JPH036904A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロストリップ共振器を用いて、マイク
ロ波帯の複数の信号を送信および受信するためのアンテ
ナ装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、人または移動する物体に応答装置を備え、この応
答装置と定置された質問装置との間でマイクロ波により
情報を交換するシステムが提案されている。そして、応
答装置に個人情報等をデータとして書き込めば、ゲート
等を管理する質問装置との情報交換において、応答装置
を一種のＩＤカードや通過許可証として機能させること
ができる。さらに、多品種少量生産を行なう製造工場等
において、生産工程にある半製品に仕様データを書き込
んだ応答装置を付し、各工程において定置された質問装
置で応答装置に仕様を問い合せ、この仕様に応じた作業
を行なわせるならば、電子的な仕様指示書として機能さ
せることができる。

ここで、応答装置を上述のＩＤカードや仕様指示書とし
て機能させる場合に、携帯や移動に対して商用交流電源
から駆動電源を供給することは不便であり、応答装置と
して電源を独自に確保し得ない場合がある。特に、ＩＤ
カード等として用いる場合には小型軽量でしかも長寿命
でなければならず、電池等の電源では寿命の点で満足し
得ない。

そこで、特開昭５１−３５９１１号公報と特開昭５８−
１５１７２２号公報および特開昭５８−８５１８３号公
報等に、応答装置に電源としての電池を必要としない通
信システムが提案されている。第５図に、従来の通信シ
ステムの一例の概要を示すブロック回路図を示す。

第５図において、質問装置１に、マイクロ波帯の第１の
周波数ｆｔ　　（例えば２４４０ＭＨｚ）を発振する第
１の発振回路２と、この第１の周波数ｆ、と僅かに周波
数が異なる第２の周波数ｆ２（例えば２４５５ＭＨｚ）
を発振する第２の発振回路３とが設けられる。そして、
第１の発振回路２から出力される第１の周波数ｆ、はア
ンプ４で増幅されて無変調のままでアンテナ５から例え
ば垂直偏波により第１の周波数ｆ、を搬送波とするエネ
ルギ波として応答装置６に向けて送信される。また、第
２の発振回路３から出力される第２の周波数ｆ２は、変
調回路７で質問信号により振幅変調され、さらにアンプ
８で増幅されてアンテナ９から水平偏波により第２の周
波数ｆ２を搬送波とする質問信号波として応答装置６に
向けて送信される。そして、質問装置１には、応答装置
℃から送信される第１の周波数ｆｌの第２高調波２ｆ１
を搬送波とする応答信号波を受信するアンテナｌＯが設
けられる。このアンテナｌＯて受信された応答信号波か
ら帯域通過フィルタ１１およびローノイズブロックダウ
ンコンバータ１２等を介して復調応答信号が復調される
。なお、質問装置１には、マイクロプロセッサ等（図示
せず）が内蔵され、受信復調された復調応答信号が質問
信号に対して適正であるか否かを識別し、またはこの復
調応答信号に応じた工程等を行なう動作信号を出力等さ
せる。

応答装置６は、アンテナ５から送信されるエネルギ波を
受信するアンテナ１３が設けられ、このアンテナ１３で
受信されたエネルギ波が整流回路１４と低域道通フィル
タ１５を介して直流電力子Ｂに変換出力される。この直
流電力が応答装置６の駆動電源として利用される。また
、アンテナ１３で受信されたエネルギ波は、ダイオード
等による逓倍回路１６で第２高調波２ｆ、に変換され、
帯域通過フィルタ１７を介して変調回路１８に応答信号
波の搬送波として与えられる。この変調回路１８で第２
高調波２ｆ、が応答信号により振幅変調され、アンテナ
１９から応答信号波として質問装置１に向けて送信され
る。また、応答装置６にアンテナ９から送信される質問
信号波を受信するアンテナ２０が設けられ、このアンテ
ナ２０で受信された質問信号波から検波回路２１と低域
阻、止フィルタ２２を介して復調質問信号が復調される
。なお、応答装置６にはマイクロプロセッサ等（図示せ
ず）が内蔵され、適宜な情報が記憶されていて、復調さ
れた復調質問信号に対応して適宜な応答信号が演算出力
される。

ところで、上記した質問装置１にあっては、応答装置６
が離れた距離にあっても確実に動作させるために、エネ
ルギ波の送信電力を大きなものとしたい。そこで、従来
の質問装置１にあっては、低誘電率（例えばε＝１０）
の誘電体基板上に例えば下記のごとくアンテナ５．９．
１０が形成される。すなわち、誘電体基板上に第１の周
波数ｆ。

を共振周波数とする複数のマイクロストリップ共振器が
配設され、これらを給電線で接続したアレイアンテナに
よりアンテナ５が形成される。また、同じ誘電体基板の
同じ面でアンテナ５の横側に配設された第２の周波数ｆ
２を共振周波数とするマイクロストリップ共振器により
アンテナ９が形成され、さらに同じ誘電体基板の同じ面
でアンテナ５の横側に配設された第２高調波２ｆ、を共
握周波数とするマイクロストリップ共振器によりアンテ
ナ１０か形成される。特に、アンテナ５は、アレイアン
テナによりアンテナ利得が大きくなるよう構成されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 上記した質問装置１の従来のアンテナ装置にあっては、
エネルギ波を大きな電力で応答装置６に送信できるが、
下記の理由により充分に通信可能な距離を長くすること
ができない。

すなわち、誘電体基板の同じ面にアンテナ５゜９、ＩＯ
が横に並べて配列されるために、アンテナ５．９．１０
の主ビームの中心軸が横にずれている。そこで、エネル
ギ波を強く受信すべく応答装置６のアンテナ１３をアン
テナ５の主ビームの中心軸上に配置するならば、応答装
置６は大きな電力を受信し得るが、応答装置６の小さい
スペースに配設されたアンテナ１９．２０は、質問装置
工の他のアンテナ９，１０の主ビームの中心軸からずれ
てしまう。このために、応答装置６で質問信号を強く受
信できず、また質問装置６で応答信号を強く受（３でき
ない。これは、特に主ビームの指向性が強い場合に、上
記の理由により１通信可能な距離が長くならない。

本発明は、上述のごとき従来のアンテナ装置の事情に鑑
みてなされたもので、複数のアンテナを主ビームの中心
軸が一致するように配置することで複数の信号を効率良
く送信および受信することのできるアンテナ装置を提供
することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） かかる目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は
、裏面にグランド板を配設した誘電体基板の表面に、第
１のマイクロストリップ共振器を複数個間隔を設けて配
設し、これらの複数の第１のマイクロストリップ共振器
を給電線で接続してアレイアンテナを形成し、前記誘電
体基板の同じ面で前記複数の第１のマイクロストリップ
共振器を配置した複数位置の中心に、第２のマイクロス
トリップ共振器を配置して構成されている。そして、前
記アレイアンテナは円偏波を放射し、前記第２のマイク
ロストリップ共振器は前記円偏波と逆方向に旋回する円
偏波を受信する円偏波アンテナに構成することもできる
。

また、本発明のアンテナ装置は、裏面にグランド板を配
設した誘電体基板の表面に、第１のマイクロストリップ
共振器を複数個間隔を設けて配置し、これらの複数の第
１のマイクロストリップ共振器を給電線で接続して第１
のアレイアンテナを形成し、前記誘電体基板の同じ面に
、第２のマイクロストリップ共振器を複数個間隔を設け
て配置し、これらの複数の第２のマイクロストリップ共
振器を給電線で接続して第２のアレイアンテナを形成す
るとともに、航記複数の第１のマイクロストリップ共振
器を配置した複数位置の中心に、萌記複数の第２のマイ
クロストリップ共振器を配置した複数位置の中心を一致
させるように構成しても良い。

（作用） 複数個の第１のマイクロストリップ共振器で形成された
アレイアンテナの中心に、第２のマイクロストリップ共
振器を配置したので、アレイアンテナと第２のマイクロ
ストリップ共振器の主ビームの中心軸が一致する。そし
て、アレイアンテナから放射される円偏波に対して、第
２のマイクロストリップ共振器を逆方向に旋回する円偏
波を受信する円偏波アンテナとすれば、アレイアンテナ
から放射された信号が第２のマイクロストリップ共振器
で吸収されることがない。

また、複数の第１のマイクロストリップ共振器で形成す
る第１のアレイアンテナの中心と、複数の第２のマイク
ロストリップ共振器で形成する第２のアレイアンテナの
中心を一致させるならば、第１と第２のアレイアンテナ
の主ビームの中心軸が−・致する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図ないし第４図を参照して
説明する。第１図は、本発明のアンテナ装置の一実施例
の平面図であり、第２図は、第１図の積層構造を示す部
分側面図であり、第３図は、第１図のアンテナ装置にお
ける各アンテナの指向特性を示す図であり、第４図は、
本発明のアンテナ装置が適用される通信システムの一例
の概要を示すブロック回路図である。

まず、第４図により、本発明のアンテナ装置が適用され
る通信システムの一例について説明する。

第４図において、質問袋Ｗ３０は、第１の発振回路２か
ら出力される第１の周波数ｆ、がアンプ４で増幅されて
ハイブリッドリンク３１に与えられ、このハイブリッド
リンク３１で９０”位相の異なる２信号に変換される。

そして、この２信号で円偏波が生成されて円偏波アンテ
ナ３２から無変調のまま例えば左旋円偏波により、エネ
ルギ波として応答装置４０に向けて送信される。また、
第２の発振回路３から出力される第２の周波数ｆ２が、
変調回路７で質問信号により振幅変調され、さらにアン
プ８で増幅されてハイブリッドリンク３１に与えられ、
同様に９０°位相の異なる２信号に変換される。そして
、この２信号で円偏波が生成されて円偏波アンテナ３２
から右旋円偏波により、質問信号波として応答装置４０
に向けて送信される。なお、ハイブリッドリンク３１に
おいて、第１と第２の周波数ｆ、、ｆ、のアイソレーシ
ョンは良好であって、相互に影響し合ったり混合された
りすることはない。

また、質問装置３０には、応答装置４０から送信されて
第１の周波数ｆ、が応答信号で位相変調された応答信号
波を受信するアンテナ３３が設けられる。このアンテナ
３３で受信された応答信号波か、帯域通過フィルタ３４
により第１の周波数ｆ、の成分のみが抽出されてホモダ
イン検波回路３５に与えられる。このホモダイン検波回
路３５には、第１の発振回路２から第１の周波数ｆ、が
検波用搬送波として与えられ、応答信号波が本モダイン
検波されて第１復調応答信号として復調される。

さらに、質問装置３０には、応答装置４０において第１
の周波数ｆ１を位相変調するさいに、応答信号であたか
も振幅変調されたごとき高調波成分が生じるが、この高
調波信号波を受信するアンテナ１０が設けられる。この
アンテナ１０で受信された高調波信号波が、帯域通過フ
ィルタ１１で第２高調波成分のみが抽出され、さらにロ
ーノイズブロックダウンコンバータ１２および検波回路
３８を介して第２復調応答信号として復調される。さら
に、マイクロプロセッサ等（図示せず）により、第１と
＄２復調応答信号が比較され、一致したならばフェージ
ングや雑音等の影響を受けず正確に応答信号が復調され
ていることを確認し得る。

応答装置４０は、円偏波アンテナ３２から送信されたエ
ネルギ波と質問信号波をともに受信できる帯域を有する
円偏波アンテナ４１が設けられる。そして、この円偏波
アンテナ４１で受信されたエネルギ波と質問信号波がと
もに整流回路４２で整流される。さらに、この整流出力
から低域通過フィルタ４３を介して直流成分が抽出され
、この直流電力子Ｂが応答装置４０の駆動電源として利
用される。

また、整流出力から低域阻止フィルタ４４を介して信号
成分が抽出され、復調質問信号としてマイクロプロセッ
サ等（図示せず）で適宜に処理される。

また、応答装置ｉ４０には、質問装置３０の円偏波アン
テナ３２から送信されるエネルギ波を受信するアンテナ
４５が別に設けられている。このアンテナ４５で受信さ
れた応答信号波用の搬送波としてのエネルギ波が位相変
調回路４６に与えられ、マイクロプロセッサ等から出力
される応答信号によって位相変調され、再度アンテナ４
５から質問装置３０に向けて応答信号波として送信され
る。この位相変調回路４６による変調のさいに、応答信
号であたかも振幅変調されたごとき高調波成分が生じ、
これがアンテナ４５から高調波信号波として同時に放射
される。

次に、第１図および第２図により、第４図に゛おける質
問装置３０の円偏波アンテナ３２とアンテナ３３．１０
からなる本発明のアンテナ装置を説明する。第１の誘電
体基板５０の表面に、左旋円偏波で送信するエネルギ波
の波長λ１と、右旋円偏波で送信する質問信号波の波長
λ２の平均値の１／２を一辺とする正方形のマイクロス
トリップ共振器５１．５１−が等間隔で４個配置されて
いる。そして、第２図に示すごとく、この第１の誘電体
基板５０の裏面には、アルミニウム等の導電性金属から
なるグランド板５２が積層配設され、このグランド板５
２に第２の誘電体基板５３が直に積層配設される。この
第２の誘電体基板５３の表面には、４個のハイブリッド
リンク３１．３１−・および給電線としてのマイクロス
トリップライン５５．５５−等が配設される。さらに、
ハイブリッドリンク３１．３１−の２つの端子とマイク
ロストリップ共振器５１．５１−は、積層された第１と
第２の誘電体基板５０．５３およびグランド板５２を貫
通させた導通ビン５６．５６−の両端を半田付けして接
続される。

ここで、ハイブリッドリンク３１．３１−・は、エネル
ギ波の波長λ１と、質問信号波の波長λ２の平均値の１
／４を一辺とする正方四辺形の升状のマイクロストリッ
プラインで形成される。そして、エネルギ波がコネクタ
（図示せず）を介してアンプ４から与えられる入出力端
子５７が、マイクロストリップライン５５でまず２つに
分岐され、その分岐先がそれぞれさらに２つに分岐され
、これらの４つの分岐先が４個のハイブリッドリンク３
１゜３１・−の端子ａ、ａ−にすべて信号波形が同位相
となるように接続される。また、質問信号波がコネクタ
（図示せず）を介してアンプ８から与えられる入出力端
子５８が、マイクロストリップライン５５で４つに分岐
され、４個のハイブリッドリンク３１、３１・−の上記
端子ａ、ａ−と隣接する端子す。

ｂ−にすべて信号波形が同位相となるように接続される
。さらに、ハイブリッドリンク３１．３１−の他の２つ
の端子Ｃ，Ｃ・−、ｄ、ｄ−が導通ビン５６、５６−を
介してマイクロストリップ共振器５１゜５！−の隣接す
る２辺中央部から共振器内側に約１／３だけ入り込んだ
点にオフセット給電するように接続される。

また、第１の誘電体基板５０の表面で、マイクロストリ
ップ共振器５１．５１−が等間隔に配置された複数位置
の中心に、エネルギ波の波長λ１の１／２を一辺とする
右旋円偏波用の１点給電方形円偏波アンテナに形成され
たマイクロストリップ共振器５９が配置される。そして
、第１の誘電体基板５０の表面で、このマイクロストリ
ップ共振器５９の一辺に給ｔ＆ｉとしてのマイクロスト
リップライン６０が接続され、その終端６１がコネクタ
（図示せず）を介して帯域通過フィルタ３４に接続され
る。

さらに、第１の誘電体基板５０の表面に、エネルギ波の
波長λ１の１／４を１辺とする正方形の２個のマイクロ
ストリップ共振器６２．６２が、マイクロストリップ共
振器５１．５１−が配置された複数位置の中心に対して
点対称に配置される。そして、第１の誘電体基板５０の
表面でこれらのマイクロストリップ共振器５２．ｌ１ｉ
２の一辺に給電線としてのマイクロストリップライン６
：）、６３がそれぞれ接続され、エネルギ波の第２高調
波成分２ｆ、の信号波形が同位相で合成されるように入
出力端子６４に接続され、さらにコネクタ（図示せず）
を介して帯域通過フィルタ１１に接続される。

かかる構成において、入出力端子５７に与えられたエネ
ルギ波は、ハイブリッドリンク３１．３１・−で、端子
ｄ、ｄ−の信号に対して端子Ｃ，Ｃ−の信号は９０度だ
け位相が遅れて出力される。そこで、マイクロストリッ
プ共振器５１．５１・−からエネルギ波の左旋円偏波が
第１図で紙面の裏から表に向かって送信される。なお、
ハイブリッドリンク３１．３１−一の端子すには、逆相
となって相互に打ち消し合うことで、エネルギ波は出力
されない。

また、入出力端子５８に与えられた質問信号波は、ハイ
ブリッドリンク３１．３１−で、端子Ｃ１Ｃ・−・の信
号に対して端子ｄ、ｄ−の信号は９０度だけ位相が遅れ
て出力される。そこで、マイクロストリップ共振器５１
．５１−・から質問信号波の右旋円偏波が第１図で紙面
の裏から表に向りて送信される。なお、質問信号波は、
ハイブリッドリンク３１．３１−一の端子ａには出力さ
れない。

そして、マイクロストリップ共振器５１．５１・−で形
成された第１のアレイアンテナから、第３図のごとく、
マイクロストリップ共振器５１．５１−の配置された複
数位置の中心を中心軸とする主ビーム７０が第１の誘電
体基板５０の表面に垂直に生成される。同様に、複数位
置の中心に配置されたマイクロストリップ共振器５９に
も、第１のアレイアンテナの主ビーム７０と中心軸を一
致させた主ビーム７１が生成される。さらに、複数位置
の中心に対して点対称に配置されたマイクロストリップ
共ｍ器６２．６２で形成された第２のアレイアンテナか
らも、中心軸を一致させた主ビーム７２が生成される。

したがって、４個のマイクロストリップ共振器５１．５
１−で形成される円偏波アンテナ３２とマイクロストリ
ップ共振器５９で形成されるアンテナ３３および２個の
マイクロストリップ共振器６２．６２で形成されるアン
テナｌＯは、いずれも同じ軸上で最もアンテナ利得が高
くなる。そこで、応答装置４０を第１のアレイアンテナ
の中心軸上に対応させたときに、最も効率良くいずれの
信号をも送信および受信ができ、それだけ通信可能距離
を長くすることができる。

また、マイクロストリップ共振器５９は右旋円偏波用の
アンテナに形成されているので、横側に配置されたマイ
クロストリップ共振器５１．５１−から放射される左旋
円偏波のエネルギ波を吸収するようなことがなく、質問
装置３０から大きな電力でエネルギ波が送信される。

さらに、第２の誘電体基板５３が、グランド板５２に直
に積層配設されるので、マイクロストリップ共振器５１
．５１　ｍ、　５９，６２．６２とハイブリッドリンク
３１．３１−一等に対して、１枚のグランド板５２を共
用できる。また、２枚のグランド板を第１と第２の誘電
体基板５０．５３にそれぞれ配設したものを重ね合わせ
たものと比較して、導通ビン５６．５６−・・による信
号の漏れが少ない。これは、２枚のグランド板を重ね合
わせた場合には、僅かながら２枚のグランド板間に隙間
が生じ、この隙間が導波管として作用する。そこで、導
通ビン５６．５６−から放射された信号が、この隙間を
通じて漏れ易いためである。しかし、１枚であれば、か
かる作用は生じない。

なお、上記実施例では、エネルギ波と質問信号波とを、
第１のアレイアンテナを形成するマイクロストリップ共
振器５１．５１−から左円偏波と右円偏波でそれぞれに
送信しているが、これに限られることなく、垂直偏波と
水平偏波により送信しても良いことは勿論である。

（発明の効果） 本発明のアンテナ装置は、以上説明したように構成され
ているので、以下のごとき優れた効果を奏する。

請求項１記載のアンテナ装置にあっては、複数個の第１
のマイクロストリップ共振器で形成される第１のアレイ
アンテナと、第２のマイクロストリップ共振器で形成さ
れるアンテナとの主ビームの中心軸が一致するので、こ
の中心軸上が双方のアンテナで最も利得が高い。したが
って、応答装置を、この中心軸上に配設すれば、最も効
率良くいずれの信号も送信および受信することができ、
それだけ通信可能な距離を長くすることができる。そし
て、隣接して配置された２つのアンテナであっても、一
方のアンテナから円偏波を放射させ、他方のアンテナは
逆方向に旋回する円偏波用のアンテナとすれば、一方の
アンテナから放射された信号が他方のアンテナに吸収さ
れる不具合が生じない。

また、２つのアンテナがいずれもアレイアンテナであっ
ても、第１と第２のアレイアンテナを形成する複数のマ
イクロストリップ共振器の配置された複数位置の中心を
一致させるならば、主ビームの中心軸も一致し、通信可
能な距離を長くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のアンテナ装置の一実施例の平面図で
あり、第２図は、第１図の積層構造を示す部分側面図で
あり、第３図は、第１図のアンテナ装置にあける各アン
テナの指向特性を示す図であり、第４図は、本発明のア
ンテナ装置が適用される通信システムの一例の概要を示
すブロック回路図であり、第５図は、従来の通信システ
ムの一例の概要を示すブロック回路図である。 ５吐第１の低誘電体基板、 ５］、５９．６２　：マイクロストリップ共振器、５２
ニゲランド板、 ５５．６０．６：）　：マイクロストリップライン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）裏面にグランド板を配設した誘電体基板の表面に
   、第１のマイクロストリップ共振器を複数個間隔を設け
   て配設し、これらの複数の第１のマイクロストリップ共
   振器を給電線で接続してアレイアンテナを形成し、前記
   誘電体基板の同じ面で前記複数の第１のマイクロストリ
   ップ共振器を配置した複数位置の中心に、第２のマイク
   ロストリップ共振器を配置して構成したことを特徴とす
   るアンテナ装置。
2. （２）請求項１記載のアンテナ装置において、前記アレ
   イアンテナは円偏波を放射し、前記第２のマイクロスト
   リップ共振器は前記円偏波と逆方向に旋回する円偏波を
   受信する円偏波アンテナであることを特徴としたアンテ
   ナ装置。
3. （３）裏面にグランド板を配設した誘電体基板の表面に
   、第１のマイクロストリップ共振器を複数個間隔を設け
   て配置し、これらの複数の第１のマイクロストリップ共
   振器を給電線で接続して第１のアレイアンテナを形成し
   、前記誘電体基板の同じ面に、第２のマイクロストリッ
   プ共振器を複数個間隔を設けて配置し、これらの複数の
   第２のマイクロストリップ共振器を給電線で接続して第
   ２のアレイアンテナを形成するとともに、前記複数の第
   １のマイクロストリップ共振器を配置した複数位置の中
   心に、前記複数の第２のマイクロストリップ共振器を配
   置した複数位置の中心を一致させたことを特徴とするア
   ンテナ装置。