JPH11243314A

JPH11243314A - アンテナ

Info

Publication number: JPH11243314A
Application number: JP10334832A
Authority: JP
Inventors: Veselin Brancovic; ベズリンブランコビッチ; Aleksandar Nesic; アレクサンダーネシック
Original assignee: Sony International Europe GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 1999-09-07
Also published as: US6339406B1; EP0920074A1

Abstract

(57)【要約】【課題】理想的な放射パターンに近い放射パターンを
有し、製造コストが安い、円偏波の電磁波信号を放射及
び受信する。【解決手段】アンテナ１は、前面１２と背面１３を有
する誘電体基板１１と、円偏波の電磁波信号を放射及び
受信するための第１のアンテナ素子１４と第２のアンテ
ナ素子１５と、第１及び第２のアンテナ素子１４，１５
に接続され、それらと信号を送受信する給電線手段１８
と、誘電体基板１１の背面に平行であって、低損失支持
体１７を介在して配設された反射板１６とを備える。第
１及び第２のアンテナ素子１４，１５は、誘電体基板１
１上で互いに直交して配されており、共役複素インピー
ダンスを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナに関し、
特にマイクロ波又はミリ波帯の円偏波の電磁波信号を放
射及び受信する円偏波平面アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】円偏波平面アンテナは、通信に用いら
れ、特に見通し線（light of the sight以下、ＬＯＳと
いう。）伝送に用いられる。このアンテナは、例えば人
工衛星と地上の間の通信、屋内のＬＯＳ無線ローカルエ
リアネットワーク（以下、ＬＡＮという。）通信、屋外
のＬＯＳ個人通信に応用されている。このような円偏波
平面アンテナには、アンテナ指向性を考慮する必要がな
いという利点の他に、偏波面が回転変化することにより
反射波が物理的に減衰するという利点がある。この利点
によって、マルチパス伝搬に対するシステム全体の耐力
が増し、伝搬路は良好となる。この利点は、伝搬路がＬ
ＯＳであるときに顕著である。

【０００３】全方向性放射パターンを有する円偏波平面
アンテナが応用される用途としては、主に２つの用途が
ある。第１の用途は、電波を均一に伝搬する用途であ
り、屋内において、円偏波平面アンテナがベースステー
ション又はリモートステーションのアンテナとして移動
アンテナ又は固定アンテナと通信したり、又は接地アン
テナと通信したりする。第２の用途は、屋外での用途で
あり、屋外において、例えば車又は列車等の地上の移動
体に搭載された円偏波平面アンテナが、人工衛星と通信
する。

【０００４】第１の用途では、電波を均一に伝搬するこ
とが主な課題である。屋内での用途では、図１に示すよ
うに、円偏波平面アンテナ１は、ベースステーション又
はリモートステーションのアンテナとして天井に取り付
けられており、例えばラップトップ型パーソナルコンピ
ュータ４のアンテナ５又はデスクトップ型パーソナルコ
ンピュータ６のアンテナ７とＬＯＳ通信を行っており、
電波を均一に伝搬する必要がある。円偏波平面アンテナ
１が通常の放射パターンを有している場合、受信領域の
端における電磁波信号の強さＧmaxは、円偏波平面アン
テナ１の中心軸Ａ方向における電磁波信号の強さＧmin
に比してより減衰される。これは、受信領域の端におけ
る受信機は、中心軸Ａ方向の受信機が受信する電磁波よ
りも長い距離を伝搬した電磁波を受信することによる。
図１において明らかなように、最も短い距離と最も長い
距離との比は１：４〜１：８の範囲であり、この差によ
り１２ｄＢ〜１８ｄＢの減衰率の差が生じる。そして、
例えば、天井２の高さをｈ₁とし、アンテナ５，７が設
置されている床３からの高さをｈ₂とし、ｈ₂−ｈ₁が
１．５ｍのときは、受信領域の半径Ｒは、１１．６〜２
７．３ｍである。

【０００５】第２の用途においても、電波の均一な伝搬
が主な課題である。図３に示す屋外での用途において
は、自動車９の屋根の上に搭載された円偏波平面アンテ
ナ１は、静止衛星８を介して、他の１つ以上の地上のア
ンテナと通信を行っており、第１の用途と同様に、電波
を均一に伝搬する必要がある。以下の説明は、屋内での
用途に関するが、屋外での用途にも当てはまる。円偏波
平面アンテナ１は、その中心軸Ａから受信領域の端に行
くにつれて、すなわち中心軸Ａと、部屋の端の方にある
デスクトップ型パーソナルコンピュータ６のアンテナ７
と円偏波平面アンテナ１を結んだ線分とのなす角度Φが
大きくなるにつれて、利得が大きくなる放射パターンＧ
(Φ)を有しているため、送信アンテナである円偏波平面
アンテナ１と受信アンテナであるアンテナ７間の距離ｄ
による自由空間減衰が生じても、中央に円偏波平面アン
テナ１を備える天井２と床３とから成る部屋における高
さが一定の位置の電界強度は、一定である。例えば伝送
速度（communication ratio）を上げるか又は定伝送速
度（constant communication ratio）における送信電力
を下げることによって送信電力を最適化するために、ま
た、電力制御の必要性又は必要な電力制御の範囲を最小
限にするためには、以下の２つの方法がある。第１の方
法は、受信アンテナが、図２に示すような理想的な放射
パターンを有している指向性アンテナである場合に用い
られる。理想的には、移動又は携帯端末用ののアンテナ
が、円偏波平面アンテナ（ベースステーションアンテ
ナ）の方向に直接向いた指向性を有する通常のアンテナ
である場合、この理想的な放射パターンのエベレーショ
ン利得（elevation gain）Ｇは、以下の数式で表され
る。

【０００６】Ｇ＝Ｇmin×sec²Φ ＝Ｇmin×[(ｈ₂−ｈ₁)²＋Ｒ²]／[(ｈ₂−ｈ₁)²] （Φ＜maxΦ）Ｇ＝０（Φ＞maxΦ）ここで、上述したように、ｈ₁は、円偏波平面アンテナ
１が取り付けられた天井２と床３間の垂直方向の距離、
すなわち天井２の高さであり、ｈ₂は、アンテナ５，７
と床３間の垂直方向の距離、すなわちアンテナ５，７が
設置されている位置の高さである。Ｒは、円偏波平面ア
ンテナ１の中心軸Ａからデスクトップ型パーソナルコン
ピュータ６のアンテナ７が設置されている位置までの半
径である。Φは、円偏波平面アンテナ１の中心軸Ａと、
例えば部屋の端に設置されたデスクトップ型パーソナル
コンピュータ６のアンテナ７と円偏波平面アンテナ１を
結んだ線分とのなす角度である。

【０００７】放射パターンにおける最大利得Ｇmaxは、
Φ＝Φmaxの時に生じ、最小利得Ｇminは、Φ＝０、すな
わち中心軸Ａにおいて生じる。図１及び図２におけるア
ンテナ利得Ｇのおよその値は、上記式から得られる。こ
の値は、上記式で表されるように、Ｒ、ｈ₁、ｈ₂を関数
とした理想的なsec²Φ曲線で計算される最大の指向性を
表している。

【０００８】第２の方法は、両方の通信アンテナが同じ
であり、両方の放射パターンの和が上記式で表される特
性を有している場合に用いられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような理想的な放
射特性を得るためには、例えば、誘電体レンズを備える
導波管アンテナ又は形状反射板（shaped reflector）を
備えるモノポールアンテナ等の非平面構造及び非印刷構
造を有する直線偏波アンテナの技術を用いる方法があ
る。上述した導波管アンテナの技術を用いる第１の方法
では、非常に大きな誘電体が必要になり、アンテナの重
量や大きさが増して、最終的には製造コストが増大す
る。したがって、このアンテナは、大量生産、特に低周
波アンテナの大量生産には実用的ではない。また、モノ
ポールアンテナの技術を用いる第２の方法では、アンテ
ナパターンの中央の利得が低下し（shadowing）、再現
性が悪く、また非常に大きな誘電体板が必要になるとい
う問題もある。更に、いずれの方法を用いても、円偏波
が生ぜず、また製造コストが安い平面印刷構造とするこ
とができない。したがって、これらの方法は、別の用途
に適している。

【００１０】周知の円偏波平面アンテナには、通常マイ
クロストリップ技術又は様々な給電効果を有するストリ
ップラインが用いられる。しかし、これらの技術を用い
ると、主ビームは、印刷構造における平面ベクトルと等
しくなり、電波が部屋全体に均一に伝搬されない。ま
た、これらの技術は、周波数選択性の整合及び軸比によ
り、比較的狭帯域でしか応用するとこができない。マイ
クロストリップパッチ（microstrip patches）において
円偏波を実現させる一方法として、米国特許第ＵＳ５２
１６４３０号及びＵＳ５３８２９５９に記載されている
ように、１つのパッチに２つの給電点を設ける方法があ
る。マイクロストリップパッチにおいて円偏波を実現さ
せる別の方法として、欧州特許第ＥＰ０４３４２６８Ｂ
１及びＥＰ５２５７２６Ａ１に記載されているように、
角を切るか又はノッチを設けることによって直交したパ
ッチを作る特別な方法がある。

【００１１】円偏波平面アンテナの第２の用途では、例
えば図３に示すように、円偏波の電磁波信号が、静止衛
星８と、車９の屋根に搭載された円偏波平面アンテナ１
との間を伝送される。図３には、このような屋外での用
途の典型的な例が示されている。図４には、静止衛星８
と、車９のような地上の移動体に搭載された円偏波平面
アンテナ１との間の屋外での通信における理想的な放射
パターンが示されている。このような理想的な放射パタ
ーンを有していれば、車９がどの方向を向いていても、
円偏波平面アンテナ１の放射パターンは静止衛星８の方
向を向いているので、円偏波平面アンテナ１に追尾装置
を設ける必要はない。

【００１２】図３に示す用途においては、放射パターン
の傾斜角（inclination angle）は鋭くする必要はな
い。図４に示す理想的な放射パターンでは、最大利得
は、Φ＝３０゜〜６０゜の範囲内にあるべきである。こ
こで、Φは、円偏波平面アンテナ１の中心軸Ａと、静止
衛星８と円偏波平面アンテナ１を結んだ線分とのなす角
度である。

【００１３】本発明の目的は、理想的な放射パターンに
近い放射パターンを有し、製造コストが安い、円偏波の
電磁波信号を放射及び受信する円偏波平面アンテナを提
供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述の目的は、請求項１
の特徴を持った円偏波平面アンテナによって達成され
る。本発明に係る円偏波平面アンテナは、前面と背面を
有する誘電体基板と、円偏波の電磁波信号を放射及び受
信するための第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子
とをそれぞれ有し、誘電体基板上で互いに直交して配さ
れており、共役複素インピーダンスを有している第１及
び第２のサブアンテナ手段と、第１及び第２のサブアン
テナ手段に接続され、第１及び第２のサブアンテナ手段
と信号を送受信する給電線手段と、誘電体基板の背面に
平行であって、低損失支持体を介在して配設された反射
手段とを備える。

【００１５】本発明に係る円偏波平面アンテナは、図２
及び図４に示すような理想的な放射パターンに近い放射
パターンを有しており、全面的にプレーナ技術によって
生産することができる。このため、このアンテナは、従
来のアンテナと比べて非常に安価に生産することができ
る。また、このアンテナは、例えば図３に示す車９の屋
根等の地上の移動体に容易に搭載することができる。こ
のため、空力抵抗による問題が起こる可能性が遙かに低
い。本発明に係る円偏波平面アンテナは、元々広帯域を
有しているため、このアンテナを約１．６ＧＨｚでの応
用や、近似の帯域での他の応用に用いることができる。
更に、このアンテナは、良好な軸比と、良好なアンテナ
整合と、良好なアンテナ利得を有している。本発明に係
る円偏波平面アンテナの放射パターンは、図２及び図４
に示す理想的な放射パターンに近い放射パターンである
ため、本発明に係る円偏波平面アンテナは、図１及び図
２に示す応用例に特に適している。このアンテナは、中
心軸Ａにおける放射量が、図４のように低いことが求め
られている場合、又は図２のように最小であることが求
められている場合に特に適している。

【００１６】２本の直交したダイポールが直交した位相
を有し、互いに等しい強度を有する場合、電波は円偏波
となる。電波の波長がλ／４である給電線を介して同じ
共役複素インピーダンスを有するダイポールに信号を給
電することによって、π／２の位相差が得られる。ここ
で、λは、給電された信号の波長である。また、位相差
がπ／２であるリアクタンス素子を有する給電ネットワ
ークによっても、π／２の位相差が得られる。

【００１７】本発明によれば、２本の直交したダイポー
ルは等しくないが、共役複素インピーダンスを有してい
る。すなわち、第１のダイポールは、Ｚ₁＝Ｒ−ｊＸの
インピーダンスを有しており、第２のダイポールは、Ｚ
₂＝Ｒ＋ｊＸのインピーダンスを有している。ここで
は、Ｒは、実部であり、Ｘは、虚部である。

【００１８】第１及び第２のサブアンテナ手段は、給電
線手段に同一面上で接続されているダイポール手段であ
る。第１及び第２のサブアンテナ手段は、給電線手段に
直列に接続された溝を備える。これにより、得られるイ
ンピーダンスは、実部のみを有しており、これは、アン
テナへの給電に用いられる給電線の特性インピーダンス
Ｚ_cと等しい。給電線の特性インピーダンスは通常５０
Ωであるが、例えば７５Ωのように、他のインピーダン
スでもよい。したがって、平行して配された２本のダイ
ポールのインピーダンスは、Ｚ＝Ｚ₁Ｚ₂／（Ｚ₁＋Ｚ₂）
＝（Ｒ²＋Ｘ²）／（２Ｒ）である。

【００１９】低損失支持体内における動作帯域の電波の
波長をλとし、反射板の上面と誘電体基板の中心面間の
距離Ｈは、０．２５λと０．５λとの間である。したが
って、本発明に係るアンテナの放射パターンは、所望の
応用方法に有効である。このアンテナが、図１の例に示
すように、信号を均一に伝搬する応用方法で用いられる
場合、距離Ｈは、Ｈ＝０．４５λ＋／−５％である必要
がある。この場合、図２に示すような放射パターンに近
い放射パターンが得られる。この放射パターンにおい
て、このアンテナの中心軸Ａにおける最小利得Ｇmin
は、最大利得Ｇmaxよりも約１２ｄＢ小さい。図３に示
すように、このアンテナが屋外で用いられる場合、距離
Ｈは、Ｈ＝０．５λである必要がある。このため、図４
に示す放射パターンに近い放射パターンが得られる。こ
の放射パターンにおいて、このアンテナの中心軸Ａにお
ける放射の値は、理想的な場合で０である。

【００２０】第１及び第２のサブアンテナ手段と給電線
手段は、誘電体基板の同一面上に配設され、給電線手段
には、第１及び第２のサブアンテナ手段のうちの第１の
アンテナ素子に接続している第１の給電線と第１及び第
２のサブアンテナ手段のうちの第２のアンテナ素子に接
続している第２の給電線とが同一面上に備わっている。

【００２１】第１及び第２のサブアンテナ手段は、誘電
体基板の同一面上に配設され、給電線手段は、平衡形マ
イクロストリップライン手段を形成している第１の給電
線及び第２の給電線からなり、それぞれ第１のアンテナ
素子及び第２のアンテナ素子に外側から接続している。

【００２２】各第１及び第２のサブアンテナ手段におけ
る第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子は、それ
ぞれ誘電体基板の異なる面に配設され、給電線手段は、
それぞれ誘電体基板の異なる面に配設されて平衡形マイ
クロストリップライン手段を形成している第１の給電線
及び第２の給電線からなり、第１の給電線は、第１のア
ンテナ素子に接続し、第２の給電線は、第２のアンテナ
素子に接続している。

【００２３】第２のサブアンテナ手段における第１のア
ンテナ素子及び第２のアンテナ素子は、それぞれ給電す
る側に結合部を備える。

【００２４】各第１及び第２のサブアンテナ手段及び給
電線手段は、誘電体基板に印刷されている各第１及び第
２のサブアンテナ手段及び給電線手段は、誘電体基板の
片面の金属被覆された領域に溝として形成されている。

【００２５】溝は、同一面上のストリップラインを形成
している給電線手段によって給電されている。

【００２６】複数のアンテナ素子からなる位相アンテナ
列に、アンテナ素子として配設されている。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るアンテナにつ
いて、図面を参照しながら説明する。

【００２８】図１は、本発明を適用したアンテナを屋内
において用いた時の様子を示す図である。このアンテナ
は、屋内において電磁波信号を均一に伝搬する。図１に
示すように、本発明を適用したアンテナ１は、天井２に
取り付けられており、ベースステーション又はリモート
ステーションとして機能し、複数の移動又は携帯用のア
ンテナ５，７と通信する全方向性アンテナである。アン
テナ５は、ラップトップ型パーソナルコンピュータ４に
備えられており、アンテナ７は、デスクトップ型パーソ
ナルコンピュータ６に備えられている。上述したよう
に、図１に示す放射パターン及び図２に詳細に示す放射
パターンは、理想的な放射パターンである。本発明を適
用したアンテナ１は、後述するように、図２に示す理想
的な放射パターンに極めて近い放射パターンをしてい
る。屋内での用途では、本発明を適用したアンテナ１の
放射パターンは、中心軸Ａにおいて最小の利得Ｇminを
有し、このＧminは、受信領域の半径Ｒが１２〜２４に
対応した中心軸Ａから角度Φが６０°〜７０°の範囲に
おける最大利得Ｇmaxよりも１２〜１８ｄＢ小さい。図
１及び図２に示す理想的な放射パターンは、上述した式
及びパラメータで表されている。

【００２９】図３は、本発明を適用したアンテナ１が静
止衛星８と通信する典型的は屋外での用途を示す図であ
る。アンテナ１は、例えば車９の屋根に搭載されてお
り、後述するように、図４に詳細に示す理想的な放射パ
ターンに極めて近い放射パターンを有している。理想的
な放射パターンは、アンテナ１の中心軸Ａと、静止衛星
８とアンテナ１を結んだ線分とのなす角度Φが約３０°
〜７０°の範囲において最大の利得を有する。アンテナ
１の中心軸Ａ方向における利得は０である。

【００３０】図１及び図３に示す用途の両方において、
本発明を適用したアンテナ１は、直交平面内において全
方向性放射パターンを有している。

【００３１】図５は、本発明を適用したアンテナ１の断
面図である。誘電体基板１１は、前面１２及び背面１３
を有している。前面１２には第１のダイポール１４が配
設されており、背面１３には第２のダイポール１５が配
設されている。なお、図５に示す例では、第１のアンテ
ナ素子が前面１２に印刷されており、第２のアンテナ素
子が背面１３に印刷されているが、例えば第１のアンテ
ナ素子及び第２のアンテナ素子の両方を前面１２又は背
面１３に印刷して設けるようにしてもよい。第１のダイ
ポール１４及び第２のダイポール１５は、図５に示すよ
うに、例えば金属被覆法（matallization）によって形
成されている。なお、第１のダイポール１４及び第２の
ダイポール１５は、前面１２上に溝（slot）として形成
するようにしてもよい。これについては、図１２及び図
１３において後述する。

【００３２】誘電体基板１１は、低損失材料からなる支
持体（以下、低損失支持体１７という。）によって支持
されており、この低損失支持体１７の反対側には、反射
手段としての金属製の反射板１６が配設されている。低
損失支持体１７は、例えばポリウレタン、又は誘電率が
１に近い他の低損失材料からなる。また、その材料とし
ては空気でもよく、この場合、誘電体基板１１と反射板
１６との間は空洞となっている。

【００３３】図２及び図４に示す理想的な放射パターン
に近い放射パターンを得るためには、反射板１６の上面
と誘電体基板１１の中心面間の距離Ｈが、本発明で決め
られた値である必要がある。距離Ｈの値は、例えば０．
２５λ〜０．５λである。ここで、λは、低損失支持体
１７内における中心周波数（使用帯域の中心周波数）の
電波の波長である。図１に示す電磁波信号を均一に伝搬
する用途では、アンテナ１の中心軸Ａ方向において、例
えば最大の利得Ｇmaxよりも１２ｄＢ小さい利得を有す
る必要があるため、距離Ｈの値は、０．４５λ±５％で
ある。図３に示す屋外での用途では、アンテナ１の中心
軸Ａ方向における理論的な放射が０となるように、距離
Ｈの値は、０．５λである。

【００３４】図６は、本発明を適用したアンテナ１の第
１の実施の形態を示す斜視図である。この第１の実施の
形態では、同一面上のストリップラインによって給電が
行われる。低損失支持体１７の下面には反射板１６が配
設されており、その上面には誘電体基板１１が配されて
いる。図６に示す第１の実施の形態では、第１及び第２
のサブアンテナ手段としての第１のダイポール１４及び
第２のダイポール１５が誘電体基板１１の前面１２に印
刷されている。第１のダイポール１４は第１のアンテナ
素子２１と第２のアンテナ素子２３からなっており、第
２のダイポール１５は第１のアンテナ素子２２と第２の
アンテナ素子２４からなっている。第１のダイポール１
４と第２のダイポール１５は互いに直交しているため、
第１のアンテナ素子２１、第２のアンテナ素子２３、第
１のアンテナ素子２２及び第２のアンテナ素子２４は、
図６に示すように、互いに直交している。第１のダイポ
ール１４及び第２のダイポール１５は、円偏波の電磁波
信号を放射及び受信するために、共役複素インピーダン
スを有する。給電線手段１８は、第１のダイポール１４
及び第２のダイポール１５と接続されており、第１のダ
イポール１４及び第２のダイポール１５との間で信号を
送受信する。

【００３５】図６の上部の円に示す拡大図でわかるよう
に、給電線手段１８は、第１の給電線１９と第２の給電
線２０からなり、第１の給電線１９は、第１のアンテナ
素子２１及び第１のアンテナ素子２２に接続されてお
り、第２の給電線２０は、第２のアンテナ素子２３及び
第２のアンテナ素子２４に接続されている。第１の給電
線１９及び第２の給電線２０は、両方とも同一面上に配
設されている。図６に示すように、第２のダイポール１
５の第１のアンテナ素子２２及び第２のアンテナ素子２
４は、第１のダイポール１４の第１のアンテナ素子２１
及び第２のアンテナ素子２３とは異なった形状を有して
いる。第２のダイポール１５の第１のアンテナ素子２２
と第２のアンテナ素子２４は、対向して配設されてお
り、それぞれ縦方向に２本の平行な溝を有している。こ
れについては、図９において詳細に説明する。第１のダ
イポール１４の第１のアンテナ素子２１及び第２のアン
テナ素子２３は、（５０−ｊ５０）Ωのインピーダンス
を有するように形成されており、第２のダイポール１５
の第１のアンテナ素子２２及び第２のアンテナ素子２４
は、（５０＋ｊ５０）Ωのインピーダンスを有するよう
に形成されている。

【００３６】図７は、本発明を適用したアンテナ１の第
２の実施の形態を示す斜視図である。この第２の実施の
形態では、誘電体基板１１の前面１２及び背面１３上の
ストリップラインによって給電が行わる。この第２の実
施の形態では、第１のアンテナ素子２１及び第１のアン
テナ素子２２が、誘電体基板１１の前面１２に印刷され
ており、第２のアンテナ素子２３及び第２のアンテナ素
子２４が、誘電体基板１１の背面１３に印刷されてい
る。図７の上部の円に示す第１のダイポール１４及び第
２のダイポール１５の拡大図において、第２のアンテナ
素子２３及び第２のアンテナ素子２４は、背面１３に印
刷されていることを示すために点線で示されている。第
２のダイポール１５の第１のアンテナ素子２２と第２の
アンテナ素子２４は、対向して配設されており、それぞ
れ縦方向に２本の平行な溝を有している。第１の実施の
形態と同様に、第１のダイポール１４の第１のアンテナ
素子２１と第２のアンテナ素子２３は、対向して配設さ
れている。第２の実施の形態の給電線手段２５は、第１
の実施の形態の給電線手段１８とは異なる。第２の実施
の形態の給電線手段２５は、第１の給電線２６及び第２
の給電線２７からなっている。第１の給電線２６は、前
面１２に印刷されており、第２の給電線２７は、背面１
３に印刷されている。第１の給電線２６と第２の給電線
２７は、互いに平行に配されている。第２の給電線２７
は、第２のアンテナ素子２３及び第２のアンテナ素子２
４と反対側の端に幅の広がった部分２８を有しており、
第１の給電線２６とのバランスがとれたマイクロストリ
ップラインを形成している。コネクタ２９は、第１の給
電線２６及び第２の給電線２７を、別の信号処理装置に
接続するためのものである。すなわち、幅の広がった部
分２８は、コネクタ２９に向かうにつれて徐々に幅広に
なっている。

【００３７】図８は、本発明を適用したアンテナ１の第
３の実施の形態を示す斜視図である。この第３の実施の
形態では、そのアンテナに直角に設けられた側板に印刷
されている平衡形マイクロストリップラインによって給
電が行われる。この第３の実施の形態では、第１の実施
の形態と同様に、第１のアンテナ素子２１、第２のアン
テナ素子２３、第１のアンテナ素子２２及び第２のアン
テナ素子２４は、誘電体基板１１の前面１２に印刷され
ている。第３の実施の形態の給電線手段３０は、第１の
給電線３１及び第２の給電線３２からなっており、第１
の給電線３１は側板３４の前面に印刷されており、第２
の給電線３２は側板３４の背面に印刷されていて、平衡
形マイクロストリップラインを形成している。図８の上
部の円に示す第１のダイポール１４及び第２のダイポー
ル１５と給電線手段３０との接続部分の拡大図におい
て、側板３４は、低損失支持体１７及び誘電体基板１１
を挟んで第１のダイポール１４及び第２のダイポール１
５に外側から接続されている。すなわち、第１の給電線
３１は、第１のアンテナ素子２１及び第１のアンテナ素
子２２に接続されており、第２の給電線３２は、第１の
アンテナ素子２２及び第２のアンテナ素子２４に接続さ
れている。第２の給電線３２は、第２の実施の形態にお
ける第２の給電線２７の幅の広がった部分２２に類似し
た幅の広がった部分３３を有しており、第３の実施の形
態における第１の給電線３１及び第２の給電線３２もま
た、平衡形マイクロストリップラインを形成している。

【００３８】なお、第１、第２及び第３の実施の形態に
おいて、各給電線手段としての第１の給電線及び第２の
給電線の長さは、放射パターンに影響を与えないように
決定される必要がある。さらに、第１、第２及び第３の
実施の形態におけるアンテナに対して、これら３つのど
の給電線手段を用いてもよい。

【００３９】図９は、第１、第２及び第３の実施の形態
で用いられている第１のダイポール１４の第１のアンテ
ナ素子２１及び第２のアンテナ素子２３と第２のダイポ
ール１５の第１のアンテナ素子２２及び第２のアンテナ
素子２４の形状を示す図である。第１のアンテナ素子２
１及び第２のアンテナ素子２３は、細長い長方形の形状
を有している。第１のアンテナ素子２２及び第２のアン
テナ素子２４も、細長い長方形の形状を有しているが、
それぞれ一対の溝３５を有している。この一対、すなわ
ち２本の溝は、第１のアンテナ素子２２及び第２のアン
テナ素子２４の縦方向に平行に配されている。溝３５
は、各給電部３６の近傍に位置し、各給電部３６は、第
１のアンテナ素子２２及び第２のアンテナ素子２４に接
続されている。溝３５は、給電された信号又は受信され
た信号が各アンテナ素子の本体に結合する結合部であ
り、それぞれに所望の入力インピーダンスを得るように
形成されている。図９における第１のアンテナ素子２１
及び第２のアンテナ素子２３は、約Ｚ₁＝（５０−ｊ５
０）Ωのインピーダンスを有するように形成されてお
り、第１のアンテナ素子２２及び第２のアンテナ素子２
４は、約Ｚ₂＝（５０＋ｊ５０）Ωのインピーダンスを
有するように形成されており、また各給電線手段は、５
０Ωのインピーダンスを有している。

【００４０】図１０は、第３の実施の形態において、周
波数が４．５ＧＨｚの場合の第１のアンテナ素子２１，
第２のアンテナ素子２３，第１のアンテナ素子２２及び
第２のアンテナ素子２４の寸法の具体例を示す図であ
る。誘電体基板１１の材料は、例えばテフロンファイバ
ーグラスであり、誘電率は２．１７であり、厚さは０．
１２７ｍｍである。第１のアンテナ素子２１，第１のア
ンテナ素子２２，第２のアンテナ素子２３及び第２のア
ンテナ素子２４の幅は１．０ｍｍであり、給電点３７か
ら測定した第１のアンテナ素子２１及び第２のアンテナ
素子２３の長さは１３．７ｍｍである。給電点３７から
測定した第１のアンテナ素子２２及び第２のアンテナ素
子２４の長さは１３．０ｍｍである。給電点３７から測
定した第１のアンテナ素子２２及び第２のアンテナ素子
２４における溝３５の長さは７．０ｍｍである。図１０
の左上部の円に、給電点３７の周辺の拡大図が示されて
いる。ここに示されているように、溝３５の幅は０．２
ｍｍであり、第１のアンテナ素子２２及び第２のアンテ
ナ素子２４の残りの舌状部の幅は０．２ｍｍである。更
に、第１のアンテナ素子２２及び第２のアンテナ素子２
４の縦の軸Ｌ２と第１のアンテナ素子２１及び第２のア
ンテナ素子２３の本体との距離は１．０ｍｍであり、第
１のアンテナ素子２１及び第２のアンテナ素子２３の縦
の軸Ｌ１と第１のアンテナ素子２２及び第２のアンテナ
素子２４の舌状部の端との距離も同様に１．０ｍｍであ
る。

【００４１】図１１は、第２及び第３の実施の形態にお
いて用いられている平衡形の給電から不平衡形の給電へ
の変換の部分の寸法を示す図である。ここでは、第３の
実施の形態に関して説明する。給電線手段３０は、第１
の給電線３１及び第２の給電線３２からなっており、こ
れらの給電線３１，３２は、誘電体基板１１の前面１２
と背面１３にそれぞれ印刷されている。第２の給電線３
２の幅の広い部分３３の幅は、例えばＳＭＡコネクタで
あるコネクタ３８のところで１３．３ｍｍである。幅の
広い部分３３の広くなり始めた部分からもっとも広くな
った部分までの長さは４０．０ｍｍである。幅の広い部
分３３のもっとも広くなった部分から、第１のアンテナ
素子２１、第１のアンテナ素子２２、第２のアンテナ素
子２３及び第２のアンテナ素子２４が接続される部分で
ある給電点３７までの長さは６０．０ｍｍである。第１
の給電線３１と第２の給電線３２の幅は０．４８５ｍｍ
であるが、第１の給電線３１のコネクタ３８寄りの部分
の幅は、０．３７６ｍｍまで狭くなっている。なお、全
体的により短い寸法でも、平衡から不平衡への変換を行
うことができる。

【００４２】図１２は、本発明を適用したアンテナの第
４の実施の形態を示す図である。この第４の実施の形態
における第１のダイポール１４及び第２のダイポール１
５は、誘電体基板１１の片面の金属被覆された領域４１
に溝（slot）として形成されている。この第４の実施の
形態では、第１のダイポール１４は第１のアンテナ素子
４２及び第２のアンテナ素子４４からなり、第２のダイ
ポール１５は第１のアンテナ素子４３及び第２のアンテ
ナ素子４５からなっている。第１のアンテナ素子４２及
び第２のアンテナ素子４４は、細長い長方形の形状を有
しており、互いに対向して配設されている。第１のアン
テナ素子４３及び第２のアンテナ素子４５もまた、細長
い長方形の形状を有しているが、第１のアンテナ素子４
２と第２のアンテナ素子４４よりも幅が狭い。第１のア
ンテナ素子４２、第１のアンテナ素子４３、第２のアン
テナ素子４４及び第２のアンテナ素子４５は、互いに直
交するように配設されている。第１のアンテナ素子４
２、第１のアンテナ素子４３、第２のアンテナ素子４４
及び第２のアンテナ素子４５と電磁波信号を送受信する
給電線手段４６は、第１の給電線４７及び第２の給電線
４８からなっており、金属被覆された領域４１に溝とし
て形成されている。同一面上に導波管を有する給電線手
段４６により、不必要な電磁波モードが抑制され、直交
した溝に給電がなされる。なお、この同一面上の導波管
の数を増やしてもよい。すなわち、第４の実施の形態で
は、第１のアンテナ素子４２、第１のアンテナ素子４
３、第２のアンテナ素子４４及び第２のアンテナ素子４
５は、直列に接続されている。

【００４３】図１３は、第４の実施の形態における第１
のアンテナ素子４２と第２のアンテナ素子４４及び第１
のアンテナ素子４３と第２のアンテナ素子４５の形状を
詳細に示す図である。第１のアンテナ素子４２と第２の
アンテナ素子４４の幅は、第１のアンテナ素子４３及び
第２のアンテナ素子４５の幅よりも広い。第１のアンテ
ナ素子４２及び第２のアンテナ素子４４のインピーダン
スは、約Ｚ₁＝（２５−ｊ２５）Ωであり、第１のアン
テナ素子４３及び第２のアンテナ素子４５のインピーダ
ンスは、約Ｚ₂＝（２５＋ｊ２５）Ωである。また、給
電線手段４６は、５０Ωのインピーダンスを有してい
る。第４の実施の形態では、第１のダイポール１４と第
２のダイポール１５が直列に接続されているため、第１
のダイポール１４及び第２のダイポール１５のインピー
ダンスは、給電線手段４６のインピーダンスと等しい。
ところで、第４の実施の形態における第１のダイポール
１４及び第２のダイポール１５の寸法は、ダイポールと
溝の相補的論理法を用いて計算することができ、（２５
＋ｊ２５）Ω及び（２５−ｊ２５）Ωのインピーダンス
で溝の寸法をシュミレートにするかわりに、誘電体基板
１１に印刷された（７０９．５２−ｊ７０９．５２）Ω
及び（７０９．５２＋ｊ７０９．５２）Ωのインピーダ
ンスのダイポールを用いて計算することができる。図１
３に示す第４の実施の形態における第１のダイポール１
４及び第２のダイポール１５の形状は、このような原理
に基づいている。

【００４４】図１４は、本発明の主な利点である、本発
明を適用したアンテナの円偏波の放射パターンを、ダイ
ポールから反射板１６までの距離Ｈを変化させたときの
特性図である。

【００４５】図１４に示すアンテナ特性図は、図１０及
び図１１で示した寸法に基づく平面アンテナの中央（仰
角が９０゜）における最大利得に対する相対的な利得
と、反射板１６からダイポールまでの距離との関係を示
している。なお、周波数は４．５ＧＨｚであって、横軸
は、反射板１６と誘電体基板１１の中心面間の距離Ｈで
あり、その単位はλである。なお、λは、低損失支持体
１７内における動作帯域の電波の波長である。縦軸は、
最大利得に対する相対的な利得であり、単位はｄＢであ
る。

【００４６】距離Ｈの値が０．５λの場合、本発明を適
用したアンテナの中心軸Ａ方向においては放射がない。
これは、図３に示す屋外での用途と一致する。距離Ｈの
値が０．２５λの場合、アンテナは、中心軸Ａ方向に放
射を行い、このときの利得は、最小利得Ｇminである。
これは、図１に示す屋内での用途と一致する。なお、本
発明の実施の形態を適用したアンテナを用いる際には、
用途に応じて、反射板からダイポールまでの距離Ｈを変
えるようにしてもよい。

【００４７】また、図１４に示す特性図の曲線から、本
発明を適用したアンテナを設計するようにしてもよい。
屋内で使用されるアンテナの設計は、次の手順で行われ
る。最初に、所望の用途に適合するように、図１４に示
す特性図から利得を得る。次に、図１４に示す特性図の
曲線からおよその距離Ｈを読む。次に、３次元電磁波シ
ュミレータを用いて最適化を行い、反射板上面と誘電体
基板の中心面間の距離Ｈを所望の入力インピーダンスが
得られるように決定し、図１０に示す寸法の直交ダイポ
ールアンテナ素子の寸法を設計する。所望のインピーダ
ンスが得られた後は、ダイポールから反射板までの距離
Ｈを微調整して、所望の利得をより正確に満たすように
する。以上の手順を、シュミレータを用いて繰り返す。

【００４８】なお、特定の反射板が用いられる場合は、
正確なシュミレーションを反復すべきである。

【００４９】図１５は、本発明を適用したアンテナのシ
ュミレートされた軸比と、規格化周波数との関係を示す
特性図である。この図に示すように、軸比が６ｄＢのと
きの帯域幅は、約１３％であり、軸比が３ｄＢのときの
帯域幅は、約３．１％である。図１５に示すこのシュミ
レーションは、周波数が４．５ＧＨｚのときである。

【００５０】図１６は、０゜、４５゜及び９０゜の３つ
の異なる仰角Φにおける、利得Ｐ（ｄＢ）と方位角δと
の関係を示す特性図である。ここでは手動による測定が
行われたため、１ｄＢ前後の誤差が予想される。

【００５１】図１７は、本発明を適用したアンテナにお
ける、反射係数Ｓ１１（ｄＢ）と周波数（ＧＨｚ）との
関係を示す特性図である。利得の測定は、手動によりホ
ーンアンテナを基準として行い、したがって、図１６に
示す特性は、スムーズな曲線とならなかった。測定され
た利得の最大全波リップルは、全周波数領域において
１．５ｄＢを上回らない。なお、全てのシュミレーショ
ンの図は、３次元の全波シュミレーションによって得ら
れた図であり、誘電体基板の厚みの影響は考慮されてい
ない。

【００５２】図１８は、周波数が４．５ＧＨｚの場合
の、本発明を適用したアンテナの放射パターンのシュミ
レーションを示す図である。図１８の放射パターンは、
図２に示した理想的な放射パターンに極めて近いことが
わかる。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るアンテナは、前面と背面を有する誘電体基板
と、円偏波の電磁波信号を放射及び受信するための第１
のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とをそれぞれ有
し、誘電体基板上で互いに直交して配されており、共役
複素インピーダンスを有している第１及び第２のサブア
ンテナ手段と、第１及び第２のサブアンテナ手段に接続
され、第１及び第２のサブアンテナ手段と信号を送受信
する給電線手段と、誘電体基板の背面に平行であって、
低損失支持体を介在して配設された反射手段とを備え
る。これにより、このアンテナは、円偏波の電磁波信号
を放射及び受信することができるとともに、理想的な放
射パターンに近い放射パターンを有する。また、製造コ
ストを安くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した電磁波信号を均一に伝搬する
アンテナを屋内において用いた時の様子を示す図であ
る。

【図２】図１の応用例における理想的な放射パターンを
示す図である。

【図３】本発明を適用したアンテナが屋外で静止衛星と
通信する様子を示す図である。

【図４】図３の応用例における理想的な放射パターンを
示す図である。

【図５】本発明を適用したアンテナの構造を説明した断
面図である。

【図６】本発明を適用したアンテナの第１の実施の形態
を示す斜視図である。

【図７】本発明を適用したアンテナの第２の実施の形態
を示す斜視図である。

【図８】本発明を適用したアンテナの第３の実施の形態
を示す斜視図である。

【図９】第１、第２及び第３の実施の形態で用いられて
いるダイポールのアンテナ素子の形状を示す図である。

【図１０】第３の実施の形態において、周波数が４．５
ＧＨｚの場合のアンテナ素子の寸法の例を示す図であ
る。

【図１１】第２及び第３の実施の形態において、周波数
が４．５ＧＨｚの場合の平衡不平衡変成器の寸法を示す
図である。

【図１２】本発明を適用したアンテナの第４の実施の形
態を示す上面図である。

【図１３】第４の実施の形態で用いられているダイポー
ルのアンテナ素子の形状を示す図である。

【図１４】周波数が４．５ＧＨｚの場合の、ダイポール
から反射板までの距離Ｈを変えることによる円偏波の放
射パターンの形成方法を示す特性図である。

【図１５】周波数が４．５ＧＨｚの場合の、本発明を適
用したアンテナのシュミレートされた軸比と、規格化周
波数との関係を示す特性図である。

【図１６】周波数が４．５ＧＨｚの場合の、０゜、４５
゜及び９０゜の３つの異なる仰角Φにおける、単位がｄ
Ｂの利得Ｐと方位角δとの関係を示す特性図である。

【図１７】本発明を適用したアンテナにおける、単位が
ｄＢの反射係数Ｓ１１と単位がＧＨｚの周波数との関係
を示す特性図である。

【図１８】周波数が４．５ＧＨｚの場合の、本発明を適
用したアンテナの放射パターンのシュミレーションを示
す図である。

【符号の説明】

１１誘電体基板、１２誘電体基板の前面、１３誘
電体基板の背面、１４第１のダイポール、１５第２の
ダイポール、１６反射板、１７低損失支持体、１８
給電線手段、２１第１のアンテナ素子、２２第１
のアンテナ素子２３第２のアンテナ素子、２４第２のアンテナ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ブランコビッチベズリンドイツ連邦共和国ディー−70736 フェルバッハシュトゥットゥガルターシュトラーセ 106 ソニーインターナショナル（ヨーロッパ）ゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツングシュトゥットゥガルトテクノロジーセンター内 (72)発明者ネシックアレクサンダーユーゴスラビアベオグラードノビ 11070 ブルバーアブノヤ 80／37

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前面と背面を有する誘電体基板と、円偏波の電磁波信号を放射及び受信するための第１のア
ンテナ素子と第２のアンテナ素子とをそれぞれ有し、上
記誘電体基板上で互いに直交して配されており、共役複
素インピーダンスを有している第１及び第２のサブアン
テナ手段と、上記第１及び第２のサブアンテナ手段に接続され、上記
第１及び第２のサブアンテナ手段と信号を送受信する給
電線手段と、上記誘電体基板の背面に平行であって、低損失支持体を
介在して配設された反射手段とを備えるアンテナ。
【請求項２】上記第１及び第２のサブアンテナ手段
は、上記給電線手段に同一面上で接続されているダイポ
ール手段であることを特徴とする請求項１に記載のアン
テナ。
【請求項３】上記第１及び第２のサブアンテナ手段
は、上記給電線手段に直列に接続された溝を備えること
を特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】低損失支持体内における動作帯域の電波
の波長をλとし、上記反射手段の上面と上記誘電体基板
の中心面間の距離Ｈは、０．２５λと０．５λとの間で
あることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に
記載のアンテナ。
【請求項５】上記第１及び第２のサブアンテナ手段と
上記給電線手段は、上記誘電体基板の同一面上に配設さ
れ、上記給電線手段には、上記第１及び第２のサブアン
テナ手段のうちの上記第１のアンテナ素子に接続してい
る第１の給電線と上記第１及び第２のサブアンテナ手段
のうちの上記第２のアンテナ素子に接続している第２の
給電線とが同一面上に備わっていることを特徴とする請
求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項６】上記第１及び第２のサブアンテナ手段
は、上記誘電体基板の同一面上に配設され、上記給電線
手段は、平衡形マイクロストリップライン手段を形成し
ている第１の給電線及び第２の給電線からなり、それぞ
れ上記第１のアンテナ素子及び上記第２のアンテナ素子
に外側から接続していることを特徴とする請求項１乃至
４のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項７】上記各第１及び第２のサブアンテナ手段
における上記第１のアンテナ素子及び上記第２のアンテ
ナ素子は、それぞれ上記誘電体基板の異なる面に配設さ
れ、上記給電線手段は、それぞれ上記誘電体基板の異な
る面に配設されて平衡形マイクロストリップライン手段
を形成している第１の給電線及び第２の給電線からな
り、上記第１の給電線は、上記第１のアンテナ素子に接
続し、上記第２の給電線は、上記第２のアンテナ素子に
接続していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
か１項に記載のアンテナ。
【請求項８】上記第２のサブアンテナ手段における上
記第１のアンテナ素子及び上記第２のアンテナ素子は、
それぞれ給電する側に結合部を備えることを特徴とする
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項９】上記各第１及び第２のサブアンテナ手段
及び上記給電線手段は、上記誘電体基板に印刷されてい
ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記
載のアンテナ。
【請求項１０】上記各第１及び第２のサブアンテナ手
段及び上記給電線手段は、上記誘電体基板の片面の金属
被覆された領域に溝として形成されていることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項１１】上記溝は、同一面上のストリップライ
ンを形成している上記給電線手段によって給電されてい
ることを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】複数のアンテナ素子からなる位相アン
テナ列に、アンテナ素子として配設されていることを特
徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のアン
テナ。