JP3935272B2

JP3935272B2 - Microstrip antenna and portable wireless device including microstrip antenna

Info

Publication number: JP3935272B2
Application number: JP24384498A
Authority: JP
Inventors: 明弘勝呂; 隆仁森島; 仁一井上; 健二安住
Original assignee: Kyocera Corp; Nippon Antenna Co Ltd
Current assignee: Kyocera Corp; Nippon Antenna Co Ltd
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: JP2000077935A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯無線機に搭載して好適なマイクロストリップアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信を目的とした衛星通信システムが種々提案されているが、衛星通信システムには静止衛星を利用する静止移動体衛星通信システムと、非静止衛星を用いる非静止移動体衛星通信システムがある。
非静止移動体衛星通信システムには、低・中高度軌道の衛星を用いるシステム、長楕円軌道の衛星を用いるシステム、傾斜同期軌道を用いるシステムがある。このうちの低・中高度軌道の非静止衛星を用いるシステムには、ＬＥＯ（Low Earth Orbit）通信システムがある。このＬＥＯ通信システムは伝搬遅延時間が小さくされており、また、伝搬損失が小さいため、端末の送信電力を低減でき端末の小型化・軽量化を容易とできる長所を有している。
【０００３】
さらに、ＬＥＯ通信システムには、データ伝送のみを扱う小規模ＬＥＯ（ＬｉｔｔｌｅＬＥＯ）と、音声伝送が可能な大規模ＬＥＯ（ＢｉｇＬＥＯ）がある。大規模ＬＥＯの中には米国Ｉｒｉｄｉｕｍ社が計画を推進している国際パーソナル衛星通信システム“イリジウム”がある。このイリジウム・システムは、通信方式が１．６ＧＨｚ帯の周波数を用いたＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式とされており、地球全体をカバーするよう７８０ｋｍの高度に打ち上げられた（６６＋６）個の非静止衛星を用いて通信するようにされている。なお、非静止衛星は、経度３０度間隔で配置される。また、イリジウム・システムには１６１８．３５〜１６２６．５ＭＨｚの周波数帯域幅が割り当てられる。
【０００４】
このイリジウム・システムでは、多くの衛星が必要ではあるものの通信の遅延時間が無視できるので、リアルタイムで音声やデータ等の通信が行える。さらに、端末の送信電力を低減できるため端末を携帯型とすることが可能である。したがって、イリジウム・システム用の携帯無線機を携帯していれば、全世界の電話や携帯電話とリアルタイムで通話やデータ伝送を行うことが可能となる。なお、イリジウム・システムでは携帯無線機に好適なように円偏波（右旋）が用いられている。
【０００５】
このような携帯無線機においては、円偏波を受信する必要があることからヘリカルアンテナやマイクロストリップアンテナが用いられる。
ここで、円偏波を送受信可能な従来のマイクロストリップアンテナの構成を図８に示す。図８（ａ）は、方形マイクロストリップアンテナの平面図であり、図８（ｂ）はその側面図、図８（ｃ）は裏面図である。
図８（ａ）〜（ｃ）に示す方形マイクロストリップアンテナ１００は、所定厚みの円筒状の誘電体基板１１０の表面に方形パッチ状の方形放射導体１１１が形成されており、その裏面には全面にアース導体１１３が形成されている。方形放射導体１１１には円偏波を送受信するために、中心から偏心した位置に給電点１１２が設けられており、この給電点１１２の位置には誘電体基板１１０を貫通するように挿通孔１１０ａが設けられている。
【０００６】
また、誘電体基板１１０の裏面にはセミリジッドケーブルとされた同軸ケーブル１１４が装着されており、同軸ケーブル１１４の中心導体１１４ａは挿通孔１１０ａ内に挿通されて、その先端が給電点１１２にハンダ付けされている。また、同軸ケーブル１１４のシールド導体１１４ｂはアース導体１１３にハンダ付け等により電気的かつ機械的に固着されている。
このように、同軸ケーブル１１４は給電点１１２の位置から導出されるため、図８（ｂ）に示すように誘電体基板１１０の中心から偏心して導出されることになる。そして、方形放射導体１１１で受信された円偏波は同軸ケーブル１１４を介して受信機に導かれ、同軸ケーブル１１４から供給されたＲＦ信号は方形放射導体１１１から円偏波の電磁波として空間へ放射されるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示す従来のマイクロストリップアンテナの垂直面内指向性を図９に示す。図９において同心円状の目盛は５ｄＢステップの目盛とされており、図９の指向性を観察すると、従来のマイクロストリップアンテナでは天頂方向の利得が一番高くされ、水平方向の指向性の利得は天頂方向の利得に比して約１２ｄＢ低くなっている。この原因は、マイクロストリップアンテナの放射導体が水平面内に位置していること、および、誘電体基板の面積が限られることからアース導体の面積がアースとしての機能を十分に果たす面積とされていないことである。
すると、前記したイリジウム・システム等の非静止移動体衛星通信システムにおける携帯無線機に従来のマイクロストリップアンテナを搭載すると、次のような問題点が生じる。
【０００８】
非静止移動体衛星通信システムでは、衛星の位置が周回軌道上を時々刻々と変化し、電波の到来方向が変化することになる。しかしながら、従来のマイクロストリップアンテナの指向性は図９に示すように、天頂方向の利得が高く水平方向の利得が低くなっているため、電波の到来する仰角が低くなった際に良好な通信を行えない恐れが生じるようになる。
これを解決しようとして、衛星追尾方式の携帯無線機とすると、追尾するための構成が複雑になることから、そのコストが上昇してしまうという問題点がある。
【０００９】
そこで、本発明は低仰角および水平方向における指向性の利得を向上するようにしたマイクロストリップアンテナおよびマイクロストリップアンテナを備える携帯無線機を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のマイクロストリップアンテナは、一面に円偏波を放射するパッチ状の放射導体が形成され、他面にアース導体が形成された誘電体基板と、該誘電体基板の他面から導出されると共に、中心導体が前記誘電体基板の一面に形成された放射導体の給電点に接続され、シールド導体が前記アース導体に接続される給電ケーブルと、前記誘電体基板の他面に配設され、前記給電ケーブルが挿通する貫通孔を有し、該誘電体基板とほぼ同径とされていると共に、前記放射導体に略直交する周側面に放射素子が形成された絶縁筒体とを備え、前記放射素子は、上端が前記アース導体に電気的に接続される線状の接続部と、該接続部の下端に形成された方形状の面状部とからなる面状素子が、前記周側面にほぼ等間隔で複数形成されて構成されており、前記放射素子が水平成分および垂直成分で励振可能とされている。
【００１１】
また、上記目的を達成することのできる本発明の他のマイクロストリップアンテナは、一面に円偏波を放射するパッチ状の放射導体が形成され、他面にアース導体が形成された誘電体基板と、該誘電体基板の他面から導出されると共に、中心導体が前記誘電体基板の一面に形成された放射導体の給電点に接続され、シールド導体が前記アース導体に接続される給電ケーブルと、前記誘電体基板の他面に配設され、前記給電ケーブルが挿通する貫通孔を有し、前記誘電体基板とほぼ同径とされていると共に、前記放射導体に略直交する周側面に放射素子が形成された絶縁筒体とを備え、前記放射素子は、上端が前記アース導体に電気的に接続される線状の接続部と、該接続部の下端に形成された方形状の面状部とからなる面状素子と、上端が前記アース導体に電気的に接続される線状の線状素子とが、前記周側面にほぼ等間隔で複数形成されて構成されており、前記放射素子が水平成分および垂直成分で励振可能とされている。
【００１２】
また、本発明のマイクロストリップアンテナを備える携帯無線機は、一面に円偏波を放射するパッチ状の放射導体が形成され、他面にアース導体が形成された誘電体基板と、該誘電体基板の他面から導出されると共に、中心導体が前記誘電体基板の一面に形成された放射導体の給電点に接続され、シールド導体が前記誘電体基板の他面に形成されたアース導体に接続される給電ケーブルと、前記誘電体基板の他面に配設され、前記給電ケーブルが挿通する貫通孔を有し、前記誘電体基板とほぼ同径とされていると共に、前記放射導体に略直交する周側面に放射素子が形成された絶縁筒体とを備え、前記放射素子は、上端が前記アース導体に電気的に接続される線状の接続部と、該接続部の下端に形成された方形状の面状部とからなる面状素子が、前記周側面にほぼ等間隔で複数形成されて構成されており、前記放射素子が水平成分および垂直成分で励振可能とされているマイクロストリップアンテナが、回転対称の形状とされたアンテナカバーケースに収納されており、該アンテナカバーケースが伸縮自在に筐体に設けられている。
さらに、本発明のマイクロストリップアンテナを備える他の携帯無線機は、一面に円偏波を放射するパッチ状の放射導体が形成され、他面にアース導体が形成された誘電体基板と、該誘電体基板の他面から導出されると共に、中心導体が前記誘電体基板の一面に形成された放射導体の給電点に接続され、シールド導体が前記誘電体基板の他面に形成されたアース導体に接続される給電ケーブルと、前記誘電体基板の他面に配設され、前記給電ケーブルが挿通する貫通孔を有し、前記誘電体基板とほぼ同径とされていると共に、前記放射導体に略直交する周側面に放射素子が形成された絶縁筒体とを備え、前記放射素子は、上端が前記アース導体に電気的に接続される線状の接続部と、該接続部の下端に形成された方形状の面状部とからなる面状素子と、上端が前記アース導体に電気的に接続される線状の線状素子とが、前記周側面にほぼ等間隔で複数形成されて構成されており、前記放射素子が水平成分および垂直成分で励振可能とされているマイクロストリップアンテナが、回転対称の形状とされたアンテナカバーケースに収納されており、該アンテナカバーケースが伸縮自在に筐体に設けられている。
【００１３】
このような本発明によれば、誘電体基板の他面側に配置された絶縁筒体に形成されている放射素子が、アース導体に接続されているためアース導体の面積を等価的に大きくすることができ、アンテナの特性を向上することができる。また、放射導体と略直交されて配置される放射素子からも水平成分および垂直成分で励振可能とされて、水平成分および垂直成分の電磁波を送受信することができることから、マイクロストリップアンテナの低仰角および水平方向の指向性の利得を向上することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のマイクロストリップアンテナの実施の形態の第１の構成例を図１に示す。図１（ａ）は、円偏波を送受信可能な本発明のマイクロストリップアンテナ１の一部を破断した正面図であり、図１（ｂ）はその側面図、図１（ｃ）は上面図である。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すマイクロストリップアンテナ１では、所定厚みの円筒状とされたセラミック製等の誘電体基板１０の表面に方形のパッチ状とされた放射導体１１が設けられており、その裏面には全面に薄板状のアース導体１３が設けられている。この放射導体１１とアース導体１３は、誘電体基板１０に金属を蒸着することにより形成されたり、あるいは金属薄板を貼着することにより形成されている。放射導体１１には円偏波を送受信するために、中心から偏心した位置に給電点１２が設けられており、この給電点１２の位置には誘電体基板１０に形成されたスリット１０ｂに連通するように挿通孔１０ａが設けられている。
【００１５】
このスリット１０ｂの断面形状は方形状とされており、給電点１２から誘電体基板１０の略中心に至る幅で誘電体基板１０に形成されており、スリット１０ｂの厚みは極力薄く形成されている。
また、誘電体基板１０の裏面にはセミリジッドケーブルとされた同軸ケーブル１４が装着されており、同軸ケーブル１４の中心導体１４ａはスリット１０ｂの下端からスリット１０ｂ内に斜めに挿通されて、スリット１０ｂに連通する挿通孔１０ａ内に挿通される。そして、挿通孔１０ａに挿通された中心導体１４ａの先端が給電点１２にハンダ付けされて、放射導体１１が同軸ケーブル１４により給電される。さらに、同軸ケーブル１４のパイプ状のシールド導体１４ｂの先端はアース導体１３の略中心にハンダ付け等により電気的かつ機械的に固着される。
【００１６】
このように、同軸ケーブル１４のパイプ状のシールド導体１４ｂの先端が誘電体基板１０の略中心に固着されるため、同軸ケーブル１４の中心導体１４ａは図１（ａ）に示すようにスリット１０ｂ内において斜めに挿通されるようになる。これにより、給電点１２が偏心していても同軸ケーブル１４は誘電体基板１０の略中心位置から導出されるようになる。このように構成されたマイクロストリップアンテナ１は回転対称の形状となる。
また、誘電体基板１０の裏面側に円筒状の絶縁筒体１５が配置され、絶縁筒体１５の周側面には複数の面状素子１６がほぼ等間隔で形成されている。この面状素子１６は、絶縁筒体１５に金属を蒸着すること、あるいは金属薄板を貼着することにより形成されている。なお、面状素子１６は放射導体１１と略直交して配置されることになる。
【００１７】
この複数の面状素子１６は、図１（ｂ）に示すように方形状の面状部１６ａと、この面状部１６ａに下端が連接されている線状の接続部１６ｂとから構成されている。この接続部１６ｂの上端はハンダ付け等によりアース導体１３の周縁に接続されている。この面状素子１６からは水平成分および垂直成分の電磁波が放射されるようになり、面状素子１６が放射導体１１に略直交して配置されているため、マイクロストリップアンテナ１の低仰角および水平方向の指向性の利得が向上されるようになる。さらに、面状素子１６はアース導体としても作用するようになり、アース導体１３の面積の不足を面状素子１６により補うことができる。
【００１８】
面状素子１６についてさらに説明すると、面状素子１６の方形状の面状部１６ａの高さＨ１は約０．０６λｇ〜０．０８λｇ（λｇは、目的とする周波数における絶縁筒体１５の比誘電率に応じて短縮された管内波長）とされ、その幅Ｗ１は約０．０８λｇ〜０．１λｇとされている。また、面状素子１６の線状とされた接続部１６ｂの高さＨ２は約０．０１λｇ〜０．０２λｇとされ、その幅Ｗ２は約０．０１λｇ〜０．０４λｇとされている。このように、面状素子１６の高さＨ３（＝Ｈ１＋Ｈ２）と幅Ｗ１はほぼ同じ寸法とされ、高さＨ３方向に励振される電流により垂直成分が放射され、幅Ｗ１方向に励振される電流により水平成分が放射されるようになる。
【００１９】
これにより、アース導体１３から面状素子１６に流れる電流を利用して、マイクロストリップアンテナ１の指向特性を図３に示すように改善することができる。すなわち、図１に示す本発明のマイクロストリップアンテナ１における垂直面内の指向性を図３に示すが、同心円状の目盛は５ｄＢステップとされ、図３の指向性を観察すると、図９に示す従来のマイクロストリップアンテナの指向特性に比して水平方向の利得が約５ｄＢ向上されると共に、低仰角の利得も向上されていることがわかる。
【００２０】
これにより、本発明のマイクロストリップアンテナ１を衛星の位置が時々刻々と変化するイリジウム・システムのような非静止移動体衛星通信システムに適用しても、良好な通信を行えるようになる。
なお、スリット１０ｂの幅は同軸ケーブル１４の中心導体１４ａが挿通できる幅とされている。
上記した面状素子１６を、少なくとも３つ絶縁筒体１５にほぼ等間隔で設けるようにすれば、図３に示す指向性と同様の指向性を得ることができる。また、面状素子は、図１に示す面状素子１６に替えて、図２（ａ）（ｂ）に示す形状の面状素子を用いるようにしてもよい。図２（ａ）に示す面状素子４１はホームベース型の面状部４１ａと、面状部４１ａの頂部から引き出された線状の接続部４１ｂとから構成されている。また、図２（ｂ）に示す面状素子４２は菱形の面状部４２ａと、面状部４２ａの頂部から引き出された線状の接続部４２ｂとから構成されている。このような面状素子４１，４２を用いるようにしても、マイクロストリップアンテナ１の低仰角および水平方向の指向性の利得を向上することができる。
【００２１】
次に、本発明のマイクロストリップアンテナの実施の形態の第２の構成例を図４に示す。図４（ａ）は、円偏波を送受信可能な本発明のマイクロストリップアンテナ２の一部を破断した正面図であり、図４（ｂ）はその側面図、図４（ｃ）はその上面図である。
図４（ａ）〜（ｃ）に示すマイクロストリップアンテナ２では、所定厚みの円筒状とされたセラミック製等の誘電体基板２０の表面に方形のパッチ状とされた放射導体２１が設けられており、その裏面には全面に薄板状のアース導体２３が設けられている。この放射導体２１とアース導体２３は、誘電体基板２０に金属を蒸着することにより形成されたり、あるいは金属薄板を貼着することにより形成されている。放射導体２１には円偏波を送受信するために、中心から偏心した位置に給電点２２が設けられており、この給電点２２の位置には誘電体基板２０に形成されたスリット２０ｂに連通するように挿通孔２０ａが設けられている。
【００２２】
このスリット２０ｂの断面形状は方形状とされており、給電点２２から誘電体基板２０の略中心に至る幅で誘電体基板２０に形成されており、スリット２０ｂの厚みは極力薄く形成されている。
また、誘電体基板２０の裏面にはセミリジッドケーブルとされた同軸ケーブル２４が装着されており、同軸ケーブル２４の中心導体２４ａはスリット２０ｂの下端からスリット２０ｂ内に斜めに挿通されて、スリット２０ｂに連通する挿通孔２０ａ内に挿通される。そして、挿通孔２０ａに挿通された中心導体２４ａの先端が給電点２２にハンダ付けされて、放射導体２１が同軸ケーブル２４により給電される。さらに、同軸ケーブル２４のパイプ状のシールド導体２４ｂの先端はアース導体２３の略中心にハンダ付け等により電気的かつ機械的に固着される。
【００２３】
このように、同軸ケーブル２４のパイプ状のシールド導体２４ｂの先端が誘電体基板２０の略中心に固着されるため、同軸ケーブル２４の中心導体２４ａは図４（ａ）に示すようにスリット２０ｂ内において斜めに挿通されるようになる。これにより、給電点２２が偏心していても同軸ケーブル２４は誘電体基板２０の略中心位置から導出されるようになる。このように構成されたマイクロストリップアンテナ２は回転対称の形状となる。
また、誘電体基板２０の裏面側に円筒状の絶縁筒体２５が配置され、絶縁筒体２５の周側面には複数本の線状素子２６がほぼ等間隔で形成されている。この線状素子２６は、絶縁筒体２５に金属を蒸着すること、あるいは金属薄板を貼着することにより形成されている。なお、線状素子２６は放射導体２１と略直交して配置されることになる。
【００２４】
この複数の線状素子２６の上端はハンダ付け等によりアース導体２３の周縁に接続されており、線状素子２６からは主に垂直成分の電磁波が放射されるようになり、線状素子２６が放射導体２１に略直交して配置されているため、マイクロストリップアンテナ２の低仰角および水平方向の指向性の利得が向上されるようになる。さらに、線状素子２６はアース導体としても作用するようになり、アース導体２３の面積の不足を線状素子２６により補うことができる。
線状素子２６についてさらに説明すると、線状素子２６の高さＨ４は約０．１λｇ〜０．２５λｇ（λｇは、目的とする周波数における絶縁筒体２５の比誘電率に応じて短縮された管内波長）とされ、その幅Ｗ３は約０．０１λｇ〜０．０４λｇとされている。そして、線状素子２６の高さＨ４方向に励振される電流により垂直成分が主に放射されるようになる。
【００２５】
これにより、本発明のマイクロストリップアンテナ２の低仰角および水平方向の指向性の利得が向上され、衛星の位置が時々刻々と変化するイリジウム・システムのような非静止移動体衛星通信システムに適用しても、良好な通信を行えるようになる。
上記した線状素子２６を少なくとも３本、絶縁筒体２５にほぼ等間隔で設けるようにすれば、低仰角および水平方向の指向性の利得が向上される。
【００２６】
次に、本発明のマイクロストリップアンテナの実施の形態の第３の構成例を図５に示す。図５（ａ）は、円偏波を送受信可能な本発明のマイクロストリップアンテナ３の一部を破断した正面図であり、図５（ｂ）はその側面図、図５（ｃ）はその上面図である。
図５（ａ）〜（ｃ）に示すマイクロストリップアンテナ３では、所定厚みの円筒状とされたセラミック製等の誘電体基板３０の表面に方形のパッチ状とされた放射導体３１が設けられており、その裏面には全面に薄板状のアース導体３３が設けられている。この放射導体２１とアース導体３３は、誘電体基板３０に金属を蒸着することにより形成されたり、あるいは金属薄板を貼着することにより形成されている。放射導体３１には円偏波を送受信するために、中心から偏心した位置に給電点３２が設けられており、この給電点３２の位置には誘電体基板３０に形成されたスリット３０ｂに連通するように挿通孔３０ａが設けられている。
【００２７】
このスリット３０ｂの断面形状は方形状とされており、給電点３２から誘電体基板３０の略中心に至る幅で誘電体基板３０に形成されており、スリット３０ｂの厚みは極力薄く形成されている。
また、誘電体基板３０の裏面にはセミリジッドケーブルとされた同軸ケーブル３４が装着されており、同軸ケーブル３４の中心導体３４ａはスリット３０ｂの下端からスリット３０ｂ内に斜めに挿通されて、スリット３０ｂに連通する挿通孔３０ａ内に挿通される。そして、挿通孔３０ａに挿通された中心導体３４ａの先端が給電点３２にハンダ付けされて、放射導体３１が同軸ケーブル３４により給電される。さらに、同軸ケーブル３４のパイプ状のシールド導体３４ｂの先端はアース導体３３の略中心にハンダ付け等により電気的かつ機械的に固着される。
【００２８】
このように、同軸ケーブル３４のパイプ状のシールド導体３４ｂの先端が誘電体基板３０の略中心に固着されるため、同軸ケーブル３４の中心導体３４ａは図５（ａ）に示すようにスリット３０ｂ内において斜めに挿通されるようになる。これにより、給電点３２が偏心していても同軸ケーブル３４は誘電体基板３０の略中心位置から導出されるようになる。このように構成されたマイクロストリップアンテナ３は回転対称の形状となる。
また、誘電体基板３０の裏面側に円筒状の絶縁筒体３５が配置され、絶縁筒体３５の周側面には複数の面状素子３６と線状素子３７とがほぼ等間隔で交互に形成されている。この面状素子３６と線状素子３７は、絶縁筒体３５に金属を蒸着すること、あるいは金属薄板を貼着することにより形成されている。なお、面状素子３６と線状素子３７は放射導体３１と略直交して配置されることになる。
【００２９】
この複数の面状素子３６は、図５（ｂ）に示すように方形状の面状部３６ａと、この面状部３６ａに下端が連接されている線状の接続部３６ｂとから構成されている。そして、接続部３６ｂの上端はハンダ付け等によりアース導体３３の周縁に接続されていると共に、複数の線状素子３７の上端もハンダ付け等によりアース導体３３の周縁に接続されている。この面状素子３６および線状素子３７からは水平成分および垂直成分の電磁波が放射されるようになり、面状素子３６および線状素子３７が放射導体３１に対して垂直に配置されているため、マイクロストリップアンテナ３の低仰角および水平方向の指向性の利得が向上されるようになる。さらに、面状素子３６および線状素子３７はアース導体として作用するようになり、アース導体３３の面積の不足を面状素子３６および線状素子３７により補うことができる。
【００３０】
面状素子３６は図１に示す第１の構成例における面状素子１６と同様の構成とされており、線状素子３７は図４に示す第２の構成例における線状素子２６と同様の構成とされているので、アース導体３３から面状素子３６および線状素子３７に流れる電流を利用して、マイクロストリップアンテナ３の低仰角および水平方向の指向特性を改善することができる。
これにより、本発明のマイクロストリップアンテナ３を衛星の位置が時々刻々と変化するイリジウム・システムのような非静止移動体衛星通信システムに適用しても、良好な通信を行えるようになる。
なお、上記した面状素子３６と線状素子３７を、少なくとも３つづつ絶縁筒体３５にほぼ等間隔で設けるようにすれば、低仰角および水平方向の指向性の利得を向上することができる。また、面状素子は、図５に示す面状素子３６に替えて、図２（ａ）（ｂ）に示すホームベース型あるいは菱形の面状素子４１，４２を用いるようにしてもよい。
【００３１】
上記説明したマイクロストリップアンテナの第１の構成例ないし第３の構成例において、パッチ状の放射導体の形状は方形に限らず、円形の放射導体としてもよい。円形の放射導体とする場合は、対向する周縁部を一部切り取ったり、対向する周縁部に切溝を設けるようにして円偏波の送受信を行えるようにする。
また、上記説明したマイクロストリップアンテナの第１の構成例ないし第３の構成例において、方形状の放射導体の頂点の位置に面状素子あるいは線状素子を設けているが，本発明はこれに限るものではなく面状素子および線状素子は放射導体に対して任意の位置に設けることができる。
なお、誘電体基板はセラミック製として説明したが、これに限ることはなく所定の誘電率を有する一般的な誘電材からなる誘電体基板であってもよい。
さらに、誘電体基板に形成されたスリットの断面形状は、方形状に限らずくさび状としてもよい。この場合は、偏心された給電点と誘電体基板の裏面の略中心とを連通させるようなスリットの形状とされる。
【００３２】
次に、本発明に係るマイクロストリップアンテナをイリジウム・システム等に適用した携帯無線機の構成例を図６，図７に示す。図６（ａ）は一部を断面図で示す携帯無線機の平面図、図６（ｂ）は携帯無線機の側面図、図７（ａ）はアンテナ部を収納した携帯無線機を示す平面図、図７（ｂ）は一部を断面図で示す携帯無線機の上面図である。
図６（ａ）（ｂ）において、携帯無線機５０の筐体５０ａ内には送受信回路が収納されており、筐体５０ａには各種表示を行う表示部５０ｂと、ダイアルしたり各種操作を行う複数のボタン５０ｃが設けられている。この筐体５０ａに対してアンテナ部５１が伸縮自在に設けられている。なお、アンテナ部５１を筐体５０ａに対して伸長した状態が図６に、アンテナ部５１を収納した状態が図７に示されている。
【００３３】
アンテナ部５１は、マイクロストリップアンテナ５２と、マイクロストリップアンテナ５２を収納している上部アンテナカバーケース５１ａと下部アンテナカバーケース５１ｂとから構成される。マイクロストリップアンテナ５２は、前記図１，図４，図５に示す構成のいずれかのマイクロストリップアンテナとされる。上部アンテナカバーケース５１ａには、マイクロストリップアンテナ５２における誘電体基板および絶縁筒体が収納され、下部アンテナカバーケース５１ｂにはセミリジッドの同軸ケーブルが収納される。この上部アンテナカバーケース５１ａと下部アンテナカバーケース５１ｂは、合成樹脂製とされ、回転対称の形状とされている。
【００３４】
このような構成の携帯無線機５０においては、アンテナ部５１の上部にマイクロストリップアンテナ５２が設けられているので、アンテナ部５１が伸張状態でも収納状態でも送受信可能となる。また、円偏波を送受信可能なマイクロストリップアンテナ５２の指向性は図３に示すように水平方向においても良好な指向性とされているため、衛星が時々刻々と移動したり通話時に携帯無線機５０が傾けられたりしても良好な通話やデータ伝送が可能となる。
なお、携帯無線機５０が待ち受け時とされているときには、アンテナ部５１を図７に示すように筐体５０ａに収納してコンパクトに携帯することが可能とされる。
【００３５】
【発明の効果】
上記説明したように本発明のマイクロストリップアンテナは、誘電体基板の裏面側に配置された絶縁筒体に形成されている放射素子が、アース導体に接続されているため、アース導体の面積を等価的に大きくすることができ、アンテナの特性を向上することができる。また、放射導体と略直交されて配置される放射素子からも水平成分および垂直成分で励振可能とされて、水平成分および垂直成分の電磁波を送受信することができることから、マイクロストリップアンテナの低仰角および水平方向の指向性の利得を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロストリップアンテナの実施の形態の第１の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のマイクロストリップアンテナにおける面状素子の変形例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態のマイクロストリップアンテナにおける垂直面内の指向性を示す図である。
【図４】本発明のマイクロストリップアンテナの実施の形態の第２の構成例を示す図である。
【図５】本発明のマイクロストリップアンテナの実施の形態の第３の構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態のマイクロストリップアンテナを携帯無線機に取り付けた構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態のマイクロストリップアンテナを携帯無線機に取り付けた際に、アンテナ部を収納した状態を示す図である。
【図８】従来のマイクロストリップアンテナの構成を示す図である。
【図９】従来のマイクロストリップアンテナにおける垂直面内の指向性を示す図である。
【符号の説明】
１，２，３，５２マイクロストリップアンテナ
１０，２０，３０，１１０誘電体基板
１０ａ，２０ａ，３０ａ，１１０ａ挿通孔
１０ｂ，２０ｂ，３０ｂスリット
１１，２１，３１放射導体
１２，２２，３２，１１２給電点
１３，２３，３３，１１３アース導体
１４，２４，３４，１１４同軸ケーブル
１４ａ，２４ａ，３４ａ，１１４ａ中心導体
１４ｂ，２４ｂ，３４ｂ，１１４ｂシールド導体
１５，２５，３５絶縁筒体
１６，３６，４１，４２面状素子
１６ａ，３６ａ，４１ａ，４２ａ面状部
１６ｂ，３６ｂ，４１ｂ，４２ｂ接続部
２６，３７線状素子
５０ｃボタン
５０携帯無線機
５０ａ筐体
５０ｂ表示部
５１アンテナ部
５１ａ上部アンテナカバーケース
５１ｂ下部アンテナカバーケース
１００方形マイクロストリップアンテナ
１１１方形放射導体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microstrip antenna suitable for being mounted on a portable wireless device.
[0002]
[Prior art]
Various satellite communication systems for mobile communication have been proposed. There are two types of satellite communication systems: stationary mobile satellite communication systems that use geostationary satellites and non-stationary mobile satellite communication systems that use nonstationary satellites. .
Non-stationary mobile satellite communication systems include systems that use satellites with low and medium altitude orbits, systems that use satellites with long elliptical orbits, and systems that use tilt-synchronous orbits. Among these systems, there is a LEO (Low Earth Orbit) communication system as a system using non-geostationary satellites in low and medium altitude orbits. This LEO communication system has an advantage that the propagation delay time is reduced and the propagation loss is small, so that the transmission power of the terminal can be reduced and the terminal can be easily reduced in size and weight.
[0003]
Further, the LEO communication system includes a small-scale LEO (Little LEO) that handles only data transmission and a large-scale LEO (Big LEO) that can perform voice transmission. Among the large-scale LEOs is the international personal satellite communication system “Iridium” which is being promoted by the US company Iridium. This Iridium system is a TDMA (Time Division Multiple Access) system using a frequency of 1.6 GHz band, and (66 + 6) non-booths launched at a high altitude of 780 km to cover the entire earth. Communication is made using geostationary satellites. Non-geostationary satellites are arranged at 30 degree longitude intervals. In addition, the Iridium system is assigned a frequency bandwidth of 161.35 to 1626.5 MHz.
[0004]
In this Iridium system, although many satellites are required, the communication delay time can be ignored, so that communication such as voice and data can be performed in real time. Further, since the transmission power of the terminal can be reduced, the terminal can be portable. Therefore, if a portable wireless device for the Iridium system is carried, it becomes possible to perform telephone calls and data transmission in real time with telephones and mobile phones all over the world. In the iridium system, circularly polarized waves (right-handed) are used so as to be suitable for portable radio devices.
[0005]
In such a portable wireless device, a helical antenna or a microstrip antenna is used because it is necessary to receive circularly polarized waves.
Here, the configuration of a conventional microstrip antenna capable of transmitting and receiving circularly polarized waves is shown in FIG. 8A is a plan view of a rectangular microstrip antenna, FIG. 8B is a side view thereof, and FIG. 8C is a back view thereof.
A rectangular microstrip antenna 100 shown in FIGS. 8A to 8C has a rectangular patch-shaped rectangular radiating conductor 111 formed on the surface of a cylindrical dielectric substrate 110 having a predetermined thickness. An earth conductor 113 is formed on the surface. The rectangular radiating conductor 111 is provided with a feeding point 112 at a position deviated from the center in order to transmit and receive circularly polarized waves. The insertion point 110 a penetrates the dielectric substrate 110 at the position of the feeding point 112. Is provided.
[0006]
A coaxial cable 114, which is a semi-rigid cable, is attached to the back surface of the dielectric substrate 110. The central conductor 114a of the coaxial cable 114 is inserted into the insertion hole 110a, and the tip thereof is soldered to the feeding point 112. Has been. The shield conductor 114b of the coaxial cable 114 is electrically and mechanically fixed to the ground conductor 113 by soldering or the like.
Thus, since the coaxial cable 114 is derived from the position of the feeding point 112, it is derived eccentrically from the center of the dielectric substrate 110 as shown in FIG. 8B. Then, the circularly polarized wave received by the rectangular radiation conductor 111 is guided to the receiver via the coaxial cable 114, and the RF signal supplied from the coaxial cable 114 is radiated from the square radiation conductor 111 to the space as a circularly polarized electromagnetic wave. Will come to be.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 9 shows the directivity in the vertical plane of the conventional microstrip antenna shown in FIG. In FIG. 9, the concentric scale is a scale of 5 dB step. When the directivity of FIG. 9 is observed, the gain in the zenith direction is the highest in the conventional microstrip antenna, and the directivity gain in the horizontal direction is It is about 12 dB lower than the gain in the zenith direction. The cause of this is that the radiation conductor of the microstrip antenna is located in a horizontal plane, and the area of the dielectric substrate is limited, so the area of the ground conductor is not an area that sufficiently functions as a ground. That is.
Then, when a conventional microstrip antenna is mounted on a portable wireless device in a non-stationary mobile satellite communication system such as the above-mentioned iridium system, the following problems arise.
[0008]
In a non-geostationary mobile satellite communication system, the position of the satellite changes momentarily in the orbit and the arrival direction of radio waves changes. However, since the directivity of the conventional microstrip antenna is high in the zenith direction and low in the horizontal direction, as shown in FIG. 9, good communication can be performed when the elevation angle at which radio waves arrive is low. The fear of not being able to do arises.
In order to solve this problem, a satellite tracking type portable radio device has a problem that the configuration for tracking becomes complicated and the cost increases.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a microstrip antenna and a portable wireless device including a microstrip antenna that improve the directivity gain in a low elevation angle and a horizontal direction.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a microstrip antenna of the present invention includes a dielectric substrate in which a patch-like radiation conductor that radiates circularly polarized waves is formed on one surface and an earth conductor is formed on the other surface, and the dielectric together are derived from the other surface of the substrate, is connected to the feeding point of the center conductor is the radiation conductor formed on one surface of a dielectric substrate, a power supply cable shield conductor is connected to said ground conductor, said dielectric substrate A through-hole through which the power feeding cable is inserted, the diameter of which is substantially the same as that of the dielectric substrate, and a radiating element formed on a peripheral side substantially perpendicular to the radiating conductor. and an insulating cylindrical body, said radiating element is composed of a linear connecting portion upper end is electrically connected to the grounding conductor, the planar portion of the rectangular shape which is formed at the lower end of the connecting portion surface Shaped elements are arranged at almost equal intervals on the peripheral side surface It is constituted by several formed, the radiating element is capable excited in the horizontal and vertical components.
[0011]
Further, another microstrip antenna of the present invention capable of achieving the above object includes a dielectric substrate in which a patch-like radiation conductor that radiates circularly polarized waves is formed on one surface, and an earth conductor is formed on the other surface. A feeding cable that is derived from the other surface of the dielectric substrate, the central conductor is connected to a feeding point of a radiation conductor formed on one surface of the dielectric substrate, and a shield conductor is connected to the ground conductor; A radiating element disposed on the other surface of the dielectric substrate, having a through hole through which the power supply cable is inserted, having substantially the same diameter as the dielectric substrate, and being substantially perpendicular to the radiating conductor The radiating element includes a linear connection portion whose upper end is electrically connected to the ground conductor, and a rectangular planar portion formed at the lower end of the connection portion. A planar element consisting of A plurality of linear linear elements that are electrically connected to the ground conductor are formed at substantially equal intervals on the peripheral side surface, and the radiating element can be excited by a horizontal component and a vertical component. Yes .
[0012]
In addition, a portable wireless device including the microstrip antenna of the present invention includes a dielectric substrate in which a patch-like radiation conductor that radiates circularly polarized waves is formed on one surface and an earth conductor is formed on the other surface, and the dielectric substrate A central conductor is connected to a feeding point of a radiation conductor formed on one surface of the dielectric substrate, and a shield conductor is connected to a ground conductor formed on the other surface of the dielectric substrate. A feed cable, and a through-hole through which the feed cable is inserted, having substantially the same diameter as the dielectric substrate, and substantially perpendicular to the radiation conductor. and a radiating element in the circumferential side surface is formed an insulating cylindrical body, said radiating element includes a linear connection portion in which the upper end is electrically connected to the grounding conductor, who formed at the lower end of the connecting portion Planar element composed of a planar portion having a shape The is configured with a plurality formed at substantially equal intervals in the circumferential side surface, a microstrip antenna in which the radiating element is capable excited in the horizontal and vertical components are the antenna cover case, which is the shape of rotational symmetry The antenna cover case is retractably provided in the housing.
Furthermore, another portable wireless device including the microstrip antenna of the present invention includes a dielectric substrate in which a patch-like radiation conductor that radiates circularly polarized waves is formed on one surface and a ground conductor is formed on the other surface, and the dielectric A center conductor is connected to a feeding point of a radiation conductor formed on one surface of the dielectric substrate, and a shield conductor is connected to a ground conductor formed on the other surface of the dielectric substrate. A power feeding cable to be connected, and a through hole that is disposed on the other surface of the dielectric substrate, through which the power feeding cable is inserted, has substantially the same diameter as the dielectric substrate, and is substantially the same as the radiation conductor. radiating elements orthogonal circumferential surface and an insulating cylindrical body that is formed, the radiating element includes a linear connection portion in which the upper end is electrically connected to the ground conductor, it is formed on the lower end of the connecting portion A surface consisting of a rectangular surface portion And a plurality of linear linear elements whose upper ends are electrically connected to the ground conductor are formed at substantially equal intervals on the peripheral side surface, and the radiating element includes a horizontal component and a vertical component. The microstrip antenna, which can be excited by, is housed in an antenna cover case having a rotationally symmetric shape, and the antenna cover case is provided in a casing so as to be extendable and contractable.
[0013]
According to the present invention, since the radiating element formed on the insulating cylinder disposed on the other surface side of the dielectric substrate is connected to the ground conductor, the area of the ground conductor is equivalently increased. And the characteristics of the antenna can be improved. In addition, since the radiating element arranged substantially orthogonal to the radiating conductor can be excited by the horizontal component and the vertical component, and can transmit and receive electromagnetic waves of the horizontal component and the vertical component, the low elevation angle of the microstrip antenna and The gain of directivity in the horizontal direction can be improved.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a first configuration example of an embodiment of a microstrip antenna of the present invention. FIG. 1A is a front view in which a part of a microstrip antenna 1 of the present invention capable of transmitting and receiving circularly polarized waves is broken, FIG. 1B is a side view thereof, and FIG. 1C is a top view thereof. It is.
In the microstrip antenna 1 shown in FIGS. 1A to 1C, a rectangular patch-shaped radiation conductor 11 is provided on the surface of a dielectric substrate 10 made of ceramic or the like having a cylindrical shape with a predetermined thickness. In addition, a thin plate-like ground conductor 13 is provided on the entire back surface thereof. The radiation conductor 11 and the ground conductor 13 are formed by vapor-depositing a metal on the dielectric substrate 10, or are formed by sticking a metal thin plate. The radiating conductor 11 is provided with a feeding point 12 at a position eccentric from the center in order to transmit and receive circularly polarized waves. The feeding point 12 communicates with a slit 10 b formed on the dielectric substrate 10. Thus, an insertion hole 10a is provided.
[0015]
The cross-sectional shape of the slit 10b is rectangular, and is formed in the dielectric substrate 10 with a width extending from the feeding point 12 to the approximate center of the dielectric substrate 10, and the thickness of the slit 10b is formed as thin as possible. .
A coaxial cable 14, which is a semi-rigid cable, is attached to the back surface of the dielectric substrate 10, and the central conductor 14 a of the coaxial cable 14 is obliquely inserted into the slit 10 b from the lower end of the slit 10 b and enters the slit 10 b. It is inserted into the communicating insertion hole 10a. Then, the tip of the central conductor 14 a inserted through the insertion hole 10 a is soldered to the feeding point 12, and the radiation conductor 11 is fed by the coaxial cable 14. Further, the tip of the pipe-shaped shield conductor 14b of the coaxial cable 14 is electrically and mechanically fixed to the substantial center of the ground conductor 13 by soldering or the like.
[0016]
Thus, since the tip of the pipe-shaped shield conductor 14b of the coaxial cable 14 is fixed to the approximate center of the dielectric substrate 10, the center conductor 14a of the coaxial cable 14 is placed in the slit 10b as shown in FIG. Is inserted diagonally. Thereby, even if the feeding point 12 is eccentric, the coaxial cable 14 is led out from a substantially central position of the dielectric substrate 10. The microstrip antenna 1 configured as described above has a rotationally symmetric shape.
A cylindrical insulating cylinder 15 is disposed on the back side of the dielectric substrate 10, and a plurality of planar elements 16 are formed on the peripheral side surface of the insulating cylinder 15 at substantially equal intervals. The planar element 16 is formed by depositing a metal on the insulating cylinder 15 or sticking a thin metal plate. The planar element 16 is disposed substantially orthogonal to the radiation conductor 11.
[0017]
As shown in FIG. 1B, the plurality of planar elements 16 are composed of a rectangular planar portion 16a and a linear connecting portion 16b whose lower end is connected to the planar portion 16a. Yes. The upper end of the connection portion 16b is connected to the periphery of the ground conductor 13 by soldering or the like. Since the planar element 16 emits horizontal and vertical electromagnetic waves, and the planar element 16 is disposed substantially orthogonal to the radiation conductor 11, the low elevation angle and horizontal of the microstrip antenna 1 are set. Directional directivity gain is improved. Further, the planar element 16 also acts as a ground conductor, and the planar element 16 can compensate for the shortage of the area of the ground conductor 13.
[0018]
The planar element 16 will be further described. The height H1 of the rectangular planar part 16a of the planar element 16 is about 0.06λg to 0.08λg (λg is the dielectric constant of the insulating cylinder 15 at the target frequency). And the width W1 is about 0.08λg to 0.1λg. Further, the height H2 of the connecting portion 16b formed into a linear shape of the planar element 16 is set to about 0.01λg to 0.02λg, and the width W2 thereof is set to about 0.01λg to 0.04λg. Thus, the height H3 (= H1 + H2) and the width W1 of the planar element 16 are substantially the same size, and a vertical component is radiated by the current excited in the height H3 direction, and the current excited in the width W1 direction. Due to this, the horizontal component is emitted.
[0019]
Thereby, the directivity of the microstrip antenna 1 can be improved as shown in FIG. 3 using the current flowing from the ground conductor 13 to the planar element 16. That is, the directivity in the vertical plane in the microstrip antenna 1 of the present invention shown in FIG. 1 is shown in FIG. 3, but the concentric scale is 5 dB steps, and the directivity shown in FIG. It can be seen that the horizontal gain is improved by about 5 dB and the low elevation angle gain is also improved as compared to the directivity characteristics of the conventional microstrip antenna.
[0020]
Thereby, even if the microstrip antenna 1 of the present invention is applied to a non-stationary mobile satellite communication system such as an iridium system in which the position of the satellite changes from moment to moment, good communication can be performed.
In addition, the width of the slit 10b is set such that the central conductor 14a of the coaxial cable 14 can be inserted.
Directivity similar to the directivity shown in FIG. 3 can be obtained by providing at least three planar elements 16 on the insulating cylinder 15 at substantially equal intervals. Further, as the planar element, a planar element having the shape shown in FIGS. 2A and 2B may be used instead of the planar element 16 shown in FIG. A planar element 41 shown in FIG. 2A includes a home base type planar portion 41a and a linear connection portion 41b drawn from the top of the planar portion 41a. Further, the planar element 42 shown in FIG. 2B is composed of a rhombic planar portion 42a and a linear connection portion 42b drawn from the top of the planar portion 42a. Even if such planar elements 41 and 42 are used, the low elevation angle and horizontal directivity gain of the microstrip antenna 1 can be improved.
[0021]
Next, FIG. 4 shows a second configuration example of the embodiment of the microstrip antenna of the present invention. 4 (a) is a front view in which a part of the microstrip antenna 2 of the present invention capable of transmitting and receiving circularly polarized waves is broken, FIG. 4 (b) is a side view thereof, and FIG. 4 (c) is an upper surface thereof. FIG.
In the microstrip antenna 2 shown in FIGS. 4A to 4C, a rectangular patch-shaped radiation conductor 21 is provided on the surface of a ceramic substrate or the like having a cylindrical shape with a predetermined thickness. In addition, a thin plate-like ground conductor 23 is provided on the entire back surface thereof. The radiation conductor 21 and the ground conductor 23 are formed by vapor-depositing a metal on the dielectric substrate 20, or are formed by sticking a metal thin plate. The radiating conductor 21 is provided with a feeding point 22 at a position eccentric from the center in order to transmit and receive circularly polarized waves. The feeding point 22 communicates with a slit 20b formed on the dielectric substrate 20. Thus, an insertion hole 20a is provided.
[0022]
The sectional shape of the slit 20b is rectangular, and is formed in the dielectric substrate 20 with a width from the feeding point 22 to the approximate center of the dielectric substrate 20, and the thickness of the slit 20b is formed as thin as possible. .
A coaxial cable 24, which is a semi-rigid cable, is attached to the back surface of the dielectric substrate 20, and the central conductor 24a of the coaxial cable 24 is obliquely inserted into the slit 20b from the lower end of the slit 20b and into the slit 20b. It is inserted into the communicating insertion hole 20a. Then, the tip of the center conductor 24 a inserted through the insertion hole 20 a is soldered to the feeding point 22, and the radiation conductor 21 is fed by the coaxial cable 24. Further, the tip of the pipe-shaped shield conductor 24b of the coaxial cable 24 is electrically and mechanically fixed to the substantial center of the ground conductor 23 by soldering or the like.
[0023]
As described above, since the tip of the pipe-shaped shield conductor 24b of the coaxial cable 24 is fixed to the approximate center of the dielectric substrate 20, the center conductor 24a of the coaxial cable 24 is placed in the slit 20b as shown in FIG. Is inserted diagonally. As a result, even if the feeding point 22 is eccentric, the coaxial cable 24 is led out from the approximate center position of the dielectric substrate 20. The microstrip antenna 2 configured as described above has a rotationally symmetric shape.
A cylindrical insulating cylinder 25 is disposed on the back side of the dielectric substrate 20, and a plurality of linear elements 26 are formed on the peripheral side surface of the insulating cylinder 25 at substantially equal intervals. The linear element 26 is formed by depositing a metal on the insulating cylinder 25 or attaching a metal thin plate. The linear element 26 is disposed substantially orthogonal to the radiation conductor 21.
[0024]
The upper ends of the plurality of linear elements 26 are connected to the periphery of the ground conductor 23 by soldering or the like, so that the electromagnetic waves of vertical components are mainly emitted from the linear elements 26. Since the radiating conductor 21 is arranged substantially orthogonally, the gain of the low elevation angle and horizontal directivity of the microstrip antenna 2 is improved. Further, the linear element 26 also acts as a ground conductor, and the shortage of the area of the ground conductor 23 can be compensated by the linear element 26.
The linear element 26 will be further described. The height H4 of the linear element 26 is about 0.1 λg to 0.25 λg (λg is reduced in the pipe according to the relative dielectric constant of the insulating cylinder 25 at the target frequency. The width W3 is about 0.01λg to 0.04λg. The vertical component is mainly radiated by the current excited in the direction of the height H4 of the linear element 26.
[0025]
As a result, the gain of the low elevation angle and horizontal directivity of the microstrip antenna 2 of the present invention is improved, and the microstrip antenna 2 is applied to a non-stationary mobile satellite communication system such as an iridium system in which the position of the satellite changes every moment. However, good communication can be performed.
If at least three of the linear elements 26 are provided in the insulating cylinder 25 at substantially equal intervals, the low elevation angle and horizontal directivity gain can be improved.
[0026]
Next, FIG. 5 shows a third configuration example of the embodiment of the microstrip antenna of the present invention. FIG. 5A is a front view in which a part of the microstrip antenna 3 of the present invention capable of transmitting and receiving circularly polarized waves is broken, FIG. 5B is a side view thereof, and FIG. FIG.
In the microstrip antenna 3 shown in FIGS. 5A to 5C, a rectangular patch-shaped radiation conductor 31 is provided on the surface of a ceramic-made dielectric substrate 30 having a cylindrical shape with a predetermined thickness. A thin plate-like ground conductor 33 is provided on the entire rear surface. The radiation conductor 21 and the ground conductor 33 are formed by vapor-depositing a metal on the dielectric substrate 30 or are formed by sticking a metal thin plate. The radiating conductor 31 is provided with a feeding point 32 at a position eccentric from the center in order to transmit and receive circularly polarized waves. The feeding point 32 communicates with a slit 30b formed on the dielectric substrate 30. Thus, an insertion hole 30a is provided.
[0027]
The cross-sectional shape of the slit 30b is rectangular, and is formed in the dielectric substrate 30 with a width from the feeding point 32 to the approximate center of the dielectric substrate 30, and the slit 30b is formed as thin as possible. .
A coaxial cable 34, which is a semi-rigid cable, is attached to the back surface of the dielectric substrate 30, and the central conductor 34a of the coaxial cable 34 is obliquely inserted into the slit 30b from the lower end of the slit 30b to enter the slit 30b. It is inserted into the communicating insertion hole 30a. Then, the tip of the center conductor 34 a inserted through the insertion hole 30 a is soldered to the feeding point 32, and the radiation conductor 31 is fed by the coaxial cable 34. Further, the tip of the pipe-shaped shield conductor 34 b of the coaxial cable 34 is electrically and mechanically fixed to the substantial center of the ground conductor 33 by soldering or the like.
[0028]
Thus, since the tip of the pipe-shaped shield conductor 34b of the coaxial cable 34 is fixed to the approximate center of the dielectric substrate 30, the center conductor 34a of the coaxial cable 34 is placed in the slit 30b as shown in FIG. Is inserted diagonally. As a result, even if the feeding point 32 is eccentric, the coaxial cable 34 is derived from the approximate center position of the dielectric substrate 30. The microstrip antenna 3 configured as described above has a rotationally symmetric shape.
A cylindrical insulating cylinder 35 is disposed on the back side of the dielectric substrate 30, and a plurality of planar elements 36 and linear elements 37 are alternately formed at substantially equal intervals on the peripheral side surface of the insulating cylinder 35. Has been. The planar element 36 and the linear element 37 are formed by vapor-depositing metal on the insulating cylinder 35 or attaching a metal thin plate. The planar element 36 and the linear element 37 are arranged substantially orthogonal to the radiation conductor 31.
[0029]
As shown in FIG. 5B, each of the plurality of planar elements 36 includes a rectangular planar portion 36a and a linear connecting portion 36b having a lower end connected to the planar portion 36a. Yes. The upper end of the connection portion 36b is connected to the periphery of the ground conductor 33 by soldering or the like, and the upper ends of the plurality of linear elements 37 are also connected to the periphery of the ground conductor 33 by soldering or the like. The planar element 36 and the linear element 37 emit horizontal and vertical electromagnetic waves, and the planar element 36 and the linear element 37 are disposed perpendicular to the radiation conductor 31. The gain of the low elevation angle and horizontal directivity of the microstrip antenna 3 is improved. Further, the planar element 36 and the linear element 37 act as a ground conductor, and the shortage of the area of the ground conductor 33 can be compensated by the planar element 36 and the linear element 37.
[0030]
The planar element 36 has the same configuration as the planar element 16 in the first configuration example shown in FIG. 1, and the linear element 37 has the same configuration as the linear element 26 in the second configuration example shown in FIG. Since it is configured, the low elevation angle and horizontal directivity characteristics of the microstrip antenna 3 can be improved by using the current flowing from the ground conductor 33 to the planar element 36 and the linear element 37.
Thereby, even when the microstrip antenna 3 of the present invention is applied to a non-stationary mobile satellite communication system such as an iridium system in which the position of the satellite changes from moment to moment, good communication can be performed.
If the above-described planar element 36 and linear element 37 are provided in the insulating cylinder 35 at least at an equal interval, the gain of low elevation angle and horizontal directivity can be improved. . Further, as the planar element, instead of the planar element 36 shown in FIG. 5, home-base type or rhombic planar elements 41 and 42 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) may be used.
[0031]
In the first to third configuration examples of the microstrip antenna described above, the shape of the patch-shaped radiation conductor is not limited to a square, and may be a circular radiation conductor. When a circular radiation conductor is used, circularly polarized waves can be transmitted and received by partially cutting away the opposing peripheral edge portions or providing a cut groove in the opposing peripheral edge portion.
Further, in the first to third configuration examples of the microstrip antenna described above, a planar element or a linear element is provided at the apex of the rectangular radiation conductor. The planar element and the linear element can be provided at an arbitrary position with respect to the radiation conductor.
Although the dielectric substrate has been described as being made of ceramic, it is not limited to this and may be a dielectric substrate made of a general dielectric material having a predetermined dielectric constant.
Furthermore, the cross-sectional shape of the slit formed in the dielectric substrate is not limited to a square shape but may be a wedge shape. In this case, the shape of the slit is such that the eccentric feeding point communicates with the substantial center of the back surface of the dielectric substrate.
[0032]
Next, FIG. 6 and FIG. 7 show a configuration example of a portable wireless device in which the microstrip antenna according to the present invention is applied to an iridium system or the like. 6A is a plan view of a portable wireless device partially shown in a sectional view, FIG. 6B is a side view of the portable wireless device, and FIG. 7A is a plan view showing a portable wireless device containing an antenna portion. FIG. 7 and FIG. 7B are top views of the portable wireless device, a part of which is shown in a sectional view.
6 (a) and 6 (b), a transmission / reception circuit is housed in the casing 50a of the portable wireless device 50. The casing 50a has a display unit 50b for performing various displays, and performs dialing and various operations. A plurality of buttons 50c are provided. An antenna unit 51 is provided to be extendable and contractable with respect to the housing 50a. FIG. 6 shows a state where the antenna unit 51 is extended with respect to the housing 50a, and FIG. 7 shows a state where the antenna unit 51 is stored.
[0033]
The antenna unit 51 includes a microstrip antenna 52, an upper antenna cover case 51a that houses the microstrip antenna 52, and a lower antenna cover case 51b. The microstrip antenna 52 is a microstrip antenna having any one of the configurations shown in FIGS. The upper antenna cover case 51a houses a dielectric substrate and an insulating cylinder in the microstrip antenna 52, and the lower antenna cover case 51b houses a semi-rigid coaxial cable. The upper antenna cover case 51a and the lower antenna cover case 51b are made of synthetic resin and have a rotationally symmetric shape.
[0034]
In the portable wireless device 50 having such a configuration, since the microstrip antenna 52 is provided on the upper portion of the antenna unit 51, transmission / reception is possible even when the antenna unit 51 is in the extended state or the stored state. Further, since the directivity of the microstrip antenna 52 capable of transmitting and receiving circularly polarized waves is good in the horizontal direction as shown in FIG. 3, the satellite moves from time to time or a portable radio device during a call. Even if 50 is tilted, a good call and data transmission are possible.
When the portable wireless device 50 is in a standby state, the antenna unit 51 can be housed in the housing 50a as shown in FIG.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, in the microstrip antenna of the present invention, since the radiating element formed on the insulating cylinder disposed on the back side of the dielectric substrate is connected to the ground conductor, the area of the ground conductor is equivalent. Therefore, the antenna characteristics can be improved. In addition, since the radiating element arranged substantially orthogonal to the radiating conductor can be excited by the horizontal component and the vertical component, and can transmit and receive electromagnetic waves of the horizontal component and the vertical component, the low elevation angle of the microstrip antenna and The gain of directivity in the horizontal direction can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first configuration example of an embodiment of a microstrip antenna of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a modification of the planar element in the microstrip antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing directivity in a vertical plane in the microstrip antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a second configuration example of the embodiment of the microstrip antenna of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a third configuration example of the embodiment of the microstrip antenna of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration in which a microstrip antenna according to an embodiment of the present invention is attached to a portable wireless device.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the antenna unit is housed when the microstrip antenna according to the embodiment of the present invention is attached to the portable wireless device.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional microstrip antenna.
FIG. 9 is a diagram showing directivity in a vertical plane in a conventional microstrip antenna.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, 52 Microstrip antenna 10, 20, 30, 110 Dielectric substrate 10a, 20a, 30a, 110a Insertion hole 10b, 20b, 30b Slit 11, 21, 31 Radiation conductors 12, 22, 32, 112 Points 13, 23, 33, 113 Ground conductors 14, 24, 34, 114 Coaxial cables 14a, 24a, 34a, 114a Center conductors 14b, 24b, 34b, 114b Shield conductors 15, 25, 35 Insulating cylinders 16, 36, 41 , 42 Planar elements 16a, 36a, 41a, 42a Planar sections 16b, 36b, 41b, 42b Connection sections 26, 37 Linear elements 50c Button 50 Portable wireless device 50a Housing 50b Display section 51 Antenna section 51a Upper antenna cover case 51b Lower antenna cover case 100 rectangular microstrip Na 111 square radiating conductor

Claims

A dielectric substrate in which a patch-like radiation conductor that radiates circularly polarized waves is formed on one surface, and a ground conductor is formed on the other surface;
Together are derived from the other surface of the dielectric substrate, the center conductor is connected to a feed point of the radiating conductor formed on one surface of the dielectric substrate, a power supply cable shield conductor is connected to the ground conductor,
A radiating element disposed on the other surface of the dielectric substrate, having a through hole through which the power supply cable is inserted, having substantially the same diameter as the dielectric substrate, and being substantially orthogonal to the radiating conductor An insulating cylinder formed with
In the radiating element , a planar element including a linear connection portion whose upper end is electrically connected to the ground conductor and a rectangular planar portion formed at the lower end of the connection portion is the peripheral side surface. A microstrip antenna , wherein a plurality of elements are formed at substantially equal intervals, and the radiating element can be excited with a horizontal component and a vertical component.

A dielectric substrate in which a patch-like radiation conductor that radiates circularly polarized waves is formed on one surface, and a ground conductor is formed on the other surface;
A feeding cable that is derived from the other surface of the dielectric substrate, the central conductor is connected to a feeding point of a radiation conductor formed on one surface of the dielectric substrate, and a shield conductor is connected to the ground conductor;
A radiating element disposed on the other surface of the dielectric substrate, having a through hole through which the power supply cable is inserted, having substantially the same diameter as the dielectric substrate, and being substantially perpendicular to the radiating conductor An insulating cylinder formed with
The radiating element includes a planar element including a linear connection portion having an upper end electrically connected to the ground conductor, and a rectangular planar portion formed at a lower end of the connection portion, and an upper end of the radiating element. A plurality of linear linear elements that are electrically connected to the ground conductor are formed at substantially equal intervals on the peripheral side surface, and the radiating element can be excited by a horizontal component and a vertical component. A microstrip antenna.

A dielectric substrate in which a patch-like radiation conductor that radiates circularly polarized waves is formed on one surface, and a ground conductor is formed on the other surface;
The ground conductor is led out from the other surface of the dielectric substrate, the center conductor is connected to the feeding point of the radiation conductor formed on one surface of the dielectric substrate, and the shield conductor is formed on the other surface of the dielectric substrate. A power supply cable connected to the conductor;
A radiating element disposed on the other surface of the dielectric substrate , having a through hole through which the power supply cable is inserted, having substantially the same diameter as the dielectric substrate, and being substantially perpendicular to the radiating conductor An insulating cylinder formed with
In the radiating element, a planar element including a linear connection portion whose upper end is electrically connected to the ground conductor and a rectangular planar portion formed at the lower end of the connection portion is the peripheral side surface. A plurality of microstrip antennas formed at substantially equal intervals, wherein the radiating element can be excited with a horizontal component and a vertical component,
A portable wireless device including a microstrip antenna, which is housed in an antenna cover case having a rotationally symmetric shape, and the antenna cover case is provided in a casing so as to be extendable and contractible.

A dielectric substrate in which a patch-like radiation conductor that radiates circularly polarized waves is formed on one surface, and a ground conductor is formed on the other surface;
The ground conductor is led out from the other surface of the dielectric substrate, the center conductor is connected to the feeding point of the radiation conductor formed on one surface of the dielectric substrate, and the shield conductor is formed on the other surface of the dielectric substrate. A power supply cable connected to the conductor;
A radiating element disposed on the other surface of the dielectric substrate, having a through hole through which the power supply cable is inserted, having substantially the same diameter as the dielectric substrate, and being substantially perpendicular to the radiating conductor An insulating cylinder formed with
The radiating element includes a planar element including a linear connection portion having an upper end electrically connected to the ground conductor, and a rectangular planar portion formed at a lower end of the connection portion, and an upper end of the radiating element. A plurality of linear linear elements that are electrically connected to the ground conductor are formed at substantially equal intervals on the peripheral side surface, and the radiating element can be excited by a horizontal component and a vertical component. The microstrip antenna
A portable wireless device including a microstrip antenna, which is housed in an antenna cover case having a rotationally symmetric shape, and the antenna cover case is provided in a casing so as to be extendable and contractible .