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JP2611883B2 - Mobile station antenna for satellite communication - Google Patents

Mobile station antenna for satellite communication

Info

Publication number
JP2611883B2
JP2611883B2 JP3110179A JP11017991A JP2611883B2 JP 2611883 B2 JP2611883 B2 JP 2611883B2 JP 3110179 A JP3110179 A JP 3110179A JP 11017991 A JP11017991 A JP 11017991A JP 2611883 B2 JP2611883 B2 JP 2611883B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
mobile station
satellite
conical beam
directivity
Prior art date
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Application number
JP3110179A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04347911A (en
Inventor
矩芳 寺田
孝平 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH04347911A publication Critical patent/JPH04347911A/en
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は衛星通信用移動局に用
いられ、特にアンテナ指向方向の仰角を制御できる衛星
通信用移動局アンテナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mobile station for satellite communication, and more particularly to a mobile station antenna for satellite communication capable of controlling the elevation angle of the antenna.

【0002】[0002]

【従来の技術】移動体衛星通信においては、衛星方向に
移動局アンテナの主放射方向を向けることが不可欠であ
る。しかし、従来は衛星追尾機構が複雑なものとなるた
め安価な移動機の実現が困難であった。移動局アンテナ
として電波を全方向に放射するような無指向性のアンテ
ナを用いるとき衛星の追尾が不要となるものの低利得の
アンテナとなる。このため、移動体衛星通信用移動局ア
ンテナとしては衛星方向にのみ指向性をもつことが望ま
しい。例えば、高次モード励振マイクロストリップアン
テナやヘリカルアンテナなどを用いるとき、図11に示
すように衛星方向に電波を放射する円錐ビームと呼ばれ
る放射指向性を実現でき、簡易で低価格の移動機が構成
できる。
2. Description of the Related Art In mobile satellite communications, it is essential to direct the main radiation direction of a mobile station antenna toward a satellite. However, conventionally, it has been difficult to realize an inexpensive mobile device due to a complicated satellite tracking mechanism. When an omni-directional antenna that radiates radio waves in all directions is used as a mobile station antenna, it does not require satellite tracking, but is a low-gain antenna. Therefore, it is desirable that the mobile station antenna for mobile satellite communication has directivity only in the satellite direction. For example, when a higher-order mode-excited microstrip antenna or helical antenna is used, a radiation directivity called a conical beam that radiates radio waves toward the satellite can be realized as shown in FIG. it can.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際は移動局
の位置変化などにより衛星の仰角範囲が変化するため、
固定的な仰角をもつ円錐ビームアンテナではすべての仰
角範囲に対して一定以上の利得を満足することは困難で
あり、仰角方向においてアンテナの主放射方向を制御す
ることが望まれていた。
However, since the elevation angle range of the satellite actually changes due to a change in the position of the mobile station, etc.,
With a cone beam antenna having a fixed elevation angle, it is difficult to satisfy a certain level of gain over all elevation ranges, and it has been desired to control the main radiation direction of the antenna in the elevation direction.

【0004】この発明の目的は、移動体衛星通信用移動
局のアンテナにおいて、円錐ビームを有するアンテナを
組み合わせて使用することにより、簡易に仰角方向での
アンテナ指向性を変化することができるようにすること
を目的とする。
[0004] It is an object of the present invention to make it possible to easily change the antenna directivity in the elevation direction by using an antenna having a conical beam in combination with an antenna of a mobile station for mobile satellite communication. The purpose is to do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明による衛星通信
用移動局アンテナは、複数の同心円上にそれぞれ等間隔
で複数の円形マイクロストリップ導体がそれぞれ形成さ
れて構成され、同一軸心の互いに異なる頂角の円錐ビー
ム指向特性を形成する複数の円形マイクロストリップア
ンテナ素子と、これら円形マイクロストリップアンテナ
素子の1つを選択して励振するスイッチと、を具備す
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A mobile station antenna for satellite communication according to the present invention comprises a plurality of circular microstrip conductors formed at equal intervals on a plurality of concentric circles, respectively. It comprises a plurality of circular microstrip antenna elements forming an angular conical beam directivity, and a switch for selecting and exciting one of the circular microstrip antenna elements.

【0006】このようにして円錐ビーム特性のアンテナ
において、従来の技術では不可能であった仰角方向にお
けるアンテナ放射指向性制御が簡易に実現でき、広い仰
角範囲において衛星追尾が可能で、しかも、無指向性の
アンテナに比して高利得のアンテナが得られる。
As described above, in the antenna having the conical beam characteristic, the control of the radiation pattern of the antenna in the elevation direction, which was impossible with the prior art, can be easily realized, and the satellite can be tracked in a wide elevation angle range. An antenna having a higher gain than a directional antenna can be obtained.

【0007】[0007]

【実施例】発明の原理 図1にこの発明のアンテナの基本構成図を示す。N個の
放射素子1のそれぞれに移相器3がそれぞれ直列に挿入
され、これら放射素子1は各移相器3を通じて電力分配
器4に接続される。図2における点線で示すものは、#
1から#Nの各放射素子1の放射指向性であり、それぞ
れ互いに仰角の異なる円錐ビーム状をしており、各放射
素子1に対する給電の振幅を電力分配器4で変化し、か
つ位相を移相器3で変化し、これら円錐ビーム特性間に
適当な振幅差及び位相差を与えて、N個の放射素子1を
適切に励振することにより例えば図2における実線の円
錐ビーム指向性を合成することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a basic configuration diagram of an antenna according to the present invention. A phase shifter 3 is inserted in each of the N radiating elements 1 in series, and these radiating elements 1 are connected to the power distributor 4 through the respective phase shifters 3. What is indicated by the dotted line in FIG.
The radiation directivity of each of the radiating elements 1 to #N is in the form of a conical beam having different elevation angles from each other. The amplitude of power supply to each radiating element 1 is changed by the power divider 4 and the phase is shifted. By changing the phase in the phaser 3 and giving an appropriate amplitude difference and phase difference between these cone beam characteristics and appropriately exciting the N radiating elements 1, for example, the solid line cone beam directivity in FIG. 2 is synthesized. be able to.

【0008】なお、ここでは円錐ビームをもつ放射素子
1としては単指向性をもつ放射素子も意味している。図
3は、各放射素子1への電力分配比、つまり振幅制御を
1又は0とし、かつ1つの放射素子1に対してのみ1と
したものである。つまり図3に示すようにN個の放射素
子1はスイッチ回路2にそれぞれ直接接続される。図4
に#1から#Nの放射素子1の放射指向性を示す。#1
から#Nの放射素子1は図に示すように放射指向性とし
て異なる仰角方向に主放射方向をもつ。図3の構成で衛
星仰角の変動範囲に合わせてスイッチ回路2において衛
星仰角に対応した1つの放射素子に順次切り換えること
によりアンテナの放射指向性を変化させて、例えば実線
に示すような最適な円錐ビームをもつ放射素子1に切り
換える。この場合、給電されるのは1つの放射素子1の
みであるから位相は考慮する必要がなく、移相器3は省
略されている。
Here, the radiating element 1 having a conical beam also means a radiating element having unidirectionality. In FIG. 3, the power distribution ratio to each radiating element 1, that is, the amplitude control is set to 1 or 0, and 1 is set to 1 for only one radiating element 1. That is, as shown in FIG. 3, the N radiating elements 1 are directly connected to the switch circuits 2, respectively. FIG.
2 shows the radiation directivity of the radiating elements 1 from # 1 to #N. # 1
The # 1 to #N radiating elements 1 have main radiation directions in different elevation angles as radiation directivities as shown in the drawing. In the configuration shown in FIG. 3, the radiation directivity of the antenna is changed by sequentially switching to one radiating element corresponding to the satellite elevation angle in the switch circuit 2 in accordance with the fluctuation range of the satellite elevation angle, and the optimum cone as shown by a solid line, for example. Switch to radiating element 1 with beam. In this case, since only one radiating element 1 is fed, there is no need to consider the phase, and the phase shifter 3 is omitted.

【0009】図5及び図6に、この発明に用いることが
できる放射素子の実施例の一構成を示す。図は励振モー
ドの異なるマイクロストリップアンテナを上下に重ねて
構成したものである。接地用導体基板11上に誘電体層
12が形成され、その誘電体層12上に円形ストリップ
導体13が形成され、円形ストリップ導体13上に誘電
体層14が形成され、誘電体層14上に円形ストリップ
導体15が形成されている。接地用導体基板11と、ス
トリップ導体13と15との各中心線は同一直線上に位
置されている。ストリップ導体13の径よりもストリッ
プ導体15の径が小とされ、基板11及びストリップ導
体13により1つの円錐ビームアンテナ素子16が構成
され、ストリップ導体13,15により1つの円錐ビー
ムアンテナ素子17が構成されている。つまりストリッ
プ導体13はストリップ導体15に対して接地板として
作用する。またアンテナ給電回路は素子を構成している
同一誘電体層上に作成することも、背面の接地基板11
を通して給電することもできる。
FIGS. 5 and 6 show a configuration of an embodiment of a radiating element that can be used in the present invention. The figure shows a configuration in which microstrip antennas having different excitation modes are vertically stacked. A dielectric layer 12 is formed on a grounding conductor substrate 11, a circular strip conductor 13 is formed on the dielectric layer 12, a dielectric layer 14 is formed on the circular strip conductor 13, and a dielectric layer 14 is formed on the dielectric layer 14. A circular strip conductor 15 is formed. The center lines of the ground conductor substrate 11 and the strip conductors 13 and 15 are located on the same straight line. The diameter of the strip conductor 15 is smaller than the diameter of the strip conductor 13, one conical beam antenna element 16 is formed by the substrate 11 and the strip conductor 13, and one conical beam antenna element 17 is formed by the strip conductors 13 and 15. Have been. That is, the strip conductor 13 acts as a ground plate for the strip conductor 15. Further, the antenna feed circuit can be formed on the same dielectric layer constituting the element,
Power can also be supplied through

【0010】この実施例は、単指向性をもつ円錐ビーム
アンテナ素子17と円錐ビームをもつアンテナ素子16
との二つの異なる放射指向性をもつアンテナ素子を切替
えて用いる。アンテナ素子16と17として、それぞれ
TM31, TM11モードを励振する円形マイクロストリッ
プアンテナを用いるとき、比誘電率1の誘電体層に対す
る各々の放射指向性は図7に示すものとなる。図におい
て、実線で示すものがTM11モードで励振した円形マイ
クロストリップアンテナ素子17の指向性、点線で示す
ものがTM31モードを励振した円形マイクロストリップ
アンテナ素子16の指向性である。従って、移動局の位
置によって高い衛星仰角の場合はTM11モードのアンテ
ナ素子17を、低い衛星仰角の場合はTM31モードのア
ンテナ素子16をスイッチ2で選択することにより、広
い仰角範囲にわたって高い利得を有するアンテナを実現
できる。
In this embodiment, a conical beam antenna element 17 having unidirectionality and an antenna element 16 having a conical beam
The two antenna elements having different radiation directivities are switched and used. As the antenna elements 16 and 17, when using a circular microstrip antenna for exciting the TM 31, TM 11 modes, respectively, each of the radiation directivity with respect to the dielectric layer of the dielectric constant 1 is as shown in FIG. In the figure, the directivity of the circular microstrip antenna element 17 as shown by the solid line is excited in TM 11 mode, a directional circular microstrip antenna element 16 as indicated by a dotted line is excited TM 31 mode. Therefore, by the case of the high satellite elevation angle by the position of the mobile station is the TM 11 mode of the antenna element 17, in the case of low satellite elevation selecting the antenna element 16 of the TM 31 mode switch 2, high gain over a wide elevation range Can be realized.

【0011】振幅比と位相差を変えて励振するときも同
様に円錐ビームをもつアンテナの指向性を制御すること
ができ、一例として図5、図6と同じ構成を用いたとき
の放射指向性を図8、図9に示す。この例は、TM11
TM31モードで励振したふたつの円形マイクロストリッ
プアンテナ素子17,16の励振の振幅比を変えたとき
の放射指向性を表したものであり、それぞれのモードの
振幅比(TM11モードに対するTM31モードの励振振幅
比)を0.5,0.1としたときの計算値である。振幅
比を変化させることにより主放射方向を天頂方向から低
仰角方向に移すことができる。
When the excitation is performed by changing the amplitude ratio and the phase difference, the directivity of the antenna having the conical beam can be controlled in the same manner. For example, the radiation directivity when the same configuration as that shown in FIGS. 8 and 9 are shown in FIGS. This example is TM 11 ,
It shows the radiation directivity when the amplitude ratio of the excitation of the two circular microstrip antenna elements 17 and 16 excited in the TM 31 mode is changed, and the amplitude ratio of each mode (TM 31 mode to TM 11 mode) (Excitation amplitude ratio) is 0.5 and 0.1. By changing the amplitude ratio, the main radiation direction can be shifted from the zenith direction to the low elevation angle direction.

【0012】図10は円錐ビームアンテナ素子を同一平
面に配列した場合の構成例を示す。接地用導体基板11
上に誘電体層12が形成され、誘電体層12上に、二つ
の同心円上で円形マイクロストリップ導体21,22が
それぞれ8個等間隔で形成されている。8個のストリッ
プ導体21と基板11とにより円錐ビームマイクロスト
リップアンテナ素子が構成され、同様に8個のストリッ
プ導体22と基板11とにより円錐ビームマイクロスト
リップアンテナ素子が構成される。これら両円錐ビーム
マイクロストリップアンテナ素子を切替え使用して仰角
方向を変更することができる。
FIG. 10 shows a configuration example in which conical beam antenna elements are arranged on the same plane. Grounding conductor board 11
A dielectric layer 12 is formed thereon, and eight circular microstrip conductors 21 and 22 are formed on the dielectric layer 12 at equal intervals on two concentric circles. The eight strip conductors 21 and the substrate 11 constitute a conical beam microstrip antenna element, and the eight strip conductors 22 and the substrate 11 similarly constitute a conical beam microstrip antenna element. The elevation angle direction can be changed by switching these two conical beam microstrip antenna elements.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、衛星通信用移動局において円錐ビーム指向特性のア
ンテナの指向性仰角方向の放射指向性を簡単に変化させ
ることができ、広い仰角範囲で衛星追尾が可能であり、
かつ無指向性のアンテナに比して高利得のアンテナが得
られる。
As described above, according to the present invention, it is possible to easily change the radiation directivity of the antenna having the conical beam directivity in the elevation direction of the antenna in the mobile station for satellite communication, and the wide elevation angle range. Satellite tracking is possible with
In addition, an antenna having a higher gain than an omnidirectional antenna can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の原理を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing the principle of the present invention.

【図2】図1の構成の放射指向性を説明するための図。FIG. 2 is a view for explaining radiation directivity of the configuration of FIG. 1;

【図3】スイッチを用いたこの発明の一態様を示す構成
図。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating one embodiment of the present invention using a switch.

【図4】図3の構成の放射指向性を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining radiation directivity of the configuration of FIG. 3;

【図5】この発明に用いることができる放射素子の一実
施例を示すものでマイクロストリップアンテナ素子を上
下に配列して構成したものの斜視図。
FIG. 5 is a perspective view showing an embodiment of a radiating element which can be used in the present invention, in which microstrip antenna elements are arranged vertically.

【図6】図5の断面図。FIG. 6 is a sectional view of FIG. 5;

【図7】TM11,TM31で励振された円形マイクロスト
リップアンテナ素子により作られるそれぞれの放射指向
性を示した図。
FIG. 7 is a diagram showing radiation directivities produced by circular microstrip antenna elements excited by TM 11 and TM 31 ;

【図8】励振振幅を制御して仰角方向の放射方向を変化
させた例を示す放射指向性図。
FIG. 8 is a radiation directivity diagram showing an example in which the excitation direction is controlled to change the radiation direction in the elevation direction.

【図9】図8の他の例を示す図。FIG. 9 is a view showing another example of FIG. 8;

【図10】この発明に用いることができる放射素子の他
の例を示し、マイクロストリップアンテナ素子を平面に
配したものの斜視図。
FIG. 10 is a perspective view showing another example of a radiating element that can be used in the present invention, in which microstrip antenna elements are arranged on a plane.

【図11】円錐ビームを示す図。FIG. 11 is a view showing a conical beam.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01Q 21/20 H01Q 21/20 21/29 21/29 Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number in the agency FI Technical display location H01Q 21/20 H01Q 21/20 21/29 21/29

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の同心円上にそれぞれ等間隔で複数
の円形マイクロストリップ導体がそれぞれ形成されて構
成され、同一軸心の互いに異なる頂角の円錐ビーム指向
特性を形成する複数の円形マイクロストリップアンテナ
素子と、 これら円形マイクロストリップアンテナ素子の1つを選
択して励振するスイッチと、 を具備する衛星通信用移動局アンテナ。
1. A plurality of circular microstrip antennas each having a plurality of circular microstrip conductors formed at equal intervals on a plurality of concentric circles and forming conical beam directivity characteristics having the same axis and different apex angles. And a switch for selecting and exciting one of these circular microstrip antenna elements.
JP3110179A 1991-05-15 1991-05-15 Mobile station antenna for satellite communication Expired - Lifetime JP2611883B2 (en)

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JPH04347911A JPH04347911A (en) 1992-12-03
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