JP3063826B2 - 多重周波数アンテナ - Google Patents

多重周波数アンテナ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信システム
用の多周波数アンテナを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】無線システムに用いられる多周波数アン
テナやその派生物を製造するために、幾つかの方法が提
案されてきた。
【0003】図7に、二重積層型素子の一例を示す。こ
れは、'dual frequency multilayedcircular patch ant
enna with self diplexing function',( H. Iwasaki &
Y.Suzuki, Electronics Letters 13th April 1995, vol
31 n. 8 pp 599-600)に開示されている。この素子は、
第1の基板14上にプリントされた第1の円形パッチ1
3と、第2の層16上にプリントされた半径の異なる第
2の円形パッチ15から構成されている。第2の円形パ
ッチ15は単なるリングであってもよい。最も単純な作
動方法は、次のとおりである。
【0004】第1の円形パッチ13は、第1の基板14
を貫通する同軸線路17により励振される。第2の円形
パッチ15は、第1の円形パッチ13による結合作用に
より励振される。なお、2つの別々の同軸線路により、
これら2つの積層パッチに給電する方法もある。
【0005】図8に、対数周期アレイ構造に基づく、別
の従来例の構造を示す。これは、Antenna Theory and D
esign,( W.L. Stutzman & G.A. Thiele, John Wiley an
d Sons, 1981, pp 295-303) に開示されている。
【0006】これは、第1の周波数に適合した第1の方
形パッチ19と、これに接続された第1の給電線路FL
18と、第2の給電線路21を介して第1の方形パッチ
19に接続された第2の方形パッチ20とを、基板23
上に形成して構成されている。22は給電用のポートで
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術における問
題点の一つとして、多層構造を用いているということが
挙げられる。このことは、このような構造を配置するた
めに要するいくつかの加工工程と調整時間が追加される
ことを意味する。このために、製造コストが高くなって
しまう。すなわち、これらの構造に用いられる多層構造
では、コネクタが一つ以上の層を通過しなければならな
いため、いくつかの加工工程が必要となる。これらの工
程は、開口を形成して、コネクタを固定するものであ
る。
【0008】更に、これら従来構造の大半は大きくてか
さばるものであり、移動通信システムとして実際に用い
るには有用でない。すなわち、複数の動作周波数を使用
するためには、必要な周波数の種類と同数のパッチアン
テナを直列に接続することが考えられる。この場合に
は、必要とする周波数の種類が増えるほど、ますます多
くの空間が必要となる。
【0009】本発明の課題は、従来方法の欠点を解消
し、パーソナル通信に用いられる小型の多重周波数アン
テナを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に形成された方形パッチによるアンテナと、これを囲む
ように形成されたU字型パッチによるU字型プリントア
ンテナとを含み、前記U字型プリントアンテナは、前記
基板に設けられたポートにより給電される、前記基板に
設けられた線路に接続されており、前記方形パッチは前
記U字型パッチによる結合作用により励振され、前記U
字型パッチと前記方形パッチとの間の縦方向の間隔D1
及び横方向の間隔D2と、前記U字型パッチと前記方形
パッチの幅W1及びW2は、対象となる2つの異なる共
振周波数F1とF2において最適マッチングとなるよう
に調節され、前記共振周波数F1及びF2はそれぞれ、
前記U字型パッチと前記方形パッチの共振縁部の長さR
L1及びRL2により設定されることを特徴とする多重
周波数アンテナが提供される。
【0011】なお、前記方形パッチの共振縁部の長さR
L2は、前記U字型パッチの共振縁部の長さRL1より
短くても長くてもよい。
【0012】本発明によればまた、前記方形パッチによ
るアンテナを囲むように形成される前記U字型プリント
アンテナを2つ以上備えることにより、2種類以上の周
波数帯域を提供することを特徴とする多重周波数アンテ
ナが提供される。
【0013】本発明によれば更に、前記多重周波数アン
テナを、同一基板上にアレイ状に配置して成る共面給電
システム用の多重周波数アンテナが提供される。
【0014】
【作用】方形パッチアンテナに対する共振周波数は、所
望の周波数における共振縁部の長さにより決定される。
その際、給電システムは、放射構造を介して自由空間に
入力ポートを整合させるためのマッチング回路を提供す
る。非共振縁部の長さを変えることにより、パッチ自体
を調整してその入力インピーダンスを変更することがで
きる。共振縁部は、一般に、1/4誘導波長である。し
たがって、U字型パッチと小型の方形パッチからなる大
型の方形構造は周波数F1に共振し、小型の方形パッチ
は周波数F1より高い別の周波数に共振する。本構造の
全体的なマッチングは、U字型アンテナの非共振縁部と
幅との組合せにより与えられる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図1を参照すると、本発明のプリントア
ンテナは、予め定められた寸法を有するアンテナ1とし
て機能する長方形の金属プリント構造が、U字型プリン
トアンテナ2により囲まれた構造を備えている。このU
字型プリントアンテナ2は、ポート4により給電される
線路3に接続されている。これらの形状は、単一の基板
5上にプリントされている。U字型プリントアンテナ2
におけるU字型パッチとアンテナ1における方形パッチ
との間の距離D1及びD2と、U字型パッチと方形パッ
チの幅W1及びW2は、2つの周波数F1とF2に対す
る最適マッチングが得られるように調節される。共振周
波数は、各構造の共振縁部の長さRL1及びRL2によ
り固定される。
【0016】図中、縦方向の高さ寸法42.13mmで
水平共振縁部の寸法が31.9mmの方形パッチを放射
構造として用いた場合のマッチング性能の測定例を図2
に示す。
【0017】U字型パッチは、幅W1が13.5mm
で、U字の底の部分の幅(図中、左右方向の寸法)が1
7.24mm、長さRL1が31.9mmである。U字
型パッチの縦方向の寸法の合計は、42.13mmであ
る。内側の方形パッチは、長さ14.53mmの正方形
パッチである。U字型パッチと方形パッチの間隔は垂直
方向(D1)において0.3mmであり、水平方向(D
2)においては0.13mmである。
【0018】この構造は、誘電率3.48で厚さ1.6
mmの基板5上にプリントされている。
【0019】この構造は、2.4GHzの第1の共振周
波数に対して、15dBよりも良好なマッチングを示
し、5.2GHzの第2の共振周波数に対して、8dB
程度のマッチングを示している。この構造の利得は、単
一の独立パッチと同様である。
【0020】図3を参照すると、上記実施の形態の変形
例として、アンテナ1における方形パッチの共振長さR
L2を、U字型プリントアンテナ2におけるU字型パッ
チの共振長さRL1より短くても長くてもよいとした構
造が示されている。
【0021】本形態は、17.2GHz及び24GHz
の二重周波数帯域をもつように設計されている。U字型
パッチの長さ(横方向)は3.4mm、各分岐の幅は
1.1mm、U字の底の幅は1mm、幅(縦方向)の合
計は、5.1mmである。内側の方形パッチは、2.6
mmの正方形パッチである。パッチ間の間隔は、垂直方
向(図1のD1に対応)に0.15mm、水平方向(図
1のD2に対応)に0.2mmである。方形パッチは、
0.4mmだけU字型パッチより外側に出ている。図4
からわかるように、第1の共振周波数に対して、15d
Bよりも良好なマッチングを示し、第2の共振周波数に
対して、10dBよりも良好なマッチングを示してい
る。
【0022】上記実施の形態の他の変形例として、上記
構造が、一つの長方形のアンテナ6と二つ以上のU字型
プリントアンテナ2、2−1、…を有し、2つ以上の周
波数帯域を提供する構造が図5に示されている。主とな
るU字型構造プリントアンテナ2は、ポート4より給電
される線路3により給電される。このU字型パッチの内
側に、長さの異なるU字型パッチ2−1を必要な数だけ
設けることができる。最終的に、最後のU字型パッチ
に、方形パッチ6を設ける。
【0023】この構造においては、U字型パッチ間の間
隔DR及びDTと、U字型パッチの各々の幅と、方形パ
ッチの寸法を調整することにより、全体的なマッチング
が達成される。
【0024】図6を参照すると、上記実施の形態の更に
他の変形として、種々の共面給電システムにおける単一
の素子をアレイ状に配置し得る構造が示されている。図
6には、予め定められた距離DY(等間隔であってもな
くてもよい)をおいたn個の素子10の列と、予め定め
られた距離DY1(図中、縦方向の間隔であって、等間
隔であってもなくてもよい)をおいたk個の素子10の
行を含むアレイの例が示されている。各ポートに対する
給電システムは、図6の最初の列に示すように統合的な
給電ネットワークでも、k列に示すような直列ネットワ
ークでもよい。これにより、2つの定められた周波数F
1及びF2に対してビーム形成が可能となる。
【0025】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ばパーソナル通信に適した小型の多重周波数アンテナを
安価で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の構造を示す図であ
る。
【図2】図1の構造により得られるマッチング性能を示
す図である。
【図3】図1の変形例による構造を示す図である。
【図4】図3の変形例により得られるマッチング性能を
示す図である。
【図5】図1の他の変形例による構造を示す図である。
【図6】図1の更に他の変形例による構造を示す図であ
る。
【図7】従来の二重周波数積層パッチを示す図である。
【図8】従来の二重周波数共面構造を示す図である。
【符号の説明】
3,18,21 給電用の線路 1,6 アンテナ 4,22 ポート 2,2−1 U字型プリントアンテナ 17 同軸線路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−6106(JP,A) 特開 平2−79602(JP,A) 特開 昭59−16402(JP,A) 実開 平3−103609(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 21/30 H01Q 5/01 H01Q 13/08

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された方形パッチによるア
    ンテナと、これを囲むように形成されたU字型パッチに
    よるU字型プリントアンテナとを含み、 前記U字型プリントアンテナは、前記基板に設けられた
    ポートにより給電される、前記基板に設けられた線路に
    接続されており、前記方形パッチは前記U字型パッチによる結合作用によ
    り励振され、 前記U字型パッチと前記方形パッチとの間の縦方向の間
    隔D1及び横方向の間隔D2と、前記U字型パッチと前
    記方形パッチの幅W1及びW2は、対象となる2つの異
    なる共振周波数F1とF2において最適マッチングとな
    るように調節され、 前記共振周波数F1及びF2はそれぞれ、前記U字型パ
    ッチと前記方形パッチの共振縁部の長さRL1及びRL
    2により設定されることを特徴とする多重周波数アンテ
    ナ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の多重周波数アンテナにお
    いて、前記方形パッチの共振縁部の長さRL2は、前記
    U字型パッチの共振縁部の長さRL1より短くても長く
    てもよいことを特徴とする多重周波数アンテナ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の多重周波数アンテナにお
    いて、前記方形パッチによるアンテナを囲むように形成
    される前記U字型プリントアンテナを2つ以上備えるこ
    とにより、2種類以上の周波数帯域を提供することを特
    徴とする多重周波数アンテナ。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の多重周波数アンテナを、
    同一基板上にアレイ状に配置して成る共面給電システム
    用の多重周波数アンテナ。
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