JP6314722B2 - Circularly polarized patch antenna and integrated antenna device - Google Patents

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Description

本発明は、円偏波パッチアンテナ、および、その円偏波パッチアンテナを備えた統合アンテナ装置に関する。   The present invention relates to a circularly polarized patch antenna and an integrated antenna device including the circularly polarized patch antenna.

特許文献1には、誘電体基板の表面に放射素子を設け、裏面にグランドパターンを設けた円偏波パッチアンテナの特性を調整する方法が開示されている。   Patent Document 1 discloses a method of adjusting the characteristics of a circularly polarized patch antenna in which a radiating element is provided on the front surface of a dielectric substrate and a ground pattern is provided on the back surface.

この特許文献1に開示されている調整方法では、アンテナ素子の特性偏差が大きい場合は、放射素子のみ、または、放射素子とグランドパターンをトリミングすることで特性を調整する。一方、アンテナ素子の特性偏差が小さい場合は、グランドパターンのみをトリミングすることで特性を調整する。   In the adjustment method disclosed in Patent Document 1, when the characteristic deviation of the antenna element is large, the characteristic is adjusted by trimming only the radiating element or the radiating element and the ground pattern. On the other hand, when the characteristic deviation of the antenna element is small, the characteristic is adjusted by trimming only the ground pattern.

また、円偏波パッチアンテナにおいて、放射素子を載せる誘電体基板の誘電率を高くすると、誘電体基板による波長短縮効果により、放射素子を小型化できることが広く知られている。   In a circularly polarized patch antenna, it is widely known that when the dielectric constant of a dielectric substrate on which a radiating element is mounted is increased, the radiating element can be reduced in size due to the wavelength shortening effect of the dielectric substrate.

特許第4491914号公報Japanese Patent No. 4491914

特許文献1の円偏波パッチアンテナでは、放射素子もグランドパターンも、誘電体基板において、それら放射素子、グランドパターンが配置されている面の大きさよりも小さい。したがって、特許文献1の円偏波アンテナにおいて誘電体基板の誘電率を高くして、誘電体基板を小型化すると、グランドパターンも小さくなる。   In the circularly polarized patch antenna of Patent Document 1, both the radiating element and the ground pattern are smaller than the size of the surface of the dielectric substrate on which the radiating element and the ground pattern are arranged. Therefore, when the dielectric constant of the dielectric substrate in the circularly polarized antenna of Patent Document 1 is increased to reduce the size of the dielectric substrate, the ground pattern also decreases.

誘電体基板よりも小さいグランドパターンに縮退分離部を形成することを考えた場合、縮退分離部も、誘電体基板による波長短縮効果を受ける。したがって、誘電体基板の誘電率がばらつくと、縮退分離部の大きさを、その誘電率のばらつきに応じて変化させる必要がある。   When considering the formation of the degenerate separation portion in a ground pattern smaller than the dielectric substrate, the degeneration separation portion also receives the wavelength shortening effect by the dielectric substrate. Therefore, when the dielectric constant of the dielectric substrate varies, it is necessary to change the size of the degenerate separation portion according to the variation in the dielectric constant.

加えて、誘電体基板の誘電率が高いと、グランドパターンに形成された縮退分離部は非常に小さくなることから、軸比の要求性能を満たすための縮退分離部の大きさの許容範囲が狭い。したがって、誘電率が高い誘電体基板を用いると、縮退分離部を高い寸法精度で作っても、誘電体基板の誘電率のばらつきにより、縮退分離部の大きさが、軸比の要求性能を満たす範囲内にない場合も生じる。   In addition, if the dielectric constant of the dielectric substrate is high, the degenerate separation portion formed in the ground pattern becomes very small, so that the allowable range of the size of the degeneration separation portion to satisfy the required performance of the axial ratio is narrow. . Therefore, if a dielectric substrate having a high dielectric constant is used, the size of the degenerative separation portion satisfies the required performance of the axial ratio due to variations in the dielectric constant of the dielectric substrate even if the degeneration separation portion is made with high dimensional accuracy. Sometimes it is not within range.

また、縮退分離部の大きさを、軸比の要求性能を満たす範囲内の大きさとするために、縮退分離部をトリミングするとしても、非常に小さい部分をトリミングする必要がある。したがって、トリミングの加工精度が高くなければならい。そのため、動作周波数での軸比の調整が容易ではない。   Further, in order to make the size of the degeneration / separation unit within a range that satisfies the required performance of the axial ratio, even if the degeneration / separation unit is trimmed, it is necessary to trim a very small portion. Therefore, the trimming processing accuracy must be high. Therefore, adjustment of the axial ratio at the operating frequency is not easy.

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、高誘電率の誘電体基板を用いても、動作周波数での軸比の調整が容易な円偏波パッチアンテナ、および、統合アンテナ装置を提供することにある。   The present invention has been made based on this situation, and the object of the present invention is to provide a circularly polarized patch whose axial ratio can be easily adjusted at an operating frequency even when a dielectric substrate having a high dielectric constant is used. An object is to provide an antenna and an integrated antenna device.

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。   The above object is achieved by a combination of the features described in the independent claims, and the subclaims define further advantageous embodiments of the invention. Reference numerals in parentheses described in the claims indicate a correspondence relationship with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and do not limit the technical scope of the present invention. .

上記目的を達成するための本発明は、互いに対向する第1平面(41)と第2平面(42)とを備える誘電体基板(4)と、第1平面に配置され、第1平面よりも小さい放射素子(5、50)と、第2平面に配置され、第2平面よりも大きく、第2平面を含む平面方向において第2平面の外側に突き出している外側部分(37)を備える地板(3、3a)と、地板の外側部分に形成された1組の地板側縮退分離部(32、32a、35、35a)と、を備えることを特徴とする円偏波パッチアンテナである。   In order to achieve the above object, the present invention provides a dielectric substrate (4) comprising a first plane (41) and a second plane (42) facing each other, and is disposed on the first plane and is more than the first plane. A ground plane (37) having a small radiating element (5, 50) and an outer portion (37) disposed on the second plane and larger than the second plane and projecting outside the second plane in the plane direction including the second plane. 3, 3 a) and a pair of ground plane-side degenerate separation parts (32, 32 a, 35, 35 a) formed on the outer portion of the ground plane, a circularly polarized patch antenna.

本発明では、地板は、誘電体基板の第2平面の外側に突き出している外側部分を備えており、地板側縮退分離部は、この外側部分に形成されている。誘電体基板の外側に突き出している部分に設けられていることから、地板側縮退分離部は、誘電体基板による波長短縮効果の影響を受けにくい。したがって、誘電体基板の誘電率がばらついても、地板側縮退分離部の大きさは、誘電体基板の誘電率と、軸比の要求性能から定まる許容範囲内にある可能性が高い。   In the present invention, the ground plane includes an outer portion protruding outside the second plane of the dielectric substrate, and the ground plane-side degenerative separation portion is formed in the outer portion. Since it is provided in the portion protruding to the outside of the dielectric substrate, the ground plane side degeneration / separation part is not easily affected by the wavelength shortening effect by the dielectric substrate. Therefore, even if the dielectric constant of the dielectric substrate varies, the size of the ground plane-side degenerate separation portion is likely to be within an allowable range determined by the required performance of the dielectric constant of the dielectric substrate and the axial ratio.

加えて、地板側縮退分離部が外側部分に設けられていると、地板側縮退分離部の大きさの変化に対する軸比の変化が小さくなる。そのため、地板側縮退分離部をトリミングして軸比を調整するとしても、トリミングの許容範囲が広くなるので、動作周波数での軸比の調整が容易になる。   In addition, when the ground plane side degeneration / separation part is provided in the outer portion, the change in the axial ratio with respect to the change in the size of the ground plane side degeneration / separation part becomes small. Therefore, even when trimming the base plate side degeneration / separation portion to adjust the axial ratio, the allowable range of trimming is widened, so that adjustment of the axial ratio at the operating frequency is facilitated.

第1実施形態の円偏波パッチアンテナ1の平面図である。It is a top view of the circularly polarized patch antenna 1 of 1st Embodiment. 第1実施形態の円偏波パッチアンテナ1の斜視図である。1 is a perspective view of a circularly polarized patch antenna 1 of a first embodiment. 第1実施形態の円偏波パッチアンテナ1の側面図である。It is a side view of the circularly polarized patch antenna 1 of 1st Embodiment. 円偏波パッチアンテナ1の縮退分離部の一辺の長さの変化に対する、動作周波数での軸比の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the axial ratio in an operating frequency with respect to the change of the length of one side of the degeneracy separation part of the circularly polarized wave patch antenna. 比較構成において、縮退分離部の一辺の長さの変化に対する、動作周波数での軸比の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the axial ratio in an operating frequency with respect to the change of the length of the one side of a degeneracy separation part in a comparison structure. 第2実施形態の統合アンテナ装置100の平面図である。It is a top view of the integrated antenna apparatus 100 of 2nd Embodiment. 第3実施形態の円偏波パッチアンテナ200の平面図である。It is a top view of the circularly polarized patch antenna 200 of 3rd Embodiment. 変形例1の円偏波パッチアンテナの平面図である。10 is a plan view of a circularly polarized patch antenna according to Modification 1. FIG. 変形例2の円偏波パッチアンテナの平面図である。FIG. 10 is a plan view of a circularly polarized patch antenna according to Modification 2.

<第1実施形態>
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。第1実施形態の円偏波パッチアンテナ1は、衛星測位システムの一つであるGPS(Global Positioning System)で用いられる衛星から送信される電波を受信する。GPSでは1.5GHz帯が用いられている。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The circularly polarized patch antenna 1 of the first embodiment receives radio waves transmitted from a satellite used in a GPS (Global Positioning System) that is one of satellite positioning systems. In GPS, the 1.5 GHz band is used.

図1に示すように、円偏波パッチアンテナ1は、回路基板2、地板3、高誘電体基板4、放射素子5、給電部6を備える。   As shown in FIG. 1, the circularly polarized patch antenna 1 includes a circuit board 2, a ground plane 3, a high dielectric substrate 4, a radiating element 5, and a power feeding unit 6.

回路基板2は、回路やアンテナなどを搭載するために一般的に用いられる基板であり、ガラスエポキシ樹脂などの誘電体材料製である。図1に示している回路基板2の形状は正方形状であるが、この回路基板2に搭載すべき要素を搭載することができれば、回路基板2の大きさ、形状に特に制限はない。   The circuit board 2 is a board generally used for mounting a circuit, an antenna, and the like, and is made of a dielectric material such as a glass epoxy resin. The shape of the circuit board 2 shown in FIG. 1 is a square shape. However, the size and shape of the circuit board 2 are not particularly limited as long as the elements to be mounted on the circuit board 2 can be mounted.

地板3は、銅や銀などの導体製の箔あるいは板であり、回路基板2の一方の面に形成されている。地板3は、正方形の一組の対角が二等辺三角形状に欠落した6角形状である。詳しくは、地板3の6辺を第1辺31〜第6辺36とすると、第1辺31、第3辺33、第4辺34、第6辺36は、互いに同じ長さであり、二等辺三角形状の部分が欠落していないとした場合に形成される平方形の4辺の一部をそれぞれ構成する。第2辺32と第5辺35も互いに同じ長さであり、かつ、互いに平行である。これら第2辺32、第5辺35は、請求項の地板側縮退分離部に相当する。   The ground plane 3 is a foil or a plate made of a conductor such as copper or silver, and is formed on one surface of the circuit board 2. The ground plane 3 has a hexagonal shape in which a pair of diagonals of a square is missing in an isosceles triangle shape. Specifically, assuming that the six sides of the base plate 3 are the first side 31 to the sixth side 36, the first side 31, the third side 33, the fourth side 34, and the sixth side 36 have the same length. Each of the four sides of the square shape formed when the equilateral triangular portion is not missing is configured. The second side 32 and the fifth side 35 are also the same length and are parallel to each other. These 2nd edge | side 32 and the 5th edge | side 35 are equivalent to the ground-plate side degeneracy separation part of a claim.

地板3の大きさは、第1辺31と第4辺34との間の長さ、および、第3辺33と第6辺36との間の長さが25mmである。すなわち、二等辺三角形状の部分が欠落していないとした場合に形成される正方形の一辺の長さが25mmである。したがって、本実施形態では、地板3の一辺の長さは、この円偏波パッチアンテナ1が動作する電波の波長の約1/8である。   As for the size of the ground plane 3, the length between the first side 31 and the fourth side 34 and the length between the third side 33 and the sixth side 36 are 25 mm. That is, the length of one side of the square formed when the isosceles triangular portion is not missing is 25 mm. Therefore, in the present embodiment, the length of one side of the ground plane 3 is about 1/8 of the wavelength of the radio wave on which the circularly polarized patch antenna 1 operates.

この地板3の上には高誘電体基板4が配置されており、高誘電体基板4の第2平面42(図3参照)が地板3に接触する。換言すれば、高誘電体基板4の第2平面42に地板3が配置されている。高誘電体基板4は回路基板2よりも誘電率が高く、たとえば、誘電率80である。   A high dielectric substrate 4 is disposed on the ground plane 3, and a second plane 42 (see FIG. 3) of the high dielectric substrate 4 is in contact with the ground plane 3. In other words, the ground plane 3 is arranged on the second plane 42 of the high dielectric substrate 4. The high dielectric substrate 4 has a dielectric constant higher than that of the circuit board 2, for example, a dielectric constant of 80.

高誘電体基板4の形状は直方体形状である。高誘電体基板4の各面のうち、最も面積が広い1組の面を第1平面41、第2平面42とする。第1平面41と第2平面42は互いに平行である。前述のように、第2平面42は地板3と接している。第1実施形態では、これら第1平面41、第2平面42は正方形であり、1辺は、ここでは12mmであるとする。したがって、一辺が25mmである地板3は、高誘電体基板4よりも大きい。   The shape of the high dielectric substrate 4 is a rectangular parallelepiped shape. Among each surface of the high dielectric substrate 4, a pair of surfaces having the largest area is defined as a first plane 41 and a second plane 42. The first plane 41 and the second plane 42 are parallel to each other. As described above, the second plane 42 is in contact with the ground plane 3. In the first embodiment, the first plane 41 and the second plane 42 are square, and one side is 12 mm here. Therefore, the ground plane 3 having a side of 25 mm is larger than the high dielectric substrate 4.

第1平面41、第2平面42の各辺は、地板3の第1辺31、第3辺33、第4辺34、第6辺36と平行になっている。第1平面41第2平面42との間の長さを、高誘電体基板4の厚さとする。図2に示すように、高誘電体基板4の厚さは、回路基板2よりも厚い。   Each side of the first plane 41 and the second plane 42 is parallel to the first side 31, the third side 33, the fourth side 34, and the sixth side 36 of the ground plane 3. The length between the first plane 41 and the second plane 42 is the thickness of the high dielectric substrate 4. As shown in FIG. 2, the high dielectric substrate 4 is thicker than the circuit board 2.

高誘電体基板4は地板3の中央に配置されており、高誘電体基板4の第2平面42の各辺と、地板3において、それら各辺と平行な第1辺31、第3辺33、第4辺34、第6辺36との間の距離は互いに等しい。地板3のうち、高誘電体基板4の第2平面42を含む平面方向において第2平面42の外側に突き出している部分を外側部分37とする。地板側縮退分離部である第2辺32、第5辺35は、この外側部分37に形成されていることになる。   The high dielectric substrate 4 is disposed at the center of the ground plane 3, and each side of the second plane 42 of the high dielectric substrate 4 and the first side 31 and the third side 33 parallel to the respective sides on the ground plane 3. The distances between the fourth side 34 and the sixth side 36 are equal to each other. A portion of the ground plane 3 that protrudes outside the second plane 42 in the plane direction including the second plane 42 of the high dielectric substrate 4 is referred to as an outer portion 37. The second side 32 and the fifth side 35, which are the base plate side degenerate separation parts, are formed on the outer portion 37.

放射素子5は銅や銀などの導体製の箔あるいは板である。第1実施形態の放射素子5の形状は正方形であり、一辺の長さは、第1平面41の一辺の長さよりもわずかに短い。具体的には、第1実施形態の放射素子5の一辺の長さは10mmである。本実施形態の円偏波パッチアンテナ1は、GPS用であり、動作周波数は1.5GHz帯である。周波数が1.5GHzである場合、波長λは約200mmである。しかし、高誘電体基板4による波長短縮効果により、放射素子5の一辺の長さは、波長λの2分の1よりもはるかに短くなっている。   The radiating element 5 is a foil or a plate made of a conductor such as copper or silver. The shape of the radiating element 5 of the first embodiment is a square, and the length of one side is slightly shorter than the length of one side of the first plane 41. Specifically, the length of one side of the radiating element 5 of the first embodiment is 10 mm. The circularly polarized patch antenna 1 of this embodiment is for GPS, and the operating frequency is in the 1.5 GHz band. When the frequency is 1.5 GHz, the wavelength λ is about 200 mm. However, due to the wavelength shortening effect of the high dielectric substrate 4, the length of one side of the radiating element 5 is much shorter than half of the wavelength λ.

放射素子5の各辺は、第1平面41の各辺と平行になるように配置されており、かつ、放射素子5の中心が第1平面41の中心と重なるように、放射素子5は第1平面41に配置されている。   Each side of the radiating element 5 is disposed so as to be parallel to each side of the first plane 41, and the radiating element 5 is arranged so that the center of the radiating element 5 overlaps the center of the first plane 41. One plane 41 is arranged.

給電部6は、放射素子5と同軸ケーブルの内部導体とを電気的に接続する部分であり、図3に示すように、回路基板2、地板3、高誘電体基板4を貫通しており、その先端部である給電点は放射素子5と接続している。   The power feeding unit 6 is a part that electrically connects the radiating element 5 and the inner conductor of the coaxial cable, and passes through the circuit board 2, the ground plane 3, and the high dielectric substrate 4 as shown in FIG. The feeding point as the tip is connected to the radiating element 5.

このように構成された円偏波パッチアンテナ1は、広く知られている円偏波パッチアンテナとは異なり、放射素子に縮退分離部を備えておらず、代わりに、地板3に縮退分離部として機能する第2辺32、第5辺35を備えている。このように、地板3に縮退分離部を構成することでも円偏波を放射することができる。   Unlike the widely known circularly polarized patch antenna, the circularly polarized patch antenna 1 configured in this way does not include a degenerate separation unit in the radiating element, but instead serves as a degenerate separation unit on the ground plane 3. A functioning second side 32 and a fifth side 35 are provided. As described above, the circularly polarized wave can be radiated by configuring the degenerate separation portion on the ground plane 3.

(実施形態の効果)
図4は、本実施形態の円偏波パッチアンテナ1において縮退分離部の一辺の長さの変化に対する、動作周波数での軸比の変化を示す図である。縮退分離部の一辺の長さとは、地板3から欠落している二等辺三角形の等辺の長さである。一方、図5は、本実施形態の円偏波パッチアンテナ1と比較するための比較構成において、縮退分離部の一辺の長さの変化に対する、動作周波数での軸比の変化を示す図である。比較構成は、図1〜図3の構成において、地板3を、二等辺三角形状の欠落部分がない正方形とし、代わりに、放射素子5に縮退分離部を設けた円偏波パッチアンテナである。
(Effect of embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating a change in the axial ratio at the operating frequency with respect to a change in the length of one side of the degenerate separation unit in the circularly polarized patch antenna 1 of the present embodiment. The length of one side of the degenerate separation part is the length of the equal side of the isosceles triangle missing from the ground plane 3. On the other hand, FIG. 5 is a diagram showing the change in the axial ratio at the operating frequency with respect to the change in the length of one side of the degenerate separation unit in the comparison configuration for comparison with the circularly polarized patch antenna 1 of the present embodiment. . The comparative configuration is a circularly polarized patch antenna in which the ground plane 3 is a square having no isosceles triangular missing portion in the configuration of FIGS. 1 to 3, and the radiating element 5 is provided with a degenerate separation portion instead.

図4では、縮退分離部の一辺の長さが9mm付近を中心として、その長さが7.5mm付近から12mmを少し超える長さまで、軸比が6以下となっている。軸比は、右旋偏波と左旋偏波との比であり、軸比は小さいほど好ましい。仮に、軸比6以下が要求性能であれば、本実施形態では、縮退分離部の一辺の長さが、7.5mm付近から12mmを少し超える長さの間であれば、要求性能を満たすことになる。   In FIG. 4, the axial ratio is 6 or less from the vicinity of 7.5 mm to the length slightly exceeding 12 mm, with the length of one side of the degenerate separation part as the center. The axial ratio is the ratio of right-handed polarization and left-handed polarization, and the smaller the axial ratio, the better. If the axial ratio of 6 or less is the required performance, in this embodiment, the required performance is satisfied if the length of one side of the degenerate separation part is between 7.5 mm and slightly longer than 12 mm. become.

これに対して、図5では、縮退分離部の一辺の長さが0.5mmから1mmを少し超える長さの範囲で軸比が6以下となっている。したがって、比較構成では、軸比を6以下にするためには、縮退分離部の一辺の長さを0.5mmから1mmを少し超える長さに収める必要がある。   On the other hand, in FIG. 5, the axial ratio is 6 or less in the range where the length of one side of the degenerate separation part is slightly longer than 0.5 mm to 1 mm. Therefore, in the comparative configuration, in order to set the axial ratio to 6 or less, it is necessary to set the length of one side of the degenerate separation part to a length slightly exceeding 0.5 mm to 1 mm.

図4、図5の比較から分かるように、本実施形態のように、地板3の外側部分37に縮退分離部として機能する第2辺32、第5辺35を設けると、動作周波数で軸比の要求性能を満たす縮退分離部の一辺の長さの範囲が比較構成に比べて広くなる。大雑把には、本実施形態の円偏波パッチアンテナ1における縮退分離部の一辺の長さの許容範囲は、比較構成における縮退分離部の許容範囲よりも10倍広くなる。この理由は、地板3の外側部分37は高誘電体基板4による波長短縮効果を受けにくいからである。   As can be seen from the comparison between FIG. 4 and FIG. 5, when the second side 32 and the fifth side 35 functioning as a degenerate separation part are provided on the outer portion 37 of the ground plane 3 as in the present embodiment, the axial ratio at the operating frequency The range of the length of one side of the degenerate separation unit that satisfies the required performance is wider than that of the comparative configuration. Roughly speaking, the allowable range of the length of one side of the degenerate separation unit in the circularly polarized patch antenna 1 of the present embodiment is 10 times wider than the allowable range of the degenerate separation unit in the comparative configuration. This is because the outer portion 37 of the ground plane 3 is not easily affected by the wavelength shortening effect by the high dielectric substrate 4.

動作周波数での軸比の要求性能を満たす縮退分離部の一辺の長さの範囲が広くなるので、高誘電体基板4の誘電率が多少ばらついても、円偏波パッチアンテナ1の軸比は、要求性能を満たす可能性が高い。したがって、第2辺32、第5辺35の大きさを調整することなく要求性能を満たす可能性も高い。   Since the range of the length of one side of the degenerate separation part that satisfies the required performance of the axial ratio at the operating frequency is widened, the axial ratio of the circularly polarized patch antenna 1 can be increased even if the dielectric constant of the high dielectric substrate 4 varies somewhat. , Likely to meet the required performance. Therefore, there is a high possibility that the required performance is satisfied without adjusting the sizes of the second side 32 and the fifth side 35.

加えて、第2辺32、第5辺35の大きさの変化に対する軸比の変化が小さくなるので、トリミングにより第2辺32、第5辺35の大きさを調整して軸比を調整するとしても、トリミングの許容範囲が広くなるので、動作周波数での軸比の調整が容易になる。   In addition, since the change in the axial ratio with respect to the change in the size of the second side 32 and the fifth side 35 is reduced, the size of the second side 32 and the fifth side 35 is adjusted by trimming to adjust the axial ratio. However, since the allowable range of trimming is widened, adjustment of the axial ratio at the operating frequency is facilitated.

<第2実施形態>
次に、第2実施形態を説明する。この第2実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. In the following description of the second embodiment, elements having the same reference numerals as those used so far are the same as elements having the same reference numerals in the previous embodiments unless otherwise specified. Further, when only a part of the configuration is described, the above-described embodiment can be applied to the other parts of the configuration.

第2実施形態では統合アンテナ装置100を説明する。図6に示すように、統合アンテナ装置100は、第1実施形態の円偏波パッチアンテナ1と逆Lアンテナ110の2つのアンテナを備えている。   In the second embodiment, the integrated antenna device 100 will be described. As shown in FIG. 6, the integrated antenna device 100 includes two antennas, the circularly polarized patch antenna 1 and the inverted L antenna 110 of the first embodiment.

逆Lアンテナ110は、モノポール導体素子120と、給電部130に加えて、円偏波パッチアンテナ1の構成要素でもある地板3を備えた構成である。この逆Lアンテナ110において、モノポール導体素子120の電気長は約λ/4となっている。   The inverted L antenna 110 includes a ground plane 3 that is also a constituent element of the circularly polarized patch antenna 1 in addition to the monopole conductor element 120 and the power feeding unit 130. In the inverted L antenna 110, the electrical length of the monopole conductor element 120 is about λ / 4.

モノポール導体素子120は、回路基板2の地板3と同一面に設けられている。モノポール導体素子120の形状は、直線形状の線状導体素子をその途中において直角に曲げた形状であり、基部側の端部が給電部130に接続され、他端は開放端である。   The monopole conductor element 120 is provided on the same surface as the ground plane 3 of the circuit board 2. The shape of the monopole conductor element 120 is a shape obtained by bending a straight linear conductor element in the middle at a right angle, the end on the base side is connected to the power feeding unit 130, and the other end is an open end.

このモノポール導体素子120において、直角に折れ曲がっている部分を折れ曲り部121とする。基部側の端部から折れ曲り部121までは、折れ曲り部121から開放端までに比べて相対的に短いので、基部側の端部から折れ曲り部121までを短手部122、折れ曲り部121から開放端までを長手部123とする。   In this monopole conductor element 120, a portion bent at a right angle is defined as a bent portion 121. Since the end from the base side to the bent part 121 is relatively shorter than from the bent part 121 to the open end, the short part 122, the bent part from the base side end to the bent part 121 The length from 121 to the open end is defined as a longitudinal portion 123.

短手部122の折れ曲り部121とは反対側の端は、給電部130に接続されている。給電部130は、地板3の一つの辺(ここでは第1辺31)において、地板側縮退分離部として機能する第2辺32とは反対側の角付近に設けられている。短手部122は、給電部130から、地板3の第1辺31に対して垂直に伸びている。一方、長手部123は、第1辺31に対して平行である。長手部123の長さは、第1辺31よりも長くなっており、長手部123の開放端の側方には第2辺32が位置する。なお、側方に位置するとは、第1辺31を含む直線に直交する垂線であって、長手部123の開放端を通る垂線が、第2辺32と交わることを意味する。   The end of the short part 122 opposite to the bent part 121 is connected to the power supply part 130. The power feeding unit 130 is provided in the vicinity of a corner on one side (here, the first side 31) of the ground plane 3 on the side opposite to the second side 32 that functions as the ground plane-side degeneration / separation section. The short part 122 extends perpendicularly to the first side 31 of the ground plane 3 from the power supply part 130. On the other hand, the longitudinal portion 123 is parallel to the first side 31. The length of the longitudinal part 123 is longer than the first side 31, and the second side 32 is located on the side of the open end of the longitudinal part 123. In addition, being located on the side means that a perpendicular that is orthogonal to the straight line including the first side 31 and that passes through the open end of the longitudinal portion 123 intersects the second side 32.

給電部130は、モノポール導体素子120の短手部122が同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続されるとともに、同軸ケーブルの外部導体が地板3と電気的に接続された構成である。   The power feeding unit 130 has a configuration in which the short part 122 of the monopole conductor element 120 is electrically connected to the inner conductor of the coaxial cable and the outer conductor of the coaxial cable is electrically connected to the ground plane 3.

(第2実施形態の効果)
この第2実施形態では、モノポール導体素子120の長手部123の開放端が、地板3の第2辺32の側方まで伸びている。したがって、第2辺32が設けられていない正方形状の地板の1辺にモノポール導体素子120を配置するよりも、逆Lアンテナ110の実効高さを高くすることができる。しかも、この第2辺32は、縮退分離部としても機能している。
(Effect of 2nd Embodiment)
In the second embodiment, the open end of the longitudinal portion 123 of the monopole conductor element 120 extends to the side of the second side 32 of the ground plane 3. Therefore, the effective height of the inverted L antenna 110 can be increased as compared with the case where the monopole conductor element 120 is disposed on one side of a square ground plane on which the second side 32 is not provided. In addition, the second side 32 also functions as a degenerate separation unit.

すなわち、この第2実施形態では、円偏波パッチアンテナ1の縮退分離部として機能している第2辺32の傾斜を活用することで、統合アンテナ装置100の大きさが大きくなることを抑制しつつ、逆Lアンテナ110の実効高さを高くすることができる。   That is, in the second embodiment, by utilizing the inclination of the second side 32 that functions as the degenerate separation unit of the circularly polarized patch antenna 1, the size of the integrated antenna device 100 is suppressed from increasing. However, the effective height of the inverted L antenna 110 can be increased.

<第3実施形態>
第3実施形態は、円偏波パッチアンテナ200の実施形態である。この円偏波パッチアンテナ200は、図7に示すように、第1実施形態の放射素子5に代えて、放射素子50を備える。この放射素子50は、対角に一組の素子側縮退分離部51、51を備えている点が、放射素子5と異なる。
<Third Embodiment>
The third embodiment is an embodiment of the circularly polarized patch antenna 200. As shown in FIG. 7, the circularly polarized patch antenna 200 includes a radiating element 50 in place of the radiating element 5 of the first embodiment. The radiating element 50 is different from the radiating element 5 in that the radiating element 50 includes a pair of element-side degenerate separation parts 51 and 51 diagonally.

この素子側縮退分離部51、51は、軸比の要求性能から定まる許容範囲の下限値程度あるいはそれよりも少し小さい大きさとされている。そのため、地板3aも、地板側縮退分離部として機能する第2辺32a、第5辺35aを備える。   The element-side degeneration / separation sections 51 and 51 have a size that is about the lower limit value of the allowable range determined from the required performance of the axial ratio or a little smaller than that. Therefore, the ground plane 3a also includes a second side 32a and a fifth side 35a that function as a ground plane-side degeneration / separation part.

ただし、これら第2辺32a、第5辺35aの長さは、放射素子50が素子側縮退分離部51、51を備えているので、第1実施形態の第2辺32、第5辺35の長さよりも短い。第2辺32a、第5辺35aが短くなっている分、第1辺31a、第3辺33a、第4辺34a、第6辺36aの長さは、第1実施形態の第1辺31、第3辺33、第4辺34、第6辺36よりも長い。   However, the lengths of the second side 32a and the fifth side 35a are the same as the lengths of the second side 32 and the fifth side 35 of the first embodiment because the radiating element 50 includes the element-side degenerate separation parts 51 and 51. Shorter than length. Since the second side 32a and the fifth side 35a are shortened, the lengths of the first side 31a, the third side 33a, the fourth side 34a, and the sixth side 36a are the first side 31, the first side 31, It is longer than the third side 33, the fourth side 34, and the sixth side 36.

この第3実施形態でも、軸比を調整する場合には、トリミングにより第2辺32a、第5辺35aの大きさを調整する。これら第2辺32a、第5辺35aは地板3aの外側部分37に形成されているので、トリミングの許容範囲の広さは第1実施形態と同様である。したがって、動作周波数での軸比の調整が容易である。   Also in the third embodiment, when adjusting the axial ratio, the sizes of the second side 32a and the fifth side 35a are adjusted by trimming. Since the second side 32a and the fifth side 35a are formed on the outer portion 37 of the ground plane 3a, the allowable range of trimming is the same as in the first embodiment. Therefore, it is easy to adjust the axial ratio at the operating frequency.

加えて、第3実施形態では、放射素子50が素子側縮退分離部51を備えているため、第2辺32a、第5辺35aが短くなる。そのため、地板3aの大きさを大きくできる。地板3aが大きくなることにより、地板3aに電子部品を配置しやすくなる。   In addition, in the third embodiment, since the radiating element 50 includes the element-side degeneration / separation part 51, the second side 32a and the fifth side 35a are shortened. Therefore, the size of the main plate 3a can be increased. By increasing the size of the ground plane 3a, electronic components can be easily arranged on the ground plane 3a.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The following modification is also contained in the technical scope of this invention, Furthermore, the summary other than the following is also included. Various modifications can be made without departing from the scope.

<変形例1、2>
たとえば、前述の第1〜第3実施形態では、地板側縮退分離部は、いずれも正方形の角部を二等辺三角形に欠落させた形状であった。しかし、地板側縮退分離部の形状は、放射素子に形成される縮退分離部の形状と同じ形状をとることができる。たとえば、地板側縮退分離部の形状は、図8に示すように、正方形の一組の角部から中心に向かって伸びる一組の長方形状の切り欠きでもよい(変形例1)。また、図9に示すように、正方形の一組の角部から、その正方形の対角線に対して互いに反対方向に突き出す一組の矩形形状の地板側縮退分離部としてもよい(変形例2)。なお、図8、図9においては、回路基板は省略している。
<Modifications 1 and 2>
For example, in the above-described first to third embodiments, each of the ground plane-side degenerate separation parts has a shape in which square corners are omitted from an isosceles triangle. However, the shape of the ground plane side degeneration / separation part can be the same as the shape of the degeneration / separation part formed in the radiating element. For example, as shown in FIG. 8, the shape of the ground plane side degeneration / separation part may be a set of rectangular notches extending from a set of squares toward the center (Modification 1). Moreover, as shown in FIG. 9, it is good also as a pair of rectangular-shaped ground-plate side degeneracy separation part which protrudes in the mutually opposite direction with respect to the square diagonal line from a set of corner | angular part of a square (modification 2). In FIG. 8 and FIG. 9, the circuit board is omitted.

<変形例3>
さらに、これまでに示した地板の形状は、正方形を基本とした形状であったが、地板の形状は正方形を基本とした形状に限られず、円偏波を放射できることが知られている素子形状と同じ形状を、本発明の地板に採用することができる。したがって、地板の形状は、円形、楕円形、多角形でもよい。地板の形状をこれらの形状とした場合、地板側縮退分離部の形状は、放射素子をこれらの形状とした場合に放射素子に形成される種々の縮退分離部の形状と同じ形状にすることができる。
<Modification 3>
Furthermore, the shape of the ground plane shown so far was a shape based on a square, but the shape of the ground plane is not limited to a shape based on a square, and it is known to be an element shape that can emit circularly polarized waves. The same shape can be used for the main plate of the present invention. Therefore, the shape of the ground plane may be circular, elliptical, or polygonal. When the shape of the ground plane is set to these shapes, the shape of the ground plane side degeneration / separation portion should be the same as the shape of various degeneration / separation portions formed in the radiating element when the radiating element is set to these shapes. it can.

<変形例4>
前述の実施形態では、地板3の大きさを、電波の波長の約1/8としていたが、地板3の大きさは前述の実施形態で示した大きさに限られず、外側部分があれば、波長の1/2あるいはそれ以下、波長の1/4など、種々の大きさとすることができる。
<Modification 4>
In the above-described embodiment, the size of the ground plane 3 is about 1/8 of the wavelength of the radio wave. However, the size of the ground plane 3 is not limited to the size shown in the above-described embodiment, and if there is an outer portion, Various sizes such as ½ or less of the wavelength and ¼ of the wavelength can be used.

<変形例5>
前述の実施形態の円偏波パッチアンテナ1は、GPS用であったが、衛星放送ラジオ用のアンテナなど、GPS用途以外にも本発明は適用できる。
<Modification 5>
Although the circularly polarized patch antenna 1 of the above-described embodiment is for GPS, the present invention can be applied to applications other than GPS, such as an antenna for satellite broadcasting radio.

1:円偏波パッチアンテナ、 2:回路基板、 3:地板、 3a:地板、 4:高誘電体基板、 5:放射素子、 6:給電部、 37:外側部分、 41:第1平面、 42:第2平面、 50:放射素子、 51:素子側縮退分離部、 80:誘電率、 100:統合アンテナ装置、 110:逆Lアンテナ、 120:モノポール導体素子、 121:折れ曲り部、 122:短手部、 123:長手部、 130:給電部、 200:円偏波パッチアンテナ 1: circularly polarized patch antenna, 2: circuit board, 3: ground plane, 3a: ground plane, 4: high dielectric substrate, 5: radiating element, 6: feeder, 37: outer portion, 41: first plane, 42 : Second plane, 50: radiating element, 51: element-side degenerate separation part, 80: dielectric constant, 100: integrated antenna device, 110: inverted L antenna, 120: monopole conductor element, 121: bent part, 122: Short part, 123: Longitudinal part, 130: Feeding part, 200: Circularly polarized patch antenna

Claims (3)

互いに対向する第1平面(41)と第2平面(42)とを備える誘電体基板(4)と、
前記第1平面に配置され、前記第1平面よりも小さい放射素子(5、50)と、
前記第2平面に配置され、前記第2平面よりも大きく、前記第2平面を含む平面方向において前記第2平面の外側に突き出している外側部分(37)を備える地板(3、3a)と、
前記地板の前記外側部分に形成された1組の地板側縮退分離部(32、32a、35、35a)と、を備えることを特徴とする円偏波パッチアンテナ。
A dielectric substrate (4) comprising a first plane (41) and a second plane (42) facing each other;
A radiating element (5, 50) disposed in the first plane and smaller than the first plane;
A ground plane (3, 3a) provided with an outer portion (37) disposed on the second plane and projecting outside the second plane in a plane direction including the second plane and larger than the second plane;
A circularly polarized patch antenna, comprising: a pair of ground plane-side degenerate separation portions (32, 32a, 35, 35a) formed on the outer portion of the ground plane.
請求項1において、
前記放射素子に形成された素子側縮退分離部(51)を備えていることを特徴とする円偏波パッチアンテナ。
In claim 1,
A circularly polarized patch antenna comprising an element-side degenerate separation part (51) formed in the radiating element.
請求項1または2の円偏波パッチアンテナ(1)と、モノポール導体素子(120)とを備えた統合アンテナ装置であって、
前記円偏波パッチアンテナの前記地板は、正方形の一組の対角が三角形状に欠落して前記地板側縮退分離部が形成された形状であり、
前記モノポール導体素子は、前記地板と同一面に設けられ、一端において給電され、他端が開放端となっており、給電側の端と前記開放端との間に折れ曲り部(121)を備え、前記開放端の側方に前記地板側縮退分離部が位置することを特徴とする統合アンテナ装置。
An integrated antenna device comprising the circularly polarized patch antenna (1) according to claim 1 or 2 and a monopole conductor element (120),
The ground plane of the circularly polarized patch antenna has a shape in which a pair of squares is missing in a triangular shape and the ground plane side degenerate separation portion is formed.
The monopole conductor element is provided on the same plane as the ground plane, is fed at one end, has an open end at the other end, and has a bent portion (121) between the end on the power feeding side and the open end. The integrated antenna device is characterized in that the ground plane side degeneration / separation part is located on a side of the open end.
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