.45GHzの周波数で共振し、且つ広帯域特性を有する。これを図１２に示す。また、Ｔ字の先端の水平部分は、第１あるいは第２の給電手段に対し、第１の誘電体４０３の中心軸を中心にに略45度の向き延伸している。即ち、ｘｙ平面に平行で、その方向は直線ｙ＝−ｘに一致する。尚、直線ｙ＝ｘに一致させても良い。これにより、第１及び第２の給電手段からの影響を均等かつ最小にすることができ、誘電体共振器アンテナ素子の指向性を悪化させることなく、モノポールアンテナ素子を低姿勢化することができる。
【００３１】
〔第５実施例〕
図１３は、本発明の具体的な第５の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ５００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図である。図１３の誘電体共振器複合アンテナ５００は、図１の誘電体共振器複合アンテナ１００の線状のアンテナ素子１０４を、メアンダーアンテナ５０４に置き換えたものである。その他、図１３の接地板５０１、空洞を有する第１の誘電体５０３、空洞に充填された第２の誘電体５０２、第１乃至第３の給電手段５０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路５０７ａ〜ｃは、図１及び図２の接地板１０１、空洞を有する第１の誘電体１０３、空洞に充填された第２の誘電体１０２、第１乃至第３の給電手段１０５ａ〜ｃとそれを構成するためのコネクタ型の同軸線路１０７ａ〜ｃと同様に構成される。
【００３２】
誘電体共振器複合アンテナ５００のメアンダーアンテナ５０４は、平面ｙ＝−ｘ内で、空洞部から露出した先端部が屈曲した構成を有している。尚、平面ｙ＝ｘ内で、空洞部から露出した先端部が屈曲した構成としても良い。図１３の誘電体共振器複合アンテナ５００は、図１１の誘電体共振器複合アンテナ４００と同様、第１及び第２の給電手段からの影響を均等かつ最小にすることができ、誘電体共振器アンテナ素子の指向性を悪化させることなく、モノポールアンテナ素子を低姿勢化することができる。
【００３３】
〔第６実施例〕
図１４は、本発明の具体的な第６の実施例に係る誘電体共振器複合アンテナ６００の構成をｘｙｚ座標と共に示した斜視図、図１５は誘電体共振器複合アンテナ６００のｚｘ面における断面図である。図１４の誘電体共振器複合アンテナ６００は、図１の誘電体共振器複合アンテナ１００の接地板１０１を、誘電体基板６０６の表面に形成した導体による接地板６０１とし、誘電体基板６０６の裏面にストリップ導体６０７ａ〜ｃを形成すると共にスルーホール６０８ａ〜ｃを設け、給電手段６０５ａ〜ｃに各々接続するとしたものである。第１及び第２の給電手段６０５ａ及びｂは、本実施例では板状の電極で構成している。また、第３の給電手段６０５ｃは、誘電体基板６０６の表面の導体部分で形成する。その他、図１４の空洞を有する第１の誘電体６０３、空洞に充填された第２の誘電体６０２、線状のアンテナ素子６０４は、図１及び図２の空洞を有する第１の誘電体１０３、空洞に充填された第２の誘電体１０２、線状のアンテナ素子１０４と同様に構成される。このように、第１の誘電体側面に、給電用の導体電極をメタライズすることにより、プローブなどの特別な部品を必要としないために、コストを低減できる。また、１枚の導体からなる接地板に代えて３本のマイクロストリップ線路を構成する誘電体基板６０６の表面の導体板（接地板６０１）とストリップ導体６０７ａ〜ｃの構成とすることで、裏面側にスペースを実質的に必要としない、コンパクトなアンテナとすることができる。
【００３４】
〔変形例〕
図１６に第１の誘電体の形状の変形例を、図１７に第２の誘電体の形状（空洞の形状）の変形例を示す。図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１の誘電体の側面形状を円柱側面に代えて（ａ）では正方柱、（ｂ）では正六角柱、（ｃ）では凹１２面柱（十字柱）とした例である。このような形状においても、円柱状の第１の誘電体とした場合と同様の効果を得ることができる。また、図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１の誘電体の空洞部の形状を円柱に代えて（ａ）では正方柱、（ｂ）では正六角柱、（ｃ）では凹１２面柱（十字柱）とした例である。このような形状においても、円柱状の第１の誘電体の空洞部とした場合と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図２】第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す断面図。
【図３】第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの、第１の誘電体部分の入力反射の周波数特性を示すグラフ図。
【図４】第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの、線状アンテナ素子の入力反射の周波数特性を示すグラフ図。
【図５】第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの、第２の誘電体の比誘電率と、第１の給電手段と第３の給電手段間の相互結合量を示すグラフ図。
【図６】第２実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図７】第２実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す断面図。
【図８】第３実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図９】第３実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す断面図。
【図１０】第３実施例に係る誘電体共振器複合アンテナと第１実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの指向性パターンの違いを示すグラフ図。
【図１１】第４実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図１２】第４実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの、Ｔ字モノボールアンテナ素子の入力反射の周波数特性を示すグラフ図。
【図１３】第５実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図１４】第６実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す斜視図。
【図１５】第６実施例に係る誘電体共振器複合アンテナの構成を示す断面図。
【図１６】変形例に係る第１の誘電体の形状を示す斜視図。
【図１７】変形例に係る第２の誘電体が充填された第１の誘電体の空洞の形状を示す平面図。
【符号の説明】
１０１ 接地板
１０２ 第２の誘電体
１０３ 第１の誘電体
１０４ 線状アンテナ素子
１０５ａ〜ｃ 第１〜第３の給電手段
１０７ａ〜ｃ コネクタ型の同軸線路
２０４ ストリップ導体
２０６ 第３の誘電体からなる基板
３１０ 接地板の座部
４０４ Ｔ字モノポールアンテナ
５０４ メアンダーアンテナ
６０１ 誘電体基板表面の接地板
６０６ 誘電体基板
６０７ａ〜ｃ 誘電体基板裏面のストリップ導体
６０８ａ〜ｃ 誘電体基板裏面と表面を接続するスルーホール
Claims (13)
- 導体で形成された接地板と、
前記接地板に垂直に配置され、その中心軸に沿って柱状の空洞を有する柱状の第１の誘電体と、
前記空洞の中心軸に配置された線状のアンテナ素子と、
前記空洞の前記アンテナ素子の周囲に充填された、前記第１の誘電体よりも小さな比誘電率を有する第２の誘電体と、
接触することなく前記接地板を貫通し、前記第１の誘電体の側面下部の異なる２つの位置に各々給電する第１及び第２の給電手段と、
接触することなく前記接地板を貫通し、前記線状のアンテナ素子に給電する第３の給電手段と
を有することを特徴とする誘電体共振器複合アンテナ。 - 前記線状のアンテナ素子は、第３の誘電体からなる基板上に形成された導体ストリップ状の線状のアンテナ素子であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記接地板は、前記第１の誘電体と接している部分において厚い座部を形成していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記空洞の形状は、円柱、正多角柱その他断面が対称性の良い凸又は凹多角形その他領域であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記第１の誘電体の側面の形状は、円柱、正多角柱その他断面の外周が対称性の良い凸又は凹多角形その他領域であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記第１及び第２の給電手段の相対位置は、前記第１の誘電体の中心軸を中心として略９０度の直交関係にあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記第１及び第２の給電手段の給電位相差が略９０度に設定されていることを特徴とする請求項６に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記第１の誘電体の比誘電率が略１０よりも大であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記第２の誘電体の比誘電率が前記第１の誘電体の比誘電率の１／５以下であることを特徴とする請求項８に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記線状アンテナ素子が対象とする電波の略１／４波長の長さをもつモノポールアンテナ素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記線状アンテナ素子は先端部付近が前記空洞から上方に露出しており、１の平面上において屈曲していることを特徴とする請求項１０に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記線状アンテナ素子が前記空洞から上方に露出した部分を有するＴ字型モノポールアンテナ素子であり、その素子の根元から片先端までの長さが対象とする電波の略１／４波長であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
- 前記空洞から上方に露出したアンテナ部分は、前記第１の誘電体の中心軸を中心として、第１又は第２の給電手段に対して略４５度の向きに延伸していることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の誘電体共振器複合アンテナ。
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-
2002
- 2002-12-18 JP JP2002367006A patent/JP2004201018A/ja active Pending
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