JP3003267B2 - 平面アンテナ - Google Patents
平面アンテナInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、誘電体を介して接地
導体と放射導体とが対向して配されてなる平面アンテナ
に関する。
導体と放射導体とが対向して配されてなる平面アンテナ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】平面アンテナとしてマイクロストリップ
アンテナがあり、マイクロストリップアンテナとして、
例えば方形パッチアンテナが知られている。
アンテナがあり、マイクロストリップアンテナとして、
例えば方形パッチアンテナが知られている。
【０００３】図７を使用して方形パッチアンテナの構成
を説明する。図７Ａは方形パッチアンテナの平面図、図
７ＢはそのＩ−Ｉ線断面図である。
を説明する。図７Ａは方形パッチアンテナの平面図、図
７ＢはそのＩ−Ｉ線断面図である。
【０００４】同図において、１は方形の放射導体、２は
方形の誘電体、３は方形の接地導体である。放射導体１
は誘電体２を介して接地導体３と対向して形成される。
誘電体２と接地導体３は同一の大きさとされ、放射導体
１はこれらより小さく印刷で形成される。誘電体２とし
ては、例えばテフロン（登録商標）ファイバーグラス
（比誘電率εr ＝２．６）が使用される。
方形の誘電体、３は方形の接地導体である。放射導体１
は誘電体２を介して接地導体３と対向して形成される。
誘電体２と接地導体３は同一の大きさとされ、放射導体
１はこれらより小さく印刷で形成される。誘電体２とし
ては、例えばテフロン（登録商標）ファイバーグラス
（比誘電率εr ＝２．６）が使用される。
【０００５】また、放射導体１には中心からオフセット
された位置に給電点４が設けられ、この給電点４は接地
導体３側に配される給電ポート（コネクタ）５の内部導
体に接続される。この給電ポート５の外部導体は接地導
体３に接続される。
された位置に給電点４が設けられ、この給電点４は接地
導体３側に配される給電ポート（コネクタ）５の内部導
体に接続される。この給電ポート５の外部導体は接地導
体３に接続される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した方形パッチア
ンテナは、構成がシンプルで、薄く丈夫である等、多く
の特長を持っている。
ンテナは、構成がシンプルで、薄く丈夫である等、多く
の特長を持っている。
【０００７】しかし、放射導体１の寸法は共振波長に対
してある決まった大きさのみしか許されず、これにより
波長に対する波源の相対的大きさに依存するアンテナ利
得も、ある決まった値しか得られない。
してある決まった大きさのみしか許されず、これにより
波長に対する波源の相対的大きさに依存するアンテナ利
得も、ある決まった値しか得られない。
【０００８】方形パッチアンテナの場合、その放射導体
１の辺長ａf は、最低次モード（ＴＭ10）において、数
１により決定される。この式で、Ｃは光速、ｆは共振周
波数、ｔは誘電体２の厚み、εr は誘電体２の比誘電
率、ｘは放射導体１の形状に固有な固有関数の固有値で
あり、方形パッチアンテナではｘ＝πである。
１の辺長ａf は、最低次モード（ＴＭ10）において、数
１により決定される。この式で、Ｃは光速、ｆは共振周
波数、ｔは誘電体２の厚み、εr は誘電体２の比誘電
率、ｘは放射導体１の形状に固有な固有関数の固有値で
あり、方形パッチアンテナではｘ＝πである。
【０００９】
【数１】
【００１０】ここで、ｔ＝１．６ｍｍ、εr ＝２．６、
共振周波数ｆ＝３０００ＭＨｚを考えると、辺長ａf は
２９．６ｍｍとなり、これに対する利得の計算値は約７
ｄＢｉとなる。
共振周波数ｆ＝３０００ＭＨｚを考えると、辺長ａf は
２９．６ｍｍとなり、これに対する利得の計算値は約７
ｄＢｉとなる。
【００１１】図８および図９は、ａf ＝２９．６ｍｍ、
ｔ＝１．６ｍｍ、εr ＝２．６、接地導体３の辺長Ｄ＝
８０ｍｍであるときの、リターンロスおよび放射パター
ンの測定結果である。この例では、共振周波数ｆo ＝２
９８４ＭＨｚにおいて、利得Ｇａ＝７．１ｄＢｉを得て
いる。
ｔ＝１．６ｍｍ、εr ＝２．６、接地導体３の辺長Ｄ＝
８０ｍｍであるときの、リターンロスおよび放射パター
ンの測定結果である。この例では、共振周波数ｆo ＝２
９８４ＭＨｚにおいて、利得Ｇａ＝７．１ｄＢｉを得て
いる。
【００１２】この利得を可変しようとすると、従来で
は、誘電体２の比誘電率εr を変えて辺長ａf を変える
以外に方法がなく、現在のところ、損失が少なく、特性
の安定した誘電体材料は数種類あるのみで、所望の利得
を実現するのは難しい状況にある。
は、誘電体２の比誘電率εr を変えて辺長ａf を変える
以外に方法がなく、現在のところ、損失が少なく、特性
の安定した誘電体材料は数種類あるのみで、所望の利得
を実現するのは難しい状況にある。
【００１３】そこで、この発明では、誘電体材料に依存
せずに、利得の可変を実現するものである。
せずに、利得の可変を実現するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明は、誘電体を介
して接地導体と放射導体とが対向して配されてなる平面
アンテナにおいて、放射導体を方形リング状に形成し、
このリング状放射導体の内周部の全周に亘って、その一
部あるいは全部を接地導体に接続してなるものである。
して接地導体と放射導体とが対向して配されてなる平面
アンテナにおいて、放射導体を方形リング状に形成し、
このリング状放射導体の内周部の全周に亘って、その一
部あるいは全部を接地導体に接続してなるものである。
【００１５】
【作用】上述構成では、放射導体１′が方形リング状に
形成され、その内周部が接地導体３に接続されるため、
方形パッチアンテナと比較して固有値ｘが大きくなる。
この固有値ｘの増加量はリング比、すなわち内外周の辺
長比に応じて変化する。固有値ｘが大きくなる分、同一
共振周波数において放射導体１′の辺長（外周の辺長）
ａf を大きくできる。波源が大きくなる分利得が高くな
る。
形成され、その内周部が接地導体３に接続されるため、
方形パッチアンテナと比較して固有値ｘが大きくなる。
この固有値ｘの増加量はリング比、すなわち内外周の辺
長比に応じて変化する。固有値ｘが大きくなる分、同一
共振周波数において放射導体１′の辺長（外周の辺長）
ａf を大きくできる。波源が大きくなる分利得が高くな
る。
【００１６】
【実施例】以下、図１を参照しながら、この発明の一実
施例について説明する。図１Ａは平面図、図１ＢはＩ−
Ｉ線断面図である。図１において、図７と対応する部分
には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
施例について説明する。図１Ａは平面図、図１ＢはＩ−
Ｉ線断面図である。図１において、図７と対応する部分
には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００１７】本例では、接地導体３と対向して方形リン
グ状の放射導体１′が配される。そして、この放射導体
１′の内周部は接地導体３と接続される（図１Ｂ参
照）。
グ状の放射導体１′が配される。そして、この放射導体
１′の内周部は接地導体３と接続される（図１Ｂ参
照）。
【００１８】本例は以上のように構成され、その他は図
７の例と同様に構成される。本例においては、放射導体
１′が方形リング状とされると共に、その内周部が接地
されるので、図７の例の方形パッチアンテナと比較して
固有値ｘが大きくなる。
７の例と同様に構成される。本例においては、放射導体
１′が方形リング状とされると共に、その内周部が接地
されるので、図７の例の方形パッチアンテナと比較して
固有値ｘが大きくなる。
【００１９】この固有値ｘの増加量はリング比、すなわ
ち放射導体１′の内周の辺長ｂとその外周の辺長ａf と
の比（ｂ／ａf ）が大きくなる程大きくなる。ただし、
リング比ｂ／ａf には実用上の上限値がある。
ち放射導体１′の内周の辺長ｂとその外周の辺長ａf と
の比（ｂ／ａf ）が大きくなる程大きくなる。ただし、
リング比ｂ／ａf には実用上の上限値がある。
【００２０】図２は、放射導体を円形リング状とし、そ
の内周部を接地した円形リングアンテナにおいて、固有
値ｘを３種のモード（ＴＭ01，ＴＭ11，ＴＭ21）に対し
てプロットしたものである。ＴＭ01モードとＴＭ11モー
ドでは、リング比ｂ／ａ（内外周の半径比）の増加に伴
って固有値ｘが徐々に近付いていき、ついには略同じ値
となる。この現象をモードが縮退しているといい、異な
る２つのモードが略同じ周波数で共振する。このように
異なるモードで固有値ｘが極度に近付く領域での使用に
あっては、安定した放射特性が得られず、特に円偏波励
振時には軸比を大きく劣化させる原因ともなる。以上の
理由から、主モードであるＴＭ11での使用は、リング比
ｂ／ａ＝０．５付近が上限値であると考えられる。
の内周部を接地した円形リングアンテナにおいて、固有
値ｘを３種のモード（ＴＭ01，ＴＭ11，ＴＭ21）に対し
てプロットしたものである。ＴＭ01モードとＴＭ11モー
ドでは、リング比ｂ／ａ（内外周の半径比）の増加に伴
って固有値ｘが徐々に近付いていき、ついには略同じ値
となる。この現象をモードが縮退しているといい、異な
る２つのモードが略同じ周波数で共振する。このように
異なるモードで固有値ｘが極度に近付く領域での使用に
あっては、安定した放射特性が得られず、特に円偏波励
振時には軸比を大きく劣化させる原因ともなる。以上の
理由から、主モードであるＴＭ11での使用は、リング比
ｂ／ａ＝０．５付近が上限値であると考えられる。
【００２１】本例のように放射導体１′を方形リング状
とするアンテナにも同様のことが考えられ、実験によっ
て縮退の現象が確認されている。つまり、この現象によ
ってリング比ｂ／ａf の上限値が決定される。
とするアンテナにも同様のことが考えられ、実験によっ
て縮退の現象が確認されている。つまり、この現象によ
ってリング比ｂ／ａf の上限値が決定される。
【００２２】本例においては、上述したように固有値ｘ
が大きくなるため、同一共振周波数ｆにおいて放射導体
１′の辺長ａf を大きくできる（数１参照）。これによ
り、波源が大きくなり、その分だけ利得を高くできる。
が大きくなるため、同一共振周波数ｆにおいて放射導体
１′の辺長ａf を大きくできる（数１参照）。これによ
り、波源が大きくなり、その分だけ利得を高くできる。
【００２３】図３および図４は、放射導体１′の外周の
辺長ａf ＝４１．０ｍｍ、内周の辺長ｂ＝１７．０ｍ
ｍ、誘電体２の厚みｔ＝１．６ｍｍ、誘電体２の比誘電
率εr＝２．６、接地導体３の辺長Ｄ＝９０ｍｍである
ときの、リターンロスおよび放射パターンの測定結果で
ある。なお、放射導体１′の内周部の接地導体３との接
続は、φ＝０．４ｍｍのスルーホールを１．０ｍｍ間隔
で設けることで代行している。
辺長ａf ＝４１．０ｍｍ、内周の辺長ｂ＝１７．０ｍ
ｍ、誘電体２の厚みｔ＝１．６ｍｍ、誘電体２の比誘電
率εr＝２．６、接地導体３の辺長Ｄ＝９０ｍｍである
ときの、リターンロスおよび放射パターンの測定結果で
ある。なお、放射導体１′の内周部の接地導体３との接
続は、φ＝０．４ｍｍのスルーホールを１．０ｍｍ間隔
で設けることで代行している。
【００２４】この例では、共振周波数ｆo ＝２９６６Ｍ
Ｈｚにおいて、利得Ｇａ＝８．２ｄＢｉが得られる。上
述した方形パッチアンテナの測定結果と比較すると、略
同一の周波数で共振しているにも拘らず、辺長ａf が大
きくなり、利得が高くなっている。
Ｈｚにおいて、利得Ｇａ＝８．２ｄＢｉが得られる。上
述した方形パッチアンテナの測定結果と比較すると、略
同一の周波数で共振しているにも拘らず、辺長ａf が大
きくなり、利得が高くなっている。
【００２５】このように本例によれば、方形パッチアン
テナと比較して固有値ｘを大きくでき、同一共振周波数
において放射導体１′の辺長ａf を大きくでき、利得を
高くできる。そして、固有値ｘはリング比ｂ／ａf に応
じて変化するため、リング比ｂ／ａf を調整すること
で、利得を調整できる。これにより、誘電体２の材料に
依存せずに利得の可変を実現できる。
テナと比較して固有値ｘを大きくでき、同一共振周波数
において放射導体１′の辺長ａf を大きくでき、利得を
高くできる。そして、固有値ｘはリング比ｂ／ａf に応
じて変化するため、リング比ｂ／ａf を調整すること
で、利得を調整できる。これにより、誘電体２の材料に
依存せずに利得の可変を実現できる。
【００２６】なお、上述実施例は、直線偏波を発生させ
るものを示したが、円偏波を発生させるものにもこの発
明を同様に適用することができる。
るものを示したが、円偏波を発生させるものにもこの発
明を同様に適用することができる。
【００２７】例えば、図５に示すように、２個の給電点
４Ａ，４Ｂを設け、それぞれの給電点４Ａ，４Ｂに９０
°の位相差をつけて給電する回路（図示せず）を付加し
た構成のもの、あるいは図６Ａ〜図６Ｃに示すように、
１点給電縮退分離型の構成のものが考えられる。図６Ａ
は放射導体１′に切り欠き６を設けることによって、図
６Ｂは放射導体１′にスタブ７を設けることによって、
さらに図６Ｃは放射導体１′の２組の辺長ａf ，ａf ′
を異ならせることで縮退を解いている。
４Ａ，４Ｂを設け、それぞれの給電点４Ａ，４Ｂに９０
°の位相差をつけて給電する回路（図示せず）を付加し
た構成のもの、あるいは図６Ａ〜図６Ｃに示すように、
１点給電縮退分離型の構成のものが考えられる。図６Ａ
は放射導体１′に切り欠き６を設けることによって、図
６Ｂは放射導体１′にスタブ７を設けることによって、
さらに図６Ｃは放射導体１′の２組の辺長ａf ，ａf ′
を異ならせることで縮退を解いている。
【００２８】また、上述実施例においては、放射導体
１′の内周部を接地導体３に接地する際、放射導体１′
の導体部を延長して全部を接続するようにしているが、
スルーホールあるいはピン等を使用して一部を接続する
ようにしてもよい。この場合、スルーホールあるいはピ
ン等の配置間隔については、間隔が誘電体２の厚みｔと
同程度以下であれば、全接地と略同等の効果を得ること
ができる。
１′の内周部を接地導体３に接地する際、放射導体１′
の導体部を延長して全部を接続するようにしているが、
スルーホールあるいはピン等を使用して一部を接続する
ようにしてもよい。この場合、スルーホールあるいはピ
ン等の配置間隔については、間隔が誘電体２の厚みｔと
同程度以下であれば、全接地と略同等の効果を得ること
ができる。
【００２９】
【発明の効果】この発明によれば、リング比を調整する
ことで利得を調整でき、誘電体の材料に依存せずに利得
の可変を実現できる。また、複数個の平面アンテナをア
レー化して利得を調整するものと比較して、１素子のみ
で構成できるので、設計労力の軽減、アンテナの小型
化、生産コストの縮小等の効果が得られる。
ことで利得を調整でき、誘電体の材料に依存せずに利得
の可変を実現できる。また、複数個の平面アンテナをア
レー化して利得を調整するものと比較して、１素子のみ
で構成できるので、設計労力の軽減、アンテナの小型
化、生産コストの縮小等の効果が得られる。
【図１】実施例（直線偏波）の構成図である。
【図２】リング比と固有値の関係を示す図である。
【図３】実施例のリターンロスを示す図である。
【図４】実施例の放射パターンを示す図である。
【図５】他の実施例（円偏波）の構成図である。
【図６】他の実施例（円偏波）の構成図である。
【図７】方形パッチアンテナの構成図である。
【図８】方形パッチアンテナのリターンロスを示す図で
ある。
ある。
【図９】方形パッチアンテナの放射パターンを示す図で
ある。
ある。
１′ 放射導体 ２ 誘電体 ３ 接地導体 ４，４Ａ，４Ｂ 給電点 ５ 給電ポート（コネクタ） ６ 切り欠き ７ スタブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 13/08 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 誘電体を介して接地導体と放射導体とが
対向して配されてなる平面アンテナにおいて、上記放射
導体を方形リング状に形成し、このリング状放射導体の
内周部の全周に亘って、その一部あるいは全部を上記接
地導体に接続してなる平面アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3118772A JP3003267B2 (ja) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | 平面アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3118772A JP3003267B2 (ja) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | 平面アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04345302A JPH04345302A (ja) | 1992-12-01 |
| JP3003267B2 true JP3003267B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=14744697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3118772A Expired - Lifetime JP3003267B2 (ja) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | 平面アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3003267B2 (ja) |
-
1991
- 1991-05-23 JP JP3118772A patent/JP3003267B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04345302A (ja) | 1992-12-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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