JP4133665B2

JP4133665B2 - 複合アンテナ

Info

Publication number: JP4133665B2
Application number: JP2003283811A
Authority: JP
Inventors: 正太郎堀井
Original assignee: Ｄｘアンテナ株式会社
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: JP2005051683A

Description

本発明は、円偏波と直線偏波との電波をそれぞれ送受信することができる複合アンテナに関する。

上述したような複合アンテナは、例えば衛星デジタル音声放送システムにおいて使用されることがある。この衛星デジタル音声放送システムでは、放送衛星からデジタル音声放送番組を円偏波の電波によって送信する。この電波は、例えば自動車のような移動体において受信される。移動体が、例えば放送衛星からの電波を受信できない地域にあるときでも、デジタル放送番組を受信することができるように、地上局から同じ放送番組を直線偏波の電波で送信している。直線偏波を利用しているのは、円偏波の電波と同じ周波数を使用しているので、両電波が干渉することを防止するためである。このような円偏波の電波及び直線偏波の電波のいずれも受信できるようにするために、複合アンテナが使用されている。

この複合アンテナには、円偏波の電波を受信可能なクロスダイポールアンテナを反射板上に設け、この反射板上に、直線偏波の電波を受信可能なホイップアンテナを、クロスダイポールアンテナから離して設けたものがある（特許文献１）。

特開２００２−１００９２８号

しかし、特許文献１に開示された複合アンテナでは、クロスダイポールアンテナを使用しているので、その半値幅が狭く、約８０度乃至９０度しかなかった。しかも、同じ反射板上に離してクロスダイポールアンテナとホイップアンテナとを設けているので、ホイップアンテナの影響をクロスダイポールアンテナが受けて、水平面指向性に乱れが生じていたし、反射板の面積が大きくなっていた。

本発明は、円偏波用アンテナの半値幅が広く、しかも円偏波用アンテナの水平面指向性に乱れが生じにくく、更に、小型である複合アンテナを提供することを目的とする。

本発明の一態様の複合アンテナは、反射板と、この反射板の主表面上に描いた円周上に９０度間隔に位置するように前記反射板に一端が固定された第１乃至第４の導電性筒状体と、上記円周上の同一直径上に位置する第１及び第２の導電性筒状体の先端側に設けられた第１のダイポールアンテナと、上記直径と直交する直径上に位置する第３及び第４の導電性筒状体の先端側に設けられた第２のダイポールアンテナと、第１のダイポールアンテナの下方に１／４λ（λは送受信信号の中心波長）の間隔をあけてこれらと平行に第１及び第２の筒状体に設けられた第３のダイポールアンテナと、第２のダイポールアンテナの下方に前記１／４λの間隔を開けてこれら平行に第３及び第４の筒状体に設けられた第４のダイポールアンテナと、第１の導電性筒状体の内部に位置する中心導体が第２の導電性筒状体に接続され、第３の導電性筒状体の内部に位置する中心導体が第３の導電性筒状体に接続され、前記２つの中心導体を９０度の位相差で接続した給電回路と、前記円周の中心上に位置し、第１乃至第４の導電性筒状体と接するように前記反射板に一端が固定された第５の導電性筒状体と、第５の導電性筒状体の先端に設けられた直線偏波アンテナとを、具備するものである。

この複合アンテナでは、２組のクロスダイポールアンテナをいわゆるスタックアンテナとして使用しているので、その指向特性は、カージオイド型となる。従って、その半値幅が広くなる。また、直線偏波アンテナは、反射板上ではなく、クロスダイポールアンテナを挟んで反射板と反対側に位置しているので、クロスダイポールアンテナに余り影響を与えることがなく、円偏波アンテナの水平面指向特性に乱れがあまり生じない。さらに、直線偏波アンテナを設置するスペースを反射板上に確保する必要がないので、反射板を小型化することもできる。

上記の複合アンテナにおいて、前記各クロスダイポールアンテナの先端側に無給電素子をそれぞれ配置することもできる。無給電素子は、反射板と平行にかつ各クロスダイポールと直交するように各クロスダイポールの先端側に配置することができる。各無給電素子のうち、反射板に対して垂直な線分上に位置するもの同士は、この線分に沿う結合部によって結合することができる。

このように構成された複合アンテナでは、無給電素子を設けたことにより、円偏波アンテナの指向性が更に広くなる。

本発明の他の態様の複合アンテナは、反射板と、この反射板上に互いに直交するように取り付けられた第１及び第２のプリント基板と、第１のプリント基板における第２のプリント基板との交差部分の両側に先端側から前記反射板側まで伸びるように第１のプリント基板に第１及び第２の給電線を設け、第２のプリント基板における第１のプリント基板との交差部分の両側に先端側から前記反射板側まで伸びるように第２のプリント基板に第３及び第４の給電線を設け、第１及び第２の給電線の先端側に位置するように第１のプリント基板に第１のダイポールアンテナを設け、第３及び第４の給電線の先端側に位置するように第２のプリント基板に第２のダイポールアンテナを設け、第１のダイポールアンテナの下方に１／４λ（λは送受信信号の中心波長）の間隔をあけてこれらと平行に第１及び第２の給電線路に接続された状態で第１のプリント基板に第３のダイポールアンテナを設け、第２のダイポールアンテナの下方に前記１／４λの間隔をあけてこれらと平行に第３及び第４の給電線路に接続された状態で第２のプリント基板に第４のダイポールアンテナを設けた円偏波アンテナと、第１のプリント基板の先端側において反射板と反対側に突出した突出部に設けられた直線偏波アンテナとを、具備するものである。

このように構成すると、第１及び第２の基板を組み合わせるだけで、複合アンテナを製造することができ、複合アンテナの製造が容易になる。

更に、前記各クロスダイポールアンテナの第１及び第２のダイポールアンテナの先端間をほぼ繋ぐ環状に配置された絶縁体製の筒状部の内面に、前記各第１及び第２のダイポールアンテナに対応させて無給電素子を設けることもできる。

このように構成すると、無給電素子の取付も容易に行うことができ、更に製造が容易になる。

以上のように、本発明によれば、円偏波アンテナの半値幅を広くすることができる上に、円偏波アンテナの水平面指向性に乱れが生じにくく、しかも小型に複合アンテナを製造することができる。

本発明の第１の実施形態の複合アンテナは、上述したように、放送衛星からの円偏波の特定周波数、例えば超高周波、具体的には２．３ＧＨｚ帯の電波と、地上からの上記特定周波数の直線偏波の電波とを、受信するためのものである。この複合アンテナは、図１に示すように、反射板２を有している。反射板２は、板状、例えば矩形に形成されており、それの少なくとも一方の主表面が導電体、例えば金属によって形成されている。

この反射板２の上記主表面側に、複数組、例えば２組のクロスダイポールアンテナ４、６が設けられている。反射板２の一方の主表面には、４つの支持体８、１０、１２、１４が設けられている。これら支持体８、１０、１２、１４は、導電性の筒状体、例えば真鍮製の円筒状に形成されている。これらの長さ方向が、反射板２の主表面に対して垂直になるように一端部が反射板２に電気的及び機械的に固定されている。また、これら支持体８、１０、１２、１４は、反射板２の主表面上に描いた円周上に９０度間隔に位置するようにも配置されている。

これら支持体８、１０、１２、１４のうち、上述した円周上の同一直径上にある支持体８、１２の先端側、即ち反射板２から離れた端部側には、第１のダイポールアンテナ１６のエレメント１６ａ、１６ｂの一端、即ち給電端が固定されている。これらエレメント１６ａ、１６ｂは、反射板２の主表面に平行に配置され、それらの中途から先端側が反射板２側に折り曲げられている。これらエレメント１６ａ、１６ｂは、それらの長さが、約λ／４（λは、この複合アンテナによって受信しようとする電波の中心波長）に選択されている。

支持体８、１２と丁度９０度の間隔をなす支持体１０、１４の先端側、即ち反射板２から離れた端部側に、第２のダイポールアンテナ１８のエレメント１８ａ、１８ｂの一端部、即ち給電端が固定されている。これらエレメント１８ａ、１８ｂは、エレメント１６ａ、１６ｂが存在する、反射板２と平行な面上に、反射板２の主表面と平行に、かつエレメント１６ａ、１６ｂと直交するように配置されている。これらエレメント１８ａ、１８ｂの形状及び長さ寸法は、エレメント１６ａ、１６ｂと同様に構成されている。これら第１及び第２のダイポールアンテナ１６、１８によって１組のクロスダイポールアンテナ４が形成されている。

これらダイポールアンテナ１６、１８よりも反射板２に近い位置に、もう１組のクロスダイポールアンテナ６が配置されている。このクロスダイポールアンテナ６も第１及び第２のダイポールアンテナ２０、２２からなる。第１のダイポールアンテナ２０は、エレメント２０ａ、２０ｂからなり、これらエレメント２０ａ、２０ｂは、第１のダイポールアンテナ１６のエレメント１６ａ、１６ｂと上方から見たときに重なるように配置されている。同様に第２のダイポールアンテナ２２は、エレメント２２ａ、２２ｂからなり、これらエレメント２２ａ、２２ｂも上方から見たときに第２のダイポールアンテナ１８のエレメント１８ａ、１８ｂと重なるように配置されている。

これら２組のクロスダイポールアンテナ４、６は、約λ／４の間隔を隔てて位置している。即ち、２組のクロスダイポールアンテナ４、６は、反射板２の主表面に対して垂直な方向に沿って約λ／４の間隔をあけて配置されている。

支持体８、１０では、その内部に中心導体８ａ、１０ａが誘電体によって包囲されてそれぞれ設けられている。この支持体８、１０と中心導体８ａ、１０ａによって同軸給電線路が形成されている。中心導体８ａは、支持体１２に結合され、中心導体１０ａは支持体１４に結合されている。これら中心導体８ａ、１０ａは、反射板２の他方の主表面側で、所定の位相差、例えば９０度の位相差を持つ線路を介して接続されている。

これらクロスダイポールアンテナ４、６の各エレメント１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂの先端側には、それぞれ無給電素子２４ａ乃至２４ｄ、２６ａ乃至２６ｄが設けられている。

無給電素子２４ａ乃至２４ｄは、図２に示すように、エレメント１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂの先端よりも幾分外方に、反射板２の主表面と平行な平面上に描いた円周上に、各エレメント１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂと対応するように、上記円周に沿って配置されている。これら無給電素子２４ａ乃至２４ｄは、約λ／８の長さを有する導電体である。

無給電素子２６ａ乃至２６ｄは、エレメント２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂの先端よりも幾分外方に、反射板２の主表面と平行な平面上に描いた円周（この円周は、各エレメント１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂが位置する円周と重なりあう）上に、各エレメント２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂと対応するように、上記円周に沿って配置されている。これら無給電素子２６ａ乃至２６ｄは、約λ／４の長さを有する導電体である。

これら無給電素子２４ａ乃至２４ｄ及び２６ａ乃至２６ｄのうち、対応するものは、導電性を有する結合体２８ａ乃至２８ｄによって結合され、これら結合体２８ａ乃至２８ｄは、反射板２の主表面に固定されている。

これら２組のクロスダイポールアンテナ４、６によって、例えば放送衛星から送信される円偏波の電波を受信する円偏波アンテナが構成されている。また、無給電素子２４ａ乃至２４ｄ、２６ａ乃至２６ｄによって、この円偏波アンテナの特性が調整されている。

各支持体８、１０、１２、１４に囲われた円周の中央には、別の支持体３０が設けられている。この支持体３０も、導電性の筒状体、例えば真鍮製の円筒状に形成されている。この支持体３０の長さ方向が反射板２の主表面に対して垂直となるように支持体３０は配置されている。支持体３０の一端部が反射板２に電気的及び機械的に固定されている。この支持体３０の他端は、他の支持体８、１０、１２、１４の他端よりも反射板２から離れた位置にある。この支持体３０の内部には、誘電体によって包囲された中心導体３０ａが配置されている。支持体３０と中心導体３０ａとによって、同軸給電線路が形成されている。この中心導体３０ａは、支持体３０ａの他端から突出しており、この突出端部には、直線偏波アンテナ、例えばホイップアンテナ３２が結合されている。このホイップアンテナ３２は、λ／２の長さを有するもので、その長さ方向が反射板２に垂直な方向に沿うように配置されている。このホイップアンテナ３２の一方の端部が中心導体３０ａに接続され、このホイップアンテナ３２の支持と給電とが行われている。このホイップアンテナ３２によって水平偏波の電波が受信される。

このように構成された複合アンテナの円偏波アンテナの垂直面指向特性を図３に示す。この複合アンテナでは、２組のダイポールアンテナ４、６をλ／４の間隔を隔ててスタック状に配置しているので、これら両アンテナ４、６の合成された水平面指向特性は、いわゆるカージオイド特性を示す。図３から明らかなように、この複合アンテナでは、半値幅が点線で示すように約１２０度もある。１組のクロスダイポールアンテナのみを使用した場合では、通常、半値幅は８０度乃至９０度である。また、図示していないが、２組のダイポールアンテナをスタック状に構成しただけの場合には、半値幅は約１００度乃至１１０度である。スタック状に構成することによって、半値幅は大きくなっているが、無給電素子２４ａ乃至２４ｄ、２６ａ乃至２６ｄを設けることによって、更に半値幅が広がっている。

また、この複合アンテナでは、直線偏波受信用にホイップアンテナ３２が設けられている。このホイップアンテナ３２は、クロスダイポールアンテナ４、６の先端部の側方ではなく、クロスダイポールアンテナ４、６を挟んで反射板２と対向するように配置されているので、ホイップアンテナ３２を設置した影響によって、クロスダイポールアンテナ４、６の指向性が乱れることはない。図３においても、その影響は現れていない。

図４にホイップアンテナ３２の水平面指向特性を示す。この指向特性図からあきらかなように、このホイップアンテナ３２は、ほぼ無指向性を示しており、クロスダイポールアンテナ４、６の影響によって指向特性が乱れることはない。

図５に、この複合アンテナにおける円偏波アンテナのＶＳＷＲ対周波数特性を示す。図５から明らかなように、ＶＳＷＲは、２乃至３ＧＨｚの周波数帯全域においてほぼ１．３に近い値であり、最悪でも約１．７５である。

図６に、この複合アンテナにおける直線偏波アンテナのＶＳＷＲ対周波数特性を示す。図６から明らかなように、ＶＳＷＲは、使用周波数帯である２．３２ＧＨｚ乃至２．３５ＧＨｚにおいてほぼ１．１以下である。

図７乃至図９に第２の実施の形態の複合アンテナを示す。この複合アンテナは、図７に示すように、円偏波アンテナと直線偏波アンテナとを、複数枚の基板、例えば２枚のプリント基板によって構成し、かつ無給電素子も可撓性を有するフィルム上に形成したものである。

この複合、アンテナは、図８に示すように反射板１０２を有している。この反射板１０２は、板状、例えば円板状に形成され、その一方の主表面は導電性に形成されている。この反射板１０２の一方の主表面上に２枚のプリント基板２００、２０２が直交するように取り付けられている。プリント基板２００は、下辺と、この下辺の両側から下辺に直角に立ち上がった側辺と、これら側辺の先端から内側に下辺から離れる方向に傾斜している斜辺と、これら斜辺間を繋ぐ上辺とからなる六角形状に形成されている。上辺は下辺と平行である。

このプリント基板２００の両面において上辺の中央からそれぞれ上辺の両端を通って斜辺と側辺との接続点まで、ダイポールアンテナ１１６のエレメント１１６ａ、１１６ｂが形成されている。これらエレメント１１６ａ、１１６ｂと平行に、ダイポールアンテナ１２０のエレメント１２０ａ、１２０ｂが、プリント基板２００の両面の中途に形成されている。このエレメント１１６ａ、１２０ａ間の距離は、第１の実施の形態におけるエレメント１６ａ、２０ａ間の距離と同じである。エレメント１１６ａ、１２０ａは、プリント基板２００の一方の面の中央付近を通る給電線１０８によって結合され、エレメント１１６ｂ、１２０ｂは、同じくプリント基板２００の一方の面の中央付近を通る給電線１１２によって結合されている。両面にあるエレメント１１６ａはスルーホールによって結合されている。他のエレメント１１６ｂ、１２０ａ、１２０ｂも同様である。これら２つのダイポールアンテナ１１６、１２０の間には、２つの窓２０４が形成されている。プリント基板２００は、下辺に設けられた脚２０６によって反射板１０２に対して垂直に機械的に取り付けられると共に電気的にも接続されている。

他方のプリント基板２０２も、上辺上に台形状の突部２０８が形成されている以外、プリント基板２００と同一の大きさに形成されている。そして、ダイポールアンテナ１１８のエレメント１１８ａ、１１８ｂ、ダイポールアンテナ１２２のエレメント１２２ａ、１２２ｂが、エレメント１１６ａ、１１６ｂ、１２０ａ、１２０ｂと同様に形成されている。エレメント１１８ａ、１２２ａは給電線１１０によって結合され、エレメント１１８ｂ、１２２ｂは給電線１１４によって結合されている。また、給電線１１０、１１４の間には、プリント基板２００と２０２とを直交した状態で組み合わせるための溝２１０が形成されている。無論、窓２０４と同様な窓２１２と、脚２０６と同様な脚２１４も形成されている。図示していないが、各ダイポールアンテナ１１６、１１８、１２０、１２２間の接続は、第１の実施の形態におけるダイポールアンテナ１６、１８、２０、２２と同様に行われている。

突部２０８には、直線偏波用のホイップアンテナ１３２が形成されている。このホイップアンテナ１３２は、その長さ方向がプリント基板２０２の上辺及び下辺に垂直になるように形成されている。このホイップアンテナ１３２は、図示しない給電線を介して反射板１０２の下面側に設けた給電回路または受信回路に接続されている。各ダイポールアンテナ１１６、１１８、１２０、１２２も第１の実施の形態における各ダイポールアンテナと同様に反射板１０２の下面側で結合されている。

これらプリント基板２００、２０２を直交させて、反射板１０２に取り付けた状態では、ダイポールアンテナ１１６のエレメント１１６ａ、１１６ｂと、ダイポールアンテナ１１８のエレメント１１８ａ、１１８ｂが、互いの中央において直交するように反射板１０２と平行な１つの面内において交差し、これよりも下方の反射板１０２に平行な１つの面内において、ダイポールアンテナ１２０のエレメント１２０ａ、１２０ｂと、ダイポールアンテナ１２２のエレメント１２２ａ、１２２ｂとが、互いの中央において直交するように交差して、２組のスタック状のクロスダイポールアンテナを構成している。

この状態において、プリント基板２００、２０２の外方端に環状とされたフィルム２１６がプリント基板２００、２０２及び反射板１０２に取り付けられている。このフィルム２１６の内周面には、各ダイポールアンテナ１１６、１１８、１２０、１２２の各エレメント１１６ａ、１１６ｂ、１１８ａ、１１８ｂ、１２０ａ、１２０ｂ、１２２ａ、１２２ｂの先端に対応するように無給電素子１２４ａ乃至１２４ｄ、１２６ａ乃至１２６ｄ及びこれらの結合体１２８ａ乃至１２８ｄが、形成されている。これら無給電素子１２４ａ乃至１２４ｄ、１２６ａ乃至１２６ｄ及び結合体１２８ａ乃至１２８ｄは、図９に示すように、長尺のフィルム２１６の一方の面全域に形成された金属箔膜をエッチングすることによって形成されている。

なお、ダイポールアンテナ１１６、１１８、１２０、１２２の各エレメント１１６ａ、１１６ｂ、１１８ａ、１１８ｂ、１２０ａ、１２０ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、無給電素子１２４ａ乃至１２４ｄ、１２６ａ乃至１２６ｄの長さ寸法は、第１の実施の形態において対応するものと同等の長さに選択されている。

この複合アンテナも、第１の実施の形態の複合アンテナと同様に使用される。

上記の各実施の形態では、クロスダイポールアンテナには、それらエレメントが中途で折り曲げられたタイプのものを使用したが、これに限ったものではなく、各エレメントが完全に直線状のものを使用することもできる。また、上記の各実施の形態では、無給電素子を設けたが、これらを除去することもできる。上記の両実施の形態では、直線偏波アンテナとしてホイップアンテナを使用したが、これに限ったものではなく、直線偏波を受信可能であれば、他のアンテナを使用することもできる。

本発明の第１の実施形態の複合アンテナの部分省略斜視図である。図１の複合アンテナの平面図である。図１の複合アンテナが備える円偏波アンテナの垂直面指向特性図である。図１の複合アンテナが備える直線偏波アンテナの水平面指向特性図である。図１の複合アンテナが備える円偏波アンテナのＶＳＷＲ対周波数特性図である。図１の複合アンテナが備える直線偏波アンテナのＶＳＷＲ対周波数特性図である。本発明の第２の実施の形態の複合アンテナの斜視図である。図７の複合アンテナの組み立て図である。図７の複合アンテナにおいて使用するフィルムの正面図である。

符号の説明

２１０２反射板
４１０４６１０６クロスダイポールアンテナ（円偏波アンテナ）
３２１３２ホイップアンテナ（直線偏波アンテナ）

Claims

反射板と、
この反射板の主表面上に描いた円周上に９０度間隔に位置するように前記反射板に一端が固定された第１乃至第４の導電性筒状体と、
上記円周上の同一直径上に位置する第１及び第２の導電性筒状体の先端側に設けられた第１のダイポールアンテナと、
上記直径と直交する直径上に位置する第３及び第４の導電性筒状体の先端側に設けられた第２のダイポールアンテナと、
第１のダイポールアンテナの下方に１／４λ（λは送受信信号の中心波長）の間隔をあけてこれらと平行に第１及び第２の筒状体に設けられた第３のダイポールアンテナと、
第２のダイポールアンテナの下方に前記１／４λの間隔を開けてこれら平行に第３及び第４の筒状体に設けられた第４のダイポールアンテナと、
第１の導電性筒状体の内部に位置する中心導体が第２の導電性筒状体に接続され、第３の導電性筒状体の内部に位置する中心導体が第３の導電性筒状体に接続され、前記２つの中心導体を９０度の位相差で接続した給電回路と、
前記円周の中心上に位置し、かつ第１乃至第４の導電性筒状体と接するように前記反射板に一端が固定された第５の導電性筒状体と、
第５の導電性筒状体の先端に設けられた直線偏波アンテナとを、
具備する複合アンテナ。
請求項１記載の複合アンテナにおいて、前記第１乃至第４のダイポールアンテナの先端側に無給電素子をそれぞれ配置した複合アンテナ。
反射板と、
この反射板上に互いに直交するように取り付けられた第１及び第２のプリント基板と、
第１のプリント基板における第２のプリント基板との交差部分の両側に先端側から前記反射板側まで伸びるように第１のプリント基板に第１及び第２の給電線を設け、第２のプリント基板における第１のプリント基板との交差部分の両側に先端側から前記反射板側まで伸びるように第２のプリント基板に第３及び第４の給電線を設け、第１及び第２の給電線の先端側に位置するように第１のプリント基板に第１のダイポールアンテナを設け、第３及び第４の給電線の先端側に位置するように第２のプリント基板に第２のダイポールアンテナを設け、第１のダイポールアンテナの下方に１／４λ（λは送受信信号の中心波長）の間隔をあけてこれらと平行に第１及び第２の給電線路に接続された状態で第１のプリント基板に第３のダイポールアンテナを設け、第２のダイポールアンテナの下方に前記１／４λの間隔をあけてこれらと平行に第３及び第４の給電線路に接続された状態で第２のプリント基板に第４のダイポールアンテナを設けた円偏波アンテナと、
第１のプリント基板の先端側において反射板と反対側に突出した突出部に設けられた直線偏波アンテナとを、
具備する複合アンテナ。
第１乃至第４のダイポールアンテナの先端間をほぼ繋ぐ環状に配置された絶縁体製の筒状部の内面に、前記各第１乃至第４のダイポールアンテナに対応させて無給電素子が設けられた複合アンテナ。