JPH0685487B2 - ２周波共用平面アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、誘電体基板の表面に導体板を用いて放射素子
を設けてなる平面アンテナにおいて、２つの異なる周波
数で動作する２周波共用の平面アンテナの構造に関する
ものである。

（従来の技術） 上記の如き構成の平面アンテナとしてはマイクロストリ
ツプアンテナやスロツトアンテナがあり、これらの平面
アンテナにおいて従来から広帯域化を目的として２周波
共用のものが提案されている。

２周波共用のマイクロストリツプアンテナとしては、特
開昭56-141605号公報に記載されたように、誘電体基板
の一表面に楕円形の導体板からなる放射導体素子を設
け、かつ誘電体基板の対向する面を接地導体板で覆い、
放射導体素子である楕円形の導体板の給電点をその長軸
および短軸からの距離が等しくなる直線上に設けたもの
があり、このような構成のアンテナでは、楕円形の放射
導体素子に独立に存在する互に異なる共振周波数の長軸
モードおよび短軸モードの双方を単一の給電点から励振
することができるので、２点共振形の周波数特性が得ら
れ、２つの異なる周波数で動作することができる。

また、２周波共有のスロツトアンテナとしては、特開昭
58-54703号公報に記載されたように、誘電体基板の一表
面に被着された導体にスロツトを形成し、かつ誘電体基
板の対向する面に、前記スロツトの両端近くでこのスロ
ツトとそれぞれ交差する２本のストリツプ線路と、この
２本のストリツプ線路に各々異なる周波数での給電を行
なための分波器とを設けたものがあり、このようなアン
テナでは、スロツトの長さを使用する２つの周波数のう
ち高い周波数の約半波長に設定し、低い周波数に対して
はこのスロツトを微小スロツトとして使用することによ
り、２つの異なる周波数で動作させている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の２つの従来例では、いずれも単一の放射素子を２
つの異なる周波数で動作させる構造であることから、動
作させる２つの周波数を設定する際に一方の周波数に関
係なく他方を設定することができず、共振型マイクロス
トリツプアンテナの例では２つの周波数は極めて近接し
た値でしか実現できず、またスロツトアンテナの例では
２つの周波数のうち高い周波数を決定すれば低い周波数
が自と決定されている。さらに利得や指向性等に関して
も同様であるため、上記従来例ではアンテナ特性の設計
において自由度が極めて小さいという問題があった。

そこで本発明は、小型、軽量、薄型という平面アンテナ
の利点を損なうことなく、２つの動作点を有するアンテ
ナ特性を高い自由度で設計し得る２周波共用平面アンテ
ナを提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明よる２周波共用平面アンテナは、共振型アンテナ
とスロツトアンテナとを互いに独立的に動作するように
同一誘電体基板に重畳的に設けたものであり、その具体
的な構造は、共振型アンテナの放射導体板とスロツトア
ンテナのスロツト形成導体とを兼ねた正面導体板と、共
振型アンテナの接地導体とスロツトアンテナの反射板と
を兼ねた背面導体とを誘電体基板を挟んで対向させ、共
振型アンテナ用の給電線を誘電体基板表面に設けるとと
もに、スロツトアンテナ用の給電線を誘電体基板内に埋
設しており、スロツトアンテナ用の給電線は共振型アン
テナの励振モードにおける電界が零となる軸に沿って配
置し、この給電線に沿って正面導体板にスロツトを形成
したもので、以上の構成により重畳的に設けた共振型ア
ンテナとスロツトアンテナとを互いに無関係に動作させ
ることが可能となるので、２周波共用アンテナとしての
設計の自由度を著しく向上させることができる。

（実施例） 以下、図面により本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の１実施例の構成を示す図である。第
１図において、１は誘電体基板で、矩形の板状体に形成
され、両面に広い面積の第１および第２の主面を有す
る。２および３は誘電体基板１の第１の主面に被着形成
された正面導体板および給電線で、正面導体板２は円形
に形成され、そのほぼ中央部には複数の矩形のスロツト
４が形成されており、給電線３は正面導体板２に接続さ
れている。５は誘電体基板１を挟んで正面導体板２と対
向せしめて第２の主面に被着された背面導体板、６は、
誘電体基板１内に埋設された給電線で、スロツト４はこ
の給電線６に沿って配設されている。

上記の如き本実施例では、正面導体板２および背面導体
板５を誘電体基板１を挟んで対向する円形の放射導体お
よび接地導体とし、給電線３を放射導体に給電するため
の給電線として利用することにより、第２図ａに示すよ
うな共振型アンテナを構成するとともに、正面導体板２
を誘電体基板１の一主面に被着され放射素子となるスロ
ツト４を具えた導体板とし、背面導体板５を反射板と
し、給電線６を誘電体基板１を介して各スロツト４に給
電するための給電線として利用することにより、第３図
に示すようなスロツトアンテナを構成している。ここ
で、正面導体板２の形状は、円形の他に方形または円環
形等でもよく、その寸法は共振型アンテナで使用する周
波数および励振モードに対して一意に規定される。ま
た、スロツト４の長軸方向の長さはスロツトアンテナで
使用する周波数に対して誘電体基板１の誘電率を考慮し
たほぼ半波長に設定され、かつ各スロツト４の間隔ｌは
スロツトアンテナの放射方向（ビームチルト方向）を決
定すれば一意に規定される。

さらに、誘電体基板１正面導体板２および背面導体板５
を共用して共振型アンテナとスロツトアンテナとを重合
的に設けることから両アンテナ間の相互作用（干渉）が
問題となり、これを防止するために次のような構成が必
要となる。まずスロツトアンテナ用の給電線６は、共振
型アンテナの励振時にその共振型アンテナ内の電界が零
となる軸に沿って配設する。即ち本実施例では共振型ア
ンテナの励振モードを基本モード（TM₁₁モード）とし、
その場合放射導体素子となる円形の正面導体板２には、
第２図ｂにおいて矢印で示すように給電点2aから正面導
体板２を横断するように電流が流れ、一点鎖線で示すよ
うに円形の正面導体板２の中心を通って縦断するように
電界が零となる軸が位置するので、この軸に沿って給電
線６を誘電体基板１内に埋設する。またスロツト４は給
電線６に沿って所定の間隔で正面導体板２に配設する。
なお、共振型アンテナを他の励振モードで使用する場合
でも同様にそのモードにおいて電界が零となる軸に沿っ
てスロツトアンテナを設ければよい。

以上のように構成された本実施例において、誘電体基板
１内に埋設するスロツトアンテナ用の給電線６を、共振
型アンテナの任意のモードでの励振時におけるアンテナ
内電界が零となる軸に沿って配置したことにより、この
給電線６は元来共振型アンテナ内の電界が零の場所に置
かれるため、給電線６が共振型アンテナに対してほとん
ど影響を及ぼすことがないのと同時に、共振型アンテナ
内の電界が給電線６に作用することがほとんどない。こ
のため重畳的に一体に設けられた共振型アンテナとスロ
ツトアンテナは、誘電体基板１内において両者の電界が
干渉することなく互いに独立的に動作することができ
る。また、共振型アンテナおよびスロツトアンテナの放
射指向性も、第４図および第５図にそれぞれ示すように
各々単体の場合の放射指向性とほとんど変わることがな
い。なお本実施例においてはスロツトアンテナのＥ面に
おける主ビームの方向をアンテナ垂直方向から20度チル
トさせている。さらに、共振型アンテナとしては放射導
体板となる円形の正面導体板２に複数のスロツト４が形
成されているが、第２図ｃに矢印で示すように電流はス
ロツト４の長手方向に沿って流れるので、スロツト４が
正面導体板２の電流分布を乱すことはない。また他の励
振モードの場合でもスロツト４の大きさは正面導体板２
の面積に比して小さいため、放射素子としての正面導体
板２の電流分布に対するスロツト４の影響は少ない。

このように、一体に設けられた共振型アンテナとスロツ
トアンテナが互いに干渉することなく独立的に動作する
ため、各アンテナの動作周波数は互いに無関係に設定す
ることができ、一般に共振型アンテナは相対的に低い周
波数、スロツトアンテナは相対的に高い周波数で同時に
動作することができる。従って２周波共用アンテナとし
てのアンテナ特性を非常に自由に設計することができ、
例えば共振型アンテナをVHFあるいはUHF帯で動作させ、
スロツトアンテナをマイクロ波Ｘ帯（10GHz前後）で動
作させるように構成することにより、衛星通信にも対応
できる自動車用アンテナ等として利用することができ
る。またスロツトアンテナは、通常本実施例のように放
射素子となるスロツトを複数設けてアレーアンテナとし
て用いられており、素子数および素子間隔を適当に選ぶ
ことにより利得および主ビーム方向を任意に設定するこ
とができるので、様々な特性のアンテナが実現できる。

さらに、共振型アンテナとスロツトアンテナとを各々の
構造の大半を共用して一体に構成しており、単体として
の共振型アンテナやスロツトアンテナの構造を大きく改
変していないので、小型、軽量、薄型というこの種の平
面アンテナの利点を損なうことがない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、誘電体基板を挟んで対
向する正面導体板および背面導体板を、共振型アンテナ
の放射導体板および接地導体として用いるとともに、ス
ロツトアンテナのスロツト形成導体および反射板として
用い、共振型アンテナ用の給電線を誘電体基板表面、ス
ロツトアンテナ用の給電線を誘電体基板内部にそれぞれ
配設したもので、共振型アンテナの任意の励振モードに
おけるアンテナ内電界が零となる軸に沿ってスロツトア
ンテナ用の給電線を配置し、この給電線に沿って正面導
体板にスロツトを配設することにより、誘電体基板、正
面導体板および背面導体板を共用して一体に構成した共
振型アンテナとスロツトアンテナとを互いに干渉するこ
となくそれぞれ独立に動作させることができるので、各
アンテナの動作周波数、利得、指向性等をほぼ自由に設
定することができ、２周波共用アンテナのアンテナ特性
を高い自由度で設計することが可能となるとともに、共
振型アンテナあるいはスロツトアンテナの単体のものと
比較しても構造的に大きな改変がないので、小型、軽
量、薄型というこの種の平面アンテナの利点を損なうこ
とがない等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成を示す斜視図、第２
図および第３図は、本発明の一実施例の動作を説明する
ための図、第４図および第５図は、本発明の一実施例の
放射特性を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両面を第１の主面および第２の主面とした
   誘電体基板と、前記誘電体基板の前記第１の主面に設け
   られ少なくとも１つのスロツトが形成された正面導体板
   と、前記誘電体基板の前記第１の主面に設けられ前記正
   面導体板に給電する第１の給電線と、前記第２の主面に
   設けられ前記誘電体基板を挟んで前記正面導体板と対向
   する背面導体板と、前記誘電体基板内に埋設され前記正
   面導体板のスロツトに給電する第２の給電線とを備え、
   前記正面導体板を前記第１の給電線により給電される放
   射導体として、前記背面導体板を接地導体とする共振型
   アンテナを構成するとともに、前記正面導体板を前記ス
   ロツトが形成された導体として、前記前記第２の給電線
   により給電され前記背面導体板を反射板とするスロツト
   アンテナを構成し、前記第２の給電線は前記共振型アン
   テナの使用する励振モードにおいて電界が零となる軸に
   沿って配置され、かつ前記スロツトは第２の給電線に沿
   って配設されたことを特徴とする２周波共用平面アンテ
   ナ。