JP2001244726A - Stacked antenna using recessed rectangular patch antenna - Google Patents

Stacked antenna using recessed rectangular patch antenna

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JP2001244726A
JP2001244726A JP2000052618A JP2000052618A JP2001244726A JP 2001244726 A JP2001244726 A JP 2001244726A JP 2000052618 A JP2000052618 A JP 2000052618A JP 2000052618 A JP2000052618 A JP 2000052618A JP 2001244726 A JP2001244726 A JP 2001244726A
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Japan
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antenna
patch
layer
stack
concave
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Application number
JP2000052618A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Arai
宏之 新井
Hideo Mitsumoto
秀夫 光本
Koichi Takano
好一 高野
Shigehisa Yoshimoto
繁壽 吉本
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ADVANCED SPACE COMM RES LAB
Advanced Space Communications Research Laboratory
Original Assignee
ADVANCED SPACE COMM RES LAB
Advanced Space Communications Research Laboratory
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stacked antenna for circularly polarized wave that relates to an antenna adopting a microstrip structure for a hand-held type mobile phone in mobile communication, adopts a structure not needing hole processing for the purpose of ease of manufacture without requiring high accuracy, even for pattern manufacture, and is a stack antenna suitable for mass- production and industrialization, especially having sufficient separation between transmission and reception. SOLUTION: The transmission reception separation type stacked antenna of this invention that is the transmission reception separation type stacked antenna used for the mobile communication hand-held mobile phone, is characterized in that the antenna has an upper layer antenna consisting of a rectangular patch antenna and a lower layer antenna, consisting of a rectangular patch antenna whose one side is recessed, and the upper layer antenna and the lower layer antenna are laminated, power is fed to the upper layer antenna by electromagnetic coupling by a strip line provided to the recessed part of the lower layer antenna and the upper layer and lower layer patch antennas are excited by a circularly polarized wave.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、移動体通信にお
けるハンドヘルド型携帯電話機用のアンテナで、マイク
ロストリップ構造のアンテナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna for a hand-held portable telephone in mobile communication, and more particularly to an antenna having a microstrip structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】携帯電話機の小型軽量化に有用なマイク
ロストリップアンテナに関しての従来技術の例が、文献
「図説アンテナ、後藤尚久著」(p231−232)に
示されている。
2. Description of the Related Art An example of a prior art relating to a microstrip antenna useful for reducing the size and weight of a portable telephone is disclosed in the document "Illustrated Antenna, Naohisa Goto" (p. 231-232).

【0003】該文献には、移動体衛星通信用のアンテナ
として図10,図11に示されるようなマイクロストリ
ップアンテナ(パッチアンテナ)19をスタック(積
層)化し、送信信号と受信信号とを分離する特性を有す
るセルフダイプレクシング(Self-diplexing)アンテナ
が紹介されている。これは、大きさの異なる円形のパッ
チアンテナを重ねて1つのアンテナとする方法である。
In this document, a microstrip antenna (patch antenna) 19 as shown in FIGS. 10 and 11 is stacked as a mobile satellite communication antenna, and a transmission signal and a reception signal are separated. A self-diplexing antenna having characteristics is introduced. This is a method in which circular patch antennas of different sizes are stacked to form one antenna.

【0004】2つのパッチアンテナに直接給電する方法
として、まず、図10(a)に示すように下層のパッチ
アンテナの給電は、中心からずれた位置で同軸線路の内
部導体20を接続し、上層の円形パッチアンテナへの給
電は、下層の円形パッチアンテナの導体線を太くし(円
環アンテナ)太い導体線の内部を貫通する給電線21で
行なう。
As a method of directly feeding power to two patch antennas, first, as shown in FIG. 10A, the lower patch antenna is fed by connecting the inner conductor 20 of the coaxial line at a position deviated from the center, and The power supply to the circular patch antenna is performed by a feed line 21 that extends through the inside of the thick conductor wire by making the conductor wire of the lower circular patch antenna thick (annular antenna).

【0005】このようにして作られたアンテナは、上下
のパッチアンテナに、それぞれ独立に給電することがで
き、それぞれアンテナは独立に設計できる。また、送信
と受信に別々の給電回路を用いるため送受信信号を分離
できる利点を有している。なお、円偏波励振のため、図
11に示したように上下のパッチアンテナをそれぞれ独
立に2点(22,23及び24,25)で給電し、2点
間の位相を90度シフトさせている。
[0005] The antenna thus manufactured can independently supply power to the upper and lower patch antennas, and each antenna can be independently designed. Further, since separate power supply circuits are used for transmission and reception, there is an advantage that transmission / reception signals can be separated. In order to excite circularly polarized waves, the upper and lower patch antennas are independently fed at two points (22, 23 and 24, 25) as shown in FIG. 11, and the phase between the two points is shifted by 90 degrees. I have.

【0006】図10,図11に示した従来のスタックア
ンテナの例では、上層パッチアンテナに対する給電のた
めの穴あけ、スルーホール等の加工を要し、また、上下
のパッチアンテナが機械的に接続されるため、調整が容
易でない欠点があった。
In the example of the conventional stack antenna shown in FIGS. 10 and 11, a hole for supplying power to the upper-layer patch antenna, processing of a through hole or the like is required, and the upper and lower patch antennas are mechanically connected. Therefore, there is a disadvantage that adjustment is not easy.

【0007】また、これを改善したものとして、同じ出
願人により矩形パッチアンテナを積層したスタックアン
テナが提案されている(特開平11−251828号公
報参照。)。
[0007] As an improvement, a stack antenna in which rectangular patch antennas are stacked has been proposed by the same applicant (see JP-A-11-251828).

【0008】しかし、これら従来例には次のような欠点
が存在した。 (1)従来技術のパッチアンテナで構成される送受分離型
スタックアンテナでは、電界分布の乱れを少なくするた
めの給電構造が複雑であり、また、製作時に調整が容易
でない等改善の余地があった。
However, these conventional examples have the following disadvantages. (1) In the transmission / reception separated type stack antenna composed of the patch antenna of the prior art, the feeding structure for reducing the disturbance of the electric field distribution is complicated, and there is room for improvement such as difficulty in adjustment during manufacturing. .

【0009】(2)スタックアンテナでは、積層したパッ
チ間および給電部間の相互結合の問題が有り、特に、送
受信周波数帯が近い場合は分離度が低下するため、セル
フダイプレクシング特性の良好なパッチ形状の組み合わ
せ、各パッチへの給電方法、および給電系配置について
も改善の余地があった。
(2) In the stack antenna, there is a problem of mutual coupling between the stacked patches and between the feeding parts. In particular, when the transmission and reception frequency bands are close to each other, the degree of separation is reduced, so that the self-diplexing characteristic is excellent. There is also room for improvement in the combination of patch shapes, the power supply method to each patch, and the power supply system arrangement.

【0010】(3)工業化、実用化の課題として、さらな
る小型化と上下の各アンテナの所要特性の再現性が良
く、かつ、製作の容易な形式のスタックアンテナの実現
が求められていた。
(3) As a problem of industrialization and practical use, there has been a demand for further reduction in size, realization of a stack antenna having good reproducibility of required characteristics of the upper and lower antennas, and of a type which is easy to manufacture.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、穴加工を
必要としない構造を採用していて製作が容易であり、ま
た、パターン製作にも高精度を要しないで、大量生産に
向き工業化に適しているスタックアンテナを提供するこ
とを目的にし、特に移動体通信におけるハンドヘルド型
携帯電話機に取り付けることにより、構造が簡易で特性
の良好なアンテナ部が実現できるとともに、送受信間の
分離度が十分な円偏波スタックアンテナを提供すること
を目的とする。
The present invention employs a structure that does not require drilling, is easy to manufacture, does not require high precision in pattern manufacturing, and is suitable for mass production and industrialization. Aiming to provide a suitable stack antenna, especially by attaching it to a hand-held type mobile phone in mobile communication, an antenna unit with a simple structure and good characteristics can be realized, and the isolation between transmission and reception is sufficient. An object is to provide a circularly polarized stack antenna.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の送受分離型ス
タックアンテナは、移動体通信用ハンドヘルド型携帯電
話機に用いられる送受分離型スタックアンテナにおい
て、矩形パッチアンテナからなる上層のアンテナ、及び
一辺が凹んだ矩形パッチアンテナ(以下、凹型アンテナ
という。)からなる下層アンテナを有し、該上層アンテ
ナ及び下層アンテナを積層化したことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a separate transmitting / receiving stack antenna for use in a mobile communication handheld portable telephone, wherein the upper layer antenna formed by a rectangular patch antenna and one side are concave. A lower-layer antenna comprising a rectangular patch antenna (hereinafter referred to as a concave antenna), wherein the upper-layer antenna and the lower-layer antenna are stacked.

【0013】さらに、上記上層アンテナへの給電が前記
下層アンテナの凹み部分に設けたストリップラインによ
る電磁結合によりなされ、また、前記上層及び下層のパ
ッチアンテナが円偏波励振されることを特徴とする。
Further, power is supplied to the upper layer antenna by electromagnetic coupling using a strip line provided in a concave portion of the lower layer antenna, and the upper and lower patch antennas are excited by circularly polarized waves. .

【0014】また、下層の凹型パッチアンテナへの給電
もストリップラインによって行われ、該下層アンテナ給
電用のストリップラインと前記上層アンテナ給電用のス
トリップラインとが直交関係にあることを特徴とする。
Further, power is supplied to the lower-layer concave patch antenna by a strip line, and the lower-layer antenna power supply strip line and the upper-layer antenna power supply strip line are orthogonal to each other.

【0015】すなわち、本発明の技術的手段としては、
給電方法を含めてアンテナの小型化と簡易な構造となる
以下の手段を組み合わせたものである。 (1) 上層パッチの励振位置にストリップラインを配
置するため、下層パッチアンテナの一辺を凹ませた形状
の凹型パッチアンテナを下層パッチアンテナとし、上層
パッチは矩形パッチとする組み合わせのスタックアンテ
ナ形式とする。 (2) ストリップラインによる同一平面での給電方式
により製作・調整の簡易化を図ることとし、穴加工を要
しない構造で上層のパッチを励振できる構造を実現する
ための方法として、上層パッチに対する励振に電磁結合
による方法を考える。 (3) セルフダイプレクシング特性(分離度)を良く
するため、励振方向を直交させる。さらに、上層パッチ
励振用ストリップライン、下層パッチアンテナ励振用ス
トリップラインの配置を直交させ、結合を小さくする。
That is, as technical means of the present invention,
This is a combination of the following means for downsizing and simple structure of the antenna including the power supply method. (1) In order to dispose the strip line at the excitation position of the upper patch, a concave patch antenna having a shape in which one side of the lower patch antenna is recessed is used as the lower patch antenna, and the upper patch is a stack antenna type in which a rectangular patch is used. . (2) To simplify the production and adjustment by a power supply system on the same plane by a strip line, and to excite the upper layer patch as a method for realizing a structure capable of exciting the upper layer patch without a hole drilling structure. Consider a method using electromagnetic coupling. (3) In order to improve the self-diplexing characteristics (degree of separation), the excitation directions are orthogonalized. Further, the arrangement of the upper-layer patch excitation stripline and the lower-layer patch antenna excitation stripline is made orthogonal to reduce the coupling.

【0016】この結果、次のような利点がある。 (1-1)スタックアンテナのパッチアンテナ形状の組み合
わせとして、下層のパッチに一辺が凹んだ凹型を用いる
ことにより、凹部分にストリップラインを設けることが
できる。
As a result, there are the following advantages. (1-1) As a combination of the shape of the patch antenna of the stack antenna, a strip line can be provided in the concave portion by using a concave shape in which one side is concave in the lower layer patch.

【0017】(1-2)凹部分に設けた先端開放のストリッ
プライン部分と上層パッチとの対面部分での電磁結合を
用いることによって、上層パッチの励振を下層パッチと
同一平面のストリップラインで行なうことができる。
(1-2) The upper patch is excited by a strip line on the same plane as the lower patch by using the electromagnetic coupling at the face of the strip patch with the open end provided in the recess and the upper patch. be able to.

【0018】(1-3)凹型のパッチ形状では、一部の電流
分布が凹み部分に沿って曲がった部分があるため等価的
に共振周波数が低くなる。従って、同一周波数に対する
共振パッチのサイズが小さくなる。
(1-3) In the concave patch shape, the resonance frequency is equivalently reduced because a part of the current distribution is bent along the concave portion. Therefore, the size of the resonance patch for the same frequency is reduced.

【0019】(2-1)下層パッチの形状に細いパターン部
分がないため、エッチング等で製作する場合の精度が緩
和される。 (2-2)上層パッチの励振方法として電磁結合を用いるた
め、背面から給電する場合に必要な穴あけ加工およびス
ルーホールが不必要となり、製作が簡易化できる。
(2-1) Since there is no thin pattern portion in the shape of the lower layer patch, the accuracy in manufacturing by etching or the like is eased. (2-2) Since electromagnetic coupling is used as an excitation method for the upper layer patch, drilling and through-holes required when power is supplied from the rear side are not required, and the production can be simplified.

【0020】(3-1)上層のパッチアンテナは、給電線と
機械的に接続されていないため、電磁結合の結合度調整
や下層アンテナとの相互結合等の調整が容易である。 (3-2)凹み部分に設けた先端開放のストリップラインと
下層パッチアンテナに対する給電方向が直交しているた
め、パッチおよびストリップライン間の結合が小さく、
従って、上下パッチアンテナ間の分離度がよく、セルフ
ダイプレクシング動作が良好である。
(3-1) Since the upper patch antenna is not mechanically connected to the feeder line, it is easy to adjust the degree of electromagnetic coupling and the mutual coupling with the lower antenna. (3-2) Since the feeding direction to the lower-layer patch antenna is orthogonal to the strip line with the open end provided in the concave portion, the coupling between the patch and the strip line is small,
Therefore, the degree of separation between the upper and lower patch antennas is good, and the self-diplexing operation is good.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明をより詳細に説明するため
に、添付の図面に従ってこれを説明する。図1は、本発
明のスタックアンテナ1の全体斜視図を示す。下層に凹
型パッチアンテナ2、上層に矩形パッチアンテナ3を設
け、これらを積層したものである。各パッチアンテナの
給電はそれぞれ下層パッチアンテナと同一面上に形成し
たストリップライン4,5で行なう構成である。なお、
6,7は誘電体基板である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an overall perspective view of a stack antenna 1 of the present invention. A concave patch antenna 2 is provided in a lower layer, and a rectangular patch antenna 3 is provided in an upper layer, and these are stacked. The feeding of each patch antenna is performed by strip lines 4 and 5 formed on the same plane as the lower patch antenna. In addition,
6 and 7 are dielectric substrates.

【0022】下層のパッチアンテナについての励振用給
電は、図2に示すようなパッチアンテナとストリップラ
インが直接接続されるストリップライン給電形構造であ
り、上層のパッチアンテナは、図3に示すような下層パ
ッチアンテナを一回り小さくしたパッチアンテナとし、
縦横の中心軸を共通とする位置に置かれ、下層パッチ面
と同一面上に形成したストリップラインにより上層アン
テナへの電磁的結合により行われる。
The excitation power supply for the lower-layer patch antenna is a strip line power supply type structure in which the patch antenna and the strip line are directly connected as shown in FIG. 2, and the upper-layer patch antenna is as shown in FIG. The lower patch antenna is a patch antenna that is one size smaller,
It is placed at a position where the vertical and horizontal central axes are common, and is electromagnetically coupled to the upper layer antenna by a strip line formed on the same plane as the lower layer patch surface.

【0023】一般にスタックアンテナでは送受信周波数
が異なるため、単体アンテナを積層して、アンテナ全体
の占有面積を小さくしている。このとき、上下のパッチ
アンテナは、それぞれの給電系により励振されるが、積
層することにより、給電構造に制約を受けたり、また、
独立のアンテナとして動作するよう、お互いの電界分布
の乱れを軽減するような工夫を施している。
In general, since the transmitting and receiving frequencies are different in the stack antenna, the single antennas are stacked to reduce the occupied area of the entire antenna. At this time, the upper and lower patch antennas are excited by the respective feed systems, but by stacking, the feed structure is restricted,
In order to operate as an independent antenna, measures have been taken to reduce the disturbance of the electric field distribution of each other.

【0024】特性比較を行うための下層アンテナとし
て、図4(a)には、上記スタックアンテナの下層パッ
チアンテナとして、穴付き方形パッチアンテナの例を、
図4(b)には、本発明で用いている凹型パッチアンテ
ナの形状を示す。上記穴付き方形パッチアンテナは、上
層パッチアンテナへの給電を裏面から行なう場合の給電
点を中心とする方形の穴を持つパッチアンテナである。
凹型パッチアンテナは、穴付きパッチアンテナの穴の一
辺とパッチの辺との間のパターン部分を取り除いたもの
で、矩型の凹みを持つ矩型パッチアンテナで、形状が漢
字の凹の字に似た形状である。
FIG. 4A shows an example of a rectangular patch antenna with holes as a lower layer patch antenna of the above stack antenna as a lower layer antenna for comparing characteristics.
FIG. 4B shows the shape of the concave patch antenna used in the present invention. The above-described rectangular patch antenna with holes is a patch antenna having a square hole centered on a feeding point when power is supplied to the upper patch antenna from the back surface.
A concave patch antenna is a rectangular patch antenna with a rectangular depression, with the pattern part between one side of the hole of the patch antenna with holes and the side of the patch removed. Shape.

【0025】図5は、図4の2つのパッチ形状について
の共振特性のFDTD(Finite-Difference Time-Domain )
法による解析結果である。なお、FDTD(Finite-Differe
nceTime-Domain )法とは、有限差分時間領域法と呼ば
れる解析法で、電磁界方程式のマクスウェルの方程式を
時間・空間で差分化し、解析空間の電磁界を電界と磁界
を交互に計算するアルゴリズムを用いて時間的に更新し
て出力点の時間応答を得る方法である。図中、実線8が
50mm四方のパッチに対して16mm四方の穴が開いているパ
ッチアンテナ(with hole )の特性であり、破線9が16
×18mmの凹部がある凹型パッチアンテナ(concave )の
特性である。
FIG. 5 shows the FDTD (Finite-Difference Time-Domain) of the resonance characteristics for the two patch shapes of FIG.
It is an analysis result by the method. FDTD (Finite-Differe
The nceTime-Domain method is an analysis method called the finite-difference time-domain method. The algorithm that differentiates the Maxwell equation of the electromagnetic field equation in time and space, and alternately calculates the electromagnetic field in the analysis space between the electric field and the magnetic field. This method is used to obtain a time response of the output point by updating the time point using the time. In the figure, the solid line 8 is
The characteristics of a patch antenna (with hole) in which a 16 mm square hole is opened for a 50 mm square patch.
This is a characteristic of a concave patch antenna (concave) having a concave portion of × 18 mm.

【0026】この解析結果では、構造上の違いから共振
周波数はシフトするが、整合をとれば各共振周波数にお
けるリターンロスが−25dB以上と十分な特性が得られ
ていることが分かる。
From this analysis result, it can be seen that the resonance frequency shifts due to the structural difference, but that the return loss at each resonance frequency is -25 dB or more and sufficient characteristics are obtained if matching is achieved.

【0027】図6は、上記の状態での各アンテナのE面
放射特性の解析結果であり、各アンテナの共振周波数に
おいて、主偏波の放射パターンはほぼ一致していること
が分かる。ただし、凹型では交差偏波レベルが増加して
いるがそのレベルは−15dB程度であり、穴付きパッチ
アンテナを凹型パッチアンテナにしても実際上問題な
い。
FIG. 6 shows an analysis result of the E-plane radiation characteristics of each antenna in the above-mentioned state, and it can be seen that the radiation pattern of the main polarized wave substantially matches at the resonance frequency of each antenna. However, the cross polarization level is increased in the concave type, but the level is about -15 dB, and there is no practical problem even if the patch antenna with holes is a concave patch antenna.

【0028】図1は、本発明のスタックアンテナの構成
図(斜視図)である。厚さt 、誘電率εr1の誘電体基板
6上(裏面は全面アース)に下層の凹型パッチアンテナ
2があり、一辺の長さはL1 でa×bの凹型部分がある
構造となっている。その上に厚さh、誘電率εr2、一辺
がL2 の誘電体7を挟んで誘電体基板と同じ大きさの上
層アンテナが構成されている。上層アンテナ3、下層ア
ンテナ2共にストリップラインから給電されているが、
上層アンテナ3の場合は下層アンテナ2の凹み部分10
をストリップラインが通り、上層アンテナと電磁結合し
て励振する構成となっている。上層アンテナ3の給電用
ストリップライン5は長さf1 、幅wであり、下層アン
テナの給電用ストリップライン4は長さf2 、幅w、オ
フセット長fo2となっている。
FIG. 1 is a configuration diagram (perspective view) of a stack antenna according to the present invention. The thickness t, the dielectric substrate 6 on the dielectric constant .epsilon.r 1 (back surface entirely ground) to have concave patch antenna 2 in the lower, the length of one side is a structure in which there is a concave portion of a × b in L 1 I have. An upper layer antenna having the same size as the dielectric substrate is formed on the dielectric substrate with a thickness h, a dielectric constant εr 2 , and a side L 2 interposed therebetween. Both upper layer antenna 3 and lower layer antenna 2 are fed from a strip line,
In the case of the upper layer antenna 3, the concave portion 10 of the lower layer antenna 2
Through a strip line, and electromagnetically coupled with an upper layer antenna to excite. The feed strip line 5 of the upper antenna 3 has a length f 1 and a width w, and the feed strip line 4 of the lower antenna 3 has a length f 2 , a width w and an offset length fo 2 .

【0029】本発明では、同一平面上に形成できるスト
リップラインによる給電方式のため、上下のパッチアン
テナの励振方向を直交させることができ、電気的な直交
性の面でも有利であるが、上層パッチアンテナが電磁結
合励振を用いる場合のスタック化の影響を調査してみ
た。
According to the present invention, since the feeding method by the strip line that can be formed on the same plane, the excitation directions of the upper and lower patch antennas can be made orthogonal, which is advantageous in terms of electrical orthogonality. We investigated the effect of stacking when the antenna uses electromagnetic coupling excitation.

【0030】図7は、電磁結合励振による影響調査のた
めのアンテナ構造を示すもので、(a)は、凹型パッチ
アンテナ単体、(b)は、電磁結合励振パッチアンテナ
単体、(c)は、スタックアンテナの構造である。な
お、凹形パッチアンテナの方が、凹形の部分にストリッ
プラインを設けることが可能となるため、上層アンテナ
を電磁結合で励振することができる。この場合、上下の
パッチアンテナの励振方向を直交させることができるた
め、電気的な直交性の面でも有利である。
FIGS. 7A and 7B show an antenna structure for investigating the influence of electromagnetic coupling excitation. FIG. 7A shows a concave patch antenna alone, FIG. 7B shows an electromagnetic coupling excitation patch antenna alone, and FIG. It is a structure of a stack antenna. Since the concave patch antenna can provide a strip line in the concave portion, the upper layer antenna can be excited by electromagnetic coupling. In this case, the excitation directions of the upper and lower patch antennas can be made orthogonal, which is advantageous in terms of electrical orthogonality.

【0031】図8は、単体時共振特性とスタック時共振
特性の解析結果を示す図で、パッチの1辺の長さL1
2 が、それぞれ49.6mm,32mmのときの共振特性で、S
11(only EMC patch) 実線15が、電磁結合励振パッチ
アンテナ単体時、S22(onlyconcave patch )一点破線
16が、凹型パッチアンテナ単体時、S11(stackedpat
ch )点線17、S22(stacked patch )2点破線18
がスタック時のインピーダンス特性を示す。この図か
ら、下層の凹型パッチアンテナは、共振周波数がわずか
に低くなる程度でスタック化による影響は少ないことが
分かる。
[0031] FIG. 8 is a diagram showing an analysis result of a single time of resonance characteristics and the stack when resonance characteristics of one side of the patch length L 1,
L 2 are each 49.6 mm, the resonance characteristic when the 32 mm, S
11 (only EMC patch) The solid line 15 is the electromagnetically coupled excitation patch antenna alone, the S22 (onlyconcave patch) dashed dotted line 16 is the concave patch antenna alone, S11 (stackedpattern)
ch) Dotted line 17, S22 (stacked patch) 2 dotted broken line 18
Indicates the impedance characteristic at the time of stacking. From this figure, it can be seen that the effect of stacking is small in the concave patch antenna in the lower layer to the extent that the resonance frequency is slightly lowered.

【0032】一方、上層のパッチは、図7(b)から
(c)への変化の際に、凹型パッチアンテナが矩形パッ
チアンテナとアース間に入ることにより誘電体層が2分
され実効的な厚さが(h+t)からhに変化することに
よる周波数の上昇分を除いても、共振周波数が高くシフ
トする傾向を示しており、スタック化による下層凹型パ
ッチの影響が若干あることが分かる。しかし、この程度
であればスタックアンテナとしては問題ない。
On the other hand, when the patch in the upper layer is changed from FIG. 7B to FIG. 7C, the dielectric layer is divided into two parts by the concave patch antenna entering between the rectangular patch antenna and the ground, so that the effective patch is effective. Even if the increase in frequency due to the change in thickness from (h + t) to h is excluded, the resonance frequency tends to shift higher, indicating that the stacking effect of the lower concave patch is slight. However, this is not a problem as a stack antenna.

【0033】図9は、図1に示した本発明のスタック構
成についての共振特性の解析結果(図下の各寸法は、図
1記載の記号に対応する)で、上層パッチアンテナのイ
ンピーダンス特性をS11、下層パッチアンテナのインピ
ーダンス特性をS22で、上下パッチアンテナ間のアイソ
レーション特性をS12で示す。上層のパッチアンテナ
(実線11)においては2.28GHz 、下層の凹型パッチア
ンテナ(点線12)については2.12GHz で共振し、相互
結合13も−15dB以下と、ほぼ十分な特性が得られて
いる。したがって、セルフダイプレクシングアンテナと
しても十分な特性を実現できていることが分かる。
FIG. 9 shows the results of analysis of the resonance characteristics of the stack configuration of the present invention shown in FIG. 1 (each dimension below the figure corresponds to the symbol shown in FIG. 1). S11, the impedance characteristic of the lower patch antenna is indicated by S22, and the isolation characteristic between the upper and lower patch antennas is indicated by S12. The upper layer patch antenna (solid line 11) resonates at 2.28 GHz, and the lower layer concave patch antenna (dotted line 12) resonates at 2.12 GHz, and the mutual coupling 13 is -15 dB or less, almost sufficient characteristics. Therefore, it can be seen that sufficient characteristics can be realized as a self-diplexing antenna.

【0034】以上の説明は、直線偏波のアンテナについ
て述べてきたが、円偏波用とするためには、上下パッチ
を1点給電方式の円偏波パッチアンテナに置き換えれば
良く。動作原理は円偏波用にも適用される。図12に一
点給電方式の円偏波パッチアンテナの具体例を示す。
(a)は、方形パッチアンテナの辺の長さを縦横異なる
長さとした長方形、(b)は方形パッチアンテナの対角
を面取りした形状、(c)は(a)と同様、長方形に対
する凹型パッチアンテナ、(d)は凹型パッチの対角を
面取りした形状である。
In the above description, a linearly polarized antenna has been described. However, in order to use a circularly polarized antenna, the upper and lower patches may be replaced with a single-point feeding type circularly polarized patch antenna. The principle of operation also applies to circularly polarized waves. FIG. 12 shows a specific example of a single-point feeding type circularly polarized patch antenna.
(A) is a rectangle in which the sides of the rectangular patch antenna have different lengths in the vertical and horizontal directions, (b) is a shape in which the diagonal of the rectangular patch antenna is chamfered, and (c) is a concave patch for the rectangle as in (a). The antenna, (d), has a shape in which the diagonal of the concave patch is chamfered.

【0035】なお、下層アンテナの円偏波励振は「図説
アンテナ」(後藤尚久著、電子情報通信学会偏。)P.
223、図3.62に示されるように矩形パッチアンテ
ナの対角線上に給電点を設ければよい。(この場合後述
するように、例えば背面からの給電構造が想定され
る。)上層アンテナの場合、給電用ストリップラインの
先端が該上層パッチアンテナの対角線上の下にあるのが
好ましいが、その近傍であれば図12に示されるように
矩形パッチの角を削るといった工夫によって円偏波を発
生させることが可能である。
The circularly polarized wave excitation of the lower layer antenna is described in "Illustrated Antenna" (Naohisa Goto, IEICE Polarization.)
223, a feed point may be provided on the diagonal line of the rectangular patch antenna as shown in FIG. 3.62. (In this case, as will be described later, for example, a feed structure from the back side is assumed.) In the case of the upper layer antenna, it is preferable that the tip of the feed strip line be below the diagonal line of the upper layer patch antenna. Then, as shown in FIG. 12, it is possible to generate circularly polarized waves by devising the corners of a rectangular patch.

【0036】また、本発明では、構造や製作の簡易化の
ために、ストリップラインによる給電について述べた
が、下層アンテナの凹型パッチアンテナの給電(特に、
円偏波の場合)については、同軸構造での背面からの給
電方法を用いてもよい。
Further, in the present invention, the feeding by the strip line has been described for the purpose of simplifying the structure and the manufacturing.
In the case of circularly polarized waves), a method of feeding power from the back with a coaxial structure may be used.

【0037】[0037]

【発明の効果】移動体通信におけるハンドヘルド型携帯
電話機(特願平9−36899号)が提案されている。
これは、ハンドヘルド型携帯電話機の背面に収納された
アンテナ板(展開部)にマイクロストリップアンテナを
取り付けてある構造で、使用時に展開部を電話機本体の
背面に対してほぼ垂直になるように展開し、次に、展開
部を回転・固定(左右どちらの耳で使用することも可
能)して、アンテナ面がほぼ天頂方向(大地と水平)に
なるような状態で使用できるようにした機構部を有する
ハンドヘルド型携帯電話機である。
As described above, a hand-held portable telephone for mobile communication (Japanese Patent Application No. 9-36899) has been proposed.
This is a structure in which a microstrip antenna is attached to an antenna plate (deployment part) housed on the back of a handheld type mobile phone. Next, a mechanism that rotates and fixes the deployed part (can be used with either the left or right ear) so that the antenna surface can be used in a state where it is almost in the zenith direction (horizontal to the ground) It is a handheld type mobile phone having the same.

【0038】この発明の円偏波用スタック型アンテナを
上記移動体通信におけるハンドヘルド型携帯電話機に用
いることにより、構造が簡易で特性の良好なアンテナ部
が実現できるとともに、送受信間の分離度が十分である
ため、ダイプレクサを省略することも可能となり、電話
機構成の簡易化と小型化に効果がある。
By using the circularly polarized stack antenna of the present invention for a hand-held portable telephone in the above-mentioned mobile communication, an antenna unit having a simple structure and good characteristics can be realized, and the degree of separation between transmission and reception is sufficient. Therefore, it is possible to omit the diplexer, which is effective in simplifying and reducing the size of the telephone.

【0039】この発明のスタックアンテナでは、穴加工
を必要としない構造を採用しているので、極めて製作が
容易であり、また、パターン製作にも高精度を要しない
ので、大量生産に向き、工業化に適している。
The stack antenna of the present invention employs a structure that does not require drilling, so that it is extremely easy to manufacture, and since pattern manufacturing does not require high precision, it is suitable for mass production and industrialization. Suitable for.

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

【図1】本発明のスタックアンテナの全体斜視図であ
る。
FIG. 1 is an overall perspective view of a stack antenna of the present invention.

【図2】本発明のスタックアンテナの下層矩形パッチア
ンテナのマイクロストリップラインによる給電方法の説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a power feeding method using a microstrip line of a lower-layer rectangular patch antenna of the stack antenna of the present invention.

【図3】この発明の前提となる矩形パッチアンテナによ
るスタックアンテナの説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a stack antenna based on a rectangular patch antenna which is a premise of the present invention.

【図4】穴付き方形パッチアンテナと凹型パッチアンテ
ナの形状を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the shapes of a rectangular patch antenna with holes and a concave patch antenna.

【図5】穴付き方形パッチと凹型パッチの共振特性の解
析結果を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an analysis result of resonance characteristics of a rectangular patch with holes and a concave patch.

【図6】穴付き方形パッチと凹型パッチの放射パターン
(E面)の解析結果を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an analysis result of a radiation pattern (E surface) of a rectangular patch with holes and a concave patch.

【図7】スタック化による影響調査のためのアンテナ構
造図を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an antenna structure diagram for investigating the effect of stacking.

【図8】単体時共振特性およびスタック時共振特性の解
析結果を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating analysis results of resonance characteristics at the time of a single body and resonance characteristics at the time of a stack.

【図9】本発明のスタックアンテナの共振特性の解析結
果を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an analysis result of a resonance characteristic of the stack antenna of the present invention.

【図10】従来のスタックアンテナの例を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a conventional stack antenna.

【図11】従来のスタックアンテナの円偏波励振の説明
図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of circularly polarized wave excitation of a conventional stack antenna.

【図12】一点給電円偏波パッチアンテナの具体例であ
る。
FIG. 12 is a specific example of a single-point feeding circularly polarized patch antenna.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スタックアンテナ 2 下層パッチアンテナ 3 上層パッチアンテナ 4 マイクロストリップライン 5 マイクロストリップライン 6 誘電体基板 7 誘電体基板 8 穴付き方形パッチアンテナの共振特性 9 凹型パッチアンテナの共振特性 REFERENCE SIGNS LIST 1 Stack antenna 2 Lower patch antenna 3 Upper patch antenna 4 Microstrip line 5 Microstrip line 6 Dielectric substrate 7 Dielectric substrate 8 Resonance characteristics of rectangular patch antenna with holes 9 Resonance characteristics of concave patch antenna

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 好一 東京都千代田区岩本町二丁目12番5号 株 式会社次世代衛星通信・放送システム研究 所内 (72)発明者 吉本 繁壽 東京都千代田区岩本町二丁目12番5号 株 式会社次世代衛星通信・放送システム研究 所内 Fターム(参考) 5J045 AA02 AB06 DA10 EA08 HA03 LA01 MA07 NA03 5J047 AA19 AB13 FC06 FD01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshikazu Takano 2-12-5 Iwamotocho, Chiyoda-ku, Tokyo Research Institute for Next-Generation Satellite Communications and Broadcasting Systems (72) Inventor Shigehisa Yoshimoto Chiyoda, Tokyo 2-12-5 Iwamotocho, Ward F-term (reference) 5J045 AA02 AB06 DA10 EA08 HA03 LA01 MA07 NA03 5J047 AA19 AB13 FC06 FD01

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】移動体通信用ハンドヘルド型携帯電話機に
用いられる送受分離型スタックアンテナにおいて、 矩形パッチアンテナからなる上層のアンテナ、及び一辺
が凹んだ矩形パッチアンテナからなる下層アンテナを有
し、該上層アンテナ及び下層アンテナを積層化したこと
を特徴とする送受分離型スタックアンテナ。
1. A transmission / reception separate stack antenna used for a mobile communication handheld mobile phone, comprising: an upper layer antenna formed by a rectangular patch antenna; and a lower layer antenna formed by a rectangular patch antenna having a concave side. A separated transmitting / receiving stack antenna, wherein an antenna and a lower antenna are stacked.
【請求項2】上層アンテナへの給電が前記下層アンテナ
の凹み部分に設けたストリップラインによる電磁結合に
よりなされることを特徴とする前記請求項1記載の送受
分離型スタックアンテナ。
2. The separated transmitting / receiving stack antenna according to claim 1, wherein power is supplied to the upper layer antenna by electromagnetic coupling using a strip line provided in a concave portion of the lower layer antenna.
【請求項3】前記上層及び下層のパッチアンテナが円偏
波励振されることを特徴とする前記請求項1または2記
載の送受分離型スタックアンテナ。
3. The separated transmitting / receiving stack antenna according to claim 1, wherein the upper and lower patch antennas are excited by circularly polarized waves.
【請求項4】下層の凹型パッチアンテナへの給電もスト
リップラインによって行われ、該下層アンテナ給電用の
ストリップラインと前記上層アンテナ給電用のストリッ
プラインとが直交関係にあることを特徴とする前記請求
項1〜3の内、いずれか1項記載の送受分離型スタック
アンテナ。
4. The power supply to the lower-layer concave patch antenna is also performed by a stripline, and the lower-layer antenna power supply stripline and the upper-layer antenna power supply stripline are orthogonal to each other. Item 5. A transmission / reception separated type stack antenna according to any one of Items 1 to 3.
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