JPH05167337A

JPH05167337A - 複合平面アンテナ

Info

Publication number: JPH05167337A
Application number: JP33366691A
Authority: JP
Inventors: Noboru Ono; 登大野; Shinichi Kuroda; 慎一黒田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1991-12-17
Publication date: 1993-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】小形かつ簡単な構成で、スペース効率が良
く、通信機器などとの適合性に優れると共に、適宜の励
振により円偏波の発生が可能な、２つの周波数に対応す
ることができる、複合平面アンテナを得る。【構成】複合平面アンテナにおいて、内壁短絡型の第
１のマイクロストリップアンテナ４０の方形環状放射導
体４３の内側に、その内周寸法より小さい、第２のマイ
クロストリップアンテナ５０の方形放射導体５３を同心
に配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、２周波数対応型の複
合平面アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、衛星通信や移動体通信の分野にお
けるアンテナ系としては、通常、構成が簡単で形状が小
さく、低プロファイルの平面アンテナが使用されてい
る。そして、平面アンテナの代表格であるマイクロスト
リップアンテナでは、円形または方形の放射導体が一般
的である。これらの形状の放射導体では、その寸法が使
用周波数に対して一意的に定まることが知られている。

【０００３】まず、図５を参照しながら、従来のマイク
ロストリップアンテナについて説明する。図５におい
て、１０はマイクロストリップアンテナであって、いず
れも方形の接地導体１１上に、ふっ素樹脂のような低損
失の誘電体層１２を介して、方形の放射導体１３が同軸
に積層配設される。この放射導体１３には、中心１３ｏ
から適宜にオフセットされて、一方の辺に平行な対称軸
上に単一の給電点１４が配設され、信号源Ｓからの高周
波信号が、同軸給電線を介して、給電点１４に供給され
る。

【０００４】これにより、放射導体１３には、ＴＭ10モ
ードにおいて、図５に矢印Ｆ０で示されるような、給電
点１４を通る対称軸方向に励振電流が流れる。放射導体
１３は、このモードに対応する周波数ｆ０に共振して、
直線偏波が放射される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のよう
な通信分野では、ある程度離れた２つの周波数を使用し
て、上り回線と下り回線とによる双方向通信を行なう場
合がある。この場合、前述のようなマイクロストリップ
アンテナは、一般にそのＱが高く、周波数帯域が狭いの
で、１つのアンテナではカバーすることができないとい
う問題があった。

【０００６】もっとも、上り回線と下り回線とにそれぞ
れ専用のマイクロストリップアンテナを用いて双方向通
信を行なうことはできるが、この場合には、アンテナ系
が大きくなってしまうという問題が生ずる。

【０００７】一方、前述のようなマイクロストリップア
ンテナを、小形で、２周波数に対応させる手法として、
例えば、本出願人の提案により、図６に示すように、円
環状の放射導体の内周部を接地導体に短絡した円環マイ
クロストリップアンテナと、この円環放射導体の内径よ
り小さい円形の放射導体を備えた円形マイクロストリッ
プアンテナとを同心に配設した複合平面アンテナが知ら
れている。参考文献：実開平３−７３０１８号公報（実
願平１−１３３６８６号）

【０００８】図６において、２０は円環マイクロストリ
ップアンテナ、３０は円形マイクロストリップアンテナ
であって、円環アンテナ２０では、低損失の誘電体層２
２を介して、いずれも円形の接地導体２１と放射導体２
３とが同軸に配置され、放射導体２３の中央部に円形の
開孔２５が穿設されて円環状に形成されると共に、放射
導体２３の内周部が、スルーホールなどからなる短絡壁
２５ｓにより接地導体２１に接続されて、内壁短絡型に
構成される。円環放射導体２３には、内周から適宜にオ
フセットされて、１３５゜の角間隔で、１対の給電点２
４ａ，２４ｂが配設される。

【０００９】また、円形アンテナ３０では、円形の放射
導体３３が、円環アンテナ２０と共通の誘電体層２２上
で、共通の接地導体２１と対向して、円環放射導体２３
の内側に、これと同心に配設される。円形放射導体３３
には、中心３３ｏから適宜にオフセットされて、１３５
゜の角間隔で、１対の給電点３４ａ，３４ｂが配設され
る。

【００１０】この円環アンテナ２０と円形アンテナ３０
の一方の給電点２４ａ，３４ａには、同軸給電線ＣＬ
１，ＣＬ２を介して、信号源Ｓ１，Ｓ２からの、異なる
周波数ｆ１，ｆ２の高周波信号がそれぞれ供給されると
共に、上記文献に開示されるように、他方の給電点２４
ｂ，３４ｂには、それぞれ９０゜の位相差で、アンテナ
ごとに、同じ周波数の高周波信号が供給される。

【００１１】この円環アンテナ２０が、例えば１．６Ｇ
Ｈｚ帯で使用される場合、放射導体２３，開孔２５の寸
法、誘電体層２２の厚さと誘電率は、例えばそれぞれ次
のように設定される。Ｄ23＝１５２．８ｍｍ，Ｄ25＝９３．４ｍｍ；ｔ22＝３．２ｍｍ， εr ＝２．６また、円形アンテナ３０が、例えば２．５ＧＨｚ帯で使
用される場合、放射導体３３の直径は、例えば次のよう
に設定される。Ｄ33＝７０．６ｍｍ

【００１２】上述のような２点位相差給電により、両ア
ンテナ２０，３０は、いずれもＴＭ21モードで励振され
て、放射導体２３が左旋の円偏波を放射し、放射導体３
３が右旋の円偏波を放射する。こうして、図６の複合平
面アンテナは、小形かつ簡単な構成で、異なる周波数帯
のかなり離れた２つの周波数に対応することができる。

【００１３】ところが、移動局側の通信機が携帯用であ
る場合など、小型化のために、前述のような平面アンテ
ナを高周波回路と一体化する場合や、アンテナ系を含め
て通信機器全体を一体化する場合、円形のアンテナで
は、スペース効率が悪く、高周波回路ないし通信機器な
どとの適合性に欠けるという問題があった。また、円形
の平面アンテナは、製作工程において、無駄な材料を生
じ易いという欠点もあった。

【００１４】上述のようなスペース効率や通信機器など
との適合性の問題を解消するため、本出願人は、特願平
３−１１８７２２号において、図７に示すような、内壁
短絡型の方形環状マイクロストリップアンテナを既に提
案している。

【００１５】既提案の方形リングアンテナ４０では、図
７に示すように、方形の放射導体４３の中央部に方形の
開孔４５が穿設され、この開孔４５の周縁が、スルーホ
ールなどからなる短絡壁４５ｓにより接地導体４１に接
続されて、内壁短絡型に構成される。放射導体４３に
は、内周から適宜にオフセットされて、一方の辺に平行
な対称軸上に単一の給電点４４が配設される。なお、こ
の図７において、前出図６に対応する部分には“１”の
位が同一の符号を付して一部説明を省略する。

【００１６】既提案の方形リングアンテナは、スペース
効率や通信機器などとの適合性には優れるものの、通常
のマイクロストリップアンテナと同様に、周波数帯域が
狭いという問題は解消されていない。

【００１７】かかる点に鑑み、この発明の目的は、既提
案の内壁短絡型方形リングアンテナを発展させて、小形
かつ簡単な構成で、スペース効率が良く、通信機器など
との適合性に優れると共に、２つの周波数に対応するこ
とができる、複合平面アンテナを提供するところにあ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明は、環状の第１
の放射導体４３を備え、この放射導体の内周部４５を接
地導体４１に接続した第１のマイクロストリップアンテ
ナ４０と、第１の放射導体の内周寸法より小さい第２の
放射導体５３を備え、この第２の放射導体を第１の放射
導体と同心に配設した第２のマイクロストリップアンテ
ナ５０からなる複合平面アンテナにおいて、第１の放射
導体を方形環状に形成すると共に、第２の放射導体を方
形に形成した複合平面アンテナである。

【００１９】

【作用】かかる構成によれば、小形で、スペース効率が
良く、通信機器などとの適合性に優れると共に、２つの
周波数に容易に対応することができる。

【００２０】

【実施例】以下、図１及び図２を参照しながら、この発
明による複合平面アンテナを１点給電型に適用した一実
施例について説明する。

【００２１】この発明の一実施例の構成を図１に示す。
この図１において、前出図６，７に対応する部分には
“１”の位が同一の符号を付して一部説明を省略する。

【００２２】図１において、４０は外側の方形リングマ
イクロストリップアンテナ、５０は内側の方形マイクロ
ストリップアンテナであって、外側方形リングアンテナ
４０は、前出図７に示したと同様に、方形の放射導体４
３の中央部に穿設された方形の開孔４５の周縁が、短絡
壁４５ｓにより接地導体４１に接続されて、内壁短絡型
に構成される。また、内側の方形アンテナ５０では、方
形リングアンテナ４０と共通の誘電体層４２上に共通の
接地導体４１と対向して、方形の放射導体５３が、方形
リング放射導体４３と同心に、各辺が互いに平行になる
ように配設される。

【００２３】方形リング放射導体４３には、一方の辺に
平行な対称軸上に、内周から適宜にオフセットされて給
電点４４が配設される。また、方形放射導体５３には、
一方の辺に平行な対称軸上に、中心から適宜にオフセッ
トされて給電点５４が配設される。

【００２４】この方形リングアンテナ４０と方形アンテ
ナ５０の各給電点４４，５４には、同軸給電線を介し
て、信号源Ｓ１，Ｓ２からの、異なる周波数ｆ１，ｆ２
の高周波信号がそれぞれ供給される。なお、双方向通信
を行なう場合は、信号源Ｓ１，Ｓ２の一方が送信機とな
り、他方が受信機となる。

【００２５】既提案において開示したように、方形リン
グアンテナの固有値は、前出図５に示すような通常の方
形アンテナに比べて、放射導体の内外周比（リング比）
が大きくなるほど大きくなる。従って、同じ共振周波数
では、方形リングアンテナの方が、放射導体の辺長が大
きくなる。

【００２６】この実施例の外側方形リングアンテナ４０
が、例えば３ＧＨｚ帯で使用される場合、接地導体４
１，放射導体４３，方形開孔４５の寸法、誘電体層４２
の厚さ及び誘電率は、例えばそれぞれ次のように設定さ
れる。Ｄ41＝９０mm，Ａ43＝４１．０mm，Ｂ45＝１７．０
mm ｔ42＝１．６mm，εr ＝２．６また、内側方形アンテナ５０が、例えば６ＧＨｚ帯で使
用される場合、放射導体５３の寸法は、例えば次のよう
に設定される。Ａ53＝１４．０ｍｍ

【００２７】次に、図２をも参照しながら、この発明の
一実施例の励振モードについて説明する。

【００２８】上述のような１点給電により、この実施例
では、外側アンテナ４０の方形リング放射導体４３が、
図２に矢印Ｆ２で示すような、給電点４４を通る対称軸
方向のモードで励振されると共に、内側アンテナ５０の
方形放射導体５３が、図２に矢印Ｆ１で示すような、給
電点５４を通る対称軸方向のモードで励振されて、それ
ぞれ直線偏波が発生する。

【００２９】これにより、図１の実施例では、小形かつ
簡単な構成で、スペース効率が良く、通信機器などとの
適合性に優れると共に、異なる周波数帯の２つの周波数
に対応することができる。

【００３０】上述のような直線偏波を発生させると同様
の放射導体の配置で、図３に示すように、給電点のみを
変更することにより、円偏波を発生させることができ
る。

【００３１】図３の実施例では、外側の方形リング放射
導体４３の各辺に平行な直交する対称軸上に、１対の給
電点４４ａ，４４ｂがそれぞれ配設されると共に、内側
の方形放射導体５３の各辺に平行な対称軸上に、１対の
給電点５４ａ，５４ｂがそれぞれ配設される。

【００３２】外側の方形リング放射導体４３の各給電点
４４ａ，４４ｂには、周波数ｆ２の高周波信号が、９０
゜の位相差で、それぞれ供給されると共に、内側の方形
放射導体４３の各給電点５４ａ，５４ｂには、周波数ｆ
１の高周波信号が、９０゜の位相差で、それぞれ供給さ
れる。

【００３３】上述のような２点位相差給電により、この
実施例では、外側方形リング放射導体４３が、図３に矢
印Ｆ2a，Ｆ2bで示すような、給電点４４ａ，４４ｂを通
り、互いに直交する対称軸方向の１対のモードで励振さ
れると共に、内側方形放射導体５３が、矢印Ｆ1a，Ｆ1b
で示すような、給電点５４ａ，５４ｂを通り、互いに直
交する対称軸方向との１対のモードで励振される。

【００３４】ここで、外側の放射導体４３における、一
方の周波数ｆ２に対応する励振モードＦ2a，Ｆ2bに注目
すると、図３に示すように、２つの励振モードＦ2a，Ｆ
2bは直交すると共に、一方の励振モードＦ2aに対して、
放射導体４３上で反時計方向にある励振モードＦ2bには
−９０°の位相差が与えられる。従って、一方の周波数
ｆ２のモードＦ2a，Ｆ2bに対応する励振電流により、矢
印Ｐｒで示すような、右旋の円偏波が発生する。

【００３５】また、内側の放射導体５３における、他方
の周波数ｆ１に対応する励振モードＦ1a，Ｆ1bについて
も、上述と同様の位置関係・位相関係にあって、同様
に、右旋の円偏波が発生する。なお、上述と同様の位置
関係で、高周波信号の位相関係を逆にすれば、左旋の円
偏波が発生する。

【００３６】図３の実施例では、小形かつ簡単な構成
で、スペース効率が良く、通信機器などとの適合性に優
れると共に、適宜の励振により、異なる周波数帯の２つ
の周波数で円偏波に対応することができる。

【００３７】円偏波を発生させる構成としては、上述の
ような２点位相差給電の他に、図４に示すように、各々
の放射導体に対し単一の給電点を設けると共に、縮退分
離素子を装荷する構成もある。

【００３８】図４の実施例では、前出図１に示す実施例
と同様に、両放射導体４３，５３には、一方の辺に平行
な対称軸上に、適宜にオフセットされて、それぞれ単一
の給電点４４，５４が配設されると共に、この給電点４
４，５４とそれぞれ４５゜の角間隔で、一方の対角線上
に、縮退分離素子として、それぞれ適宜面積の１対の切
欠き４６ｃ，４６ｄ；５６ｃ，５６ｄが刻設される。

【００３９】円環アンテナの場合、縮退分離素子の面積
は、元の放射導体の面積，アンテナの無負荷Ｑと、リン
グ比の関数となる固有値とに基づいて、計算により求め
ることができる。しかしながら、方形リングアンテナで
は、放射素子の固有値を解析的に求めることは不可能で
あって、縮退分離素子の面積は、リング比に応じて、実
験的に求められる。

【００４０】上述のような１点給電と、１対の切欠きの
刻設とにより、図４の実施例では、外側アンテナ４０の
方形リング放射導体４３が、矢印Ｆ2a，Ｆ2bで示すよう
な、切欠き４６ｃ，４６ｄの方向と、これに直交する方
向との１対のモードで励振されると共に、内側アンテナ
５０の方形放射導体５３が、矢印Ｆ1a，Ｆ1bで示すよう
な、切欠き５６ｃ，５６ｄの方向と、これに直交する方
向との１対のモードで励振される。

【００４１】切欠きがない、通常の方形ないし方形リン
グ放射導体の場合には、各１対の励振モードＦ1a，Ｆ1
b；Ｆ2a，Ｆ2bがそれぞれ同一の周波数に共振して、外
部からは判別することができない。この状態を縮退して
いるという。

【００４２】図４に示すように、両放射導体４３，５３
に、それぞれ１対の切欠き４６ｃ，４６ｄ；５６ｃ，５
６ｄが刻設されて、摂動が加えられると、この切欠きの
部分が、各一方のモードに対しては強電界領域であり、
各他方のモードに対しては強磁界領域であるので、切欠
きの形成による各モードの共振周波数のずれ量が異な
る。従って、両放射導体４３，５３では、各１対の励振
モードがそれぞれ異なる周波数で共振することになり、
縮退の状態が解かれて（分離されて）、外部からの判別
が可能となる。

【００４３】そして、図４の実施例では、方形リングな
いし方形の放射導体４３，５３に、それぞれ適宜面積の
切欠き４６ｃ，４６ｄ；５６ｃ，５６ｄを形成して、励
振位相の差が９０゜となるように、摂動を加えることに
より、単一給電点による円偏波の発生が可能となる。

【００４４】図４の実施例では、縮退分離のために、そ
れぞれ適宜面積の切欠きを両放射導体に形成したが、前
述の既提案にも開示したように、各放射導体にスタブを
設けてもよく、あるいは各放射導体の形状を長方形にし
てもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述のように、この発明によれば、
複合平面アンテナにおいて、内壁短絡型の第１のマイク
ロストリップアンテナの方形環状放射導体の内側に、そ
の内周寸法より小さい、第２のマイクロストリップアン
テナの方形放射導体を同心に配設するようにしたので、
小形かつ簡単な構成で、スペース効率が良く、通信機器
などとの適合性に優れると共に、適宜の励振により円偏
波の発生が可能な、２つの周波数に対応することができ
る、複合平面アンテナが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による複合平面アンテナの一実施例
の構成を示す斜視図

【図２】この発明の一実施例の励振状態を示す斜視図

【図３】この発明の他の実施例の励振状態を示す斜視
図

【図４】この発明の他の実施例の励振状態を示す斜視
図

【図５】従来のマイクロストリップアンテナの構成例
を示す斜視図

【図６】従来の複合平面アンテナの構成例を示す斜視
図

【図７】既提案のマイクロストリップアンテナの構成
例を示す斜視図

【符号の説明】

４０外側方形リングマイクロス
トリップアンテナ５０内側方形マイクロストリッ
プアンテナ４１，
接地導体４３，５３
放射導体４４，４４ａ，４４ｂ，５４，５４ａ，５４ｂ
給電点４５
開孔４５ｓ
短絡壁４６ｃ，４６ｄ，５６ｃ，５６ｄ
切欠き

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】環状の第１の放射導体を備え、この放射
導体の内周部を接地導体に接続した第１のマイクロスト
リップアンテナと、上記第１の放射導体の内周寸法より
小さい第２の放射導体を備え、この第２の放射導体を上
記上記第１の放射導体と同心に配設した第２のマイクロ
ストリップアンテナからなる複合平面アンテナにおい
て、上記第１の放射導体を方形環状に形成すると共に、上記第２の放射導体を方形に形成したことを特徴とする
複合平面アンテナ。