JP3263970B2 - 平面アンテナ - Google Patents

平面アンテナ

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JP3263970B2
JP3263970B2 JP10692792A JP10692792A JP3263970B2 JP 3263970 B2 JP3263970 B2 JP 3263970B2 JP 10692792 A JP10692792 A JP 10692792A JP 10692792 A JP10692792 A JP 10692792A JP 3263970 B2 JP3263970 B2 JP 3263970B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、移動体通信の
分野に適用して好適な比較的にアンテナ利得の高い平面
アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、衛星通信や移動体通信の分野にお
けるアンテナ系としては、通常、構成が簡単で丈夫であ
り、かつ小形で低プロファイルの平面アンテナが広く知
られている。図6および図7に従来の技術による代表的
な平面アンテナの構成の例を示している。
【0003】図6Aは、方形パッチアンテナ1の正面構
成を示している。図6Bは、図6Aに示す方形パッチア
ンテナ1のα6 −α6 線断面を示している。図7Aは、
円形パッチアンテナ11の正面構成を示している。図7
Bは、図7Aに示す円形パッチアンテナ11のα7 −α
7 線断面を示している。
【0004】まず、図6Aおよび図6Bから分かるよう
に、方形パッチアンテナ1は、誘電体層2を介して方形
放射導体3と接地導体4とが対向して配されている。ま
た、方形放射導体3の中心からオフセットした位置に給
電点5が設けられている。この給電点5が誘電体層2を
貫通する給電ピン6を通じて、接地導体4側に配された
給電コネクタ7の心線に接続されている。
【0005】一方、図7Aおよび図7Bから分かるよう
に円形パッチアンテナ11は、誘電体層12を介して円
形放射導体13と接地導体14とが対向して配されてい
る。また、円形放射導体13の中心からオフセットした
位置に給電点15が設けられている。この給電点15が
誘電体層12を貫通する給電ピン16を通じて、接地導
体14側に配された給電コネクタ17の心線に接続され
ている。
【0006】このように構成される方形パッチアンテナ
1および円形パッチアンテナ11の方形放射導体3と円
形放射導体13の寸法は、使用周波数に対して一義的に
定まる。したがって、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は、ある決まった値、具体的に
は7 dBi程度しか得られない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、あ
る通信の分野では、そのアンテナ利得が8 〜10dBi程
度の比較的に高いアンテナ利得が要求されることがあ
る。このような高いアンテナ利得を有するアンテナを上
記した低プロファイルな平面アンテナで実現する場合に
は、上記の方形パッチアンテナ1または円形パッチアン
テナ11を並べて配置する、いわゆるアレー化の技術に
より平面アレーアンテナの構成にして対応するようにし
ていた。しかしながら、このように並べて配置して高い
アンテナ利得を得るようにした従来の技術による平面ア
レーアンテナでは、形状が大形化して、実装設計などが
困難になるという問題があった。
【0008】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であって、単一素子の平面アンテナで比較的に高いアン
テナ利得が得られる平面アンテナを提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の本発明平面アンテ
ナは、例えば、図1に示すように、第1の誘電体層22
を介して配される放射導体23, 24と接地導体25
と、接地導体25と第2の誘電体層26を介して配され
る給電線路27とを備え、上記放射導体23, 24は、
相互に離間して配置され、二つの放射導体23, 24の
互いに他方に近い端部23a, 24aの一部または全部
が導体板28, 29により接地導体25に接続され、二
つの放射導体23, 24には、それぞれ給電点31, 3
2が設けられ、二つの給電点31, 32は、第1および
第2の誘電体層22, 2を貫通する給電ピン35, 3
6を通じて給電線路27のそれぞれの端部37, 38に
接続され、それらそれぞれの端部37, 38からの長さ
の差(L2 −L1 )が波長の半分となる点Mから給電が
行われるようにしたものである。
【0010】第2の本発明平面アンテナは、例えば、図
3に示すように、二つの放射導体23,24の互いに他
方に近い端部の間が導体52により接続されたものであ
る。
【0011】第の本発明平面アンテナは、例えば、図
4に示すように、二つの放射導体23, 24と接地導体
25(図1B参照)とを接続する導体板28, 29(図
1B参照)に代替して、二つの放射導体23, 24と接
地導体25とが導体ピン62またはスルーホールにより
接続されたものである。
【0012】
【作用】第1〜第3の本発明によれば、二つの放射導体
23, 24が180 度の位相差をもって励振される。この
場合、開放端部23b, 24bの外向き法線ベクトル4
8, 49が互いに逆方向を向いていることから、結局、
等価磁流の方向は同一方向になり、したがって、主ビー
ムは正面方向を向くことになる。また、波源が離されて
いるので、これによって、上記主ビームが絞られて比較
的に高いアンテナ利得が得られる。
【0013】
【実施例】以下、本発明平面アンテナの一実施例につい
て図面を参照して説明する。
【0014】図1Aは、本実施例による平面アンテナ2
1の正面構成を示している。図1Bは、その平面アンテ
ナ21のα1 −α1 線断面構成を示している。図1C
は、その平面アンテナ21の背面構成を示している。
【0015】図1A〜図1Cから分かるように、平面ア
ンテナ21には、誘電体層22(第1の誘電体層)を介
して二つの放射導体23,24と接地導体25とが対向
して配されている。また、誘電体層26(第2の誘電体
層)を介して接地導体25と給電線路27とが対向して
配されている。
【0016】放射導体23と放射導体24とは、任意の
間隔c離されて配されている。そして、これら放射導体
23,24の互いに近い方の端部23a,24aが短絡
導体28,29を通じてそれぞれ接地導体25に接続さ
れている。なお、放射導体23,24の互いに遠い方の
端部(以下、必要に応じて開放端部という)23b,2
4bは開放状態にされている。
【0017】これによって、放射導体23と放射導体2
4とは、片側短絡型のパッチアンテナ(図6例に示した
方形平面パッチアンテナの方形放射導体3の1/2の大
きさ)として、それぞれ独立に動作させることができる
ようになる。そのために、放射導体23と放射導体24
とに、それぞれ給電点31,32が設けられる。
【0018】給電点31, 32は、誘電体層22および
誘電体層2を貫通する給電ピン35, 36を通じて給
電線路27の端部37, 38に接続されている。なお、
この端部37, 38における給電ピン35, 36との接
続点を以下、接続点F1およびF2という。
【0019】給電線路27は、略U字状の給電線路40
と、その給電線路40上の点Mに一端部が接続される直
線状の給電線路41とから構成されている。ここで、点
Mは、点Mから点F1 までの給電線路の長さをL1
し、点Mから点F2 までの長さをL2 としたとき、その
長さの差(L2 −L1 )が使用周波数における波長λの
半分の長さになる位置に設定されている。すなわち、点
Mは、(L2 −L1 )=λ/2が成立する位置に設定さ
れている。
【0020】給電線路41は、インピーダンス整合のた
めの1/4λ変成42と給電線路43とから構成され
ている。給電線路41の他端部は、給電ポートとしての
給電コネクタ44の心線に接続されている。給電コネク
タ44のアース側は接地導体25に接続されている。電
力の入出力は、この給電コネクタ44を通じて行われ
る。
【0021】次に、上記実施例の動作について説明す
る。
【0022】二つの放射導体23, 24が、それぞれ、
片側短絡型パッチアンテナとして180 度の位相差をもっ
て励振されることになる。この場合、放射導体23, 2
4の開放端部23b, 24bの外向き法線ベクトル4
8, 49の方向が互いに逆方向になっていることから、
等価磁流の方向は同一方向になる。したがって、主ビー
ムの方向は、正面方向(図1A中紙面と直交する上方
向)を向くことになる。これは、図6または図7に示し
た従来のパッチアンテナと同一方向である。
【0023】この場合、波源が、そのような従来のパッ
チアンテナに比較して、間隔cだけ離れているので、上
記主ビームが絞られることになり、比較的に高いアンテ
ナ利得が得られることになる。
【0024】図2は、図1例に示す平面アンテナ21の
アンテナ利得特性を示している。この図2では、使用周
波数f=3 GHzで、放射導体23,24の短辺長a、
長辺長b、放射導体23,24間の間隔c、接地導体2
5(正方形)の1辺長d、誘電体層22の厚みhおよび
誘電体層22,26の比誘電体率εrは、それぞれ次の
ように設定されている。 a=14.8mm b=29.6mm c=20mm(実線の特性)、c=10mm(一点鎖線の特
性) c=0 mm(点線の特性) d=90mm、h=1.6 mm、εr=2.6
【0025】図2の特性から分かるように、平面アンテ
ナ21では、間隔c=20mmのとき、正面方向(θ=0
゜)におけるアンテナ利得が8.8 dBiと比較的に高い
値になる。また、間隔c=10mmのとき、正面方向(θ
=0 ゜)におけるアンテナ利得が7.7 dBiと比較的に
高い値になる。なお、間隔c=0 mmのとき、正面方向
(θ=0 ゜)におけるアンテナ利得が6.7 dBiにな
り、この値は、従来の技術の項で示した平面アンテナと
同一の値である。
【0026】このように、上記した実施例によれば、比
較的に高いアンテナ利得を有する平面アンテナを実現す
ることができる。しかも、単一素子で実現することがで
きるので、平面アレーアンテナに比較して実装設計が容
易になり、また形状が小形化される。したがって、コス
トも低減する。
【0027】図3は、本発明の他の実施例による平面ア
ンテナ51の正面構成を示している。この平面アンテナ
51は、図1に示した平面アンテナ21において、放射
導体23,24の互いに近い方の端部23a,24aを
導体52で接続した構成を有しており、背面構成などそ
の他の構成は同一の構成になっている。この平面アンテ
ナ51の動作は、図1例に示した平面アンテナ21と同
一であり、したがって、アンテナ利得特性も図2に示し
たのと同一である。
【0028】図4は、本発明のさらに他の実施例による
平面アンテナ61の正面構成を示している。この平面ア
ンテナ61は、図1に示した平面アンテナ21におい
て、短絡導体28,29を複数個の導体ピン62で代替
した構成になっている。導体ピン62に代替してスルー
ホールにしてもよい。背面構成などその他の構成は図1
例に示した平面アンテナ21と同一の構成になってい
る。したがって、アンテナ利得特性も図2に示したのと
同一である。このように構成することによりアンテナの
製作が一層容易になる。
【0029】図5は、本発明のさらに他の実施例による
平面アンテナ71の正面構成を示している。この図5例
では、図1〜図3に示した矩形状の放射導体23,24
を略半円状の放射導体72,73に変更した形状にして
いる。また、全体形状をその半円状に合わせた形状に形
成している。このように構成してもアンテナ利得特性は
図2に示したのとほぼ同様の特性が得られる。
【0030】なお、放射導体等の形状は、半円形に限ら
ず、任意の形状に形成することができる。
【0031】また、本発明は、上記した実施例に限ら
ず、本発明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り
うることはもちろんである。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
二つの放射導体が180 度の位相差をもって励振される
が、開放端部の外向き法線ベクトルが互いに逆方向を向
いていることから、結局、等価磁流の方向は同一方向に
なり、したがって、主ビームは正面方向を向くことにな
る。また、波源が離されているので、これによって、上
記主ビームが絞られ、単一素子で比較的に高いアンテナ
利得が得られるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明平面アンテナの一実施例の構成を示す
線図である。
【図2】 図1例に示す平面アンテナのアンテナ利得特
性を示す線図である。
【図3】 本発明平面アンテナの他の実施例の構成を示
す線図である。
【図4】 本発明平面アンテナのさらに他の実施例の構
成を示す線図である。
【図5】 本発明平面アンテナのさらに他の実施例の構
成を示す線図である。
【図6】 従来の技術による平面アンテナのうち、方形
パッチアンテナの例の構成を示す線図である。
【図7】 従来の技術による平面アンテナのうち、円形
パッチアンテナの例の構成を示す線図である。
【符号の説明】
21,51,61,71 平面アンテナ 22,26 誘電体層 23,24 放射導体 25 接地導体 27 給電線路 28,29 短絡導体 31,32 給電点

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一平面上において軸対象である位置に
    離間して形成された一対の放射導体と、第1の誘電体層
    と、接地導体と、第2の誘電体層と、給電線路とを備
    え、 上記一対の放射導体と上記接地導体とは上記第1の誘電
    体層を挟んで配置され、 上記給電線路と上記接地導体とは上記第2の誘電体層を
    挟んで配置された構造を有する平面アンテナであって、 上記一対の放射導体の互いに他方に近い端部の一部また
    は全部が導体板により上記接地導体に接続され、 上記一対の放射導体には、それぞれ給電点が設けられ、 上記それぞれの給電点は、上記第1および第2の誘電体
    層を貫通する導体を通じて上記給電線路のそれぞれの端
    部に接続され、上記給電線路のそれぞれの端部からの長
    さの差が波長の半分となる点から給電が行るようにし
    たことを特徴とする平面アンテナ。
  2. 【請求項2】 上記一対の放射導体の互いに他方に近い
    端部の間が導体により接続されたことを特徴とする請求
    項1記載の平面アンテナ。
  3. 【請求項3】 上記一対の放射導体と上記接地導体とを
    接続する導体板に代替して、上記一対の放射導体と上記
    接地導体とが導体ピンまたはスルーホールにより接続さ
    れたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の平
    面アンテナ。
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