JPH1022728A - ２周波共用給電結合型円偏波アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回路構成が簡単で小型化、低価格化に適し、且
つ良好な軸比特性を持った円偏波を励振することができ
る２周波共用給電結合型円偏波アンテナを提供する。 【解決手段】互いに異なる共振周波数を有する２つの平
面アンテナが誘電体基板上に形成された２周波共用平面
アンテナにおいて、２つの平面アンテナは前記誘電体基
板に対して垂直な方向で積層され、給電点における電流
分布のベクトルが同一方向となる２つ以上の給電点を結
合したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は円偏波アンテナに関し、
例えば移動体衛星通信装置において利用される、異なる
共振周波数を有する２以上の平面アンテナからなる円偏
波アンテナの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】衛星通信のように送信周波数と受信周波
数とが異なる割り当てとなっている場合、該衛星通信に
用いれられるアンテナは送受信の各周波数に対応した共
振周波数を備える必要があり、従来より様々な２周波共
用アンテナが提案されている。これらのうち、小型化が
容易で自動車などの移動体に搭載可能な利点を有する平
面アンテナとしては、実開平２−３５５１４号公報に開
示された多点給電型円偏波２周波共用円環アンテナや特
開平５−１７５７２７号公報に開示された２周波共用平
面アンテナがある。

【０００３】実開平２−３５５１４号公報に開示された
２周波共用円環アンテナは、送信と受信の給電を同一の
給電線で行うとダイプレクサが必要となり、小型化が困
難になるという問題点を上げ、送信と受信の給電を別々
に設け且つ２つのアンテナ間におけるアイソレーション
を高めるために、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように上
部導体板１、下部導体板２、導体地板３を一定間隔に平
行に配置し、下層導体板２と導体地板３との間に導体円
環４を配置した二層構造で、上部導体板１、下部導体板
２に夫々円偏波放射用に位相給電された電極給電線５、
６を有し、各電力給電線が４本或いはそれ以上の本数と
したものである。また、上部導体板１及び下部導体板２
に接続された各電力給電線５及び６は図１２に示すよう
に電力分配器或いは電力合成器から夫々独立して設けら
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の２周波共用アンテナは電力分配用若しくは電力合成
用のハイブリッド回路が必要となり、コストが高く、且
つ小型化が困難であるという問題点があった。一方、特
開平５−１７５７２７号公報に開示されたアンテナは互
いに異なる共振周波数を有する２つの平面アンテナを互
いに所定の間隔離れて配置し、且つ２つの平面アンテナ
のアイソレーションを確保するために夫々の円形アンテ
ナパッチの給電点が相対的に所定の角度だけ回転したも
のである。また、２つの平面アンテナを誘電体基板の平
面に対して垂直な方向で重ねて設けても良い旨が示され
ている。この先行技術において２つの平面アンテナを積
層し、円偏波を放射するためにハイブリッド回路を用い
た場合の給電点の詳細についての説明は無いが、給電点
を相対的に回転させると右旋円偏波と左旋円偏波とが発
生し、軸比が悪くなると言う問題点があった。そこで本
発明は従来の２周波共用アンテナより回路構成が簡単で
小型化、低価格化に適し、且つ良好な軸比特性を持った
円偏波を励振することができる２周波共用給電結合型円
偏波アンテナを提供することを解決すべき課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１記載の２周波共用給電結合型円偏
波アンテナは、互いに異なる共振周波数を有する２つの
平面アンテナが誘電体基板上に形成された２周波共用平
面アンテナにおいて、前記２つの平面アンテナは前記誘
電体基板に対して垂直な方向で積層され、且つ夫々の平
面アンテナの中心からアンテナ外周部へ伸びる水平方向
の同一線上の給電点を結合したことを特徴とする。本発
明の請求項２記載の２周波共用給電結合型円偏波アンテ
ナは、互いに異なる共振周波数を有する２つの平面アン
テナが誘電体基板上に形成された２周波共用平面アンテ
ナにおいて、前記２つの平面アンテナは前記誘電体基板
に対して互いに所定の間隔だけ離れて設けられ、給電点
における電流分布のベクトルが同一方向となる２つ以上
の給電点を結合結合したことを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施例に基づ
いて本発明に係る２周波共用給電結合型円偏波アンテナ
を詳細に説明する。まず、本発明の説明に先立ち、従来
の２周波共用円偏波アンテナの軸比特性劣化について少
しく説明する。図１（ａ）は従来の２点給電のタイプの
２周波共用給電結合型円偏波アンテナの斜視図、（ｂ）
は（ａ）に示したアンテナの断面概念図を示したもので
あり、１０、１１及び１２は誘電体基板、１３は誘電体
基板１０上に設けられた円形のアンテナパッチ、１４は
誘電体基板１０及び１１間に設けられた円環アンテナパ
ッチであり、アンテナパッチ１３は給電点Ｑ１及びＱ２
により給電され、またアンテナパッチ１４は給電点Ｑ３
及びＱ４を介して給電されている。

【０００７】図２は前記誘電体基板１２の下面に設けら
れたハイブリッド回路及び給電線の平面図であり、９０
゜ハイブリッド回路１５からマイクロストリップライン
（ストリップライン）を介して給電点Ｑ１乃至Ｑ４まで
の伝送線路が構成されている。なお、図においては伝送
線路を使用した２分配合成回路を用いている。ハイブリ
ッド回路１５から給電点Ｑ１及びＱ２までの伝送線路の
長さは等しく、また、ハイブリッド回路１５から給電点
Ｑ３及びＱ４までの伝送線路の長さは等しい。したがっ
て、給電点Ｑ１とＱ２に供給される信号は９０゜の位相
差を有し、該給電点Ｑ１及びＱ２を介して等振幅、９０
゜位相の信号をアンテナパッチ１３に給電することによ
り、該アンテナパッチ１３からは円偏波が励振される。
また、給電点Ｑ３とＱ４とに給電される信号の関係も上
記と同様であり、アンテナパッチ１４からも円偏波が励
振される。

【０００８】しかしながら、このように構成したアンテ
ナの軸比特性は図３に示す如く約５ｄＢと悪く良好な円
偏波を発生することが困難であるという問題点があっ
た。この理由は以下のように考察できる。図４（ａ）は
円形アンテナパッチ１３の放射導体内の給電点Ｑ１で０
度の位相で励振させた場合の基本モードの電流分布を示
し、（ｂ）は円環アンテナパッチ１４の放射導体内の給
電点Ｑ３において０度の位相で励振させた場合の基本モ
ードの電流分布を示す図であり、この基本モードの電流
分布の考え方に基づき且つ２分配合成回路を用いない場
合の各給電点における電流成分のベクトルを表示すると
図５（ａ）に示すようになる。この図からも明らかなよ
うに、給電点Ｑ１及びＱ４ではＥｙ成分のベクトルが大
きく、Ｈｘ成分のベクトルは前記Ｅｙ成分のベクトルと
比較して無視できる程度に小さいレベルであることがわ
かる。また、給電点Ｑ２及びＱ３においても、Ｅｘ成分
のベクトルが大きく、Ｈｙ成分のベクトルは小さい。

【０００９】このような電流成分のベクトルが各給電点
において生じるが、このアンテナでは伝送線路を利用し
た２分配合成回路を用いているので、図２に示した結合
点Ｓ１及びＳ２におけるベクトルで考慮すると図５
（ｂ）に示すようになる。すなわち、結合点Ｓ１におい
てはＥｘ成分とＨｙ成分の比率が結合前よりも小さくな
り、同様に結合点Ｓ２においてもＥｙ成分とＨｘ成分と
の比率が結合前よりも小さくなっていることがわかる。
円偏波を発生させるためには共にｚ軸方向に伝搬し振幅
が等しい、ｘ軸方向に偏波した直線偏波Ｅｘとｙ軸方向
に偏波した直線偏波Ｅｙとが位相差±９０度で励振され
たときに円偏波となるが、前述したようにＨｘ若しくは
Ｈｙ成分の比率が大きくなることにより円偏波が生じに
くくなる。

【００１０】これは左旋円偏波と右旋円偏波の合成とし
て表すこともでき、これらの電界強度をそれぞれＥＬ
（左旋円偏波電界強度）、ＥＲ（右旋円偏波電界強度）
とすると、軸比ＡＲは下記の式で表すことができる。 ＡＲ＝（｜ＥＬ｜＋｜ＥＲ｜）／（｜ＥＬ｜−｜ＥＲ｜）・・・（１） 上記（１）式において、｜ＡＲ｜が１に近いほど完全な
円偏波となるが、結合点Ｓ１及びＳ２には２つの直線偏
波ＥとＨとが存在しているため、例えば、右旋円偏波ア
ンテナとして使用した場合、交差偏波（左旋円偏波）も
上記Ｅ成分とＨ成分との比率と同じエネルギーで存在
し、軸比が悪くなり、例えば右旋円偏波アンテナとして
移動体通信衛星システムに使用しても、左旋円偏波を受
信する衛星や多のシステムに影響を与え、又自分自身不
要な信号を受信してシステムに影響を及ぼしてしまうと
いう問題点がある。そこで、２合成分配回路を利用しつ
つ、不要な交差偏波を生じることのない２周波共用給電
結合型円偏波アンテナとして、以下に示す如き構成をと
る。

【００１１】図６は本発明に係る２周波共用給電結合型
円偏波アンテナの実施の形態例を示す図であり、図１
（ａ）と同一部には同一符号を付す。円形アンテナパッ
チ１３は誘電体基板１０の上に設けられ、給電点Ｑ１及
びＱ２から給電が行われ、また円環アンテナパッチ１４
は誘電体基板１０及び１１との間に設けられ、給電点Ｑ
３及びＱ４から給電が行われる。更に、誘電体基板１２
の下面には上記給電点Ｑ１乃至Ｑ４に電力を供給するた
めのマイクロストリップライン又はストリップライン等
の伝送及びハイブリッド回路が構成されている。

【００１２】図７は誘電体基板１２の下面に設けられた
マイクロストリップラインによる伝送線路及びハイブリ
ッド回路の構成を示したものであり、Ｏは円形及び円環
アンテナパッチの中心点に相当する位置、１５は９０度
ハイブリッド回路、１６及び１７はストリップラインに
よる伝送線路であって２分配合成回路を構成している部
分である。なお、ハイブリッド回路１５から給電点Ｑ１
までのストリップライン長とハイブリッド回路１５から
給電点Ｑ２までのストリップライン長は等しく、また同
様にハイブリッド回路１５から給電点Ｑ３までのストリ
ップライン長とハイブリッド回路１５から給電点Ｑ４ま
でのストリップライン長は等しい。更に、給電点Ｑ１と
Ｑ３とはアンテナの中心Ｏからアンテナの外周部に伸び
る同一線Ｌ１上に配置され、また給電点Ｑ２とＱ４も前
記線上Ｌ１と直交する同一線Ｌ２上に配置されている。

【００１３】このように給電点を構成した場合の結合点
Ｓ３及びＳ４における電流分布を検討すると、図８に示
す如く表すことができる。すなわち、給電点Ｑ１及びＱ
３における電流成分は共にＥｙ成分が大きくＨｘ成分は
Ｅｙ成分と比較して僅かであり、したがって、該給電点
Ｑ１とＱ３との結合点Ｓ３における電流成分のベクトル
は大きい成分であるＥｙ成分同士が合成され、僅かなＨ
ｘ成分同士が合成され、結果的にＥｙ>>Ｈｘとなる。ま
た給電点Ｑ２及びＱ４における電流成分も共にＥｘ成分
が大きくＨｙ成分は該Ｅｘと比較して僅かであり、給電
点Ｑ２とＱ４との結合点Ｓ４における電流成分のベクト
ルは大きい成分であるＥｘ成分同士が合成され、僅かな
Ｈｙ成分同士が合成され、結果的にＥｘ>>Ｈｙとなる。

【００１４】このようにハイブリッド回路１５から給電
点Ｑ１乃至Ｑ４へ電力を供給する２分配合成回路のスト
リップパターンを構成することにより、結合点Ｓ３には
ｙ軸方向に偏波した直線偏波Ｅｙが存在し、結合点Ｓ４
にはｘ軸方向に偏波した直線偏波Ｅｘが支配的な大きさ
で存在するようになる。したがって、直線偏波ＥとＨと
を９０゜ハイブリッド回路等の外部回路を介して等振幅
で且つ９０゜の位相差で給電点Ｑ１とＱ２、又はＱ３と
Ｑ４とに給電することにより、交差偏波が発生せず、良
好な軸比特性を持った円偏波を励振することができる。
このように構成した２周波共用給電結合型円偏波アンテ
ナの軸比特性を図９に示す。この測定結果からも明らか
なように、従来のような給電点及びストリップパターン
の構成によるアンテナと比較して、約４ｄＢの改善が図
られていることがわかる。

【００１５】図１０は本発明に係る２周波共用給電結合
型円偏波アンテナの他の実施の形態例を示す図であり、
この形態例においては誘電体基板２０上に共振周波数の
異なる２つの円形アンテナパッチ２２、２４を配置して
いる。また図示を省略したが、円形アンテナパッチ２２
の給電点Ｑ１と円形アンテナパッチ２４の給電点Ｑ３と
は結合点を介して同一の給電用マイクロストリップライ
ンにより結合している。同様に円形アンテナパッチ２２
の給電点Ｑ２と円形アンテナパッチ２４の給電点Ｑ４と
は結合点を介して同一の給電用マイクロストリップライ
ンにより結合している。すなわち、円形アンテナパッチ
２２に設けられた給電点Ｑ１における電流分布のベクト
ルは該Ｑ１からアンテナの中心Ｏに向かっており、一
方、円形アンテナパッチ２４に設けられた給電点Ｑ３に
おける電流分布のベクトルは該Ｑ３からアンテナの中心
Ｐに向かっているため、前記給電点Ｑ１及びＱ３を結合
してもＨ成分の直線偏波が発生しない。

【００１６】更に、給電点Ｑ２及びＱ４における電流分
布のベクトルも等しい方向であり、両給電点Ｑ２、Ｑ４
を結合してもＨ成分の直線偏波が発生しない。したがっ
て、交差偏波が発生せず、円偏波を得ることが可能とな
る。なお、図示は省略したが、ハイブリッド回路から円
形アンテナパッチ２２の給電点Ｑ１、Ｑ２までのマイク
ロストリップラインによる伝送線路長は等しく、またハ
イブリッド回路から円形アンテナパッチ２４の給電点Ｑ
３、Ｑ４までのマイクロストリップラインによる伝送線
路長は等しいことは言うまでもない。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の２
周波共用給電結合型円偏波アンテナは給電回路の結合点
における電流分布のベクトルを同方向にし、Ｈ成分の直
線偏波（交差偏波）の発生を低減することができるた
め、広角にわたって良好な軸比特性を得ることができ
る。また回路構成も簡単で安価にアンテナを提供する上
で効果を有する。また請求項２記載の２周波共用給電結
合型円偏波アンテナも給電回路の結合点における電流分
布のベクトルを同方向にし、Ｈ成分の直線偏波（交差偏
波）の発生を低減することができるため、広角にわたっ
て良好な軸比特性を得ることができる。また回路構成も
簡単で安価にアンテナを提供する上で効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来の２点給電のタイプの２周波共用
給電結合型円偏波アンテナの斜視図、（ｂ）は従来の２
点給電タイプの２周波共用給電結合型円偏波アンテナの
断面概念図。

【図２】従来の２点給電タイプの２周波共用給電結合型
円偏波アンテナの誘電体基板の下面に設けられたハイブ
リッド回路及び給電線の平面図。

【図３】従来の２周波共用給電結合型円偏波アンテナの
軸比特性を示す図。

【図４】（ａ）は円形アンテナパッチの放射導体内の給
電点Ｑ１で０度の位相で励振させた場合の基本モードの
電流分布を示す図、（ｂ）は円環アンテナパッチの放射
導体内の給電点Ｑ３において０度の位相で励振させた場
合の基本モードの電流分布を示す図。

【図５】（ａ）は給電点における電流成分のベクトルを
示す図、（ｂ）は結合点Ｓ１及びＳ２における電流成分
のベクトルを示す図。

【図６】本発明に係る２周波共用給電結合型円偏波アン
テナの実施の形態例を示す図。

【図７】本発明に係る２周波共用給電結合型円偏波アン
テナの伝送線路及びハイブリッド回路の構成を示した
図。

【図８】本発明に係る２周波共用給電結合型円偏波アン
テナの結合点Ｓ３及びＳ４における電流分布を示す図。

【図９】本発明に係る２周波共用給電結合型円偏波アン
テナの軸比特性を示す図。

【図１０】本発明に係る２周波共用給電結合型円偏波ア
ンテナの他の形態例を示す図。

【図１１】（ａ）、（ｂ）、実開平２−３５５１４号公
報に開示された２周波共用円環アンテナを示す図。

【図１２】実開平２−３５５１４号公報に開示された２
周波共用円環アンテナを示す図。

【符号の説明】

１０、１１、１２・・・誘電体基板、 １３、２２、２４・・・円形アンテナパッチ、 １４・・・円環アンテナパッチ、 １５・・・９０゜ハイブリッド回路、 １６、１７・・・伝送線路、 Ｏ、Ｐ・・・アンテナパッチ中心、 Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４・・・給電点、 Ｓ３、Ｓ４・・・結合点。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに異なる共振周波数を有する２つの平
   面アンテナが誘電体基板上に形成された２周波共用平面
   アンテナにおいて、 前記２つの平面アンテナは前記誘電体基板に対して垂直
   な方向で積層され、給電点における電流分布のベクトル
   が同一方向となる２つ以上の給電点を結合したことを特
   徴とする２周波共用給電結合型円偏波アンテナ。
2. 【請求項２】互いに異なる共振周波数を有する２つの平
   面アンテナが誘電体基板上に形成された２周波共用平面
   アンテナにおいて、 前記２つの平面アンテナは前記誘電体基板に対して互い
   に所定の間隔だけ離れて設けられ、給電点における電流
   分布のベクトルが同一方向となる２つ以上の給電点を結
   合結合したことを特徴とする２周波共用給電結合型円偏
   波アンテナ。