JPH06104629A

JPH06104629A - 円環形マイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JPH06104629A
Application number: JP4278019A
Authority: JP
Inventors: Noboru Ono; 登大野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】送受信が共用できるマイクロストリップアン
テナを得る。【構成】誘電体２の上面に円環状の導体板１を形成し
裏面に地板３を形成し、円環状の導体板１と地板３の間
で、内周または外周に沿って複数のダイオード１２〜１
４を設ける。そして、そのダイオード１２〜１４を短絡
するか開放するかによって共振する周波数を変え、一方
を送信、他方を受信用に使用することによって、一つの
アンテナによって送受信を共用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＳＨＦ帯等の周波数帯
で使用される円環形マイクロストリップアンテナに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＳＨＦ帯等で使用される円環形マ
イクロストリップアンテナは、図２７（ａ）に正面図
を、（ｂ）に断面図を、（ｃ）に裏面図を示すような構
造を持ったものがある。

【０００３】これはアンテナ部Ａと、給電回路部Ｂとが
張り合わされて形成されたものである。アンテナ部Ａ
は、円形の導体板１を誘電体２の上面に印刷形成し、そ
の裏側に導体地板３を形成している。給電回路部Ｂは、
誘電体２の上面に導体地板３を形成し、その裏面に整合
線４および５０Ω給電線を形成している。そして、アン
テナ部Ａと給電回路部Ｂは、双方の導体地板３が合面す
るように重ね合わされ張り付けられ、導体地板３は接地
されるようになっている。

【０００４】導体板１の内円は開放部６によって開放円
になっており、その開放部６の周縁部付近の１箇所、こ
の例では右側から５０Ω給電線５に至るまで貫通孔２５
が穿設され、その貫通孔２５に給電ピン５’が挿入さ
れ、５０Ω給電線５と導体板１の双方がその給電ピン
５’によって接続されている。これにより、導体板１と
給電ピン５’の接続箇所が給電部ａとなっている。

【０００５】このように構成されたアンテナは、外部の
高周波発生源から５０Ω給電線５に給電される。このア
ンテナをＴＭ１１０モードで駆動すると、図２８に示す
ように電流を実線の矢印で、磁界を点線で、電界を×お
よび・印で示したような分布になり、直線偏波の特性が
得られる。

【０００６】一方、図２９に示すものは円偏波特性を有
するもので、図２９（ｃ）に示すように直交する５０Ω
給電線５ａ、５ｂを設け、それぞれに整合線４ａ、４ｂ
を接続している。また図（ｂ）に示すように、この５０
Ω給電線５ａ、５ｂ（この図には給電線５ｂは表れてい
ない）の先端部から導体板１まで貫通する貫通孔２５
ａ、２５ｂ（この図には貫通孔２５ｂは表れていない）
に挿入された給電ピン５ａ’、５ｂ’（この図にはピン
５ｂ’は表れていない）によって５０Ω給電線５ａ、５
ｂと導体板１とが接続されることによって、図２９
（ａ）に記号ａで示す第１の給電点と、記号ｂで示す第
２の給電点を形成している。

【０００７】そして、高周波発生源２１と、抵抗２４と
が９０度ハイブリッド回路（ＨＹＢ）２３に接続されて
おり、その９０度ハイブリッド回路２３から５０Ω給電
線５ａ、５ｂに給電が行われている。なお、抵抗２４は
９０度ハイブリッド回路２３における反射波の吸収用に
設けられている。

【０００８】このように構成されたアンテナは、図２９
（ａ）の給電点ａ、ｂから給電を行い、ＴＭ１１０モー
ドで駆動すると、図３０（ａ）（ｂ）に示すような電
流、磁界分布になり、円偏波の特性が得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来のアンテナは、Ｑが高いため、共振周波数帯域が
狭いので、例えば送受信がある程度離れた周波数帯の場
合、同一のアンテナでは使用できず、別個のアンテナを
使用する必要があることから、コストが重み、また取付
場所も広く必要であるという課題を有していた。

【００１０】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、ある程度周波数が離れた２つの周波数でも、同
一のアンテナを使用できるようにするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、円環形導体板との中心から所定半径
の円に沿って導体板と導体地板の間に複数のダイオード
を接続し、そのダイオードをオンあるいはオフに制御す
ることによって導体板の内径あるいは外形を電気的に変
更することによって、同一モードで、異なる周波数に共
振させるようにしたものである。

【００１２】

【作用】円環状に接続されたダイオードを短絡すること
によって電気的な壁ができ、その短絡位置が内周であれ
ば内周短絡形、外周であれば外周短絡形として動作す
る。いずれの場合もダイオードによる短絡の有無によっ
て瞬時に周波数を変更することができるようになる。

【００１３】

【実施例】以下の実施例において、図２７乃至図３０と
同一部分は同記号を使用し、その説明を省略している。

【００１４】（イ）第１実施例この例では、１励振モード、２周波共振、直線偏波、外
周スイッチ形の例について図１乃至図７によって説明す
る。図１は、本発明を適用して構成したアンテナの一実
施例を示す斜視図であり、誘電体２の上面に所望の内壁
開放円環モードＴＭnm0（実施例ではＴＭ110モード）お
よび第１の所望の低い共振周波数ｆ１（実施例では１．
５ＧＨｚ）で共振する外直径ａ₁φ、内直径ｂ₁φ（内、
外直径の寸法は後述する）の円環放射導体板１が印刷さ
れている。その導体板１の内円は開放部６によって開放
円になっている。

【００１５】また内直径ｂ₁φと同心であり、かつ内直
径ｂ₁φと外直径ａ₁φ の間で設定された直径ａ₂φ の
接続円９に沿って、複数のダイオード１４が接続されて
いる。ただし、実施例においては図面が複雑になるのを
避けるために、ａ₂φ＝ａ₁φとして設定してある。

【００１６】このダイオードは図２（ｂ）に示すように
導体板１側にカソードが接続され、導体地板３側にアノ
ードが接続され、ダイオード１４そのものは例えば誘電
体板２に埋め込まれるように構成されている。

【００１７】このようにダイオード接続円９に沿って複
数のダイオード１４を接続し、このダイオードを導通さ
せることによって高周波的に短絡した短絡壁を構成する
と、このアンテナは前述の励振モードと同一で、第１の
低い共振周波数ｆ１とは異なり、第２の所望の高い共振
周波数ｆ２（実施例では３．４５ＧＨｚ）で共振するよ
うになる。

【００１８】このアンテナは図１に示すようにアンテナ
部Ａと給電回路部Ｂとから構成されており、それぞれの
導体地板３が背中合わせに貼着されている。給電回路部
Ｂは誘電体板２の下面の５０Ω給電線５ａ，５ｂおよ
び、アンテナのインピーダンス整合を取る整合線４ａ，
４ｂが印刷によって形成されている。

【００１９】図１における円環状の導体板１の内周の上
側付近で、導体板１の給電点ａ１にアノードが接続され
たダイオード１２ａが、導体板１における内周の右側付
近の給電点ａ２にカソードが接続されたダイオード１３
ａが接続されている。それらのダイオードの他端は、コ
ンデンサ１１ａまたは１１ｂを介して５０Ω給電線５
ａ，５ｂに接続されると共に、コイル１０ａまたは１０
ｂを介して導体地板３に接続されている。これらコイル
１０、コンデンサ１１、ダイオード１２、１３は誘電体
板２に、導体板１から５０Ω給電線５ａ，５ｂまで貫通
する貫通孔２５ａ，２５ｂに収容されるようになってい
る。

【００２０】５０Ω給電線５ａ，５ｂは、給電切換部２
０を介して切換供給される高周波発生源２１から高周波
信号が供給されるようになっている。そして、その切換
は制御部１６から供給される切換信号によって制御され
るようになっている。

【００２１】円環状の導体板１の内周下側付近の接続点
Ｂａと電位部１８の間が、貫通孔２５ｃを介した接続線
１９によって接続されており、その電位部１８は制御部
１６からの信号によって制御されるようになっている。

【００２２】図３はこのアンテナを裏側から見た裏面図
である。

【００２３】図７（ａ）、（ｂ）に示す内壁開放形円環
マイクロストリップアンテナは、導体板１が所望の内壁
開放円環モードＴＭnm0（実施例はＴＭ110モード）で、
かつ第１の所望の低い共振周波数ｆ１（実施例では１．
５ＧＨｚ）で共振するように外直径ａφ、内直径ｂφに
設定されている。外直径ａφ、内直径ｂφの寸法は、次
のようにして決定される。

【００２４】内部波長に比べて十分に小さい厚さを有す
るキャビティの内部磁界は次式によって与えられる。

【００２５】

【数１】

【００２６】

【数２】

【００２７】

【数３】

【００２８】

【数４】

【００２９】但し各緒元は次の通りである。ｎ：ｎ次（ＴＭnm0のn）Ｊ_n ：ｎ次ベッセル関数Ｎ_n ：ｎ次ノイマン関数Ｊ_n'：ｎ次微分ベッセル関数Ｎ_n' ：ｎ次微分ノイマン関数 ε ：誘電率 ω ：角周波数ｋ：波数Ａ，Ｂ：定数

【００３０】ここで境界条件を求める。

【００３１】

【数５】

【００３２】

【数６】

【００３３】

【数７】

【００３４】ここでｘ＝ｋａ、β＝ｂ／ａ、ｋｂ＝βｘ
とおくと（８）（９）式のようになる。

【００３５】

【数８】

【００３６】

【数９】

【００３７】ところで、所望の低い周波数において、所
望の励振モードがｎ＝ｎ_L となるように設定し、所望の
低い周波数における円環状の導体板１の内外径比 β
_L（β＝β_L）を決定する。これには式（７）、
（８）、（９）を計算し、所望の低い周波数に対する固
有値ｘ_L を求める。所望の低い周波数をｆ_L とすると次
の関係がある。

【００３８】

【数１０】

【００３９】フリンジングを考慮した設計外半径は次の
ようになる。

【数１１】

【００４０】設計外直径は次のようになる。

【数１２】

【００４１】

【数１３】

【００４２】フリンジングを考慮した設計外半径は次の
ようになる。

【数１４】

【００４３】設計内径値は次のようになる。

【数１５】

【００４４】このようにして所望の低い周波数のｎ_L モ
ードにおける内壁開放形円環マイクロストリップアンテ
ナの内外径が求まる。

【００４５】また、図７（ｃ）、（ｄ）に示すような外
壁短絡形円環マイクロストリップアンテナのＴＭｎｍ０
モードにおける外直径ａ₁φ、内直径ｂ₁φの寸法は、次
のようにして決定される。

【００４６】内部波長に比べて十分に小さい厚さを有す
るキャビティの内部磁界および電界は前述した（１）乃
至（４）式によって与えられる。その境界条件を求める
と次のようになる。

【００４７】

【数１６】

【００４８】

【数１７】

【００４９】

【数１８】

【００５０】ここでｘ＝ｋａ、β＝ｂ／ａ、ｋｂ＝βｘ
とおくと次式のようになる。

【００５１】

【数１９】

【００５２】ところで、所望の高い周波数ｆ_H を決定
し、所望の低い周波数と同一の励振モード、すなわちｎ
_H＝ｎ_L＝ｎとし、所望の高い周波数における円環状の導
体板の内外径比β_L（β＝β_L）を変化させる。これには
式（７）、（８）を計算し、所望の高いい周波数に対す
る固有値ｘ_Hを求めることによってβ_Hが決定される。収
束しないときは（２）式乃至（７）式の計算を繰返す。
これにより次式によってｎ_L＝ｎ_Hモードにおける内外径
が求まる。

【００５３】

【数２０】

【００５４】

【数２１】

【００５５】このように構成されたアンテナの動作につ
いて説明する。図４に示すように、初期状態においては
ダイオード１２がオン、ダイオード１３および１４がオ
フとなるように電位部１８からの電圧が供給されてお
り、給電切換部２０は５０Ω給電線５ｂ側に高周波発生
源２１を接続するように切換えられている。これにより
ある所望の励振モードＴＭnm0 かつ、所望の低い共振周
波数ｆ１で共振する内壁開放形円環マイクロストリップ
アンテナ（実施例はＴＭ110 モード、ｆ１＝１．５ＧＨ
ｚ）として動作している。

【００５６】ここで制御部１６から制御信号が出力さ
れ、電位部１８および給電切換部２０を動作させ、図４
に示すようにダイオード１２がオフ、ダイオード１３お
よびダイオード１４がオンとなるようにし、５０Ω給電
線５ａ側に給電が行われると、所望の励振モードＴＭnm
0 、所望の高い共振周波数ｆ２で共振する外壁短絡形円
環マイクロストリップアンテナ（実施例はＴＭ110 モー
ド、ｆ２＝３．４５ＧＨｚ）として動作する。

【００５７】図５（ａ）、（ｂ）は本発明における代表
的な励振モードにおいて、周波数ｆ１、ｆ２におけるパ
ッチ上内の電流、電界、磁界分布を示す図であり、実線
は電流、点線は磁界、・および×印は電界を示してい
る。図５（ａ）はダイオード１４がオフで外直径ａ
₁φ、内直径ｂ₁φで励振モードＴＭ110 モード、周波数
ｆ１（１．５ＧＨｚ）で共振する内壁開放形マイクロス
トリップアンテナとしての状態である。

【００５８】図５（ｂ）はダイオード１４がオン、外直
径ａ₂φ、内直径ｂ₁φで励振モードＴＭ110 モード周波
数ｆ２（３．４５ＧＨｚ）で共振する内壁短絡形マイク
ロストリップアンテナとしての状態を示す。

【００５９】図６、図７は本発明アンテナの絶対利得指
向性のＥ面およびＨ面の計算値を示す図であり、この図
より円環マイクロストリップアンテナが同一モード（実
施例はＴＭ110 モードで、２つの周波数ｆ１（３．４５
ＧＨｚ）、ｆ２（３．４５ＧＨｚで２つの指向性が得ら
れることがわかる。

【００６０】（ロ）第２実施例この例では１励振モード、２周波共振、円偏波、外周ス
イッチ形の例について図８乃至図１４によって説明す
る。図９に示すように、誘電体２の上面に所望の内壁開
放円環モードＴＭnm0（実施例ではＴＭ110モード）およ
び第１の所望の低い共振周波数ｆ１（実施例では１．５
ＧＨｚ）で共振する外直径ａ₁ φ、内直径ｂ₁φ （内、
外直径の寸法は後述する）の円環放射導体板１が印刷さ
れている。その導体板１の内円は開放部６によって開放
円になっている。

【００６１】また内直径ｂ₁φと同心であり、かつ内直
径ｂ₁φと外直径ａ₁φ の間で設定された直径ａ₂φ の
接続円９に沿って、複数のダイオード１４が接続されて
いる。ただし、実施例においては図面が複雑になるのを
避けるために、ａ₂φ＝ａ₁φとして設定してある。

【００６２】このダイオードは図１０に示すように導体
板１側にカソードが接続され、導体地板３側にアノード
が接続され、ダイオード１４そのものは例えば誘電体板
２に埋め込まれるように構成されている。

【００６３】このようにダイオード接続円９に沿って複
数のダイオード１４を接続し、このダイオードを導通さ
せることによって高周波的に短絡した短絡壁を構成する
と、このアンテナは前述の励振モードと同一で、第１の
低い共振周波数ｆ１とは異なり、第２の所望の高い共振
周波数ｆ２（実施例では３．４５ＧＨｚ）で共振するよ
うになる。

【００６４】このアンテナは図８に示すようにアンテナ
部Ａと給電回路部Ｂとから構成されており、それぞれの
導体地板３が背中合わせに貼着されている。給電回路部
Ｂは誘電体板２の下面の５０Ω給電線５ａ，５ａ’，５
ｂ，５ｂ’および、アンテナのインピーダンス整合を取
る整合線４ａ，４ａ’，４ｂ，４ｂ’が印刷によって形
成されている。

【００６５】図８における円環状の導体板１の内周の左
側付近で、導体板１の給電点ａ１にアノードが接続され
たダイオード１２ａが、導体板１における内周の右側付
近の給電点ａ２にカソードが接続されたダイオード１２
ａ’が接続されている。また内周の下側付近で、給電点
ｂ１にアノードが接続されたダイオード１３ｂが、内周
の上側付近で、給電点ｂ２にカソードが接続されたダイ
オード１３ｂ’が接続されている。

【００６６】それらのダイオードの他端はコンデンサ１
１ａ，１１ａ’または１１ｂ，１１ｂ’を介して５０Ω
給電線５ａ，５ａ’，５ｂ，５ｂ’に接続されると共
に、コイル１０ａ，１０ａ’または１０ｂ，１０ｂ’を
介して導体地板３に接続されている。これらコイル１
０、コンデンサ１１、ダイオード１２、１３は誘電体板
２に、導体板１から５０Ω給電線５ａ，５ｂまで貫通す
る貫通孔２５ａ，２５ａ’，２５ｂ、２５ｂ’に収容さ
れるようになっている。

【００６７】５０Ω給電線５ａ，５ａ’，５ｂ，５ｂ’
は９０°ハイブリッド（ＨＹＢ）回路２３ａ，２３ｂを
介した信号が供給されるようになっている。そしてハイ
ブリッド回路２３ａ，２３ｂには制御部１６によって供
給される切換信号によって制御される切給電切換部２０
を介して切換供給される、高周波発生源２１からの高周
波信号が供給されるようになっている。

【００６８】９０°ハイブリッド（ＨＹＢ）回路２３
ａ，２３ｂは円偏波を発生させるために給電点ａ１およ
びｂ１の給電点、またａ２，ｂ２の給電点に同振幅で位
相が９０°異なるように給電する回路である。すなわち
図９において、給電点ａ１と給電点ｂ１とは９０°の位
相差を有し、給電点ａ２とｂ２も９０°の位相差を有し
ている。

【００６９】そして、円偏波を発生させるため、給電点
ａ１，ｂ１または給電点ａ２，ｂ２はｎ次の励振モード
の円偏波に対し９０°（実施例ではｎ＝１、）だけ離し
ている。

【００７０】円環状の導体板１の内周下側付近の接続点
Ｂａと電位部１８の間が、貫通孔２５ｃを介した接続線
１９によって接続されており、その電位部１８は制御部
１６からの信号によって制御されるようになっている。

【００７１】図１１はこのアンテナを裏側からみた裏面
図である。

【００７２】図８示す内壁開放形円環マイクロストリッ
プアンテナは、導体板１が所望の内壁開放円環モードＴ
Ｍnm0（実施例はＴＭ110モード）で、かつ第１の所望の
低い共振周波数ｆ１（実施例では１．５ＧＨｚ）で共振
するように外直径ａφ、内直径ｂφに設定されている。
外直径ａφ、内直径ｂφの寸法は、前述の（１）式乃至
（２１）式によって決定される。

【００７３】次に本発明のアンテナの電位部および制御
部によるアンテナの動作について説明する。図１２に示
すように、初期状態においては、ダイオード１２ａ，１
３ｂがオン、ダイオード１２ａ’，１３ｂ’がオフ、円
環状に配列されたダイオード１４がオフ、給電切換部２
０のスイッチが図の位置（給電線５ｂ’側）となってお
り、ある所望の励振モードＴＭnm0 、所望の低い共振周
波数ｆ１で共振する円偏波内壁開放形円環マイクロスト
リップアンテナ（実施例はＴＭ110 モード、ｆ１＝１．
５０ＭＨｚ）として動作する。

【００７４】ここで、制御部１６から制御信号が出力さ
れ、電位部１８および給電切換部２０を動作させ、ダイ
オード１２ａ，１３ｂがオフ、ダイオード１２ａ’，１
３ｂ，がオン、ダイオード１４がオン、給電切換部２０
のスイッチが図と反対側（給電線５ａ側となっており、
ある所望の励振モードＴＭnm0 、所望の高い共振周波数
ｆ２で共振する円偏波外壁短絡形マイクロストリップア
ンテナ（実施例はＴＭ110 モード、ｆ２＝３．４５ＧＨ
ｚ）として動作する。

【００７５】このように、本発明のアンテナは１つのマ
イクロストリップアンテナで同一モードにおいて所望の
２周波に共振することができ、送信周波数および受信周
波数がある程度離れていても、同一のアンテナを使用す
ることができる。

【００７６】図１３は本発明において、代表的な励振モ
ードにおける周波数ｆ１，ｆ２（実施例ではｆ１＝１．
５ＧＨｚ、ｆ２＝３．４５ＧＨｚ）におけるパッチ上内
の電流、磁界分布を示す図であり、（ａ）（ｂ）は円環
状に配列されたダイオード１４がオフで、外直径ａ１
φ、内直径ｂ１φで、励振モードＴＭ110 モード、周波
数ｆ１（１．５ＧＨｚ）で共振する円偏波内壁開放形マ
イクロストリップアンテナとしての状態、（ｃ）（ｄ）
はダイオード１４がオンで、外直径ａ２φ、内直径ｂ１
φで、励振モードＴＭ110 モード、周波数ｆ２（３．４
５ＧＨｚ）で共振する円偏波外壁短絡形マイクロストリ
ップアンテナとしての状態を示す。

【００７７】図１４は本発明の円偏波絶対利得指向性計
算値を示す図であり、（ａ）は内壁開放形であり周波数
ｆ１に対するもの、（ｂ）は外壁短絡形であり周波数ｆ
２に対応するものである。この図より円偏波円環マイク
ロストリップアンテナが同一モードで２つの周波数によ
って円偏波指向性が得られていることがわかる。

【００７８】（ハ）第３実施例この例では１励振モード、２周波共振、円偏波、内周ス
イッチ形の例について図９、図１１、図１５乃至図２０
によって説明する。図９に示すように、誘電体２の上面
に所望の内壁開放円環モードＴＭnm0（実施例ではＴＭ1
10モード）および第１の所望の低い共振周波数ｆ１（実
施例では１．５ＧＨｚ）で共振する外直径ａ₁φ 、内直
径ｂ₁φ （内、外直径の寸法は後述する）の円環放射導
体板１が印刷されている。その導体板１の内円は開放部
６によって開放円になっている。

【００７９】またこのアンテナを中心とした外直径ａ₁
φとして、内直径ｂ₂φ（内、外直径の設定方法は後述
する。また実施例ではｂ₂φ＝ｂ₁φであるが、ｂ₁φ＜
ｂ₂φ＜ａ₁φ の範囲で選択できる）の距離にある図１
６に示す同心円部分のダイオード接続円９と導体地板３
との間に複数のダイオード１４が接続されている。但
し、本来これらのダイオード１４は図１５に記載すべき
ものであるが煩雑になるので、ダイオード接続円９に接
続したダイオード１４を取り出して図１６に記載してい
るものである。

【００８０】このダイオードは図１７に示すように導体
板１側にカソードが接続され、導体地板３側にアノード
が接続され、ダイオード１４そのものは例えば誘電体板
２に埋め込まれるように構成されている。

【００８１】このようにダイオード接続円９に沿って複
数のダイオード１４を接続し、このダイオードを導通さ
せることによって高周波的に短絡した短絡壁を構成する
と、このアンテナは前述の励振モードと同一で、第１の
低い共振周波数ｆ１とは異なり、第２の所望の高い共振
周波数ｆ２（実施例では２．２ＧＨｚ）で共振するよう
になる。

【００８２】このアンテナは図１５に示すようにアンテ
ナ部Ａと給電回路部Ｂとから構成されており、それぞれ
の導体地板３が背中合わせに貼着されている。給電回路
部Ｂは誘電体板２の下面の５０Ω給電線５ａ，５ａ’，
５ｂ，５ｂ’および、アンテナのインピーダンス整合を
取る整合線４ａ，４ａ’，４ｂ，４ｂ’が印刷によって
形成されている。

【００８３】図１５における円環状の導体板１の内周の
左側付近で、導体板１の給電点ａ１にアノードが接続さ
れたダイオード１２ａが、導体板１における内周の右側
付近の給電点ａ２にカソードが接続されたダイオード１
２ａ’が接続されている。また内周の下側付近で、給電
点ｂ１にアノードが接続されたダイオード１３ｂが、内
周の上側付近で、給電点ｂ２にカソードが接続されたダ
イオード１３ｂ’が接続されている。

【００８４】それらのダイオードの他端はコンデンサ１
１ａ，１１ａ’または１１ｂ，１１ｂ’を介して５０Ω
給電線５ａ，５ａ’，５ｂ，５ｂ’に接続されると共
に、コイル１０ａ，１０ａ’または１０ｂ，１０ｂ’を
介して導体地板３に接続されている。これらコイル１
０、コンデンサ１１、ダイオード１２、１３は誘電体板
２に、導体板１から５０Ω給電線５ａ，５ｂまで貫通す
る貫通孔２５ａ，２５ａ’，２５ｂ、２５ｂ’に収容さ
れるようになっている。

【００８５】５０Ω給電線５ａ，５ａ’，５ｂ，５ｂ’
は９０°ハイブリッド（ＨＹＢ）回路２３ａ，２３ｂを
介した信号が供給されるようになっている。そしてハイ
ブリッド回路２３ａ，２３ｂには制御部１６によって供
給される切換信号によって制御される切給電切換部２０
を介して切換供給される、高周波発生源２１からの高周
波信号が供給されるようになっている。

【００８６】９０°ハイブリッド（ＨＹＢ）回路２３
ａ，２３ｂは円偏波を発生させるために給電点ａ１およ
びｂ１の給電点、またａ２，ｂ２の給電点に同振幅で位
相が９０°異なる用に給電する回路である。すなわち図
９において、給電点ａ１と給電点ｂ１とは９０°の位相
差を有し、給電点ａ２とｂ２も９０°の位相差を有して
いる。

【００８７】そして、円偏波を発生させるため、給電点
ａ１，ｂ１または給電点ａ２，ｂ２はｎ次の励振モード
の円偏波に対し９０°（実施例ではｎ＝１、）だけ離し
ている。

【００８８】円環状の導体板１の内周下側付近の接続点
Ｂａと電位部１８の間が、貫通孔２５ｃを介した接続線
１９によって接続されており、その電位部１８は制御部
１６からの信号によって制御されるようになっている。

【００８９】図１１はこのアンテナを裏側からみた裏面
図である。

【００９０】図２１（ａ）、（ｂ）に示す内壁開放形円
環マイクロストリップアンテナは、導体板１が所望の内
壁開放円環モードＴＭnm0（実施例はＴＭ110モード）
で、かつ第１の所望の低い共振周波数ｆ１（実施例では
１．５ＧＨｚ）で共振するように外直径ａφ、内直径ｂ
φに設定されている。外直径ａφ、内直径ｂφの寸法
は、前述の（１）式乃至（１５）式によって決定され
る。

【００９１】また、図２１（ｃ）、（ｄ）に示すような
内壁短絡形円環マイクロストリップアンテナのＴＭnm0
モードにおける外直径ａ₁φ、内直径ｂ₁φの寸法は、次
のようにして決定される。

【００９２】内部波長に比べて十分に小さい厚さを有す
るキャビティの内部磁界および電界は前述した（１）乃
至（４）式によって与えられる。その境界条件を求める
と次のようになる。

【００９３】

【数２２】

【００９４】

【数２３】

【００９５】

【数２４】

【００９６】ここでｘ＝ｋａ、β＝ｂ／ａ、ｋｂ＝βｘ
とおくと次式のようになる。

【００９７】

【数２５】

【００９８】ところで、所望の高い周波数ｆ_H を決定
し、所望の低い周波数と同一の励振モード、すなわちｎ
_H＝ｎ_L＝ｎとし、所望の高い周波数における円環状の導
体板の内外径比β_H（β＝β_H）を変化させる。これには
式（７）、（８）を計算し、所望の高いい周波数に対す
る固有値ｘ_Hを求めることによってβ_Hが決定される。収
束しないときは（２）式乃至（７）式の計算を繰返す。
これにより次式によってｎ_L＝ｎ_Hモードにおける内外径
が求まる。

【００９９】

【数２６】

【０１００】

【数２７】

【０１０１】次に、本発明のアンテナの電位部および制
御部によるアンテナの動作について説明する。図１８に
示すように、初期状態においては、ダイオード１２ａ，
１３ｂがオン、ダイオード１２ａ’，１３ｂ’がオフ、
円環状に配列されたダイオード１４がオフ、給電切換部
２０のスイッチが図の位置（給電線５ｂ’側）となって
おり、ある所望の励振モードＴＭnm0 、所望の低い共振
周波数ｆ１で共振する円偏波内壁開放形円環マイクロス
トリップアンテナ（実施例はＴＭ110 モード、ｆ１＝
１．５０ＭＨｚ）として動作する。

【０１０２】ここで、制御部１６から制御信号が出力さ
れ、電位部１８および給電切換部２０を動作させ、ダイ
オード１２ａ，１３ｂがオフ、ダイオード１２ａ’，１
３ｂ，がオン、ダイオード１４がオン、給電切換部２０
のスイッチが図と反対側（給電線５ａ側となっており、
ある所望の励振モードTMnm0 、所望の高い共振周波数ｆ
２で共振する円偏波内壁短絡形マイクロストリップアン
テナ（実施例はＴＭ110 モード、ｆ２＝２．２ＧＨｚ）
として動作する。

【０１０３】このように、本発明のアンテナは１つのマ
イクロストリップアンテナで同一モードにおいて所望の
２周波に共振することができ、送信周波数および受信周
波数がある程度離れていても、同一のアンテナを使用す
ることができる。

【０１０４】図１９は本発明において、代表的な励振モ
ードにおける周波数ｆ１，ｆ２（実施例ではｆ１＝１．
５ＧＨｚ、ｆ２＝２．２ＧＨｚ）におけるパッチ上内の
電流、磁界分布を示す図であり、（ａ）（ｂ）は円環状
に配列されたダイオード１４がオフで、外直径ａ₁φ、
内直径ｂ₁φで、励振モードＴＭ110 モード、周波数ｆ
１（１．５ＧＨｚ）で共振する円偏波内壁開放形マイク
ロストリップアンテナとしての状態、（ｃ）（ｄ）はダ
イオード１４がオンで、外直径ａ₂φ、内直径ｂ₁φで、
励振モードＴＭ110 モード、周波数ｆ２（２．２ＧＨ
ｚ）で共振する円偏波内壁短絡形マイクロストリップア
ンテナとしての状態を示す。

【０１０５】図２０は、本発明の円偏波絶対利得指向性
計算値を示す図であり、（ａ）は内壁開放形であり周波
数ｆ１に対するもの、（ｂ）は内壁短絡形であり周波数
ｆ２に対応するものである。この図より円偏波円環マイ
クロストリップアンテナが同一モードで、２つの周波数
によって円偏波指向性が得られていることがわかる。

【０１０６】（ニ）第４実施例この例では１励振モード、２周波共振、直線偏波、内周
スイッチ形の例について図３、図２１、図２２乃至図２
６によって説明する。図２３に示すように、誘電体２の
上面に所望の内壁開放円環モードＴＭnm0（実施例では
ＴＭ110モード）および第１の所望の低い共振周波数ｆ
１（実施例では１．５ＧＨｚ）で共振する外直径ａ
₁φ、内直径ｂ₁φ（内、外直径の寸法は後述する）の円
環放射導体板１が印刷されている。その導体板１の内円
は、開放部６によって開放円になっている。

【０１０７】またこのアンテナを中心とした外直径ａ₁
φとして、内直径ｂ₂φ（内、外直径の設定方法は後述
する。実施例ではｂ２φ＝ｂ１φであるが、ｂ₁φ＜ｂ₂
φ＜ａ₁φ の範囲で選択できる）の距離にある図２２に
示す同心円部分のダイオード接続円９と導体地板３との
間には複数のダイオード１４が接続されている。

【０１０８】このダイオードは図２３に示すように導体
板１側にカソードが接続され、導体地板３側にアノード
が接続され、ダイオード１４そのものは例えば誘電体板
２に埋め込まれるように構成されている。

【０１０９】このようにダイオード接続円９に沿って複
数のダイオード１４を接続し、このダイオードを導通さ
せることによって高周波的に短絡した短絡壁を構成する
と、このアンテナは前述の励振モードと同一で、第１の
低い共振周波数ｆ１とは異なり、第２の所望の高い共振
周波数ｆ２（実施例では２．２ＧＨｚ）で共振するよう
になる。

【０１１０】このアンテナは図２２に示すようにアンテ
ナ部Ａと給電回路部Ｂとから構成されており、それぞれ
の導体地板３が背中合わせに貼着されている。給電回路
部Ｂは誘電体板２の下面の５０Ω給電線５ａ，５ｂおよ
び、アンテナのインピーダンス整合を取る整合線４ａ，
４ｂが印刷によって形成されている。

【０１１１】図２２における円環状の導体板１の内周の
上側付近で、導体板１の給電点ａ１にアノードが接続さ
れたダイオード１２が、導体板１における内周の右側付
近の給電点ａ２にカソードが接続されたダイオード１３
が接続されている。

【０１１２】それらのダイオードの他端はコンデンサ１
１ａ，または１１ｂ，を介して５０Ω給電線５ａ，５ｂ
に接続されると共に、コイル１０ａまたは１０ｂを介し
て導体地板３に接続されている。これらコイル１０、コ
ンデンサ１１、ダイオード１２、１３は誘電体板２に、
導体板１から５０Ω給電線５ａ，５ｂまで貫通する貫通
孔２５ａ，２５ｂに収容されるようになっている。

【０１１３】５０Ω給電線５ａ，５ｂは制御部１６によ
って供給される切換信号によって制御される切給電切換
部２０を介して切換供給される、高周波発生源２１から
の高周波信号が供給されるようになっている。

【０１１４】円環状の導体板１の内周下側付近の接続点
Ｂａと電位部１８の間が、貫通孔２５ｃを介した接続線
１９によって接続されており、その電位部１８は制御部
１６からの信号によって制御されるようになっている。

【０１１５】図３はこのアンテナを裏側からみた裏面図
である。

【０１１６】図２１（ａ）、（ｂ）に示す内壁開放形円
環マイクロストリップアンテナは、導体板１が所望の内
壁開放円環モードＴＭnm0（実施例はＴＭ110モード）
で、かつ第１の所望の低い共振周波数ｆ１（実施例では
１．５ＧＨｚ）で共振するように外直径ａφ、内直径ｂ
φに設定されている。外直径ａφ、内直径ｂφの寸法
は、前述の（１）式乃至（１５）式によって決定され
る。

【０１１７】また、図２１（ｃ）、（ｄ）に示すような
内壁短絡形円環マイクロストリップアンテナのＴＭnm0
モードにおける外直径ａ₁φ、内直径ｂ₁φの寸法は、
（２２）式乃至（２７）式のようにして決定される。

【０１１８】次に本発明のアンテナの電位部および制御
部によるアンテナの動作について説明する。図２４に示
すように、初期状態においては、ダイオード１２がオ
ン、ダイオード１３がオフ、円環状に配列されたダイオ
ード１４がオフ、給電切換部２０のスイッチが図の位置
（給電線５ｂ側）となっており、ある所望の励振モード
ＴＭnm0 、所望の低い共振周波数ｆ１で共振する円偏波
内壁開放形円環マイクロストリップアンテナ（実施例は
ＴＭ110 モード、ｆ１＝１．５０ＭＨｚ）として動作す
る。

【０１１９】ここで、制御部１６から制御信号が出力さ
れ、電位部１８および給電切換部２０を動作させ、ダイ
オード１２がオフ、ダイオード１３がオン、ダイオード
１４がオン、給電切換部２０のスイッチが図と反対側
（給電線５ａ側）となっておりある所望の励振モードＴ
Ｍnm0 、所望の高い共振周波数ｆ２で共振する円偏波内
壁短絡形マイクロストリップアンテナ（実施例はＴＭ11
0 モード、ｆ２＝２．２ＧＨｚ）として動作する。

【０１２０】このように、本発明のアンテナは１つのマ
イクロストリップアンテナで同一モードにおいて所望の
２周波に共振することができ、送信周波数および受信周
波数がある程度離れていても、同一のアンテナを使用す
ることができる。

【０１２１】図２５は本発明において、代表的な励振モ
ードにおける周波数ｆ１，ｆ２（実施例ではｆ１＝１．
５ＧＨｚ、ｆ２＝２．２ＧＨｚ）におけるパッチ上内の
電流、磁界分布を示す図であり、（ａ）は円環状に配列
されたダイオード１４がオフで、外直径ａ１φ、内直径
ｂ１φで、励振モードＴＭ110 モード、周波数ｆ１
（１．５ＧＨｚ）で共振する円偏波内壁開放形マイクロ
ストリップアンテナとしての状態、（ｂ）はダイオード
１４がオンで、外直径ａ２φ、内直径ｂ１φで、励振モ
ードＴＭ110 モード、周波数ｆ２（２．２ＧＨｚ）で共
振する円偏波内壁短絡形マイクロストリップアンテナと
しての状態を示す。

【０１２２】図２６は本発明の絶対利得指向性計算値を
示す図であり、（ａ）は内壁開放形であり周波数ｆ１に
対するもの、（ｂ）は内壁短絡形であり周波数ｆ２に対
応するものである。この図より、円環マイクロストリッ
プアンテナが同一モードで２つの周波数によって指向性
が得られていることがわかる。

【０１２３】なお、励振モード、所望の２周波数は実施
例の値に限定されず、他の励振モードでも良く、いかな
る２周波であっても良い。

【０１２４】また、導体地板３および誘電体２の形を正
方形で示しているが、これに限定されず、他の形であっ
ても良い。

【０１２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、円環状に
接続されたダイオードをオン・オフすることによって円
環状の導体板直径寸法を電気的に変化させるようにした
ので、送信用および受信用周波数がある程度離れていて
も共振周波数を瞬時に変化させることができ、同一アン
テナで送受信が行え、アンテナ取り付けスペースが少な
くて済むと共に、経済性も良くなるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例（直線偏波で外壁短絡形アンテ
ナ）の構造を示す斜視図である。

【図２】図１のアンテナの構造の詳細を示す図である。

【図３】図１のアンテナの裏面の状態を示す図である。

【図４】図１のアンテナの動作状態を説明する図であ
る。

【図５】図１のアンテナの電流、磁界分布を示す図であ
る。

【図６】図１のアンテナの指向性を示す図である。

【図７】図１のアンテナの導体板の寸法を決める基準を
示す図である。

【図８】第２の実施例（円偏波で外壁短絡形）の構造を
示す斜視図である。

【図９】図８のアンテナの導体板の寸法を説明する図で
ある。

【図１０】図８のアンテナの構造の詳細を示す図であ
る。

【図１１】図８のアンテナの裏面の状態を示す図であ
る。

【図１２】図８のアンテナの動作状態を説明するための
図である。

【図１３】図８のアンテナの電流、磁界分布を示す図で
ある。

【図１４】図８のアンテナの指向性を示す図である。

【図１５】第３の実施例（円偏波で内壁短絡形）の構造
を示す図である。

【図１６】図１５のアンテナの内壁短絡部分の詳細を示
す図である。

【図１７】図１５のアンテナの構造の詳細を示す図であ
る。

【図１８】図１５のアンテナの動作状態を説明するため
の図である。

【図１９】図１５のアンテナの電流、磁界分布を示す図
である。

【図２０】図１５のアンテナの指向性を示す図である。

【図２１】図１５のアンテナの導体板の寸法を説明する
図である。

【図２２】第４の実施例（直線偏波で内壁短絡形）の構
造を示す斜視図である。

【図２３】図２２のアンテナの構造の詳細を示す図であ
る。

【図２４】図２２のアンテナの動作を説明するための図
である。

【図２５】図２２のアンテナの電流、磁界分布を示す図
である。

【図２６】図２２のアンテナの指向性を示す図である。

【図２７】従来のアンテナの一例を示す斜視図である。

【図２８】図２７のアンテナの電流、磁界分布を示す図
である。

【図２９】従来のアンテナの他の例を示す図である。

【図３０】図２９のアンテナの電流、磁界分布を示す図
である。

【符号の説明】

Ａアンテナ部Ｂ給電回路部ａ、ｂ給電部１導体板２誘電体３地板４整合線５５０Ω給電線５’給電ピン６開放部７給電線９ダイオード接続円１２乃至１４ダイオード１６制御部１８電位部１９接続線２０給電切換部２１高周波発生源２３９０°ハイブリッド回路２４抵抗２５貫通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体層と、前記誘電体層の第１面に設けられた円環放射導体と、前記誘電体層の第２面に設けられた接地導体と、第１の整合手段を有し、前記円環放射導体に給電を行う
第１の給電線と、第２の整合手段を有し、前記円環放射導体に給電を行う
第２の給電線と、前記円環放射導体の外周部を前記接地導体に対し短絡ま
たは開放する複数のスイッチング素子と、高周波発生源を前記第１の給電線に給電しかつ前記スイ
ッチング素子を開放するように制御するか、高周波発生
源を前記第２の給電線に給電しかつ前記スイッチング素
子を短絡するように制御するかの切換を行う切換手段と
を備えたことを特徴とする円環形マイクロスプリットア
ンテナ。
【請求項２】誘電体層と、前記誘電体層の第１面に設けられた円環放射導体と、前記誘電体層の第２面に設けられた接地導体と、第１の整合手段を有し、前記円環放射導体に給電を行う
第１の給電線と、第２の整合手段を有し、前記円環放射導体に給電を行う
第２の給電線と、前記円環放射導体の内周部を前記接地導体に対し短絡ま
たは開放する複数のスイッチング素子と高周波発生源を
前記第１の給電線に給電しかつ前記スイッチング素子を
開放するように制御するか、高周波発生源を前記第２の
給電線に給電しかつ前記スイッチング素子を短絡するよ
うに制御するかの切換を行う切換手段とを備えたことを
特徴とする円環形マイクロスプリットアンテナ。
【請求項３】前記第１および第２の給電回路は、前記
円環放射導体に各々１点給電を行うことを特徴とする請
求項１または請求項２の円環形マイクロストリップアン
テナ。
【請求項４】前記第１および第２の給電回路は前記円
環放射導体に各々同振幅で９０度位相が異なる２点給電
を行うことを特徴とする請求項１または請求項２の円環
形マイクロストリップアンテナ。