JP3344467B2 - デュアルモードパッチアンテナ - Google Patents
デュアルモードパッチアンテナInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動通信システム
などの分野で用いられるパッチアンテナに関し、特に、
第１の周波数に対して直線偏波パッチアンテナとして機
能し第２の周波数に対して円偏波パッチアンテナとして
機能する、デュアルモードの平面型二重周波数パッチア
ンテナに関する。
などの分野で用いられるパッチアンテナに関し、特に、
第１の周波数に対して直線偏波パッチアンテナとして機
能し第２の周波数に対して円偏波パッチアンテナとして
機能する、デュアルモードの平面型二重周波数パッチア
ンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】移動通信などの分野では、アンテナの小
型化を図るために、板状の誘電体の表面に導体からなる
パッチを配置したパッチアンテナが広く使用されてお
り、また、移動通信用途に適した円偏波アンテナについ
てもいくつか提案されている。
型化を図るために、板状の誘電体の表面に導体からなる
パッチを配置したパッチアンテナが広く使用されてお
り、また、移動通信用途に適した円偏波アンテナについ
てもいくつか提案されている。
【０００３】矩形パッチを用い単一の周波数帯で動作す
る円偏波アンテナはよく知られているが、異なる２以上
の周波数帯で動作するパッチアンテナ、特に、第１の周
波数帯では直線偏波パッチアンテナとして機能し、第１
の周波数帯とは異なる第２の周波数帯では円偏波パッチ
アンテナとして機能するパッチアンテナが望まれるよう
になってきた。具体的には、低コストで小型の多モード
アンテナによって、地上直線偏波システムおよび円偏波
衛星リンクなどのいくつかの利用分野を組み合わせるこ
とが望まれるようになってきた。
る円偏波アンテナはよく知られているが、異なる２以上
の周波数帯で動作するパッチアンテナ、特に、第１の周
波数帯では直線偏波パッチアンテナとして機能し、第１
の周波数帯とは異なる第２の周波数帯では円偏波パッチ
アンテナとして機能するパッチアンテナが望まれるよう
になってきた。具体的には、低コストで小型の多モード
アンテナによって、地上直線偏波システムおよび円偏波
衛星リンクなどのいくつかの利用分野を組み合わせるこ
とが望まれるようになってきた。
【０００４】異なる２周波数で使用可能なパッチアンテ
ナである二重周波数アンテナとして、D.Sauchez-Hernan
dez, G.Passiopoulos Ian, D.Robertson, "single fed
dualband circularly polarized microstrip patch ant
ennas", 26th EuMc 9- 12,september 1996, Prague, 27
3-277に示されるものがある。図９は、そのような二重
周波数アンテナを示している。このアンテナでは、誘電
体５５の表面に、給電点５６から電力供給を受ける矩形
のパッチ５７が設けられており、このパッチ５７は、第
１の周波数ｆ１に一致するように構成されている。誘電
体５５の裏面側には、地板５３が形成されている。さら
に、パッチ５７の４辺のうち隣接する２辺には、それぞ
れ、内側に切れ込むようなスリット部５８が設けられて
いる。このスリット部５８の形状は、対応する辺に平行
な部分が長い逆Ｌ字型となっている。このスリット部５
８のスリット幅をＷＬＳＬとし、スリット部５８のうち
辺に平行な部分の長さをＬＳＬとすれば、このＷＬＳＬ
とＬＳＬとを調整することにより、スリット部５８がフ
ィルター効果を有して第２の周波数ｆ２に対して共振す
るようにすることができる。これにより、このパッチア
ンテナは、２つの異なる周波数ｆ１，ｆ２で使用できる
ようになり、二重周波数アンテナとして機能するように
なる。このアンテナでは、スリット部５８のサイズ、位
置によって、軸比を調整することができる。
ナである二重周波数アンテナとして、D.Sauchez-Hernan
dez, G.Passiopoulos Ian, D.Robertson, "single fed
dualband circularly polarized microstrip patch ant
ennas", 26th EuMc 9- 12,september 1996, Prague, 27
3-277に示されるものがある。図９は、そのような二重
周波数アンテナを示している。このアンテナでは、誘電
体５５の表面に、給電点５６から電力供給を受ける矩形
のパッチ５７が設けられており、このパッチ５７は、第
１の周波数ｆ１に一致するように構成されている。誘電
体５５の裏面側には、地板５３が形成されている。さら
に、パッチ５７の４辺のうち隣接する２辺には、それぞ
れ、内側に切れ込むようなスリット部５８が設けられて
いる。このスリット部５８の形状は、対応する辺に平行
な部分が長い逆Ｌ字型となっている。このスリット部５
８のスリット幅をＷＬＳＬとし、スリット部５８のうち
辺に平行な部分の長さをＬＳＬとすれば、このＷＬＳＬ
とＬＳＬとを調整することにより、スリット部５８がフ
ィルター効果を有して第２の周波数ｆ２に対して共振す
るようにすることができる。これにより、このパッチア
ンテナは、２つの異なる周波数ｆ１，ｆ２で使用できる
ようになり、二重周波数アンテナとして機能するように
なる。このアンテナでは、スリット部５８のサイズ、位
置によって、軸比を調整することができる。
【０００５】しかしながら、この二重周波数アンテナ
は、専ら円偏波放射用のものである。直線偏波での伝送
に使用しようとした場合には、このアンテナは、多くの
交差偏波(cross polarization)成分を与えることにな
る。
は、専ら円偏波放射用のものである。直線偏波での伝送
に使用しようとした場合には、このアンテナは、多くの
交差偏波(cross polarization)成分を与えることにな
る。
【０００６】一方、図１０に示したものは、円偏波用の
パッチと直線偏波用のパッチとを並べて配置したもので
ある。図１０は、Sharma et al., "analysis and optim
izeddesign of single feed circularly polarized mic
rostrip antennas", IEEE TAP 1983, vol.31, pp.949-9
55に基づいている。
パッチと直線偏波用のパッチとを並べて配置したもので
ある。図１０は、Sharma et al., "analysis and optim
izeddesign of single feed circularly polarized mic
rostrip antennas", IEEE TAP 1983, vol.31, pp.949-9
55に基づいている。
【０００７】板状の誘電体６１の表面に、円偏波用のパ
ッチ６２と直線偏波用のパッチ６３が形成されている。
誘電体６１の裏面には、地板６４が設けられている。円
偏波用のパッチ６２は、隣接する２辺の長さがそれぞれ
Ｌ１とＬ２である平行四辺形の形状であり、パッチ６２
に対する給電点６５の位置決めを正確に行うことによ
り、所定の周波数でのマッチング（整合）と軸比との間
の調整を行うことができるようになっている。このよう
な円偏波用のパッチ６２の近くに、直線偏波用のパッチ
６３が設けられている。
ッチ６２と直線偏波用のパッチ６３が形成されている。
誘電体６１の裏面には、地板６４が設けられている。円
偏波用のパッチ６２は、隣接する２辺の長さがそれぞれ
Ｌ１とＬ２である平行四辺形の形状であり、パッチ６２
に対する給電点６５の位置決めを正確に行うことによ
り、所定の周波数でのマッチング（整合）と軸比との間
の調整を行うことができるようになっている。このよう
な円偏波用のパッチ６２の近くに、直線偏波用のパッチ
６３が設けられている。
【０００８】直線用のパッチ６３は、第１の辺（共鳴
辺）の長さが共鳴長さＲＬであり、第１の辺に直交する
辺（非共鳴辺）の長さがＷである矩形のものである。共
鳴長さは、所望の周波数（第２の周波数）での波長の１
／２に設定されている。そして、非共鳴辺の１つに接続
した印刷配線（マイクロストリップラインなど）６６に
よって、給電されている。
辺）の長さが共鳴長さＲＬであり、第１の辺に直交する
辺（非共鳴辺）の長さがＷである矩形のものである。共
鳴長さは、所望の周波数（第２の周波数）での波長の１
／２に設定されている。そして、非共鳴辺の１つに接続
した印刷配線（マイクロストリップラインなど）６６に
よって、給電されている。
【０００９】パッチ６２、６３は、誘電体６１上に、例
えば、印刷（プリント）などによって形成されている。
えば、印刷（プリント）などによって形成されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図１０に示す従来のデ
ュアルモードアンテナは、直線偏波用のパッチと円偏波
用のパッチに分かれて構成されている上に、両方のパッ
チが高周波的に結合しないようにする必要があるから、
これらパッチをある程度離して誘電体基板上に配置しな
ければならない。したがって、アンテナ全体としてより
多くのスペースを使用することとなり、コストも上昇す
ることになる。また、このように２個のアンテナを別個
に設けることは、アンテナの支持構造にとっては困難な
大きさとなることもあり、２つの給電系が必要となって
かさ高いアンテナになってしまうこともある。
ュアルモードアンテナは、直線偏波用のパッチと円偏波
用のパッチに分かれて構成されている上に、両方のパッ
チが高周波的に結合しないようにする必要があるから、
これらパッチをある程度離して誘電体基板上に配置しな
ければならない。したがって、アンテナ全体としてより
多くのスペースを使用することとなり、コストも上昇す
ることになる。また、このように２個のアンテナを別個
に設けることは、アンテナの支持構造にとっては困難な
大きさとなることもあり、２つの給電系が必要となって
かさ高いアンテナになってしまうこともある。
【００１１】本発明の目的は、従来のパッチアンテナの
欠点を解決し、単一の平面構造体として構成され、第１
の周波数では直線偏波をキャッチし、第１の周波数とは
異なる第２の周波数で円偏波をキャッチすることができ
るデュアルモードパッチアンテナを提供することにあ
る。本発明のデュアルモードパッチアンテナは、例え
ば、パーソナル通信システムなどに利用される。
欠点を解決し、単一の平面構造体として構成され、第１
の周波数では直線偏波をキャッチし、第１の周波数とは
異なる第２の周波数で円偏波をキャッチすることができ
るデュアルモードパッチアンテナを提供することにあ
る。本発明のデュアルモードパッチアンテナは、例え
ば、パーソナル通信システムなどに利用される。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のデュアルモード
パッチアンテナは、誘電体基板と、誘電体基板上に形成
され導体からなる直線偏波用の第１のパッチと、第１の
パッチに給電するために誘電体基板上に形成された給電
配線と、導体からなり、第１のパッチに形成された開口
内において当該開口の縁から分離距離を隔てて誘電体基
板上に形成された円偏波用の第２のパッチと、を有し、
前記第１のパッチが略矩形であって前記給電配線が前記
第１のパッチの一方の非共鳴辺に接続し、前記開口の形
状が四辺形であり、前記第２のパッチの形状が四辺形で
ある。
パッチアンテナは、誘電体基板と、誘電体基板上に形成
され導体からなる直線偏波用の第１のパッチと、第１の
パッチに給電するために誘電体基板上に形成された給電
配線と、導体からなり、第１のパッチに形成された開口
内において当該開口の縁から分離距離を隔てて誘電体基
板上に形成された円偏波用の第２のパッチと、を有し、
前記第１のパッチが略矩形であって前記給電配線が前記
第１のパッチの一方の非共鳴辺に接続し、前記開口の形
状が四辺形であり、前記第２のパッチの形状が四辺形で
ある。
【００１３】本発明では、第２のパッチへの給電配線を
独立に設けることもできるが、給電系を簡素化するとい
う観点からは、第１のパッチと第２のパッチとのカップ
リングに基づき、第１のパッチ側の単一の給電点への給
電によって、第２のパッチへも給電されるようにするこ
とが好ましい。また、第１のパッチ内に複数の開口を設
け、各開口ごとに第２のパッチを設けるようにしてもよ
い。
独立に設けることもできるが、給電系を簡素化するとい
う観点からは、第１のパッチと第２のパッチとのカップ
リングに基づき、第１のパッチ側の単一の給電点への給
電によって、第２のパッチへも給電されるようにするこ
とが好ましい。また、第１のパッチ内に複数の開口を設
け、各開口ごとに第２のパッチを設けるようにしてもよ
い。
【００１４】すなわち本発明は、直線偏波用のパッチ内
に円偏波用のパッチを組み入れることによって、単一の
給電点およびパッチ間のカップリング効果によって、第
１の周波数では直線偏波パッチアンテナとして動作し、
第１の周波数より高い第２の周波数では円偏波パッチア
ンテナとして動作するデュアルモードパッチアンテナを
提供するものである。第１の周波数での直線偏波用パッ
チは、第２の周波数での円偏波用パッチよりも大きいか
ら、直線偏波用パッチ内に円偏波用パッチを組み入れる
ことは十分に可能である。そして、アンテナ系は、同一
給電配線によって給電される多モードシステムとなる。
各パッチ間の相対的距離を最適化することにより、第１
のパッチと第２のパッチの間のカップリング効果の調整
し、それによって、所望の利得性能およびマッチング性
能が得られる。
に円偏波用のパッチを組み入れることによって、単一の
給電点およびパッチ間のカップリング効果によって、第
１の周波数では直線偏波パッチアンテナとして動作し、
第１の周波数より高い第２の周波数では円偏波パッチア
ンテナとして動作するデュアルモードパッチアンテナを
提供するものである。第１の周波数での直線偏波用パッ
チは、第２の周波数での円偏波用パッチよりも大きいか
ら、直線偏波用パッチ内に円偏波用パッチを組み入れる
ことは十分に可能である。そして、アンテナ系は、同一
給電配線によって給電される多モードシステムとなる。
各パッチ間の相対的距離を最適化することにより、第１
のパッチと第２のパッチの間のカップリング効果の調整
し、それによって、所望の利得性能およびマッチング性
能が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照して説明する。
態について、図面を参照して説明する。
【００１６】図１は、本発明の第１の実施の形態のデュ
アルモードパッチアンテナの構成を示す斜視図である。
アルモードパッチアンテナの構成を示す斜視図である。
【００１７】厚さがＴＣ、誘電率がＰ１である誘電体基
板４の表面に、共鳴辺（共鳴長さ）２，３の長さがＬ
１、非共鳴辺（非共鳴長さ）８，９の長さがＬ２である
略矩形のパッチ１が形成されている。誘電体基板４の裏
面には、地板５が設けられている。パッチ１は導体で構
成されている。このパッチ１に給電するために、マイク
ロストリップラインタイプの給電配線７が誘電体基板４
の表面に形成されており、給電配線７は、一方の非共鳴
辺８に直交する方向に延びて、この非共鳴辺８のほぼ中
央の位置で、この非共鳴辺８に接続している。
板４の表面に、共鳴辺（共鳴長さ）２，３の長さがＬ
１、非共鳴辺（非共鳴長さ）８，９の長さがＬ２である
略矩形のパッチ１が形成されている。誘電体基板４の裏
面には、地板５が設けられている。パッチ１は導体で構
成されている。このパッチ１に給電するために、マイク
ロストリップラインタイプの給電配線７が誘電体基板４
の表面に形成されており、給電配線７は、一方の非共鳴
辺８に直交する方向に延びて、この非共鳴辺８のほぼ中
央の位置で、この非共鳴辺８に接続している。
【００１８】パッチ１内には、四辺形の開口が形成され
ている。開口の１頂点が他方の非共鳴辺９に重なり合う
ことによって、この開口は、パッチ１の外部に連絡して
いる。開口の対角線１０は、給電配線７の軸の方向に延
びている。この開口の隣接する２辺での内寸は、それぞ
れＬ３及びＬ４であり、開口の形状は矩形であってもそ
れ以外であってもよい。図示したものでは、開口の対角
線１０上の頂角は鋭角となっている。
ている。開口の１頂点が他方の非共鳴辺９に重なり合う
ことによって、この開口は、パッチ１の外部に連絡して
いる。開口の対角線１０は、給電配線７の軸の方向に延
びている。この開口の隣接する２辺での内寸は、それぞ
れＬ３及びＬ４であり、開口の形状は矩形であってもそ
れ以外であってもよい。図示したものでは、開口の対角
線１０上の頂角は鋭角となっている。
【００１９】開口の内部には、導体からなる四辺形パッ
チ１３が設けられている。当然のことながら、四辺形パ
ッチ１３も、誘電体基板４上にプリントなどによって形
成されている。この四辺形パッチ１３において、その対
角線は、開口の対角線１０の方向に延びている。開口の
縁と四辺形パッチ１３の間の分離距離は、両者の対向す
る辺間の距離Ｄ１とＤ２によって決定する。また、四辺
形パッチ１３に給電するための給電配線７ａが誘電体基
板４上に設けられており、この給電配線７ａはパッチ１
の非共鳴辺９の延びる方向とほぼ直角に延び、開口の１
頂点とパッチ１の非共鳴辺９とが重なりあって開口がパ
ッチ１の外部と連絡する位置で、給電配線７ａは四辺形
パッチ１３に接続している。
チ１３が設けられている。当然のことながら、四辺形パ
ッチ１３も、誘電体基板４上にプリントなどによって形
成されている。この四辺形パッチ１３において、その対
角線は、開口の対角線１０の方向に延びている。開口の
縁と四辺形パッチ１３の間の分離距離は、両者の対向す
る辺間の距離Ｄ１とＤ２によって決定する。また、四辺
形パッチ１３に給電するための給電配線７ａが誘電体基
板４上に設けられており、この給電配線７ａはパッチ１
の非共鳴辺９の延びる方向とほぼ直角に延び、開口の１
頂点とパッチ１の非共鳴辺９とが重なりあって開口がパ
ッチ１の外部と連絡する位置で、給電配線７ａは四辺形
パッチ１３に接続している。
【００２０】このように構成することにより、パッチ１
は直線偏波パッチアンテナとして機能することになる。
また、四辺形の頂点に給電されていることにより、四辺
形パッチ１３は、円偏波パッチアンテナとして機能す
る。直線偏波パッチアンテナの共鳴辺の長さが半波長で
あり、また、パッチ１の内部に四辺形パッチ１３が存在
することを考慮すると、直線偏波パッチアンテナである
パッチ１は第１の周波数ｆ１で動作し、円偏波パッチア
ンテナである四辺形パッチ１３は、第１の周波数ｆ１よ
り高い第２の周波数ｆ２で動作することになる。これに
より、図１に示すパッチアンテナは、デュアルモードパ
ッチアンテナとして機能することになる。
は直線偏波パッチアンテナとして機能することになる。
また、四辺形の頂点に給電されていることにより、四辺
形パッチ１３は、円偏波パッチアンテナとして機能す
る。直線偏波パッチアンテナの共鳴辺の長さが半波長で
あり、また、パッチ１の内部に四辺形パッチ１３が存在
することを考慮すると、直線偏波パッチアンテナである
パッチ１は第１の周波数ｆ１で動作し、円偏波パッチア
ンテナである四辺形パッチ１３は、第１の周波数ｆ１よ
り高い第２の周波数ｆ２で動作することになる。これに
より、図１に示すパッチアンテナは、デュアルモードパ
ッチアンテナとして機能することになる。
【００２１】さらに、このパッチアンテナでは、開口の
縁と四辺形パッチ１３の間の分離距離Ｄ１及びＤ２を調
節することで、２つの所望の周波数（第１の周波数ｆ１
と第２の周波数ｆ２）での利得とマッチング（整合）を
得ることができる。
縁と四辺形パッチ１３の間の分離距離Ｄ１及びＤ２を調
節することで、２つの所望の周波数（第１の周波数ｆ１
と第２の周波数ｆ２）での利得とマッチング（整合）を
得ることができる。
【００２２】以下、数値を挙げて、第１の実施の形態の
デュアルモードパッチアンテナの具体例を説明する。
デュアルモードパッチアンテナの具体例を説明する。
【００２３】厚さＴＣが約１．５２４ｍｍ（６０ミ
ル）、誘電率Ｐ１が１０である誘電体基板４に、共鳴辺
２，３の長さＬ１が７０ｍｍ、非共鳴辺８，９の長さＬ
２が５８．７９ｍｍとなるように、略矩形のパッチ１が
印刷されている。パッチ１用の給電配線７は、非共鳴辺
８のほぼ中央部に接続している。他方の非共鳴辺９に
は、給電配線７の軸の方向に対角線１０が延びている矩
形開口が形成されている。この矩形開口の内寸は、Ｌ３
が１５．９２ｍｍ、Ｌ４が１５．９２ｍｍである。した
がって、この矩形開口の形状は、正方形である。この開
口内部には、四辺形パッチ２として矩形パッチが設けら
れており、この矩形パッチにおいてその対角線は、開口
の対角線１０の方向に延びている。また、矩形パッチの
対角線の延長となるように、矩形パッチ用の給電配線７
ａが設けられている。矩形開口と矩形パッチの間の分離
距離Ｄ１，Ｄ２は、いずれも、５．２ｍｍとした。以上
述べたような数値を採用することにより、このパッチア
ンテナの第１の周波数（直線偏波用の周波数）は０．９
ＧＨｚとなり、第２の周波数（円偏波用の周波数）は
２．１２ＧＨｚとなる。
ル）、誘電率Ｐ１が１０である誘電体基板４に、共鳴辺
２，３の長さＬ１が７０ｍｍ、非共鳴辺８，９の長さＬ
２が５８．７９ｍｍとなるように、略矩形のパッチ１が
印刷されている。パッチ１用の給電配線７は、非共鳴辺
８のほぼ中央部に接続している。他方の非共鳴辺９に
は、給電配線７の軸の方向に対角線１０が延びている矩
形開口が形成されている。この矩形開口の内寸は、Ｌ３
が１５．９２ｍｍ、Ｌ４が１５．９２ｍｍである。した
がって、この矩形開口の形状は、正方形である。この開
口内部には、四辺形パッチ２として矩形パッチが設けら
れており、この矩形パッチにおいてその対角線は、開口
の対角線１０の方向に延びている。また、矩形パッチの
対角線の延長となるように、矩形パッチ用の給電配線７
ａが設けられている。矩形開口と矩形パッチの間の分離
距離Ｄ１，Ｄ２は、いずれも、５．２ｍｍとした。以上
述べたような数値を採用することにより、このパッチア
ンテナの第１の周波数（直線偏波用の周波数）は０．９
ＧＨｚとなり、第２の周波数（円偏波用の周波数）は
２．１２ＧＨｚとなる。
【００２４】このように製作したデュアルモードパッチ
アンテナの周波数特性をシミュレーションした結果を図
２に示す。図２(a)は０．９ＧＨｚの近傍での周波数特
性を示し、図２(b)は２．１２ＧＨｚの近傍での周波数
特性を示している。図２から、周波数０．９ＧＨｚ及び
周波数２．１２ＧＨｚでの共鳴がわかる。アンテナ利得
は、０．９ＧＨｚで約３ｄＢであり、２．１２ＧＨｚで
２ｄＢｃである。また、図３(a),(b)は、それぞれ、
０．９ＧＨｚと２．１２ＧＨｚでの上述のデュアルモー
ドパッチアンテナの放射パターンを示すグラフである。
図３に示すように、放射パターンは、いずれの周波数に
おいても、ほぼ全方向性（もちろん、前方方向に対して
であるが）を示している。このデュアルモードパッチア
ンテナのマッチング及び利得は、パッチアンテナの外部
に設けるマッチングネットワークによって最適化される
と考えられる。マッチングネットワークを用いることに
より、所望の特性を有するデュアルモードパッチアンテ
ナをより容易に実現しやすくなると考えられる。
アンテナの周波数特性をシミュレーションした結果を図
２に示す。図２(a)は０．９ＧＨｚの近傍での周波数特
性を示し、図２(b)は２．１２ＧＨｚの近傍での周波数
特性を示している。図２から、周波数０．９ＧＨｚ及び
周波数２．１２ＧＨｚでの共鳴がわかる。アンテナ利得
は、０．９ＧＨｚで約３ｄＢであり、２．１２ＧＨｚで
２ｄＢｃである。また、図３(a),(b)は、それぞれ、
０．９ＧＨｚと２．１２ＧＨｚでの上述のデュアルモー
ドパッチアンテナの放射パターンを示すグラフである。
図３に示すように、放射パターンは、いずれの周波数に
おいても、ほぼ全方向性（もちろん、前方方向に対して
であるが）を示している。このデュアルモードパッチア
ンテナのマッチング及び利得は、パッチアンテナの外部
に設けるマッチングネットワークによって最適化される
と考えられる。マッチングネットワークを用いることに
より、所望の特性を有するデュアルモードパッチアンテ
ナをより容易に実現しやすくなると考えられる。
【００２５】図４は、本発明の第２の実施の形態のデュ
アルモードパッチアンテナを示す斜視図である。第２の
実施の形態のパッチアンテナは、図１に示した第１の実
施の形態のパッチアンテナと同様の構成のものである
が、円偏波用の四辺形パッチ１３に対する給電配線を設
けていない点で相違する。四辺形パッチ１３への給電
は、四辺形パッチ１３と略矩形の直線偏波用のパッチ１
との間のギャップ（分離距離Ｄ１，Ｄ２）を介した結合
（カップリング）によって行われる。したがって、円偏
波用の信号も、給電配線７を介してまず直線偏波用のパ
ッチ１に対して給電されることになる。
アルモードパッチアンテナを示す斜視図である。第２の
実施の形態のパッチアンテナは、図１に示した第１の実
施の形態のパッチアンテナと同様の構成のものである
が、円偏波用の四辺形パッチ１３に対する給電配線を設
けていない点で相違する。四辺形パッチ１３への給電
は、四辺形パッチ１３と略矩形の直線偏波用のパッチ１
との間のギャップ（分離距離Ｄ１，Ｄ２）を介した結合
（カップリング）によって行われる。したがって、円偏
波用の信号も、給電配線７を介してまず直線偏波用のパ
ッチ１に対して給電されることになる。
【００２６】以下、数値を挙げて、第２の実施の形態の
デュアルモードパッチアンテナの具体例を説明する。
デュアルモードパッチアンテナの具体例を説明する。
【００２７】厚さＴＣが約１．５２４ｍｍ（６０ミ
ル）、誘電率Ｐ１が１０である誘電体基板４に、共鳴辺
２，３の長さＬ１が５８．７９ｍｍ、非共鳴辺８，９の
長さＬ２が７０ｍｍとなるように、略矩形のパッチ１が
印刷されている。給電配線７は、非共鳴辺８のほぼ中央
部に接続している。他方の非共鳴辺９には、給電配線７
の軸の方向に対角線１０が延びている矩形開口が形成さ
れている。この矩形開口の内寸は、Ｌ３が２２．６２ｍ
ｍ、Ｌ４が２２．６２ｍｍである。したがって、この矩
形開口の形状は、正方形である。この開口内部には、四
辺形パッチ１３として矩形パッチが設けられており、こ
の矩形パッチにおいてその対角線は、開口の対角線１０
の方向に延びている。この矩形パッチ専用の給電配線は
設けられていない。矩形開口の縁と矩形パッチの間の分
離距離Ｄ１，Ｄ２は、いずれも、０．７ｍｍとした。両
方のパッチ１，１３間の分離距離Ｄ１，Ｄ２がこのよう
なものであることにより、両方のパッチ１，１３は高周
波的に結合し、給電配線７を介して円偏波用の矩形パッ
チへの給電を行うことが可能になる。
ル）、誘電率Ｐ１が１０である誘電体基板４に、共鳴辺
２，３の長さＬ１が５８．７９ｍｍ、非共鳴辺８，９の
長さＬ２が７０ｍｍとなるように、略矩形のパッチ１が
印刷されている。給電配線７は、非共鳴辺８のほぼ中央
部に接続している。他方の非共鳴辺９には、給電配線７
の軸の方向に対角線１０が延びている矩形開口が形成さ
れている。この矩形開口の内寸は、Ｌ３が２２．６２ｍ
ｍ、Ｌ４が２２．６２ｍｍである。したがって、この矩
形開口の形状は、正方形である。この開口内部には、四
辺形パッチ１３として矩形パッチが設けられており、こ
の矩形パッチにおいてその対角線は、開口の対角線１０
の方向に延びている。この矩形パッチ専用の給電配線は
設けられていない。矩形開口の縁と矩形パッチの間の分
離距離Ｄ１，Ｄ２は、いずれも、０．７ｍｍとした。両
方のパッチ１，１３間の分離距離Ｄ１，Ｄ２がこのよう
なものであることにより、両方のパッチ１，１３は高周
波的に結合し、給電配線７を介して円偏波用の矩形パッ
チへの給電を行うことが可能になる。
【００２８】このように製作したデュアルモードパッチ
アンテナの周波数特性をシミュレーションした結果を図
５に示す。図５はデュアルモードパッチアンテナの周波
数特性を示している。図５から、周波数０．７ＧＨｚ及
び周波数２．１２ＧＨｚでの共鳴がわかる。アンテナ利
得は、０．７ＧＨｚで約０ｄＢであり、２．１２ＧＨｚ
で２ｄＢｃである。また、図６(a),(b)は、それぞれ、
０．７ＧＨｚと２．１２ＧＨｚでの上述のデュアルモー
ドパッチアンテナの放射パターンを示すグラフである。
図６に示すように、放射パターンは、いずれの周波数に
おいても、ほぼ全方向性（もちろん、前方方向に対して
であるが）を示している。
アンテナの周波数特性をシミュレーションした結果を図
５に示す。図５はデュアルモードパッチアンテナの周波
数特性を示している。図５から、周波数０．７ＧＨｚ及
び周波数２．１２ＧＨｚでの共鳴がわかる。アンテナ利
得は、０．７ＧＨｚで約０ｄＢであり、２．１２ＧＨｚ
で２ｄＢｃである。また、図６(a),(b)は、それぞれ、
０．７ＧＨｚと２．１２ＧＨｚでの上述のデュアルモー
ドパッチアンテナの放射パターンを示すグラフである。
図６に示すように、放射パターンは、いずれの周波数に
おいても、ほぼ全方向性（もちろん、前方方向に対して
であるが）を示している。
【００２９】次に、本発明の第３の実施の形態につい
て、図７を用いて説明する。本発明のデュアルモードパ
ッチアンテナでは、２以上の円偏波用の四辺形パッチを
１つの直線偏波用のパッチの中に組み入れることができ
る。図７に示したデュアルモードパッチアンテナは、図
４に示したパッチアンテナにおいて、非共鳴辺８，９の
長さ方向に複数（Ｎ個；Ｎ≧２）の開口１８を設けてこ
れら各開口１８にそれぞれ導体からなる円偏波用のパッ
チ１７を配した構成のものである。開口１８の形状は四
辺形であって、円偏波用パッチ１７の形状も四辺形であ
る。各円偏波用パッチ１７間の分離距離は、直線偏波用
のパッチ１の共鳴辺２，３に平行な方向での距離ＤＮ及
び共鳴辺２，３の方向に直交する方向の距離ＤＨで表わ
される。ＤＮ及びＤＨは、このパッチアンテナの全体に
わたってそれぞれ同一であってもよいし、円偏波用のパ
ッチ１７ごとに異なっていてもよい。このパッチアンテ
ナでは、上述のＤＮ及びＤＨを決定することによって、
配列の形態として実現可能な放射パターンを決定する。
また、円偏波用のパッチ１７と直線偏波用のパッチ１と
の間の分離距離（ギャップ）を調節することにより、利
得やマッチングを調整することができる。
て、図７を用いて説明する。本発明のデュアルモードパ
ッチアンテナでは、２以上の円偏波用の四辺形パッチを
１つの直線偏波用のパッチの中に組み入れることができ
る。図７に示したデュアルモードパッチアンテナは、図
４に示したパッチアンテナにおいて、非共鳴辺８，９の
長さ方向に複数（Ｎ個；Ｎ≧２）の開口１８を設けてこ
れら各開口１８にそれぞれ導体からなる円偏波用のパッ
チ１７を配した構成のものである。開口１８の形状は四
辺形であって、円偏波用パッチ１７の形状も四辺形であ
る。各円偏波用パッチ１７間の分離距離は、直線偏波用
のパッチ１の共鳴辺２，３に平行な方向での距離ＤＮ及
び共鳴辺２，３の方向に直交する方向の距離ＤＨで表わ
される。ＤＮ及びＤＨは、このパッチアンテナの全体に
わたってそれぞれ同一であってもよいし、円偏波用のパ
ッチ１７ごとに異なっていてもよい。このパッチアンテ
ナでは、上述のＤＮ及びＤＨを決定することによって、
配列の形態として実現可能な放射パターンを決定する。
また、円偏波用のパッチ１７と直線偏波用のパッチ１と
の間の分離距離（ギャップ）を調節することにより、利
得やマッチングを調整することができる。
【００３０】次に、本発明の第４の実施の形態のデュア
ルモードパッチアンテナについて説明する。図７に示し
たデュアルモードパッチアンテナでは、複数個の円偏波
用のパッチを１列に並べて直線偏波用のパッチに組み込
んでいたが、円偏波用パッチの列を複数列用意して直線
偏波用のパッチ内に組み込み、直線偏波用パッチ内で円
偏波用のパッチが２次元配列するような構成とすること
もできる。
ルモードパッチアンテナについて説明する。図７に示し
たデュアルモードパッチアンテナでは、複数個の円偏波
用のパッチを１列に並べて直線偏波用のパッチに組み込
んでいたが、円偏波用パッチの列を複数列用意して直線
偏波用のパッチ内に組み込み、直線偏波用パッチ内で円
偏波用のパッチが２次元配列するような構成とすること
もできる。
【００３１】図８は、第４の実施の形態のデュアルモー
ドパッチアンテナを示す斜視図であり、ここでは、円偏
波用パッチの列を直線偏波用のパッチに２列組み込んだ
例を示している。誘電体基板４上に略矩形の直線偏波用
のパッチ１が形成されており、パッチ１の非共鳴辺８，
９に平行に複数の四辺形の開口１８が第１列として配置
し、さらに、第１列とは別に、非共鳴辺８，９に平行に
複数の四辺形の開口２１が第２列として配置している。
誘電体基板４の裏面には、地板５が設けられている。第
２列の各開口２１は、その１つの頂点部分が非共鳴辺９
と重なり合うことによって、直線偏波用のパッチ１の外
側と連通している。これに対し、第１列の各開口１８
は、いずれも、直線偏波用のパッチ１に完全に囲まれて
いる。各開口１８，２１の中には、四辺形の円偏波用の
パッチ１７がそれぞれ形成されている。各円偏波用パッ
チ１７間の分離距離は、直線偏波用のパッチ１の共鳴辺
２，３に平行な軸における距離ＤＮ１と、共鳴辺２，３
に直交する方向での距離ＤＨ１とによって表わされる。
ＤＮ１及びＤＨ１は、このパッチアンテナの全体にわた
ってそれぞれ同一であってもよいし、円偏波用のパッチ
１７ごとに異なっていてもよい。このパッチアンテナで
は、上述のＤＮ１及びＤＨ１を決定することによって、
配列の形態として実現可能な放射パターンを決定する。
また、円偏波用のパッチ１７と直線偏波用のパッチ１と
の間の分離距離（ギャップ）Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を
調節することにより、利得やマッチング、軸比を調整す
ることができ、これらの最高性能を得ることができるよ
うになっている。なお、ギャップは、円偏波用のパッチ
ごとに異なっていてもよく、また、対をなす開口ごとに
異なっていてもよい。
ドパッチアンテナを示す斜視図であり、ここでは、円偏
波用パッチの列を直線偏波用のパッチに２列組み込んだ
例を示している。誘電体基板４上に略矩形の直線偏波用
のパッチ１が形成されており、パッチ１の非共鳴辺８，
９に平行に複数の四辺形の開口１８が第１列として配置
し、さらに、第１列とは別に、非共鳴辺８，９に平行に
複数の四辺形の開口２１が第２列として配置している。
誘電体基板４の裏面には、地板５が設けられている。第
２列の各開口２１は、その１つの頂点部分が非共鳴辺９
と重なり合うことによって、直線偏波用のパッチ１の外
側と連通している。これに対し、第１列の各開口１８
は、いずれも、直線偏波用のパッチ１に完全に囲まれて
いる。各開口１８，２１の中には、四辺形の円偏波用の
パッチ１７がそれぞれ形成されている。各円偏波用パッ
チ１７間の分離距離は、直線偏波用のパッチ１の共鳴辺
２，３に平行な軸における距離ＤＮ１と、共鳴辺２，３
に直交する方向での距離ＤＨ１とによって表わされる。
ＤＮ１及びＤＨ１は、このパッチアンテナの全体にわた
ってそれぞれ同一であってもよいし、円偏波用のパッチ
１７ごとに異なっていてもよい。このパッチアンテナで
は、上述のＤＮ１及びＤＨ１を決定することによって、
配列の形態として実現可能な放射パターンを決定する。
また、円偏波用のパッチ１７と直線偏波用のパッチ１と
の間の分離距離（ギャップ）Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を
調節することにより、利得やマッチング、軸比を調整す
ることができ、これらの最高性能を得ることができるよ
うになっている。なお、ギャップは、円偏波用のパッチ
ごとに異なっていてもよく、また、対をなす開口ごとに
異なっていてもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、直線偏波
用のパッチ内に円偏波用のパッチを組み入れることによ
り、第１の周波数では直線偏波パッチアンテナとして動
作し、第１の周波数より高い第２の周波数では円偏波パ
ッチアンテナとして動作するパッチアンテナが得られ、
これにより、小型で特性に優れたデュアルモードパッチ
アンテナが得られるという効果がある。
用のパッチ内に円偏波用のパッチを組み入れることによ
り、第１の周波数では直線偏波パッチアンテナとして動
作し、第１の周波数より高い第２の周波数では円偏波パ
ッチアンテナとして動作するパッチアンテナが得られ、
これにより、小型で特性に優れたデュアルモードパッチ
アンテナが得られるという効果がある。
【図１】本発明の第１の実施の形態のデュアルモードパ
ッチアンテナを示す斜視図である。
ッチアンテナを示す斜視図である。
【図２】(a),(b)は、それぞれ、０．９ＧＨｚと２．１
２ＧＨｚの近傍での第１の実施の形態のデュアルモード
パッチアンテナの周波数特性を示すグラフである。
２ＧＨｚの近傍での第１の実施の形態のデュアルモード
パッチアンテナの周波数特性を示すグラフである。
【図３】(a),(b)は、それぞれ、０．９ＧＨｚと２．１
２ＧＨｚでの第１の実施の形態のデュアルモードパッチ
アンテナの放射パターンを示すグラフである。
２ＧＨｚでの第１の実施の形態のデュアルモードパッチ
アンテナの放射パターンを示すグラフである。
【図４】第２の実施の形態のデュアルモードパッチアン
テナを示す斜視図である。
テナを示す斜視図である。
【図５】第２の実施の形態のアンテナの周波数特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図６】(a),(b)は、それぞれ、０．７ＧＨｚと２．２
ＧＨｚでの第２の実施の形態のデュアルモードパッチア
ンテナの放射パターンを示すグラフである。
ＧＨｚでの第２の実施の形態のデュアルモードパッチア
ンテナの放射パターンを示すグラフである。
【図７】第３の実施の形態のデュアルモードパッチアン
テナを示す斜視図である。
テナを示す斜視図である。
【図８】第４の実施の形態のデュアルモードパッチアン
テナを示す斜視図である。
テナを示す斜視図である。
【図９】従来の二重周波数パッチアンテナの一例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図１０】従来のデュアルモードパッチアンテナの一例
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
１，１７ パッチ ２，３ 共鳴辺 ４ 誘電体基板 ５ 地板 ８，９ 非共鳴辺 ７，７ａ 給電配線 １３ 四辺形パッチ １８，２１ 開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 21/00 - 21/30 H01Q 13/08
Claims (10)
- 【請求項１】 誘電体基板と、 前記誘電体基板上に形成され導体からなる直線偏波用の
第１のパッチと、 前記第１のパッチに給電するために前記誘電体基板上に
形成された給電配線と、 導体からなり、前記第１のパッチに形成された開口内に
おいて当該開口の縁から分離距離を隔てて前記誘電体基
板上に形成された円偏波用の第２のパッチと、を有し、
前記第１のパッチが略矩形であって前記給電配線が前
記第１のパッチの一方の非共鳴辺に接続し、前記開口の
形状が四辺形であり、前記第２のパッチの形状が四辺形
である、デュアルモードパッチアンテナ。 - 【請求項２】 前記開口の１頂点が、前記第１のパッチ
の他方の非共鳴辺と重なり合うことによって、前記開口
が前記第１のパッチの外側と連通している、請求項１に
記載のデュアルモードパッチアンテナ。 - 【請求項３】 前記第１のパッチへの給電とは独立して
前記第２のパッチに給電するための第２の給電配線が前
記誘電体基板上に設けられ、前記第２の給電配線は、前
記開口の連通部を介して、前記第２のパッチの１頂点に
接続する、請求項２に記載のデュアルモードパッチアン
テナ。 - 【請求項４】 前記第１のパッチと前記第２のパッチと
のカップリングにより、前記給電配線及び前記第１のパ
ッチを介して前記第２のパッチに給電が行われる請求項
１または２に記載のデュアルモードパッチアンテナ。 - 【請求項５】 前記第１のパッチに複数の開口が設けら
れることによって複数の前記第２のパッチを有する請求
項４に記載のデュアルモードパッチアンテナ。 - 【請求項６】 前記複数の第２のパッチが前記非共鳴辺
に平行な方向に配列している請求項５ に記載のデュアル
モードパッチアンテナ。 - 【請求項７】 前記複数の第２のパッチが前記非共鳴辺
に平行な方向に複数列配列し、少なくとも１列におい
て、前記開口が前記第１のパッチに完全に囲まれてお
り、前記第１のパッチと前記第２のパッチとのカップリ
ングにより、前記給電配線及び前記第１のパッチを介し
て前記第２のパッチに給電が行われる請求項１に記載の
デュアルモードパッチアンテナ。 - 【請求項８】 前記第１のパッチが第１の周波数で動作
し、前記第２のパッチが前記第１の周波数より高い第２
の周波数で動作する、請求項１乃至７いずれか１項に記
載のデュアルモードパッチアンテナ。 - 【請求項９】 前記開口が矩形であり、前記第２のパッ
チが矩形である請求項１乃至３いずれか１項に記載のデ
ュアルモードパッチアンテナ。 - 【請求項１０】 前記分離距離を調節することにより、
前記第１の周波数及び前記第２の周波数での利得とマッ
チングが最適化される請求項８に記載のデュアルモード
パッチアンテナ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33624498A JP3344467B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | デュアルモードパッチアンテナ |
| US09/448,696 US6181281B1 (en) | 1998-11-25 | 1999-11-24 | Single- and dual-mode patch antennas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33624498A JP3344467B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | デュアルモードパッチアンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000165135A JP2000165135A (ja) | 2000-06-16 |
| JP3344467B2 true JP3344467B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=18297136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33624498A Expired - Fee Related JP3344467B2 (ja) | 1998-11-25 | 1998-11-26 | デュアルモードパッチアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3344467B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100646745B1 (ko) | 2004-07-08 | 2006-11-23 | 한국전자통신연구원 | 일체형 이중대역 안테나 및 이를 이용한 트랜스폰더 |
| DE102004035064A1 (de) | 2004-07-20 | 2006-02-16 | Receptec Gmbh | Antennenmodul |
| US7164385B2 (en) * | 2005-06-06 | 2007-01-16 | Receptec Holdings, Llc | Single-feed multi-frequency multi-polarization antenna |
| US7277056B1 (en) | 2006-09-15 | 2007-10-02 | Laird Technologies, Inc. | Stacked patch antennas |
| US8111196B2 (en) | 2006-09-15 | 2012-02-07 | Laird Technologies, Inc. | Stacked patch antennas |
| US7587183B2 (en) | 2006-12-15 | 2009-09-08 | Laird Technologies, Inc. | Multi-frequency antenna assemblies with DC switching |
| KR101114041B1 (ko) | 2009-12-01 | 2012-03-14 | 현대자동차주식회사 | 패치 안테나 |
-
1998
- 1998-11-26 JP JP33624498A patent/JP3344467B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000165135A (ja) | 2000-06-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |