JPH0629723A - Plane antenna - Google Patents

Plane antenna

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JPH0629723A
JPH0629723A JP25330692A JP25330692A JPH0629723A JP H0629723 A JPH0629723 A JP H0629723A JP 25330692 A JP25330692 A JP 25330692A JP 25330692 A JP25330692 A JP 25330692A JP H0629723 A JPH0629723 A JP H0629723A
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JP
Japan
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radiating element
dielectric
dielectric layer
impedance
antenna
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Application number
JP25330692A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Kaneko
洋一 金子
Atsushi Minase
淳 皆瀬
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Yagi Antenna Co Ltd
Original Assignee
Yagi Antenna Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0629723A publication Critical patent/JPH0629723A/en
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Abstract

PURPOSE:To extend the radiation band of a radiating element with a relatively simple and economical constitution and to improve the compatibility between the radiating element and a feeder with respect to the plane antenna used as an antenna for satellite broadcast reception or satellite communication, an antenna for general communication or a radar, an antenna of a single element having a wide-angle directivity for mobile communication, etc. CONSTITUTION:The Q value of an MSA radiating element 3 is reduced to extend the band of matching to a feed line 5 by the simple structure where an outer high-dielectric constant dielectric layer 7 and an inner low-dielectric constant dielectric layer 7' whose thickness is 1/4 effective wavelength are laminated on the radiating element 3, and the band of the axial ratio indicating the circular polarization characteristic is extended in the case of a circularly polarized wave radiating element.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、衛星放送受信用や衛星
通信用のアンテナ、あるいは一般の通信用やレーダ等に
使用されるアンテナ、また移動通信用の広角指向性を有
する単一素子のアンテナ等としても使用される平面アン
テナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna for satellite broadcasting reception or satellite communication, an antenna used for general communication or radar, and a single element having wide-angle directivity for mobile communication. The present invention relates to a planar antenna that is also used as an antenna or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばマイクロストリップ放射素子(M
SA放射素子)を複数個使用した平面アンテナの場合、
該放射素子は、給電線路に不要伝搬モードが発生しない
よう、厚さの制限された基板上に配設されるのが一般的
である。しかしながら、この場合、上記放射素子単体に
おける放射帯域が狭くなるため、用途範囲が或る程度限
定されるという問題点を有していた。
2. Description of the Related Art For example, a microstrip radiating element (M
In the case of a planar antenna using multiple SA radiating elements,
The radiating element is generally arranged on a substrate having a limited thickness so that an unnecessary propagation mode does not occur in the feed line. However, in this case, since the radiation band of the radiation element alone is narrowed, there is a problem that the application range is limited to some extent.

【0003】そこで、従来の平面アンテナを広帯域化す
る手段としては、無給電放射パッチ素子をMSA放射素
子の上部に配置結合したり、給電線に広帯域化整合回路
を付加したりする方法があるが、このような従来の広帯
域化手段を用いると、アンテナ装置の構成が複雑とな
り、設計もやっかいとなる欠点があった。
Therefore, as a means for widening the band of a conventional planar antenna, there is a method of disposing and coupling a parasitic radiating patch element above the MSA radiating element, or adding a wide band matching circuit to the feed line. However, the use of such a conventional band broadening means has a drawback that the configuration of the antenna device becomes complicated and the design becomes troublesome.

【0004】一方、従来実用されている平面アンテナの
構造としては、アンテナ素子保護のため外側にカバーが
あり、該カバーと放射素子との間には、発泡誘電体の層
を配設している。
On the other hand, as a structure of a planar antenna that has been practically used in the past, there is an outer cover for protecting the antenna element, and a foamed dielectric layer is provided between the cover and the radiating element. .

【0005】ここで、上記アンテナカバーの電気的特性
としては、実験段階において、上記発泡誘電体の厚さを
調整し、誘電体カバーの付加によるアンテナ利得の損失
を最小にしている。また、このような従来の誘電体カバ
ーまたはレドームの設計手法としては、誘電体層を薄く
したり、その誘電率の小さいものを使用するか、あるい
は誘電体層の厚さを2分の1実効波長にしている。
Here, regarding the electrical characteristics of the antenna cover, the thickness of the foamed dielectric is adjusted in the experimental stage to minimize the loss of antenna gain due to the addition of the dielectric cover. In addition, as a conventional method for designing such a dielectric cover or radome, a dielectric layer having a small thickness or a material having a small dielectric constant is used, or the thickness of the dielectric layer is reduced by half. The wavelength is set.

【0006】この場合、上記誘電体層の厚さを2分の1
実効波長にすると、該誘電体層には、通過する電磁波に
対する厚さ方向の共振が生じ、電波透過し易い周波数が
得られると共に、上記誘電体層の表裏両面からの反射波
が電波の入射方向に対し相殺されることになる。なお、
上記誘電体層の厚さを多少調節し、アンテナ系に残留し
た不整合を補正することもある。
In this case, the thickness of the dielectric layer is halved.
When the effective wavelength is set, resonance occurs in the dielectric layer in the thickness direction with respect to electromagnetic waves passing therethrough, and a frequency at which radio waves are easily transmitted is obtained, and reflected waves from the front and back surfaces of the dielectric layer are incident in the direction of radio waves. Will be offset against. In addition,
The thickness of the dielectric layer may be adjusted to some extent to correct the mismatch remaining in the antenna system.

【0007】また、従来、指向性を変化させる目的で試
作されたアンテナでは、MSA放射素子の上部に特別に
誘電体材料を付加する手段も試みられており、これによ
って、利得が多少増加できることが知られている。
[0007] Further, conventionally, in an antenna prototyped for the purpose of changing the directivity, a means of adding a dielectric material to the upper part of the MSA radiating element has been attempted, which may increase the gain to some extent. Are known.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記従来の
平面アンテナでは、簡単な構成の広帯域化手段がなく、
また、耐久性及び特性向上のため、様々な方法で誘電体
材料が利用されているが、その何れにおいても、該誘電
体材料を効果的な広帯域化手段として利用することがで
きない問題があった。
That is, in the above-mentioned conventional planar antenna, there is no band broadening means having a simple structure,
Further, in order to improve durability and characteristics, a dielectric material is used in various methods, but in any of them, there is a problem that the dielectric material cannot be used as an effective band widening means. .

【0009】また、従来の平面アンテナにおけるMSA
放射素子は、開放端から見た放射抵抗が200オーム程
度あり、一般的な給電線路の特性インピーダンス(数1
0オーム)より大きいため、両者間の接続にインピーダ
ンス変換手段を必要とする等、整合性が悪いという問題
点を有していた。
In addition, the MSA in the conventional planar antenna
The radiating element has a radiation resistance of about 200 ohms when viewed from the open end, and the characteristic impedance (equation 1
Since it is larger than 0 ohm), there is a problem that the matching is poor such that an impedance conversion means is required for connection between the two.

【0010】本発明は上記課題に鑑みなされたもので、
放射素子の放射帯域を比較的簡単且つ経済的な構成で広
帯域化できると共に、上記放射素子と給電線との整合性
を改善することが可能になる平面アンテナを提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems,
It is an object of the present invention to provide a planar antenna capable of widening the radiation band of a radiating element with a relatively simple and economical structure and improving the matching between the radiating element and a feed line.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段及び作用】すなわち、本発
明に係わる平面アンテナにおいて、まず、MSA放射素
子の動作について考察すると、励振時MSA放射素子は
共振回路として振舞うため、放射素子の励振電磁エネル
ギはその大部分が閉じ込められ、一部だけが自由空間に
放射される。この放射素子を等価回路的にみると、エネ
ルギを放射させる放射コンダクタンス成分(放射抵抗の
逆数)とエネルギを蓄積するサセプタンス成分からな
り、後者のサセプタンス成分を前者のコンダクタンス成
分で割ったアンテナQ値は、通常20〜30程度にな
る。そして、アンテナの放射帯域幅は上記Q値に反比例
する。
That is, in the planar antenna according to the present invention, first, considering the operation of the MSA radiating element, since the MSA radiating element behaves as a resonance circuit during excitation, the excitation electromagnetic energy of the radiating element is Are mostly confined and only some are radiated into free space. Looking at this radiating element as an equivalent circuit, it consists of a radiative conductance component (reciprocal of radiation resistance) that radiates energy and a susceptance component that accumulates energy. The antenna Q value obtained by dividing the latter susceptance component by the former conductance component is , Usually about 20 to 30. The radiation bandwidth of the antenna is inversely proportional to the Q value.

【0012】次に、MSA放射素子による電磁放射につ
いて考察すると、放射コンダクタンス成分の大きさは、
該MSA放射素子に流れる電流の自乗に比例し、自由空
間のインピーダンスに比例する。
Next, considering the electromagnetic radiation by the MSA radiation element, the magnitude of the radiation conductance component is
It is proportional to the square of the current flowing through the MSA radiating element and proportional to the impedance of free space.

【0013】そこで、MSAに4分の1実効波長厚のイ
ンピーダンス変換用誘電体層を複数層設け、外側に高誘
電率の誘電体層、内側に低誘電率層または空気層を配す
ることによって放射素子から外側を見た空間の入力イン
ピーダンスを高インピーダンス化して放射電力を増加さ
せるのである。上記配置は、外側の高誘電率層によって
一旦低インピーダンス化させ、次に内側の低誘電率層で
インピーダンスを反転させる操作となり、目的を達成す
ることができる。
Therefore, by providing the MSA with a plurality of impedance conversion dielectric layers having a quarter effective wavelength thickness, arranging a high dielectric constant dielectric layer on the outside and a low dielectric constant layer or an air layer on the inside. The radiated power is increased by increasing the input impedance of the space viewed from the outside of the radiating element. The above arrangement is an operation in which the impedance is temporarily lowered by the outer high dielectric constant layer, and then the impedance is inverted by the inner low dielectric constant layer, and the object can be achieved.

【0014】このようにすると、誘電体層のインピーダ
ンス変換作用が最大になり、放射素子からみた見かけの
自由空間インピーダンスは、材料の比誘電率の倍数だけ
大きくなり、放射コンダクタンスをその割合で増加させ
ることができる。これは自由空間側の高インピーダンス
化によって、励振されたMSA電流から空間へ放出され
る電力が増大するものと解釈できる。
By doing so, the impedance conversion action of the dielectric layer is maximized, and the apparent free space impedance seen from the radiating element is increased by a multiple of the relative permittivity of the material, and the radiative conductance is increased at that rate. be able to. This can be interpreted as an increase in the electric power emitted from the excited MSA current to the space by increasing the impedance on the free space side.

【0015】また、上記の動作条件では、誘電体層単独
で見ると、入射波に対する誘電体層の表裏両面からの反
射波は加算されて増大し、電磁波が最も通りにくい、厚
さ方向の反共振点である。これは、従来のレドーム設計
の概念と比較して対照的である。
Under the above operating conditions, when the dielectric layer alone is viewed, the reflected waves from both the front and back surfaces of the dielectric layer with respect to the incident wave are added and increased, and the electromagnetic wave is the most difficult to pass through and the anti-reflection in the thickness direction is caused. It is a resonance point. This is in contrast to conventional radome design concepts.

【0016】しかしながら、本発明の平面アンテナで
は、上記入射波に対する反射波を、アンテナ素子単独で
の反射波と組合わせて相殺させるので、全体としての反
射損失はなく、もともとリアクティブな反射であるので
通過損失も無視できるほど小さく、目的の広帯域化が達
成できる。
However, in the planar antenna of the present invention, the reflected wave with respect to the incident wave is canceled by combining with the reflected wave of the antenna element alone, so that there is no reflection loss as a whole and reactive reflection is originally provided. Therefore, the passing loss is small enough to be neglected, and the desired wide band can be achieved.

【0017】なお、上記誘電体層の付加手段を用いる
と、一方でMSA放射素子にキャパシタンスとして蓄え
られるエネルギも多少増加させることになるが、その増
加量は比較的少ない。これはMSA放射素子のキャパシ
タンスは主として接地導体とMSA放射素子導体間の誘
電体で作られているためである。従って、前記サセプタ
ンス成分を放射コンダクタンス成分で割って得られるア
ンテナQ値は、インピーダンス変換層となる上記誘電体
層の比誘電率のファクタに近い割合で低下でき、結局目
的の広帯域化が達成できることになる。
When the above-mentioned means for adding the dielectric layer is used, on the other hand, the energy stored as capacitance in the MSA radiating element is somewhat increased, but the amount of increase is relatively small. This is because the capacitance of the MSA radiating element is mainly made of the dielectric between the ground conductor and the MSA radiating element conductor. Therefore, the antenna Q value obtained by dividing the susceptance component by the radiation conductance component can be reduced at a rate close to the factor of the relative permittivity of the dielectric layer serving as the impedance conversion layer, so that the intended wide band can be achieved. Become.

【0018】また、上記伝搬電磁波の4分の1実効波長
の厚みを有する誘電体層を付加する手段によって、従来
問題であったMSA放射素子の過大な放射抵抗値を減少
させて適正化でき、給電線特性インピーダンスとの整合
性も同時に改善することができる。
Also, by means of adding a dielectric layer having a thickness of a quarter effective wavelength of the propagating electromagnetic wave, the excessive radiation resistance value of the MSA radiating element, which has been a problem in the past, can be reduced and optimized, The matching with the characteristic impedance of the feeder line can be improved at the same time.

【0019】そして、本発明のアンテナ装置では、例え
ば比誘電率の値が2の誘電体材料を用いることにより、
約2倍近い広帯域化が可能であり、誘電体材料の選択に
よってさらに広帯域化することもできる。
In the antenna device of the present invention, by using a dielectric material having a relative dielectric constant value of 2, for example,
The bandwidth can be increased to approximately double, and the bandwidth can be further increased by selecting a dielectric material.

【0020】すなわち、本発明の平面アンテナでは、M
SA放射素子の上部に配置する誘電体層を積極的にイン
ピーダンス変換に利用するため、その誘電体材料は非発
泡または低発泡率の材料、ないしはそれらを複合した材
料を使用し、一層当りの厚さを全体として4分の1実効
波長に選定する。
That is, in the planar antenna of the present invention, M
In order to positively utilize the dielectric layer arranged above the SA radiating element for impedance conversion, the dielectric material uses a non-foamed material or a material with a low foaming rate or a composite material thereof, and the thickness per layer is Is selected to be a quarter effective wavelength as a whole.

【0021】この場合、上記設計条件の厚さの誘電体層
を用いたときは、従来の誘電体装荷の条件とは異なり、
誘電体層の有無によって元の放射素子の呈する放射コン
ダクタンスの値の変化は最大になる。従って、本平面ア
ンテナにおける給電回路は、誘電体付加により増大され
た放射コンダクタンスに対し整合が取れるよう設計す
る。
In this case, when a dielectric layer having a thickness of the above design conditions is used, unlike the conventional dielectric loading condition,
The change in the value of the radiation conductance exhibited by the original radiation element is maximized depending on the presence or absence of the dielectric layer. Therefore, the feeding circuit in this planar antenna is designed to match the radiation conductance increased by adding the dielectric.

【0022】一方、上記放射素子がスロットや他の形式
の場合においても、該放射素子と自由空間の間に4分の
1実効波長の誘電体層を複数層介在させることにより、
見かけ上の自由空間インピーダンスは最大値に変換さ
れ、前記同様の原理により広帯域化を実現できる。
On the other hand, even when the radiating element is a slot or another type, by interposing a plurality of dielectric layers having a quarter effective wavelength between the radiating element and the free space,
The apparent free space impedance is converted into the maximum value, and the band can be widened by the same principle as described above.

【0023】[0023]

【実施例】以下図面により本発明の一実施例について説
明する。図1はMSA単一パッチ同軸給電型の平面アン
テナの構成を示す断面図である。接地導体板1の上部に
は誘電体2を介して間隔が設定され一個の円盤状導体板
3が配置されてMSA(マイクロストリップアンテナ)
4が構成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a MSA single patch coaxial feed type planar antenna. An MSA (microstrip antenna) is provided on the ground conductor plate 1 with a disc-shaped conductor plate 3 arranged at an interval via a dielectric 2.
4 are configured.

【0024】上記円盤導体板3は、その共振周波数が動
作周波数に一致する寸法に選定され、励振用の給電線5
との接続点が整合点に設定されるもので、この給電線5
に対応して同軸接栓6が接続される。上記MSA4の上
部には厚さが4分の1実効波長に設定されたインピーダ
ンス変換用樹脂誘電体層7及び7′が積層して取付けら
れる。ここで、上記誘電体層7,7′の比誘電率εri
厚さdi (i=1,2) との関係は、 d1 =λg1/4,d2 =λg2/4 ここに、λgi=λ0 /RT(εri)、RT()は平方根の掛
かる範囲、ただし、λ0 :自由空間波長、に設定され
る。
The disc conductor plate 3 is selected in such a size that its resonance frequency matches the operating frequency, and the feeder line 5 for excitation is used.
The connection point with and is set as a matching point.
The coaxial connector 6 is connected in correspondence with. Impedance conversion resin dielectric layers 7 and 7'having a thickness set to 1/4 effective wavelength are laminated and attached to the upper portion of the MSA 4. Here, the relationship between the relative permittivity ε ri of the dielectric layers 7 and 7'and the thickness d i (i = 1,2) is as follows: d 1 = λ g1 / 4, d 2 = λ g2 / 4 In addition, λ gi = λ 0 / RT (ε ri ), RT () is set to a range in which a square root is multiplied, where λ 0 is a free space wavelength.

【0025】一方、外側が自由空間になっているMSA
4の放射コンダクタンスGは、MSA4の開放端に単位
電圧を加えたとき該MSA4から自由空間に放射される
電力として定義され、一般に、 G=k・η・I2 :(kは定数) なる関係式が成立することが知られている。ここで、I
はMSA4に流れる電流の最大振幅である。また、ηは
自由空間の波動インピーダンスである。
On the other hand, MSA with free space on the outside
The radiative conductance G of 4 is defined as the power radiated from the MSA 4 to the free space when a unit voltage is applied to the open end of the MSA 4, and is generally G = k · η · I 2 It is known that the relational expression: (k is a constant) holds. Where I
Is the maximum amplitude of the current flowing through MSA4. Further, η is a wave impedance in free space.

【0026】そこで、本実施例では、上式のηを実効的
に大きくするために、円盤導体3の上に夫々4分の1実
効波長のインピーダンス変換用樹脂誘電体層7,7′を
積層する。
Therefore, in the present embodiment, in order to effectively increase η in the above equation, the impedance-converting resin dielectric layers 7 and 7'having a quarter effective wavelength are laminated on the disk conductor 3 respectively. To do.

【0027】すなわち、本実施例におけるMSA4の場
合、誘電体層7,7′に平行な電界を有し、その厚さ方
向に伝搬する電磁波に対し、MSA4から外側をみた空
間の入力インピーダンスZeff は、特性インピーダンス
が夫々Z01,Z02の4分の1波長の2段の線路で構成し
たインピーダンス変換器の作用と同じ原理であり、 Zeff =Z02 2 /(Z01 2 /η)=η(εr1/εr2) =εr ・η となる。 ここで、Z01=η/RT(εr1):外側誘電体媒質の特性
インピーダンス Z02=η/RT(εr2)=約η:内側誘電体媒質の特性イ
ンピーダンス η=120 π:自由空間の波動インピーダンス
That is, in the case of the MSA 4 in this embodiment, the input impedance Zeff of the space seen from the outside of the MSA 4 has an electric field parallel to the dielectric layers 7 and 7'and an electromagnetic wave propagating in the thickness direction thereof. , Zeff = Z 02 2 is the same principle as the operation of the impedance converter constituted by the two-stage lines having characteristic impedances of Z 01 and Z 02 , each having a quarter wavelength. / (Z 01 2 / Η) = η (ε r1 / ε r2 ) = ε r · η. Where Z 01 = η / RT (ε r1 ): characteristic impedance of the outer dielectric medium Z 02 = η / RT (ε r2 ) = about η: characteristic impedance of the inner dielectric medium η = 120 π: of the free space Wave impedance

【0028】であり、自由空間インピーダンスがεr
に増加され、結局、本実施例構成によるMSA4の放射
コンダクタンスGは前記誘電体層7が積層されない場合
のεr倍に増大される。したがって、MSA放射素子の
Q値はその割合で低下され、広帯域な放射特性が得られ
る。
The free space impedance is increased by ε r times, and eventually the radiative conductance G of the MSA 4 according to the present embodiment configuration is increased by ε r times when the dielectric layer 7 is not laminated. Therefore, the Q value of the MSA radiating element is reduced at that rate, and broadband radiation characteristics can be obtained.

【0029】なお、図1における本実施例では、誘電体
層7,7′をMSA放射素子4に密着させて構成した
が、誘電体層7とMSA放射素子4との間に発泡率の高
い低誘電率材料を介在させるか、または、2分の1実効
波長の間隔を空けるよう構成しても、略同様の効果が得
られる。
In the present embodiment shown in FIG. 1, the dielectric layers 7 and 7'are in close contact with the MSA radiating element 4, but there is a high foaming ratio between the dielectric layer 7 and the MSA radiating element 4. A similar effect can be obtained by interposing a low dielectric constant material or by arranging a half effective wavelength interval.

【0030】この場合、平面アンテナとしての厚み方向
の寸法は多少大きくなるが、放射素子4近傍の強い誘導
電磁界が誘電体層7に直接作用しないので、放射素子4
の共振周波数の変化や、放射素子4に蓄積されるエネル
ギの増加が最小になるという利点が得られる。
In this case, the dimension of the planar antenna in the thickness direction is slightly increased, but the strong induction electromagnetic field in the vicinity of the radiating element 4 does not act directly on the dielectric layer 7, so that the radiating element 4
The advantage of minimizing the change in the resonance frequency and the increase in energy stored in the radiating element 4 are obtained.

【0031】また、本実施例では、4分の1実効波長の
誘電体層7を2層で使用したが、これを多層で用い、一
般的なマイクロ波回路の多段のインピーダンス変換技術
と同様な段階的な変換方法で、さらに、広帯域化するこ
ともできる。この場合、特に、高比誘電率のセラミック
材料と中比誘電率の樹脂誘電体材料とを組合わせて適用
すると効果的である。図2は複数の放射素子を有する共
平面型円偏波平面アンテナの構成を示す断面図である。
Further, in the present embodiment, the dielectric layers 7 having a quarter effective wavelength are used in two layers. However, the dielectric layers 7 are used in multiple layers, similar to a general multi-stage impedance conversion technique of a microwave circuit. The band can be further widened by a stepwise conversion method. In this case, it is particularly effective to apply a combination of a ceramic material having a high relative dielectric constant and a resin dielectric material having a medium relative dielectric constant. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a coplanar circularly polarized planar antenna having a plurality of radiating elements.

【0032】この図2における実施例の平面アンテナで
は、接地導体1上に、絶縁基板誘電体2で間隔を設けて
配設された、MSA放射素子8,9がマイクロストリッ
プ給電線路10により励振され、空間インピーダンス変
換用誘電体層7,7′は、上記MSA放射素子8,9及
びマイクロストリップ給電線路10をカバーするように
配置される。この場合、上記誘電体層7,7′の作用効
果は、前記図1における実施例で示した平面アンテナの
場合と同様である。図3は上記共平面型円偏波平面アン
テナにおけるMSA放射素子の配置構成を示す平面図で
ある。
In the planar antenna of the embodiment shown in FIG. 2, the MSA radiating elements 8 and 9 arranged on the ground conductor 1 with the insulating substrate dielectric 2 being spaced apart are excited by the microstrip feed line 10. The spatial impedance conversion dielectric layers 7 and 7 ′ are arranged so as to cover the MSA radiating elements 8 and 9 and the microstrip feed line 10. In this case, the working effect of the dielectric layers 7 and 7'is the same as that of the planar antenna shown in the embodiment in FIG. FIG. 3 is a plan view showing an arrangement configuration of MSA radiating elements in the coplanar circularly polarized planar antenna.

【0033】この平面アンテナの給電放射素子部11
は、接地導体1と基板誘電体2で間隔を隔てられた片側
の同一平面上において、マイクロストリップアンテナ1
2,13,14,15と分岐給電線16とで構成され
る。
The feeding radiating element section 11 of this planar antenna
Is the microstrip antenna 1 on the same plane on one side which is separated by the ground conductor 1 and the substrate dielectric 2.
2, 13, 14, and 15 and the branch feeder line 16.

【0034】分岐給電線16の末端の各放射素子12,
13,14,15に対する分岐回路17,18は、2分
の1波長折返し線路つき2分岐回路であり、 180度回転
配置した一対の円偏波素子を対称性よく励振する方式
(特願平2ー97711号「平面アンテナ」、特公平3
ー297207号)を採用している。
Each radiating element 12 at the end of the branch feed line 16,
The branch circuits 17 and 18 for 13, 14, and 15 are two-branch circuits with a half-wavelength folded line, and a method of exciting a pair of circularly polarized elements 180 degrees rotated and arranged with good symmetry (Japanese Patent Application No. -97711 "Flat Antenna", Japanese Patent Fair 3
-297207) has been adopted.

【0035】上記MSA放射素子13の形式は、いわゆ
る一点給電円偏波発生方式のパッチであり、一対の切欠
きセグメント19,20を設けて、互いに直交するモー
ドの共振周波数を異ならせ、90度の位相差をつけて励
振するよう構成される。
The form of the MSA radiating element 13 is a so-called single-point feeding circularly polarized wave generation type patch, and a pair of notch segments 19 and 20 are provided to make the resonance frequencies of the modes orthogonal to each other different from each other by 90 degrees. It is configured to excite with a phase difference of.

【0036】この場合、各MSA放射素子12,13,
14,15への給電は、そのパッチの外周部から施され
るが、上記誘電体層7の作用により放射コンダクタンス
Gが適度に増加でき、平面アンテナの低Q化と同時に、
マイクロストリップ給電線路10との整合性が改善さ
れ、円偏波特性と整合性を共に広帯域化できる特長があ
る。
In this case, each MSA radiating element 12, 13,
Power is supplied to 14 and 15 from the outer peripheral portion of the patch, but the radiation conductance G can be appropriately increased by the action of the dielectric layer 7, and at the same time the Q of the planar antenna is lowered,
The matching property with the microstrip feed line 10 is improved, and both the circular polarization characteristics and the matching property can be broadened in bandwidth.

【0037】図4は給電線部誘電体層変形型の平面アン
テナの構成を示す断面図であり、全体の構成は前記実施
例と略同様であるが、インピーダンス変換用誘電体層7
を変形することにより、放射素子8,9上では見かけの
空間インピーダンスを高くして放射電力を増やし、給電
線路10上では空間インピーダンスを低くして放射損失
を抑える構造とする。この場合、誘電体カバー21は誘
電体層7,7′と共に複合誘電体層を形成し、該複合誘
電体層の全体で4分の1実効波長の厚みに設定される。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the feed line portion dielectric layer modification type planar antenna. The overall structure is substantially the same as that of the above embodiment, but the impedance conversion dielectric layer 7 is used.
By deforming, the apparent spatial impedance is increased on the radiating elements 8 and 9 to increase the radiated power, and the spatial impedance is decreased on the feed line 10 to suppress the radiation loss. In this case, the dielectric cover 21 forms a composite dielectric layer together with the dielectric layers 7 and 7 ', and the total thickness of the composite dielectric layer is set to a quarter effective wavelength.

【0038】また、この平面アンテナにおける給電線路
10の上部は、誘電体層の一部を取り除いた構造として
もよい。これにより、給電線路10から見た自由空間イ
ンピーダンスは、低インピーダンスとなって不要放射が
抑制され、平面アンテナの高効率,高性能化が図られ
る。
The upper portion of the feed line 10 in this planar antenna may have a structure in which a part of the dielectric layer is removed. As a result, the free space impedance seen from the feed line 10 becomes a low impedance, and unnecessary radiation is suppressed, and the efficiency and performance of the planar antenna are improved.

【0039】なお、この図4における実施例のように、
外側の誘電体カバー21の材質を内部保護のため硬質、
内部の誘電体層7′を軟質にすれば、各放射素子8,9
との密着性が良くなり、特性の安定化が図られる。図5
はスロット電磁結合によるトリプレート型給電方式の平
面アンテナの構成を示す断面図である。
As in the embodiment shown in FIG. 4,
The material of the outer dielectric cover 21 is hard for internal protection,
If the inner dielectric layer 7'is made soft, each radiating element 8, 9
Adhesion with and is improved, and the characteristics are stabilized. Figure 5
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a triplate feed type planar antenna by slot electromagnetic coupling.

【0040】下部の接地導体1と、開口放射素子24,
25を設けた接地導体23と、絶縁誘電体2,22を挟
んで励振パッチ8,9が配置され、これらをストリップ
給電線路10,10′により励振する形式でトリプレー
ト型給電方式の平面アンテナが構成される。
The lower ground conductor 1 and the aperture radiating element 24,
The grounding conductor 23 provided with 25 and the exciting dielectrics 8 and 9 are arranged so as to sandwich the insulating dielectrics 2 and 22, and the strip feeding lines 10 and 10 'excite these to form a triplate feed type planar antenna. Composed.

【0041】そして、誘電体層7,7′と誘電体カバー
21による作用は前記各実施例と同様であり、これによ
り、開口放射素子24,25の放射特性は広帯域化され
る。この場合、励振パッチ(放射素子)8,9と給電線
路10,10′は同一のフィルム基板上に構成する方法
を用いることができる。図6は導波管給電スロット放射
素子方式の平面アンテナの構成を示す断面図である。
The functions of the dielectric layers 7 and 7'and the dielectric cover 21 are the same as those in the above-mentioned respective embodiments, so that the radiation characteristics of the aperture radiating elements 24 and 25 are broadened. In this case, the excitation patches (radiating elements) 8 and 9 and the feed lines 10 and 10 'can be formed on the same film substrate. FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of a planar antenna of the waveguide feeding slot radiating element type.

【0042】この平面アンテナでは、導波管26の上面
にスロット放射素子27,28,29が設けられ、該ス
ロット放射素子27,28,29は上記導波管26を伝
搬する進行波によって励振される。
In this planar antenna, slot radiating elements 27, 28, 29 are provided on the upper surface of the waveguide 26, and the slot radiating elements 27, 28, 29 are excited by the traveling wave propagating in the waveguide 26. It

【0043】そして、厚さが4分の1実効波長となる誘
電体層7,7′と誘電体カバー21によって、各スロッ
ト放射素子27,28,29が放射し易くなる結果、導
波管26との結合が容易で且つ広帯域化が図れることに
なる。
The dielectric layers 7 and 7 ′ having a thickness of 1/4 effective wavelength and the dielectric cover 21 facilitate the radiation of the slot radiating elements 27, 28 and 29. As a result, the waveguide 26 It is easy to combine with and the band can be widened.

【0044】なお、この図6における実施例の平面アン
テナの給電線路として、導波管26の代わりにラジアル
ライン導波路を用いた場合でも、上記同様の効果が得ら
れるようになる。
Even when a radial line waveguide is used instead of the waveguide 26 as the feed line of the planar antenna of the embodiment shown in FIG. 6, the same effect as described above can be obtained.

【0045】したがって、上記構成の平面アンテナによ
れば、MSA放射素子3の上部に厚さが4分の1実効波
長の誘電体層7,7′を積層して設ける簡単な構造によ
り、該放射素子3のQ値が小さくなり、給電線路5との
整合の広帯域化が図られ、円偏波放射素子の場合には、
円偏波特性を表す軸比の広帯域化が達成される。
Therefore, according to the plane antenna having the above-mentioned structure, the radiation is provided by the simple structure in which the dielectric layers 7 and 7'having a quarter effective wavelength are laminated on the MSA radiating element 3 and laminated. The Q value of the element 3 becomes small, the band of the matching with the feed line 5 is widened, and in the case of the circular polarized radiation element,
Broadening of the axial ratio showing the circular polarization characteristic is achieved.

【0046】さらに、MSA(クロストリップアンテ
ナ)放射素子8,9の場合、給電線10の上部における
誘電体層7,7′に切り欠き部を設けることにより、給
電線10からの不要放射が抑えられ、放射素子8,9部
からの放射特性が選択的に強化されアンテナ効率が高め
られる。
Further, in the case of the MSA (cross trip antenna) radiating elements 8 and 9, by providing a cutout portion in the dielectric layers 7 and 7'above the feeder line 10, unnecessary radiation from the feeder line 10 is suppressed. As a result, the radiation characteristics from the radiating elements 8 and 9 are selectively strengthened and the antenna efficiency is enhanced.

【0047】よって、各種構成の平面アンテナが広帯域
化高性能化でき、例えば移動通信の送受信用アンテナと
して動作させたい場合等に要求される10%程度、また
は、それ以上の広帯域動作にも対応できるようになる。
Therefore, the planar antennas of various configurations can be made to have a wide band and high performance, and for example, a wide band operation of about 10% or more required for operating as a transmitting / receiving antenna for mobile communication can be supported. Like

【0048】尚、上記各実施例では、放射素子3あるい
は8,9の上に、複数層のインピーダンス変換用誘電体
層7,7′を積層して設ける構成としたが、上記放射素
子3あるいは8,9から伝搬される電磁波の4分の1実
効波長に等しい厚みのインピーダンス変換用誘電体層7
を一層のみ設ける構成とすれば、上記放射素子3あるい
は8,9から見た空間の入力インピーダンスは低インピ
ーダンス化され、アンテナ特性は高帯域化される。
In each of the above embodiments, a plurality of impedance conversion dielectric layers 7 and 7'are laminated on the radiating element 3 or 8 and 9, but the radiating element 3 or 8 is used. Impedance conversion dielectric layer 7 having a thickness equal to a quarter effective wavelength of the electromagnetic waves propagated from 8 and 9.
If only one layer is provided, the input impedance of the space viewed from the radiating element 3 or 8 or 9 is lowered, and the antenna characteristic is increased in bandwidth.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、接地導体
面の上方に間隔を設けて配置された少なくとも一個の放
射素子と、この放射素子を励振する給電回路とを有する
もので、前記放射素子の上に複数層のインピーダンス変
換用誘電体層を設け、その一層の誘電体層の厚さを、そ
の厚さ方向に前記放射素子から伝搬される電磁波の4分
の1実効波長に等しく設定し、前記放射素子から外側を
見た空間の入力インピーダンスを高インピーダンス化
し、アンテナ特性を広帯域化する構成としたので、放射
素子の放射帯域を比較的簡単且つ経済的な構成で広帯域
化できると共に、上記放射素子と給電線との整合性を改
善することが可能になる。
As described above, according to the present invention, there is provided at least one radiating element disposed above the ground conductor surface with a space and a power feeding circuit for exciting the radiating element. A plurality of impedance conversion dielectric layers are provided on the radiating element, and the thickness of the one dielectric layer is equal to the effective wavelength of a quarter of the electromagnetic wave propagated from the radiating element in the thickness direction. Since the input impedance of the space viewed from the radiating element is set to high impedance and the antenna characteristic is broadened, the radiation band of the radiating element can be broadened with a relatively simple and economical structure. It is possible to improve the matching between the radiating element and the feeder line.

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

【図1】本発明の一実施例に係わるMSA単一パッチ同
軸給電型の平面アンテナの構成を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an MSA single patch coaxial feed type planar antenna according to an embodiment of the present invention.

【図2】複数の放射素子を有する共平面型円偏波平面ア
ンテナの構成を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of a coplanar circularly polarized planar antenna having a plurality of radiating elements.

【図3】上記共平面型円偏波平面アンテナにおけるMS
A放射素子の配置構成を示す平面図。
FIG. 3 is an MS of the coplanar circularly polarized planar antenna.
The top view which shows the arrangement structure of an A radiation element.

【図4】給電線部誘電体層変形型の平面アンテナの構成
を示す断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a feed line portion dielectric layer modification type planar antenna.

【図5】スロット電磁結合によるトリプレート型給電方
式の平面アンテナの構成を示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a triplate-type power feeding type planar antenna by slot electromagnetic coupling.

【図6】導波管給電スロット放射素子方式の平面アンテ
ナの構成を示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a waveguide-fed slot radiating element type planar antenna.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,23…接地導体(板)、2,22…絶縁誘電体、
3,8,9…MSA放射素子、4…MSA(マイクロス
トリップアンテナ)、5…給電線、6…同軸接栓、7…
高誘電率誘電体層、7′…低誘電率誘電体層、10…マ
イクロストリップ給電線路、11…給電放射素子部、1
2,13,14,15…マイクロストリップアンテナ、
16…分岐給電線、17,18…分岐回路、19,20
…切欠きセグメント、21…誘電体カバー、24,25
…開口放射素子、26…導波管、27,28,29…ス
ロット放射素子。
1, 23 ... Ground conductor (plate), 2, 22 ... Insulating dielectric,
3,8,9 ... MSA radiating element, 4 ... MSA (microstrip antenna), 5 ... feeding wire, 6 ... coaxial plug, 7 ...
High-dielectric-constant dielectric layer, 7 '... Low-dielectric-constant dielectric layer, 10 ... Microstrip feed line, 11 ... Feed radiating element part, 1
2, 13, 14, 15 ... Microstrip antenna,
16 ... Branch feeding line, 17, 18 ... Branch circuit, 19, 20
... Notch segment, 21 ... Dielectric cover, 24, 25
... Aperture radiating element, 26 ... Waveguide, 27, 28, 29 ... Slot radiating element.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 接地導体面の上方に間隔を設けて配置さ
れた少なくとも一個の放射素子と、この放射素子を励振
する給電回路とを有する平面アンテナにおいて、 前記放射素子の上に4分の1実効波長厚のインピーダン
ス変換用誘電体層を複数層設け、外側に高誘電率の誘電
体層、内側に低誘電率層または空気層を配することによ
り放射素子から外側を見た空間の入力インピーダンスを
高インピーダンス化して放射電力を増幅させ、アンテナ
特性を広帯域化することを特徴とする平面アンテナ。
1. A planar antenna having at least one radiating element arranged above a ground conductor surface with a space and a feeding circuit for exciting the radiating element, wherein a quarter is provided on the radiating element. Input impedance of the space viewed from the radiating element by arranging multiple dielectric layers for impedance conversion with effective wavelength thickness, arranging a high dielectric constant dielectric layer on the outside and a low dielectric constant layer or air layer on the inside A planar antenna characterized by increasing the impedance of the antenna and amplifying the radiated power to widen the antenna characteristics.
【請求項2】 前記インピーダンス変換用4分の1実効
波長厚の誘電体層は、複数の誘電体層からなる複合誘電
体層から構成され、該複合誘電体層の厚さは、その全実
効的電気長が4分の1実効波長となるよう設定したこと
を特徴とする請求項1記載の平面アンテナ。
2. The impedance-converting quarter-wavelength effective dielectric layer is composed of a composite dielectric layer composed of a plurality of dielectric layers, and the composite dielectric layer has a total effective thickness. 2. The planar antenna according to claim 1, wherein the effective electrical length is set to have an effective wavelength of 1/4.
【請求項3】 前記複合誘電体層は、その外側層として
硬質誘電体材料、内側層として軟質誘電体材料を用い、
該軟質誘電体材料からなる誘電体層が前記放射素子に密
着配置されることを特徴とする請求項2記載の平面アン
テナ。
3. The composite dielectric layer uses a hard dielectric material as an outer layer and a soft dielectric material as an inner layer,
The planar antenna according to claim 2, wherein a dielectric layer made of the soft dielectric material is disposed in close contact with the radiating element.
【請求項4】 前記複数の誘電体層は前記給電回路部分
に密着させると共に、該給電回路部分と同一平面上の前
記放射素子部分に対応する誘電体層には切欠き部を設
け、給電回路に対する自由空間インピーダンスを放射素
子に対する自由空間インピーダンスよりも小さくし、給
電回路からの不要放射を抑圧することを特徴とする請求
項1または請求項2または請求項3記載の平面アンテ
ナ。
4. The power feeding circuit, wherein the plurality of dielectric layers are closely attached to the power feeding circuit portion, and a cutout portion is provided in the dielectric layer corresponding to the radiating element portion on the same plane as the power feeding circuit portion. 4. The planar antenna according to claim 1, 2 or 3, wherein the free space impedance with respect to is smaller than the free space impedance with respect to the radiating element, and unnecessary radiation from the feeding circuit is suppressed.
【請求項5】 接地導体面の上方に間隔を設けて配置さ
れた少なくとも一個の放射素子と、この放射素子を励振
する給電回路とを有する平面アンテナにおいて、 前記放射素子の上に一層のインピーダンス変換用誘電体
層を設け、前記一層の誘電体層の厚さを、その厚さ方向
に前記放射素子から伝搬される電磁波の4分の1実効波
長に等しく設定し、前記放射素子から外側を見た空間の
入力インピーダンスを低インピーダンス化し、アンテナ
特性を広帯域化することを特徴とする平面アンテナ。
5. A planar antenna having at least one radiating element arranged above a ground conductor surface with a space and a feeding circuit for exciting the radiating element, wherein a further impedance conversion is provided on the radiating element. And a thickness of the one dielectric layer is set to be equal to a quarter effective wavelength of an electromagnetic wave propagating from the radiating element in the thickness direction, and the outside is seen from the radiating element. Planar antenna characterized by lowering the input impedance of the space and widening the antenna characteristics.
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