JP4552091B2

JP4552091B2 - ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ

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Publication number: JP4552091B2
Application number: JP2007289184A
Authority: JP
Inventors: 知難張
Original assignee: 大同大學; 大同股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: JP2009071793A; TWI338974B; US7598914B2; US20090073074A1; TW200913375A

Description

本発明は一種のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナに係り、このブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは背面を被覆する金属導体（接地板）の無い状況で「双方向輻射ユニット」として使用され、背面を被覆する金属導体の有る状況では「単方向輻射ユニット」として使用可能である。本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナが「単方向輻射ユニット」として使用される時、その背面を被覆する金属導体（接地板）とそのアンテナ本体間の間隔はその発射或いは受信する信号の波長の８分の１まで短縮可能で、この距離は周知のアンテナの背面を被覆する金属導体とアンテナ本体間の間隔（信号の波長の焼く４分の１）より遥かに小さい。この特性を具備するために、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは単方向輻射ユニットとして使用され且つミリメートル波周波数帯に使用される時、そのサイズを更に縮小して信号処理ユニットと併せて一つの印刷回路板中にパッケージできる。

図１は周知のブロードバンドホールアンテナの立体図である。それは、基板１１、導電板１２及び接地板１３を包含する。そのうち、導電板１２は基板１１の側に位置し、並びに基板１１と特定距離離間し、接地板１３は基板１１の導電板１２と反対の側に位置し並びに基板１１と結合される。このほか、導電板１２にホール１２１が削設され、且つフィード線が信号をホール１２１の周囲の導電板１２の上表面１２２にフィードする。図２は図１のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。図２に示されるように、基板１１の上表面１１１に複数の導電部１１２が設置され、前述の接地板１３は基板１１の下表面１１３に結合される。このほか、前述の各導電部１１２はいずれも導通部１１４と電気的に接続され、更に導通部１１４を介して接地板１３に電気的に接続される。

図２に示されるように、導電板１２と基板１１の間は特定距離Ｄ離間する。しかしこの特定距離Ｄは周知のブロードバンドホールアンテナの発射或いは受信する信号の波長の４分の１より小さくすることができるが、それを達成するには、周知のブロードバンドホールアンテナは構造が複雑な複数の導電部１１２及びそれに対応する複数の導通部１１４を増設する必要がある。且つ図１に示される矩形のホール１２１以外に周知のブロードバンドホールアンテナの導電板は図３のＡからＦに示されるように、その他の形状のホールを具備し得る。図３のＡからＦにおいて、導電板２１は各種形状のホール２２を具備し得て、例えば紡錘形或いはアレイ形とされる。ただし、その導電板にどのような形状のホールを削設しようと、線形偏波の信号を発射或いは受信できるだけである。
このため単方向輻射使用される上述のブロードバンドホールアンテナの厚さは更に縮減不能であり、周知のブロードバンドホールアンテナの応用領域が制限された。且つ、無線通信の領域では、一般に円偏波の信号を使用してメッセージを伝送しており、アンテナ放置の方式によりアンテナの信号に対する受信或いは発射の効率が影響を受けることが防止されている。これにより、前述の線形偏波の信号を発射或いは受信できるだけの周知のブロードバンドホールアンテナは簡単には無線通信の領域に応用できず、その応用領域が更に制限される。

このため業界では、それ自身の厚さを縮減でき且つ信号処理ユニットと併せて印刷回路板中にパッケージできるブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナを必要としている。

ゆえに、本発明の主要な目的は、双方向輻射ユニットとしても単方向輻射ユニットとしても使用可能なブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナを提供することにある。単方向輻射ユニットとして使用する時は、それは接地板を増設するだけでよく、且つこの接地板とアンテナ本体間の距離はそれが発射或いは受信する高周波信号の４分の１波長より短いものとする。

本発明の別の目的は、信号処理ユニットと併せて印刷回路板中にパッケージできるブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナを提供することにある。

本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは、表面を具備する基板と、該表面に設置されると共にフィードストリップ、マッチング部、第１延伸部及び第２延伸部を包含する信号フィードユニット、該表面に設置されると共に、第１接地ストリップを包含する第１接地ユニット、及び該表面に設置されると共に第２接地ストリップを包含する第２接地ユニットを包含する。該第１延伸部と第２延伸部はそれぞれマッチング部より延伸され、該マッチング部は該フィードストリップ、該第１延伸部、及び該第２延伸部と電気的に接続され、該フィードストリップが該第１接地ストリップと該第２接地ストリップの間に位置する。

これにより、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナが単方向輻射ユニットとして使用される時、即ち、信号の単方向発射或いは受信を行う状況の時、その基板（アンテナ本体）とその接地板（背面を被覆する金属導体）の間の距離はそれが受信及び発射する円偏波高周波信号の中心周波数信号波長の１０分の１まで縮減可能で、周知のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの４分の１よりも小さくできる。これにより、ミリメートル周波数帯域の応用において、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの厚さはほぼ信号処理ユニットの厚さとすることができ、これにより本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは信号処理ユニットと併せて印刷回路板中にパッケージできる。このほか、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは適宜調整により二つの周波数範囲内で円偏波の高周波信号を受信及び発射可能であり、この二つの周波数範囲はそれぞれ５．２ＧＨｚから５．８ＧＨｚ（即ち現在の無線通信周波数帯域）、及び５９ＧＨｚから６４ＧＨｚ（即ち未来の無線通信周波数帯域）とされる。すなわち、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは大幅にそのアンテナ構造を変更することなく、現在の無線通信周波数帯域及び将来の無線通信周波数帯域（ミリメートル周波数帯域）中でそれぞれ操作できる。

本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは更に周辺信号フィードユニット、その内側の環状部にある第１接地ユニット及び第２接地ユニットを包含し、この環状部は任意の形式とされ得るが、開口を具えた矩形環、開口を具えた正方形環或いは開口を具えた多角形環とされるのがよい。本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの第１延伸部及び第２延伸部はそれぞれ垂直延伸部及び水平延伸部とされ、そのうち、この垂直延伸部の形状は矩形或いは正方形とされるのがよく、この水平延伸部の形状は矩形或いは正方形とされるのがよい。本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの第１延伸部及び第２延伸部はいずれもが垂直或いは水平延伸部とされ得て、そのうち、この垂直或いは水平延伸部の形状は矩形或いは正方形とされるのがよい。本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは任意の材料の基板を具備し得るが、ＦＲ４材質のマイクロウエーブ基板、デュロイド材質のマイクロウエーブ基板、ポリテトラフルオロエチレン材料のマイクロウエーブ基板、PMI/ポリメタクリレートイミド材料のマイクロウエーブ基板、ヒ素化ガリウム（ＧａＡｓ）材質のマイクロウエーブ基板、セラミック材質のマイクロウエーブ基板或いはシリコン基板とされるのがよい。本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの信号フィードユニット、第１接地ユニット、第２接地ユニットの材料は任意の種類の金属とされ得るが、銅、アルミニウム或いは金とされるのがよい。本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは第１周波数帯域で高周波信号を受信及び発射し、この第１周波数範囲は５．２ＧＨｚから５．８ＧＨｚとされ得る。本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは第２周波数範囲で高周波信号を受信及び発射し、この第２周波数帯域は５９ＧＨｚから６４ＧＨｚとされるのがよい。本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの接地板と基板の離間距離は任意の距離とされ得るが、両者の間の距離はその操作周波数範囲内の中心周波数波長の４分の１より小さくするのがよい。

総合すると、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは単方向輻射ユニットとして使用される時、すなわち、単方向に信号を発射或いは受信する状況に応用される時、その基板（アンテナ本体）と接地板（背面を被覆する金属導体）の間の距離が、その受信及び発射する円偏波の高周波信号の中心周波数信号の波長の１０分の１倍まで縮減できる。これにより、ミリメートル周波数帯域への応用において、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの厚さは信号処理ユニットの厚さとほぼ等しくすることができ、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは信号処理ユニットと併せて一つの印刷回路板中にパッケージできる。このほか、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは適宜調整により二つの周波数帯域内で円偏波の高周波信号を受信及び発射可能であり、この二つの周波数帯域はそれぞれ５．２ＧＨｚ及び５．８ＧＨｚ（即ち現在の無線通信周波数帯域）、及び５９ＧＨｚから６４ＧＨｚ（即ち未来の無線通信周波数帯域）とされる。すなわち、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは大幅にそのアンテナ構造を変更する必要なく、現在の無線通信周波数帯域と未来の無線通信周波数帯域（ミリメートル周波数帯域）中で操作可能である。

本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは、図４に示されるように、基板３１、信号フィードユニット３２、第１接地ユニット３３及び第２接地ユニット３４を包含する。そのうち、基板３１は一つの表面３１１を具備し、該信号フィードユニット３２、第１接地ユニット３３、第２接地ユニット３４はそれぞれ該表面３１１上に設置される。本発明の第１実施例中、基板３１はＦＲ４材質のマイクロウエーブ基板とされ、その誘電率（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔ；ε）は４．４であり、その厚さは１．６ｍｍである。ただし異なる応用状況では、基板３１はまた、デュロイド材質のマイクロウエーブ基板、ポリテトラフルオロエチレン材料のマイクロウエーブ基板、PMI/ポリメタクリレートイミド材料のマイクロウエーブ基板、ヒ素化ガリウム（ＧａＡｓ）材質のマイクロウエーブ基板、セラミック材質のマイクロウエーブ基板或いはシリコン基板とされ得る。

このほか、信号フィードユニット３２はフィードストリップ３２１、マッチング部３２２、第１延伸部３２３、及び第２延伸部３２４を包含し、且つ第１延伸部３２３と第２延伸部３２４はそれぞれマッチング部３２２より延伸される。そのうち、該マッチング部３２２はフィードストリップ３２１、第１延伸部３２３、第２延伸部３２４に電気的に接続され、フィードストリップ３２１は更に信号処理ユニット（図示せず）に電気的に接続される。また、第１延伸部３２３は垂直延伸部とされ、第２延伸部３２４は水平延伸部とされる。なお、本発明の第１実施例では、第１延伸部３２３と第２延伸部３２４の形状はいずれも矩形とされるが、異なる応用状況では、それらは異なる形状、例えば多角形或いは正方形とされ得る。

図４に示されるように、前述の第１接地ユニット３３は第１接地ストリップ３３１を包含し、該第１接地ストリップ３３１の一端より第１接地延伸部３３２が延伸され、且つ該第１接地延伸部３３２は第１延伸部３２３の近隣に表面３１１に設置される。前述の第２接地ユニット３４は第２接地ストリップ３４１を包含し、該第２接地ストリップ３４１の一端より第２接地延伸部３４２が延伸され、且つ該第２接地延伸部３４２と第１接地延伸部３３２の形状は同じとされる。このほか、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ中、フィードストリップ３２１は第１接地ストリップ３３１と第２接地ストリップ３４１の間に位置し、いわゆる共面フィード構造を形成する。マッチング部３２２、第１延伸部３２３、第２延伸部３２４は、第１接地延伸部３３２と第２接地延伸部３４２の間に位置する。すなわち、信号フィードユニット３２は第１接地ユニット３３と第２接地ユニット３４の間に挟まれる。注意すべきことは、本発明の第１実施例中、信号フィードユニット３２、第１接地ユニット３３、第２接地ユニット３４の材料は銅とされるが、異なる応用状況では、信号フィードユニット３２、第１接地ユニット３３、第２接地ユニット３４の材料はアルミニウム或いは金とされ得ることである。

最後に、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは更に環状部３５を包含し、且つ環状部３５は前述の信号フィードユニット３２、第１接地ユニット３３、第２接地ユニット３４をその内側に包囲する。本発明の第１実施例では、環状部３５は開口を具備する矩形環とされるが、異なる応用状況では、環状部３５は開口を具備する正方形環或いは開口を具備する多角形環とされ得る。

図４に示される構造のほか、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは更に接地板３６を包含し、前述の信号フィードユニット３２、第１接地ユニット３３、第２接地ユニット３４が該基板３１と該接地板３６の間に挟まれ、これは図５に示されるとおりである。こうして、もともと双方向輻射ユニットとされる本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナが単方向輻射ユニットとされ得て、即ち、単方向に信号を発射或いは受信する。このほか本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのミリメートル周波数帯域操作下で、基板３１と接地板３６の間の距離は０．５ｍｍとされ、即ち、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの受信或いは発射する高周波信号（その中心周波数は約６０ＧＨｚ）の波長（５ｍｍ）の０．１倍とされる。注意すべきは、異なる応用状況では、基板３１と接地板３６は異なる距離離間し得て、例えば前述のミリメートル周波数帯域内の高周波信号の波長の０．０５倍から０．２倍の距離を離間し得る。最後に本発明の第１実施例中、接地板３６の材料は銅とされるが、異なる応用状況では、接地板３６の材料はアルミニウム或いは金とされ得る。

図６は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの平面図である。図７は本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの平面図である。そのうち、図６中の本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの各符号に対応するサイズは以下の表１のようである。

このほか、図６中の本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの形状を示す各符号の位置座標は以下の表２のようである。

また、図７に示される本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは図６に示される本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの第１接地ユニット３３、第２接地ユニット３４と環状部３５の間の空隙を充満することで形成され、ゆえに図７に示される本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの信号フィードユニット４２と対応する本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの信号フィードユニット３２は同じである。

図８は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナと本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのリターンロス（ｒｅｔｕｒｎｌｏｓｓ）とアンテナ操作周波数（ｏｐｅｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の間の関係の表示図である。そのうち、図８はＩＥ３Ｄシミュレートソフトを利用してシミュレートし、図８中の曲線Ａは本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのリターンロスがアンテナ操作周波数に従い変化することを示す曲線であり、図８中の曲線Ｂは本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのリターンロスがアンテナ操作周波数に従い変化することを示す曲線である。図８から分かるように、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのリターンロスの１０−ｄＢ周波数幅は、本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのリターンロスの１０−ｄＢ周波数幅より広い。

図９は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナと本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上の軸比（ａｘｉａｌｒａｔｉｏ）とアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。図９はＩＥ３Ｄシミュレートソフトを利用してシミュレートし、図９中の曲線Ｃは本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの軸比がアンテナ操作周波数に従い変化することを示す曲線であり、図９中の曲線Ｄは本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの軸比がアンテナ操作周波数に従い変化することを示す曲線である。図９から分かるように、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの軸比の３−ｄＢ周波数幅は、本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの軸比の３−ｄＢ周波数幅より広い。すなわち、本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナに較べ、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは比較的広い周波数範囲内で円偏波高周波信号を発射可能である。

図１０は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナと本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上のゲイン（ｇａｉｎ）とアンテナ操作周波数との間の関係の表示図である。図１０はＩＥ３Ｄシミュレートソフトを利用してシミュレートし、図１０中の曲線Ｅは本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのゲインがアンテナ操作周波数に従い変化することを示す曲線であり、図１０中の曲線Ｆは本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのゲインがアンテナ操作周波数に従い変化することを示す曲線である。図１０から分かるように、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのゲインは本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのゲインより高く、特にそれは４ＧＨｚから５．５ＧＨｚの範囲内で明らかである。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの性能は本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナよりも良い。

上述の図８、９、１０に示されるように、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは確実に５．２ＧＨｚから５．８ＧＨｚの周波数範囲内で円偏波の高周波信号を受信及び発射できる。且つ更なる演算により、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのアンテナ効率（ａｎｔｅｎｎａｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）は約７３％であり、本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのアンテナ効率（６５％）より高い。しかし、本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの表現は周知の一つの線形偏波の信号を発射或いは受信できるだけのブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナより優れている。

図１１は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（環状部を具備する）と本発明の第３実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（環状部を具備しない）のゲインとアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。そのうち、本発明の第３実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは環状部を具備しないこと以外の、その他の各部分（例えば信号フィードユニット、第１接地ユニット、第２接地ユニット）の形状及びサイズはいずれも本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの信号フィードユニット、第１接地ユニット、第２接地ユニットと同じである。

このほか、図１１はＩＥ３Ｄシミュレートソフトでシミュレートしたもので、図１１中の曲線Ｇは本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのゲインがアンテナ操作周波数に従い変化することを示す曲線、曲線Ｈは本発明の第３実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのゲインがアンテナ操作周波数に従い変化することを示す曲線である。図１１から分かるように、環状部を具備するために、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのゲインは、本発明の第３実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのゲインより高く、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの性能は本発明の第３実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナより高い。しかし、本発明の第３実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの表現は周知の一つの線形偏波の信号を発射或いは受信するだけのブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナより顕著に優れている。

図１２は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのリターンロスとアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。そのうち、曲線ＩはＩＥ３Ｄシミュレートソフトを利用してシミュレートして得られた曲線であり、曲線Ｊは実際に本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナを測定して得られた曲線である。図１２から分かるように、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは４．６ＧＨｚから６ＧＨｚの周波数範囲内で、そのリターンロスはいずれも−１０−ｄＢより低い。すなわち、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのリターンロスが１０−ｄＢの周波数幅は１．４ＧＨｚである。

図１３は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上の軸比とアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。そのうち、曲線ＫはＩＥ３Ｄシミュレートソフトを利用してシミュレートして得られた曲線であり、曲線Ｌは実際に本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナを測定して得られた曲線である。図１３から分かるように、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは４．８ＧＨｚから５．７ＧＨｚの周波数範囲内で、その主波束方向上の軸比がいずれも３−ｄＢより低い。すなわち、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの軸比が３−ｄＢの周波数幅は０．９ＧＨｚである。

図１４は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上のゲインとアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。そのうち、曲線ＭはＩＥ３Ｄシミュレートソフトを利用してシミュレートして得られた曲線であり、曲線Ｎは実際に本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナを測定して得られた曲線である。図１４から分かるように、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは４．５ＧＨｚから６ＧＨｚの周波数範囲内で、いずれも２ｄＢより大きいゲインを有する。

図１５は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナを実際に測定して得られた円偏波パターン（ＣＰｐａｔｔｅｒｎ）の表示図である。このパターンは操作周波数が５．２ＧＨｚの時に測定して得られたものである。図１５から分かるように、本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは確実に円偏波の高周波信号を受信及び発射できる。

図１６は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナが信号処理ユニットと併せて印刷回路板にパッケージされた表示図である。そのうち、図を簡易化するため、もともと本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ７１と信号処理ユニット７２及び両者が位置する印刷回路板７３の表面を被覆するパッケージ材料、例えば封止樹脂層は省略し、表示していない。

図１７に示されるように、本発明の第４実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの構造は図４に示される本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの構造とほぼ同じであり、基板８１、信号フィードユニット８２、第１接地ユニット８３、及び第２接地ユニット８４を包含する。そのうち、基板８１は一つの表面８１１を具備し、信号フィードユニット８２、第１接地ユニット８３及び第２接地ユニット８４はそれぞれ該表面８１１上に設置される。本発明の第４実施例中、基板８１はＦＲ４材質のマイクロウエーブ基板とされ、その誘電率は４．４とされ、その厚さは１．６ｍｍとされる。しかし異なる応用状況では、基板８１はまた、デュロイド材質のマイクロウエーブ基板、ポリテトラフルオロエチレン材料のマイクロウエーブ基板、PMI/ポリメタクリレートイミド材料のマイクロウエーブ基板、ヒ素化ガリウム（ＧａＡｓ）材質のマイクロウエーブ基板、セラミック材質のマイクロウエーブ基板或いはシリコン基板とされ得る。

このほか、信号フィードユニット８２はフィードストリップ８２１、マッチング部８２２、第１延伸部８２３、及び第２延伸部８２４を包含し、且つ第１延伸部８２３と第２延伸部８２４はそれぞれマッチング部８２２より延伸される。そのうち、該マッチング部８２２はフィードストリップ８２１、第１延伸部８２３、第２延伸部８２４に電気的に接続され、フィードストリップ８２１は更に信号処理ユニット（図示せず）に電気的に接続される。また、第１延伸部８２３は垂直延伸部とされ、第２延伸部８２４は水平延伸部とされる。なお、本発明の第４実施例では、第１延伸部８２３と第２延伸部８２４の形状はいずれも矩形とされるが、異なる応用状況では、それらは異なる形状、例えば多角形或いは正方形とされ得る。

図１７に示されるように、前述の第１接地ユニット８３は第１接地ストリップ８３１を包含し、第２接地ユニット８４は第２接地ストリップ８４１を包含し、該第２接地ストリップ８４１の一端より第２接地延伸部８４２が延伸され、且つ該第２接地延伸部８４２は第２延伸部８２４の近隣に表面８１１に設置される。このほか、本発明の第４実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ中、フィードストリップ８２１は第１接地ストリップ８３１と第２接地ストリップ８４１の間に位置し、いわゆる共面フィード構造を形成する。すなわち、信号フィードユニット８２は第１接地ユニット８３と第２接地ユニット８４の間に挟まれる。注意すべきことは、本発明の第４実施例中、信号フィードユニット８２、第１接地ユニット８３、第２接地ユニット８４の材料は銅とされるが、異なる応用状況では、信号フィードユニット８２、第１接地ユニット８３、第２接地ユニット８４の材料はアルミニウム或いは金とされ得ることである。

最後に、本発明の第４実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは更に環状部８５を包含し、且つ環状部８５は前述の信号フィードユニット８２、第１接地ユニット８３、第２接地ユニット８４をその内側に包囲する。本発明の第４実施例では、環状部８５は開口を具備する矩形環とされるが、異なる応用状況では、環状部８５は開口を具備する正方形環或いは開口を具備する多角形環とされ得る。

図１８に示される本発明の第５実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの構造と図１７の本発明の第４実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの構造はほぼ同じであり、両者の間の違いは僅かに、第１接地ユニット８３と第２接地ユニット８４の形状である。図１７に示される本発明の第４実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナに較べ、図１８に示される本発明の第５実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの第１接地ユニット８３の第１接地ストリップ８３１の一端より更に第１接地延伸部８３２が延伸され、その第２接地ユニット８４は僅かに第２接地ストリップ８４１のみ包含する。このほか第１接地延伸部８３２は第１延伸部８２３の近隣に表面８１１に設置される。

図１９は本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（図４）、本発明の第４実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（図１７）及び本発明の第５実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（図１８）の主波束方向上の軸比とアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。図１９はＩＥ３Ｄシミュレートソフトでシミュレートして得られ、そのうち、曲線Ｏは第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（図４）の軸比がアンテナ操作周波数に従い変化する曲線、曲線Ｐは第４実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（図１７）の軸比がアンテナ操作周波数に従い変化する曲線、曲線Ｑは第５実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（図１８）の軸比がアンテナ操作周波数に従い変化する曲線である。

図１９から分かるように、これら三種類のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナはそれぞれ同じ形状とサイズの信号フィードユニットを具備し、異なる形式の第１接地ユニットと第２接地ユニットを具えるが、同じ形状とサイズの信号フィードユニットを具備するために、これら三種類のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは主波束方向上の軸比の３−ｄＢ周波数幅はやや異なる。すなわち、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは僅かにその構造を微調整するだけで、異なるタイプの要求に対応できる。原理的には、本発明のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの軸比とアンテナ操作周波数の間の関係は、信号フィードユニットの第１延伸部及び第２延伸部の形状及びサイズを調整する方式により達成される。

図２０に示されるように、本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの構造は、基板９１、信号フィードユニット９２、第１接地ユニット９３、及び第２接地ユニット９４を包含する。そのうち、基板９１は一つの表面９１１を具備し、信号フィードユニット９２、第１接地ユニット９３及び第２接地ユニット９４はそれぞれ該表面９１１上に設置される。本発明の第６実施例中、基板９１はシリコン基板とされ、その誘電率は３．８であり、その厚さは０．０２５ｍｍとされる。しかし異なる応用状況では、基板９１はまた、ＦＲ４材質のマイクロウエーブ基板、デュロイド材質のマイクロウエーブ基板、ポリテトラフルオロエチレン材料のマイクロウエーブ基板、PMI/ポリメタクリレートイミド材料のマイクロウエーブ基板、ヒ素化ガリウム（ＧａＡｓ）材質のマイクロウエーブ基板、セラミック材質のマイクロウエーブ基板とされ得る。

このほか、信号フィードユニット９２はフィードストリップ９２１、マッチング部９２２、第１延伸部９２３、及び第２延伸部９２４を包含し、且つ第１延伸部９２３と第２延伸部９２４はそれぞれマッチング部９２２より延伸される。そのうち、該マッチング部９２２はフィードストリップ９２１、第１延伸部９２３、第２延伸部９２４に電気的に接続され、フィードストリップ９２１は更に信号処理ユニット（図示せず）に電気的に接続される。また、第１延伸部９２３は垂直延伸部とされ、第２延伸部９２４もまた垂直延伸部とされる。なお、本発明の第６実施例では、第１延伸部９２３と第２延伸部９２４の形状はいずれも矩形とされるが、異なる応用状況では、それらは異なる形状、例えば多角形或いは正方形とされ得る。

また、図２０に示されるように、前述の第１接地ユニット９３は第１接地ストリップ９３１を包含し、且つ該第１接地延伸部９３２は第１延伸部９２３の近隣に表面９１１に設置される。前述の第２接地ユニット９４は第２接地ストリップ９４１を包含し、該第２接地ストリップ９４１の一端より更に第２接地延伸部９４２が延伸されている。そのうち、該第２接地延伸部９４２は三種類の異なる大きさの幅を有し、図２０では符号ｋ、ｙ、及び１のように示されている。

このほか本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ中、フィードストリップ９２１は第１接地ストリップ９３１と第２接地ストリップ９４１の間に位置し、いわゆる共面フィード構造を形成する。すなわち、マッチング部９２２、第１延伸部９２３、第２延伸部９２４は第１接地延伸部９３２と第２接地延伸部９４２の間に位置する。注意すべきことは、本発明の第６実施例中、信号フィードユニット９２、第１接地ユニット９３、第２接地ユニット９４の材料は銅とされるが、異なる応用状況では、信号フィードユニット９２、第１接地ユニット９３、第２接地ユニット９４の材料はアルミニウム或いは金とされ得ることである。

このほか図２０中の本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのサイズを表示する各符号の数値は以下の表３のようである。

最後に、本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは更に接地板９５を包含し、前述の信号フィードユニット９２、第１接地ユニット９３、第２接地ユニット９４は基板９１と接地板９５の間に挟まれ、これは図２１に示されるとおりである。こうして、もともと双方向輻射ユニットとされる本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナが単方向のみに信号を発射或いは受信可能である。

このほか、本発明の第６実施例中、基板９１と接地板９５の間の距離は０．５ｍｍとされ、本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの受信及び発射可能なミリメートル波範囲内の高周波信号（その中心周波数は約６０ＧＨｚ）の波長（５０ｍｍ）の０．１倍とされる。注意されたいことは、異なる応用状況では、基板９１と接地板９５は異なる距離離間可能であり、例えば前述のミリメートル波範囲内の高周波信号の波長の０．０５から２倍の距離とされ得る。最後に、本発明の第６実施例中、接地板９５の材質は銅とされるが、異なる応用状況では、接地板９５の材質はアルミニウム或いは金とされ得る。

図２２は本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの運転時、図２１の状況で、その主波束方向上のリターンロスとアンテナ操作周波数との間の関係の表示図である。そのうち、曲線ＲはＩＥ３Ｄシミュレートソフトを利用してシミュレートして得られた曲線であり、図２２から分かるように、本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは５７ＧＨｚから６５．５ＧＨｚの周波数範囲内で、そのリターンロスはいずれも−１０−ｄＢより低い。すなわち、本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのリターンロスが１０−ｄＢの周波数幅は８．５ＧＨｚである。

図２３は本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上の軸比とアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。図２３から分かるように、本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは５７．５ＧＨｚから６４．５ＧＨｚの周波数範囲内で、その主波束方向上の軸比がいずれも３−ｄＢより低い。すなわち、本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの軸比が３−ｄＢの周波数幅は７ＧＨｚである。

図２４は本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上のゲインとアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。そのうち、曲線ＴはＩＥ３Ｄシミュレートソフトを利用してシミュレートして得られた曲線である。図２４から分かるように、本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは５７ＧＨｚから６８ＧＨｚの周波数範囲内で、いずれも２ｄＢより大きいゲインを有する。

上述の図２２、２３、２４から分かるように、本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナは確実に５９ＧＨｚから６４ＧＨｚの周波数帯域内において円偏波の高周波信号を受信及び発射可能である。

周知のブロードバンドホールアンテナの立体図である。図１のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。周知のブロードバンドホールアンテナの各種形状のホールを具備する導電板の表示図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの立体表示図である。図４のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナと接地板の結合方式の表示図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの平面図である。本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの平面図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナと本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのリターンロスとアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナと本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上の軸比とアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナと本発明の第２実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上のゲインとアンテナ操作周波数との間の関係の表示図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（環状部を具備する）と本発明の第３実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（環状部を具備しない）のゲインとアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナのリターンロスとアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上の軸比とアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上のゲインとアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナを実際に測定して得られた円偏波パターン（ＣＰｐａｔｔｅｒｎ）の表示図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナが信号処理ユニットと併せて印刷回路板にパッケージされた表示図である。本発明の第４実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの平面図である。本発明の第５実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの平面図である。本発明の第１実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（図４）、本発明の第４実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（図１７）及び本発明の第５実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ（図１８）の主波束方向上の軸比とアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの立体表示図である。図２０のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナと接地板の結合方式の表示図である。本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの運転時の、その主波束方向上のリターンロスとアンテナ操作周波数との間の関係の表示図である。本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上の軸比とアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。本発明の第６実施例のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナの主波束方向上のゲインとアンテナ操作周波数の間の関係の表示図である。

符号の説明

１１基板１１１、１２２上表面１１２導電部１１３下表面
１１４導通部１２、２１導電板１２１、２２ホール
１３接地板１４フィード線信号マッチングユニットＤ特定距離
３１、８１、９１基板３１１、８１１、９１１表面
３２、４２、８２、９２信号フィードユニット
３２１、８２１、９２１フィードストリップ
３２２、８２２、９２２マッチング部３２３、８２３、９２３第１延伸部
３２４、８２４、９２４第２延伸部３３、８３、９３第１接地ユニット
３３１、８３１、９３１第１接地ストリップ
３３２、８３２、９３２第１接地延伸部３４、８４、９４第２接地ユニット
３４１、８４１、９４１第２接地ストリップ
３４２、８４２、９４２第２接地延伸部３５、８５環状部
３６、９５接地板７１ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ
７２信号処理ユニット７３印刷回路板

Claims

ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、
表面を具備する基板と、
該表面に設置されると共にフィードストリップ、マッチング部、第１延伸部及び第２延伸部を包含する信号フィードユニットと、
該表面に設置されると共に、第１接地ストリップを包含する第１接地ユニットと、
該表面に設置されると共に第２接地ストリップを包含する第２接地ユニットと、
を包含し、該第１延伸部と第２延伸部はそれぞれマッチング部より延伸され、該マッチング部は該フィードストリップ、該第１延伸部、及び該第２延伸部と電気的に接続され、該フィードストリップが該第１接地ストリップと該第２接地ストリップの間に位置することを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項１記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、接地板を更に包含し、該基板及び該接地板の間に該信号フィードユニット、該第１接地ユニット及び該第２接地ユニットが設けられたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項２記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、環状部を更に包含し、該環状部は該表面に設置されると共に、該信号フィードユニット、該第１接地ユニット及び該第２接地ユニットをその内側に包囲することを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項３記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該環状部が開口を具備する矩形環とされたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項３記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該第１延伸部が垂直延伸部とされ、該第２延伸部が水平延伸部とされたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項５記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該垂直延伸部の形状が矩形とされたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項５記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該水平延伸部の形状が矩形とされたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項５記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該第１接地ストリップの一端より第１接地延伸部が延伸されたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項８記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該第１接地延伸部が該垂直延伸部の近隣に、該表面に設置されたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項８記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該第１接地延伸部が該水平延伸部の近隣に、該表面に設置されたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項８記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該第２接地ストリップの一端より第２接地延伸部が延伸され、且つ該第２接地延伸部が該第１接地延伸部と同じ形状を具備することを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項３記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該第１延伸部と該第２延伸部がそれぞれ垂直延伸部とされ、且つ該第１延伸部と該第２延伸部の形状がいずれも矩形とされたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項１２記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該第１接地ストリップの一端より第１接地延伸部が延伸され、該第２接地ストリップの一端より第２接地延伸部が延伸されたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項１３記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該第２接地延伸部が少なくとも二種類の幅を具えたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項１記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該基板がＦＲ４材料のマイクロウエーブ基板とされたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項１記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該信号フィードユニット、該第１接地ユニット及び該第２接地ユニットの材質が金属とされたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項２記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該接地板の材質が金属とされたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項２記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、第１周波数帯域において高周波信号を受信及び発射可能で、該第１周波数帯域は５．２ＧＨｚから５．８ＧＨｚとする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項２記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、第２周波数帯域において高周波信号を受信及び発射可能で、該第２周波数帯域は５９ＧＨｚから６４ＧＨｚとする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。
請求項１９記載のブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナにおいて、該接地板と該基板の間の距離が該高周波信号の波長の０．０５倍から０．２倍とされたことを特徴とする、ブロードバンド共面導波フィード円偏波アンテナ。