JP2803583B2 - パッチアンテナ - Google Patents
パッチアンテナInfo
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Description
るパッチアンテナに関し、特に、軸比特性及びリタンロ
ス特性を広帯域化することができ、これによって、アン
テナの送受信可能な周波数帯域の広帯域化を図ることが
できるパッチアンテナに関する。
移動体を対象とした衛星通信では、移動体の位置や方向
が、衛星からの到来電波に対して時間とともに変化する
ため、偏波追尾の不要な円偏波アンテナが用いられてい
る。
は、薄型軽量という長所を有し、衛星通信では、このパ
ッチアンテナが専ら用いられている。以下、従来のパッ
チアンテナについて図面を参照して説明する。図12は
従来のパッチアンテナを示す分解斜視図である。
テナである。111はパッチであり、円形状の導体板の
中心線と交差する円周の二か所に矩形の切欠部111
a,111bを形成した構成となっていた。
パターン113が形成してあった。また、このGNDパ
ターン113の中央には、スロット(スリット)115
が形成してあった。さらに、誘電体基板114の裏面に
は、このスロット115と直交する給電用のストリップ
ライン116が形成してあった。
GNDパターン113との間に所定の間隔を形成してい
た。ここで、パッチ111は、その対称軸111cをス
ロット115に対して所定の角度θだけ傾かせたり、ス
ぺーサ112上を移動させたりして、最も良好な周波数
特性が得られる位置に配置してあった。
00の円偏波発生の原理及び動作について説明する。
(a),(b)を参照して説明する。同図(a)に示す
ような真円形状のパッチ111に電波を給電すると、二
つの直交する電界モードA,Bが形成される。ここで、
同図(b)に示すように、パッチ111の中心線と交差
する円周の二か所に切欠部111a,111bを形成す
ると、各電界モードA,Bは、二つの異なる周波数で共
振するようになる。
大きさを調整することによって軸比を変化させ、所定の
周波数帯域の電波を給電したとき、これら電界モード
A,Bが同じ振幅で、かつ、90°の位相差で励振する
構成とすれば、パッチ111から円偏波を発生させるこ
とができる。
を参照して説明する。マイクロストリップライン116
に所定周波数の電波を給電すると、この電波は、誘電体
基板114のスロット115から放射され、スぺーサ1
12を介してパッチ111に供給される。これによっ
て、パッチ111の電界モードA,Bが等しい振幅で、
かつ、90°の位相差で励振し、パッチ111から円偏
波が発せられる。
の従来技術として、特開昭59−178002号では、
複数個のパッチアンテナを一定角度で回転させ、かつ、
この回転に応じた位相変移を与えて給電することによ
り、アンテナの高性能化及び広帯域化を図った円偏波ア
ンテナが提案されている。
の周波数特性は、軸比特性とリタンロス特性によって定
まる。すなわち、軸比特性又はリタンロス特性が狭帯域
であれば、パッチアンテナの周波数は狭帯域となり、逆
に、軸比特性又はリタンロス特性が広帯域であれば、パ
ッチアンテナの周波数は広帯域となる。
では、軸比特性をパッチ111の切欠部111a,11
1bの大きさによって調整する構成となっていたので、
調整の幅が狭く、軸比特性を広帯域にするのに限界があ
った。
体基板上に形成されているので、給電されたエネルギー
(電波)を蓄えて外部に放出しない、すなわち、Q0 値
が高いという特質がある。したがって、従来のパッチア
ンテナは、共振周波数では電波をスムーズに放出する
が、共振周波数以外の周波数では、Q0 値が高いために
あまり電波を放出せず、リタンロス特性が狭帯域であっ
た。
は、周波数特性が狭帯域であるという問題があり、衛星
通信で送受信を行なう場合は、送信用と受信用の二つの
パッチアンテナが必要であった。これによって、装置が
大型化するとともに、製作コストが高価になるという問
題もあった。
を用いている以上、特開昭59−178002号の円偏
波アンテナでも同様に生じる。
羽石 操、発行:株式会社総合技術センター、平成5年
3月出版)では、円形状のパッチを用いたパッチアンテ
ナの周波数特性は、h(誘電体基板の肉厚)=1.2m
m、εr (比誘電率)=2.55のとき、軸比特性が軸
比6dBで約4%、リタンロス特性がリタンロス−10
dBで約2%の帯域であることが報告されている。
たものであり、軸比特性及びリタンロス特性を容易に広
帯域化することができ、これによって、アンテナの周波
数特性の広帯域化を図ることができるパッチアンテナの
提供を目的とする。
に、請求項1記載のパッチアンテナは、パッチ及び、こ
のパッチと接合されパッチの形状を保持する誘電体基板
からなり、前記パッチが方形の板状導体であって、対向
する側辺の少なくとも片側を一又は二以上折り曲げてな
るパッチ部と、このパッチ部より大面積であって前記パ
ッチ部側にスロットを形成し、裏面側にこのスロットと
直交するストリップラインを形成した誘電体基板とを有
し、この誘電体基板にスペーサを介して、前記パッチ部
を、その対称軸が前記スロットに対し所定の角度だけ傾
いた状態で配置した構成としてある。
電体基板と、この両面誘電体基板の表面に設けられた方
形状導体のパッチ本体と、前記両面誘電体基板の裏面に
一以上設けられた、前記パッチ本体の側辺と同じ長さの
方形状導体のパッチ片と、前記両面誘電体基板に形成さ
れ、前記パッチ本体の側辺とパッチ片を接続する多数の
スルーホールと、このパッチ部より大面積であって前記
パッチ部側にスロットを形成し、裏面側にこのスロット
と直交するトリップラインを形成した誘電体基板とを有
し、この誘電体基板にスペーサを介して、前記パッチ部
を、その対称軸が前記スロットに対し所定の角度だけ傾
いた状態で配置した構成としてある。
電体基板と、この両面誘電体基板の表面に設けられた、
前記両面誘電体基板の長手方向の長さよりは短く、短手
方向の幅はほぼ同じ幅の方形状導体のパッチ本体と、こ
のパッチ本体の側辺と同じ長さの方形状導体であり、前
記パッチ本体の側辺と重なり合うように、前記両面誘電
体基板の裏面に一以上設けられたパッチ片と、前記両面
誘電体基板の側縁部に設けられ、前記パッチ本体の側辺
とパッチ片を接続するサイドメタルとからなるパッチ部
と、前記パッチ部側にスロットを形成し、裏面側にこの
スロットと直交するストリップラインを形成した誘電体
基板とを有し、この誘電体基板にスペーサを介して、前
記パッチ部を、その対称軸が前記スロットに対し所定の
角度だけ傾いた状態で配置した構成としてある。
誘電体基板を積層した多層誘電体基板と、この多層誘電
体基板の第一の誘電体基板の表面に設けられた方形状導
体のパッチ本体と、前記多層誘電体基板を形成する第一
及び第二誘電体基板の間に一以上設けられた、前記パッ
チ本体の側辺と同じ長さの方形状導体の第一パッチ片
と、前記第一誘電体基板に形成され、前記パッチ本体と
第一パッチ片を接続するスルーホールと、前記多層誘電
体基板の前記第二誘電基板と第三誘電基板の間に、前記
第一パッチ片の側辺と同じ長さの第二パッチ片を前記第
一パッチ片と同じ 数だけ設けるとともに、この第二パッ
チ片の側辺と前記第一パッチ片を接続するスルーホール
を、前記第二誘電体基板に設けた構成としてある。
2,3又は4記載のパッチアンテナにおいて、前記パッ
チ本体及び/又はパッチ片を、板状導体によって形成し
た構成としてあり、また、請求項6記載のパッチアンテ
ナは、請求項2,3又は4記載のパッチアンテナにおい
て、前記パッチ部とパッチ片の少なくとも一方を、前記
両面誘電体基板又は多層誘電体基板に形成したパターン
とした構成としてある。
ナは、板状導体により形成された方形状パッチの少なく
とも片側を折り曲げることによって、前記パッチに曲折
部を形成し、この曲折部の面積及び数によって軸比特性
を調整する構成としてある。したがって、軸比特性の調
整の幅が広く、容易に軸比特性を広帯域化させることが
できるとともに、リタンロス特性も広帯域となる。
えば、方形状パッチの両側辺側を折り曲げることによ
り、図11(a),(b)に示すように、方形状パッチ
のモードBが、異なる3つのモードB1,B2,B3で
共振し、これによって、モードAとモードB1,B2,
B3の組み合わせで円偏波が生じるものと考えられ、こ
の結果、軸比特性及びリタンロス特性が広帯域になると
考えられる。
パッチを折り曲げて曲折部を形成する代わりに、方形状
のパッチ本体に、スルーホールを介してパッチ片を接続
した構成としてあり、請求項1記載のパッチアンテナと
同様に作用する。
ッチ本体とパッチ片をサイドメタルによって接続した構
成としてあり、請求項1記載のパッチアンテナと同様に
作用する。
電体基板を構成する基板間に前記パッチ片を設ける構成
としてあり、請求項1記載のパッチアンテナと同様に作
用する。
層誘電体基板の基板間に設けたパッチ片と異なる基板間
に、別のパッチ片を設け、これらパッチ片をスルーホー
ルで接続する構成としてあり、請求項4記載のパッチア
ンテナの軸比特性等の調整の幅をさらに広げることがで
きる。
前記パッチ本体とパッチ片を、板状あるいは前記両面又
は多面誘電体基板に形成したパターン状とすることがで
き、いずれとした場合でも、請求項1記載のパッチアン
テナと同様に作用する。
電体基板に形成したパターン状とした場合は、エッチン
グによる大量生産が可能になるとともに、パッチの寸法
精度を向上させることができる。
いて、図面を参照しつつ説明する。まず、第一実施例に
係るパッチアンテナについて説明する。図1は第一実施
例に係るパッチアンテナを示す分解斜視図である。
ッチ11と誘電体基板12からなる。パッチ11は、方
形の板状導体の対向する両側をそれぞれ直角に二回、内
側に折り曲げて曲折部11a,11bを形成した構成と
してある。また、誘電体基板12は、パッチ11の中央
部と曲折部11a,11bによって形成される空間に嵌
め込まれており、パッチ11の形崩れを防止するサポー
トの役割を果たす。
電体基板70のGNDパターン60との間に所定の間隔
をもたせるためものである。誘電体基板70の表面に
は、前記GNDパターン60が形成してあり、このGN
Dパターン60の中央には、スロット61が形成してあ
る。また、誘電体基板70の裏面には、このスロット6
1と直交する給電用のストリップライン80が形成して
ある。
は、その対称軸11cをスロット61に対して所定の角
度θだけ傾かせ、また、スぺーサ50上を移動させて、
最も良好な周波数特性が得られる位置に配置してある。
チアンテナの動作について、図1及び図11を参照して
説明する。図11は、本実施例のパッチアンテナの動作
を示すものであり、同図(a)はパッチの平面図、同図
(b)はパッチの側面図である。
定周波数の電波を供給すると、この電波は、誘電体基板
70のスロット61から放射され、スぺーサ50を介し
てパッチ11に供給される。これによって、図11
(a)に示すように、パッチ11のモードAとモードB
が同じ振幅で、かつ、90°の位相差で励振し、円偏波
が発生する。
チアンテナによれば、板状導体により形成された方形状
のパッチ11の曲折部11a,11bの面積及び数を変
更することにより、軸比特性の調整を広範囲に行なうこ
とができ、容易に軸比特性を広帯域化させることができ
るとともに、リタンロス特性も広帯域となる。
る原理を実験結果等から推測すると、パッチ11の両側
辺側を折り曲げることにより、図11(b)に示すよう
に、パッチ11のモードBが、異なる3つのモードB
1,B2,B3で共振し、これによって、モードAとモ
ードB1,B2,B3の組み合わせで円偏波が生じるも
のと考えられ、この結果、軸比特性及びリタンロス特性
が広帯域になるものと考えられる。
ッチアンテナについて、図2〜図4を参照しつつ説明す
る。図2〜図4は本発明の第二〜第四実施例に係るパッ
チアンテナのパッチを示す斜視図である。
ナは、上記第一実施例のパッチ11を裏返したパッチ1
3を用いた構成としてあり、また、図3において、第三
実施例のパッチアンテナは、方形状の板状導体の両側を
それぞれ直角に五回、外側に向かって折り曲げて、曲折
部14a,14bを谷と山にしたパッチ14を用いた構
成としてある。さらに、図4において、第四実施例のパ
ッチアンテナは、曲折部15a,15bを外側と内側に
向かって非対称に折り曲げたパッチ15を用いた構成と
してある。
も、上記第一実施例と同様に、軸比特性とリタンロス特
性を広帯域化することができる。
も方形状パッチ11,13,14,15の両側を折り曲
げる構成としたが、片側だけを折り曲げる構成として
も、軸比特性とリタンロス特性を広帯域化することは可
能である。
形状パッチ11〜15の側辺を直角に折り曲げて、曲折
部11a,11b〜15a,15bを形成しているが、
前記側辺を90°より大きく又は90°より小さい角度
で折り曲げて曲折部を形成する構成としてもよい。
ンテナについて、図5及び図6を参照しつつ説明する。
図5は本発明の第五実施例に係るパッチアンテナを示す
斜視図である。また、図6は上記パッチアンテナのパッ
チ部とスロット及びストリップラインの位置関係を示す
平面図である。
ように、パッチ部20を、両面誘電体基板21の表面
に、方形状パターンのパッチ本体22を形成するととも
に、裏面に、このパッチ本体22の両側辺と同じ長さの
二つの方形状パターンのパッチ片23,24を設け、こ
れらパッチ本体22の両側と各パッチ片23,24の一
辺側を、複数のスルーホール25によって接続した構成
としてある。
すように、パッチ部20は、その対称軸22aが誘電体
基板70のスロット61に対して角度θだけ傾かせて配
置してある。
チアンテナによれば、軸比特性とリタンロス特性の広帯
域化が図れるほか、パッチ部20のエッチングによる大
量生産が可能になるとともに、パッチ本体22及びパッ
チ片23,24の寸法精度を向上させることができる。
チアンテナの軸比特性とリタンロス特性の測定実験を行
なった。この実験の諸条件は次のとおりである。 両面誘電体基板21:h(肉厚)=0.9mm,εr (比誘電率)=3.8 パッチ本体22:縦=41.5mm,横=42.5mm パッチ片23,24:縦=41.5mm,横=6mm スぺーサ50:h=2mm スロット61:長さ=25mm,幅=1.5mm パッチ部20のスロット61に対する傾き角:θ=35°
軸比特性を図7に、また、リタンロス特性を図8に示
す。本実施例のパッチアンテナでは、図7に示すよう
に、軸比6dB以下の帯域が7%(1.035−0.9
65=0.07)得られ、また、図8に示すように、リ
タンロス−10dB以下の帯域が8%(1.04−0.
96=0.08)得られた。この実験結果から、本実施
例のパッチアンテナが従来のパッチアンテナ(軸比7
%、リタンロス4%)に比べて、軸比特性及びリタンロ
ス特性ともに広帯域化していることが分かる。
ンテナについて、図9を参照して説明する。図9は第六
実施例に係るパッチアンテナのパッチ部を示す斜視図で
ある。
すように、パッチ部30を、方形状の両面誘電体基板3
1の表面に、この両面誘電体基板31の長手方向の長さ
よりは短く、短手方向の幅はほぼ同じ幅の方形状パター
ンのパッチ本体32を形成するとともに、両面誘電体基
板31の裏面に、前記パッチ本体32の両側辺と重なり
合うように、二つの方形状パターンのパッチ片33,3
4を形成し、これらパッチ本体32とパッチ片33,3
4を、両面誘電体基板34の側縁部に形成したサイドメ
タル35,36によって接続した構成としてある。
誘電体基板34の側縁部に形成したパターン状のもの、
メッキ状のものとし、また、パッチ本体32とパッチ片
33,34を接続する板状の導体でもよい。
ンロス特性の広帯域化を図ることができ、パッチ部30
のエッチングによる大量生産が可能となる。
ンテナについて、図10を参照しつつ説明する。図10
は第七実施例に係るパッチアンテナのパッチ部を示す分
解斜視図である。
誘電体基板に本発明を応用したものである。
第一〜第三誘電体基板41a,41b,41cからなる
四層誘電体基板(多層誘電体基板)41と、方形状パタ
ーンのパッチ本体42と、このパッチ本体42の側辺と
同じ長さの第一パッチ片43,44及び第二パッチ片4
5,46とで構成してある。
第一層(多層誘電体基板の最上部の誘電体基板の表面)
に設けてある。また、第一パッチ片43,44は、四層
誘電体基板41の第二層(多層誘電体基板を形成する各
誘電体基板の間)に設けてあり、各第一パッチ片43,
44の一の側辺が、パッチ本体42の両側辺とそれぞれ
重なり合うように配置してある。
誘電体基板41の第三層(多層誘電体基板を形成する各
誘電体基板の間)に設けてあり、第二パッチ片45,4
6の一の側辺が、第一パッチ片43,44の他の側辺と
それぞれ重なり合うように配置してある。
ッチ片43,44の一の側辺、及び、第一パッチ片4
3,44の他の側辺と第二パッチ片の45,46の一の
辺側をそれぞれスルーホール47によって接続してあ
る。
チアンテナによれば、軸比特性とリタンロス特性の広帯
域化を図ることができ、パッチ部40のエッチングによ
る大量生産が可能になるとともに、パッチ本体42と第
一及び第二パッチ片43〜46の寸法精度を向上させる
ことができる。
ずれもパッチ本体22,32,42の両側にパッチ片2
3,24,33,34,43〜46を接続しているが、
パッチ本体の片側にパッチ片23,24,33,34,
43〜46を接続する構成としても軸比特性とリタンロ
ス特性の広帯域化を図ることができる。
ッチ本体22,32,42とパッチ片23,24,3
3,34,43〜46を方形状のパターンとしたが、こ
れは特に限定されるものではなく、これら全て又はいず
れかを方形状の板状導体によって形成しても、軸比特性
とリタンロス特性の広帯域化を図ることができる。
アンテナによれば、軸比特性及びリタンロス特性を容易
に広帯域化することができ、これによって、アンテナの
周波数特性の広帯域化を図ることができる。
す分解斜視図である。
ッチを示す斜視図である。
ッチを示す斜視図である。
ッチを示す斜視図である。
す斜視図である。
ストリップラインの位置関係を示す平面図である。
ある。
ラフである。
ッチ部を示す斜視図である。
パッチ部を示す分解斜視図である。
に係るパッチアンテナの動作を示すものであり、同図
(a)はパッチの平面図、同図(b)はパッチの側面図
である。
図である。
のであり、同図(a),(b)はパッチの平面図であ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 パッチ及び、このパッチと接合されパッ
チの形状を保持する誘電体基板からなり、前記パッチが
方形の板状導体であって、対向する側辺の少なくとも片
側を一又は二以上折り曲げてなるパッチ部と、 このパッチ部より大面積であって前記パッチ部側にスロ
ットを形成し、裏面側にこのスロットと直交するストリ
ップラインを形成した誘電体基板とを有し、 この誘電体基板にスペーサを介して、前記パッチ部を、
その対称軸が前記スロットに対し所定の角度だけ傾いた
状態で配置したことを特徴とするパッチアンテナ。 - 【請求項2】 両面誘電体基板と、この両面誘電体基板
の表面に設けられた方形状導体のパッチ本体と、前記両
面誘電体基板の裏面に一以上設けられた、前記パッチ本
体の側辺と同じ長さの方形状導体のパッチ片と、前記両
面誘電体基板に形成され、前記パッチ本体の側辺とパッ
チ片を接続する多数のスルーホールとからなるパッチ部
と、 このパッチ部より大面積であって前記パッチ部側にスロ
ットを形成し、裏面側にこのスロットと直交するストリ
ップラインを形成した誘電体基板とを有し、 この誘電体基板にスペーサを介して、前記パッチ部を、
その対称軸が前記スロットに対し所定の角度だけ傾いた
状態で配置したことを特徴とするパッチアンテナ。 - 【請求項3】 両面誘電体基板と、この両面誘電体基板
の表面に設けられた、前記両面誘電体基板の長手方向の
長さよりは短く、短手方向の幅はほぼ同じ幅の方形状導
体のパッチ本体と、このパッチ本体の側辺と同じ長さの
方形状導体であり、前記パッチ本体の側辺と重なり合う
ように、前記両面誘電体基板の裏面に一以上設けられた
パッチ片と、前記両面誘電体基板の側縁部に設けられ、
前記パッチ本体の側辺とパッチ片を接続するサイドメタ
ルとからなるパッチ部と、 前記パッチ部側にスロットを形成し、裏面側にこのスロ
ットと直交するストリップラインを形成した誘電体基板
とを有し、 この誘電体基板にスペーサを介して、前記パッチ部を、
その対称軸が前記スロットに対し所定の角度だけ傾いた
状態で配置したことを特徴とするパッチアンテナ。 - 【請求項4】 複数の誘電体基板を積層した多層誘電体
基板と、 この多層誘電体基板の第一誘電体基板の表面に設けられ
た方形状導体のパッチ本体と、 前記多層誘電体基板を形成する第一及び第二誘電体基板
の間に一以上設けられた、前記パッチ本体の側辺と同じ
長さの方形状導体の第一パッチ片と、 前記第一誘電体基板に形成され、前記パッチ本体と第一
パッチ片を接続するスルーホールと、 前記多層誘電体基板の前記第二誘電基板と第三誘電基板
の間に、前記第一パッチ片と同じ数だけ設けられた、前
記第一パッチ片の側辺と同じ長さの第二パッチ片と、 前記第二誘電体基板に形成され、前記第二パッチ片の側
辺と前記第一パッチ片を接続するスルーホールを備えた
ことを特徴とするパッチアンテナ。 - 【請求項5】 前記パッチ本体及び/又はパッチ片を、
板状導体によって形成した請求項2,3又は4記載のパ
ッチアンテナ。 - 【請求項6】 前記パッチ本体とパッチ片の少なくとも
一方を、前記両面誘電体基板又は多層誘電体基板に形成
したパターンとした請求項2,3又は4記載のパッチア
ンテナ。
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