JP3512365B2 - クロスダイポールアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円偏波を使用する
通信機器に搭載するに好適なクロスダイポールアンテナ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】円偏波を使用する移動体通信を目的とし
た衛星通信システムが種々提案されているが、衛星通信
システムには静止衛星を利用する静止移動体衛星通信シ
ステムと、非静止衛星を用いる非静止移動体衛星通信シ
ステムがある。非静止移動体衛星通信システムには、低
・中高度軌道の衛星を用いるシステム、長楕円軌道の衛
星を用いるシステム、傾斜同期軌道を用いるシステムが
ある。このうちの低・中高度軌道の非静止衛星を用いる
システムには、ＬＥＯ（Low Earth Orbit）通信システ
ムがある。このＬＥＯ通信システムは伝搬遅延時間が小
さいシステムとされており、また、伝搬損失が小さくさ
れているため、端末の送信電力を低減でき端末の小型化
・軽量化を容易とできる長所を有している。

【０００３】さらに、ＬＥＯ通信システムには、データ
伝送のみを扱う小規模ＬＥＯ（Little LEO）と、音声伝
送が可能な大規模ＬＥＯ（Big LEO）がある。大規模Ｌ
ＥＯの中にはイリジウム・システムやＩＣＯ（Intermed
iate Circular Orbit）システム（プロジェクト２１）
がある。イリジウム・システムは、通信方式が１．６Ｇ
Ｈｚ帯の周波数を用いたＴＤＭＡ（Time Division Mult
iple Access）方式とされており、地球全体をカバーす
るよう７８０ｋｍの高度に打ち上げられた（６６＋６）
個の非静止衛星を用いて通信するようにされている。こ
の非静止衛星は、経度３０度間隔で配置されて周回軌道
を回っている。また、ＩＣＯシステムは１０３９０ｋｍ
の直交傾斜軌道にそれぞれ６基の周回衛星を配置してお
り、携帯端末は衛星を利用する衛星系ネットワークと既
存の地上系携帯電話システムとの共用が可能なデュアル
端末とされている。

【０００４】このような衛星移動通信システムでは、多
くの衛星が必要ではあるものの通信の遅延時間が無視で
きるので、リアルタイムで音声やデータ等の通信が行え
る。さらに、端末の送信電力を低減できるため端末を携
帯型とすることが可能である。したがって、衛星移動通
信システム用の携帯無線機を携帯していれば、全世界の
電話や携帯電話とリアルタイムで通話やデータ伝送を行
うことが可能となる。なお、衛星移動通信システムでは
携帯無線機に好適なように円偏波が用いられている。

【０００５】ところで、衛星移動通信システム用の携帯
無線機においては、円偏波を受信する必要があることか
ら円偏波を送受信可能なクロスダイポールアンテナやマ
イクロストリップアンテナが用いられている。クロスダ
イポールアンテナは、ダイポールアンテナを十字形に直
交配置した２つの半波長ダイポールアンテナから構成さ
れている。そして、２つの半波長ダイポールアンテナを
互いに位相を９０°ずらせて励振することにより、２つ
の半波長ダイポールアンテナの面に垂直な方向に円偏波
を発生させるようにしている。この場合、２つの半波長
ダイポールアンテナの面に垂直な２方向では互いに逆方
向の円偏波が発生するため、２つの半波長ダイポールア
ンテナの後方約１／４波長の位置に反射板を置き、単方
向として用いるのが一般的とされている。さらに、広い
仰角の範囲内において円偏波を得るために、電界面と磁
界面で指向性の変化の少ない逆Ｖ字形や逆Ｕ字形のダイ
ポールアンテナが用いられている。

【０００６】このような円偏波を送受信可能な 従来の
クロスダイポールアンテナの原理的構成を図９および図
１０に示す。図９は、逆Ｖ字形のダイポールアンテナを
用いるようにしたクロスダイポールアンテナ１００の原
理的構成を示す図であり、図１０は逆Ｕ字形のダイポー
ルアンテナを用いるようにしたクロスダイポールアンテ
ナ２００の原理的構成を示す図である。図９に示す逆Ｖ
字形のダイポールアンテナを用いるクロスダイポールア
ンテナ１００は、反射板１０６と、反射板１０６上に配
置されたダイポールエレメント１０２ａ、１０２ｂとか
らなる逆Ｖ字形の第１ダイポールアンテナと、第１ダイ
ポールアンテナと略直交して配置されたダイポールエレ
メント１０２ｃ、１０２ｄとからなる逆Ｖ字形の第２ダ
イポールアンテナとから構成されている。

【０００７】このクロスダイポールアンテナ１００は、
図示されていないが逆Ｖ字形の第１ダイポールアンテナ
と逆Ｖ字形の第２ダイポールアンテナに、互いに位相を
約９０度ずらせて励振するための移相回路を備えてい
る。これにより、クロスダイポールアンテナ１００は円
偏波を送受信可能なアンテナとすることができると共
に、逆Ｖ字形の第１ダイポールアンテナと逆Ｖ字形の第
２ダイポールアンテナとされていることから広い仰角の
範囲内において円偏波を得ることができるようになる。

【０００８】また、図１０に示す逆Ｕ字形のダイポール
アンテナを用いるクロスダイポールアンテナ２００は、
反射板２０６と、反射板２０６上に配置されたダイポー
ルエレメント２０２ａ、２０２ｂとからなる逆Ｕ字形の
第１ダイポールアンテナと、第１ダイポールアンテナと
略直交して配置されたダイポールエレメント１０２ｃ、
１０２ｄとからなる逆Ｕ字形の第２ダイポールアンテナ
とから構成されている。このクロスダイポールアンテナ
２００は、図示されていないが逆Ｕ字形の第１ダイポー
ルアンテナと逆Ｕ字形の第２ダイポールアンテナに、互
いに位相を約９０度ずらせて励振するための移相回路を
備えている。これにより、クロスダイポールアンテナ２
００は円偏波を送受信可能なアンテナとすることができ
ると共に、逆Ｕ字形の第１ダイポールアンテナと逆Ｕ字
形の第２ダイポールアンテナとされていることから広い
仰角の範囲内において円偏波を得ることができるように
なる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記したクロスダイポ
ールアンテナは、円偏波を送受信することを可能とでき
ることから、衛星通信用アンテナ等の円偏波を用いた通
信システムに用いることができる。次に、従来提案され
ている円偏波を送受信することができるクロスダイポー
ルアンテナの構成を図１１および図１２に示す。ただ
し、図１１はクロスダイポールアンテナの平面図であ
り、図１２はその正面図である。なお、このクロスダイ
ポールアンテナは、車、船舶、航空機、携帯機器等に搭
載することができる。

【００１０】これらの図に示すクロスダイポールアンテ
ナ３００は、略直交配置された２つのダイポールアンテ
ナと反射板３０６とから構成されている。略円形とされ
ている反射板３０６の直径Ｄ３は、使用周波数帯域にお
ける中心周波数の波長をλとした際に、約λ／２〜λと
されている。略直交配置された２つのダイポールアンテ
ナは、第１逆Ｕ字形ダイポールアンテナと第２逆Ｕ字形
ダイポールアンテナとが直交配置されて構成されてい
る。第１逆Ｕ字形ダイポールアンテナは、ダイポールエ
レメント３０２ａとダイポールエレメント３０２ｂとか
ら構成され、第２逆Ｕ字形ダイポールアンテナは、ダイ
ポールエレメント３０２ｃとダイポールエレメント３０
２ｄとから構成されている。ダイポールエレメント３０
２ａ〜ダイポールエレメント３０２ｄは、金属板により
形成されており、そのほぼ中間部において反射板３０６
に向けて折曲されて、その先端は反射板３０６に向かう
ようになされている。そして、ダイポールエレメント３
０２ａ〜ダイポールエレメント３０２ｄの長さＬ３０２
は、約λ／４とされている。

【００１１】このクロスダイポールアンテナ３００にお
いて、ダイポールエレメント３０２ａ〜ダイポールエレ
メント３０２ｄの一端と、反射板３０６との間隔Ｌ３０
１は約λ／４とされている。すなわち、ダイポールエレ
メント３０２ａとダイポールエレメント３０２ｂとから
構成されている第１逆Ｕ字形ダイポールアンテナを励振
する同軸セミリジッドケーブル３０４ａの反射板３０６
からの長さは、約λ／４とされている。同様に、ダイポ
ールエレメント３０２ｃとダイポールエレメント３０２
ｄとから構成されている第２逆Ｕ字形ダイポールアンテ
ナを励振する同軸セミリジッドケーブル３０４ｃの反射
板３０６からの長さも、約λ／４とされている。さら
に、下端が反射板３０６へ短絡されているショートポー
ル３０４ｂおよびショートポール３０４ｄの反射板３０
６からの長さも、約λ／４とされている。

【００１２】ダイポールエレメント３０２ａの一端は、
同軸セミリジッドケーブル３０４ａの先端における外被
導体に接続されて励振されており、ダイポールエレメン
ト３０２ｂの一端はショートポール３０４ｂの先端に接
続されて励振されている。このショートポール３０４ｂ
の先端には同軸セミリジッドケーブル３０４ａの中心導
体３０２ｅが接続されている。また、ダイポールエレメ
ント３０２ｃの一端は、同軸セミリジッドケーブル３０
４ｃの先端における外被導体に接続されて励振されてお
り、ダイポールエレメント３０２ｄの一端はショートポ
ール３０４ｄの先端に接続されて励振されている。この
ショートポール３０４ｄの先端には同軸セミリジッドケ
ーブル３０４ｃの中心導体３０２ｆが接続されている。

【００１３】さらに、反射板３０６を貫通してその下に
延伸された同軸セミリジッドケーブル３０４ａ、３０４
ｃは位相遅延回路３０７に接続されて、同軸セミリジッ
ドケーブル３０４ａは０°位相で励振され、同軸セミリ
ジッドケーブル３０４ｃは９０°遅延された位相で励振
される。これにより、給電部３０８から第１逆Ｕ字形ダ
イポールアンテナと第２逆Ｕ字形ダイポールアンテナと
が互いに位相が約９０°ずれるように励振されるように
なり、円偏波が放射されるようになる。このように構成
されたクロスダイポールアンテナ３００の垂直面内にお
ける指向特性を図１３に示す。この指向特性を参照する
と、頂点方向からの角度が大きくなる低仰角の方向にお
いては、アンテナゲインが低下していると共に、円偏波
の軸比も劣化して楕円偏波となっていることがわかる。

【００１４】このように、従来提案されていたクロスダ
イポールアンテナは、低仰角の方向において、アンテナ
ゲインが低下していると共に、円偏波の軸比も劣化して
いるという問題点があった。しかしながら、円偏波を用
いる通信システムにおいては低仰角方向から電波が到来
することがある。特に、衛星通信システムにおいては、
一般に衛星が静止しておらず仰角が高い位置における見
かけ上の衛星の移動速度が大きくなるため、天頂方向を
０°とした場合約７０°〜９０°の低仰角において衛星
の存在確率が高いことになる。従って、従来のクロスダ
イポールアンテナは衛星の存在確率が高い低仰角におけ
る利得が小さいと共に、軸比が劣化しているという問題
点があった。

【００１５】そこで、本発明は低仰角における利得を向
上させると共に、軸比も向上することのできるクロスダ
イポールアンテナを提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１のクロスダイポールアンテナは、反射
板と、該反射板上に所定間隔を持って配置された第１の
ダイポールアンテナと、上記反射板上に所定間隔を持っ
て上記第１のダイポールアンテナに略直交するように配
置された第２のダイポールアンテナと、前記第１のダイ
ポールアンテナと前記第２のダイポールアンテナとの周
囲に配置されると共に、前記反射板から起立して配置さ
れた複数の無給電素子とを備えている。

【００１７】また、上記本発明の第１のクロスダイポー
ルアンテナにおいて、前記第１のダイポールアンテナと
前記第２のダイポールアンテナとが、前記反射板へ向か
って折曲されていてもよい。さらに、上記本発明の第１
のクロスダイポールアンテナにおいて、前記無給電素子
が、絶縁体スペーサを介して前記反射板上に固着されて
いてもよい。

【００１８】次に、上記目的を達成することのできる本
発明の第２のクロスダイポールアンテナは、中央部が周
縁部より突出するように反射面が傾斜されて形成されて
いる反射板と、該反射板上に所定間隔を持って配置され
た第１のダイポールアンテナと、上記反射板上に所定間
隔を持って上記第１のダイポールアンテナに略直交する
ように配置された第２のダイポールアンテナとを備えて
いる。

【００１９】また、上記本発明の第２のクロスダイポー
ルアンテナにおいて、前記第１のダイポールアンテナと
前記第２のダイポールアンテナとが、前記反射板へ向か
って折曲されて構成されていてもよい。さらに、上記本
発明の第２のクロスダイポールアンテナにおいて、前記
第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポールアン
テナとの周囲に配置されると共に、前記反射板から起立
して配置された複数の無給電素子とを、さらに備えてい
てもよい。さらにまた、上記本発明の第２のクロスダイ
ポールアンテナにおいて、前記無給電素子が、絶縁体ス
ペーサを介して前記反射板上に固着されていてもよいも
のである。

【００２０】このような本発明によれば、略直交配置さ
れた第１のダイポールアンテナと第２のダイポールアン
テナとの周囲に配置されると共に、前記反射板から起立
して複数の無給電素子を設けるようにしたので、低仰角
においてゲインの低下を抑制することができると共に、
円偏波の軸比特性を大幅に改善することができる。すな
わち、無給電素子が導波器として作用して、低仰角の方
向のアンテナ特性を改善することができる。さらに、反
射板を中央部より周縁部が下に位置するように下方へ傾
斜させて形成するようにしても、低仰角においてゲイン
の低下を抑制することができると共に、円偏波の軸比特
性を大幅に改善することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明のクロスダイポールアンテ
ナの実施の形態の第１の構成を示す平面図を図１に、そ
の正面図を図２に示す。図１および図２に示す本発明の
第１の実施の形態にかかるクロスダイポールアンテナ１
は、略直交配置された２つのダイポールアンテナと反射
板６とから構成されている。反射板６は、略円形とされ
ておりその直径Ｄは、使用周波数帯域における中心周波
数の波長をλとした際に、約λ／２〜λとされている。
略直交配置された２つのダイポールアンテナは、第１逆
Ｕ字形ダイポールアンテナと第２逆Ｕ字形ダイポールア
ンテナとが略直交配置されて構成されている。第１逆Ｕ
字形ダイポールアンテナは、それぞれ逆Ｕ字形に折曲さ
れたダイポールエレメント２ａとダイポールエレメント
２ｂとから構成され、第２逆Ｕ字形ダイポールアンテナ
は、それぞれ逆Ｕ字形に折曲されたダイポールエレメン
ト２ｃとダイポールエレメント２ｄとから構成されてい
る。２つの逆Ｕ字状ダイポールアンテナを構成している
ダイポールエレメント２ａ〜ダイポールエレメント２ｄ
は、金属板を加工して図２に示すように板状に形成され
ており、そのほぼ中間部において反射板６に向けて逆Ｕ
字形となるよう折曲されて、その先端は反射板６に向か
うようになされている。また、ダイポールエレメント２
ａ〜ダイポールエレメント２ｄの長さは約λ／４とされ
ている。すなわち、第１逆Ｕ字形ダイポールアンテナと
第２逆Ｕ字形ダイポールアンテナは、半波長ダイポール
アンテナとされている。

【００２２】本発明の第１の実施の形態にかかるクロス
ダイポールアンテナ１において、ダイポールエレメント
２ａ〜ダイポールエレメント２ｄの一端と、反射板６と
の図２に示す間隔Ｌ１は約λ／４とされている。すなわ
ち、ダイポールエレメント２ａとダイポールエレメント
２ｂとから構成されている第１逆Ｕ字形ダイポールアン
テナを励振する同軸セミリジッドケーブル４ａの反射板
６からの長さは、約λ／４とされている。同様に、ダイ
ポールエレメント２ｃとダイポールエレメント２ｄとか
ら構成されている第２逆Ｕ字形ダイポールアンテナを励
振する同軸セミリジッドケーブル４ｃの反射板６からの
長さも、約λ／４とされている。さらに、下端が反射板
６へ短絡されているショートポール４ｂおよびショート
ポール４ｄの反射板６からの長さも、約λ／４とされて
いる。

【００２３】ダイポールエレメント２ａの一端は、同軸
セミリジッドケーブル４ａの先端における外被導体に接
続されて励振されており、ダイポールエレメント２ｂの
一端はショートポール４ｂの先端に接続されて励振され
ている。このショートポール４ｂの先端には同軸セミリ
ジッドケーブル４ａの中心導体２ｅが接続されている。
また、ダイポールエレメント２ｃの一端は、同軸セミリ
ジッドケーブル４ｃの先端における外被導体に接続され
て励振されており、ダイポールエレメント２ｄの一端は
ショートポール４ｄの先端に接続されて励振されてい
る。このショートポール４ｄの先端には同軸セミリジッ
ドケーブル４ｃの中心導体２ｆが接続されている。

【００２４】さらに、反射板６を貫通してその下に延伸
された同軸セミリジッドケーブル４ａ、４ｃは位相遅延
回路７に接続されて、同軸セミリジッドケーブル４ａに
は給電部８からの励振信号が０°位相遅延されて出力さ
れ、同軸セミリジッドケーブル４ｃには給電部８からの
励振信号が約９０°位相遅延されて出力されている。こ
れにより、給電部８からの励振信号により、第１逆Ｕ字
形ダイポールアンテナと第２逆Ｕ字形ダイポールアンテ
ナとが互いに位相が約９０°ずれるように励振されるた
め、クロスダイポールアンテナ１の面に垂直な面、すな
わち反射板６の面に対してほぼ垂直方向に円偏波が放射
されるようになる。この場合、反射板６の方向に放射さ
れた逆位相の円偏波成分は、反射板６により逆位相とな
るように反射されて同相とされて反射板６の面に対して
ほぼ垂直の上方向へ放射されるようになる。

【００２５】本発明のクロスダイポールアンテナの第１
の実施の形態において特徴的な構成は、ダイポールエレ
メント２ａ〜ダイポールエレメント２ｄからなる略直交
配置された第１逆Ｕ字形ダイポールアンテナと第２逆Ｕ
字形ダイポールアンテナとを中心として、その周囲に複
数の無給電素子３ａ〜３ｈが略等間隔に配置されている
ことである。例えば、無給電素子３ａ〜３ｈの素子数は
８本とされて、反射板６に対してほぼ垂直に起立されて
いる。この無給電素子３ａ〜３ｈの図２に示す長さＬ２
は約λ／４とされており、その下端に絶縁スペーサ５ａ
〜５ｈが設けられている。この絶縁スペーサ５ａ〜５ｈ
の下端は反射板６に固着されており、その高さＨ１は、
例えば約０．０４λとされている。また、無給電素子３
ａ〜３ｈは、略直交配置された第１逆Ｕ字形ダイポール
アンテナと第２逆Ｕ字形ダイポールアンテナの中心から
間隔Ｓ（図１参照）だけ離隔して配置されており、その
間隔Ｓは約λ／４とされている。さらに、無給電素子３
ａ〜３ｈは、金属板を加工して図１および図２に示すよ
うに板状に形成されている。

【００２６】このように構成された本発明の第１の実施
の形態にかかるクロスダイポールアンテナ１の垂直面内
における指向特性を図３に示す。この指向特性を参照す
ると、頂点方向からの角度が約６０度より大きくなった
低仰角においてゲインの低下が抑制されていると共に円
偏波の軸比特性が大幅に改善されている。さらに、角度
が９０°以上となる伏角の方向においても、ある程度の
アンテナゲインが確保できると共に、円偏波の軸比も改
善されていることがわかる。これは、無給電素子３ａ〜
３ｈが、導波器として作用して低仰角の方向のアンテナ
特性を改善しているからである。

【００２７】次に、本発明のクロスダイポールアンテナ
の第２の実施の形態の構成を示す平面図を図４に、その
正面図を図５に示す。図４および図５に示す本発明の第
２の実施の形態にかかるクロスダイポールアンテナ１１
は、上記した本発明の第１の実施の形態にかかるクロス
ダイポールアンテナ１の垂直面内の指向特性をさらに改
善しようとするものである。そのために、本発明の第２
の実施の形態にかかるクロスダイポールアンテナ１１で
は、本発明の第１の実施の形態にかかるクロスダイポー
ルアンテナ１の反射板６の構成を変更すると共に、それ
に伴う構成が変更されている。以下、変更した構成につ
いて主に説明するものとする。

【００２８】本発明の第２の実施の形態にかかるクロス
ダイポールアンテナ１１においても、略直交配置された
２つのダイポールアンテナと、反射板１６と、複数の無
給電素子３ａ〜３ｈとから構成されている。略直交配置
された２つのダイポールアンテナは、第１逆Ｕ字形ダイ
ポールアンテナと第２逆Ｕ字形ダイポールアンテナとが
略直交配置されて構成されている。第１逆Ｕ字形ダイポ
ールアンテナは、それぞれ逆Ｕ字形に折曲されたダイポ
ールエレメント２ａとダイポールエレメント２ｂとから
構成され、第２逆Ｕ字形ダイポールアンテナは、それぞ
れ逆Ｕ字形に折曲されたダイポールエレメント２ｃとダ
イポールエレメント２ｄとから構成されている。２つの
逆Ｕ字状ダイポールアンテナを構成しているダイポール
エレメント２ａ〜ダイポールエレメント２ｄは、金属板
を加工して図５に示すように板状に形成されており、そ
のほぼ中間部において反射板１６に向けて逆Ｕ字形にな
るように折曲されて、その先端は反射板１６に向かうよ
うになされている。また、ダイポールエレメント２ａ〜
ダイポールエレメント２ｄの長さは約λ／４とされてい
る。すなわち、第１逆Ｕ字形ダイポールアンテナと第２
逆Ｕ字形ダイポールアンテナは、半波長ダイポールアン
テナとされている。これらの構成については、本発明の
第１の実施の形態にかかるクロスダイポールアンテナ１
の構成と同様である。

【００２９】また、ダイポールエレメント２ａ〜ダイポ
ールエレメント２ｄの一端と、反射板１６の頂部との図
５に示す間隔Ｌ１は約λ／４とされている。すなわち、
第１逆Ｕ字形ダイポールアンテナを励振する同軸セミリ
ジッドケーブル４ａ、および、第２逆Ｕ字形ダイポール
アンテナを励振する同軸セミリジッドケーブル４ｃのの
反射板６の頂部からの長さは、約λ／４とされている。
さらに、下端が反射板１６へ短絡されているショートポ
ール４ｂおよびショートポール４ｄの反射板１６の頂部
からの長さも、約λ／４とされている。さらにまた、ダ
イポールエレメント２ａ、２ｃと同軸セミリジッドケー
ブル４ａ、４ｃとの接続関係、および、ダイポールエレ
メント２ｂ、２ｄとショートポール４ｂ、４ｄとの接続
関係も第１の実施の形態のクロスダイポールアンテナ１
と同様とされている。

【００３０】この同軸セミリジッドケーブル４ａ、４ｃ
は反射板１６に固着されて、さらに反射板１６を貫通し
て位相遅延回路７に接続されている。これにより、同軸
セミリジッドケーブル４ａには、給電部８からの励振信
号が０°位相遅延されて出力され、同軸セミリジッドケ
ーブル４ｃには、給電部８からの励振信号が約９０°位
相遅延されて出力される。すなわち、給電部８からの励
振信号により、第１逆Ｕ字形ダイポールアンテナと第２
逆Ｕ字形ダイポールアンテナとが互いに位相が約９０°
ずれるように励振されるため、クロスダイポールアンテ
ナ１１の面に対してほぼ垂直方向に円偏波が放射される
ようになる。この場合、反射板１６の方向に放射された
逆位相の円偏波成分は、反射板１６により逆位相となる
ように反射されて同相とされて反射板１６の面に対して
ほぼ垂直方向へ放射されるようになる。

【００３１】さらに、略直交配置された第１逆Ｕ字形ダ
イポールアンテナと第２逆Ｕ字形ダイポールアンテナと
を中心として、その周囲に配置された複数の無給電素子
３ａ〜３ｈは、例えば８本の素子数とされている。この
無給電素子３ａ〜３ｈの長さＬ２は約λ／４とされてお
り、その下端に絶縁スペーサ１５ａ〜１５ｈが設けられ
ている。この絶縁スペーサ１５ａ〜１５ｈの下端は反射
板１６に固着されており、その高さＨ２は、例えば約
０．１５λとされている。また、無給電素子３ａ〜３ｈ
は、図４に示すように略直交配置された第１逆Ｕ字形ダ
イポールアンテナと第２逆Ｕ字形ダイポールアンテナの
中心から間隔Ｓだけ離隔されて配置されており、その間
隔Ｓは約λ／４とされている。

【００３２】本発明の第２の実施の形態にかかるクロス
ダイポールアンテナ１１では、さらに加えて反射板１６
の構成が特徴的とされている。図５に示されるように、
反射板１６は円錐状に形成されており、略円形とされた
反射板１６の直径Ｄは約λ／２〜λとされている。ま
た、反射板１６の下方へ傾斜している伏角θは、０°＜
θ＜６０°の範囲とするのが好適である。このような構
成の本発明の第２の実施の形態にかかるクロスダイポー
ルアンテナ１１の垂直面内における指向特性を図７に示
す。この指向特性を参照すると、頂点方向からの角度が
約６０度より大きくなった低仰角においてゲインの低下
が抑制されていると共に円偏波の軸比特性が大幅に改善
されている。さらに、角度が９０°以上となる伏角の方
向においても、ある程度のアンテナゲインが確保できる
と共に、円偏波の軸比も改善されていることがわかる。

【００３３】なお、本発明の第２の実施の形態にかかる
クロスダイポールアンテナ１１の反射板１６は、円錐状
に限らず図６に示すような形状としてもよい。平面図が
図６（ａ）に示す形状とされ、正面図が図６（ｂ）に示
す形状とされた反射板２６は、球体を切り取った形状の
反射板２６とされている。また、平面図が図６（ｃ）に
示す形状とされ、正面図が図６（ｄ）に示す形状とされ
た反射板３６は、２段階に伏角が変化する円錐状の反射
板３６とされている。さらに、正面図が図６（ｅ）に示
す形状とされた反射板４６は、円錐状の頂部が平らとさ
れた台形形状の反射板４６とされている。このような反
射板のいずれの形状としても、低仰角においてゲインの
低下を抑制することができると共に円偏波の軸比特性を
大幅に改善することができる。

【００３４】なお、第２の実施の形態にかかるクロスダ
イポールアンテナ１１における反射板１６〜４６は、い
ずれも中央部が周縁部より突出するよう反射面が傾斜し
て形成されていることから、反射板１６〜４６により反
射された円偏波成分は低仰角方向に向けて放射されるよ
うになる。これにより、本発明の第２の実施の形態にか
かるクロスダイポールアンテナ１１は、低仰角における
放射特性を改善することができる。このように、第２の
実施の形態にかかるクロスダイポールアンテナ１１にお
いては、反射板１６〜４６により低仰角における放射特
性を改善しているので、無給電素子３ａ〜３ｈを省略し
て構成するようにしてもよい。

【００３５】ところで、本発明のクロスダイポールアン
テナの第１の実施の形態および第２の実施の形態におい
ては、同軸セミリジッドケーブルによりダイポールエレ
メントを励振しているため、不平衡回路（同軸セミリジ
ッドケーブル）を平衡回路（ダイポールエレメント）に
変換する平衡−不平衡回路が備えられている。平衡−不
平衡回路のいくつかの回路を図８（ａ）〜（ｄ）に示
す。ただし、これらの平衡−不平衡回路は、従来より用
いられている回路であるのでその動作原理の説明は省略
する。図８（ａ）に示す平衡−不平衡回路は、本発明の
クロスダイポールアンテナにおける第１の実施の形態お
よび第２の実施の形態において採用されている平衡−不
平衡回路である。すなわち、同軸セミリジッドケーブル
４ａ，４ｃは同軸ケーブルｃ１に相当し、ショートポー
ル４ｂ，４ｄは短絡線ｓ１に相当し、ダイポールエレメ
ント２ａ，２ｃはダイポールエレメントｅ１に相当し、
ダイポールエレメント２ｂ，２ｄはダイポールエレメン
トｅ２に相当している。

【００３６】本発明のクロスダイポールアンテナでは、
図８（ａ）に示す平衡−不平衡回路に限らず図８（ｂ）
（ｃ）（ｄ）に示す平衡−不平衡回路を採用するように
してもよい。以下、図８（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す平衡
−不平衡回路を簡単に説明する。図８（ｂ）に示す平衡
−不平衡回路は、ダイポールエレメントｅ１１，ｅ１２
がＬ字状に折曲され、折曲された端部間が接続されてア
ースに短絡されている。端部間を接続した位置から長さ
ｔの位置に同軸ケーブルｃ１１の外被導体が一方のダイ
ポールエレメントｅ１２に接続され、その中心導体ｃ１
２が他方のダイポールエレメントｅ１１に接続されてい
る。長さｔを調節することにより平衡となるよう調整を
行うことができる。

【００３７】図８（ｃ）に示す平衡−不平衡回路は、ダ
イポールエレメントｅ２１，ｅ２２のそれぞれが、アー
スに短絡されている約λ／４の長さの短絡線ｃ２２，ｃ
２３の先端に接続されている。さらに、ダイポールエレ
メントｅ２１，ｅ２２を励振するための同軸ケーブルｃ
２１の外被導体が一方の短絡線ｃ２２の先端に接続さ
れ、その中心導体ｃ２４が他方の短絡線ｃ２３の先端に
接続されている。図８（ｄ）に示す平衡−不平衡回路
は、ダイポールエレメントｅ３１，ｅ３２を励振するた
めの同軸ケーブルｃ３１の先端から約λ／４の位置の外
被導体に、長さλ／４のシュペルトップｂ１の下端が接
続されている。そして、ダイポールエレメントｅ３１が
同軸ケーブルｃ３１の外被導体の先端に接続され、ダイ
ポールエレメントｅ３２が同軸ケーブルｃ３１の中心導
体の先端に接続されている。なお、シュペルトップｂ１
の先端は解放されている。

【００３８】なお、上記の説明ではダイポールエレメン
ト２ａ〜ダイポールエレメント２ｄおよび無給電素子３
ａ〜３ｈは板状に形成されているとしたが、これに替え
て棒状やパイプ状の線状素子としてもよい。また、同軸
セミリジッドケーブル４ａ，４ｃおよびショートポール
４ｂ，４ｄと、ダイポールエレメント２ａ〜ダイポール
エレメント２ｄとの接続は、ハンダ付けや溶接により行
うことができる。さらに、ダイポールエレメント２ａ〜
ダイポールエレメント２ｄは図１０に示すような逆Ｕ字
形としたが、これに替えて、図９に示すような逆Ｖ字形
のエレメントとしてもよい。さらにまた、本発明のクロ
スダイポールアンテナ１（１１）は金属製とされていた
が、これに替えて樹脂表面にメッキ等により金属膜を形
成したもので形成するようにしてもよい。

【００３９】さらにまた、本発明のクロスダイポールア
ンテナ１（１１）における絶縁スペーサには、無給電素
子を絶縁して反射板に取り付けられる高さが最小限必要
とされていると共に、無給電素子が導波器として作用す
る任意の高さとすることができる。従って、本発明のク
ロスダイポールアンテナ１における絶縁スペーサ５ａ〜
５ｈの高さＨ１は約０．０４λに限るものではないと共
に、本発明のクロスダイポールアンテナ１１における絶
縁スペーサ１５ａ〜１５ｈの高さＨ２は約０．１５λに
限るものではない。さらにまた、本発明のクロスダイポ
ールアンテナ１（１１）は、衛星通信システム用アンテ
ナに限らず、車載用アンテナ、船舶用アンテナ、航空機
用アンテナ等の円偏波を使用する通信システム用のアン
テナに適用することができるものである。

【００４０】

【発明の効果】上記説明したように本発明のクロスダイ
ポールアンテナは、略直交配置された第１のダイポール
アンテナと第２のダイポールアンテナとの周囲に配置さ
れると共に、前記反射板から起立して複数の無給電素子
を設けるようにしたので、低仰角においてゲインの低下
を抑制することができると共に、円偏波の軸比特性を大
幅に改善することができる。すなわち、無給電素子が導
波器として作用して、低仰角の方向のアンテナ特性を改
善することができる。さらに、反射板を中央部より周縁
部が下に位置するように下方へ傾斜させて形成するよう
にしても、低仰角においてゲインの低下を抑制すること
ができると共に、円偏波の軸比特性を大幅に改善するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクロスダイポールアンテナの第１の実
施の形態の構成を示す平面図である。

【図２】本発明のクロスダイポールアンテナの第１の実
施の形態の構成を示す正面図である。

【図３】本発明のクロスダイポールアンテナの第１の実
施の形態における垂直面内の指向特性を示す図である。

【図４】本発明のクロスダイポールアンテナの第２の実
施の形態の構成を示す平面図である。

【図５】本発明のクロスダイポールアンテナの第２の実
施の形態の構成を示す正面図である。

【図６】本発明のクロスダイポールアンテナの第２の実
施の形態における反射板の構成例を示す図である。

【図７】本発明のクロスダイポールアンテナの第２の実
施の形態における垂直面内の指向特性を示す図である。

【図８】本発明のクロスダイポールアンテナの実施の形
態に採用することのできる平衡−不平衡回路の例を示す
図である。

【図９】逆Ｖ字形ダイポールアンテナを用いて構成した
従来のクロスダイポールアンテナの概略構成を示す図で
ある。

【図１０】逆Ｕ字形ダイポールアンテナを用いて構成し
た従来のクロスダイポールアンテナの概略構成を示す図
である。

【図１１】逆Ｕ字形ダイポールアンテナを用いて構成し
た従来のクロスダイポールアンテナの詳細構成を示す平
面図である。

【図１２】逆Ｕ字形ダイポールアンテナを用いて構成し
た従来のクロスダイポールアンテナの詳細構成を示す正
面図である。

【図１３】逆Ｕ字形ダイポールアンテナを用いて構成し
た従来のクロスダイポールアンテナの垂直面内の指向特
性を示す図である。

【符号の説明】

１，１１ クロスダイポールアンテナ ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ ダイポールエレメント ２ｅ，２ｆ 中心導体 ３ａ〜３ｈ 無給電素子 ４ａ，４ｃ 同軸セミリジッドケーブル ４ｂ，４ｄ ショートポール ５ａ〜５ｈ，１５ａ〜１５ｈ 絶縁スペーサ ６，１６，２６，３６，４６ 反射板 ７ 位相遅延回路 ８ 給電部 １００，２００，３００ クロスダイポールアンテナ １０２ａ〜１０２ｄ，２０２ａ〜２０２ｄ，３０２ａ，
３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ ダイポールエレメント １０６，２０６，３０６ 反射板 ３０２ｅ，３０２ｆ 中心導体 ３０４ａ，３０４ｃ 同軸セミリジッドケーブル ３０４ｂ，３０４ｄ ショートポール ３０７ 位相遅延回路 ３０８ 給電部 ｂ１ シュペルトップ ｃ１，ｃ１１，ｃ２１，ｃ３１ 同軸ケーブル ｃ１２，ｃ２４ 中心導体 ｃ２２，ｃ２２，ｃ２３，ｓ１ 短絡線 ｅ１，ｅ２，ｅ１１，ｅ１２，ｅ２１，ｅ２２，ｅ３
１，ｅ３２ ダイポールエレメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平12−124733（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−299925（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−133805（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−98019（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−90113（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−94940（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−126150（ＪＰ，Ａ) 特開2002−271134（ＪＰ，Ａ) 米国特許3742510（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 19/17 H01Q 9/16 - 9/44 H01Q 21/06

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射板と、 該反射板上に所定間隔を持って配置された第１のダイポ
   ールアンテナと、 上記反射板上に所定間隔を持って上記第１のダイポール
   アンテナに略直交するように配置された第２のダイポー
   ルアンテナと、 前記第１のダイポールアンテナと前記第２のダイポール
   アンテナとの周囲に配置されると共に、前記反射板から
   起立して配置された複数の無給電素子と、 を備えることを特徴とするクロスダイポールアンテナ。
2. 【請求項２】 前記第１のダイポールアンテナと前記第
   ２のダイポールアンテナとが、前記反射板へ向かって折
   曲されて構成されていることを特徴とする請求項１記載
   のクロスダイポールアンテナ。
3. 【請求項３】 前記無給電素子が、絶縁体スペーサを介
   して前記反射板上に固着されていることを特徴とする請
   求項１記載のクロスダイポールアンテナ。
4. 【請求項４】 中央部が周縁部より突出するように反射
   面が傾斜されて形成されている反射板と、 該反射板上に所定間隔を持って配置された第１のダイポ
   ールアンテナと、 上記反射板上に所定間隔を持って上記第１のダイポール
   アンテナに略直交するように配置された第２のダイポー
   ルアンテナと、 を備えることを特徴とするクロスダイポールアンテナ。
5. 【請求項５】 前記第１のダイポールアンテナと前記第
   ２のダイポールアンテナとが、前記反射板へ向かって折
   曲されて構成されていることを特徴とする請求項４記載
   のクロスダイポールアンテナ。
6. 【請求項６】 前記第１のダイポールアンテナと前記第
   ２のダイポールアンテナとの周囲に配置されると共に、
   前記反射板から起立して配置された複数の無給電素子と
   を、さらに備えることを特徴とする請求項４記載のクロ
   スダイポールアンテナ。
7. 【請求項７】 前記無給電素子が、絶縁体スペーサを介
   して前記反射板上に固着されていることを特徴とする請
   求項６記載のクロスダイポールアンテナ。