JP2000165135A - Dual mode patch antenna - Google Patents
Dual mode patch antennaInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、移動通信システム
などの分野で用いられるパッチアンテナに関し、特に、
第1の周波数に対して直線偏波パッチアンテナとして機
能し第2の周波数に対して円偏波パッチアンテナとして
機能する、デュアルモードの平面型二重周波数パッチア
ンテナに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a patch antenna used in a field such as a mobile communication system.
The present invention relates to a dual mode planar dual frequency patch antenna that functions as a linearly polarized patch antenna for a first frequency and as a circularly polarized patch antenna for a second frequency.
【0002】[0002]
【従来の技術】移動通信などの分野では、アンテナの小
型化を図るために、板状の誘電体の表面に導体からなる
パッチを配置したパッチアンテナが広く使用されてお
り、また、移動通信用途に適した円偏波アンテナについ
てもいくつか提案されている。2. Description of the Related Art In the field of mobile communications and the like, patch antennas in which a patch made of a conductor is arranged on the surface of a plate-like dielectric have been widely used in order to reduce the size of the antenna. Some circularly-polarized antennas suitable for the antenna have also been proposed.
【0003】矩形パッチを用い単一の周波数帯で動作す
る円偏波アンテナはよく知られているが、異なる2以上
の周波数帯で動作するパッチアンテナ、特に、第1の周
波数帯では直線偏波パッチアンテナとして機能し、第1
の周波数帯とは異なる第2の周波数帯では円偏波パッチ
アンテナとして機能するパッチアンテナが望まれるよう
になってきた。具体的には、低コストで小型の多モード
アンテナによって、地上直線偏波システムおよび円偏波
衛星リンクなどのいくつかの利用分野を組み合わせるこ
とが望まれるようになってきた。[0003] Circularly polarized antennas operating in a single frequency band using rectangular patches are well known, but patch antennas operating in two or more different frequency bands, especially linearly polarized in the first frequency band. Function as a patch antenna, the first
In a second frequency band different from the above-mentioned frequency band, a patch antenna functioning as a circularly polarized patch antenna has been desired. In particular, it has become desirable to combine several applications, such as terrestrial linear polarization systems and circularly polarized satellite links, with low cost, small multimode antennas.
【0004】異なる2周波数で使用可能なパッチアンテ
ナである二重周波数アンテナとして、D.Sauchez-Hernan
dez, G.Passiopoulos Ian, D.Robertson, "single fed
dualband circularly polarized microstrip patch ant
ennas", 26th EuMc 9- 12,september 1996, Prague, 27
3-277に示されるものがある。図9は、そのような二重
周波数アンテナを示している。このアンテナでは、誘電
体55の表面に、給電点56から電力供給を受ける矩形
のパッチ57が設けられており、このパッチ57は、第
1の周波数f1に一致するように構成されている。誘電
体55の裏面側には、地板53が形成されている。さら
に、パッチ57の4辺のうち隣接する2辺には、それぞ
れ、内側に切れ込むようなスリット部58が設けられて
いる。このスリット部58の形状は、対応する辺に平行
な部分が長い逆L字型となっている。このスリット部5
8のスリット幅をWLSLとし、スリット部58のうち
辺に平行な部分の長さをLSLとすれば、このWLSL
とLSLとを調整することにより、スリット部58がフ
ィルター効果を有して第2の周波数f2に対して共振す
るようにすることができる。これにより、このパッチア
ンテナは、2つの異なる周波数f1,f2で使用できる
ようになり、二重周波数アンテナとして機能するように
なる。このアンテナでは、スリット部58のサイズ、位
置によって、軸比を調整することができる。As a dual-frequency antenna, which is a patch antenna usable at two different frequencies, D. Sauchez-Hernan
dez, G. Passiopoulos Ian, D. Robertson, "single fed
dualband circularly polarized microstrip patch ant
ennas ", 26th EuMc 9- 12, september 1996, Prague, 27
There is one shown in 3-277. FIG. 9 shows such a dual frequency antenna. In this antenna, a rectangular patch 57 receiving power supply from a feeding point 56 is provided on the surface of a dielectric 55, and the patch 57 is configured to match the first frequency f1. A ground plane 53 is formed on the back side of the dielectric 55. Further, two adjacent sides of the four sides of the patch 57 are provided with slit portions 58 that are cut inward. The shape of the slit portion 58 is an inverted L-shape in which a portion parallel to the corresponding side is long. This slit part 5
8 is WLSL, and the length of a portion of the slit portion 58 parallel to the side is LSL.
And LSL, the slit portion 58 can have a filter effect and resonate at the second frequency f2. As a result, this patch antenna can be used at two different frequencies f1 and f2, and functions as a dual frequency antenna. In this antenna, the axial ratio can be adjusted depending on the size and position of the slit portion 58.
【0005】しかしながら、この二重周波数アンテナ
は、専ら円偏波放射用のものである。直線偏波での伝送
に使用しようとした場合には、このアンテナは、多くの
交差偏波(cross polarization)成分を与えることにな
る。However, this dual frequency antenna is exclusively for circularly polarized radiation. If used for transmission with linear polarization, this antenna will provide many cross polarization components.
【0006】一方、図10に示したものは、円偏波用の
パッチと直線偏波用のパッチとを並べて配置したもので
ある。図10は、Sharma et al., "analysis and optim
izeddesign of single feed circularly polarized mic
rostrip antennas", IEEE TAP 1983, vol.31, pp.949-9
55に基づいている。On the other hand, the one shown in FIG. 10 has a circularly polarized patch and a linearly polarized patch arranged side by side. FIG. 10 shows Sharma et al., "Analysis and optim
izeddesign of single feed circularly polarized mic
rostrip antennas ", IEEE TAP 1983, vol.31, pp.949-9
Based on 55.
【0007】板状の誘電体61の表面に、円偏波用のパ
ッチ62と直線偏波用のパッチ63が形成されている。
誘電体61の裏面には、地板64が設けられている。円
偏波用のパッチ62は、隣接する2辺の長さがそれぞれ
L1とL2である平行四辺形の形状であり、パッチ62
に対する給電点65の位置決めを正確に行うことによ
り、所定の周波数でのマッチング(整合)と軸比との間
の調整を行うことができるようになっている。このよう
な円偏波用のパッチ62の近くに、直線偏波用のパッチ
63が設けられている。A circularly polarized patch 62 and a linearly polarized patch 63 are formed on the surface of a plate-shaped dielectric 61.
A ground plane 64 is provided on the back surface of the dielectric 61. The circularly polarized patch 62 has a parallelogram shape in which the lengths of two adjacent sides are L1 and L2, respectively.
By accurately positioning the power supply point 65 with respect to, adjustment between the matching (matching) at a predetermined frequency and the axial ratio can be performed. A patch 63 for linear polarization is provided near such a patch 62 for circular polarization.
【0008】直線用のパッチ63は、第1の辺(共鳴
辺)の長さが共鳴長さRLであり、第1の辺に直交する
辺(非共鳴辺)の長さがWである矩形のものである。共
鳴長さは、所望の周波数(第2の周波数)での波長の1
/2に設定されている。そして、非共鳴辺の1つに接続
した印刷配線(マイクロストリップラインなど)66に
よって、給電されている。The straight patch 63 has a rectangular shape in which the length of the first side (resonant side) is the resonance length RL and the length of the side (non-resonant side) orthogonal to the first side is W. belongs to. The resonance length is one of the wavelengths at the desired frequency (the second frequency).
/ 2. Power is supplied by a printed wiring (microstrip line or the like) 66 connected to one of the non-resonant sides.
【0009】パッチ62、63は、誘電体61上に、例
えば、印刷(プリント)などによって形成されている。The patches 62 and 63 are formed on the dielectric 61 by, for example, printing.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】図10に示す従来のデ
ュアルモードアンテナは、直線偏波用のパッチと円偏波
用のパッチに分かれて構成されている上に、両方のパッ
チが高周波的に結合しないようにする必要があるから、
これらパッチをある程度離して誘電体基板上に配置しな
ければならない。したがって、アンテナ全体としてより
多くのスペースを使用することとなり、コストも上昇す
ることになる。また、このように2個のアンテナを別個
に設けることは、アンテナの支持構造にとっては困難な
大きさとなることもあり、2つの給電系が必要となって
かさ高いアンテナになってしまうこともある。The conventional dual mode antenna shown in FIG. 10 is divided into a linearly polarized wave patch and a circularly polarized wave patch. Because they need to be uncoupled,
These patches must be placed on the dielectric substrate at some distance. Therefore, more space is used for the entire antenna, and the cost is also increased. Also, providing two separate antennas in this way may be difficult for the antenna support structure, and may require two feeding systems, resulting in a bulky antenna. .
【0011】本発明の目的は、従来のパッチアンテナの
欠点を解決し、単一の平面構造体として構成され、第1
の周波数では直線偏波をキャッチし、第1の周波数とは
異なる第2の周波数で円偏波をキャッチすることができ
るデュアルモードパッチアンテナを提供することにあ
る。本発明のデュアルモードパッチアンテナは、例え
ば、パーソナル通信システムなどに利用される。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the drawbacks of the conventional patch antenna, and to construct a single planar structure,
It is an object of the present invention to provide a dual mode patch antenna capable of catching a linearly polarized wave at a frequency of and a circularly polarized wave at a second frequency different from the first frequency. The dual mode patch antenna of the present invention is used for, for example, a personal communication system.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明のデュアルモード
パッチアンテナは、誘電体基板と、誘電体基板上に形成
され導体からなる直線偏波用の第1のパッチと、第1の
パッチに給電するために誘電体基板上に形成された給電
配線と、導体からなり、第1のパッチに形成された開口
内において当該開口の縁から分離距離を隔てて誘電体基
板上に形成された円偏波用の第2のパッチと、を有す
る。According to the present invention, there is provided a dual mode patch antenna which feeds a dielectric substrate, a first patch for linear polarization formed of a conductor and formed on the dielectric substrate, and a first patch. In order to achieve this, a circular bias formed on the dielectric substrate at a distance apart from the edge of the opening in the opening formed in the first patch, comprising a power supply wiring formed on the dielectric substrate and a conductor. A second patch for waves.
【0013】本発明では、第1のパッチの形状は例えば
略矩形であって、開口及び第2のパッチの形状は、例え
ば矩形を含む四辺形である。第2のパッチへの給電配線
を独立に設けることもできるが、給電系を簡素化すると
いう観点からは、第1のパッチと第2のパッチとのカッ
プリングに基づき、第1のパッチ側の単一の給電点への
給電によって、第2のパッチへも給電されるようにする
ことが好ましい。また、第1のパッチ内に複数の開口を
設け、各開口ごとに第2のパッチを設けるようにしても
よい。In the present invention, the shape of the first patch is, for example, substantially rectangular, and the shape of the opening and the second patch is, for example, a quadrilateral including a rectangle. The power supply wiring to the second patch can be provided independently. However, from the viewpoint of simplifying the power supply system, the power supply wiring on the first patch side is based on the coupling between the first patch and the second patch. Preferably, power is supplied to the single patch point so that power is supplied to the second patch as well. Further, a plurality of openings may be provided in the first patch, and the second patch may be provided for each opening.
【0014】すなわち本発明は、直線偏波用のパッチ内
に円偏波用のパッチを組み入れることによって、単一の
給電点およびパッチ間のカップリング効果によって、第
1の周波数では直線偏波パッチアンテナとして動作し、
第1の周波数より高い第2の周波数では円偏波パッチア
ンテナとして動作するデュアルモードパッチアンテナを
提供するものである。第1の周波数での直線偏波用パッ
チは、第2の周波数での円偏波用パッチよりも大きいか
ら、直線偏波用パッチ内に円偏波用パッチを組み入れる
ことは十分に可能である。そして、アンテナ系は、同一
給電配線によって給電される多モードシステムとなる。
各パッチ間の相対的距離を最適化することにより、第1
のパッチと第2のパッチの間のカップリング効果の調整
し、それによって、所望の利得性能およびマッチング性
能が得られる。That is, the present invention provides a linearly polarized patch at a first frequency by incorporating a circularly polarized patch within a linearly polarized patch and by a coupling effect between a single feed point and the patch. Works as an antenna,
A dual mode patch antenna that operates as a circularly polarized patch antenna at a second frequency higher than the first frequency is provided. Since the linearly polarized wave patch at the first frequency is larger than the circularly polarized wave patch at the second frequency, it is sufficiently possible to incorporate the circularly polarized wave patch into the linearly polarized wave patch. . Then, the antenna system becomes a multi-mode system in which power is supplied by the same power supply wiring.
By optimizing the relative distance between each patch, the first
To adjust the coupling effect between the first patch and the second patch, thereby obtaining desired gain performance and matching performance.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0016】図1は、本発明の第1の実施の形態のデュ
アルモードパッチアンテナの構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a dual mode patch antenna according to a first embodiment of the present invention.
【0017】厚さがTC、誘電率がP1である誘電体基
板4の表面に、共鳴辺(共鳴長さ)2,3の長さがL
1、非共鳴辺(非共鳴長さ)8,9の長さがL2である
略矩形のパッチ1が形成されている。誘電体基板4の裏
面には、地板5が設けられている。パッチ1は導体で構
成されている。このパッチ1に給電するために、マイク
ロストリップラインタイプの給電配線7が誘電体基板4
の表面に形成されており、給電配線7は、一方の非共鳴
辺8に直交する方向に延びて、この非共鳴辺8のほぼ中
央の位置で、この非共鳴辺8に接続している。The length of the resonance sides (resonance lengths) 2 and 3 is L on the surface of the dielectric substrate 4 having a thickness TC and a dielectric constant P1.
1. A substantially rectangular patch 1 having non-resonant sides (non-resonant lengths) 8, 9 having a length L2 is formed. On the back surface of the dielectric substrate 4, a ground plate 5 is provided. The patch 1 is made of a conductor. In order to supply power to the patch 1, a microstrip line type power supply wiring 7 is connected to the dielectric substrate 4.
The power supply wiring 7 extends in a direction perpendicular to one non-resonant side 8 and is connected to the non-resonant side 8 at a position substantially at the center of the non-resonant side 8.
【0018】パッチ1内には、四辺形の開口が形成され
ている。開口の1頂点が他方の非共鳴辺9に重なり合う
ことによって、この開口は、パッチ1の外部に連絡して
いる。開口の対角線10は、給電配線7の軸の方向に延
びている。この開口の隣接する2辺での内寸は、それぞ
れL3及びL4であり、開口の形状は矩形であってもそ
れ以外であってもよい。図示したものでは、開口の対角
線10上の頂角は鋭角となっている。In the patch 1, a quadrilateral opening is formed. The opening communicates with the outside of the patch 1 by one vertex of the opening overlapping the other non-resonant side 9. The diagonal line 10 of the opening extends in the direction of the axis of the power supply wiring 7. The inner dimensions of two adjacent sides of the opening are L3 and L4, respectively, and the shape of the opening may be rectangular or other. In the illustration, the apex angle on the diagonal line 10 of the opening is an acute angle.
【0019】開口の内部には、導体からなる四辺形パッ
チ13が設けられている。当然のことながら、四辺形パ
ッチ13も、誘電体基板4上にプリントなどによって形
成されている。この四辺形パッチ13において、その対
角線は、開口の対角線10の方向に延びている。開口の
縁と四辺形パッチ13の間の分離距離は、両者の対向す
る辺間の距離D1とD2によって決定する。また、四辺
形パッチ13に給電するための給電配線7aが誘電体基
板4上に設けられており、この給電配線7aはパッチ1
の非共鳴辺9の延びる方向とほぼ直角に延び、開口の1
頂点とパッチ1の非共鳴辺9とが重なりあって開口がパ
ッチ1の外部と連絡する位置で、給電配線7aは四辺形
パッチ13に接続している。Inside the opening, a quadrilateral patch 13 made of a conductor is provided. As a matter of course, the quadrilateral patch 13 is also formed on the dielectric substrate 4 by printing or the like. In the quadrilateral patch 13, the diagonal line extends in the direction of the diagonal line 10 of the opening. The separation distance between the edge of the opening and the quadrilateral patch 13 is determined by the distances D1 and D2 between the opposing sides. A power supply line 7a for supplying power to the quadrilateral patch 13 is provided on the dielectric substrate 4, and the power supply line 7a is
Extends substantially perpendicular to the direction in which the non-resonant side 9 extends, and
The power supply wiring 7 a is connected to the quadrilateral patch 13 at a position where the vertex and the non-resonant side 9 of the patch 1 overlap and the opening communicates with the outside of the patch 1.
【0020】このように構成することにより、パッチ1
は直線偏波パッチアンテナとして機能することになる。
また、四辺形の頂点に給電されていることにより、四辺
形パッチ13は、円偏波パッチアンテナとして機能す
る。直線偏波パッチアンテナの共鳴辺の長さが半波長で
あり、また、パッチ1の内部に四辺形パッチ13が存在
することを考慮すると、直線偏波パッチアンテナである
パッチ1は第1の周波数f1で動作し、円偏波パッチア
ンテナである四辺形パッチ13は、第1の周波数f1よ
り高い第2の周波数f2で動作することになる。これに
より、図1に示すパッチアンテナは、デュアルモードパ
ッチアンテナとして機能することになる。With this configuration, the patch 1
Will function as a linearly polarized patch antenna.
In addition, by supplying power to the vertices of the quadrilateral, the quadrilateral patch 13 functions as a circularly polarized patch antenna. Considering that the length of the resonance side of the linearly polarized patch antenna is half a wavelength and that the quadrangular patch 13 is present inside the patch 1, the patch 1 that is the linearly polarized patch antenna has the first frequency. The quadrilateral patch 13 that operates at f1 and is a circularly polarized patch antenna operates at a second frequency f2 higher than the first frequency f1. Thus, the patch antenna shown in FIG. 1 functions as a dual mode patch antenna.
【0021】さらに、このパッチアンテナでは、開口の
縁と四辺形パッチ13の間の分離距離D1及びD2を調
節することで、2つの所望の周波数(第1の周波数f1
と第2の周波数f2)での利得とマッチング(整合)を
得ることができる。Further, in this patch antenna, by adjusting the separation distances D1 and D2 between the edge of the aperture and the quadrangular patch 13, two desired frequencies (the first frequency f1) are adjusted.
And the gain (matching) at the second frequency f2).
【0022】以下、数値を挙げて、第1の実施の形態の
デュアルモードパッチアンテナの具体例を説明する。Hereinafter, specific examples of the dual mode patch antenna of the first embodiment will be described with numerical values.
【0023】厚さTCが約1.524mm(60ミ
ル)、誘電率P1が10である誘電体基板4に、共鳴辺
2,3の長さL1が70mm、非共鳴辺8,9の長さL
2が58.79mmとなるように、略矩形のパッチ1が
印刷されている。パッチ1用の給電配線7は、非共鳴辺
8のほぼ中央部に接続している。他方の非共鳴辺9に
は、給電配線7の軸の方向に対角線10が延びている矩
形開口が形成されている。この矩形開口の内寸は、L3
が15.92mm、L4が15.92mmである。した
がって、この矩形開口の形状は、正方形である。この開
口内部には、四辺形パッチ2として矩形パッチが設けら
れており、この矩形パッチにおいてその対角線は、開口
の対角線10の方向に延びている。また、矩形パッチの
対角線の延長となるように、矩形パッチ用の給電配線7
aが設けられている。矩形開口と矩形パッチの間の分離
距離D1,D2は、いずれも、5.2mmとした。以上
述べたような数値を採用することにより、このパッチア
ンテナの第1の周波数(直線偏波用の周波数)は0.9
GHzとなり、第2の周波数(円偏波用の周波数)は
2.12GHzとなる。A dielectric substrate 4 having a thickness TC of about 1.524 mm (60 mils) and a dielectric constant P1 of 10 has a length L1 of resonance sides 2 and 3 of 70 mm and a length of non-resonance sides 8 and 9 L
A substantially rectangular patch 1 is printed so that 2 is 58.79 mm. The power supply wiring 7 for the patch 1 is connected to a substantially central portion of the non-resonant side 8. On the other non-resonant side 9, a rectangular opening in which a diagonal line 10 extends in the direction of the axis of the power supply wiring 7 is formed. The inner size of this rectangular opening is L3
Is 15.92 mm and L4 is 15.92 mm. Therefore, the shape of this rectangular opening is a square. Inside the opening, a rectangular patch is provided as a quadrilateral patch 2, and the diagonal of the rectangular patch extends in the direction of the diagonal 10 of the opening. Also, the power supply wiring 7 for the rectangular patch is extended so as to extend the diagonal line of the rectangular patch.
a is provided. The separation distances D1 and D2 between the rectangular opening and the rectangular patch were both 5.2 mm. By adopting the numerical values as described above, the first frequency (frequency for linear polarization) of this patch antenna is 0.9.
GHz, and the second frequency (frequency for circular polarization) is 2.12 GHz.
【0024】このように製作したデュアルモードパッチ
アンテナの周波数特性をシミュレーションした結果を図
2に示す。図2(a)は0.9GHzの近傍での周波数特
性を示し、図2(b)は2.12GHzの近傍での周波数
特性を示している。図2から、周波数0.9GHz及び
周波数2.12GHzでの共鳴がわかる。アンテナ利得
は、0.9GHzで約3dBであり、2.12GHzで
2dBcである。また、図3(a),(b)は、それぞれ、
0.9GHzと2.12GHzでの上述のデュアルモー
ドパッチアンテナの放射パターンを示すグラフである。
図3に示すように、放射パターンは、いずれの周波数に
おいても、ほぼ全方向性(もちろん、前方方向に対して
であるが)を示している。このデュアルモードパッチア
ンテナのマッチング及び利得は、パッチアンテナの外部
に設けるマッチングネットワークによって最適化される
と考えられる。マッチングネットワークを用いることに
より、所望の特性を有するデュアルモードパッチアンテ
ナをより容易に実現しやすくなると考えられる。FIG. 2 shows the result of simulating the frequency characteristics of the dual mode patch antenna manufactured as described above. FIG. 2A shows frequency characteristics near 0.9 GHz, and FIG. 2B shows frequency characteristics near 2.12 GHz. FIG. 2 shows resonance at a frequency of 0.9 GHz and a frequency of 2.12 GHz. The antenna gain is about 3 dB at 0.9 GHz and 2 dBc at 2.12 GHz. FIGS. 3 (a) and 3 (b) respectively show
FIG. 5 is a graph showing the radiation patterns of the above-described dual mode patch antenna at 0.9 GHz and 2.12 GHz.
As shown in FIG. 3, the radiation pattern shows almost omnidirectionalness (of course in the forward direction) at any frequency. It is considered that the matching and the gain of the dual mode patch antenna are optimized by a matching network provided outside the patch antenna. It is considered that the use of the matching network makes it easier to realize a dual mode patch antenna having desired characteristics.
【0025】図4は、本発明の第2の実施の形態のデュ
アルモードパッチアンテナを示す斜視図である。第2の
実施の形態のパッチアンテナは、図1に示した第1の実
施の形態のパッチアンテナと同様の構成のものである
が、円偏波用の四辺形パッチ13に対する給電配線を設
けていない点で相違する。四辺形パッチ13への給電
は、四辺形パッチ13と略矩形の直線偏波用のパッチ1
との間のギャップ(分離距離D1,D2)を介した結合
(カップリング)によって行われる。したがって、円偏
波用の信号も、給電配線7を介してまず直線偏波用のパ
ッチ1に対して給電されることになる。FIG. 4 is a perspective view showing a dual mode patch antenna according to a second embodiment of the present invention. The patch antenna according to the second embodiment has the same configuration as the patch antenna according to the first embodiment shown in FIG. 1, but is provided with a power supply wiring for the quadrilateral patch 13 for circular polarization. No difference. Power is supplied to the quadrilateral patch 13 by using the quadrilateral patch 13 and a substantially rectangular linear polarization patch 1.
(Coupling) via a gap (separation distances D1 and D2). Therefore, the signal for circular polarization is also supplied to the patch 1 for linear polarization via the power supply wiring 7 first.
【0026】以下、数値を挙げて、第2の実施の形態の
デュアルモードパッチアンテナの具体例を説明する。Hereinafter, specific examples of the dual mode patch antenna according to the second embodiment will be described with numerical values.
【0027】厚さTCが約1.524mm(60ミ
ル)、誘電率P1が10である誘電体基板4に、共鳴辺
2,3の長さL1が58.79mm、非共鳴辺8,9の
長さL2が70mmとなるように、略矩形のパッチ1が
印刷されている。給電配線7は、非共鳴辺8のほぼ中央
部に接続している。他方の非共鳴辺9には、給電配線7
の軸の方向に対角線10が延びている矩形開口が形成さ
れている。この矩形開口の内寸は、L3が22.62m
m、L4が22.62mmである。したがって、この矩
形開口の形状は、正方形である。この開口内部には、四
辺形パッチ13として矩形パッチが設けられており、こ
の矩形パッチにおいてその対角線は、開口の対角線10
の方向に延びている。この矩形パッチ専用の給電配線は
設けられていない。矩形開口の縁と矩形パッチの間の分
離距離D1,D2は、いずれも、0.7mmとした。両
方のパッチ1,13間の分離距離D1,D2がこのよう
なものであることにより、両方のパッチ1,13は高周
波的に結合し、給電配線7を介して円偏波用の矩形パッ
チへの給電を行うことが可能になる。A dielectric substrate 4 having a thickness TC of about 1.524 mm (60 mils) and a dielectric constant P1 of 10 has a length L1 of resonance sides 2 and 3 of 58.79 mm and a length L1 of non-resonance sides 8 and 9 of A substantially rectangular patch 1 is printed so that the length L2 is 70 mm. The power supply wiring 7 is connected to a substantially central portion of the non-resonant side 8. The other non-resonant side 9 has a power supply wiring 7
A rectangular opening is formed in which the diagonal line 10 extends in the direction of the axis. The inner size of this rectangular opening is L3 of 22.62 m
m and L4 are 22.62 mm. Therefore, the shape of this rectangular opening is a square. Inside the opening, a rectangular patch is provided as a quadrilateral patch 13, and the diagonal of the rectangular patch is the diagonal 10 of the opening.
Extending in the direction of No power supply wiring dedicated to this rectangular patch is provided. The separation distances D1 and D2 between the edge of the rectangular opening and the rectangular patch were both 0.7 mm. Since the separation distances D1 and D2 between the two patches 1 and 13 are as described above, the two patches 1 and 13 are coupled at a high frequency to form a rectangular patch for circular polarization via the power supply wiring 7. Can be supplied.
【0028】このように製作したデュアルモードパッチ
アンテナの周波数特性をシミュレーションした結果を図
5に示す。図5はデュアルモードパッチアンテナの周波
数特性を示している。図5から、周波数0.7GHz及
び周波数2.12GHzでの共鳴がわかる。アンテナ利
得は、0.7GHzで約0dBであり、2.12GHz
で2dBcである。また、図6(a),(b)は、それぞれ、
0.7GHzと2.12GHzでの上述のデュアルモー
ドパッチアンテナの放射パターンを示すグラフである。
図6に示すように、放射パターンは、いずれの周波数に
おいても、ほぼ全方向性(もちろん、前方方向に対して
であるが)を示している。FIG. 5 shows a result of simulating the frequency characteristics of the dual mode patch antenna manufactured as described above. FIG. 5 shows the frequency characteristics of the dual mode patch antenna. FIG. 5 shows resonance at a frequency of 0.7 GHz and a frequency of 2.12 GHz. The antenna gain is about 0 dB at 0.7 GHz and 2.12 GHz
Is 2 dBc. 6 (a) and 6 (b) respectively show
FIG. 7 is a graph showing the radiation patterns of the above-described dual mode patch antenna at 0.7 GHz and 2.12 GHz.
As shown in FIG. 6, the radiation pattern shows almost omnidirectional (of course, in the forward direction) at any frequency.
【0029】次に、本発明の第3の実施の形態につい
て、図7を用いて説明する。本発明のデュアルモードパ
ッチアンテナでは、2以上の円偏波用の四辺形パッチを
1つの直線偏波用のパッチの中に組み入れることができ
る。図7に示したデュアルモードパッチアンテナは、図
4に示したパッチアンテナにおいて、非共鳴辺8,9の
長さ方向に複数(N個;N≧2)の開口18を設けてこ
れら各開口18にそれぞれ導体からなる円偏波用のパッ
チ17を配した構成のものである。開口18の形状は四
辺形であって、円偏波用パッチ17の形状も四辺形であ
る。各円偏波用パッチ17間の分離距離は、直線偏波用
のパッチ1の共鳴辺2,3に平行な方向での距離DN及
び共鳴辺2,3の方向に直交する方向の距離DHで表わ
される。DN及びDHは、このパッチアンテナの全体に
わたってそれぞれ同一であってもよいし、円偏波用のパ
ッチ17ごとに異なっていてもよい。このパッチアンテ
ナでは、上述のDN及びDHを決定することによって、
配列の形態として実現可能な放射パターンを決定する。
また、円偏波用のパッチ17と直線偏波用のパッチ1と
の間の分離距離(ギャップ)を調節することにより、利
得やマッチングを調整することができる。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the dual mode patch antenna of the present invention, two or more quadrilateral patches for circular polarization can be incorporated into one linear polarization patch. The dual mode patch antenna shown in FIG. 7 is different from the patch antenna shown in FIG. 4 in that a plurality (N; N ≧ 2) of openings 18 are provided in the length direction of the non-resonant sides 8 and 9. And a circularly polarized patch 17 made of a conductor. The shape of the opening 18 is a quadrilateral, and the shape of the circular polarization patch 17 is also a quadrilateral. The separation distance between the circular polarization patches 17 is a distance DN in a direction parallel to the resonance sides 2 and 3 of the linear polarization patch 1 and a distance DH in a direction orthogonal to the directions of the resonance sides 2 and 3. Is represented. DN and DH may be the same throughout the entire patch antenna, or may be different for each circularly polarized patch 17. In this patch antenna, by determining the above DN and DH,
The radiation pattern that can be realized in the form of the array is determined.
The gain and matching can be adjusted by adjusting the separation distance (gap) between the circularly polarized patch 17 and the linearly polarized patch 1.
【0030】次に、本発明の第4の実施の形態のデュア
ルモードパッチアンテナについて説明する。図7に示し
たデュアルモードパッチアンテナでは、複数個の円偏波
用のパッチを1列に並べて直線偏波用のパッチに組み込
んでいたが、円偏波用パッチの列を複数列用意して直線
偏波用のパッチ内に組み込み、直線偏波用パッチ内で円
偏波用のパッチが2次元配列するような構成とすること
もできる。Next, a dual mode patch antenna according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In the dual mode patch antenna shown in FIG. 7, a plurality of circularly polarized patches are arranged in a single line and incorporated into a linearly polarized patch, but a plurality of circularly polarized patches are prepared. It is also possible to adopt a configuration in which patches for circular polarization are two-dimensionally arranged in a patch for linear polarization, in a patch for linear polarization.
【0031】図8は、第4の実施の形態のデュアルモー
ドパッチアンテナを示す斜視図であり、ここでは、円偏
波用パッチの列を直線偏波用のパッチに2列組み込んだ
例を示している。誘電体基板4上に略矩形の直線偏波用
のパッチ1が形成されており、パッチ1の非共鳴辺8,
9に平行に複数の四辺形の開口18が第1列として配置
し、さらに、第1列とは別に、非共鳴辺8,9に平行に
複数の四辺形の開口21が第2列として配置している。
誘電体基板4の裏面には、地板5が設けられている。第
2列の各開口21は、その1つの頂点部分が非共鳴辺9
と重なり合うことによって、直線偏波用のパッチ1の外
側と連通している。これに対し、第1列の各開口18
は、いずれも、直線偏波用のパッチ1に完全に囲まれて
いる。各開口18,21の中には、四辺形の円偏波用の
パッチ17がそれぞれ形成されている。各円偏波用パッ
チ17間の分離距離は、直線偏波用のパッチ1の共鳴辺
2,3に平行な軸における距離DN1と、共鳴辺2,3
に直交する方向での距離DH1とによって表わされる。
DN1及びDH1は、このパッチアンテナの全体にわた
ってそれぞれ同一であってもよいし、円偏波用のパッチ
17ごとに異なっていてもよい。このパッチアンテナで
は、上述のDN1及びDH1を決定することによって、
配列の形態として実現可能な放射パターンを決定する。
また、円偏波用のパッチ17と直線偏波用のパッチ1と
の間の分離距離(ギャップ)G1,G2,G3,G4を
調節することにより、利得やマッチング、軸比を調整す
ることができ、これらの最高性能を得ることができるよ
うになっている。なお、ギャップは、円偏波用のパッチ
ごとに異なっていてもよく、また、対をなす開口ごとに
異なっていてもよい。FIG. 8 is a perspective view showing a dual mode patch antenna according to the fourth embodiment. Here, an example is shown in which two rows of circularly polarized patches are incorporated in a linearly polarized patch. ing. A substantially rectangular linear polarization patch 1 is formed on a dielectric substrate 4, and the non-resonant sides 8,
A plurality of quadrangular openings 18 are arranged in parallel with the first row, and a plurality of quadrangular apertures 21 are arranged in parallel with the non-resonant sides 8, 9 as a second row separately from the first row. are doing.
On the back surface of the dielectric substrate 4, a ground plate 5 is provided. Each of the openings 21 in the second row has one apex portion having a non-resonant side 9
And communicates with the outside of the patch 1 for linear polarization. In contrast, each opening 18 in the first row
Are completely surrounded by the patch 1 for linear polarization. In each of the openings 18 and 21, a patch 17 for quadrilateral circular polarization is formed. The separation distance between the circularly polarized patches 17 is determined by the distance DN1 on the axis parallel to the resonance sides 2 and 3 of the linearly polarized patch 1 and the resonance sides 2 and 3
And a distance DH1 in a direction orthogonal to
DN1 and DH1 may be the same throughout the entire patch antenna, or may be different for each circularly polarized patch 17. In this patch antenna, by determining the above DN1 and DH1,
The radiation pattern that can be realized in the form of the array is determined.
In addition, by adjusting the separation distances (gaps) G1, G2, G3, and G4 between the patch 17 for circular polarization and the patch 1 for linear polarization, it is possible to adjust gain, matching, and axial ratio. It is possible to obtain these highest performances. The gap may be different for each circular polarization patch, or may be different for each pair of apertures.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、直線偏波
用のパッチ内に円偏波用のパッチを組み入れることによ
り、第1の周波数では直線偏波パッチアンテナとして動
作し、第1の周波数より高い第2の周波数では円偏波パ
ッチアンテナとして動作するパッチアンテナが得られ、
これにより、小型で特性に優れたデュアルモードパッチ
アンテナが得られるという効果がある。As described above, the present invention operates as a linearly polarized wave patch antenna at the first frequency by incorporating a circularly polarized wave patch into the linearly polarized wave patch. At a second frequency higher than the frequency, a patch antenna operating as a circularly polarized patch antenna is obtained,
Thus, there is an effect that a dual mode patch antenna having a small size and excellent characteristics can be obtained.
【図1】本発明の第1の実施の形態のデュアルモードパ
ッチアンテナを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a dual mode patch antenna according to a first embodiment of the present invention.
【図2】(a),(b)は、それぞれ、0.9GHzと2.1
2GHzの近傍での第1の実施の形態のデュアルモード
パッチアンテナの周波数特性を示すグラフである。FIGS. 2 (a) and (b) are 0.9 GHz and 2.1 GHz, respectively.
5 is a graph illustrating frequency characteristics of the dual mode patch antenna according to the first embodiment near 2 GHz.
【図3】(a),(b)は、それぞれ、0.9GHzと2.1
2GHzでの第1の実施の形態のデュアルモードパッチ
アンテナの放射パターンを示すグラフである。FIGS. 3A and 3B are 0.9 GHz and 2.1 GHz, respectively.
4 is a graph illustrating a radiation pattern of the dual mode patch antenna according to the first embodiment at 2 GHz.
【図4】第2の実施の形態のデュアルモードパッチアン
テナを示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a dual mode patch antenna according to a second embodiment.
【図5】第2の実施の形態のアンテナの周波数特性を示
すグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating frequency characteristics of the antenna according to the second embodiment.
【図6】(a),(b)は、それぞれ、0.7GHzと2.2
GHzでの第2の実施の形態のデュアルモードパッチア
ンテナの放射パターンを示すグラフである。FIGS. 6 (a) and (b) are 0.7 GHz and 2.2 GHz, respectively.
It is a graph which shows the radiation pattern of the dual mode patch antenna of a 2nd embodiment at GHz.
【図7】第3の実施の形態のデュアルモードパッチアン
テナを示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view illustrating a dual mode patch antenna according to a third embodiment.
【図8】第4の実施の形態のデュアルモードパッチアン
テナを示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view illustrating a dual mode patch antenna according to a fourth embodiment.
【図9】従来の二重周波数パッチアンテナの一例を示す
斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing an example of a conventional dual frequency patch antenna.
【図10】従来のデュアルモードパッチアンテナの一例
を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing an example of a conventional dual mode patch antenna.
1,17 パッチ 2,3 共鳴辺 4 誘電体基板 5 地板 8,9 非共鳴辺 7,7a 給電配線 13 四辺形パッチ 18,21 開口 Reference Signs List 1,17 Patch 2,3 Resonant edge 4 Dielectric substrate 5 Ground plate 8,9 Non-resonant edge 7,7a Feeding wiring 13 Quadrilateral patch 18,21 Opening
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J021 AA02 AA09 AA13 AB06 CA03 GA08 HA05 HA10 JA03 JA05 JA06 JA07 5J045 AA03 AA12 AB05 CA01 CA04 DA10 EA07 FA02 HA03 LA01 MA07 NA01 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F term (reference) 5J021 AA02 AA09 AA13 AB06 CA03 GA08 HA05 HA10 JA03 JA05 JA06 JA07 5J045 AA03 AA12 AB05 CA01 CA04 DA10 EA07 FA02 HA03 LA01 MA07 NA01
Claims (11)
第1のパッチと、 前記第1のパッチに給電するために前記誘電体基板上に
形成された給電配線と、 導体からなり、前記第1のパッチに形成された開口内に
おいて当該開口の縁から分離距離を隔てて前記誘電体基
板上に形成された円偏波用の第2のパッチと、を有する
デュアルモードパッチアンテナ。1. A dielectric substrate, a first linear polarization patch formed of a conductor formed on the dielectric substrate, and formed on the dielectric substrate to supply power to the first patch And a second patch for circular polarization formed on the dielectric substrate at a separation distance from an edge of the opening in the opening formed in the first patch, the feeding patch comprising: , Having a dual mode patch antenna.
給電配線が前記第1のパッチの一方の非共鳴辺に接続
し、前記開口の形状が四辺形であり、前記第2のパッチ
の形状が四辺形である、請求項1に記載のデュアルモー
ドパッチアンテナ。2. The second patch, wherein the first patch is substantially rectangular, the power supply wiring is connected to one non-resonant side of the first patch, and the shape of the opening is quadrilateral, and The dual mode patch antenna according to claim 1, wherein the shape of the antenna is a quadrilateral.
の他方の非共鳴辺と重なり合うことによって、前記開口
が前記第1のパッチの外側と連通している、請求項2に
記載のデュアルモードパッチアンテナ。3. The opening according to claim 2, wherein one vertex of the opening overlaps the other non-resonant side of the first patch so that the opening communicates with the outside of the first patch. Dual mode patch antenna.
前記第2のパッチに給電するための第2の給電配線が前
記誘電体基板上に設けられ、前記第2の給電配線は、前
記開口の連通部を介して、前記第2のパッチの1頂点に
接続する、請求項3に記載のデュアルモードパッチアン
テナ。4. A second power supply line for supplying power to the second patch independently of power supply to the first patch is provided on the dielectric substrate, and the second power supply line is The dual mode patch antenna according to claim 3, wherein the antenna is connected to one vertex of the second patch via a communication portion of the opening.
のカップリングにより、前記給電配線及び前記第1のパ
ッチを介して前記第2のパッチに給電が行われる請求項
2または3に記載のデュアルモードパッチアンテナ。5. The power supply to the second patch through the power supply wiring and the first patch by coupling of the first patch and the second patch. The described dual mode patch antenna.
れることによって複数の前記第2のパッチを有する請求
項5に記載のデュアルモードパッチアンテナ。6. The dual mode patch antenna according to claim 5, wherein the first patch has a plurality of openings by providing a plurality of openings.
に平行な方向に配列している請求項6に記載のデュアル
モードパッチアンテナ。7. The dual mode patch antenna according to claim 6, wherein the plurality of second patches are arranged in a direction parallel to the non-resonant side.
に平行な方向に複数列配列し、少なくとも1列におい
て、前記開口が前記第1のパッチに完全に囲まれてお
り、前記第1のパッチと前記第2のパッチとのカップリ
ングにより、前記給電配線及び前記第1のパッチを介し
て前記第2のパッチに給電が行われる請求項2に記載の
デュアルモードパッチアンテナ。8. The plurality of second patches are arranged in a plurality of rows in a direction parallel to the non-resonant side, and in at least one row, the openings are completely surrounded by the first patches. The dual-mode patch antenna according to claim 2, wherein power is supplied to the second patch via the power supply wiring and the first patch by coupling of the first patch and the second patch.
し、前記第2のパッチが前記第1の周波数より高い第2
の周波数で動作する、請求項1乃至8いずれか1項に記
載のデュアルモードパッチアンテナ。9. The first patch operates at a first frequency, and the second patch operates at a second frequency higher than the first frequency.
The dual mode patch antenna according to any one of claims 1 to 8, which operates at a frequency of:
ッチが矩形である請求項1乃至4いずれか1項に記載の
デュアルモードパッチアンテナ。10. The dual mode patch antenna according to claim 1, wherein the opening is rectangular, and the second patch is rectangular.
前記第1の周波数及び前記第2の周波数での利得とマッ
チングが最適化される請求項9に記載のデュアルモード
パッチアンテナ。11. By adjusting the separation distance,
The dual mode patch antenna according to claim 9, wherein gain and matching at the first frequency and the second frequency are optimized.
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---|---|---|---|
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WO2006131837A1 (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Receptec Holdings Llc | Single-feed multi-frequency multi-polarization antenna |
US7277056B1 (en) | 2006-09-15 | 2007-10-02 | Laird Technologies, Inc. | Stacked patch antennas |
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US7587183B2 (en) | 2006-12-15 | 2009-09-08 | Laird Technologies, Inc. | Multi-frequency antenna assemblies with DC switching |
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US8432315B2 (en) | 2009-12-01 | 2013-04-30 | Kia Motors Corporation | Patch antenna |
-
1998
- 1998-11-26 JP JP33624498A patent/JP3344467B2/en not_active Expired - Fee Related
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US7528780B2 (en) | 2006-09-15 | 2009-05-05 | Laird Technologies, Inc. | Stacked patch antennas |
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |