JP2007533281A - Microstrip array antenna - Google Patents

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Abstract

マイクロストリップ・アンテナは、1つの誘電体層を有し、一方側に導電接地平面が配置され、誘電体層の他方側には隔置された放射パッチのアレイが配置される。放射パッチは、ストリップ線路要素を介して給電端子と相互接続される。電磁エネルギーに応答して、アンテナ内に高次の定在波が誘起され、指向性ビームがアンテナから送信および/またはアンテナで受信される。二重モードの実施形態は、定在波のノードが直交して配置されたストリップ線路の交差部に発生して、信号の干渉偏波レベルおよび2つの動作モード間の漏話を最低限に抑えるように構成される。  The microstrip antenna has one dielectric layer with a conductive ground plane disposed on one side and an array of spaced radiating patches disposed on the other side of the dielectric layer. The radiating patch is interconnected with the feed terminal via a stripline element. In response to electromagnetic energy, a higher order standing wave is induced in the antenna, and a directional beam is transmitted from and / or received by the antenna. The dual mode embodiment is such that standing wave nodes occur at the intersection of orthogonally arranged striplines to minimize the cross polarization level of the signal and the crosstalk between the two modes of operation. Configured.

Description

放射パッチと給電源との間にEM(電磁)力を分配するために漏洩空洞(leaky cavity)内に含まれる単一誘電体層マルチパッチのマイクロストリップ・アレイ・アンテナ設計。   A single dielectric layer multipatch microstrip array antenna design included in a leaky cavity to distribute EM (electromagnetic) force between a radiating patch and a power supply.

本発明は、概して、アンテナに関し、特にマイクロストリップ・アレイ・アンテナに関する。   The present invention relates generally to antennas, and more particularly to microstrip array antennas.

世界中で直接衛星放送サービスの数が大幅に増加し、したがって、このような放送サービスを受信する容量を有するアンテナに対する世界的な需要も増大している。この需要の増大には通常、当技術分野で周知の反射器、すなわち「皿状」アンテナで応えてきた。反射器アンテナは一般的に、静止衛星または赤道衛星からのテレビ・チャンネル信号の送波のような放送サービスを受信するために住宅環境で使用される。しかし、反射器アンテナにはいくつかの欠点がある。例えば、住宅で使用するには嵩張り、比較的高価である。さらに、反射器アンテナには給電アセンブリによる給電漏出および開口閉塞が避けられず、これは反射器アンテナの開口効率を大幅に低下させ、通常は開口効率がわずか約55%になってしまう。   The number of direct satellite broadcast services around the world has increased significantly, and thus the global demand for antennas with the capacity to receive such broadcast services has also increased. This increased demand has typically been met with reflectors, or “dish” antennas, well known in the art. Reflector antennas are commonly used in residential environments to receive broadcast services such as the transmission of television channel signals from geostationary or equatorial satellites. However, reflector antennas have several drawbacks. For example, it is bulky and relatively expensive to use in a house. In addition, reflector antennas cannot avoid feed leakage and aperture blockage due to the feed assembly, which greatly reduces the aperture efficiency of the reflector antenna, which typically results in only about 55% aperture efficiency.

マイクロストリップ・アンテナなどの代替アンテナは、反射器アンテナに関連する不都合の多くを克服する。例えば、マイクロストリップ・アンテナの方が反射器アンテナより必要とする空間が小さく、製造が単純で費用が少なく、プリント回路技術との適合性が高い。マイクロストリップ・アレイ・アンテナ、すなわちマイクロストリップのアレイを有するマイクロストリップ・アンテナは、高い指向性を必要とする用途に使用することができる。しかし、マイクロストリップ・アレイ・アンテナは通常、複雑なマイクロストリップ給電網を必要とし、これは全体的なアンテナ損に対して有意の給電損に寄与する。さらに、多くのマイクロストリップ・アレイ・アンテナは、単一偏波に、および直線偏波ビームのみの送信または受信に制限される。このような欠点は、放送サービスが円偏波ビームのみを使用して提供される世界の多くの地域で、特に重大である。このような場合、サービスの受信者はより効率が低く、より高価で嵩張る反射器アンテナ、または偏波器を使用するマイクロストリップ・アレイ・アンテナに頼らなければならない。しかし、偏波器はアンテナに追加の電力損を導入し、比較的低品質の放射線パターンを生成する。さらに、二重偏波が必要な場合は、単一偏波の2つのアンテナが必要である。   Alternative antennas such as microstrip antennas overcome many of the disadvantages associated with reflector antennas. For example, a microstrip antenna requires less space than a reflector antenna, is simple to manufacture, is less expensive, and is more compatible with printed circuit technology. A microstrip array antenna, ie, a microstrip antenna having an array of microstrips, can be used for applications that require high directivity. However, microstrip array antennas typically require a complex microstrip feed network, which contributes a significant feed loss to the overall antenna loss. Furthermore, many microstrip array antennas are limited to single polarization and to transmission or reception of only linearly polarized beams. Such drawbacks are particularly acute in many parts of the world where broadcast services are provided using only circularly polarized beams. In such cases, service recipients must rely on less efficient, more expensive and bulky reflector antennas, or microstrip array antennas using polarizers. However, the polarizer introduces additional power loss into the antenna and produces a relatively low quality radiation pattern. Furthermore, if dual polarization is required, two antennas with single polarization are required.

次に、必要とされているのは、低コストで、単純に製造され、コンパクトで高い開口効率を有し、複雑な給電網を必要とせず、単一または二重偏波の直線偏波または円偏波ビームを送受信するように容易に適応することができるアンテナである。   Next, what is needed is a low cost, simply manufactured, compact, high aperture efficiency, no complex feed network, single or dual polarized linear or An antenna that can be easily adapted to transmit and receive circularly polarized beams.

したがって、本発明は、低コスト、コンパクトで、高い開口効率を有し、複雑な給電網を必要とせず、二重偏波の直線偏波または円偏波ビームを送受信するように容易に適応することができるアンテナを提供する。そのために、本発明のマイクロストリップ・アンテナは、一方側に導電性接地平面が配置された誘電性単層、および漏洩空洞を形成するために誘電体層の他方側に配置され、隔置された放射パッチのアレイを含む。電磁エネルギーに応答して、指向性ビームをアンテナで送受信する。   Thus, the present invention is low cost, compact, has high aperture efficiency, does not require a complex feed network, and is easily adapted to transmit and receive dual polarized linearly or circularly polarized beams. Provide an antenna that can. To that end, the microstrip antenna of the present invention is disposed and spaced apart on the other side of the dielectric layer to form a dielectric single layer with a conductive ground plane disposed on one side and a leakage cavity. Includes an array of radiating patches. In response to electromagnetic energy, a directional beam is transmitted and received by an antenna.

本発明およびその利点をさらに完全に理解するために、次に添付の図面との組合せで以下の説明を参照する。   For a more complete understanding of the present invention and the advantages thereof, reference is now made to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.

以下の図面の説明においては、図示された特定の要素はわかりやすくするために必ずしも正確に縮尺したものではなく、同様または類似の要素はいくつかの図面を通して同じ参照番号で示される。   In the following description of the drawings, the specific elements illustrated are not necessarily drawn to scale for clarity, and similar or similar elements are designated by the same reference numerals throughout the several views.

以降では2タイプのアンテナについて説明する。一方は、単モード動作用の1つの給電部を有する直線偏波アンテナである。この実施形態では、十字形または交差するストリップ線路導体は必要とされず、構造は比較的単純である。他方は相互に独立して動作可能な2つの入力給電部がある二重モードアンテナであり、パッチを給電コネクタに接続する十字形または交差するストリップ線路導体を有する。   Hereinafter, two types of antennas will be described. One is a linearly polarized antenna having one power supply unit for single mode operation. In this embodiment, no cruciform or crossing stripline conductors are required and the structure is relatively simple. The other is a dual mode antenna with two input feeds that can operate independently of each other and has a cross-shaped or crossing stripline conductor that connects the patch to the feed connector.

二重モード構成では、アンテナが重ねられた2つのアンテナとして作用する。このようなアンテナは、2つの給電端子を使用することができ、一方の端子のストリップ線路導体は他方の端子のストリップ線路導体に対して直交する。アンテナの各パッチは、パッチの一方のコーナーで、または2つの直交モードを励起することができる他のポイントで第1の方向のストリップ線路導体に接続され、隣接するコーナーまたはポイントで第2の方向(直交)のストリップ線路導体に接続される。この実施形態では、パッチおよびストリップ線路導体は、定在波のノードがストリップ線路の交差部と一致して、干渉偏波レベルおよび漏話を低下させるように配置される。各ストリップ線路導体に定在波ノードが発生すると、予め定められた、または予め画定された所望の電界分布を生成する。   In the dual mode configuration, the antennas act as two antennas superimposed. Such an antenna can use two feed terminals, the stripline conductor of one terminal being orthogonal to the stripline conductor of the other terminal. Each patch of the antenna is connected to a stripline conductor in a first direction at one corner of the patch or at another point capable of exciting two orthogonal modes, and in a second direction at an adjacent corner or point. Connected to (orthogonal) stripline conductors. In this embodiment, the patch and stripline conductors are arranged such that the standing wave node coincides with the stripline intersection to reduce the interferometric polarization level and crosstalk. When a standing wave node is generated in each stripline conductor, a predetermined or predetermined desired electric field distribution is generated.

アンテナの最大指向性のためには、放射パッチ間に電力を均一に分配するように設計される。均一な電界分布になるように構成すると、全てのパッチが同じ物理的サイズになり、全ての相互接続ストリップ線路が同じ寸法を保持することができ、それ故、設計プロセスおよび製造公差が大幅に単純化する。これは、最大指向性のために放射パッチ間で比較的均一な電界分布を獲得するために放射パッチ要素を相互接続するストリップ線路にいくつかの異なるパラメータを必要とする先行技術の設計とは対照的である。   For maximum antenna directivity, it is designed to distribute power evenly between the radiating patches. When configured for uniform electric field distribution, all patches have the same physical size and all interconnect striplines can maintain the same dimensions, thus greatly simplifying the design process and manufacturing tolerances Turn into. This is in contrast to prior art designs that require several different parameters on the stripline interconnecting radiating patch elements to obtain a relatively uniform electric field distribution between radiating patches for maximum directivity. Is.

他方で、用途によっては、指向性を最適値から低下させねばならなくても、サイドローブを減少させるために放射パッチにわたるテーパ状分布が好ましい。   On the other hand, depending on the application, a tapered distribution across the radiating patch is preferred to reduce side lobes even if the directivity has to be reduced from an optimum value.

本明細書で提示するような二重モード・アンテナは、2つの直交する直線偏波放射線、または給電区域を多少修正して、2つの直交する円偏波(すなわち、右手および左手)放射を生成することができる。二重モード・アンテナは、他方のポートを使用しないことによって、単純に単モード動作に使用できることが認識される。最適な結果にするために、二重モード・アンテナでは、放射パッチが二回対称(two−fold symmetry)を有しなければならないことも認識されたい。   A dual-mode antenna as presented herein generates two orthogonal circularly polarized radiations, or two orthogonal circularly polarized (ie, right and left hand) radiations with some modifications to the feed area. can do. It will be appreciated that a dual mode antenna can simply be used for single mode operation by not using the other port. It should also be appreciated that for optimal results, for a dual mode antenna, the radiating patch must have two-fold symmetry.

ストリップ線路導体、あるいは当技術分野では単にストリップ線路は、漏洩空洞の表面の一部を形成し、それ故、放射パッチ要素間の電力の流れ(power flow)を容易にしながら、空洞の共振周波数に影響を及ぼす。ストリップ線路は、アンテナの効率を最大限にするために他の要素を最小限に抑えながら、漏洩した電力を所望の方向、すなわち放射に振り向けるように、電力の流れを適切に案内する作用をする。先行技術のアンテナでは、ストリップ線路は、進行波を給電部(feed)から放射パッチへと伝達させる導電路として働く。本明細書の文脈では、ストリップ線路がチャネルとして働いて、パッチと給電部をブリッジし、したがってエネルギーが前後に流れ、それ故、チャネル・ブリッジ上に何らかの形態の定在波が生じる。本書でこれ以降使用するストリップ線路という言葉は、さらに空洞を囲み、接地平面(ground plane)の反対側で誘電体表面上に存在し、進行波、定在波または2つの組合せの形態である電力の流れを案内するために使用される放射パッチ以外の任意の導電材料に適用される。   A stripline conductor, or simply a stripline in the art, forms part of the surface of the leaky cavity, and thus facilitates the power flow between the radiating patch elements while at the resonant frequency of the cavity. affect. The stripline acts to properly guide the flow of power so that the leaked power is diverted to the desired direction, ie radiation, while minimizing other elements to maximize antenna efficiency. To do. In prior art antennas, the stripline acts as a conductive path that transmits the traveling wave from the feed to the radiating patch. In the context of this specification, the stripline acts as a channel, bridging the patch and the feed, so that energy flows back and forth, thus creating some form of standing wave on the channel bridge. In the remainder of this document, the term stripline will be used to refer to a power that surrounds the cavity and is on the dielectric surface opposite the ground plane and is in the form of a traveling wave, standing wave or a combination of the two. Applies to any conductive material other than a radiating patch used to guide the flow of water.

定在波および進行波の両方を使用するこのような単一誘電体層のアンテナ(single−dieletric layer antenna)で可能な複数の実施形態に鑑みて、単純な構成から複雑な構成まで、複数の構成を図示し、以下のパラグラフで説明する。   In view of the multiple possible implementations of such a single-dielectric layer antenna using both standing and traveling waves, multiple configurations, from simple to complex configurations, are possible. The configuration is illustrated and described in the following paragraphs.

他に明記しない限り、λは自由空間内のEMエネルギー・ビームの波長である(すなわち、λ=c/fで、ここで、cは自由空間内の光の速度、fはビームの周波数である)と理解され、λεは誘電媒体内のEMエネルギー・ビームの波長である(すなわち、λε=v/fで、ここで、vは誘電媒体内の光の速度である)と理解される。さらに、本明細書では、「ストリップ」、「パッチ」、「ストリップ線路」、「スタブ」および「伝送線」と呼ばれる要素は、誘電マイクロストリップを構成すると理解され、これは約1ミル(0.001インチ=0.0254mm)の厚さを有することが好ましい。接地平面および縁部導体(edge conductor)も約1ミルの厚さを有することが好ましいが、個々のアンテナに構造的支持を提供するために、所望に応じてこれより厚くてもよい(例えば0.125インチ=3.175mm)。厚さは、通常、マイクロストリップ、接地平面、または縁部導体が個々に結合される誘電体表面に対して直角の方向に測定されることを理解されたい。 Unless otherwise specified, λ o is the wavelength of the EM energy beam in free space (ie, λ o = c / f, where c is the speed of light in free space and f is the frequency of the beam. Λ ε is the wavelength of the EM energy beam in the dielectric medium (ie, λ ε = v / f, where v is the speed of light in the dielectric medium). Is done. In addition, elements referred to herein as “strips”, “patches”, “strip lines”, “stubs” and “transmission lines” are understood to constitute dielectric microstrip, which is approximately 1 mil (0. (001 inch = 0.0254 mm). The ground plane and edge conductors also preferably have a thickness of about 1 mil, but may be thicker if desired (eg, 0 to provide structural support to the individual antennas). 125 inches = 3.175 mm). It should be understood that the thickness is typically measured in a direction perpendicular to the dielectric surface to which the microstrip, ground plane, or edge conductors are individually coupled.

さらに、他に明記しない限り、(ケーブル以外で)本発明により使用される誘電材料は、比較的低い誘電率を有する機械的に安定した材料から製造することが好ましいことに留意されたい。誘電体層は、所望の誘電率を提供するために適切に多層にすることができる。複合体であっても、そうでなくても、1つの誘電体層は、0.003λεと0.050λεの間の厚さを有することが好ましいが、帯域幅を広くするために、これより厚くてもよい。 Furthermore, it should be noted that unless otherwise specified, the dielectric material used in accordance with the present invention (other than the cable) is preferably made from a mechanically stable material having a relatively low dielectric constant. The dielectric layer can be suitably multilayered to provide the desired dielectric constant. One dielectric layer, whether composite or not, preferably has a thickness between 0.003λ ε and 0.050λ ε , but this may be done to increase bandwidth. It may be thicker.

さらに、本明細書では、高次の定在波という場合、これは基本モード以外のモードを画定する高次の定在波の1つを含むことに留意されたい。   Furthermore, it should be noted that in this specification, when referring to a higher order standing wave, this includes one of the higher order standing waves that define modes other than the fundamental mode.

さらに、本明細書では(他に指示しない限り)、接地平面、縁部導体、マイクロストリップ(例えばストリップおよびパッチ)などは、銅、アルミ、銀および/または金のような導電材料を備えることが好ましいことに留意されたい。本明細書で、このような導電材料を誘電材料に結合すると言及した場合、これは従来のプリント回路、めっき、転写、モノリシック・マイクロ波集積回路(MMIC)技術、化学エッチング技術、または任意の他の適切な技術を使用して達成できることが好ましい。例えば、化学エッチング技術によると、誘電体層を上述した導電材料の1つに被覆することができる。次に、従来の化学エッチング技術を使用して、導電材料を誘電体層から選択的にエッチングで除去し、それによって本明細書で説明する任意のマイクロストリップ・パターンを画定する。適宜、非常に薄い(例えば1.5ミル)熱ボンド薄膜で結合部を生成するなど、任意の適切な技術を使用して、導電材料を有する前述の誘電体の表面に第2の誘電体層を結合することができる。   Further, as used herein (unless otherwise indicated), ground planes, edge conductors, microstrips (eg, strips and patches), etc. may comprise conductive materials such as copper, aluminum, silver and / or gold. Note that it is preferred. Any reference herein to bonding such a conductive material to a dielectric material may include conventional printed circuits, plating, transfer, monolithic microwave integrated circuit (MMIC) technology, chemical etching technology, or any other. Preferably, this can be achieved using any suitable technique. For example, according to chemical etching techniques, the dielectric layer can be coated on one of the conductive materials described above. The conductive material is then selectively etched away from the dielectric layer using conventional chemical etching techniques, thereby defining any microstrip pattern described herein. Optionally, the second dielectric layer on the surface of the dielectric having the conductive material using any suitable technique, such as creating a bond with a very thin (eg, 1.5 mil) thermal bond film. Can be combined.

さらに、本発明の以下の説明では、計算および解析の使用に言及することに留意されたい。例えば、IEEE Transactions on Antennas and Propagation(Vol.43、pp.892−895、1995年8月)で発表した「Planar dual−band microstrip antenna」と題した論文でC. S. Lee、V. NalbandianおよびF. Schweringが、および1998年に南メソジスト大学電気工学部の博士論文として発表された「Double−layer Microstrip Antenna」で、T. H. Hsiehが説明した空洞モデルおよび積率法(moment method)などである。これらの論文は両方とも、参照により全体が本明細書に組み込まれ、以降ではまとめて「LeeおよびHsieh」と呼ぶ。 Furthermore, it should be noted that the following description of the invention refers to the use of calculations and analysis. For example, in a paper entitled “Planar dual-band microstrip antenna” published in IEEE Transactions on Antennas and Propagation (Vol. 43, pp. 892-895, August 1995). S. Lee, V.C. Nalbandian and F.M. Schwering, and “Double-layer Microstrip Antenna” published in 1998 as a doctoral dissertation at the Department of Electrical Engineering, Southern Methodist University. H. Such as the cavity model and moment method described by Hsieh. Both of these articles are hereby incorporated by reference in their entirety and are collectively referred to hereinafter as “Lee and Hsieh”.

(中程度の利得のアンテナ用途(基地局アンテナ用))
図1〜図3
図1および図2を参照すると、参照番号100は、ビームを送受信する本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ100は、ほぼ正方形の誘電体層112を含むことが好ましい。層112の幅102および長さ102は、以下で説明する使用パッチの数および間隔によって決定され、パッチ120の外縁を超えて少なくとも0.50λεの幅および長さ102aだけ延在することが好ましい。
(Medium gain antenna applications (for base station antennas))
1 to 3
Referring to FIGS. 1 and 2, reference numeral 100 refers generally to a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention that transmit and receive beams. The antenna 100 preferably includes a substantially square dielectric layer 112. The width 102 and length 102 of the layer 112 is determined by the number and spacing of the used patches described below and preferably extends beyond the outer edge of the patch 120 by a width and length 102a of at least 0.50λ ε. .

図2で最も明瞭に示すように、誘電体層112は、導電接地平面116が結合されている底側112a、および導電放射パッチ120のアレイおよび中心放射パッチ122が結合された上側112bを画定して、誘電体層112内でパッチ120、122、ストリップ線路124および接地平面116の間に放射空洞を形成する。図1に戻ると、パッチ120および122はほぼ正方形の形状であり、それぞれが4つのコーナー120aおよび4つの放射縁120bを有し、各縁は約0.50λεの長さ120cを有することが好ましい。パッチ120および122は、1つのコーナー120aまたは2つの対角線上に対向したコーナー120aを介して、実質的に平行な導電ストリップ線路124のアレイと電気的に相互接続する。4つの調整スタブ(tuning stubs)126が2つのストリップ線路124から直角に延在する。パッチ120および122は、約1.0λεの中心間距離160だけ隔置することが好ましい。パッチ120および122は、パッチ120および122の同数の列と行を有することが好ましい上面112b上の正方形のアレイとして配置構成することが好ましく、これは図1に、5列および5行のパッチ120および122を有し、合計で25個のパッチ120および122がアンテナ100を構成する正方形のアレイとして例示されている。各ストリップ線路124の幅184および各スタブ126の幅および長さは、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。アンテナ100には、接地平面116を中心パッチ122に電気的に接続して、望ましくないモードの励起を抑制する短縮ピン(shortening pin)178を配置することが好ましい。アンテナ100には、接地平面116をパッチ120に接続して、望ましくないモードの励起をさらに抑制する追加の短縮ピン(図示せず)も配置することができる。あるいは、場合によっては、1つまたは全ての短縮ピン28をアンテナ100から削除することが好ましいことがある。 As shown most clearly in FIG. 2, the dielectric layer 112 defines a bottom side 112a to which the conductive ground plane 116 is coupled, and an upper side 112b to which the array of conductive radiating patches 120 and the central radiating patch 122 are coupled. Thus, a radiation cavity is formed in the dielectric layer 112 between the patches 120, 122, the strip line 124 and the ground plane 116. Returning to FIG. 1, the patches 120 and 122 are substantially square in shape, each having four corners 120a and four radial edges 120b, each edge having a length 120c of about 0.50λ ε. preferable. Patches 120 and 122 electrically interconnect with an array of substantially parallel conductive striplines 124 through one corner 120a or two diagonally opposite corners 120a. Four tuning stubs 126 extend perpendicularly from the two striplines 124. Patches 120 and 122 are preferably spaced apart by a center-to-center distance 160 of about 1.0λ ε . Patches 120 and 122 are preferably arranged as a square array on top surface 112b, which preferably has the same number of columns and rows as patches 120 and 122, which is illustrated in FIG. And a total of 25 patches 120 and 122 are illustrated as a square array comprising the antenna 100. The width 184 of each stripline 124 and the width and length of each stub 126 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. The antenna 100 is preferably provided with a shortening pin 178 that electrically connects the ground plane 116 to the central patch 122 to suppress unwanted mode excitation. The antenna 100 may also include additional shortening pins (not shown) that connect the ground plane 116 to the patch 120 to further suppress unwanted mode excitation. Alternatively, in some cases it may be preferable to delete one or all of the shortened pins 28 from the antenna 100.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ120および122、ストリップ線路124、スタブ126、開口部150、および中心間距離160の寸法は、誘電体112内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁120bから放射する電界が相互に強め合って干渉し、高い指向性のような所望のアンテナ特性を与えるように個々に計算される。パッチ120および122の数はアンテナ100の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ100のサイドローブのレベルは、放射要素120間の電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ120および122のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。以上の計算および解析は、例えば、LeeおよびHsiehが説明した空洞モデル法および積率法のような技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   To obtain optimum performance at a particular frequency, the dimensions of patches 120 and 122, stripline 124, stub 126, opening 150, and center-to-center distance 160 are high within the antenna cavity formed in dielectric 112. The next standing wave is generated and therefore the electric fields radiating from the radiating edge 120b are individually calculated to intensify and interfere with each other, giving the desired antenna characteristics such as high directivity. The number of patches 120 and 122 determines not only the overall size of the antenna 100 but also its directivity. The level of the side lobe of the antenna 100 is determined by the electric field distribution between the radiating elements 120. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe level are controlled by the size and position of each patch 120 and 122 and the feed scheme. In order to achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements should be as uniform as possible. The above calculations and analyzes use techniques such as, for example, the cavity model method and the moment method described by Lee and Hsieh and will not be described in further detail here.

ビームを送受信するために、従来のSMA(超小型A)プローブ170を設ける。各SMAプローブ170は、EMエネルギーをアンテナ100へおよび/またはアンテナ100から送出するために、接地平面116に電気的に接続された外部導体172、および中心パッチ122に電気的に接続された内部(または給電)導体174を含む。プローブ170は、ストリップ線路124の近傍にあるパッチ122の対角線に沿って位置決めされ、アンテナ100のインピーダンス整合を最適化する。プローブ170はSMAプローブであることが好ましいが、以上の接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体174と中心パッチ122との間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ170が接地平面116を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ100に接続されていないSMAプローブ170の他方端は、ケーブル(図示せず)を介して、テレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   A conventional SMA (microminiature A) probe 170 is provided to transmit and receive the beam. Each SMA probe 170 has an outer conductor 172 electrically connected to the ground plane 116 and an interior electrically connected to the center patch 122 (in order to deliver EM energy to and / or from the antenna 100). Or a power feed) conductor 174. Probe 170 is positioned along the diagonal of patch 122 in the vicinity of stripline 124 to optimize the impedance matching of antenna 100. The probe 170 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the above connections. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to bond between the inner conductor 174 and the center patch 122 to maintain contact therebetween, with the SMA probe 170 passing through the ground plane 116. When doing so, an appropriate seal | sticker (not shown) can be provided and a connection part can be airtightly sealed. It is understood that the other end of the SMA probe 170 that is not connected to the antenna 100 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want to be.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ100を使用することができる。ビームを受信するためにアンテナ100を使用する方法を例示するために、アンテナ100を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ100は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面112bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ100の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部150を通過して定在波を誘起し、これは誘電体層112内で共振する。誘電体層112によって画定された共振空洞内で誘起された定在波は、SMAプローブ170を通してデコーダ(図示せず)などの受信器と連絡する(communicated)。アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ100の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。したがって、アンテナ100による信号の送信については、ここではさらに説明しない。   In operation, the antenna 100 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. To illustrate how to use the antenna 100 to receive a beam, the antenna 100 is positioned within the home to receive a beam carrying a television signal in a predetermined frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. Can be oriented. The antenna 100 is thus oriented by directing the top surface 112b toward the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 100 are appropriately sized to receive the beam, the beam passes through aperture 150 and induces a standing wave that resonates within dielectric layer 112. Standing waves induced in the resonant cavity defined by the dielectric layer 112 communicate with a receiver, such as a decoder (not shown), through the SMA probe 170. It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Accordingly, it can be understood that the operation of the antenna 100 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Therefore, signal transmission by the antenna 100 will not be further described here.

本発明は、多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図1および図2に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ120を設けるか、本発明のアンテナ100に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ120の数を減少させることができる。図1および図2の実施形態は、電気通信セルで使用するために三角形の構造で構成することができる。スタブ126を再構成して、代替実施形態を形成することができ、その1つを図3に関して以下でさらに詳細に例示し、説明する。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 1 and 2 are intended to illustrate rather than limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 120 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 120 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 100 of the present invention. The embodiment of FIGS. 1 and 2 can be configured with a triangular structure for use in a telecommunications cell. The stub 126 can be reconfigured to form an alternative embodiment, one of which is illustrated and described in more detail below with respect to FIG.

図3は、本発明の代替実施形態による単モード・アンテナ300の詳細を示す。アンテナ300はアンテナ100のそれと同一である多くの要素を含むので、それらの要素は同じ参照番号で言及し、さらに詳細には説明しない。図3の実施形態によると、図1の実施形態とは対照的に、4つのスタブ126が2つのスタブ326で置換され、これは中心パッチ122の対角線上に延在する線に沿って外側に延在する。図3に図示されたアンテナ300の動作は、それ以外は、図1に図示されたアンテナ100の動作と実質的に同様である。   FIG. 3 shows details of a single mode antenna 300 according to an alternative embodiment of the present invention. Since antenna 300 includes many elements that are identical to that of antenna 100, those elements are referred to by the same reference numerals and will not be described in further detail. According to the embodiment of FIG. 3, in contrast to the embodiment of FIG. 1, four stubs 126 are replaced by two stubs 326, which are outward along a line extending diagonally of the central patch 122. Extend. The operation of the antenna 300 shown in FIG. 3 is substantially the same as the operation of the antenna 100 shown in FIG.

図4〜図7
図4および図5を参照すると、参照番号400は、EMビームの送受信のような二重モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ400は、ほぼ正方形の誘電体層412を含むことが好ましい。層412の幅402および長さ402は、以下で説明する使用パッチの数によって決定され、パッチ420の外縁を越えて少なくとも0.50λεの幅および長さ402aだけ延在することが好ましい。
4 to 7
Referring to FIGS. 4 and 5, reference numeral 400 refers generally to a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual mode operation such as transmission and reception of EM beams. The antenna 400 preferably includes a substantially square dielectric layer 412. The width 402 and length 402 of layer 412 is determined by the number of patches used, described below, and preferably extends beyond the outer edge of patch 420 by a width and length 402a of at least 0.50λ ε .

図5で最も明瞭に示すように、誘電体層412は、導電接地平面416が結合されている底側412a、および導電放射パッチ420のアレイおよび中心放射パッチ422が結合された上側412bを画定して、誘電体層412内でパッチ420および422とストリップ線路424および424と接地平面416との間に共振空洞を形成する。図4に戻ると、パッチ420および422はほぼ正方形の形状であり、それぞれが4つのコーナー420aおよび4つの放射縁420bを有し、各縁は約0.50λεの長さ420cを有する。図4で見られるように、パッチ420および422は、コーナー420aを介して、実質的に平行な水平の導電ストリップ線路424のアレイおよび誘電体層412に結合された実質的に平行な垂直の導電ストリップ線路426のアレイと電気的に相互接続する。4つの調整スタブ428が、中心パッチ422のコーナー420aから、および水平ストリップ線路424および垂直ストリップ線路426から対角線上外側に延在し、これも誘電体層412に結合される。パッチ420および422は、1.0λεよりわずかに小さい中心間距離460だけ隔置することが好ましい。パッチ420および422は、上面412上に正方形のアレイとして配置構成され、(図4で水平に対して45°の角度で見て)奇数の同数の行および列のパッチ420および422を有することが好ましく、これは、図4に、5列および5行のパッチ420および422を有し、合計で25個のパッチ420および422がアンテナ400を構成する正方形アレイとして例示されている。各ストリップ線路424および426の幅484(図4)および各スタブ428の幅は、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。アンテナ400には、接地平面416を中心パッチ422に電気的に接続して、望ましくないモードの励起を抑制する短縮ピン478を配置することが好ましい。アンテナ400には、接地平面416をパッチ420に接続して、望ましくないモードの励起をさらに抑制する追加の短縮ピン(図示せず)も配置することができる。あるいは、場合によっては、1つまたは全ての短縮ピン478をアンテナ400から削除することが好ましいことがある。 As most clearly shown in FIG. 5, the dielectric layer 412 defines a bottom side 412a to which a conductive ground plane 416 is coupled and an upper side 412b to which an array of conductive radiating patches 420 and a central radiating patch 422 are coupled. Thus, a resonant cavity is formed in the dielectric layer 412 between the patches 420 and 422, the striplines 424 and 424, and the ground plane 416. Returning to FIG. 4, patches 420 and 422 are substantially square in shape, each having four corners 420a and four radial edges 420b, each edge having a length 420c of approximately 0.50λ ε . As seen in FIG. 4, patches 420 and 422 include substantially parallel vertical conduction coupled to an array of substantially parallel horizontal conductive striplines 424 and dielectric layer 412 via corners 420a. Electrically interconnects with an array of striplines 426. Four adjustment stubs 428 extend diagonally outward from the corners 420 a of the central patch 422 and from the horizontal and vertical striplines 424 and 426, which are also coupled to the dielectric layer 412. Patches 420 and 422 are preferably spaced apart by a center distance 460 slightly less than 1.0λ ε. Patches 420 and 422 are arranged as a square array on top surface 412 and may have an odd number of equal number of rows and columns of patches 420 and 422 (as viewed at 45 ° to the horizontal in FIG. 4). This is preferably illustrated in FIG. 4 as a square array having 5 columns and 5 rows of patches 420 and 422, with a total of 25 patches 420 and 422 constituting the antenna 400. The width 484 (FIG. 4) of each stripline 424 and 426 and the width of each stub 428 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. The antenna 400 is preferably provided with a shortened pin 478 that electrically connects the ground plane 416 to the central patch 422 to suppress unwanted mode excitation. The antenna 400 may also include additional shortening pins (not shown) that connect the ground plane 416 to the patch 420 to further suppress undesirable mode excitation. Alternatively, in some cases it may be preferable to remove one or all of the shortened pins 478 from the antenna 400.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ420および422、ストリップ線路424および246、スタブ428、開口部450、および中心間距離460の寸法は、誘電体412内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁420bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように個々に計算される。   To obtain optimum performance at a particular frequency, the dimensions of patches 420 and 422, striplines 424 and 246, stub 428, opening 450, and center-to-center distance 460 are within the antenna cavity formed in dielectric 412. High-order standing waves are generated at the same time, and thus the electric fields radiating from the radiation edge 420b are individually calculated so as to strengthen each other and interfere with each other.

パッチ420および422の数はアンテナ400の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ400のサイドローブのレベルは、放射要素420間の電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ420および422のサイズおよび位置および給電スキーム(feeding scheme)によって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素420間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。誘電体層412には、パッチ420および422および接続ストリップ線路424および426内に電界ゼロ・ポイントがある。上記の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えば、ペンシルバニア州ピッツバーグにあるAnsoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明される積率法などの技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   The number of patches 420 and 422 determines not only the overall size of the antenna 400 but also its directivity. The level of the side lobe of the antenna 400 is determined by the electric field distribution between the radiating elements 420. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe levels are controlled by the size and position of each patch 420 and 422 and the feeding scheme. To achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements 420 should be as uniform as possible. Dielectric layer 412 has field zero points in patches 420 and 422 and connecting striplines 424 and 426. The above calculations and analyzes are based on, for example, the cavity model described by Lee and Hsieh, and Ansoft Corp., Pittsburgh, PA. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product moment method described in software Ensemble® available from www.softwareengine.com.

好ましくは、ビームの送受信のような二重モード動作のために、2つの従来のSMAプローブ470を設ける。各SMAプローブ470は、EMエネルギーをアンテナ400へおよび/またはアンテナ400から送出するために、接地平面416に電気的に接続された外部導体472、および中心パッチ422に電気的に接続された内部(または給電)導体474を含む。プローブ470は、ストリップ線路424および426の近傍にあるパッチ422の対角線に沿って位置決めされ、アンテナ400のインピーダンス整合を最適化し、漏話および干渉偏波を低減する。プローブ470はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体474と中心パッチ422との間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ470が接地平面416を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ400に接続されていないSMAプローブ470の他方端は、ケーブル(図示せず)を介して、テレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   Preferably, two conventional SMA probes 470 are provided for dual mode operation such as beam transmission and reception. Each SMA probe 470 has an outer conductor 472 electrically connected to the ground plane 416 and an interior electrically connected to the center patch 422 (in order to deliver EM energy to and / or from the antenna 400). Or a power feed) conductor 474. Probe 470 is positioned along the diagonal of patch 422 in the vicinity of striplines 424 and 426 to optimize the impedance matching of antenna 400 and reduce crosstalk and interfering polarization. Probe 470 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the inner conductor 474 and the center patch 422 to maintain contact therebetween, with the SMA probe 470 passing through the ground plane 416. In this case, an appropriate seal (not shown) can be provided to hermetically seal the connecting portion. It is understood that the other end of the SMA probe 470 that is not connected to the antenna 400 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want to be.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ400を使用することができる。ビームを受信するためにアンテナ400を使用する方法を例示するために、アンテナ400を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ400は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面412bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ400の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部450を通過して定在波を誘起し、これは誘電体層412内で共振する。誘電体層412によって画定された共振空洞内で誘起された定在波は、SMAプローブ470を通してデコーダ(図示せず)などの受信器と連絡する(communicated)。   In operation, the antenna 400 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. To illustrate how to use the antenna 400 to receive a beam, the antenna 400 is positioned in the home to receive a beam carrying television signals in a predetermined frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. Can be oriented. The antenna 400 is thus oriented by directing the top surface 412b toward the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 400 are appropriately sized to receive the beam, the beam passes through aperture 450 and induces a standing wave that resonates within dielectric layer 412. Standing waves induced in the resonant cavity defined by the dielectric layer 412 communicate with a receiver such as a decoder (not shown) through the SMA probe 470.

アンテナ400内では、垂直モードの励起が水平モードのそれに直交し、したがって2つの入力信号間の漏話が最小限に抑えられる。すなわち、2つの直交する垂直および水平モードを別個に励起することができる。   Within the antenna 400, the vertical mode excitation is orthogonal to that of the horizontal mode, so crosstalk between the two input signals is minimized. That is, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited separately.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ400の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。したがって、アンテナ400による信号の送信については、ここではさらに説明しない。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the signal transmission antenna 400 is mutually the same as the signal reception antenna operation. Therefore, signal transmission by antenna 400 will not be further described here.

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図4および図5に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ420を設けるか、本発明のアンテナ400に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ420数を減少させることができる。使用するパッチ数を減少させる実施形態が、アンテナ600によって図6および図7で例示される。別の例では、EMビームの送受信の単モード動作で、2つのSMAプローブ470のうち一方を除去する(または取り付けない)ことができる。アンテナ400は、円偏波(CP)EMビームの送受信にも使用することができる。場合によっては、アンテナ400から短縮ピン478を削除することが好ましいことがある。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 4 and 5 are intended to illustrate rather than to limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 420 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 420 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 400 of the present invention. An embodiment that reduces the number of patches used is illustrated in FIGS. In another example, one of the two SMA probes 470 can be removed (or not attached) in single mode operation for transmitting and receiving EM beams. The antenna 400 can also be used to transmit and receive circularly polarized (CP) EM beams. In some cases, it may be preferable to delete the shortening pin 478 from the antenna 400.

図8〜図9
図8および図9を参照すると、参照番号800は、EMビームの送受信のような二重モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ800は、ほぼ正方形の誘電体層812を含むことが好ましい。層812の幅802および長さ802は、以下で説明する使用パッチ820の数によって決定され、パッチ820の外縁を越えて少なくとも0.50λεの幅および長さ802aだけ延在することが好ましい。
8 to 9
Referring to FIGS. 8 and 9, reference numeral 800 refers generally to a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual mode operation such as transmission and reception of EM beams. The antenna 800 preferably includes a substantially square dielectric layer 812. The width 802 and length 802 of layer 812 is determined by the number of used patches 820 described below, and preferably extends beyond the outer edge of patch 820 by a width and length 802a of at least 0.50λ ε .

図9で最も明瞭に示すように、誘電体層812は、導電接地平面816が結合されている底側812a、および導電放射パッチ820のアレイおよび4つの中心放射パッチ822が結合された上側812bを画定して、誘電体層812内でパッチ820および822とストリップ線路824、826と接地平面816との間に共振空洞を形成する。図8に戻ると、パッチ820および822はほぼ正方形の形状であり、それぞれが4つのコーナー820aおよび4つの放射縁820bを有し、各縁は約0.50λεの長さ820cを有する。図8で見られるように、パッチ820および822は、コーナー820aを介して、実質的に平行な水平の導電ストリップ線路824のアレイ、および誘電体層812に結合された実質的に平行な垂直の導電ストリップ線路826のアレイと電気的に相互接続する。調整スタブ828が各中心パッチ822のコーナー820aから外側に対角線上をアンテナ800の中心に向かって延在する。スタブ828も誘電体層82に結合される。パッチ820および822は、1.0λεよりわずかに小さい中心間距離860だけ隔置することが好ましい。パッチ820および822は、上面812b上に正方形のアレイとして配置構成され、(図8で水平に対して45°の角度で見て)偶数の同数の行および列のパッチ820および822を有することが好ましく、これは図8に、4列および4行のパッチ820および822を有し、合計で16個のパッチ820および822がアンテナ800を構成する正方形アレイとして例示されている。各ストリップ線路824および826の幅884(図8)および各スタブ828の幅および長さは、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。アンテナ800には、接地平面816を各中心パッチ822に電気的に接続して、望ましくないモードの励起を抑制する短縮ピン878を配置することが好ましい。アンテナ800には、接地平面816をパッチ820に接続して、望ましくないモードの励起をさらに抑制する追加の短縮ピン(図示せず)も配置することができる。あるいは、場合によっては、1つまたは全ての短縮ピン878をアンテナ800から削除することが好ましいことがある。 As shown most clearly in FIG. 9, the dielectric layer 812 includes a bottom side 812a to which a conductive ground plane 816 is coupled, and an upper side 812b to which an array of conductive radiating patches 820 and four central radiating patches 822 are coupled. Define and form a resonant cavity in the dielectric layer 812 between the patches 820 and 822, the striplines 824, 826, and the ground plane 816. Returning to FIG. 8, patches 820 and 822 are substantially square shaped, each having four corners 820a and four radial edges 820b, each edge having a length 820c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 8, the patches 820 and 822 are substantially parallel vertical arrays coupled to an array of substantially parallel horizontal conductive striplines 824 and a dielectric layer 812 via corners 820a. Electrically interconnects with an array of conductive striplines 826. An adjustment stub 828 extends diagonally outward from the corner 820 a of each center patch 822 toward the center of the antenna 800. Stub 828 is also coupled to dielectric layer 82. Patches 820 and 822 are preferably spaced apart by a center distance 860 slightly less than 1.0λ ε. Patches 820 and 822 are arranged as a square array on top surface 812b and have an even number of equal number of row and column patches 820 and 822 (as viewed at an angle of 45 ° to the horizontal in FIG. 8). Preferably, this is illustrated in FIG. 8 as a square array having four columns and four rows of patches 820 and 822, with a total of 16 patches 820 and 822 constituting the antenna 800. The width 884 (FIG. 8) of each stripline 824 and 826 and the width and length of each stub 828 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. The antenna 800 is preferably provided with a shortening pin 878 that electrically connects the ground plane 816 to each central patch 822 to suppress unwanted mode excitation. The antenna 800 may also include additional shortening pins (not shown) that connect the ground plane 816 to the patch 820 to further suppress unwanted mode excitation. Alternatively, in some cases it may be preferable to remove one or all of the shortened pins 878 from the antenna 800.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ820および822、ストリップ線路824および826、スタブ828、開口部850、および中心間距離860の寸法は、誘電体812内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁820bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように個々に計算される。   For optimum performance at a particular frequency, the dimensions of patches 820 and 822, striplines 824 and 826, stub 828, opening 850, and center-to-center distance 860 are within the antenna cavity formed in dielectric 812. High-order standing waves are generated at the same time, and thus the electric fields radiating from the emission edge 820b are calculated individually so as to intensify and interfere with each other.

パッチ820および822の数はアンテナ800の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ800のサイドローブのレベルは、放射要素820および822間の電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ820および822のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素820および822間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。上記の計算および解析は、例えば、LeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えば、Anasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(TM)で説明される積率法などの技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   The number of patches 820 and 822 determines not only the overall size of the antenna 800 but also its directivity. The level of the side lobe of antenna 800 is determined by the electric field distribution between radiating elements 820 and 822. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe level are controlled by the size and position of each patch 820 and 822 and the feed scheme. To achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements 820 and 822 should be as uniform as possible. The above calculations and analyzes are performed, for example, by the cavity model described by Lee and Hsieh, and for example by Anasoft Corp. Since a technique such as the product moment method described in software Ensemble (TM) available from is used, it will not be described in further detail here.

ビームの送受信のような二重モード動作のために、2つの従来のSMAプローブ870を設けることが好ましい。各SMAプローブ870は、EMエネルギーをアンテナ800へおよび/またはアンテナ800から送出するために、接地平面816に電気的に接続された外部導体872、および中心パッチ822に電気的に接続された内部(または給電)導体874を含む。それ故、2つのSMAプローブ870は、選択された2つの隣接する中心パッチ822に接続される。プローブ870はストリップ線路824および826の近傍にある2つの選択された個々の中心パッチ822の対角線に沿って位置決めされ、アンテナ800のインピーダンス整合を最適化し、漏話および干渉偏波を低減する。プローブ870はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体874と中心パッチ822との間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ870が接地平面816を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ800に接続されていないSMAプローブ870の他方端は、ケーブル(図示せず)を介してテレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   Two conventional SMA probes 870 are preferably provided for dual mode operation such as beam transmission and reception. Each SMA probe 870 has an outer conductor 872 electrically connected to the ground plane 816 and an interior electrically connected to the center patch 822 (in order to deliver EM energy to and / or from the antenna 800). Or a power feed) conductor 874. Therefore, the two SMA probes 870 are connected to the two adjacent center patches 822 selected. Probe 870 is positioned along the diagonal of two selected individual center patches 822 in the vicinity of striplines 824 and 826 to optimize the impedance matching of antenna 800 and reduce crosstalk and interfering polarization. Probe 870 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the inner conductor 874 and the center patch 822 to maintain contact therebetween, and the SMA probe 870 passes through the ground plane 816. When doing so, an appropriate seal | sticker (not shown) can be provided and a connection part can be airtightly sealed. It is understood that the other end of the SMA probe 870 that is not connected to the antenna 800 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ800を使用することができる。ビームを受信するためにアンテナ800を使用する方法を例示するために、アンテナ800を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ800は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面812bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ800の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部850を通過して、定在波を誘起し、これは誘電体層812内で共振する。誘電体層812内に画定された共振空洞内で誘起された定在波は、SMAプローブ870を通してデコーダ(図示せず)などの受信器に接続する(communicated)。   In operation, the antenna 800 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. To illustrate how to use the antenna 800 to receive a beam, the antenna 800 is positioned within the home to receive a beam carrying a television signal in a predetermined frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. Can be oriented. The antenna 800 is thus oriented by directing the top surface 812b toward the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 800 are sized appropriately to receive the beam, the beam passes through aperture 850 and induces a standing wave that resonates within dielectric layer 812. Standing waves induced in a resonant cavity defined in the dielectric layer 812 are communicated through a SMA probe 870 to a receiver such as a decoder (not shown).

アンテナ800内では、垂直モードの励起が水平モードのそれに直交し、したがって2つの入力信号間の漏話が最小限に抑えられる。すなわち、2つの直交する垂直および水平モードを別個に励起することができる。   Within antenna 800, the vertical mode excitation is orthogonal to that of the horizontal mode, so crosstalk between the two input signals is minimized. That is, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited separately.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ800の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。したがって、アンテナ800による信号の送信については、ここではさらに説明しない。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Accordingly, it can be understood that the operation of the antenna 800 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Therefore, signal transmission by antenna 800 will not be further described here.

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図8および図9に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ820を設けるか、本発明のアンテナ800に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ820の数を減少させることができる。別の例では、EMビームの送受信の単モード動作で、2つのSMAプローブ870のうち一方を除去する(または取り付けない)ことができる。アンテナ800は、円偏波(CP)EMビームの送受信にも使用することができる。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 8 and 9 are intended to illustrate rather than limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 820 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 820 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 800 of the present invention. In another example, one of the two SMA probes 870 can be removed (or not attached) in single mode operation of transmitting and receiving EM beams. The antenna 800 can also be used to transmit and receive circularly polarized (CP) EM beams.

図10〜図12
図10〜図12を参照すると、参照番号1000は、EMビームの送受信のような二重モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ1000は、ほぼ正方形の第1および第2の誘電体層1012および1014を含むことが好ましい。層1012および1014の幅1002および長さ1002は、以下で説明する使用パッチ1020および1022の数によって決定され、パッチ1020の外縁を越えて少なくとも0.50λεの幅および長さ1002aだけ延在することが好ましい。
10 to 12
Referring to FIGS. 10-12, reference numeral 1000 refers generally to a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual mode operation such as transmission and reception of EM beams. Antenna 1000 preferably includes first and second dielectric layers 1012 and 1014 that are substantially square. The width 1002 and length 1002 of layers 1012 and 1014 are determined by the number of used patches 1020 and 1022 described below and extend beyond the outer edge of patch 1020 by a width and length 1002a of at least 0.50λ ε. It is preferable.

図11で最も明瞭に示すように、誘電体層1012は、導電接地平面1016が結合されている底側1012a、および導電放射パッチ1020のアレイおよび4つの中心放射パッチ1022が結合された上側1012bを画定して、誘電体層1012内でパッチ1020および1022とストリップ線路1024および1026と接地平面1016との間に共振空洞を形成する。第2の誘電体1014は誘電体1012の上側1012bに結合され、したがってパッチ1020および1022が誘電体1012と1014の間に挿入される。   As shown most clearly in FIG. 11, the dielectric layer 1012 includes a bottom side 1012a to which a conductive ground plane 1016 is coupled, and an upper side 1012b to which an array of conductive radiating patches 1020 and four central radiating patches 1022 are coupled. Define and form a resonant cavity between the patches 1020 and 1022, the striplines 1024 and 1026, and the ground plane 1016 in the dielectric layer 1012. The second dielectric 1014 is coupled to the upper side 1012b of the dielectric 1012 so that the patches 1020 and 1022 are inserted between the dielectrics 1012 and 1014.

図12で最も明瞭に示すように、パッチ1020および1022はほぼ正方形の形状であり、それぞれが4つのコーナー1020aおよび4つの放射縁1020bを有し、それぞれが約0.50λεの長さ1020cを有する。図12で見られるように、パッチ1020および1022は、コーナー1020aを介して、実質的に平行な水平の導電ストリップ線路1024のアレイ、および誘電体層1012と1014の間に挿入された実質的に平行な垂直の導電ストリップ線路1026のアレイと電気的に相互接続する。誘電体層1012と1014の間に挿入されたスタブ1025が、各パッチ1020および1022のコーナー1020aから、個々のストリップ線路1024および1026上に延在する。誘電体層1012と1014の間に挿入されたストリップ線路1027は、各スタブ1025を2つの最も近いスタブ1025に電気的に接続する。誘電体層1012と1014の間に挿入された調整スタブ1028が、インピーダンス整合のために、各中心パッチ1022の1つのスタブ1025からアンテナ1000の中心に向かって外側に延在する。 As shown most clearly in FIG. 12, the patches 1020 and 1022 are substantially square shaped, each having four corners 1020a and four radial edges 1020b, each having a length 1020c of about 0.50λ ε. Have. As seen in FIG. 12, patches 1020 and 1022 are substantially inserted through corners 1020a into an array of substantially parallel horizontal conductive striplines 1024 and between dielectric layers 1012 and 1014. Electrically interconnects with an array of parallel vertical conductive striplines 1026. Stubs 1025 inserted between dielectric layers 1012 and 1014 extend from the corners 1020a of each patch 1020 and 1022 onto individual striplines 1024 and 1026. A stripline 1027 inserted between the dielectric layers 1012 and 1014 electrically connects each stub 1025 to the two nearest stubs 1025. A tuning stub 1028 inserted between dielectric layers 1012 and 1014 extends outwardly from one stub 1025 of each central patch 1022 toward the center of antenna 1000 for impedance matching.

パッチ1020および1022は、1.0λεよりわずかに小さい中心間距離1060だけ隔置することが好ましい。パッチ1020および1022は、上面1012b上に正方形のアレイとして配置構成され、(図10で水平に対して45°の角度で見て)偶数の同数の行および列のパッチ1020および1022を有することが好ましく、これは、図12に、4列および4行のパッチ1020および1022を有し、合計で16個のパッチ1020および1022がアンテナ1000を構成する正方形アレイとして例示されている。各ストリップ線路1024、1026および1027の幅1084(図10)および各スタブ1025および1028の幅および長さは、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。アンテナ1000には、任意選択で、接地平面1016を1つまたは複数のパッチ1020および/または1022に電気的に接続して、望ましくないモードの励起を抑制する短縮ピン(図示せず)を配置することができる。図示のような平面アンテナ内で1025のようなスタブを使用すると、インピーダンス整合を提供することに留意されたい。 Patches 1020 and 1022 are preferably spaced apart by a center distance 1060 slightly less than 1.0λ ε. Patches 1020 and 1022 are arranged as a square array on top surface 1012b and have an even number of equal number of rows and columns of patches 1020 and 1022 (viewed at 45 ° to the horizontal in FIG. 10). Preferably, this is illustrated in FIG. 12 as a square array having 4 columns and 4 rows of patches 1020 and 1022, with a total of 16 patches 1020 and 1022 comprising antenna 1000. The width 1084 (FIG. 10) of each stripline 1024, 1026 and 1027 and the width and length of each stub 1025 and 1028 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. Antenna 1000 is optionally provided with a shortened pin (not shown) that electrically connects ground plane 1016 to one or more patches 1020 and / or 1022 to suppress excitation of undesirable modes. be able to. Note that the use of a stub such as 1025 in a planar antenna as shown provides impedance matching.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ1020および1022、ストリップ線路1024、1026および1027、スタブ1025および1028、開口部1050、および中心間距離1060の寸法は、誘電体1012内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁1020bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように、個々に計算される。パッチ1020および1022の数はアンテナ1000の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ1000のサイドローブのレベルは、放射要素1020および1022間の電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ1020および1022のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素1020および1022間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。誘電体層1012および1014内には、パッチ1020および1022および接続ストリップ線路1024および1026内に電界ゼロ・ポイントがある。上記の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えば、Anasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明される積率法などの技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   The dimensions of patches 1020 and 1022, striplines 1024, 1026 and 1027, stubs 1025 and 1028, openings 1050, and center-to-center distance 1060 are formed in dielectric 1012 to obtain optimum performance at a particular frequency. The higher order standing waves are generated in the antenna cavity, and thus the electric fields radiating from the radiating edge 1020b are calculated individually so as to intensify and interfere with each other. The number of patches 1020 and 1022 determines not only the overall size of the antenna 1000, but also its directivity. The sidelobe level of antenna 1000 is determined by the electric field distribution between radiating elements 1020 and 1022. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe level are controlled by the size and location of each patch 1020 and 1022 and the feed scheme. To achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements 1020 and 1022 should be as uniform as possible. Within dielectric layers 1012 and 1014 there are field zero points within patches 1020 and 1022 and connecting striplines 1024 and 1026. The above calculations and analyzes are performed, for example, on the cavity model described by Lee and Hsieh, and for example, Anasoft Corp. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product moment method described in software Ensemble® available from www.softwareengine.com.

ビームの送受信のような二重モード動作のために、2つの従来のSMAプローブ1070を設けることが好ましい。図11で最も明瞭に示されるように、各SMAプローブ1070は、EMエネルギーをアンテナ1000へおよび/またはアンテナ1000から送出するために、接地平面1016に電気的に接続された外部導体1072、および接地平面1016および2つの中心パッチ1022内に形成された開口部を通して延在する内部(または給電)導体1074を含み、パッチ1023に電気的に接続される。パッチ1023は正方形であることが好ましく、その側部は約2ミリメートル(mm)〜約5mm、典型的には約2.5mm〜約4.5mm、好ましくは約3mmの長さを有する。それ故、2つのSMAプローブ1070は、選択された2つの隣接する中心パッチ1022に接続される。プローブ1070はストリップ線路1024および1026の近傍にある2つの選択された個々の中心パッチ1022の対角線に沿って位置決めされ、アンテナ1000のインピーダンス整合を最適化し、漏話および干渉偏波を低減する。プローブ1070はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体1074と選択された中心パッチ1022との間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ1070が接地平面1016を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ1000に接続されていないSMAプローブ1070の他方端は、ケーブル(図示せず)を介してテレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   Two conventional SMA probes 1070 are preferably provided for dual mode operation such as beam transmission and reception. As shown most clearly in FIG. 11, each SMA probe 1070 includes an outer conductor 1072 electrically connected to a ground plane 1016, and ground, for delivering EM energy to and / or from the antenna 1000. It includes an internal (or feed) conductor 1074 that extends through an opening formed in the plane 1016 and the two central patches 1022 and is electrically connected to the patch 1023. Patch 1023 is preferably square, and its sides have a length of about 2 millimeters (mm) to about 5 mm, typically about 2.5 mm to about 4.5 mm, preferably about 3 mm. Therefore, the two SMA probes 1070 are connected to the two adjacent center patches 1022 selected. Probe 1070 is positioned along the diagonal of two selected individual center patches 1022 in the vicinity of striplines 1024 and 1026 to optimize the impedance matching of antenna 1000 and reduce crosstalk and interfering polarization. Probe 1070 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to bond between the inner conductor 1074 and the selected center patch 1022 to maintain contact therebetween, and the SMA probe 1070 is connected to the ground plane. When passing through 1016, an appropriate seal (not shown) can be provided to hermetically seal the connection. It is understood that the other end of the SMA probe 1070 that is not connected to the antenna 1000 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ1000を使用することができる。ビームを受信するためにアンテナ1000を使用する方法を例示するために、アンテナ1000を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ1000は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面1012bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ1000の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部1050(図11)を通過して、定在波を誘起し、これは誘電体層1012内で共振する。誘電体層1012内に画定された共振空洞内で誘起された定在波は、SMAプローブ1070を通してデコーダ(図示せず)などの受信器に接続する(communicated)。   In operation, the antenna 1000 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. To illustrate how to use the antenna 1000 to receive a beam, the antenna 1000 is positioned within the home to receive a beam carrying television signals in a predetermined frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. Can be oriented. The antenna 1000 is thus oriented by directing the top surface 1012b towards the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 1000 are appropriately sized to receive the beam, the beam passes through aperture 1050 (FIG. 11) and induces a standing wave, which is in dielectric layer 1012. Resonates at. Standing waves induced in a resonant cavity defined in dielectric layer 1012 are communicated through a SMA probe 1070 to a receiver such as a decoder (not shown).

アンテナ1000内では、垂直モードの励起が水平モードのそれに直交し、したがって2つの入力信号間の漏話が最小限に抑えられる。すなわち、2つの直交する垂直および水平モードを別個に励起することができる。   Within the antenna 1000, the vertical mode excitation is orthogonal to that of the horizontal mode, so crosstalk between the two input signals is minimized. That is, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited separately.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ1000の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。したがって、アンテナ1000による信号の送信については、ここではさらに説明しない。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the antenna 1000 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Therefore, signal transmission by antenna 1000 will not be further described here.

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図10〜図12に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ1020を設けるか、本発明のアンテナ1000に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ1020の数を減少させることができる。別の例では、EMビームの送受信の単モード動作で、2つのSMAプローブ1070のうち一方を除去する(または取り付けない)ことができる。アンテナ1000は、円偏波(CP)EMビームの送受信にも使用することができる。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 10-12 are intended to illustrate rather than limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 1020 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 1020 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 1000 of the present invention. In another example, one of the two SMA probes 1070 can be removed (or not attached) in single mode operation for transmission and reception of EM beams. The antenna 1000 can also be used to transmit and receive circularly polarized (CP) EM beams.

図13〜図15
図13〜図15を参照すると、参照番号1300は、EMビームの送受信のような二重モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ1300は、ほぼ正方形の第1および第2の誘電体層1312および1314を含むことが好ましい。層1312および1314の幅1302および長さ1303は、以下で説明する使用パッチ1320および1322の数によって決定され、パッチ1320の外縁を越えて少なくとも0.50λεの幅および長さ1302aだけ延在することが好ましい。
13 to 15
Referring to FIGS. 13-15, reference numeral 1300 refers generally to a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual mode operation such as transmission and reception of EM beams. The antenna 1300 preferably includes first and second dielectric layers 1312 and 1314 that are substantially square. The width 1302 and length 1303 of layers 1312 and 1314 is determined by the number of used patches 1320 and 1322 described below and extends beyond the outer edge of patch 1320 by a width and length 1302a of at least 0.50λ ε. It is preferable.

図14で最も明瞭に示すように、誘電体層1312は、導電接地平面1316が結合されている底側1312a、および好ましくは、12の外部導電放射パッチ1320(図13)、8つの中間放射パッチ1321、および4つの内部放射パッチ1322のアレイが結合された上側1312bを画定して、誘電体層1312内でパッチ1320、1321および1322とストリップ線路1324および1352と接地平面1316との間に共振空洞を形成する。第2の誘電体1314は誘電体1312の上側1312bに結合され、したがってパッチ1320、1321および1322が誘電体1312と1314の間に挿入される。   As shown most clearly in FIG. 14, the dielectric layer 1312 includes a bottom side 1312a to which a conductive ground plane 1316 is coupled, and preferably twelve external conductive radiating patches 1320 (FIG. 13), eight intermediate radiating patches. 1321, and an upper side 1312b to which an array of four internal radiating patches 1322 is coupled to form a resonant cavity between the patches 1320, 1321 and 1322, the striplines 1324 and 1352, and the ground plane 1316 within the dielectric layer 1312. Form. The second dielectric 1314 is coupled to the upper side 1312b of the dielectric 1312 so that the patches 1320, 1321 and 1322 are inserted between the dielectrics 1312 and 1314.

図15で最も明瞭に示すように、パッチ1320、1321および1322はほぼ正方形の形状であり、それぞれが4つのコーナー1320aおよび4つの放射縁1320bを有し、それぞれが約0.50λεの長さ1320cを有する。図15で見られるように、パッチ1320、1321および1322は、コーナー1320aを介して、誘電体層1312と1314の間に挿入された(図13および図15で見て)垂直および水平の導電ストリップ線路1324のアレイを通して電気的に相互接続される。ストリップ線路1324によって境界を決定され、パッチ1320、1321または1322を含まない各空間内に、パッチ間区域1352が画定される。誘電体層1312と1314の間に挿入されたスタブ1325が、個々のストリップ線路1324を通ってパッチ間区域1352内へと、少なくとも1つの内部パッチ1322によって境界を決定されたパッチ間区域1352に隣接する各パッチ1320、1321および1322の各コーナー1320aから延在する。誘電体層1312と1314の間に挿入されたストリップ線路1326は、各スタブ1325を2つの最も近いスタブ1325に電気的に接続する。誘電体層1312と1314の間に挿入された調整スタブ1328が、インピーダンス整合のために、2つの中間パッチ1321および2つの内部パッチ1322によって境界を決定されたパッチ間区域1352に隣接する各パッチ1321および1322の各スタブ1325から延在する。 As most clearly shown in FIG. 15, patches 1320, 1321 and 1322 are substantially square in shape, each having four corners 1320a and four radial edges 1320b, each having a length of approximately 0.50λ ε . 1320c. As seen in FIG. 15, patches 1320, 1321 and 1322 are inserted between dielectric layers 1312 and 1314 via corners 1320a (as seen in FIGS. 13 and 15) vertical and horizontal conductive strips. Electrically interconnected through an array of lines 1324. An inter-patch area 1352 is defined in each space that is delimited by the stripline 1324 and does not include the patch 1320, 1321, or 1322. Stubs 1325 inserted between dielectric layers 1312 and 1314 pass through individual striplines 1324 into inter-patch areas 1352 and adjacent to inter-patch areas 1352 bounded by at least one internal patch 1322. Each patch 1320, 1321 and 1322 extends from each corner 1320a. A stripline 1326 inserted between the dielectric layers 1312 and 1314 electrically connects each stub 1325 to the two nearest stubs 1325. An adjustment stub 1328 inserted between the dielectric layers 1312 and 1314 is provided for each patch 1321 adjacent to the inter-patch area 1352 delimited by two intermediate patches 1321 and two internal patches 1322 for impedance matching. And 1322 from each stub 1325.

パッチ1320、1321および1322は、好ましくは約1.0λεの中心間距離1360だけ隔置される。パッチ1320、1321および1322は、上面1312b上に正方形のアレイとして配置構成され、偶数の同数の行および列のパッチ1320、1321および1322を有することが好ましい。各ストリップ線路1324および1326の幅1384(図13)および各スタブ1325および1328の幅および長さは、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。アンテナ1300には、任意選択で、接地平面1316を1つまたは複数のパッチ1320、1321および/または1322に電気的に接続して、望ましくないモードの励起を抑制する短縮ピン(図示せず)を配置することができる。 Patches 1320, 1321 and 1322 are preferably only center-to-center distance 1360 of about 1.0Ramuda epsilon spaced. Patches 1320, 1321 and 1322 are preferably arranged as a square array on top surface 1312b and have an even number of rows and columns of patches 1320, 1321 and 1322. The width 1384 (FIG. 13) of each stripline 1324 and 1326 and the width and length of each stub 1325 and 1328 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. Antenna 1300 optionally includes a shortened pin (not shown) that electrically connects ground plane 1316 to one or more patches 1320, 1321, and / or 1322 to suppress excitation of undesirable modes. Can be arranged.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ1320、1321および1322、ストリップ線路1324および1326、スタブ1325および1328、開口部1350および区域1352、および中心間距離1360の寸法は、誘電体1312内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁1320bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように、個々に計算される。パッチ1320、1321および1322の数はアンテナ1300の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ1300のサイドローブのレベルは、放射要素1320、1321および1322間の電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ1320、1321および1322の位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素1320、1321および1322間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。誘電体層1312内には、パッチ1320、1321および1322および接続ストリップ線路1324および1326および接地平面1316間に電界ゼロ・ポイントがある。上記の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えば、Anasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明される積率法などの技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   For optimum performance at a particular frequency, the dimensions of patches 1320, 1321 and 1322, striplines 1324 and 1326, stubs 1325 and 1328, openings 1350 and area 1352, and center-to-center distance 1360 are within dielectric 1312. Are individually calculated so that higher-order standing waves are generated in the antenna cavities formed in the, and thus the electric fields radiating from the radiating edge 1320b mutually intensify and interfere with each other. The number of patches 1320, 1321, and 1322 determines not only the overall size of the antenna 1300 but also its directivity. The level of the side lobe of the antenna 1300 is determined by the electric field distribution between the radiating elements 1320, 1321 and 1322. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe level are controlled by the location and feed scheme of each patch 1320, 1321 and 1322. To achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements 1320, 1321 and 1322 should be as uniform as possible. Within dielectric layer 1312, there are field zero points between patches 1320, 1321 and 1322 and connecting striplines 1324 and 1326 and ground plane 1316. The above calculations and analyzes are performed, for example, on the cavity model described by Lee and Hsieh, and for example, Anasoft Corp. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product moment method described in software Ensemble® available from www.softwareengine.com.

ビームの送受信のような二重モード動作のために、2つの従来のSMAプローブ1370を設けることが好ましい。図14で最も明瞭に示されるように、各SMAプローブ1370は、EMエネルギーをアンテナ1300へおよび/またはアンテナ1300から送出するために、接地平面1316に電気的に接続された外部導体1372、および接地平面1316および2つの内部パッチ1322内に形成された開口部を通して延在する内部(または給電)導体1374を含み、パッチ1323に電気的に接続される。パッチ1323は正方形であることが好ましく、その側部は約2mm〜約5mm、典型的には約2.5mm〜約4.5mm、好ましくは約3mmの長さを有する。それ故、2つのSMAプローブ1370は、2つの隣接する中心パッチ1322に接続される。プローブ1370はストリップ線路1324の近傍にある2つの選択された個々の中心パッチ1322の対角線に沿って位置決めされ、アンテナ1300のインピーダンス整合を最適化し、漏話および干渉偏波を低減する。プローブ1370はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体1374と選択された中心パッチ1322との間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ1370が接地平面1316を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ1300に接続されていないSMAプローブ1370の他方端は、ケーブル(図示せず)を介してテレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   Two conventional SMA probes 1370 are preferably provided for dual mode operation such as beam transmission and reception. As shown most clearly in FIG. 14, each SMA probe 1370 includes an outer conductor 1372 electrically connected to a ground plane 1316 and a ground for delivering EM energy to and / or from the antenna 1300. It includes an internal (or feed) conductor 1374 that extends through a plane 1316 and an opening formed in two internal patches 1322 and is electrically connected to patch 1323. The patch 1323 is preferably square, and its sides have a length of about 2 mm to about 5 mm, typically about 2.5 mm to about 4.5 mm, preferably about 3 mm. Therefore, two SMA probes 1370 are connected to two adjacent center patches 1322. Probe 1370 is positioned along the diagonal of two selected individual center patches 1322 in the vicinity of stripline 1324 to optimize antenna 1300 impedance matching and reduce crosstalk and interfering polarization. The probe 1370 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the inner conductor 1374 and the selected center patch 1322 to maintain contact therebetween, and the SMA probe 1370 is connected to the ground plane. When passing 1316, an appropriate seal (not shown) can be provided to hermetically seal the connection. It is understood that the other end of the SMA probe 1370 that is not connected to the antenna 1300 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ1300を使用することができる。ビームを受信するためにアンテナ1300を使用する方法を例示するために、アンテナ1300を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ1300は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面1312bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ1300の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部1350および区域1352を通過して、定在波を誘起し、これは誘電体層1312内で共振する。誘電体層1312により画定された共振空洞内で誘起された定在波は、SMAプローブ1370を通してデコーダ(図示せず)などの受信器に接続する。   In operation, the antenna 1300 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. To illustrate how to use antenna 1300 to receive a beam, antenna 1300 is positioned within a home to receive a beam carrying a television signal in a predetermined frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. Can be oriented. The antenna 1300 is thus oriented by directing the top surface 1312b towards the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 1300 are sized appropriately to receive the beam, the beam passes through aperture 1350 and area 1352 to induce a standing wave, which is in dielectric layer 1312. Resonates. Standing waves induced in the resonant cavity defined by dielectric layer 1312 connect through SMA probe 1370 to a receiver such as a decoder (not shown).

アンテナ1300内では、垂直モードの励起が水平モードのそれに直交し、したがって2つの入力信号間の漏話が最小限に抑えられる。すなわち、2つの直交する垂直および水平モードを別個に励起することができる。   Within the antenna 1300, the vertical mode excitation is orthogonal to that of the horizontal mode, thus minimizing crosstalk between the two input signals. That is, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited separately.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ1300の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。したがって、アンテナ1300による信号の送信については、ここではさらに説明しない。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Accordingly, it can be understood that the operation of the antenna 1300 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Therefore, signal transmission by antenna 1300 will not be further described here.

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図13〜図15に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ1320を設けるか、本発明のアンテナ1300に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ1320数を減少させることができる。別の例では、EMビームの送受信の単モード動作で、2つのSMAプローブ1370のうち一方を除去する(または取り付けない)ことができる。アンテナ1300は、円偏波(CP)EMビームの送受信にも使用することができる。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 13-15 are intended to illustrate rather than limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 1320 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 1320 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 1300 of the present invention. In another example, one of the two SMA probes 1370 can be removed (or not attached) in single mode operation for transmitting and receiving EM beams. The antenna 1300 can also be used to transmit and receive circularly polarized (CP) EM beams.

図16〜図18
図16〜図18を参照すると、参照番号1600および1800は、EMビームの送受信のような二重モード動作のために本発明の特徴を実施する直線マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。直線アレイ・アンテナ1600は、アレイの方向には細いビームだが、アレイに直角の方向には広いビームを生成するように構成される。アンテナ1600は、ほぼ長方形の誘電体層1612を含むことが好ましい。層1612の長さ1602は、以下で説明する使用パッチ1620の数によって決定され、パッチ1620の外縁を越えて少なくとも0.50λεの長さ1602aおよび長さ1604aだけ延在することが好ましい。
16 to 18
Referring to FIGS. 16-18, reference numbers 1600 and 1800 refer generally to a linear microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual mode operation such as transmission and reception of EM beams. The linear array antenna 1600 is configured to produce a narrow beam in the direction of the array but a wide beam in the direction perpendicular to the array. The antenna 1600 preferably includes a substantially rectangular dielectric layer 1612. The length 1602 of the layer 1612 is determined by the number of used patches 1620 described below and preferably extends beyond the outer edge of the patch 1620 by a length 1602a and a length 1604a of at least 0.50λ ε .

図17で最も明瞭に示すように、誘電体層1612は、導電接地平面1616が結合されている底側1612a、および導電放射パッチ1620(図16)および中心放射パッチ1622のアレイが結合された上側1612bを画定して、誘電体層1612内で、パッチ1620および1622とストリップ線路1620と接地平面1616との間に共振空洞を形成する。(図17の接地平面1616は、誘電スラブの底面の区域全体を覆わなければならないことに留意されたい。)   As shown most clearly in FIG. 17, the dielectric layer 1612 includes a bottom side 1612a to which a conductive ground plane 1616 is coupled, and an upper side to which an array of conductive radiating patches 1620 (FIG. 16) and a central radiating patch 1622 are coupled. 1612b is defined to form a resonant cavity in the dielectric layer 1612 between the patches 1620 and 1622, the stripline 1620, and the ground plane 1616. (Note that the ground plane 1616 in FIG. 17 must cover the entire area of the bottom surface of the dielectric slab.)

図16に戻ると、パッチ1620および1622はほぼ正方形の形状であり、それぞれが4つのコーナー1620aおよび4つの放射縁1620bを有し、それぞれが約0.50λεの長さ1620cを有する。図16で見られるように、パッチ1620および1622は、誘電体層1612に結合されたコーナー1620aおよび交差した導電ストリップ線路1624を介して電気的に相互接続される。2つの調整スタブ1628が、中心パッチ1622の2つのコーナー1620aから外側に対角線上を延在し、これも誘電体層1612に結合される。パッチ1620および1622は、好ましくは1.0λεのよりわずかに小さい中心間距離1660だけ隔置される。パッチ1620および1622は、上面1612b上に1列のアレイとして配置構成されることが好ましく、図16では1つのパッチ1622の各側に2つのパッチ1620を有するように例示され、合計で5つのパッチ1620および1622がアンテナ1600を構成する。各ストリップ線路1624の幅1684(図16)および各スタブ1628の長さおよび幅は、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。アンテナ1600には、接地平面1616を中心パッチ1622に電気的に接続して、望ましくないモードの励起を抑制する短縮ピン1678(図示せず)を配置することが好ましい。アンテナ1600には、望ましくないモードの励起をさらに抑制するために、接地平面1616をパッチ1620に接続する追加の短縮ピン(図示せず)も配置することができる。あるいは、場合によっては、アンテナ1600から1つまたは全ての短縮ピン1678を削除することが好ましいことがある。 Returning to FIG. 16, patches 1620 and 1622 are substantially square shaped, each having four corners 1620a and four radial edges 1620b, each having a length 1620c of approximately 0.50λ ε . As seen in FIG. 16, patches 1620 and 1622 are electrically interconnected via corners 1620 a coupled to dielectric layer 1612 and crossed conductive striplines 1624. Two adjustment stubs 1628 extend diagonally outward from the two corners 1620 a of the central patch 1622 and are also coupled to the dielectric layer 1612. Patches 1620 and 1622 are spaced apart by a slightly smaller center-to-center distance 1660, preferably 1.0λ ε . Patches 1620 and 1622 are preferably arranged as an array on top surface 1612b, illustrated in FIG. 16 as having two patches 1620 on each side of one patch 1622, for a total of five patches. 1620 and 1622 constitute the antenna 1600. The width 1684 of each stripline 1624 (FIG. 16) and the length and width of each stub 1628 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. The antenna 1600 is preferably provided with a shortened pin 1678 (not shown) that electrically connects the ground plane 1616 to the central patch 1622 to suppress unwanted mode excitation. The antenna 1600 may also include additional shortening pins (not shown) that connect the ground plane 1616 to the patch 1620 to further suppress unwanted mode excitation. Alternatively, in some cases, it may be preferable to remove one or all shortened pins 1678 from the antenna 1600.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ1620および1622、ストリップ線路1624、スタブ1628、開口部1650、および中心間距離1660の寸法は、誘電体1612内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁1620bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように、個々に計算される。パッチ1620および1622の数はアンテナ1600の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ1600のサイドローブのレベルは、放射要素1620および1622における電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ1620および1622のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素1620および1622における電界分布が、可能な限り均一であるものとする。上記の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えば、Anasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明される積率法などの技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   To obtain optimum performance at a particular frequency, the dimensions of patches 1620 and 1622, stripline 1624, stub 1628, opening 1650, and center-to-center distance 1660 are high within the antenna cavity formed in dielectric 1612. The next standing wave is generated and is thus calculated individually so that the electric fields radiating from the radiating edge 1620b intensify and interfere with each other. The number of patches 1620 and 1622 determines not only the overall size of the antenna 1600 but also its directivity. The sidelobe level of antenna 1600 is determined by the electric field distribution at radiating elements 1620 and 1622. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe levels are controlled by the size and position of each patch 1620 and 1622 and the feed scheme. To achieve high directivity, the electric field distribution in the radiating elements 1620 and 1622 should be as uniform as possible. The above calculations and analyzes are performed, for example, on the cavity model described by Lee and Hsieh, and for example, Anasoft Corp. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product moment method described in software Ensemble® available from www.softwareengine.com.

ビームの送受信のような二重モード動作のために、2つの従来のSMAプローブ1670を設けることが好ましい。各SMAプローブ1670は、EMエネルギーをアンテナ1600へおよび/またはアンテナ1600から送出するために、接地平面1616に電気的に接続された外部導体1672、および中心パッチ1622に電気的に接続された内部(または給電)導体1674を含む。プローブ1670はストリップ線路1650の近傍にあるパッチ1622の対角線に沿って位置決めされ、アンテナ1600のインピーダンス整合を最適化し、漏話および干渉偏波を低減する。プローブ1670はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体1674と中心パッチ1622との間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ1670が接地平面1616を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ1600に接続されていないSMAプローブ1670の他方端は、ケーブル(図示せず)を介してテレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   Two conventional SMA probes 1670 are preferably provided for dual mode operation such as beam transmission and reception. Each SMA probe 1670 includes an outer conductor 1672 that is electrically connected to ground plane 1616 and an interior that is electrically connected to center patch 1622 to deliver EM energy to and / or from antenna 1600. Or a power feed) conductor 1674. Probe 1670 is positioned along the diagonal of patch 1622 in the vicinity of stripline 1650 to optimize the impedance matching of antenna 1600 and reduce crosstalk and interfering polarization. Probe 1670 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the inner conductor 1674 and the central patch 1622 to maintain contact therebetween, and the SMA probe 1670 passes through the ground plane 1616. In this case, an appropriate seal (not shown) can be provided to hermetically seal the connecting portion. It is understood that the other end of the SMA probe 1670 that is not connected to the antenna 1600 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ1600を使用することができる。アンテナ1600は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面1612bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ1600の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部1650を通過して、定在波を誘起し、これは誘電体層1612内で共振する。誘電体層1612内に画定された共振空洞内で誘起された定在波は、SMAプローブ1670を通してデコーダ(図示せず)などの受信器と接続する。   In operation, antenna 1600 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. The antenna 1600 is thus oriented by directing the top surface 1612b towards the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 1600 are appropriately sized to receive the beam, the beam passes through aperture 1650 and induces a standing wave that resonates within dielectric layer 1612. Standing waves induced in a resonant cavity defined in dielectric layer 1612 connect through a SMA probe 1670 to a receiver such as a decoder (not shown).

アンテナ1600内では、垂直モードの励起が水平モードのそれに直交し、したがって2つの入力信号間の漏話が最小限に抑えられる。すなわち、2つの直交する垂直および水平モードを別個に励起することができる。   Within antenna 1600, the vertical mode excitation is orthogonal to that of the horizontal mode, so crosstalk between the two input signals is minimized. That is, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited separately.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ1600の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。したがって、アンテナ1600による信号の送信については、ここではさらに説明しない。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Accordingly, it can be understood that the operation of the antenna 1600 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Accordingly, signal transmission by antenna 1600 will not be further described here.

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図16〜図18に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ1620を設けるか、本発明のアンテナ1600に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ1620数を減少させることができる。また、アンテナ1600は、円偏波(CP)EMビームの送受信にも使用することができる。さらなる例では、誘電体層1612の外縁を導電箔で巻き、パッチ1620から隔置して、それによって縁導体を形成し、表面モード励起を減少させて、アンテナの利得を増大させることができる。場合によっては、アンテナ1600から短縮ピン1678を削除することが好ましいことがある。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 16-18 are intended to illustrate rather than limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 1620 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 1620 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 1600 of the present invention. The antenna 1600 can also be used for transmission and reception of circularly polarized (CP) EM beams. In a further example, the outer edge of dielectric layer 1612 can be wrapped with conductive foil and spaced from patch 1620, thereby forming an edge conductor, reducing surface mode excitation and increasing antenna gain. In some cases, it may be preferable to remove the shortening pin 1678 from the antenna 1600.

図18に図示されたさらに別の変形では、2つのSMAプローブ1670の一方を削除し(または取り付けず)、残りのスタブ1628に実質的に平行である1つのスタブ1628およびストリップ線路1624を結合しないことにより、アンテナ1800は、EMビームの送受信時に単モード動作に適応させることができる。   In yet another variation illustrated in FIG. 18, one of the two SMA probes 1670 is removed (or not attached) and one stub 1628 and stripline 1624 that are substantially parallel to the remaining stub 1628 are not coupled. Thus, the antenna 1800 can be adapted to single mode operation when transmitting and receiving an EM beam.

(非常に高い利得のアンテナ用途(直接放送衛星用など))
図19〜図20
図19および図20を参照すると、参照番号1900は、ビームの送受信のような単モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ1900は、ほぼ正方形の誘電体層1912を含む。層1912の幅1902および長さ1903は、等しくても異なってもよく、以下で説明する使用パッチの数によって決定され、パッチ1920の外縁を超えて少なくとも0.50λεの幅および長さ1902aだけ延在することが好ましい。
(Very high gain antenna applications (direct broadcast satellite etc.))
19 to 20
Referring to FIGS. 19 and 20, reference numeral 1900 refers generally to a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for single mode operation such as beam transmission and reception. Antenna 1900 includes a substantially square dielectric layer 1912. The width 1902 and length 1903 of the layer 1912 may be equal or different and are determined by the number of patches used, described below, by a width and length 1902a of at least 0.50λ ε beyond the outer edge of the patch 1920. It is preferable to extend.

誘電体層1912は、導電接地平面1916が結合されている底側1912a、および導電放射パッチ1920のアレイが結合された上側1912bを画定して、誘電体層1912内で、パッチ1920とストリップ線路1924と接地平面1916との間に共振空洞を形成する。パッチ1920は、ほぼ正方形の形状であり、4つのコーナー1920aおよび4つの放射縁1920bを有し、それぞれが約0.50λεの長さ1920cを有する。図19で見られるように、パッチ1920は、1つのコーナー1920aまたは2つの対向するコーナー1920aを介して平行な垂直導電ストリップ線路1924のアレイと電気的に相互接続し、これは水平導電送信線路(horizontal conductive transmission line)1926を介して電気的に相互接続される。ストリップ線路1924および送信線路1926は、誘電体層1912に結合される。パッチ1920は、好ましくは約1λεである(図19で見て)垂直中心間距離1960だけ隔置される。パッチ1920は、上面1912b上の複数の(図19で見て)垂直の行で配置構成することが好ましく、これは図19に水平の送信線路1926の上および下で相互に対してずれた8つの(図19で見て)垂直の行1928(点線で図示)として例示され、各行が2つのパッチ1920を備え、合計で32個のパッチ1920がアンテナ1900を構成する。 Dielectric layer 1912 defines a bottom side 1912a to which conductive ground plane 1916 is coupled and an upper side 1912b to which an array of conductive radiating patches 1920 is coupled, and within dielectric layer 1912, patch 1920 and stripline 1924. A resonant cavity is formed between the ground plane 1916 and the ground plane 1916. The patch 1920 has a substantially square shape, has four corners 1920a and four radial edges 1920b, each having a length 1920c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 19, patch 1920 electrically interconnects with an array of parallel vertical conductive striplines 1924 via one corner 1920a or two opposing corners 1920a, which is a horizontal conductive transmission line ( through a horizontal conductive transmission line) 1926. Strip line 1924 and transmission line 1926 are coupled to dielectric layer 1912. The patches 1920 are spaced apart by a vertical center-to-center distance 1960 that is preferably about 1λ ε (as viewed in FIG. 19). The patches 1920 are preferably arranged in a plurality (as viewed in FIG. 19) vertical rows on the top surface 1912b, which are offset relative to each other above and below the horizontal transmission line 1926 in FIG. Illustrated as two (as viewed in FIG. 19) vertical rows 1928 (shown as dotted lines), each row comprising two patches 1920, for a total of 32 patches 1920 making up antenna 1900.

各ストリップ線路1924の幅1984(図19)は、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。各送信線路1926は第1の部分1926a、第2の部分1926bおよび第3の部分1926cを含む。各第1の部分1926aは、入力インピーダンスが約50オームである場合に、約100オームの特性インピーダンスを有するようなサイズであることが好ましい。各第2の部分1926bの幅および長さは、1/4波長変換器によって決定され、したがって給電線からの入来波(incoming signal)が実質的に伝達される。すなわち給電線路1974における入力インピーダンスが適切に整合されている。送信線路1926の各第3の部分1926cの幅および長さは、給電線路1974からの進行波が接合部1927aおよび1927bで反射しないように決定される。したがって、各第3の部分1926cの長さは、接合部1927aおよび1927bにおける進行波の位相差が可能な限り360°に近いことを確保するために、約1λεであることが好ましい。各第3の部分1926cの幅は、特性インピーダンスがストリップ線路1924の特性インピーダンスの約半分になるようなサイズであることが好ましい。 The width 1984 (FIG. 19) of each stripline 1924 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. Each transmission line 1926 includes a first portion 1926a, a second portion 1926b, and a third portion 1926c. Each first portion 1926a is preferably sized to have a characteristic impedance of about 100 ohms when the input impedance is about 50 ohms. The width and length of each second portion 1926b is determined by a quarter wavelength converter so that the incoming signal from the feed line is substantially transmitted. That is, the input impedance in the feeder line 1974 is appropriately matched. The width and length of each third portion 1926c of the transmission line 1926 are determined so that the traveling wave from the feed line 1974 is not reflected by the joints 1927a and 1927b. Therefore, the length of each third portion 1926c, in order to ensure that the closer to the phase difference 360 ° as possible of the traveling wave at the junction 1927a and 1927B, is preferably about 1 [lambda epsilon. The width of each third portion 1926 c is preferably sized so that the characteristic impedance is about half the characteristic impedance of the stripline 1924.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ1920、ストリップ線路1924および1926、開口部1950、および中心間距離1960の寸法は、誘電体1912内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁1920bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように、個々に計算される。パッチ1920の数はアンテナ1900の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ1900のサイドローブのレベルは、放射縁1920bにおける電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ1920のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素1920間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。誘電体層1912には電界ゼロ・ポイントがある。場合によっては、アンテナ1900に、接地平面、パッチおよび/またはストリップ線路を相互に電気的に接続する1つまたは複数の短縮ピン(図示せず)を配置して、望ましくないモード励起を抑制することができる。以上の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えばAnasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明された積率法のような技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   In order to obtain optimum performance at a particular frequency, the dimensions of the patch 1920, striplines 1924 and 1926, opening 1950, and center-to-center distance 1960 are higher order in the antenna cavity formed in the dielectric 1912. Standing waves are generated and are thus calculated individually so that the electric fields radiating from the radiating edge 1920b interfere with each other. The number of patches 1920 determines not only the overall size of the antenna 1900 but also its directivity. The level of the side lobe of the antenna 1900 is determined by the electric field distribution at the radiation edge 1920b. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe level are controlled by the size and location of each patch 1920 and the feed scheme. To achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements 1920 should be as uniform as possible. Dielectric layer 1912 has an electric field zero point. In some cases, antenna 1900 may include one or more shortened pins (not shown) that electrically connect ground planes, patches, and / or striplines to suppress unwanted mode excitation. Can do. The above calculations and analyzes have been performed, for example, on the cavity model described by Lee and Hsieh, and for example, Anasoft Corp. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product-moment method described in software Ensemble® available from www.software-environment.com are used.

ビームの送受信のような単モード動作のために、従来のSMAプローブ1970(図20)を設ける。SMAプローブ1970は、EMエネルギーをアンテナ1900へおよび/またはアンテナ1900から送出するために、接地平面1916に電気的に接続された外部導体1972、および部分1926a間の送信線路1926に電気的に接続され、それに沿って中心に配置された内部(または給電)導体1974を含み、アンテナ1900のインピーダンス整合および適切な放射線パターンを最適化する。プローブ1970はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体1974と中心パッチ1922との間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ1970が接地平面1916を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ1900に接続されていないSMAプローブ1970の他方端は、ケーブル(図示せず)を介して、テレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   A conventional SMA probe 1970 (FIG. 20) is provided for single mode operation such as beam transmission and reception. The SMA probe 1970 is electrically connected to an outer conductor 1972 electrically connected to the ground plane 1916 and a transmission line 1926 between the portions 1926a to deliver EM energy to and / or from the antenna 1900. , Including an inner (or feed) conductor 1974 centered along it, to optimize the impedance matching and appropriate radiation pattern of the antenna 1900. The probe 1970 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the inner conductor 1974 and the center patch 1922 to maintain contact therebetween, with the SMA probe 1970 passing through the ground plane 1916. In this case, an appropriate seal (not shown) can be provided to hermetically seal the connecting portion. It is understood that the other end of the SMA probe 1970 that is not connected to the antenna 1900 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want to be.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ1900を使用することができる。EMビームの送信時には、SMAプローブ1970からの入来信号(incoming signal)は、送信線路1926に沿って第1の部分1926aを通る進行波として進み、第1の部分は、1/4波長変換器として作用し、EM電力を2つの岐路1926bおよび1926cおよび各岐路1926bおよび1926cの4つのストリップ線路1924へと最小の反射で送信する。EM電力は、ストリップ線路1924を通ってパッチ1920のアレイへと送信される。次に、パッチ1920およびストリップ線路1924の一部が、アンテナ1900の開口部1950を通る放射が適切であるために、高次の定在波を誘起する。   In operation, antenna 1900 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. During transmission of the EM beam, an incoming signal from the SMA probe 1970 travels as a traveling wave through the first portion 1926a along the transmission line 1926, where the first portion is a quarter wavelength converter. EM power is transmitted with minimal reflection to the two branches 1926b and 1926c and to the four striplines 1924 at each branch 1926b and 1926c. EM power is transmitted through stripline 1924 to the array of patches 1920. Next, the patch 1920 and a portion of the stripline 1924 induce higher order standing waves due to proper radiation through the opening 1950 of the antenna 1900.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ1900の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。それ故、例えば、アンテナ1900を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ1900は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面1912bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ1900の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部1950を通過して高次の定在波を誘起し、これは誘電体層1912内で形成された共振空洞内で共振し、ストリップ線路1924および送信線路1926を通してEM電力をSMAプローブ1970に渡す。次に、EM電力がSMAプローブ1970からケーブル(図示せず)を通して渡され、デコーダ(図示せず)などの受信器に送出される。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the signal transmission antenna 1900 is mutually the same as the signal reception antenna operation. Thus, for example, antenna 1900 can be positioned in a home and oriented to receive a beam carrying television signals in a given frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. The antenna 1900 is thus oriented by directing the top surface 1912b toward the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 1900 are appropriately sized to receive the beam, the beam passes through aperture 1950 to induce a higher order standing wave, which forms in dielectric layer 1912. The EM power is passed to the SMA probe 1970 through the strip line 1924 and the transmission line 1926. Next, EM power is passed from the SMA probe 1970 through a cable (not shown) and sent to a receiver such as a decoder (not shown).

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図19および図20に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ1920を設けるか、本発明のアンテナ1900に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ1920の数を減少させることができる。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 19 and 20 are intended to illustrate rather than limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 1920 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 1920 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 1900 of the present invention.

図21〜図22
図21および図22を参照すると、参照番号2100は、ビームの送受信のような単モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ2100は、ほぼ正方形の誘電体層2112を含む。層2112の幅2102および長さ2103(図21)は、以下で説明するように使用パッチの数によって決定され、パッチ2120およびストリップ線路2126の外縁を超えて少なくとも0.50λεの幅および長さ2102aだけ延在することが好ましい。
21 to 22
Referring to FIGS. 21 and 22, reference numeral 2100 refers generally to a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for single mode operation such as transmitting and receiving beams. Antenna 2100 includes a substantially square dielectric layer 2112. The width 2102 and length 2103 (FIG. 21) of the layer 2112 is determined by the number of patches used, as described below, and is at least 0.50λ ε wide and long beyond the outer edges of the patch 2120 and stripline 2126. Preferably it extends by 2102a.

誘電体層2112は、導電接地平面2116が結合されている底側2112a、および導電放射パッチ2120のアレイが結合された上側2112bを画定して、誘電体層2112内で、パッチ2120とストリップ線路2124と接地平面2116との間に共振空洞を形成する。パッチ2120はほぼ正方形の形状であり、4つのコーナー2120aおよび4つの放射縁2120bを有し、それぞれが約0.50λεの長さ2120cを有する。パッチ2120は、1つのコーナー2120aを介して4つの導電ストリップ線路2124のアレイの1つと電気的に相互接続し、これは導電ストリップ線路2126を介して電気的に相互接続される。ストリップ線路2124および送信線路2126は、誘電体層2112に結合される。パッチ2120は、好ましくは約1λεの(図21で見て)垂直中心間距離2160だけ隔置される。パッチ2120は、上面2112b上の複数の8つの行で配置構成することが好ましく、これは図21にて行2114および2116で代表的に例示され、各行は4つのパッチ2120を備え、合計で32個のパッチ2120がアンテナ2100を構成する。各ストリップ線路2124の幅は、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。各送信線路(transmission line)2126は、約50オームの入力インピーダンスで約100オームの特性インピーダンスを有するように構成することが好ましい第1の部分2126aを含み、給電線路がSMAプローブ2170に関して以下で説明するようにストリップ線路2126上の中心に位置決めされ、適切な放射を確保する。各送信線路2126はさらに、ストリップ線路2124との接合部にて最小の反射を有するように1/4波長変換器として構成することが好ましい第2の部分2126bを含む。 The dielectric layer 2112 defines a bottom side 2112a to which a conductive ground plane 2116 is coupled and an upper side 2112b to which an array of conductive radiating patches 2120 is coupled, and within the dielectric layer 2112 the patch 2120 and stripline 2124. And a ground plane 2116 to form a resonant cavity. Patch 2120 is in the form of generally square, having four corners 2120a and four radiating edges 2120b, each having a length 2120c of about 0.50λ ε. Patch 2120 is electrically interconnected with one of an array of four conductive striplines 2124 via one corner 2120a, which is electrically interconnected via conductive stripline 2126. Strip line 2124 and transmission line 2126 are coupled to dielectric layer 2112. Patch 2120 is preferably (as viewed in FIG. 21) of about 1 [lambda epsilon by a vertical center-to-center distance 2160 spaced. The patch 2120 is preferably arranged in a plurality of eight rows on the top surface 2112b, which is typically illustrated in FIG. 21 by rows 2114 and 2116, each row comprising four patches 2120 for a total of 32 The individual patches 2120 constitute the antenna 2100. The width of each strip line 2124 is preferably determined on the assumption that the characteristic impedance is about 50-200 ohms. Each transmission line 2126 includes a first portion 2126a that is preferably configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms with an input impedance of about 50 ohms, the feed line being described below with respect to the SMA probe 2170. So that it is centered on the stripline 2126 to ensure proper radiation. Each transmission line 2126 further includes a second portion 2126b that is preferably configured as a quarter wavelength converter to have minimal reflection at the junction with the stripline 2124.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ2120、ストリップ線路2124および2126、開口部2150、および中心間距離2160の寸法は、誘電体2112内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁2120aから放射する電界が相互に強め合って干渉するように、個々に計算される。パッチ2120の数はアンテナ2100の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ2100のサイドローブのレベルは、放射要素2120間の電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ2120のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素2120間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。誘電体層2112には、パッチ2120および接続ストリップ線路2124内に電界ゼロ・ポイントがある。場合によっては、アンテナ2100に、接地平面、パッチおよび/またはストリップ線路を相互に電気的に接続する1つまたは複数の短縮ピン(図示せず)を配置して、望ましくないモード励起を抑制することができる。以上の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えば、Anasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明された積率法のような技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   In order to obtain optimum performance at a particular frequency, the dimensions of the patch 2120, striplines 2124 and 2126, opening 2150, and center-to-center distance 2160 are higher order in the antenna cavity formed in the dielectric 2112. Standing waves are generated and are thus calculated individually so that the electric fields radiating from the radiating edge 2120a intensify and interfere with each other. The number of patches 2120 determines not only the overall size of the antenna 2100 but also its directivity. The level of the side lobe of the antenna 2100 is determined by the electric field distribution between the radiating elements 2120. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe level are controlled by the size and location of each patch 2120 and the feed scheme. To achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements 2120 should be as uniform as possible. Dielectric layer 2112 has a field zero point in patch 2120 and connecting stripline 2124. In some cases, antenna 2100 may include one or more shortened pins (not shown) that electrically connect ground planes, patches, and / or striplines to suppress undesirable mode excitation. Can do. The above calculations and analyzes are performed, for example, in the cavity model described by Lee and Hsieh, and in, for example, Anasoft Corp. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product-moment method described in software Ensemble® available from www.software-environment.com are used.

ビームの送受信のような単モード動作のために、従来のSMAプローブ2170(図22)を設ける。各SMAプローブ2170は、EMエネルギーをアンテナ2100へおよび/またはアンテナ2100から送出するために、接地平面2116に電気的に接続された外部導体2172、および部分2126aと2126bの間で送信線路2126に電気的に接続され、それに沿って中心に配置された内部(または給電)導体2174を含み、アンテナ2100のインピーダンス整合を最適化して、ピークが中心にある放射(centrally−peaked radiation)を誘起する。プローブ2170はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体2174と中心ストリップ線路2126との間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ2170が接地平面2116を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ2100に接続されていないSMAプローブ2170の他方端は、ケーブル(図示せず)を介して、テレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   A conventional SMA probe 2170 (FIG. 22) is provided for single mode operation such as beam transmission and reception. Each SMA probe 2170 is electrically connected to the transmission line 2126 between the outer conductor 2172 electrically connected to the ground plane 2116 and between the portions 2126a and 2126b for delivering EM energy to and / or from the antenna 2100. Connected to and centrally disposed along the center (or feed) conductor 2174 to optimize the impedance matching of the antenna 2100 to induce centrally-peaked radiation. The probe 2170 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the inner conductor 2174 and the center stripline 2126 to maintain contact therebetween, and the SMA probe 2170 provides a ground plane 2116. When passing, an appropriate seal (not shown) can be provided to hermetically seal the connection. It is understood that the other end of the SMA probe 2170 that is not connected to the antenna 2100 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder used for television signals. I want to be.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ2100を使用することができる。EMビームの送信時には、SMAプローブ2170からの入来信号は、送信線路2126に沿って第1の部分2126aおよび第2の部分2126bを通る進行波として進み、これは、1/4波長変換器として作用し、EM電力を4つのストリップ線路2124へと最小の反射で送信する。EM電力は、ストリップ線路2124を通ってパッチ2120のアレイへと送信される。次に、パッチ2120が、アンテナ2100の開口部2150を通る放射が適切であるために、高次の定在波を誘起する。   In operation, the antenna 2100 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. During transmission of the EM beam, the incoming signal from the SMA probe 2170 travels as a traveling wave along the transmission line 2126 through the first portion 2126a and the second portion 2126b, which serves as a quarter wavelength converter. Acts and transmits EM power to the four striplines 2124 with minimal reflection. EM power is transmitted through stripline 2124 to an array of patches 2120. The patch 2120 then induces a higher order standing wave because the radiation through the aperture 2150 of the antenna 2100 is appropriate.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ2100の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。それ故、例えば、アンテナ2100を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ2100は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面2112bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ2100の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部2150を通過して、定在波を誘起し、これは誘電体層2112内で共振する。誘電体層2112内に画定された共振空洞内で誘起された定在波は、ストリップ線路2124、送信線路2126およびSMAプローブ2170を通して送信され、デコーダ(図示せず)などの受信器に送出される。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Accordingly, it can be understood that the operation of the antenna 2100 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Thus, for example, antenna 2100 can be positioned in a home and oriented to receive a beam carrying television signals in a given frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. The antenna 2100 is thus oriented by directing the upper surface 2112b to the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 2100 are sized appropriately to receive the beam, the beam passes through aperture 2150 and induces a standing wave that resonates within dielectric layer 2112. Standing waves induced in a resonant cavity defined in dielectric layer 2112 are transmitted through stripline 2124, transmission line 2126 and SMA probe 2170 and transmitted to a receiver such as a decoder (not shown). .

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図21および図22に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ2120を設けるか、本発明のアンテナ2100に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ2120数を減少させることができる。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 21 and 22 are intended to illustrate rather than to limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 2120 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 2120 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 2100 of the present invention.

図23〜図24
図23および図24を参照すると、参照番号2300は、ビームの送受信のような二重モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ2300は、ほぼ正方形の誘電体層2312を含む。層2312の幅2302および長さ2303(図23)は、以下で説明するように使用パッチの数によって決定され、パッチ2320および送信線路2325および2327の外縁を超えて少なくとも0.50λεの幅および長さ2302aだけ延在することが好ましい。
23 to 24
Referring to FIGS. 23 and 24, reference numeral 2300 refers generally to a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual mode operation such as beam transmission and reception. Antenna 2300 includes a substantially square dielectric layer 2312. The width 2302 and length 2303 (FIG. 23) of the layer 2312 is determined by the number of patches used, as described below, and is at least 0.50λ ε beyond the outer edges of the patches 2320 and transmission lines 2325 and 2327 and It is preferable to extend the length 2302a.

誘電体層2312は、導電接地平面2316が結合されている底側2312a、および導電放射パッチ2320のアレイが結合された上側2312bを画定して、誘電体層2312内で、パッチ2320とストリップ線路2324および2326と接地平面2316との間に共振空洞を形成する。パッチ2320はほぼ正方形の形状であり、4つのコーナー2320aおよび4つの放射縁2320bを有し、それぞれが約0.50λεの長さ2320cを有する。図23で見て、パッチ2320は、2つの隣接するコーナー2320aを介して電気的に相互接続され、隣接するコーナーの一方は8つの垂直導電ストリップ線路2324のアレイの1つと電気的に接続し、他方の隣接コーナーは8つの水平導電ストリップ線路2326のアレイの1つと電気的に接続する。垂直ストリップ線路2324は、水平導電送信線路2325を介して電気的に相互接続され、水平ストリップ線路2326は垂直導電送信線路2327を介して電気的に相互接続される。ストリップ線路2324および2326および送信線路2325および2327は誘電体層2312に結合される。パッチ2320は、好ましくは約1λεの中心間距離2360だけ隔置される。パッチ2320は、上面2312b上の複数の行および列で配置構成することが好ましく、これは図23にて行2328および列2329で代表的に例示され、各行および列は4つのパッチ2320を備え、合計で32個のパッチ2320がアンテナ2300を構成する。各ストリップ線路2324の幅は、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。各送信線路2325および2327は、約50オームの入力インピーダンスで約100オームの特性インピーダンスを有するように構成することが好ましい第1の部分2326aおよび2326aを含み、給電線路がSMAプローブ2370に関して以下で説明するようにストリップ線路2325上の中心に位置決めされ、適切な放射を確保する。各送信線路2325および2327はさらに、ストリップ線路2324および2326との接合部にて最小の反射を有するように1/4波長変換器として構成することが好ましい第2の部分2325bおよび2327bを含む。 Dielectric layer 2312 defines a bottom side 2312a to which a conductive ground plane 2316 is coupled and an upper side 2312b to which an array of conductive radiating patches 2320 is coupled, and within dielectric layer 2312, patch 2320 and stripline 2324. And a resonant cavity is formed between 2326 and the ground plane 2316. Patch 2320 is substantially square in shape, has four corners 2320a and four radial edges 2320b, each having a length 2320c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 23, the patch 2320 is electrically interconnected through two adjacent corners 2320a, one of the adjacent corners being electrically connected to one of the array of eight vertical conductive striplines 2324; The other adjacent corner is electrically connected to one of an array of eight horizontal conductive striplines 2326. The vertical stripline 2324 is electrically interconnected via a horizontal conductive transmission line 2325 and the horizontal stripline 2326 is electrically interconnected via a vertical conductive transmission line 2327. Strip lines 2324 and 2326 and transmission lines 2325 and 2327 are coupled to dielectric layer 2312. The patches 2320 are preferably separated by a center-to-center distance 2360 of about 1λ ε . The patch 2320 is preferably arranged in a plurality of rows and columns on the top surface 2312b, which is typically illustrated in FIG. 23 by rows 2328 and columns 2329, each row and column comprising four patches 2320, A total of 32 patches 2320 constitute the antenna 2300. The width of each stripline 2324 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. Each transmission line 2325 and 2327 includes first portions 2326a and 2326a that are preferably configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms with an input impedance of about 50 ohms, the feed line being described below with respect to SMA probe 2370. So that it is centered on the stripline 2325 to ensure proper radiation. Each transmission line 2325 and 2327 further includes a second portion 2325b and 2327b that is preferably configured as a quarter-wavelength converter to have minimal reflection at the junction with striplines 2324 and 2326.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ2320、ストリップ線路2324および2326、開口部2350、および中心間距離2360の寸法は、誘電体2312内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁2320bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように、個々に計算される。   In order to obtain optimum performance at a particular frequency, the dimensions of the patch 2320, striplines 2324 and 2326, opening 2350, and center-to-center distance 2360 are higher order in the antenna cavity formed in the dielectric 2312. Standing waves are generated and are thus calculated individually so that the electric fields radiating from the radiating edge 2320b intensify and interfere with each other.

パッチ2320の数はアンテナ2300の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ2300のサイドローブのレベルは、放射要素2320間の電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ2320のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素2320間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。誘電体層2312には、一方の接地平面2316と他方のパッチ2320およびストリップ線路2324および2326との間に電界ゼロ・ポイントがある。場合によっては、アンテナ2300に、接地平面、パッチおよび/またはストリップ線路を相互に電気的に接続する1つまたは複数の短縮ピン(図示せず)を配置して、望ましくないモード励起を抑制することができる。以上の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えば、Anasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明された積率法のような技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   The number of patches 2320 determines not only the overall size of the antenna 2300 but also its directivity. The level of the side lobe of the antenna 2300 is determined by the electric field distribution between the radiating elements 2320. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe level are controlled by the size and location of each patch 2320 and the feed scheme. To achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements 2320 should be as uniform as possible. Dielectric layer 2312 has an electric field zero point between one ground plane 2316 and the other patch 2320 and striplines 2324 and 2326. In some cases, antenna 2300 may include one or more shortened pins (not shown) that electrically connect ground planes, patches, and / or striplines to suppress unwanted mode excitation. Can do. The above calculations and analyzes are performed, for example, in the cavity model described by Lee and Hsieh, and in, for example, Anasoft Corp. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product-moment method described in software Ensemble® available from www.software-environment.com are used.

ビームの送受信のような二重モード動作のために、2つの従来のSMAプローブ2370(図24)を設ける。各SMAプローブ2370は、EMエネルギーをアンテナ2300へおよび/またはアンテナ2300から送出するために、接地平面2316に電気的に接続された外部導体2372、および送信線路(transmission line)2325および2327に電気的に接続され、それに沿って中心に配置された内部(または給電)導体2374を含み、アンテナ2300のインピーダンス整合および放射線効率を最適化する。プローブ2370はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体2374と各送信線路2325および2327との間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ2370が接地平面2316を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ2300に接続されていないSMAプローブ2370の他方端は、ケーブル(図示せず)を介して、テレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   Two conventional SMA probes 2370 (FIG. 24) are provided for dual mode operation such as beam transmission and reception. Each SMA probe 2370 is electrically connected to an outer conductor 2372 electrically connected to a ground plane 2316 and transmission lines 2325 and 2327 for delivering EM energy to and / or from the antenna 2300. , And an inner (or feed) conductor 2374 centered along it, to optimize the impedance matching and radiation efficiency of the antenna 2300. The probe 2370 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the inner conductor 2374 and each transmission line 2325 and 2327 to maintain contact between them, and the SMA probe 2370 is connected to the ground plane. When passing through 2316, an appropriate seal (not shown) can be provided to hermetically seal the connection. It is understood that the other end of the SMA probe 2370 that is not connected to the antenna 2300 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want to be.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ2300を使用することができる。SMAプローブ2370から送信線路2325への信号で例示されるEMビームの送信時には、入来信号が、送信線路2325に沿って第1の部分2325aおよび第2の部分2325bを通る進行波として進み、これは、1/4波長変換器として作用し、EM電力を4つのストリップ線路2324へと最小の反射で送信する。EM電力は、ストリップ線路2324を通ってパッチ2320のアレイへと送信される。次に、パッチ2320が、アンテナ2300の開口部2350を通る放射が適切であるために、高次の定在波を誘起する。   In operation, the antenna 2300 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. During transmission of the EM beam exemplified by the signal from the SMA probe 2370 to the transmission line 2325, the incoming signal travels as a traveling wave along the transmission line 2325 through the first portion 2325a and the second portion 2325b, Acts as a quarter wave converter and transmits EM power to the four striplines 2324 with minimal reflection. EM power is transmitted through stripline 2324 to an array of patches 2320. The patch 2320 then induces a higher order standing wave because the radiation through the aperture 2350 of the antenna 2300 is appropriate.

アンテナ2300内では、垂直モードの励起が水平モードのそれに直交し、したがって2つの入力信号間の漏話が最小限に抑えられる。すなわち、2つの直交する垂直および水平モードを別個に励起することができる。   Within antenna 2300, the vertical mode excitation is orthogonal to that of the horizontal mode, so crosstalk between the two input signals is minimized. That is, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited separately.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ2300の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。それ故、例えば、アンテナ2300を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ2300は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面2312bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ2300の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部2350を通過して、定在波を誘起し、これは誘電体層2312内で共振する。誘電体層2312内に画定された共振空洞内で誘起された定在波は、ストリップ線路2324および送信線路2325を通して、および/またはストリップ線路2326および送信線路2327を通してSMAプローブ2370へと送信され、デコーダ(図示せず)などの受信器に送出される。アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ2300の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。したがって、アンテナ2300による信号の送信については、ここではさらに説明しない。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the antenna 2300 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Thus, for example, antenna 2300 can be positioned in a home and oriented to receive a beam carrying television signals in a predetermined frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. The antenna 2300 is thus oriented by directing the top surface 2312b toward the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 2300 are sized appropriately to receive the beam, the beam passes through aperture 2350 and induces a standing wave that resonates within dielectric layer 2312. Standing waves induced in a resonant cavity defined in dielectric layer 2312 are transmitted to SMA probe 2370 through stripline 2324 and transmission line 2325 and / or through stripline 2326 and transmission line 2327 to the decoder. (Not shown) or the like. It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the antenna 2300 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Therefore, signal transmission by antenna 2300 will not be further described here.

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図23および図24に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ2320を設けるか、本発明のアンテナ2300に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ2320数を減少させることができる。給電区域付近を適切に修正すると、直交する2つの円偏波(CP)の二重モード動作を達成することができる。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 23 and 24 are intended to illustrate rather than limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 2320 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 2320 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 2300 of the present invention. With proper modification near the feeding area, two orthogonal circularly polarized (CP) dual mode operation can be achieved.

図25〜図26
図25および図26を参照すると、参照番号2500は、ビームの送受信のような単モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ2500は、ほぼ正方形の誘電体層2512を含む。層2512の幅2502および長さ2503は、等しくても異なってもよく、以下で説明するように使用パッチの数によって決定され、パッチ2520の外縁を超えて少なくとも0.50λεの幅および長さ2502aだけ延在することが好ましい。
25 to 26
Referring to FIGS. 25 and 26, reference numeral 2500 refers generally to a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for single mode operation such as transmitting and receiving beams. Antenna 2500 includes a generally square dielectric layer 2512. The width 2502 and length 2503 of the layer 2512 may be equal or different and are determined by the number of patches used as described below and are at least 0.50λ ε in width and length beyond the outer edge of the patch 2520. It is preferable to extend by 2502a.

誘電体層2512は、導電接地平面2516が結合されている底側2512a、および導電放射パッチ2520のアレイが結合された上側2512bを画定して、誘電体層2512内で、接地平面2516とパッチ2520とストリップ線路2524との間に共振空洞を形成する。パッチ2520はほぼ正方形の形状であり、4つのコーナー2520aおよび4つの放射縁2520bを有し、それぞれが約0.50λεの長さ2520cを有する。図25で見て、パッチ2520は、1つのコーナー2520aまたは2つの対向するコーナー2520aを介して実質的に平行な垂直導電ストリップ線路2524のアレイに電気的に相互接続され、これは実質的に水平な導電送信線路2526を介して電気的に相互接続され、ストリップ線路2524および送信線路2526は誘電体層2512に結合される。パッチ2520は、好ましくは約1λεの(図25で見て)縦の中心間距離2560だけ隔置される。パッチ2520は、送信線路2526の上および下で、上面2512b上の複数の(図25でみて)縦列で配置構成することが好ましく、これは点線で図示された列2528によって代表的に例示される。各ストリップ線路2524の幅は、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。送信線路2526は、約50オームの入力インピーダンスで約100オームの特性インピーダンスを有するように構成することが好ましい第1の部分2526aを含み、給電線路はSMAプローブ2570に関して以下で説明するように送信線路2526上の中心に位置決めされ、適切な放射を確保することが好ましい。送信線路2526はさらに、ストリップ線路2524との接合部にて最小の反射を有するように構成された2つの第2の部分2526bを含む。 Dielectric layer 2512 defines a bottom side 2512a to which conductive ground plane 2516 is coupled and an upper side 2512b to which an array of conductive radiating patches 2520 is coupled, and within dielectric layer 2512, ground plane 2516 and patch 2520. And a resonant line is formed between the line and the strip line 2524. Patch 2520 is in the form of generally square, having four corners 2520a and four radiating edges 2520b, each having a length 2520c of about 0.50λ ε. As seen in FIG. 25, patch 2520 is electrically interconnected to an array of substantially parallel vertical conductive striplines 2524 via one corner 2520a or two opposing corners 2520a, which is substantially horizontal. The electrically conductive transmission line 2526 is electrically interconnected, and the strip line 2524 and the transmission line 2526 are coupled to the dielectric layer 2512. Patches 2520 are spaced apart by a longitudinal center-to-center distance 2560 (as viewed in FIG. 25) of preferably about 1λ ε . The patches 2520 are preferably arranged in a plurality of columns (as viewed in FIG. 25) above and below the transmission line 2526, typically represented by a row 2528 illustrated by dotted lines. . The width of each strip line 2524 is preferably determined on the assumption that the characteristic impedance is about 50-200 ohms. Transmission line 2526 includes a first portion 2526a that is preferably configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms with an input impedance of about 50 ohms, the feed line being a transmission line as described below with respect to SMA probe 2570. Preferably centered on 2526 to ensure proper radiation. Transmission line 2526 further includes two second portions 2526b configured to have minimal reflection at the junction with stripline 2524.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ2520、ストリップ線路2524、送信線路2526、開口部2550、および中心間距離2560の寸法は、誘電体2512内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁2520bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように、個々に計算される。パッチ2520の数はアンテナ2500の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ2500のサイドローブのレベルは、放射要素2520間の電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ2520のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素2520における電界分布が、可能な限り均一であるものとする。誘電体層2512にはパッチ2520およびストリップ線路2524の近傍に電界ゼロ・ポイントがある。場合によっては、アンテナ2500に、接地平面、パッチおよび/またはストリップ線路を相互に電気的に接続する1つまたは複数の短縮ピン(図示せず)を配置して、望ましくないモード励起を抑制することができる。以上の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えばAnasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明された積率法のような技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   To obtain optimum performance at a particular frequency, the dimensions of the patch 2520, stripline 2524, transmission line 2526, aperture 2550, and center-to-center distance 2560 are higher order within the antenna cavity formed in the dielectric 2512. Standing waves are generated and are thus calculated individually so that the electric fields radiating from the radiating edge 2520b interfere with each other. The number of patches 2520 determines not only the overall size of the antenna 2500, but also its directivity. The level of the side lobe of the antenna 2500 is determined by the electric field distribution between the radiating elements 2520. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe levels are controlled by the size and location of each patch 2520 and the feed scheme. In order to achieve high directivity, the electric field distribution in the radiating element 2520 should be as uniform as possible. Dielectric layer 2512 has an electric field zero point in the vicinity of patch 2520 and stripline 2524. In some cases, antenna 2500 may include one or more shortened pins (not shown) that electrically connect ground planes, patches, and / or striplines to suppress unwanted mode excitation. Can do. The above calculations and analyzes have been performed, for example, on the cavity model described by Lee and Hsieh, and for example, Anasoft Corp. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product-moment method described in software Ensemble® available from www.software-environment.com are used.

ビームの送受信のような単モード動作のために、従来のSMAプローブ2570(図26)を設ける。各SMAプローブ2570は、EMエネルギーをアンテナ2500へまたはアンテナ2500から送出するために、接地平面2516に電気的に接続された外部導体2572、および送信線路2526に電気的に接続され、それに沿って中心に配置された内部(または給電)導体2574を含み、アンテナ2500のインピーダンス整合およびアンテナの開口効率を最適化する。プローブ2570はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体2574と中心ストリップ線路2526aとの間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ2570が接地平面2516を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ2500に接続されていないSMAプローブ2570の他方端は、ケーブル(図示せず)を介して、テレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   A conventional SMA probe 2570 (FIG. 26) is provided for single mode operation such as beam transmission and reception. Each SMA probe 2570 is electrically connected to and centered along an outer conductor 2572 electrically connected to a ground plane 2516 and a transmission line 2526 for delivering EM energy to or from the antenna 2500. To optimize the impedance matching of the antenna 2500 and the aperture efficiency of the antenna. Probe 2570 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the inner conductor 2574 and the center stripline 2526a to maintain contact therebetween, and the SMA probe 2570 can be connected to the ground plane 2516. When passing, an appropriate seal (not shown) can be provided to hermetically seal the connection. Understand that the other end of the SMA probe 2570 that is not connected to the antenna 2500 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want to be.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ2500を使用することができる。SMAプローブ2570から送信線路2526への信号で例示されるEMビームの送信時には、入来信号が、送信線路2526に沿って第1の部分2526aを通る進行波として進み、EM電力を2つの岐路2526bへ、その後にストリップ線路2524へと最小の反射で送信する。EM電力は、ストリップ線路2524を通ってパッチ2520のアレイへと送信される。次に、パッチ2520が、アンテナ2500の開口部2550を通る放射が適切であるために、高次の定在波を誘起する。   In operation, the antenna 2500 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. During transmission of an EM beam, exemplified by a signal from the SMA probe 2570 to the transmission line 2526, the incoming signal travels as a traveling wave through the first portion 2526a along the transmission line 2526, causing the EM power to pass through the two branches 2526b. And then to the stripline 2524 with minimal reflection. EM power is transmitted through stripline 2524 to the array of patches 2520. The patch 2520 then induces a higher order standing wave because the radiation through the opening 2550 of the antenna 2500 is appropriate.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ2500の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。それ故、例えば、アンテナ2500を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ2500は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面2512bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ2500の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部2550を通過して、定在波を誘起し、これは誘電体層2512内のパッチ2520のアレイの共振空洞内で共振する。誘電体層2512内に画定された共振空洞内で誘起された定在波は、ストリップ線路2524および2526を備える送信線路網を通してSMAプローブ2570へとEM電力を漏出し、デコーダ(図示せず)などの受信器に送出される。アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ2500の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。したがって、アンテナ2500による信号の送信については、ここではさらに説明しない。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the signal transmission antenna 2500 is mutually the same as the signal reception antenna operation. Thus, for example, antenna 2500 can be positioned in a home and oriented to receive a beam carrying television signals in a given frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. The antenna 2500 is thus oriented by directing the top surface 2512b towards the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 2500 are appropriately sized to receive the beam, the beam passes through aperture 2550 and induces a standing wave, which is the patch 2520 in dielectric layer 2512. Resonates within the resonant cavity of the array. Standing waves induced in a resonant cavity defined in dielectric layer 2512 leak EM power through a transmission line network comprising striplines 2524 and 2526 to SMA probe 2570, such as a decoder (not shown), etc. To the receiver. It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the signal transmission antenna 2500 is mutually the same as the signal reception antenna operation. Therefore, signal transmission by antenna 2500 will not be further described here.

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図25および図26に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ2520を設けるか、本発明のアンテナ2500に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ2520数を減少させることができる。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 25 and 26 are intended to illustrate rather than to limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 2520 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 2520 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 2500 of the present invention.

図27〜図28
図27および図28を参照すると、参照番号2700は、ビームの送受信のような単モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ2700は、ほぼ正方形の誘電体層2712を含む。層2712の幅2702および長さ2703は、等しくても異なってもよく、以下で説明するように使用パッチの数によって決定され、パッチ2720の外縁を超えて少なくとも0.50λεの幅および長さ2702aだけ延在することが好ましい。
27-28
Referring to FIGS. 27 and 28, reference numeral 2700 refers generally to a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for single mode operation such as beam transmission and reception. Antenna 2700 includes a substantially square dielectric layer 2712. The width 2702 and length 2703 of the layer 2712 may be equal or different and are determined by the number of patches used as described below and are at least 0.50λ ε in width and length beyond the outer edge of the patch 2720. Preferably it extends by 2702a.

図28を参照すると、誘電体層2712は、導電接地平面2716が結合されている底側2712a、および導電放射パッチ2720(図27)のアレイが結合された上側2712bを画定して、誘電体層2712内で、接地平面とパッチ2720とストリップ線路2724との間に共振空洞を形成する。   Referring to FIG. 28, the dielectric layer 2712 defines a bottom layer 2712a to which a conductive ground plane 2716 is coupled and an upper side 2712b to which an array of conductive radiating patches 2720 (FIG. 27) is coupled. Within 2712, a resonant cavity is formed between the ground plane, patch 2720, and stripline 2724.

図27に戻ると、パッチ2720はほぼ正方形の形状であり、4つのコーナー2720aおよび4つの放射縁2720bを有し、それぞれが約0.5λεの長さ2720cを有する。図27で見て、パッチ2720は、2つ、3つまたは4つのコーナー2720aを介して実質的に水平および垂直な導電ストリップ線路2724に電気的に相互接続され、これは実質的に水平な導電送信線路2726を介して電気的に相互接続される。ストリップ線路2724および送信線路2726は誘電体層2712に結合される。各ストリップ線路2724の幅は、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。送信線路2726は、約50オームの入力インピーダンスで約100オームの特性インピーダンスを有するように構成することが好ましい第1の部分2726aを含み、給電線路2774はSMAプローブ2770に関して以下で説明するように送信線路2726上の中心に位置決めされ、適切な放射(radiation)を確保する。送信線路2726はさらに、最小の反射を有するように1/4波長変換器として構成することが好ましい2つの第2の部分2726bを含む。次に、2726bからの信号は、さらなる1/4波長変換器を通して進み、したがって垂直送信線路2724を通る電力は相互の間で均等に分配される。 Returning to FIG. 27, the patch 2720 has a generally square shape and has four corners 2720a and four radial edges 2720b, each having a length 2720c of approximately 0.5λ ε . As seen in FIG. 27, the patch 2720 is electrically interconnected to substantially horizontal and vertical conductive striplines 2724 via two, three or four corners 2720a, which are substantially horizontal conductive. They are electrically interconnected via transmission line 2726. Strip line 2724 and transmission line 2726 are coupled to dielectric layer 2712. The width of each stripline 2724 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. The transmission line 2726 includes a first portion 2726a that is preferably configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms with an input impedance of about 50 ohms, and the feed line 2774 transmits as described below with respect to the SMA probe 2770. Positioned in the center on line 2726 to ensure proper radiation. Transmission line 2726 further includes two second portions 2726b that are preferably configured as quarter-wave converters to have minimal reflection. The signal from 2726b then travels through an additional quarter wavelength converter so that the power through vertical transmission line 2724 is evenly distributed between each other.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ2720、ストリップ線路2724および送信線路2726、開口部2750、および中心間距離2760の寸法は、誘電体2712内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁2720bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように、個々に計算される。   To obtain optimum performance at a particular frequency, the dimensions of the patch 2720, stripline 2724 and transmission line 2726, opening 2750, and center-to-center distance 2760 are higher order within the antenna cavity formed in the dielectric 2712. Standing waves are generated and are thus individually calculated so that the electric fields radiating from the radiating edge 2720b interfere with each other.

パッチ2720の数はアンテナ2700の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ2700のサイドローブのレベルは、放射縁2720bにおける電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ2720のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素2720間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。誘電体層2712にはパッチ2720およびストリップ線路2724の近傍に間に電界ゼロ・ポイントがある。場合によっては、アンテナ2700に、接地平面、パッチおよび/またはストリップ線路を相互に電気的に接続する1つまたは複数の短縮ピン(図示せず)を配置して、望ましくないモード励起を抑制することができる。以上の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えばAnasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明された積率法のような技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   The number of patches 2720 determines not only the overall size of the antenna 2700 but also its directivity. The level of the side lobe of the antenna 2700 is determined by the electric field distribution at the radiating edge 2720b. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe level are controlled by the size and location of each patch 2720 and the feed scheme. To achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements 2720 should be as uniform as possible. Dielectric layer 2712 has an electric field zero point in the vicinity of patch 2720 and stripline 2724. In some cases, antenna 2700 may include one or more shortened pins (not shown) that electrically connect ground planes, patches, and / or striplines to suppress unwanted mode excitation. Can do. The above calculations and analyzes have been performed, for example, on the cavity model described by Lee and Hsieh, and for example, Anasoft Corp. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product-moment method described in software Ensemble® available from www.software-environment.com are used.

ビームの送受信のような単モード動作のために、従来のSMAプローブ2770(図28)を設ける。SMAプローブ2770は、EMエネルギーをアンテナ2700へまたはアンテナ2700から送出するために、接地平面2716に電気的に接続された外部導体2772、および適切な放射のために送信線路2726に電気的に接続され、それに沿って中心に配置された内部(または給電)導体2774を含む。プローブ2770はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体2774と中心ストリップ線路2726aとの間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ2770が接地平面2716を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ2700に接続されていないSMAプローブ2770の他方端は、ケーブル(図示せず)を介して、テレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   A conventional SMA probe 2770 (FIG. 28) is provided for single mode operation such as beam transmission and reception. The SMA probe 2770 is electrically connected to an outer conductor 2772 that is electrically connected to a ground plane 2716 to transmit EM energy to or from the antenna 2700, and a transmission line 2726 for appropriate radiation. , Including an inner (or feed) conductor 2774 disposed centrally therewith. Probe 2770 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the inner conductor 2774 and the center stripline 2726a to maintain contact between them, and the SMA probe 2770 can connect the ground plane 2716 When passing, an appropriate seal (not shown) can be provided to hermetically seal the connection. It is understood that the other end of the SMA probe 2770 that is not connected to the antenna 2700 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want to be.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ2700を使用することができる。SMAプローブ2770から送信線路2726への信号で例示されるEMビームの送信時には、入来信号が、最小の反射および垂直ストリップ線路2724間の電力分布が比較的均一な状態で、送信線路2726に沿って第1の部分2726a、1/4波長変換器として挙動する第2の部分2726bを通る進行波として進み、次に、1/4波長変換器および電力分割器(power divider)を通ってEM電力を最終的にストリップ線路2724へと送る。EM電力はストリップ線路2724を通ってパッチ2720のアレイへと送信される。次に、パッチ2720が、適切な放射のためにアンテナ2700の各パッチ2720の放射縁2720を通して高次の定在波を誘起する。   In operation, the antenna 2700 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. During transmission of an EM beam, exemplified by the signal from the SMA probe 2770 to the transmission line 2726, the incoming signal is transmitted along the transmission line 2726 with minimal reflection and a relatively uniform power distribution between the vertical striplines 2724. The first part 2726a travels as a traveling wave through a second part 2726b that behaves as a quarter wavelength converter, and then passes through a quarter wavelength converter and a power divider to provide EM power. Is finally sent to the stripline 2724. EM power is transmitted through stripline 2724 to an array of patches 2720. The patch 2720 then induces a higher order standing wave through the radiating edge 2720 of each patch 2720 of the antenna 2700 for proper radiation.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ2700の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。それ故、例えば、アンテナ2700を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ2700は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面2712bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ2700の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部2750を通過して、定在波を誘起し、これは誘電体層2712内のパッチ2720のアレイの共振空洞内で共振する。誘電体層2712内に画定された共振空洞内で誘起された定在波は、ストリップ線路2724および2726を備える送信線路網を通ってSMAプローブ2770へとEM電力を漏出し、デコーダ(図示せず)などの受信器に送出される。アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ2700の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。したがって、アンテナ2700による信号の送信については、ここではさらに説明しない。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the antenna 2700 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Thus, for example, antenna 2700 can be positioned in a home and oriented to receive a beam carrying television signals in a given frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. The antenna 2700 is thus oriented by directing the top surface 2712b towards the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 2700 are sized appropriately to receive the beam, the beam passes through aperture 2750 to induce a standing wave, which is the patch 2720 in dielectric layer 2712. Resonates within the resonant cavity of the array. Standing waves induced in a resonant cavity defined in dielectric layer 2712 leak EM power through a transmission line network comprising striplines 2724 and 2726 to SMA probe 2770 and a decoder (not shown). ) And other receivers. It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the antenna 2700 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Therefore, signal transmission by antenna 2700 will not be further described here.

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図27および図28に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ2720を設けるか、本発明のアンテナ2700に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ2720数を減少させることができる。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 27 and 28 are intended to illustrate rather than to limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 2720 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 2720 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 2700 of the present invention.

図29〜図31
図29Aおよび図29B(以降では「図29」とする)および図30を参照すると、参照番号2900は、ビームの送受信のような二重モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ2900は、ほぼ正方形の誘電体層2912を含む。層2912の幅2902および長さ2903は、等しくても異なってもよく、以下で説明するように使用パッチの数によって決定され、パッチ2920の外縁を超えて少なくとも0.50λεの幅および長さ2902aだけ延在することが好ましい。
29 to 31
Referring to FIGS. 29A and 29B (hereinafter “FIG. 29”) and FIG. 30, reference numeral 2900 is a planar microstrip that implements features of the present invention for dual mode operation such as beam transmission and reception. -Refers to the entire array antenna. Antenna 2900 includes a substantially square dielectric layer 2912. The width 2902 and length 2903 of the layer 2912 may be equal or different and are determined by the number of patches used as described below and are at least 0.50λ ε in width and length beyond the outer edge of the patch 2920. Preferably it extends by 2902a.

図30を参照すると、誘電体層2912は、導電接地平面2916が結合されている底側2912a、および導電放射パッチ2920(図29)のアレイが結合された上側2912bを画定して、誘電体層2912内で、接地平面2916とパッチ2920とストリップ線路2924との間に共振空洞を形成する。   Referring to FIG. 30, dielectric layer 2912 defines a bottom side 2912a to which a conductive ground plane 2916 is coupled and an upper side 2912b to which an array of conductive radiating patches 2920 (FIG. 29) is coupled to form a dielectric layer. Within 2912, a resonant cavity is formed between ground plane 2916, patch 2920, and stripline 2924.

図29に戻ると、パッチ2920はほぼ正方形の形状であり、4つのコーナー2920aおよび4つの放射縁2920bを有し、それぞれが約0.50λεの長さ2920cを有する。図29で見て、パッチ2920は、2つ、3つまたは4つのコーナー2920aを介して実質的に水平および垂直な導電ストリップ線路2924のアレイに電気的に相互接続され、これは誘電体層2912に結合される。ストリップ線路2924は、実質的に水平な導電送信線路2926および実質的に垂直な導電送信線路2928を介して電気的に相互接続される。送信線路2926および2928は誘電体層2912に結合され、送信線路2926と298の交差部が、図29では点線の輪郭2927で指示され、図30に関して以下でさらに説明される。各ストリップ線路2924の幅は、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。送信線路2926および2928は、約50オームの入力インピーダンスで約100オームの特性インピーダンスを有するように構成することが好ましいそれぞれ第1の部分2926aおよび2928aを含み、給電線路2974はSMAプローブ2970に関して以下で説明するように各送信線路2926および2928上に位置決めされ、適切な放射を確保する。各送信線路2926および2928はさらに、最小の反射を有するように1/4波長変換器として構成することが好ましいそれぞれ2つの第2の部分2926bおよび2928bを含む。 Returning to FIG. 29, the patch 2920 has a generally square shape and has four corners 2920a and four radial edges 2920b, each having a length 2920c of approximately 0.50λ ε . As seen in FIG. 29, the patch 2920 is electrically interconnected to an array of substantially horizontal and vertical conductive striplines 2924 via two, three or four corners 2920a, which is a dielectric layer 2912. Combined with Stripline 2924 is electrically interconnected via a substantially horizontal conductive transmission line 2926 and a substantially vertical conductive transmission line 2928. Transmission lines 2926 and 2928 are coupled to dielectric layer 2912 and the intersection of transmission lines 2926 and 298 is indicated in FIG. 29 by dotted outline 2927 and is further described below with respect to FIG. The width of each stripline 2924 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. Transmission lines 2926 and 2928 include first portions 2926a and 2928a, respectively, preferably configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms with an input impedance of about 50 ohms, and feed line 2974 is described below with respect to SMA probe 2970. Positioned on each transmission line 2926 and 2928 as described to ensure proper radiation. Each transmission line 2926 and 2928 further includes two second portions 2926b and 2928b, respectively, which are preferably configured as quarter wave converters to have minimal reflection.

図30は、送信線路2926および2928が電気的接触がない状態で点線の輪郭2927にて交差することができる1つの好ましい構成を示す。したがって図30で見られるように、送信線路2928は、2つのビア2928cを備えたブリッジを含み、ビアによって送信線路2926の下を通過し、2つのビア2928cは、接地平面2916に電気的に接触せずに接地平面2916の開口部を通過し、誘電体2913を介して接地平面2916から電気的に絶縁されたマイクロストリップ2928d(図31)によって電気的に接続される。代替実施形態では、図31および図32に関して以下で説明する方向性カプラ(directional coupler)を使用することにより、送信線路2926および2928の非導電性交差部が達成される。   FIG. 30 shows one preferred configuration in which transmission lines 2926 and 2928 can intersect at dotted outline 2927 without electrical contact. Thus, as seen in FIG. 30, the transmission line 2928 includes a bridge with two vias 2928c that pass under the transmission line 2926 by the vias, and the two vias 2928c are in electrical contact with the ground plane 2916. Without passing through the opening of the ground plane 2916 and electrically connected by a microstrip 2928d (FIG. 31) that is electrically insulated from the ground plane 2916 via the dielectric 2913. In an alternative embodiment, a non-conductive intersection of transmission lines 2926 and 2928 is achieved by using a directional coupler described below with respect to FIGS.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ2920、送信線路2924および2926、開口部2950、および中心間距離2960の寸法は、誘電体2912内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁2920bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように、個々に計算される。   In order to obtain optimum performance at a particular frequency, the dimensions of the patch 2920, transmission lines 2924 and 2926, the opening 2950, and the center-to-center distance 2960 are higher order in the antenna cavity formed in the dielectric 2912. Standing waves are generated and are thus calculated individually so that the electric fields radiating from the radiating edge 2920b interfere with each other.

パッチ2920の数はアンテナ2900の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ2900のサイドローブのレベルは、放射要素2920間の電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ2920のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素2920間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。誘電体層2912には、パッチ2920およびストリップ線路2924の近傍に電界ゼロ・ポイントがある。場合によっては、アンテナ2900に、接地平面、パッチおよび/またはストリップ線路を相互に電気的に接続する1つまたは複数の短縮ピン(図示せず)を配置して、望ましくないモード励起を抑制することができる。以上の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えばAnasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明された積率法のような技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   The number of patches 2920 determines not only the overall size of the antenna 2900 but also its directivity. The level of the side lobe of the antenna 2900 is determined by the electric field distribution between the radiating elements 2920. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe level are controlled by the size and location of each patch 2920 and the feed scheme. In order to achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements 2920 should be as uniform as possible. Dielectric layer 2912 has an electric field zero point in the vicinity of patch 2920 and stripline 2924. In some cases, antenna 2900 may include one or more shortened pins (not shown) that electrically connect ground planes, patches, and / or striplines to suppress undesirable mode excitation. Can do. The above calculations and analyzes have been performed, for example, on the cavity model described by Lee and Hsieh, and for example, Anasoft Corp. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product-moment method described in software Ensemble® available from www.software-environment.com are used.

ビームの送受信のような二重モード動作のために、2つの従来のSMAプローブ2970(図30)を設ける。各SMAプローブ2970は、EMエネルギーをアンテナ2900へまたはアンテナ2900から送出するために、接地平面2916に電気的に接続された外部導体2972、および送信線路2926および2928に電気的に接続され、それに沿って配置された内部(または給電)導体2974を含み、アンテナ2900のインピーダンス整合を最適化する。給電線路2974は、点線の輪郭2927(図29)内で示すように、送信線路2926と2928が交差する場所から、約1/4波長にλεの倍数を加えた距離2975だけ中心からずれて隔置することが好ましい。プローブ2970はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、給電線路2974と中心ストリップ線路2926aとの間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ2970が接地平面2916を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ2900に接続されていないSMAプローブ2970の他方端は、ケーブル(図示せず)を介して、テレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。 Two conventional SMA probes 2970 (FIG. 30) are provided for dual mode operation such as beam transmission and reception. Each SMA probe 2970 is electrically connected to and along external conductors 2972 and transmission lines 2926 and 2928 that are electrically connected to ground plane 2916 for delivering EM energy to or from antenna 2900. Internal (or feed) conductor 2974 to optimize the impedance matching of antenna 2900. Feed line 2974, as shown in dotted outline 2927 (Fig. 29), from where the transmission line 2926 and 2928 intersect, off-center distance 2975 plus a multiple of lambda epsilon about 1/4 wavelength It is preferable to place them apart. The probe 2970 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the feed line 2974 and the center stripline 2926a and maintain contact therebetween, with the SMA probe 2970 connecting the ground plane 2916. When passing, an appropriate seal (not shown) can be provided to hermetically seal the connection. It is understood that the other end of the SMA probe 2970 not connected to the antenna 2900 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want to be.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ2900を使用することができる。SMAプローブ2970から送信線路2926および2928への信号で例示されるEMビームの送信時には、入来信号が、最小の反射で、送信線路2926および2928に沿ってそれぞれ第1の部分2926aおよび2928aを通る進行波として進み、EM電力を2つの岐路2926bおよび2928bへ、その後にストリップ線路2924へと送電する。EM電力はストリップ線路2924を通ってパッチ2920のアレイへと送電される。次に、パッチ2920およびストリップ線路2924の一部が、適切な放射のためにアンテナ2900の開口部2950を通して高次の定在波を誘起する。   In operation, the antenna 2900 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. Upon transmission of an EM beam, exemplified by signals from SMA probe 2970 to transmission lines 2926 and 2928, the incoming signal passes through first portions 2926a and 2928a along transmission lines 2926 and 2928, respectively, with minimal reflection. Proceeding as a traveling wave, EM power is transmitted to the two branches 2926b and 2928b and then to the stripline 2924. EM power is transmitted through stripline 2924 to the array of patches 2920. The patch 2920 and a portion of the stripline 2924 then induce higher order standing waves through the aperture 2950 of the antenna 2900 for proper radiation.

アンテナ2900内では、垂直モードの励起が水平モードのそれに直交し、したがって2つの入力信号間の漏話が最小限に抑えられる。すなわち、2つの直交する垂直および水平モードを別個に励起することができる。   Within antenna 2900, the vertical mode excitation is orthogonal to that of the horizontal mode, so crosstalk between the two input signals is minimized. That is, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited separately.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ2900の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。それ故、例えば、アンテナ2900を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ2900は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面2912bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ2900の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部2950を通過して、定在波を誘起し、これは誘電体層2912内の共振空洞内で、パッチ2920のアレイとストリップ線路2924と接地平面2916の間で共振する。誘電体層2912内に画定された共振空洞内で誘起された定在波は、ストリップ線路2924および2926を備える送信線路網を通ってSMAプローブ2970へと送信され、デコーダ(図示せず)などの受信器に送出される。アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ2900の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。したがって、アンテナ2900による信号の送信については、ここではさらに説明しない。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the antenna 2900 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Thus, for example, antenna 2900 can be positioned in a home and oriented to receive a beam carrying television signals in a given frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. The antenna 2900 is thus oriented by directing the top surface 2912b towards the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 2900 are sized appropriately to receive the beam, the beam passes through aperture 2950 and induces a standing wave, which is in a resonant cavity in dielectric layer 2912. Thus, resonance occurs between the array of patches 2920, the stripline 2924, and the ground plane 2916. Standing waves induced in a resonant cavity defined in dielectric layer 2912 are transmitted to SMA probe 2970 through a transmission line network comprising striplines 2924 and 2926, such as a decoder (not shown). Sent to the receiver. It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it can be understood that the operation of the antenna 2900 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Therefore, signal transmission by antenna 2900 will not be further described here.

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図29および図30に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ2920を設けるか、本発明のアンテナ2900に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ2920数を減少させることができる。給電区域付近を適切に修正すると、直交する2つの円偏波(CP)の二重モード動作を達成することができる。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 29 and 30 are intended to illustrate rather than limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 2920 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 2920 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 2900 of the present invention. With proper modification near the feeding area, two orthogonal circularly polarized (CP) dual mode operation can be achieved.

図32〜図33
図32および図33を参照すると、参照番号3200は、ビームの送受信のような二重モード動作のために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナの全体を指す。アンテナ3200は、ほぼ正方形の誘電体層3212を含む。層3212の幅3202および長さ3203(図32)は、等しくても異なってもよく、以下で説明するように使用パッチの数によって決定され、パッチ3220の外縁を超えて少なくとも0.50λεの幅および長さ3202aだけ延在することが好ましい。
32 to 33
Referring to FIGS. 32 and 33, reference numeral 3200 refers to the entirety of a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual mode operation such as transmitting and receiving beams. Antenna 3200 includes a substantially square dielectric layer 3212. The width 3202 and length 3203 (FIG. 32) of the layer 3212 may be equal or different and are determined by the number of patches used, as described below, and at least 0.50λ ε beyond the outer edge of the patch 3220. It preferably extends by a width and length 3202a.

図33を参照すると、誘電体層3212は、導電接地平面3216が結合されている底側3212a、および導電放射パッチ3220のアレイが結合された上側3212bを画定して、誘電体層3212内で、パッチ3220とストリップ線路3224および3226と接地平面3216との間に共振空洞を形成する。図32を参照すると、パッチ3220はほぼ正方形の形状であり、4つのコーナー3220aおよび4つの放射縁3220bを有し、それぞれが約0.50λεの長さ3220cを有する。図32で見て、パッチ3220は、コーナー3220aを介して実質的に垂直な導電ストリップ線路3224および水平な導電ストリップ線路3226のアレイに電気的に相互接続される。ストリップ線路3224および3226は、個々の送信線路3224a、3224b、3226aおよび3226bを介して、図34に関して以下でさらに詳細に説明する方向性カプリング(directional coupling)3400に電気的に相互接続され、SMAプローブ3270に関してさらに詳細に説明するプローブとEMエネルギーを連絡する。ストリップ線路3224、3226、および送信線路3224a、3224b、3226a、および3226bは、誘電体層3212に結合される。パッチ3220は、好ましくは約1λεの中心間距離3260だけ隔置される。パッチ3220は、4つのサブアレイに配置構成し、サブアレイ毎に上面3212b上の複数の列および行にすることが好ましく、これは相互にずれた行3228および列3229を有するサブアレイ3222によって点線の輪郭で代表的に例示される。各ストリップ線路3224および3226の幅は、特性インピーダンスが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。送信線路3224aおよび3226bは、約50オームの入力インピーダンスで約100オームの特性インピーダンスを有するように構成することが好ましく、給電線路はSMAプローブ3270に関して以下で説明するようにストリップ線路3224および3226上に位置決めされ、最適な利得結果になるように各ストリップ線路およびパッチの適切な位相を確保する。送信線路3224bおよび3226bは、最小の反射を有するように直列の2つの1/4波長変換器として構成することが好ましい。 Referring to FIG. 33, the dielectric layer 3212 defines a bottom side 3212a to which a conductive ground plane 3216 is coupled and an upper side 3212b to which an array of conductive radiating patches 3220 are coupled, and within the dielectric layer 3212, A resonant cavity is formed between patch 3220, striplines 3224 and 3226, and ground plane 3216. Referring to FIG. 32, the patch 3220 has a generally square shape and has four corners 3220a and four radial edges 3220b, each having a length 3220c of approximately 0.50λ ε . As seen in FIG. 32, the patch 3220 is electrically interconnected to an array of substantially vertical conductive striplines 3224 and horizontal conductive striplines 3226 via corners 3220a. Striplines 3224 and 3226 are electrically interconnected to directional coupling 3400, described in more detail below with respect to FIG. 34, via individual transmission lines 3224a, 3224b, 3226a and 3226b, and SMA probes. Communicate the probe and EM energy as described in more detail with respect to 3270. Striplines 3224, 3226 and transmission lines 3224a, 3224b, 3226a, and 3226b are coupled to dielectric layer 3212. The patches 3220 are preferably separated by a center-to-center distance 3260 of about 1λ ε . The patch 3220 is preferably arranged in four subarrays, with each subarray having a plurality of columns and rows on the top surface 3212b, which are outlined in dotted lines by subarrays 3222 having rows 3228 and columns 3229 offset from each other. Typically exemplified. The width of each stripline 3224 and 3226 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. Transmission lines 3224a and 3226b are preferably configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms with an input impedance of about 50 ohms, and feed lines are on striplines 3224 and 3226 as described below with respect to SMA probe 3270. Position and ensure proper phase of each stripline and patch for optimal gain results. Transmission lines 3224b and 3226b are preferably configured as two quarter wavelength converters in series so as to have minimal reflection.

特定の周波数で最適の性能を得るために、パッチ3220、ストリップ線路3224、3226および開口部3250、中心間距離3260、カプラ3100の寸法は、誘電体3212内に形成されたアンテナ空洞内に高次の定在波が生成され、したがって放射縁3220bから放射する電界が相互に強め合って干渉するように、個々に計算される。   To obtain optimum performance at a particular frequency, the dimensions of the patch 3220, striplines 3224, 3226 and opening 3250, center-to-center distance 3260, coupler 3100 are higher order within the antenna cavity formed in the dielectric 3212. Standing waves are generated, and are thus calculated individually so that the electric fields radiating from the radiating edge 3220b interfere with each other.

パッチ3220の数はアンテナ3200の全体的なサイズばかりでなく、その指向性も決定する。アンテナ3200のサイドローブのレベルは、放射要素3220間の電界分布によって決定される。したがって、指向性およびサイドローブ・レベルのようなアンテナの特性は、各パッチ3220のサイズおよび位置および給電スキームによって制御される。高い指向性を達成するには、放射要素3220間の電界分布が、可能な限り均一であるものとする。誘電体層3212には、パッチ3220およびストリップ線路3224および3226内に電界ゼロ・ポイントがある。場合によっては、アンテナ3200に、接地平面、パッチおよび/またはストリップ線路を相互に電気的に接続する1つまたは複数の短縮ピン(図示せず)を配置して、望ましくないモード励起を抑制することができる。以上の計算および解析は、例えばLeeおよびHsiehが説明した空洞モデル、および例えばAnasoft Corp.から入手可能なsoftware Ensemble(登録商標)で説明された積率法のような技術を使用するので、ここではさらに詳細には説明しない。   The number of patches 3220 determines not only the overall size of the antenna 3200 but also its directivity. The level of the side lobe of the antenna 3200 is determined by the electric field distribution between the radiating elements 3220. Thus, antenna characteristics such as directivity and sidelobe level are controlled by the size and location of each patch 3220 and the feed scheme. To achieve high directivity, the electric field distribution between the radiating elements 3220 should be as uniform as possible. Dielectric layer 3212 has a field zero point in patch 3220 and striplines 3224 and 3226. In some cases, antenna 3200 may include one or more shortened pins (not shown) that electrically connect ground planes, patches and / or striplines to suppress unwanted mode excitation. Can do. The above calculations and analyzes have been performed, for example, on the cavity model described by Lee and Hsieh, and for example, Anasoft Corp. Will not be described in further detail here, since techniques such as the product-moment method described in software Ensemble® available from www.software-environment.com are used.

ビームの送受信のような二重モード動作のために、2つの従来のSMAプローブ3270(一方のみを図33に図示)を設ける。各SMAプローブ3270は、EMエネルギーをアンテナ3200へおよび/またはアンテナ3200から送出するために、接地平面3216に電気的に接続された外部導体3272、および個々の送信線路3224aまたは3226aに電気的に接続され、それに沿って配置された内部(または給電)導体3274を含み、最適な利得結果になるように各ストリップ線路およびパッチの適切な位相を確保する。プローブ3270はSMAプローブであることが好ましいが、上記接続を実施するために、任意の適切な同軸プローブおよび/または接続構成を使用することができる。例えば、導電性接着剤(図示せず)を使用して、内部導体3274と送信線路3224aとの間を結合して、その間の接触を維持することができ、SMAプローブ3270が接地平面3216を通過する場合は、適切なシール(図示せず)を設けて、接続部を気密封止することができる。アンテナ3200に接続されていないSMAプローブ3270の他方端は、ケーブル(図示せず)を介して、テレビ信号で使用する衛星信号デコーダのような信号発生器または受信器に接続可能であることを理解されたい。   Two conventional SMA probes 3270 (only one shown in FIG. 33) are provided for dual mode operation such as beam transmission and reception. Each SMA probe 3270 is electrically connected to an outer conductor 3272 electrically connected to a ground plane 3216 and to an individual transmission line 3224a or 3226a for delivering EM energy to and / or from the antenna 3200. And includes an inner (or feed) conductor 3274 disposed along it to ensure the proper phase of each stripline and patch for optimal gain results. Probe 3270 is preferably an SMA probe, but any suitable coaxial probe and / or connection configuration can be used to implement the connection. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to couple between the inner conductor 3274 and the transmission line 3224a to maintain contact therebetween, with the SMA probe 3270 passing through the ground plane 3216. When doing so, an appropriate seal | sticker (not shown) can be provided and a connection part can be airtightly sealed. It is understood that the other end of the SMA probe 3270 that is not connected to the antenna 3200 can be connected via a cable (not shown) to a signal generator or receiver such as a satellite signal decoder for use with television signals. I want to be.

動作時には、直線偏波(LP)EMビームの送受信にアンテナ3200を使用することができる。SMAプローブ3270から給電線路を使用して送信線路3224aへの信号を使用することで例示されるEMビームの送信時には、入来信号が、送信線路3224aに沿ってカプラ3400を通り、対向する送信線路3224aに至る進行波として進む。送信線路3224aは、信号のEM電力を、2つの岐路送信線路(branch transmission line)3224bへと、その後に各岐路送信線路3224bのストリップ線路3224へと最小の反射で送る。EM電力は、ストリップ線路3224を通ってパッチ3220のアレイへと送信される。次に、パッチ3220およびストリップ線路3224の一部が、アンテナ3200の開口部3250を通る放射が適切であるために、高次の定在波を誘起する。   In operation, antenna 3200 can be used to transmit and receive linearly polarized (LP) EM beams. When transmitting an EM beam exemplified by using a signal from the SMA probe 3270 to the transmission line 3224a using the feed line, the incoming signal passes through the coupler 3400 along the transmission line 3224a and is opposed to the transmission line 3224a. It proceeds as a traveling wave that reaches 3224a. The transmission line 3224a sends the EM power of the signal to the two branch transmission lines 3224b with subsequent minimal reflection to the strip line 3224 of each branch transmission line 3224b. EM power is transmitted through stripline 3224 to an array of patches 3220. Next, the patch 3220 and a portion of the stripline 3224 induce higher order standing waves because the radiation through the aperture 3250 of the antenna 3200 is adequate.

SMAプローブ3270から給電線路を使用して送信線路3226aへの信号を使用することで例示されるEMビームの送信時には、入来信号が、送信線路3226aに沿ってカプラ3400を通り、対向する送信線路3226aに至る進行波として進む。送信線路3226aは、信号のEM電力を、2つの岐路送信線路3226bへと、その後に各岐路送信線路3226bのストリップ線路3226へと最小の反射で送る。EM電力は、ストリップ線路3226を通ってパッチ3220のアレイへと送信される。次に、パッチ3220が、アンテナ3200の開口部3250を通る放射が適切であるために、高次の定在波を誘起する。   When transmitting an EM beam exemplified by using a signal from the SMA probe 3270 to the transmission line 3226a using the feed line, the incoming signal passes through the coupler 3400 along the transmission line 3226a and is opposed to the transmission line 3226a. It proceeds as a traveling wave that reaches 3226a. Transmission line 3226a sends the EM power of the signal with minimal reflection to the two branch transmission lines 3226b and then to the strip line 3226 of each branch transmission line 3226b. EM power is transmitted through stripline 3226 to the array of patches 3220. The patch 3220 then induces a higher order standing wave for proper radiation through the aperture 3250 of the antenna 3200.

アンテナ3200内では、垂直モードの励起が水平モードのそれに直交し、したがって2つの入力信号間の漏話が最小限に抑えられる。すなわち、2つの直交する垂直および水平モードを別個に励起することができる。   Within the antenna 3200, the vertical mode excitation is orthogonal to that of the horizontal mode, so crosstalk between the two input signals is minimized. That is, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited separately.

アンテナが信号を相互に送信し、受信することは周知である。したがって、信号送信のアンテナ3200の動作は、信号受信のアンテナ動作と相互的に同一であることを理解することができる。それ故、例えば、アンテナ3200を住宅内に位置決めし、静止または赤道衛星から所定の周波数帯またはチャネル内のテレビ信号を搬送するビームを受信するように配向することができる。アンテナ3200は、ビームの方向に対してほぼ直角になるように上面3212bをビーム源に向けることによって、このように配向する。アンテナ3200の要素がビームを受信するために適切なサイズになっていると仮定すると、ビームは開口部3250を通過して、定在波を誘起し、これは誘電体層3212内で共振する。誘電体層3212内に画定された共振空洞内で誘起された定在波は、ストリップ線路3224および3226およびカプラ3400を通して適切なSMAプローブ3270へと電磁力を漏出し、デコーダ(図示せず)などの受信器に送出される。   It is well known that antennas transmit and receive signals to each other. Accordingly, it can be understood that the operation of the antenna 3200 for signal transmission is mutually the same as the antenna operation for signal reception. Thus, for example, antenna 3200 can be positioned in a home and oriented to receive a beam carrying television signals in a given frequency band or channel from a stationary or equatorial satellite. The antenna 3200 is thus oriented by directing the top surface 3212b toward the beam source so that it is substantially perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the elements of antenna 3200 are sized appropriately to receive the beam, the beam passes through aperture 3250 and induces a standing wave that resonates within dielectric layer 3212. Standing waves induced in a resonant cavity defined in dielectric layer 3212 leak electromagnetic force through striplines 3224 and 3226 and coupler 3400 to an appropriate SMA probe 3270, such as a decoder (not shown). To the receiver.

本発明は多くの形態および実施形態をとれることを理解されたい。図32および図33に関して説明した実施形態は、本発明を制限するものではなく、例示するものである。したがって、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上記にいくつかの変形が可能である。例えば、ビームを狭くするために追加のパッチ3220を設けるか、本発明のアンテナ3200に要求される物理的空間を縮小するために、使用するパッチ3220数を減少させることができる。給電区域付近を適切に修正すると、直交する2つの円偏波(CP)の二重モード動作を達成することができる。   It should be understood that the present invention can take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 32 and 33 are intended to illustrate rather than limit the invention. Accordingly, several variations are possible in the above without departing from the spirit or scope of the invention. For example, additional patches 3220 can be provided to narrow the beam, or the number of patches 3220 used can be reduced to reduce the physical space required for the antenna 3200 of the present invention. With proper modification near the feeding area, two orthogonal circularly polarized (CP) dual mode operation can be achieved.

図34〜図35
図34を参照すると、参照番号3400は、干渉がない状態でEMエネルギーを2つの源と2つの宛先との間で通信できるように、2つのEMエネルギー源を2つのEMエネルギー宛先に結合するために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ方向性カプラの全体を示す。図32〜図33に関して上述したように、カプラ3400はアンテナ2900およびアンテナ3200のようなマイクロストリップ・アンテナに組み込むことが好ましい。しかし、カプラ3400は、図34で示すように独立型カプラとしても機能することができるので、単純にするために本明細書ではそのように説明する。したがって、カプラ3400はほぼ正方形の誘電体層3412を含む。誘電体層3412は、等しくても異なってもよい幅3402および長さ3403を有する。
34 to 35
Referring to FIG. 34, reference numeral 3400 is for coupling two EM energy sources to two EM energy destinations so that EM energy can be communicated between the two sources and the two destinations without interference. Figure 1 shows an overall planar microstrip directional coupler embodying features of the present invention. As described above with respect to FIGS. 32-33, coupler 3400 is preferably incorporated into a microstrip antenna such as antenna 2900 and antenna 3200. However, the coupler 3400 can also function as a stand-alone coupler as shown in FIG. 34, and will be described as such herein for simplicity. Thus, coupler 3400 includes a substantially square dielectric layer 3412. The dielectric layer 3412 has a width 3402 and a length 3403 that may be equal or different.

図35を参照すると、誘電体層3412は、導電接地平面3416を任意選択で結合することができる底側3412a、および方向性カプラを形成するために導電ストリップ線路のアレイが結合された上側3412bを画定する。ストリップ線路は、EMエネルギーを送る第1のストリップ線路3420および3422、およびEMエネルギーを送る第2のストリップ線路3424および3426を含む。各ストリップ線路4124の幅は、特性インピーダンスZが約50〜200オームと仮定して決定することが好ましい。 Referring to FIG. 35, the dielectric layer 3412 includes a bottom side 3412a that can optionally couple a conductive ground plane 3416, and a top side 3412b to which an array of conductive striplines is coupled to form a directional coupler. Define. The stripline includes first striplines 3420 and 3422 that transmit EM energy and second striplines 3424 and 3426 that transmit EM energy. The width of each stripline 4124 is preferably a characteristic impedance Z 0 is determined assuming approximately 50 to 200 ohms.

ストリップ線路3420、3422、3424および3426は、実質的に長方形のブリッジ3430に接続され、これは図34で見て、2つの端部分3432、上下部分3434、および中央区間部分3432を有する。各端部分3432の幅は、特性インピーダンスZが約50〜200オームと仮定して決定し、各端部分3432の長さ3432aは約0.25λεであることが好ましい。各上下部分3434の幅は、特性インピーダンスZ/(2の平方根)が約35〜141オームと仮定して決定し、各端部分3432の各半分の長さ3434aは約0.25λεであることが好ましい。各上下部分3434はさらに、上下部分に対して約45°の角度で面取りされた端部3434bを特徴とする。中央区間部分3436の幅は、特性インピーダンスZ/2が約25〜100オームと仮定して決定することが好ましい。 Striplines 3420, 3422, 3424 and 3426 are connected to a substantially rectangular bridge 3430 that has two end portions 3432, an upper and lower portion 3434, and a central section portion 3432 as seen in FIG. The width of each end portion 3432 is determined assuming that the characteristic impedance Z 0 is about 50-200 ohms, and the length 3432a of each end portion 3432 is preferably about 0.25λ ε . The width of each upper and lower portions 3434 determines characteristic impedance Z 0 / (2 square root) Assuming the approximately 35-141 ohms, the length 3434a of each half of each end portion 3432 is about 0.25 [lambda epsilon It is preferable. Each upper and lower portion 3434 is further characterized by an end 3434b that is chamfered at an angle of about 45 ° with respect to the upper and lower portions. The width of the central section part 3436 is preferably a characteristic impedance Z 0/2 is determined assuming approximately 25-100 ohms.

動作時には、カプラ3400を図29のアンテナ・アレイとともに使用する場合、図29で示す線路2928aのような線路を各第1のストリップ線路3420および3422に接続し、図29で示す線路2926aのような線路を各第1のストリップ線路3424および3426に接続する。ストリップ線路2928a上のEMエネルギーは、ストリップ線路3424および3426への損失が実質的に無視できる状態で、ストリップ線路3420からストリップ線路3422へ(またはストリップ線路3422からストリップ線路3420へ)渡される。同様に、ストリップ線路2926a上のEMエネルギーは、ストリップ線路3420および3422への損失が実質的に無視できる状態で、ストリップ線路3424からストリップ線路3426へ(またはストリップ線路3426からストリップ線路3424へ)渡される。   In operation, when coupler 3400 is used with the antenna array of FIG. 29, a line such as line 2928a shown in FIG. 29 is connected to each first stripline 3420 and 3422, such as line 2926a shown in FIG. A line is connected to each first stripline 3424 and 3426. EM energy on stripline 2928a is passed from stripline 3420 to stripline 3422 (or from stripline 3422 to stripline 3420) with substantially negligible loss to striplines 3424 and 3426. Similarly, EM energy on stripline 2926a is passed from stripline 3424 to stripline 3426 (or from stripline 3426 to stripline 3424) with substantially negligible loss to striplines 3420 and 3422. .

1つの周波数で動作するように構成された上記のアンテナのいずれも、誘電体層の誘電率が所望の周波数でも1つの周波数の場合と実質的に同じままであるなら、1つの周波数に対する所望の周波数の比率と正比例してアンテナの各寸法を全体的にスケーリングすることにより、1つの周波数での放射パターンおよびアンテナ効率のような特徴を大幅に変更せずに、実質的に全ての他の所望の周波数で動作するように再構成することができる。   Any of the above antennas that are configured to operate at one frequency will have the desired dielectric constant for one frequency if the dielectric constant of the dielectric layer remains substantially the same at the desired frequency as at one frequency. By scaling the overall dimensions of the antenna in direct proportion to the frequency ratio, virtually any other desired without significantly changing features such as the radiation pattern and antenna efficiency at one frequency Can be reconfigured to operate at any frequency.

本発明の例示的実施形態を図示し、説明してきたが、以上の開示には広範囲の修正、変更および置換が想定され、場合によっては他の特徴を対応して使用せずに、本発明のいくつかの特徴を使用することができる。したがって、添付の請求の範囲は、広範囲に、本発明の範囲と一致する方法で、挿入的に設けた参照番号は説明の都合および効率のために例示によって提供され、いかなる意味でもどの請求項も制限するものではないことを理解して解釈することが適切である。   While exemplary embodiments of the present invention have been illustrated and described, the foregoing disclosure contemplates a wide range of modifications, changes and substitutions, and in some cases without corresponding use of other features. Several features can be used. Accordingly, the appended claims are to be broadly construed in a manner consistent with the scope of the present invention, and the inductively provided reference numerals are provided by way of example for convenience and efficiency of description, and any claim in any sense It is appropriate to understand and interpret what is not limiting.

平面アレイ・アンテナの斜視図である。It is a perspective view of a planar array antenna. 図1の線2−2に沿った図1のアンテナの縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the antenna of FIG. 1 taken along line 2-2 of FIG. 図1の平面アレイ・アンテナの代替実施形態の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an alternative embodiment of the planar array antenna of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図4の線5−5に沿った図4のアンテナの縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the antenna of FIG. 4 taken along line 5-5 of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図6の線7−7に沿った図6のアンテナの縦断面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the antenna of FIG. 6 taken along line 7-7 of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図8の線9−9に沿た図8のアンテナの縦断面図である。FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the antenna of FIG. 8 taken along line 9-9 of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図10の線11−11に沿た図10のアンテナの縦断面図である。FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the antenna of FIG. 10 taken along line 11-11 of FIG. 図10の線12で境界線を描いた図11のアンテナの一部の拡大図である。FIG. 12 is an enlarged view of a portion of the antenna of FIG. 11 depicting a boundary line with line 12 of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図13の線14−14に沿った図13のアンテナの縦断面図である。FIG. 14 is a longitudinal sectional view of the antenna of FIG. 13 taken along line 14-14 of FIG. 図13の線15で境界線を描いた図13のアンテナの一部の拡大図である。FIG. 14 is an enlarged view of a portion of the antenna of FIG. 13 with a boundary line drawn by line 15 of FIG. 13. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図16の線17−17に沿った図16のアンテナの縦断面図である。FIG. 17 is a longitudinal cross-sectional view of the antenna of FIG. 16 taken along line 17-17 of FIG. 図16のアンテナの代替実施形態の平面図である。FIG. 17 is a plan view of an alternative embodiment of the antenna of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図19の線20−20に沿った図19のアンテナの縦断面図である。20 is a longitudinal sectional view of the antenna of FIG. 19 taken along line 20-20 of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図21の線22−22に沿った図21のアンテナの縦断面図である。FIG. 22 is a longitudinal sectional view of the antenna of FIG. 21 taken along line 22-22 of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図23の線24−24に沿った図23のアンテナの縦断面図である。FIG. 24 is a longitudinal sectional view of the antenna of FIG. 23 taken along line 24-24 of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図25の線26−26に沿った図25のアンテナの縦断面図である。FIG. 26 is a longitudinal cross-sectional view of the antenna of FIG. 25 taken along line 26-26 of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図27の線28−28に沿った図27のアンテナの縦断面図である。FIG. 28 is a longitudinal cross-sectional view of the antenna of FIG. 27 taken along line 28-28 of FIG. 図29Aおよび図29Bは、平面アレイ・アンテナの平面図である。29A and 29B are plan views of a planar array antenna. 図29Aおよび図29Bの線30−30に沿った図29Aおよび図29Bのアンテナの縦断面図である。FIG. 30 is a longitudinal cross-sectional view of the antenna of FIGS. 29A and 29B taken along line 30-30 of FIGS. 29A and 29B. 図30のアンテナのマイクロストリップの底面図である。It is a bottom view of the microstrip of the antenna of FIG. 平面アレイ・アンテナの平面図である。It is a top view of a planar array antenna. 図32の線33−33に沿った図32のアンテナの縦断面図である。FIG. 33 is a longitudinal cross-sectional view of the antenna of FIG. 32 taken along line 33-33 of FIG. 2つのEMエネルギー源を2つのEMエネルギー宛先に結合するために本発明の特徴を実施する平面マイクロストリップ指向性結合器の平面図である。2 is a plan view of a planar microstrip directional coupler that implements features of the present invention to couple two EM energy sources to two EM energy destinations. FIG. 図34の線35−35に沿った図34の結合器の縦断面図である。FIG. 35 is a longitudinal cross-sectional view of the coupler of FIG. 34 taken along line 35-35 of FIG.

Claims (50)

アンテナ(100〜3300)であって、
第1の側および第2の側を画定する誘電体層と、
前記誘電体層の前記第1の側に配置された導電接地平面と、
前記誘電体層の前記第2の側に配置され、隔置された放射パッチのアレイと、
前記誘電体層の前記第2の側に配置され、各パッチの少なくとも1つのコーナーに電気的に接続された少なくとも1つのストリップ線路とを備えるアンテナ。
An antenna (100-3300),
A dielectric layer defining a first side and a second side;
A conductive ground plane disposed on the first side of the dielectric layer;
An array of radiating patches disposed and spaced apart on the second side of the dielectric layer;
An antenna comprising: at least one strip line disposed on the second side of the dielectric layer and electrically connected to at least one corner of each patch.
電磁エネルギーに応答して、前記アンテナ内に高次の定在波が誘起されるように、前記パッチおよびストリップ線路がサイズおよび位置決定される、請求項1に記載のアンテナ(100〜3300)。   The antenna (100-3300) according to claim 1, wherein the patch and stripline are sized and positioned such that higher order standing waves are induced in the antenna in response to electromagnetic energy. 前記アンテナが平面である、請求項1に記載のアンテナ(100〜3300)。   The antenna (100-3300) of claim 1, wherein the antenna is planar. 前記接地平面に電気的に接続された少なくとも1つの給電手段、および電磁エネルギーを前記アンテナに給電したり、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから引き出したりする少なくとも1つのパッチをさらに備える、請求項1に記載のアンテナ(100〜1800)。   The at least one feeding means electrically connected to the ground plane, and at least one patch for feeding electromagnetic energy to the antenna and / or extracting electromagnetic energy from the antenna. Antenna (100-1800). 前記接地平面に電気的に接続された第1の導電要素、および電磁エネルギーを前記アンテナに給電したり、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから引き出したりする少なくとも1つのパッチに電気的に接続された第2の導電要素を有する少なくとも1つの給電手段をさらに備える、請求項1に記載のアンテナ(100〜1800)。   A first conductive element electrically connected to the ground plane and electrically connected to at least one patch for feeding electromagnetic energy to the antenna and / or extracting electromagnetic energy from the antenna; The antenna (100-1800) according to claim 1, further comprising at least one feeding means having a second conductive element. プローブ、SMAプローブ、開口結合線路、および前記接地平面および電磁エネルギーを前記アンテナに給電したり、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから引き出したりする少なくとも1つのパッチに電気的に接続されたマイクロストリップ線路のうち少なくとも1つをさらに備える、請求項1に記載のアンテナ(100〜1800)。   Probe, SMA probe, aperture coupled line, and microstrip line electrically connected to at least one patch that feeds the ground plane and electromagnetic energy to the antenna and / or extracts electromagnetic energy from the antenna The antenna (100-1800) of claim 1, further comprising at least one of: 少なくとも2つの給電手段をさらに備え、それぞれが、プローブ、SMAプローブ、開口結合線路、およびマイクロストリップ線路のうち1つを備え、各給電手段が、前記接地平面、および電磁エネルギーを前記アンテナに給電したり、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから引き出したりする少なくとも1つのパッチに対角線上で電気的に接続される、請求項1に記載のアンテナ(100〜1800)。   And further comprising at least two feeding means, each comprising one of a probe, an SMA probe, an aperture coupling line, and a microstrip line, each feeding means feeding the ground plane and electromagnetic energy to the antenna. The antenna (100-1800) of claim 1, wherein the antenna (100-1800) is diagonally electrically connected to at least one patch that extracts electromagnetic energy from the antenna. 前記パッチが等しい行および列の正方形アレイで配置構成される、請求項1に記載のアンテナ(100〜1300)。   The antenna (100-1300) of claim 1, wherein the patches are arranged in a square array of equal rows and columns. 前記誘電体層の前記第2の側に配置され、前記少なくとも1つのストリップ線路の少なくとも1つから実質的に直角に延在する少なくとも1つの調整スタブをさらに備える、請求項1に記載のアンテナ(100)。   The antenna of claim 1, further comprising at least one adjustment stub disposed on the second side of the dielectric layer and extending substantially perpendicularly from at least one of the at least one stripline. 100). 前記パッチが少なくとも4つのパッチを含み、各パッチが、直径方向に対向する第1および第2のコーナー、および直径方向に対向する第3および第4のコーナーを含み、前記ストリップ線路が、第1のグループの平行なストリップ線路と第2のグループの平行なストリップ線路との間に割り当てられ、前記第1のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路が、前記第2のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路に対して実質的に直角に向けられ、前記第1のグループのストリップ線路が、前記少なくとも4つのパッチのうち少なくとも2つのそれぞれの前記直径方向に対向する第1および第2のコーナーの少なくとも1つを、ともに電気的に相互接続し、前記第2のグループのストリップ線路が、前記少なくとも4つのパッチのうち少なくとも2つのそれぞれの前記直径方向に対向する第3および第4のコーナーの少なくとも1つを、ともに電気的に相互接続する、請求項1に記載のアンテナ(400〜800)。   The patch includes at least four patches, each patch including first and second diametrically opposed corners, and third and fourth diametrically opposed corners, and the stripline includes first The strip lines in the first group of strip lines are assigned between the parallel strip lines of the second group and the parallel strip lines of the second group, and the strip lines in the second group of strip lines are Oriented substantially perpendicular to the stripline, wherein the first group of striplines is at least one of the diametrically opposed first and second corners of at least two of the at least four patches. One electrically interconnected together, the second group of striplines being at least 4 Of the third and at least one of the fourth corner opposing at least two each of the diameter direction of the patch, together electrically interconnected, according to claim 1 antenna (400 to 800). 前記パッチが少なくとも4つのパッチを含み、各パッチが、直径方向に対向する第1および第2のコーナー、および直径方向に対向する第3および第4のコーナーを含み、前記ストリップ線路が、第1のグループの平行なストリップ線路と第2のグループの平行なストリップ線路との間に割り当てられ、前記第1のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路が、前記第2のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路に対して実質的に直角に向けられ、前記第1のグループのストリップ線路が、前記少なくとも4つのパッチのうち少なくとも2つのそれぞれの前記直径方向に対向する第1および第2のコーナーの少なくとも1つを、ともに電気的に相互接続し、前記第2のグループのストリップ線路が、前記少なくとも4つのパッチのうち少なくとも2つのそれぞれの前記直径方向に対向する第3および第4のコーナーの少なくとも1つを、ともに電気的に相互接続し、前記アンテナがさらに、パッチの各コーナーから外方向に延在する1つの調整スタブを備える、請求項1に記載のアンテナ(400〜600)。   The patch includes at least four patches, each patch including first and second diametrically opposed corners, and third and fourth diametrically opposed corners, and the stripline includes first The strip lines in the first group of strip lines are assigned between the parallel strip lines of the second group and the parallel strip lines of the second group, and the strip lines in the second group of strip lines are Oriented substantially perpendicular to the stripline, wherein the first group of striplines is at least one of the diametrically opposed first and second corners of at least two of the at least four patches. One electrically interconnected together, the second group of striplines being at least 4 At least two of the diametrically opposed third and fourth corners of each of at least two of the patches of the plurality of patches are electrically interconnected together, and the antenna further extends outwardly from each corner of the patch. The antenna (400-600) according to claim 1, comprising one adjusting stub. 前記パッチが少なくとも4つのパッチを含み、各パッチが、直径方向に対向する第1および第2のコーナー、および直径方向に対向する第3および第4のコーナーを含み、前記ストリップ線路が、第1のグループの平行なストリップ線路と第2のグループの平行なストリップ線路との間に割り当てられ、前記第1のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路が、前記第2のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路に対して実質的に直角に向けられ、前記第1のグループのストリップ線路が、前記少なくとも4つのパッチのうち少なくとも2つのそれぞれの前記直径方向に対向する第1および第2のコーナーの少なくとも1つを、ともに電気的に相互接続し、前記第2のグループのストリップ線路が、前記少なくとも4つのパッチのうち少なくとも2つのそれぞれの前記直径方向に対向する第3および第4のコーナーの少なくとも1つを、ともに電気的に相互接続し、前記アンテナがさらに、4つのパッチそれぞれの1つのコーナーから共通ポイントに向かって外方向に延在する1つの調整スタブを備える、請求項1に記載のアンテナ(800)。   The patch includes at least four patches, each patch including first and second diametrically opposed corners, and third and fourth diametrically opposed corners, and the stripline includes first The strip lines in the first group of strip lines are assigned between the parallel strip lines of the second group and the parallel strip lines of the second group, and the strip lines in the second group of strip lines are Oriented substantially perpendicular to the stripline, wherein the first group of striplines is at least one of the diametrically opposed first and second corners of at least two of the at least four patches. One electrically interconnected together, the second group of striplines being at least 4 At least two of the diametrically opposed third and fourth corners of each of at least two of said patches, and electrically interconnecting together, said antenna further from one corner of each of the four patches The antenna (800) of claim 1, comprising a single adjustment stub extending outwardly toward a common point. 前記パッチが少なくとも4つのパッチを含み、各パッチが、直径方向に対向する第1および第2のコーナー、および直径方向に対向する第3および第4のコーナーを含み、前記ストリップ線路が、第1のグループの平行なストリップ線路と第2のグループの平行なストリップ線路と第3のグループのストリップ線路との間に割り当てられ、前記第1のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路が、前記第2のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路に対して実質的に直角に向けられ、前記第3のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路が、前記第1および第2のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路に対して実質的に45°に向けられ、前記第1のグループのストリップ線路が、前記少なくとも4つのパッチのうち少なくとも2つのそれぞれの前記直径方向に対向する第1および第2のコーナーの少なくとも1つを、ともに電気的に相互接続し、前記第2のグループのストリップ線路が、前記少なくとも4つのパッチのうち少なくとも2つのそれぞれの前記直径方向に対向する第3および第4のコーナーの少なくとも1つを、ともに電気的に相互接続し、4つのパッチの少なくとも1つのグループについて、前記アンテナがさらに、前記少なくとも1つのパッチ・グループを構成する前記4つのパッチのそれぞれの1つのコーナーから共通ポイントに向かって外方向に延在する1つの調整スタブを備え、前記第3のグループのストリップ線路からの1つのストリップ線路が、各調整スタブを2つの最も近い調整スタブのそれぞれと相互接続する、請求項1に記載のアンテナ(1000)。   The patch includes at least four patches, each patch including first and second diametrically opposed corners, and third and fourth diametrically opposed corners, and the stripline includes first Of the second group of parallel striplines and the third group of striplines, wherein the stripline in the first group of striplines is the second stripline. The striplines in the third group of striplines are oriented substantially perpendicular to the striplines in the group of striplines, and the striplines in the third group of striplines are in the first and second groups of striplines. Oriented substantially at 45 ° to the stripline, the first group of striplines being At least two of each of at least two of the four patches, each of the first and second diametrically opposed corners, are electrically interconnected together, and the second group of striplines includes the at least one At least one of the diametrically opposed third and fourth corners of each of at least two of the four patches are electrically interconnected together, and for at least one group of four patches, the antenna And further comprising an adjustment stub extending outwardly from a corner of each of the four patches comprising the at least one patch group toward a common point, from the strip line of the third group A single stripline connects each adjustment stub with each of the two closest adjustment stubs. The antenna (1000) of claim 1 interconnected. 前記パッチが少なくとも4つのパッチを含み、各パッチが、直径方向に対向する第1および第2のコーナー、および直径方向に対向する第3および第4のコーナーを含み、前記ストリップ線路が、第1のグループの平行なストリップ線路と第2のグループの平行なストリップ線路と第3のグループのストリップ線路との間に割り当てられ、前記第1のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路が、前記第2のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路に対して実質的に直角に向けられ、前記第3のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路が、前記第1および第2のグループのストリップ線路にある前記ストリップ線路に対して実質的に45°に向けられ、前記第1のグループのストリップ線路が、前記少なくとも4つのパッチのうち少なくとも2つのそれぞれの前記直径方向に対向する第1および第2のコーナーの少なくとも1つを、ともに電気的に相互接続し、前記第2のグループのストリップ線路が、前記少なくとも4つのパッチのうち少なくとも2つのそれぞれの前記直径方向に対向する第3および第4のコーナーの少なくとも1つを、ともに電気的に相互接続し、4つのパッチの少なくとも1つの第1のグループについて、前記アンテナが、前記少なくとも1つのパッチ・グループを構成する前記4つのパッチのそれぞれの1つのコーナーから共通ポイントに向かって外方向に延在する1つのショート・スタブ(short stub)をさらに備え、前記第3のグループのストリップ線路からの1つのストリップ線路が、各ショート・スタブを2つの最も近いショート・スタブのそれぞれと相互接続し、4つのパッチの少なくとも1つの第2のグループについて、前記アンテナが、前記少なくとも1つのパッチ・グループを構成する前記4つのパッチのそれぞれの1つのコーナーから共通ポイントに向かって外方向に延在する1つの調整スタブをさらに備え、前記第3のグループのストリップ線路からの1つのストリップ線路が、各調整スタブを2つの最も近い調整スタブのそれぞれと相互接続し、各調整スタブが、前記個々のストリップ線路および調整スタブの前記相互接続ポイントを越えて延在する、請求項1に記載のアンテナ(1300)。   The patch includes at least four patches, each patch including first and second diametrically opposed corners, and third and fourth diametrically opposed corners, and the stripline includes first Of the second group of parallel striplines and the third group of striplines, wherein the stripline in the first group of striplines is the second stripline. The striplines in the third group of striplines are oriented substantially perpendicular to the striplines in the group of striplines, and the striplines in the third group of striplines are in the first and second groups of striplines. Oriented substantially at 45 ° to the stripline, the first group of striplines being At least two of each of at least two of the four patches, each of the first and second diametrically opposed corners, are electrically interconnected together, and the second group of striplines includes the at least one At least one of the diametrically opposed third and fourth corners of each of at least two of the four patches are electrically interconnected together, and for at least one first group of four patches, The antenna further comprises a short stub extending outwardly from a corner of each of the four patches constituting the at least one patch group toward a common point; One strip line from the third group of strip lines is connected to each short line. Interconnecting each of the two nearest short stubs, and for at least one second group of four patches, the antenna includes a respective one of the four patches comprising the at least one patch group. One adjustment stub extending outwardly from a corner toward a common point, wherein one stripline from the third group of striplines connects each adjustment stub to two closest adjustment stubs; The antenna (1300) of claim 1, interconnected with each other, wherein each adjustment stub extends beyond the interconnection point of the individual stripline and adjustment stub. 前記アンテナが、第1の側および第2の側を画定する直線アレイ・アンテナであり、前記アンテナが少なくとも3つのパッチを含み、それぞれが前記第1の側の近傍の第1のコーナー、および前記第2の側の近傍の第2のコーナーを画定し、2つの隣接するパッチ間で、前記ストリップ線路が各パッチの第1のコーナーを隣接するパッチの第2のコーナーと電気的に相互接続し、これら2つのストリップ線路が交差し、前記アンテナが、1つのパッチの少なくとも1つのコーナーから外方向に延在する少なくとも1つの調整スタブをさらに備え、このコーナーもストリップ線路に接続される、請求項1に記載のアンテナ(1600)。   The antenna is a linear array antenna defining a first side and a second side, the antenna including at least three patches, each having a first corner near the first side; and Defining a second corner near the second side, and between two adjacent patches, the stripline electrically interconnects the first corner of each patch with the second corner of the adjacent patch. The two striplines intersect and the antenna further comprises at least one adjustment stub extending outwardly from at least one corner of a patch, the corner also connected to the stripline. The antenna (1600) of claim 1. 電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および少なくとも1つの送信線路および少なくとも1つのストリップ線路を通って少なくとも1つのパッチに電気的に接続される少なくとも1つの給電手段をさらに備える、請求項1に記載のアンテナ(1900〜3300)。   Electrical to the ground plane and to at least one patch through the at least one transmission line and at least one strip line to feed electromagnetic energy to the antenna and / or extract electromagnetic energy from the antenna The antenna (1900-3300) according to claim 1, further comprising at least one feeding means connected to the antenna. 電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に電気的に接続された第1の導電要素、および少なくとも1つの送信線路および少なくとも1つのストリップ線路を通って少なくとも1つのパッチに電気的に接続される第2の導電要素を有する少なくとも1つの給電手段をさらに備える、請求項1に記載のアンテナ(1900〜3300)。   A first conductive element electrically connected to the ground plane and at least one transmission line and at least one strip for feeding electromagnetic energy to the antenna and / or extracting electromagnetic energy from the antenna; The antenna (1900-3300) according to claim 1, further comprising at least one feeding means having a second conductive element electrically connected to the at least one patch through the line. 電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、プローブ、SMAプローブ、開口結合線路、および前記接地平面に、および少なくとも1つの送信線路および少なくとも1つのストリップ線路を通って少なくとも1つのパッチに電気的に接続されるマイクロストリップ線路のうち少なくとも1つをさらに備える、請求項1に記載のアンテナ(1900〜3300)。   In order to feed electromagnetic energy to the antenna and / or extract electromagnetic energy from the antenna, at least one transmission line and at least one strip line on the probe, SMA probe, aperture coupled line, and the ground plane The antenna (1900-3300) according to claim 1, further comprising at least one of microstrip lines that are electrically connected to the at least one patch. 少なくとも2つの給電手段をさらに備え、それぞれがプローブ、SMAプローブ、開口結合線路、およびマイクロストリップ線路のうち1つを備え、各給電手段が、電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および少なくとも1つの送信線路および少なくとも1つのストリップ線路を通って少なくとも1つのパッチに対角線上で電気的に接続される、請求項1に記載のアンテナ(2300,2900,3200)。   At least two feeding means, each comprising one of a probe, an SMA probe, an aperture coupling line, and a microstrip line, each feeding means feeding electromagnetic energy to the antenna and / or electromagnetic energy; 2. The device of claim 1, diagonally electrically connected to the ground plane and to at least one patch through at least one transmission line and at least one stripline to extract the signal from the antenna. Antenna (2300, 2900, 3200). 電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および少なくとも1つのパッチの少なくとも1つのコーナーに接続された複数のストリップ線路に接続された送信線路を通して電気的に接続された少なくとも1つの給電手段をさらに備える、請求項1に記載のアンテナ(1900,2100,2500)。   Connected to the ground plane and to a plurality of striplines connected to at least one corner of at least one patch to feed electromagnetic energy to the antenna and / or extract electromagnetic energy from the antenna The antenna (1900, 2100, 2500) according to claim 1, further comprising at least one feeding means electrically connected through a transmission line. 電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および少なくとも1つのパッチの少なくとも1つのコーナーに接続された複数のストリップ線路に接続された送信線路を通して電気的に接続された少なくとも1つの給電手段をさらに備え、前記送信線路が前記誘電体層の前記第2の側の中心に配置される、請求項1に記載のアンテナ(1900,2500)。   Connected to the ground plane and to a plurality of striplines connected to at least one corner of at least one patch to feed electromagnetic energy to the antenna and / or extract electromagnetic energy from the antenna The antenna (1900, 2500) according to claim 1, further comprising at least one feeding means electrically connected through a transmission line, wherein the transmission line is arranged at the center of the second side of the dielectric layer. ). 電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および少なくとも1つのパッチの少なくとも1つのコーナーに接続された複数のストリップ線路に接続された送信線路を通して電気的に接続された少なくとも1つの給電手段をさらに備え、前記送信線路が、前記パッチのアレイの外側で前記誘電体層の前記第2の側に配置される、請求項1に記載のアンテナ(2100)。   Connected to the ground plane and to a plurality of striplines connected to at least one corner of at least one patch to feed electromagnetic energy to the antenna and / or extract electromagnetic energy from the antenna 2. The at least one feeding means electrically connected through a transmission line, wherein the transmission line is arranged on the second side of the dielectric layer outside the array of patches. Antenna (2100). 電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および複数の実質的に平行な第1のストリップ線路に接続された第1の送信線路を通して少なくとも1つのパッチの少なくとも1つのコーナーに電気的に接続された第1の給電手段であって、前記第1の送信線路が、前記第1のストリップ線路に対して実質的に直角で、前記パッチのアレイの外側に位置決めされる第1の給電手段と、
電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および複数の実質的に平行な第2のストリップ線路に接続された第2の送信線路を通して少なくとも1つのパッチの少なくとも1つのコーナーに電気的に接続された第2の給電手段であって、前記第2の送信線路が、前記第2のストリップ線路に対して実質的に直角で、前記パッチのアレイの外側に位置決めされ、前記第1のストリップ線路が前記第2のストリップ線路に対して実質的に直角である第2の給電手段とをさらに備える、請求項1に記載のアンテナ(2300,2900)。
A first transmission line connected to the ground plane and to a plurality of substantially parallel first striplines for feeding electromagnetic energy to the antenna and / or extracting electromagnetic energy from the antenna Through which the first transmission line is electrically connected to at least one corner of the at least one patch, wherein the first transmission line is substantially perpendicular to the first strip line, First feeding means positioned outside the array of patches;
A second transmission line connected to the ground plane and to a plurality of substantially parallel second striplines for feeding electromagnetic energy to the antenna and / or extracting electromagnetic energy from the antenna Through which the second transmission line is electrically connected to at least one corner of the at least one patch, wherein the second transmission line is substantially perpendicular to the second stripline, The antenna (2300) of claim 1, further comprising second feed means positioned outside the array of patches, wherein the first stripline is substantially perpendicular to the second stripline. , 2900).
電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および少なくとも1つのパッチのそれぞれの少なくとも1つの第1のコーナーに接続された複数の実質的に平行な第1のストリップ線路に接続された送信線路を通して電気的に接続された少なくとも1つの給電手段であって、前記送信線路が、前記パッチのアレイ内で前記誘電体層の前記第2の側のほぼ中心に配置される少なくとも1つの給電手段と、
少なくとも1つのパッチのそれぞれの少なくとも1つの第2のコーナーに接続された複数の実質的に平行な第2のストリップ線路であって、前記第1のストリップ線路が前記第2のストリップ線路に対して実質的に直角であり、前記第1のコーナーが前記第2のコーナーに直径方向で対向する第2のストリップ線路とをさらに備える、請求項1に記載のアンテナ(2700)。
A plurality of substantials connected to the ground plane and to at least one first corner of each of the at least one patch for feeding electromagnetic energy to the antenna and / or extracting electromagnetic energy from the antenna. At least one feeding means electrically connected through a transmission line connected to a first parallel strip line, wherein the transmission line is the second of the dielectric layers within the array of patches. At least one power supply means arranged approximately in the center on the side of
A plurality of substantially parallel second striplines connected to at least one second corner of each of the at least one patch, wherein the first stripline is relative to the second stripline; The antenna (2700) of claim 1, further comprising a second stripline that is substantially perpendicular and wherein the first corner is diametrically opposed to the second corner.
電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および複数の実質的に平行な第1のストリップ線路に接続された第1の送信線路を通して少なくとも1つのパッチの少なくとも1つのコーナーに電気的に接続された第1の給電手段であって、前記第1の送信線路が前記第1のストリップ線路に対して実質的に直角であり、前記パッチのアレイ内で前記誘電体層の前記第2の側のほぼ中心に配置される第1の給電手段と、
電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および複数の実質的に平行な第2のストリップ線路に接続された第2の送信線路を通して少なくとも1つのパッチの少なくとも1つのコーナーに電気的に接続された第2の給電手段とをさらに備え、前記第2の送信線路が前記第2のストリップ線路に対して実質的に直角であり、前記パッチのアレイ内で前記誘電体層の前記第2の側のほぼ中心に配置され、前記第1のストリップ線路が前記第2のストリップ線路に対して実質的に直角であり、前記第2の送信線路が、ほぼ前記第1の送信線路と第2の送信線路の交差部に構成されたブリッジをさらに備え、前記ブリッジが、電磁エネルギーを前記第2の送信線路を越えて送電するために、前記第1の送信線路の各側で前記第2の送信線路から前記誘電体内に形成された開口部、前記接地平面、および第2の誘電体を通って、前記第2の誘電体上に配置されたマイクロストリップへと延在するビアを備える、請求項1に記載のアンテナ(2900)。
A first transmission line connected to the ground plane and to a plurality of substantially parallel first striplines for feeding electromagnetic energy to the antenna and / or extracting electromagnetic energy from the antenna Through which the first transmission line is electrically connected to at least one corner of the at least one patch, wherein the first transmission line is substantially perpendicular to the first stripline, First feeding means disposed substantially in the center of the second side of the dielectric layer in an array of patches;
A second transmission line connected to the ground plane and to a plurality of substantially parallel second striplines for feeding electromagnetic energy to the antenna and / or extracting electromagnetic energy from the antenna And second feed means electrically connected to at least one corner of the at least one patch through the second transmission line substantially perpendicular to the second strip line, Disposed substantially in the center of the second side of the dielectric layer in the array of patches, the first stripline being substantially perpendicular to the second stripline, The transmission line further includes a bridge configured substantially at an intersection of the first transmission line and the second transmission line, and the bridge transmits electromagnetic energy to the second transmission line. In order to transmit power over the first transmission line, the first transmission line passes through the opening formed in the dielectric from the second transmission line, the ground plane, and the second dielectric, and The antenna (2900) of claim 1, comprising a via extending to a microstrip disposed on the two dielectrics.
電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および複数の実質的に平行な第1のストリップ線路に接続された第1の送信線路の第1および第2の部分を通して少なくとも1つのパッチの少なくとも1つのコーナーに電気的に接続された第1の給電手段であって、前記第1の送信線路が前記第1のストリップ線路に対して実質的に直角であり、前記パッチのアレイ内で前記誘電体層の前記第2の側のほぼ中心に配置される第1の給電手段と、
電磁エネルギーを前記アンテナに給電し、および/または電磁エネルギーを前記アンテナから抽出するために、前記接地平面に、および複数の実質的に平行な第2のストリップ線路に接続された第2の送信線路の第1および第2の部分を通して少なくとも1つのパッチの少なくとも1つのコーナーに電気的に接続された第2の給電手段であって、前記第2の送信線路が前記第2のストリップ線路に対して実質的に直角であり、前記パッチのアレイ内で前記誘電体層の前記第2の側のほぼ中心に配置され、前記第1のストリップ線路が前記第2のストリップ線路に対して実質的に直角である第2の給電手段と、
前記第1の送信線路と第2の送信線路との間の電磁エネルギーの送信が実質的に禁止されるように、前記第1の送信線路の前記第1の部分と第2の部分との間に電気的導通性(continuity)を提供し、前記第2の送信線路の前記第1の部分と第2の部分との間に電気的導通性を提供するように構成された方向性カプラとをさらに備え、該カプラが、
前記第1の送信線路の前記第1の部分に接続された第1の端、および前記第2の送信線路の前記第1の部分に接続された第2の端を画定する第1のマイクロストリップ長手区間(longitudinal section)と、
前記第1の送信線路の前記第2の部分に接続された第1の端、および前記第2の送信線路の前記第2の部分に接続された第2の端を画定する第2のマイクロストリップ長手区間と、
前記第1の長手区間の前記第1の端と前記第2の長手区間の前記第1の端との間に接続された第1のマイクロストリップ端接続区間と、
前記第1の長手区間の前記第2の端と前記第2の長手区間の前記第2の端との間に接続された第2のマイクロストリップ端接続区間と、
前記第1の長手区間の中間区間と前記第2の長手区間の中間区間との間に接続された中間マイクロストリップ接続区間とを備え、前記第1、第2および中間の接続区間は、前記第1および第2の長手区間の中心線が約1/4波長だけ隔置され、前記第1の接続区間と中間接続区間の前記中心線が約1/4波長だけ隔置され、前記第2の接続区間と中間接続区間の前記中心線が約1/4波長だけ隔置されるようにサイズを決定され、前記第1および第2の長手区間および前記中間区間の幅が、インピーダンスをXと仮定して決定され、前記第1および第2の端接続区間の幅が、インピーダンスを約2Xと仮定して決定され、Xが約25〜100オームである、請求項1に記載のアンテナ(3200)。
A first transmission line connected to the ground plane and to a plurality of substantially parallel first striplines for feeding electromagnetic energy to the antenna and / or extracting electromagnetic energy from the antenna First feeding means electrically connected to at least one corner of at least one patch through the first and second portions of the first transmission line, wherein the first transmission line is relative to the first strip line First feeding means that is substantially right-angled and is located approximately in the center of the second side of the dielectric layer in the array of patches;
A second transmission line connected to the ground plane and to a plurality of substantially parallel second striplines for feeding electromagnetic energy to the antenna and / or extracting electromagnetic energy from the antenna Second feeding means electrically connected to at least one corner of at least one patch through the first and second portions of the second transmission line, wherein the second transmission line is relative to the second stripline Substantially perpendicular and disposed substantially in the center of the second side of the dielectric layer within the array of patches, wherein the first stripline is substantially perpendicular to the second stripline. A second power supply means,
Between the first part and the second part of the first transmission line such that transmission of electromagnetic energy between the first transmission line and the second transmission line is substantially prohibited. A directional coupler configured to provide electrical continuity and to provide electrical continuity between the first and second portions of the second transmission line. The coupler further comprises:
A first microstrip defining a first end connected to the first portion of the first transmission line and a second end connected to the first portion of the second transmission line; A long section (longitudinal section);
A second microstrip defining a first end connected to the second portion of the first transmission line and a second end connected to the second portion of the second transmission line A longitudinal section;
A first microstrip end connection section connected between the first end of the first longitudinal section and the first end of the second longitudinal section;
A second microstrip end connection section connected between the second end of the first longitudinal section and the second end of the second longitudinal section;
An intermediate microstrip connection section connected between an intermediate section of the first longitudinal section and an intermediate section of the second longitudinal section, wherein the first, second and intermediate connection sections are the first Center lines of the first and second longitudinal sections are spaced apart by about 1/4 wavelength, and the center lines of the first connection section and the intermediate connection section are spaced apart by about 1/4 wavelength, and the second line The center line of the connection section and the intermediate connection section is sized so as to be separated by about ¼ wavelength, and the width of the first and second longitudinal sections and the intermediate section is assumed to be an impedance X The antenna (3200) of claim 1, wherein the width of the first and second end connection sections is determined assuming an impedance of about 2X, where X is about 25-100 ohms. .
第1の送信線路の第1の部分と第2の部分との間に電気的導通性を提供し、第2の送信線路の第1の部分と第2の部分との間に電気的導通性を提供し、したがって前記第1の送信線路と第2の送信線路との間の電磁エネルギーの送電が実質的に禁止されるように構成された平面マイクロストリップ方向性カプラであって、
前記第1の送信線路の前記第1の部分に接続された第1の端、前記第2の送信線路の前記第1の部分に接続された第2の端を画定する第1のマイクロストリップ長手区間と、
前記第1の送信線路の前記第2の部分に接続された第1の端、前記第2の送信線路の前記第2の部分に接続された第2の端を画定する第2のマイクロストリップ長手区間と、
前記第1の長手区間の前記第1の端と前記第2の長手区間の前記第1の端との間に接続された第1のマイクロストリップ端接続区間と、
前記第1の長手区間の前記第2の端と前記第2の長手区間の前記第2の端との間に接続された第2のマイクロストリップ端接続区間と、
前記第1の長手区間の中間点と前記第2の長手区間の中間点との間に接続された中間マイクロストリップ接続区間とを備え、前記第1、第2および中間の接続区間は、前記第1および第2の長手区間の中心線が約1/4波長だけ隔置され、前記第1の接続区間と中間接続区間の前記中心線が約1/4波長だけ隔置され、前記第2の接続区間と中間接続区間との前記中心線が約1/4波長だけ隔置されるようにサイズを決定され、前記第1および第2の長手区間および前記中間区間の幅が、インピーダンスをXと仮定して決定され、前記第1および第2の端接続区間の幅が、インピーダンスを約2Xと仮定して決定され、Xが約25〜100オームであるカプラ。
Providing electrical continuity between the first and second portions of the first transmission line and providing electrical continuity between the first and second portions of the second transmission line; A planar microstrip directional coupler configured to substantially inhibit transmission of electromagnetic energy between the first transmission line and the second transmission line,
A first microstrip length defining a first end connected to the first portion of the first transmission line and a second end connected to the first portion of the second transmission line; Interval,
A second microstrip length defining a first end connected to the second portion of the first transmission line and a second end connected to the second portion of the second transmission line; Interval,
A first microstrip end connection section connected between the first end of the first longitudinal section and the first end of the second longitudinal section;
A second microstrip end connection section connected between the second end of the first longitudinal section and the second end of the second longitudinal section;
An intermediate microstrip connection section connected between an intermediate point of the first longitudinal section and an intermediate point of the second longitudinal section, wherein the first, second and intermediate connection sections comprise the first Center lines of the first and second longitudinal sections are spaced apart by about 1/4 wavelength, and the center lines of the first connection section and the intermediate connection section are spaced apart by about 1/4 wavelength, and the second line The center line between the connection section and the intermediate connection section is sized so as to be spaced apart by about ¼ wavelength, and the widths of the first and second longitudinal sections and the intermediate section are defined as impedance X A coupler that is determined assuming that the width of the first and second end connection sections is determined assuming an impedance of about 2X, where X is about 25-100 ohms.
前記第1および第2の長手区間の前記第1および第2の端がそれぞれ、約45°の角度で面取りされる、請求項27に記載のカプラ。   28. The coupler of claim 27, wherein the first and second ends of the first and second longitudinal sections are each chamfered at an angle of about 45 degrees. マイクロストリップ・アレイ・アンテナであって、
単層の誘電材料と、
前記誘電材料の第1の側に隣接する接地平面と、
前記第1の側とは反対側の前記誘電材料の第2の側に隣接する複数のパッチと、
給電端子と、
前記給電端子を前記複数のパッチのそれぞれに物理的に接続する複数のストリップ線路導体とを備え、前記パッチの間に空洞が形成され、前記ストリップ線路および前記接地平面は、前記空洞内に定在波が形成され、それにより前記ストリップ線路導体のそれぞれに定在波のいくつかのノードが存在するように構成されるアンテナ。
A microstrip array antenna,
A single layer of dielectric material;
A ground plane adjacent to the first side of the dielectric material;
A plurality of patches adjacent to a second side of the dielectric material opposite the first side;
A power supply terminal;
A plurality of stripline conductors that physically connect the feeding terminal to each of the plurality of patches, a cavity is formed between the patches, and the stripline and the ground plane are fixed in the cavity. An antenna configured such that waves are formed, whereby there are several nodes of standing waves on each of the stripline conductors.
マイクロストリップ・アレイ・アンテナを設計するための方法であって、
接地平面を平面誘電体の第1の側に取り付けるステップと、
放射パッチ、給電端子、および前記給電端子を前記放射パッチのそれぞれに接続する関連の導電材料を、前記第1の側とは反対側の前記平面誘電体の第2の側に構成するステップとを含み、複数のノードを有する定在波を前記パッチと前記関連する導電材料と前記接地平面の間の空洞内に確実に形成し、前記定在波の少なくともいくつかのノードが、前記関連する導電材料の位置と一致するものである方法。
A method for designing a microstrip array antenna comprising:
Attaching a ground plane to the first side of the planar dielectric;
Configuring a radiating patch, a feed terminal, and an associated conductive material connecting the feed terminal to each of the radiating patch on a second side of the planar dielectric opposite the first side; Including, forming a standing wave having a plurality of nodes in a cavity between the patch and the associated conductive material and the ground plane, wherein at least some nodes of the standing wave are associated with the associated conductive A method that is consistent with the position of the material.
前記関連する導電材料がストリップ線路として構成される、請求項30に記載の方法。   32. The method of claim 30, wherein the associated conductive material is configured as a stripline. マイクロストリップ・アレイ・アンテナを設計するための方法であって、
接地平面を平面誘電体の第1の側に取り付けるステップと、
放射パッチ、給電端子、および前記給電端子を前記放射パッチのそれぞれに接続する関連の導電材料を、前記第1の側とは反対側の前記平面誘電体の第2の側に構成するステップとを含み、複数のノードを有する定在波を前記パッチと前記関連する導電材料と前記接地平面の間の空洞内に確実に形成して前記放射パッチ上に電磁力の所定の分布を提供する方法。
A method for designing a microstrip array antenna comprising:
Attaching a ground plane to the first side of the planar dielectric;
Configuring a radiating patch, a feed terminal, and an associated conductive material connecting the feed terminal to each of the radiating patch on a second side of the planar dielectric opposite the first side; A method comprising: forming a standing wave having a plurality of nodes in a cavity between the patch and the associated conductive material and the ground plane to provide a predetermined distribution of electromagnetic force on the radiating patch.
前記関連する導電材料がストリップ線路として構成され、前記所定の分布が実質的に均一である、請求項32に記載の方法。   35. The method of claim 32, wherein the associated conductive material is configured as a stripline and the predetermined distribution is substantially uniform. 前記関連する導電材料がストリップ線路として構成され、前記所定の分布がテーパ状になり、サイドローブ・エネルギー分布を最小限にする、請求項32に記載の方法。   33. The method of claim 32, wherein the associated conductive material is configured as a stripline, and the predetermined distribution is tapered to minimize sidelobe energy distribution. 平面マイクロストリップ・アレイ・アンテナであって、
単層の誘電材料と、
前記誘電材料の第1の側に隣接する接地平面と、
前記第1の側とは反対側で前記誘電材料の第2の側に隣接する複数のパッチであって、動作モードに使用される前記パッチの全部が同じ物理的サイズである複数のパッチと、
給電端子と、
前記給電端子を前記複数のパッチのそれぞれに直接相互接続する複数のストリップ線路導体とを備えるアンテナ。
A planar microstrip array antenna,
A single layer of dielectric material;
A ground plane adjacent to the first side of the dielectric material;
A plurality of patches opposite to the first side and adjacent to the second side of the dielectric material, wherein all of the patches used in an operating mode are of the same physical size;
A power supply terminal;
An antenna comprising a plurality of stripline conductors interconnecting the feed terminals directly to each of the plurality of patches;
EM(電磁)エネルギーを第1および第2のエネルギー源とその個々のエネルギー・シンク(sinks)との間に分配するための方法であって、前記第1および第2のエネルギー源が、同じ面にあるが異なる角方位を有する第1および第2の組の交差導体を介してその個々のエネルギー・シンクに物理的に接続され、
前記交差導体の面に隣接する共振空洞を提供するステップと、
前記第1および第2のEM源から前記第1および第2の角方位の第1および第2の定在波を生成するステップとを含み、それにより前記第1および第2の定在波のノードが、前記第1および第2の組の交差導体のうち少なくともいくつかの交差部で発生し、したがって2モードの励起が相互から独立するものである方法。
A method for distributing EM (electromagnetic) energy between first and second energy sources and their individual energy sinks, wherein the first and second energy sources are in the same plane. Are physically connected to their individual energy sinks via first and second sets of crossed conductors having different angular orientations,
Providing a resonant cavity adjacent to a plane of the intersecting conductor;
Generating first and second standing waves of the first and second angular orientations from the first and second EM sources, whereby the first and second standing waves of A method in which nodes occur at at least some of the intersections of the first and second sets of crossing conductors, so that bimodal excitations are independent of each other.
前記交差導体がストリップ線路である、請求項36に記載の方法。   40. The method of claim 36, wherein the crossing conductor is a stripline. アンテナであって、
接地平面と、
放射アレイ要素、信号源端子、および前記放射パッチと前記信号源端子を相互接続する関連の導電材料を含む表面区域と、
前記接地平面と、EM(電磁)力を前記アンテナに加えると、前記放射アレイ要素と前記関連する導電材料との両方に存在するノードを有する定在波を生成するように構成された前記表面区域との間にある共振信号空洞とを備えるアンテナ。
An antenna,
A ground plane;
A surface area comprising a radiating array element, a signal source terminal, and an associated conductive material interconnecting the radiating patch and the signal source terminal;
The surface area configured to generate a standing wave having nodes present in both the radiating array element and the associated conductive material upon application of an EM (electromagnetic) force to the antenna and the ground plane. And an antenna comprising a resonant signal cavity in between.
前記放射アレイ要素が導電材料のパッチであり、前記関連する導電材料がストリップ線路要素を備える、請求項38に記載の装置。   40. The apparatus of claim 38, wherein the radiating array element is a patch of conductive material and the associated conductive material comprises a stripline element. マイクロストリップ平面アレイ・アンテナであって、
平面アレイ内の複数の放射アレイ要素と、
前記平面アレイ内の給電端子と、
前記平面アレイ内の複数の関連する導電材料要素であって、これにより前記給電端子が前記複数の実質的に同一サイズのパッチのそれぞれに物理的に接続される導電材料要素と、
自身内に形成された定在波が、2つの垂直および水平ストリップ線路の交差ポイントにノードを有するように構成された前記平面アレイに隣接する共振空洞とを備えるアンテナ。
A microstrip planar array antenna,
A plurality of radiating array elements in a planar array;
A power supply terminal in the planar array;
A plurality of associated conductive material elements in the planar array, whereby the feed terminal is physically connected to each of the plurality of substantially equal sized patches;
An antenna comprising a resonant cavity adjacent to the planar array configured such that a standing wave formed therein has a node at the intersection of two vertical and horizontal striplines.
前記放射アレイ要素が、放射パッチであって、最大指向性のために実質的に同一のサイズであり、
前記関連する導電材料要素がストリップ線路である、請求項40に記載の装置。
The radiating array elements are radiating patches and are substantially the same size for maximum directivity;
41. The apparatus of claim 40, wherein the associated conductive material element is a stripline.
円および直線偏波ビーム信号に使用することが修正せずに可能であるマイクロストリップ単平面アレイ・アンテナであって、
平面アレイ内の複数の放射パッチと、
前記平面アレイ内の第1および第2の給電端子と、
前記平面アレイ内の第1および第2の組のストリップ線路導体であって、前記給電端子がそれぞれ、複数の十字形交差部を形成するように、異なった角方向に向けられている前記第1および第2の組のストリップ線路導体で、前記複数の実質的に同一サイズのパッチのそれぞれに物理的に接続される第1および第2の組のストリップ線路導体と、
自身内に形成された定在波が、前記ストリップ線路の十字形交差部および前記放射パッチの大部分と一致するノードを有するように構成された前記平面アレイに隣接する共振空洞とを備えるアンテナ。
A microstrip single plane array antenna that can be used without modification for circular and linearly polarized beam signals,
A plurality of radiating patches in a planar array;
First and second feed terminals in the planar array;
The first and second sets of stripline conductors in the planar array, wherein the feed terminals are each oriented in different angular directions so as to form a plurality of cross-shaped intersections. And a second set of stripline conductors, wherein the first and second sets of stripline conductors are physically connected to each of the plurality of substantially equal sized patches;
An antenna comprising a standing cavity formed within itself and a resonant cavity adjacent to the planar array configured to have nodes that coincide with a cross-shaped intersection of the stripline and a majority of the radiating patch.
前記放射パッチが、最大指向性のために実質的に同一のサイズである、請求項42に記載の装置。   43. The apparatus of claim 42, wherein the radiating patches are substantially the same size for maximum directivity. パッチが正方形である、請求項41または43に記載のアンテナ。   44. The antenna of claim 41 or 43, wherein the patch is square. 共振空洞と並置された所与の面内に放射パッチおよび信号源端子を含むマイクロストリップ・アレイ・アンテナの送信効率を上昇させる方法であって、
複数の導電ストリップで源端子を前記放射パッチのそれぞれに電気的に接続するステップと、
前記共振空洞内で発生した定在波が、モード励起方法で前記導電ストリップの大部分の交差ポイントにノードを有し、それにより漏話レベルが最低になるようにアンテナ要素を構成するステップとを含む方法。
A method of increasing the transmission efficiency of a microstrip array antenna comprising a radiating patch and a source terminal in a given plane juxtaposed with a resonant cavity, comprising:
Electrically connecting a source terminal to each of the radiating patches with a plurality of conductive strips;
Configuring antenna elements such that standing waves generated in the resonant cavity have nodes at most intersection points of the conductive strip in a mode excitation manner, thereby minimizing the level of crosstalk. Method.
アンテナ(100〜3300)であって、
第1の側および第2の側を画定する誘電体層と、
前記誘電体層の前記第1の側に配置された導電接地平面と、
前記誘電体層の前記第2の側に配置され、隔置された放射パッチのアレイと、
前記誘電体層の前記第2の側に配置され、前記パッチのアレイの各パッチの少なくとも1つのコーナーと電気的に相互接続する少なくとも1つの相互接続要素とを備えるアンテナ。
An antenna (100-3300),
A dielectric layer defining a first side and a second side;
A conductive ground plane disposed on the first side of the dielectric layer;
An array of radiating patches disposed and spaced apart on the second side of the dielectric layer;
An antenna comprising at least one interconnect element disposed on the second side of the dielectric layer and electrically interconnected with at least one corner of each patch of the array of patches.
前記少なくとも1つの相互接続要素および前記パッチが、実効的に定在波を含む漏出空洞の1つの表面を画定する、請求項46に記載のアンテナ。   47. The antenna of claim 46, wherein the at least one interconnect element and the patch define one surface of a leakage cavity that effectively includes standing waves. 前記少なくとも1つの相互接続要素が、前記誘電体層によって境界を決定された空洞内に形成された定在波の電力の流れを案内するように動作する、請求項46に記載のアンテナ。   47. The antenna of claim 46, wherein the at least one interconnect element is operative to guide a standing wave power flow formed in a cavity delimited by the dielectric layer. 前記少なくとも1つの相互接続要素が、前記パッチとの関連で動作してアンテナ帯域幅を画定する、請求項46に記載のアンテナ。   47. The antenna of claim 46, wherein the at least one interconnect element operates in conjunction with the patch to define an antenna bandwidth. 前記少なくとも1つの相互接続要素が、前記パッチとの関連で動作し、前記誘電体層の前記境界内に形成された空洞の定在波共振周波数を画定する、請求項46に記載のアンテナ。   47. The antenna of claim 46, wherein the at least one interconnect element operates in the context of the patch and defines a standing wave resonant frequency of a cavity formed in the boundary of the dielectric layer.
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