JPH03259603A

JPH03259603A - 円偏波マイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JPH03259603A
Application number: JP5886490A
Authority: JP
Inventors: Hisao Iwasaki; 久雄岩崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1991-11-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）この発明は、円偏波信号を発生できる円偏波マイクロス
トリップアンテナに関する。

（従来の技術）自動車等の移動体と固定局または移動体と移動体との間
を衛星を介して通信する移動体衛星通信システムにおい
て、この移動体に設けられるアンテナとしては、小型・
軽量で衛星を追尾しながら通信を可能とするための広角
で高速ビーム走査が行え、しかも円偏波による電波を送
信および受信できる高性能で高機能なアンテナが要求さ
れている。第８図は、この種の移動体衛星通信システム
において用いられる第１の従来例である円偏波マイクロ
ストリップアンテナ素子２０の平面図であり、第９図は
、第８図におけるＢ−Ｂ’　ラインについての縦断面図
である。第８図および第９図において、方形状の誘導体
基板２１の上面に導体板にてなる円形状のマイクロスト
リップパッチ２２が形成され、また、この誘導体基板２
１の裏面にに地導体板２３が形成される。マイクロスト
リップパッチ２２の中央Ｑより図中右寄りの箇所に、こ
のパッチ２２と電気的に接続した導体ピン２４が誘導体
基板２１を貫通して設けられ、この導体ピン２４の他端
は、地導体板２３を非接触に貫通し、地導体板２３の裏
面に設けられたコネクタ２５の中央電極２５ａに接続さ
れる。コネクタ２５の外側電極２５ｂは地導体板２３と
電気的に接続される。２９は、前記導体ピン２４の位置
よりＱを中心として９０°回転した箇所に設けられた導
体ピンであり、この導体ピン２９にも、前記コネクタ２
５と同様なコネクタ３０（図示せず）が設けられている
。

ここで、コネクタ２５あるいはコネクタ３０のいずれか
一方に９０°位相を遅らせる移相器を挿入し、このコネ
クタ２５．３０を介し、それぞれ互いに位相差９０＠の
関係にある信号をパッチ２２に給電すれば、この円偏波
マイクロストリップアンテナ２０より、円偏波の電波が
放射される。

第１０図は、上記の移動体衛星通信システムに用いられ
る第２の従来例である円偏波マイクロストリップアンテ
ナ４０の平面図であり、第１１図は、第１０図のｃ−ｃ
’　ラインについての縦断面図である。

前記の従来例と同様に、誘導体基板４１のそれぞれの面
にマイクロストリップパッチ４２と地導体板４３が形成
され、また、前述の導体ピン２４と同じ位置に導体ピン
４４および中央電極４５ａと外側電極４５ｂよりなるコ
ネクタ４５が設けられている。そして、マイクロストリ
ップパッチ４２の中央Ｑと導体ピン４４の位置を結ぶラ
イン４５″の角度をなすライン４５のマイクロストリッ
プパッチの周縁に“コ”の字形状の切欠４２ａ１４２ｂ
が設けられている。このように形成された円偏波マイク
ロストリップアンテナ４０に対しコネクタ４５より信号
を供給すると、円偏波の電波が放射される。

前記の従来例と同様に、第１２図は、上記の移動体衛星
通信システムに用いられる第３の従来例である円偏波マ
イクロストリップアンテナ５０の平面図であり、第１３
図は、第１２図のＤ−Ｄ’ラインについての縦断面図で
ある。誘導体基板５１のそれぞれの面にマイスフロスト
リップバッチ５２と地導体板５３が形成され、また、前
述と同じ位置に中央電極５５ａと外側電極５５ｂよりな
るコネクタ５５が設けられている。そして、マイクロス
トリップパッチ５２の中央Ｑとコネクタ５５の位置を結
ぶラインと４５°の角度をなすライン上でＱを中心にマ
イクロストリップパッチの中心にスロット５６が設けら
れている。この場合、円偏波を発生させるためにはスロ
ット５６の長さは微小でなければならない。このように
形成された円偏波マイクロストリップアンテナ５０に対
しコネクタ５５より信号を供給すると、スロットがない
パッチアンテナとほぼ同じ共振周波数て円偏波の電波が
放射される。

上記第１、第２あるいは第３の従来例のアンテナ２０，
４０，５０を複数個アレー状に配列し、そして、各々の
アンテナのコネクタに可変移相器を接続し、これらの可
変移相器の他端を、電力分配／合成器を介して送信機ま
たは受信機に接続する。このようにして構成したシステ
ムにおいて、各移相器における位相量を制御することに
より、ビーム走査が行われる。

（発明が解決しようとする課題）ところが、第１の従来例のアンテナ２０においては、２
個の導体ピン２４．２９およびコネクタ２５．３０と、
円偏波を発生させるために９０’移相器を必要とし、ま
た、第２．３の従来例のアンテナ４０．５０においても
導体ピン４４．５４を必要とし、構造が複雑なために製
作工程が増え製造コストが高くつく。また、第３の実施
例での共振周波数は、スロットがないときのパッチアン
テナの共振周波数と同しであるため、帯域幅を広げるた
めに基板の厚さを厚くするとアンテナの半径が大きくな
りアレー配列の間隔に制限が生じ、また、素子間の相互
結合か大きくなりビーム走査時における放射指向性等の
アレーアンテナの特性を劣化させる。

第１．２．３の従来例共にケーブルを介して可変移相器
や電力分配／合成器に接続するため給電損失が大きくな
り、これらの機能回路を含めたアンテナシステムの形状
が大きくなるという問題があった。

この発明の目的は、以上の問題を解決し、従来例に比較
してアンテナ素子と給電系ともに小型であって良好な円
偏波特性を有する円偏波マイクロストリップアンテナを
提供することにある。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）前述した目的を達成するために本発明はマイクロストリ
ップ線路と、前記マイクロストリップ線路を挟んで互い
に接合された第１および第２の誘電体基板と、前記第１
の誘電体基板の一面に設けられる地導体板と、前記第２
の誘電体基板の一面に設けら、２本以上の異なる長さの
スロットを直交方向に有するマイクロストリップパッチ
と、を具備する円偏波マイクロストリップアンテナ。

（作用）本発明では、長さが異なる２本以上のスロットが設けら
れたマイクロストリップパッチを、マイクロストリップ
線路で励振するように構成したものであるため、各構成
部材を多層に重ね合せ一体的に形成するができ、長さが
異なる　２本以上のスロットを設けることで共振周波数
の低下を図ることができ、さらに、アンテナ半径とスロ
ット長の関係で任意に共振周波数を制御できる。

また、本アンテナは、素子アンテナと給電系共に小型に
なり、製作工程も容易となる。

（実施例）以下、この発明の一実施例に基づき説明する。

第１図および第２図に、この発明の一実施例である円偏
波マイクロストリップアンテナの分解斜視図および平面
図を示しており、また、第２図におけるＡ−Ａ’　ライ
ンについての縦断面図を第３図に示しである。

第１図、第２図および第３図において、１は方形状で所
定厚の地導体板で、２は導体板からなる円形マイクロス
トリップパッチで、３はマイクロストリップ線路で、円
形マイクロストリップパッチ２のほぼ中央には、マイク
ロストリップ線路に。

対し約４５″となる角度を有する十字状のスロット４が
設けられている。この十字スロット４における　２本の
スロット４ａ、４ｂは、所定幅で長さがそれぞれＬｓａ
とＬｓａより所定長短いＬｓｂであり、各々のスロット
長の半分のところで双方のスロットが直交している。

このマイクロストリップ線路の上下面には同一の大きさ
の誘導体基板５．６がそれぞれ接合されている。そして
、上部の誘導体基板５の上面はぼ中央には、円板状のマ
イクロストリップパッチ２が設けられている。また、マ
イクロストリップ線路３の他端３ｂは、十字スロット４
の交点より８１だけ短い。

以上の構成とし、マイクロストリップ線路３より、マイ
クロストリップパッチ２を励振すれば、マイクロストリ
ップパッチ２上に形成したスロット４ａにより共振周波
数ｆａを有する第１の直線偏波マイクロストリップアン
テナが形成され、他のスロット４ｂにより共振周波数ｆ
ａより高い共振周波数であるｆｂを有する第２の直線偏
波マイクロストリップアンテナが形成される。これらの
共振周波数ｆａＳｆｂは、スロット４ａ、４ｂがないパ
ッチアンテナの共振周波数より低い。また、スロット長
を長くするにつれ共振周波数は単調に減少する。

以上のことにより、第１、第２の直線偏波マイクロスト
リップアンテナの励振電流の振幅値と位相値の周波数特
性は、第４図に示すようになる。

２つの直線偏波マイクロストリップアンテナの励振電流
ＩａＳ　Ｉｂの振幅値が等しく、位相差が９０になる周
波数ｆＯにおいて、第１および第２のアンテナより放射
される直線偏波が空間的に合成されることにより、円偏
波アンテナとして機能する。この実施例のごとく、スロ
ット４ａの長さＬＳａがスロット４ｂの長さＬｓｂより
長いと、右旋円偏波を発生させることができ、逆に、ス
ロット４ｂをスロット４ａより長くすれば左旋円偏波を
発生させることができる。なお、マイクロストリップ線
路３における長さＳｌを変化させることにより、上記円
偏波マイクロストリップアンテナの人力インピーダンス
のりアクタンス戊分が変化する、したがって、この長さ
は、上記円偏波マイクロストリップアンテナの人力イン
ピーダンスに対して整合するように設定される。

以上説明したように、共振周波数の異なる第１の直線偏
波マイクロストリップアンテナと、第２の直線偏波マイ
クロストリップアンテナと一体的に形成することにより
、円偏波アンテナを構成しているので、円偏波発生のた
めの９０°移相器を用いる必要がなく、しかも給電線路
かマイクロストリップ線路３のみであるので、従来例に
比べ製作工程が容易な円偏波マイクロストリップアンテ
ナを実現できる。

また、円形マイクロストリップバッチにスロット４を設
けたときのバッチアンテナの共振周波数は、スロット４
を設けないときのパッチアンテナの共振周波数より低い
。すなわち、同一の共振周波数を得るために必要なアン
テナの半径は小さくて済む。したがって、従来例と比較
してアンテナの半径を小さくできるので、グレーティン
グローブの発生を抑え、広角ビーム走査が行えるように
、アンテナ素子の間隔を密にでき、かつ、素子間の相互
結合を小さくできる。さらに、素子アンテナと給電線路
を小型にすることもできる。

第１図ないし第３図に示した実施例の円偏波マイクロス
トリップアンテナにおいて、誘導体５と６の厚さを１．
８＋ｕとし、比誘電率は共に２．５５とした。また、マ
イクロストリップバッチ２の半径「を３３．３８＋ｍと
し、スロット４ａの長さＬｓａを２０．０ｍｍ、スロッ
ト４ｂの長さＬｓｂを１２　、０　ｍｍとし、右旋円偏
波マイクロストリップアンテナを構成した。

そして、マイクロストリップ線路３の幅Ｗは特性インピ
ーダンスが５０Ωとなるように設定し、Ｓｌの長さは２
５，０關とした。

スロット４ａと４ｂの長さＬｓａとＬｓｂを共に零とし
たときの、このマイクロストリップバッチアンテナの共
振周波数は１．５５ＧＨｚである。

第５図は、第１図ないし第３図に示した円偏波マイクロ
ストリップアンテナの入力端である。マイクロストリッ
プ線路３の端部３ａに、１　、４ＧＨｚから１　、８Ｇ
Ｈｚまでの信号を人力した場合における反射損失の周波
数特性である。この第５図に示すように、第１および第
２の直線偏波マイクロストリップアンテナの共振周波数
ｆ１、ｆ２およびｆＯは、１．５１４ＧＨｚ、　１．５
４５ＧＨｚＳ１．５３ＧＨｚである。従来例３での共振
周波数は１．５５ＧＨｚになるのに対し、この発明では
、１．５３ＧＨｚに共振周波数ｆＯが低下している。第
６図は、１．５３ＧＨ２における放射指向特性であり、
最大放射方向であるθ−０度における放射電力をＯｄＢ
に正規化して示している。この第６図でわかるように、
上記円偏波アンテナは、正面方向において、０　、５ｄ
Ｂの軸比か得られた。図７は、スロット長Ｌｓａを、ア
ンテナの直径程度である６１．０ｍｍ５Ｌｓｂを８０．
５ｍ＋＊としたときの、共振周波数である０、９８ＧＨ
ｚにおける放射指向性で、正面方向において０．７ｄＢ
の軸比が得られている。

このように、十字スロットの長さを長くすることて従来
例に比べ、６３％共振周波数を低下させることができた
。また、従来例１．２．３において、０．９８０Ｈの共
振周波数を得るためのアンテナ半径は５４．２７ｍ重で
ある。本発゛明は３３．３６ｍｍであるため、アンテナ
素子の小型化が図られていることがわかる。

上記の実験結果より、良好な円偏波特性を有する円偏波
マイクロストリップアンテナを実現できることがわかっ
た。

なお、以上の実施例では、マイクロストリップパッチ２
を円板形状としたが、これに限定されず、矩形または正
方形等の他の形状であってもよい。

また、十字スロット４を、マイクロストリップパッチ２
の中央部に対向する位置に設けたが、中央からオフセッ
トした位置であっても差支えない。

また、それぞれのスロットの中央で交差する十字スロッ
トでなく、任意に位置で交差してもよく、さらに、交差
せずに別々であってもよい。また、そのスロットの数は
２本以上でもよい。

また、マイクロストリップ線路３を挾む誘電体基板５と
６の厚さ、比誘電率が異なってもよい。

さらに、マイクロストリップ線路３を用いた例で説明し
たが、従来と同じく、セミリジットケーブル等の同軸線
路を用い、地導体板１の裏面から給電しても、共振周波
数の低下が図れた円偏波アンテナが実現できるという同
様な効果が得られる。

以上の実施例では、円偏波マイクロストリップアンテナ
の特性について述べたが、従来例で述べてごとく、ビー
ム走査を行わせるためには、この円偏波マイクロストリ
ップアンテナを複数個アレー状に配列し、各々のアンテ
ナのマイクロストリップ線路３に可変移相器を接続し、
これらの可変移相器の他端に電力分配／合成器を介して
送信機または受信機を接続し、可変移相器における各位
相量を制御できるように構成することもてきる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、長さが異なる
　２本以上のスロットが設けられたマイクロストリップ
パッチを、マイクロストリップ線路で励振するように構
成したものであるため、各構成部材を多層に重ね合せ一
体的に形成するができ、長さが異なる　２本以上のスロ
ットを設けることで共振周波数の低下を図ることができ
、さらに、アンテナ半径とスロット長の関係で任意に共
振周波数を制御できる。また、本アンテナは、素子アン
テナと給電系共に小型になり、製作工程も容易となり、
しかも、良好な円偏波特性を有する円偏波マイクロスト
リップアンテナを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の円偏波マイクロストリップアンテ
ナの一実施例を示す分解斜視図、第２図は、第１図の円
偏波マイクロストリップアンテナにおける平面図、第３
図は、第２図の平面図におけるＡ−Ａ’　ラインについ
ての縦断面図、第４図（ａ）は、第１図ないし第３図図
示の円偏波マイクロストリップアンテナにおける第１お
よび第２の直線偏波マイクロストリップアンテナの励振
電流の振幅値の周波数特性、第４図（ｂ）は、第１図な
いし第３図図示の円偏波マイクロストリップアンテナに
おける第１および第２の直線偏波マイクロストリップア
ンテナの励振電流の位相値の周波数特性を示す原理図、
第５図は、第１図ないし第３図図示の円偏波マイクロス
トリップアンテナで得られた、アンテナ入力端における
反射損失量の周波数特性を示す図、第６図、７図は、第
１図ないし第３図図示の円偏波マイクロストリップアン
テナで得られた、アンテナの放射指向性図、第８図は、
第１の従来例である円偏波マイクロストリップアンテナ
の平面図、第９図は、第８図の平面図におけるＢ−Ｂ’
　ラインに対する縦断面図、第１０図は、第２の従来例
である円偏波マイクロストリップアンテナの平面図、第
１１図は、第１０図の平面図におけるｃ−ｃ’　ライン
に対する縦断面図、第１２図は、第３の従来例である円
偏波マイクロストリップアンテナの平面図、第１３図は
、第１２図の平面図におけるＤ−Ｄ’　ラインに対する
縦断面図りである。１・・・・・・・・・地導体板２・・・・・・・・・円形パッチ３・・・・・・・・・マイクロストリップ線路４・・・
・・・・・・十字スロット５．６・・・誘電体基板４千文７ＶＤ−１）−

Claims

【特許請求の範囲】　マイクロストリップ線路と、前記マイクロストリップ線路を挟んで互いに接合された
第１および第２の誘電体基板と、前記第１の誘電体基板の一面に設けられる地導体板と、前記第２の誘電体基板の一面に設けら、２本以上の異な
る長さのスロットを直交方向に有するマイクロストリッ
プパッチと、を具備する円偏波マイクロストリップアンテナ。