JP2005333555A - Multiband compatible circularly-polarized microstrip antenna and radio system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチバンド対応円偏波アンテナ技術に関し、特に、1個の給電点で多周波に対応でき、RF回路との接続が容易で、かつ良好な送信効率、受信効率を実現できるマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナおよびそれを用いた無線システムに関する。 The present invention relates to a multiband-compatible circularly polarized antenna technology, and more particularly to a multiband capable of supporting multiple frequencies at a single feeding point, easily connecting to an RF circuit, and realizing good transmission efficiency and reception efficiency. The present invention relates to a corresponding circularly polarized microstrip antenna and a radio system using the same.
現在、携帯電話ではPDC(Personal Digital Celluler),FOMA,CDMA2000,PHS(Personal Handyphone System)等の第2世代の携帯電話、無線LANではIEEE802.11a,802.11b,802.11gやBluetooth等、ITS(Intelligent Transport Systems)ではGPS(Global Positioning System),VICS(Vehicle Information Communication System),ETC(Electronic Toll Collection System)等の無線規格に対応して複数の周波数が用いられており、将来も複数の周波数が並存する環境が続くと予想されている。 Currently, mobile phones are second-generation mobile phones such as PDC (Personal Digital Celluler), FOMA, CDMA2000, PHS (Personal Handyphone System), and wireless LANs are IEEE802.11a, 802.11b, 802.11g, Bluetooth, etc., ITS (Intelligent Transport Systems (GPS) uses multiple frequencies corresponding to wireless standards such as GPS (Global Positioning System), VICS (Vehicle Information Communication System), ETC (Electronic Toll Collection System), etc., and multiple frequencies will coexist in the future. The environment is expected to continue.
しかし、従来の無線通信では単一周波数のアンテナが用いられていたため、複数の周波数に対応する無線装置では単一周波数のアンテナを複数設ける必要があり、大型化していた。 However, since a single-frequency antenna is used in conventional wireless communication, a wireless device corresponding to a plurality of frequencies needs to be provided with a plurality of single-frequency antennas, which is increased in size.
また、無線装置表面で電波を良好に送受信できる領域は限られており、全てのアンテナを良好な電波環境に設置するには限界があった。そこで近年では1個のアンテナで複数の周波数に対応できる多周波(マルチバンド)対応アンテナが注目されている。 In addition, the area where radio waves can be transmitted and received satisfactorily on the surface of the wireless device is limited, and there is a limit to installing all antennas in a favorable radio wave environment. Therefore, in recent years, multi-frequency (multi-band) compatible antennas that can handle a plurality of frequencies with one antenna have attracted attention.
マルチバンド対応アンテナの従来例としては、1つはアンテナに複数の周波数に対応した放射素子を持たせる構造がある。例えば、共振長の異なる複数の放射素子を用いた構造としては、『多層板構成の3周波共振アンテナの設計と実測結果(電子情報通信学会技術報告,AP2002-141,p41〜46,2003年)』(非特許文献1)、『Multifrequency Microstrip Patch Antenna Using Multiple Stacked Elements (IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol.13, No.3, p123-124,2003年) 』(非特許文献2)、『2周波共用マイクロストリップアンテナ構成法の一検討(2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-161)』(非特許文献3)等に開示されている。 As a conventional example of a multiband antenna, one has a structure in which a radiation element corresponding to a plurality of frequencies is provided in the antenna. For example, as a structure using a plurality of radiating elements having different resonance lengths, a design and measurement result of a three-frequency resonance antenna having a multilayer plate configuration (Technical Report of IEICE, AP2002-141, p41-46, 2003) (Non-Patent Document 1), "Multifrequency Microstrip Patch Antenna Using Multiple Stacked Elements (IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol.13, No.3, p123-124, 2003)" (Non-Patent Document 2), "2 A study on a configuration method of a frequency shared microstrip antenna (2003 IEICE Communication Society Conference, Lecture No. B-1-161) ”(Non-patent Document 3) and the like.
しかしながら、上記のアンテナは、複数のアンテナを1箇所に配置した構造であり、無線装置表面で電波を良好に送受信できる領域は限られているため所望の電波全てを良好に送受信するのは困難であった。 However, the above antenna has a structure in which a plurality of antennas are arranged in one place, and since a region where radio waves can be transmitted and received satisfactorily on the surface of the wireless device is limited, it is difficult to transmit and receive all desired radio waves satisfactorily. there were.
また、1つの放射素子に複数の共振長を持たせた構造も提案されている。例えば、『変形シルピンスキー型マイクロストリップアンテナの放射特性に関する一検討(2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-162)』(非特許文献4)、『2周波スロットボウタイアンテナ(2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-176)』(非特許文献5)等の文献がある。 A structure in which one radiating element has a plurality of resonance lengths has also been proposed. For example, "A Study on Radiation Characteristics of Modified Sirpinski Type Microstrip Antenna (2003 IEICE Communication Society Conference, Lecture Number B-1-162)" (Non-Patent Document 4), "Double Frequency Slot Bowtie Antenna" (2003 IEICE Communication Society Conference, Lecture No. B-1-176) ”(Non-Patent Document 5).
しかしながら、変形シルピンスキー型マイクロストリップアンテナでは、3つのバンドで放射パターンが異なり、同一エリアにおいて3周波を同じ条件で送受信できないという課題があった。また2周波スロットボウタイアンテナは、構造上3周波程度までしか対応できないと思われる。 However, the modified Sirpinski-type microstrip antenna has a problem that radiation patterns are different in the three bands, and three frequencies cannot be transmitted and received under the same conditions in the same area. Also, it seems that the dual-frequency slot bow tie antenna can only handle up to about three frequencies.
そこで、アンテナの共振長をスイッチで切替える方法が多数提案されている。例えば、特開2000−236209号公報(特許文献1)、特開2002−261533号公報(特許文献2)、特開2003−124730号公報(特許文献3)、米国特許USP6198438(特許文献4)等がある。 Thus, many methods for switching the resonance length of the antenna with a switch have been proposed. For example, JP 2000-236209 A (Patent Document 1), JP 2002-261533 A (Patent Document 2), JP 2003-124730 A (Patent Document 3), US Pat. No. 6,198,438 (Patent Document 4), and the like. There is.
特開2000−236209号公報(特許文献1)では、図13に示すように、金属片101をPINダイオード102で接続してダイポールアンテナを構成している。PINダイオード102にバイアスを印加してPINダイオード102の導通/遮断を切替えて共振長を変化させる。 In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-236209 (Patent Document 1), as shown in FIG. 13, a metal piece 101 is connected by a PIN diode 102 to form a dipole antenna. A bias is applied to the PIN diode 102 to switch the conduction / cutoff of the PIN diode 102 to change the resonance length.
そのため、1個の周波数に対してのみ共振し、所望以外の周波数の電波に対しては利得を小さくできるので、信号のS/N低下を抑制できる。特開2000−236209号公報(特許文献1)に用いられるダイポールアンテナは平衡電流で励振する必要がある。 For this reason, resonance can occur only for one frequency and the gain can be reduced for radio waves having frequencies other than the desired frequency, so that the S / N reduction of the signal can be suppressed. The dipole antenna used in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-236209 (Patent Document 1) needs to be excited with a balanced current.
しかしながら、RF回路に用いられる線路はマイクロストリップ線路やコプレナー線路等の不平衡電流を用いる場合が多く、平衡電流が必要な場合はアンテナと線路の間にバランを設けなければならない。 However, the line used for the RF circuit often uses an unbalanced current such as a microstrip line or a coplanar line. When a balanced current is required, a balun must be provided between the antenna and the line.
一般にバランは帯域が狭いため複数の周波数には対応できず、1個の周波数に対して1個ずつバランが必要となる。そのためマルチバンドに対応するためには、ダイポールアンテナの給電点近傍にマルチバンドの数だけバランを配置する必要があり、バランの設置面積でマルチバンドの数が制限されてしまう。よって特開2000−236209号公報(特許文献1)はデュアルバンド等の周波数帯の少ない場合は使えるが、周波数帯の多いマルチバンドには対応できないと思われる。 In general, since the balun has a narrow band, it cannot cope with a plurality of frequencies, and one balun is required for each frequency. Therefore, in order to support multiband, it is necessary to arrange baluns in the vicinity of the feeding point of the dipole antenna as many as the number of multibands, and the number of multibands is limited by the balun installation area. Therefore, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-236209 (Patent Document 1) can be used when there are few frequency bands such as a dual band, but cannot be applied to multibands with many frequency bands.
特開2002−261533号公報(特許文献2)では、図14に示すように、アンテナ素子パターン218に1個の給電点(給電パターン)219と複数の接地点(接地パターン)220a,220b,220c,220dを設け、これらの接地点220a,220b,220c,220dをそれぞれスイッチSW221a,SW221b,SW221c,SW221dで切替えて共振長を変化させるものである。211はアンテナ部、212は配線基板、213はグランドパターン、214はRFモジュールである。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-261533 (Patent Document 2), as shown in FIG. 14, one feeding point (feeding pattern) 219 and a plurality of grounding points (grounding patterns) 220 a, 220 b, 220 c are included in the
しかしながら、特開2002−261533号公報(特許文献2)ではスイッチで短絡点を切替えるため、各周波数でアンテナの入力インピーダンスが変化してしまう。よって整合の取れる範囲内でしか接地点を動かすことができず、マルチバンドで可変しうる周波数範囲を大きくできないと思われる。 However, in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-261533 (Patent Document 2), since the short-circuit point is switched by a switch, the input impedance of the antenna changes at each frequency. Therefore, the ground point can be moved only within a matching range, and it seems that the frequency range that can be varied in multiband cannot be increased.
実際に特開2002−261533号公報(特許文献2)で開示された可変周波数帯は1.55〜2.2GHzであり、中心周波数1.8GHzに対して30%と小さい。よって携帯電話等の比較的近接した周波数帯を用いる場合は対応可能であるが、無線LANのように2.4GHz帯と5.2GHz帯を用いる場合は対応できないと予想される。 Actually, the variable frequency band disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-261533 (Patent Document 2) is 1.55 to 2.2 GHz, which is as small as 30% with respect to the center frequency of 1.8 GHz. Therefore, it is possible to cope with the case of using a relatively close frequency band such as a cellular phone, but it is not possible to cope with the use of the 2.4 GHz band and the 5.2 GHz band as in a wireless LAN.
特開2003−124730号公報(特許文献3)では、図15(a)及び(b)に示すように、第1の放射素子320,第2の放射素子330,第3の放射素子340が切替え可能な給電点と短絡点を共有しており、スイッチSW360,SW362によって給電点と短絡点を切替えることで4つの周波数帯を実現している。300はアンテナ構造、305は短絡平面、310はサブアンテナ構造、322は第1の端部、324は給電ライン、332は第2の端部、334は間隔、342は第3の端部、350は給電ライン、370と372は無線周波数モジュール、A1,A2は開口である。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-124730 (Patent Document 3), as shown in FIGS. 15A and 15B, the first
しかしながら、特開2003−124730号公報(特許文献3)では3つの放射素子320,330,340を同一平面に配置する必要があり、無線装置表面で電波を良好に送受信できる領域は限られていることから、4つの電波全てを良好に送受信するのは困難である。
However, in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-124730 (Patent Document 3), it is necessary to arrange the three radiating
米国特許USP6198438(特許文献4)では、図16に示すように、マトリックス状に配置された要素素子400が各々MEMSスイッチ420で接続される構造となっている。
In US Pat. No. 6,1984,438 (Patent Document 4), as shown in FIG. 16, element elements 400 arranged in a matrix are connected by
全てのMEMSスイッチ420をOFF(遮断状態)にした場合は個々の要素素子の1辺が共振長となり、高周波に対応する。一方、全てのMEMSスイッチをON(導通状態)にした場合は個々の要素素子は接続されて全体が1個の矩形の放射素子となり、低周波で共振する。
When all the
ここで、米国特許USP6198438(特許文献4)では線路の特性インピーダンス(通常は50Ωを用いる)と整合するため、高周波の給電点405(個々の要素素子毎に設けられる)と低周波の給電点410(全体で一個設けられる)で異なる点を用いる。そのためマトリックス状に配置されたアレイアンテナに配置できる給電点の数によって対応できるマルチバンドの数が限定される欠点がある。 Here, in US Pat. No. 6,198,438 (Patent Document 4), a high-frequency feed point 405 (provided for each individual element) and a low-frequency feed point 410 are used to match the characteristic impedance of the line (usually 50Ω is used). Different points are used (one is provided in total). Therefore, there is a drawback that the number of multibands that can be handled is limited by the number of feeding points that can be arranged in the array antenna arranged in a matrix.
また、給電点を切替えるスイッチが必要になることから、アンテナの構造が複雑化してしまう。更に、MEMSスイッチ420上には給電点を設けることが困難といった欠点もある。図16の例では1個の要素素子で共振させる高周波給電点405と3×3アレイ全体で共振させる低周波給電点410は要素素子(放射素子400)上に配置できるが、2×2アレイを共振させたい場合はMEMSスイッチ上に給電点が来るため、たとえ3×3アレイを使っても2周波のみにしか対応できない。
In addition, since a switch for switching the feeding point is required, the structure of the antenna becomes complicated. Furthermore, there is a drawback that it is difficult to provide a feeding point on the
また、多くの通信規格が並存するようになると周波数だけではなく偏波を制御して通信容量を改善する方法も取られている。従来は1個の直線偏波を用いていたが水平偏波と垂直偏波を切替える偏波ダイバシチーや円偏波が注目されつつあり、既にGPS(Global Positioning System),ETC(Electronic Toll Collection System),SADARS(Satellite Digital Audio Radio Services)等では円偏波が採用されている。 In addition, when many communication standards coexist, a method of improving communication capacity by controlling not only the frequency but also the polarization has been taken. In the past, a single linear polarization was used, but polarization diversity and circular polarization that switch between horizontal polarization and vertical polarization are attracting attention. Already, GPS (Global Positioning System), ETC (Electronic Toll Collection System) , SADARS (Satellite Digital Audio Radio Services) and the like employ circular polarization.
前記の従来例では、特許文献1の多層板構成の3周波共振アンテナにおいてGPS用アンテナとETC用アンテナは円偏波対応としている。しかしながら多層板構成の3周波共振アンテナでは1個の放射素子が1つの周波数に対応しており、1つの周波数では1個の偏波となり偏波自体を切替える機能は持っていない。そのため同一周波数で偏波を切替える場合は偏波に対応した数だけ放射素子が必要となり、アンテナが大型化する欠点がある。 In the conventional example described above, the GPS antenna and the ETC antenna correspond to circular polarization in the three-frequency resonance antenna having a multilayer plate structure disclosed in Patent Document 1. However, in a three-frequency resonant antenna having a multilayer plate configuration, one radiating element corresponds to one frequency, and one frequency becomes one polarization and does not have a function of switching the polarization itself. Therefore, when switching the polarization at the same frequency, the number of radiating elements corresponding to the polarization is required, and there is a disadvantage that the antenna becomes large.
また、アンテナの共振長をスイッチで切替える方法を開示した特許文献1〜4では円偏波は実現されておらず、偏波を切替える機能も持っていない。 Further, in Patent Documents 1 to 4 that disclose a method of switching the resonance length of an antenna with a switch, circularly polarized waves are not realized and the function of switching polarizations is not provided.
なお、本出願人は、テーパードスロットアンテナに関して、特許出願を行っている。例えば、特開平10−13141号公報(特許文献5),特開平10−13143号公報(特許文献6),特開平10−173432号公報(特許文献7),特開平11−163626号公報(特許文献8)等がある。テーパードスロットアンテナは入力インピーダンスが広帯域に渡り一定であり、広帯域アンテナに区分される。比較的広い周波数帯で送受信が可能であるが、偏波切替え・指向性制御の機能は持っていない。 The applicant has filed a patent application regarding the tapered slot antenna. For example, JP-A-10-13141 (Patent Document 5), JP-A-10-13143 (Patent Document 6), JP-A-10-173432 (Patent Document 7), JP-A-11-163626 (Patent Document) Reference 8). The tapered slot antenna has a constant input impedance over a wide band, and is classified into a wide band antenna. Although it can transmit and receive in a relatively wide frequency band, it does not have polarization switching / directivity control functions.
本発明は、1個の給電点で多周波に対応でき、RF回路との接続が容易で、かつ良好な送信効率、受信効率を実現できるマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ技術を提供することを目的とするものである。以下、請求項毎の目的を記す。 The present invention provides a multi-band circularly polarized microstrip antenna technology that can handle multiple frequencies at a single feeding point, can be easily connected to an RF circuit, and can realize good transmission efficiency and reception efficiency. It is intended. The purpose of each claim is described below.
請求項1〜8は、1個の給電点で多周波に対応でき、RF回路との接続が容易で、かつ良好な送信効率、受信効率を実現できるマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの構造を提供することを目的としている。 Claims 1 to 8 are structures of a multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna that can handle multiple frequencies at a single feeding point, can be easily connected to an RF circuit, and can realize good transmission efficiency and reception efficiency. The purpose is to provide.
請求項9は、より高い周波数に対応できるマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの構造やETC、GPS等の低い周波数に対応できるマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの構造を提供することを目的としている。 The object of the present invention is to provide a multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna structure that can handle higher frequencies and a multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna structure that can support low frequencies such as ETC and GPS. It is said.
請求項10〜11は、前記スイッチの形状を工夫することによって、より帯域幅の広いマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの構造を提供することを目的としている。 It is an object of the present invention to provide a multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna structure with a wider bandwidth by devising the shape of the switch.
請求項12は、良好な送信、受信あるいは送受信が行える無線システムの構造を提供することを目的としている。 The object of the twelfth aspect is to provide a structure of a wireless system capable of performing good transmission, reception or transmission / reception.
本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を有している。以下、請求項毎の構成を述べる。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. Hereinafter, the structure for each claim will be described.
a)請求項1記載の発明は、誘電体の上面に対角線上に給電点を持つ長方形の給電素子と、該給電素子を取り囲む矩形の無給電素子がマトリックス状に配置され、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間がスイッチによって接続され長方形の放射素子を形成する構造を有するマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、W側の2つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をLi、L側の2つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をWi、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちW側に相当する辺の長さをW'、W'側の2つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をLi'、L'側の2つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をWi'とした場合、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'であることを特徴としている。 a) According to the first aspect of the present invention, a rectangular feeding element having a feeding point on a diagonal line on the upper surface of a dielectric and a rectangular parasitic element surrounding the feeding element are arranged in a matrix, and the feeding element and the In a multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna having a structure in which a parasitic element and a neighboring parasitic element are connected by a switch to form a rectangular radiating element, the length of one side of the rectangular feeding element is L , W is the length of the other side, Li is the smaller of the distances between the two sides on the W side and the feeding point, Wi is the smaller of the distances between the two sides on the L side and the feeding point, The length of the side corresponding to the L side among the sides of the rectangular radiating elements connected by the switch is L ′, and the length of the side corresponding to the W side among the sides of the rectangular radiating elements connected by the switch W ', two sides of W' side and front L / W = L '/ W', Li, where Li 'is the smaller distance from the feeding point and Wi' is the smaller distance between the two sides on the L 'side and the feeding point. It is characterized by / L = Li '/ L' and Wi / W = Wi '/ W'.
b)請求項2記載の発明は、請求項1に記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'との関係にある前記長方形の放射素子の形状が、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間を接続する前記スイッチによって複数形成することを可能にしたことを特徴としている。 b) The invention according to claim 2 is the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 1, wherein L / W = L '/ W', Li / L = Li '/ L', Wi / W = The shape of the rectangular radiating element in relation to Wi '/ W' can be formed by a plurality of the feeding element, the parasitic element, and the switch connecting adjacent parasitic elements. It is characterized by that.
c)請求項3記載の発明は、請求項1または2に記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'となるように、前記無給電素子の外形と、前記給電素子と無前記給電素子の間隔、及び前記無給電素子間の間隔を調整したことを特徴としている。 c) The invention according to claim 3 is the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 1 or 2, wherein L / W = L ′ / W ′, Li / L = Li ′ / L ′, Wi The outer shape of the parasitic element, the spacing between the feeding element and the parasitic element, and the spacing between the parasitic elements are adjusted so that / W = Wi ′ / W ′.
d)請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記給電点に切替スイッチによって接続される整合回路を設けたことを特徴としている。 d) The invention according to claim 4 is the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein a matching circuit connected to the feeding point by a changeover switch is provided. It is said.
e)請求項5記載の発明は、誘電体の上面に長方形の給電素子を有し、前記給電素子は長方形の1つの頂点から給電され、かつ前記給電素子の給電点と対向する頂点を構成する2辺を取り囲む矩形の無給電素子がマトリックス状に配置され、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間はスイッチによって接続され長方形の放射素子を形成する構造を有するマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナであって、前記長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちW側に相当する辺の長さをW'とした場合、L/W=L'/W'であることを特徴としている。 e) The invention according to claim 5 has a rectangular feeding element on the upper surface of the dielectric, and the feeding element is fed from one vertex of the rectangle and constitutes a vertex facing the feeding point of the feeding element. Multiband having a structure in which rectangular parasitic elements surrounding two sides are arranged in a matrix, and the feeding element and the parasitic element, and the adjacent parasitic elements are connected by a switch to form a rectangular radiating element A corresponding circularly polarized microstrip antenna, wherein the length of one side of the rectangular feeding element is L, the length of the other side is W, on the L side of the sides of the rectangular radiating elements connected by the switch When the length of the corresponding side is L ′ and the length of the side corresponding to the W side among the sides of the rectangular radiating elements connected by the switch is W ′, L / W = L ′ / W ′ It is characterized by being.
f)請求項6記載の発明は、請求項5に記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、L/W=L'/W'との関係にある長方形の放射素子の形状が、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間を接続する前記スイッチによって複数形成することを可能にしたことを特徴としている。 f) The invention according to claim 6 is the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 5, wherein the shape of the rectangular radiating element having a relationship of L / W = L ′ / W ′ is A plurality of feed elements, the parasitic elements, and the switches connecting adjacent parasitic elements can be formed.
g)請求項7記載の発明は、請求項5または6に記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、L/W=L'/W'となるように、前記無給電素子の外形と、前記給電素子と前記無給電素子の間隔、及び前記無給電素子間の間隔を調整したことを特徴としている。 g) The invention according to claim 7 is the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 5 or 6, wherein the parasitic element has an outer shape such that L / W = L '/ W'. The distance between the feeding element and the parasitic element and the distance between the parasitic elements are adjusted.
h)請求項8記載の発明は、請求項5〜7に記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記給電点に整合回路を設けたことを特徴としている。 h) The invention according to claim 8 is the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claims 5 to 7, wherein a matching circuit is provided at the feeding point.
i)請求項9記載の発明は、請求項1〜8のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記スイッチがMEMSスイッチまたはPINダイオードの少なくとも一方であることを特徴としている。 i) The invention according to claim 9 is the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to any one of claims 1 to 8, wherein the switch is at least one of a MEMS switch and a PIN diode. .
j)請求項10記載の発明は、請求項1〜9のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記スイッチは、前記給電素子または無給電素子の辺とほぼ同じ長さにわたって形成されることを特徴としている。 j) The invention according to claim 10 is the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to any one of claims 1 to 9, wherein the switch has substantially the same length as a side of the feeding element or the parasitic element. It is characterized by being formed over.
k)請求項11記載の発明は、請求項1〜9のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいて、前記スイッチの各々は、他のスイッチと対向する先端部分の形状をV字形状に延長し、対向する4つのスイッチの間隙がX字状になるようにしたことを特徴としている。 k) The invention according to claim 11 is the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to any one of claims 1 to 9, wherein each of the switches has a shape of a tip portion facing the other switch as V. It is characterized in that it is extended in a letter shape so that the gap between the four switches facing each other becomes an X letter.
l)請求項12記載の発明は、請求項1〜11のいずれかに記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを用いたことを特徴とする送信,受信または送受信の無線システムである。 l) A twelfth aspect of the invention is a transmission, reception or transmission / reception radio system using the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to any one of the first to eleventh aspects.
本発明は、上記の構成を有することで、次のような効果を有している。以下、請求項毎の効果を述べる。 The present invention has the following effects by having the above configuration. The effects of each claim will be described below.
a)請求項1記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナは、誘電体の上面に対角線上に給電点を持つ長方形の給電素子と、給電素子を取り囲む矩形の無給電素子がマトリックス状に配置され、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間はスイッチによって接続され長方形の放射素子を形成できる構造となっている。更に長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、W側の2つの辺と給電点との距離のうち小さい方をLi、L側の2つの辺と給電点との距離のうち小さい方をWi、前記のスイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、W側に相当する辺の長さをW'、W'側の2つの辺と給電点との距離のうち小さい方をLi'、L'側の2つの辺と給電点との距離のうち小さい方をWi'とした場合、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'となっている。 a) A multi-band circularly polarized microstrip antenna according to claim 1, wherein a rectangular feed element having a feed point on a diagonal line on the upper surface of the dielectric and a rectangular parasitic element surrounding the feed element are arranged in a matrix The feeding element and the parasitic element, and the adjacent parasitic elements are connected by a switch to form a rectangular radiating element. Furthermore, the length of one side of the rectangular feeding element is L, the length of the other side is W, the smaller of the distance between the two sides on the W side and the feeding point is Li, the two sides on the L side and the feeding point Wi is the smaller of the distances to and L ′ of the sides of the rectangular radiating element connected by the switch is L ′, and the length of the side corresponding to the W side is W ′. , Where L ′ is the smaller distance between the two sides on the W ′ side and the feeding point, and Wi ′ is the smaller distance between the two sides on the L ′ side and the feeding point, L / W = L '/ W', Li / L = Li '/ L', Wi / W = Wi '/ W'.
したがって、全てのスイッチがOFFの場合、給電素子は無給電素子と分離されて給電素子のみで共振する。長方形の給電素子を対角線上から給電するとL側とW側で直交した2つのモードが励振され、LとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した2つのモードの位相差が90度となり円偏波が実現できる。 Therefore, when all the switches are OFF, the feeding element is separated from the parasitic element and resonates only with the feeding element. When a rectangular feeding element is fed diagonally, two orthogonal modes are excited on the L and W sides, and if the ratio of the L and W lengths is selected appropriately, the phase difference between the two orthogonal modes is 90 degrees. And circular polarization can be realized.
また、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子をスイッチで接続して長方形の放射素子を形成した場合は、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'となっているため、スイッチで接続された放射素子の外形は給電素子と相似の関係になり、対角線上から給電される。 In addition, when a rectangular radiating element is formed by connecting a feed element, a parasitic element, and an adjacent parasitic element with a switch, L / W = L '/ W', Li / L = Li '/ L' Since Wi / W = Wi ′ / W ′, the external shape of the radiating element connected by the switch is similar to that of the power feeding element, and power is fed from the diagonal line.
よって、スイッチで接続された長方形の放射素子は共振周波数の異なる円偏波を放射する。上記のように本発明の円偏波アンテナは全てのスイッチをOFFした場合は高周波のみで共振し、スイッチをONした場合は低周波のみで共振するため、低周波に相当するアンテナ面積でデュアルバンドの円偏波に対応でき、アンテナを小型化できる。 Therefore, the rectangular radiation elements connected by the switch radiate circularly polarized waves having different resonance frequencies. As described above, the circularly polarized antenna of the present invention resonates only at a high frequency when all the switches are turned off, and resonates only at a low frequency when the switches are turned on. Therefore, the dual-band antenna has an antenna area corresponding to the low frequency. The antenna can be miniaturized.
また、給電素子は長方形の放射素子に含まれるので、長方形の放射素子を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子も良好な電波状況に置くことができる。 Further, since the feeding element is included in the rectangular radiating element, the feeding element can be placed in an excellent radio wave condition by arranging the rectangular radiating element in a region having the best radio wave condition on the wireless device.
更に、給電素子、長方形の放射素子とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。 Further, since both the feed element and the rectangular radiation element have a simple circularly polarized microstrip antenna structure, the same radiation pattern is obtained.
また、給電素子がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、同軸線を用いた不平衡電流で励振できる。そのため特開2000−236209号公報(特許文献1)とは異なり、バランが必要なくRF回路との接続が容易になる。 Further, since the feed element has a microstrip antenna structure, it can be excited by an unbalanced current using a coaxial line. Therefore, unlike Japanese Patent Laid-Open No. 2000-236209 (Patent Document 1), a balun is not required and connection with an RF circuit is facilitated.
入力インピーダンスについて見ると、長方形の給電素子とスイッチで接続された長方形の放射素子では外形が相似でかつ給電点の相対位置も同じであることから、給電素子単体で共振した場合の入力インピーダンスとスイッチで接続された長方形の放射素子の入力インピーダンスとはほぼ近い値になる。 As for the input impedance, the rectangular radiating element connected to the rectangular feeding element with the switch has the similar outer shape and the same relative position of the feeding point, so the input impedance and switch when the feeding element alone resonates The input impedance of the rectangular radiating elements connected at is almost the same value.
そのため、スイッチのON,OFFによって選択可能な各周波数において1個の給電点でほぼ整合され、反射が抑制されて電波を効率よく送信あるいは受信できる。よって米国特許USP6198438(特許文献4)と異なり周波数毎に給電点を切替える必要がなく、給電素子の給電点のみで多周波に対応でき、米国特許USP6198438(特許文献4)アンテナよりも構造が簡単になる。 For this reason, at each frequency that can be selected by turning the switch ON and OFF, it is almost matched at one feeding point, reflection is suppressed, and radio waves can be transmitted or received efficiently. Therefore, unlike US Pat. No. US Pat. No. 6,198,438 (Patent Document 4), it is not necessary to switch the feeding point for each frequency, and only the feeding point of the feeding element can cope with multiple frequencies, and the structure is simpler than that of the US Pat. No. US Pat. No. 6,198,438 (Patent Document 4). Become.
b)請求項2記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'との関係にある長方形の放射素子の形状が、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間を接続する前記のスイッチによって複数形成できる。 b) In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 2, L / W = L '/ W', Li / L = Li '/ L', Wi / W = Wi '/ W' A plurality of rectangular radiating elements having a relationship can be formed by the above-described switch for connecting between a feeding element, a parasitic element, and adjacent parasitic elements.
そのため、全てのスイッチをOFFした場合とスイッチをONして複数の長方形の放射素子を形成した場合では全て共振周波数が異なり、スイッチの接続によって複数の周波数帯を選択することができる。 Therefore, when all the switches are turned off and when the switches are turned on to form a plurality of rectangular radiating elements, the resonance frequencies are all different, and a plurality of frequency bands can be selected by connecting the switches.
また、給電素子単体で共振させた場合に円偏波となるようにL,Wを選ぶと、複数の長方形の放射素子はその外形、給電点の相対位置が全て相似の関係にあるため円偏波を放射する。 In addition, if L and W are selected so that they are circularly polarized when the feed element is resonated, multiple rectangular radiating elements have a similar relationship in their external shapes and relative positions of the feed points. Radiate waves.
また、アンテナの大きさは最も低周波に相当するアンテナ面積でよいので、アンテナを小型化できる。また給電素子、複数の長方形の放射素子は最も低周波で共振する長方形の放射素子に含まれるので、最も低周波で共振する長方形の放射素子を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子、長方形の放射素子を良好な電波状況に置くことができる。更に給電素子、長方形の放射素子とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。 Moreover, since the antenna size may be the antenna area corresponding to the lowest frequency, the antenna can be miniaturized. Also, since the feed element and the rectangular radiation elements are included in the rectangular radiation element that resonates at the lowest frequency, the rectangular radiation element that resonates at the lowest frequency is placed in the region with the best radio wave conditions on the radio. By doing so, the feeding element and the rectangular radiating element can be placed in a favorable radio wave condition. Furthermore, since both the feed element and the rectangular radiation element have a simple circularly polarized microstrip antenna structure, the same radiation pattern is obtained.
また、給電素子がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため不平衡電流で励振される。そのためRF回路との接続が容易になる。 Further, since the feed element has a microstrip antenna structure, it is excited by an unbalanced current. This facilitates connection to the RF circuit.
更に、スイッチによって接続される複数の長方形の放射素子は給電素子に対して、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'の関係が成り立つため、スイッチで接続された複数の長方形の放射素子の入力インピーダンスは長方形の給電素子単体の入力インピーダンスと近い値となる。 Furthermore, the rectangular radiating elements connected by the switch are L / W = L '/ W', Li / L = Li '/ L', Wi / W = Wi '/ W' with respect to the feeding element. Since the relationship is established, the input impedance of the plurality of rectangular radiating elements connected by the switch is close to the input impedance of the rectangular feeding element alone.
そのため同一の給電点を用いても、給電素子単体及びスイッチで接続された複数の長方形の放射素子は給電線の特性インピーダンスにほぼ整合され、反射を抑制できる。その結果1個の給電点を用いてマルチバンドの全ての周波数帯で良好な円偏波が実現できる。 Therefore, even if the same feed point is used, the feed element alone and the plurality of rectangular radiating elements connected by the switch are substantially matched to the characteristic impedance of the feed line, and reflection can be suppressed. As a result, good circular polarization can be realized in all multiband frequency bands using one feeding point.
c)請求項3記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナは、L/W=L'/W'、Li/L=Li'/L'、Wi/W=Wi'/W'となるように、無給電素子の外形と給電素子と無給電素子の間隔、及び無給電素子間の間隔を調整しているので、請求項1〜2のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを実現できる。 c) The multi-band circularly polarized microstrip antenna according to claim 3 is such that L / W = L '/ W', Li / L = Li '/ L', Wi / W = Wi '/ W'. In addition, since the outer shape of the parasitic element, the interval between the feeder element and the parasitic element, and the interval between the parasitic elements are adjusted, the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 1 or 2 can be realized.
d)請求項4記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナは、給電点に切替スイッチによって接続される整合回路を設けている。ここで給電線の特性インピーダンスを給電素子の入力インピーダンスに合わせた場合、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間のスイッチを全てOFFして給電素子で励振する時は切替スイッチをOFFにして給電線から整合回路を遮断することで、給電素子と給電線は整合される。 d) The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 4 is provided with a matching circuit connected to the feeding point by a changeover switch. If the characteristic impedance of the feeder line is matched to the input impedance of the feeder element, the switch is turned off when all the switches between the feeder element and the parasitic element and the adjacent parasitic element are turned off and excited by the feeder element. By cutting off the matching circuit from the feed line, the feed element and the feed line are matched.
また、スイッチの接続によって長方形の放射素子を形成した場合、スイッチで囲まれた空隙によってアンテナ内の電流が制限されて入力インピーダンスが給電素子単体と若干異なった時は切替スイッチをONにしてアンテナを整合回路に接続することでアンテナの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスに整合できる。その結果円偏波を実現できるマルチバンドの各周波数帯で良好な受信効率・送信効率が得られる。 In addition, when a rectangular radiating element is formed by connecting a switch, if the current in the antenna is limited by the gap surrounded by the switch and the input impedance is slightly different from that of the feeder element alone, the changeover switch is turned on and the antenna is By connecting to the matching circuit, the input impedance of the antenna can be matched with the characteristic impedance of the feeder line. As a result, good reception efficiency and transmission efficiency can be obtained in each multiband frequency band that can realize circular polarization.
e)請求項5記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナでは、誘電体の上面に長方形の給電素子があり、前記の給電素子は長方形の1つの頂点から給電され、かつ給電素子の給電点と対向する頂点を構成する2辺を取り囲む矩形の無給電素子がマトリックス状に配置され、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間はスイッチによって接続され長方形の放射素子を形成できる構造となっている。 e) In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 5, a rectangular feeding element is provided on the upper surface of the dielectric, and the feeding element is fed from one vertex of the rectangle, and the feeding point of the feeding element A structure in which rectangular parasitic elements surrounding two sides constituting the apex opposite to each other are arranged in a matrix, and a rectangular radiating element can be formed by connecting a feeding element and a parasitic element and a neighboring parasitic element by a switch. It has become.
更に、長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、前記のスイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、W側に相当する辺の長さをW'とした場合、L/W=L'/W'となっている。 Further, the length of one side of the rectangular feeding element is L, the length of the other side is W, and the length of the side corresponding to the L side among the sides of the rectangular radiating element connected by the switch is L ′. When the length of the side corresponding to the W side is W ′, L / W = L ′ / W ′.
したがって、全てのスイッチがOFFの場合、給電素子は無給電素子と分離されて給電素子のみで共振する。 Therefore, when all the switches are OFF, the feeding element is separated from the parasitic element and resonates only with the feeding element.
長方形の給電素子を頂点から給電するとL側とW側で直交した2つのモードが励振される。ここでLとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した2つのモードの位相差が90度となり円偏波が実現できる。 When a rectangular feeding element is fed from the apex, two modes orthogonal to the L side and the W side are excited. Here, if the ratio of the lengths L and W is appropriately selected, the phase difference between the two orthogonal modes becomes 90 degrees, and circular polarization can be realized.
また、給電素子の給電点と対向する頂点を構成する2辺を取り囲む2個の矩形の無給電素子と給電素子、隣接した無給電素子間をスイッチで接続して長方形の放射素子を形成した場合は、L/W=L'/W'となっているため、スイッチで接続された放射素子の外形は給電素子と相似の関係になり、放射素子の頂点から給電される。よってスイッチで接続された長方形の放射素子は共振周波数の異なる円偏波を放射する。 In addition, when a rectangular radiating element is formed by connecting two rectangular parasitic elements surrounding two sides constituting the apex opposite to the feeding point of the feeding element, the feeding elements, and adjacent parasitic elements with a switch Since L / W = L ′ / W ′, the external shape of the radiating element connected by the switch is similar to that of the feeding element, and power is fed from the top of the radiating element. Therefore, the rectangular radiating elements connected by the switch radiate circularly polarized waves having different resonance frequencies.
上記のように本発明の円偏波アンテナは全てのスイッチをOFFした場合は高周波のみで共振し、スイッチをONした場合は低周波のみで共振するため、低周波に相当するアンテナ面積でデュアルバンドの円偏波に対応でき、アンテナを小型化できる。 As described above, the circularly polarized antenna of the present invention resonates only at a high frequency when all the switches are turned off, and resonates only at a low frequency when the switches are turned on. Therefore, the dual-band antenna has an antenna area corresponding to the low frequency. The antenna can be miniaturized.
また、給電素子は長方形の放射素子に含まれるので、長方形の放射素子を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子も良好な電波状況に置くことができる。更に給電素子、長方形の放射素子とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。 Further, since the feeding element is included in the rectangular radiating element, the feeding element can be placed in an excellent radio wave condition by arranging the rectangular radiating element in a region having the best radio wave condition on the wireless device. Furthermore, since both the feed element and the rectangular radiation element have a simple circularly polarized microstrip antenna structure, the same radiation pattern is obtained.
また、給電素子がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、同軸線を用いた不平衡電流で励振できる。 Further, since the feed element has a microstrip antenna structure, it can be excited by an unbalanced current using a coaxial line.
入力インピーダンスについて見ると、長方形の給電素子とスイッチで接続された長方形の放射素子では外形が相似でかつ頂点から給電されるので、給電素子単体で共振した場合の入力インピーダンスとスイッチで接続された長方形の放射素子の入力インピーダンスとはほぼ近い値になる。そのためスイッチのON,OFFによって選択可能な各周波数において1個の給電点でほぼ整合され、反射が抑制されて電波を効率よく送信あるいは受信できる。 Looking at the input impedance, the rectangular radiating element connected to the rectangular feed element with a switch is similar in shape and fed from the top, so the rectangle connected by the switch to the input impedance when resonating with the feed element alone The input impedance of the radiating element is almost the same value. For this reason, at each frequency that can be selected by turning the switch on and off, it is almost matched at one feeding point, reflection is suppressed, and radio waves can be transmitted or received efficiently.
f)請求項6記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、L/W=L'/W'との関係にある長方形の放射素子の形状が、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間を接続する前記のスイッチによって複数取ることができる。 f) In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 6, the shape of the rectangular radiating element having a relationship of L / W = L ′ / W ′ includes a feeding element, a parasitic element, and an adjacent element. A plurality of switches can be taken by the switches connecting the parasitic elements.
そのため、全てのスイッチをOFFした場合とスイッチをONして複数の長方形の放射素子を形成した場合では全て共振周波数が異なり、スイッチによって複数の周波数帯を選択することができる。 Therefore, when all the switches are turned off and when the switches are turned on to form a plurality of rectangular radiating elements, the resonance frequencies are all different, and a plurality of frequency bands can be selected by the switches.
また、給電素子単体で共振させた場合に円偏波となるようにL,Wを選ぶと複数の長方形の放射素子はその外形、給電点の相対位置が全て相似の関係にあるため円偏波を放射する。 In addition, when L and W are selected so that the circularly polarized wave is obtained when the feed element alone is resonated, the multiple rectangular radiating elements have a similar relationship in their external shapes and the relative positions of the feed points. Radiate.
また、アンテナの大きさは最も低周波に相当するアンテナ面積でよいので、アンテナを小型化できる。また給電素子、複数の長方形の放射素子は最も低周波で共振する長方形の放射素子に含まれるので、最も低周波で共振する長方形の放射素子を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子、長方形の放射素子を良好な電波状況に置くことができる。 Moreover, since the antenna size may be the antenna area corresponding to the lowest frequency, the antenna can be miniaturized. In addition, since the feed element and the rectangular radiation elements are included in the rectangular radiation element that resonates at the lowest frequency, the rectangular radiation element that resonates at the lowest frequency is placed in the area with the best radio wave conditions on the radio. By doing so, the feeding element and the rectangular radiating element can be placed in a favorable radio wave condition.
更に給電素子、長方形の放射素子とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。また、給電素子がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、同軸線を用いた不平衡電流で励振できる。 Furthermore, since both the feed element and the rectangular radiation element have a simple circularly polarized microstrip antenna structure, the same radiation pattern is obtained. Further, since the feed element has a microstrip antenna structure, it can be excited by an unbalanced current using a coaxial line.
更に、スイッチによって接続される複数の長方形の放射素子は給電素子に対して、L/W=L'/W'の関係が成り立つため、スイッチで接続された複数の長方形の放射素子の入力インピーダンスは長方形の給電素子単体の入力インピーダンスと近い値となる。そのため同一の給電点を用いても、給電素子単体及びスイッチで接続された複数の長方形の放射素子は給電線の特性インピーダンスにほぼ整合され、反射を抑制できる。 Furthermore, since the relation of L / W = L '/ W' is established for the plurality of rectangular radiating elements connected by the switch, the input impedance of the plurality of rectangular radiating elements connected by the switch is The value is close to the input impedance of the rectangular feed element alone. Therefore, even if the same feed point is used, the feed element alone and the plurality of rectangular radiating elements connected by the switch are substantially matched to the characteristic impedance of the feed line, and reflection can be suppressed.
g)請求項7記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、L/W=L'/W'となるように、無給電素子の外形と給電素子と無給電素子の間隔、及び無給電素子間の間隔を調整しているので、請求項5,6のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを実現できる。 g) In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 7, the external shape of the parasitic element, the distance between the feeding element and the parasitic element, and the absence of L / W = L ′ / W ′. Since the interval between the feeding elements is adjusted, the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claims 5 and 6 can be realized.
h)請求項8記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、給電点に整合回路を設けている。ここで給電素子の入力インピーダンスをRF回路の出力インピーダンスに整合するように整合回路の定数を選ぶと、給電素子とRF回路の間で反射を抑制できる。 h) In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 8, a matching circuit is provided at the feeding point. Here, if the constant of the matching circuit is selected so that the input impedance of the feed element matches the output impedance of the RF circuit, reflection between the feed element and the RF circuit can be suppressed.
また、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間を接続するスイッチをONして長方形の放射素子を形成した場合、長方形の放射素子の入力インピーダンスは給電素子の入力インピーダンスとほぼ近い値であるため、スイッチを接続して長方形の放射素子を形成した場合もアンテナとRF回路との間で反射を抑制できる。 In addition, when a rectangular radiating element is formed by turning on a switch that connects between a feeding element, a parasitic element, and adjacent parasitic elements, the input impedance of the rectangular radiating element is almost the same as the input impedance of the feeding element. Therefore, even when a switch is connected to form a rectangular radiating element, reflection can be suppressed between the antenna and the RF circuit.
i)請求項9記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間を接続するスイッチがMEMSスイッチやPINダイオードの少なくとも一方である。 i) In the multi-band-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 9, at least one of the MEMS switch and the PIN diode is a switch that connects between the feeding element, the parasitic element, and the adjacent parasitic element.
MEMSスイッチを用いた場合は、100GHz程度までの高周波も良好に信号を遮断でき、更に挿入ロスも小さいことから、より高い周波数、例えばミリ波を対象としたマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを構成することができる。 When a MEMS switch is used, it is possible to cut off signals well even at high frequencies up to about 100 GHz, and the insertion loss is also small. Can be configured.
一方、PINダイオードは安価に入手でき、かつ10〜20GHzまでは良好に信号を遮断できることから、よりGPSやETC等のような低周波の円偏波に適用できる。 On the other hand, PIN diodes can be obtained at low cost and can block signals well up to 10 to 20 GHz, and therefore can be applied to low-frequency circularly polarized waves such as GPS and ETC.
j)請求項10記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、スイッチ間の空隙を小さくできるので、より広い帯域のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを実現できる。 j) In the multiband circularly polarized microstrip antenna according to claim 10, since the gap between the switches can be reduced, a multiband circularly polarized microstrip antenna with a wider band can be realized.
k)請求項11記載のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナにおいては、スイッチ間の空隙をより小さくできるので、より広い帯域のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを実現できる。 k) In the multiband circularly polarized microstrip antenna according to claim 11, since the gap between the switches can be made smaller, a multiband circularly polarized microstrip antenna having a wider band can be realized.
l)請求項12記載の無線システムは、請求項1〜11のいずれかのマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナを用いているため、複数の無線規格に対応できる。また所望の周波数では良好な円偏波を実現しているので、良好な送信・受信あるいは送受信が行える。 l) Since the radio system according to claim 12 uses the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to any one of claims 1 to 11, it can correspond to a plurality of radio standards. Further, since a good circular polarization is realized at a desired frequency, good transmission / reception or transmission / reception can be performed.
また、アンテナの給電点が1個であるため米国特許USP6198438(特許文献4)よりもアンテナの構造が簡単になり、より安価にアンテナを製造できる。その結果良好な送信・受信あるいは送受信特性を持つ円偏波に対応した無線システムをより安価に製造できる。 Further, since the antenna has only one feeding point, the antenna structure is simpler than that of US Pat. As a result, it is possible to manufacture a wireless system compatible with circular polarization having good transmission / reception or transmission / reception characteristics at a lower cost.
以下、本発明を実施例を、図面を用いて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
<実施例1>
図1は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの一例を示す図である。同図(a)は上面図、同図(b)は断面図を示している。
<Example 1>
FIG. 1 is a diagram showing an example of a multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of the present invention. FIG. 4A is a top view and FIG. 4B is a cross-sectional view.
本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは、2周波に対応しており、比誘電率3.9の石英基板からなる誘電体10の下面に銅箔パターンからなる地板11が形成されており、誘電体10の上面には銅箔パターンからなる1個の長方形の給電素子12があり、この給電素子12は長方形の対角線上に1個の給電点13を持っている。
The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of this example corresponds to two frequencies, and a ground plane 11 made of a copper foil pattern is formed on the lower surface of a dielectric 10 made of a quartz substrate having a relative dielectric constant of 3.9. On the upper surface of the dielectric 10, there is one
また、給電素子12を取り囲む矩形の無給電素子14がマトリックス状に配置されており、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間はスイッチ15によって接続できる構造となっている。
In addition, rectangular parasitic elements 14 surrounding the feeding
この構成において、全てのスイッチ15がONになった場合は長方形の放射素子16が形成される。尚、同図(b)に示されているように、給電素子12は誘電体10を貫通した同軸線17によってインセット給電される構造となっている。
In this configuration, when all the
ここで、長方形の給電素子12の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、W側の2つの辺と給電点13との距離のうち小さい方をLi、L側の2つの辺と給電点13との距離のうち小さい方をWiとする。
Here, the length of one side of the
一方、全てのスイッチ15がOFFの場合、給電素子12は無給電素子14と分離され、給電素子12のみで共振する。長方形の給電素子12を対角線上から給電するとL側とW側で直交した2つのモードが励振される。ここでLとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した2つのモードの位相差が90度となり円偏波が実現できる。
On the other hand, when all the
具体的には両辺が等しい場合の正方形マイクロストリップアンテナの無負荷QをQoとした場合、L<Wの場合は、
W/L=1+(1/Qo)
とすれば円偏波となる。なお、本発明の考え方は軸比が1からずれた楕円偏波についても同様に適用できるので、本発明には楕円偏波も含まれるものとする。
Specifically, when the unloaded Q of a square microstrip antenna when both sides are equal is Qo, if L <W,
W / L = 1 + (1 / Qo)
Then, it becomes circular polarization. The concept of the present invention can be similarly applied to elliptically polarized waves whose axial ratio is deviated from 1, so that the present invention includes elliptically polarized waves.
次に、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間をスイッチ15で接続して長方形の放射素子16を形成した場合を説明する。
Next, the case where the
長方形の放射素子16の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、W側に相当する辺の長さをW'、W'側の2つの辺と給電点13との距離のうち小さい方をLi'、L'側の2つの辺と給電点13との距離のうち小さい方をWi'とする。尚、スイッチ15で接続した長方形の放射素子16も給電点は給電素子12と同じ給電点13を用いることとする。
Of the sides of the rectangular radiating element 16, the length of the side corresponding to the L side is L ′, the length of the side corresponding to the W side is W ′, and the distance between the two sides on the W ′ side and the feeding point 13 is The smaller one is Li ′, and the smaller one of the distances between the two sides on the L ′ side and the feeding point 13 is Wi ′. The rectangular radiating element 16 connected by the
本発明の特徴は、
L/W=L'/W' ・・・・・・・・・・・・・(1)
Li/L=Li'/L' ・・・・・・・・・・・・・(2)
Wi/W=Wi'/W' ・・・・・・・・・・・・・(3)
となることである。本例ではスイッチ15で接続された放射素子16は給電素子12の2倍の大きさとし、L'=2L、W'=2Wとしている。
The feature of the present invention is that
L / W = L '/ W' (1)
Li / L = Li '/ L' (2)
Wi / W = Wi '/ W' (3)
It is to become. In this example, the radiating element 16 connected by the
スイッチ15で接続された放射素子16は、スイッチ15で囲まれた空隙も存在するが、その外形はほぼ長方形であり、(1)式の関係から給電素子12と相似の関係にある。
The radiating element 16 connected by the
ここで、給電素子12のLとWの比は、対角線上から給電された場合、2つのモードの位相差が90度になるように設定されているので、給電素子12と相似の関係にあるスイッチで接続された放射素子16の辺L',W'も対角線上から給電された場合、共振周波数は異なるが2つの直交したモードは位相差が90度になる。
Here, the ratio of L and W of the
また(2)式及び(3)式の関係から、給電素子12に対する給電点13の相対位置は、スイッチ15で接続された放射素子16に対する給電点13の相対位置と同じ関係にある。本例では、給電点13は給電素子12の対角線上にあるので、スイッチ15で接続された放射素子16についても給電点13は長方形の放射素子16の対角線上にあることになる。
Further, from the relationship of the expressions (2) and (3), the relative position of the feeding point 13 with respect to the
よって、上記の(1)〜(3)式を満たしているので、スイッチ15で接続された長方形の放射素子16も円偏波を実現できる。その場合の共振周波数は、スイッチ15で接続された放射素子16の辺L,Wの長さで決まり、本例ではL'=2L、W'=2Wとなっているため給電素子12の約1/2の周波数となる。その結果、本例のアンテナは、給電素子12単体で共振させる場合と合わせて2周波の円偏波に対応できる。
Therefore, since the above equations (1) to (3) are satisfied, the rectangular radiating element 16 connected by the
上記のように、本例の円偏波アンテナは、全てのスイッチをOFFした場合は高周波のみで共振し、全てのスイッチをONした場合は低周波のみ共振するため、低周波に相当するアンテナ面積でデュアルバンドの円偏波に対応でき、アンテナを小型化できる。 As described above, the circularly polarized antenna of this example resonates only at a high frequency when all the switches are turned off, and resonates only at a low frequency when all the switches are turned on. Can support dual-band circularly polarized waves, and the antenna can be downsized.
また、給電素子12は長方形の放射素子16に含まれるので、長方形の放射素子16を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子12も良好な電波状況に置くことができる。更に、給電素子12、長方形の放射素子16とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。
Further, since the feeding
また、給電素子12がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、同軸線を用いた不平衡電流で励振できる。そのため特開2000−236209号公報(特許文献1)とは異なり、バランが必要なくRF回路との接続が容易になる。尚、同軸線17の代わりにマイクロスストリップ線やコプレナー線等の不平衡モードを用いても励振が可能である。
Further, since the
次に、スイッチ15で接続された放射素子16の入力インピーダンスを考える。
マイクロストリップアンテナは辺の中央からインセット給電する場合(図2参照)、アンテナの入力インピーダンスは近似式から求めることができる。
Next, consider the input impedance of the radiating element 16 connected by the
When the microstrip antenna performs inset power feeding from the center of the side (see FIG. 2), the input impedance of the antenna can be obtained from an approximate expression.
マイクロストリップアンテナの励振方向の辺の長さをY、励振方向と直交する辺の長さをX、給電点13と励振方向と直交する辺の距離をYi、誘電体の比誘電率をεr、アンテナ端での入力インピーダンスをRa、インセット給電での入力インピーダンスをRinとすると、次のように記述される。
Ra=90{(εr2/(εr-1))(Y/X)2}・・・・(4)
Rin=Ra{cos((π/Y)Yi’)}2 ・・・・ (5)
The length of the side of the microstrip antenna in the excitation direction is Y, the length of the side orthogonal to the excitation direction is X, the distance between the feed point 13 and the side orthogonal to the excitation direction is Yi, the relative dielectric constant of the dielectric is εr, Assuming that the input impedance at the antenna end is Ra and the input impedance at the inset feed is Rin, it is described as follows.
Ra = 90 {(εr 2 / (εr-1)) (Y / X) 2 } (4)
Rin = Ra {cos ((π / Y) Yi ′)} 2 (5)
上記の式から判るように、矩形のマイクロストリップアンテナではアンテナ端での入力インピーダンスRaは(Y/X)2に比例し、インセット給電での入力インピーダンスRinは(Yi'/Y)に影響される。 As can be seen from the above equation, in the rectangular microstrip antenna, the input impedance Ra at the antenna end is proportional to (Y / X) 2 and the input impedance Rin at the inset feed is affected by (Yi '/ Y). The
対角線上から給電する場合も同様に考えることができ、本例の給電素子12、スイッチで接続された放射素子16もインセット給電であるので、その入力インピーダンスZinはL側,L'側のモードでは(L/W)、(L'/W')、(Li/L),(Li'/L')、W側のモードでは(L/W)、(L'/W')、(Wi/W),(Wi'/W')に影響される。
The case where power is supplied from a diagonal line can be considered in the same manner. Since the
ここで本例では、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
が成り立っている。
Here in this example
L / W = L '/ W'
Li / L = Li '/ L'
Wi / W = Wi '/ W'
Is true.
よって、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子12をスイッチ15で接続した本例の放射素子16はインセット給電での入力インピーダンスZin'が給電素子12単体での入力インピーダンスZinとほぼ近い値となる。
Therefore, in the radiating element 16 in this example in which the
一般に、インセット給電では、給電素子12の給電点13は同軸線17の特性インピーダンス(通常は50Ω)と整合できる位置に設けられている。本例のアンテナではスイッチ15で接続した放射素子16の入力インピーダンスZin'が給電素子12の入力インピーダンスZinと近いため、スイッチ15で接続して低周波対応とした場合も同軸線17の特性インピーダンス(通常は50Ω)とほぼ整合された状態となり、反射が抑制され、電波を効率よく送信あるいは受信できる。
In general, in inset feeding, the feeding point 13 of the
そのため、米国特許USP6198438(特許文献4)と異なり、周波数毎に給電点13を切替える必要がなく、給電素子12の給電点13のみで2周波に対応でき、米国特許USP6198438(特許文献4)のアンテナよりも構造が簡単になる。
Therefore, unlike US Pat. No. 6,198,438 (Patent Document 4), it is not necessary to switch the feeding point 13 for each frequency, and only the feeding point 13 of the
尚、本例では(1)式,(2)式,(3)式の関係を満たすため、図3に示すように、給電素子12の回りに配置した8個の無給電素子P1〜P8とスイッチ15の外形を以下のようにした。
PL1+SL1=L-Li ・・・・・・・・・・・・・(6)
PL2+SL2=Li ・・・・・・・・・・・・・(7)
PW1+SW1=Wi ・・・・・・・・・・・・・(8)
PW2+SW2=W-Wi ・・・・・・・・・・・・・(9)
In this example, in order to satisfy the relationship of the formulas (1), (2), and (3), as shown in FIG. 3, eight parasitic elements P1 to P8 arranged around the
PL1 + SL1 = L-Li (6)
PL2 + SL2 = Li (7)
PW1 + SW1 = Wi (8)
PW2 + SW2 = W-Wi (9)
ここで、
P1,P2,P3のL'側の長さ:PL1、
P4,P5のL'側の長さ:L、
P6,P7,P8の励振方向の長さ:PL2、
P1-P4,P2-給電素子,P3-P5を接続するスイッチのL'側の長さ:SL1、
P4-P6,給電素子-P8,P5-P8を接続するスイッチのL'側の長さ:SL2、
P1,P4,P6のW'側の長さ:PW1、
P2,P7のW'側の長さ:W、
P3,P5,P8のW'側の長さ:PW2、
P1-P2,P4-給電素子,P6-P7を接続するスイッチのW'側の長さ:SW1、
P2-P3,給電素子-P5,P7-P8を接続するスイッチのW'側の長さ:SW2、
here,
L1, length of P1, P2, P3: PL1,
L4 side length of P4 and P5: L,
Length of excitation direction of P6, P7, P8: PL2,
L1-side length of the switch connecting P1-P4, P2-feed element, P3-P5: SL1,
L4-side length of the switch connecting P4-P6, feeding element-P8, P5-P8: SL2,
P1, P4, P6 W 'side length: PW1,
P2, P7 W 'side length: W,
W3 side length of P3, P5, P8: PW2,
W1-side length of the switch connecting P1-P2, P4-feed element, P6-P7: SW1,
W2-side length of the switch connecting P2-P3, feed element-P5, P7-P8: SW2,
(6)式,(7)式,(8)式,(9)式のように無給電素子P1〜P8とスイッチ15の外形と間隔を設定したため、スイッチ15で接続した矩形の放射素子16の外形は、
L'=PL1+SL1+L+SL2+PL2=(L-Li)+L+(Li)=2L
W'=PW1+SW1+W+SW2+PW2=(Wi)+W+(W-Wi)=2W
∴L/W=L'/W'
となり、(1)式を満たし、スイッチ15で接続した放射素子16は給電素子12の2倍の大きさとなる。
Since the external shapes and intervals of the parasitic elements P1 to P8 and the
L '= PL1 + SL1 + L + SL2 + PL2 = (L-Li) + L + (Li) = 2L
W '= PW1 + SW1 + W + SW2 + PW2 = (Wi) + W + (W-Wi) = 2W
∴L / W = L '/ W'
Thus, the radiating element 16 that satisfies the equation (1) and is connected by the
また、スイッチ15で接続した放射素子16の給電点13の位置を見ると、L'側については、
Li'=PL2+SL2+Li=(Li)+Li=2Li
となっており、本例ではL'=2Lとしていることから、
Li'/L'=2Li/2L=Li/L
となり、(2)式を満たすことが判る。
When looking at the position of the feeding point 13 of the radiating element 16 connected by the
Li '= PL2 + SL2 + Li = (Li) + Li = 2Li
Since in this example L '= 2L,
Li '/ L' = 2Li / 2L = Li / L
It can be seen that the expression (2) is satisfied.
また、W'側については、
Wi'=PW1+SW1+Wi=(Wi)+Wi=2Wi
となっており、本例ではW'=2Wとしていることから、
Wi'/W'=2Wi/2W=Wi/W
となり、(3)式を満たすことが判る。
For W 'side,
Wi '= PW1 + SW1 + Wi = (Wi) + Wi = 2Wi
Since in this example W '= 2W,
Wi '/ W' = 2Wi / 2W = Wi / W
It can be seen that the expression (3) is satisfied.
その他のスイッチの寸法、つまりP1-P4, P4-P6を接続するスイッチ15のW'側の長さはPW1以下、P2-給電素子,給電素子-P8を接続するスイッチ15のW'側の長さはW以下、 P3-P5, P5-P8を接続するスイッチ15のW'側の長さはPW2以下、P1-P2, P2-P3を接続するスイッチ15のL'側の長さはPL1以下、P6-P7, P7-P8を接続するスイッチ15のL'側の長さはPL2以下、P4-給電素子12,給電素子12-P5を接続するスイッチ15のL'側の長さはL以下とすればよい。
Other switch dimensions, that is, the length of the W ′ side of the
尚、(6)式〜(9)式の関係はスイッチ15によって接続された矩形の放射素子16と給電素子12の外形や給電点13の相対位置が、(1)式〜(3)式を満たすための1条件に過ぎず、本発明が(6)式〜(9)式に限定される必要はない。
The relations of the expressions (6) to (9) are such that the outer shape of the rectangular radiating element 16 and the
本発明は、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
となるように、無給電素子の外形と給電素子12と無給電素子の間隔、及び無給電素子間の間隔を調整していればよく、上記の条件を満たすように無給電素子の外形と給電素子12と無給電素子の間隔、及び無給電素子間の間隔を調整していれば本発明に含まれるものとする。
The present invention
L / W = L '/ W'
Li / L = Li '/ L'
Wi / W = Wi '/ W'
The outer shape of the parasitic element, the interval between the
また、本例では給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間を接続するスイッチ15は、MEMSスイッチあるいはPINダイオードからなることが望ましい。
In this example, it is desirable that the
MEMSスイッチを用いた場合は、100GHz程度までの高周波も良好に信号を遮断でき、更に、挿入ロスも小さいことから、より高い周波数、例えばミリ波を対象とした2周波対応円偏波マイクロストリップアンテナを構成することができる。 When a MEMS switch is used, a high frequency up to about 100 GHz can be satisfactorily blocked, and the insertion loss is also small. Therefore, a dual-frequency circularly polarized microstrip antenna for a higher frequency, for example, a millimeter wave, is used. Can be configured.
一方、PINダイオードは安価に入手でき、かつ10〜20GHzまでは良好に信号を遮断できることから、GPS,ETC等のより低周波での円偏波多周波対応に適している。 On the other hand, PIN diodes can be obtained at low cost and can cut off signals well up to 10 to 20 GHz, so that they are suitable for low frequency, circularly polarized, multifrequency applications such as GPS and ETC.
MEMSスイッチやPINダイオードは表面実装によって誘電体表面に設け、給電素子12と無給電素子14、あるいは無給電素子14間を接続すればよい。またGaAs基板等の高抵抗半導体基板を誘電体10として用いる場合は、半導体プロセスを用いてMEMSスイッチやPINダイオードを半導体基板に作り込み、給電素子12と無給電素子14、あるいは無給電素子14間を接続すればよい。
The MEMS switch and the PIN diode may be provided on the dielectric surface by surface mounting, and the
<実施例2>
図4は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。
<Example 2>
FIG. 4 is a diagram showing another example of the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of the present invention.
本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは比誘電率約10のアルミナ基板からなる誘電体10の下面には銅箔パターンからなる地板(図示せず)が形成されており、誘電体10の上面には銅箔パターンからなる1個の長方形の給電素子12があり、該給電素子12は長方形の対角線上に1個の給電点13を持っている。
The circularly polarized microstrip antenna corresponding to the multiband of this example has a ground plate (not shown) made of a copper foil pattern formed on the lower surface of the dielectric 10 made of an alumina substrate having a relative dielectric constant of about 10. The dielectric 10 There is one
また、給電素子12を2重に取り囲む矩形の無給電素子14がマトリックス状に配置されており、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間はスイッチ15によって接続できる構造となっている。
In addition, a rectangular parasitic element 14 that doublely surrounds the feeding
給電素子12を1重で取り囲む無給電素子14と給電素子12を接続するスイッチ15と給電素子12を1重で取り囲む無給電素子14間を接続するスイッチ15がONになった場合は、第1の長方形の放射素子161(外形はL'×W')が形成され、全てのスイッチ15がONになった場合は、第2の長方形の放射素子162(外形はL''×W'') が形成される。
When the parasitic element 14 surrounding the feeding
尚、本例においても給電素子12は実施例1と同様に誘電体10を貫通した同軸線(図示せず)によってインセット給電される構造となっている。
Also in this example, the
本発明の特徴は、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
との関係にある長方形の放射素子の形状が、給電素子と無給電素子、及び隣接した無給電素子間を接続する前記のスイッチ15によって複数取ることができることである。
The feature of the present invention is that
L / W = L '/ W'
Li / L = Li '/ L'
Wi / W = Wi '/ W'
The rectangular radiating element having a relationship with the above can be provided in a plurality of shapes by the
本例ではスイッチ15で接続した第1の放射素子161とスイッチ15で接続した第2の放射素子162が、給電素子12と
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
との関係にある。
In this example, the first radiating element 161 connected by the
L / W = L '/ W'
Li / L = Li '/ L'
Wi / W = Wi '/ W'
Is in a relationship.
つまり、給電素子12を1重で取り囲む無給電素子14と給電素子12を接続するスイッチ15と給電素子12を1重で取り囲む無給電素子間を接続するスイッチ15をONにした場合に形成される第1の長方形の放射素子161(外形はL'×W')において、給電素子12のL側に相当する辺の長さをL'、W側に相当する辺の長さをW'、 W'側の2つの辺と給電点13との距離のうち小さい方をLi'、L'側の2つの辺と給電点13との距離のうち小さい方をWi'とし、給電素子12を1重で取り囲む無給電素子14と給電素子12を接続するスイッチ15と給電素子12を2重で取り囲む無給電素子14間を接続するスイッチ15をONにした場合、つまり全てのスイッチ15がONになった場合に形成される第2の長方形の放射素子162(外形はL''×W'')において、給電素子12のL側に相当する辺の長さをL''、W側に相当する辺の長さをW'’、 W''側の2つの辺と給電点13との距離のうち小さい方をLi'’、L''側の2つの辺と給電点13との距離のうち小さい方をWi'’とした場合、
L/W=L'/W'=L''/W'' ・・・・・・・・・・・・・(10)
Li/L=Li'/L'=Li''/L'' ・・・・・・・・・・・・(11)
Wi/W=Wi'/W'=Wi''/W'' ・・・・・・・・・・・・・(12)
となっている。尚、第1、第2の長方形の放射素子も給電点は給電素子12と同じ給電点13を用いている。
That is, it is formed when the parasitic element 14 surrounding the feeding
L / W = L '/ W' = L '' / W '' (10)
Li / L = Li '/ L' = Li '' / L '' (11)
Wi / W = Wi '/ W' = Wi '' / W '' (12)
It has become. The first and second rectangular radiating elements also use the same feeding point 13 as the feeding
本実施例では、スイッチ15で接続された第1の放射素子161は給電素子12の2倍の大きさとし、L'=2L、W'=2W、Li'=2Li、Wi'=2Wiであり、スイッチ15で接続された第2の放射素子162は給電素子12の3倍の大きさとし、L''=3L、W''=3W、Li''=3Li 、Wi''=3Wiである。
In the present embodiment, the first radiating element 161 connected by the
全てのスイッチ15がOFFの場合は、給電素子12単体で共振する。長方形の給電素子12を対角線上から給電するとL側とW側で直交した2つのモードが励振される。ここでLとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した2つのモードの位相差が90度となり円偏波が実現できる。その時の共振周波数をfとする。
When all the
スイッチ15で接続した第1の長方形の放射素子161及び第2長方形の放射素子162は(10)式〜(12)式を満たすので、その外形・給電点の相対位置は給電素子12と相似の関係になる。
Since the first rectangular radiating element 161 and the second rectangular radiating element 162 connected by the
よって、第1の長方形の放射素子161では、各辺(L'、W')が給電素子12の各辺(L、W)の2倍であることから、約f/2の円偏波を放出する。厳密には、スイッチで15囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないので、共振周波数はf/2から若干ずれる。
Therefore, in the first rectangular radiating element 161, each side (L ′, W ′) is twice as long as each side (L, W) of the
また、第2の長方形の放射素子162では、各辺(L'’、W'')が給電素子12の各辺(L、W)の3倍であることから、約f/3の円偏波を放出する。厳密には、スイッチ15で囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないので、共振周波数はf/3から若干ずれる。
Further, in the second rectangular radiating element 162, each side (L ″, W ″) is three times each side (L, W) of the
よって、本例のアンテナでは、スイッチ15のON/OFFによって選択的に3周波に対応できる。その結果、低周波に相当するアンテナ面積で3周波の円偏波に対応でき、アンテナを小型化できる。
Therefore, the antenna of this example can selectively cope with three frequencies by turning on / off the
また、給電素子12及び第1の放射素子161は第2の放射素子162に含まれるので、第2の放射素子162を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子12及び第1の放射素子161とも良好な電波状況に置くことができる。
Further, since the feeding
更に、給電素子12、第1の放射素子161、第2の放射素子162は、単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。
Furthermore, since the
また、本例のアンテナは、実施例1と同様に給電素子12がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、不平衡電流での励振が可能であることから、RF回路との接続が容易になる。 In addition, since the antenna of this example has the structure of the microstrip antenna as in the first embodiment, it can be excited with an unbalanced current, so that it can be easily connected to the RF circuit. Become.
次に、第1の放射素子161の入力インピーダンスZin'と第2の長方形の放射素子162の入力インピーダンスZin''について説明する。 Next, the input impedance Zin ′ of the first radiating element 161 and the input impedance Zin ″ of the second rectangular radiating element 162 will be described.
本例においてもスイッチ15で接続された第1の放射素子161はスイッチ15で囲まれた空隙を持つが外形は矩形であるため、その入力インピーダンスZin’はL'側のモードでは(L'/W')と(Li’/L’)、W’側のモードでは(L'/W')と(Wi’/W’)に影響される。
Also in this example, the first radiating element 161 connected by the
第2の放射素子162もスイッチ15で囲まれた空隙を持つが外形は矩形であるため、その入力インピーダンスZin’’はL'’側のモードでは(L'’/W'’)と(Li’’/L'’)、W’’側のモードでは、(L'’/W'’)と(Wi'’/W'’)に影響される。
Since the second radiating element 162 also has a gap surrounded by the
ここで、本例では、
L/W=L'/W'=L''/W''
Li/L=Li'/L'=Li''/L''
Wi/W=Wi'/W'=Wi''/W''
が成り立っているので、スイッチ15で接続した第1の放射素子161及び第2の放射素子162の入力インピーダンスZin'、Zin''は給電素子12単体での入力インピーダンスZinとほぼ近い値となる。
Here, in this example,
L / W = L '/ W' = L`` / W ''
Li / L = Li '/ L' = Li`` / L ''
Wi / W = Wi '/ W' = Wi`` / W ''
Therefore, the input impedances Zin ′ and Zin ″ of the first radiating element 161 and the second radiating element 162 connected by the
よって、スイッチ15の接続により第1の放射素子161や第2の放射素子162を形成して、給電素子12よりも低周波対応とした場合も同軸線17の特性インピーダンスとほぼ整合された状態となり、反射が抑制され、電波を効率よく送信あるいは受信できる。そのため米国特許USP6198438(特許文献4)と異なり、周波数毎に給電点13を切替える必要がなく、給電素子12の給電点のみで3周波に対応できる。
Therefore, even when the first radiating element 161 and the second radiating element 162 are formed by the connection of the
本例においても実施例1と同様に、無給電素子14の外形と給電素子12と無給電素子14の間隔、及び無給電素子14間の間隔を調整して、
L/W=L'/W'=L''/W''
Li/L=Li'/L'=Li''/L''
Wi/W=Wi'/W'=Wi''/W''
とした。また給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間を接続するスイッチ15はMEMSスイッチあるいはPINダイオードが使用できる。
Also in this example, as in the first embodiment, the outer shape of the parasitic element 14, the interval between the feeding
L / W = L '/ W' = L`` / W ''
Li / L = Li '/ L' = Li`` / L ''
Wi / W = Wi '/ W' = Wi`` / W ''
It was. Further, a MEMS switch or a PIN diode can be used as the
尚、実施例1では2周波対応、本例では3周波対応の円偏波アンテナについて説明したが、本発明のアンテナは2周波や3周波対応に限定されるものではない。 In the first embodiment, a circularly polarized antenna corresponding to two frequencies and in this example corresponding to a three frequencies has been described. However, the antenna of the present invention is not limited to two frequencies or three frequencies.
より多くの周波数帯に対応する場合は、給電素子12を無給電素子14によってより多重に取り囲み、給電素子12と無給電素子14、無給電素子14間をスイッチ15で接続できる構造とし、マルチバンドの各周波数で、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
との関係になるように、無給電素子14の外形、給電素子12と無給電素子14の間隔、及び無給電素子14間の間隔等を調整すればよい。
In the case of supporting more frequency bands, the feeding
L / W = L '/ W'
Li / L = Li '/ L'
Wi / W = Wi '/ W'
The outer shape of the parasitic element 14, the distance between the feeding
<実施例3>
図5は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。同図(a)は上面図、同図(b)は断面図を示している。
<Example 3>
FIG. 5 is a diagram showing another example of the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of the present invention. FIG. 4A is a top view and FIG. 4B is a cross-sectional view.
本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは、実施例1のアンテナの給電点13とRF回路19の間に切替スイッチ181,182によって接続される整合回路18を設けたものである。
The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of this example is provided with a
実施例1ではスイッチ15で接続された放射素子16は、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
が成り立っているが、スイッチ15で囲まれた空隙がアンテナ内の電流を制限するためインセット給電での入力インピーダンスZin'は給電素子の入力インピーダンスZinと若干のずれを生じる。
In the first embodiment, the radiating element 16 connected by the
L / W = L '/ W'
Li / L = Li '/ L'
Wi / W = Wi '/ W'
However, since the gap surrounded by the
一般にインセット給電では、給電素子12の給電点13をRF回路19の出力インピーダンス(通常50Ω)と整合できる位置に設けるため、スイッチ15で接続した放射素子16はRF回路19の出力インピーダンスと完全には整合できず、電波の送信・受信効率が若干低下する。
Generally, in inset feeding, the feeding point 13 of the
本例ではアンテナの給電点13の直下に切替スイッチ181,182によって接続される整合回路18を設けており、給電素子12を共振させて高周波対応にする場合は切替スイッチ181,182をOFFにし、同軸線17によって給電素子12を直接励振する。
In this example, the matching
一方、スイッチ15によって接続した放射素子16を用いて低周波対応とする場合は、切替スイッチ181,182をONしてアンテナを整合回路18に接続し、アンテナの入力インピーダンスを50Ωに整合してからRF回路19と接続する。そのためスイッチ15で接続した放射素子16を用いる低周波対応においても効率的な送受信が可能となる。
On the other hand, when using the radiating element 16 connected by the
なお、本例では整合回路18によってスイッチ15で接続した放射素子16の入力インピーダンスを整合する場合を説明したが、スイッチ15で接続した放射素子16の入力インピーダンスをRF回路19の出力インピーダンスに合わせ、給電素子12を励振する場合に切替スイッチ181,182をONにして整合回路18とアンテナを接続して整合を行ってもよい。
In this example, the case where the matching
整合回路18の構成としては、アンテナの共振周波数が比較的小さい場合はキャパシタやインダクタの集中定数素子をL型、π型、T型に構成した回路を用いればよい。アンテナの共振周波数が高い場合はスタブ等の分布定数回路をL型、π型、T型に構成した回路を用いることができる。
As a configuration of the matching
また、移相器とキャパシタによって整合回路18を構成してもよく、一般的に知られている整合回路をアンテナの共振周波数に合わせて使い分ければよい。
Further, the matching
尚、実施例1は2周波対応であるため給電素子12を50Ωに整合した場合は、スイッチ15で接続した放射素子16を50Ωに整合する整合回路18を設ければよいので固定式が適している。
Since Example 1 is compatible with two frequencies, when the
一方、実施例2では3周波対応となっているため、給電素子12を50Ωに整合した場合、固定式の整合回路では第1あるいは第2の放射素子の一方のみを50Ωに整合し、他方を50Ωに整合することはできない。
On the other hand, in Example 2, since it corresponds to three frequencies, when the feeding
第1、第2の放射素子の受信・送信効率をより改善するためには個々の周波数毎に整合回路を設け、周波数毎に切替スイッチで選択するか、可変のキャパシタや可変の移相器を1個以上含む可変の整合回路を設けるのがよい。 In order to further improve the reception and transmission efficiency of the first and second radiating elements, a matching circuit is provided for each frequency, and a selection switch is selected for each frequency, or a variable capacitor or a variable phase shifter is provided. A variable matching circuit including one or more may be provided.
<実施例4>
図6は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。同図(a)は上面図、同図(b)は断面図を示している。
<Example 4>
FIG. 6 is a diagram showing another example of the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of the present invention. FIG. 4A is a top view and FIG. 4B is a cross-sectional view.
本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは2周波に対応しており、誘電率3.9の石英基板からなる誘電体10の下面にAu箔パターンからなる地板11が形成されており、誘電体10の上面にはAu箔パターンからなる長方形の給電素子12があり、前記給電素子12は長方形の1つの頂点の給電点131から給電される。給電線130は誘電体10上にマイクロストリップ線で構成され、長方形の給電素子12の1個の頂点に接続されている。
The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of this example supports two frequencies, and a ground plane 11 made of an Au foil pattern is formed on the lower surface of a dielectric 10 made of a quartz substrate having a dielectric constant of 3.9, A
また、給電素子12の給電点131と対向する頂点を構成する2辺を取り囲む矩形の無給電素子14がマトリックス状に配置されている。更に、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間はスイッチ15によって接続できる構造となっており、全てのスイッチ15がONになった場合は長方形の放射素子16が形成される。ここで長方形の給電素子12の一辺の長さをL、他方の辺の長さをWとする。
Further, rectangular parasitic elements 14 surrounding two sides constituting the apex facing the
全てのスイッチ15がOFFの場合、給電素子12は無給電素子14と分離され、給電素子12のみで共振する。
When all the
長方形の給電素子12を頂点の給電点131から給電するとL側とW側で直交した2つのモードが励振される。ここで、LとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した2つのモードの位相差が90度となり円偏波が実現できる。
When the
具体的には、両辺が等しい正方形マイクロストリップアンテナの無負荷QをQoとした場合、L<Wの場合は
W/L=1+(1/Qo)
とすれば円偏波となる。
Specifically, if the unloaded Q of a square microstrip antenna with equal sides is Qo, and L <W
W / L = 1 + (1 / Qo)
Then, it becomes circular polarization.
なお、本発明の考え方は軸比が1からずれた楕円偏波についても同様に適用できるので、本発明には楕円偏波も含まれるものとする。 The concept of the present invention can be similarly applied to elliptically polarized waves whose axial ratio is deviated from 1, so that the present invention includes elliptically polarized waves.
次に、給電素子12の給電点131と対向する頂点を構成する2辺を取り囲む2個の矩形の無給電素子14と給電素子12、及び隣接した無給電素子14間をスイッチ15で接続して長方形の放射素子16を形成した場合を説明する。
Next, two rectangular parasitic elements 14 surrounding the two sides constituting the apex of the
長方形の放射素子16の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、W側に相当する辺の長さをW'とする。スイッチ15で接続した放射素子16も給電素子12と同じ給電点131を用いる。
Of the sides of the rectangular radiating element 16, the length of the side corresponding to the L side is L ′, and the length of the side corresponding to the W side is W ′. The radiating element 16 connected by the
本発明の特徴は
L/W=L'/W' ・・・・・・・・・・・・・(13)
となることである。
Features of the present invention are
L / W = L '/ W' (13)
It is to become.
本例ではスイッチ15で接続された放射素子16は給電素子12の2倍の大きさとし、L'=2L、W'=2Wとしている。スイッチ15で接続された放射素子16はスイッチ15で囲まれた空隙も存在するが、その外形はほぼ長方形であり、(13)式の関係から給電素子12と相似の関係にある。
In this example, the radiating element 16 connected by the
ここで、給電素子12のLとWの比は頂点から給電された場合2つのモードの位相差が90度になるように設定されているので、給電素子12と相似の関係にあるスイッチ15で接続された放射素子16の辺L',W'も頂点から給電された場合は共振周波数は異なるが2つのモードは位相差が90度になる。
Here, since the ratio of L and W of the
長方形の放射素子16は給電点131と対向する頂点を構成する2辺を取り囲む2個の矩形の無給電素子14と給電素子12を接続した形状であるため、放射素子16の給電点131は長方形の放射素子16の頂点になる。
Since the rectangular radiating element 16 has a shape in which the two parasitic parasitic elements 14 surrounding the two sides constituting the vertex facing the
よって、スイッチ15で接続された長方形の放射素子16も長方形の頂点から給電されることになり、長方形の放射素子16も円偏波を実現できる。その場合の共振周波数はスイッチ15で接続された放射素子16の辺L’,W’の長さで決まり、本例ではL'=2L、W'=2Wとなっているため給電素子12の約1/2の周波数となる。
Therefore, the rectangular radiating element 16 connected by the
以上のように、本例の構造を用いると、全てのスイッチ15のOFFした場合は給電素子12単体で共振する高周波の円偏波を放射し、全てのスイッチ15をONした場合は低周波の円偏波を放射することから、2周波の円偏波を実現できる。またアンテナの大きさは低周波に相当するアンテナ面積のみでよく、アンテナを小型化できる。
As described above, when the structure of this example is used, when all the
また、給電素子12は長方形の放射素子16に含まれるので、長方形の放射素子16を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子12も良好な電波状況に置くことができる。
Further, since the feeding
更に、給電素子12、矩形の放射素子16とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。
Furthermore, since the
また、給電素子12がマイクロストリップアンテナの構造を取っているため、マイクロストリップ線で励振できる。そのため、特開2000−236209号公報(特許文献1)とは異なり、バランが必要なくRF回路との接続が容易になる。
Further, since the
次に、本例のアンテナの入力インピーダンスについて説明する。
すべてのスイッチ15をOFFして給電素子12のみで共振させる場合、給電素子12はアンテナ端から給電されているので、入力インピーダンスZaは給電素子12を構成する2辺の比(L/W)に影響される。
Next, the input impedance of the antenna of this example will be described.
When all the
一方、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14をスイッチ15で接続して長方形の放射素子16を形成した場合も、外形がほぼ長方形でありその頂点から給電されているので、入力インピーダンスは長方形を構成する2辺の長さ(L'/W')に影響される。厳密にはスイッチ15で囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないが、入力インピーダンスに大きな変化は与えない。
On the other hand, when the rectangular radiating element 16 is formed by connecting the
ここで本例では、
L/W=L'/W'
が成り立っているので、スイッチ15で接続された放射素子16の入力インピーダンスZa'は給電素子12単体の入力インピーダンスZaとほぼ近い値となる。
Here in this example
L / W = L '/ W'
Therefore, the input impedance Za ′ of the radiating element 16 connected by the
給電素子12の頂点から給電する場合、マイクロストリップ線の特性インピーダンスを給電素子12の入力インピーダンスと一致させて用いるか、50Ωのマイクロストリップ線をλ/4線路を用いて抵抗値を変換し、給電素子12の入力インピーダンスに整合して用いるのが一般的である。
When power is supplied from the apex of the
本例のアンテナではスイッチ15で接続した放射素子16の入力インピーダンスZa'が給電素子12の入力インピーダンスZa近いため、スイッチ15をONして低周波対応とした場合も給電線130であるマイクロストリップ線とほぼ整合した状態となり、反射が抑制され、電波を効率よく送信あるいは受信できる。
In the antenna of this example, since the input impedance Za ′ of the radiating element 16 connected by the
よって、本例においても米国特許USP6198438(特許文献4)と異なり、周波数毎に給電点131を切替える必要がなく、給電素子12の頂点から給電することによって2周波に対応でき、米国特許USP6198438(特許文献4)のアンテナよりも構造が簡単になる。
Therefore, in this example as well, unlike the US Pat. No. US Pat. No. 6,198,438 (Patent Document 4), it is not necessary to switch the
尚、本例では(13)式の関係を満たすため、図7に示すように給電素子12の回りに配置した3個の無給電素子14(P1〜P3)とスイッチ15の外形を以下のようにした。
PL+SL=L ・・・・・・・・・・・・・(14)
PW+SW=W ・・・・・・・・・・・・・(15)
In this example, in order to satisfy the relationship of the expression (13), the external shapes of the three parasitic elements 14 (P1 to P3) and the
PL + SL = L (14)
PW + SW = W (15)
ここで、
P1,P2のL'側の長さ:PL
P3のL'側の長さ:L
P1-給電素子,P2-P3を接続するスイッチのL'側の長さ:SL
P1のW'側の長さ:W
P2,P3のW'側の長さ:PW
P1-P2,給電素子-P3を接続するスイッチのW'側の長さ:SW
here,
P1, P2 L 'side length: PL
L3 side length of P3: L
L1-side length of switch connecting P1-feed element and P2-P3: SL
P1 W 'side length: W
P2, P3 W 'side length: PW
W 'side length of switch connecting P1-P2 and feed element-P3: SW
(14)式及び(15)式のように無給電素子14(P1〜P3)とスイッチ15の外形、間隔を設定したため、スイッチ15で接続した放射素子16の外形は、
L'=PL+SL+L=(L)+L=2L
W'=W+SW+PW=W+(W)=2W
∴L/W=L'/W'
となって(13)式を満たす。本例ではスイッチ15で接続した放射素子16は給電素子12の2倍の大きさとなる。
Since the external shape and interval of the parasitic element 14 (P1 to P3) and the
L '= PL + SL + L = (L) + L = 2L
W '= W + SW + PW = W + (W) = 2W
∴L / W = L '/ W'
This satisfies the equation (13). In this example, the radiating element 16 connected by the
尚、その他のスイッチ15の寸法、つまりP1-P2を接続するスイッチ15のL'側の長さはPL以下、 給電素子-P3を接続するスイッチ15のL'側の長さはL以下、P1-給電素子を接続するスイッチ15のW'側の長さはW以下, P2-P3を接続するスイッチ15のW'側の長さはPW以下とすればよい。
The
尚、(14)式及び(15)式の関係はスイッチ15によって接続された長方形の放射素子16と給電素子12の外形が、(13)式を満たすための1条件に過ぎず、本発明は(14)式及び(15)式に限定されない。
L/W=L'/W'
となるように、無給電素子14の外形と給電素子12と無給電素子14の間隔、及び無給電素子14間の間隔を調整していれば本発明に含まれるものとする。
The relationship between the equations (14) and (15) is only one condition for the outer shape of the rectangular radiating element 16 and the
L / W = L '/ W'
As long as the outer shape of the parasitic element 14, the interval between the
なお、本例においても給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間を接続するスイッチ15はMEMSスイッチあるいはPINダイオードを用いるのがよい。
Also in this example, it is preferable to use a MEMS switch or a PIN diode as the
<実施例5>
図8は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。
<Example 5>
FIG. 8 is a diagram showing another example of the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of the present invention.
本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは比誘電率約10のアルミナ基板からなる誘電体10の下面にAu箔パターンからなる地板(図示せず)が形成されており、誘電体10の上面にはAu箔パターンからなる長方形の給電素子12が配置されており、給電素子12は誘電体10上に設けられたマイクロストリップ線で構成された給電線130によって長方形の1つの頂点の給電点131から給電される構造となっている。
The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of this example has a ground plate (not shown) made of an Au foil pattern formed on the lower surface of a dielectric 10 made of an alumina substrate having a relative dielectric constant of about 10. A
また、給電素子12の給電点131と対向する頂点を構成する2辺を取り囲む矩形の無給電素子14が2重にマトリックス状に配置されている。
In addition, the rectangular parasitic elements 14 surrounding the two sides constituting the apex facing the
ここで、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間はスイッチ15によって接続できる構造となっており、給電素子12の給電点131と対向する頂点を構成する2辺を1重で取り囲む矩形の無給電素子14と給電素子12を接続するスイッチ15と、給電素子12の給電点131と対向する頂点を構成する2辺を1重で取り囲む矩形の無給電素子14間を接続するスイッチ15がONになった場合は第1の長方形の放射素子161(外形はL'×W')が形成され、全てのスイッチ15がONになった場合は第2の長方形の放射素子162(外形はL''×W'') が形成される。
Here, the feeding
本発明の特徴は、
L/W=L'/W'
との関係にある長方形の放射素子の形状が、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間を接続する前記のスイッチ15によって複数取ることができることである。
The feature of the present invention is that
L / W = L '/ W'
The shape of the rectangular radiating element in relation to the above can be taken by a plurality of the
本例では、スイッチ15で接続した第1の放射素子161とスイッチ15で接続した第2の放射素子162が、給電素子12と
L/W=L'/W'
との関係にある。
In this example, the first radiating element 161 connected by the
L / W = L '/ W'
Is in a relationship.
つまり、給電素子12の給電点131と対向する頂点を構成する2辺を1重で取り囲む矩形の無給電素子14と給電素子12を接続するスイッチ15と、給電素子12の給電点131と対向する頂点を構成する2辺を1重で取り囲む矩形の無給電素子14間を接続するスイッチ15がONした場合に形成される第1の長方形の放射素子161(外形はL'×W')のL側に相当する辺の長さをL'、Wに相当する辺の長さをW'とし、給電素子12の給電点131と対向する頂点を構成する2辺を1重で取り囲む矩形の無給電素子14と給電素子12を接続するスイッチ15と、給電素子12の給電点131と対向する頂点を構成する2辺を2重で取り囲む矩形の無給電素子14間を接続するスイッチ15がONした場合、つまり全てのスイッチ15がONになった場合に形成される第2の長方形の放射素子162(外形はL''×W'')のL側に相当する辺の長さをL'' 、Wに相当する辺の長さをW''とした場合、
L/W=L'/W'=L''/W''・・・・・・・・・・(16)
となっている。尚、第1の長方形の放射素子161、第2の長方形の放射素子162も給電点は給電素子12と同じ給電点131を用いている。
In other words, the rectangular parasitic element 14 that surrounds the two sides constituting the vertex facing the
L / W = L '/ W' = L '' / W '' (16)
It has become. The first rectangular radiating element 161 and the second rectangular radiating element 162 also use the
本実施例ではスイッチ15で接続された第1の放射素子161は給電素子12の2倍の大きさとし、L'=2L、W'=2W、スイッチ15で接続された第2の放射素子162は給電素子12の3倍の大きさとし、L''=3L、W''=3Wとした。
In this embodiment, the first radiating element 161 connected by the
全てのスイッチ15がOFFの場合は給電素子12単体で共振する。長方形の給電素子12を頂点から給電するとL側とW側で直交した2つのモードが励振される。ここで、LとWの長さの比を適切に選ぶと、直交した2つのモードの位相差が90度となり円偏波が実現できる。その時の共振周波数をfとする。
When all the
スイッチ15で接続した第1の長方形の放射素子161と第2長方形の放射素子162は(16)式を満たすので、その外形・給電点の相対位置は給電素子12と相似の関係にある。
Since the first rectangular radiating element 161 and the second rectangular radiating element 162 connected by the
スイッチ15で接続した第1の長方形の放射素子161の各辺(L'、W')は給電素子12の各辺(L、W)の2倍であるため、約f/2の円偏波を放射する。厳密には、スイッチ15で囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないため、f/2から若干ずれる。
Since each side (L ′, W ′) of the first rectangular radiating element 161 connected by the
また、スイッチ15で接続した第2の長方形の放射素子162では各辺(L''、W'')が給電素子12の辺(L、W)の3倍であるため、約f/3の円偏波を放射する。厳密には、スイッチ15で囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないため、f/3から若干ずれる。
Further, in the second rectangular radiating element 162 connected by the
よって、本例のアンテナではスイッチ15のON/OFFによって選択的に3周波の円偏波を放射できる。また、アンテナの大きさは最も低周波に相当するアンテナ面積でよいため、アンテナを小型化できる。
Therefore, the antenna of this example can selectively radiate three-frequency circularly polarized waves by turning the
また、給電素子12及び第1の放射素子161は第2の放射素子162に含まれるので、第2の長方形の放射素子162を無線機上で最もよい電波状況にある領域に配置することで給電素子12と第1の放射素子161を良好な電波状況に置くことができる。更に、給電素子12、第1の放射素子161、第2の放射素子162とも単純な円偏波マイクロストリップアンテナ構造であるため同様の放射パターンとなる。
Further, since the feeding
また、本例のアンテナは実施例4と同様にマイクロストリップ線で給電できることから、RF回路との接続が容易になる。 Further, since the antenna of this example can be fed with a microstrip line as in the fourth embodiment, it can be easily connected to the RF circuit.
次に、本例のアンテナの入力インピーダンスについて説明する。
すべてのスイッチ15をOFFして給電素子12のみで共振させる場合、給電素子12はアンテナ端から給電されているので入力インピーダンスZaは給電素子12を構成する2辺の比(L/W)に影響される。
Next, the input impedance of the antenna of this example will be described.
When all the
一方、第1の長方形の放射素子161及び第2の長方形の放射素子162は、外形がほぼ長方形であり、頂点から給電されているので、入力インピーダンスは長方形を構成する2辺の長さ(L'/W')、(L''/W'')に影響される。厳密には、スイッチ15で囲まれた空隙による影響も考慮しなければならないが、入力インピーダンスに大きな変化は与えない。
On the other hand, the first rectangular radiating element 161 and the second rectangular radiating element 162 have substantially rectangular outer shapes and are fed from the apex, so that the input impedance is the length of two sides (L '/ W') and (L '' / W ''). Strictly speaking, the influence of the air gap surrounded by the
ここで本例では、
L/W=L'/W'= L''/W''
が成り立っているので、スイッチ15で接続された第1の放射素子161の入力インピーダンスZa'、 第2の放射素子162の入力インピーダンスZa''は給電素子12単体の入力インピーダンスZaとほぼ近い値となる。
Here in this example
L / W = L '/ W' = L`` / W ''
Therefore, the input impedance Za ′ of the first radiating element 161 connected by the
よって、給電素子12の入力インピーダンスZaに等しい特性インピーダンスを用いて給電線130を構成すると、スイッチ15で接続された第1の放射素子161及び第2の放射素子162が共振する場合も、アンテナの入力インピーダンスZa'、Za''は給電線の特性インピーダンスに近いため、反射が抑制され、電波を効率よく送信あるいは受信できる。
Therefore, when the
そのため、米国特許USP6198438(特許文献4)と異なり、周波数毎に給電点を切替える必要がなく、給電素子12の給電点131のみで3周波に対応できる。
Therefore, unlike US Pat. No. 6,198,438 (Patent Document 4), there is no need to switch the feeding point for each frequency, and only the
本例においても実施例4と同様に、無給電素子14の外形と、給電素子12と無給電素子14の間隔、及び無給電素子14間の間隔を調整して、
L/W=L'/W'=L''/W''
とした。また、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間を接続するスイッチ15はMEMSスイッチあるいはPINダイオードが適している。
Also in this example, as in the fourth embodiment, the outer shape of the parasitic element 14, the distance between the feeding
L / W = L '/ W' = L`` / W ''
It was. Further, a MEMS switch or a PIN diode is suitable for the
尚、実施例4では2周波対応、本例では3周波対応の円偏波アンテナについて説明したが、本発明のアンテナは2周波や3周波対応に限定されるものではない。 In the fourth embodiment, the circularly polarized antenna corresponding to two frequencies and the present example corresponding to three frequencies have been described. However, the antenna of the present invention is not limited to two frequencies or three frequencies.
より多くの周波数帯に対応する場合は、給電素子12の給電点と対向する頂点を構成する2辺を矩形の無給電素子14によってより多重に取り囲み、給電素子12と無給電素子14、無給電素子14間をスイッチ15で接続できる構造とし、マルチバンドの各周波数で、
L/W=L'/W'
との関係になるように、無給電素子14の外形、給電素子12と無給電素子14の間隔、及び無給電素子14間の間隔等を調整すればよい。
When dealing with a larger number of frequency bands, the two sides constituting the apex opposite to the feeding point of the
L / W = L '/ W'
The outer shape of the parasitic element 14, the distance between the feeding
<実施例6>
図9は、本発明のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナの別の一例を示す図である。本例のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテは実施例4のアンテナの給電点131に整合回路18を設けたものである。
<Example 6>
FIG. 9 is a diagram showing another example of the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of the present invention. The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna of this example has a
地板11の下層にあるSiO2表面のマイクロストリップ線で構成された特性インピーダンス50Ωの給電線130はビアホール20を介して整合回路18に接続され、その後給電素子12の頂点の給電点131に接続される。給電線130の他方は図示されていないRF回路に接続されている。
A
実施例4のマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナはアンテナの頂点から給電される。そのため給電線130の特性インピーダンスを給電素子12の入力インピーダンスZa、スイッチ15で接続された長方形の放射素子16の入力インピーダンスZa'に近い値にしなければならない。
The multiband circularly polarized microstrip antenna of the fourth embodiment is fed from the top of the antenna. Therefore, the characteristic impedance of the
しかしながら、RF回路を構成するPA,LNA,ミキサー等の入出力インピーダンスは50Ωであり、実施例4のアンテナにそのまま用いると反射が大きくなり、電波の受信・送信が効率的に行えない。 However, the input / output impedance of the PA, LNA, mixer, etc. constituting the RF circuit is 50Ω, and when used as it is in the antenna of the fourth embodiment, the reflection becomes large, and radio waves cannot be efficiently received / transmitted.
本例では、給電素子12やスイッチ15で接続された放射素子16の入力インピーダンスZa、Za'を整合回路18によって給電線130の特性インピーダンスに合わせ、その後、RF回路と接続するため、アンテナとRF回路間での反射を抑制でき、電波の受信・送信を効率的に行うことができる。
In this example, the input impedances Za and Za ′ of the radiating element 16 connected by the
また、実施例4においてスイッチ15で接続された放射素子16は、
L/W=L'/W'
が成り立っているが、スイッチ15で囲まれた空隙によってアンテナ内の電流が制限され長方形の放射素子16の入力インピーダンスZa'は給電素子12のZaと若干ずれてしまう。
In addition, in Example 4, the radiating element 16 connected by the
L / W = L '/ W'
However, the current in the antenna is limited by the gap surrounded by the
そのため給電素子12の入力インピーダンスZaを50Ωに整合する固定式の整合回路では、スイッチ15で接続した放射素子16を完全には整合できず、電波の送受信の効率が若干低下する。スイッチ15で接続した放射素子16の送受信の効率を改善するためには可変のキャパシタや可変の移相器を1個以上含む可変の整合回路18を設け、スイッチ15で接続した放射素子16も50Ωに整合する必要がある。
For this reason, in the fixed matching circuit that matches the input impedance Za of the
本例に使用される整合回路18は実施例2と同様であり、具体的には、キャパシタやインダクタの集中定数素子をL型、π型、T型に構成した集中定数回路やスタブ等の分布定数回路をL型、π型、T型に構成した回路、移相器とキャパシタによる整合回路等をアンテナの共振周波数に合わせて使い分ければよい。
The matching
次に、スイッチ形状の改善例を説明する。
図10は、改善されたスイッチを説明するための図である。
本例のスイッチ151は、図10に示すように、隣接する長方形の給電素子12と無給電素子14間、無給電素子14間で辺のほぼ全面で導通あるいは遮断する構造を有している。
Next, an example of improving the switch shape will be described.
FIG. 10 is a diagram for explaining an improved switch.
As shown in FIG. 10, the switch 151 of the present example has a structure that conducts or cuts off between almost the entire sides between the adjacent
図10の如きスイッチ151の形状にすることにより、放射素子16内部では4個のスイッチ151によって囲まれた空隙が図9の場合よりも小さくなる。そのため放射素子の帯域を図9の場合よりも拡大できる。 By adopting the shape of the switch 151 as shown in FIG. 10, the space surrounded by the four switches 151 inside the radiating element 16 becomes smaller than in the case of FIG. Therefore, the band of the radiating element can be expanded as compared with the case of FIG.
図11は、さらに空隙を小さくするスイッチ形状を示す図である。
本例は、同図に示すように、4つのスイッチ151が対向する先端部分の形状をV形状に延長し、4つスイッチ151の間隙がX状になるようにすることにより、4個のスイッチ151によって囲まれた空隙を実質的になくすことができ、さらに帯域を拡大できるので特性の改善に有効である。
FIG. 11 is a diagram showing a switch shape that further reduces the gap.
In this example, as shown in the figure, the tip of the four switches 151 facing each other is extended to a V shape so that the gap between the four switches 151 becomes an X shape. The void surrounded by 151 can be substantially eliminated, and the band can be further expanded, which is effective in improving the characteristics.
なお、図10および図11のスイッチの形状は、本発明の他の実施例にも適用可能なことはいうまでもない。 Needless to say, the shape of the switch shown in FIGS. 10 and 11 is applicable to other embodiments of the present invention.
<実施例7>
図12は、本発明の送受信の無線システムの一例を示す図である。
本例は、右旋円偏波の1.575GHz GPSと5.8GHz ETCに対応したデュアルバンドの送受信可能な無線システムであり、実施例1と同様の構成のアンテナ(デュアルバンド対応マイクロストリップアンテナ)30を用いている。
<Example 7>
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a transmission / reception wireless system according to the present invention.
This example is a radio system capable of transmitting and receiving dual bands corresponding to right-hand circularly polarized 1.575 GHz GPS and 5.8 GHz ETC, and has the same configuration as that of the first embodiment (dual-band compatible microstrip antenna). 30 is used.
また、アンテナ30と送受信切替スイッチ33の間には切替スイッチ32で接続されるC,L,Cからなるπ型の集中定数回路による整合回路31が設けられている
。
A matching
給電素子12のみで共振して5.8GHzに対応する場合は、切替スイッチ32はOFF(整合回路31を通さない側に切り替える)になり、給電素子12は送受信切替スイッチ33を介してフロントエンド回路50と直接接続される。
When resonance occurs only at the
また、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間をスイッチ15で接続して長方形の放射素子16を形成し1.575GHzで共振する場合は、切替スイッチはON(整合回路31を通す側に切り替える)になり、長方形の放射素子16は、放射素子16の入力インピーダンスを50Ωに整合する整合回路31と送受信切替スイッチ33を介してフロントエンド回路50に接続される。
In addition, when the
次に、送受信の動作を具体的に説明する。
5.8GHz(ETC)対応では給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間のスイッチ15は全てOFFとなり、長方形の給電素子12のみで励振する。5.8GHzの受信では、切替スイッチ32をOFF(整合回路31を通さない側に切り替える)として整合回路を給電線から遮断しておく。
Next, the transmission / reception operation will be specifically described.
In the case of 5.8 GHz (ETC) compatibility, all of the
また、送受信切替スイッチ33は受信側にし、周波数選択スイッチSW1〜SW4のうち周波数選択スイッチSW1(34)のみがONとなり、他はOFFとする。 Further, the transmission / reception selector switch 33 is set to the receiving side, and only the frequency selection switch SW1 (34) among the frequency selection switches SW1 to SW4 is turned on, and the others are turned off.
給電素子12で受信した信号は、送受信切替スイッチ33を通して受信側のフロントエンド回路50に入り、周波数選択スイッチSW1(34)を通って5.8GHz側に入る。
A signal received by the
信号はLNA36で増幅された後、BPF37で帯域が制限され、ミキサー38でダウンコンバージョンされて中間周波数となり、その後、ベースバンド回路に送られる。一方、5.8GHzの送信では、切替スイッチ32をOFFとして整合回路を給電線から遮断しておく。
The signal is amplified by the
また、送受信切替スイッチ33は送信側にし、周波数選択スイッチSW1〜SW4では周波数選択スイッチSW4(46)のみがONとなり、他はOFFとする。 Further, the transmission / reception change-over switch 33 is set to the transmission side, and in the frequency selection switches SW1 to SW4, only the frequency selection switch SW4 (46) is turned on, and the others are turned off.
ベースバンド回路で作られた信号は、中間周波数にアップコンバージョンされた後、ミキサー41で5.8GHzにアップコンバージョンされる。その後、BPF43で帯域を制限した後、PA44で増幅し、周波数選択スイッチSW4(46)、送受信切替スイッチ33を通って給電素子12から電波として放射される。
The signal generated by the baseband circuit is up-converted to an intermediate frequency and then up-converted to 5.8 GHz by the mixer 41. Thereafter, the band is limited by the BPF 43, amplified by the
1.575GHz(GPS)対応では、給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間のスイッチ15は全てONとなり、長方形の放射素子を形成する。1.575GHzの受信では切替スイッチ32をON(整合回路31を通す側に切り替える)として整合回路を給電線に接続しておく。
In correspondence with 1.575 GHz (GPS), the
また、送受信切替スイッチ33は受信側にし、周波数選択スイッチSW1〜SW4では周波数選択スイッチSW2(35)のみがONとなり、他はOFFとする。 Also, the transmission / reception selector switch 33 is set to the receiving side, and only the frequency selection switch SW2 (35) is turned on in the frequency selection switches SW1 to SW4, and the others are turned off.
給電素子12で受信した信号は、整合回路31と送受信切替スイッチ33を通って受信側のフロントエンド回路50に入り、周波数選択スイッチSW2(35)を通って1.575GHz側に入る。信号はLNA36で増幅された後、BPF37で帯域が制限され、ミキサー38でダウンコンバージョンされて中間周波数となり、その後、ベースバンド回路に送られる。
A signal received by the
一方、1.575GHzの送信では、切替スイッチ31をON(整合回路31を通す側に切り替える)として整合回路31を給電線に接続しておく。
On the other hand, in the transmission at 1.575 GHz, the
また、送受信切替スイッチ33は送信側にし、周波数選択スイッチSW1〜SW4では周波数選択スイッチSW3(45)のみがONとなり、他はOFFとする。 The transmission / reception selector switch 33 is on the transmission side, and only the frequency selection switch SW3 (45) is turned on in the frequency selection switches SW1 to SW4, and the others are turned off.
ベースバンド回路で作られた信号は、中間周波数にアップコンバージョンされた後、ミキサー41で1.575GHzにアップコンバージョンされる。 The signal generated by the baseband circuit is up-converted to an intermediate frequency and then up-converted to 1.575 GHz by the mixer 41.
その後、BPF43で帯域を制限した後、PA44で増幅され、周波数選択スイッチSW3(45)、送受信切替スイッチ33、整合回路31を通って給電素子12から電波として放射される。尚、5.8GHz,1.575GHzでの軸比は3dB以下であり、2つの周波数とも良好な円偏波となっていた。
Thereafter, the band is limited by the BPF 43, amplified by the
以上のように、本例の無線システムでは、5.8GHz対応の場合は給電素子12のみで励振し、1.575GHz対応では給電素子12と無給電素子14、及び隣接した無給電素子14間のスイッチ15は全てONとなって長方形の放射素子16で励振して、2つの無線規格に対応できる。
As described above, in the wireless system of this example, in the case of 5.8 GHz, only the feeding
また、1.575GHz対応では、アンテナに整合回路31が接続されてアンテナの入力インピーダンスを50Ωに整合できるためアンテナ30とフロントエンド回路50での反射が抑制できる。その結果、信号のS/Nを大きくでき、1.575GHzでも良好な送受信が行える。
In addition, since the matching
また、本例のアンテナは給電点が1個であり、米国特許USP6198438(特許文献4)よりもアンテナの構造が簡単であるため、より安価にアンテナを製造できる。その結果良好な送信・受信あるいは送受信特性を持つ円偏波対応の無線システムをより安価に製造できる。 Further, the antenna of this example has one feeding point, and the antenna structure is simpler than that of US Pat. No. 6,198,438 (Patent Document 4), so that the antenna can be manufactured at a lower cost. As a result, a wireless system compatible with circular polarization having good transmission / reception or transmission / reception characteristics can be manufactured at a lower cost.
本例は、2周波の無線システムについて説明したが、実施例2,5のアンテナを用い、各々の周波数帯に相当する受信系・送信系のフロントエンド回路を設けると3周波対応の円偏波無線システムが構成できる。 In this example, the two-frequency radio system has been described. However, if the antennas of the second and fifth embodiments are used and the front-end circuit of the reception system / transmission system corresponding to each frequency band is provided, the circular polarization corresponding to the three frequencies. A wireless system can be configured.
更に、実施例2で述べたように、本発明では4周波以上に対応したアンテナも可能であり、そのようなアンテナを用いれば更に多くの周波数に対応できるマルチバンド対応の無線システムが構成できる。 Furthermore, as described in the second embodiment, an antenna corresponding to four or more frequencies can be used in the present invention, and a multiband radio system capable of supporting more frequencies can be configured by using such an antenna.
また、本例は送受信可能な無線システムについて説明したが、マルチバンド対応であれば送信のみ、受信のみの無線システムであっても本発明に含まれるものとする。 In this example, a wireless system capable of transmitting and receiving has been described. However, a wireless system only for transmission and reception is included in the present invention if it is compatible with multiband.
10:誘電体
11:地板
12:長方形の給電素子
13:給電点
130:給電線
131:頂点の給電点
14:無給電素子
15,151:スイッチ
16:長方形の放射素子
161:第1の長方形の放射素子
162:第2の長方形の放射素子
17:同軸線
18:整合回路
181,182:切替スイッチ
19:RF回路
20:ビアホール
30:アンテナ(デュアルバンド対応マイクロストリップアンテナ)
31:整合回路
32:切替スイッチ
33:送受信切替スイッチ
34:スイッチSW1
35:スイッチSW2
36,44:PA
37,43:BPF
38,41:ミキサー
39:5.8GHz発信器
40:1.575GHz発信器
42:5.8GHz発信器
45:スイッチSW3
46:スイッチSW4
50:フロントエンド回路
60:GPS/ETC共有無線システム
101:金属片
102:PINダイオード
211:アンテナ部
212:配線基板
213:グランドパターン
214:RFモジュール
218:アンテナ素子パターン
219:給電点(給電パターン)
220a〜220d:接地点
221a〜221d:スイッチ
300:アンテナ構造
305:短絡平面
310:サブアンテナ構造
320:第1の放射素子
322:第1の端部
324:給電ライン
330:第2の放射素子
332:第2の端部
334:間隔
340:第3の放射素子
342:第3の端部
350:給電ライン
360,362:スイッチ
370,372:無線周波数モジュール
A1,A2:開口
400:放射素子
405:高周波給電点
410:低周波給電点
420:MEMSスイッチ
10: Dielectric 11: Ground plane 12: Rectangular feeding element 13: Feeding point 130: Feeding line 131: Top feeding point 14:
31: Matching circuit 32: Changeover switch 33: Transmission / reception changeover switch 34: Switch SW1
35: Switch SW2
36, 44: PA
37, 43: BPF
38, 41: Mixer 39: 5.8 GHz transmitter 40: 1.575 GHz transmitter 42: 5.8 GHz transmitter 45: Switch SW3
46: Switch SW4
50: Front-end circuit 60: GPS / ETC shared wireless system 101: Metal piece 102: PIN diode 211: Antenna unit 212: Wiring board 213: Ground pattern 214: RF module 218: Antenna element pattern 219: Feed point (feed pattern)
220a to 220d: grounding
Claims (12)
前記長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、W側の2つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をLi、L側の2つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をWi、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちW側に相当する辺の長さをW'、W'側の2つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をLi'、L'側の2つの辺と前記給電点との距離のうち小さい方をWi'とした場合、
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
であることを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 A rectangular feeding element having a feeding point on a diagonal line on the upper surface of the dielectric, and a rectangular parasitic element surrounding the feeding element are arranged in a matrix, and the feeding element, the parasitic element, and the adjacent parasitic element In a multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna having a structure in which elements are connected by a switch to form a rectangular radiating element,
The length of one side of the rectangular feeding element is L, the length of the other side is W, the smaller of the distances between the two sides on the W side and the feeding point is Li, the two sides on the L side and the side The smaller of the distance to the feeding point is Wi, the length of the side corresponding to the L side of the sides of the rectangular radiating element connected by the switch is L ′, the rectangular radiating element connected by the switch Of the sides, the length of the side corresponding to the W side is W ′, the smaller of the distances between the two sides on the W ′ side and the feeding point is Li ′, the two sides on the L ′ side and the feeding point If the smaller of the distances is Wi ',
L / W = L '/ W'
Li / L = Li '/ L'
Wi / W = Wi '/ W'
A multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna.
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
との関係にある前記長方形の放射素子の形状が、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間を接続する前記スイッチによって複数形成することを可能にしたことを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 1,
L / W = L '/ W'
Li / L = Li '/ L'
Wi / W = Wi '/ W'
It is possible to form a plurality of the rectangular radiating elements having a relationship with each other by the switch that connects between the feeding element, the parasitic element, and the adjacent parasitic element. Multi-band circularly polarized microstrip antenna.
L/W=L'/W'
Li/L=Li'/L'
Wi/W=Wi'/W'
となるように、前記無給電素子の外形と、前記給電素子と無前記給電素子の間隔、及び前記無給電素子間の間隔を調整したことを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 1 or 2,
L / W = L '/ W'
Li / L = Li '/ L'
Wi / W = Wi '/ W'
The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna, wherein the external shape of the parasitic element, the interval between the feeder element and the parasitic element, and the interval between the parasitic elements are adjusted so that
前記給電点に切替スイッチによって接続される整合回路を設けたことを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to any one of claims 1 to 3,
A multi-band circularly polarized microstrip antenna having a matching circuit connected to the feeding point by a changeover switch.
前記長方形の給電素子の一辺の長さをL、他方の辺の長さをW、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちL側に相当する辺の長さをL'、前記スイッチによって接続された長方形の放射素子の辺のうちW側に相当する辺の長さをW'とした場合、
L/W=L'/W'
であることを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 A rectangular feed element is provided on the top surface of the dielectric, and the feed element is fed from one vertex of the rectangle and has a rectangular parasitic element surrounding two sides constituting the vertex facing the feed point of the feed element. A multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna that is arranged in a matrix and has a structure in which a rectangular radiating element is formed by connecting the feeding element and the parasitic element, and the adjacent parasitic element by a switch. ,
The length of one side of the rectangular feeding element is L, the length of the other side is W, the length of the side corresponding to the L side of the sides of the rectangular radiating element connected by the switch is L ′, When the length of the side corresponding to the W side among the sides of the rectangular radiating elements connected by the switch is W ′,
L / W = L '/ W'
A multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna.
L/W=L'/W'
との関係にある長方形の放射素子の形状が、前記給電素子と前記無給電素子、及び隣接した前記無給電素子間を接続する前記スイッチによって複数形成することを可能にしたことを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 5,
L / W = L '/ W'
A rectangular radiation element having a relationship with a multi-element can be formed by a plurality of the power supply element, the parasitic element, and the switch connecting adjacent parasitic elements. Band-compatible circularly polarized microstrip antenna.
L/W=L'/W'
となるように、前記無給電素子の外形と、前記給電素子と前記無給電素子の間隔、及び前記無給電素子間の間隔を調整したことを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 5 or 6,
L / W = L '/ W'
The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna, wherein the external shape of the parasitic element, the interval between the parasitic element and the parasitic element, and the interval between the parasitic elements are adjusted so that
前記給電点に整合回路を設けたことを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to claim 5-7,
A multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna, wherein a matching circuit is provided at the feeding point.
前記スイッチがMEMSスイッチまたはPINダイオードの少なくとも一方であることを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to any one of claims 1 to 8,
The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna, wherein the switch is at least one of a MEMS switch and a PIN diode.
前記スイッチは、前記給電素子または無給電素子の辺とほぼ同じ長さにわたって形成されることを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to any one of claims 1 to 9,
The multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna, wherein the switch is formed over substantially the same length as a side of the feeding element or the parasitic element.
前記スイッチの各々は、他のスイッチと対向する先端部分の形状をV字形状に延長し、対向する4つのスイッチの間隙がX字状になるようにしたことを特徴とするマルチバンド対応円偏波マイクロストリップアンテナ。 In the multiband-compatible circularly polarized microstrip antenna according to any one of claims 1 to 9,
In each of the switches, the shape of the tip portion facing the other switch is extended to a V shape, and the gap between the four switches facing each other is made an X shape. Wave microstrip antenna.
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