JP2005072653A - 送受分離型マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体とが同一誘電体基板に近接して配置された送受分離型マイクロストリップアンテナにおいて、送信電力が受信アンテナへ廻り込む量を低減する。
【解決手段】送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体が配置された誘電体基板の裏側にグランド板が配置され、このグランド板から絶縁されて誘電体基板を貫通して送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体とに接続される送信アンテナ用給電点及び受信アンテナ用給電点とを具備したマイクロストリップアンテナにおいて、これら給電点の間に長方形のスロットを形成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば移動体通信用基地局に用いられる送受分離型マイクロストリップアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に従来より移動体通信用基地局に用いられている送受分離型マイクロストリップアンテナの構造を示す。図中１は受信アンテナ用パッチ導体、２は送信アンテナ用パッチ導体、３はこれら受信アンテナ用パッチ導体１と送信アンテナ用パッチ導体２を支持する誘電体基板、４はこの誘電体基板３の裏面の全体に被着したグランド板、５は送信アンテナ用給電点、６は受信アンテナ用給電点をそれぞれ示す。
【０００３】
送信アンテナ用給電点５と受信アンテナ用給電点６はグランド板４から絶縁されて誘電体基板３を貫通し送信アンテナ用パッチ導体２と受信アンテナ用パッチ導体１に電気的に接続される。
このアンテナの構成において、受信アンテナ用パッチ導体１の共振周波数と、送信アンテナ用パッチ導体２の共振周波数の中心となる周波数の波長をλ_０とした場合、これらの各パッチ導体１と２のほぼ中心点を結ぶ線の距離をλ_０／２選択すると、パッチ導体１と２の相互結合量は約−３０ｄＢとなる。
【０００４】
一方、特許文献１では送受信共用のアンテナ素子を用いて、送受信各々に対して給電方法を変えることによって送受信アンテナ間のアイソレーション特性を−３２ｄＢ程度を確保している。図９に示した送受分離型マイクロストリップアンテナにしても、また特許文献１に開示されたマイクロストリップアンテナの何れにしても送受信アンテナ間のアイソレーションは−３０ｄＢ〜−３２ｄＢ程度である（特許文献１〔００４６〕参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−４１６０８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、図９に示した送受分離型マイクロストリップアンテナ及び特許文献１に開示されたマイクロストリップアンテナの送信と受信アンテナ間のアンテナ素子間の相互結合量（アイソレーション）が−３０ｄＢ〜−３２ｄＢ程度であるため、実用上では減衰特性の急峻なフィルタを挿入してアイソレーションを−９０ｄＢ程度に補う必要がある。減衰特性の急峻なフィルタ（分離度の良いフィルタ）は高価であるため、コストが高くなることと、形状も重量も大きくなるためアンテナシステムの小型化及び軽量化を阻害している。
【０００７】
この発明の目的は送信アンテナと受信アンテナ間のアイソレーションが良く、高価なフィルタを用いなくとも実用することが可能な送受分離型マイクロストリップアンテナを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明では、同一誘電体基板上に送信アンテナ用パッチ導体と、受信アンテナ用パッチ導体とが、これらパッチ導体の各共振周波数の中心周波数の波長がλ_０である場合に、誘電体基板の平面に対して水平な方向に約λ_０／２の距離離れて配置され、誘電体基板の裏面の全面にグランド板が配置され、このグランド板から絶縁されて誘電体基板を貫通し送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体とに通じるアンテナ給電点とを具備して構成された送受分離型マイクロストリップアンテナにおいて、
グランド板の上記送信アンテナ用パッチ導体と、受信アンテナ用パッチ導体のそれぞれに通じる各給電点を結ぶ線の方向と直交する向を長手方向とするほぼ長方形状にグランド板を除去して形成したすスロットを設けた構成とした送受分離型マイクロストリップアンテナを提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
同一誘電体基板上に送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体を並べて配置し、裏面側の全面にグランド板を配置した送受分離型マイクロストリップアンテナにおいて、送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体に通じる送信用給電点と、受信用給電点を結ぶ線と直交する向に長辺を有する長方形状のスロットを形成する。スロットの長辺方向の長さをＬ、巾をＷとした場合、０．７５λ_０≦Ｌ≦０．９５λ_０、Ｗ＜０．５λ_０とする。ここでλ_０は送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体のそれぞれの共振周波数の中心周波数の波長を指す。
【００１０】
〔実施例１〕
図１にこの発明による送受分離型マイクロストリップアンテナの一実施例を示す。図９と対応する部分には同一符号を付して示す。図中１は受信アンテナ用パッチ導体、２は送信アンテナ用パッチ導体をそれぞれ示す。これら受信アンテナ用パッチ導体１及び送信アンテナ用パッチ導体２の各共振周波数の波長をλｒ、λｔすると、各パッチ導体１と２は一辺がλｒ／２及びλｔ／２の正四辺形とされる。
【００１１】
更に、これらパッチ導体１と２の各共振周波数の中心周波数の波長をλ_０としたとき、パッチ導体１と２の各中心点相互間が約λ_０／２の距離だけ離されて配置される。グランド板４側において、グランド板４から絶縁されて送信アンテナ用給電点５と、受信アンテナ用給電点６とが設けられ、これら給電点５と６の間に長方形のスロット７を形成する。
スロット７は長方形にグランド板４を除去して形成される。長方形の長辺方向が給電点５と６を結ぶ線と直交する向とされ、長辺の長さをＬ、短辺の巾をＷとした場合、
０．７５λ_０≦Ｌ≦０．９５λ_０ ……（１）
Ｗ＜０．５λ_０ ……（２）
とされる。
【００１２】
受信アンテナ用パッチ導体１の共振周波数を１９５０ＭＨｚ、送信アンテナ用パッチ導体２の共振周波数を２１４０ＭＨｚとし、スロット７の長辺の長さＬ及びスロット７の短辺の巾Ｗを変化させた場合の受信帯域（１９４０〜１９６０ＭＨｚ）におけるパッチ導体間相互結合量の最大値の測定結果を図２Ａと図２Ｂに示す。また図２Ａ及び図２Ｂにおいて受信帯域におけるパッチ導体間相互結合量を最小とするＬならびにＷを選んだときのパッチ導体相互結合量の周波数特性をスロットが無い従来技術と比較して図３に示す。
【００１３】
図２及び図３から明らかなように、従来のスロット７が存在しない場合と比較して受信帯域において、パッチ導体１と２の間の相互結合量が大きく低減されており、送信アンテナ用パッチ導体２から受信アンテナ用パッチ導体１への廻り込み電力を小さくできていることが解る。
〔実施例２〕
図４にこの発明の第２の実施例を示す。この実施例でも１は受信アンテナ用パッチ導体、２は送信アンテナ用パッチ導体、３は誘電体基板、４はグランド板、５は送信アンテナ用給電点、６は受信アンテナ用給電点を示す。受信アンテナ用パッチ導体１の共振周波数はλｒ、送信アンテナ用パッチ導体２の共振周波数がλｔの場合、その中心周波数の波長がλ_０とすると、これらパッチ導体１と２はそのほぼ中心部分の相互間がλ_０／２の間隔離れて誘電体基板３の一方の面に被着形成される。誘電体基板３の他方の面に送信アンテナ用給電点５と受信アンテナ用給電点６とが設けられる。
【００１４】
この実施例ではこれらの送信アンテナ用給電点５と受信アンテナ用給電点６を結ぶ線と直交する向に長辺を持つ複数のスロット７を形成した点を特徴とするものである。図４に示す例では２本のスロットを形成した場合を示す。この図４に示す実施例でも受信アンテナ用パッチ導体１の共振周波数を１９５０ＭＨｚ、送信アンテナ用パッチ導体２の共振周波数を２１４０ＭＨｚとした場合のパッチ導体相互間結合量の測定結果をスロット７が無い場合の構成と比較して図５に示す。図７から明らかなように１９４０ＭＨｚから２１５０ＭＨｚの周波数帯域において、パッチ導体１と２の間の相互結合量が大きく低減されており従来の構成と比べて２つのパッチ導体１と２の間のアイソレーションが充分に取れていることが解る。
【００１５】
〔実施例３〕
図６にこの発明の第３の実施例を示す。この実施例では同一誘電体基板３上に受信及び送信周波数帯域を異にする複数対のアンテナ用パッチ導体１と２を設けた場合を示す。図６に示す例では３対のパッチ導体１と２を設けた場合を示す。各パッチ導体１と２の共振周波数の波長は受信アンテナ用パッチ導体１がλ_ｒ１、λ_ｒ２、λ_ｒ３、であり、送信アンテナ用パッチ導体２の共振周波数の波長はλ_ｔ１、λ_ｔ２、λ_ｔ３、である。各共振周波数の中心周波数の波長はλ_０１、λ_０２、λ_０３、である。各アンテナ対の使用周波数帯域としては８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯に対応し、３周波共用の送受分離型マイクロストリップアンテナを構成した場合を示す。
【００１６】
この３周波共用の送受分離型マイクロストリップアンテナの場合も各パッチ導体１と２の対を構成する各給電点５と６の間にスロット７を形成することにより、各パッチ導体１と２の相互間の結合量を低減させることができる。
〔実施例４〕
図７にこの発明の第４の実施例を示す。各パッチ導体１と２のそれぞれの共振周波数の波長をλｒ、λｔ、それぞれの共振周波数の中心周波数の波長をλ_０としたとき、各パッチ導体１と２はλ_０／２の距離だけ離されて配置され、グランド板４において、給電点５と６の間に１つのスロット７を有する。この実施例ではスロット７の位置を誘電体基板３の中心よりＸ方向にΔｘ、Ｙ方向にΔｙの距離だけ変位させて配置し、スロット７の巾ならびに長さは図３に示した特性を呈する形状とする。
【００１７】
受信アンテナ用パッチ導体１の共振周波数を１９５０ＭＨｚ、送信アンテナ用パッチ導体２の共振周波数を２１４０ＭＨｚとする。スロット７の位置をΔｘ変位させた場合の受信帯域（１９４０〜１９６０ＭＨｚ）におけるパッチ導体１と２間相互結合量の測定値を図８Ａに示す。図８ＡではΔｙを−０．０７λ_０、０．０λ_０、０．０７λ_０としたときの特性をそれぞれを示す。また、Δｙを変化させたときの受信帯域（１９４０〜１９６０ＭＨｚ）におけるパッチ導体１と２間相互結合量の測定値を図８Ｂに示す。ここではΔｘを−０．１４λ_０、０．０λ_０、０．１４λ_０としたときの特性をそれぞれ示す。
【００１８】
図８より、スロット７の中心の位置が−０．１４λ_０≦Δｘ≦０．１４λ_０、−０．０７λ_０≦Δｙ≦０．０７λ_０の領域内に存在する際にはアンテナ相互結合量が−４０ｄＢ以上を確保できていることが解る。従って、このことから、スロット７の位置に製作誤差が生じた際においても良好なアイソレーション特性を示すことが解る。
【００１９】
【発明の効果】
この発明による送受分離型マイクロストリップアンテナによれば送信用給電点と、受信用給電点を結ぶ線上のグランド板にスロットを形成したことにより送信アンテナ用パッチ導体と、受信アンテナ用パッチ導体との間の相互結合量を−５５〜−６０ｄＢ程度に低減することができた。この結果フィルタに求められる減衰特性を軽減することができるため、フィルタの簡易化が可能となり、アンテナシステムの小型化、軽量化及び低価格を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例を説明するためのＡは表面側の構造を説明するための平面図、Ｂは裏面図、Ｃは平面図に示したＡ−Ａ´線上の断面図を示す。
【図２】図１に示した実施例で得られる特性を説明するためのグラフ。
【図３】図１に示した実施例と従来技術で得られる特性を比較して説明するためのグラフ。
【図４】この発明の第２実施例を説明するためのＡは表面側の構造を説明するための平面図、Ｂは裏面図。
【図５】図４に示した実施例で得られる特性と従来技術で得られる特性を比較して示すグラフ。
【図６】この発明の第３実施例を説明するためのＡは表面側の構造を説明するための平面図、Ｂは裏面図。
【図７】この発明の第４実施例を説明するためのＡは表面側の構造を説明するための平面図、Ｂは裏面図。
【図８】図７に示した実施例で得られる特性を説明するためのグラフ。
【図９】従来の送受分離型マイクロストリップアンテナの構造を説明するためのＡは表面側の構造を説明するための平面図、Ｂは裏面図、Ｃは断面図。
【符号の説明】
１ 受信アンテナ用パッチ導体 ５ 送信アンテナ用給電点
２ 送信アンテナ用パッチ導体 ６ 受信アンテナ用給電点
３ 誘電体基板 ７ スロット
４ グランド板

Claims (6)

1. 同一誘電体基板状に送信アンテナ用パッチ導体と、受信アンテナ用パッチ導体とが、これらパッチ導体の共振周波数の中心周波数の波長がλ_０である場合に、誘電体基板の平面に対して水平な方向にλ_０／２の距離離れて配置され、誘電体基板の裏面の全面にグランド板が配置され、このグランド板から絶縁されて誘電体基板を貫通し送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体とに通じるアンテナ給電点とを具備して構成された送受分離型マイクロストリップアンテナにおいて、
   グランド板の上記送信アンテナ用パッチ導体と、受信アンテナ用パッチ導体のそれぞれに通じる各給電点を結ぶ線の方向と直交する向を長手方向とするほぼ長方形状に上記グランド板を除去して形成したスロットを設けた構成としたことを特徴とする送受分離型マイクロストリップアンテナ。
2. 請求項１記載の送受分離型マイクロストリップアンテナにおいて、上記スロットの長辺の長さをＬ、短辺の長さをＷとすると、０．７５λ_０≦Ｌ≦０．９５λ_０、Ｗ＜０．５λ_０であることを特徴とする送受分離型マイクロストリップアンテナ。
3. 請求項１又は２記載の送受分離型マイクロストリップアンテナの何れかにおいて、長さの異なるスロットを複数設けた構造としたことを特徴とする送受分離型マイクロストリップアンテナ。
4. 請求項１乃至３記載の送受分離型マイクロストリップアンテナの何れかにおいて、上記誘電体基板上に励振周波数帯域が異なる送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体から成る複数対のパッチ導体を設けた構造としたことを特徴とする送受分離型マイクロストリップアンテナ。
5. 請求項１乃至４記載の送受分離型マイクロストリップアンテナの何れかにおいて、上記グランド板に形成するスロットの位置が２つの給電点の中央部付近から何れか一方の給電点方向へ変位した位置に形成されていることを特徴とする送受分離型マイクロストリップアンテナ。
6. 請求項１乃至４記載の送受分離型マイクロストリップアンテナの何れかにおいて、上記グランド板に形成するスロットの位置が２つの給電点を結ぶ線と垂直に交わる方向へ変位した位置に形成されていることを特徴とする送受分離型マイクロストリップアンテナ。

Images