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、λo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、λo=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,
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
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
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)
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
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,
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
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,
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
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
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
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
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
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
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
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,
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,
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
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
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
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
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
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
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
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,
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,
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
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
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。
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
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
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
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
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
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,
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,
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
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,
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。
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
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
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
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
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
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,
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,
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
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,
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
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
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
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,
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
(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,
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。
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
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
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
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,
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
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,
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,
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
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
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
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
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
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,
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,
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。
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
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
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
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
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
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
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,
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,
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。
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
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
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
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
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,
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,
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
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,
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
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
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
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
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
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
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
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,
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,
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
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-
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
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
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,
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
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
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
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
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,
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Z0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
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Z0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Z0/(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Z0/2が約25〜100オームと仮定して決定することが好ましい。
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
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.
Claims (50)
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).
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. .
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.
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.
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.
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.
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;
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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