(57)【要約】【課題】ギャップフィラーのシステムで求められる，衛星２３から送信される電波を効率良く受信するための，上方に指向性のある円偏波用のアンテナと，衛星２３に比べて低い位置に複数設置された地上無線設備２４から再送信される電波を効率良く受信するための，水平面の指向性が無指向性で打上角の低い垂直偏波用のアンテナとを，それぞれのアンテナの性能を損なうことなくコンパクトに一体化する。【解決手段】リップアンテナ１０１において，パッチ２と接地導体４を第２の直線偏波用のアンテナ１０２の給電線１９の外部導体５で接続し，パッチ２を第２の直線偏波用のアンテナ１０２の接地導体の一部として作用するように２つのアンテナを複合させた。【選択図】  図２
2005020301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円偏波と直線偏波の２偏波共用アンテナにおいて，第１の円偏波用のアンテナはマイクロストリップアンテナで，前記マイクロストリップアンテナのパッチと接地導体が第２の直線偏波用のアンテナの給電線の外部導体で接続されていることを特徴とする２偏波共用アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の２偏波共用アンテナにおいて，第２の直線偏波用のアンテナは第１の円偏波用のアンテナの接地導体に対して略垂直に立設する放射エレメントで構成される２偏波共用アンテナ。
【請求項３】
請求項１および請求項２に記載の２偏波共用アンテナにおいて，第１の円偏波用のアンテナと第２の直線偏波用のアンテナの周波数帯が同一であることを特徴とする２偏波共用アンテナ。
【請求項４】
請求項１および請求項２に記載の２偏波共用アンテナにおいて，第１の円偏波用のアンテナと第２の直線偏波用のアンテナの周波数帯が異なることを特徴とする２偏波共用アンテナ。
【請求項５】
請求項１および請求項２に記載の２偏波共用アンテナにおいて，第２の直線偏波用のアンテナは２つ以上の異なる周波数帯で動作し，その内の一つの周波数帯は第１の円偏波用のアンテナの周波数帯と同一であることを特徴とする２偏波共用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，主にマイクロ波帯の衛星通信や無線通信に用いられる２偏波共用アンテナに関し，詳しくはそのアンテナ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の円偏波と直線偏波の２偏波共用アンテナとして，円偏波用アンテナのパッチと直線偏波用アンテナのエレメントとを共通の接地導体に対して同じ厚さの誘電体上に並べて配置したマイクロストリップアンテナや，それぞれの偏波を受信する２つのマイクロストリップアンテナを並べて構成されたものがあった。（例えば特許文献１（図１），（図６）参照）
【０００３】
【特許文献】
特開平５−２９１８１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
自動車などの移動体８で，衛星２３から送信される放送の電波を受信する場合において，衛星２３から送信された電波がビル２８やトンネルなどにより遮られる地域ではその電波を受信できなくなる。この対策として，衛星２３からの電波を地上無線設備２４で受信して地上無線設備２４から再送信したり，衛星２３からの電波を地上無線設備２４で受信して周波数変換等の処理後，再送信するギャップフィラーのシステムが開発されている。
【０００５】
次にこのシステムの一例について述べる。衛星２３は２．６ＧＨｚ帯の円偏波の電波と，１２ＧＨｚ帯の直線偏波の電波の２種類の電波を送信している。
地上無線設備２４では，衛星から送信された２．６ＧＨｚ帯の円偏波の電波を受信して増幅をした後，２．６ＧＨｚ帯の垂直偏波で再送信したり，衛星２３から送信された１２ＧＨｚ帯の直線偏波の電波を受信して増幅，周波数変換その他の信号処理をした後，２．６ＧＨｚ帯の垂直偏波で再送信する。
このようなシステムでは，移動体８は衛星２３から直接送信される２．６ＧＨｚ帯の電波と地上無線設備２４から再送信される２．６ＧＨｚ帯の垂直偏波の電波の両方を受信できるアンテナが必要となる。
しかし前記従来例のアンテナでは，直線偏波用のアンテナの放射エレメントの電界方向が接地導体に平行であるため垂直偏波の信号の受信が不能となる方向があった。また，円偏波用，垂直偏波用それぞれのアンテナを別々に設けると，アンテナの占める面積が増え，小型化ができないという問題もあった。
【０００６】
こうした問題点に鑑み，
本件出願の目的は，このようなシステムで上空の高い位置から送信される衛星２３からの電波を効率良く受信するために，上方に指向性のある円偏波用のアンテナと，衛星２３に比べて低い位置に複数設置される地上無線設備２４から送信される電波を効率良く受信するために，水平面の指向性が無指向性で打上角の低い垂直偏波用のアンテナとがコンパクトに一体化されたアンテナを提供しようとするものである。
他の目的は，上記のアンテナにおいて，円偏波用と垂直偏波用のアンテナの周波数帯をそれぞれ任意に設定できるアンテナを提供することである。
他の目的は，上記のアンテナにおいて，垂直偏波用のアンテナの周波数帯を複数設けることができるアンテナを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，
請求項１の発明のアンテナは接地導体４，誘電体１５，パッチ２からなる第１の円偏波用のマイクロストリップアンテナ１０１と，前記パッチ２と接地導体４が，給電線１９の外部導体５で接続されている第２の直線偏波用のアンテナ１０２とで構成される。
【０００８】
請求項２の発明のアンテナは，前記第１の円偏波用のマイクロストリップアンテナ１０１のパッチ２に対して前記第２の直線偏波用のアンテナ１０２の放射エレメント３を略垂直に立設するように構成される。
【０００９】
請求項３の発明のアンテナは，同一周波数帯域で異なる２つの偏波の電波を受信するために，前記第１の円偏波用のマイクロストリップアンテナ１０１のパッチ２の直径を受信周波数の略１／２波長に，また，前記第２の直線偏波用のアンテナ１０２の放射エレメント３の長さを前記受信周波数の略１／４波長にして構成される。
【００１０】
請求項４の発明のアンテナは，異なる周波数帯域で異なる偏波の２つの電波を受信するために，前記第１の円偏波用のマイクロストリップアンテナ１０１のパッチ２の直径が受信する円偏波の電波の周波数の略１／２波長に，また，前記第２の直線偏波用のアンテナ１０２の放射エレメント３の長さが，受信する垂直偏波の電波の周波数の略１／４波長になるように構成される。
【００１１】
請求項５の発明のアンテナは，直線偏波用のアンテナ１０２を２つ以上の複数の周波数帯で動作させるために，放射エレメント３の途中にトラップコイル２０を配置して構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に，本発明を具体化した実施形態の１例を，図面を基に詳細に説明する。
図１は本発明に係る２偏波共用アンテナ１の斜視図を示し，図２はその断面図である。
本発明による２偏波共用アンテナ１は接地導体４，誘電体１５，パッチ２から成る第１の円偏波用のマイクロストリップアンテナ１０１と，前記パッチ２と接地導体４が，第２の直線偏波用のアンテナ１０２の給電線１９の外部導体５で接続されている第２の直線偏波用のアンテナ１０２とで構成される。
【００１３】
第１の円偏波用のマイクロストリップアンテナ１０１においては，前記パッチ２における高周波信号の電圧分布は前記パッチ２の中央付近が最も小さくこの部分は電圧分布の節になっている。このため，前記パッチ２の中央付近は接地導体に短絡させても前記第１のマイクロストリップアンテナ１０１の特性には影響を与えない。この性質を利用して，本発明では前記パッチ２の中央付近と接地導体を第２の直線偏波用のアンテナ１０２の給電線１９の外部導体５で接続している。
直線偏波用のアンテナ１０２の給電線１９の中心導体７には前記第２の直線偏波用アンテナ１０２の放射エレメント３が接続されている。このような構造により，前記第２の直線偏波用アンテナ１０２は前記パッチ２を接地導体の一部として利用している。
【００１４】
第１の円偏波用アンテナ１０１について述べる。衛星２３から送信された２．６ＧＨｚ帯の円偏波の電波は，接地導体４，誘電体１５，パッチ２で構成される第１の円偏波用アンテナ１０１で受信され，給電線１８で移動体８に備えられた車載機（図示されていない）に接続される。
第１の円偏波用アンテナ１０１は円偏波を受信できるように，略円形のパッチ２の外周には電流分布の位相を調整するための縮退素子を形成する２つの切り欠き部１４が設けられている。また，第１のアンテナ１０１の給電点９は，パッチ２の中央から離れたところに設けられている。なお，パッチ２の直径は受信周波数の略１／２波長である。また，接地導体４は，パッチ２の直径より大きい直径の略円形である。このような構成の円偏波受信用アンテナ１０１はパッチ２の面と垂直な方向に略円形の指向性１１を持つので，図３（ａ）に示すように自動車などの移動体８の屋根などに取付けて，上方にある衛星２３からの電波を効率良く受信する。
【００１５】
次に第２の直線偏波用アンテナ１０２について述べる。
ビル２８の屋上などに設置されて，受信アンテナ２５，の信号処理装置２６，再送信アンテナ２７で構成される地上無線設備２４は，衛星２３から送信された２．６ＧＨｚ帯の円偏波の電波を受信して地上無線設備の信号処理装置２６で増幅し，同じ周波数の電波を垂直偏波で再送信する。また，地上無線設備２４は，衛星から送信された１２ＧＨｚ帯の直線偏波の電波を受信して２．６ＧＨｚ帯の信号に変換したものを垂直偏波で再送信する場合もある。
【００１６】
第２の直線偏波用アンテナ１０２はこのように地上無線設備２４から再送信された垂直偏波の電波を受信するためのものである。
第２の直線偏波用のアンテナ１０２の給電線１９の外部導体５は，第１の円偏波用アンテナ１０１のパッチ２と接地導体４を接地導体の中央部分で接続されていて，第２の直線偏波用のアンテナ１０２の給電線１９の中心導体には略１／４波長の長さの線状の放射エレメント３が第１の円偏波用アンテナ１０１のパッチ２と略垂直な位置関係で接続されている。
第２の直線偏波用アンテナ１０２で受信した信号は，給電線１９により移動体８に備えられた車載機（図示されていない）に伝送される。
このように，第２の直線偏波用アンテナは，図３（ｃ）の破線で示すように水平面の指向性は無指向性で，図３（ｂ）の破線で示すように垂直面の指向性は低い打上角を有するため，衛星２３に比べて低い位置に複数配置された地上無線設備２４から再送信される垂直偏波の電波を効率よく受信できる。
【００１７】
なお，図１に示すように第１の円偏波用アンテナ１０１の放射エレメントであるパッチ２と第２の直線偏波用アンテナ１０２の放射エレメント３がそれぞれ独立して構成されているため，円偏波のみの受信，直線偏波のみの受信，円偏波と直線偏波を同時に受信する場合のいずれの場合でもそれぞれのアンテナの性能が損なわれることは無い。そのため，移動体８の受信状況に応じて円偏波，直線偏波を選択して受信するダイバシティー方式に使用することも可能である。
なお，第１の円偏波用アンテナ１０１のパッチ２の寸法，及び第２の直線偏波用アンテナ１０２の放射エレメント３の寸法は，受信する周波数にそれぞれ任意に設計できるので，第１の円偏波用アンテナ１０１で受信する周波数帯域と第２の直線偏波用アンテナ１０２で受信する周波数帯域は同一でも良いし，異なっていても良い。
【００１８】
第１の円偏波用アンテナ１０１で受信する周波数帯域と第２の直線偏波用アンテナ１０２で受信する周波数帯域が同一の例として，２．６ＧＨｚ帯の周波数帯域による前記ギャップフィラーのシステムが上げられる。
次に，第１の円偏波用アンテナ１０１で受信する周波数帯域と第２の直線偏波用アンテナ１０２で受信する周波数帯域が異なる一例を示す。第１の円偏波用アンテナ１０１で受信する周波数帯域を１．５ＧＨｚ帯に設計し，第２の直線偏波用アンテナ１０２で受信する周波数帯域を１．２ＧＨｚ帯に設計することにより，衛星による測位システム（ＧＰＳ）の衛星から送信される電波の受信用と，地上で交信されるアマチュア無線用の両用アンテナとして使用できる。
【００１９】
図４（ａ）は第２の直線偏波用のアンテナ１０２を２周波共用のアンテナにした例である。放射エレメントの途中に設けられたトラップコイル２０により，第１の周波数ｆ１では図４（ａ）のように第１の放射エレメント１６のみで共振する。破線は第１の周波数の高周波電流の分布２１を示す。
第１の周波数ｆ１より周波数の低い第２の周波数ｆ２では図４（ｂ）のように第１の放射エレメント１６とトラップコイル２０と第２の放射エレメント１７により共振する。破線は第２の周波数の高周波電流の分布２２を示す。
このように，第２の直線偏波用のアンテナ１０２は異なる複数の周波数帯域で使用できる。例えば，前記第１の周波数ｆ１を２．６ＧＨｚ帯とし，前記第２の周波数ｆ２を１．５ＧＨｚ帯に設計すれば，前記ギャップフィラーシステムとデジタルＭＣＡ陸上移動通信システムの両方に使用できる。
上記の説明は２つの周波数帯で使用する例を述べたが，同様に放射エレメントの途中にトラップコイルを設けることにより，更に周波数帯の数を増やすことも可能である。また，トラップコイルの代わりに同様の働きをする他の素子（例えばコイルとコンデンサの並列回路など）を用いても良い。
図１，図２，図４（ａ），図４（ｂ）では第１の円偏波用アンテナ１０１において，マイクロストリップアンテナの誘電体を空気とした例で示したが，誘電率が２から４程度の誘電体を有するプリント基板を用いても良い。この場合は，誘電体の誘電率と厚さによって決まる電気長でパッチ２の寸法が設計される。
また，図１では第１の円偏波用アンテナ１０１は，略円形のパッチで構成された例を示したが，パッチ２の形状は略円形に限らず，矩形や他の形状でも良い。尚，これまでの説明では第２の直線偏波用のアンテナ１０２をモノポールアンテナを例に述べたが，多段のコリニアアンテナなどの他のアンテナでも良い。
また，防水及び機械的な保護のため，本発明に係る２偏波共用アンテナ１を電波を透過する材料で覆って使用しても良い。
【００２０】
尚，本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく，本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の寸法並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように，請求項１の発明によれば，円偏波用アンテナ１０１のパッチ２を直線偏用アンテナ１０２の接地導体４の一部として使用しているため，アンテナの面積は，円偏波用アンテナと直線偏用アンテナの２つのアンテナをそれぞれ単独に設置する場合に比べて約半分で済むためアンテナの小型化が可能となる。
【００２２】
請求項２の発明によれば，直線偏波用アンテナ１０２は接地導体４に対して略垂直な方向に放射エレメント３を備えているので垂直面の指向性において打上角が低くなり，地上無線設備２４から再送信された電波を効率良く受信することができる。
【００２３】
請求項３の発明によれば，円偏波用アンテナ１０１のパッチ２と直線偏波用アンテナ１０２の放射エレメント３はそれぞれ独立しているのでそれぞれの偏波のアンテナの性能を損なうことが無く，２つのアンテナの周波数帯を同一にできる。
【００２４】
請求項４の発明によれば，円偏波用アンテナ１０１のパッチ２と直線偏波用アンテナ１０２の放射エレメント３はそれぞれ独立しているので，それぞれの偏波のアンテナの性能を損なうことがなく，２つのアンテナの周波数帯を異なる任意の帯域にできる。
【００２５】
請求項５の発明によれば，第２の直線偏波用のアンテナは２つ以上の異なる周波数帯で動作し，そのうちの一つの周波数帯域は第１の円偏波用のアンテナ周波数帯と同一にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２偏波共用アンテナの実施の形態の１例の斜視図を示す。
【図２】本発明に係る２偏波共用アンテナの実施の形態の１例の断面図を示す。
【図３】本発明に係る２偏波共用アンテナの実施の形態の１例を示す。
（ａ）は本発明の実施例の円偏波用アンテナの垂直面の指向性を示す。
（ｂ）は本発明の実施例の直線偏波用アンテナの垂直面の指向性を示す。
（ｃ）は直線偏波用アンテナの水平面の指向性を示す。
【図４】本発明に係る２偏波共用アンテナの別の実施例を示す。
（ａ）は第１の周波数の高周波電流の分布を示す。
（ｂ）は第２の周波数の高周波電流の分布を示す。
【図５】ギャップフィラーのシステム例を示す。
【符号の説明】
１…２偏波共用アンテナ，２…パッチ，３…直線偏波用アンテナの放射エレメント，４…接地導体，５…直線偏波用アンテナの給電線の外部導体，６…円偏波用アンテナの給電線の内部導体，７…直線偏波用アンテナの給電線の内部導体，８…移動体，９…円偏波用アンテナの給電点，１０…直線偏波用アンテナの打上角，１１…円偏波用アンテナの垂直面の指向性，１２…直線偏波用アンテナの垂直面の指向性，１３…直線偏波用アンテナの水平面の指向性，１４…切り欠き部，１５…誘電体，１６…第１の放射エレメント，１７…第２の放射エレメント，１８…第１の円偏波用アンテナの給電線，１９…第２の直線偏波用アンテナの給電線，２０…トラップコイル，２１…第１の周波数の高周波電流の分布，２２…第２の周波数の高周波電流の分布，２３…衛星，２４…地上無線設備，２５…地上無線設備の受信アンテナ，２６…地上無線設備の信号処理装置，２７…地上無線設備の再送信アンテナ，２８…ビル，１０１…第１の円偏波用アンテナ，１０２…第２の直線偏波用アンテナ。
【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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