JP2007529946A - マイクロ波周波数用の高利得アンテナ - Google Patents
マイクロ波周波数用の高利得アンテナ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007529946A JP2007529946A JP2007503492A JP2007503492A JP2007529946A JP 2007529946 A JP2007529946 A JP 2007529946A JP 2007503492 A JP2007503492 A JP 2007503492A JP 2007503492 A JP2007503492 A JP 2007503492A JP 2007529946 A JP2007529946 A JP 2007529946A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- radiating element
- antenna
- branch
- radiating
- predetermined frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
- H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/062—Two dimensional planar arrays using dipole aerials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/06—Details
- H01Q9/065—Microstrip dipole antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
- H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
- H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
- H01Q9/27—Spiral antennas
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
少なくとも一つの所定周波数且つ所定偏波の電磁波を送信および/または受信するマイクロ波アンテナであって、このアンテナは、上面と下面とを有する支持体と、上面と下面とに配置された少なくとも一対の実質的に同一の上側の放射素子と下側の放射素子とを含み、上面の放射素子と下面の対応する放射素子との各対において、下側の放射素子の位相中心は実質的に上側の放射素子の位相中心に一致する。
Description
本発明は、全般的には高周波アンテナの分野に関し、特に、高周波マイクロ波用の平面等角アンテナの分野に関する。
高周波マイクロ波伝送(例えば、0.1〜40GHzの範囲の様々な部分での)用の平面(または平板)等角アンテナは、今日、例えばラジオ放送、移動通信、衛星通信において広く利用されている。このようなアンテナは、その特有の構成に基づき円偏波および直線偏波を提供することができる。
一般的には、印刷された等角平面アンテナは、多層基板構造(例えばPCB、プリント基板)上に形成され、特に、誘電体基板ならびに放射素子およびそのそれぞれの伝送線路のアレイを含み、その素子の数は素子利得とアンテナの所望の全体利得とに依存する。放射素子と伝送線路とは誘電体基板の片側または両側のいずれかに配置される。平面アンテナは、例えば、所謂「マイクロストリップ」技術あるいはフォトリソグラフィで印刷することにより製造される。
特許文献1には、少なくとも一つのPCBを含み、そのPCBの第1の側と第2の側との両方に放射素子と伝送線路とを相補的に設け、第1の側と第2の側との伝送線路が互いに重なり、そして第2の側の放射素子が、第1の側の放射素子から180度の角度で反対方向に伝送線路の終端から外側に延伸しているマイクロ波送信用の平面パネルアンテナが開示されている。
特許文献2には、直線偏波と円偏波とを有するアンテナが開示されている。このアンテナは、放射素子としてダイポールを使用し、直線偏波と円偏波とにおいて直交特性を持ち、そして前面側と背面側とを含む2つの板を使用して具現化される。
特許文献3には、絶縁(誘電体)基板の一方の側に配置された導電性ストリップの複数の対向する層を含む、拡縮可能なマルチダイポール構造を有する高周波信号送受信用の平面アンテナが開示されている。
特許文献4には、第1の一対のストリップ導体および第1の屈曲部分を含む第1のL字型ダイポールアンテナ素子ならびに第2の一対のストリップ導体および第2の屈曲部分を含む第2のL字型ダイポールアンテナ素子を含む、円偏波クロスダイポールアンテナが開示されている。第1のL字型ダイポールアンテナ素子は、単一平面内に実質的に設定された交差線により区切られた4つの領域のうちの第1の領域内に配置され、第2のL字型ダイポールアンテナ素子は、第1の領域の筋向かいである第2の領域に配置される。第1の屈曲部分と第2の屈曲部分とは、第1および第2のL字型ダイポールアンテナ素子が十字形を形成するように互いに近接し対向する。また、このアンテナは、第1および第2の屈曲部分から延伸してその単一平面内に給電するように設けられた平行二線型給電線を含む。
S.DragasとM.Sabbadiniとは、革新的周期アンテナに関する第27回ESAアンテナワークショップにおける「革新的広帯域円偏波アンテナ(A Novel Type of Wide Band Circular PolarisedAntenna)」の中で、準2アーム型(quasi two-arm)螺旋状放射素子を提示している。
特許文献5、特許文献6および特許文献7も、平面アンテナに関する。
この技術においては、新しい平面/等角アンテナが求められている。
米国特許第6,285,323号明細書
米国特許出願公開第2003/0218571号明細書
米国特許出願公開第2003/0020665号明細書
米国特許第6,163,306号明細書
米国特許第5,786,793号明細書
米国特許第6,518,935号明細書
米国特許出願公開第2003/0063031号明細書
本発明は、0.1〜40GHzの範囲の少なくとも一つの所定周波数且つ所定偏波の電磁波を送信および/または受信する平面等角アンテナを提供する。本発明によるアンテナは、所定の特有な構成に基づいた円偏波と直線偏波とを提供する。
本発明の実施形態によると、少なくとも一つの所定周波数且つ所定偏波の電磁波を送信および/または受信する平面または等角のアンテナが提供され、このアンテナは、上面と下面とを備えた平面状誘電体基板(PCB)を有し、少なくとも一対の略同一の上側放射素子と下側放射素子とが上記上面と下面とに配置され、上面の放射素子と下面の対応する放射素子との各対において、下側の放射素子の位相中心は上側の放射素子の位相中心に略一致する。これにより、高レベルのアンテナ性能(例えば、同じ数の放射素子を用いた略同じ幾何学的寸法を有する従来技術のアンテナと比較して、少なくとも1dBの利得、1.5dBの利得、さらに最大で3dBの利得、および放射ビームの大部分にわたる低い軸比)が可能となる。
本発明の実施形態によると、アンテナは円偏波を提供するために構成され、そして放射素子のそれぞれは円偏波の電磁波を放射することができる。本発明の別の実施形態によると、放射素子は屈曲形状の素子を含む。本発明のさらに別の実施形態によると、上記屈曲形状はL字形である。
本発明の実施形態によると、アンテナは直線偏波を提供するために構成され、そして放射素子は、互いに鋭角に配置された第1および第2のブランチを有する放射素子を含む。
本発明の実施形態によると、少なくとも一つの所定周波数且つ所定偏波の電磁波を送信および/または受信するアンテナが提供され、このアンテナは、上面と下面とを備えた誘電体基板を有する多層基板構造を含み、少なくとも一対の略同一の上側の放射素子と下側の放射素子とが誘電体基板の上面と下面とに配置され、各放射素子は、所定位置の位相中心を有する電磁波を送信および/または受信し、各放射素子は、幾何学的寸法が所定周波数に依存する放射素子と伝送線路とを含み、ここで、上面の放射素子と下面の対応する放射素子との各対において、
−上側の素子と下側の素子との伝送線路は互いに重なり、
−上側の素子と下側の素子との放射素子は、下側の放射素子の位相中心が上側の放射素子の位相中心に略一致するように、誘電体基板の平面に直交する平面に対して互いに対向して設けられる。
−上側の素子と下側の素子との伝送線路は互いに重なり、
−上側の素子と下側の素子との放射素子は、下側の放射素子の位相中心が上側の放射素子の位相中心に略一致するように、誘電体基板の平面に直交する平面に対して互いに対向して設けられる。
本発明のさらに別の実施形態によると、少なくとも一つの所定周波数且つ所定偏波の電磁波を送信および/または受信する平面アンテナを提供する方法が提供され、このアンテナは上面と下面とを備えた誘電体基板を有し、少なくとも一対の略同一の上側の放射素子と下側の放射素子とが誘電体基板の上面と下面とに配置され、この放射素子は第1および第2のブランチを含み、この方法は、
−所定偏波と少なくとも一つの所定周波数とに従って第1および第2のブランチの平面配置と幾何学的寸法とを決定する工程と、
−下側の放射素子の位相中心が上側の放射素子の位相中心に略一致するように、上面の放射素子のそれぞれを下面の対応する放射素子に関連づける工程と、を含む。
−所定偏波と少なくとも一つの所定周波数とに従って第1および第2のブランチの平面配置と幾何学的寸法とを決定する工程と、
−下側の放射素子の位相中心が上側の放射素子の位相中心に略一致するように、上面の放射素子のそれぞれを下面の対応する放射素子に関連づける工程と、を含む。
本発明を理解し、それがどのように実際に実施され得るかを見るために、好適な実施形態について、添付図面を参照して非限定的な実施例のみにより説明する。
図1は、高周波マイクロ波伝送(例えば、0.1〜40GHz範囲の様々な部分での)用のマイクロ波平面アンテナ8の全体断面図である。アンテナ8は多層構造を有しており、誘電材料(例えば、比誘電率εr=2.2を有する、米国アリゾナ州のロジャーズ社から市販されているPTFEガラス繊維、RT/duroid(登録商標)5880)からなる少なくとも一つのPCB(プリント基板)10を特に含む。PCB10は、電気的導電材料からなる放射素子(図1には図示せず)が配置される2つの面10a(上面)、10b(下面)を有する。アンテナ8は、低い比誘電率(例えば、発泡体は通常はεr=1.05を有し、空気はεr=1.00を有する)のスペーサ層12と、通常は金属材料からなる接地板14とをさらに含む。取付板、偏波層、ボックスなどの、アンテナ分野では周知の付加的な層(図1には図示せず)を利用してもよい。スペーサ層12の代わりにディスクリートのスペーサを使用してもよい。ピン18とスリーブ20とを有する電気的同軸コネクタ16は、アンテナに給電するために使用される。本発明は、図1に例証される平面アンテナの全体的な構造によって拘束されないということに留意されたい。例えば、アンテナ10は、その形状が電磁気学以外の例えば、空気力学または流体力学的考察によって決定される、表面に適合する等角アンテナであってよい。
図2は、本発明の実施形態による、円偏波に適したアンテナ8のPCB10の上面10aの上面図である。図2に例示的に示すように、複数の放射素子21は面10a上に特有の構成で配置される。放射素子21は略同一であり、それぞれは、屈曲形状の素子22と、共面伝送線路23(図2では両者とも実線で印される)とを含む。複数の略同一な放射素子21は面10b上に配置される。面10a上に配置された放射素子21のそれぞれは、以下にさらに詳細に検討する相補的な方法で、面10b上に配置された対応する放射素子と対をなす。一対の放射素子の伝送線路は実質的に互いに重なり(所謂「二線」構成)、したがって面10b上に配置された伝送線路23は図2では示されない。面10b上に配置された屈曲形状の素子22は破線で印される。両方の面上の放射素子は、給電構造16、18、20のまわりに略対称的に配置される。「二線」構成の使用と、給電構造のまわりの素子の対称的配置とにより、すべての放射素子の同一の入力インピーダンスと、アレイ全体のエネルギ分布のバランスとを保証する。
図2の非限定的な実施例において、アンテナは、8×8個の対の放射素子アレイを含む。本発明はこの特定の実施例によって制限されず、場合に応じ他の多くのアレイ構成が可能であること、そして、通常、放射素子の対の数は、所望の一定利得を提供するように設定されることに留意されたい。本発明は、一対の放射素子だけを利用することにより具現化され得るということに留意されたい。また、本発明は、図2に例証される放射素子の特定のレイアウトおよび構成により拘束されないことに留意されたい。
図3a〜図3bに、8〜9GHzの周波数範囲の円偏波に適した図2のアンテナの一対の放射素子21の構造を上面と側面とからそれぞれさらに詳細に概略的に図示する。同一の素子には同一の参照番号が付される。図3aに示すように、放射素子21のそれぞれは、給電点25を介して伝送線路23に接続された屈曲形状の素子22を含む。さらに以下に詳細に説明されるように、放射素子21のそれぞれは、円偏波の電磁波を放射できるように設計され、そして一対の素子21は所定の方法で比較的コンパクトな空間配置で互いに位置合わせされ、略同じ幾何学的寸法を有する同じ数の放射素子を有する従来技術のアンテナと比較して例えば最大で3dBの利得の高水準のアンテナ性能が達成されるようになっている。上面と下面とに配置された略同一の上側の放射素子と下側の放射素子との各対は、1dB〜3dBの範囲の利得増大をもたらし、そして6dBから9dB以上の範囲の利得を提供する(これは、例えば、図5aに実証される)。
以下は、本発明の実施形態に基づく、円偏波構成の単一の放射素子の設計の説明である。以下の実施例では、PCB材料は比誘電率εr=2.2と幅w=0.5mmとを有する。本発明は、以下の実施例により拘束されないことに留意されたい。
図3aの非限定的な実施例において実証されたように、アンテナは8GHz(所望の動作中心周波数)の周波数で動作し、直交するブランチX、YをPCB10の平面上に配置したL字型の素子22が使用される。L字型のブランチの幾何学的寸法は次の通りである。
ブランチX、Yの長さA、Bは略同一であり、次式により定義される。
[1] A,B=K1λ0
ここで、K1は、0.3から0.35の範囲であり、例えばK1=0.33、λ0は空気中の動作周波数の波長である。したがって、上記動作周波数(8GHz)において、A、Bは12.5mmに等しい。
ブランチX、Yの幅Cは次のように定義される。
[2] C=K2λ0
ここで、K2は0.10から0.20の範囲であり、例えばK2=0.106。図3aの実施例(8GHzの動作周波数)では、Cは4mmに等しい。
給電点25は、ブランチの一つ(図3aの実施例ではYブランチ)に接続される。この接続の位置は、ブランチX、Yに沿って伝播する電流成分間の遅延を決定し、そして円偏波を提供するために上記成分間に90°の位相遅延を生成するように設定される。
本発明は図3aに示す放射素子21の特定の実施例によって制限されず、他の多くのもの、例えばそれぞれが略屈曲形状を有する図4a〜図4bに図示された素子が可能であることに留意されたい。屈曲形状の素子の形状は直線的な外形を有する必要はなく、任意のバージョン(なだらかな形状を含む)の屈曲形状の素子を使用することができることに留意されたい。
本発明の実施形態によると、放射素子は、円偏波を有する電磁界を生成するために構成され、この目的のために、放射素子は、第1および第2のブランチと、第2のブランチに設置された給電点とを備えて略L字形を有し、第2のブランチで生成される電流が第1のブランチで生成される電流に対して90°位相が遅れるようにされる。
単一の放射素子の設計について説明した後は、本発明の実施形態による円偏波構成の一対の放射素子の設計の説明をする。
前述のように、PCB10の上面と下面との両方に配置された一対の素子21は、上側と下側との素子の位相中心が略一致し、高水準なアンテナ性能をもたらすように相補的に比較的コンパクトな空間において対向して位置合わせされる。本発明の実施形態によると、上側と下側との素子は、以下のようにして、対向し隣接して位置合わせされる。
上側の放射素子のXブランチと下側の放射素子のXブランチとの間の長さDと、上側の放射素子のYブランチと下側の放射素子のYブランチとの間の長さEとは次式により定義される。
[3] D=K3λ0
[4] E=K4λ0
[4] E=K4λ0
ここで、K3およびK4は、0.3から0.6の範囲であり、例えば、K3は0.57λoに等しく、K4は0.41λ0に等しい。DとEとが同じである必要はないことに留意されたい。また、上側と下側との放射素子は互いに完全対称である必要はないことに留意されたい。上記特定の値以外のDとEとの値を用いることができることに留意されたい。例えば、DまたはEが0.6λ0を越えた場合、アンテナの利得は、アンテナの等価面(equivalent surface)の増大により増大し得る。しかしながら、軸比(対称軸上のアンテナの真円度の測定値)は増大する。
本発明によると、図2および図3aに図示するように、上側と下側との放射素子の位相中心は互いに略一致する。一対の素子がアレイ状に配置された場合(図2に示すように)、隣接する一対の位相中心間の長さFは、次の一定の範囲に維持されなければならない。
[5] 0.5λ0<F<1λ0
図2および図3a〜図3bを参照した上記検討では、一対の素子21の相対的な位置合わせは、2次元的に、すなわちPCB10の平面を定義するX軸およびY軸に関してのみ提示された。しかしながら、一対の素子21の相対的な位置合わせは、実際には3次元的に(すなわち、PCB10の平面上に、そしてまた直交するZ軸に沿って)定義される。PCB10(図3bに示すように)の非常に小さな幅w(通常は約0.1〜0.5mm)により、Z軸に沿った相対的な位置合わせの考慮を無視することができ、一対の素子の相対的な位置合わせを2次元的のみに定義することができる。PCB10の幅wは、アンテナの動作周波数に対応する波長λに対し非常に小さくする必要があり(例えば、0.05λまたは0.1λ未満)、そうでなければ、一対の素子の相対的な位置合わせは三次元的に定義されなければならない。
アンテナの位相中心は、測定、コンピュータシミュレーションおよび計算により決定することができる。Y.T.Lo,Van Nostrand Reinhold著「アンテナハンドブック:アンテナ理論 第2巻(Antenna Handbook, Volume II Antenna Theory)」(ed.Y.T.Lo,Van Nostrand Reinhold,New York)の第8章において検討されるように、アンテナの位相中心を決める解析式は、通常、限られた数のアンテナ構成のみに対し存在する。CSTコンピューターシミュレーションテクノロジ社(独国)から市販されているCST Microwave Studio(登録商標)ソフトウェアのようなシミュレーションツールだけでなく、アンテナの位相中心を決めるための実験的な技術もこの技術において周知である。
図5a〜図5eに、本発明の実施形態による図3aに示す円偏波構成の一対の放射素子のシミュレーション特性を図示するが、これは以下のように8〜9GHzの範囲の動作周波数に関する。
図5aに、単一の一対の放射素子の利得を示す。図3aを参照し上に説明したように、略同一の幾何学的寸法を有する従来技術の放射素子の特徴的な利得は、通常、略6dB以内であることに留意されたい。図5bは、一対の放射素子の放射パターンのシミュレーションを示す。グラフAは、Φ=0°に対するEΦ成分を表わす。そして、グラフBは、Φ=0°に対するEΘ成分を表わす。図5cに、dBでの反射減衰量(所謂S11)を示す。図5dに、(0,0)°(所謂、ブロードサイド方向)での軸比を示す。図5eに、入力インピーダンスの所謂「スミスチャート」を示す。
本発明のさらに別の実施形態によると、直線偏波に適したアンテナが提供される。以下は、直線偏波の構成の対放射素子だけでなく単一の放射素子の設計についての説明である。
8GHzの動作周波数の直線偏波(場合に応じ、水平または垂直方向の)に適した本発明の実施形態によるアンテナの対放射素子35の構造を図示する図6を次に参照する。直線偏波の場合、上側と下側との放射素子36のそれぞれは、ブランチ間で鋭角をなす2ブランチ形状を有する屈曲形状の素子を有する。本発明の実施形態によると、上側と下側との放射素子は、図6に示すように、「Z」字または「S」字形状(または、実質的にこのような形状)が生成されるように相対的に位置合わせされる。
本発明の実施形態によると、直線偏波構成の放射素子は、互いに鋭角に配置された第1および第2のブランチを有する屈曲形状の素子を含む。上側と下側との放射素子は、上側と下側との素子の第1のブランチが平行となるようにPCBの両面上に略対称な配置で配置され、第1のブランチのそれぞれの電気的長さは、約0.5λ0(ここで、λ0は空気中の所定周波数の波長)である。言いかえれば、上側と下側との放射素子の第1のブランチのそれぞれは、単独で、直線偏波の放射素子として動作する。
以下の実施例では、PCB材料は比誘電率εr=2.2と幅w=0.5mmとを有する。本発明は、以下の実施例により拘束されないことに留意されたい。以下の実施例による鋭角ブランチの幾何学的寸法は、次の通りである。
第1のブランチの長さGは次式により定義される。
[7] G=K5λ0
ここで、K5は、0.3から0.4の範囲であり、例えばK5=0.36、λ0は空気中の動作周波数の波長である。したがって、上記実施例(8GHzの動作周波数)において、Gは13.5mmに等しい。
上側と下側との素子の第1のブランチ間の長さHは、次式により定義される。
[8] H=K6λ0
ここで、K6は、0.3から0.35の範囲であり、例えばK6=0.32、λ0は空気中の動作周波数の波長である。したがって、上記動作周波数(8GHz)において、Hは12mmに等しい。
放射素子の幅Iは次式により定義される。
[9] I=K7λ0
ここで、K7は、0.015から0.025の範囲であり、例えばK7=0.02、λ0は空気中の動作周波数の波長である。したがって、上記動作周波数(8GHz)において、Iは1mmに等しい。本発明は図6の特定の実施例により制限されないことに留意されたい。
図7a〜図7cに、図6に示した本発明の実施形態によるアンテナの一対の素子の8〜9GHzの動作周波数範囲におけるシミュレーション特性を次のように図示する。図7aは、一対の素子の入力インピーダンス(所謂、「スミスチャート」)のシミュレーションを示す。図7bに、8〜9GHzの周波数範囲における、一対の素子のdBでの反射減衰量(所謂、S11)を示し、そして、図7cに、8.2GHzの周波数における一対の素子の偏波上昇(polar elevation)パターンを示す。グラフAは、Φ=90°に対する成分EΘを表わし、グラフBはΦ=0°に対する成分EΦを表わす。
本発明のさらに別の実施形態によると、偏波器が、円偏波で動作する本発明のアンテナ(例えば、図2に示す)に追加され、これによりアンテナを直線偏波で動作するように変換する。直線偏波で動作するアンテナに偏波器を追加することにより、円偏波で動作する変換が達成されることに留意されたい。図8に示すように、偏波層P(偏波器)は、図3aおよび図3bを参照して上に説明した種類の平面アンテナの一方の側(例えば、上側)に追加される(同一の参照数字が使用され同一の素子を参照する)。偏波器は、アンテナの上側の全表面(図3aおよび図3bに示すXY平面における)を略覆うように設計される。偏波器の厚さは、2cmから3cmの間の典型的な値を有する。
図3aおよび図3bを参照して上に説明したアンテナがその上面を偏波器Pで完全に覆われるような上記詳細設計を使用することは、アンテナの適合性に実質的に何ら影響を与えない。8〜9GHzの周波数範囲において、その反射減衰量は、図5cに示したものと略同様である。測定されたアンテナのパターンは、当該周波数帯にわたって、−15dB以下の主偏波と直交偏波との比率を示す。これは、円偏波から直線偏波への略正確な変換が得られたことを意味する。単一素子(例えば、図3aに示す放射素子21、または例えば、図4a−4dに示す他の素子)の測定された利得は、8dBi以上の利得を示す。
ここで、図9a〜図9bを参照すると、本発明の別の実施形態による、同一領域上の右旋円偏波と左旋回円偏波とを合成するアンテナが示される。アンテナ900は、上で説明した種類(例えば、図1、図2および図3aに示す素子10)のPCB910を含む。PCB910は、2つの面910a(上面)、910b(下面)を有し、その上に、本発明の放射素子(例えば、図3aに示す素子21)が配置され、一例として、右旋円偏波を提供する。PCB910と同一であって、180°だけ回転されて(図3aおよび図3bに示すように軸Yに対して回転)PCB910をミラーするPCB920は、左旋円偏波を提供する。その結果として多層構造化されたものを図9bに図示するが、ここでは、各層と各面とは、見てすぐ分かるように矢印によって指示される。
放射素子は、PCB910と920との上で離間され、PCB920はPCB910に対して若干シフトされ(一つのPCBの放射素子が他のPCBの非放射部分上に位置することを可能にする図9aに示すシフトS)、異なる層(PCB910、PCB920)の素子間の破壊的影響が回避されるようにする。素子の配置は次式によって定義される。
[10] M=K8λ0
ここでK8は0.8〜1.0の範囲である。Mは同一のPCBの表の隣接する一対の素子の位相中心間の距離を定義することに留意されたい。PCB910、920は、小さな距離(例えば、0.1λ0)だけ互いに離間され、その間を絶縁する薄い空気層が提供される。本発明のこの実施形態は、効率的な方法で2つの同一の印刷アンテナ基板を組み合わせて使用することを可能にし、同一領域上に右旋円偏波もしくは左旋円偏波または必要ならば両方の円偏波を提供する。上述の本発明によると、放射素子(図3aに図示する素子21)のそれぞれの放射パターンは、上側と下側との素子の位相中心が重なることにより平衡化され、これにより高い利得をもたらすということに留意されたい。上側と下側との素子のアームが重ならないような異なる構造が使用された(すなわち、位相中心は一致しない)場合、結果として生じる放射パターンは非平衡化され、相対的に低い利得をもたらす。したがって、このような構造の性能を良くするために、素子は、隣接する素子間の相互結合が破壊的影響を与えないように位置合わせをする必要がある。
本発明は、放射素子が平面支持体の両面上に配置された平面構成を参照し詳細に説明された。本発明は上述の平面構成によって制限されないこと、そして、本発明の範囲内で他の配置は可能であることに留意されたい。例えば、本発明は、その形状が電磁気学以外の、例えば空気力学または流体力学的考察によって、または他の非平面構成によって決定される表面に適合する等角アンテナとして実施され得る。
本発明は、8〜9GHzの範囲内の動作周波数を参照し詳細に説明された。本発明はこの特定の実施例によって制限されず、必要な改変および変更により様々な周波数で動作するのに適し、例えば、動作周波数の変更は、放射素子の幾何学的寸法ならびにその平面レイアウトおよび配置の変更に帰着するであろうことに留意されたい。本発明は、印刷された構成(PCBを利用する)を参照して説明されたが、本発明がこの構成により制限されないことに留意されたい。相対的に低い周波数(例えば、1GHz以下)の範囲では、λは30cm以上となり、したがって、空気スペーサ、発泡体層等の使用だけでなく、金属からなる放射素子の使用も可能であることにも留意されたい。
本発明は、両面上に放射素子を配置した単一のPCB構成を参照して説明された。本発明は、隣接する放射素子の位相中心が略一致するように2つ以上のPCBが隣接して使用されそれぞれが放射素子をその片面または両面上に配置した別の構成において実施され得ることに留意されたい。
本発明はある程度の特殊性により説明されたが、当業者は、様々な変更および改変が以下の請求項の範囲から逸脱することなく実行され得るということを容易に認識するであろう。
Claims (23)
- 少なくとも一つの所定周波数且つ所定偏波の電磁波を送信および/または受信するマイクロ波アンテナであって、
上面と下面とを有する支持体と、
前記上面と前記下面とに配置された少なくとも一対の略同一の上側の放射素子と下側の放射素子と、を含み、
各放射素子は、所定位置の位相中心を有する前記所定偏波の電磁波を送信および/または受信することができ、各対において、前記下側の放射素子の位相中心は前記上側の放射素子の位相中心に略一致する、アンテナ。 - 前記支持体は等角である、請求項1に記載のアンテナ。
- 前記支持体は略平面である、請求項1に記載のアンテナ。
- 前記所定偏波は円偏波であり、前記放射素子のそれぞれは円偏波の電磁波を放射することができる、請求項1に記載のアンテナ。
- 前記放射素子は屈曲形状の素子を含む、請求項4に記載のアンテナ。
- 前記屈曲形状はL字形である、請求項4に記載のアンテナ。
- 前記L字形は、第1および第2のブランチと、前記第2のブランチに設けられた給電点とを有し、前記第2のブランチで生成される電流が、前記第1のブランチで生成される電流に対して90°位相が遅れるようにされる、請求項6に記載のアンテナ。
- 前記L字形は、Xブランチと、直交するYブランチとを有し、
−前記Xブランチの長さAと前記Yブランチの長さBとは、略同一であって、A,B=K1λ0(K1は0.3から0.35の範囲)の関係に従って前記所定周波数に依存し、
−XブランチとYブランチとの幅Cは、C=K2λ0(K2は0.10から0.20の範囲)の関係に従って前記所定周波数に依存し、
−前記上側の放射素子のXブランチと前記下側の放射素子のXブランチとの間の長さDは、D=K3λ0(K3は0.3から0.6の範囲)の関係に従って前記所定周波数に依存し、
−前記上側の放射素子のYブランチと前記下側の放射素子のYブランチとの間の長さEは、E=K4λ0(K4は0.3から0.6の範囲)の関係に従って前記所定周波数に依存し、
ここで、λ0は空気中の前記所定周波数の波長である、請求項7に記載のアンテナ。 - 前記上面と前記下面とに配置された前記略同一の上側の放射素子と下側の放射素子との対は、1dB〜3dBの範囲の利得増大をもたらす、請求項1に記載のアンテナ。
- 少なくとも一つの所定周波数且つ所定偏波の電磁波を送信および/または受信するアンテナであって、
上面と下面とを備えた誘電体基板を有する多層基板構造を含み、少なくとも一対の略同一の上側の放射素子と下側の放射素子とが、前記誘電体基板の前記上面と前記下面とに配置され、各放射素子は、所定位置の位相中心を有する前記所定偏波の電磁波を送信および/または受信することができ、各放射素子は、その幾何学的寸法が前記所定周波数に依存する放射素子と伝送線路とを含み、各対において、
−前記上側の素子と下側の素子との前記伝送線路は互いに重なり、
−前記上側の素子と下側の素子との前記放射素子は、前記下側の放射素子の位相中心が前記上側の放射素子の位相中心に略一致するように、前記誘電体基板の平面に直交する平面に対して互いに対向して配置される、アンテナ。 - 前記多層基板構造は等角である、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記多層基板構造は略平面である、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記所定偏波は円偏波であり、前記放射素子のそれぞれは円偏波の電磁波を放射することができる、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記放射素子は、略L字形を有する放射素子を含む、請求項13に記載のアンテナ。
- 前記放射素子は、L字形を有する放射素子を含む、請求項13に記載のアンテナ。
- 前記L字形は、第1および第2のブランチと、前記第2のブランチに設けられた給電点とを有し、前記第2のブランチで生成される電流が、前記第1のブランチで生成される電流に対して90°位相が遅れるようにされる、請求項15に記載のアンテナ。
- 前記上面と前記下面とに配置された前記略同一の上側の放射素子と下側の放射素子との対は、1dB〜3dBの範囲の利得増大をもたらす、請求項10に記載のアンテナ。
- 少なくとも一つの所定周波数且つ所定偏波の電磁波を送信および/または受信する平面アンテナを提供する方法であって、前記アンテナは、上面と下面とを備えた誘電体基板を有し、少なくとも一対の略同一の上側の放射素子と下側の放射素子とが、前記誘電体基板の前記上面と前記下面とに配置され、各放射素子は、所定位置の位相中心を有する前記所定偏波の電磁波を送信および/または受信することができ、前記放射素子は第1および第2の放射素子ブランチを含み、
−前記所定偏波と前記少なくとも一つの所定周波数とに従って、前記第1および第2の放射素子ブランチの平面配置と幾何学的寸法とを決定する工程と、
−前記下側の放射素子の位相中心が、前記上側の放射素子の位相中心に略一致するように、前記上面の放射素子のそれぞれを前記下面の対応する放射素子に関連づける工程と、含む方法。 - 前記所定偏波は円偏波であり、前記放射素子のそれぞれは円偏波の電磁波を放射することができる、請求項18に記載の方法。
- 前記放射素子は、屈曲形状を有する放射素子を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記屈曲形状はL字形である、請求項20に記載の方法。
- 前記L字形は、第1および第2のブランチと、前記第2のブランチに設置された給電点とを有し、前記第2のブランチで生成される電流が、前記第1のブランチで生成される電流に対して90°位相が遅れるようにした、請求項21に記載の方法。
- 前記L字形は、Xブランチと、直交するYブランチとを有し、
−前記Xブランチの長さAと前記Yブランチの長さBとは略同一であって、A,B=K1λ0(K1は0.3から0.35の範囲)の関係に従って前記所定周波数に依存し、
−前記Xブランチと前記Yブランチとの幅Cは、C=K2λ0(K2は0.10から0.20の範囲)の関係に従って前記所定周波数に依存し、
−前記上側の放射素子の前記Xブランチと前記下側の放射素子の前記Xブランチとの間の長さDは、D=K3λ0(K3は0.3から0.6の範囲)の関係に従って前記所定周波数に依存し、
−前記上側の放射素子の前記Yブランチと前記下側の放射素子の前記Yブランチとの間の長さEは、E=K4λ0(K4は0.3から0.6の範囲)の関係に従って前記所定周波数に依存し、
ここで、λ0は空気中の前記所定周波数の波長である、請求項21に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10/800,019 US7023386B2 (en) | 2004-03-15 | 2004-03-15 | High gain antenna for microwave frequencies |
PCT/IL2005/000295 WO2005088768A1 (en) | 2004-03-15 | 2005-03-15 | High gain antenna for microwave frequencies |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007529946A true JP2007529946A (ja) | 2007-10-25 |
Family
ID=34920630
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007503492A Withdrawn JP2007529946A (ja) | 2004-03-15 | 2005-03-15 | マイクロ波周波数用の高利得アンテナ |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7023386B2 (ja) |
EP (1) | EP1730810B1 (ja) |
JP (1) | JP2007529946A (ja) |
KR (1) | KR101173706B1 (ja) |
AT (1) | ATE397302T1 (ja) |
AU (1) | AU2005222115B2 (ja) |
CA (1) | CA2560534C (ja) |
DE (1) | DE602005007198D1 (ja) |
WO (1) | WO2005088768A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010512091A (ja) * | 2006-12-04 | 2010-04-15 | 韓國電子通信研究院 | 人工磁気導体を利用した導体付着型無線認識用ダイポール・タグアンテナ及び該ダイポール・タグアンテナを利用した無線認識システム |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7528778B1 (en) * | 2006-02-03 | 2009-05-05 | Hrl Laboratories, Llc | Structure for coupling power |
TWI345856B (en) * | 2007-09-14 | 2011-07-21 | Arcadyan Technology Corp | Dual band antenna |
US8427337B2 (en) * | 2009-07-10 | 2013-04-23 | Aclara RF Systems Inc. | Planar dipole antenna |
US8957831B1 (en) * | 2010-03-30 | 2015-02-17 | The Boeing Company | Artificial magnetic conductors |
US9368873B2 (en) * | 2010-05-12 | 2016-06-14 | Qualcomm Incorporated | Triple-band antenna and method of manufacture |
US8933847B2 (en) | 2011-04-06 | 2015-01-13 | Blackberry Limited | Mobile wireless communications device having antenna assembly with electrically conductive base enclosing an elongate slot and associated methods |
KR101277894B1 (ko) * | 2011-05-23 | 2013-06-21 | 주식회사 에이스테크놀로지 | 레이더 배열 안테나 |
US8457699B2 (en) | 2011-05-24 | 2013-06-04 | Research In Motion Limited | Mobile wireless communications device having an antenna assembly with corner coupled rectangular base conductor portions and related methods |
TWI483471B (zh) | 2011-08-02 | 2015-05-01 | Arcadyan Technology Corp | 雙頻天線 |
JP5676722B1 (ja) * | 2013-11-13 | 2015-02-25 | 三井造船株式会社 | 平面アンテナ及びレーダ装置 |
KR102185196B1 (ko) * | 2014-07-04 | 2020-12-01 | 삼성전자주식회사 | 무선 통신 기기에서 안테나 장치 |
KR101688210B1 (ko) * | 2015-03-18 | 2016-12-22 | 한국과학기술원 | 그물망 카이랄 메타물질 |
CN111029791A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-17 | 中国电波传播研究所(中国电子科技集团公司第二十二研究所) | 一种紧耦合偶极子反射天线阵列 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5708446A (en) * | 1995-04-29 | 1998-01-13 | Qualcomm Incorporated | Printed circuit antenna array using corner reflector |
US5786793A (en) * | 1996-03-13 | 1998-07-28 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Compact antenna for circular polarization |
CA2241128A1 (en) * | 1997-06-30 | 1998-12-30 | Sony International (Europe) Gmbh | Wide band printed phase array antenna for microwave and mm-wave applications |
US6163308A (en) | 1997-08-08 | 2000-12-19 | Philips Electronics North America Corporation | Method and apparatus for minimizing visual artifacts caused by the pixel display of a video image |
US6285323B1 (en) * | 1997-10-14 | 2001-09-04 | Mti Technology & Engineering (1993) Ltd. | Flat plate antenna arrays |
EP0920074A1 (en) | 1997-11-25 | 1999-06-02 | Sony International (Europe) GmbH | Circular polarized planar printed antenna concept with shaped radiation pattern |
JPH11330850A (ja) * | 1998-05-12 | 1999-11-30 | Harada Ind Co Ltd | 円偏波クロスダイポールアンテナ |
US6166702A (en) * | 1999-02-16 | 2000-12-26 | Radio Frequency Systems, Inc. | Microstrip antenna |
GB0009292D0 (en) | 2000-04-15 | 2000-05-31 | Univ Surrey | An Antenna |
KR100677093B1 (ko) * | 2000-05-31 | 2007-02-05 | 삼성전자주식회사 | 평면 안테나 |
FR2811142B1 (fr) * | 2000-06-29 | 2002-09-20 | Thomson Multimedia Sa | Dispositif d'emission et/ou de reception d'ondes electromagnetiques alimente par un reseau realise en technologie microruban |
US6424311B1 (en) * | 2000-12-30 | 2002-07-23 | Hon Ia Precision Ind. Co., Ltd. | Dual-fed coupled stripline PCB dipole antenna |
EP1271692B1 (en) | 2001-06-26 | 2004-03-31 | Sony International (Europe) GmbH | Printed planar dipole antenna with dual spirals |
US6741219B2 (en) * | 2001-07-25 | 2004-05-25 | Atheros Communications, Inc. | Parallel-feed planar high-frequency antenna |
TW518802B (en) * | 2001-10-03 | 2003-01-21 | Accton Technology Corp | Broadband circularly polarized panel antenna |
KR100526585B1 (ko) * | 2002-05-27 | 2005-11-08 | 삼성탈레스 주식회사 | 이중 편파 특성을 갖는 평판형 안테나 |
-
2004
- 2004-03-15 US US10/800,019 patent/US7023386B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2005
- 2005-03-15 AU AU2005222115A patent/AU2005222115B2/en not_active Ceased
- 2005-03-15 DE DE602005007198T patent/DE602005007198D1/de active Active
- 2005-03-15 KR KR1020067021387A patent/KR101173706B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2005-03-15 AT AT05718868T patent/ATE397302T1/de not_active IP Right Cessation
- 2005-03-15 JP JP2007503492A patent/JP2007529946A/ja not_active Withdrawn
- 2005-03-15 CA CA2560534A patent/CA2560534C/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-03-15 WO PCT/IL2005/000295 patent/WO2005088768A1/en active IP Right Grant
- 2005-03-15 EP EP05718868A patent/EP1730810B1/en not_active Not-in-force
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010512091A (ja) * | 2006-12-04 | 2010-04-15 | 韓國電子通信研究院 | 人工磁気導体を利用した導体付着型無線認識用ダイポール・タグアンテナ及び該ダイポール・タグアンテナを利用した無線認識システム |
US8325104B2 (en) | 2006-12-04 | 2012-12-04 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Dipole tag antenna structure mountable on metallic objects using artificial magnetic conductor for wireless identification and wireless identification system using the dipole tag antenna structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1730810A1 (en) | 2006-12-13 |
AU2005222115B2 (en) | 2009-04-02 |
WO2005088768B1 (en) | 2005-10-20 |
US7023386B2 (en) | 2006-04-04 |
CA2560534C (en) | 2013-01-22 |
KR20070015931A (ko) | 2007-02-06 |
AU2005222115A1 (en) | 2005-09-22 |
US20050200527A1 (en) | 2005-09-15 |
KR101173706B1 (ko) | 2012-08-13 |
ATE397302T1 (de) | 2008-06-15 |
CA2560534A1 (en) | 2005-09-22 |
WO2005088768A1 (en) | 2005-09-22 |
EP1730810B1 (en) | 2008-05-28 |
DE602005007198D1 (de) | 2008-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2007529946A (ja) | マイクロ波周波数用の高利得アンテナ | |
Zhu et al. | Printed circularly polarized spiral antenna array for millimeter-wave applications | |
US8830133B2 (en) | Circularly polarised array antenna | |
Hao et al. | Planar high-gain circularly polarized element antenna for array applications | |
Xiao et al. | A low-profile wideband tightly coupled dipole array with reduced scattering using polarization conversion metamaterial | |
Meagher et al. | A wideband aperture-coupled microstrip patch antenna employing spaced dielectric cover for enhanced gain performance | |
US9318811B1 (en) | Methods and designs for ultra-wide band(UWB) array antennas with superior performance and attributes | |
CN113300089A (zh) | 低频振子、天线阵列与天线装置 | |
WO2011100618A1 (en) | Compound loop antenna | |
US8228235B2 (en) | High gain antenna for microwave frequencies | |
KR20050117316A (ko) | 다층 원형 도체 배열을 이용한 마이크로스트립 스택 패치안테나 및 그를 이용한 평면 배열 안테나 | |
Wu et al. | A wideband dual‐polarized magneto‐electric dipole antenna for millimeter wave applications | |
Chen et al. | Ultrathin and flexible ultrawideband antenna array based on integrated impedance matching line | |
Jagtap et al. | Gain and bandwidth enhancement of circularly polarized MSA using PRS and AMC layers | |
Guthi et al. | High gain and wideband circularly polarized S‐shaped patch antenna with reactive impedance surface and frequency‐selective surface configuration for Wi‐Fi and Wi‐Max applications | |
Haraz et al. | Design of a printed log‐periodic dipole array antenna with high gain for millimeter‐wave applications | |
CA2596025C (en) | A microstrip double sided monopole yagi-uda antenna with application in sector antennas | |
Ashvanth et al. | Design of a 16‐beam pattern‐reconfigurable antenna for vehicular environment | |
Nasir et al. | Broadband dual‐podal multilayer Vivaldi antenna array for remote sensing applications | |
Du et al. | A circularly polarized pyramidal horn antenna based on substrate integrated waveguide | |
WO2014036302A1 (en) | Miniaturized antennas | |
Liu et al. | A Ku Wideband Circularly Polarized Microstrip Antenna Array with Low Profile Crossed‐Dipole Element | |
Zhang et al. | A single‐microstrip‐fed S‐shaped magneto‐electric dipole array with broadband circular polarisation for MMW applications | |
CN220873842U (zh) | 一种天线装置及雷达设备 | |
Xu et al. | Wideband circularly polarized magnetic‐electric dipole antenna using shorted stub for millimeter wave endfire radiation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080226 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20080318 |