JP3992660B2 - 送受分離型マイクロストリップアンテナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば移動体通信用基地局に用いられる送受分離型マイクロストリップアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
図9に従来より移動体通信用基地局に用いられている送受分離型マイクロストリップアンテナの構造を示す。図中1は受信アンテナ用パッチ導体、2は送信アンテナ用パッチ導体、3はこれら受信アンテナ用パッチ導体1と送信アンテナ用パッチ導体2を支持する誘電体基板、4はこの誘電体基板3の裏面の全体に被着したグランド板、5は送信アンテナ用給電点、6は受信アンテナ用給電点をそれぞれ示す。
【0003】
送信アンテナ用給電点5と受信アンテナ用給電点6はグランド板4から絶縁されて誘電体基板3を貫通し送信アンテナ用パッチ導体2と受信アンテナ用パッチ導体1に電気的に接続される。
このアンテナの構成において、受信アンテナ用パッチ導体1の共振周波数と、送信アンテナ用パッチ導体2の共振周波数の中心となる周波数の波長をλ0とした場合、これらの各パッチ導体1と2のほぼ中心点を結ぶ線の距離をλ0/2選択すると、パッチ導体1と2の相互結合量は約−30dBとなる。
【0004】
一方、特許文献1では送受信共用のアンテナ素子を用いて、送受信各々に対して給電方法を変えることによって送受信アンテナ間のアイソレーション特性を−32dB程度を確保している。図9に示した送受分離型マイクロストリップアンテナにしても、また特許文献1に開示されたマイクロストリップアンテナの何れにしても送受信アンテナ間のアイソレーションは−30dB〜−32dB程度である(特許文献1〔0046〕参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−41608号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、図9に示した送受分離型マイクロストリップアンテナ及び特許文献1に開示されたマイクロストリップアンテナの送信と受信アンテナ間のアンテナ素子間の相互結合量(アイソレーション)が−30dB〜−32dB程度であるため、実用上では減衰特性の急峻なフィルタを挿入してアイソレーションを−90dB程度に補う必要がある。減衰特性の急峻なフィルタ(分離度の良いフィルタ)は高価であるため、コストが高くなることと、形状も重量も大きくなるためアンテナシステムの小型化及び軽量化を阻害している。
【0007】
この発明の目的は送信アンテナと受信アンテナ間のアイソレーションが良く、高価なフィルタを用いなくとも実用することが可能な送受分離型マイクロストリップアンテナを提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明では、同一誘電体基板上に送信アンテナ用パッチ導体と、受信アンテナ用パッチ導体とが、これらパッチ導体の各共振周波数の中心周波数の波長がλ0である場合に、誘電体基板の平面に対して水平な方向に約λ0/2の距離離れて配置され、誘電体基板の裏面の全面にグランド板が配置され、このグランド板から絶縁されて誘電体基板を貫通し送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体とに通じるアンテナ給電点とを具備して構成された送受分離型マイクロストリップアンテナにおいて、
グランド板の上記送信アンテナ用パッチ導体と、受信アンテナ用パッチ導体のそれぞれに通じる各給電点を結ぶ線の方向と直交する向を長手方向とするほぼ長方形状にグランド板を除去して形成したすスロットを設けた構成とした送受分離型マイクロストリップアンテナを提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
同一誘電体基板上に送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体を並べて配置し、裏面側の全面にグランド板を配置した送受分離型マイクロストリップアンテナにおいて、送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体に通じる送信用給電点と、受信用給電点を結ぶ線と直交する向に長辺を有する長方形状のスロットを形成する。スロットの長辺方向の長さをL、巾をWとした場合、0.75λ0≦L≦0.95λ0、W<0.5λ0とする。ここでλ0は送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体のそれぞれの共振周波数の中心周波数の波長を指す。
【0010】
〔実施例1〕
図1にこの発明による送受分離型マイクロストリップアンテナの一実施例を示す。図9と対応する部分には同一符号を付して示す。図中1は受信アンテナ用パッチ導体、2は送信アンテナ用パッチ導体をそれぞれ示す。これら受信アンテナ用パッチ導体1及び送信アンテナ用パッチ導体2の各共振周波数の波長をλr、λtすると、各パッチ導体1と2は一辺がλr/2及びλt/2の正四辺形とされる。
【0011】
更に、これらパッチ導体1と2の各共振周波数の中心周波数の波長をλ0としたとき、パッチ導体1と2の各中心点相互間が約λ0/2の距離だけ離されて配置される。グランド板4側において、グランド板4から絶縁されて送信アンテナ用給電点5と、受信アンテナ用給電点6とが設けられ、これら給電点5と6の間に長方形のスロット7を形成する。
スロット7は長方形にグランド板4を除去して形成される。長方形の長辺方向が給電点5と6を結ぶ線と直交する向とされ、長辺の長さをL、短辺の巾をWとした場合、
0.75λ0≦L≦0.95λ0 ……(1)
W<0.5λ0 ……(2)
とされる。
【0012】
受信アンテナ用パッチ導体1の共振周波数を1950MHz、送信アンテナ用パッチ導体2の共振周波数を2140MHzとし、スロット7の長辺の長さL及びスロット7の短辺の巾Wを変化させた場合の受信帯域(1940〜1960MHz)におけるパッチ導体間相互結合量の最大値の測定結果を図2Aと図2Bに示す。また図2A及び図2Bにおいて受信帯域におけるパッチ導体間相互結合量を最小とするLならびにWを選んだときのパッチ導体相互結合量の周波数特性をスロットが無い従来技術と比較して図3に示す。
【0013】
図2及び図3から明らかなように、従来のスロット7が存在しない場合と比較して受信帯域において、パッチ導体1と2の間の相互結合量が大きく低減されており、送信アンテナ用パッチ導体2から受信アンテナ用パッチ導体1への廻り込み電力を小さくできていることが解る。
〔実施例2〕
図4にこの発明の第2の実施例を示す。この実施例でも1は受信アンテナ用パッチ導体、2は送信アンテナ用パッチ導体、3は誘電体基板、4はグランド板、5は送信アンテナ用給電点、6は受信アンテナ用給電点を示す。受信アンテナ用パッチ導体1の共振周波数はλr、送信アンテナ用パッチ導体2の共振周波数がλtの場合、その中心周波数の波長がλ0とすると、これらパッチ導体1と2はそのほぼ中心部分の相互間がλ0/2の間隔離れて誘電体基板3の一方の面に被着形成される。誘電体基板3の他方の面に送信アンテナ用給電点5と受信アンテナ用給電点6とが設けられる。
【0014】
この実施例ではこれらの送信アンテナ用給電点5と受信アンテナ用給電点6を結ぶ線と直交する向に長辺を持つ複数のスロット7を形成した点を特徴とするものである。図4に示す例では2本のスロットを形成した場合を示す。この図4に示す実施例でも受信アンテナ用パッチ導体1の共振周波数を1950MHz、送信アンテナ用パッチ導体2の共振周波数を2140MHzとした場合のパッチ導体相互間結合量の測定結果をスロット7が無い場合の構成と比較して図5に示す。図7から明らかなように1940MHzから2150MHzの周波数帯域において、パッチ導体1と2の間の相互結合量が大きく低減されており従来の構成と比べて2つのパッチ導体1と2の間のアイソレーションが充分に取れていることが解る。
【0015】
〔実施例3〕
図6にこの発明の第3の実施例を示す。この実施例では同一誘電体基板3上に受信及び送信周波数帯域を異にする複数対のアンテナ用パッチ導体1と2を設けた場合を示す。図6に示す例では3対のパッチ導体1と2を設けた場合を示す。各パッチ導体1と2の共振周波数の波長は受信アンテナ用パッチ導体1がλr1、λr2、λr3、であり、送信アンテナ用パッチ導体2の共振周波数の波長はλt1、λt2、λt3、である。各共振周波数の中心周波数の波長はλ01、λ02、λ03、である。各アンテナ対の使用周波数帯域としては800MHz帯、1.5GHz帯及び2GHz帯に対応し、3周波共用の送受分離型マイクロストリップアンテナを構成した場合を示す。
【0016】
この3周波共用の送受分離型マイクロストリップアンテナの場合も各パッチ導体1と2の対を構成する各給電点5と6の間にスロット7を形成することにより、各パッチ導体1と2の相互間の結合量を低減させることができる。
〔実施例4〕
図7にこの発明の第4の実施例を示す。各パッチ導体1と2のそれぞれの共振周波数の波長をλr、λt、それぞれの共振周波数の中心周波数の波長をλ0としたとき、各パッチ導体1と2はλ0/2の距離だけ離されて配置され、グランド板4において、給電点5と6の間に1つのスロット7を有する。この実施例ではスロット7の位置を誘電体基板3の中心よりX方向にΔx、Y方向にΔyの距離だけ変位させて配置し、スロット7の巾ならびに長さは図3に示した特性を呈する形状とする。
【0017】
受信アンテナ用パッチ導体1の共振周波数を1950MHz、送信アンテナ用パッチ導体2の共振周波数を2140MHzとする。スロット7の位置をΔx変位させた場合の受信帯域(1940〜1960MHz)におけるパッチ導体1と2間相互結合量の測定値を図8Aに示す。図8AではΔyを−0.07λ0、0.0λ0、0.07λ0としたときの特性をそれぞれを示す。また、Δyを変化させたときの受信帯域(1940〜1960MHz)におけるパッチ導体1と2間相互結合量の測定値を図8Bに示す。ここではΔxを−0.14λ0、0.0λ0、0.14λ0としたときの特性をそれぞれ示す。
【0018】
図8より、スロット7の中心の位置が−0.14λ0≦Δx≦0.14λ0、−0.07λ0≦Δy≦0.07λ0の領域内に存在する際にはアンテナ相互結合量が−40dB以上を確保できていることが解る。従って、このことから、スロット7の位置に製作誤差が生じた際においても良好なアイソレーション特性を示すことが解る。
【0019】
【発明の効果】
この発明による送受分離型マイクロストリップアンテナによれば送信用給電点と、受信用給電点を結ぶ線上のグランド板にスロットを形成したことにより送信アンテナ用パッチ導体と、受信アンテナ用パッチ導体との間の相互結合量を−55〜−60dB程度に低減することができた。この結果フィルタに求められる減衰特性を軽減することができるため、フィルタの簡易化が可能となり、アンテナシステムの小型化、軽量化及び低価格を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例を説明するためのAは表面側の構造を説明するための平面図、Bは裏面図、Cは平面図に示したA−A´線上の断面図を示す。
【図2】図1に示した実施例で得られる特性を説明するためのグラフ。
【図3】図1に示した実施例と従来技術で得られる特性を比較して説明するためのグラフ。
【図4】この発明の第2実施例を説明するためのAは表面側の構造を説明するための平面図、Bは裏面図。
【図5】図4に示した実施例で得られる特性と従来技術で得られる特性を比較して示すグラフ。
【図6】この発明の第3実施例を説明するためのAは表面側の構造を説明するための平面図、Bは裏面図。
【図7】この発明の第4実施例を説明するためのAは表面側の構造を説明するための平面図、Bは裏面図。
【図8】図7に示した実施例で得られる特性を説明するためのグラフ。
【図9】従来の送受分離型マイクロストリップアンテナの構造を説明するためのAは表面側の構造を説明するための平面図、Bは裏面図、Cは断面図。
【符号の説明】
1 受信アンテナ用パッチ導体 5 送信アンテナ用給電点
2 送信アンテナ用パッチ導体 6 受信アンテナ用給電点
3 誘電体基板 7 スロット
4 グランド板
Claims (1)
- 方形状誘電体基板上に送信アンテナ用パッチ導体と、受信アンテナ用パッチ導体とが、これらパッチ導体の共振周波数の中心周波数の波長がλ0である場合に、上記方形状誘電体基板の中心を原点として、誘電体基板の一端側にλ0/4の距離離れた位置に上記受信アンテナの中心が位置し、誘電体基板の他端側にλ0/4の距離離れた位置に上記送信アンテナの中心が位置し、誘電体基板の平面に対して水平な方向にλ0/2の距離離れて配置され、誘電体基板の裏面の全面にグランド板が配置され、このグランド板から絶縁されて誘電体基板をそれぞれ貫通し送信アンテナ用パッチ導体と受信アンテナ用パッチ導体とに通じる送信アンテナ用給電点と受信アンテナ用給電点とを具備して構成された送受分離型マイクロストリップアンテナにおいて、
上記グランド板の上記送信アンテナ用パッチ導体と、上記受信アンテナ用パッチ導体のそれぞれに通じる各給電点を結ぶ線の方向と直交する向きを長手方向とするほぼ長方形状に上記グランド板を除去して長方形状のスロットを形成し、上記スロットの長辺の長さをL、短辺の長さをWとし、その大きさが0.85λ0≦L≦0.90λ0、0.07λ0≦W≦0.2λ0であり、送受アンテナの配列方向をx、それと直交する方向をy、上記原点を中心座標としたときに、上記スロットの中心を上記原点に位置させたことを特徴とする送受分離型マイクロストリップアンテナ。
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