JP7173851B2 - Dual-polarized planar antenna - Google Patents
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Description
本発明は、互いに直交する2つの偏波信号を送受信可能な偏波共用平面アンテナに関する。 The present invention relates to a dual-polarized planar antenna capable of transmitting and receiving two polarized signals orthogonal to each other.
衛星通信では、アップリンクとダウンリンクとで周波数および偏波を変えて、通信を行う方法が一般に採られている。また、地上でのユーザは移動体通信を目的とし、そのアンテナの向きが変化するため、この変化に対応できるように円偏波が用いられている。すなわち、送信と受信とで周波数を変えるとともに、その円偏波も右旋円偏波と左旋円偏波との2つの円偏波を用いている。 Satellite communications generally adopt a method of performing communications by changing the frequency and polarization between uplink and downlink. In addition, users on the ground aim for mobile communication, and since the direction of the antenna changes, circularly polarized waves are used to cope with this change. That is, the frequency is changed between transmission and reception, and two circularly polarized waves, a right-handed circularly-polarized wave and a left-handed circularly-polarized wave, are used.
そして、円偏波を送受信するためには、例えば、右旋円偏波用アンテナと左旋円偏波用アンテナを横並べに配置することが考えられるが、これでは、放射方向に直角な面における占有面積が大きくなる。このため、小型軽量化が可能な円偏波共用アンテナが知られている(例えば、特許文献1等参照。)。この円偏波共用平面アンテナは、2つのマイクロストリップアレイアンテナをそれぞれの偏波面が直交するように重ねたアンテナであり、図4に示すように、上から順に、第1の積層部110、第2の積層部120、第3の積層部130および第4の積層部140が積層されている。
In order to transmit and receive circularly polarized waves, for example, it is conceivable to arrange a right-handed circularly polarized wave antenna and a left-handed circularly polarized wave antenna side by side. Occupied area becomes larger. Therefore, circularly polarized antennas that can be made smaller and lighter are known (see, for example,
第1の積層部110は、上から順に、上層スロット板111と発砲シート112が積層され、第2の積層部120は、上から順に、上層給電素子基板121と発泡シート122が積層されている。ここで、上層給電素子基板121は、偏波信号を送信するための給電素子がマトリクス状に配列されたFPC(Flexible Printed Circuits、フレキシブルプリント回路基板)である。第3の積層部130は、上から順に、中層スロット板131と発砲シート132が積層され、第4の積層部140は、上から順に、下層給電素子基板141と発泡シート142とグランド板143が積層されている。ここで、下層給電素子基板141は、偏波信号を受信するための給電素子がマトリクス状に配列されたFPCである。
The first laminated
このような円偏波共用平面アンテナでは、リターンロス帯域が素子の結合に依存し、リターンロス帯域を広くするために無給電素子基板を積層する、という方策が一般的に採られていた。しかしながら、無給電素子基板を積層するだけでは、所望の帯域までリターンロスを広くすることができない場合があった。 In such a circularly-polarized dual-wave planar antenna, the return loss band depends on the coupling of the elements, and in order to widen the return loss band, lamination of parasitic element substrates is generally adopted. However, there have been cases where the return loss cannot be widened to a desired band only by laminating parasitic element substrates.
そこで本発明は、リターンロス特性を広帯域化することを可能にする偏波共用平面アンテナを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a dual-polarized planar antenna capable of widening the return loss characteristic.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、偏波信号を送信するための複数の給電素子がマトリクス状に配列された送信基板と、偏波信号を受信するための複数の給電素子が前記送信基板の給電素子と同位置に配列された受信基板と、を備え、前記送信基板の下側に前記受信基板が積層され、互いに直交する2つの偏波信号を送受信する偏波共用平面アンテナであって、前記送信基板の上側に、複数の無給電素子が前記給電素子と同位置に配列された無給電素子基板が積層され、前記受信基板の下側に、複数の開口が前記給電素子と同位置に配列されたスロット板が積層されており、前記開口に、リターンロスの周波数帯域を調整するためのブリッジが設けられている、ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の偏波共用平面アンテナであって、前記無給電素子基板は、前記受信基板のビーム幅を狭くして正面利得を向上させる上層無給電素子基板と、前記送信基板のビーム幅を狭くして正面利得を向上させる下層無給電素子基板と、を備え、前記上層無給電素子基板の下側に前記下層無給電素子基板が積層されている、ことを特徴とする。
The invention according to
請求項1に記載の発明によれば、複数の開口が配列されたスロット板が受信基板の下側に積層されているため、受信のリターンロス特性を広帯域化する(広帯域にわたってリターンロスを低くする)ことが可能となる。すなわち、受信基板の給電素子の下側に開口(孔)を設けることで、受信基板の厚みが厚くなったのと同等の効果が得られ、受信基板の実質的な比誘電率が下がりQ値が下がって、リターンロス特性が広帯域化するものである。このため、一般に、受信基板の基板厚さを厚くすると広帯域化を図れるが、基板厚さを厚くすることなく所望の厚みにしたままで、リターンロス特性を広帯域化することが可能となる。さらに、スロット板の開口にブリッジが設けられているため、リターンロス帯域を所望の帯域に調整することが可能となる。 According to the first aspect of the invention, since the slot plate in which a plurality of apertures are arranged is laminated on the lower side of the receiving substrate, the return loss characteristics of reception are widened (return loss is reduced over a wide band). ) becomes possible. That is, by providing an opening (hole) under the feed element of the receiving substrate, an effect equivalent to that of increasing the thickness of the receiving substrate can be obtained, and the substantial dielectric constant of the receiving substrate decreases and the Q value is reduced, and the return loss characteristic is widened. For this reason, in general, increasing the substrate thickness of the receiving substrate can increase the bandwidth, but it is possible to increase the bandwidth of the return loss characteristics while maintaining the desired thickness without increasing the substrate thickness. Furthermore, since the opening of the slot plate is provided with a bridge, it is possible to adjust the return loss band to a desired band.
しかも、スロット板を受信基板の下側に設けるだけでよいため、低コストで、かつ、他の特性に影響を与えることなく、リターンロス特性を広帯域化することが可能となる。一方、送信基板の上側に無給電素子基板が積層されているため、指向性において主ビームが絞られ利得が高められる。このように、スロット板と無給電素子基板とを積層することで、リターンロス特性を広帯域化した上で、利得を高めることが可能となる。 Moreover, since it is only necessary to provide the slot plate on the lower side of the receiving substrate, it is possible to broaden the band of return loss characteristics at low cost without affecting other characteristics. On the other hand, since the parasitic element substrate is laminated on the upper side of the transmission substrate, the directivity of the main beam is narrowed and the gain is increased. By laminating the slot plate and the parasitic element substrate in this way, it is possible to increase the gain while broadening the return loss characteristics.
請求項2に記載の発明によれば、送信基板の上側に、受信基板のビーム幅を狭くして正面利得を向上させる上層無給電素子基板と、送信基板のビーム幅を狭くして正面利得を向上させる下層無給電素子基板とが積層されているため、指向性において主ビームが絞られ利得を高めることが可能となる。
According to the second aspect of the invention, the upper parasitic element substrate for narrowing the beam width of the receiving substrate to improve the front gain and the upper parasitic element substrate for improving the front gain by narrowing the beam width of the transmission substrate are provided above the transmission substrate. Since the lower parasitic element substrate to be improved is laminated, the main beam can be narrowed in directivity and the gain can be increased.
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on the illustrated embodiments.
図1は、この発明の実施の形態に係る偏波共用平面アンテナ1の積層構造を示す分解斜視図である。この偏波共用平面アンテナ1は、マイクロ波帯の衛星通信において、互いに直交する2つの直線偏波信号を送受信する直線偏波共用平面アンテナであり、上層給電素子基板(送信基板)61の下側に下層給電素子基板(受信基板)81が積層されている。なお、偏波共用平面アンテナ1に円偏波変換器を積層することで、2つの円偏波信号を送受信可能な円偏波共用平面アンテナが構成される。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a laminated structure of a dual-polarized
偏波共用平面アンテナ1は、上から順に、第1の積層部2、第2の積層部3、第3の積層部4、第4の積層部5、第5の積層部6、第6の積層部7、第7の積層部8および第8の積層部9が積層されている。
The dual-
第1の積層部2は、上から順に、上カバー21、発泡シート(誘電体)22、中カバー23および発泡シート24が積層されている。発泡シート22、24は、発泡ポリエチレンや発泡ポリプロピレンのシート材で、後述する他の発泡シートについても同様である。
In the first laminated
第2の積層部3は、上から順に、上層無給電素子基板(無給電素子基板)31および発泡シート32が積層されている。上層無給電素子基板31は、複数の無給電素子がマトリクス状に配列された基板であり、フレキシブル基板などの絶縁性を有する薄い上層絶縁基板31aと、後述する下層給電パッチ(給電素子)81bと同位置に配列、配設された略菱形状で導電箔の複数の上層無給電パッチ(無給電素子)31bとを備えている。この上層無給電素子基板31は、その下層の発泡シート32によって、受信用の下層給電素子基板81に影響を及ぼす高さ位置に配置されている。さらに、下層給電素子基板81の励振方向に沿って延ばされた上層無給電パッチ31bの形状と発泡シート32とによって、下層給電素子基板81の指向性に影響を及ぼし、下層給電素子基板81のビーム幅を狭くして正面利得を向上させる。
In the second laminated
第3の積層部4は、上から順に、下層無給電素子基板(無給電素子基板)41および発泡シート42が積層されている。下層無給電素子基板41は、複数の無給電素子がマトリクス状に配列された基板であり、フレキシブル基板などの絶縁性を有する薄い下層絶縁基板41aと、後述する上層給電パッチ(給電素子)61bと同位置に配列、配設された矩形(略四角形)で導電箔の複数の下層無給電パッチ(無給電素子)41bとを備えている。この下層無給電素子基板41は、その下層の発泡シート42によって、送信用の上層給電素子基板61の指向性に影響を及ぼす高さ位置に配置されており、上層給電素子基板61のビーム幅を狭くして正面利得を向上させる。
In the third laminated
第4の積層部5は、上から順に、上層スロット板51および発泡シート52が積層されている。上層スロット板51は、後述する上層給電パッチ61bに対向する位置(同位置)に、矩形の開口(孔)51aが設けられている。この上層スロット板51は、シールド用の遮蔽板で導電性を有する薄板、例えばアルミニウム板で構成され、後述する中層スロット板71、下層スロット板91およびグランド板92も同様である。
The fourth laminated
第5の積層部6は、上から順に、上層給電素子基板61および発泡シート62が積層されている。上層給電素子基板61は、偏波信号を送信するための給電素子がマトリクス状に配列された基板であり、フレキシブル基板などの絶縁性を有する薄い上層給電基板61aと、上層給電基板61a上に所定間隔で配列された複数の矩形の上層給電パッチ(給電素子)61bと、この上層給電パッチ61bに給電を行う上層給電線路61cとを備えている。上層給電パッチ61bおよび上層給電線路61cは、銅、アルミニウム、金などの導電箔によって形成されている。
In the fifth laminated
第6の積層部7は、上から順に、中層スロット板71および発泡シート72が積層されている。中層スロット板71は、後述する下層給電パッチ81bに対向する位置に、矩形の開口71aが設けられている。また、この開口71aには、対角線方向を横切るブリッジ部71bが設けられている。このブリッジ部71bは、上層給電パッチ61bの送信励振方向と平行に(受信励振方向に対して90°異なる方向に)設けられており、上層給電パッチ61bの給電時には、励振に対し強い影響を及ぼして、指向性などのアンテナ特性を改善する。また、下層給電パッチ81bの励振方向と直交し、しかも、その幅が下層給電パッチ81bに比べて十分狭いため、その影響は殆どなく、他のアンテナ特性を劣化させることはない。
The sixth laminated
第7の積層部8は、上から順に、下層給電素子基板81および発泡シート82が積層されている。下層給電素子基板81は、偏波信号を受信するための給電素子がマトリクス状に配列された基板であり、フレキシブル基板などの絶縁性を有する薄い下層給電基板81aと、下層給電基板81a上に上層給電パッチ61bと同位置に配列、配設された複数の矩形の下層給電パッチ(給電素子)81bと、この下層給電パッチ81bに給電を行う下層給電線路81cとを備えている。下層給電パッチ81bおよび下層給電線路81cは、上層給電パッチ61bなどと同様の導電箔によって形成されている。
In the seventh
ここで、下層給電素子基板81が上層給電素子基板61よりも低い周波数帯域の偏波信号を受信する場合、下層給電パッチ81bのサイズは、上層給電パッチ61bよりも大きく設定されている。また、この実施の形態では、下層給電素子基板81は、受信偏波面と平行で紙面に垂直な面となる偏波信号を受信する。従って、下層給電素子基板81の励振方向もこの受信偏波面の方向となる。同様に、上層給電素子基板61は、送信偏波面と平行で紙面に垂直な面となる偏波信号を送信する。従って、上層給電素子基板61の励振方向もこの送信偏波面の方向となる。
Here, when the lower layer
第8の積層部9は、上から順に、下層スロット板(スロット板)91、グランド板92、発泡シート93、ベース板94および下カバー95が積層されている。下層スロット板91は、下層給電パッチ81bに対向する位置(同位置)に、複数の矩形の開口91aが設けられている。また、この開口91aには、対角線方向を横切るブリッジ部91bが設けられ、これにより、リターンロスの周波数帯域が調整されている。すなわち、所望の周波数帯域で所望のリターンロスが得られるように、ブリッジ部91bが設けられている。また、このブリッジ部91bは、中層スロット板71のブリッジ部71bと同方向に設けられ、上述したブリッジ部71bの効果と同等の効果が得られるようになっている。
The eighth
このような構成の偏波共用平面アンテナ1によれば、複数の開口91aが配列された下層スロット板91が下層給電素子基板81の下側に積層されているため、受信のリターンロス特性を広帯域化することが可能となる。すなわち、下層給電素子基板81の下層給電パッチ81bの下側に開口(孔)91aを設けることで、下層給電素子基板81の下層給電基板81aの厚みが厚くなったのと同等の効果が得られ、下層給電基板81aの実質的な比誘電率が下がりQ値が下がって、リターンロス特性が広帯域化するものである。このため、一般に、下層給電基板81aの厚さを厚くすると広帯域化を図れるが、厚さを厚くすることなく所望の厚みにしたままで(反射を抑制した上で)、リターンロス特性を広帯域化することが可能となる。
According to the dual-polarized
例えば、図2に示すように、周波数F1から周波数F2において所望のリターンロス値C以下であることを要する場合、リターンロス特性曲線L1に示すように、全帯域でリターンロスをC値よりも低くすることが可能となる。一方、下層スロット板91が積層されていない従来の偏波共用平面アンテナでは、リターンロス特性曲線L2に示すように、一部の周波数帯域においてリターンロスがC値よりも大きな値となってしまう。ここで、図2は、1素子当たりの特性を示し、図1に示すような複数の素子(図1では16素子)でも同様の効果が発生する。
For example, as shown in FIG. 2, when the desired return loss value C is required from frequency F1 to frequency F2, as shown in the return loss characteristic curve L1, the return loss is lower than the C value in the entire band. It becomes possible to On the other hand, in the conventional dual-polarization planar antenna in which the lower
しかも、下層スロット板91を下層給電素子基板81の下側に設けるだけでよいため、低コストで、かつ、他の特性に影響を与えることなく、リターンロス特性を広帯域化することが可能となる。一方、上層給電素子基板61の上側に上層無給電素子基板31と下層無給電素子基板41が積層されているため、指向性において主ビームが絞られ利得が高められる。このように、下層スロット板91と無給電素子基板31、41とを積層することで、リターンロス特性を広帯域化した上で、利得を高めることが可能となる。
Moreover, since the lower
また、下層スロット板91の開口91aにブリッジ部91bが設けられているため、リターンロス帯域を所望の帯域に調整することが可能となる。例えば、図2に示すように、周波数F1から周波数F2において、リターンロス値が所望のリターンロス値C以下になるように調整することが可能となる。
Further, since the
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、無給電素子基板31、41を送信用と受信用で2枚設けたが、1枚の無給電素子基板を送信用および受信用の給電素子基板61、81の両方に影響する高さ位置に配置することにより、1枚の無給電素子基板で同様の効果を得ることも可能である。また、無給電素子基板が送信および受信の両給電素子に影響する高さ位置にある場合でも、無給電素子基板のパッチの形状を対象とする給電素子の励振方向に沿って延ばすことにより、対象とする給電素子に対して影響を及ぼすようにすることも可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the specific configuration is not limited to the above-described embodiments. Included in the invention. For example, in the above embodiment, two
ところで、上記の実施の形態では、下層スロット板91の開口91aにブリッジ部91bを設けているが、開口91aのみで所望の周波数帯域で所望のリターンロス特性が得られる場合には、図3に示すように、ブリッジ部91bを設ける必要はない。また、メアンダーラインポラライザなどで構成された円偏波変換器を積層した円偏波共用平面アンテナに、本発明を適用してもよい。
By the way, in the above embodiment, the
1 偏波共用平面アンテナ
31 上層無給電素子基板(無給電素子基板)
31b 上層無給電パッチ(無給電素子)
41 下層無給電素子基板(無給電素子基板)
41b 下層無給電パッチ(無給電素子)
61 上層給電素子基板(送信基板)
61b 上層給電パッチ(給電素子)
81 下層給電素子基板(受信基板)
81b 下層給電パッチ(給電素子)
91 下層スロット板(スロット板)
91a 開口
91b ブリッジ部
1 shared
31b Upper parasitic patch (parasitic element)
41 lower parasitic element substrate (parasitic element substrate)
41b lower layer parasitic patch (parasitic element)
61 upper feeding element substrate (transmitting substrate)
61b Upper layer feeding patch (feeding element)
81 lower feed element substrate (receiving substrate)
81b Lower layer feeding patch (feeding element)
91 lower layer slot plate (slot plate)
Claims (2)
前記送信基板の上側に、複数の無給電素子が前記給電素子と同位置に配列された無給電素子基板が積層され、前記受信基板の下側に、複数の開口が前記給電素子と同位置に配列されたスロット板が積層されており、
前記開口に、リターンロスの周波数帯域を調整するためのブリッジが設けられている、
ことを特徴とする偏波共用平面アンテナ。 A transmission board in which a plurality of feed elements for transmitting polarized signals are arranged in a matrix, and a reception board in which a plurality of feed elements for receiving polarized signals are arranged at the same position as the feed elements of the transmission board. a substrate, wherein the receiving substrate is laminated under the transmitting substrate, and a dual-polarized planar antenna for transmitting and receiving two polarized signals orthogonal to each other,
A parasitic element substrate in which a plurality of parasitic elements are arranged at the same positions as the feeding elements is stacked above the transmitting substrate, and a plurality of openings are formed at the same positions as the feeding elements under the receiving substrate. Aligned slot plates are laminated ,
The aperture is provided with a bridge for adjusting the frequency band of return loss .
A dual-polarized planar antenna characterized by:
ことを特徴とする請求項1に記載の偏波共用平面アンテナ。 The parasitic element substrates include an upper parasitic element substrate that narrows the beam width of the receiving substrate to improve front gain, and a lower parasitic element substrate that narrows the beam width of the transmitting substrate to improve front gain. , wherein the lower parasitic element substrate is laminated on the lower side of the upper parasitic element substrate ,
2. The dual-polarized planar antenna according to claim 1, wherein:
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