JP2004112652A

JP2004112652A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JP2004112652A
Application number: JP2002275366A
Authority: JP
Inventors: Genshu To; 竇　元珠
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】円偏波アンテナとしての使用帯域幅が広く利得も高い平面アンテナを提供すること。
【解決手段】誘電体基板１１上に、第１のパッチ電極１２と、この第１のパッチ電極１２と同形状で向きが直交させてある第２のパッチ電極１３とを並設すると共に、第１のパッチ電極１２と第２のパッチ電極１３に９０度の位相差を保って高周波信号を給電する給電ライン１４を設け、第１および第２のパッチ電極１２，１３から放射される電界の向きを合致させる構成とした。ここで、給電ライン１４が、第１のパッチ電極１２に接続された第１の給電ライン１４ａと、第１の給電ライン１４ａとは電気長が位相差９０度分だけ異なり第２のパッチ電極１３に接続された第２の給電ライン１４ｂとを有するマイクロストリップ線路であれば、各パッチ電極１２，１３に給電する高周波信号に９０度の位相差を持たせることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ＬＡＮ（構内情報通信網）用の外部アンテナ等として用いて好適な平面アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有線ケ−ブルを使わずに、所定周波数帯域（例えば２．４ＧＨｚ帯）の信号波の送受信で情報交換が行える無線ＬＡＮが普及しつつある。パソコン等の電子機器を無線ＬＡＮに対応させる際には、アンテナ機能を備えた無線ＬＡＮカードを装填することが多いが、無線ＬＡＮカードに内蔵されているアンテナは小さくて十分な利得を得ることができないので、利得の大きい外部アンテナが必要となる場合がある。また、アクセスポイントにおいても、利得の大きなアンテナが必要となる。
【０００３】
そこで従来より、無線ＬＡＮ用の外部アンテナ等として、誘電体基板上に複数のパッチ電極を並設した平面アンテナが採用されている。図６はかかる従来の平面アンテナを示す正面図であり、この平面アンテナは、誘電体基板１上に円偏波電波を放射する同形状のパッチ電極２，３が並設されており、マイクロストリップ線路である給電ライン４が各パッチ電極２，３の給電点と接続されている。また、給電ライン４は給電口５を経て外部回路と接続されている。
【０００４】
パッチ電極２には切欠き等からなる縮退分離素子（摂動素子）２ａ，２ｂが装荷されており、給電ライン４から所定の高周波信号を給電することにより、縮退分離素子２ａ，２ｂを両端とする共振長の短いモードと、これに直交する共振長の長いモードを励振することができる。そして、これら両モードの相対位相が約９０度となるように摂動量が調整してあるため、共振長の短いモードに対応する周波数ｆ_１と共振長の長いモードに対応する周波数ｆ_２の中間の周波数をｆ_０としたとき、パッチ電極２は共振周波数がｆ_０付近の電波に適用可能な円偏波アンテナの放射素子となる。同様に、パッチ電極３には縮退分離素子３ａ，３ｂが装荷されている。このパッチ電極３はパッチ電極２を誘電体基板１上で真横にずらした位置に設けられており、給電ライン４の長さもパッチ電極２，３で差はないので、パッチ電極３から放射される円偏波電波はパッチ電極２の場合と同じである。したがって、図６に示す平面アンテナは、パッチ電極２（または３）だけを設けた円偏波アンテナに比べて利得を倍増させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す従来の平面アンテナにおいて、パッチ電極２，３から放射される電波の共振周波数が前記ｆ_０付近の場合には、軸比特性が良好な円偏波となるが、共振周波数が前記ｆ_１に近付くにつれて、共振長の短いモードに沿った長軸に比べて短軸が不所望に短い楕円偏波となっていく。同様に、共振周波数が前記ｆ_２に近付くにつれて、共振長の長いモードに沿った長軸に比べて短軸が不所望に短い楕円偏波となっていく。つまり、かかる従来の平面アンテナは、利得を高めることはできても、軸比特性が良好な共振周波数帯域が狭いため、円偏波アンテナとしての使用帯域幅が狭いという不具合があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、円偏波アンテナとしての使用帯域幅が広く利得も高い平面アンテナを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明の平面アンテナでは、誘電体基板上に、縮退分離素子を装荷した第１のパッチ電極と、この第１のパッチ電極と同形状で向きが略直交させてある第２のパッチ電極とを並設すると共に、前記第１のパッチ電極と前記第２のパッチ電極に約９０度の位相差を保って高周波信号を給電する給電ラインを設け、前記第１および第２のパッチ電極から放射される電界の向きを略合致させる構成とした。
【０００８】
ここで、給電ラインが、第１のパッチ電極に接続された第１の給電ラインと、この第１の給電ラインとは電気長が位相差９０度分（使用する電波の波長の１／４相当分）だけ異なり第２のパッチ電極に接続された第２の給電ラインとを有するマイクロストリップ線路であれば、各パッチ電極に給電する高周波信号に９０度の位相差を持たせることができる。
【０００９】
このように構成された平面アンテナでは、第１のパッチ電極と第２のパッチ電極が誘電体基板上で９０度旋回した位置関係になっているので、各パッチ電極の共振長の短いモードどうしは互いに直交しており、共振長の長いモードどうしも互いに直交している。そのため、仮に第１および第２のパッチ電極に同相の高周波信号を給電したとすると、各パッチ電極から放射される電波の電界（電界ベクトル）の向きは９０度ずれてしまうが、このずれを解消すべく９０度の位相差を保って給電するので、各パッチ電極による放射電界の向きは常に合致したものとなって利得が高まる。また、各パッチ電極から放射される電波は、軸比特性が良好な周波数帯域よりも高い周波数では、長軸方向が共振長の短いモードに沿った楕円偏波となり、該周波数帯域よりも低い周波数では、長軸方向が共振長の長いモードに沿った楕円偏波となるので、第１のパッチ電極から放射される楕円偏波と第２のパッチ電極から放射される楕円偏波とは同一平面内で直交したものとなる。そして、これら一対の楕円偏波は電界の向きが常に合致しているので、共振周波数が前記周波数帯域からある程度離れている場合でも、直交した楕円偏波どうしを合成すると円偏波に近い電波となる。つまり、第１および第２のパッチ電極による放射電界を合成した電波は、広い周波数帯域に亘って円偏波に近い電波となるので、この平面アンテナは軸比特性が良好な帯域幅が広い円偏波アンテナとなり、使用周波数帯域が格段に広がる。
【００１０】
また、かかる平面アンテナにおいて、誘電体基板上に対をなす第１および第２のパッチ電極を二対配設すると共に、これら第１および第２のパッチ電極の各対ごとに給電ラインを設け、一方の対と他方の対とで位相差を生じない同相の高周波信号をそれぞれの給電ラインに給電する構成にしておけば、第１および第２のパッチ電極を一対だけ配設した場合に比べ、利得を倍増させることができて好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る平面アンテナの正面図、図２は該平面アンテナにおける第１のパッチ電極の電界ベクトルの軌跡を示す説明図、図３は該平面アンテナにおける第２のパッチ電極の電界ベクトルの軌跡を示す説明図、図４は該平面アンテナの合成電界ベクトルの軌跡を示す説明図である。
【００１２】
図１に示す平面アンテナは、誘電体基板１１上に、縮退分離素子１２ａ，１２ｂを装荷した第１のパッチ電極１２と、縮退分離素子１３ａ，１３ｂを装荷した第２のパッチ電極１３と、マイクロストリップ線路である給電ライン１４とを配設して概略構成されている。本実施形態例において、各パッチ電極１２，１３は右旋円偏波用の一対の放射素子であり、互いの形状は等しいが向きを直交させてある。つまり、第２のパッチ電極１３が第１のパッチ電極１２を図示反時計回りに９０度旋回させた位置に形成されている。給電ライン１４は、第１のパッチ電極１２の給電点に接続された第１の給電ライン１４ａと、第２のパッチ電極１３の給電点に接続された第２の給電ライン１４ｂとを有し、第１の給電ライン１４ａよりも第２の給電ライン１４ｂのほうが電気長で位相差９０度分（使用する電波の波長の１／４相当分）だけ長くなっている。この給電ライン１４は給電口１０を経て外部回路と接続されている。
【００１３】
第１のパッチ電極１２は、第１の給電ライン１４ａから所定の高周波信号が給電されると、縮退分離素子１２ａ，１２ｂを両端とする共振長の短いモードと、これに直交する共振長の長いモードとが励振され、これら両モードの相対位相が約９０度となるように摂動量が調整してあるため、円偏波の電波を放射する。ここで、共振長の短いモードに対応する周波数をｆ_１、共振長の長いモードに対応する周波数をｆ_２、ｆ_１とｆ_２の中間の周波数をｆ_０とすると、第１のパッチ電極１２から放射される電波の共振周波数がｆ_０付近の場合には、放射電界（電界ベクトル）の軌跡は図２（ｂ）に示すようになり、軸比特性の良好な円偏波となる。しかるに、軸比特性が良好な周波数帯域よりも高い周波数ｆ_３の電波を放射する場合には、図２（ｃ）に示すように、放射電界の軌跡は共振長の短いモードに沿った長軸に比べて短軸が不所望に短い楕円偏波となる。また、軸比特性が良好な周波数帯域よりも低い周波数ｆ_４の電波を放射する場合には、図２（ａ）に示すように、放射電界の軌跡は共振長の長いモードに沿った長軸に比べて短軸が不所望に短い楕円偏波となる。
【００１４】
同様に、第２のパッチ電極１３は、第２の給電ライン１４ｂから所定の高周波信号が給電されると、縮退分離素子１３ａ，１３ｂを両端とする共振長の短いモードと、これに直交する共振長の長いモードとが励振されて、円偏波の電波を放射する。そして、第２のパッチ電極１３から放射される電波の共振周波数がｆ_０付近の場合には、図３（ｂ）に示すように、放射電界の軌跡は軸比特性の良好な円偏波となるが、それよりも高い周波数ｆ_３の電波や低い周波数ｆ_４の電波を放射する場合には、それぞれ図３（ｃ），（ａ）に示すような楕円偏波となる。
【００１５】
また、これら第１および第２のパッチ電極１２，１３は、共振長の短いモードどうしが互いに直交し、共振長の長いモードどうしも互いに直交しているので、仮に第１および第２のパッチ電極１２，１３に同相の高周波信号を給電したとすると、第２のパッチ電極１３からの放射電界の位相が第１のパッチ電極１２からの放射電界の位相よりも９０度進んでしまうことになる。しかし本実施形態例では、第２の給電ライン１４ｂを第１の給電ライン１４ａよりも電気長で位相差９０度分だけ長くしてあり、第２のパッチ電極１３には第１のパッチ電極１２よりも位相が９０度遅れた信号が給電されるようになっているので、結局、各パッチ電極１２，１３による放射電界の向きは常に合致したものとなり、放射された電界がうまく合成されて円偏波電界になる。
【００１６】
また、各パッチ電極１２，１３から放射される電波は、軸比特性が良好な周波数帯域よりも高い周波数では、長軸方向が共振長の短いモードに沿った楕円偏波となり、該周波数帯域よりも低い周波数では、長軸方向が共振長の長いモードに沿った楕円偏波となるが、第１のパッチ電極１２から放射される楕円偏波と、第１のパッチ電極１２を９０度旋回させた位置にある第２のパッチ電極１３から放射される楕円偏波は、同一平面内で直交したものとなる。そして、上述したようにこれら一対の楕円偏波は電界の向きが常に合致しているので、軸比特性が良好な周波数帯域よりも高い周波数ｆ_３の電波を放射する場合には、図２（ｃ）に示す楕円偏波と図３（ｃ）に示す楕円偏波とを合成してなる図４（ｃ）に示すようなほぼ円偏波の電波が、この平面アンテナから放射されることになる。また、該周波数帯域よりも低い周波数ｆ_４の電波を放射する場合にも、図２（ａ）に示す楕円偏波と図３（ａ）に示す楕円偏波を合成してなる図４（ａ）に示すようなほぼ円偏波の電波が、この平面アンテナから放射されることになる。
【００１７】
このように本実施形態例に係る平面アンテナは、対をなす第１および第２のパッチ電極１２，１３を互いに直交する位置関係で並設すると共に、各パッチ電極１２，１３から放射される電界の向きが合致するように位相をずらした信号を給電するというものなので、各パッチ電極１２，１３による放射電界を合成した電波を、広い周波数帯域に亘って円偏波に近い電波となすことができる。それゆえ、この平面アンテナは、使用周波数帯域が広くて利得も高い円偏波アンテナとして動作させることができる。
【００１８】
図５は本発明の他の実施形態例に係る平面アンテナの正面図であり、図１と対応する部分には同一符号が付してある。図５に示す平面アンテナは、対をなす第１および第２のパッチ電極１２，１３を二対配設し、図示上段の各パッチ電極１２，１３を給電ライン１４によって給電し、図示下段の各パッチ電極１２，１３を給電ライン１５によって給電するというものである。ここで、図示上段に配設されている各パッチ電極１２，１３と給電ライン１４は、図１に示す前記実施形態例と同等のものである。また、図示下段に配設されている各パッチ電極１２，１３は、図示上段に配設されている各パッチ電極１２，１３を誘電体基板１１上で平行移動させた位置に形成されている。給電ライン１５は給電ライン１４と電気的に同等であり、図示下段の第１のパッチ電極１２の給電点に接続された第１の給電ライン１５ａと、図示下段の第２のパッチ電極１３の給電点に接続された第２の給電ライン１５ｂとを有し、第１の給電ライン１５ａよりも第２の給電ライン１５ｂのほうが電気長で位相差９０度分だけ長くなっている。給電ライン１４と給電ライン１５は給電口１０を経て外部回路と接続されており、各給電ライン１４，１５には同相の高周波信号が給電される。
【００１９】
このように誘電体基板１１上に対をなす第１および第２のパッチ電極１２，１３を二対配設し、一方の対と他方の対とで位相差を生じないように給電しておけば、第１および第２のパッチ電極１２，１３を一対だけ配設した前記実施形態例に比べて利得を倍増させることができる。また、使用周波数帯域は前記実施形態例と同様に広いものとなる。
【００２０】
なお、上述した各実施形態例では、略正方形のパッチ電極１２，１３を採用した場合について説明したが、略円形等の他の形状のパッチ電極でもよく、装荷する縮退分離素子が切欠き状でなくてもよい。また、各パッチ電極が左旋円偏波用であってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２２】
対をなす第１および第２のパッチ電極を互いに略直交する位置関係で並設し、各パッチ電極から放射される電界の向きが略合致するように位相をずらした信号を給電するという平面アンテナなので、各パッチ電極による放射電界を合成した電波を広い周波数帯域に亘って円偏波に近い電波となすことができ、それゆえ使用周波数帯域が広く利得も高い円偏波アンテナとして動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る平面アンテナの正面図である。
【図２】該平面アンテナにおける第１のパッチ電極の電界ベクトルの軌跡を示す説明図である。
【図３】該平面アンテナにおける第２のパッチ電極の電界ベクトルの軌跡を示す説明図である。
【図４】該平面アンテナの合成電界ベクトルの軌跡を示す説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態例に係る平面アンテナの正面図である。
【図６】従来例に係る平面アンテナを示す正面図である。
【符号の説明】
１１　誘電体基板
１２　第１のパッチ電極
１２ａ，１２ｂ　縮退分離素子
１３　第２のパッチ電極
１３ａ，１３ｂ　縮退分離素子
１４，１５　給電ライン
１４ａ，１５ａ　第１の給電ライン
１４ｂ，１５ｂ　第２の給電ライン

Claims

誘電体基板上に、縮退分離素子を装荷した第１のパッチ電極と、この第１のパッチ電極と同形状で向きが略直交させてある第２のパッチ電極とを並設すると共に、前記第１のパッチ電極と前記第２のパッチ電極に約９０度の位相差を保って高周波信号を給電する給電ラインを設け、前記第１および第２のパッチ電極から放射される電界の向きを略合致させたことを特徴とする平面アンテナ。
請求項１の記載において、前記給電ラインが、前記第１のパッチ電極に接続された第１の給電ラインと、この第１の給電ラインとは電気長が位相差９０度分だけ異なり前記第２のパッチ電極に接続された第２の給電ラインとを有するマイクロストリップ線路であることを特徴とする平面アンテナ。
請求項１または２の記載において、前記誘電体基板上に対をなす前記第１および第２のパッチ電極を二対配設すると共に、これら第１および第２のパッチ電極の各対ごとに前記給電ラインを設け、一方の対と他方の対とで位相差を生じない同相の高周波信号をそれぞれの前記給電ラインに給電することを特徴とする平面アンテナ。