JP2821648B2 - アンテナの整合装置 - Google Patents

アンテナの整合装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、マイクロストリップアンテナ等に好適
な、アンテナの整合装置に関する。
[発明の概要] この発明は、狭帯域のアンテナと給電線との間に介挿
して広帯域で整合させるようにしたアンテナの整合装置
において、第1の所定長でアンテナ側の標準インピーダ
ンス線路に第2の所定長の低インピーダンス線路と、第
3の所定長の高インピーダンス線路とを順次直列接続す
ると共に、この高インピーダンス線路の給電線側に第2
の所定長の第2の低インピーダンス線路を直列接続する
ことにより、簡単な構造で小型化できるようにしたもの
である。
[従来の技術] 従来、第8図に示すように、接地導体(11)上に、誘
電体層(12)を介して、放射素子(13)を配設したマイ
クロストリップアンテナ(10)が、簡単な構造と低い高
さで、所望の単一指向性が得られることから、特にUHF/
SHF帯で、航空機・自動車等の無線通信に使用されてい
る。
[発明が解決しようとする課題] ところで、前述のようなマイクロストリップアンテナ
は、Qが高く周波数帯域幅が狭いので、例えば、送受2
周波数方式の無線通信で共用することができないという
欠点があった。
この欠点を解消する技法としては、例えば、無給電素
子を放射素子の正面に装荷して、2共振状態により広帯
域化するものが知られているが、無給電素子の装荷によ
り、アンテナ全体の高さが増大するという問題が生ず
る。
一方、第8図に示すように、スタブを含む整合器をア
ンテナと給電線との間に介挿する技法が、例えば特開昭
62−279704号公報により知られている。
即ち、第8図において、整合器(20)は接地導体(2
1)上に、誘電体層(22)を介して、線路導体(23)〜
(25)が直列に配設されると共に、中間点PMからL字
状のスタブ(26)が分岐され、負荷側,入力側のコネク
タ(27),(28)が線路導体(23),(25)にそれぞれ
接続されて構成される。アンテナ(10)の給電点(14)
が、同軸給電線(15)とコネクタ(16)とを介して、整
合器(20)の一方のコネクタ(27)に接続される。他方
のコネクタ(28)には、給電線(図示を省略)が接続さ
れる。
所望の2周波数f1,f2(f1<f2)において、整合器(2
0)の中間点PMからアンテナ(10)側を見たコンダクタ
ンス成分が等しくなり、サセプタンス成分B1,B2(|B1|
>|B2|)が異符号となるように、給電点(14)と中間点
PMとの距離l1が設定される。
また、スタブ(26)の長さl2と特性インピーダンス
は、中間点PMから見たスタブ(26)のサセプタンス成
分が、周波数f1,f2においてそれぞれ−B1,−B2となるよ
うに設定される。
これにより、所望の2周波数f1,f2において、中間点
PMから見たスタブ(26)とアンテナ(10)側との合成
アドミタンスがそれぞれ等しくなる。
中間部の線路導体(24)は周知のλ/4(但し、λは波
長を示す)インピーダンス変換器であって、中間点PM
から見た合成アドミタンスが、入力側のコネクタ(28)
から見て規準値[1]になるように変換される。
このようにして、整合器(20)の使用により、所望の
2周波数f1,f2において、アンテナ(10)のインピーダ
ンスが整合して、広帯域化が達成される。
なお、上述の整合器は、第9図に示すように、双方の
接地導体を共通化して、アンテナと一体化することがで
きる。この第9図において、(17)は接続導体、(29)
は非接地導体であって、非接地導体(29)は第8図の給
電線(15)と線路導体(23)〜スタブ(26)を代表す
る。
ところが、上述の整合器(20)では、スタブ(26)が
線路導体(23)から分岐されているため、スタブ(26)
をL字状としても、整合器(20)の寸法が比較的大きく
なるという問題があった。
また、同軸線路で構成する場合、構造が複雑になると
いう問題があった。
かかる点に鑑み、この発明の目的は、小型で構造が簡
単なアンテナの整合装置を提供するところにある。
[課題を解決するための手段] この発明は、狭帯域のアンテナと給電線との間に介挿
してアンテナと給電線とを広帯域で整合させるようにし
たアンテナの整合装置において、アンテナ側から給電線
に向かって順次に配され、そのアンテナ及びその給電線
間に直列接続された、長さがほぼ(1/4)波長で、イン
ピーダンスがほぼ50Ωの第1の高インピーダンス線路
と、長さがほぼ(1/4)波長で、インピーダンスが50Ω
より十分低い第1の低インピーダンス線路と、長さがほ
ぼ(1/2)波長で、インピーダンスが50Ωより十分高い
第2の高インピーダンス線路と、長さがほぼ(1/4)波
長で、インピーダンスが50Ωより十分低い第2の低イン
ピーダンス線路とを有するアンテナの整合装置である。
〔作用〕
この発明によれば、狭帯域のアンテナと給電線との間
に介挿してアンテナと給電線とを広帯域で整合させるよ
うにしたアンテナの整合装置において、アンテナ側から
給電線に向かって順次に配され、そのアンテナ及びその
給電線間に直列接続された、長さがほぼ(1/4)波長
で、インピーダンスがほぼ50Ωの第1の高インピーダン
ス線路と、長さがほぼ(1/4)波長で、インピーダンス
が50Ωより十分低い第1の低インピーダンス線路と、長
さがほぼ(1/2)波長で、インピーダンスが50Ωより十
分高い第2の高インピーダンス線路と、長さがほぼ(1/
4)波長で、インピーダンスが50Ωより十分低い第2の
低インピーダンス線路とにより、アンテナの整合装置を
構成したので、アンテナと給電線とを広帯域で整合させ
ることができる。
[実施例] 以下、第1図〜第7図を参照しながら、この発明によ
るアンテナの整合装置の一実施例について説明する。
この発明の一実施例の構成を第1図に示す。この第1
図において、前出第8図に対応する部分には同一の符号
を付して一部説明を省略する。
第1図において、マイクロストリップアンテナ(10)
の放射素子(13)は、中心から所定距離rfだけオフセッ
トして給電点(14)が設けられ、TM21モードで励振され
る。
例えば、2.5GHzの周波数帯では、誘電体層(12)が厚
さと誘電率が d12=3.2mm ε=2.6 であるとき、放射素子(13)の半径raと、給電点(14)
のオフセット距離rfは、それぞれ次のように設定され
る。
ra=35.5mm rf=17.5mm (40)は整合器であって、接地導体(図示を省略)上
に、例えばフッ素樹脂のような、低損失の誘電体層(4
2)を介して、5部分の線路導体(43),(44),(4
5),(46),(47)が直列に配設されて、マイクロス
トリップライン構成とされる。
なお、前出第9図に示したと同様に、この実施例でも
整合器(40)とアンテナ(10)の接地導体を共通化し
て、両者を一体化することができる。
両端部の線路導体(43),(47)は、特性インピーダ
ンスが標準の50Ωとなるように、その幅W43,W47が設定
され、この線路導体(43),(47)にそれぞれ隣接する
中間部の線路導体(44),(46)は、特性インピーダン
スが50Ωより格段に低くなるように、その幅W44,W46が
広く設定される。
そして、中央部の線路導体(45)は、特性インピーダ
ンスが50Ωよりもかなり高くなるように、その幅W45が
狭く設定される。
また、端部の線路導体(43)の長さL43はλ/4(但
し、λは波長を示す)弱に設定され、幅広の線路導体
(44),(46)の長さL44,L46はいずれもほぼλ/4に設
定され、中央部の線路導体(45)の長さL45はほぼλ/2
に設定される。
端部の一方の線路導体(43)がアンテナ(10)の給電
点(14)に接続され、他方の線路導体(47)がコネクタ
(48)に接続される。このコネクタ(48)には、特性イ
ンピーダンスが50Ωの給電線(図示を省略)が接続され
る。
次に、第2図〜第7図をも参照しながら、この発明の
一実施例の動作について説明する。
この実施例では、第7図に破線で示した反射損(リタ
ーンロス)が鋭いV字状であることから容易に判るよう
に、アンテナ(10)単体の周波数帯域幅がきわめて狭
く、線路導体(43)の一端PLDからアンテナ側を見た負
荷インピーダンスZLDは、スミスチャート上で、第2図
に示すようになる。
このような負荷インピーダンスZLDは、特性インピー
ダンスが50Ωで長さがλ/4弱の線路[導体(43)に対
応]により、スミスチャート上で回転されて、幅広の線
路導体(44)との接続中点PM1からアンテナ側を見た中
間インピーダンスZM1は、第3図に示すように、所定の
2周波数f1,f2において、実軸に関して対象になる。
そして、特性インピーダンスが低くほぼλ/4の長さの
線路[導体(44)に対応]により、この中間インピーダ
ンスZM1が変換されて、中央部の線路導体(45)との接
続中点PM2からアンテナ側を見た第2の中間インピーダ
ンスZM2は、第4図に示すように、所定の2周波数f1,f
2において、実軸上で重なる小円となる。
そして、この中間インピーダンスZM2は、特性インピ
ーダンスが高く長さがほぼλ/2の線路[導体(45)に対
応]により変換されて、第2の幅広の線路導体(46)と
の接続中点PM3からアンテナ側を見た第3の中間インピ
ーダンスZM3は、第5図に示すように、所定の2周波数
f1,f2において、実軸上から離れた小ループとなる。
更に、この中間インピーダンスZM3は、特性インピー
ダンスが低く長さがほぼλ/4の線路[導体(46)に対
応]により変換される。
このようにして、直列接続された4個の線路導体(4
3)〜(46)により、負荷インピーダンスZLDに対し
て、所要の周波数領域でこれとほぼ共役なインピーダン
スが等価的に付加されて、幅広の線路導体(46)の他端
PINからアンテナ側を見た入力インピーダンスZINは、
第6図に示すように、スミスチャート上で中心を繞るよ
うに、かなりの部分がその近傍に集中する。
これにより、線路導体(46)の他端PINにおける(総
合の)リターンロスは第7図に実線で示すようにU字状
となり、約50MHzと比較的広い周波数領域にわたって、
マイクロストリップアンテナ(10)と給電線とが整合し
ていることが判る。
上述のように、この実施例では、それぞれ所定長の幅
狭・幅広の線路導体を直列接続するだけの簡単な構成
で、整合器を小型化することができる。
上述の実施例では、整合器(40)が開放型のマイクロ
ストリップライン構成とされたが、線路導体の両側にそ
れぞれ誘電体層と接地導体とを配した遮蔽型、いわゆる
トリプレット型のマイクロストリップライン構成とすれ
ば、線路導体の幅がほぼ半減されると共に、長さがほぼ にまで低減されて、一層の小型化が可能となる。
整合器(40)がトリプレット型の場合、例えば、2.5G
Hzの周波数帯では、誘電体層の厚さと誘電率が d=1.6mm ε=2.6 であるとき、各線路導体(43)〜(46)の幅と長さはそ
れぞれ次のように設定される。
W43=1.1mm W45=0.7mm W44=W46=4.5mm L43=12mm L45=37.5mm L44=L46=19mm 以上、この発明をマイクロストリップラインに適用し
た実施例について説明したが、この発明は同軸線路にも
同様に適用することができて、この場合も構造はきわめ
て簡単になる。
[発明の効果] 以上詳述のように、この発明によれば、狭帯域のアン
テナと給電線との間に介挿してアンテナと給電線とを広
帯域で整合させるようにしたアンテナの整合装置におい
て、アンテナ側から給電線に向かって順次に配され、そ
のアンテナ及びその給電線間に直列接続された、長さが
ほぼ(1/4)波長で、インピーダンスがほぼ50Ωの第1
の高インピーダンス線路と、長さがほぼ(1/4)波長
で、インピーダンスが50Ωより十分低い第1の低インピ
ーダンス線路と、長さがほぼ(1/2)波長で、インピー
ダンスが50Ωより十分高い第2の高インピーダンス線路
と、長さがほぼ(1/4)波長で、インピーダンスが50Ω
より十分低い第2の低インピーダンス線路とを有するの
で、小型かつ簡単な構造で、狭帯域のアンテナを広帯域
で給電線に整合させることができるアンテナの整合装置
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明によるアンテナの整合装置の一実施例
の構成を示す展開図、第2図〜第6図はこの発明の一実
施例の動作を説明するための線図、第7図はこの発明の
一実施例の特性を示す線図、第8図は従来のアンテナの
整合装置の構成例を示す斜視図、第9図は他の従来例の
構成を示す断面図である。 (10)はアンテナ、(40)は整合器、(43)は標準イン
ピーダンス線路導体、(44),(46)は低インピーダン
ス線路導体、(45)は高インピーダンス線路導体であ
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−276901(JP,A) 特開 昭62−279704(JP,A) 特開 昭57−176802(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01Q 13/08 H01P 5/02 603

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】狭帯域のアンテナと給電線との間に介挿し
    て上記アンテナと上記給電線とを広帯域で整合させるよ
    うにしたアンテナの整合装置において、 上記アンテナ側から上記給電線に向かって順次に配さ
    れ、該アンテナ及び該給電線間に直列接続された、 長さがほぼ(1/4)波長で、インピーダンスがほぼ50Ω
    の第1の高インピーダンス線路と、 長さがほぼ(1/4)波長で、インピーダンスが50Ωより
    十分低い第1の低インピーダンス線路と、 長さがほぼ(1/2)波長で、インピーダンスが50Ωより
    十分高い第2の高インピーダンス線路と、 長さがほぼ(1/4)波長で、インピーダンスが50Ωより
    十分低い第2の低インピーダンス線路とを有することを
    特徴とするアンテナの整合装置。
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