(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円偏波の衛星波と垂直直線偏波の地上波を受信する複合アンテナであって、上方に凸なる錐状で厚さが略一定な誘電体部材の表面に、前記錐状の頂点を中心として錐状放射素子を配設し、前記誘電体部材の裏面にグランドプレートを配設し、前記錐状放射素子に給電線を接続して前記錐状放射素子とグランドプレートで前記円偏波を受信し得る円偏波受信パッチアンテナを形成し、前記誘電体部材の前記錐状の頂点に上方に突設して前記垂直直線偏波を受信し得る垂直直線偏波受信アンテナ素子を前記錐状放射素子と絶縁状態で配設し、前記垂直直線偏波受信アンテナ素子の基端に同軸構造の中心導体を接続して構成したことを特徴とする複合アンテナ。
【請求項２】
請求項１記載の複合アンテナにおいて、前記誘電体部材を円錐状とし、その表面に円錐状の前記錐状放射素子を配設し、前記垂直直線偏波受信アンテナ素子をヘリカルコイルを含んで構成したことを特徴とする複合アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２記載の複合アンテナにおいて、前記錐状放射素子に、前記グランドプレート側から前記誘電体部材を貫通して前記給電線としての第１の同軸構造の中心導体を電気的接続し、前記第１の同軸構造の外部導体を前記グランドプレートに電気的接続し、前記垂直直線偏波受信アンテナ素子の基端を、第２の同軸構造の中心導体に電気的接続し、前記第２の同軸構造の外部導体を前記グランドプレートに電気的接続して構成したことを特徴とする複合アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アメリカ本土で放送が開始されるＸＭサテライトラジオ放送およびシリウスサテライト放送などの、衛星波と地上波の双方で送信される放送信号をともに受信するための複合アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
衛星から送信される衛星波と、これを地上局で受信して変調方式を相違させて再び地上局から送信される地上波とを、ともに受信する従来の複合アンテナの一例を、図９を参照して説明する。
【０００３】
図９は、従来の複合アンテナの一例の斜視図である。図９において、誘電体板１０の表面に矩形の面状放射素子１２が配設され、誘電体板１０の裏面にグランドプレート１４が配設され、面状放射素子１２に裏面側から誘電体板１０を貫通した給電線（図示せず）が電気的接続され、面状放射素子１２とグランドプレート１４により衛星から送信される円偏波の衛星波を受信する円偏波受信パッチアンテナ１６が構成されている。また、面状放射素子１２の中心位置に、上方に突設してヘリカルコイルを含んで構成されて垂直直線偏波の地上波を受信する垂直直線偏波受信アンテナ素子１８が配設される。なお、垂直直線偏波受信アンテナ素子１８は、面状放射素子１２とは絶縁状態にある。
【０００４】
かかる構成の従来の複合アンテナの指向特性は、図１０ないし図１２のごときである。図１０は、円偏波受信パッチアンテナ１６で衛星波を受信した垂直面内指向特性図である。図１１は、垂直直線偏波受信アンテナ素子１８で地上波を受信した垂直面内指向特性図である。図１２は、垂直直線偏波受信アンテナ素子１８で地上波を受信した水平面内指向特性図である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示す従来の複合アンテナにあっては、図１２に示すごとく、地上波に対して水平面内指向特性は無指向性を示している。また、図示してないが、衛星波に対して水平面内指向特性が無指向性を示すことは勿論である。しかるに、図１０に示すごとく、衛星波に対して、垂直上方の利得が最も大きく、仰角が低くなるほど利得が低下する。これは受信する場所によりまた複合アンテナが設置される姿勢などにより受信感度に変化を生ずることとなる。そして、図１１に示すごとく、地上波に対して、水平方向の低仰角における利得が小さい。地上波に対して良好な受信感度を得るためには、水平方向の低仰角の利得が大きいことが望ましい。
【０００６】
本発明は、上述のごとき従来技術の事情に鑑みてなされてもので、衛星波に対して仰角の違いにより利得の変化が少なくまた低仰角でも利得が大きく、さらに地上波に対して低仰角の利得がより大きくなるように改善した複合アンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の複合アンテナは、円偏波の衛星波と垂直直線偏波の地上波を受信する複合アンテナであって、上方に凸なる錐状で厚さが略一定な誘電体部材の表面に、前記錐状の頂点を中心として錐状放射素子を配設し、前記誘電体部材の裏面にグランドプレートを配設し、前記錐状放射素子に給電線を接続して前記錐状放射素子とグランドプレートで前記円偏波を受信し得る円偏波受信パッチアンテナを形成し、前記誘電体部材の前記錐状の頂点に上方に突設して前記垂直直線偏波を受信し得る垂直直線偏波受信アンテナ素子を前記錐状放射素子と絶縁状態で配設し、前記垂直直線偏波受信アンテナ素子の基端に同軸構造の中心導体を接続して構成されている。
【０００８】
そして、前記誘電体部材を円錐状とし、その表面に円錐状の前記錐状放射素子を配設し、前記垂直直線偏波受信アンテナ素子をヘリカルコイルを含んで構成しても良い。
【０００９】
また、前記錐状放射素子に、前記グランドプレート側から前記誘電体部材を貫通して前記給電線としての第１の同軸構造の中心導体を電気的接続し、前記第１の同軸構造の外部導体を前記グランドプレートに電気的接続し、前記垂直直線偏波受信アンテナ素子の基端を、第２の同軸構造の中心導体に電気的接続し、前記第２の同軸構造の外部導体を前記グランドプレートに電気的接続して構成することもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図６を参照して説明する。図１は、本発明の複合アンテナの第１実施例の外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図２は、図１の（ａ）のＡ−Ａ断面矢視拡大図である。図３は、円偏波受信パッチアンテナで衛星波を受信した垂直面内指向特性図である。図４は、垂直直線偏波受信アンテナ素子で地上波を受信した垂直面内指向特性図である。図５は、垂直直線偏波受信アンテナ素子で地上波を受信した水平面内指向特性図である。図６は、図１の複合アンテナをアンテナ収容筐体に収容した縦断面図である。
【００１１】
本発明の複合アンテナにあっては、上方に凸なる円錐状で厚さｔが略一定な誘電体部材２０の表面に、導電金属板や導電金属薄膜などからなる円錐状の円錐状放射素子２２が配設される。誘電体部材２０の頂点を中心として円錐状放射素子２２が配設され、その頂点は一致する。そして、円錐状放射素子２２の縁には、放射状に対向する２箇所に切り欠き状の摂動素子２２ａ，２２ａが設けられる。また、誘電体部材２０の裏面略全面に導電金属薄膜などからなるグランドプレート２４が配設される。さらに、第１の同軸線路２６の中心導体２６ａが裏面側から誘電体部材２０を貫通して、表面にある円錐状放射素子２２に半田付け２８などにより適宜に電気的接続される。また、第１の同軸線路２６の外部導体２６ｂは、グランドプレート２４に適宜に半田付けなどにより電気的接続される。もって、誘電体部材２０を挟んで設けられた円錐状放射素子２２とグランドプレート２４により、円錐状の円偏波受信パッチアンテナが形成される。なお、一例として、ＸＭサテライトラジオ放送の送信周波数の２．３ＧＨｚの円偏波の衛星波を受信するための円錐状放射素子２２は、その頂角が１２５°であり、頂点から縁までの寸法は２５ｍｍである。この円錐状放射素子２２の受信周波数に対する外形寸法は、誘電体部材２０の誘電率により適宜に設定すべきことは勿論である。
【００１２】
さらに、誘電体部材２０の円錐状の頂点に、上方に突設してヘリカルコイル部３０ａとその基端側が直線部３０ｂとされる垂直直線偏波受信アンテナ素子３０が配設される。直線部３０ｂが誘電体部材２０の頂点を垂直方向に貫通し、裏面側に設けられる第２の同軸線路３２の中心導体３２ａに電気的接続される。この第２の同軸線路３２の外部導体３６ｂは、誘電体部材２０の裏面のグランドプレート２４に半田付けなどにより適宜に電気的接続される。なお、この垂直直線偏波受信アンテナ素子３０は、円錐状放射素子２２に対して絶縁された状態とされている。そして、垂直直線偏波受信アンテナ素子３０は、グランドプレート２４より上方の部分がアンテナとして作用し、一例として、共振させるように放送の送信周波数の２．３ＧＨｚの１／４波長の電気長に設定される。
【００１３】
かかる構成の本発明の複合アンテナにあっては、図３に示すごとく、衛星波に対して、円錐状放射素子２２で受信した垂直面内指向特性は、垂直上方から略±７０°の低い仰角まで受信感度はほぼ５ｄＢと略同一であり、しかも±９０°の低仰角にあっても、−５ｄＢと、図１０に示す従来の複合アンテナに比較して、略３ｄＢほど利得が向上している。そこで、衛星波に対して、これを受信する場所や本発明の複合アンテナが設置される姿勢により受信感度の変化が少ない。しかも、低仰角における受信感度が向上している。もって、衛星波を確実に受信し得る。なお、衛星波に対する水平面内指向特性は、図示していないが、無指向性であることは勿論である。
【００１４】
そして、図４に示すごとく、地上波に対して、垂直直線偏波アンテナ素子３０で受信した垂直指向特性は、±９０°の低仰角においてほぼ１ｄＢと、図１１に示す従来の複合アンテナに比較して、略３ｄＢほど利得が向上している。これにより、地上波に対して略３ｄＢほど受信感度の向上が図れている。
【００１５】
ここで、垂直直線偏波アンテナ素子３０に対して、円錐状放射素子２２は反射板として作用することから、この反射板を頂角の小さな円錐状とすることで±９０°の低仰角の利得が改善されるものと考えられるが、円錐状放射素子２２の頂角を１８０°から単に減少させても、垂直直線偏波アンテナ素子３０の±９０°の低仰角の利得が一律に向上するものではなく、増加と減少が交互に生ずる。そこで、発明者らは、反射板としての円錐状放射素子２２の頂角を、実験により１２５°に設定している。
【００１６】
上述のごとき本発明の複合アンテナは、一例として車の屋根などに搭載できるように、図６に示すごとく、アンテナ収容筐体に収容される。図６において、誘電体部材２０の基部側に回路基板４０が配設され、この回路基板４０には衛星波および地上波の受信信号を増幅する低雑音増幅回路（図示せず）が搭載され、第１と第２の同軸線路２６，３２の他端が回路基板４０に適宜に電気的接続されて、受信信号が低雑音増幅回路に入力される。そして、この低雑音増幅回路の増幅出力は、出力ケーブル４２により導出される。また、複合アンテナを上から覆うように略円錐状の誘電体からなるレドーム４４が設けられ、複合アンテナの下側には基台４６が配設される。レドーム４４と基台４６により、水密的に複合アンテナを収容し得るアンテナ収容筐体４８が構成される。さらに、基台４６が適宜に車の屋根に貼着などにより適宜に固定され得る。
【００１７】
次に、本発明の第２実施例を図７を参照して説明する。図７は、本発明の複合アンテナの第２実施例の外観斜視図である。図７に示す第２実施例では、四角錐状で厚さが略一定な誘電体部材５０の表面に、その頂点を一致させて導電金属板や導電金属薄膜などからなる四角錐状放射素子５２が配設される。そして、誘電体部材５０の頂点に上方に突出させてヘリカルコイルを含む垂直直線偏波受信アンテナ素子３０が配設される。なお、誘電体部材５０の裏面には図示しないグランドプレートが設けられ、また四角錐状放射素子５２にも適宜な給電線が電気的接続されて、円偏波受信パッチアンテナが形成される。
【００１８】
図７に示す本発明の第２実施例にあっても、第１実施例と同様に、衛星波および地上波に対してともに低仰角の利得の向上が図れる。
【００１９】
さらに、本発明の第３実施例を図８を参照して説明する。図８は、本発明の複合アンテナの第３実施例の外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図８に示す第３実施例で、第１実施例と相違するところは、円錐状放射素子２２に対する給電線を、第１の同軸線路２６に代えて、誘電体部材２０の表面に設けた帯状の導電金属薄膜などからなるマイクロストリップライン６０で形成したものである。第１実施例と同様の作用効果が得られることは勿論である。
【００２０】
なお、上述の第１実施例では、第１と第２の同軸線路２６，３２を用いているが、同軸構造が形成されれば、いかなる構造のものであっても良い。また、第１実施例のごとく、円錐状の誘電体部材２０の表面に平面投影形状が円形の円錐状放射素子２２が設けられるものに限られず、平面投影形状が矩形（正方形および長方形を含む）のものや正方形の１つの隅が切り欠かれたものなどであっても良い。また、第２実施例のごとく、四角錐状の誘電体部材５０の表面に平面投影形状が矩形の四角錐状放射素子５２が設けられるものに限られず、平面投影形状が円形の錐状放射素子であっても良い。そして、第２実施例で、誘電体部材およびその表面に配設される錐状放射素子は、四角錐に限られず、五角錐や六角錐などいかなる角錐状であっても良い。さらに、誘電体部材は、楕円錐状や長方形の四角錐などであっても良い。誘電体部材２０、５０の表面に設けられる錐状放射素子は、その平面投影形状が円偏波を受信し得るいかなるパッチ形状であっても良い。さらに、実施例では、垂直直線偏波受信アンテナ素子３０は、物理的長さを短くするためにヘリカルコイルを含んで形成されているが、物理的長さが長くても良ければポールアンテナで形成しても良いことは勿論であり、水平面内指向性が無指向なアンテナであればいかなる構造のものであっても良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の複合アンテナは構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【００２２】
請求項１記載の複合アンテナにあっては、円偏波受信パッチアンテナを形成する放射素子を錐状としたことにより、衛星波を円偏波受信パッチアンテナで受信した垂直面内指向特性の低仰角において、および地上波を垂直直線偏波受信素子で受信した垂直面内指向特性の低仰角におけるいずれでも利得が改善される。しかも、衛星波に対して垂直上方から略±７０°の低い仰角までの広い範囲で利得はほぼ一定である。そこで、衛星波に対して、これを受信する場所や複合アンテナの姿勢の変化などにより、受信感度が大幅に変化することがない。
【００２３】
請求項２記載の複合アンテナにあっては、全体を略円錐状に形成し、その頂点に物理的長さが短いヘリカルコイルを含んだ垂直直線偏波受信アンテナ素子を突設するので、全体を小型に構成するのに好適である。
【００２４】
請求項３記載の複合アンテナにあっては、円偏波受信パッチアンテナおよび垂直直線偏波受信アンテナ素子による受信信号を、第１と第２の同軸構造で導出するので、受信信号の導出経路における減衰を生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合アンテナの第１実施例の外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１の（ａ）のＡ−Ａ断面矢視拡大図である。
【図３】本発明の複合アンテナの円偏波受信パッチアンテナで衛星波を受信した垂直面内指向特性図である。
【図４】本発明の複合アンテナの垂直直線偏波受信アンテナ素子で地上波を受信した垂直面内指向特性図である。
【図５】本発明の複合アンテナの垂直直線偏波受信アンテナ素子で地上波を受信した水平面内指向特性図である。
【図６】図１の複合アンテナをアンテナ収容筐体に収容した縦断面図である。
【図７】本発明の複合アンテナの第２実施例の外観斜視図である。
【図８】 本発明の複合アンテナの第３実施例の外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図９】従来の複合アンテナの一例の斜視図である。
【図１０】 従来の複合アンテナの円偏波受信パッチアンテナで衛星波を受信した垂直面内指向特性図である。
【図１１】従来の複合アンテナの垂直直線偏波受信アンテナ素子で地上波を受信して垂直面内指向特性図である。
【図１２】従来の複合アンテナの垂直直線偏波受信アンテナ素子で地上波を受信した水平面内指向特性図である。
【符号の説明】
１４、２４  グランドプレート
１８、３０  垂直直線偏波受信アンテナ素子
２０、５０  誘電体部材
２２  円錐状放射素子
２６  第１の同軸線路
３２  第２の同軸線路
５２  四角錐状放射素子
６０  マイクロストリップライン
【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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