JP2961862B2 - 平面アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は平面アンテナに関する。

［発明の概要］ この発明は、誘電体層を介して接地導体に対向する平
板状の放射素子の所定部分がこの接地導体に接続された
平面アンテナであって、これら接地導体及び誘電体層の
寸法をこの放射素子の寸法とほぼ等しくすると共に、こ
の放射素子より大きい寸法の導電板をこの接地導体に対
接させ、これら放射素子と接地導体間のスルーホールに
よる複数の接続点を円周状に配置し、これらスルーホー
ルの複数を通じて締結部材によりこの放射素子の所定部
分をこの導電板に締結するようにしたことにより、この
接地導体を介して充分な機械的強度でこの誘電体層を導
電板に確実に圧着することができ、放射素子の電気的特
性にほとんど影響を及ぼすことなく高価な誘電体層を節
約することができて、所望の放射特性を安定かつ経済的
に実現できるようにしたものである。

［従来の技術］ 従来、静止人工衛星を中継として、地上の基地局と移
動局との間に構成された無線通信系が知られている。

このような無線通信系では、それぞれ衛生を介して、
基地局から多数の移動局への下り回線が構成されると共
に、各移動局から基地局への上り回線が構成される。上
り回線の使用周波数は、例えば1.6GHzとされ、下り回線
の使用周波数は、例えば2.5GHzまたは4.2GHzとされる。
そして、移動局側のアンテナとしては、構成が簡単で形
状が小さく、マイクロストリップアンテナのように低プ
ロファイルであることが必要である。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のような低プロファイルアンテナとして、本出願
人は、実願平１−133686号において、円環アンテナと、
円形放射素子のマイクロストリップアンテナとを組み合
わせて、円形放射素子の直径を円環アンテナの円環状放
射素子の内径より小さく設定し、円形放射素子を円環状
放射素子と同心に配置することにより、小形かつ簡単な
構成で、比較的近接した複数の周波数帯においても、各
単位アンテナの偏波特性及び放射特性を任意に設定する
ことができるようにした複合アンテナを既に提案してい
る。

まず、第５図及び第６図を参照しながら、既提案の複
合アンテナについて説明する。

第５図及び第６図において、（30）は円環アンテナで
あって、いずれも円形の接地導体（31）上に、ふっ素樹
脂のような低損失の誘電体層（32）を介して、円環導体
（放射素子）（33）が同軸に積層配設され、この円環導
体（33）の内周部（33i）が、多数箇所のスルーホール
（34）を介して、接地導体（31）と接続されて構成され
る。円環導体（33）には、その中心から等しくオフセッ
トされた２ヶ所に給電点（35），（36）が設けられ、両
給電点（35），（36）に同軸給電線（37），（38）がそ
れぞれ接続される。この場合、両給電線（37），（38）
の外部導体は接地導体（31）に接続される。

円板導体（放射素子）（41）が、円環アンテナ（30）
の誘電体層（32）上で、円環導体（33）の内側に同心に
配置されて、接地導体（31）を共用するマイクロストリ
ップアンテナが構成される。この円板導体（41）にも、
その中心から等しくオフセットされた２ヶ所に給電点
（42），（43）が設けられて、円環アンテナ（30）とは
独立に、両給電点（42），（43）に同軸給電線（44），
（45）がそれぞれ接続される。

後述のように、放射素子（41）はTM21モードで励振さ
れるが、TM01モード以外では、周知のように、放射素子
（41）の中点のインピーダンスが基本的に０Ωであるか
ら、スルーホール（46）を介して、円板導体（41）の中
央部を接地導体（31）に接続して動作の安定が図られ
る。

なお、円板導体（41）と円環導体（33）とは、同じ銅
張積層板をエッチング処理して容易に形成することがで
きる。

また、各放射素子（33），（41）の給電点を半径方向
に整列させる必要はない。

上述の既提案例の動作は次のとおりである。

例えば、1.6GHz帯と2.5GHz帯とで、円環アンテナの放
射素子（33）と、マイクロストリップアンテナの放射素
子（41）とは、いずれも、90゜の位相差で、TM21モード
で励振されて、放射素子（41）が右旋性円偏波を放射
し、放射素子（33）が左旋性円偏波を放射する。そし
て、それぞれほぼ円錐状の所望の垂直指向性が得られ
る。

この既提案例では、円環アンテナとマイクロストリッ
プアンテナとを組み合わせたことにより、接地導体を共
用しているにもかかわらず、両者のアイソレーションが
大きくとれ、給電系が独立しているため、それぞれの共
振周波数、偏波特性及び放射特性を任意に設定すること
ができる。

一方、本出願人は、平成２年10月02日付の特許出願に
おいて、円環導体の中間部を接地し、この中間部を境と
して、円環導体の内側部・外側部をそれぞれ独立の放射
素子とすることにより、放射導体が単一のきわめて簡単
な構成で、所望の多様な放射特性が容易に得られるよう
にした複合型の円環アンテナも既に提案している。

以下、第７図〜第９図を参照しながら、既提案による
複合型の円環アンテナについて説明する。

この既提案の円環アンテナの構成例を第７図及び第８
図に示す。

第７図及び第８図において、（50）は複合型の円環ア
ンテナであって、いずれも円形の接地導体（51）上に、
ふっ素樹脂のような低損失の誘電体層（52）を介して、
円環導体（53）が同軸に積層配設される。この円環導体
（53）の中間部の同心円（54）上に、多数のスルーホー
ル（55）が配設されて、等価的に導電円筒が形成され、
円環導体（53）と接地導体（51）とがスルーホール（5
5）によって接続される。

円環導体（53）は、このスルーホール（55）を境とし
て、内側円環導体（56）と外側円環導体（57）とに区分
され、部分円環導体（56），（57）には、それぞれオフ
セットして、給電点（58），（59）が設けられる。両給
電点（58），（59）に同軸給電線（61），（62）がそれ
ぞれ接続され、分配回路（63）を介して、両給電線（6
1），（62）が高周波信号源（64）に接続される。

この場合、内側及び外側の円環導体（56），（57）
が、同一周波数で、TM11モード及びTM31モードでそれぞ
れ励振されて直線偏波を放射する。

そして、内側及び外側の各放射素子（56），（57）自
体の垂直指向性と、各放射素子（56），（57）への電力
分配比（Pi:Po）とに応じて、多様な垂直指向性が得ら
れる。

上述の既提案例では、単一の円環導体（53）の内側及
び外側に独立の放射素子（56），（57）を形成し、同一
周波数で、それぞれ異なるモードに共振させるようにし
たので、各放射素子（56），（57）への電力分配比に応
じて、多様な垂直指向性が得られる。

また、第９図に示すように、内側及び外側の各放射素
子（56），（57）に、それぞれ異なる周波数、例えば、
4GHz帯と1.5GHz帯の信号源（65），（66）が、同軸給電
線（61），（62）を介してそれぞれ接続された場合は、
各放射素子（56），（57）が、異なる周波数で、それぞ
れ同一のTM11モードで励振されて、直線編波を放射す
る。そして、各放射素子（56），（57）に固有の、類似
の垂直指向性が得られる。

ところで、上述のような既提案の平面アンテナは、例
えば、1.5GHz帯以上の高周波数で使用されるため、いず
れも、ふっ素樹脂のような低損失で高価な誘電体を使用
しなければならない。

ところが、既提案の平面アンテナは、円環放射導体の
外側には、基本的に、接地導体のみが存在すればよいに
もかかわらず、いずれの既提案例でも、かなりの面積の
誘電体層が存在しており、徒にコストを上昇させている
という問題があった。

銅張積層板の下側に、例えばアルミニウム材のような
大径の導電板を取り付ければ、問題となる余分の誘電体
層を省くことができるが、導電性接着剤等を使用すると
きは、機械的強度が弱く、信頼性に欠けるという問題が
生ずる。

かかる点に鑑み、この発明の目的は、高価な誘電体層
を節約して、所望の放射特性が安定かつ経済的に得られ
る平面アンテナを提供するところにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は、誘電体層を介して接地導体に対向する平
板状の放射素子の所定部分がこの接地導体に接続された
平面アンテナであって、これら接地導体及び誘電体層の
寸法をこの放射素子の寸法とほぼ等しくすると共に、こ
の放射素子より大きい寸法の導電板をこの接地導体に対
接させ、この放射素子と接地導体間のスルーホールによ
る複数の接続点を円周状に配置し、これらスルーホール
の複数を通じて締結部材によりこの放射素子の所定部分
をこの導電板に締結するようにした平面アンテナであ
る。

［作用］ かかる構成によれば、接地導体を介して充分な機械的
強度で誘電体層を導電板に確実に圧着することができ、
放射素子の電気的特性にはほとんど影響を及ぼすことな
く高価な誘電体層を節約することができて、所望の放射
特性が安定かつ経済的に得られる。

［実施例］ 以下、第１図及び第２図を参照しながら、この発明に
よる平面アンテナの一実施例について説明する。

この発明の一実施例の構成を第１図及び第２図に示
す。この両図において、前出第５図及び第６図に対応す
る部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。第
１図及び第２図において、（30E）は円環アンテナであ
って、いずれも円形の接地導体（31s）上に、ふっ素樹
脂のような低損失の誘電体層（32s）を介して、円環導
体（放射素子）（33）が同軸に積層配設される。

この実施例では、接地導体（31s）及び誘電体層（32
s）の半径が、円環導体（33）の外径より僅かに大きく
される。そして、接地導体（31s）に対接して、例えば
アルミニウム材から構成される大径の導電板（21）が設
けられる。この導電板（21）は、前出第５図，第６図に
示した既提案例の接地導体（31）とほぼ等径とされて、
第２図に示すように、中心及び中間部に複数のネジ孔
（22）が穿たれる。

また、円環導体（33）の内周部（33i）に、所定の角
間隔で、比較的大径のスルーホール（34b）が複数個設
けられると共に、円板導体（41）の中心にも、比較的大
径のスルーホール（46b）が設けられる。このスルーホ
ール（34b），（46b）にネジ（23）がそれぞれ挿通され
て、導電板（21）のネジ孔（22）に係合され、導電板
（21）に円環導体（33）と円板導体（41）がそれぞれ締
結される。

その余の構成は前出第５図及び第６図と同様である。

なお、各放射素子（33），（41）の給電点と、比較的
大径のスルーホール（34b）とを半径方向に整列させる
必要はない。

上述のような構成により、この実施例では、接地導体
（31s）を介して、充分な機械的強度で、誘電体層（32
s）を導電板（21）に確実に圧着することができて、各
放射導体（33），（41）の電気的特性にほとんど影響を
及ぼすことなく、高価な誘電体層を節約することができ
て、所望の放射特性を安定かつ経済的に実現することが
できる。

上述の実施例の平面アンテナが、例えば1.6GHz帯及び
2.5GHz帯でそれぞれ使用される場合、導電板（21）、各
放射導体（33），（41）の寸法、誘電体層（32s）の厚
さ及び誘電率は、例えばそれぞれ次のように設定され
る。

r21＝100mm,ro33＝76.4mm ri33＝46.7mm,r41＝35.3mm t32s＝3.2mm,εｒ＝2.6 また、各給電点（35），（36）；（42），（43）のオ
フセット距離及び角間隔は例えばそれぞれ次のように設
定される。

rf3＝58mm,rf4＝17.5mm,θ＝135゜ 次に、第３図及び第４図を参照しながら、この発明に
よる平面アンテナの他の実施例について説明する。

この発明の他の実施例の構成を第３図及び第４図に示
す。この両図において、前出第７図及び第８図に対応す
る部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。

第３図及び第４図において、（50E）は複合型の円環
アンテナであって、いずれも円形の接地導体（51s）上
に、ふっ素樹脂のような低損失の誘電体層（52s）を介
して、円環導体（53）が同軸に積層配設される。

この実施例でも、接地導体（51s）及び誘電体層（52
s）の半径が、円環導体（53）の外径より僅かに大きく
される。そして、接地導体（51s）に対接して、例えば
アルミニウム材から構成される大径の導電板（21）が設
けられる。この導電板（21）は、前出第７図，第８図に
示した既提案例の接地導体（51）とほぼ等径されて、第
４図に示すように、中間部に複数のネジ孔（22）が穿た
れる。

また、円環導体（53）の中間部（54）に、所定の角間
隔で、比較的大径のスルーホール（55b）が複数個設け
られ、このスルーホール（55b）にネジ（23）がそれぞ
れ挿通されて、導電板（21）のネジ孔（22）に係合さ
れ、導電板（21）に円環導体（53）が締結される。

その余の構成は前出第７図及び第８図と同様である。

なお、比較的大径のスルーホール（55b）と、各給電
点（58），（59）とを半径方向に整列させる必要はな
い。

上述のような構成により、この実施例でも、接地導体
（51s）を介して、充分な機械的強度で、誘電体層（52
s）を導電板（21）に確実に圧着することができて、各
放射導体（56），（57）の電気的特性にほとんど影響を
及ぼすことなく、高価な誘電体層を節約することができ
て、所望の放射特性を安定かつ経済的に実現することが
できる。

上述の実施例の平面アンテナの内側及び外側の各放射
素子（56），（57）が、いずれも同一周波数、例えば2.
5GHz帯で、それぞれ異なるモード、例えばTM11モード,T
M31モードで使用される場合、導電板（21）、円環導体
（53）上のスルーホール（55）の位置、内側放射素子
（56）の内周及び外側放射素子（57）の外周が、例えば
次のように設定される。

r21＝90mm,r55＝41.0mm r56＝13.7mm,r57＝61.6mm t52s＝3.2mm,εｒ＝2.6 この場合、放射素子（56），（57）の給電点（58），
（59）のオフセット距離は、例えばそれぞれ次のように
設定される。

r58＝35.5mm,r59＝48.7mm また、上述の実施例の平面アンテナの内側及び外側の
各放射素子（56），（57）が、それぞれ異なる周波数、
例えば4GHz帯と1.5GHz帯で、いずれも同一のモード、例
えばTM11モードで使用される場合は、導電板（21）、円
環導体（53）上のスルーホール（55）の位置、内側放射
素子（56）の内周及び外側放射素子（57）の外周が、例
えば次のように設定される。

r21＝80mm,r55＝25.6mm r56＝9.1mm,r57＝53.7mm t52s＝3.2mm,εｒ＝2.6 この場合、放射素子（56），（57）の給電点（58），
（59）のオフセット距離は、例えばそれぞれ次のように
設定される。

r58＝22.3mm,r59＝33.7mm ［発明の効果］ 以上詳述のように、この発明によれば、誘電体層を介
して接地導体に対向する平板状の放射素子の所定部分が
上記接地導体に接続された平面アンテナの、これら接地
導体及び誘電体層の寸法をこの放射素子の寸法とほぼ等
しくすると共に、この放射素子より大きい寸法の導電板
をこの接地導体に対接させ、これら放射素子と接地導体
間のスルーホールによる複数の接続点を円周状に配置
し、これらスルーホールの複数を通じて締結部材により
この放射素子の所定部分をこの導電板に締結するように
したので、接地導体を介して充分な機械的強度で誘電体
層を導電板に確実に圧着することができ、放射導体の電
気的特性にほとんど影響を及ぼすことなく高価な誘電体
層を節約することができて、所望の放射特性が安定かつ
経済的に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明による平面アンテナの一実
施例の構成を示す平面図及び断面図、第３図及び第４図
はこの発明の他の実施例の構成を示す平面図及び断面
図、第５図及び第６図は既提案による平面アンテナの構
成例を示す平面図及び断面図、第７図〜第９図は他の既
提案例の構成を示す平面図及び断面図である。 （21）は導電板、（23）はネジ、（30E），（50E）は円
環アンテナ、（31s），（51s）は接地導体、（32s），
（52s）は誘電体層、（33），（53）は円環導体（放射
素子）、（34），（34b），（46b），（55），（55b）
はスルーホール、（41）は円板導体（放射素子）であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−94905（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−281605（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−103909（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01Q 13/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体層を介して接地導体に対向する平板
   状の放射素子の所定部分が上記接地導体に接続された平
   面アンテナであって、 上記接地導体及び誘電体層の寸法を上記放射素子の寸法
   とほぼ等しくすると共に、 該放射素子より大きい寸法の導電板を上記接地導体に対
   接させ、 上記放射素子と上記接地導体間のスルーホールによる複
   数の接続点を円周状に配置し、 上記スルーホールの複数を通じて締結部材により上記放
   射素子の所定部分を上記導電板に締結するようにしたこ
   とを特徴とする平面アンテナ。