(57)【要約】【課題】簡易な構造で小型化が可能な一つのアンテナを用いて複数の周波数、異なる偏波を受信可能とする多周波共用送受信装置を提供する。【解決手段】偏波切替型のマルチバンド平面アンテナ１と分波器２とを組み合わせて多周波共用送受信装置を構成する。偏波切替型マルチバンド平面アンテナ１は、複数の点対称の位置に摂動素子を備えた周囲長が約１波長の複数のリングアンテナ素子と給電部を備え、右旋円偏波と直線偏波が発生するように設定される。分波器２は、デュプレクサＤＵＰ１〜ＤＵＰ４を組み合わせて構成し、マルチバンド平面アンテナ１で受信された例えばＧＰＳ（１．２ＧＨｚ、１．５ＧＨｚ）、無線ＬＡＮ（２．４５ＧＨｚ）、ＥＴＣ（５．２ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ）の電波を分波し、出力端子４ａ〜４ｎから出力する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数帯の電波を送受信するマイクロストリップアンテナからなるマルチバンド平面アンテナと、前記マルチバンド平面アンテナに接続され、複数の周波数帯で動作する複数のデュプレクサからなる分波器とを具備したことを特徴とする多周波共用送受信装置。
【請求項２】
前記分波器は、マルチバンド平面アンテナに接続され、低域周波数帯及び中域周波数帯を含む低中域周波数帯と高域周波数帯の信号を分波する第１のデュプレクサと、前記第１のデュプレクサで分波された低中域周波数帯の信号を低域周波数帯及び中域周波数帯の信号に分波する第２のデュプレクサとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の多周波共用送受信装置。
【請求項３】
前記分波器は、マルチバンド平面アンテナに接続され、低域周波数帯及び中域周波数帯を含む低中域周波数帯と高域周波数帯の信号を分波する第１のデュプレクサと、前記第１のデュプレクサで分波された低中域周波数帯の信号を低域周波数帯及び中域周波数帯の信号に分波する第２のデュプレクサと、前記第２のデュプレクサで分波された低域周波数帯の信号からそれぞれ周波数の異なる信号を選択する第３のデュプレクサと、前記第２のデュプレクサで分波された中域周波数帯の信号を選択するローパスフィルタと、前記第１のデュプレクサで分波された高域周波数帯の信号からそれぞれ周波数の異なる信号を選択する第４のデュプレクサとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の多周波共用送受信装置。
【請求項４】
前記マルチバンド平面アンテナは、周囲長が約１波長で同心円状に設けられた複数のリングアンテナ素子と、前記複数のリングアンテナ素子に電磁結合して給電を行うスタブを有する給電部と、前記リングアンテナ素子の点対称の位置に装荷され、円偏波、直線偏波が発生するように位置及び大きさが設定される摂動素子とを備えたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多周波共用送受信装置。
【請求項５】
前記マルチバンド平面アンテナは、複数のリングアンテナ素子の中央部に平面状放射素子を備えたことを特徴する請求項４に記載の多周波共用送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多周波共用特性を備えた偏波切替型マイクロストリップアンテナと動作周波数の少なくとも一つで円偏波か直線偏波の送受信を可能にする多周波分波器を具備するマルチバンド平面アンテナを用いた多周波共用送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロストリップアンテナは小型、軽量で、しかも薄型に構成できるため移動体通信を始めとして多くの分野で用いられており、このアンテナを２重構造にした２周波共用特性を持つものや、３重構造にした３周波共用特性を持つアンテナは従来から考えられている。例えば１つの装置で、右旋、左旋円偏波、直線偏波などの受信が可能なアンテナとして使用することが出来る円偏波平面アンテナが考えられている（例えば、非特許文献１参照。）。しかし、１つのアンテナ端子より多周波共用特性を持つものは皆無であり、特に分波器と組み合わせて構成したものはない。
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌2006/12 Vol.J89-C,No.12,pp.1019-1031 「マルチバンド特性を示す円偏波平面アンテナの放射特性」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年の自動車は、ＧＰＳシステムや車載情報通信システムだけでなく、ＥＴＣシステム、セルラーシステム、無線ＬＡＮ等、多数のシステムを搭載しており、数多くのアンテナを必要としている。こうした状況を改善するために考えだされたアンテナとして多数の周波数の共用が可能であり、且つ、その周波数での偏波特性を自在に設定することが出来る多周波共用マイクロストリップアンテナが提案されているが、このアンテナのみでは多くの周波数を取り込むことはできるが、目的とする周波数のみを分離して受信することが出来ない。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、多数の周波数の共用を分離することが可能であり、且つ、その周波数での偏波特性を自在に設定することができるマルチバンドアンテナと小型分波器を融合させるシステムを構築することによって、始めてマルチバンドアンテナの各々の動作周波数の分離が可能となり、それらマルチバンド平面アンテナの実システムへの応用が可能な多周波共用送受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明に係る多周波共用送受信装置は、複数の周波数帯の電波を送受信するマイクロストリップアンテナからなるマルチバンド平面アンテナと、前記マルチバンド平面アンテナに接続され、複数の周波数帯で動作する複数のデュプレクサからなる分波器とを具備したことを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、前記第１の発明に係る多周波共用送受信装置において、前記分波器は、マルチバンド平面アンテナに接続され、低域周波数帯及び中域周波数帯を含む低中域周波数帯と高域周波数帯の信号を分波する第１のデュプレクサと、前記第１のデュプレクサで分波された低中域周波数帯の信号を低域周波数帯及び中域周波数帯の信号に分波する第２のデュプレクサとを備えたことを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、前記第１の発明に係る多周波共用送受信装置において、前記分波器は、マルチバンド平面アンテナに接続され、低域周波数帯及び中域周波数帯を含む低中域周波数帯と高域周波数帯の信号を分波する第１のデュプレクサと、前記第１のデュプレクサで分波された低中域周波数帯の信号を低域周波数帯及び中域周波数帯の信号に分波する第２のデュプレクサと、前記第２のデュプレクサで分波された低域周波数帯の信号からそれぞれ周波数の異なる信号を選択する第３のデュプレクサと、前記第２のデュプレクサで分波された中域周波数帯の信号を選択するローパスフィルタと、前記第１のデュプレクサで分波された高域周波数帯の信号からそれぞれ周波数の異なる信号を選択する第４のデュプレクサとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は、前記第１、第２又は第３の発明に係る多周波共用送受信装置において、前記マルチバンド平面アンテナは、周囲長が約１波長で同心円状に設けられた複数のリングアンテナ素子と、前記複数のリングアンテナ素子に電磁結合して給電を行うスタブを有する給電部と、前記リングアンテナ素子の点対称の位置に装荷され、円偏波、直線偏波が発生するように位置及び大きさが設定される摂動素子とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
第５の発明は、前記第４の発明に係る多周波共用送受信装置において、前記マルチバンド平面アンテナは、複数のリングアンテナ素子の中央部に平面状放射素子を備えたことを特徴する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、良好な特性を示すマルチバンド平面アンテナを用いた多周波共用送受信装置が実現でき、また、偏波切替が可能で、かつ、マルチバンド特性を実現することができる。従って、本発明に係るマルチバンド平面アンテナを用いた多周波共用送受信装置は、多数のアンテナを必要とする、例えば自動車などにおいて、動作周波数を切替て使用するアンテナとして広く利用することができ、また、各分野が要求する多様なアンテナ特性のどれにも対応可能なアンテナとして、各分野で広く利用することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。  
本実施形態では、まず、マルチバンド平面アンテナと小型分波器を融合させるシステムに着目し、多周波及び偏波切替型平面アンテナのＧＰＳ、無線ＬＡＮ、ＥＴＣに使用可能な周波数選定を行い、その良好なる特性を把握して、マルチバンド平面アンテナおよび偏波切替型マルチバンド平面アンテナの設定を行う。次に、各アンテナの使用周波数に対応する夫々の各周波数分波器のコンポーネントを組み合わせてシステムに適合した多周波共用送受信装置を構成する。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係る多周波共用送受信装置の全体の概略構成を示す図、図２は図１における分波器の構成例を示すブロック図である。
【００１３】
本発明の実施形態に係る多周波共用送受信装置は、図１に示すように偏波切替型のマルチバンド平面アンテナ１及び分波器２によって構成される。上記偏波切替型のマルチバンド平面アンテナ１は、例えば分波器２のケース上に絶縁部材を介して一体に設けられる。
【００１４】
分波器２は、マルチバンド平面アンテナ１が接続される入力端子３及び複数の出力端子４ａ〜４ｎを備え、マルチバンド平面アンテナ１で受信した複数の周波数の信号を分波し、出力端子４ａ〜４ｎから上記分波した周波数ｆ１〜ｆｎの信号を出力する。尚、出力端子４ａ〜４ｎから取り出される信号（周波数ｆ１〜ｆｎ）の相互干渉は極力押えられていることが必要である。
【００１５】
図２に示す分波器２は、上記マルチバンド平面アンテナ１により、例えば周波数１．２２７６ＧＨｚのＧＰＳ−１、周波数１．５７５４２ＧＨｚのＧＰＳ−２、周波数２．４５ＧＨｚの無線ＬＡＮ−１、周波数５．２ＧＨｚの無線ＬＡＮ−２、周波数５．８ＧＨｚのＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：狭域通信）の５波の電波を受信した場合の構成例である。上記無線ＬＡＮ−２及びＤＳＲＣは、例えばＥＴＣに利用される。
【００１６】
上記分波器２は、４つのデュプレクサＤＵＰ１〜ＤＵＰ４によって構成し、出来る限り、ＧＰＳ−１、ＧＰＳ−２、無線ＬＡＮ−１、無線ＬＡＮ−２、ＤＳＲＣの周波数の混信を防ぐようにデュプレクサＤＵＰ１〜ＤＵＰ４を組合せる。
【００１７】
デュプレクサＤＵＰ４は、ローパスフィルタ（Ｌ）５ａ及びハイパスフィルタ（Ｈ）５ｂにより構成され、入力端子３に入力された信号を低域及び中域周波数帯と高域周波数帯の信号に分波する。低域周波数帯の信号はＧＰＳ−１（１．２２７６ＧＨｚ）、ＧＰＳ−２（１．５７５４２ＧＨｚ）を対象とし、中域周波数帯の信号は無線ＬＡＮ−１（２．４５ＧＨｚ）を対象としている。また、高域周波数帯の信号は無線ＬＡＮ−２（５．２ＧＨｚ）及びＤＳＲＣ（５．８ＧＨｚ）を対象としている。
【００１８】
上記デュプレクサＤＵＰ４により分波された低域周波数帯及び中域周波数帯の信号はデュプレクサＤＵＰ３に入力され、高域周波数帯の信号はデュプレクサＤＵＰ２に入力される。
【００１９】
デュプレクサＤＵＰ３は、ローパスフィルタ（Ｌ）６ａ及びハイパスフィルタ（Ｈ）６ｂにより構成され、デュプレクサＤＵＰ３から入力された信号を低域周波数帯の信号と中域周波数帯の信号に分波する。上記デュプレクサＤＵＰ３のローパスフィルタ（Ｌ）６ａを介して取り出される低域周波数帯の信号はデュプレクサＤＵＰ１に入力され、ハイパスフィルタ（Ｈ）６ｂを介して取り出される中域周波数帯の信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）８に入力される。
【００２０】
上記デュプレクサＤＵＰ１は、ＧＰＳ−１（１．２２７６ＧＨｚ）の信号を選択するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）７ａ及びＧＰＳ−２（１．５７５４２ＧＨｚ）の信号を選択するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）７ｂからなり、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）７ａで選択されたＧＰＳ−１の信号は出力端子４ａから出力され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）７ｂで選択されたＧＰＳ−２の信号は出力端子４ｂから出力される。
【００２１】
また、上記ローパスフィルタ（ＬＰＦ）８は、デュプレクサＤＵＰ３のハイパスフィルタ（Ｈ）を介して取り出される中域周波数帯の信号から無線ＬＡＮ−１（２．４５ＧＨｚ）の信号を選択し、出力端子４ｃから出力する。上記無線ＬＡＮ−１の中域周波数帯に対してローパスフィルタ（ＬＰＦ）８を挿入した理由は、無線ＬＡＮ−１の周波数（２．４５ＧＨｚ）の第２高調波が高域周波数帯の無線ＬＡＮ−２（５．２ＧＨｚ）及びＤＳＲＣ（５．８ＧＨｚ）の周波数に影響を及ぼさないようにするためである。
【００２２】
また、上記デュプレクサＤＵＰ２は、デュプレクサＤＵＰ４のハイパスフィルタ（Ｈ）５ｂを介して出力される高域周波数帯の信号から無線ＬＡＮ−２（５．２ＧＨｚ）の信号を選択するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ３）９ａ及びＤＳＲＣ（５．８ＧＨｚ）の信号を選択するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）９ｂからなり、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ３）９ａで選択された無線ＬＡＮ−２の信号は出力端子４ｄから出力され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ４）９ｂで選択されたＤＳＲＣの信号は出力端子４ｅから出力される。
【００２３】
図３Ａは上記デュプレクサＤＵＰ３の回路素子の構成を示す図、図３ＢはデュプレクサＤＵＰ４の回路素子の構成を示す図である。
【００２４】
デュプレクサＤＵＰ３のローパスフィルタ（Ｌ）６ａは、図３Ａに示すように入力端子１１と出力端子１２ａとの間に直列に接続されるインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４、及び上記インダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４と接地間に設けられるコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３により構成され、ハイパスフィルタ（Ｈ）６ｂは、入力端子１１と出力端子１２ａとの間に直列に接続されるコンデンサ素子Ｃ４〜Ｃ７、及び上記コンデンサ素子Ｃ４〜Ｃ７と接地間に設けられるインダクタンス素子Ｌ５〜Ｌ７により構成される。上記デュプレクサＤＵＰ３の設計に際しては、解析設計シミュレータによりそれぞれのローパスフィルタ６ａのインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４とコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３の値、ハイパスフィルタ６ｂのコンデンサ素子Ｃ４〜Ｃ７及びインダクタンス素子Ｌ５〜Ｌ７の値を決定する。
【００２５】
デュプレクサＤＵＰ４のローパスフィルタ（Ｌ）５ａは、図３Ｂに示すように入力端子１３と出力端子１４ａとの間に直列に接続されるインダクタンス素子Ｌ１１〜Ｌ１５、及び上記インダクタンス素子Ｌ１１〜Ｌ１５と接地間に接続されるコンデンサ素子Ｃ１１〜Ｃ１４により構成され、ハイパスフィルタ（Ｈ）６ｂは、入力端子１３と出力端子１４ｂとの間に直列に接続されるコンデンサ素子Ｃ１５〜Ｃ１９、及び上記コンデンサ素子Ｃ１５〜Ｃ１９と接地間に接続されるインダクタンス素子Ｌ１６〜Ｌ１９により構成される。上記デュプレクサＤＵＰ４の設計に際しては、解析設計シミュレータによりそれぞれのローパスフィルタ５ａのインダクタンス素子Ｌ１１〜Ｌ１５とコンデンサ素子Ｃ１１〜Ｃ１４の値、ハイパスフィルタ５ｂのコンデンサ素子Ｃ１５〜Ｃ１９及びインダクタンス素子Ｌ１６〜Ｌ１９の値を決定する。
【００２６】
上記デュプレクサＤＵＰ３、ＤＵＰ４を構成するローパスフィルタ（Ｌ）及びハイパスフィルタ（Ｈ）の段数を多段にした理由は、尖鋭な特性が要求される高調波成分を除去するためで、デュプレクサＤＵＰ３は３段構成、デュプレクサＤＵＰ４は４段構成とした。
【００２７】
上記デュプレクサＤＵＰ３を構成するローパスフィルタ６ａ、ハイパスフィルタ６ｂ及びデュプレクサＤＵＰ４を構成するローパスフィルタ５ａ、ハイパスフィルタ５ｂの集中定数回路に於ける解析設計シミュレータによる解析結果の諸特性（挿入損失、分離度）を図４Ａ、図４Ｂに示す。それぞれのＧＰＳ−１、ＧＰＳ−２、無線ＬＡＮ−１、無線ＬＡＮ−２、並びにＤＳＲＣの各端子４ａ〜４ｅに於ける挿入損失は低く抑えられており、相互干渉となる分離度は７０ｄＢ以上の高くて十分な値となっている。
【００２８】
図４Ａは、デュプレクサＤＵＰ３のシミュレーション結果であり、（ａ）はローパスフィルタ６ａの特性、（ｂ）はハイパスフィルタ６ｂの特性、（ｃ）はＶＳＷＲ特性、（ｄ）は結合量を示している。また、図４Ｂは、デュプレクサＤＵＰ４のシミュレーション結果であり、（ａ）はローパスフィルタ５ａの特性、（ｂ）はハイパスフィルタ５ｂの特性、（ｃ）はＶＳＷＲ特性、（ｄ）は結合量を示している。
【００２９】
上記図４Ａ、図４Ｂのシミュレーション結果を基礎に分波器２を製作し、実験した結果、挿入損失は低く抑えられており、相互干渉となる分離度は十分な値となっている。
【００３０】
図５Ａ〜図５Ｅにその測定結果を示す。図５ＡはＧＰＳ−１の場合のＶＳＷＲ、挿入損失と分離度を示している。ＶＳＷＲは１．０５でありその時の挿入損失は−０．９５ｄＢである。他のＧＰＳ−２、無線ＬＡＮ−１、無線ＬＡＮ−２並びにＤＳＲＣの端子４ｂ〜４ｅへの分離度は５０ｄＢ以上あり、十分な値となっている。
【００３１】
図５ＢはＧＰＳ−２の場合のＶＳＷＲ、挿入損失と分離度を示している。ＶＳＷＲは１．０１でありその時の挿入損失は−１．２７ｄＢである。他のＧＰＳ−１、無線ＬＡＮ−１、無線ＬＡＮ−２並びにＤＳＲＣの端子４ａ、４ｃ〜４ｅへの分離度は５５ｄＢ以上である。なお、この時の近接のＧＰＳ−１の分離度を除けば、９０ｄＢ以上の良好な値となっている。
【００３２】
図５Ｃは無線ＬＡＮ−１の場合のＶＳＷＲ、挿入損失と分離度を示している。ＶＳＷＲは１．０２でありその時の挿入損失は−１．６ｄＢである。他のＧＰＳ−１、ＧＰＳ−２、無線ＬＡＮ−２並びにＤＳＲＣの端子４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅへの分離度は８０ｄＢ以上である。なお、この時のＶＳＷＲと挿入損失の値は広い帯域に渡って良好な値となっている。
【００３３】
図５Ｄは無線ＬＡＮ−２の場合のＶＳＷＲ、挿入損失と分離度を示している。ＶＳＷＲは１．１でありその時の挿入損失は−１．４ｄＢである。他のＧＰＳ−１、ＧＰＳ−２、無線ＬＡＮ−１並びにＤＳＲＣの端子４ａ〜４ｃ、４ｅへの分離度は６４ｄＢ以上である。なお、この時の近接のＤＳＲＣの分離度を除けば、９０ｄＢ以上の良好な値となっている。
【００３４】
図５ＥはＤＳＲＣの場合のＶＳＷＲ、挿入損失と分離度を示している。ＶＳＷＲは１．０７でありその時の挿入損失は−１．４ｄＢである。他のＧＰＳ−１、ＧＰＳ−２、無線ＬＡＮ−１、無線ＬＡＮ−２の端子４ａ〜４ｄへの分離度は６４ｄＢ以上である。なお、この時の近接の無線ＬＡＮ−２の分離度を除けば、９０ｄＢ以上の良好な値となっている。
【００３５】
以上の結果より高調波成分の除去は完全に行なわれ、良好な結果を得た。
【００３６】
上記送受信装置の実験により分波器２の特性が得られたので、次にこの分波器２の特性と偏波切替型マルチバンド平面アンテナ１の特性を組み合わせた場合の総合特性について以下に説明する。
【００３７】
ここで本発明の分波器と組み合わせるマルチバンド平面アンテナ１の特性について述べる。一つのアンテナを用いて複数の周波数を受信可能とするマルチバンド平面アンテナ１の領域において、従来のマルチバンド平面アンテナは、２周波もしくは３周波程度の直線偏波の周波数を受信可能とするものが主流であった。
【００３８】
本実施形態に係るマルチバンド平面アンテナ１においては、１０周波程度の周波数も受信可能であり、かつ、各々の周波数において、直線偏波または円偏波の偏波切替、すなわち、すべての偏波を送受信可能とし、移動体用通信システムとしての機能が飛躍的に向上する画期的な高性能平面アンテナとすることができる。
【００３９】
また、本実施形態に係るマルチバンド平面アンテナ１は、フォトエッチングシステムにより製作可能であり、より量産性に富み、低価格化が期待でき、その民生機器化への実現性は高い。
【００４０】
本実施形態においては、多周波共用平面型送受信装置は、正多角形（又は円形）の外形を有する複数の環状の平面導波路からなる多周波・偏波切替型平面アンテナおよび分波器を含む信号処理装置より構成される。これにより、一つのアンテナを用い、周波数の異なるＧＰＳ、ＥＴＣ及び偏波の異なるシステム（衛星デジタル音声放送、移動体、無線ＬＡＮ、ソフトウェア無線等）への送受信可能な多周波・偏波共用システムへの応用が可能になる。
【００４１】
図６Ａは、本実施形態における偏波切替型マルチバンド平面アンテナ１の構成を示し、（ａ）は全体構成を示す斜視図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は放射素子の拡大図である。なお、図６Ａは、ＧＰＳ（１．２ＧＨｚ、１．５ＧＨｚ）、無線ＬＡＮ（２．４５ＧＨｚ）、ＥＴＣ（５．２ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ）の５波の電波を送受信する場合を例として示している。このマルチバンド平面アンテナ１は、第１の絶縁基板２０に形成されたリング形状の金属導体層から成る放射素子３７と第２の絶縁基板３１に形成された串形状の金属導体層から成る給電部（Ｌプローブ）３３と第２の絶縁基板３１の裏面に設けられた地導体３２と、中心導体及び外側導体を有する同軸コネクタ３６を備え、多周波共用マイクロストリップアンテナを構成している。
【００４２】
放射素子３７は、複数例えば５つの枠状（正方形）の平面状により構成され、これらはアンテナ部基板である第１の絶縁基板２０上の金属導体層にリング状のスリット２２を設けることにより形成されている。上記リングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅは、周囲長がそれぞれ目的とする電波（周波数）の約１波長に設定される。また、リングアンテナ素子２３ａ、２３ｂ、２３ｄ、２３ｅには、点対称の位置、すなわち対角線上の二隅に、金属導体層を三角形状に切除した摂動素子２５、２６、２７、２８が形成される。給電部３３の串形状の金属導体層は、リングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅの一辺の中央を横断して長さＰｌ、幅Ｐｗの直線部３４と、この直線部３４の両側からリングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅに沿って長さＰｔだけ延びるスタブ３５とを有している。
【００４３】
同軸コネクタ３６の中心導体の先端は、第２の絶縁基板３１を貫通して給電部３３の直線部３４に接続し、また、中心導体から絶縁された同軸コネクタ３６の外側導体は、地導体３２に接続している。上記給電部３３は、広帯域での電磁結合型の給電が可能な従来の“Ｌプローブ”にスタブ３５を設けており、このスタブ３５の長さＰｔを調整して、リングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅが関与する固有モードの整合を取っている。また、第２の絶縁基板３１は給電部３３を構成する給電用基板としての役割を果たし、アンテナ部基板である第１の絶縁基板２０と、給電部３３を挟む形で積層されている。
【００４４】
この偏波切替型マルチバンド平面アンテナ１において、図６Ａに符号で示した各種寸法諸元は、次の通り設定している。図６Ａにおいて、符号ａ、ｂは放射素子３７の隣接する２辺の長さ、ｗ１〜ｗ５はリングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅの幅、ｄ１〜ｄ４は各リングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅ間に設けられるスリット２２の幅、Ｐ１は給電部３３における直線部３４の長さ、Ｐｗは給電部３３の直線部３４の幅、Ｐｓは給電部３３における直線部３４のリングアンテナ素子２３ａからの突出長さ、Ｐｔはスタブ３５の長さ、Ｐｄは直線部３４の始端部から給電点までの長さ、ｔ１は第１の絶縁基板２０の厚さ、ｔ２は第２の絶縁基板３１の厚さである。なお、以下の設定値は、一例を示したものであってこれに限定されるものではない。
【００４５】
ａ＝ｂ＝４８．０
ｗ１＝３．７、ｗ２＝４．１、ｗ３＝５．０、ｗ４＝０．２５、ｗ５＝０．４
ｄ１＝０．８、ｄ２＝１．９、ｄ３＝３．０、ｄ４＝０．１５
Ｐｌ＝２３．０、Ｐｗ＝１．５、Ｐｓ＝０．８、Ｐｔ＝０〜５、Ｐｄ＝０．８
ｔ１＝ｔ２＝１．２（以上、単位はｍｍ）
また、リングアンテナ素子２３ａに設けられた摂動素子２５の面積をΔＳ１、リングアンテナ素子２３ｂに設けられた摂動素子２６の面積をΔＳ２、リングアンテナ素子２３ｄに設けられた摂動素子２７の面積をΔＳ４、リングアンテナ素子２３ｅに設けられた摂動素子２８の面積をΔＳ５とするとき、
ΔＳ１＝−０．１％、ΔＳ２＝−０．２％、ΔＳ４＝０．１５％、ΔＳ５＝−０．５％
に設定している。また、第１の絶縁基板２０及び第２の絶縁基板３１には、テフロン（登録商標）グラスファイバ基板（ＰＴＦＥ基板、比誘電率εｒ＝２．６、ｔａｎδ＝１．８×１０−３）を使用し、この基板に銅薄膜が被着されたプリント基板をエッチングして、放射素子３７と給電部３３を形成している。
【００４６】
この偏波切替型マルチバンド平面アンテナ１では、先ずリングアンテナ素子２３ｅが５次モードの周波数で右旋偏波を発生するように摂動素子２８の位置及び大きさを設定し、次に、リングアンテナ素子２３ｄがリングアンテナ素子２３ｅとの相互作用を受けながらも、４次モードの周波数で直線偏波を発生するように、次に、リングアンテナ素子２３ｃが３次モードの周波数で直線偏波を発生するように摂動素子を設定しない。次にリングアンテナ素子２３ｂが２次モードと１次モードの周波数で右旋偏波を発生するように摂動素子２５、２６の位置及び大きさを設定している。
【００４７】
このように、この偏波切替型マルチバンド平面アンテナ１は、放射素子３７を構成するリングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅの数を増して、動作周波数の多様化を図ることができ、また、それらの動作周波数の偏波特性を左旋、右旋あるいは直線偏波に、自在に設定することができる。
【００４８】
図７は、この偏波切替型マルチバンド平面アンテナ１の５波の周波数帯のＶＳＷＲ特性（リターンロス特性）を示している。図中の１、２、３、４、５に現れている共振現象は、それぞれリングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅに基づいて生じており、これらを１次モード、２次モード、３次モード、４次モード、５次モードと呼ぶことにする。図８Ａ〜図８Ｅはそれぞれの場合の放射パターンを示している。１次モードと２次モードの周波数での軸比を示している。３次モードと４次モードは軸比が大きいので直線偏波とみなせる。５次モードの軸比は数ｄＢ以下であり、右旋円偏波が発生している。その場合の軸比特性を図９Ａ〜図９Ｃに示した。
【００４９】
この偏波切替型マルチバンド平面アンテナ１では、放射素子３７を構成するリングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅの中央部分を付属回路素子の設置場所として利用したり、給電部（Ｌプローブ）への電気接続場所として使用したりできるため、アンテナ装置の小型化が可能になる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、図６Ａの（ｃ）に示したようにリングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅの中央部に放射素子を設けない場合について説明したが、図６Ｂに示すようにリングアンテナ素子２３ａ〜２３ｅの中央部に平面状の放射素子３８を挿入してもよい。このように放射素子３８を挿入することにより、６波の電波を受信することが可能になる。
【００５１】
また、これまではマルチバンド平面アンテナの放射特性について説明してきたが、このマルチバンド平面アンテナを受信アンテナとして使用する場合に全く同じ特性が得られることはアンテナの“相反の定理”から自明である。
【００５２】
また、上記実施形態では、放射素子３７の外形が正方系のものについて説明したが、その外形は、正三角形や正六角形などの正多角形、あるいは円または円に近い楕円などの形状であってもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、基板としてテフロン（登録商標）グラスファイバ基板を使用し、この基板に形成された銅薄膜をエッチングして放射素子３７や給電部３３を形成する場合について説明したが、本発明は、それに限るものではなく、例えば、セラミックスグリーンシートに金属粉末を含むメタライズドペーストで放射素子や給電部等の導体パターンを印刷し、それらを積層して焼成するような方法で形成してもよい。
【００５４】
次に上記実施形態で示した偏波切替型マルチバンド平面アンテナ１を用いた多周波共用送受信装置の実験結果について説明する。アンテナ部と分波器の個々の特性は上記した通りであるので、組み合わせた場合の総合特性について述べる。
【００５５】
図１０、図１１は、挿入損失、ＶＳＷＲ及び分離度（減衰量）を示している。なお、図１０、図１１において、Ｆ１はＧＰＳ−１の周波数（１．２２７６ＧＨｚ）、Ｆ２はＧＰＳ−２の周波数（１．５７５４２ＧＨｚ）、Ｆ３は無線ＬＡＮ−１の周波数（２．４５ＧＨｚ）、Ｆ４は無線ＬＡＮ−２の周波数（５．２ＧＨｚ）、Ｆ５はＤＳＲＣの周波数（５．８ＧＨｚ）である。
【００５６】
図１０、図１１から明らかなように規格値に対して測定結果は大幅に良好な値となっており、初期の目的であるマルチバンド平面アンテナ１を用いた多周波共用送受信装置として十分な値が得られた。その諸特性は十分各周波数を分離している結果である。
【００５７】
上記実施形態で示したマルチバンド平面アンテナ１は、５波（ＧＰＳ、無線ＬＡＮ、ＥＴＣ）の周波数が受信可能であり、かつ、各々の周波数において、直線偏波または円偏波の偏波切替、すなわち、すべての偏波を送受信可能とする画期的なマルチバンド平面アンテナである。また、上記マルチバンド平面アンテナ１は、ＧＰＳ（１．２ＧＨｚ、１．５ＧＨｚ）、無線ＬＡＮ（２．４５ＧＨｚ）、ＥＴＣ（５．２ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ）と近年急速に需要が伸びている非常に有望な周波数帯での装置に注目して開発した。このように、多周波の周波数領域において偏波切替が可能なマルチバンド平面アンテナ１を用いることにより、車載用通信システムとしての機能が飛躍的に向上する。また、上記マルチバンド平面アンテナ１は、ＧＰＳ円偏波、無線ＬＡＮ直線偏波、ＥＴＣ直線、円偏波の５波の周波数に対するインピーダンス特性は十分満足した結果を得た。分波器については上記マルチバンド平面アンテナのＧＰＳ（１．２ＧＨｚ、１．５ＧＨｚ）、無線ＬＡＮ（２．４５ＧＨｚ）、ＥＴＣ（５．２ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ）の５波の周波数に対応出来、良好な結果を得た。上記マルチバンド平面アンテナと分波器を組み合わせた多周波共用送受信装置は、分離度、感度は共に良好であった。
【００５８】
以上説明したように本発明によれば、良好な特性を示すマルチバンド平面アンテナと分波器を組み合わせた多周波共用送受信装置が実現できた。また、この種のアンテナ系は偏波切替が可能で、かつ、マルチバンド特性が実現可能であることが明らかである。従って、本発明に係る偏波切替型マルチバンド平面アンテナを用いた多周波共用送受信装置は、多数のアンテナを必要とする、例えば自動車などにおいて、動作周波数を切替て使用するアンテナとして広く利用することができ、また、各分野が要求する多様なアンテナ特性のどれにも対応可能なアンテナとして、各分野で広く利用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係る多周波共用送受信装置の基本構成図。
【図２】同実施形態における分波器の詳細を示す構成図。
【図３Ａ】同実施形態におけるデュプレクサＤＵＰ３の回路素子の構成を示す図。
【図３Ｂ】同実施形態におけるデュプレクサＤＵＰ４の回路素子の構成を示す図。
【図４Ａ】同実施形態におけるデュプレクサＤＵＰ３の挿入損失、分離度を示す図。
【図４Ｂ】同実施形態におけるデュプレクサＤＵＰ４の挿入損失、分離度を示す図。
【図５Ａ】同実施形態における分波器のＶＳＷＲ、挿入損失、分離度を示す図。
【図５Ｂ】同実施形態における分波器のＶＳＷＲ、挿入損失、分離度を示す図。
【図５Ｃ】同実施形態における分波器のＶＳＷＲ、挿入損失、分離度を示す図。
【図５Ｄ】同実施形態における分波器のＶＳＷＲ、挿入損失、分離度を示す図。
【図５Ｅ】同実施形態における分波器のＶＳＷＲ、挿入損失、分離度を示す図。
【図６Ａ】同実施形態における偏波切替型マルチバンド平面アンテナの構成を示し、（ａ）は全体構成を示す斜視図、（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は放射素子の拡大図。
【図６Ｂ】同実施形態における偏波切替型マルチバンド平面アンテナのリングアンテナ素子の中央部に平面状の放射素子を挿入した場合の例を示す図。
【図７】同実施形態における偏波切替型マルチバンド平面アンテナの５波の周波数帯のＶＳＷＲ特性を示す図。
【図８Ａ】同実施形態におけるリングアンテナ素子の１．２ＧＨｚ帯の放射パターンを示す図。
【図８Ｂ】同実施形態におけるリングアンテナ素子の１．５ＧＨｚ帯の放射パターンを示す図。
【図８Ｃ】同実施形態におけるリングアンテナ素子の２．４５ＧＨｚ帯の放射パターンを示す図。
【図８Ｄ】同実施形態におけるリングアンテナ素子の５．２ＧＨｚ帯の放射パターンを示す図。
【図８Ｅ】同実施形態におけるリングアンテナ素子の５．８ＧＨｚ帯の放射パターンを示す図。
【図９Ａ】同実施形態におけるリングアンテナ素子の１．２ＧＨｚ帯の軸比特性を示す図。
【図９Ｂ】同実施形態におけるリングアンテナ素子の１．５ＧＨｚ帯の軸比特性を示す図。
【図９Ｃ】同実施形態におけるリングアンテナ素子の５．８ＧＨｚ帯の軸比特性を示す図。
【図１０】同実施形態における多周波共用送受信装置の総合特性（ＶＳＷＲ、挿入損失）を示す図。
【図１１】同実施形態における多周波共用送受信装置の総合特性（分離度）を示す図。
【符号の説明】
【００６０】
１…偏波切替型マルチバンド平面アンテナ、２…分波器、３…入力端子、４ａ〜４ｎ…出力端子、ＤＵＰ１〜ＤＵＰ４…デュプレクサ、５ａ、６ａ…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、５ｂ、６ｂ…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、８…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１１…入力端子、１２ａ、１２ｂ…出力端子、１３…入力端子、１４ａ、１４ｂ…出力端子、Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ５〜Ｌ７…インダクタンス素子、Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ４〜Ｃ７…コンデンサ素子、Ｌ１１〜Ｌ１５、Ｌ１６〜Ｌ１９…インダクタンス素子、Ｃ１１〜Ｃ１４、Ｃ１５〜Ｃ１９…コンデンサ素子、２０…第１の絶縁基板、２２…スリット、２３ａ〜２３ｅ…リングアンテナ素子、２５〜２８…摂動素子、３１…第２の絶縁基板、３２…地導体、３３…給電部、３４…直線部、３５…スタブ、３６…同軸コネクタ、３７、３８…放射素子。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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