JP3059685B2 - 小型円偏波アンテナ - Google Patents
小型円偏波アンテナInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば移動体衛
星通信におけるハンドヘルド型携帯電話機に使用される
アンテナに係わり、特にアンテナを小型化、簡略化する
ための技術に関する。
星通信におけるハンドヘルド型携帯電話機に使用される
アンテナに係わり、特にアンテナを小型化、簡略化する
ための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】同一平面内に十字形に直交した２個の半
波長ダイポールアンテナを互いに位相を９０度ずらせて
励振するとダイポールの面に垂直な上下の方向に円偏波
を発生することができる。従来、これはクロスダイポー
ルアンテナと呼ばれている。このクロスダイポールアン
テナ２組を図１のように約１／４λの間隔を開けて配置
し、かつ給電部１、２、３、４は全て同振幅で、給電部
２は給電部１に対して、また給電部４は給電部３に対し
て９０度位相差をつけ、給電部３は給電部１に対して、
また給電部４は給電部２に対して９０度位相が遅れるよ
うにすると、図１における上方向にアンテナ指向性を向
けて高利得化を達成することができる。本発明の母体と
なる技術は、上述のように高利得化のためにクロスダイ
ポールアンテナを２組配列したアンテナ構成（図１）の
技術である。
波長ダイポールアンテナを互いに位相を９０度ずらせて
励振するとダイポールの面に垂直な上下の方向に円偏波
を発生することができる。従来、これはクロスダイポー
ルアンテナと呼ばれている。このクロスダイポールアン
テナ２組を図１のように約１／４λの間隔を開けて配置
し、かつ給電部１、２、３、４は全て同振幅で、給電部
２は給電部１に対して、また給電部４は給電部３に対し
て９０度位相差をつけ、給電部３は給電部１に対して、
また給電部４は給電部２に対して９０度位相が遅れるよ
うにすると、図１における上方向にアンテナ指向性を向
けて高利得化を達成することができる。本発明の母体と
なる技術は、上述のように高利得化のためにクロスダイ
ポールアンテナを２組配列したアンテナ構成（図１）の
技術である。
【０００３】動作原理は相違しているが本発明のアンテ
ナに構造上よく類似している従来のアンテナとして、図
４に示す４線分数巻きバックファイアヘリカルアンテナ
がある。その技術的構成は、４線巻きのヘリカルアンテ
ナを１回転以下の分数巻き（図４では、１／４巻き）と
する構造であり、図４に示す２つの給電部に９０度の位
相差をつけて給電し定在波電流をのせて使用するもので
ある。この４線巻バックファイアヘリカルアンテナは、
後進波を利用するものであり、給電側（図で上方）に電
波が放射される形となる。
ナに構造上よく類似している従来のアンテナとして、図
４に示す４線分数巻きバックファイアヘリカルアンテナ
がある。その技術的構成は、４線巻きのヘリカルアンテ
ナを１回転以下の分数巻き（図４では、１／４巻き）と
する構造であり、図４に示す２つの給電部に９０度の位
相差をつけて給電し定在波電流をのせて使用するもので
ある。この４線巻バックファイアヘリカルアンテナは、
後進波を利用するものであり、給電側（図で上方）に電
波が放射される形となる。
【０００４】この４線巻バックファイアヘリカルアンテ
ナは、図４において上部のアンテナ十字形部を下部のア
ンテナ十字形部に対して十字の形はそのままでｚ軸の回
りに９０度（１／４巻き）ねじった構造となっており、
このことは本発明と構造上よく類似している部分であ
る。しかし、ヘリカルアンテナは基本的にダイポールで
はなく、螺旋状のヘリカル導体を用いるので、４線巻き
バックファイアヘリカルアンテナは上と下のアンテナ十
字形部の端の部分をお互いにつなぐアンテナ線（図４の
１８）は必ずなだらかな線（ヘリカル構造）となってお
り折れ曲がる構造となっていないこと、図４に示すアン
テナ下部のアンテナ十字形部におけるアンテナ線２本の
間に間隙はなく必ず接続されていること、また上下の十
字型の直線部分の長さ（図４の２ａ）が必ずしも約１／
４λでなくてもよいといった点が構造上本発明と大きく
相違している。すなわち、原理的に両者は全く異なるも
のである。
ナは、図４において上部のアンテナ十字形部を下部のア
ンテナ十字形部に対して十字の形はそのままでｚ軸の回
りに９０度（１／４巻き）ねじった構造となっており、
このことは本発明と構造上よく類似している部分であ
る。しかし、ヘリカルアンテナは基本的にダイポールで
はなく、螺旋状のヘリカル導体を用いるので、４線巻き
バックファイアヘリカルアンテナは上と下のアンテナ十
字形部の端の部分をお互いにつなぐアンテナ線（図４の
１８）は必ずなだらかな線（ヘリカル構造）となってお
り折れ曲がる構造となっていないこと、図４に示すアン
テナ下部のアンテナ十字形部におけるアンテナ線２本の
間に間隙はなく必ず接続されていること、また上下の十
字型の直線部分の長さ（図４の２ａ）が必ずしも約１／
４λでなくてもよいといった点が構造上本発明と大きく
相違している。すなわち、原理的に両者は全く異なるも
のである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】移動体衛星通信におけ
る衛星系と地上セルラー系の両方で使えるデュアルモー
ドのハンドヘルド型携帯電話機に使用されるアンテナ
は、図８に示されるように地上セルラー系用のアンテナ
２３は従来の位置のままで、衛星用アンテナ２４を地上
セルラー系用のアンテナの先端に設置して人体の影響を
受けにくくしたものが望ましい。衛星用アンテナをこの
ような位置に設置できるようにするためには、衛星用
（円偏波）アンテナは極力小型でかつ給電しやすいとい
う特徴を有するアンテナが求められる。また電気特性的
にも高利得、広角度指向特性を有するものが求められ
る。これらの要求に合ったアンテナを実現することがこ
の発明の目的である。
る衛星系と地上セルラー系の両方で使えるデュアルモー
ドのハンドヘルド型携帯電話機に使用されるアンテナ
は、図８に示されるように地上セルラー系用のアンテナ
２３は従来の位置のままで、衛星用アンテナ２４を地上
セルラー系用のアンテナの先端に設置して人体の影響を
受けにくくしたものが望ましい。衛星用アンテナをこの
ような位置に設置できるようにするためには、衛星用
（円偏波）アンテナは極力小型でかつ給電しやすいとい
う特徴を有するアンテナが求められる。また電気特性的
にも高利得、広角度指向特性を有するものが求められ
る。これらの要求に合ったアンテナを実現することがこ
の発明の目的である。
【０００６】しかし、従来技術では下記のような技術的
欠点があった。先ず、本発明の母体となった技術は、従
来のクロスダイポールアンテナを図１に示すように２組
配列して構成する技術である。このアンテナは、高利
得、広角度指向特性を実現できるものとして期待される
が、このアンテナの構成を前述した衛星用アンテナとし
て使用すると以下のような問題点がある。
欠点があった。先ず、本発明の母体となった技術は、従
来のクロスダイポールアンテナを図１に示すように２組
配列して構成する技術である。このアンテナは、高利
得、広角度指向特性を実現できるものとして期待される
が、このアンテナの構成を前述した衛星用アンテナとし
て使用すると以下のような問題点がある。
【０００７】（１）アンテナの横幅は、半波長ダイポー
ルアンテナを使用しているので、λ／２の長さ（λ：波
長）となり小型化が不十分である。 （２）図８に示すように地上セルラーシステム用アンテ
ナ先端へ衛星用アンテナを設置しようとすると、アンテ
ナ給電部がアンテナの上下にあることおよび給電部が４
つもあることのため給電がしづらい。特に、上部への給
電が困難である。
ルアンテナを使用しているので、λ／２の長さ（λ：波
長）となり小型化が不十分である。 （２）図８に示すように地上セルラーシステム用アンテ
ナ先端へ衛星用アンテナを設置しようとすると、アンテ
ナ給電部がアンテナの上下にあることおよび給電部が４
つもあることのため給電がしづらい。特に、上部への給
電が困難である。
【０００8 】さらに、本発明に構造上よく類似した従来
の技術としては、図４に示されている４線分数巻きバッ
クファイアヘリカルアンテナ（１／４巻き）がある。こ
のアンテナを前述した衛星用アンテナとして使用すると
すると、以下のような問題点がある。
の技術としては、図４に示されている４線分数巻きバッ
クファイアヘリカルアンテナ（１／４巻き）がある。こ
のアンテナを前述した衛星用アンテナとして使用すると
すると、以下のような問題点がある。
【０００9 】（３）図８に示すように地上セルラーシス
テム用アンテナの先端へ衛星用アンテナを設置しようと
するとき、アンテナの給電部側（上方）に電波が放射さ
れるため衛星用アンテナへの給電がしづらい。すなわ
ち、アンテナ上部への給電が困難である。（給電は、下
（筐体側）からの方がよい。）
テム用アンテナの先端へ衛星用アンテナを設置しようと
するとき、アンテナの給電部側（上方）に電波が放射さ
れるため衛星用アンテナへの給電がしづらい。すなわ
ち、アンテナ上部への給電が困難である。（給電は、下
（筐体側）からの方がよい。）
【００１０】（４）静止衛星を利用した移動体通信衛星
システムの設計では、衛星に１０ｍ級の大型アンテナを
使用したとしても、地上のハンドヘルド型携帯電話機の
衛星用アンテナには２．５〜３．０ｄＢｉ程度の利得が
要求されている例がある。この例においては、従来の４
線分数巻きバックファイアヘリカルアンテナの最大利得
は２ｄＢｉｃ（ｄＢｉｃ；円偏波をすべての方向に一様
に電力を放射する仮想的なアンテナに対する利得の表
示）程度であり利得が足りない。
システムの設計では、衛星に１０ｍ級の大型アンテナを
使用したとしても、地上のハンドヘルド型携帯電話機の
衛星用アンテナには２．５〜３．０ｄＢｉ程度の利得が
要求されている例がある。この例においては、従来の４
線分数巻きバックファイアヘリカルアンテナの最大利得
は２ｄＢｉｃ（ｄＢｉｃ；円偏波をすべての方向に一様
に電力を放射する仮想的なアンテナに対する利得の表
示）程度であり利得が足りない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上下に配置さ
れたクロスダイポールアンテナについて、以下の変形を
施すことにより給電が楽で、構造的にも丈夫で、かつ利
得の高い小型円偏波アンテナを実現することができた。
れたクロスダイポールアンテナについて、以下の変形を
施すことにより給電が楽で、構造的にも丈夫で、かつ利
得の高い小型円偏波アンテナを実現することができた。
【００１２】（１）クロスダイポールアンテナを途中
（図２の１、２、３、４、５、６、７、８）で折り曲げ
て横幅を短くした。 （２）上記折り曲げた後、図２に示す２つのアンテナ十
字形部はそのままの十字形を維持して、アンテナ端部の
Ａ〜Ｄの記号の同じもの同士を接続し、さらに、図２に
示す給電部３、４をなくした。
（図２の１、２、３、４、５、６、７、８）で折り曲げ
て横幅を短くした。 （２）上記折り曲げた後、図２に示す２つのアンテナ十
字形部はそのままの十字形を維持して、アンテナ端部の
Ａ〜Ｄの記号の同じもの同士を接続し、さらに、図２に
示す給電部３、４をなくした。
【００１３】図２から明らかなように、上記接続するア
ンテナ端部は上下の十字形アンテナ間で水平面（ｘｙ平
面）上で９０度ずれている。したがって、上記接続する
ための直線部分（図３の１４）はｚ軸方向そのものでは
なく、多少斜めに傾くことになる。また該アンテナは、
結果的に上下で９０度捻れたループアンテナが２組直交
して重なっている構造になる。
ンテナ端部は上下の十字形アンテナ間で水平面（ｘｙ平
面）上で９０度ずれている。したがって、上記接続する
ための直線部分（図３の１４）はｚ軸方向そのものでは
なく、多少斜めに傾くことになる。また該アンテナは、
結果的に上下で９０度捻れたループアンテナが２組直交
して重なっている構造になる。
【００１４】そして、該ループアンテナにおいて、上記
削除された給電部３、４に相当する部分の位相は前記給
電部１、２から見ると線路上λ／２離れた部分になるの
で位相が１８０度異なることが明らかである。従って、
この発明のアンテナは、前記一方のクロスダイポールア
ンテナのそれぞれのアンテナ素子が該アンテナ素子とｘ
ｙ平面で直交する方向の前記他方のクロスダイポールア
ンテナのそれぞれのアンテナ素子と１８０度の位相差を
もって同一振幅で励振される小型円偏波アンテナとなる
（図２における給電部１と給電部４の関係）。
削除された給電部３、４に相当する部分の位相は前記給
電部１、２から見ると線路上λ／２離れた部分になるの
で位相が１８０度異なることが明らかである。従って、
この発明のアンテナは、前記一方のクロスダイポールア
ンテナのそれぞれのアンテナ素子が該アンテナ素子とｘ
ｙ平面で直交する方向の前記他方のクロスダイポールア
ンテナのそれぞれのアンテナ素子と１８０度の位相差を
もって同一振幅で励振される小型円偏波アンテナとなる
（図２における給電部１と給電部４の関係）。
【００１５】いいかえると、前記クロスダイポールのア
ンテナ素子をそれぞれ途中で他の対向するクロスダイポ
ールの方向（ｚ軸方向）に折り曲げ、前記１８０度の位
相差をもって励振されるアンテナ素子同士の端部をそれ
ぞれ接続することにより、前記２組のクロスダイポール
の一方のみに給電し他方の給電部をなくしたものであ
る。
ンテナ素子をそれぞれ途中で他の対向するクロスダイポ
ールの方向（ｚ軸方向）に折り曲げ、前記１８０度の位
相差をもって励振されるアンテナ素子同士の端部をそれ
ぞれ接続することにより、前記２組のクロスダイポール
の一方のみに給電し他方の給電部をなくしたものであ
る。
【００１６】（３）図３に示すように、上記上下のアン
テナ端部を接続する部分付近（各ループアンテナの電流
節付近に相当）を折り曲げて遅延線を設けた。この遅延
線は、以下の電気的条件を満たすようにその長さを調節
し、１波長ループアンテナ２組を構成するようにする。
すなわち、２つの給電部を９０度の位相差を付け等振幅
で励振した時、図３に示すアンテナ下部のアンテナ十字
形部とアンテナ上部のアンテナ十字形部において、下部
のｙ軸方向のアンテナ線がｚ正方向に放射した電波が、
それと対応する上部のｙ軸方向のアンテナ線がｚ正方向
に放射した電波の位相と同相になるようにしてある。
テナ端部を接続する部分付近（各ループアンテナの電流
節付近に相当）を折り曲げて遅延線を設けた。この遅延
線は、以下の電気的条件を満たすようにその長さを調節
し、１波長ループアンテナ２組を構成するようにする。
すなわち、２つの給電部を９０度の位相差を付け等振幅
で励振した時、図３に示すアンテナ下部のアンテナ十字
形部とアンテナ上部のアンテナ十字形部において、下部
のｙ軸方向のアンテナ線がｚ正方向に放射した電波が、
それと対応する上部のｙ軸方向のアンテナ線がｚ正方向
に放射した電波の位相と同相になるようにしてある。
【００１７】また、逆に 上部のｙ軸方向のアンテナ線
がｚ負方向に放射した電波が、それと対応する下部のｙ
軸方向のアンテナ線がｚ負方向に放射した電波の位相と
が逆相になるように設計してある。上部のｘ軸方向のア
ンテナ線と下部のｘ軸方向のアンテナ線との関係も、前
述したｙ軸方向のアンテナ部分の関係と同様になるよう
に遅延線の長さを調節してある。この構成により、クロ
スダイポール１組のときは上下に指向性があったのが、
このアンテナの場合は指向性がｚ軸正の方向のみとな
る。
がｚ負方向に放射した電波が、それと対応する下部のｙ
軸方向のアンテナ線がｚ負方向に放射した電波の位相と
が逆相になるように設計してある。上部のｘ軸方向のア
ンテナ線と下部のｘ軸方向のアンテナ線との関係も、前
述したｙ軸方向のアンテナ部分の関係と同様になるよう
に遅延線の長さを調節してある。この構成により、クロ
スダイポール１組のときは上下に指向性があったのが、
このアンテナの場合は指向性がｚ軸正の方向のみとな
る。
【００１８】また、前記遅延線の設置とアンテナ線間の
相互作用により、上下クロスダイポールの間隔やクロス
ダイポール素子自体の長さを１／４λ以下とすることが
できる。（本発明の場合、０．２１λである。ただし、
実効的に１／４λとなる。この長さは０．２１λに限定
されるものではなく、０．２０〜０．２２λの範囲で変
えてもその特性に格別変化が生じない。）
相互作用により、上下クロスダイポールの間隔やクロス
ダイポール素子自体の長さを１／４λ以下とすることが
できる。（本発明の場合、０．２１λである。ただし、
実効的に１／４λとなる。この長さは０．２１λに限定
されるものではなく、０．２０〜０．２２λの範囲で変
えてもその特性に格別変化が生じない。）
【００１９】（４）また、図３に示すアンテナ上部のア
ンテナ十字形部１０において、水平な２本のアンテナ線
にｚ軸方向の間隔ｄｇを設けた。（この点における両ダ
イポールの給電位相が異なるので、この間隔ｄｇは動作
原理上０とすることはできない。）
ンテナ十字形部１０において、水平な２本のアンテナ線
にｚ軸方向の間隔ｄｇを設けた。（この点における両ダ
イポールの給電位相が異なるので、この間隔ｄｇは動作
原理上０とすることはできない。）
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
３、図５、図６、図８を用いて説明する。本発明である
小型円偏波アンテナの実施例は、図３に示されるように
給電部を１つ持つ１波長ループアンテナ２つで構成さ
れ、かつ各ループアンテナは互いにアンテナ下部と上部
において十字形に配置される。アンテナ上部、下部のア
ンテナ十字形部の各アンテナ線は直線であり、長さは約
０．２１λ（λ：波長）である。そのアンテナ直線部の
端は９０度折り曲げられる（図２、３参照）。さらに、
アンテナ下部のアンテナ十字形部に対してアンテナ上部
のアンテナ十字形部を十字形を維持したままで（位置関
係を変えないで）、ｚ軸回りに９０度回転する形状に垂
直部分（図３の１４）が形成される。
３、図５、図６、図８を用いて説明する。本発明である
小型円偏波アンテナの実施例は、図３に示されるように
給電部を１つ持つ１波長ループアンテナ２つで構成さ
れ、かつ各ループアンテナは互いにアンテナ下部と上部
において十字形に配置される。アンテナ上部、下部のア
ンテナ十字形部の各アンテナ線は直線であり、長さは約
０．２１λ（λ：波長）である。そのアンテナ直線部の
端は９０度折り曲げられる（図２、３参照）。さらに、
アンテナ下部のアンテナ十字形部に対してアンテナ上部
のアンテナ十字形部を十字形を維持したままで（位置関
係を変えないで）、ｚ軸回りに９０度回転する形状に垂
直部分（図３の１４）が形成される。
【００２１】図３に示すアンテナの高さが１／２になる
付近のアンテナ線部分は電流節となる付近の部分（電流
分布がほぼ０となる部分）であり、折り曲げて遅延線を
作りアンテナの全体の高さを約０．２１λとする。遅延
線を含めてダイポールの実効長を１／２λとするため、
遅延線を設けることにより実際の長さは上記のようにさ
らに短くでき、これによりアンテナを小型化している。
付近のアンテナ線部分は電流節となる付近の部分（電流
分布がほぼ０となる部分）であり、折り曲げて遅延線を
作りアンテナの全体の高さを約０．２１λとする。遅延
線を含めてダイポールの実効長を１／２λとするため、
遅延線を設けることにより実際の長さは上記のようにさ
らに短くでき、これによりアンテナを小型化している。
【００２２】これらに加え、図３のアンテナ上部のアン
テナ十字形部における２つのアンテナ線間の間隔ｄｇを
変えて指向性幅や利得を計測した結果、図５に示される
ようにｄｇをおよそ０．００７５λとすることにより、
最大利得３．６１ｄＢｉｃ、軸比３ｄＢ以下で定義され
る指向性幅８６度の高利得、比較的広角指向性のアンテ
ナ特性を実現できた。
テナ十字形部における２つのアンテナ線間の間隔ｄｇを
変えて指向性幅や利得を計測した結果、図５に示される
ようにｄｇをおよそ０．００７５λとすることにより、
最大利得３．６１ｄＢｉｃ、軸比３ｄＢ以下で定義され
る指向性幅８６度の高利得、比較的広角指向性のアンテ
ナ特性を実現できた。
【００２３】この本発明の小型円偏波アンテナの指向性
幅、最大利得のアンテナ構造依存性を図５に示す。この
図５は図３で示した間隔ｄｇの値に対する軸比３ｄＢ以
下で定義される指向性幅と最大利得の変化を示している
が、ｄｇを適当な値にすることによって軸比３ｄＢ以下
で定義される指向性幅、最大利得を改善できる。図５か
ら、最大利得を大きくかつ指向性幅を広くするには、φ
＝４５度方向の指向性幅が最大となるｄｇ≒０．００７
５λが最適点であることがわかる。図５から前記間隙が
０．００６〜０．００９λあたりが使用範囲として適し
ていることが示される。なお、上記φとは、図３と図７
を対比させたときの角度φに相当し、φ＝０度のグラフ
は図３のｘ軸方向で切ったｘｚ平面上のアンテナパター
ンにおける指向性幅をいい、φ＝４５度のグラフは図３
のｘ軸と４５度の角度をなす方向で垂直に切った平面上
のアンテナパターンにおける指向性幅をいう。
幅、最大利得のアンテナ構造依存性を図５に示す。この
図５は図３で示した間隔ｄｇの値に対する軸比３ｄＢ以
下で定義される指向性幅と最大利得の変化を示している
が、ｄｇを適当な値にすることによって軸比３ｄＢ以下
で定義される指向性幅、最大利得を改善できる。図５か
ら、最大利得を大きくかつ指向性幅を広くするには、φ
＝４５度方向の指向性幅が最大となるｄｇ≒０．００７
５λが最適点であることがわかる。図５から前記間隙が
０．００６〜０．００９λあたりが使用範囲として適し
ていることが示される。なお、上記φとは、図３と図７
を対比させたときの角度φに相当し、φ＝０度のグラフ
は図３のｘ軸方向で切ったｘｚ平面上のアンテナパター
ンにおける指向性幅をいい、φ＝４５度のグラフは図３
のｘ軸と４５度の角度をなす方向で垂直に切った平面上
のアンテナパターンにおける指向性幅をいう。
【００２４】図３に示す２つの給電部に９０度の位相差
を持たせて給電することにより、図６（φ＝０）のよう
な指向性を持った円偏波を発生させることができる。図
から電波は図３のｚ軸の正方向に放射され、天井方向で
はほぼ円偏波となるが、天井方向からややずれると、多
少楕円偏波になることがわかる。
を持たせて給電することにより、図６（φ＝０）のよう
な指向性を持った円偏波を発生させることができる。図
から電波は図３のｚ軸の正方向に放射され、天井方向で
はほぼ円偏波となるが、天井方向からややずれると、多
少楕円偏波になることがわかる。
【００２５】本発明のアンテナをＳバンド衛星通信シス
テムにおける地球局であるハンドヘルド型携帯電話機の
アンテナとして適用した実施例を図８に示す。本発明で
ある図３のアンテナを、図３の上下関係のまま図８に示
す地上のセルラー用ホイップアンテナの先端に取り付け
て衛星用アンテナとして使用する。例えば、周波数を
２．８４ＧＨｚとした場合、衛星用アンテナは２２×２
２×２２ｍｍの立方体の大きさ（指向性幅８６度で比較
的広角指向性）となり、地上セルラー用ホイップアンテ
ナの先端に取り付けるために適した大きさとなる。ま
た、これにより人体の遮蔽を受けにくい位置にアンテナ
を設置できるため、地上セルラー系のアンテナ部は給電
部を除けば何ら変更せずに、衛星系と地上セルラー系の
両方で使えるデュアルモードのアンテナを実現できる。
テムにおける地球局であるハンドヘルド型携帯電話機の
アンテナとして適用した実施例を図８に示す。本発明で
ある図３のアンテナを、図３の上下関係のまま図８に示
す地上のセルラー用ホイップアンテナの先端に取り付け
て衛星用アンテナとして使用する。例えば、周波数を
２．８４ＧＨｚとした場合、衛星用アンテナは２２×２
２×２２ｍｍの立方体の大きさ（指向性幅８６度で比較
的広角指向性）となり、地上セルラー用ホイップアンテ
ナの先端に取り付けるために適した大きさとなる。ま
た、これにより人体の遮蔽を受けにくい位置にアンテナ
を設置できるため、地上セルラー系のアンテナ部は給電
部を除けば何ら変更せずに、衛星系と地上セルラー系の
両方で使えるデュアルモードのアンテナを実現できる。
【００２６】人体頭部による電波の遮蔽を克服すること
は、ハンドヘルド型携帯電話機のアンテナに求められる
重要な性能の１つである。図８に示されるような地上セ
ルラー系用のアンテナの先端に衛星用アンテナを設置す
れば、人体頭部による遮蔽を受けにくい配置にすること
ができる。また、人体への影響も少なくすることができ
る。
は、ハンドヘルド型携帯電話機のアンテナに求められる
重要な性能の１つである。図８に示されるような地上セ
ルラー系用のアンテナの先端に衛星用アンテナを設置す
れば、人体頭部による遮蔽を受けにくい配置にすること
ができる。また、人体への影響も少なくすることができ
る。
【００２７】すなわち、地上セルラー系用のアンテナの
先端に取り付けるためには小型で広角指向性の円偏波ア
ンテナが必要となるが、本発明の小型円偏波アンテナ
は、この要求を満足させることができる。また、電波の
放射方向がアンテナの給電部側と反対方向であるので、
衛星用アンテナへの給電は従来の給電部側に電波が放射
される４線分数巻きバックファイアヘリカルアンテナと
は違って容易になる。
先端に取り付けるためには小型で広角指向性の円偏波ア
ンテナが必要となるが、本発明の小型円偏波アンテナ
は、この要求を満足させることができる。また、電波の
放射方向がアンテナの給電部側と反対方向であるので、
衛星用アンテナへの給電は従来の給電部側に電波が放射
される４線分数巻きバックファイアヘリカルアンテナと
は違って容易になる。
【００２８】
（１）図１のようにクロスダイポールアンテナを２組配
列したものに比較し、図２のようにアンテナを途中で折
り曲げ、かつアンテナ端部のＡ〜Ｄの記号の同じものを
つなぐことによって、アンテナの横幅を半分程度に小型
化できた。
列したものに比較し、図２のようにアンテナを途中で折
り曲げ、かつアンテナ端部のＡ〜Ｄの記号の同じものを
つなぐことによって、アンテナの横幅を半分程度に小型
化できた。
【００２９】（２）図１のような従来のクロスダイポー
ルはアンテナ給電点が４つあったが、図２のようにアン
テナ端部のＡ〜Ｄの記号の同じものをつなぐことによっ
て、上下のクロスダイポールアンテナの給電を兼用し、
アンテナの給電点を２つにすることができた。すなわ
ち、給電点数を減らしてアンテナを簡略化できた。
ルはアンテナ給電点が４つあったが、図２のようにアン
テナ端部のＡ〜Ｄの記号の同じものをつなぐことによっ
て、上下のクロスダイポールアンテナの給電を兼用し、
アンテナの給電点を２つにすることができた。すなわ
ち、給電点数を減らしてアンテナを簡略化できた。
【００３０】（３）４線巻きバックファイアヘリカルア
ンテナ（１／４巻き）においては給電部側に電波が放射
されるが、この発明のアンテナは給電部側と反対側（図
３におけるｚ軸の正方向）に電波を放射させる形とな
り、地上セルラー用ホイップアンテナ給電部と同様筐体
側からの給電となるので給電が容易となる。
ンテナ（１／４巻き）においては給電部側に電波が放射
されるが、この発明のアンテナは給電部側と反対側（図
３におけるｚ軸の正方向）に電波を放射させる形とな
り、地上セルラー用ホイップアンテナ給電部と同様筐体
側からの給電となるので給電が容易となる。
【００３１】（４）図３の間隔ｄｇを変えることによ
り、アンテナ最大利得と指向性幅の両者共を大きくする
ような最適化ができる。即ち、アンテナのｚ軸方向の高
さを約０．２１λ、ｘ軸、ｙ軸方向の幅を約０．２１λ
とし、かつ間隔ｄｇをおよそ０．００７５λ（図３参
照）とすることにより、最大利得は３．６１ｄＢｉｃ、
軸比３ｄＢ以下で定義される指向性幅は８６度のものが
実現できた。すなわち、間隔ｄｇの最適化により高利得
化が達成でき、またある程度の広角指向性化を行うこと
が可能であることがわかった。
り、アンテナ最大利得と指向性幅の両者共を大きくする
ような最適化ができる。即ち、アンテナのｚ軸方向の高
さを約０．２１λ、ｘ軸、ｙ軸方向の幅を約０．２１λ
とし、かつ間隔ｄｇをおよそ０．００７５λ（図３参
照）とすることにより、最大利得は３．６１ｄＢｉｃ、
軸比３ｄＢ以下で定義される指向性幅は８６度のものが
実現できた。すなわち、間隔ｄｇの最適化により高利得
化が達成でき、またある程度の広角指向性化を行うこと
が可能であることがわかった。
【００３２】（５）ｚ軸方向のアンテナの１／２の高さ
のアンテナ部分付近、即ち各ループアンテナの電流節付
近を折り曲げて図３に示す遅延線を設けることによっ
て、アンテナ全体の位相調整あるいはアンテナ高さ、幅
の調整を行い、全体としてさらに小型化が図れた。
のアンテナ部分付近、即ち各ループアンテナの電流節付
近を折り曲げて図３に示す遅延線を設けることによっ
て、アンテナ全体の位相調整あるいはアンテナ高さ、幅
の調整を行い、全体としてさらに小型化が図れた。
【図１】本発明の母体となった高利得化のためのクロス
ダイポールアンテナの従来の構成を示す図である。
ダイポールアンテナの従来の構成を示す図である。
【図２】この発明の小型円偏波アンテナ実現のためのア
ンテナの変形途中を示す説明図である。
ンテナの変形途中を示す説明図である。
【図３】本発明の小型円偏波アンテナの構造の実施例を
示す図である。
示す図である。
【図４】従来の４線巻きバックファイアヘリカルアンテ
ナ（１／４巻き）の構造を示す図である。
ナ（１／４巻き）の構造を示す図である。
【図５】本発明の小型円偏波アンテナの指向性幅、最大
利得のアンテナ構造依存性（間隔ｄｇに対する軸比３ｄ
Ｂ以下で定義される指向性幅、最大利得の変化）を示す
図である。
利得のアンテナ構造依存性（間隔ｄｇに対する軸比３ｄ
Ｂ以下で定義される指向性幅、最大利得の変化）を示す
図である。
【図６】本発明の小型円偏波アンテナの利得指向性（ｘ
ｚ面）を示す図である。
ｚ面）を示す図である。
【図７】図５、図６における（ｘ，ｙ，ｚ）座標系と
（Ｒ，θ，φ）球面座標系の関係とＥθ、Ｅφの方向を
示す説明図である。
（Ｒ，θ，φ）球面座標系の関係とＥθ、Ｅφの方向を
示す説明図である。
【図８】本発明の小型円偏波アンテナを移動体衛星通信
におけるハンドヘルド型携帯電話機に使用した場合の衛
星用アンテナとしての応用例を示す図である。
におけるハンドヘルド型携帯電話機に使用した場合の衛
星用アンテナとしての応用例を示す図である。
１，２，３，４ 上部クロスダイポールアンテナの
屈曲部 ５，６，７，８ 下部クロスダイポールアンテナの
屈曲部 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 各クロスダイポールアンテナのア
ンテナ素子の相互に接続する端部 ９ クロスダイポールアンテナの十字形部 １０ クロスダイポールアンテナの上部十字形部 １１ クロスダイポールアンテナの下部十字形部 １２ 遅延線 １３ 給電部 １４ 上下クロスダイポールアンテナの接続部分を
含む垂直直線部分 １５ 給電部 １６ バックファイヤヘリカルアンテナの上部十字
形部 １７ バックファイヤヘリカルアンテナの下部十字
形部 １８ 上下のアンテナ十字形部の端の部分をお互い
につなぐなだらかなアンテナ線部分（ヘリカル構造） １９ φ＝０°の指向性幅 ２０ φ＝４５°の指向性幅 ２１ 利得 ２２ Ｅθ ２３ Ｅφ
屈曲部 ５，６，７，８ 下部クロスダイポールアンテナの
屈曲部 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 各クロスダイポールアンテナのア
ンテナ素子の相互に接続する端部 ９ クロスダイポールアンテナの十字形部 １０ クロスダイポールアンテナの上部十字形部 １１ クロスダイポールアンテナの下部十字形部 １２ 遅延線 １３ 給電部 １４ 上下クロスダイポールアンテナの接続部分を
含む垂直直線部分 １５ 給電部 １６ バックファイヤヘリカルアンテナの上部十字
形部 １７ バックファイヤヘリカルアンテナの下部十字
形部 １８ 上下のアンテナ十字形部の端の部分をお互い
につなぐなだらかなアンテナ線部分（ヘリカル構造） １９ φ＝０°の指向性幅 ２０ φ＝４５°の指向性幅 ２１ 利得 ２２ Ｅθ ２３ Ｅφ
フロントページの続き (72)発明者 乙津 祐一 東京都千代田区岩本町二丁目12番５号 株式会社次 世代衛星通信・放送システ ム研究所内 (72)発明者 三好 尚 東京都渋谷区神南２−２−１ 日本放送 協会内 (56)参考文献 特開 平２−294102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−16631（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−188905（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−84454（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−218206（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−3503（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−30006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−7706（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−291806（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−234207（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−23604（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−95213（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 21/24 H01Q 1/24 H01Q 1/27 H01Q 9/26 H01Q 9/44 H04B 7/155
Claims (7)
- 【請求項１】 互いに直交関係にあるＸ，Ｙ，Ｚ軸で表
される座標空間において、Ｚ軸を対称軸とするＸＹ平面
のＸ軸上およびＹ軸上にある２つのダイポールアンテナ
から構成され互いに位相を９０度ずらして同一振幅で励
振される第１のクロスダイポールアンテナと、前記第１
のクロスダイポールアンテナをＺ軸の正の方向に略λ／
４（λ：波長）の間隔をあけて平行移動した位置関係に
第２のクロスダイポールアンテナを配置し、前記第１、
第２のクロスダイポールアンテナの４つの給電部の間
で、第１のクロスダイポールアンテナのＸ軸方向、Ｙ軸
方向のダイポールアンテナの給電部をそれぞれ第１、第
２の給電部、同じく第２のクロスダイポールアンテナの
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のダイポールアンテナの給電部をそ
れぞれ第３、第４の給電部とした場合、前記第３の給電
部は第１の給電部に対して、また前記第４の給電部は第
２の給電部に対して９０度位相が遅れるようにして同一
振幅で励振される小型円偏波アンテナにおいて、 前記上下２組のクロスダイポールアンテナの各アンテナ
素子毎にアンテナ素子の中心（Ｚ軸）を対称とする２箇
所（中心からアンテナ端の途中）で、対向するクロスダ
イポールアンテナの方向に折り曲げ合い、 前記第１、第
２の給電部を持つ各ダイポールアンテナの端部と前記第
４、第３の給電部を持つ各ダイポールアンテナの端部と
をそれぞれ対応させて接続することにより、前記２組の
クロスダイポールアンテナの一方のクロスダイポールア
ンテナのみに給電し、他方のクロスダイポールアンテナ
の給電部２つをなくしたことを特徴とする小型円偏波ア
ンテナ。 - 【請求項２】 互いに直交関係にあるＸ、Ｙ、Ｚ軸で表
される座標空間において、Ｚ軸を対称軸とするＸＹ平面
のＸ軸上およびＹ軸上にある２つのダイポールアンテナ
から構成され互いに位相を９０度ずらして同一振幅で励
振される第１のクロスダイポールアンテナと前記第１の
クロスダイポールアンテナをＺ軸の正方向に略λ／４
（λ：波長）の間隔をあけて平行移動した位置関係に第
２のクロスダイポールアンテナを配置した小型円偏波ア
ンテナにおいて、 前記上下２組のクロスダイポールアンテナの各アンテナ
素子毎にアンテナ素子の中心（Ｚ軸）を対称とする２箇
所（中心からアンテナ端の途中）で、対向する クロスダ
イポールアンテナの方向に折り曲げ合い、前記第１、第
４の給電部を持つ各ダイポールアンテナの端部をそれぞ
れ対応させて接続することにより、同様に前記第２、第
３の給電部を持つ各ダイポールアンテナの端部をそれぞ
れ対応させて接続することにより、 上下で９０度捩じれ
た形状で互いに接触せずに重なった略１波長のループア
ンテナ２組を構成するようにし、前記２組のクロスダイ
ポールの一方のみ給電し他方の給電部をなくしたことを
特徴とする小型円偏波アンテナ。 - 【請求項３】 前記第１のクロスダイポールアンテナの
２つの給電部を９０度の位相差を付け等振幅で励振した
時、前記第１のクロスダイポールアンテナのＸＹ平面上
の十字形のアンテナ部分と対面する第２のクロスダイポ
ールアンテナの十字形のアンテナ部分から放射された電
波の位相関係が、第１のクロスダイポールアンテナのＸ
軸上、Ｙ軸上のそれぞれのアンテナ部分がＺ軸の正の方
向に放射した電波と、第２のクロスダイポールアンテナ
のＸ軸方向、Ｙ軸方向のアンテナ部分がそれぞれＺ軸の
正の方向に放射した電波の位相とが同相となり、かつ、
第２のクロスダイポールアンテナのＸ軸方向、Ｙ軸方向
のアンテナ部分がそれぞれＺ軸の負の方向に放射した電
波と、第１のクロスダイポールアンテナのＸ軸上、Ｙ軸
上のアンテナ部分がそれぞれＺ軸の負の方向に放射した
電波の位相とが逆相になることにより、給電部側と反対
側の方向（Ｚ軸の正の方向）に単一指向性となることを
特徴とする前記請求項１または２記載の小型円偏波アン
テナ。 - 【請求項４】 前記クロスダイポールアンテナのアンテ
ナ素子をそれぞれ途中で他の対向するクロスダイポール
アンテナの方向に折り曲げ、前記一方のクロスダイポー
ルアンテナのアンテナ素子の端部と他方のクロスダイポ
ールアンテナのアンテナ素子の端部をそれぞれ接続する
該接続端部付近を折り曲げて遅延線を設けたことを特徴
とする前記請求項１、２、３のいずれか１項記載の小型
円偏波アンテナ。 - 【請求項５】 前記２組のクロスダイポールアンテナの
内給電されない方の部分であるアンテナ十字形部のアン
テナ素子同士が互いに接触しないように間隙を置いたこ
とを特徴とする前記請求項１、２、３、４のいずれか１
項記載の小型円偏波アンテナ。 - 【請求項６】 前記折り曲げられたクロスダイポールア
ンテナのアンテナ素子の前記十字形に直交した部分の直
線部分の長さ、及び前記直交する平面に直角な方向に配
列された２組のクロスダイポールアンテナの間隔が０．
２０〜０．２２λであることを特徴とする前記請求項１
〜５のいずれか１項記載の小型円偏波アンテナ。 - 【請求項７】 前記間隙が０．００６〜０．００９λで
あることを特徴とする前記請求項５、または６記載の小
型円偏波アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3690397A JP3059685B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 小型円偏波アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3690397A JP3059685B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 小型円偏波アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10224145A JPH10224145A (ja) | 1998-08-21 |
| JP3059685B2 true JP3059685B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=12482747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3690397A Expired - Lifetime JP3059685B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 小型円偏波アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3059685B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6914598B2 (ja) * | 2017-10-03 | 2021-08-04 | 日本アンテナ株式会社 | 円偏波アンテナおよびダイバーシティ通信システム |
| WO2020075744A1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-04-16 | 株式会社ヨコオ | アンテナ、アンテナ装置、および車載用アンテナ装置 |
| WO2023228705A1 (ja) * | 2022-05-27 | 2023-11-30 | ソニーグループ株式会社 | 通信装置 |
-
1997
- 1997-02-06 JP JP3690397A patent/JP3059685B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10224145A (ja) | 1998-08-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000411 |