JP4875163B2 - 直接給電型パッチアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、直接給電型パッチアンテナに係り、さらに詳細には、高利得かつ小型であり、軸比帯域幅の改善されたパッチアンテナに関する。

パッチアンテナは、基板にマイクロストリップパターンを形成して製造されたアンテナであって、小型かつ軽量であり、配列、集積及び偏波調節が容易である。

以下、図１及び図２を参照して従来のパッチアンテナを説明する。

図１は、一般的なパッチアンテナの斜視図であり、図２は、円形偏波を具現するためのパッチアンテナの平面図である。

図１に示すように、一般的に広く使用されている直線型パッチアンテナ２０は、接地板２１に開口面が形成されており、給電線路２２をスロット２３の中央に位置させると同時に、スロット２３から約λ／４の長さだけさらに突出させることにより、線形の偏波のみを発生させる。このような直線型パッチアンテナ２０は、単一スロットアンテナであり、共振周波数を合わせるためには、アンテナのサイズが大きくなるという問題点がある。

この問題点を解決するために、図２に示すような２つのスロット３１、３２を有する円形偏波パッチアンテナ３０が提案された。円形偏波パッチアンテナ３０の一側には、λ／４の遅延線路３３を有する給電線路３４が形成されて、円形偏波を具現する。このような円形偏波パッチアンテナ３０は、透過特性に優れており、多重反射干渉が少ないため、放送／通信用に適している。しかし、二重給電のための円形偏波パッチアンテナ３０は、二重遅延線路３３と、２つの開口面、すなわち、スロット３１、３２を設計しなければならないため、その構造が複雑であり、マイクロ波回路に実装時に全体回路の小型化を図ることができず、また、生産性の低下による製造コストの上昇をもたらすという問題点がある。

本発明は、前述の従来技術による問題点を解決するためになされたものであって、高利得であり、小型化可能なパッチアンテナを提供することをその目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の一実施形態による直接給電型パッチアンテナは、４つの直接給電点を有する給電素子であって、２つの直接給電点を結ぶ１本の直線と、残る２つの直接給電点を結ぶ１本の直線とが給電素子の給電中心部を通り、かつ互いに直交する給電素子と、直接給電点と電気的にそれぞれ連結された４つの直接給電用円柱と、給電素子と対向し、円柱と電気的に連結されて直接に給電される放射パッチと、を備える。

好ましくは、前記直接給電型パッチアンテナは、セラミックからなるカプラーをさらに備える。

ここで、前記カプラーは、奇数段のカプラーであることが好ましい。

前述のように、本発明によれば、直接給電用円柱を通じて放射パッチの直接給電点と金属パッチの金属板とを直接に連結して、小型化可能なパッチアンテナを提供することができる。

また、金属パッチに金属板を使用して、誘電体に対する損失を減らすことにより、利得の向上したパッチアンテナを提供することができる。

一般的なパッチアンテナの斜視図である。 円形偏波を具現するためのパッチアンテナの平面図である。 本発明の第１実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図である。 図３のパッチアンテナの結合状態を示す側面図である。 本発明の第２実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図である。

以下、図３及び図４を参照して、本発明の第１実施形態による直接給電型パッチアンテナを説明する。

図３は、本発明の第１実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図であり、図４は、図３のパッチアンテナの結合状態を示す側面図である。

図３及び図４に示すように、本発明の第１実施形態による直接給電型パッチアンテナ１００（以下、パッチアンテナと略記する）は、給電素子１１０、直接給電用円柱１３０及び放射パッチ１４０を備える。

給電素子１１０は、外部の無線信号を受信して給電を行うものであって、基板１１２、及び基板１１２の一面にマイクロストリップパターン１１６の形成されたパターン部１１４を備える。パターン部１１４には、軸比帯域幅を増やすために、ウィルキンソン分配器（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ ｄｉｖｉｄｅｒ）を使用した４つの直接給電点１１８が形成される。直接給電点１１８は、給電中心部１２０から互いに直角方向に放射状に形成され、給電中心部１２０を原点とする際に、各給電点１１８の位相が０°、９０°、１８０°及び２７０°にする。よって、図３によってわかるように、２つの直接給電点１１８を結ぶ２本の仮想の直線は、中心部１２０を通りながら互いに直交する。また、直接給電点１１８は、給電中心部１２０から同じ距離に形成されることが好ましいが、本発明は、これに限定されるものではなく、基板１１２とパターン部１１４は、一つのモジュールで形成することが可能である。直接給電点１１８には、電気的信号を放射パッチ１４０に直接に給電するために、給電点１１８と放射パッチ１４０とを電気的に連結した円柱１３０が形成される。

一般的なカップル給電は、放射パッチの素材として誘電体基板を使用するため、誘電体による損失が発生するしかなく、それにより、放射効率が低下するという問題点がある。また、従来のパッチアンテナは、伝送線の給電端と放射される金属パッチとのカップルを利用して給電するため、アンテナの高さが高くなるという問題点がある。

しかし、本発明は、円柱１３０を通じて放射パッチ１４０に直接に給電を行うことによって、アンテナの高さを低くすることができるので、パッチアンテナ１００の小型化が可能になり、放射効率が向上する。

本発明の給電型パッチアンテナの動作過程を説明すれば以下の通りである。給電部に給電された信号は、カプラー１１７を経て分配器（図示せず）を通じて所定の位相差によって分配される。分配された信号は、円柱１３０を通じて放射パッチ１４０に直接に給電され、円柱を通じて給電される信号の位相差によって、円偏波が外部に放射される。本発明は、９０°の位相差を有する４つの信号を４つの給電点１１８を通じて給電させることによって、軸比帯域幅の特性を改善させることができる。また、直接給電を使用して、カップル給電時より電力伝達の効果を高めることができる。また、アンテナの上板パッチとして、誘電体ではない金属板を使用することによって、誘電体による放射損失を最小化して、アンテナの利得を高めることができる。

本発明をＲＦＩＤリーダー用のアンテナに適用すれば、タグの認識距離を伸ばすだけでなく、タグの方向性に対する特性を改善させることができる。

以下、図５を参照して、本発明の第２実施形態による直接給電型パッチアンテナを説明する。

図５は、本発明の第２実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図である。

図５に示すように、第２実施形態によるパッチアンテナ２００は、第１実施形態によるパッチアンテナ１００のマイクロストリップカプラー１１７を３段セラミックカプラー素子２１７に代替することが特徴である。
なお、給電素子２１０は、外部の無線信号を受信して給電を行うものであって、基板２１２、及び基板２１２の一面にマイクロストリップパターン２１６の形成されたパターン部２１４を備える。パターン部２１４には、軸比帯域幅を増やすために、ウィルキンソン分配器を使用した４つの直接給電点２１８が形成される。直接給電点２１８は、給電中心部２２０から互いに直角方向に放射状に形成され、給電中心部２２０を原点とする際に、各給電点２１８の位相が０°、９０°、１８０°及び２７０°にする。よって、図５によってわかるように、２つの直接給電点２１８を結ぶ２本の仮想の直線は、中心部２２０を通りながら互いに直交する。直接給電点２１８には、電気的信号を放射パッチ２４０に直接に給電するために、給電点２１８と放射パッチ２４０とを電気的に連結した円柱２３０が形成される。

マイクロストリップカプラー１１７を利用して二重偏波を具現するためには、多段のカプラー１１７を結合して隔離度を向上させなければならない。しかし、この場合、多段のカプラー１１７によってアンテナの物理的なサイズが大きくなり、カプラー１１７の構成によるラインの損失が大きくなって、アンテナの利得が減少するという問題点がある。

このように、マイクロストリップカプラーが３段セラミックカプラー素子に代替されれば、マイクロストリップラインで構成されたカプラーに比べて物理的なサイズを小さくすることができ、３段になってアンテナの隔離度を向上させることができる。また、第２実施形態によるパッチアンテナ２００は、セラミックカプラー素子を使用することによって、ライン損失を大きく減らすことができ、効率が向上する。

上述の第２実施形態では、セラミックカプラー素子２１７を３段に限定して説明したが、本発明の思想はこれに限定されず、５段、７段などの多様な奇数段のセラミックカプラー素子２１７を使用して具現することも可能である。

以上では、本発明の好適な実施の形態について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の好適な実施の形態により限定されることではなく、請求の範囲で請求している本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも種々の変更実施が可能であることはもとより、そのような変更は、請求の範囲の記載範囲内にあることはいうまでもない。

Claims (5)

1. ４つの直接給電点を有する給電素子であって、２つの前記直接給電点を結ぶ１本の直線と、残る２つの前記直接給電点を結ぶ１本の直線とが前記給電素子の給電中心部を通り、かつ互いに直交する給電素子と、
   前記直接給電点と電気的にそれぞれ連結された４つの直接給電用円柱と、
   前記給電素子と対向し、前記円柱と電気的に連結されて直接に給電される放射パッチと、を備える直接給電型パッチアンテナ。
2. セラミックから形成され、一端が給電部と電気的に連結されて、前記給電部から給電された信号の隔離度を向上させるカプラーと、
   前記カプラーの他端と電気的に連結され、４つの直接給電点を有する給電素子であって、２つの前記直接給電点を結ぶ１本の直線と、残る２つの前記直接給電点を結ぶ１本の直線とが前記給電素子の給電中心部を通り、かつ互いに直交する給電素子と、
   前記直接給電点と電気的にそれぞれ連結された４つの直接給電用円柱と、
   前記給電素子と対向し、前記円柱と電気的に連結されて直接に給電される放射パッチと、を備える直接給電型パッチアンテナ。
3. 前記カプラーは、奇数段のカプラーであることを特徴とする請求項２に記載の直接給電型パッチアンテナ。
4. 前記給電素子は、基板、及び前記基板の一面にマイクロストリップパターンの形成されたパターン部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直接給電型パッチアンテナ。
5. 前記アンテナは、ＲＦＩＤアンテナに適用可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直接給電型パッチアンテナ。

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