JP4207011B2 - Circular patch antenna and circular patch array antenna apparatus using the same - Google Patents
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Description
この発明は、衛星通信などの送受信に用いられる円偏波の電波を放射する円環パッチアンテナ及びこれを用いた円環パッチアレイアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an annular patch antenna that radiates circularly polarized radio waves used for transmission and reception in satellite communications and the like, and an annular patch array antenna apparatus using the same.
従来、円環パッチアンテナは、下面に接地導体を有する誘電体基板の上面に形成された円環パッチと接地導体とを誘電体基板を貫通する短絡導体(内部導体、導体筒、スルーホール)により接続したものがあった(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, an annular patch antenna has an annular patch formed on the upper surface of a dielectric substrate having a ground conductor on the lower surface and a ground conductor by a short-circuit conductor (inner conductor, conductor tube, through hole) penetrating the dielectric substrate. Some were connected (see, for example, Patent Document 1).
そして、円環パッチ自体の外周に突起部や切欠部などの摂動素子(縮退分離素子)を設けることにより、円環パッチより円偏波の電波が放射される円環パッチアンテナを得ることができる。また、円偏波の電波を放射するパッチアンテナには、突起部や切欠部などの摂動素子を設けずに、放射導体板(パッチ)を中心のまわりに90度回転させると、もとの図形と完全に重なる点対称となる形状とし、対称中心を通り直交する2本の直線上にそれぞれ放射導体板を接地する少なくとも一対の短絡導体(スルーホール、導体ピンなど)を設けるとともに、直交する2本の直線に対して45度をなす放射導体板の縁点から給電するものもあった(例えば、特許文献2参照)。 Then, by providing a perturbation element (degenerate separation element) such as a protrusion or notch on the outer periphery of the annular patch itself, an annular patch antenna that emits circularly polarized radio waves from the annular patch can be obtained. . Also, patch antennas that radiate circularly polarized radio waves do not have perturbing elements such as protrusions and cutouts, and if the radiating conductor plate (patch) is rotated 90 degrees around the center, the original figure And at least a pair of short-circuit conductors (through-holes, conductor pins, etc.) for grounding the radiating conductor plate on two straight lines passing through the center of symmetry and orthogonal to each other. Some power is supplied from the edge of the radiating conductor plate that forms 45 degrees with respect to the straight line (see, for example, Patent Document 2).
しかし、アンテナの使用周波数が高くなって波長が短くなると、特許文献1おいては、円偏波合成を行う際に、同径の円形パッチアンテナと同じ基底モードであるTM11モードで励振する必要がある。ところが、円環パッチの半径aに対する短絡導体(内部導体、導体筒、スルーホール)の半径bの比b/a(以下、比b/aを円環パッチアンテナの内外半径比と呼ぶ。)が大きくなるにつれ(半径bが一定であれば、使用周波数が高くなり半径aが大きくなると、相対的に内外半径比が大きくなる。)、周方向の波数が1以上の不要高次モードの励振電力が同径の円形パッチアンテナより大きくなってしまうために、所望の励振モードであるTM11モードに対して十分な縮退分離が行えず、良好な軸比を得ることができなかった。また、従来の円環パッチアンテナでは、基底モードがTM11モードではなく、TM01モードであるために、円形パッチアンテナに比べてより不要高次モードの励振電力が大きくなるという課題があった。
However, when the antenna frequency is increased and the wavelength is shortened, in
一方、特許文献2においては、円環パッチ自体の外周に突起部や切欠部などの摂動素子を設ける必要がない代わりに、短絡導体の位置精度が共振周波数での波長に比べて十分に小さいことが要求されるため(例えば、波長の1/20程度以下)、短絡導体を配置する位置に高い精度が求められ、十分な位置精度を確保することが困難であるという課題があった。
On the other hand, in
さらに、円環パッチ自体の外周に突起部や切欠部などの摂動素子を設けた場合には、放射面である円環パッチの外周の形状が変化するので、円環パッチアンテナの放射パターンの形状に影響を及ぼすという課題もあった。 Furthermore, when a perturbation element such as a protrusion or notch is provided on the outer periphery of the annular patch itself, the shape of the outer periphery of the annular patch that is the radiation surface changes, so the shape of the radiation pattern of the annular patch antenna There was also a problem of affecting the
そこで、この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、アンテナの使用周波数が比較的に高い場合にも良好な放射パターンと軸比を得る新規な円環パッチアンテナ及びこれを用いた円環パッチアレイアンテナ装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and a novel annular patch antenna that obtains a good radiation pattern and axial ratio even when the antenna is used at a relatively high frequency, and the same It is an object of the present invention to provide an annular patch array antenna device using the.
請求項1の発明に係る円環パッチアンテナは、導体板、この導体板に対向配置された円環パッチ、この円環パッチと前記導体板との間に設けられ、前記円環パッチの中心軸を共通にして前記円環パッチの径よりも小さい径を有し、前記円環パッチと前記導体板とに接続した円柱状又は円環状の短絡導体部材、前記円環パッチと前記導体板との間における前記短絡導体部材の外側に設けられた誘電体板、前記円環パッチの給電点に給電する給電手段、及びこの給電手段の給電により前記円環パッチから円偏波の電波を放射させるように、前記短絡導体部材の前記円柱又は円環の側面に外側に突起し、前記円環パッチの中心軸に対して対称な位置に設けられた突起部を備えたものである。
An annular patch antenna according to the invention of
請求項2の発明に係る円環パッチアンテナは、前記突起部を導電性ピンとした請求項1に記載のものである。 An annular patch antenna according to a second aspect of the present invention is the annular patch antenna according to the first aspect, wherein the protrusion is a conductive pin.
請求項3の発明に係る円環パッチアンテナは、導体板、この導体板に対向配置された円環パッチ、この円環パッチと前記導体板との間に設けられ、これら円環パッチと前記導体板に接続し、前記円環パッチの中心軸を共通にして前記円環パッチの径よりも小さい径を有する円柱状又は円環状の側面において前記円環パッチの中心軸に対して対称な位置の側面を前記中心軸方向に切り欠いた状態における平面部を形成した短絡導体部材、前記円環パッチと前記導体板との間における前記短絡導体部材の外側に設けられた誘電体板、及び前記円環パッチの給電点に給電する給電手段を備え、この給電手段の給電により前記円環パッチから円偏波の電波を放射させるようにしたものである。
An annular patch antenna according to the invention of
請求項4の発明に係る円環パッチアンテナは、導体板、この導体板に対向配置された円環パッチと、この円環パッチと前記導体板との間に設けられ、これらの円環パッチと前記導体板に接続し、前記円環パッチの中心軸を共通にして前記円環パッチの径よりも小さい径を有する円柱状又は円環状の側面において前記円環パッチの中心軸に対して対称な位置の側面に突起部を形成し、又は前記中心軸方向に切り欠いた状態における平面部を形成した短絡導体部材、この短絡導体部材の外側の前記円環パッチと前記導体板との間に設けられた第1の誘電体、前記円環パッチ上に設けられ、前記円環パッチと共通の中心軸に対して前記円環パッチの径よりも小さく、かつ、前記短絡導体部材の径よりも大きい径を有する円形パッチ、この円形パッチと前記円環パッチとの間に設けられた第2の誘電体、前記円形パッチの外側において前記導体板及び前記第1の誘電体を貫通して前記円環パッチに給電して円偏波の電波を放射させる第1の給電手段、及び前記短絡導体部材の内側を通して前記円形パッチに給電する第2の給電手段を備えたものである。
An annular patch antenna according to the invention of
請求項5の発明に係る円環パッチアレイアンテナ装置は、導体板、この導体板に対向配置された円環パッチ、この円環パッチと前記導体板との間に設けられ、前記円環パッチの中心軸を共通にして前記円環パッチの径よりも小さい径を有し、前記円環パッチと前記導体板とに接続した円柱状又は円環状の短絡導体部材、及び前記円環パッチと前記導体板との間における前記短絡導体部材の外側に設けられた誘電体板を有し、前記円環パッチに給電することにより前記円環パッチから円偏波の電波を放射させるように前記短絡導体部材の前記円柱又は円環の側面において前記中心軸に対して対称な位置に突起部又は切り欠き部を形成し、円偏波の電波を放射する円環パッチアンテナと、この円環パッチアンテナをマトリックス状に配置し、前記各円環パッチアンテナにおける接続点を行方向に配列させ、隣り合う列において列方向における隣り合う円環パッチアンテナを隣り合う列間において相互に接続し、かつ、これらの接続の中点を互いに接続する接続線路と、この接続線路の中点に給電する給電線路とを備えたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, an annular patch array antenna device includes a conductor plate, an annular patch disposed opposite to the conductor plate, and provided between the annular patch and the conductor plate. A cylindrical or annular short-circuit conductor member having a central axis in common and having a diameter smaller than the diameter of the annular patch and connected to the annular patch and the conductor plate, and the annular patch and the conductor The short-circuit conductor member has a dielectric plate provided on the outside of the short-circuit conductor member between the plate and the circular patch to radiate circularly polarized radio waves by supplying power to the circular patch. A circular patch antenna that radiates circularly polarized radio waves by forming a projection or a notch at a position symmetrical to the central axis on the side surface of the cylinder or ring, and the circular patch antenna Arranged in a shape The connection points in the annular patch antenna are arranged in the row direction, adjacent circular patch antennas in the column direction are connected to each other between adjacent columns, and the midpoints of these connections are connected to each other. A connection line and a feed line that supplies power to the midpoint of the connection line are provided.
以上のように、請求項1〜3に係る発明によれば、円環パッチの中心軸に対して対称な位置であって、短絡導体部材の円柱又は円環の側面に外側に突起する突起部、又は円環パッチの中心軸に対して対称な位置であって、短絡導体部材の円柱状又は円環状の側面を前記中心軸方向に切り欠いた状態における平面部を備えることにより、円環パッチから円偏波の電波を放射するようにした円環パッチアンテナを得ることができ、良好な放射パターンと軸比を得ることができる。 As described above, according to the first to third aspects of the present invention, the protrusion is a position symmetrical to the central axis of the annular patch and protrudes outward on the side surface of the column or the ring of the short-circuit conductor member. Or an annular patch by providing a plane portion in a state symmetrical to the central axis of the annular patch and having a cylindrical or annular side surface of the short-circuit conductor member cut out in the direction of the central axis. Thus, an annular patch antenna that radiates circularly polarized radio waves can be obtained, and a good radiation pattern and axial ratio can be obtained.
請求項4に係る発明によれば、円環パッチと共通の中心軸に対して円環パッチの径よりも小さく、かつ、短絡導体部材の径よりも大きい径を有する円形パッチを設け、この円形パッチの外側において導体板及び第1の誘電体を貫通して円環パッチに給電し、短絡導体部材の内側を通して円形パッチに給電するので、円環パッチの放射パターンを乱すことなく、円環パッチから良好な放射パターンと軸比を得ることができる。
According to the invention of
請求項5に係る発明によれば、円偏波の電波を放射する円環パッチアンテナをマトリックス状に配置し、各円環パッチアンテナにおける接続点を行方向に配列させ、隣り合う列において列方向における隣り合う円環パッチアンテナを隣り合う列間において相互に接続し、かつ、これらの接続の中点を互いに接続する接続線路を設け、この接続線路の中点に給電する給電線路を設けたので、良好な放射パターンと軸比の円環パッチアレイアンテナ装置を得ることができる。
According to the invention of
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について、図1〜図6を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る円環パッチアンテナの構成図であって、図1(a)は円環パッチアンテナの平面図、図1(b)は円環パッチアンテナの断面図である。図1(a)(b)において、1は導体板、2は導体板1に対向配置された導電性の円環パッチ、3は円環パッチ2と導体板1との間に設け、円環パッチ2の中心軸を共通にして円環パッチ2の径よりも小さい径を有し、円環パッチ2と導体板1とに電気的に接続した短絡導体部材である。4は円環パッチ2と導体板1との間における短絡導体部材3の外側に設けた誘電体板で、導体板1上に設けている。5は円環パッチ2に給電する給電点であって、給電点5の円環パッチ2における位置を図1(a)に示している。6は給電手段で、例えば同軸ケーブルの内導体を導体板1及び誘電体板4を貫通して円環パッチ2の給電点5に接続するとともに、その外導体を導体板1に図1(b)に示すように接続している。なお、給電点5の位置と短絡導体板3との位置関係については、以下に説明する。
図2は、実施の形態1に係る円環パッチアンテナに用いる短絡導体部材斜視図である。図2において、7は、円環パッチ2の中心軸に対して短絡導体部材3の中心軸を一致させて共通の中心軸とし、短絡導体部材3の円柱状側面において外側に突起させ、中心軸の方向に延びた突起部である。この突起部7については、図1(a)において、円環パッチ2の内側に点線で示している。図1(a)において、短絡導体部材3の中心軸の円環パッチ2における中心点と給電点5とを結ぶ線に対して短絡導体部材3の突起部7のなす角度を概ね45度、135度になるようにしている。円環パッチ2が円偏波の電波を放射するように短絡導体部材3の突起部7のなす角度を、後で説明するように調整すればよい。
FIG. 2 is a perspective view of a short-circuit conductor member used for the annular patch antenna according to the first embodiment. In FIG. 2, 7 designates the central axis of the short-
図3は、円環パッチの内外半径比の相関図であり、図3(a)は伝搬モードと円環パッチアンテナの内外半径比との相関図、図3(b)は円環パッチの規格化半径a及び面積Sと円環パッチアンテナの内外半径比との相関図である。なお、規格化励振電力は、周方向の波数が1のモードにおける励振電力で規格化し、規格化半径a及び面積Sは、同径の円形パッチ(b/a=0)の半径及び面積で規格化したものである。図4は、円環パッチアンテナの断面における電界分布図であり、図5は、実施の形態1による円環パッチアンテナの伝搬モードによる放射パターン図であり、それぞれ動径方向の波数が1の場合である。図5(a)は電界面の放射パターン、(b)は磁界面の放射パターンである。図6は、円環パッチの磁界分布図であり、図6(a)は給電点を考慮していない磁界分布図、図6(b)は給電点を考慮した磁界分布図である。なお、図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。 FIG. 3 is a correlation diagram of the inner / outer radius ratio of the annular patch, FIG. 3 (a) is a correlation diagram of the propagation mode and the inner / outer radius ratio of the annular patch antenna, and FIG. 3 (b) is the standard of the annular patch. FIG. 6 is a correlation diagram of the radius a and area S and the inner / outer radius ratio of the annular patch antenna. Note that the normalized excitation power is normalized by the excitation power in the mode in which the wave number in the circumferential direction is 1, and the normalized radius a and the area S are normalized by the radius and area of the circular patch (b / a = 0) having the same diameter. It has become. FIG. 4 is an electric field distribution diagram in a cross section of the annular patch antenna, and FIG. 5 is a radiation pattern diagram according to the propagation mode of the annular patch antenna according to the first embodiment, where the radial wave number is 1. It is. 5A shows the radiation pattern on the electric field surface, and FIG. 5B shows the radiation pattern on the magnetic field surface. 6A and 6B are magnetic field distribution diagrams of the annular patch. FIG. 6A is a magnetic field distribution diagram that does not consider the feeding point, and FIG. 6B is a magnetic field distribution diagram that considers the feeding point. In the drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts, and detailed descriptions thereof are omitted.
このように、円環パッチアンテナでは、図3(a)に示すように円環パッチアンテナの内外半径比が大きくなるにつれて高次モードの遮断周波数が低くなり、不要高次モードの励振電力も大きくなる。また、図3(b)に示すように、円環パッチの規格化半径a及び面積Sも大きくなって同一の電力を給電した場合には、相対的に円環パッチの外周近傍での電界強度が低くなり、円環パッチの外周に突起部や切欠部などの摂動素子を設けても、所望の励振モードであるTM11モードに対して十分な縮退分離が行えない。 Thus, in the annular patch antenna, as shown in FIG. 3 (a), the higher-order mode cutoff frequency decreases as the inner / outer radius ratio of the annular patch antenna increases, and the excitation power of the unnecessary higher-order mode also increases. Become. In addition, as shown in FIG. 3B, when the normalized power a and the area S of the annular patch are increased and the same power is supplied, the electric field strength is relatively near the outer periphery of the annular patch. However, even if a perturbation element such as a protrusion or a notch is provided on the outer periphery of the annular patch, sufficient degeneracy separation cannot be performed with respect to the TM 11 mode which is a desired excitation mode.
しかし、図4に示すように、円環パッチ2の外周近傍で円環パッチアンテナの断面における電界Eが最大、短絡導体部材3の表面で電界Eが零になり、表面電流密度が最大となるので、短絡導体部材3の円柱の側面において外側に突起し、円環パッチ2の中心軸に対して対称な位置に突起部7を設けて摂動素子とし、励振モードであるTM11モードに対して縮退分離を行う。図5に示す伝搬モード(不要高次モード)の放射パターンは短絡導体部材3の中心軸の方向では、その影響が少なく、励振モードであるTM11モードに対して突起部7により縮退分離を行うことで、不要高次モードによる軸比や摂動素子による放射パターンの形状悪化を避けることができる。さらに、短絡導体部材3及び突起部7は、NC加工機などにより一体切削による加工が可能で、精度の制約が比較的低いため所望の電気的性能を容易に得ることができる。また、図6に示すように、円環パッチの磁界分布は給電点5により対称性、すなわち放射パターンの対称性が損なわれるので、円環パッチ2とのインピーダンス整合を考慮しながら、給電点5と突起部7との位置関係(角度・距離)を調整させて、放射パターンの形状をさらに向上させても構わない。さらに、給電手段6は、同軸ケーブルなどによる導体板1の下部から誘電体板4を貫通した垂直給電だけでなく、誘電体板4の上部に設けた導体パターンと円環パッチ2を接続して水平給電として給電点5に給電しても構わない。
However, as shown in FIG. 4, the electric field E in the cross section of the annular patch antenna is maximum near the outer periphery of the
次に、実施の形態1の実施例(変形例)について、図7〜図9用いて説明する。図7は、実施の形態1に係る円環パッチアンテナの構成図であり、図7(a)は円環パッチアンテナの平面図、図7(b)は円環パッチアンテナの断面図である。図8は実施の形態1による円環パッチアンテナの短絡導体部材斜視図である。図8(a)は円環状の短絡導電部材斜視図、図8(b)はスルーホール状の短絡導電部材斜視図である。図9は、実施の形態1による円環パッチアンテナの短絡導体部材斜視図であり、図9(a)は導電性ピンの突起部を有する円環状の短絡導体部材斜視図、図9(b)は導電性ピンの突起部を有する円環状の短絡導体部材断面、図9(c)は導電性ピンの突起部を有するスルーホール状の短絡導体部材斜視図、図9(d)は導電性ピンの突起部を有するスルーホール状の短絡導体部材断面図である。なお、図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。 Next, an example (modification) of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 7 is a configuration diagram of the annular patch antenna according to the first embodiment, FIG. 7A is a plan view of the annular patch antenna, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the annular patch antenna. FIG. 8 is a perspective view of a short-circuit conductor member of the annular patch antenna according to the first embodiment. 8A is a perspective view of an annular short-circuit conductive member, and FIG. 8B is a perspective view of a through-hole short-circuit conductive member. FIG. 9 is a perspective view of a short-circuit conductor member of the annular patch antenna according to the first embodiment, and FIG. 9A is a perspective view of an annular short-circuit conductor member having a protruding portion of a conductive pin, and FIG. Is a cross-section of an annular short-circuit conductor member having a conductive pin protrusion, FIG. 9C is a perspective view of a through-hole short-circuit conductor member having a conductive pin protrusion, and FIG. 9D is a conductive pin. It is a through-hole-shaped short circuit conductor member sectional drawing which has this protrusion part. In the drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts, and detailed descriptions thereof are omitted.
図7及び図8に示すように、短絡導体部材3は、円環状でも円柱状と同等の効果が得られる。また、図9に示すように、突起部7は、短絡導体部材3の側面に設けずに、円環の内部から導電性ピンを突出させ、導電性ピンはその頭部を円環の内部において固定している。また、この導電性ピンは、調整ネジとして微調整することができるようにしてもよく、この場合には放射パターンの形状の向上を図ることも可能である。なお、この円環の内部に誘電体材料を充填してもよい。
As shown in FIG.7 and FIG.8, the short
実施の形態2.
この発明の実施の形態2について、図10〜図13を用いて説明する。図10は、実施の形態2に係る円環パッチアンテナの構成図であり、図10(a)は円環パッチアンテナの平面図、図10(b)は円環パッチアンテナの断面図、図11は、実施の形態2に係る円環パッチアンテナの短絡導体部材斜視図である。図11において、8は円環パッチ2の中心軸に対して対称な位置の短絡導体部材3の側面を中心軸方向に切り欠いた状態における平面部である。図11に示したような短絡導体部材3を組み込んだ円環パッチアンテナを図10(a)(b)に示している。図10(a)に示すように、短絡導体部材3の平面部8は給電点5に対して対向しないようにある程度の傾斜をなしている。この傾斜させる角度は、図1の場合と同様に調整可能としている。図10に示したその他の構成については、図1の場合と同様である。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10A and 10B are configuration diagrams of the annular patch antenna according to the second embodiment. FIG. 10A is a plan view of the annular patch antenna, FIG. 10B is a cross-sectional view of the annular patch antenna, and FIG. These are the short-circuit conductor member perspective views of the annular patch antenna which concerns on
図12は、実施の形態2に係る円環パッチアンテナの構成図であり、図12(a)は円環パッチアンテナの平面図、図12(b)は円環パッチアンテナの断面図である。図13は、実施の形態2による円環パッチアンテナの短絡導体部材斜視図であり、図13(a)は円筒状の短絡導体部材の側面においてその厚肉部に対向する平面部を形成した構成の短絡導体部材斜視図であり、図13(b)は薄肉の円環状の対向する側面に平面部を形成した場合に相当する短絡導体部材斜視図である。なお、図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。このように短絡導体部材3の側面部に平面部8を設けて摂動素子とすることで、励振モードであるTM11モードに対して縮退分離を行うことにより、実施の形態1の場合と同様の効果を奏することができる。なお、短絡導体部材3に平面部8を形成する代わりに、短絡導体部材3の側面部に対向する位置に凹状の切り欠き部をその中心軸方向に形成してもよい。また、短絡導体部材3は、円柱状でも同様の効果が得られる。
12A and 12B are configuration diagrams of the annular patch antenna according to the second embodiment. FIG. 12A is a plan view of the annular patch antenna, and FIG. 12B is a cross-sectional view of the annular patch antenna. FIG. 13 is a perspective view of a short-circuit conductor member of the annular patch antenna according to the second embodiment, and FIG. 13 (a) is a configuration in which a flat portion facing the thick portion is formed on the side surface of the cylindrical short-circuit conductor member. FIG. 13B is a perspective view of the short-circuit conductor member corresponding to the case where the flat surface portions are formed on the opposite sides of the thin annular ring. In the drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts, and detailed descriptions thereof are omitted. In this way, by providing the
実施の形態3.
この発明の実施の形態3について、図14〜図17を用いて説明する。図14は、実施の形態3に係る積層した円環パッチアンテナの構成図であり、図14(a)は円環パッチアンテナの平面図、図14(b)は円環パッチアンテナの断面図、図14(c)は円形パッチ給電手段が内挿された円環パッチアンテナの短絡導体部材斜視図である。図14(a)(b)(c)において、9は円環パッチ2と中心軸を共通にし、円環パッチ2よりも径を小さくしてこれに対向配置した導電性の円形パッチである。10は円形パッチ9と円環パッチ2との間に設けられた円形パッチ用誘電体板、11は円形パッチ9の給電点、12は円環パッチアンテナの放射パターンを乱さないように短絡導体部材3に内挿された円形パッチの給電手段で、円形パッチ9の給電点11に信号導体(同軸ケーブル)の内導体を接続し、その信号導体の外導体を導体板1に接地して接続している。
図15は、実施の形態3に係る積層した円環パッチアンテナの構成図であり、図15(a)は積層した円環パッチアンテナの平面図、図15(b)はその断面図である。また、図15(c)(d)(e)及び(f)は、それぞれ短絡導体部材12が厚肉又は薄肉の円環状の短絡導体部材3においてその内側に円形パッチ9の給電手段12(例えば、同軸ケーブル)を内挿した状態の短絡導体部材斜視図である。図15(a)及び(b)は、短絡導体部材3の側面にその中心軸方向に延びる突状の突起部7を形成した場合について、また、図15(e)及び(f)は、短絡導体部材3の側面に導電性ピン7を装着した場合について示したものである。
FIG. 15 is a configuration diagram of a stacked annular patch antenna according to the third embodiment, FIG. 15 (a) is a plan view of the stacked annular patch antenna, and FIG. 15 (b) is a cross-sectional view thereof. 15 (c), (d), (e), and (f) show that the short-
図16は、実施の形態3に係る積層した円環パッチアンテナの構成図であり、図16(a)は積層した円環パッチアンテナの平面図、図16(b)は積層した円環パッチアンテナの断面図、図16(c)は円形パッチ9の給電手段12を短絡導体部材3に内挿した積層した円環パッチアンテナに係る短絡導体部材斜視図である。図17は、実施の形態3に係る積層した円環パッチアンテナの構成図であり、図17(a)はその平面図、図17(b)はその断面図、図17(c)は積層した円環パッチアンテナの円環状の短絡導体部材斜視図、図17(d)は積層した円環パッチアンテナのスルーホール状の短絡導体部材斜視図である。なお、図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。また、円環とスルーホールの空隙に誘電体を充填しても構わない。
FIG. 16 is a configuration diagram of the stacked annular patch antenna according to the third embodiment. FIG. 16 (a) is a plan view of the stacked annular patch antenna, and FIG. 16 (b) is a stacked annular patch antenna. FIG. 16C is a perspective view of the short-circuit conductor member according to the laminated annular patch antenna in which the feeding means 12 of the
実施の形態1及び実施の形態2で示した円環パッチアンテナの上部に円形パッチアンテナを積層し、図14(c)と図16(c)に示すように短絡導体部材3に孔部を設けて円形パッチ給電手段12を挿入、若しくは、図15(c),(d),(e),(f)と図17(c),(d)に示すように円環又はスルーホールの空隙内に円形パッチ給電手段12を挿入して円形パッチ9に給電することにより、2周波共用の積層した円環パッチアンテナを構成することが可能となる。また、誘電体板4の上部に設けた導体パターンと円環パッチ2を接続して水平給電として給電点5に給電しても構わない。さらに、積層するパッチアンテナが円偏波の電波を放射させる必要があれば、円形パッチ9の外周に突起部や切欠部などの摂動素子を設けてもよいし、実施の形態1及び2に記載の円環パッチアンテナを積層してもよい。
A circular patch antenna is stacked on top of the annular patch antenna shown in the first and second embodiments, and a hole is provided in the short-
実施の形態4.
この発明の実施の形態4について、図18を用いて説明する。図18は、実施の形態4に係る反射鏡アンテナ装置の構成図である。図18において、13は実施の形態1〜3で示した円環パッチアンテナで構成される一次放射器、14は一次放射器13を支持する支持柱、15は支持柱14を固定し、一次放射器から放射された電波を反射して空間に向けて二次放射する主反射鏡、16は主反射鏡15を保持するマウント部である。一次放射器13を用いることにより、不要高次モードによる軸比や摂動素子による一次放射パターンの形状悪化を避けることができるので、主反射鏡15から放射される二次放射パターンの形状も一次放射パターンと同じく、良好な軸比と放射パターンを得ることができる。また、給電損失などを考慮して、副反射鏡を設け、一次放射器13を主反射鏡15側に設けた構成(図示せず)をとっても構わない。
実施の形態5.
この発明の実施の形態5について、図19を用いて説明する。図19は、実施の形態5に係る円環パッチアレイアンテナ装置の構成図である。図19において、17はマトリックス状に配置された実施の形態1〜4に示した円環パッチアンテナ、18はパッチアンテナ17を上面に設けたアレイ用誘電体板、19はパッチアンテナ17をマトリックス状に配置し、パッチアンテナ17における接続点を行方向に配列させ、隣り合う列において列方向における隣り合う円環パッチアンテナを隣り合う列間において相互に接続し、かつ、これらの接続の中点を互いに接続する接続線路、20は接続線路の中点に給電する給電線路である。良好な軸比と放射パターンを有するパッチアンテナ17を用いることにより、マトリックス状に配置されたパッチアンテナの合成放射パターンも良好な軸比と放射パターンを得ることができる。また、接続線路19の形状は、図19に示すものに限られたものではなく、接続線路19のパッチアンテナ17の給電点同士を接続する部分が、少なくともパッチアンテナ17の偶数個ずつ対称な形状をしていればよい。さらに、アレイアンテナへの給電が給電線路20のような水平給電でなく、同軸ケーブルなどの垂直給電により、パッチアンテナ17に給電しても構わない。なお、アレイ用誘電体板をパッチアンテナ17の任意の単位個数ずつ、別の誘電体板に分割し、アレイアンテナの素子アンテナ数の変更や素子アンテナの交換可能にすることもできる。
1…導体板、2…円環パッチ、3…短絡導体部材、4…誘電体板、5…給電点、6…給電手段、7…突起部、8…平面部、9…円形パッチ、10…円形パッチ用誘電体板、11…円形パッチ給電点、12…円形パッチ給電手段、13…一次放射器、14…支持柱、15…主反射鏡、16…マウント部、17…パッチアンテナ、18…アレイ用誘電体板、19…接続線路、20…給電線路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
A conductor plate, an annular patch disposed opposite the conductor plate, provided between the annular patch and the conductor plate, and having a central axis of the annular patch in common and smaller than the diameter of the annular patch A cylindrical or annular short-circuit conductor member having a diameter and connected to the annular patch and the conductor plate, and provided outside the short-circuit conductor member between the annular patch and the conductor plate Having a dielectric plate, and feeding circularly polarized radio waves from the annular patch by supplying power to the annular patch, with respect to the central axis on the side surface of the cylinder or the annular of the short-circuit conductor member Protrusions or cutouts are formed at symmetrical positions, circular patch antennas that radiate circularly polarized radio waves, and the circular patch antennas are arranged in a matrix. Arranged in rows In adjacent columns, adjacent circular patch antennas in the column direction are connected to each other between adjacent columns, and a connection line that connects the midpoints of these connections to each other, and a power feed that feeds the midpoint of this connection line An annular patch array antenna device comprising a track.
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