JP3669331B2

JP3669331B2 - 送受信共用アンテナ装置

Info

Publication number: JP3669331B2
Application number: JP2001566219A
Authority: JP
Inventors: 博梶川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2020-03-06
Also published as: EP1182729A1; CN1354899A; WO2001067551A1

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は、衛星通信や地上通信を行う携帯端末に用いられる送受信共用アンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
第４図は、従来の携帯端末用の送受信アンテナ装置である。第４図において、１は円偏波動作する４線巻きの送信用ヘリカルアンテナであり、２は同様に円偏波動作する４線巻きの受信用ヘリカルアンテナである。３は送信用ヘリカルアンテナ１へ給電する分配器であり、４は送信信号を出力する高出力増幅器等から構成される送信機である。５は受信用ヘリカルアンテナ２で受信した受信信号を合成する合成器であり、６は低雑音増幅器等から構成される受信機である。
【０００３】
この従来の送受信アンテナ装置における送受信の動作について説明する。送信系の送信信号は、送信機４において不要波除去及び高出力増幅等された後、分配器３へ入力される。この送信信号は、分配器３における遅延動作により０°、９０°、１８０°、２７０°の位相差を有する４つの信号に分配され、４線巻きの送信用ヘリカルアンテナ１に入力される。ここで、分配器３の４つの出力端から送信用ヘリカルアンテナ１までの給電線の線路長は各４線とも同じ長さであり、さらに送信用ヘリカルアンテナ１の各アンテナ素子ともに線路長を同じ長さとする。送信波の波長をλ１とすると、各アンテナ素子の長さをλ１／４、３λ１／４、・・・のいずれかにすることにより各アンテナ素子は送信周波数で共振し、上記の位相差により円偏波信号を送信することができる。また、受信系における合成器５は受信用ヘリカルアンテナ２の４巻線により受信した円偏波信号を０°、９０°、１８０°、２７０°の位相差を設けて合成している。受信波の波長をλ２とすると、受信用ヘリカルアンテナ２の各アンテナ素子の長さをλ２／４、３λ２／４、・・・のいずれかにすることにより各アンテナ素子は受信周波数で共振し、上記の位相差を設けた合成により円偏波信号を受信することができる。
【０００４】
送受信の周波数が異なっていても周波数が近ければ、送受信双方の帯域をカバーする帯域で利得を有する送受信共用ヘリカルアンテナを構成できる。しかし、送受信の周波数が離れている場合や、送受信における利得を最適化したい場合には、２つのヘリカルアンテナを送信用と受信用とにそれぞれ設け、各ヘリカルアンテナのアンテナ素子の長さを送信又は受信の周波数に合う物理寸法に設定する必要がある。
【０００５】
また、昨今では各種の地上セルラー通信システムや人口衛星を利用した衛星携帯電話システムなどが開発され、１台の携帯端末で複数の通信事業体との間で通信を行うようなデュアルモード或いはマルチモードの携帯端末が開発されるに至っている。携帯端末が送受信する電波の周波数は通信システムにより個々に定められており、例えば２つの通信システムとの間で通信する携帯端末の場合、送受信するために４つの周波数に対応するアンテナが必要となる。
【０００６】
上記のように、従来の携帯端末用アンテナ装置では、送受信の周波数が離れている場合や、アンテナ利得を最適化する場合には、送信用と受信用にそれぞれヘリカルアンテナを設ける必要があり、携帯端末が大型化するという問題があった。また、複数の通信システムとの間で送受信を行う携帯端末においても、これらの通信システムとの間で送受信するためには、複数のヘリカルアンテナが必要であり、同様に携帯端末の大型化を招くという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、周波数が異なる複数の電波に共用して使用するヘリカルアンテナにより構成される携帯端末用の送受信共用アンテナ装置を提供するものである。
【発明の開示】
【０００８】
本発明に係る送受信共用アンテナ装置は、送受信に共用するヘリカルアンテナと、このヘリカルアンテナのアンテナ素子への給電線路に設けたバラクタダイオードと、このバラクタダイオードへ印加する逆バイアス電圧を送信時と受信時において切換え、ヘリカルアンテナにより送受信する信号の周波数帯域を切換えるバイアス電圧切換手段とを備えるようにしている。従って、送信時と受信時において共用するヘリカルアンテナの共振周波数を変化させることが可能となり、送信時及び受信時におけるアンテナの周波数特性を向上することができる。
また、バラクタダイオードは、そのカソード側をヘリカルアンテナのアンテナ素子側に設け、上記バイアス電圧切換手段は、バラクタダイオードのカソード側に設けたコイルを介して逆バイアス電圧を供給するようにしている。
従って、給電線路と電圧入力端子との間にコイルを介在させることにより、電圧入力端子側とヘリカルアンテナとの整合をとることができ、給電線路を伝播する送受信信号の損失を小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明に係る送受信共用アンテナ装置は、円偏波信号の送受信に共用する４線巻きのヘリカルアンテナと、送信信号から４分配した信号を生成し、第１の遅延線路により４分配した信号に位相差を生じさせ、かつヘリカルアンテナからの受信信号を第２の遅延線路を介して合成する分配合成器と、ヘリカルアンテナと分配合成器との間に設けたバラクタダイオードと、このバラクタダイオードへ印加する逆バイアス電圧を送信時と受信時において切換え、ヘリカルアンテナにより送受信する信号の周波数帯域を切換えるバイアス電圧切換手段とを備える。従って、円偏波信号の送受信に共用するヘリカルアンテナについても、送信時と受信時の共振周波数を変化させることが可能となり、送信時及び受信時におけるアンテナの周波数特性を向上することができる。
【００１１】
また、本発明に係る送受信共用アンテナ装置は、円偏波信号の送受信に共用する４線巻きのヘリカルアンテナと、送信信号から４分配した信号を生成し、遅延線路により４分配した信号に位相差を生じさせ、かつヘリカルアンテナからの受信信号を遅延線路を介して合成する分配合成器と、ヘリカルアンテナの各アンテナ素子毎に分配合成器との間に設けた４個のバラクタダイオードと、この４個のバラクタダイオードへ印加する逆バイアス電圧を送信時と受信時において切換え、ヘリカルアンテナにより送受信する信号の周波数帯域を切換えるバイアス電圧切換手段とを備え、バイアス電圧切換手段によって送信時又は受信時に印加する逆バイアス電圧がアンテナ素子毎に異なるものである。従って、円偏波信号の送受信に共用するヘリカルアンテナについても、送信時と受信時の共振周波数を変化させることが可能となり、送信時及び受信時におけるアンテナの周波数特性を向上することができる。
【００１２】
また、本発明に係る送受信共用アンテナ装置は、送受信に共用するヘリカルアンテナと、このヘリカルアンテナのアンテナ素子への給電線路と接地点との間に設けたバラクタダイオードと、このバラクタダイオードへ印加する逆バイアス電圧を送信時と受信時において切換え、ヘリカルアンテナにより送受信する信号の周波数帯域を切換えるバイアス電圧切換手段とを備える。従って、送信時と受信時において、バラクタダイオードとヘリカルアンテナとの間の整合によりアンテナの共振周波数を変化させることが可能となり、送信時及び受信時におけるアンテナの周波数特性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
第１図は本発明の実施の形態１に係る送受信共用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。７は送受信において共用するヘリカルアンテナであり、８はヘリカルアンテナ７への給電線路上に設けたバラクタダイオードである。このバラクタダイオード８は、ヘリカルアンテナ７の各アンテナ素子毎に設けられており、アンテナ素子側をカソードにして直列接続する。９は第１の電圧入力端子、１０は第２の電圧入力端子であり、１１は電圧入力端子９及び電圧入力端子１０を切換えるスイッチである。１２はバラクタダイオード８のカソード側に接続した抵抗器であり、この抵抗器の他端はスイッチ１１に接続されている。１３はバラクタダイード８のアノード側に接続した抵抗器である。１４はヘリカルアンテナ７へ給電する分配合成器、１５はサーキュレータ、１６は高出力増幅器等から構成される送信機、１７は低雑音増幅器等から構成される受信機である。
【００１４】
送信信号は送信機１６にて不要波除去及び高出力増幅等されて、サーキュレータ１５を介して分配合成器１４へ入力される。サーキュレータ１５により送信信号の受信機１７への回り込みが防止されている。送信信号は、分配合成器１４によりヘリカルアンテナ７のアンテナ素子数に合わせて必要数の給電信号に分配され、給電線路を介してヘリカルアンテナ７へ給電される。第１図の場合には４分配されている。一方、ヘリカルアンテナ７からの受信信号は分配合成器１４により合成し、サーキュレータ１５を介して受信機１７へ入力され低雑音増幅等を行い、図示しない信号処理部等へ入力される。サーキュレータ１５により受信信号の送信機１６への回り込みが防止されている。
【００１５】
分配合成器１４によって分配された送信信号は、バラクタダイオード８を介してヘリカルアンテナ７の各アンテナ素子へ給電する。バラクタダイオード８のアノードとカソードとの間には、スイッチ１１を介して電圧入力端子９又は電圧入力端子１０からの逆バイアス電圧が印加される。この逆バイアス電圧の値に応じてバラクタダイオード８のコンデンサ容量が変化する。ヘリカルアンテナ７の共振周波数は、このバラクタダイオード８のコンデンサ容量と、ヘリカルアンテナ７の各アンテナ素子の電気長とによって決定されるから、上記のようにコンデンサ容量が変化すると共振周波数も変化する。電圧入力端子９及び電圧入力端子１０からの印加電圧を互いに異なるものとし、スイッチ１１によって切換えることにより送受信において異なる周波数に共振するアンテナを構成することができる。例えば、送信ゲート時には、電圧入力端子９からスイッチ１１を介してバラクタダイオード８へ逆バイアス電圧を印加し、受信ゲート時には、電圧入力端子１０からスイッチ１１を介してバラクタダイオード８へ逆バイアス電圧を印加するようにスイッチ１１を切換える。この受信の際にも上記の送信の場合と同様に、バラクタダイオード８のアノードとカソードとの間に印加された電圧入力端子１０からの逆バイアス電圧により、このアンテナが受信する共振周波数が決まる。ヘリカルアンテナ７によって受信した受信信号は、分配合成器１４で合成された後、サーキュレータ１５を介して受信器１７へ入力する。
【００１６】
ここで、抵抗器１２はバラクタダイオード８に逆バイアス電圧を供給し、かつ伝送ラインのインピーダンスに対して十分にインピーダンスを高くして信号の損失を小さくするために設けられる。また、抵抗１３はバラクタダイオード８のアノードとカソードとの間の電位差を生じさせるためにアノード側を接地し、かつ伝送ラインのインピーダンスに対して十分にインピーダンスを高くして信号の損失を小さくするために設けられている。
【００１７】
第１図においては、バラクタダイオード８への逆バイアス電圧を印加するための電圧供給回路に抵抗器１２及び抵抗器１３を用いたが、これらの抵抗器をコイルに置き換えてもよい。このようにコイルを使用することによって、バイアス印加用に設けた電圧供給回路及びアノード接地回路と、ヘリカルアンテナ素子各々との間で整合をとることができ、アンテナ放射効率を高めることができる。ここにいう電圧供給回路とは、第１図において電圧入力端子９、電圧入力端子１０、スイッチ１１、抵抗器１２からなる回路であり、アノード接地回路とは、抵抗器１３による回路のことである。
【００１８】
なお、第１図はヘリカルアンテナ７が４線巻きの場合を例示しており、このヘリカルアンテナ７を２線巻きヘリカルアンテナとしても、この実施の形態を上記の回路によって同様に構成することができる。２線巻きヘリカルアンテナを用いた場合には、アンテナ素子数が減ることにより、各アンテナ素子に接続するバラクタダイオード８の数量を減らすことができ、アンテナ装置を小型化することができる。
【００１９】
実施の形態２．
第２図は本発明の実施の形態２に係る送受信共用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。第２図において１８は、内部に遅延回路を有する分配合成器であり、図の場合には０°、９０°、１８０°、２７０°の位相差を生じる遅延回路を備えるものである。その他、第２図において第１図と同一符号を付した回路は、実施の形態１における第１図に示す回路の同一又は相当部分を示す。
【００２０】
この実施の形態の特徴は、円偏波を形成するために上記のように分配合成器１８においてヘリカルアンテナ７へ供給する送信信号を４分配し、この４分配された信号に０°、９０°、１８０°、２７０°の位相差を与える点である。また受信信号は、位相差を有する遅延回路を介して分配合成器１８において合成する点に特徴がある。送受信において異なる周波数を使用する場合、このような位相差を与える回路を有すると、例えば送信時の周波数に合わせて分配合成器１８内の遅延回路を設けると、受信時には、周波数が異なるために合成された信号の位相が揃わず、受信信号に位相誤差が生じてしまう。
【００２１】
円偏波信号を送受信するヘリカルアンテナ装置において、遅延回路上での送受信における位相誤差を低減するためには、分配合成器１８内に送信信号を通過させる遅延線路と、受信信号を通過させる遅延線路とを別々に設ければ良い。このように構成すると、分配合成器１８内の遅延回路が大きくなるが、位相誤差の問題は解消する。
【００２２】
また、分配合成器１８内の遅延回路が大きくならないように送受信信号を通過させる遅延線路を共用する場合、バラクタダイオード８に与える逆バイアス電圧を各アンテナ素子において異なる値とすることによって送受信信号の位相誤差を低減することができる。分配合成器１８内の遅延回路は、送受信において共用とし、送受信信号のうち一方、例えば送信信号に対して分配後の位相差が０°、９０°、１８０°、２７０°となる遅延線路により構成する。したがって、この遅延線路により受信信号を合成すると、送受信信号の周波数が異なるので、位相が揃わない。この位相のずれ分を補正するために、ヘリカルアンテナ７の各アンテナ素子に対応する４つのバラクタダイオード８へ印加する逆バイアス電圧をそれぞれ異なる値に設定し、４つのバラクタダイオード８のコンデンサ容量をそれぞれ異なる値にする。上記の例では、送信時に４つの位相差が０°、９０°、１８０°、２７０°となるように遅延回路を設けるので、送信時の逆バイアス電圧、例えば電源入力端子９の値は４つのバラクタダイオード８で同じ値に設定する。受信時には位相誤差を補正すべく、４つのバラクタダイオード８に印加する４つの電源入力端子１０の値を異なる値に設定する。
【００２３】
このようにバラクタダイオード８のコンデンサ容量をヘリカルアンテナ８の各アンテナ素子で異なる値とすると、共振周波数が若干ずれることとなる。バラクタダイオード８のコンデンサ容量を変化させずに異なる周波数の送信信号と受信信号とを送受信した場合に比較して、共振周波数のずれが小さくなるようにする。
【００２４】
実施の形態３．
第３図は本発明の実施の形態３に係る送受信共用アンテナの構成を示すブロック図である。第３図において、１９はヘリカルアンテナ７への給電線に直列接続した容量性素子である。２０は容量性素子１９のヘリカルアンテナ７側において、給電線と接地点との間に接続したバラクタダイオードである。その他、第３図において第１図と同一符号を付した回路は、実施の形態１における第１図に示す回路の同一又は相当部分を示す。
【００２５】
バラクタダイオード２０のカソードとアノードとの間には、スイッチ１１を介して、電圧入力端子９及び電圧入力端子１０からの逆バイアス電圧が印加される。この逆バイアス電圧により、バラクタダイオード２０のコンデンサ容量が変化し、このコンデンサ容量とヘリカルアンテナ７の各アンテナ素子との間の整合によって、アンテナの共振周波数が変化し送信周波数或いは受信周波数を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る送受信共用アンテナ装置の構成を示すブロック図である（実施の形態１）。
【図２】本発明に係る送受信共用アンテナ装置の構成を示すブロック図である（実施の形態２）。
【図３】本発明に係る送受信共用アンテナ装置の構成を示すブロック図である（実施の形態３）。
【図４】従来のアンテナ装置の構成を示すブロック図である。

Claims

円偏波信号の送受信に共用する４線巻きのヘリカルアンテナと、送信信号から４分配した信号を生成し、第１の遅延線路により上記４分配した信号に位相差を生じさせ、かつ上記ヘリカルアンテナからの受信信号を第２の遅延線路を介して合成する分配合成器と、上記ヘリカルアンテナと上記分配合成器との間に設けたバラクタダイオードと、このバラクタダイオードへ印加する逆バイアス電圧を送信時と受信時において切換え、上記ヘリカルアンテナにより送受信する信号の周波数帯域を切換えるバイアス電圧切換手段とを備えたことを特徴とする送受信共用アンテナ装置。
円偏波信号の送受信に共用する４線巻きのヘリカルアンテナと、送信信号から４分配した信号を生成し、遅延線路により上記４分配した信号に位相差を生じさせ、かつ上記ヘリカルアンテナからの受信信号を上記遅延線路を介して合成する分配合成器と、上記ヘリカルアンテナの各アンテナ素子毎に上記分配合成器との間に設けた４個のバラクタダイオードと、この４個のバラクタダイオードへ印加する逆バイアス電圧を送信時と受信時において切換え、上記ヘリカルアンテナにより送受信する信号の周波数帯域を切換えるバイアス電圧切換手段とを備え、上記バイアス切換手段によって、送信時又は受信時に印加する逆バイアス電圧がアンテナ素子毎に異なることを特徴とする送受信共用アンテナ装置。