JPH04142102A - 円環アンテナ - 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】 こ産業上の利用分野コ この発明は複合型の円環アンテナに関する。

口発閂の概要で この発明は、円環アンテナにおいて、円環導体の中間部
を接地し、この中間部を境として、円環導体の内側部・
外側部をそれぞれ独立の放射素子とすることにより、放
射導体が単一の簡単な構成で、所望の多様な放射特性が
容易に得られるようにしたものである。

一従来の技術：。

従来、静止人工衛星を中継として、地上の基地局と移動
局との間に構成された無線通信系が知られている。

このような無線通信系では、それぞれ衛星を介して、基
地局から多数の移動局への下り回線が構成されると共に
、各移動局から基地局への上り回線が構成される。上り
回線の使用周波数は例えば１、６ＧＨｚとされ、下り回
線の使用周波数は例えば２、５ＧＨｚまたは４．２Ｇ）
＋２とされる。

そして、移動局側のアンテナとしては、構成が簡単で形
状が小さく、マイクロス）　ＩＪツブアンテナのように
低プロファイルであることが必要である。

従来、上述のような低プロファイルアンテナとして、例
えば、特願昭６３−３３１４９４号（特開平２−１７９
１０２号）において本出願人が提案した、積層型のマイ
クロストリップアンテナが知られている。

この積層型のアンテナは、接地導体上にそれぞれ誘電体
層を介して直径の大きい順に複数の円板導体を積層し、
最小径の円板導体には、その中心に給電すると共に、他
の円板導体にはオフセット給電することにより、最小径
の円板導体が最高周波数帯の放射素子となり、他の円板
導体は隣接する小径円板導体に対する接地導体となると
共に、順次低くなる周波数帯の放射素子ともなって、例
えば１．６ＧＨｚ及び４．２ＧＨ２の周波数帯において
、垂直面で主放射ビームが所要の仰角範囲をカバーする
と共に、水平面無指向性としたものである。

次に、第６図及び第７図を参照しながら、上述の積層型
マイクロストリップアンテナについて説明する。

第６図及び第７図において、（１０）は積層型マイクロ
ストリップアンテナであって、いずれも円形の接地導体
（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、中径の円板導体（１３）が同心に積層
配設され、この円板導体（１３）上に、小径の誘電体層
（１４）を介して、小径の円板導体（１５）が同心に積
層配設されて構成される。各円板導体（１１）、　（１
３）、　（１５）の半径、誘電体層（１２＞、　（１４
）　　の誘電率及び厚さは、例えば次のように設定され
る。

ｒｌｌ＝９０ｍｍ、　　　ｒ１３＝５５ｎｏｎ、　　　
ｒ１５＝２６５ｍｍεｒ　＝２．６．ｔ１２＝　ｔ１４
＝３．２ｍｍ中径の円板導体（１３）には、その中心か
ら等しくｒｆ　だけオフセットされ、角間隔θの２ケ所
に給電点（１３ｆｌ）、　（１３ｆ２）　　が設けろれ
、小径の円板導体（１５）の中心に給電点（１５）が設
けられる。各給電点（１３ｆｌ）、　（１３ｆ２）　　
のオフセット距離及び角間隔は例えば次のように設定さ
れる。

ｒ　ｆ　＝３３ｍｍ、　　　θ＝１３５゜中径円板導体
（１３）の給電点（１３ｆｌ）、　（１３ｆ２）　　に
は、同軸給電線（２１）、（２２）がそれぞれ接続され
る。この場合、頁給電線（２１＞、　（２２）　　の外
部導体は接地導体（１１）に接続される。

また、小径円板導体（１５）の給電点（１５ｆ）　　に
は同軸給電線（２５）の内部導体（２６）が接続され、
給電線（２５）の外部導体（２７）は接地導体（１１）
に接続される。

なふ、中径円板導体（１３）は、その中心において、ス
ルーホール加工により接地導体（１１）と電気的に接続
されており、従って、同軸給電線（２５）の外部導体（
２７）は中径円板導体（１３）の中央部に接続されるこ
とになる。

従来例の動作は次の通りである。

小径円板導体（１５）は中心給電であり、その半径はｒ
　１５　＝２６．５ｎ＋ｍであって、Ｔ　Ｍｏｌモード
で４．２ＧＨｚに共振して、垂直偏波の放射素子となる
。このとき、中径円板導体（１３）は小径円板導体（１
５）に対する接地導体として機能し、主ビームが所望の
仰角範囲となるほぼ円錐状の垂直指向性が得られる。

一方、中径円板導体（１３）は、インピーダンスがそれ
ぞれ５０Ωの、第１及び第２の給電点（１３ｆｌ）。

（１３ｆ２）が、基準のＯ°位相と一９０°位相の１．
６Ｇｌ（ｚの信号でそれぞれＴＭ２１Ｍｏｌモードされ
て、円偏波の放射素子となり、はぼ円錐状の所望の垂直
指向性が得られる。

また、Ｔ　ＭＯＬモード以外で放射素子の中点のインピ
ーダンスは基本的に０Ωであるから、前述のように、中
径円板導体（１３）の中央部を接地導体（１１）に接続
して動作の安定が図られる。

上述の従来例では、所望の指向性が正面方向の利得を必
要としない円錐ビームであるたｔ、正面方向の環境がア
ンテナ自身の特性に及ぼす影響が少ないことに着目して
、低い方の周波数帯のアンテナの正面中央に高い方の周
波数帯のアンテナを積層することにより、小形でかつ簡
単な構成で所望の指向性を実現している。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前述のような従来の積層アンテナでは、下り
回線として２．５ＧＨｚ帯が使用される場合、第６図及
び第７図に破線で示すように、小径円板導体（１５）の
半径ｒ１５が周波数に反比例して大きくなるた緬、ｌ　
６Ｇｆｌｚ帯用の中径円板導体（１３）のオフセット給
電点（１３ｆｌ）、　（１３ｆ２）　　が覆われてしま
い、指向性等の所望の特性が損なわれるとし）う問題が
生ずる。

また、小径円板導体（１５）がＴ　Ｍｏｌモードで励振
されて垂直偏波の放射素子となるたｔ、下り回線でも円
偏波が使用される場合には、これに対応することができ
ないという問題が生ずる。

上述のような指向性と形状・構造の問題を概ね解消する
たｔ１本出願人は、実願平１−１３３６８６号において
、円環アンテナと、円形放射素子のマイクロストリップ
アンテナとを組み合わせて、円形放射素子の直径を円環
アンテナの円環状放射素子の内径より小さく設定し、円
形放射素子を円環状放射素子と同心に配置することによ
り、小形かつ簡単な構成で、比較的近接した複数の周波
数帯においても、各単位アンテナの偏波特性及び放射特
性を任意に設定することができるようにした複合アンテ
ナを既に提案している。

次に、第８図及び第９図を参照しながら、既提案の複合
アンテナについて説明する。

第８図及び第９図において、（３０）は円環アンテナで
あって、いずれも円形の接地導体（３１）上に、ふっ素
樹脂のような低損失の誘電体層（３２）を介して、円環
導体（放射素子）　（３３）が同軸に積層配設され、こ
の円環導体（３３）の内周部（３３ｉ）　が、多数箇所
のスルーホール（３４）を介して、接地導体（３１）と
接続されて構成される。円環導体（３３）には、その中
心から等しくオフセットされた２ケ所に給電点（３５）
、　（３６）　　が設けられ、頁給電点（３５）、　（
３６）　　に同軸給電線（３７）、　（３８）　　がそ
れぞれ接続される。この場合、両給電線（３７）、　（
３８）　　の外部導体は接地導体（３１）に接続される
。

円板導体（放射素子）　（４１）が、円環アンテナ（３
０）の誘電体層（３２）上で、円環導体（３３）の内側
に同心に配置されて、接地導体（３１）を共用するマイ
クロストリップアンテナが構成される。この円板導体（
４１）にも、その中心から等しくオフセットされた２ケ
所に給電点（４２）、　（４３）　　が設けられて、円
環アンテナ（３０）とは独立に、両給電点（４２）、　
（４３）に同軸給電線（４４）、　（４５）　　がそれ
ぞれ接続される。

なお、円板導体（４１）と円環導体（３３）とは、同じ
銅張積層板をエツチング処理して容易に形成することが
できる。

各導体（３１）、　（３３）、　（４１）の寸法、誘電
体層（３２）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。

ｒ３１　　＝１００ｍｍ、　　　　ｔｏ３３＝７５．４
ｍｍｒｉ３３＝４６．７ｍｍ、　　　ｒ４１　　＝３５
．３ｍｍｔ３２　　＝３．２＋ｔ＋ｍ、　　　　εｒ　
　＝２．６また、各給電点（３５）、　（３６）　；　
（４２）、　（４３）　　のオフセット距離及び角間隔
は例えばそれぞれ次のように設定される。

ｒ　ｆ３　＝５８ｍｍ、　　　ｒ　ｆ４　＝１７．５ｍ
ｍ、　　　θ＝１３５゜なお、各放射素子（３３）、　
（４１）　　の給電点を半径方向に整列させる必要はな
い。

上述の既提案例の動作は次のとおりである。

１、６ＧＨｚ帯用の円環アンテナ（３０）の放射素子（
３３）と、２．０ＧＨ２帯用のマイクロストリップアン
テナの放射素子（４１）とは、いずれも前述の従来例と
同様に、９０°の位相差で７Ｍ２１モードで励振されて
、放射素子（４１）が右旋性円偏波を放射し、放射素子
（３３）が左旋性円偏波を放射する。そして、それぞれ
ほぼ円錐状の所望の垂直指向性が得られる。

この既提案例では、円環アンテナ（３０〉とマイクロス
トリップアンテナを組み合わせたことにより、接地導体
を共用しているにもかかわらず、両者のアイソレーショ
ンが大きくとれ、給電系が独立しているため、それぞれ
の共振周波数、偏波特性及び放射特性を任意に設定する
ことができる。

しかしながら、既提案による上述のような複合アンテナ
や、前述のような従来の積層アンテナは、基本的に２周
波数にそれぞれ共振する平面アンテナを組み合わせたも
のであって、いずれも複数の放射導体を備えており、各
周波数における共振特性や指向性等は、個々の円形マイ
クロストリップアンテナ、或いは円環アンテナと同等で
あるに過ぎない。

かかる点に鑑み、この発明の目的は、単一の放射導体に
よる簡単な構成で、所望の多様な放射特性が容易に得ら
れるような複合型の円環アンテナを提供するところにあ
る。

［課題を解決するための手段］ この発明は、円環導体（５３）の中間部（５４）を接地
導体（５１）に接続すると共に、円環導体の内側部〈５
６）及び外側部（５７）にそれぞれ給電し、接地された
中間部を境として、円環導体の内側部及び外側部をそれ
ぞれ独立の放射素子とした複合型の円環アンテナである
。

［作用コ この発明によれば、単一の放射導体による間車な構成で
、所望の多様な放射特性が容易に得られる。

［実施例］ 以下、第１図〜第３図を参照しながら、この発明による
複合型の円環アンテナの一実施例について説明する。

この発明の一実施例の構成を第１図及び第２図に示す。

第１図において、（５０）は複合型の円環アンテナであ
って、いずれも円形の接地導体（５１）上に、ふっ素樹
脂のような低損失の誘電体層（５２）を介して、円環導
体（５３）が同軸に積層配設される。この円環導体（５
３）の中間部の同心円（５４）上に、多数のスルーホー
ル（５５）が配設されて、等節約に導電円筒が形成され
、円環導体（５３）と接地導体（５１）とがスルーホー
ル（５５）によって接続される。

円環導体（５３）は、このスルーホール（５５）を境と
して、内側円環導体（５６）と外側円環導体（５７）と
に区分され、部分円環導体（５６）、　（５７）　　に
は、それぞれオフセットして、給電点（５８）、　（５
９）　　が設けられる。両給電点（５８）、　（５９）
　　に同軸給電線（６１）、　（６２）がそれぞれ接続
され、分配回路（６３〉を介して、両給電線（６１）、
　（６２）　　が高周波信号源（６４）に接続される。

誘電体層（５２）の厚さ及び誘電率が、前述と同じく次
のようであるとき、 ｔ　５２　＝３．２ｍｍ、　　　εｒ　　＝２．６例え
ば２．５Ｇ）ｌｚ帯で使用する場合は、円環導体（５３
）上のスルーホール（５５）の位置、内側円環導体（５
６）の内周及び外側円環導体（５７）の外周が、例えば
次のように設定される。

ｒ　５５　＝４１．０ｍｍ ｒ５６＝１３．７ＩＩ１ｍ、　　　　ｒ５７＝６１．６
＋ｎｍまた、内側及び外側円環導体（５６）、　（５７
）　　の給電点（５８）、　（５９）　　のオフセット
距離は、例えば次のように設定される。

ｒ５８＝３５．５ｍｍ、　　　ｒ５９＝４８．７ｍｍ次
に、第３図をも参照しながら、この発明の一実施例の動
代について説明する。

この実施例では、上述のような構成により、内側及び外
側の各円環導体（５６）、　（５７）　　が、いずれも
放射素子となり、ＴＭＩＩモード及びＴＭ３１モードで
それぞれ励振されて、直線偏波を放射する。

そして、内側及び外側の各放射素子（５６）、　（５７
）への電力分配比（Ｐｉ　：　Ｐａ）に応じて、第３図
Ａ〜Ｃに示すような多様な垂直指向性が得られる。

また、同図りに各放射素子（５６）、　（５７）　　自
体の垂直指向性Ｄ５６．　Ｄ５７を示す。

この第３図に示した垂直指向性は、両給電点（５８）、
　（５９）　が位置する基準半径に垂直な、いわゆるＨ
平面でのものである。

上述の実施例では、単一の円環導体（５３）の内側及び
外側に独立の放射素子（５６）、（５７）を形成し、同
一周波数で、それぞれ異なるモードに共振させるように
したので、各放射素子（５６）、　（５７）　　への電
力分配比に応じて、多様な垂直指向性が得られる。

次に、第４図及び第５図を参照しながら、この発明によ
る複合型の円環アンテナの他の実施例について説明する
。

この発明の他の実施例の構成を第４図に示す。

第４図においては、円環導体（５３）の内側及び外側の
放射素子（５６）、　（５７）　　にそれぞれ設けられ
た給電点（５８）、　（５９）　　に、同軸給電１（６
１）、　（６２）　　を介して、周波数がそれぞれ異な
る高周波信号？、（６５）。

（６６）が接続される。

この第４図の実施例の平面図は前出第１図と全く同一で
あり、その余の構成は、前出第１図及び第２図の実施例
と同様である。

この実施例では、誘電体層（５２）の厚さ及び誘電率が
、前述の実施例と同様であるとき、例えば、４　ＧＨｚ
　帯と１．５ＧＨｚ帯で使用する場合は、円環導体（５
３）上のスルーホール喧５５）の位置、内側円環導体〈
５６）の内周及び外側円環導体（５７）の外周が、例え
ば次のように設定される。

ｒ　５５　＝２５．６＋＋ｏｎ ｒ５６＝９．１ｍｍ、　　　ｒ５Ｌ＝５３．７ｍｍまた
、内側及び外側円環導体（５６）、　（５７）　の給電
点（５８）、　（５９）　　のオフセット距離は、例え
ば次のように設定される。

ｒ　５Ｂ　＝２２．３ｍｍ、　　、　ｒ　５９　＝３３
．７■次に、第５図をも参照しながら、この発明の他の
実施例の動作について説明する。

この実施例では、上述のような構成により、前述の実施
例と同様に、内側及び外側の各円環導体（５６）、　（
５７）が、いずれも放射素子となり、異なる周波数で、
それぞれ同一のＴＭＨモードで励振されて、直線偏波を
放射する。そして、第５図に示すように、各放射素子（
５６）、　（５７）　　に固有の、類似の垂直指向性Ｄ
５６．　Ｄ５７　が得られる。

上述の実施例では、単一の円環導体（５３）の内側及び
外側に独立の放射素子（５６）、　（５７）　　を形成
し、異なる周波数で、それぞれ同一のモードに共振させ
るようにしたので、所要の垂直指向法を有しながら、複
数の周波数帯に対応することができる。

［発明の効果］ 以上詳述のように、この発明によれば、円環導体の中間
部を接地し、この中間部を境として、円環導体の内側部
・外側部をそれぞれ独立の放射素子とするようにしたの
で、単一の放射導体による簡単な構成で、所望の多様な
放射特性を容易に実現することができる複合型の円環ア
ンテナが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明による複合型の円環アンテ
ナの一実施例の構成を示す平面図及び断面図、第３図は
この発明の一実施例の垂直指向性を示す線図、第４図は
この発明の他の実施例の構成を示す断面図、第５図はこ
の発明の他の実施例の垂直指向性を示す線図、第６図及
び第７図は従来の積層形のアンテナの構成例を示す平面
図及び断面図、第８図及び第９図は既提案による複合ア
ンテナの構成例を示す平面図及び断面図である。 （５０）は円環アンテナ、り５１）は接地導体、（５３
）は円環導体、（５５）はスルーホール、（５６）は内
側放射素子、（５７）は外側放射素子、（５８）、　（
５９）　　は給電点である。 代 理 人 松 隈 秀 盛 七の史七伊昆重星指頗柾。 第５図 １ミ劣マ＝イ夢ｊ 第１図 閏、５９齢電卓 第２図 １でのつピｉヒＩ七つ 實七例〆 第 １直指向任 ３図 第８ｒＸｉ 従条伶１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円環導体の中間部を接地導体に接続すると共に、上記円
   環導体の内側部及び外側部にそれぞれ給電し、 接地された上記中間部を境として、上記円環導体の内側
   部及び外側部をそれぞれ独立の放射素子としたことを特
   徴とする複合型の円環アンテナ。