JP2806350B2 - Patch type array antenna system - Google Patents

Patch type array antenna system

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【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明はアンテナ装置に関し、特にマイクロ波・ミリ波帯の指向性合成のパッチ型のアレイアンテナ装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an antenna device, and more particularly to a patch directivity synthesis of the microwave and millimeter wave band array antenna system.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来のパッチ型のアレイアンテナ装置は給電されたパッチアンテナとその両側に置かれた無給電のパッチアンテナから構成され、無給電のパッチアンテナには位相調整用のスタブが設けられている。 BACKGROUND OF THE INVENTION Conventional patch array antenna apparatus is composed of the parasitic patch antenna located on both sides of the patch antenna which is powered, a stub for phase adjustment is provided in the parasitic patch antenna ing. 例えば、 For example,
図5は従来のこの種のアンテナ装置の一例であり、「最新平面アンテナ技術」羽石 操,株式会社総合技術センター,平成5年3月25日発行,P. Figure 5 is an example of this type of conventional antenna device, "the latest planar antenna technology" Haneishi Misao, Ltd. Technology Center, 1993 March 25 issue, P. 334〜336に記載されたものである。 It is those described in 334 to 336. 同図(a)は平面図、同図(b)は断面図であり、誘電体14の表面にパッチアンテナ11とその両側に無給電パッチアンテナ12,13 FIG (a) is a plan view, FIG. (B) is a cross-sectional view, a dielectric patch antenna 11 to the surface 14 and the parasitic patch antenna 12, 13 on both sides
が形成され、誘電体14の裏面にグランド板15が形成されている。 There are formed, ground plate 15 is formed on the back surface of the dielectric 14. そして、パッチアンテナ11は誘電体14 Then, the patch antenna 11 is dielectric 14
を貫通するピン17を通して裏面側から給電される。 Fed from the rear side through a pin 17 extending through the. パッチアンテナ11に給電された信号は電磁結合により無給電パッチアンテナ12,13を励振し、スタブ18, Feeding the signal to the patch antenna 11 excites parasitic patch antenna 12 by electromagnetic coupling, the stub 18,
19により励振電流は移相される。 Excitation current is phase shifted by 19.

【0003】このとき、パッチアンテナ11,12,1 [0003] At this time, the patch antenna 11,12,1
3はそれぞれ励振電流が、 a11 a12×exp(j(φ12+φ18)) a13×exp(j(φ13+φ19)) のアレイアンテナとして動作する。 3, each excitation current, a11 a12 × exp (j (φ12 + φ18)) operates as an array antenna a13 × exp (j (φ13 + φ19)). ここで、φ12,φ Here, φ12, φ
13は電磁結合によっで生じる移相量で、パッチアンテナ11,12,13の配置により決まる。 13 is a phase shift occurring at by the electromagnetic coupling, determined by the arrangement of the patch antenna 11, 12, 13. φ18,φ1 φ18, φ1
9はスタブ18,19による移相量で、スタブ18,1 9 is a phase shift due to a stub 18 and 19, the stub 18,1
9の長さにより決まる。 Determined by the length of 9. したがって、パッチアンテナ1 Thus, patch antenna 1
1,12,13の配置及びスタブ18,19の長さにより励振電流分布を調整して指向性合成を行うことができる。 The arrangement and length of the stub 18, 19 1,12,13 can be adjusted to directivity synthesis excitation current distribution.

【0004】 [0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来のアンテナでは、次のような問題がある。 [0007] However, in such a conventional antenna, there are following problems. 第1 First
の問題点は、アンテナの指向性が乱れることである。 Problem is that the directivity of the antenna is disturbed. その理由は、アンテナと同じ面内にスタブを設けるため、 The reason is to provide the stub in the same plane as the antenna,
スタブからの不要放射がアンテナの指向性を乱すためである。 Unnecessary radiation from the stub is for disturbing the directivity of the antenna. 第2の問題点は、アンテナの配置の機械的制約が大きくなる。 The second problem, the mechanical limitations of arrangement of the antenna is increased. その理由は、アンテナと同じ面内にスタブを設けると、スタブが無給電パッチアンテナより突出するため、隣接する素子アンテナとの機械的干渉が生じてしまうためである。 This is because, when provided with a stub in the same plane as the antenna, since the stub projecting from parasitic patch antenna, because the mechanical interference between the adjacent antenna elements occurs. 第3の問題点は、円偏波のアンテナに適用できないことである。 A third problem is that it is not applicable to the circularly polarized antenna. その理由は、無給電パッチアンテナの直交する二つの面にスタブを設ける必要があり、隣接素子アンテナと機械的干渉を起こしてしまうためである。 The reason is that it is necessary to provide a stub to two surfaces perpendicular parasitic patch antenna, because the thus cause mechanical interference with adjacent antenna elements.

【0005】本発明の目的は、パッチアンテナの配置の自由度を拡大し、指向性合成の自由度の拡大、円偏波への適用を行うことを可能とし、かつスタブからの不要放射による指向性の劣化の改善を図ったパッチ型アレイアンテナを提供することにある。 An object of the present invention expands the flexibility of arrangement of the patch antenna, the expansion of freedom of directivity synthesis, it possible to perform application to circular polarization, and directed by unnecessary radiation from the stub and to provide a patch array antenna for improving the sexual degradation.

【0006】 [0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、給電された1 Means for Solving the Problems The present invention has been powered 1
つの給電パッチアンテナと、このパッチアンテナの一方向の両側と、これに直交する他の方向の両側とにそれぞれ配置された4つの無給電パッチアンテナとで構成され、 前記給電パッチアンテナと前記無給電パッチアンテ One of the fed patch antenna, this one-way and two sides of the patch antenna is constituted by the other direction of the four parasitic patch antenna which are disposed in the sides perpendicular thereto, the passive and the feeding patch antenna patch antenna
ナは、裏面にグランド板を有する誘電体の同一表面上に Nah, on the same surface of the dielectric with a ground plate on the back surface
配置され、かつ前記給電パッチアンテナと無給電パッチアンテナの共振周波数を相違させたことを特徴とする。 It is disposed, and wherein said was different feeding patch antenna and the resonance frequency of the parasitic patch antenna.
例えば、無給電パッチアンテナはその寸法を変化させることで共振周波数が変化され、給電パッチアンテナとの共振周波数が相違される。 For example, parasitic patch antenna resonant frequency is varied by changing the dimensions, the resonance frequency of the feeding patch antenna is different. ここで、前記給電パッチアンテナは円偏波パッチアンテナで構成されてもよい。 Here, the feeding patch antenna may be configured by the circularly polarized patch antenna.

【0007】 [0007]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment of the present invention with reference to the drawings. 図1(a),(b)は本発明の基本 Figure 1 (a), (b) the basic of the invention
構成を示す平面図と断面図である。 It is a plan view and a cross-sectional view showing a configuration. 誘電体4の裏面にはグランド板5が形成され、また誘電体4の表面には金属薄膜からなるパッチアンテナ1,2,3が形成される。 The back surface of the dielectric 4 ground plate 5 is formed, also a patch antenna 1, 2, 3 made of a metal thin film on the surface of the dielectric 4 is formed.
中央のパッチアンテナ1は正方形に形成され、誘電体4 The patch antenna 1 of the center is formed in a square, dielectric 4
の裏面側に突出されたコネクタ6から給電ピン7を介して給電されている。 It is powered from the connector 6 that protrude to the back side through the feeding pin 7. また、両側のパッチアンテナ2,3 In addition, both sides of the patch antenna 2, 3
は無給電パッチアンテナとして構成され、パッチアンテナ1よりも縦横寸法が若干小さい正方形に形成される。 Is configured as a passive patch antenna, length and width are formed in small squares slightly larger than the patch antenna 1.
ここで、パッチアンテナ1の共振周波数はf1で、無給電パッチアンテナ2,3の共振周波数f2(≠f1)である。 The resonance frequency of the patch antenna 1 is f1, the resonance frequency f2 of the parasitic patch antenna 2,3 (≠ f1).

【0008】前記各パッチアンテナ1,2,3のインピーダンスの周波数特性を図2に示す。 [0008] showing the frequency characteristic of the impedance of the patch antennas 1, 2 and 3 in Figure 2. 同図において、1 In the figure, 1
01,201,301はそれぞれのインピーダンスのコンダクタンス成分、102,202,302はそれぞれのインピーダンスのサセプタンス成分である。 01,201,301 conductance component of each impedance, 102, 202, and 302 is the susceptance component of the respective impedances. ここで、 here,
パッチアンテナ1を周波数f1の信号で励振すると、電磁結合により無給電パッチアンテナ2,3も周波数f1 When exciting the patch antenna 1 a signal frequency f1, parasitic patch antennas 2 through electromagnetic coupling even frequency f1
で励振される。 In is excited. 無給電パッチアンテナ2,3の共振周波数はf2であるから、図2に示すように無給電パッチアンテナ2,3はサセプタンス成分を持ち、このサセプタンス成分により無給電パッチアンテナ2,3の励振電流は移相される。 Since the resonance frequency of the parasitic patch antenna 2 is f2, parasitic patch antenna 2, as shown in FIG. 2 has a susceptance component, the excitation current of the parasitic patch antennas 2 This susceptance component It is the phase shift. ここで、パッチアンテナ1,2,3はそれぞれ励振電流が a1 a2×exp(φ21+φ2) a3×exp(φ31+φ3) のアレイアンテナとして動作する。 Here, each patch antenna 1, 2, 3 excitation current to operate as an array antenna a1 a2 × exp (φ21 + φ2) a3 × exp (φ31 + φ3). なお、φ21,φ3 It should be noted, φ21, φ3
1は電磁結合により生じる移相量で、φ2,φ3は無給電パッチアンテナ2,3のサセプタンス成分による移相量である。 1 is a phase shift caused by electromagnetic coupling, .phi.2, .phi.3 is phase shift caused by the susceptance component of the parasitic patch antennas 2.

【0009】ここで、無給電パッチアンテナ2,3の大きさ、ここでは正方形をした無給電パッチアンテナ2, [0009] Here, the size of the parasitic patch antenna 2 and 3, where the parasitic patch antenna 2 in which the square,
3の縦横寸法を適宜に変えて共振周波数f2を変えると、サセプタンス成分が変化し、φ2,φ3を調整することができる。 Changing the resonance frequency f2 3 of the vertical and horizontal dimensions appropriate varied, susceptance component is changed, .phi.2, it can be adjusted .phi.3. つまり、無給電パッチアンテナ2,3の大きさを調整することにより指向性合成を行うことができる。 In other words, it is possible to perform directivity synthesis by adjusting the size of the parasitic patch antennas 2.

【0010】このように、このアンテナでは、給電されたパッチアンテナ1の両側に配置された無給電のパッチアンテナ2,3の大きさを調整して共振周波数を変えることにより励振電流の位相を調整することができるため、パッチアンテナの外側に突出するものがなく、機械的な干渉がなくなり、素子アンテナの配置の機械的制約が小さくなり、アンテナ配置の自由度を高めることができる。 [0010] Thus, in this antenna, adjusting the phase of the excitation current by changing the adjustment to the resonance frequency the size of the parasitic patch antennas 2 arranged on both sides of the feed patch antenna 1 it is possible to, without which protrudes outside of the patch antenna, there is no mechanical interference, mechanical constraints of the arrangement of antenna elements is reduced, it is possible to increase the degree of freedom of the antenna arrangement. また、素子アンテナにスタブを付ける必要がないため、指向性の乱れもなくなる。 Moreover, since there is no need to put the stub antenna elements, also eliminates the directivity of the disturbance.

【0011】図3は本発明の第の実施形態の平面図であり、断面構造は図1 に示した基本構成と同様である。 [0011] Figure 3 is a plan view of a first embodiment of the present invention, the cross-sectional structure is the same as the basic configuration shown in FIG.
この実施形態では、パッチアンテナ1のX方向両側に無給電パッチアンテナ2,3が形成されている点は前記基 In this embodiment, that a parasitic patch antenna 2 and 3 are formed in the X direction on both sides of the patch antenna 1 is the group
本構成と同じであるが、パッチアンテナ1のY方向両側に無給電パッチアンテナ8,9が形成されている。 Is the same as the structure, the Y-direction sides of the patch antenna 1 parasitic patch antenna 8, 9 are formed. この構成では、 図1及び図2において基本構成で説明した In this configuration, as described in the basic configuration 1 and 2
ように指向性合成を行うことができるが、無給電パッチアンテナ2,3によりX−Z面の指向性合成を行うことができ、かつ無給電パッチアンテナ8,9によりY−Z Although it is possible to perform directivity synthesis as by parasitic patch antennas 2 can perform directivity synthesis of X-Z plane, and the parasitic patch antenna 8, 9 Y-Z
面の指向性合成を行うことができる。 It is possible to perform directivity synthesis surface.

【0012】図4は本発明を円偏波放射に適用した第 [0012] Figure 4 is a second in which the invention is applied to a circularly polarized radiation
の実施形態の平面図である。 It is a plan view of the embodiment. この実施形態では、図3に示したアンテナ装置の給電されたパッチアンテナ1を円偏波パッチアンテナ10に交換したものである。 In this embodiment is obtained by replacing the patch antenna 1, which is feeding the antenna device illustrated in FIG. 3 to the circular polarized patch antenna 10. この構成では、無給電パッチアンテナ2,3によりX−Z面の指向性合成を、無給電パッチアンテナ8,9によりY− In this configuration, the directivity synthesis of X-Z plane by parasitic patch antennas 2, the parasitic patch antenna 8, 9 Y-
Z面の指向性合成を行うことができる。 It is possible to perform directivity synthesis of Z plane. また、直交する2つの面に対してスタブを設ける必要がないため、機械的干渉なくアンテナを配置することができ、しかも円偏波パッチアンテナを用いていることで円偏波放射に適用することが可能となる。 Moreover, since there is no need to provide a stub to two orthogonal planes, it is possible to arrange the mechanical interference without antenna, yet be applied to circularly polarized radiation by uses the circularly polarized wave patch antenna it is possible.

【0013】なお、前記各実施形態では、パッチアンテナの形状として正方形の場合を説明したが、円形形状でも本発明を適用することは可能である。 [0013] Incidentally, in the respective embodiments, a case has been described of square as the shape of the patch antenna, it is possible to apply the the invention in a circular shape.

【0014】 [0014]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、給電された1つのパッチアンテナの一方向の両側と、これに直交する他方向の両側とにそれぞれ配置された無給電パッチアンテナの共振周波数を給電パッチアンテナの共振周波数とは相違させているので、無給電パッチアンテナの共振周波数を変えることにより励振電流の位相を調整して互いに直交する方向について指向性合成を行なうことができる。 The present invention described above, according to the present invention includes a one-way on both sides of one of the patch antenna that is powered, the resonant frequency of the parasitic patch antenna disposed respectively in the other direction on both sides perpendicular thereto since then differs from the resonance frequency of the fed patch antennas, it is possible to adjust the phase of the excitation current by changing the resonant frequency of the parasitic patch antenna performs directivity synthesis direction orthogonal to each other. このため、アンテナ面にスタブを設ける必要がなく、スタブによる不要放射がなくなって放射パターンの乱れをなくすことができる。 Therefore, it is not necessary to provide a stub antenna surface, it is possible to eliminate the disturbance of radiation pattern gone unnecessary radiation due to the stub. また、 前記給電パッチア Further, the feeding Patchia
ンテナと前記無給電パッチアンテナは、裏面にグランド It said the antenna parasitic patch antenna, the ground on the back
板を有する誘電体の同一表面上に配置されているため偏 Polarized because they are located on the same surface of the dielectric with a plate
平に構成できるとともに、アンテナ外形から突出するものがなくなるため、アンテナの配置の自由度が大きくなり、指向性合成の自由度が大きくなる。 Earnestly is possible configuration, since there is no one that protrudes from the antenna contour, the degree of freedom of arrangement of the antenna is increased, the degree of freedom of the directivity synthesis is increased. さらに、直交する2つの面に対してスタブを設ける必要がないため、機械的干渉なくアンテナを配置することができ、給電パッチアンテナに円偏波パッチアンテナを用いることで円偏波放射に適用することができる効果がある。 Furthermore, since there is no need to provide a stub to two orthogonal planes, it is possible to arrange the mechanical interference without antenna, it applied to circularly polarized radiation by using a circularly polarized patch antenna fed patch antenna there is an effect that can be.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の基本構成の平面図と断面図である。 1 is a plan view and a sectional view of the basic configuration of the present invention.

【図2】図1における各パッチアンテナの周波数特性図である。 It is a frequency characteristic diagram of each patch antenna in FIG. 1;

【図3】本発明の第の実施形態の平面図である。 3 is a plan view of a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第の実施形態の平面図である。 4 is a plan view of a second embodiment of the present invention.

【図5】従来のパッチ型アレイアンテナの一例の平面図と断面図である。 5 is a plan view and a sectional view of a conventional patch antenna array.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 給電パッチアンテナ 2,3 無給電パッチアンテナ 4 誘電体 5 グラウド板 6 コネクタ 8,9 無給電パッチアンテナ 10 円偏波パッチアンテナ 1 fed patch antennas 2 parasitic patch antenna 4 dielectric 5 Guraudo plate 6 connectors 8,9 parasitic patch antenna 10 yen polarized patch antenna

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl. 6 ,DB名) H01Q 13/08 H01Q 1/32 H01Q 21/06 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (58) investigated the field (Int.Cl. 6, DB name) H01Q 13/08 H01Q 1/32 H01Q 21/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 給電された1つの給電パッチアンテナと、このパッチアンテナの一方向の両側と、これに直交する他の方向の両側とにそれぞれ配置された4つの無給電パッチアンテナとで構成され、 前記給電パッチアンテ And 1. A one feeding patch antenna is powered, is configured in this one direction and on both sides of the patch antenna, and other directions of the four parasitic patch antenna which are disposed in the sides perpendicular thereto , the feeding patch antenna
    ナと前記無給電パッチアンテナは、裏面にグランド板を Na said parasitic patch antenna, a ground plate on the back surface
    有する誘電体の同一表面上に配置され、かつ前記給電パッチアンテナと無給電パッチアンテナの共振周波数を相違させたことを特徴とするパッチ型アレイアンテナ装置。 Having disposed on the same surface of the dielectric, and patch array antenna apparatus characterized by said was different feeding patch antenna and the resonance frequency of the parasitic patch antenna.
  2. 【請求項2】 前記無給電パッチアンテナは、その寸法を変化させて前記給電パッチアンテナとの共振周波数が相違される請求項1 に記載のパッチ型アレイアンテナ装置。 Wherein said parasitic patch antenna, a patch-type array antenna system according to claim 1, the resonance frequency of the feeding patch antenna by changing its dimensions are different.
  3. 【請求項3】 前記給電パッチアンテナが円偏波パッチアンテナである請求項1または2に記載のパッチ型アレイアンテナ装置。 3. A patch array antenna device according to claim 1 or 2, wherein the feeding patch antenna is a circularly polarized wave patch antenna.
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