JP4296282B2 - Multi-frequency microstrip antenna - Google Patents

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JP4296282B2 JP2007546371A JP2007546371A JP4296282B2 JP 4296282 B2 JP4296282 B2 JP 4296282B2 JP 2007546371 A JP2007546371 A JP 2007546371A JP 2007546371 A JP2007546371 A JP 2007546371A JP 4296282 B2 JP4296282 B2 JP 4296282B2
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Description

本発明は、複数の周波数で動作する多周波共用特性を備えたマイクロストリップアンテナ(以下、“MSA”と略す。)に関し、特に、多数の周波数において直線偏波や円偏波の送受信が可能なアンテナの実現を図るものである。   The present invention relates to a microstrip antenna (hereinafter abbreviated as “MSA”) having multi-frequency shared characteristics that operates at a plurality of frequencies, and in particular, can transmit and receive linearly polarized waves and circularly polarized waves at many frequencies. An antenna is realized.

MSAは、放射導体と地導体(GND)との間の電界により放射導体の端部で磁流を生じ、その磁流を波源として電波を放射するアンテナである。従来、MSAは、小形、軽量で、しかも薄型に構成できるため、移動通信を始めとして多くの分野で用いられており、また、MSA素子を2重に積み重ねて2周波共用特性を持つものや、3重に重ねて3周波共用特性を持つアンテナが作られている。   The MSA is an antenna that generates a magnetic current at the end of the radiation conductor by an electric field between the radiation conductor and the ground conductor (GND), and radiates radio waves using the magnetic current as a wave source. Conventionally, MSA has been used in many fields including mobile communication because it is small, lightweight, and can be configured to be thin. In addition, MSA elements are stacked two times and have dual frequency shared characteristics, An antenna with three-frequency sharing characteristics is made by overlapping three layers.

また、下記非特許文献1には、単層構造の多周波共用MSAが記載されている。このアンテナは、図40(a)に示すように、絶縁基板11上に形成されたMSAの放射素子12と、絶縁基板11の裏面に設けられる地導体13と、地導体13と同一平面に形成されるコプレーナ型の給電線路14とを備えており、放射素子12は、この給電線路14から電磁結合型の給電法で給電される。
この地導体13は60×60mmの大きさを有している。また、放射素子12は、図40(b)に示すように、22×22mm(面積480mm2)の正方形の内部に、四角形の一部が開口した2本のスリット15、16を有しており、スリット15、16で区画された2本のリング状素子部17、18と中央のMSA素子部19とがアンテナとして作用する。
Non-Patent Document 1 below describes a multi-frequency shared MSA having a single layer structure. As shown in FIG. 40A, this antenna is formed on the same plane as the MSA radiating element 12 formed on the insulating substrate 11, the ground conductor 13 provided on the back surface of the insulating substrate 11, and the ground conductor 13. The radiating element 12 is fed from the feed line 14 by an electromagnetic coupling type feed method.
The ground conductor 13 has a size of 60 × 60 mm. Further, as shown in FIG. 40 (b), the radiating element 12 has two slits 15 and 16 in which a part of the quadrangle is opened inside a 22 × 22 mm (area 480 mm 2 ) square. The two ring-shaped element portions 17 and 18 partitioned by the slits 15 and 16 and the central MSA element portion 19 function as an antenna.

図41は、この多周波共用MSAのリターンロス特性を表しており、周波数fL、fM及びfHに共振点を持つ3周波共用特性を示している。なお、図中、実線は実測値、点線はシミュレーション値を示している。
また、図42は、fL、fM及びfHの各共振周波数におけるE面及びH面の放射パターンを表している。図中、実線は実測値、点線はシミュレーション値を示し、また、一点鎖線は交差偏波レベルを示している。
交差偏波は、混信を避けるために抑える必要があるが、−20dB以下であれば実用上支障が無いとされている。この3周波共用MSAでは、各共振周波数でのボアサイト方向の交差偏波レベルが−20dB以下の値を示している。
FIG. 41 shows the return loss characteristics of the multi-frequency shared MSA, and shows the three-frequency shared characteristics having resonance points at the frequencies f L , f M, and f H. In the figure, a solid line indicates an actual measurement value, and a dotted line indicates a simulation value.
FIG. 42 shows radiation patterns on the E plane and the H plane at the resonance frequencies of f L , f M, and f H. In the figure, the solid line indicates the actual measurement value, the dotted line indicates the simulation value, and the alternate long and short dash line indicates the cross polarization level.
Cross polarization needs to be suppressed in order to avoid interference, but it is considered that there is no practical problem if it is −20 dB or less. In this three-frequency shared MSA, the cross polarization level in the boresight direction at each resonance frequency shows a value of −20 dB or less.

また、下記特許文献1には、2周波共用特性を持ち、一方の周波数で直線偏波アンテナとして、他方の周波数で円偏波アンテナとして動作するMSAが記載されている。この直線偏波・円偏波共用アンテナは、図43(a)(平面図)及び図43(b)(図43(a)のAAでの断面図)に示すように、両面銅箔のテフロン(登録商標)ガラス基板9の一面に、エッチング加工で円形のパッチ1と環状リング2とを形成し、他面に地導体4を形成する。そして、環状リング2の外周部を無電解銅めっきで地導体4に短絡し、基板9に孔を空けて、給電線7をパッチ1に、また、給電線8を環状リング2に接続し、最後に、環状リング2に摂動パターン(切り込み)3を形成して特性を調整する。
このアンテナは、パッチ1が2.5GHz帯の共振周波数で直線偏波特性を示し、摂動パターン3を有する環状リング2が1.5GHz帯の共振周波数で円偏波特性を示す。そのため、このアンテナを自動車に搭載して、ビーコンを使った車載情報通信システムのアンテナとしてパッチ1を使用し、衛星を使った測位システム(GPS)のアンテナとして環状リング2を使用することができる。
特開平5−291816号公報 鈴木、羽石「折曲げスロット装荷周波数共用マイクロストリップアンテナ」電子情報通信学会論文誌B、Vol.J85−B、No.2、pp.207−215、2002年2月
Patent Document 1 below describes an MSA that has dual-frequency characteristics and operates as a linearly polarized antenna at one frequency and as a circularly polarized antenna at the other frequency. As shown in FIG. 43 (a) (plan view) and FIG. 43 (b) (cross-sectional view at AA in FIG. 43 (a)), this linearly polarized wave / circularly polarized wave antenna is a Teflon made of double-sided copper foil. A circular patch 1 and an annular ring 2 are formed on one surface of a (registered trademark) glass substrate 9 by etching, and a ground conductor 4 is formed on the other surface. Then, the outer peripheral portion of the annular ring 2 is short-circuited to the ground conductor 4 by electroless copper plating, a hole is formed in the substrate 9, the feeder 7 is connected to the patch 1, and the feeder 8 is connected to the annular ring 2. Finally, a perturbation pattern (cut) 3 is formed in the annular ring 2 to adjust the characteristics.
In this antenna, the patch 1 exhibits linear polarization characteristics at a resonance frequency of 2.5 GHz band, and the annular ring 2 having the perturbation pattern 3 exhibits circular polarization characteristics at a resonance frequency of 1.5 GHz band. Therefore, this antenna can be mounted on an automobile, the patch 1 can be used as an antenna of an in-vehicle information communication system using a beacon, and the annular ring 2 can be used as an antenna of a positioning system (GPS) using a satellite.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-291816 Suzuki, Haneishi "Folded slot loaded frequency sharing microstrip antenna" IEICE Transactions B, Vol. J85-B, no. 2, pp.207-215, February 2002

最近の自動車は、GPSシステムや車載情報通信システム、ETCシステム、セルラーシステム、衛星放送受信システム、無線LANなど、多数のシステムを搭載しており、数多くのアンテナを必要としている。
多周波共用MSAは、1つの素子で、こうした複数の用途に対応することができる。
Recent automobiles are equipped with a large number of systems such as a GPS system, an in-vehicle information communication system, an ETC system, a cellular system, a satellite broadcast receiving system, and a wireless LAN, and require a large number of antennas.
The multi-frequency shared MSA can handle such a plurality of uses with one element.

しかし、非特許文献1に記載された多周波共用MSAでは、放射素子の面積を変えない場合、3周波の共用が限度であり、共用数をさらに増やすと、交差偏波レベルが−20dBを超えてしまうなど放射パターンの劣化を伴う。また、この多周波共用MSAは直線偏波の波に対してのみ、多周波化が可能であり、円偏波の波を多周波化することはできない。   However, in the multi-frequency shared MSA described in Non-Patent Document 1, if the area of the radiating element is not changed, sharing of three frequencies is the limit, and if the number of sharing is further increased, the cross polarization level exceeds −20 dB. Accompanied by deterioration of the radiation pattern. In addition, this multi-frequency shared MSA can increase the frequency only for the linearly polarized wave, and cannot change the frequency of the circularly polarized wave.

また、特許文献1に記載された直線偏波・円偏波共用アンテナでは、円偏波アンテナ素子として動作する環状リングが地導体に接続している必要があるため、円偏波アンテナ素子を同一面内に追加して共用周波数の数を増やしたり、地導体に非接続のアンテナ素子の偏波特性を任意に設定したりすることができない。   Further, in the linearly polarized wave / circularly polarized wave antenna described in Patent Document 1, an annular ring that operates as a circularly polarized wave antenna element needs to be connected to a ground conductor. It is not possible to increase the number of shared frequencies by adding in-plane, or to arbitrarily set the polarization characteristics of antenna elements not connected to the ground conductor.

本発明は、こうした状況を改善するために創案したものであり、多数の周波数を共用することが可能であり、また、その共用周波数を任意に設定し、あるいは、共用周波数での偏波特性を自在に設定することができる多周波共用MSAを提供することを目的としている。   The present invention was devised to improve such a situation, and can share a large number of frequencies. The shared frequency can be arbitrarily set, or the polarization characteristics at the shared frequency. An object of the present invention is to provide a multi-frequency shared MSA that can be freely set.

本発明の多周波共用MSAは、基板の一方の面に、中心線に対して左右対称の外形を有する環状の平面導電路で形成された環状アンテナ素子と、前記環状アンテナ素子の内側に導電平面で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、外形が相似する平面状アンテナ素子と、前記環状アンテナ素子外側に環状の平面導電路で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似する一または複数個の環状アンテナ素子とを具備し、前記基板の他方の面に、前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子の各々と1箇所で交差し、前記中心線の位置で前記基板を介して前記平面状アンテナ素子に対向する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子の各々と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するLプローブを具備し、前記平面状アンテナ素子及び環状アンテナ素子の各々は、電磁結合した前記Lプローブから給電されて、それぞれ、異なる1つの周波数に共振し、前記Lプローブのスタブ部の長さは、前記環状アンテナ素子の各々が前記1つの周波数に共振する状態において整合が取れるように設定されていることを特徴とする。
この多周波共用MSAでは、平面状アンテナ素子及び各環状アンテナ素子のそれぞれに電流経路が形成され、各電流経路は、その長さが異なるために異なる共振周波数で共振し、その結果、多周波共用特性を示す。
The multi-frequency shared MSA of the present invention includes an annular antenna element formed on one surface of a substrate by an annular planar conductive path having a symmetrical shape with respect to a center line, and a conductive plane inside the annular antenna element. in formed, the annular antenna element and the center position and the center line coincides, a planar antenna element outline is similar, being formed by an annular planar conductive path outside of the loop antenna element, the annular antenna element One or a plurality of annular antenna elements whose center position and center line coincide with each other and whose shapes are similar to each other, and the annular antenna element is disposed on the other surface of the substrate via the substrate at the position of the center line. each and intersect at one point, and a straight portion opposed to the planar antenna element via the substrate at the position of the center line, at a position where the straight portion intersects with each of the annular antenna elements Along the serial linear portion to the annular antenna element comprises a L probe having a stub portion extending a predetermined length, each of said planar antenna element and the annular antenna elements are fed from the L probe electromagnetically coupled The length of the stub portion of the L probe is set so that matching can be achieved in a state where each of the annular antenna elements resonates at the one frequency. Features.
In this multi-frequency MSA, a current path is formed in each of the planar antenna element and each annular antenna element, and each current path resonates at a different resonance frequency because of its different length. Show properties.

また、本発明の多周波共用MSAでは、前記環状アンテナ素子が、四角形の外形を有し、前記四角形の一辺の中央部で前記Lプローブと電磁結合しているように構成することができる。
この四角形の環状アンテナ素子には、Lプローブの位置から、四角形上でその対称となる位置に向かう一様な電流分布が出現する。
In the multi-frequency shared MSA according to the present invention, the annular antenna element may have a quadrangular outer shape, and may be electromagnetically coupled to the L probe at a central portion of one side of the quadrangle.
In this rectangular annular antenna element, a uniform current distribution appears from the position of the L probe toward the symmetrical position on the square.

また、本発明の多周波共用MSAでは、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子が直交する二つの中心線を有し、前記Lプローブが、前記中心線の各々の位置に配置されているように構成することもできる。
このMSAは、直交する垂直偏波と水平偏波とを共用する偏波共用アンテナとして用いることが可能である。
In the multi-frequency shared MSA of the present invention, the annular antenna element and the planar antenna element have two center lines orthogonal to each other, and the L probe is disposed at each position of the center line. It can also be configured.
This MSA can be used as a dual-polarized antenna that shares orthogonally polarized waves and horizontally polarized waves.

また、本発明の多周波共用MSAは、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の外形を正多角形または円形にするとともに、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の点対称の位置に摂動素子を設けることができる。
このMSAでは、平面状アンテナ素子及び各環状アンテナ素子に形成される電流経路により、動作周波数が決まり、それらに装荷する摂動素子の位置及び大きさにより各環状アンテナ素子の偏波特性が決まる。
Moreover, in the multiband MSA of the present invention, the annular antenna element and the outer shape of the planar antenna element as well as the regular polygon or circular, perturbation elements located at point symmetry of the loop antenna element and the planar antenna elements Can be provided.
In this MSA, the operating frequency is determined by the current path formed in the planar antenna element and each annular antenna element, and the polarization characteristic of each annular antenna element is determined by the position and size of the perturbing element loaded thereon.

本発明の多周波共用MSAは、多数の周波数を共用することができ、また、その周波数を任意に設定することができる。
また、その動作周波数の偏波特性を、左旋偏波、右旋偏波あるいは直線偏波に、自在に設定することができる。
The multi-frequency shared MSA of the present invention can share a large number of frequencies, and can arbitrarily set the frequencies.
In addition, the polarization characteristic of the operating frequency can be freely set to left-handed polarized wave, right-handed polarized wave, or linearly polarized wave.

本発明の第1の実施形態における多周波共用MSAの構成を示す図The figure which shows the structure of multifrequency shared MSA in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における多周波共用MSAの電流経路及び電流分布を示す図The figure which shows the current pathway and current distribution of multifrequency shared MSA in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における多周波共用MSAのリターンロス特性を示す図The figure which shows the return loss characteristic of multi-frequency shared MSA in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態における多周波共用MSAの放射パターンを示す図The figure which shows the radiation pattern of multifrequency shared MSA in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態における多周波共用MSAの利得特性を示す図The figure which shows the gain characteristic of multifrequency shared MSA in the 1st Embodiment of this invention 1stモードのリング型MSAの幅を変えたときの共振周波数及び利得の変化を示す図The figure which shows the change of the resonant frequency and gain when changing the width | variety of the ring type MSA of 1st mode. 2ndモードのリング型MSAの幅を変えたときの共振周波数及び利得の変化を示す図The figure which shows the change of the resonant frequency and gain when changing the width | variety of 2nd mode ring type MSA 3rdモードのリング型MSAの幅を変えたときの共振周波数及び利得の変化を示す図The figure which shows the change of the resonant frequency and gain when changing the width | variety of the ring type MSA of 3rd mode 本発明の第1の実施形態における4個のリング型MSAと1個の方形MSAとから成る多周波共用MSAを示す図The figure which shows multi-frequency common MSA which consists of four ring type MSAs and one square MSA in the 1st Embodiment of this invention. 図9の多周波共用MSAのリターンロス特性を示す図The figure which shows the return loss characteristic of the multi-frequency common use MSA of FIG. 図9の多周波共用MSAの電流経路及び電流分布を示す図The figure which shows the current pathway and current distribution of multi-frequency common use MSA of FIG. 図9の多周波共用MSAの放射パターンを示す図The figure which shows the radiation pattern of multi-frequency common use MSA of FIG. 図9の多周波共用MSAの利得特性を示す図The figure which shows the gain characteristic of MSA of FIG. 本発明の第1の実施形態における6個のリング型MSAと1個の方形MSAとから成る多周波共用MSAを示す図The figure which shows multi-frequency common MSA which consists of six ring type MSAs and one square MSA in the 1st Embodiment of this invention. 図14の多周波共用MSAのリターンロス特性を示す図The figure which shows the return loss characteristic of the multi-frequency common use MSA of FIG. 図14の多周波共用MSAの電流経路及び電流分布を示す図The figure which shows the electric current path and electric current distribution of multifrequency common use MSA of FIG. 図14の多周波共用MSAの放射パターンを示す図The figure which shows the radiation pattern of multi-frequency common use MSA of FIG. 本発明の第1の実施形態における方形MSAを抜いた多周波共用MSAの構成とリターンロス特性を示す図The figure which shows the structure and return loss characteristic of multi-frequency common use MSA which removed square MSA in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における偏波共用特性を持つ多周波共用MSAを示す図The figure which shows multi-frequency shared MSA with the polarization sharing characteristic in the 1st Embodiment of this invention 図19の多周波共用MSAのリターンロス特性及びアイソレーション特性を示す図The figure which shows the return loss characteristic and isolation characteristic of multi-frequency common use MSA of FIG. 本発明の第2の実施形態における多周波共用MSA(左旋−左旋)の構成を示す図The figure which shows the structure of multifrequency common use MSA (left-handed-left-handed) in the 2nd Embodiment of this invention. 図21の多周波共用MSAのリターンロス特性及び電流分布を示す図The figure which shows the return loss characteristic and current distribution of multi-frequency common use MSA of FIG. 図21の多周波共用MSAの放射パターンを示す図The figure which shows the radiation pattern of multi-frequency common use MSA of FIG. 図21の多周波共用MSAの軸比を示す図The figure which shows the axial ratio of multi-frequency common use MSA of FIG. 本発明の第2の実施形態における多周波共用MSA(左旋−左旋−左旋)の構成を示す図The figure which shows the structure of multifrequency shared MSA (left-handed-left-handed-left-handed) in the 2nd Embodiment of this invention. 図25の多周波共用MSAのリターンロス特性及び電流分布を示す図The figure which shows the return loss characteristic and current distribution of multi-frequency common use MSA of FIG. 図25の多周波共用MSAの放射パターンを示す図The figure which shows the radiation pattern of MSA of FIG. 図25の多周波共用MSAの軸比を示す図The figure which shows the axial ratio of multi-frequency common use MSA of FIG. 本発明の第2の実施形態における多周波共用MSA(右旋−左旋−左旋)の構成を示す図The figure which shows the structure of multi-frequency shared MSA (right rotation-left rotation-left rotation) in the 2nd Embodiment of this invention. 図29の多周波共用MSAのリターンロス特性及び電流分布を示す図The figure which shows the return loss characteristic and current distribution of multi-frequency common use MSA of FIG. 図29の多周波共用MSAの放射パターンを示す図The figure which shows the radiation pattern of multi-frequency common use MSA of FIG. 図29の多周波共用MSAの軸比を示す図The figure which shows the axial ratio of MSA of FIG. 本発明の第2の実施形態における多周波共用MSA(直線−右旋−左旋)の構成を示す図(注、図25とはΔS1、ΔS2、ΔS3、ΔS4、ΔS5、ΔS6などを含む構造パラメータの寸法諸元が異なる。)FIG. 25 is a diagram showing the configuration of a multi-frequency shared MSA (straight-right rotation-left rotation) in the second embodiment of the present invention (note, FIG. 25 is a structural parameter including ΔS1, ΔS2, ΔS3, ΔS4, ΔS5, ΔS6, etc.) (Dimensions are different.) 図33の多周波共用MSAのリターンロス特性を示す図The figure which shows the return loss characteristic of the multi-frequency common use MSA of FIG. 図33の多周波共用MSAの軸比を示す図The figure which shows the axial ratio of multi-frequency common use MSA of FIG. 直線偏波MSAにLプローブ給電法を適用した形態(a)と、個別給電法を適用した形態(b)とを示す図The figure which shows the form (a) which applied the L probe electric power feeding method to the linearly polarized wave MSA, and the form (b) which applied the individual electric power feeding method 図36の各形態でのリターンロス特性を示す図The figure which shows the return loss characteristic in each form of FIG. 円偏波MSAにLプローブ給電法を適用した形態(a)と、個別給電法を適用した形態(b)とを示す図The figure which shows the form (a) which applied the L probe electric power feeding method to circularly polarized MSA, and the form (b) which applied the individual electric power feeding method 図38の各形態でのリターンロス特性を示す図The figure which shows the return loss characteristic in each form of FIG. 従来の多周波共用MSAの構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional multi-frequency common use MSA 従来の多周波共用MSAのリターンロス特性を示す図The figure which shows the return loss characteristic of the conventional multi-frequency common use MSA 従来の多周波共用MSAの放射パターンを示す図The figure which shows the radiation pattern of the conventional multi-frequency common use MSA 従来の多周波共用MSAの構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional multi-frequency common use MSA

符号の説明Explanation of symbols

1 パッチ
2 環状リング
3 摂動パターン
4 地導体
7 給電線
8 給電線
9 基板
11 絶縁基板
12 放射素子
13 地導体
14 給電線路
15 スリット
16 スリット
17 リング状素子部
18 リング状素子部
19 MSA素子部
21 第1の絶縁基板
22 放射素子
23 第2の絶縁基板
24 給電部(Lプローブ)
25 地導体
26 同軸コネクタ
31 スリット
32 スリット
33 スリット
221 リング型MSA
222 リング型MSA
223 リング型MSA
224 リング型MSA
225 リング型MSA
226 リング型MSA
227 方形MSA
241 Lプローブ
242 Lプローブ
2211 摂動素子
2212 摂動素子
2213 摂動素子
2214 摂動素子
2215 摂動素子
2216 摂動素子
2217 摂動素子
2218 摂動素子
2221 摂動素子
2222 摂動素子
2223 摂動素子
2224 摂動素子
2225 摂動素子
2226 摂動素子
2230 方形MSA
2231 摂動素子
2232 摂動素子
2233 摂動素子
2234 摂動素子
2235 摂動素子
2236 摂動素子
2237 摂動素子
2238 摂動素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Patch 2 Annular ring 3 Perturbation pattern 4 Ground conductor 7 Feed line 8 Feed line 9 Substrate 11 Insulating substrate 12 Radiation element 13 Ground conductor 14 Feed line 15 Slit 16 Slit 17 Ring-shaped element part 18 Ring-shaped element part 19 MSA element part 21 First insulating substrate 22 Radiating element 23 Second insulating substrate 24 Power feeding unit (L probe)
25 Ground conductor 26 Coaxial connector 31 Slit 32 Slit 33 Slit 221 Ring type MSA
222 Ring type MSA
223 Ring type MSA
224 Ring type MSA
225 Ring type MSA
226 Ring type MSA
227 Square MSA
241 L probe 242 L probe 2211 Perturbing element 2212 Perturbing element 2213 Perturbing element 2214 Perturbing element 2215 Perturbing element 2216 Perturbing element 2218 Perturbing element 2223 Perturbing element 2223 Perturbing element 2225 MSA
2231 perturbing element 2232 perturbing element 2233 perturbing element 2234 perturbing element 2235 perturbing element 2236 perturbing element 2237 perturbing element 2238 perturbing element

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態では、多数の周波数において直線偏波の送受信が可能な多周波共用MSAについて説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態における多周波共用MSAの構成を示している。図1(a)は斜視図であり、図1(b)は断面図である。また、図1(c)はLプローブの拡大図、図1(d)は放射素子の拡大図である。
この多周波共用MSAは、第1の絶縁基板21に形成されたリング形状及び方形状の金属導体層から成る放射素子22と、第2の絶縁基板23に形成された串形状の金属導体層から成る給電部24と、第2の絶縁基板23の裏面に設けられた地導体25と、中心導体及び外側導体を有する同軸コネクタ26とを備えている。
(First embodiment)
In the first embodiment of the present invention, a multi-frequency shared MSA capable of transmitting and receiving linearly polarized waves at a large number of frequencies will be described.
FIG. 1 shows a configuration of a multi-frequency shared MSA in the first embodiment of the present invention. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view. FIG. 1C is an enlarged view of the L probe, and FIG. 1D is an enlarged view of the radiating element.
This multi-frequency shared MSA includes a radiating element 22 formed of a ring-shaped and rectangular metal conductor layer formed on the first insulating substrate 21 and a skewer-shaped metal conductor layer formed on the second insulating substrate 23. And a ground conductor 25 provided on the back surface of the second insulating substrate 23, and a coaxial connector 26 having a center conductor and an outer conductor.

放射素子22は、ロ字形状のリング型MSA221、222、223と、四角形状の方形MSA227とから成り、これらは、アンテナ部基板である第1の絶縁基板21上の金属導体層に3本のスリット31、32、33を設けることにより形成されている。
給電部24の串形状の金属導体層は、リング型MSA221、222、223の一辺の中央を横断して方形MSA227の下部にまで至る長さP1の直線部分と、この直線部分の両側からリング型MSA221、222、223の各々に沿って長さPtだけ延びるスタブ部分とを有している。
同軸コネクタ26の中心導体の先端は、第2の絶縁基板23を貫通して給電部24の直線部分に接続し、また、中心導体から絶縁された同軸コネクタ26の外側導体は、地導体25に接続している。
この給電部24は、広帯域での電磁結合型の給電が可能な従来の“Lプローブ”にスタブ部分を設けており、このスタブ部分の長さPtを調節して、各共振周波数に基づく固有モードの整合を取っている。
また、第2の絶縁基板23は、Lプローブ24を構成する給電用基板としての役割を果たし、アンテナ部基板である第1の絶縁基板21と、Lプローブ24を挟む形で積層されている。
The radiating element 22 includes a ring-shaped MSA 221, 222, and 223 having a square shape and a square MSA 227 having a square shape, and these are formed on three metal conductor layers on the first insulating substrate 21 that is an antenna unit substrate. It is formed by providing slits 31, 32, and 33.
A skewer-shaped metal conductor layer of the power feeding unit 24 includes a linear part having a length P1 that extends from the center of one side of the ring type MSA 221, 222, 223 to the lower part of the square MSA 227, and a ring type from both sides of the linear part. And a stub portion extending along the length of Pt along each of the MSAs 221, 222, and 223.
The tip of the central conductor of the coaxial connector 26 passes through the second insulating substrate 23 and is connected to the straight portion of the power feeding unit 24, and the outer conductor of the coaxial connector 26 insulated from the central conductor is connected to the ground conductor 25. Connected.
This power supply unit 24 is provided with a stub portion in a conventional “L probe” capable of electromagnetic coupling type power supply in a wide band, and by adjusting the length Pt of the stub portion, an eigenmode based on each resonance frequency is provided. Is consistent.
The second insulating substrate 23 serves as a power supply substrate constituting the L probe 24 and is laminated with the first insulating substrate 21 serving as an antenna portion substrate and the L probe 24 sandwiched therebetween.

リング型MSA221、222、223及び方形MSA227を有する放射素子22には、図2(a)(b)(c)(d)に示す4つの電流経路が形成され、Lプローブ24から給電を受けた場合に、各電流経路による共振現象が現れる。図2では、電磁界シミュレータ(モーメント法を用いる電磁界シミュレータ(IE3D))で求めた各電流経路の電流分布を矢印で模式的に示している。図2(a)(b)(c)(d)に示すように、各電流経路には、Lプローブ24の位置から、その対称位置に向かう一様な電流分布が出現する。
ここでは、リング型MSA221に現れる最も長い電流経路(図2(a))の電流分布に基づく現象を“1stモード”、リング型MSA222に現れる2番目に長い電流経路(図2(b))の電流分布に基づく現象を“2ndモード”、リング型MSA223に現れる3番目に長い電流経路(図2(c))の電流分布に基づく現象を“3rdモード”、方形MSA227に現れる最も短い電流経路(図2(d))の電流分布に基づく現象を“4thモード”と呼ぶことにする。
In the radiating element 22 having the ring type MSA 221, 222, 223 and the rectangular MSA 227, four current paths shown in FIGS. 2 (a), (b), (c), and (d) are formed and supplied with power from the L probe 24. In some cases, a resonance phenomenon due to each current path appears. In FIG. 2, the current distribution of each current path obtained by the electromagnetic field simulator (electromagnetic field simulator (IE3D) using the moment method) is schematically shown by arrows. As shown in FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D, a uniform current distribution from the position of the L probe 24 toward the symmetrical position appears in each current path.
Here, the phenomenon based on the current distribution of the longest current path appearing in the ring type MSA 221 (FIG. 2A) is referred to as “1st mode”, and the second longest current path appearing in the ring type MSA 222 (FIG. 2B). The phenomenon based on the current distribution is “2nd mode”, the phenomenon based on the current distribution of the third longest current path appearing in the ring type MSA 223 (FIG. 2C) is “3rd mode”, and the shortest current path appearing in the square MSA 227 ( The phenomenon based on the current distribution in FIG. 2D is referred to as “4th mode”.

図3は、この多周波共用MSAのリターンロス特性を示している。ただし、図1に符号で示した多周波共用MSAの各種寸法諸元は次の通り設定した(単位はmm)。
a1=b1=22.1、 w1=w2=1.6、w3=1.2、d1=d2=d3=0.4、Pl=10.3、Pw=1.5、Ps=0.8、Pd=0.8、Pt=2.25、t1=t2=1.2
また、第1及び第2の絶縁基板21、23には、テフロン(登録商標)グラスファイバ基板(PTFE基板、比誘電率εr=2.6、tanδ=1.8×10-3)を使用し、この基板に銅薄膜が被着されたプリント基板をエッチングして、放射素子22とLプローブ24とを形成した。
図3では、縦軸にリターンロスの値(dB)、横軸に周波数(GHz)を示している。図中、実線は実測値(Exp)、点線はシミュレーション値(Sim)を示している。
FIG. 3 shows the return loss characteristic of the multi-frequency shared MSA. However, various dimensions of the multi-frequency shared MSA indicated by reference numerals in FIG. 1 were set as follows (unit: mm).
a1 = b1 = 22.1, w1 = w2 = 1.6, w3 = 1.2, d1 = d2 = d3 = 0.4, Pl = 10.3, Pw = 1.5, Ps = 0.8, Pd = 0.8, Pt = 2.25, t1 = t2 = 1.2
The first and second insulating substrates 21 and 23 are Teflon (registered trademark) glass fiber substrates (PTFE substrates, relative dielectric constant εr = 2.6, tan δ = 1.8 × 10 −3 ). The printed circuit board with the copper thin film deposited on the substrate was etched to form the radiating element 22 and the L probe 24.
In FIG. 3, the vertical axis represents the return loss value (dB) and the horizontal axis represents the frequency (GHz). In the figure, the solid line indicates the actual measurement value (Exp), and the dotted line indicates the simulation value (Sim).

図3において、(a)2.69GHz(Exp)(2.68GHz(Sim))にみられる共振現象は、1stモードの電流分布に対応するものである。また、(b)3.35GHz(Exp)(3.36GHz(Sim))、(c)4.32GHz(Exp)(4.33GHz(Sim))及び(d)6.62GHz(Exp)(6.59GHz(Sim))における共振現象は、各々、2ndモード、3rdモード及び4thモードの電流分布に対応するものである。
図2より明らかなように、モードの次数が増加するに伴い、各々のモードに対応する電流経路の経路長が短縮化され、図3に見られるように、各モードの共振周波数が上昇している。
このように、この多周波共用MSAにより、異なる4つの周波数を動作周波数とするマルチバンド特性が実現される。また、リターンロス特性の実測値は、図3から分かるように、設計上有意な範囲でシミュレーション値と良く一致している。
In FIG. 3, (a) the resonance phenomenon observed at 2.69 GHz (Exp) (2.68 GHz (Sim)) corresponds to the current distribution of the 1st mode. Also, (b) 3.35 GHz (Exp) (3.36 GHz (Sim)), (c) 4.32 GHz (Exp) (4.33 GHz (Sim)) and (d) 6.62 GHz (Exp) (6. The resonance phenomenon at 59 GHz (Sim) corresponds to the current distribution in the 2nd mode, 3rd mode, and 4th mode, respectively.
As is apparent from FIG. 2, as the mode order increases, the path length of the current path corresponding to each mode is shortened, and as shown in FIG. 3, the resonance frequency of each mode increases. Yes.
As described above, this multi-frequency shared MSA realizes multiband characteristics having four different frequencies as operating frequencies. In addition, as can be seen from FIG. 3, the actual measurement value of the return loss characteristic agrees well with the simulation value within a design-significant range.

図4は、この多周波共用MSAの1stモード、2ndモード、3rdモード及び4thモードにおける放射パターンを(a)(b)(c)及び(d)に示している。なお、この図では、各共振周波数において、E面の放射パターンだけでなく、参考のために、H面の放射パターンを併せて示している。図中、実線は放射パターンを示し、点線は交差偏波レベルを示している。
図4から明らかのように、1stモード、2ndモード、3rdモード及び4thモードの放射パターンは、E面、H面共に単向性の良好なパターンを示し、交差偏波成分も天頂方向(θ=0°)において最悪値で−20dB以下まで抑制されている。
また、図5は、各モードにおける利得の値を示している。この図の横軸には周波数、縦軸には利得を取っている。1stモード、2ndモード、3rdモード及び4thモードのすべてにおいて4.0dBi以上の利得が得られている。
FIG. 4 shows radiation patterns in the 1st mode, 2nd mode, 3rd mode and 4th mode of this multi-frequency shared MSA in (a), (b), (c) and (d). In this figure, at each resonance frequency, not only the radiation pattern on the E plane, but also the radiation pattern on the H plane is shown for reference. In the figure, the solid line indicates the radiation pattern, and the dotted line indicates the cross polarization level.
As is clear from FIG. 4, the radiation patterns in the 1st mode, 2nd mode, 3rd mode, and 4th mode show good unidirectional patterns on both the E plane and the H plane, and the cross polarization component is also in the zenith direction (θ = 0 °), the worst value is suppressed to −20 dB or less.
FIG. 5 shows gain values in the respective modes. In this figure, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain. A gain of 4.0 dBi or more is obtained in all of the 1st mode, 2nd mode, 3rd mode, and 4th mode.

このように、この多周波共用MSAは、放射素子22の面積が図40の放射素子12と同程度にも関わらず、より多くの共振周波数を保持することが可能であり、各共振周波数での放射パターンの特性は、図40のMSAに比較して遜色がない。
この多周波共用MSAの串形状に成形したLプローブ24は、スタブの長さを、各モードにおいて整合が取れるように設定しているため、共振周波数が広い範囲に拡がる各モードの電流経路に対して、その範囲をすべてカバーする給電信号を効率的に供給することが可能であり、それが優れた多周波共用特性の実現にも貢献している。
As described above, this multi-frequency shared MSA can hold more resonance frequencies even though the area of the radiating element 22 is the same as that of the radiating element 12 in FIG. The characteristics of the radiation pattern are not inferior to those of the MSA in FIG.
Since the L probe 24 formed into the multi-frequency shared MSA skewer is set so that the length of the stub can be matched in each mode, the resonance frequency of each mode extends over a wide range. Therefore, it is possible to efficiently supply a power supply signal that covers the entire range, which contributes to the realization of excellent multi-frequency sharing characteristics.

次に、この多周波共用MSAの共振周波数を制御する方法について説明する。
この多周波共用MSAでは、アンテナ部基板上の金属導体層に形成するスリットの位置を変え、各モードの電流経路の長さを変えることにより、共振周波数を変更することができる。
図6は、2ndモードの電流経路の長さを変えるために、図6(a)に示すように、1stモードのリング型MSA221の幅W1を変えた(即ち、スリット31の位置を変えた)場合の1stモード及び2ndモードの共振周波数の変化を示している(スリット31の幅dは0.4mmに固定)。図6(b)は、このときの1stモード及び2ndモードの電流経路を示し、図6(c)は、幅W1に応じた共振周波数の変化をグラフで示している。この図の横軸はW1(mm)、縦軸は共振周波数(GHz)を表している。また、図6(d)は、幅W1の変化に伴う利得の値の変化をグラフで示している。この図の横軸はW1(mm)、縦軸は利得(dBi)を表している。
Next, a method for controlling the resonance frequency of the multi-frequency shared MSA will be described.
In this multi-frequency shared MSA, the resonance frequency can be changed by changing the position of the slit formed in the metal conductor layer on the antenna part substrate and changing the length of the current path in each mode.
In FIG. 6, in order to change the length of the current path in the 2nd mode, as shown in FIG. 6A, the width W1 of the ring-type MSA 221 in the 1st mode is changed (that is, the position of the slit 31 is changed). The change of the resonance frequency of the 1st mode and 2nd mode in the case is shown (the width d of the slit 31 is fixed to 0.4 mm). FIG. 6B shows current paths in the 1st mode and the 2nd mode at this time, and FIG. 6C shows a graph of the change in the resonance frequency according to the width W1. In this figure, the horizontal axis represents W1 (mm) and the vertical axis represents the resonance frequency (GHz). FIG. 6D is a graph showing changes in the gain value accompanying changes in the width W1. In this figure, the horizontal axis represents W1 (mm), and the vertical axis represents gain (dBi).

また、図7は、3rdモードの電流経路の長さを変えるために、図7(a)に示すように、1stモードのリング型MSA221の幅W1は固定して、2ndモードのリング型MSA222の幅W2を変えた場合の1stモード、2ndモード及び3rdモードの共振周波数の変化を示している(スリット31、32の幅dは0.4mmに、W1は1.6mmに固定)。図7(b)は、このときの1stモード、2ndモード及び3rdモードの電流経路を示し、図7(c)は、幅W2に応じた共振周波数の変化をグラフで示し、また、図7(d)は、幅W2の変化に伴う利得の値の変化をグラフで示している。   Further, in FIG. 7, in order to change the length of the current path in the 3rd mode, as shown in FIG. 7A, the width W1 of the ring MSA 221 in the 1st mode is fixed and the ring MSA 222 in the 2nd mode is fixed. The change of the resonance frequency of the 1st mode, 2nd mode, and 3rd mode when the width W2 is changed is shown (the width d of the slits 31 and 32 is fixed to 0.4 mm, and W1 is fixed to 1.6 mm). FIG. 7B shows the current paths of the 1st mode, 2nd mode, and 3rd mode at this time, and FIG. 7C shows the change of the resonance frequency according to the width W2 in a graph. d) is a graph showing the change of the gain value accompanying the change of the width W2.

また、図8は、4thモードの電流経路の長さを変えるために、図8(a)に示すように、1stモードのリング型MSA221の幅W1、及び2ndモードのリング型MSA222の幅W2は固定して、3rdモードのリング型MSA223の幅W3を変えた場合の1stモード、2ndモード、3rdモード及び4thモードの共振周波数の変化を示している(スリット31、32、33の幅dは0.4mmに、W1、W2は1.6mmに固定)。このときの1stモード、2ndモード、3rdモード及び4thモードの電流経路は、図2に示すとおりである。図8(b)は、幅W3に応じた共振周波数の変化をグラフで示し、また、図8(c)は、幅W3の変化に伴う利得の値の変化をグラフで示している。   Further, in FIG. 8, in order to change the length of the 4th mode current path, as shown in FIG. 8A, the width W1 of the 1st mode ring type MSA 221 and the width W2 of the 2nd mode ring type MSA 222 are Fig. 5 shows changes in the resonance frequency of the 1st mode, 2nd mode, 3rd mode, and 4th mode when the width W3 of the ring-type MSA 223 in the 3rd mode is changed and the width d of the slits 31, 32, and 33 is 0. 4mm, W1 and W2 are fixed at 1.6mm). The current paths in the 1st mode, 2nd mode, 3rd mode, and 4th mode at this time are as shown in FIG. FIG. 8B is a graph showing a change in the resonance frequency according to the width W3, and FIG. 8C is a graph showing a change in the gain value accompanying the change in the width W3.

図6〜図8から明らかなように、各モードの電流経路の長さを変えることにより、共振周波数を変更することができる。リング型MSAの幅が増えても、そのリング型MSAの共振周波数は殆ど変化しない。これは、電流経路がリング型MSAや方形MSAの最外周近傍に形成されることを示している。利得の値は、リング型MSAの幅に大きく影響し、幅が狭いと利得が低下する。   As apparent from FIGS. 6 to 8, the resonance frequency can be changed by changing the length of the current path in each mode. Even if the width of the ring type MSA increases, the resonance frequency of the ring type MSA hardly changes. This indicates that the current path is formed in the vicinity of the outermost periphery of the ring type MSA or the rectangular MSA. The value of the gain greatly affects the width of the ring-type MSA. If the width is narrow, the gain decreases.

この多周波共用MSAは、さらにモード数を増やすことが可能である。
図9は、放射素子22が、4個のリング型MSA221、222、223、224と、1個の方形MSA227とから成る多周波共用MSAを示している。図9(a)はその斜視図、図9(b)は断面図、図9(c)は放射素子の拡大図である。
この多周波共用MSAの各種寸法諸元は次の通り設定している(単位はmm)。
a=b=22.1、w1=w2=w3=w4=0.8、d1=d2=d3=d4=0.4、Pl=10.8、Pw=1.5、Ps=0.8、Pd=0.8、Pt=1.25、t1=t2=1.2
また、第1及び第2の絶縁基板21、23は、図1と同じものを使用した。
また、Lプローブ24には、リング型MSA221、222、223、224の各々に対応するスタブ部分を設けている。
This multi-frequency shared MSA can further increase the number of modes.
FIG. 9 shows a multi-frequency shared MSA in which the radiating element 22 includes four ring MSAs 221, 222, 223, 224 and one rectangular MSA 227. 9A is a perspective view, FIG. 9B is a cross-sectional view, and FIG. 9C is an enlarged view of the radiating element.
Various dimensions of the multi-frequency shared MSA are set as follows (unit: mm).
a = b = 22.1, w1 = w2 = w3 = w4 = 0.8, d1 = d2 = d3 = d4 = 0.4, Pl = 10.8, Pw = 1.5, Ps = 0.8, Pd = 0.8, Pt = 1.25, t1 = t2 = 1.2
The first and second insulating substrates 21 and 23 were the same as those shown in FIG.
The L probe 24 is provided with a stub portion corresponding to each of the ring type MSAs 221, 222, 223, and 224.

図10は、この多周波共用MSAのリターンロス特性(シミュレーション値)を示している。図10において、(a)2.58GHzは1stモード、(b)2.95GHzは2ndモード、(c)3.39GHzは3rdモード、(d)3.99GHzは4thモード、(e)5.20GHzは1stモードの第1高次モード、(f)5.91GHzは2ndモードの第1高次モード、そして、(g)6.42GHzは5thモードに対応している。   FIG. 10 shows the return loss characteristics (simulated values) of this multi-frequency shared MSA. In FIG. 10, (a) 2.58 GHz is 1st mode, (b) 2.95 GHz is 2nd mode, (c) 3.39 GHz is 3rd mode, (d) 3.99 GHz is 4th mode, (e) 5.20 GHz. Is the first higher-order mode of the 1st mode, (f) 5.91 GHz corresponds to the first higher-order mode of the 2nd mode, and (g) 6.42 GHz corresponds to the 5th mode.

図11(a)〜(g)は、図10の各モードにおける電流経路及び電流分布を示している。(a)1stモード、(b)2ndモード、(c)3rdモード、(d)4thモード、及び(g)5thモードの各電流経路には、Lプローブ24の位置から、その対称位置に向かう一様な電流分布が出現している。これに対して、(e)1stモードの第1高次モード、及び(f)2ndモードの第1高次モードでは、電流経路の途中で電流方向が反転する電流分布が出現している。   FIGS. 11A to 11G show current paths and current distributions in the respective modes of FIG. In each of the current paths of (a) 1st mode, (b) 2nd mode, (c) 3rd mode, (d) 4th mode, and (g) 5th mode, one is directed from the position of the L probe 24 toward its symmetrical position. Various current distributions appear. On the other hand, in (e) the first higher-order mode in the 1st mode and (f) the first higher-order mode in the 2nd mode, a current distribution in which the current direction is reversed in the middle of the current path appears.

図12(a)〜(g)は、図10の各モードにおける放射パターンを示している。(e)1stモードの第1高次モード、及び(f)2ndモードの第1高次モードでは、高い交差偏波レベルを示しているが、(a)1stモード、(b)2ndモード、(c)3rdモード、(d)4thモード、及び(g)5thモードの各モードでは、単向性の良好な放射パターンを示し、交差偏波レベルも極めて低い。   12A to 12G show radiation patterns in each mode of FIG. (E) The first higher-order mode in 1st mode and the first higher-order mode in (f) 2nd mode show high cross polarization levels, but (a) 1st mode, (b) 2nd mode, ( In each of the c) 3rd mode, (d) 4th mode, and (g) 5th mode, the radiation pattern has a good unidirectional property and the cross polarization level is extremely low.

また、図13は、(a)1stモード、(b)2ndモード、(c)3rdモード、(d)4thモード、及び(g)5thモードにおける利得の値を示している。
このように、この多周波共用MSAは、(e)及び(f)の高次モードを使用対象から除外することにより、(a)1stモード、(b)2ndモード、(c)3rdモード、(d)4thモード、及び(g)5thモードの各モードにおいて優れた特性を示す多周波共用アンテナとして使用することができる。
FIG. 13 shows gain values in (a) 1st mode, (b) 2nd mode, (c) 3rd mode, (d) 4th mode, and (g) 5th mode.
As described above, this multi-frequency shared MSA removes the higher-order modes (e) and (f) from the object of use, so that (a) 1st mode, (b) 2nd mode, (c) 3rd mode, ( d) It can be used as a multi-frequency shared antenna exhibiting excellent characteristics in each mode of 4th mode and (g) 5th mode.

また、図14は、放射素子22が、6個のリング型MSA221、222、223、224、225、226と、1個の方形MSA227とから成る多周波共用MSAを示している。図14(a)はその斜視図、図14(b)は断面図、図14(c)は放射素子の拡大図である。
この多周波共用MSAの各種寸法諸元は次の通り設定している(単位はmm)。
a=b=22.1、w1〜w6=0.4、d1〜d6=0.4、Pl=10.8、Pw=1.5、Ps=0.8、Pd=0.8、Pt=3.75、t1=t2=1.2
また、第1及び第2の絶縁基板21、23は、図1と同じものを使用した。
また、Lプローブ24には、リング型MSA221、222、223、224、225、226の各々に対応するスタブ部分を設けている。
FIG. 14 shows a multi-frequency shared MSA in which the radiating element 22 includes six ring-type MSAs 221, 222, 223, 224, 225, and 226 and one rectangular MSA 227. FIG. 14A is a perspective view, FIG. 14B is a cross-sectional view, and FIG. 14C is an enlarged view of a radiating element.
Various dimensions of the multi-frequency shared MSA are set as follows (unit: mm).
a = b = 22.1, w1-w6 = 0.4, d1-d6 = 0.4, Pl = 10.8, Pw = 1.5, Ps = 0.8, Pd = 0.8, Pt = 3.75, t1 = t2 = 1.2
The first and second insulating substrates 21 and 23 were the same as those shown in FIG.
The L probe 24 is provided with a stub portion corresponding to each of the ring type MSAs 221, 222, 223, 224, 225, and 226.

図15は、この多周波共用MSAのリターンロス特性(シミュレーション値)を示している。図15において、(a)2.53GHzは1stモード、(b)2.77GHzは2ndモード、(c)3.01GHzは3rdモード、(d)3.30GHzは4thモード、(e)3.65GHzは5thモード、(f)4.09GHzは6thモード、そして、(g)6.69GHzは7thモードに対応している。
図16(a)〜(g)は、図15の各モードにおける電流経路及び電流分布を示している。各モードの各電流経路には、Lプローブ24の位置から、その対称位置に向かう一様な電流分布が出現している。
図17(a)〜(g)は、図15の各モードにおける放射パターンを示している。各モードで単向性の良好な放射パターンを示しており、交差偏波レベルも極めて低い。
FIG. 15 shows the return loss characteristic (simulation value) of this multi-frequency shared MSA. In FIG. 15, (a) 2.53 GHz is 1st mode, (b) 2.77 GHz is 2nd mode, (c) 3.01 GHz is 3rd mode, (d) 3.30 GHz is 4th mode, (e) 3.65 GHz. Corresponds to the 5th mode, (f) 4.09 GHz corresponds to the 6th mode, and (g) 6.69 GHz corresponds to the 7th mode.
FIGS. 16A to 16G show current paths and current distributions in the respective modes of FIG. In each current path of each mode, a uniform current distribution appears from the position of the L probe 24 toward its symmetrical position.
FIGS. 17A to 17G show the radiation patterns in each mode of FIG. Each mode shows a radiation pattern with good unidirectionality, and the cross polarization level is extremely low.

このように、この多周波共用MSAは、(a)1stモード、(b)2ndモード、(c)3rdモード、(d)4thモード、(e)5thモード、(f)6thモード、及び(g)7thモードの各モードにおいて優れた特性を示す多周波共用アンテナとして使用することができる。   Thus, the multi-frequency shared MSA includes (a) 1st mode, (b) 2nd mode, (c) 3rd mode, (d) 4th mode, (e) 5th mode, (f) 6th mode, and (g ) It can be used as a multi-frequency shared antenna exhibiting excellent characteristics in each mode of the 7th mode.

また、これらの多周波共用MSAでは、方形MSAを除いて、リング型MSAだけを放射素子に用いることも可能である。図18は、その一例として、リング型MSA221、222、223だけから成る多周波共用MSAの放射素子形状(図18(a))と、リターンロス特性(図18(b))とを示している。
この多周波共用MSAの各種寸法諸元は次の通り設定した(単位はmm)。
a=b=22.1、w1=w2=1.6、w3=1.2、d1=d2=0.4、Pl=5.2、Pw=1.5、Ps=0.8、Pd=0.8、Pt=0.25、t1=t2=1.2
このように方形MSAを抜かした場合は、放射素子の中央部分を付属回路素子の設置場所として利用することが可能になり、アンテナ装置の小型化を図ることができる。
In these multi-frequency shared MSAs, only the ring type MSA can be used as a radiating element except for the square MSA. FIG. 18 shows, as an example, the shape of a radiating element (FIG. 18 (a)) and the return loss characteristic (FIG. 18 (b)) of a multi-frequency shared MSA composed of only ring-type MSAs 221, 222, and 223. .
Various dimensions of the multi-frequency shared MSA were set as follows (unit: mm).
a = b = 22.1, w1 = w2 = 1.6, w3 = 1.2, d1 = d2 = 0.4, Pl = 5.2, Pw = 1.5, Ps = 0.8, Pd = 0.8, Pt = 0.25, t1 = t2 = 1.2
When the square MSA is removed in this way, the central portion of the radiating element can be used as the installation location of the attached circuit element, and the antenna device can be downsized.

また、この多周波共用MSAは、図19に示すように、直交する位置に二つのLプローブ241、242を設けることにより、直線偏波の直交する垂直偏波と水平偏波とを共用する偏波共用アンテナとして用いることが可能である。図19(a)は、その斜視図、図19(b)は、放射素子の拡大図である。
偏波共用特性では、直交する二つの偏波を独立に、互いに干渉すること無く、送受信することが必要であり、交差偏波レベルが低いこと、及び、アイソレーション特性が良好であること、即ち、片方のポートから給電されたエネルギーが他方のポートへ出力される量の小さいこと、が求められる。
この多周波共用MSAの各種寸法諸元は次の通り設定している(単位はmm)。
a=b=22.1、w1=w2=1.6、w3=1.2、d1=d2=0.4、P1l=P12=5.8、Pw1=Pw2=1.5、Ps1=Ps2=0.8、Pd1=Pd2=0.8
In addition, as shown in FIG. 19, this multi-frequency shared MSA is provided with two L probes 241 and 242 at orthogonal positions so that the linearly polarized waves that are perpendicular to each other and vertically polarized waves are shared. It can be used as a wave sharing antenna. FIG. 19A is a perspective view thereof, and FIG. 19B is an enlarged view of the radiating element.
In the polarization sharing characteristic, it is necessary to transmit and receive two orthogonal polarized waves independently without interfering with each other, the cross polarization level is low, and the isolation characteristic is good. The amount of energy supplied from one port to the other port is required to be small.
Various dimensions of the multi-frequency shared MSA are set as follows (unit: mm).
a = b = 22.1, w1 = w2 = 1.6, w3 = 1.2, d1 = d2 = 0.4, P1l = P12 = 5.8, Pw1 = Pw2 = 1.5, Ps1 = Ps2 = 0.8, Pd1 = Pd2 = 0.8

図20は、この多周波共用MSAのリターンロス特性及びアイソレーション特性を示している。図中、実線はリターンロス特性を示し、そのスケールを左側に表記している。また、点線はアイソレーション特性を示し、そのスケールを右側に表記している。
各々の共振周波数におけるアイソレーションは、−30dB以下の値を示しており、良好な特性が得られている。
このように、この多周波共用MSAでは、もう一つのLプローブを追加することで、容易に偏波共用特性を実現することができる。
FIG. 20 shows the return loss characteristic and isolation characteristic of this multi-frequency shared MSA. In the figure, the solid line shows the return loss characteristic, and the scale is shown on the left side. The dotted line indicates the isolation characteristic, and the scale is shown on the right side.
The isolation at each resonance frequency shows a value of −30 dB or less, and good characteristics are obtained.
As described above, in this multi-frequency shared MSA, the polarization sharing characteristic can be easily realized by adding another L probe.

なお、これまでは多周波共用MSAの放射特性について説明してきたが、この多周波共用MSAを受信アンテナとして使用する場合に、全く同じ特性が得られることはアンテナの“相反性”から自明である。
このように、この多周波共用MSAは、直線偏波の電波を送受信する、単向性を備えた平面構造のマルチバンドアンテナとしての有用性を有している。この多周波共用MSAは、例えば、GSM、DCS及びPCS方式を受信するセルラ電話用3周波共用マルチバンドアンテナとして用いたり、また、無線LAN用(2.4GHz帯及び5.0GHz帯)及びVICS用(2.5GHz帯)のマルチバンドアンテナとしての応用などを想定することができる。さらに、移動通信(垂直偏波)とテレビ受信(水平偏波)との共用や偏波ダイバーシチ受信なども可能である。また、どの周波数帯にも対応可能なアンテナとして使用することもできる。
Although the radiation characteristics of the multi-frequency shared MSA have been described so far, it is obvious from the “reciprocity” of the antenna that the same characteristics can be obtained when the multi-frequency shared MSA is used as a receiving antenna. .
As described above, the multi-frequency shared MSA has utility as a multi-band antenna having a planar structure that transmits and receives linearly polarized radio waves. This multi-frequency shared MSA is used, for example, as a 3-frequency shared multi-band antenna for cellular phones that receive GSM, DCS and PCS systems, and for wireless LAN (2.4 GHz band and 5.0 GHz band) and VICS. An application as a (2.5 GHz band) multiband antenna can be assumed. Further, mobile communication (vertical polarization) and television reception (horizontal polarization) can be shared, and polarization diversity reception can be performed. Moreover, it can also be used as an antenna that can handle any frequency band.

なお、ここでは、リング型MSAをロ字状に形成し、中央に方形MSAを形成する(または形成しない)場合について説明したが、リング型MSA及び中央のMSAの形状は、正方形、長方形、正六角形、正三角形、円等、中心線に対して左右対称の形状であれば良い。このとき、Lプローブは、その中心線の位置に配置する。   Here, the case where the ring type MSA is formed in a square shape and the square MSA is formed (or not formed) in the center has been described, but the shapes of the ring type MSA and the central MSA are square, rectangular, regular six Any shape that is symmetrical with respect to the center line, such as a square, equilateral triangle, or circle, may be used. At this time, the L probe is arranged at the position of the center line.

また、ここでは、基板としてテフロン(登録商標)グラスファイバ基板を使用し、この基板に形成された銅薄膜をエッチングして放射素子22やLプローブ24を形成する場合について説明したが、本発明は、それに限るものではなく、例えば、セラミックスグリーンシートに金属粉末を含むメタライズドペーストで放射素子やLプローブ等の導体パターンを印刷し、それらを積層して焼成するような方法で形成しても良い。   Further, here, a case where a Teflon (registered trademark) glass fiber substrate is used as a substrate and the copper thin film formed on the substrate is etched to form the radiation element 22 and the L probe 24 has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, a conductive pattern such as a radiating element or an L probe may be printed on a ceramic green sheet with a metallized paste containing metal powder, and then stacked and fired.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態では、複数の動作周波数における偏波特性を自在に設定できる多周波共用MSAについて説明する。
図21は、本発明の第2の実施形態における多周波共用MSAの構成を示している。図21(a)は斜視図であり、図21(b)は断面図である。また、図21(c)はLプローブの拡大図、図21(d)は放射素子の拡大図である。
この多周波共用MSAは、第1の絶縁基板21に形成されたリング形状及び方形状の金属導体層から成る放射素子22と、第2の絶縁基板23に形成された串形状の金属導体層から成る給電部24と、第2の絶縁基板23の裏面に設けられた地導体25と、中心導体及び外側導体を有する同軸コネクタ26とを備えている。
(Second Embodiment)
In the second embodiment of the present invention, a multi-frequency shared MSA that can freely set polarization characteristics at a plurality of operating frequencies will be described.
FIG. 21 shows the configuration of the multi-frequency shared MSA in the second embodiment of the present invention. FIG. 21A is a perspective view, and FIG. 21B is a cross-sectional view. FIG. 21C is an enlarged view of the L probe, and FIG. 21D is an enlarged view of the radiating element.
This multi-frequency shared MSA includes a radiating element 22 formed of a ring-shaped and rectangular metal conductor layer formed on the first insulating substrate 21 and a skewer-shaped metal conductor layer formed on the second insulating substrate 23. And a ground conductor 25 provided on the back surface of the second insulating substrate 23, and a coaxial connector 26 having a center conductor and an outer conductor.

放射素子22は、正方形の枠状のリング型MSA221と、正方形の方形MSA2230とから成り、これらは、アンテナ部基板である第1の絶縁基板21上の金属導体層に1本のスリット31を設けることにより形成されている。また、リング型MSA221には、対角線上の二隅に、金属導体層を三角形状に切除した摂動素子2211、2212が形成され、また、方形MSA2230には、前記対角線と交差する対角線上の二隅に同様の摂動素子2231、2232が形成されている。
給電部24の串形状の金属導体層は、リング型MSA221の一辺の中央を横断して方形MSA2230にまで至る長さP1の直線部分と、この直線部分の両側からリング型MSA221に沿って長さPtだけ延びるスタブ部分とを有している。
The radiating element 22 includes a square frame-shaped ring type MSA 221 and a square square MSA 2230, which are provided with one slit 31 in the metal conductor layer on the first insulating substrate 21 which is an antenna portion substrate. It is formed by. The ring type MSA 221 has perturbation elements 2211 and 2122, which are formed by cutting the metal conductor layer in a triangular shape at two corners on the diagonal line, and the square MSA 2230 has two corners on the diagonal line intersecting with the diagonal line. The same perturbation elements 2231 and 2232 are formed.
The skewer-shaped metal conductor layer of the power feeding section 24 has a straight line portion having a length P1 that crosses the center of one side of the ring type MSA 221 to reach the square MSA 2230, and a length along the ring type MSA 221 from both sides of the straight line portion. And a stub portion extending by Pt.

同軸コネクタ26の中心導体の先端は、第2の絶縁基板23を貫通して給電部24の直線部分に接続し、また、中心導体から絶縁された同軸コネクタ26の外側導体は、地導体25に接続している。
この給電部24は、広帯域での電磁結合型の給電が可能な従来の“Lプローブ”にスタブ部分を設けており、このスタブ部分の長さPtを調節して、リング型MSA221が関与する固有モードの整合を取っている。
また、第2の絶縁基板23は、Lプローブ24を構成する給電用基板としての役割を果たし、アンテナ部基板である第1の絶縁基板21と、Lプローブ24を挟む形で積層されている。
The tip of the central conductor of the coaxial connector 26 passes through the second insulating substrate 23 and is connected to the straight portion of the power feeding unit 24, and the outer conductor of the coaxial connector 26 insulated from the central conductor is connected to the ground conductor 25. Connected.
This power supply unit 24 is provided with a stub portion in a conventional “L probe” capable of electromagnetically coupling type power supply in a wide band, and the length Pt of this stub portion is adjusted so that the ring type MSA 221 is involved. The mode is consistent.
The second insulating substrate 23 serves as a power supply substrate constituting the L probe 24 and is laminated with the first insulating substrate 21 serving as an antenna portion substrate and the L probe 24 sandwiched therebetween.

この多周波共用MSAにおいて、図21に符号で示した各種寸法諸元は、次の通り設定している。
a=b=22.1、w1=1.6、d1=0.4、Pl=9.8、Pw=1.5、Ps=0.8、Pd=0.8、Pt=2.25、t1=t2=1.2(以上、単位はmm)。
また、方形MSA2230の摂動素子2231の面積をΔS1、摂動素子2232の面積をΔS2とするとき、ΔS1=ΔS2とし、方形MSA2230の摂動素子を装荷しない場合の全面積(摂動素子の面積を加えた面積)に対する(ΔS1+ΔS2)の比率を2.63%(“ΔS1+ΔS2=2.63%”と表記する。)に設定し、また、リング型MSA221の摂動素子2211の面積をΔS3、摂動素子2212の面積をΔS4とするとき、ΔS3=ΔS4とし、リング型MSA221の摂動素子を装荷しない場合の全面積に対する(ΔS3+ΔS4)の比率を、ΔS3+ΔS4=0.95%に設定している。
また、第1及び第2の絶縁基板21、23には、テフロン(登録商標)グラスファイバ基板(PTFE基板、比誘電率εr=2.6、tanδ=1.8×10-3)を使用し、この基板に銅薄膜が被着されたプリント基板をエッチングして、放射素子22とLプローブ24とを形成している。
In this multi-frequency shared MSA, various dimensions indicated by symbols in FIG. 21 are set as follows.
a = b = 22.1, w1 = 1.6, d1 = 0.4, Pl = 9.8, Pw = 1.5, Ps = 0.8, Pd = 0.8, Pt = 2.25, t1 = t2 = 1.2 (above, the unit is mm).
Further, when the area of the perturbation element 2231 of the square MSA 2230 is ΔS1 and the area of the perturbation element 2232 is ΔS2, ΔS1 = ΔS2, and the total area when the perturbation element of the square MSA2230 is not loaded (the area including the area of the perturbation element) ) Is set to 2.63% (represented as “ΔS1 + ΔS2 = 2.63%”), the area of the perturbation element 2211 of the ring type MSA 221 is ΔS3, and the area of the perturbation element 2212 is When ΔS4, ΔS3 = ΔS4, and the ratio of (ΔS3 + ΔS4) to the total area when the perturbation element of the ring type MSA 221 is not loaded is set to ΔS3 + ΔS4 = 0.95%.
The first and second insulating substrates 21 and 23 are Teflon (registered trademark) glass fiber substrates (PTFE substrates, relative dielectric constant εr = 2.6, tan δ = 1.8 × 10 −3 ). The printed circuit board with the copper thin film deposited on the substrate is etched to form the radiating element 22 and the L probe 24.

この放射素子22のリング型MSA221には、給電を受けると、Lプローブ24上の点を始点とし、その始点と向かい合う点を終点とする第1の電流経路が形成され、それとともに、装荷された摂動素子2211、2212の作用で、第1の電流経路と直交する方向の第2の電流経路が形成される。それ故、給電を受けたリング型MSA221には、図22(a)に模式的に示すように、第1の電流経路に流れる電流分布(白矢印)と、第2の電流経路に流れる電流分布(黒矢印)とが生じ、これらの電流は直交している。
摂動素子2211、2212の大きさΔS3、ΔS4は、直交する電流の位相差が±90°となるように設定しており、そのため、リング型MSA221からは円偏波の電波が放射される。
When receiving power, the ring type MSA 221 of the radiating element 22 is formed with a first current path starting at a point on the L probe 24 and ending at a point facing the starting point. By the action of the perturbation elements 2211 and 2122, a second current path in a direction orthogonal to the first current path is formed. Therefore, in the ring-type MSA 221 that has received power supply, as schematically shown in FIG. 22A, the current distribution flowing in the first current path (white arrow) and the current distribution flowing in the second current path (Black arrows) occur, and these currents are orthogonal.
The magnitudes ΔS3 and ΔS4 of the perturbation elements 2211 and 2122 are set so that the phase difference between the orthogonal currents is ± 90 °. Therefore, the circular MSA 221 emits circularly polarized radio waves.

なお、リング型MSA221が単独で存在する場合は、図22(a)に示すように、Lプローブ24が位置する辺の左側と、その対角線上の位置とに摂動素子2211、2212を装荷すると、右旋偏波(電波の進行方向に対して右旋回する円偏波)が発生し、逆に、Lプローブ24が位置する辺の右側と、その対角線上の位置とに摂動素子を装荷すると、左旋偏波が発生する。しかし、他のMSAが隣接している場合は、他のMSAとの相互作用により円偏波の旋回方向が変わってくる。   When the ring type MSA 221 exists alone, as shown in FIG. 22A, when the perturbation elements 2211 and 2122 are loaded on the left side of the side where the L probe 24 is located and the diagonal position thereof, When right-handed polarized waves (circularly polarized waves turning rightward with respect to the traveling direction of the radio wave) are generated, and conversely, when a perturbation element is loaded on the right side of the side where the L probe 24 is located and the diagonal position thereof, , Left-handed polarization occurs. However, when other MSAs are adjacent to each other, the turning direction of the circularly polarized wave changes due to the interaction with the other MSA.

また、給電を受けた方形MSA2230にも、同様に、Lプローブ24上の点を始点とし、その始点と向かい合う点を終点とする第1の電流経路と、摂動素子2231、2232に起因する、第1の電流経路と直交する方向の第2の電流経路とが形成される(なお、第1の電流経路及び第2の電流経路は、方形MSA2230の周縁近くに形成される)。それ故、給電を受けた方形MSA2230には、図22(b)に模式的に示すように、第1の電流経路に流れる電流分布(白矢印)と、これに直交する第2の電流経路に流れる電流分布(黒矢印)とが生じる。
摂動素子2231、2232の大きさΔS1、ΔS2は、直交する電流の位相差が±90°となるように調整されており、そのため、方形MSA2230からも円偏波の電波が放射される。
Similarly, the square MSA 2230 that has been supplied with power also has a first current path starting from a point on the L probe 24 and ending at a point facing the starting point, and the first MS 2230 caused by the perturbation elements 2231 and 2232. The first current path and the second current path in the direction orthogonal to the first current path are formed (note that the first current path and the second current path are formed near the periphery of the square MSA 2230). Therefore, in the square MSA 2230 that has received power supply, as schematically shown in FIG. 22 (b), the current distribution (white arrow) flowing in the first current path and the second current path orthogonal thereto are shown. A flowing current distribution (black arrow) occurs.
The magnitudes ΔS1 and ΔS2 of the perturbation elements 2231 and 2232 are adjusted so that the phase difference between the orthogonal currents is ± 90 °, and therefore circularly polarized radio waves are also radiated from the square MSA 2230.

図22(c)は、この多周波共用MSAのリターンロス特性を示している。縦軸にリターンロスの値(dB)、横軸に周波数(GHz)を示している。
リターンロスの値(dB)は、通常、アンテナでは−10dBを切ることが一応の目安とされているが、この多周波共用MSAでは、(a)2.75GHz及び(b)4.68GHzにおいて、その値が−10dBを大きく超えている。(a)2.75GHzの共振現象は、リング型MSA221の電流分布により齎されており、これを“1stモード”と呼ぶことにする。また、(b)4.68GHzの共振現象は、方形MSA2230により齎されており、これを “2ndモード”と呼ぶことにする。
FIG. 22C shows the return loss characteristic of the multi-frequency shared MSA. The vertical axis represents the return loss value (dB), and the horizontal axis represents the frequency (GHz).
The return loss value (dB) is usually considered to be less than −10 dB for an antenna, but in this multi-frequency shared MSA, (a) 2.75 GHz and (b) 4.68 GHz, The value greatly exceeds -10 dB. (A) The 2.75 GHz resonance phenomenon is distorted by the current distribution of the ring type MSA 221, and this will be referred to as “1st mode”. Further, (b) the resonance phenomenon of 4.68 GHz is suppressed by the square MSA 2230, and this is referred to as “2nd mode”.

図23(a)は、1stモードの放射パターンを示し、図23(b)は、2ndモードの放射パターンを示している。図23(a)(b)において、外側の実線及び点線(実線及び点線はほぼ重なっている)は、Lプローブの幅方向と天頂方向を含む面(以下、“φ=0°面”と呼ぶ。)及びLプローブの長さ方向と天頂方向を含む面(以下、“φ=90°面”と呼ぶ。)における左旋偏波の放射レベルを示し、内側の実線及び点線は、φ=0°面及びφ=90°面における右旋偏波の放射レベルを示している。この放射パターンから、この多周波共用MSAは、1stモード及び2ndモードのいずれにおいても左旋偏波を発生することが分かる。   FIG. 23A shows a radiation pattern in the 1st mode, and FIG. 23B shows a radiation pattern in the 2nd mode. In FIGS. 23 (a) and 23 (b), the outer solid line and the dotted line (the solid line and the dotted line substantially overlap) are referred to as a plane including the width direction of the L probe and the zenith direction (hereinafter referred to as “φ = 0 ° plane”). )) And the radiation level of the left-handed polarized wave in a plane including the length direction and the zenith direction of the L probe (hereinafter referred to as “φ = 90 ° plane”), and the inner solid line and dotted line indicate φ = 0 ° The radiation level of right-handed polarization in the plane and the φ = 90 ° plane is shown. From this radiation pattern, it can be seen that the multi-frequency shared MSA generates a left-handed polarized wave in both the 1st mode and the 2nd mode.

図24は、天頂方向(θ=0)に放射される円偏波の軸比を示している。軸比の値(dB)は、楕円の長軸をa、短軸をbとするとき、20×log(a/b)で算出している。従って、完全な円偏波では、軸比の値が0dBになる。一般的には、3dB以下であれば円偏波と看做されている。
図24(c)は、各周波数での軸比を示しており、図24(a)は、1stモード(2.75GHz)における軸比の拡大図、図24(b)は、2ndモード(4.68GHz)における軸比の拡大図である。1stモード及び2ndモードの軸比は0.5dB程度であり、良好な円偏波が発生していることを示している。
このように、この多周波共用MSAは、異なる2つの周波数のそれぞれにおいて左旋の円偏波を発生することができる。
FIG. 24 shows the axial ratio of circularly polarized light radiated in the zenith direction (θ = 0). The value (dB) of the axial ratio is calculated by 20 × log (a / b), where a is the major axis of the ellipse and b is the minor axis. Therefore, with perfect circular polarization, the axial ratio value is 0 dB. Generally, if it is 3 dB or less, it is regarded as circular polarization.
24C shows the axial ratio at each frequency, FIG. 24A is an enlarged view of the axial ratio in the 1st mode (2.75 GHz), and FIG. 24B shows the 2nd mode (4 .68 GHz) is an enlarged view of the axial ratio. The axial ratio of the 1st mode and the 2nd mode is about 0.5 dB, indicating that a good circularly polarized wave is generated.
Thus, this multi-frequency shared MSA can generate a left-handed circularly polarized wave at each of two different frequencies.

摂動素子2211、2212、2231、2232の設置位置及び大きさは、各モードにおいて所望の偏波特性が得られるように調整する必要がある。この多周波共用MSAでは、先ず、方形MSA2230が2ndモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子2231、2232の位置及び大きさを設定し、次に、リング型MSA221が、方形MSA2230との相互作用を受けながらも、1stモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子2211、2212の位置及び大きさを設定している。
こうして求めた摂動素子2211、2212、2231、2232の位置及び大きさが図21に示したものである。この場合、リング型MSA221の摂動素子2211、2212の位置及び大きさを先に決め、方形MSA2230の摂動素子2231、2232の位置及び大きさを後から決めても良い。また、同様の手順で、方形MSA2230及びリング型MSA221の一方または双方を右旋偏波に設定することも可能である。
また、Lプローブ24のスタブの長さは、1stモードにおいてリング型MSA221と整合が取れるように設定している。
The installation positions and sizes of the perturbation elements 2211, 2122, 2231, and 2232 need to be adjusted so that a desired polarization characteristic is obtained in each mode. In this multi-frequency shared MSA, first, the positions and sizes of the perturbation elements 2231 and 2232 are set so that the square MSA 2230 generates a left-handed polarized wave at the frequency of the 2nd mode, and then the ring-type MSA 221 is connected to the square MSA 2230. The positions and sizes of the perturbation elements 2211 and 2122 are set so as to generate the left-handed polarized wave at the frequency of the 1st mode while receiving the above interaction.
The positions and sizes of the perturbation elements 2211, 2122, 2231, and 2232 thus obtained are shown in FIG. In this case, the positions and sizes of the perturbation elements 2211 and 2212 of the ring type MSA 221 may be determined first, and the positions and sizes of the perturbation elements 2231 and 2232 of the square MSA 2230 may be determined later. Further, it is possible to set one or both of the rectangular MSA 2230 and the ring type MSA 221 to the right-handed polarized wave by the same procedure.
The length of the stub of the L probe 24 is set so as to be matched with the ring type MSA 221 in the 1st mode.

また、この多周波共用MSAでは、各モードの電流経路の長さを変えて、共振周波数を変更することができる。放射素子22の外形を一定に保つ場合であっても、アンテナ部基板21上の金属導体層に形成するスリット31の位置を移動することで、方形MSA2230の電流経路の長さを変え、その共振周波数を変化させることができる。なお、リング型MSA221の電流経路は、リングの外周近くに形成されるため、スリット31の位置を移動しても、共振周波数は、左程変化しない。   In the multi-frequency shared MSA, the resonance frequency can be changed by changing the length of the current path in each mode. Even when the outer shape of the radiating element 22 is kept constant, the length of the current path of the rectangular MSA 2230 is changed by moving the position of the slit 31 formed in the metal conductor layer on the antenna unit substrate 21, and the resonance thereof. The frequency can be changed. Since the current path of the ring type MSA 221 is formed near the outer periphery of the ring, the resonance frequency does not change to the left even if the position of the slit 31 is moved.

この多周波共用MSAは、さらにモード数を増やし、その偏波特性を任意に設定することが可能である。
図25は、放射素子22が、摂動素子を有する2本のリング型MSA221、222と方形MSA2230とから成り、各MSA221、222、223が左旋の円偏波を発生する多周波共用MSAを示している。図25(a)は斜視図、図25(b)は断面図、図25(c)はLプローブの拡大図、図25(d)は放射素子の拡大図である。Lプローブ24には、リング型MSA221、222の各々に対応するスタブ部分を設けている。
This multi-frequency shared MSA can further increase the number of modes and arbitrarily set the polarization characteristics.
FIG. 25 shows a multi-frequency shared MSA in which the radiating element 22 includes two ring MSAs 221, 222 having a perturbing element and a rectangular MSA 2230, and each MSA 221, 222, 223 generates a left-handed circularly polarized wave. Yes. 25A is a perspective view, FIG. 25B is a cross-sectional view, FIG. 25C is an enlarged view of an L probe, and FIG. 25D is an enlarged view of a radiating element. The L probe 24 is provided with a stub portion corresponding to each of the ring type MSAs 221 and 222.

この多周波共用MSAの各種寸法諸元は次の通り設定している。
a1=b1=22.1、w1=w2=1.6、d1=d2=0.4、Pl=10.8、Pw=1.5、Ps=0.8、Pd=0.8、Pt=2.25、t1=t2=1.2(以上、単位はmm)。
また、方形MSA2230の摂動素子2233の面積をΔS1、摂動素子2234の面積をΔS2、リング型MSA222の摂動素子2221の面積をΔS3、摂動素子2222の面積をΔS4、リング型MSA221の摂動素子2213の面積をΔS5、摂動素子2214の面積をΔS6とするとき、ΔS1=ΔS2、ΔS3=ΔS4、ΔS5=ΔS6であり、ΔS1+ΔS2=3.65%、ΔS3+ΔS4=0.71%、ΔS5+ΔS6=0.51%に設定している。
また、第1及び第2の絶縁基板21、23は、図21と同じものを使用している。
Various dimensions of the multi-frequency shared MSA are set as follows.
a1 = b1 = 22.1, w1 = w2 = 1.6, d1 = d2 = 0.4, Pl = 10.8, Pw = 1.5, Ps = 0.8, Pd = 0.8, Pt = 2.25, t1 = t2 = 1.2 (above, unit is mm).
Further, the area of the perturbation element 2233 of the square MSA 2230 is ΔS1, the area of the perturbation element 2234 is ΔS2, the area of the perturbation element 2221 of the ring MSA 222 is ΔS3, the area of the perturbation element 2222 is ΔS4, and the area of the perturbation element 2213 of the ring MSA 221 Is ΔS5 and the area of the perturbation element 2214 is ΔS6, ΔS1 = ΔS2, ΔS3 = ΔS4, ΔS5 = ΔS6, and ΔS1 + ΔS2 = 3.65%, ΔS3 + ΔS4 = 0.71%, ΔS5 + ΔS6 = 0.51% is doing.
The first and second insulating substrates 21 and 23 are the same as those shown in FIG.

図26(d)は、この多周波共用MSAのリターンロス特性を示している。図中、(a)2.73GHz、(b)3.43GHz、(c)5.87GHzに現れている共振現象は、それぞれ、リング型MSA221、リング型MSA222、方形MSA2230の電流分布に基づいて生じており、これらを“1stモード” “2ndモード” “3rdモード” と呼ぶことにする。図26(a)、図26(b)、図26(c)には、それぞれ、1stモード、2ndモード、3rdモードの電流分布を模式的に示している。なお、図26(d)の5.3GHz付近に現れている共振現象は、1stモードの高次モードであり、これは共用対象の周波数から除外する必要がある。   FIG. 26 (d) shows the return loss characteristic of the multi-frequency shared MSA. In the figure, resonance phenomena appearing in (a) 2.73 GHz, (b) 3.43 GHz, and (c) 5.87 GHz are generated based on the current distribution of the ring type MSA 221, the ring type MSA 222, and the square MSA 2230, respectively. These are referred to as “1st mode”, “2nd mode”, and “3rd mode”. FIG. 26A, FIG. 26B, and FIG. 26C schematically show current distributions in the 1st mode, the 2nd mode, and the 3rd mode, respectively. Note that the resonance phenomenon appearing in the vicinity of 5.3 GHz in FIG. 26D is a high-order mode of the 1st mode, which needs to be excluded from the frequency to be shared.

図27(a)は、1stモードの放射パターンを示し、図27(b)は、2ndモードの放射パターンを示し、図27(c)は、3rdモードの放射パターンを示している。図27(a)(b)(c)において、外側の実線及び点線(実線及び点線はほぼ重なっている)は、φ=0°面及びφ=90°面における左旋偏波の放射レベルを示し、内側の実線及び点線は、φ=0°面及びφ=90°面における右旋偏波の放射レベルを示している。この放射パターンから、この多周波共用MSAは、1stモード、2ndモード及び3rdモードのいずれにおいても左旋偏波を発生することが分かる。   FIG. 27A shows a radiation pattern in the 1st mode, FIG. 27B shows a radiation pattern in the 2nd mode, and FIG. 27C shows a radiation pattern in the 3rd mode. 27A, 27B, and 27C, the outer solid line and the dotted line (the solid line and the dotted line almost overlap each other) indicate the radiation levels of the left-handed polarized wave in the φ = 0 ° plane and the φ = 90 ° plane. The inner solid line and dotted line indicate the radiation level of right-handed polarized waves in the φ = 0 ° plane and the φ = 90 ° plane. From this radiation pattern, it can be seen that the multi-frequency shared MSA generates a left-handed polarized wave in any of the 1st mode, the 2nd mode, and the 3rd mode.

図28(d)は、各周波数での軸比を示しており、図28(a)は、1stモード(2.73GHz)における軸比の拡大図、図28(b)は、2ndモード(3.43GHz)における軸比の拡大図、図28(c)は、3rdモード(5.87GHz)における軸比の拡大図である。1stモードの軸比は0.5dB、2ndモード及び3rdモードの軸比は1dB程度であり、いずれのモードにおいても、良好な円偏波が発生していることを示している。   FIG. 28 (d) shows the axial ratio at each frequency, FIG. 28 (a) is an enlarged view of the axial ratio in the 1st mode (2.73 GHz), and FIG. 28 (b) shows the 2nd mode (3 FIG. 28C is an enlarged view of the axial ratio in the 3rd mode (5.87 GHz). The axial ratio of the 1st mode is 0.5 dB, the axial ratio of the 2nd mode and the 3rd mode is about 1 dB, indicating that good circular polarization is generated in any mode.

この多周波共用MSAでは、先ず、方形MSA2230が3rdモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子2233、2234の位置及び大きさを設定し、次に、リング型MSA222が、方形MSA2230との相互作用を受けながらも、2ndモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子2221、2222の位置及び大きさを設定し、次に、リング型MSA221が、方形MSA2230及びリング型MSA222との相互作用を受けながらも、1stモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子2213、2214の位置及び大きさを設定している。   In this multi-frequency shared MSA, first, the positions and sizes of the perturbation elements 2233 and 2234 are set so that the square MSA 2230 generates a left-handed polarized wave at the frequency of the 3rd mode, and then the ring type MSA 222 is connected to the square MSA 2230. The positions and sizes of the perturbation elements 2221 and 2222 are set so as to generate left-handed polarization at the frequency of the 2nd mode while receiving the interaction of the ring MSA 2230 and the ring MSA 222. The positions and sizes of the perturbation elements 2213 and 2214 are set so that the left-handed polarized wave is generated at the frequency of the 1st mode while receiving the above interaction.

こうして求めた摂動素子2213、2214、2221、2222、2233、2234の位置及び大きさが図25に示したものである。この場合、リング型MSA221またはリング型MSA222の摂動素子の位置及び大きさを先に決め、方形MSA2230の摂動素子の位置及び大きさを後から決めても良い。また、同様の手順で、方形MSA2230、リング型MSA222及びリング型MSA221の内の一または複数を右旋偏波に設定することも可能である。   The positions and sizes of the perturbation elements 2213, 2214, 2221, 2222, 2233, and 2234 thus obtained are shown in FIG. In this case, the position and size of the perturbation element of the ring type MSA 221 or the ring type MSA 222 may be determined first, and the position and size of the perturbation element of the square MSA 2230 may be determined later. Further, in the same procedure, one or more of the square MSA 2230, the ring type MSA 222, and the ring type MSA 221 can be set to the right-handed polarization.

また、Lプローブ24のスタブの長さは、1stモードにおいてリング型MSA221と整合が取れ、2ndモードにおいてリング型MSA222と整合が取れるように設定している。このように、串形状に成形したLプローブ24のスタブの長さを、各モードにおいて整合が取れるように設定することにより、共振周波数が広い範囲に拡がる各モードの電流経路に対して、その範囲をすべてカバーする給電信号を効率的に供給することが可能となる。
また、この多周波共用MSAでは、第1の絶縁基板21上の金属導体層に形成するスリット31、32の位置を移動することで、リング型MSA222や方形MSA2230の電流経路の長さを変え、それらの共振周波数を変化させることができる。
The length of the stub of the L probe 24 is set so as to be matched with the ring type MSA 221 in the 1st mode and matched with the ring type MSA 222 in the 2nd mode. Thus, by setting the length of the stub of the L probe 24 formed into a skewer shape so that matching can be achieved in each mode, the range for the current path of each mode in which the resonance frequency extends over a wide range. It is possible to efficiently supply a power supply signal that covers all of the above.
Further, in this multi-frequency shared MSA, the length of the current path of the ring type MSA 222 or the rectangular MSA 2230 is changed by moving the positions of the slits 31 and 32 formed in the metal conductor layer on the first insulating substrate 21. Their resonant frequency can be changed.

図29は、放射素子22が、摂動素子を有する2本のリング型MSA221、222と方形MSA2230とから成り、リング型MSA221が右旋の円偏波、リング型MSA222及び方形MSA2230が左旋の円偏波を発生する多周波共用MSAを示している。図29(a)は斜視図、図29(b)は断面図、図29(c)はLプローブの拡大図、図29(d)は放射素子の拡大図である。Lプローブ24には、リング型MSA221、222の各々に対応するスタブ部分を設けている。   29, the radiating element 22 includes two ring MSAs 221, 222 having a perturbing element and a rectangular MSA 2230. The ring MSA 221 is a clockwise circular polarization, and the ring MSA 222 and the rectangular MSA 2230 are counterclockwise circularly polarized. A multi-frequency shared MSA that generates waves is shown. 29A is a perspective view, FIG. 29B is a cross-sectional view, FIG. 29C is an enlarged view of an L probe, and FIG. 29D is an enlarged view of a radiating element. The L probe 24 is provided with a stub portion corresponding to each of the ring type MSAs 221 and 222.

この多周波共用MSAの各種寸法諸元は次の通り設定している。
a1=b1=22.1、w1=w2=1.6、d1=d2=0.4、Pl=10.8、Pw=1.5、Ps=0.8、Pd=0.8、Pt=2.25、t1=t2=1.2(以上、単位はmm)。
また、方形MSA2230の摂動素子2235の面積をΔS1、摂動素子2236の面積をΔS2、リング型MSA222の摂動素子2223の面積をΔS3、摂動素子2224の面積をΔS4、リング型MSA221の摂動素子2215の面積をΔS5、摂動素子2216の面積をΔS6とするとき、ΔS1=ΔS2、ΔS3=ΔS4、ΔS5=ΔS6であり、ΔS1+ΔS2=3.65%、ΔS3+ΔS4=0.66%、ΔS5+ΔS6=0.03%に設定している。
また、第1及び第2の絶縁基板21、23は、図21と同じものを使用している。
Various dimensions of the multi-frequency shared MSA are set as follows.
a1 = b1 = 22.1, w1 = w2 = 1.6, d1 = d2 = 0.4, Pl = 10.8, Pw = 1.5, Ps = 0.8, Pd = 0.8, Pt = 2.25, t1 = t2 = 1.2 (above, unit is mm).
Further, the area of the perturbation element 2235 of the square MSA 2230 is ΔS1, the area of the perturbation element 2236 is ΔS2, the area of the perturbation element 2223 of the ring MSA 222 is ΔS3, the area of the perturbation element 2224 is ΔS4, and the area of the perturbation element 2215 of the ring MSA 221 Is ΔS5, and the area of the perturbation element 2216 is ΔS6, ΔS1 = ΔS2, ΔS3 = ΔS4, ΔS5 = ΔS6, and ΔS1 + ΔS2 = 3.65%, ΔS3 + ΔS4 = 0.66%, ΔS5 + ΔS6 = 0.03% is doing.
The first and second insulating substrates 21 and 23 are the same as those shown in FIG.

図30(d)は、この多周波共用MSAのリターンロス特性を示している。図中、(a)2.71GHz、(b)3.43GHz、(c)5.87GHzに現れている共振現象は、それぞれ、リング型MSA221、リング型MSA222、方形MSA2230の電流分布に基づいて生じており、これらを“1stモード” “2ndモード” “3rdモード” と呼ぶことにする。図30(a)、図30(b)、図30(c)には、それぞれ、1stモード、2ndモード、3rdモードの電流分布を模式的に示している。   FIG. 30 (d) shows the return loss characteristics of the multi-frequency shared MSA. In the figure, the resonance phenomena appearing in (a) 2.71 GHz, (b) 3.43 GHz, and (c) 5.87 GHz are generated based on the current distributions of the ring type MSA 221, the ring type MSA 222, and the square MSA 2230, respectively. These are referred to as “1st mode”, “2nd mode”, and “3rd mode”. FIG. 30A, FIG. 30B, and FIG. 30C schematically show current distributions in the 1st mode, the 2nd mode, and the 3rd mode, respectively.

図31(a)は、1stモードの放射パターンを示し、図31(b)は、2ndモードの放射パターンを示し、図31(c)は、3rdモードの放射パターンを示している。図31(a)において、外側の実線及び点線(実線及び点線はほぼ重なっている)は、φ=0°面及びφ=90°面における右旋偏波の放射レベルを示し、内側の実線及び点線は、φ=0°面及びφ=90°面における左旋偏波の放射レベルを示している。また、図31(b)(c)では、外側の実線及び点線(実線及び点線はほぼ重なっている)が、φ=0°面及びφ=90°面における左旋偏波の放射レベルを示し、内側の実線及び点線が、φ=0°面及びφ=90°面における右旋偏波の放射レベルを示している。この放射パターンから、この多周波共用MSAでは、1stモードで右旋偏波が発生し、2ndモード及び3rdモードで左旋偏波が発生することが分かる。   FIG. 31A shows a radiation pattern in the 1st mode, FIG. 31B shows a radiation pattern in the 2nd mode, and FIG. 31C shows a radiation pattern in the 3rd mode. In FIG. 31 (a), the outer solid line and the dotted line (the solid line and the dotted line substantially overlap) indicate the radiation levels of right-handed polarized waves in the φ = 0 ° plane and the φ = 90 ° plane, and the inner solid line and The dotted lines indicate the radiation level of the left-handed polarized wave in the φ = 0 ° plane and the φ = 90 ° plane. Further, in FIGS. 31 (b) and 31 (c), the outer solid line and the dotted line (the solid line and the dotted line substantially overlap) indicate the radiation level of the left-handed polarized wave in the φ = 0 ° plane and the φ = 90 ° plane, The inner solid line and dotted line indicate the radiation levels of right-handed polarized waves in the φ = 0 ° plane and the φ = 90 ° plane. From this radiation pattern, it can be seen that in this multi-frequency shared MSA, a right-handed polarized wave is generated in the 1st mode and a left-handed polarized wave is generated in the 2nd mode and the 3rd mode.

図32(d)は、各周波数での軸比を示しており、図32(a)は、1stモード(2.71GHz)における軸比の拡大図、図32(b)は、2ndモード(3.43GHz)における軸比の拡大図、図32(c)は、3rdモード(5.87GHz)における軸比の拡大図である。1stモード及び2ndモードの軸比は0.5dB以下、3rdモードの軸比は1dB程度であり、いずれのモードにおいても、良好な円偏波が発生していることを示している。   FIG. 32 (d) shows the axial ratio at each frequency, FIG. 32 (a) is an enlarged view of the axial ratio in the 1st mode (2.71 GHz), and FIG. 32 (b) shows the 2nd mode (3 FIG. 32C is an enlarged view of the axial ratio in the 3rd mode (5.87 GHz). The axial ratio of the 1st mode and the 2nd mode is 0.5 dB or less, and the axial ratio of the 3rd mode is about 1 dB, indicating that a good circularly polarized wave is generated in any mode.

この多周波共用MSAでは、先ず、方形MSA2230が3rdモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子2235、2236の位置及び大きさを設定し、次に、リング型MSA222が、方形MSA2230との相互作用を受けながらも、2ndモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子2223、2224の位置及び大きさを設定し、次に、リング型MSA221が、方形MSA2230及びリング型MSA222との相互作用を受けながらも、1stモードの周波数で右旋偏波を発生するように摂動素子2225、2226の位置及び大きさを設定している。   In this multi-frequency shared MSA, first, the positions and sizes of the perturbation elements 2235 and 2236 are set so that the square MSA 2230 generates a left-handed polarized wave at the frequency of the 3rd mode, and then the ring type MSA 222 is connected to the square MSA 2230. The positions and sizes of the perturbation elements 2223 and 2224 are set so as to generate left-handed polarization at the frequency of the 2nd mode while receiving the interaction of the ring MSA 2230 and the ring MSA 222. The positions and sizes of the perturbation elements 2225 and 2226 are set so as to generate right-handed polarization at the frequency of the 1st mode while receiving the above interaction.

こうして求めた摂動素子2215、2216、2223、2224、2235、2236の位置及び大きさが図29に示したものである。この場合、リング型MSA221またはリング型MSA222の摂動素子の位置及び大きさを先に決め、方形MSA2230の摂動素子の位置及び大きさを後から決めても良い。   The positions and sizes of the perturbation elements 2215, 2216, 2223, 2224, 2235, and 2236 thus obtained are shown in FIG. In this case, the position and size of the perturbation element of the ring type MSA 221 or the ring type MSA 222 may be determined first, and the position and size of the perturbation element of the square MSA 2230 may be determined later.

また、図33は、放射素子22が、摂動素子を有する2本のリング型MSA221、222と方形MSA2230とから成り、リング型MSA221が直線偏波、リング型MSA222が右旋の円偏波、方形MSA2230が左旋の円偏波を発生する多周波共用MSAを示している。図33(a)は斜視図、図33(b)は断面図、図33(c)はLプローブの拡大図、図33(d)は放射素子の拡大図である。Lプローブ24には、リング型MSA221、222の各々に対応するスタブ部分を設けている。   33, the radiating element 22 includes two ring MSAs 221, 222 having a perturbing element and a rectangular MSA 2230. The ring MSA 221 is linearly polarized and the ring MSA 222 is right-handed circularly polarized, square. The MSA 2230 shows a multi-frequency shared MSA that generates a left-handed circularly polarized wave. 33 (a) is a perspective view, FIG. 33 (b) is a cross-sectional view, FIG. 33 (c) is an enlarged view of an L probe, and FIG. 33 (d) is an enlarged view of a radiating element. The L probe 24 is provided with a stub portion corresponding to each of the ring type MSAs 221 and 222.

この多周波共用MSAの各種寸法諸元は次の通り設定している。
a1=b1=22.1、w1=w2=1.6、d1=d2=0.4、Pl=10.8、Pw=1.5、Ps=0.8、Pd=0.8、Pt=2.25、t1=t2=1.2(以上、単位はmm)。
また、方形MSA2230の摂動素子2237の面積をΔS1、摂動素子2238の面積をΔS2、リング型MSA222の摂動素子2225の面積をΔS3、摂動素子2226の面積をΔS4、リング型MSA221の摂動素子2217の面積をΔS5、摂動素子2218の面積をΔS6とするとき、ΔS1=ΔS2、ΔS3=ΔS4、ΔS5=ΔS6であり、ΔS1+ΔS2=3.65%、ΔS3+ΔS4=1.21%、ΔS5+ΔS6=0.41%に設定している。
また、第1及び第2の絶縁基板21、23は、図21と同じものを使用している。
Various dimensions of the multi-frequency shared MSA are set as follows.
a1 = b1 = 22.1, w1 = w2 = 1.6, d1 = d2 = 0.4, Pl = 10.8, Pw = 1.5, Ps = 0.8, Pd = 0.8, Pt = 2.25, t1 = t2 = 1.2 (above, unit is mm).
Further, the area of the perturbation element 2237 of the square MSA 2230 is ΔS1, the area of the perturbation element 2238 is ΔS2, the area of the perturbation element 2225 of the ring MSA 222 is ΔS3, the area of the perturbation element 2226 is ΔS4, and the area of the perturbation element 2217 of the ring MSA 221 Is ΔS5 and the area of the perturbing element 2218 is ΔS6, ΔS1 = ΔS2, ΔS3 = ΔS4, ΔS5 = ΔS6, and ΔS1 + ΔS2 = 3.65%, ΔS3 + ΔS4 = 1.21%, ΔS5 + ΔS6 = 0.41% is doing.
The first and second insulating substrates 21 and 23 are the same as those shown in FIG.

図34は、この多周波共用MSAのリターンロス特性を示している。図中の(a)(b)(c)に現れている共振現象は、それぞれ、リング型MSA221、リング型MSA222、方形MSA2230の電流分布に基づいて生じており、これらを“1stモード” “2ndモード” “3rdモード” と呼ぶことにする。
図35(d)は、各周波数での軸比を示しており、図35(a)は、1stモードにおける軸比の拡大図、図35(b)は、2ndモードにおける軸比の拡大図、図35(c)は、3rdモードにおける軸比の拡大図である。1stモードの軸比は30dB程度であり、直線偏波と看做すことができる。2ndモード及び3rdモードの軸比は1dB以下であり、良好な円偏波が発生していることを示している。
FIG. 34 shows the return loss characteristics of this multi-frequency shared MSA. The resonance phenomena appearing in (a), (b), and (c) in the figure are generated based on the current distribution of the ring type MSA 221, the ring type MSA 222, and the square MSA 2230, respectively, and these are referred to as “1st mode” “2nd”. The mode is called “3rd mode”.
FIG. 35D shows the axial ratio at each frequency, FIG. 35A is an enlarged view of the axial ratio in the 1st mode, and FIG. 35B is an enlarged view of the axial ratio in the 2nd mode. FIG. 35C is an enlarged view of the axial ratio in the 3rd mode. The axial ratio of the 1st mode is about 30 dB, and can be regarded as a linearly polarized wave. The axial ratio of the 2nd mode and the 3rd mode is 1 dB or less, indicating that a good circularly polarized wave is generated.

この多周波共用MSAでは、先ず、方形MSA2230が3rdモードの周波数で左旋偏波を発生するように摂動素子2237、2238の位置及び大きさを設定し、次に、リング型MSA222が、方形MSA2230との相互作用を受けながらも、2ndモードの周波数で右旋偏波を発生するように摂動素子2225、2226の位置及び大きさを設定し、次に、リング型MSA221が、方形MSA2230及びリング型MSA222との相互作用を受けながらも、1stモードの周波数で直線偏波を発生するように摂動素子2217、2218の位置及び大きさを設定している。   In this multi-frequency shared MSA, first, the position and size of the perturbation elements 2237 and 2238 are set so that the square MSA 2230 generates a left-handed polarized wave at the frequency of the 3rd mode, and then the ring type MSA 222 is connected to the square MSA 2230. The position and size of the perturbation elements 2225 and 2226 are set so as to generate right-handed polarization at the frequency of the 2nd mode while receiving the interaction of the ring MSA 2221 and the ring MSA 2230. The positions and sizes of the perturbation elements 2217 and 2218 are set so as to generate linearly polarized waves at the frequency of the 1st mode while receiving the interaction with the.

こうして求めた摂動素子2217、2218、2225、2226、2237、2238の位置及び大きさが図33に示したものである。この場合、リング型MSA221またはリング型MSA222の摂動素子の位置及び大きさを先に決め、方形MSA2230の摂動素子の位置及び大きさを後から決めても良い。   The positions and sizes of the perturbation elements 2217, 2218, 2225, 2226, 2237, and 2238 thus obtained are shown in FIG. In this case, the position and size of the perturbation element of the ring type MSA 221 or the ring type MSA 222 may be determined first, and the position and size of the perturbation element of the square MSA 2230 may be determined later.

このように、この多周波共用MSAは、リング型MSAの数を増やして、動作周波数の多様化を図ることができ、また、それらの動作周波数の偏波特性を、左旋偏波、右旋偏波あるいは直線偏波に、自在に設定することができる。   In this way, this multi-frequency shared MSA can increase the number of ring type MSAs to diversify the operating frequency, and the polarization characteristics of these operating frequencies can be represented by left-handed polarization and right-handed rotation. It can be freely set to polarization or linear polarization.

また、この多周波共用MSAでは、方形MSAを除いて、リング型MSAだけで放射素子を構成することもできる。こうすることで、放射素子の中央部分を付属回路素子の設置場所として利用したり、Lプローブへの電気接続場所として使用したりできるため、アンテナ装置の小型化が可能になる。   Further, in this multi-frequency shared MSA, a radiating element can be constituted by only a ring type MSA except for a square MSA. By doing so, the central portion of the radiating element can be used as an installation location of the attached circuit element or used as an electrical connection location to the L probe, so that the antenna device can be downsized.

なお、これまでは多周波共用MSAの放射特性について説明してきたが、この多周波共用MSAを受信アンテナとして使用する場合に、全く同じ特性が得られることはアンテナの“相反性”から自明である。
従って、本発明の多周波共用MSAは、1つの装置で、例えば、GPS(右旋)、衛星デジタル音声放送(左旋)、ETC(右旋)、移動通信(直線)、無線LAN(直線)などの受信が可能なアンテナとして使用することができる。
Although the radiation characteristics of the multi-frequency shared MSA have been described so far, it is obvious from the “reciprocity” of the antenna that the same characteristics can be obtained when the multi-frequency shared MSA is used as a receiving antenna. .
Therefore, the multi-frequency shared MSA of the present invention is a single device, for example, GPS (right-handed), satellite digital audio broadcasting (left-handed), ETC (right-handed), mobile communication (straight line), wireless LAN (straight line), etc. It can be used as an antenna capable of receiving.

なお、ここでは、放射素子の外形が正方形のものについて説明したが、その外形は、正三角形や正六角形などの正多角形、あるいは円または円に近い楕円などの形状であっても良い。   Here, the radiating element has a square outer shape, but the outer shape may be a regular polygon such as a regular triangle or a regular hexagon, or a shape such as a circle or an ellipse close to a circle.

また、ここでは、基板としてテフロン(登録商標)グラスファイバ基板を使用し、この基板に形成された銅薄膜をエッチングして放射素子22やLプローブ24を形成する場合について説明したが、本発明は、それに限るものではなく、例えば、セラミックスグリーンシートに金属粉末を含むメタライズドペーストで放射素子やLプローブ等の導体パターンを印刷し、それらを積層して焼成するような方法で形成しても良い。   Further, here, a case where a Teflon (registered trademark) glass fiber substrate is used as a substrate and the copper thin film formed on the substrate is etched to form the radiation element 22 and the L probe 24 has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, a conductive pattern such as a radiating element or an L probe may be printed on a ceramic green sheet with a metallized paste containing metal powder, and then stacked and fired.

なお、本発明の多周波共用MSAでは、各放射素子に対する給電を、直線状部とスタブ部とを有するLプローブを用いて電磁結合により行っている。この形状のLプローブによる電磁給電法(Lプローブ給電法)は、放射素子の各々にコネクタを個別に直接接続して給電を行う“個別給電法”に比べて、次のような利点がある。   In the multi-frequency shared MSA of the present invention, power is supplied to each radiating element by electromagnetic coupling using an L probe having a linear portion and a stub portion. The electromagnetic power feeding method (L probe power feeding method) using the L probe having this shape has the following advantages compared to the “individual power feeding method” in which power is fed by directly connecting a connector to each radiating element.

Lプローブ給電法では、1本の給電線路でマルチバンド信号(複数の周波数の信号)を送受信しており、給電系をシンプルに構成することができる。そのため、装置全体の小型化が可能である。一方、個別給電法では、放射素子の数に応じた複数本の給電用線路が必要であり、装置全体をコンパクトに構成することができない。多数の放射素子を狭い間隔で設けた場合は、コネクタや、それに接続する同軸線路を物理的に配置することができなくなる。   In the L-probe power feeding method, multiband signals (signals having a plurality of frequencies) are transmitted and received by a single power feeding line, and the power feeding system can be configured simply. Therefore, the entire apparatus can be reduced in size. On the other hand, the individual power supply method requires a plurality of power supply lines corresponding to the number of radiating elements, and the entire apparatus cannot be configured compactly. When a large number of radiating elements are provided at a narrow interval, it becomes impossible to physically arrange the connector and the coaxial line connected thereto.

また、1個のLプローブで複数の放射素子に給電するLプローブ給電法では、アンテナ系からの信号を処理した後、信号を複数の出力端に分ける分配器、または、各周波数成分を分離・選択する分波器を介して伝送系に出力することが必要であるが、現在、分配器や分波器は安価で小型、軽量なものが簡単に入手できるので、デメリットにはならない。むしろ、マルチバンドの信号を一箇所で統合処理できるメリットの方が大きい。アンテナ系と信号処理系とを一体化してマイクロ波集積回路(MMIC)を構成することも可能である。   In the L probe feeding method in which a single L probe feeds a plurality of radiating elements, a signal from an antenna system is processed, and then a distributor that divides the signal into a plurality of output ends, or each frequency component is separated / Although it is necessary to output to the transmission system through the duplexer to be selected, at present, distributors and duplexers are inexpensive, small, and lightweight and can be easily obtained, so there is no disadvantage. Rather, the advantage is that the multiband signal can be integrated and processed in one place. It is also possible to form a microwave integrated circuit (MMIC) by integrating the antenna system and the signal processing system.

また、個別給電法では、多周波共用MSAを小型化した場合に、複数のコネクタの間隔が接近し、コネクタの中心導体間に電磁結合が発生して、不要な放射等が生じる。そのため、良好な特性が得られない。
図36、図37、図38及び図39は、多周波共用MSAにLプローブ給電法及び個別給電法の夫々を適用した場合の特性の違いをシミュレーションで求め、その結果を示している。
In the individual power feeding method, when the multi-frequency shared MSA is miniaturized, the intervals between the plurality of connectors approach each other, electromagnetic coupling occurs between the central conductors of the connectors, and unnecessary radiation occurs. Therefore, good characteristics cannot be obtained.
36, FIG. 37, FIG. 38, and FIG. 39 show the difference in characteristics when the L-probe feeding method and the individual feeding method are applied to the multi-frequency shared MSA, and the results are shown.

図36(a)は、3本のリング型MSAを有する直線偏波用MSAにLプローブで電磁給電する本発明の構成を示し、図36(b)は、同一の直線偏波用MSAに個別給電法を適用して直接給電する場合の構成を示している。この多周波共用MSAの各種寸法諸元は次の通りである(単位はmm)。
a1=b1=22.1、 w1=w2=1.6、w3=1.2、d1=d2=0.4、Pl=5.2、Pw=1.5、Ps=0.8、Pd=0.8、Pt=2.25、t1=t2=1.2
また、絶縁基板の比誘電率はεr=2.6である。
図36(b)の個別給電法では、各リンク型MSAの中心線上の位置にピン(Port−1、Port−2、Port−3)を配置して直接給電している。Port-1は内側のMSAの導電路(幅w3)の端からρ1の位置に、Port-2は真中のMSAの導電路(幅w2)の端からρ2の位置に、そして、Port-3は外側のMSAの導電路(幅w1)の端からρ3の位置に配置している。
FIG. 36 (a) shows the configuration of the present invention in which a linearly polarized MSA having three ring-type MSAs is electromagnetically fed by an L probe, and FIG. 36 (b) shows the same linearly polarized MSA individually. The structure in the case of supplying power directly by applying the power supply method is shown. Various dimensions of the multi-frequency shared MSA are as follows (unit: mm).
a1 = b1 = 22.1, w1 = w2 = 1.6, w3 = 1.2, d1 = d2 = 0.4, Pl = 5.2, Pw = 1.5, Ps = 0.8, Pd = 0.8, Pt = 2.25, t1 = t2 = 1.2
The relative dielectric constant of the insulating substrate is εr = 2.6.
In the individual power feeding method of FIG. 36 (b), pins (Port-1, Port-2, Port-3) are arranged at positions on the center line of each link type MSA to directly feed power. Port-1 is at position ρ1 from the end of the inner MSA conduction path (width w3), Port-2 is at position ρ2 from the end of the middle MSA conduction path (width w2), and Port-3 is It arrange | positions in the position of (rho) 3 from the end of the conductive path (width w1) of outside MSA.

図37(a)は、Lプローブ給電法の場合のリターンロス特性を示しており、(a)(b)(c)の共振が現れている。
図37(b−1)は、ρ1=w3/2、ρ2=w2/2、ρ3=w1/2に設定して(即ち、ピンを導電路の中央に設定して)個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示し、図37(b−2)は、ρ1=w3/3、ρ2=w2/4、ρ3=w1/4に設定して(即ち、ピンを導電路の端から0.4mmの位置に設定して)個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示し、また、図37(b−3)は、ρ1=w3/4.8、ρ2=w2/6.4、ρ3=w1/6.4に設定して(即ち、ピンを導電路の端付近に設定して)個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示している。なお、実線(S11)はPort−1のリターンロス特性、点線(S22)はPort−2のリターンロス特性、また、一点鎖線(S33)はPort−3のリターンロス特性を示している。
この結果から、個別給電法の場合は、共振周波数との整合が取れないことが分かる。
FIG. 37 (a) shows the return loss characteristic in the case of the L-probe power supply method, and resonances (a), (b), and (c) appear.
In FIG. 37 (b-1), the individual feeding method is applied by setting ρ1 = w3 / 2, ρ2 = w2 / 2, and ρ3 = w1 / 2 (that is, the pin is set at the center of the conductive path). FIG. 37 (b-2) shows the return loss characteristics at the time when ρ1 = w3 / 3, ρ2 = w2 / 4, and ρ3 = w1 / 4 (that is, the pin is set to 0. 0 from the end of the conductive path). FIG. 37 (b-3) shows the return loss characteristics when the individual power feeding method is applied (set at a position of 4 mm), and FIG. 37 (b-3) shows ρ1 = w3 / 4.8, ρ2 = w2 / 6.4, ρ3 The return loss characteristic is shown when the individual power feeding method is applied by setting = w1 / 6.4 (that is, the pin is set near the end of the conductive path). The solid line (S11) indicates the return loss characteristic of Port-1, the dotted line (S22) indicates the return loss characteristic of Port-2, and the alternate long and short dash line (S33) indicates the return loss characteristic of Port-3.
From this result, it can be seen that in the case of the individual feeding method, matching with the resonance frequency cannot be achieved.

また、 図38(a)は、摂動素子を有する2本のリング型MSAと方形MSAとから成る円偏波用MSAにLプローブで電磁給電する本発明の構成を示し、図38(b)は、同一の円偏波用MSAに個別給電法を適用して直接給電する場合の構成を示している。この多周波共用MSAの各種寸法諸元は次の通りである(単位はmm)。
a1=b1=22.1、a’=b’=14.1、w1=w2=1.6、d1=d2=0.4、Pl=10.8、Pw=1.5、Ps=0.8、Pd=0.8、Pt=2.25、t1=t2=1.2
また、絶縁基板の比誘電率はεr=2.6である。また、摂動素子の面積は、ΔS1+ΔS2=3.65%、ΔS3+ΔS4=0.66%、ΔS5+ΔS6=0.03%に設定している。
FIG. 38A shows the configuration of the present invention in which a circularly polarized MSA including two ring MSAs having a perturbation element and a square MSA is electromagnetically fed by an L probe, and FIG. 3 shows a configuration in the case where direct power feeding is applied to the same circularly polarized MSA by applying the individual power feeding method. Various dimensions of the multi-frequency shared MSA are as follows (unit: mm).
a1 = b1 = 22.1, a ′ = b ′ = 14.1, w1 = w2 = 1.6, d1 = d2 = 0.4, Pl = 10.8, Pw = 1.5, Ps = 0. 8, Pd = 0.8, Pt = 2.25, t1 = t2 = 1.2
The relative dielectric constant of the insulating substrate is εr = 2.6. The area of the perturbation element is set to ΔS1 + ΔS2 = 3.65%, ΔS3 + ΔS4 = 0.66%, and ΔS5 + ΔS6 = 0.03%.

図38(b)の個別給電法では、方形MSA及び2本のリング型MSAの中心線上の位置にピン(Port−1、Port−2、Port−3)を配置して直接給電している。Port-1は方形MSAの中心位置からρ0の位置に、Port-2は内側のリング型MSAの導電路(幅w2)の端からρ1の位置に、そして、Port-3は外側のMSAの導電路(幅w1)の端からρ3の位置に配置している。   In the individual power feeding method of FIG. 38 (b), pins (Port-1, Port-2, Port-3) are arranged at positions on the center line of the square MSA and the two ring type MSAs to directly feed power. Port-1 is located at the position of ρ0 from the center position of the rectangular MSA, Port-2 is located at the position of ρ1 from the end of the inner ring type MSA conduction path (width w2), and Port-3 is the conductivity of the outer MSA. It arrange | positions in the position of (rho) 3 from the edge of a path | route (width w1).

図39(a)は、Lプローブ給電法の場合のリターンロス特性を示しており、(a)(b)(c)の共振が現れている。
図39(b−1)は、ρ0=0.40(a’/2)、ρ1=w2/2、ρ2=w1/2に設定して(即ち、ピンをリング導電路の中央に設定して)個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示し、図39(b−2)は、ρ0=0.40(a’/2)、ρ1=w2/4、ρ2=w1/4に設定して(即ち、ピンをリング導電路の端から0.4mmの位置に設定して)個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示し、また、図39(b−3)は、ρ0=0.40(a’/2)、ρ1=w2/6.4、ρ2=w1/6.4に設定して(即ち、ピンをリング導電路の端付近に設定して)個別給電法を適用したときのリターンロス特性を示している。なお、実線(S11)はPort−1のリターンロス特性、点線(S22)はPort−2のリターンロス特性、また、一点鎖線(S33)はPort−3のリターンロス特性を示している。
FIG. 39A shows the return loss characteristic in the case of the L-probe power supply method, and resonances of (a), (b), and (c) appear.
In FIG. 39 (b-1), ρ0 = 0.40 (a ′ / 2), ρ1 = w2 / 2, ρ2 = w1 / 2 are set (that is, the pin is set at the center of the ring conductive path). ) Shows the return loss characteristics when the individual power feeding method is applied, and FIG. 39B-2 sets ρ0 = 0.40 (a ′ / 2), ρ1 = w2 / 4, and ρ2 = w1 / 4. (I.e., the pin is set at a position of 0.4 mm from the end of the ring conductive path) and the return loss characteristic when the individual feeding method is applied is shown, and FIG. 39 (b-3) shows ρ0 = 0. .40 (a ′ / 2), ρ1 = w2 / 6.4, ρ2 = w1 / 6.4 (ie, the pin is set near the end of the ring conductive path) and the individual feeding method is applied The return loss characteristics are shown. The solid line (S11) indicates the return loss characteristic of Port-1, the dotted line (S22) indicates the return loss characteristic of Port-2, and the alternate long and short dash line (S33) indicates the return loss characteristic of Port-3.

この結果から、個別給電法の場合は、Lプローブ給電法で得られる共振周波数の一部に対して整合を取ることはできるが、全ての共振周波数との整合は取れないことが分かる。
このように、本発明の多周波共用MSAでは、Lプローブ給電法を用いることにより、始めて多周波共用が可能になる。
From this result, it can be seen that in the case of the individual power feeding method, matching can be achieved with respect to a part of the resonance frequency obtained by the L probe power feeding method, but matching with all the resonance frequencies is not possible.
As described above, in the multi-frequency shared MSA of the present invention, multi-frequency sharing becomes possible only by using the L probe power feeding method.

本発明の多周波共用MSAは、移動通信を始めとして、各分野で多周波共用のアンテナとして広く利用することができ、また、アンテナを使用する既存分野において、どの周波数帯にも対応可能なアンテナとして、広く利用することができる。
また、円偏波対応の多周波共用MSAは、多数のアンテナを必要とする、例えば自動車などにおいて、動作周波数を切り替えて使用するアンテナとして広く利用することができ、また、各分野が要求する多様なアンテナ特性のどれにも対応可能なアンテナとして、各分野で広く利用することができる。
The multi-frequency shared MSA of the present invention can be widely used as a multi-frequency shared antenna in various fields including mobile communication, and can be used in any frequency band in an existing field using an antenna. Can be widely used.
In addition, the circularly polarized multi-frequency shared MSA can be widely used as an antenna that requires a large number of antennas, for example, an automobile in which the operating frequency is switched, and various fields require various fields. As an antenna that can handle any of the various antenna characteristics, it can be widely used in various fields.

Claims (4)

基板の一方の面に、
中心線に対して左右対称の外形を有する環状の平面導電路で形成された環状アンテナ素子と、
前記環状アンテナ素子の内側に導電平面で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、外形が相似する平面状アンテナ素子と、
前記環状アンテナ素子外側に環状の平面導電路で形成された、前記環状アンテナ素子と中心位置及び中心線が一致し、形状が相似する一または複数個の環状アンテナ素子と
を具備し、
前記基板の他方の面に、
前記中心線の位置で前記基板を介して前記環状アンテナ素子の各々と1箇所で交差し、前記中心線の位置で前記基板を介して前記平面状アンテナ素子に対向する直線状部と、前記直線状部が前記環状アンテナ素子の各々と交差する位置で前記直線状部から前記環状アンテナ素子に沿って所定長さだけ延びるスタブ部とを有するLプローブを具備し、
前記平面状アンテナ素子及び環状アンテナ素子の各々は、電磁結合した前記Lプローブから給電されて、それぞれ、異なる1つの周波数に共振し、
前記Lプローブのスタブ部の長さは、前記環状アンテナ素子の各々が前記1つの周波数に共振する状態において整合が取れるように設定されている
ことを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。
On one side of the board,
An annular antenna element formed of an annular planar conductive path having a symmetrical shape with respect to the center line;
A planar antenna element formed in a conductive plane inside the annular antenna element, the center position and the center line of the annular antenna element coincide with each other, and the outer shape is similar.
Wherein the outer annular antenna element formed by an annular planar conductive path, the loop antenna element and the center position and the center line coincides, comprising a one or a plurality of loop antenna elements whose shape similar,
On the other side of the substrate,
A linear portion that intersects each of the annular antenna elements at one position via the substrate at the position of the center line and faces the planar antenna element via the substrate at the position of the center line; An L probe having a stub portion extending from the linear portion along the annular antenna element by a predetermined length at a position where the annular portion intersects each of the annular antenna elements;
Each of the planar antenna element and the annular antenna element is fed from the electromagnetically coupled L probe and resonates at a different frequency, respectively.
The multi-frequency shared microstrip is characterized in that the length of the stub portion of the L probe is set so as to be matched in a state where each of the annular antenna elements resonates with the one frequency. antenna.
請求項に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記環状アンテナ素子が、四角形の外形を有し、前記四角形の一辺の中央部で前記Lプローブと電磁結合していることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。2. The multi-frequency shared microstrip antenna according to claim 1 , wherein the annular antenna element has a quadrangular outer shape and is electromagnetically coupled to the L probe at a central portion of one side of the quadrilateral. Multi-frequency shared microstrip antenna. 請求項1または2に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子が直交する二つの中心線を有し、前記Lプローブが、前記中心線の各々の位置に配置されていることを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。 3. The multi-frequency shared microstrip antenna according to claim 1, wherein the annular antenna element and the planar antenna element have two center lines orthogonal to each other, and the L probe is positioned at each of the center lines. A multi-strip microstrip antenna characterized by being arranged in 請求項1に記載の多周波共用マイクロストリップアンテナであって、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の外形を正多角形または円形にするとともに、前記環状アンテナ素子及び平面状アンテナ素子の点対称の位置に摂動素子を設けたことを特徴とする多周波共用マイクロストリップアンテナ。 2. The multi-frequency shared microstrip antenna according to claim 1, wherein the annular antenna element and the planar antenna element have outer shapes that are regular polygons or circles, and the annular antenna element and the planar antenna element are point-symmetric. A multi-frequency microstrip antenna having a perturbation element at a position .
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