(57)【要約】複数の給電放射素子を配設した第１の誘電性板状体と給電放射素子に対応した位置に無給電放射素子を配設した第２の誘電性板状体を同軸状に設定し、前記した第１板状体における給電放射素子に対しオンオフ可能な給電手段を設けることにより、通信衛星を利用した音声、画像の情報伝送を自動車や船体などの移動体において可能とする、小型で移動性に適した移動体通信用アンテナである。
2004066443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の給電放射素子を配設した第１の誘電性板状体と該給電放射素子に対応した位置に無給電放射素子を配設した第２の誘電性板状体を同軸状に設定し、前記した第１板状体における給電放射素子に対しオンオフ可能な給電手段を設けたことを特徴とした移動体通信用アンテナ。
【請求項２】
第１、第２の誘電性板状体における給電放射素子または無給電放射素子がそれぞれ４個であることを特徴とした請求の範囲第１項に記載の移動体通信用アンテナ。
【請求項３】
給電放射素子および無給電放射素子における方形パッチに切り掛けを入れた１点給電型円偏波パッチアンテナを用いたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の移動体通信用アンテナ。
【請求項４】
給電放射素子および無給電放射素子における方形パッチに切り掛けを入れた１点給電型円偏波パッチアンテナを用いたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の移動体通信用アンテナ。
【請求項５】
第１、第２の誘電性板状体が複数個の誘電性間隔保持手段により所定間隔を採って保持設定されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の移動体通信用アンテナ。
【請求項６】
第１、第２の誘電性板状体が複数個の誘電性間隔保持手段により所定間隔を採って保持設定されたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の移動体通信用アンテナ。
【請求項７】
第１、第２の誘電性板状体が複数個の誘電性間隔保持手段により所定間隔を採って保持設定されたことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の移動体通信用アンテナ。
【請求項８】
第１、第２の誘電性板状体が複数個の誘電性間隔保持手段により所定間隔を採って保持設定されたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の移動体通信用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は移動体通信用アンテナに係り、通信衛星などを利用した音声、画像の情報伝送を自動車や船舶のような移動体において可能とするための比較的小型で移動性に適したアンテナに関する。
【背景技術】  通信用アンテナとしては従来から各種のものが提案開発されており、近年においては移動体衛星通信の企画、高度化が進み、静止衛星を利用した音声、画像などのマルチメディア情報伝送を自動車などの陸上移動体や水上移動体において可能とするための技術開発が企画されつつある。
すなわち、このような移動体衛星通信に用いられる車載その他の移動体アンテナに求められる特性としては用途やシステムにより異なるが、広範囲の角度で利得が高く、小型、軽量であることの如きが要求されること自体は当業者において充分理解されているところである。このような特性を備えたアンテナは、これまでにも多くの検討が行われ、円錐ビームアンテナや衛星追尾型アンテナなどがあるが、従来はなお相当の大きさを必要とし、その目的を適切に達成することができない。
円錐ビームアンテナは衛星の仰角方向において水平面内では無指向性であり、垂直面内のビーム幅が広く、衛星追尾が不要であるなどの利点を有している。一方、衛星追尾型アンテナは移動局の方位が変った際にも衛星の方向にビームを向ける衛星追尾機能を有していて円錐ビームアンテナに比し高利得を実現することが可能であるなどの特質を備えている。なお、この追尾方法にはモーター等を用いてアンテナ自体を回転させることにより、衛星追尾を行う機械追尾と移相器やスイッチング回路、増幅回路などで電子的にビーム操作を行う電子追尾などがある。特にこの電子追尾は機械追尾に比較し電力分配器および移相器、又はスイッチング回路等が必要となるため、一般的に給電回路が複雑になる。
ところが上記したような機械追尾は機構的に複雑大型化する傾向が明かであって、重量的な不利が避けられず、またそれなりの駆動力を必要とすると共に騒音発生の欠点を有し、それらの何れからしてもこのような通信用などの機構としては好ましいものとなし難い不利があり、移動体通信に用いられる場合の特性として広範囲角度で利得が高いことや小型、軽量性などを求めることが困難である。
衛星追尾型アンテナは衛星の方向にビームを向ける追尾機能を有し、円錐ビームアンテナに比較し高利得を実現することが可能であって、特に電子追尾は機械追尾に比較して小型、軽量化に適しており、またモータ等の動作部分がないので高速追尾やメンテナンスフリーなどの利点があるが、この電子追尾は機械追尾に比較して電力分配器や移相器もしくはスイッチング回路等が必要となるため一般的に給電回路が複雑になる不利がある。またアンテナの素子数が増えると共に各素子の給電を制御する移相器やスイッチング回路の数が増加し、従ってそれらに伴うコスト増加が避けられないなどの欠点を有している。
特に車載アンテナの場合においてはアンテナの大きさ、径如何が車体の走行条件との関係において種々の影響を与え、数十ｃｍを超えるようなアンテナの場合には車体の走行速度に相当の制限を受け、また走行時に他物に引掛る可能性が高いなどの不利を有している。
【発明の開示】
本発明は、上記したような従来技術における課題を解決することについて検討を重ねて創案されたものであって、プリントアンテナとして複数の方形パッチに切り掛けを入れた１点給電型円偏波パッチアンテナを用い、移相器などを必要としないオン、オフの給電制御により電気的に多方向にビーム切替えを行う車載用簡易衛星追尾型アンテナを得ることに成功したものであって、複数個の給電放射素子を配設した第１の誘電性板状体と、前記した複数個の給電放射素子に対応した位置に無給電放射素子を配設した第２の誘電性板状体を同軸状に設定し、前記した第１板状体における給電放射素子に対しオンオフ可能な給電手段を設けることにより、背景技術に述べた不利を解消した。
すなわち、複数個の給電放射素子を配設した第１の誘電性板状体と該給電放射素子に対応した位置に無給電放射素子を配設した第２の誘電性板状体を同軸状に設定し、前記した第１板状体における給電放射素子に対しオンオフ可能な給電手段を設けたことにより、プリントアンテナとして複数個の素子による円偏波パッチアレーアンテナを形成し、移相器を必要としない簡易なオン、オフの給電制御により、電気的に複数方向にビーム切換えを行わしめ、車載用の簡易衛星追尾アンテナを形成し、有用な受信目的を簡便且つ的確に達成せしめる。
第１、第２の誘電性板状体における給電放射素子または無給電放射素子がそれぞれ４個であることにより９０°ずつの回転により適切な給電オンオフを行わしめることのできる基準的な本発明によるアンテナが得られる。また自動車などの方向に合わせて放射素子のビーム方向を切換えることにより全方位角を適切にカバーして受信することができる。衛星の方向は例えばカーナビゲーションシステムなどの情報に基いて求めることができる。
給電放射素子および無給電放射素子における方形パッチに切り掛けを入れた１点給電型円偏波パッチアンテナを用いたことにより該素子の設定方向を特定して的確な設定関係を形成する。
第１、第２の誘電性板状体が複数個の誘電性間隔保持手段により所定間隔を採って保持設定されたことにより、それら第１、第２の誘電性板状体に配設されたアンテナ放射素子と無給電素子により適切な配置設定関係を形成確保せしめた２層構造のパッチアンテナ関係を形成確保せしめ、また無給電素子を配置して２層構造のパッチアンテナを形成する。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明による移動体通信用アンテナの１例を示した部分切欠側面図である。
第２図は、第１図に示したものの全体的構成関係を示した斜面図である。
第３図は、本発明による全般的構成についてのそれぞれ別の実施態様を要約して示した平面的な概略説明図である。
第４図は、本発明における誘電性板状体に対する好ましい給電放射素子配設状態についての実施態様を要約して示した説明図である。
第５図は、誘電性板状体に配設された給電放射素子に対する右旋円偏波および左旋円偏波の給電に伴う受信作用の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  上記したような本発明によるものの具体的な実施態様を添付図面に示すものについて説明すると、本発明によるものの基本的な実施態様は第１図と第２図に示す如くであって、円板状をなした複数個のアンテナ放射素子１１を配設した第１の誘電性板状体１の上部に同じく複数個の無給電放射素子１２を配設した第２の誘電性板状体２が同軸状に配設され、それら誘電性板状体１，２の周側に配設された複数個の絶縁性連結材３によって一体的に連結設定されている。
また上記したような第１の誘電性板状体１上には図示のものにおいて４個の給電放射素子１１が等角状に配設され、更に上部に設けられた第２の誘電性板状体２上においては上記した給電放射素子１１に対応した位置に無給電素子１２が配設されており、上記給電放射素子１１に対しては給電部体１３が設けられている。更に第１の誘電性板状体１と第２の誘電性板状体２とはそれら板状体１、２の周側に配設された複数個の合成樹脂質などによる前記絶縁性連結部材３によって一体的に組みつけられている。
なお前記したようなアンテナ素子１１，１２は円偏波を発生するため方形パッチのコーナー部に切欠部５を形成した１点給電型円偏波アンテナとされ、このようなアンテナ素子１１に対する給電点ＲまたはＬが誘電性板状体１の内径側（アンテナ素子１１の一端側）になるように９０°宛回転させて第２図に示すように４素子を配置した。また利得を向上させるため無給電素子１２〜１２を配置した２層構造としたことは上記の如くであり、ビーム切換えについては上述したような４個の素子１１の何れか１つの給電をオフすることにより、左旋円偏波の場合、その給電をオフした素子から方位角で−９０°ずれた方向にピークを有するビームを形成する。また右旋円偏波の場合、この逆の方向にピークを有するビームを形成する。
更に仔細を説明すると、上記した給電放射素子１１および無給電放射素子１２は円偏波を発生するように方形板状部材における対向したコーナー部に切欠部１１ａまたは１２ａを形成した１点給電型円偏波パッチアンテナを用いたもので、このアンテナ素子を給電点が内側になるように９０°宛回転させた状態で４素子が配置されている。また利得向上を目的とした無給電素子１２による２層構造を形成してパッチアンテナとされている。
上記したような構成によるもののビーム切換えについては、各素子１１の中の何れか１つの素子１１に対する給電をオフとすることにより、左旋円偏波の場合、この給電をオフした素子１１から方位角で−９０°ずれた方向にビームを形成する。このように例えば自動車の方位に合わせて４つのビームを切り替えることにより全方位角をカバーすることができる。通信衛星の方向を求める手法については、例えばカーナビゲーションシステムなどの情報に基いて算出する方法その他を利用することができる。
なおアンテナの設計については計算速度の面からモーメント法による数値計算によって行い、目的の周波数において軸比が最小になるように最適化する。但し、モーメント法では有限地板解析が困難であるため無限地板とし、また試作したアンテナ如何により有限地板を考慮した有限要素法による数値計算を行い、地板の影響についても検討することができる。
また、本発明者等は具体的な本発明による装置について円錐面内における放射指向性やビーム切換えなどについても具体的に検討したが何れも好ましい結果を有することが確認されている。
更に上記したところは第１図、第２図に示したような具体的設備についての検討であるが、また本発明によるものは別に第３図（Ａ）〜（Ｅ）に示すような２素子〜８素子型とした場合についても検討した。即ち、これらの場合においても上記したところに準ずる機能ないし作用効果を発揮し得るものであることが知られた。
また、本発明者等は上記したような本発明に従い比較的コンパクトな構成によって好ましい放送受信を行わしめることについて検討した結果を要約して示すと、別に第４図として示す如くである。即ち比較的小型なアンテナにより上述したような受信を有効に図らしめるには給電放射素子１１、無給電素子１２の数を適当に選び、またその切欠部５の方向や位置を規制することが有利であって、このような検討結果は要約して第５図に示す如くである。つまり給電放射素子１１や無給電素子１２の数としては２〜４個程度が好ましく、また各素子１１，１２は対称的且つ均一状態に配設することが適切であって受信目的を有効且つ適切に達成し得ることとなる。なおこの第５図においては給電点Ｒ、Ｌを示したが、これらの給電点Ｒ、Ｌは何れか一方（例えばＲ）の給電点のみが採用されるもので、他方の給電点（例えばＬ）は円偏波が反転する場合に採用されるものである。
なお第１の誘電性板状体１または２における給電放射素子１１に対する給電点の配設については、別に第５図の（Ａ）〜（Ｃ）において示す如くであって、誘電性板状体１または２に配設された複数個の給電放射素子１１または無給電素子１２は代表的に第５図の（Ａ）〜（Ｃ）に示す如くであって、ＲとＬにおいて給電されることにより適正な円偏波で受信作用が得られることは明かである。
本発明者らが試作した衛星放送受信用アンテナとして車輛などの移動体に取付けるようにしたものは、上記したような第１、第２の誘電性板状体として直径が１８ｃｍ程度のものを採用した構成によって衛星からの放送受信を有効に達成し得ることが確認され、このように小型のアンテナであり、しかもレドーム（ｒａｄｏｍｅ）にカバーされているので太陽光や風圧などに耐え、車輛などの走行時における風圧その他の抵抗も少く、安定な条件下で有効な受信目的を達し得ることが確認された。比較的小型で円弧が採用されていることによって車輛などの走行時における抵抗が少く、また例えば樹木の枝が錯綜するような条件下においても引掛るような可能性が乏しく移動走行に適することは明かである。
【産業上の利用可能性】  上記したような本発明によるならば、人工衛星の如きによる放送受信を適切に達成し得るものであるに拘わらず、小型且つ軽量であって自動車や船体などの移動部体に対し簡易的確に装備せしめて有効且つ適切な利用を図ることができ、従来の機械追尾や電子追尾方式のものに比し設備、構成が簡易で上記特性を充分に発揮し得ることが明かであり、工業的にその効果の大きい発明である。
【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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【国際調査報告】
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