JP2006074719A - 回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ及びこれを利用したアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 小さな面積で具現が可能であり、製作及び組立が簡単であり、多様な超高周波回路に適用できるアンテナの回転が可能なマイクロストリップパッチアンテナ及びこれを利用したアレイアンテナを提供する。
【解決手段】 本発明は、回転可能なマイクロストリップパッチアンテナにおいて、任意の方向に所定角度回転し、マイクロストリップパッチアンテナの送／受信信号を入力及び出力するための第１基板層と、第１基板層の下部に離隔されて、第１基板層と信号を送／受信するための第２基板層と、第１基板層の回転を許容し、第１基板層と第２基板層との間に信号を伝送するための層間信号伝送部とを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ及びこれを利用したアレイアンテナに関し、より詳細には、送受信兼用アンテナにおいて偏波特性を改善するためにアンテナを回転させることが可能なマイクロストリップパッチアンテナ及びこれを利用したアレイアンテナに関する。

図１Ａは、従来の回転可能な素子を利用したアンテナの一実施形態の斜視図であり、図１Ｂは、従来の複数の信号伝送線路を有する回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態の構成図である。一般的にアンテナの回転を要する場合には、送受信を分離してアンテナを構成したり、図１Ａに示されたようにホーンアンテナ１０のような回転可能なアンテナ素子を利用したり、または図１Ｂに示されたようにアンテナに複数の信号伝送線路を備えて、回転によって選択的に信号伝送線路を構成する方法を使用する。

この場合、基板を利用する送受信兼用のマイクロストリップ形態のパッチアンテナの場合には、回転が容易ではないため、回転が必要な場合、図１Ｂのようにマイクロストリップアンテナ２０に複数の信号伝送線路２１を構成して、信号選択器２２から回転角度によって選択的に引入線路を決定することによって、アンテナの回転にともなう信号伝送を支援する。

しかし、このように複数の信号伝送線路を利用して選択的に信号を供給する構造では、アンテナの最適性能を具現できないだけでなく、小さな面積で具現することが困難であり、製作及び組立が複雑となり、相当な信号減衰が発生して、多様な超高周波回路に拡張して適用できないという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するために提案されたものであって、基板上において具現され、回転が容易ではない送受信兼用マイクロストリップパッチアンテナにおいて、パッチアンテナが存在する限り、一面（１次面）の入／出力端子と、外部との信号伝達のための他の面（２次面）の入／出力端子との間に、１次面または２次面のうちいずれかの面が回転するようになる場合、ケーブルまたは電磁気的結合を利用してＲＦ信号を伝送することによって、伝送線路の形態、回転媒質の回転角度または端子の位置変化にともなう信号特性の変化なしに、低損失で伝送が可能であり、小さな面積で具現が可能であり、製作及び組立が簡単であり、多様な超高周波回路に適用できるアンテナの回転が可能なマイクロストリップパッチアンテナ及びこれを利用したアレイアンテナを提供する。

本発明は、このような目的を達成するために、回転可能なマイクロストリップパッチアンテナにおいて、任意の方向に所定角度回転し、マイクロストリップパッチアンテナの送/受信信号を入力及び出力するための第１基板層と、第１基板層の下部に離隔されて、前記第１基板層と信号を送/受信するための第２基板層と、前記第１基板層の回転を許容し、前記第１基板層と第２基板層との間に信号を伝送するための層間信号伝送部とを含み、前記第１基板層は、送信信号を受け取るための第１入力端子と、受信信号を出力するための第１出力端子と、前記第１入力端者と接続されて超高周波信号の伝送経路を提供するための第１基板層の第１伝送線路と、前記第１出力端子と接続されて超高周波信号の伝送経路を提供するための第１基板層の第２伝送線路とを含み、前記第２基板層は、前記第１入力端子に信号を出力するための第２出力端子と、前記第１出力端子から信号を受け取るための第２入力端子と、前記第２出力端子と接続されて超高周波信号の伝送経路を提供するための第２基板層の第１伝送線路と、前記第２入力端子と接続されて超高周波信号の伝送経路を提供するための第２基板層の第２伝送線路とを含むことを特徴とする。

また、本発明は、複数の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナを一定の間隔に配列したアレイアンテナにおいて、任意の方向に所定角度回転し、超高周波信号を自由空間と送/受信するための複数の回転放射素子と、前記複数の回転放射素子の各々を所定の角度で回転させるための回転駆動部とを含み、前記回転放射素子は、任意の方向に所定角度回転し、マイクロストリップパッチアンテナの送/受信信号を入力及び出力するための第１基板層と、前記第１基板層の下部に離隔されて前記第１基板層と信号を送/受信するための第２基板層と、前記第１基板層の回転を許容し、前記第１基板層と第２基板層間に信号を伝送するための層間信号伝送部とを含むことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、送受信兼用マイクロストリップパッチアンテナにおいて、衛星とアンテナの位置変化により発生する偏波損失を減少させるためにパッチアンテナを回転させる場合、送受信兼用アンテナの回転によって発生する超高周波信号の特性変化を最小限に抑制でき、小型に製作することが可能となる。

また、本発明によれば、互いに異なる基板層に位置する２対の入力端子と出力端子の間の超高周波信号を伝送することによって１層または２層全てが回転を必要とする場合に適用可能であり、入出力端子及びそれと接続された伝送線路を回転しながらも、信号の減衰または信号の切れる現象なしにスムーズにエネルギーを伝送できる。さらに、パッチアンテナを、信頼性を維持しながら容易に回転させることによって、最適の偏波特性を具現することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図２は、本発明に係るケーブル伝送線路を有する回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態の断面図である。図２に示したように、本発明に係るケーブル伝送線路を有する回転可能なマイクロストリップパッチアンテナは、任意の方向に所定角度回転するマイクロストリップ構造の第１基板層１１０、アンテナが送信する超高周波信号を受け取るための第１入力端子１２０ａ、アンテナが受信する超高周波信号を出力するための第１出力端子１５０ｂ、第１基板層１１０下部に離隔されて固定されたマイクロストリップ構造の第２基板層１４０、第１入力端子１２０ａに超高周波信号を出力するための第２出力端子１５０ａ、第１出力端子１５０ｂから超高周波信号を受け取るための第２入力端子１２０ｂ、第１入／出力端子１２０ａ、１５０ｂと第２入／出力端子１５０ａ、１２０ｂとの間に信号を伝達する同軸ケーブル１３０、及び第１基板層１１０と第２基板層１４０の上部と下部とに位置した接地面１７０を含む。この時、第１入／出力端子１２０ａ、１５０ｂ及び第２入／出力端子１５０ａ、１２０ｂは、環状、原板型または環状の小片などの任意の形態の超高周波伝送線路１６０と接続されて基板層の信号を入／出力する。

また、入力端子１２０ａ、１２０ｂは出力端子でも動作でき、出力端子１５０ｂ、１５０ａはやはり入力端子でも動作できることは、本発明が属する技術分野において自明なものといえる。

任意の方向に所定角度回転する機能を有する第１基板層１１０上の第１入／出力端子１２０ａ、１５０ｂを介して受信（あるいは送信）された信号は、回転角度の最大許容の範囲に相応する長さの同軸ケーブル１３０を介して固定されている第２基板層１４０上の第２入／出力端子１５０ａ、１２０ｂに伝達されるため、回転角度または端子の位置が変わっても一定の特性の信号を切断なしに伝送することが可能となる。

図３は、本発明に係る電磁気的結合を利用した伝送線路を有する回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態の断面図である。図３に示したように、本発明に係る電磁気的結合を利用した伝送線路を有する回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの２基板層１１０、１４０の間に存在する入／出力端子の間（１２０ａと１５０ａの間及び１２０ｂと１５０ｂの間）の信号伝送は、超高周波伝送線路１６０の間接的な電磁気的結合により行われる。

この時、両基板層の超高周波伝送線路１６０は、電磁気的結合による信号伝送のために、同じ形態と大きさで垂直面上に重なるように配置されることによって、第１基板層１１０が回転しても、信号特性の変化なしに両基板層の間に無中断信号伝送を可能にする。このような超高周波伝送線路１６０に対した具体的な実施形態は、関連図面を参照して後述する。

図４は、本発明に係る３６０度回転可能な環状伝送線路を有する回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態の透視図であって、環状伝送線路及び円形パッチ上に位置する入出力端子を利用した超高周波伝送回路を示す。図４に示したように、第１基板層１１０内の原板形態のパッチ構造である円形伝送線路１９０上に位置する第１入力端子１２０ａは、第２基板層１４０上の所定の直径を有する原板型伝送線路１９０上に位置する第２出力端子１５０ａと間接的な電磁気的結合により接続されることによって、信号を伝送する。

また、第１基板層１１０上の中身が空である原板のパッチ構造である環状伝送線路１８０上に位置する第２出力端子１５０ｂは、第２基板層１４０上の環状伝送線路１８０上に位置する第２入力端子１２０ｂと間接的な電磁気的結合により接続されることによって、信号を伝送する。環状伝送線路１８０及び円形伝送線路１９０の伝送線路の厚さは、動作周波数及び基板特性、入/出力端子とのインピダンスマッチングを考慮して最適化された値に決定される。

図５は、本発明に係る任意の角度で回転する環状の小片伝送線路を有する、回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施の形態の透視図である。第１基板層１１０において、環状伝送線路１８０の一定部分を小片にした形態である環状の小片伝送線路２００と接続した第１出力端子１５０ｂは、第２基板層１４０上の環状の小片伝送線路２００と接続された第２入力端子１２０ｂと間接的な電磁気的結合により接続することによって信号を伝送し、第２基板層１４０上の所定の直径を有する円形伝送線路１９０上に存在する第２出力端子１５０ａは、第１基板層１１０内の円形伝送線路１９０上の第１入力端子１２０ａに信号を伝送する。

環状の小片伝送線路２００のその内部及び外部の弧の角度は、回転する第１基板層１１０と固定された第２基板層１４０と間の回転角度に対する最大許容の範囲によって決められる。

図６は、本発明に係る第３基板層をさらに含む回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態を示す透視図である。図６に示したように、本発明に係る回転可能なマイクロストリップパッチアンテナは、送／受信兼用にアンテナが動作できるように、図４の第１基板層１１０の上部に２つの給電ポートが一体型に備えられた送／受信給電部１１４を含む第３基板層１１２をさらに含むことができる。

本実施の形態においては、図４の実施の形態に第３基板層がさらに含まれた構造を示しているが、図２及び図５の実施の形態のような様々の実施の形態の第１基板層の上部にも、同様に適用可能であることは自明である。

第３基板層１１２は、送／受信給電部１１４によって、２つの伝送線路（送信用と受信用）と下部に接地面１７０を有する基板上のマイクロストリップ構造のパターンに、信号を送信または受信することができるアンテナ性能を有する。第３基板層１１２は、第１基板層１１０と接地面１７０を介して結合されて、第３基板層１１２のアンテナ特性が第１基板層１１０の信号伝送線路に影響を与えない。したがって、第１基板層１１０と第２基板層１４０とは、上述したように一定の間隔を有して離隔されて一定の角度で回転する時にも、安定的に信号を伝送することができる。

図７は、本発明に係る回転可能なマイクロストリップパッチアンテナを利用したアレイアンテナの一実施形態を示す構成図である。図７に示したように、アンテナ配列によってアンテナの指向特性を向上させるために、本発明に係る回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ複数を一定の間隔に配列した構造のアレイアンテナは、本発明に係る回転可能なマイクロストリップパッチアンテナである複数の回転放射素子３００、回転放射素子３００各々と電気的に接続して回転放射素子３００を回転させるための回転駆動部３１０及び回転制御部３２０を含む。

アレイアンテナにおいて各々の回転放射素子３００が回転を要する場合、回転制御部３２０の命令に基づいて一定角度で回転駆動部３１０にて回転放射素子３００各々を回転させる。

尚、本発明は、上記の本実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

従来の回転可能なアンテナの一実施形態の斜視図である。 従来の複数の信号伝送線路を有する回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態の構成図である。 本発明に係るケーブル伝送線路を有する回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態の断面図である。 本発明に係る電磁気的結合を利用した伝送線路を有する、回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態の断面図である。 本発明に係る３６０度回転可能な環状伝送線路を有する、回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態の透視図である。 本発明に係る環状の小片伝送線路を有する、回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態の透視図である。 本発明に係る第３基板層をさらに含む、回転可能なマイクロストリップパッチアンテナの一実施形態の透視図である。 本発明に係る回転可能なマイクロストリップパッチアンテナを利用した、アレイアンテナの一実施形態の構成図である。

符号の説明

１１０ 第１基板層
１２０ａ 第１入力端子
１２０ｂ 第２入力端子
１５０ｂ 第１出力端子
１５０ａ 第２出力端子
１３０ 同軸ケーブル
１４０ 第２基板層
１６０ 超高周波伝送線路
１７０ 接地面
１８０ 環状伝送線路
１９０ 円形伝送線路
２００ 環状の小片伝送線路
１１２ 第３基板層
１１４ 送／受信給電部
３００ 回転放射素子
３１０ 回転駆動部
３２０ 回転制御部

Claims (14)

1. 回転可能なマイクロストリップパッチアンテナにおいて、
   任意の方向に所定角度回転し、マイクロストリップパッチアンテナの送／受信信号を入力及び出力するための第１基板層と、
   該第１基板層の下部に離隔されて、前記第１基板層と信号を送／受信するための第２基板層と、
   前記第１基板層の回転を許容し、前記第１基板層と第２基板層との間に信号を伝送するための層間信号伝送部と
   を含むことを特徴とする回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ。
2. 前記第１基板層と接地面とを介して結合されて、前記マイクロストリップパッチアンテナが送／受信兼用アンテナで動作できるように送／受信給電部を含む第３基板層とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ。
3. 前記第１基板層は、送信信号を受け取るための第１入力端子と、受信信号を出力するための第１出力端子と、前記第１入力端者と接続されて超高周波信号の伝送経路を提供するための第１基板層の第１伝送線路と、前記第１出力端子と接続されて超高周波信号の伝送経路を提供するための第１基板層の第２伝送線路とを含み、
   前記第２基板層は、前記第１入力端子に信号を出力するための第２出力端子と、前記第１出力端子から信号を受け取るための第２入力端子と、前記第２出力端子と接続されて超高周波信号の伝送経路を提供するための第２基板層の第１伝送線路と、前記第２入力端子と接続されて超高周波信号の伝送経路を提供するための第２基板層の第２伝送線路とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ。
4. 前記層間信号伝送部は、同軸ケーブルを利用したことを特徴とする請求項３に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ。
5. 前記層間信号伝送部は、前記第１基板層の第１伝送線路と前記第２基板層の第１伝送線路との間及び前記第１基板層の第２伝送線路と前記第２基板層の第２伝送線路との間の電磁気的結合を利用したことを特徴とする請求項３に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ。
6. 前記第１基板層の第１伝送線路と前記第２基板層の第１伝送線路及び前記第１基板層の第２伝送線路と前記第２基板層の第２伝送線路は、相互間の電磁気的結合のために同じ形態のマイクロストリップパッチ構造と大きさで垂直面上に重なるように配置されることを特徴とする請求項５に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ。
7. 前記第１基板層の第２伝送線路及び前記第２基板層の第２伝送線路は、円形伝送線路であることを特徴とする請求項６に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ。
8. 前記第１基板層の第１伝送線路及び前記第２基板層の第１伝送線路は、環状伝送線路であることを特徴とする請求項６に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ。
9. 前記第１基板層の第１伝送線路及び前記第２基板層の第１伝送線路は、環状の小片伝送線路であることを特徴とする請求項６に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナ。
10. 複数の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナを一定の間隔に配列したアレイアンテナにおいて、
    任意の方向に所定角度回転し、超高周波信号を自由空間と送／受信するための複数の回転放射素子と、
    前記複数の回転放射素子の各々を所定の角度で回転させるための回転駆動部とを含み、
    前記回転放射素子は、任意の方向に所定角度回転し、マイクロストリップパッチアンテナの送／受信信号を入力及び出力するための第１基板層と、前記第１基板層の下部に離隔されて前記第１基板層と信号を送／受信するための第２基板層と、前記第１基板層の回転を許容し、前記第１基板層と第２基板層間に信号を伝送するための層間信号伝送部とを含むことを特徴とする回転可能なマイクロストリップパッチアンテナを利用したアレイアンテナ。
11. 前記層間信号伝送部は、同軸ケーブルを利用したことを特徴とする請求項１０に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナを利用したアレイアンテナ。
12. 前記層間の信号伝送部は、前記第１基板層の超高周波信号伝送線路と前記第２基板層の超高周波の信号伝送線路との間の電磁気的結合を利用したことを特徴とする請求項１０に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナを利用したアレイアンテナ。
13. 前記第１基板層の超高周波の信号伝送線路と前記第２基板層の超高周波の信号伝送線路は、相互間の電磁気的結合のために、同じ形態のマイクロストリップパッチ構造と大きさで垂直面上に重なるように配置されることを特徴とする請求項１２に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナを利用したアレイアンテナ。
14. 前記第１基板層内の超高周波の信号伝送線路と前記第２基板層の超高周波の信号伝送線路は、環状または環状の小片伝送線路であることを特徴とする請求項１３に記載の回転可能なマイクロストリップパッチアンテナを利用したアレイアンテナ。

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