(57)【要約】【課題】高いアンテナ利得を得ることができまた風などの影響も受けにくく、車等に搭載して好適に使用できる高性能かつコンパクトなアンテナ装置を提供する。【課題を解決するための手段】少なくとも１以上の平面型アンテナ素子を備え衛星に電波を送信する送信アンテナ部２と、少なくとも１以上の平面型アンテナ素子を備え衛星から電波を受信する受信アンテナ部３とを具備し、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３とを所定の衛星に向けて位置付けるとともに所定間隔で離間させて階段状に並べて配置するようにした。【選択図】図１
2004056643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１以上の平面型アンテナ素子を備え衛星に電波を送信する送信アンテナ部と、少なくとも１以上の平面型アンテナ素子を備え衛星から電波を受信する受信アンテナ部と、前記送信アンテナ部及び前記受信アンテナ部を取り付けるアンテナ取付面を備えた支持部とを具備し、
前記送信アンテナ部と前記受信アンテナ部とを、所定の間隔で離間するとともに水平面から傾くように前記アンテナ取付面に取り付けていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナ取付面がほぼ水平面をなすものであって、各アンテナ部の前方側をアンテナ取付面あるいは該アンテナ取付面近傍に位置付けるとともに後方側をアンテナ取付面より離間させ、各アンテナ部を所定の衛星に向くように階段状に傾けて配置していることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記所定の間隔が、送信アンテナ部の中心周波数の波長と、受信アンテナ部の中心周波数の波長とを平均して得た送受信平均波長の０．５〜２倍程度であることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記送信アンテナ部を、前記受信アンテナ部より衛星側に位置付けて配置することを特徴とする請求項１、２又は３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
各アンテナ部が複数個の平面型アンテナ素子を具備し、これらアンテナ素子を各アンテナ部を並べた方向と直交する方向に一直線状に並べて配置することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のアンテナ装置。
【請求項６】
各アンテナ部が少なくとも１以上の平面型アンテナ素子を有するアレーアンテナ部を複数列並べて配置したものであって、各アレーアンテナ部間の位相差を調整し得る位相調整手段をアレーアンテナ部に接続していることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記アンテナ取付面が、その表面に電波を吸収する電波吸収材を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記アンテナ素子が、後方側にパッチ状の平面型アンテナ素子と、前方側にパッチ状の平面型無給電素子とを所定の間隔離間して配置した無給電素子装荷アンテナであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記支持部が、前記受信アンテナ部と前記送信アンテナ部とをアジマス方向に回転させて衛星を追尾可能に載置することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星と電波の送受信を行うアンテナ素子を備え例えば車載して好適に使用されるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地上波を受信して車内でテレビを楽しんだり、携帯電話等を利用してインターネットと接続し各種情報を得たりするなど、移動体内における情報化が益々進んでいる。このような移動体内における情報化のさらなるニーズに応えるべく、衛星からの電波を移動体で送受信するために、衛星を追尾できる車載用アンテナ装置の研究開発がなされている。このような衛星を追尾可能なアンテナ装置には、機械的にビーム走査するアレーアンテナや電気的にビーム走査するアレーアンテナが知られている。具体的には、この機械的にビーム走査するアレーアンテナは、アンテナのビーム方向を機械的に駆動しながら衛星を自動追尾することで、連続的な回線の確保を保証するとともに、低仰角において高い利得を得ることができる。このビーム走査するアレーアンテナで代表的なものとしては、マイクロストリップ八木アレーアンテナがある。一方、電気的にビーム走査するアレーアンテナは、例えば、平面基板上に配置された複数の円形のアンテナ素子で構成されており、これら個々のアンテナの位相を電気的に制御することで、ビーム方向を衛星方向に自動的に合わせることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機械的にビーム走査するアレーアンテナは、送受共用のため普通では狭帯域なマイクロストリップアンテナを広帯域化する必要があり製作が困難であったり、また、送受分離したとしても筐体が倍以上の大きさになって風の影響を受けたりするなど、車載用として適用するには不都合な点が多かった。また、電気的にビーム走査するアレーアンテナは、車載して使用するにはコスト的な実用上の問題があった。
【０００４】
また、携帯端末による移動体衛星通信や移動体マルチメディア衛星放送の実現に必要な技術の開発を目的とし、平成１０年度から開発に着手された技術試験衛星ＶＩＩＩ型（ＥＴＳ−ＶＩＩＩ）において、移動局での衛星通信を主とした車載用アンテナの性能目標として、利得１２ｄＢｉ以上が要求されるなど、移動局での衛星通信を主とした車載用アンテナは、その形態としては低姿勢、小型、軽量を必要としながらも、さらに大きな伝送容量を得られるように、そのアンテナ利得の向上が求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、上述する問題を解決し、風の影響等を受けにくいコンパクトな形状を有しながらも送受カップリングが小さく、高いアンテナ利得を得られるアンテナ装置の提供を主たる課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、少なくとも１以上の平面型アンテナ素子を備え衛星に電波を送信する送信アンテナ部と、少なくとも１以上の平面型アンテナ素子を備え衛星から電波を受信する受信アンテナ部と、前記送信アンテナ部及び前記受信アンテナ部を取り付けるアンテナ取付面を備えた支持部とを具備し、前記送信アンテナ部と前記受信アンテナ部とを、所定の間隔で離間するとともに水平面から傾くように前記アンテナ取付面に取り付けているようにしたものである。
【０００７】
ここで、アンテナ利得とは、特にその方向を指定しない場合は、該アンテナ装置を衛星方向に向けて位置付けたときの衛星方向での利得を示すものとする。
また、該アンテナ装置における衛星側を前方と定義して説明を行うものとする。
【０００８】
このような構成によれば、各アンテナ部が衛星方向に向けて階段状に並べて配置されているため水平に並べたときと比べるとより高いアンテナ利得を得ることができる。また、各アンテナ部を２次元平面上に並べ、アンテナ全体を衛星方向に向けたときと比べると、風などの影響を受けにくくすることができるといった、高性能かつコンパクトなアンテナ装置を供給することができる。
【０００９】
また、アンテナ利得を向上するためには、前記アンテナ取付面がほぼ水平面をなすものであって、各アンテナ部の前方側をアンテナ取付面あるいは該アンテナ取付面近傍に位置付けるとともに後方側をアンテナ取付面より離間させ、各アンテナ部を所定の衛星に向くように階段状に傾けて配置していることが望ましく、また、前記所定の間隔が、送信アンテナ部の中心周波数の波長と、受信アンテナ部の中心周波数の波長とを平均して得た送受信平均波長の０．５〜２倍程度であることが好ましい。
【００１０】
また、送信アンテナ部と受信アンテナ部とのカップリングを防止して送信波が受信アンテナに廻り込み受信波に対する雑音が増大するのを防止するためには、前記送信アンテナ部を、前記受信アンテナ部より衛星側に位置付けて配置することが望まれる。
【００１１】
また、コンパクトにするためには、各アンテナ部が複数個の平面型アンテナ素子を具備し、これらアンテナ素子を各アンテナ部を並べた方向と直交する方向に一直線状に並べて配置することが望ましい。
【００１２】
ところで、各アンテナ部が少なくとも１以上の平面型アンテナ素子を有するアレーアンテナ部を複数列並べて配置したものであって、各アレーアンテナ部間の位相差による不具合を解消して好適な状態で電波を送受信するためには、各アレーアンテナ部間の位相差を調整し得る位相調整手段をアレーアンテナ部に接続すればよい。
【００１３】
また、アンテナ取付面からの不要な電波反射による軸比劣化を防止するためには、前記アンテナ取付面が、その表面に電波を吸収する電波吸収材を備えていればよい。
【００１４】
さらに、該アンテナ装置を車載等して好適に使用するためには、前記支持部が、前記受信アンテナ部と前記送信アンテナ部とをアジマス方向に回転させて衛星を追尾可能に載置するようにすればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、図１〜図８を用いて本発明の実施形態におけるアンテナ装置１について説明する。
【００１６】
図１は、本発明のアンテナ装置１の全体構成を模式的に示した斜視図を示したものであり、図２は、このアンテナ装置１の側面図を示したものである。
【００１７】
このアンテナ装置１は、図１、図２に示すように、幅寸法ｗを１２ｃｍ、長さ寸法ｈを７ｃｍとした平面視略矩形状の送信アンテナ部２及び受信アンテナ部３と、これらアンテナ部を載置する平面視略矩形状の支持部４とを具備するものであって、この支持部４に、それら送信アンテナ部２と受信アンテナ部３とが衛星方向Ｓに向くように４２°の仰角で傾けるとともに、間隔ｄで離間して階段状となるように並べて配置している。なお、本実施形態において、東京から見たＥＴＳ−ＶＩＩＩ衛星の方向Ｓはθ＝４２°であり、このため、アンテナを４２°に傾けたものとしたが、例えば、稚内でのＥＴＳ−ＶＩＩＩ衛星の方向はθ＝５２°となることからアンテナの傾きを５２°に設定する等、衛星仰角に応じてアンテナの傾きを変える場合がある。また、対象とする衛星がＥＴＳ−ＶＩＩＩ衛星以外の場合、その衛星に向けてアンテナの角度を設定することは言うまでもない。
【００１８】
各部を詳述すると、受信アンテナ部３は、図１、図２に示すように、平面視略矩形状の薄板状のグランド板２１と、このグランド板２１と同等の大きさを有し該グランド板２１に載置される基板２２と、この基板２２の表面に載置されるパッチ状のマイクロストリップパッチ２３とを備えたものである。なお、本実施形態では、基板２２の厚さｔを１．５２４ｍｍ、誘電率を２．１７のものとし、マイクロストリップパッチ２３の半径ｒを前記受信アンテナの中心周波数２．５０２５ＧＨｚに合わせて２２．９５ｍｍとしている。また、図３に示すように、該マイクロストリップパッチ２３には表面における対向する２箇所に幅Ｗ方向に５．３２ｍｍ、高さＬ方向に２．２７ｍｍの切り欠き２ｘを設けて、給電点Ｑより給電されて中心周波数２．５０２５ＧＨｚの円偏波を放射し得る構造としている。
【００１９】
送信アンテナ部２は、前記受信アンテナ部３と同様の構成を有するものであって、本実施形態では中心周波数２．６５７５ＧＨｚの電波を受信するようにしている。
【００２０】
支持部４は、該アンテナ装置１を例えば車の屋根に取り付けて固定し得るアルミ板４１と、このアルミ板４１の上に設けられる磁性材料と樹脂とを混合分散させて薄板状に形成した電波吸収材４２とを備えてなるものである。なお、本実施形態では、厚みを約３ｍｍに設定した電波吸収材４２の表面にアンテナ取付面４０を形成し、このアンテナ取付面４０に送信アンテナ部２と受信アンテナ部３とを取り付けている。
【００２１】
次に、このように構成したアンテナ装置１で得られるアンテナ利得について説明する。
【００２２】
図４は、各アンテナ部の長さ寸法ｈと送信アンテナ部２と受信アンテナ部３との間隔ｄとを変化させたときの受信アンテナ部３のアンテナ利得を示したものであって、横軸を送信アンテナ部２と受信アンテナ部３との間隔ｄ（ｃｍ）とし、縦軸を衛星方向Ｓから±１０°内の最低利得（ｄＢｉ）として表している。衛星方向Ｓから±１０°内の最低利得に注目したのは、このアンテナ装置を自動車の屋根に水平になるように搭載した場合に走行中の自動車の揺れを考慮したためである。この図より基板２２の長さ寸法ｈを７ｃｍで、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３との間隔ｄを１４ｃｍとしたときに最も高いアンテナ利得を得られることがわかる。ところで、この間隔ｄは、送信アンテナ部の中心周波数２．６５７５ＧＨｚの１波長１１．９９ｃｍと、受信アンテナ部の中心周波数２．５０２５ＧＨｚの１波長１１．２９ｃｍとを平均して得た送受信平均波長１１．６４ｃｍの１．２倍であり、ほぼ同一となっていることがわかる。
【００２３】
また、図５は、各アンテナ部の長さ寸法ｈを７ｃｍとして、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３との間隔ｄを５ｃｍから３５ｃｍの範囲で変化させたときの受信アンテナ部３のアンテナ利得を表している。この図より、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３との間隔ｄが１４ｃｍ以下では、急激にアンテナ利得が減少し、一方１４ｃｍ以上ではなだらかでほぼ一定のアンテナ利得を示すアンテナ利得曲線を描いていることがわかる。すなわち、各アンテナ部の長さ寸法ｈを７ｃｍとし、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３との間隔ｄを１４ｃｍとすることが、本アンテナ装置１をコンパクトでありながらも高いアンテナ利得を実現できる最も好ましい実施態様として挙げることができ、このときの受信アンテナ部３の放射パターンは図６に示すように、衛星方向Ｓ（θ＝４２°）から±１０°の範囲でも高いアンテナ利得を得ることができる。
【００２４】
ところで、このように送信アンテナ部２と受信アンテナ部３とを近接して配置した場合には、送受カップリングにより送信波が受信アンテナ３に廻り込み受信波に対する雑音が増大する恐れがある。
【００２５】
図７は、各アンテナ部を水平に並べたときと本実施形態のように階段状に並べたときの送受カップリングを表したものである。図７の縦軸のＳ２１は、送信アンテナ部２の入力端をポート１、受信アンテナ部３の入力端をポート２としたときの送受カップリング量を表す。これは、図８も同様である。この図より各アンテナ部の長さ寸法ｈを７ｃｍとし、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３との間隔ｄを１４ｃｍとしたときの送受カップリングは送信アンテナ部２の中心周波数２．６５７５Ｈｚで−４１ｄＢであり、これは水平に並べたものと比べて５ｄＢ程度低い値が得られていることがわかる。また、図８に示すように、各周波数帯域に亘って送受カップリングも小さい優れたアンテナ装置１を提供できることがわかる。すなわち、これら送信アンテナ部２と受信アンテナ部３とを階段状に配置することにより、送受カップリングの小さいアンテナ装置１を提供することができる。
【００２６】
以上のように、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３とを階段状に並べることにより、低姿勢化且つ該装置をコンパクトとしながらも、送受カップリングが少なく、高いアンテナ利得を実現するアンテナ装置１を提供することができる。
＜第２実施形態＞
以下、図９〜図１３等を用いて本発明の他の実施形態におけるアンテナ装置１ａについて説明する。
【００２７】
図９は、本発明のアンテナ装置１ａの全体斜視図を示したものである。
【００２８】
本発明のアンテナ装置１ａは、図９に示すように、４個のマイクロストリップパッチ２３を１列に設けたアレーアンテナ部ＡＲと、このアレーアンテナ部ＡＲを載置する平面視略矩形状の支持部４とを具備するものであって、この支持部４の前方部に位置付けた２列のアレーアンテナ部ＡＲを送信アンテナ部とし、後方部に位置付けた２列のアレーアンテナ部ＡＲを受信アンテナ部としている。そして、これらアレーアンテナ部ＡＲが衛星に向くように４２°の仰角で傾けるとともに、これらアレーアンテナ部ＡＲを間隔ｄで離間して階段状となるように前記支持部４の上に載置している。
【００２９】
さらに詳述すると、このアレーアンテナ部ＡＲは、平面視略矩形状の薄板状のグランド板２１と、このグランド板２１と同等の大きさを有し該グランド板２１に載置される基板２２と、この基板２２の表面に前記アレーアンテナ部ＡＲを並べた方向と直交する方向に等間隔ｄｙで一直線状に並べて配置される４個のパッチ状の平面型アンテナ素子たるマイクロストリップパッチ２３とを備えるものであって、該アレーアンテナ部ＡＲを２列備えた送信アンテナ部２が中心周波数２．６５７５ＧＨｚの円偏波を放射し、同様に受信アンテナ部３が中心周波数２．５０２５ＧＨｚの円偏波を受信するように、基板２２の厚さｔや誘電率及びマイクロストリップパッチ２３の半径等を第１実施形態と同様の値に設定している。また、前記間隔ｄｙは、該アレーアンテナ部ＡＲの中心周波数の波長の０．７倍すなわち０．７λとなるように設定し、さらに、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３とは、各アンテナ部を構成する２列のアレーアンテナ部ＡＲの位相差を調整する位相調整手段たる移相器をそれぞれ接続して衛星方向Ｓ（θ＝４２°）で同相となるように調整してアンテナ利得の向上を行っている。より具体的にこの移相器は、図１０にその接続方法を模式的に示すように、電波の行路差ｘ１等によって生じる位相差を零に調整し得るものであって、電波の行路差ｘ１、ｘ１＋ｘ２に対応した線路長を有する移相器ＰＣ１と移相器ＰＣ２とを、それぞれ、２列目のアレーアンテナ部ＡＲ２と３列目のアレーアンテナ部ＡＲ３とに接続している。そして、アレーアンテナ部ＡＲが送信アンテナ部２の場合、これら移相器ＰＣ１、ＰＣ２に分配器Ｅを接続すれば、この分配器で分配されたのち各移相器で位相差が零になるように位相調整された信号電力が送信アンテナ部２各列に供給されることによって、送信アンテナ部２は衛星方向Ｓにビーム指向させた電波を放射することができる。一方、アレーアンテナ部ＡＲが受信アンテナ部３の場合、これら移相器ＰＣ１、ＰＣ２に合成器Ｅを接続すれば、受信アンテナ部３の各アレーアンテナ部ＡＲで衛星から受信した電波を各移相器ＰＣ１、ＰＣ２で位相差が零になるように位相調整され、さらに位相調整された信号電力が合成器で合成されるため、ビーム指向した状態で衛星からの電波を受信できる。なお、各列のアレーアンテナ部ＡＲは円偏波特性を改善するためにシーケンシャルアレー構成としている。
【００３０】
支持部４は、第１実施形態と同様の構成を有するものである。
【００３１】
次に、このように構成したアンテナ装置１ａで得られる利得について説明する。
【００３２】
図１１は、受信アンテナの中心周波数２．５０２５ＧＨｚの受信アンテナ部３を測定して得た放射パターンであって、衛星方向Ｓ（θ＝４２°）から±１０°内の最低利得は、アレーの利得１４．５３ｄＢｉ、給電ロスは１．９ｄＢで合わせて１２．６３ｄＢｉであり、利得１２ｄＢｉ以上を得られることがわかる。軸比については、衛星方向Ｓ（θ＝４２°）から±１０°内の最悪軸比は１．１６ｄＢであった。また、図１２、図１３に受信アンテナ部３の衛星方向Ｓから±１０°内の最低利得および最悪軸比の周波数特性を示す。送受カップリングは、送信アンテナ部２の中心周波数２．６５７５ＧＨｚで−４０ｄＢ、受信アンテナ部３の中心周波数２．５０２５ＧＨｚで−４３ｄＢであった。
【００３３】
以上のように、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３とを階段状に並べることにより、低姿勢化且つ該装置をコンパクトとしながらも、送受カップリングが少なく、非常に高いアンテナ利得を実現するアンテナ装置１ａを提供することができる。
【００３４】
なお、本実施形態において位相調整手段に移相器ＰＣ１、ＰＣ２を用いたが、位相調整可能なラインストレッチャ等を用いても構わない。
＜第３実施形態＞
以下、図１４〜図２０等を用いて本発明の他の実施形態におけるアンテナ装置１ｂについて説明する。
【００３５】
図１４は、本発明のアンテナ装置１ｂの全体斜視図を示したものである。
【００３６】
このアンテナ装置１ｂは、図１４に示すように、幅寸法ｗを１２ｃｍ、長さ寸法ｈを７ｃｍとした平面視略矩形状の送信アンテナ部２及び受信アンテナ部３と、これらアンテナ部を載置する平面視略矩形状の支持部４とを具備するものであって、この支持部４の上に、それら送信アンテナ部２と受信アンテナ部３とを衛星方向Ｓに向くように４２°の仰角で傾けるとともに、間隔ｄで離間して階段状となるように並べて配置している。
【００３７】
各部を詳述すると、送信アンテナ部２は、図１５に示すように、下方側に配置される半径ａのパッチ状の平面型アンテナ素子たる平面視略円形状のマイクロストリップパッチ２３を備えた下基板２０１と、上方側に配置される半径ｂのパッチ状の平面型無給電素子たる平面視円形状の無給電マイクロストリップパッチ２４を備えた上基板２０２とを具備し、これらを２ｃｍ離間して配置したいわゆる無給電素子装荷アンテナであって、中心周波数２．６５７５ＧＨｚの円偏波を放射するように設定されている。なお、本実施形態では、上基板２０２及び下基板２０１の厚さｄ１を１．５２４ｍｍ、誘電率を２．１７のものとし、マイクロストリップパッチ２３と無給電マイクロストリップパッチ２４との半径比をｂ／ａ＝１．０１とすべくマイクロストリップパッチ２３の半径ａを２２．９５ｍｍ、無給電マイクロストリップパッチ２４の半径ｂを２３．１８ｍｍと設定している。さらに、マイクロストリップパッチ２３の表面には、第１実施形態と同様の切り欠き２ｘを設けている。また、下基板２０１は、平面視略矩形状の薄板状のグランド板２１と、このグランド板と同等の大きさを有し該グランド板に載置される基板２２とを備えるようにしている。上基板２０２は、グランド板は備えず基板２２を備えるようにしている。
【００３８】
受信アンテナ部３は、前記送信アンテナ部２と同様の構成を有するものであって、本実施形態では中心周波数２．５０２５ＧＨｚの電波を受信するようにしている。
【００３９】
支持部４は、第１実施形態と同様の構成を有するものである。
【００４０】
次に、このように構成したアンテナ装置１ｂで得られる利得について説明する。
【００４１】
図１６は、無給電素子装荷アンテナ２０単体を測定して得た放射パターンであって、マイクロストリップパッチ２３の前方に無給電マイクロストリップパッチ２４を設けることにより、ビーム幅を狭くすることで指向性が向上してピーク値利得が８．８９ｄＢｉ、軸比は０．７１ｄＢｉとなった。これは、第１の実施形態で説明したアンテナ装置１ｂにおけるマイクロストリップパッチ２３単体によるピーク値利得より１．７１ｄＢ高い値である。
【００４２】
図１７は、該アンテナ装置１ｂにおける送受間隔ｄを１４ｃｍとしたときのアンテナ受信部２の放射パターンであって、第１実施形態と比較して、ビームは同じようにずれているが全体的にアンテナ利得がアップしていることがわかる。
【００４３】
また、図１８は、基板２２の長さ７ｃｍの場合で送受間隔を変化させたときの受信アンテナ部３の利得特性を示したものであって、衛星方向Ｓ（θ＝４２°）から±１０°内の最低利得が、送受信間隔１４ｃｍのときに高い利得を得られることがわかる。また、図１９は、基板２２の長さ７ｃｍの各アンテナ部を水平に並べたときと本実施形態のように階段状に並べたときの送信アンテナ部２の共振周波数２．７０５Ｈｚでの送受カップリングを表したものである。図の縦軸Ｓ２１は、ポート１を送信アンテナ部２の入力端、ポート２を受信アンテナ部３の入力端とした送受カップリングを表わす。この図より、送受間隔１４ｃｍのときの送受カップリングは、階段状に並べたときが−６０ｄＢであり、水平に並べたときに比べて１７ｄＢ低くすることができる。また、第１実施形態よりも低くできることがわかる。図２０に基板２２の長さ７ｃｍの場合で送受間隔１４ｃｍとして階段状に並べたときの送受カップリングの周波数特性を示す。各周波数に亘って送受カップリングが小さい優れたアンテナ装置を提供できることがわかる。
【００４４】
このようにマイクロストリップパッチ２３の前方に無給電マイクロストリップパッチ２４を設けることにより、ビーム幅を狭くすることで指向性を上げ、高いアンテナ利得を得ることができる。また、送受カップリングも少なくできる。
【００４５】
以上のように、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３とを階段状に並べることにより、低姿勢化且つ該装置をコンパクトとしながらも、送受カップリングが少なく、省スペース化が可能で且つ非常に高いアンテナ利得を得られるアンテナ装置１ｂを提供することができる。
【００４６】
なお、以上のような構成の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態において、支持部４を下部から支持する図示しない回転台を備える実施態様も考えられる。
【００４７】
この回転台を、例えば、衛星からのビーコン波を受信して得られた制御信号により該アンテナ装置１、１ａ、１ｂを衛星の方位角に合致するよう全方位に回転して機械追尾するターンテーブルを備えたものとすれば、この回転台を移動体の屋根に取り付け、さらにこの回転台の上にアンテナ装置１、１ａ、１ｂを載置することにより、アジマス方向たる全方位角に亘って衛星からの電波を追尾するアンテナ装置１、１ａ、１ｂを提供することができる。
【００４８】
すなわち、本実施形態のアンテナ装置１、１ａ、１ｂは、各アンテナ部が衛星方向Ｓに向けて階段状に並べて配置されているため、高いアンテナ利得を得ることができまた風などの影響も受けにくく、車等に搭載して好適に使用できる高性能かつコンパクトなアンテナ装置１、１ａ、１ｂを供給することができる。
【００４９】
なお、送信アンテナ部２及び受信アンテナ部３における基板２２の寸法や、マイクロストリップパッチ２３や無給電ストリップパッチ２４の半径ａ、ｂ等の寸法や形状は、本実施形態に限らず、実施態様に応じて適宜変更しても構わない。また、送信アンテナ部２と受信アンテナ部３との間隔ｄ及び第２実施形態におけるアレーアンテナ部ＡＲ間の間隔ｄは、送信アンテナ部２の中心周波数の波長と、受信アンテナ部３の中心周波数の波長とを平均して得た送受信平均波長の０．５〜２倍程度となる範囲であれば適宜変更することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、送信アンテナ部２が送信する電波の中心周波数を２．６５７５ＧＨｚとし、また受信アンテナ部３が受信する電波の中心周波数を２．５０２５ＧＨｚとしたが、これら周波数も衛星等に対応するため適宜変更しても構わない。さらに、各アンテナ部を衛星方向Ｓに向くように４２°の仰角で傾けたが、この角度も任意に設定して良いことは言うまでもない。
【００５１】
さらに、本実施形態では、電波吸収材４２を、磁性材料と樹脂とを混合分散させて薄板状に形成したものとしたが、電波を吸収するものであればこれに限られるものではない。
【００５２】
また、回転台により衛星を機械追尾するようにしていたがこれに限らず、例えば、電子追尾と機械追尾とを併用したものなど、任意の追尾方法であっても良い。
【００５３】
ところで、第２の実施形態では、送信アンテナ部２を基板４の前方部に、受信アンテナ部３を基板４の後方部にそれぞれ２列ずつ並べてアンテナ装置１ａを構成するようにしたが、これに限らず、それぞれ３列ずつ並べてアンテナ装置１ａを構成するなど、他の実施態様も考えられる。また、送信アンテナ部２及び受信アンテナ部３において、それぞれマイクロストリップパッチを１列に４個並べて配置したが、並べる個数や並べ方も本実施形態に限られるものではない。具体的には、マイクロストリップパッチ２３間の間隔ｄｙを、送信アンテナ部２の中心周波数に基づき０．７λとなるように設定していたが、例えば、この間隔ｄｙを０．５λ〜１．０λの間の任意の値に設定するなど、該アンテナ装置１ａを適用する条件などに鑑みて任意に設定しても良い。さらにアレーアンテナ部ＡＲ間の間隔ｄも１４ｃｍに限られるものではない。また、位相調整のために移相器を用いたが、移相器を使用せず、給電ラインの長さを変えて位相調整し給電ロスを抑えるといった態様の実施形態も考えられる。
【００５４】
さらに第２の実施形態におけるマイクロストリップパッチ２３の前方に、第３の実施形態のように無給電マイクロストリップパッチ２４を装荷した実施態様も考えられる。
【００５５】
その他各部の具体的機能や構成についても、本発明の趣旨範囲内で種々変更することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明のアンテナ装置によれば、各アンテナ部が衛星方向に向けて階段状に並べて配置されているため、水平に並べたときと比べるとより高いアンテナ利得を得ることができる。また、各アンテナ部を２次元平面上に並べ、アンテナ全体を衛星方向に向けたときと比べると、風などの影響を受けにくくすることができ、高性能かつコンパクトなアンテナ装置を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるアンテナ装置の全体構成を模式的に示す斜視図。
【図２】同実施形態に用いるアンテナ装置の側面図。
【図３】同実施形態に用いる送信アンテナ部の平面図。
【図４】同実施形態における基板の長さ寸法と送受間隔とをパラメータとして測定した受信アンテナ部のアンテナ利得を示す図。
【図５】同実施形態における送受間隔をパラメータとして測定した受信アンテナ部のアンテナ利得を示す図。
【図６】同実施形態における受信アンテナ部の放射パターンを示す図。
【図７】同実施形態における各アンテナ部を水平又は階段状に並べたときの送受カップリングを示した図。
【図８】同実施形態における送受カップリングの周波数特性を示す図。
【図９】本発明の実施形態におけるアンテナ装置の全体構成を模式的に示す斜視図。
【図１０】同実施形態における移相器の接続を模式的に示す図。
【図１１】同実施形態における受信アンテナ部の放射パターンを示す図。
【図１２】同実施形態における受信アンテナ部の衛星方向から±１０°内の最低利得の周波数特性を示す図。
【図１３】同実施形態における受信アンテナ部の衛星方向から±１０°内の最悪軸比の周波数特性を示す図。
【図１４】本発明の他の実施形態におけるアンテナ装置の全体構成を模式的に示す斜視図。
【図１５】同実施形態における無給電素子装荷アンテナを模式的に示す斜視図。
【図１６】同実施形態における無給電素子装荷アンテナ単体の放射パターンを示す図。
【図１７】同実施形態における無給電素子装荷アンテナによる送信アンテナ部と受信アンテナ部とを送受信間隔１４ｃｍで階段状に並べたときの後方アンテナの放射パターンを示す図。
【図１８】同実施形態における無給電素子装荷アンテナによる送信アンテナ部と受信アンテナ部とを階段状に並べたときの衛星方向（θ＝４２°）から±１０°内の最低利得を示す図。
【図１９】同実施形態における基板の長さ寸法７ｃｍの無給電素子装荷アンテナを水平及び階段状に並べたときの送受カップリングの周波数特性を示す図。
【図２０】同実施形態における基板の長さ寸法７ｃｍの無給電素子装荷アンテナを送受間隔１４ｃｍで階段状に並べたときの送受カップリングの周波数特性を示す図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ・・・アンテナ装置
２・・・送信アンテナ部
３・・・受信アンテナ部
４・・・支持部
２０・・・無給電素子装荷アンテナ
２３・・・パッチ状の平面型アンテナ素子（マイクロストリップパッチ）
２４・・・パッチ状の平面型無給電素子（無給電マイクロストリップパッチ）
４０・・・アンテナ取付面
４２・・・電波吸収材
ＡＲ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３・・・アレーアンテナ部
ＰＣ１、ＰＣ２・・・位相調整手段（移相器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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