JPH04216203A - Compact antenna with matching circuit - Google Patents

Compact antenna with matching circuit

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JPH04216203A
JPH04216203A JP41111690A JP41111690A JPH04216203A JP H04216203 A JPH04216203 A JP H04216203A JP 41111690 A JP41111690 A JP 41111690A JP 41111690 A JP41111690 A JP 41111690A JP H04216203 A JPH04216203 A JP H04216203A
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JP
Japan
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matching circuit
antenna
wavelength
impedance
small
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Application number
JP41111690A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichiro Ito
伊藤圭一郎
Osamu Ishii
修 石井
Yasuhiro Koshimoto
越本泰弘
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH04216203A publication Critical patent/JPH04216203A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a compact antenna having high efficiency and a wide band by adding an imbalanced transmission line to a resonance type element, which is shorter in comparison with a wavelength, and a 1/4 wavelength matching circuit. CONSTITUTION:As a feeder line, an imbalanced transmission line 3 is directly connected to the side, where no radiator 1 is connected, of a balanced 1/4 wavelength matching circuit 2. This is for obtaining a balance function at the matching circuit 2 itself and transforming transmission from the balanced system of the radiator 1 to the imbalanced system of the feeder line 3 by utilizing a fact that the terminal part not connecting the radiator 1 of the 1/4 wavelength matching circuit 2 becomes the joint of current distribution and the crest of voltage distribution. Therefore, it is not necessary to externally attach a balance, miniaturization and production can be facilitated, and the loss can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、高周波領域で使用する
整合回路付き小形アンテナに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small antenna with a matching circuit used in a high frequency range.

【0002】0002

【従来技術】従来より、一般的に使用されているアンテ
ナの放射素子は、例えば半波長ダイポールのように、そ
の放射抵抗が素子を構成する導体の損失抵抗に比較して
十分大きいため、アンテナの効率がほぼ1に近い値が得
られる。また、このような素子はほぼ共振状態で使用す
るため、その入力インピーダンスが送受信機の入出力イ
ンピーダンス、すなわち給電系のインピーダンスに整合
し易い値となり、整合回路も比較的簡易で低損失なもの
が使用でき、通常の使用には十分なものといえる。
[Prior Art] Conventionally, commonly used antenna radiating elements, such as half-wavelength dipoles, have a radiation resistance that is sufficiently large compared to the loss resistance of the conductor that constitutes the element. An efficiency value close to 1 is obtained. In addition, since such elements are used in a nearly resonant state, their input impedance becomes a value that is easily matched to the input/output impedance of the transmitter/receiver, that is, the impedance of the power supply system, and the matching circuit is relatively simple and has low loss. It can be used and is sufficient for normal use.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】一方、長波帯用アンテ
ナや携帯無線機用アンテナのように、アンテナの寸法に
制約がある場合には放射素子の寸法が電磁波の波長に比
べて非常に小さいアンテナを使用する必要性が生じてく
る。このような、いわゆる微小アンテナの放射抵抗は、
素子長の2乗に比例して小さくなるため、素子を構成す
る導体の損失抵抗が無視できなくなり、アンテナの効率
は大きく劣化する。また、放射抵抗の低下にともない、
素子の入力インピーダンスの抵抗成分、すなわち放射抵
抗と導体抵抗の和も例えば0.1〜1Ω程度と、非常に
小さくなるので、給電系のインピーダンス(50Ω)と
の整合が難しくなる。
[Problem to be Solved by the Invention] On the other hand, when there are restrictions on the dimensions of the antenna, such as long-wave band antennas or antennas for portable radios, the dimensions of the radiating element are very small compared to the wavelength of the electromagnetic waves. The need arises to use . The radiation resistance of such a so-called micro antenna is
Since it decreases in proportion to the square of the element length, the loss resistance of the conductor that constitutes the element cannot be ignored, and the efficiency of the antenna greatly deteriorates. In addition, as the radiation resistance decreases,
The resistance component of the input impedance of the element, that is, the sum of the radiation resistance and the conductor resistance, is also very small, for example, about 0.1 to 1Ω, making it difficult to match it with the impedance of the power supply system (50Ω).

【0004】更に、微小ダイポール、微小ループ等の非
共振形放射素子では入力インピーダンスのリアクタンス
成分が抵抗成分の数万〜数十万倍と非常に大きくなるた
め、インピーダンス整合が一層困難なものとなる。その
ため従来は、微小アンテナを使用する場合、放射素子の
入力インピーダンスと給電系のインピーダンスを整合す
るための回路として、2個のコンデンサまたはコイル等
の集中定数素子を放射抵抗素子に直列および並列に接続
するものあるいは、分布定数線路によるスタブを給電線
路に並列接続するもの等が良く使用されていた。
Furthermore, in non-resonant radiating elements such as micro dipoles and micro loops, the reactance component of the input impedance is extremely large, tens to hundreds of thousands of times as large as the resistance component, making impedance matching even more difficult. . Therefore, conventionally, when using a micro antenna, two lumped constant elements such as capacitors or coils are connected in series and parallel to a radiation resistance element as a circuit to match the input impedance of the radiating element and the impedance of the feeding system. A commonly used method was one in which a stub using a distributed constant line was connected in parallel to the feed line.

【0005】しかし前述のように、放射素子の入力イン
ピーダンスと給電系のインピーダンスが大きく異なるた
め、整合回路における集中定数の値や、寸法およびそれ
らの接続位置の誤差が整合回路の特性に及ぼす影響が非
常に大きくなり、整合回路の設計および製作が難しかっ
た。同じ理由から整合回路自体の損失も、通常のアンテ
ナの整合回路に比べ大きくなるため、整合回路を含めた
アンテナ系の効率は0.1〜0.01程度と非常に低い
ものであった。また、放射素子に非共振形素子を使用し
た場合、非常に大きな入力リアクタンスを整合回路で打
ち消すことが必要となり、アンテナの使用可能な周波数
帯域幅が非常に狭くなる。更に、使用する周波数が高く
、UHF帯以上である場合、浮遊容量等のため理想的な
集中定数素子の実現が困難となること、また放射素子自
体が非常に小さくなりコンデンサやコイルが集中定数と
して扱えなくなることから、整合回路をスタブで構成す
ることが多くなるが、この場合はスタブの周波数特性の
ため、狭帯域化がより顕著になる。
However, as mentioned above, since the input impedance of the radiating element and the impedance of the feed system are significantly different, errors in the values of lumped constants in the matching circuit, their dimensions, and their connection positions have a large influence on the characteristics of the matching circuit. It became very large, making it difficult to design and fabricate the matching circuit. For the same reason, the loss of the matching circuit itself is larger than that of a matching circuit of a normal antenna, so the efficiency of the antenna system including the matching circuit is extremely low, at about 0.1 to 0.01. Furthermore, when a non-resonant type element is used as a radiating element, it is necessary to cancel out a very large input reactance with a matching circuit, and the usable frequency bandwidth of the antenna becomes very narrow. Furthermore, when the frequency used is high, above the UHF band, it becomes difficult to realize an ideal lumped constant element due to stray capacitance, etc., and the radiating element itself becomes very small, causing the capacitor or coil to act as a lumped constant element. Therefore, matching circuits are often constructed with stubs, but in this case, the narrowing of the band becomes more noticeable due to the frequency characteristics of the stubs.

【0006】小形アンテナの効率を改善するため、アン
テナ素子や整合回路を超伝導材で作製した例も見受けら
れるが、従来の例では、微小ダイポールや微小ループと
、集中定数素子やスタブを用いた整合回路とを組み合わ
せたものがほとんどであり、狭帯域であったり、整合回
路の損失が十分低くならず、効率が余り高くない等の問
題が残されていた。また多くの場合は、給電線路は不平
衡伝送姿態の伝送線路であるために、微小ダイポールや
微小ループを用いた場合には、平衡伝送姿態から不平衡
伝送姿態への変換を行う必要がある。そのため従来の例
では、常伝導のバランを外付けしており、その損失によ
り更に効率が低下したり、アンテナ素子と整合回路とバ
ランを合わせた寸法は必ずしも小形にはならない等の欠
点があった。本発明の目的は、小形の放射素子と簡易な
インピーダンス整合回路により、効率が高く、しかも広
帯域な小形アンテナを実現することにある。
[0006] In order to improve the efficiency of small antennas, there are some examples in which antenna elements and matching circuits are made of superconducting materials, but in conventional examples, micro dipoles, micro loops, lumped constant elements, and stubs have been used. Most of them are combined with a matching circuit, and there remain problems such as the band being narrow, the loss of the matching circuit not being sufficiently low, and the efficiency not being very high. Furthermore, in many cases, the feed line is a transmission line with an unbalanced transmission mode, so when a minute dipole or a minute loop is used, it is necessary to convert the balanced transmission mode to the unbalanced transmission mode. Therefore, in the conventional example, a normally conducting balun is attached externally, which has disadvantages such as the loss further reduces the efficiency and the combined size of the antenna element, matching circuit, and balun cannot necessarily be made small. . An object of the present invention is to realize a small antenna with high efficiency and a wide band using a small radiating element and a simple impedance matching circuit.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、波長に比べて短い共振形エレメント
と、一段または多段の4分の1波長整合回路またはテー
パ線路形整合回路を備えたものと、更にこれに不平衡伝
送線路を備えたものである。
[Means for Solving the Problems] In order to solve these problems, the present invention uses a resonant element that is shorter than the wavelength, and a quarter wavelength matching circuit or a tapered line matching circuit in one stage or in multiple stages. one with an unbalanced transmission line, and the other with an unbalanced transmission line.

【0008】[0008]

【作用】共振形エレメントと4分の1波長整合回路出整
合がとれ、更に不平衡伝送線路を付加することによって
バランが不要になる。
[Operation] Matching is achieved between the resonant element and the quarter-wavelength matching circuit output, and by adding an unbalanced transmission line, a balun is no longer necessary.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明による小形アンテナの例である
。1は放射素子、2は平衡4分の1波長整合回路、21
は整合回路を構成する導体、22は整合回路を構成する
誘電体、3は給電線路である不平衡伝送線路、31は不
平衡伝送線路を構成する導体、32は不平衡伝送線路を
構成する誘電体を示している。アンテナ系の効率を最良
のものとしたい場合は、放射素子1と導体21と導体3
1の少なくとも一つを超伝導材で構成すれば良い。超伝
導材を使用する場合、材料を超伝導状態に転移させるた
め、アンテナ系を冷却する必要があるが、イットリウム
系超伝導材(YBa2Cu3Ox;超伝導転移温度は約
90°K)等のいわゆる高温超伝導材を用いれば、図5
のように液体窒素を冷媒とする簡易な冷却系で十分使用
可能となる。 図5において6は超伝導材で構成したアンテナ、7は給
電線,8aと8bはガラス製デュワー瓶、9は液体窒素
を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an example of a small antenna according to the present invention. 1 is a radiating element, 2 is a balanced quarter wavelength matching circuit, 21
22 is a conductor that forms a matching circuit; 22 is a dielectric that forms a matching circuit; 3 is an unbalanced transmission line that is a feed line; 31 is a conductor that forms an unbalanced transmission line; and 32 is a dielectric that forms an unbalanced transmission line. Showing body. If you want to maximize the efficiency of the antenna system, radiating element 1, conductor 21, and conductor 3
At least one of 1 may be made of a superconducting material. When using superconducting materials, it is necessary to cool the antenna system in order to transform the material into a superconducting state. If superconducting material is used, Figure 5
A simple cooling system using liquid nitrogen as the refrigerant can be used. In FIG. 5, 6 is an antenna made of superconducting material, 7 is a feeder line, 8a and 8b are glass Dewar bottles, and 9 is liquid nitrogen.

【0010】従来技術の項で述べたように、電磁波の波
長に比べて非常に小さい放射素子の入力インピーダンス
は、給電系のインピーダンスと大きく異なるため、これ
らのインピーダンス整合をいかに行うかがアンテナ構成
の重要な点となる。以下、第1の例に基づいてアンテナ
の動作を整合回路を含めて説明する。
As mentioned in the section on the prior art, the input impedance of the radiating element, which is very small compared to the wavelength of the electromagnetic wave, differs greatly from the impedance of the feed system, so how to match these impedances depends on the antenna configuration. This is an important point. Hereinafter, the operation of the antenna including the matching circuit will be explained based on the first example.

【0011】先ず、整合回路としては原理的にはいかな
るインピーダンスも整合可能なスタブ整合回路が考えら
れるがこれはスタブの持つリアクタンスを利用するもの
であり、このリアクタンス自体が大きな周波数依存特性
を持つうえ、給電線上のスタブを接続すべき位置も周波
数によって変化するため、この回路は非常に狭帯域とな
る。そこで本願は、整合回路2としては、スタブ整合回
路に比べて広帯域であること、分布定数回路であるから
高い周波数でも理想的に動作すること、構造が簡単で設
計・製作が容易である等の特徴を有する平衡4分の1波
長整合回路のみを用いることとし、他にスタブや集中定
数素子は一切用いない構成としている。これにより本願
の整合回路は、スタブを用いた整合回路に比べて広帯域
な動作が可能となる。例えば入力抵抗O.1Ωの放射素
子とインピーダンス50Ωの給電系を接続する場合、誘
電体の誘電率を2.6、線路幅を2mm、2導体の間隔
を50μm、長さを自由空間での波長の6分の1とした
平行線路を用いれば、整合回路が容易に実現できる。な
お、この時使用する誘電体としては、誘電損失が小さい
ものを選定することが重要である。
First, a stub matching circuit that can match any impedance in principle can be considered as a matching circuit, but this uses the reactance of the stub, and this reactance itself has large frequency-dependent characteristics. , the position where the stub should be connected on the feeder line also changes depending on the frequency, so this circuit has a very narrow band. Therefore, the present application proposes that the matching circuit 2 has a wider band than a stub matching circuit, operates ideally even at high frequencies because it is a distributed constant circuit, and has a simple structure and is easy to design and manufacture. Only the characteristic balanced quarter-wavelength matching circuit is used, and no other stubs or lumped constant elements are used. As a result, the matching circuit of the present application can operate in a wider band than a matching circuit using a stub. For example, input resistance O. When connecting a 1Ω radiating element and a feed system with an impedance of 50Ω, the dielectric constant is 2.6, the line width is 2mm, the distance between the two conductors is 50μm, and the length is 1/6 of the wavelength in free space. If parallel lines are used, a matching circuit can be easily realized. Note that it is important to select a dielectric material with low dielectric loss as the dielectric material used at this time.

【0012】本願では、平衡4分の1波長整合回路2の
放射素子を接続しない側の端部に不平衡伝送線路3を給
電線路として直接接続する構成を取っている。これは4
分の1波長整合回路の放射素子を接続しない側の端部が
電流分布の節、電圧分布の腹となることを利用して、整
合回路自体にバランの機能を持たせ、放射素子の平衡系
から給電線路の不平衡系への伝送姿態変換を行うためで
ある。一般に、送受信機の入出力端子や給電線路は不平
衡系を使用することが多いため、このような構成を用い
れば、バランを外付けする必要が無くなり、小形化や製
作の容易さの点で、また低損失の点でも有利となる。図
1(a)は不平衡伝送線路3に同軸線路を用いた例であ
り、(b)は不平衡伝送線路3aにマイクロストリップ
線路31a,32aを用いた例である。
In the present invention, an unbalanced transmission line 3 is directly connected as a feed line to the end of the balanced quarter-wavelength matching circuit 2 on the side to which the radiating element is not connected. This is 4
Taking advantage of the fact that the end of the half-wavelength matching circuit on which the radiating element is not connected becomes a node of the current distribution and an antinode of the voltage distribution, the matching circuit itself has a balun function, and the balanced system of the radiating element This is to change the transmission mode from the feed line to the unbalanced system. In general, the input/output terminals and feed lines of transmitters and receivers often use unbalanced systems, so using this type of configuration eliminates the need for an external balun, resulting in miniaturization and ease of manufacturing. , it is also advantageous in terms of low loss. FIG. 1A shows an example in which a coaxial line is used as the unbalanced transmission line 3, and FIG. 1B shows an example in which microstrip lines 31a and 32a are used in the unbalanced transmission line 3a.

【0013】次に、前記整合回路を用いる場合は、放射
素子の入力リアクタンスが零である必要があるため、放
射素子1としては、スタブや集中定数素子を付加するこ
と無く入力リアクタンスを零にできる自己共振形素子を
用いている。自己共振形素子を用いればスタブ等を使用
せずに済むため、広帯域な動作が期待できる。図1はい
ずれも小形ヘリカル素子を用いた例であり、螺旋の直径
を60分の1波長、ピッチを600分の1波長、卷線数
を7.5卷(素子長は80分の1波長)としたとき、共
振状態すなわち入力リアクタンスが0となり、放射抵抗
は約0.1Ωとなる。
[0013] Next, when using the matching circuit, the input reactance of the radiating element must be zero, so the input reactance of the radiating element 1 can be made zero without adding a stub or a lumped constant element. A self-resonant element is used. If a self-resonant element is used, there is no need to use a stub or the like, so broadband operation can be expected. Figure 1 shows an example using a small helical element. ), the resonance state, that is, the input reactance becomes 0, and the radiation resistance becomes approximately 0.1Ω.

【0014】更に、前記の構成によるアンテナにおいて
、整合回路等を含むアンテナ系の効率を最良なものとす
るため、放射素子1と整合回路を構成する導体21と不
平衡伝送線路を構成する導体31の少なくとも一つを超
伝導材で作製する。前述したように、微小な放射素子に
おいては放射抵抗が非常に小さいため、素子導体のわず
かな損失抵抗によってもアンテナの効率が大きく劣化す
る。また、放射素子の入力抵抗と給電系のインピーダン
スが大きく異なるため、整合回路上に大きな定在波が生
じ、整合回路を構成する導体のわずかな損失抵抗によっ
ても整合回路の効率が大きく劣化する。
Furthermore, in the antenna having the above configuration, in order to maximize the efficiency of the antenna system including the matching circuit, etc., the radiating element 1, the conductor 21 forming the matching circuit, and the conductor 31 forming the unbalanced transmission line. At least one of them is made of a superconducting material. As mentioned above, since the radiation resistance of a minute radiating element is very small, even a small loss resistance of the element conductor significantly degrades the efficiency of the antenna. Further, since the input resistance of the radiating element and the impedance of the feeding system are significantly different, a large standing wave is generated on the matching circuit, and even a small loss resistance of the conductor forming the matching circuit significantly degrades the efficiency of the matching circuit.

【0015】また、アレーアンテナの給電回路のように
、給電線路をかなり長く引き回す必要がある場合には、
給電線路を構成する導体のわずかな損失抵抗によっても
給電回路の効率が大きく劣化する。従って、放射素子と
整合回路を構成する導体と不平衡伝送線路を構成する導
体の少なくとも一つが超伝導状態となればその損失抵抗
が通常の金属に比べ非常に小さくなるため、本アンテナ
は高い効率が得られることになる。
[0015] Furthermore, when it is necessary to route the feed line for a considerable length, such as in a feed circuit for an array antenna,
Even a small loss resistance of the conductor forming the feed line significantly degrades the efficiency of the feed circuit. Therefore, if at least one of the radiating elements, the conductors that make up the matching circuit, and the conductors that make up the unbalanced transmission line become superconducting, the loss resistance will be much smaller than that of ordinary metals, making this antenna highly efficient. will be obtained.

【0016】例えば、図2のAおよびBに図1(b)の
構成で素子長を50分の1波長としたアンテナの絶対利
得の実測値を示す。Aは放射素子1と整合回路を構成す
る導体21と、不平衡線路を構成する導体31の全てを
銅材で構成した場合の室温での絶対利得であり、−8.
9dBiが得られている。Bは放射素子1と整合回路を
構成する導体21と、不平衡線路を構成する導体31の
全てをイットリウム系超伝導材で構成した場合の約80
°Kでの絶対利得であり、−1.5dBiが得られてい
る。また記号CおよびDは従来の微小アンテナの例とし
て、スタブ整合回路を用いた直径30分の1波長のルー
プアンテナの絶対利得を示したものである。記号Cは放
射素子を銅材で構成した場合の室温での絶対利得であり
、−17.5dBiが得られている記号Dは放射素子を
銅材で構成した場合の室温での絶対利得であり、−17
.5dBiが得られている。従来のアンテナと本願のア
ンテナを比較すると、本願のアンテナは寸法を3/5倍
に小形したにも関わらず利得は常伝導アンテナの場合は
8.6dB、超伝導アンテナの場合は3.5dBも高い
値が得られている。更に超伝導アンテナの場合、本願の
アンテナの周波数帯は従来の約1.8倍に広帯域化され
ている。これにより本願のアンテナが非常に有効である
ことがわかる。
For example, FIGS. 2A and 2B show actual measured values of the absolute gain of an antenna with the configuration shown in FIG. 1(b) with an element length of 1/50 wavelength. A is the absolute gain at room temperature when the radiating element 1, the conductor 21 constituting the matching circuit, and the conductor 31 constituting the unbalanced line are all made of copper material, and -8.
9 dBi was obtained. B is approximately 80 mm when the radiating element 1, the conductor 21 forming the matching circuit, and the conductor 31 forming the unbalanced line are all made of yttrium-based superconducting material.
The absolute gain at °K is -1.5 dBi. Further, symbols C and D indicate the absolute gain of a loop antenna with a diameter of 1/30 wavelength using a stub matching circuit as an example of a conventional micro antenna. Symbol C is the absolute gain at room temperature when the radiating element is made of copper material, and symbol D, where -17.5 dBi is obtained, is the absolute gain at room temperature when the radiating element is made of copper material. , -17
.. 5 dBi was obtained. Comparing the conventional antenna and the antenna of the present application, the antenna of the present application has a gain of 8.6 dB in the case of a normal conduction antenna and 3.5 dB in the case of a superconducting antenna, even though the dimensions of the antenna of the present application are 3/5 times smaller. A high value is obtained. Furthermore, in the case of a superconducting antenna, the frequency band of the antenna of the present application is approximately 1.8 times wider than that of the conventional antenna. This shows that the antenna of the present application is very effective.

【0017】図3(a)は図1(a)の構成のアンテナ
において、放射素子の形状を変えた小形アンテナの例で
ある。 1aは自己共新型の小形メアンダ状放射素子、2は平衡
4分の1波長整合回路、21は整合回路を構成する導体
、22は整合回路を構成する誘電体、3は給電線路であ
る同軸形不平衡伝送線路、31は不平衡伝送線路を構成
する導体、32は不平衡伝送線路を構成する誘電体を示
しいる。アンテナ系の効率を最良のものとしたい場合は
、放射素子1と導体31の少なくとも1つを超伝導材で
構成すれば良い。放射素子の形状は例えば図2(b)の
ようにすれば、すなわち縦横がそれぞれ1/15波長、
素子中央部以外での導体線間隔が1/300波長、素子
中央部における導体線間隔が1/150波長とすれば、
共振状態すなわち入力リアクタンスが零となり、放射抵
抗は2Ωとなる。 アンテナの各部の動作は図1の場合と同じである。
FIG. 3(a) is an example of a small antenna having the configuration of FIG. 1(a) with a different shape of the radiating element. 1a is a self-common type small meander-shaped radiating element, 2 is a balanced quarter-wavelength matching circuit, 21 is a conductor that makes up the matching circuit, 22 is a dielectric that makes up the matching circuit, and 3 is a coaxial type feeding line. An unbalanced transmission line, 31 is a conductor constituting the unbalanced transmission line, and 32 is a dielectric body constituting the unbalanced transmission line. If it is desired to maximize the efficiency of the antenna system, at least one of the radiating element 1 and the conductor 31 may be made of a superconducting material. For example, if the shape of the radiating element is as shown in Fig. 2(b), the length and width are each 1/15 wavelength,
If the conductor line spacing outside the element center is 1/300 wavelength, and the conductor line spacing at the element center is 1/150 wavelength, then
The resonance state, that is, the input reactance becomes zero, and the radiation resistance becomes 2Ω. The operation of each part of the antenna is the same as in the case of FIG.

【0018】以上の例は4分の1波長整合回路を使用し
た例であるが、非常に大きなインピーダンス比率を有す
る回路を整合する場合は1段の整合回路ではクリチカル
になりすぎる場合がある。この場合は図4の他の実施例
のように多段の整合回路またはテーパ線路形整合回路を
使用すれば良い。これらの例では整合回路自体にはバラ
ンの機能を持たせていない。図4において5は給電位置
を示している。整合回路2として図3(a)は1段4分
の1波長整合回路を用いたもの、図3(b)は多段4分
の1波長整合回路(この例では2段4分の1波長整合回
路)を用いたもの、(c)はテーパ線路形整合回路を用
いたものである。
The above example uses a quarter-wavelength matching circuit, but when matching a circuit with a very large impedance ratio, a one-stage matching circuit may be too critical. In this case, a multi-stage matching circuit or a tapered line type matching circuit may be used as in the other embodiment shown in FIG. In these examples, the matching circuit itself does not have a balun function. In FIG. 4, 5 indicates a power feeding position. As the matching circuit 2, Fig. 3(a) uses a one-stage quarter-wavelength matching circuit, and Fig. 3(b) uses a multi-stage quarter-wavelength matching circuit (in this example, a two-stage quarter-wavelength matching circuit). (c) uses a tapered line type matching circuit.

【0019】多段4分の1波長整合回路は1段4分の1
波長整合回路を2つ以上従属に接続したもの、テーパ線
路形整合回路は線路の特性インピーダンスを徐々に変化
させたものであり、それぞれ高い周波数でも理想的に動
作する、構造が簡単で・製作が容易である等の特徴を有
する。これらの回路は1段4分の1波長整合回路と同様
に、被整合インピーダンスのリアクタンスが零でなけれ
ばならないという制約があるが、いずれも1段4分の1
波長整合回路に比べ、更に広帯域な動作が可能である。
[0019] The multi-stage quarter wavelength matching circuit has one stage quarter wavelength matching circuit.
A tapered line type matching circuit, which consists of two or more wavelength matching circuits connected in a subordinate manner, gradually changes the characteristic impedance of the line, and each has a simple structure and is easy to manufacture, and operates ideally even at high frequencies. It has characteristics such as being easy to use. These circuits have a restriction that the reactance of the matched impedance must be zero, similar to the one-stage quarter-wave matching circuit, but in both of these circuits, the reactance of the matched impedance must be zero.
It is possible to operate in a wider range than a wavelength matching circuit.

【0020】例えば、2段4分の1波長整合回路を用い
て、入力抵抗0.1Ωの放射素子とインピーダンス50
Ωの給電系を接続する場合、誘電体の誘電率を2.6、
線路幅を4mm、全体の長さを自由空間での波長の1/
3とし、2導体の間隔は放射素子側の1/2の長さの部
分を16μm、残りの1/2の長さの部分を0.4mm
とした平行線路を用いれば良い。なお、このとき使用す
る誘電体としては誘電損失が小さいものを選定すること
が重要である。
For example, using a two-stage quarter-wavelength matching circuit, a radiating element with an input resistance of 0.1Ω and an impedance of 50Ω are used.
When connecting a power supply system of Ω, the permittivity of the dielectric is 2.6,
The line width is 4 mm, and the overall length is 1/1 of the wavelength in free space.
3, and the spacing between the two conductors is 16 μm for the 1/2 length part on the radiating element side, and 0.4 mm for the remaining 1/2 length part.
It is sufficient to use parallel lines. Note that it is important to select a dielectric material with low dielectric loss as the dielectric material used at this time.

【0021】次に、前述の実施例と同様にこの場合も放
射素子の入力リアクタンスが零である必要があるため、
放射素子1としては自己共振形素子を持ちいる。放射素
子の形状は前述の小形ヘリカル素子、小形メアンダ状素
子等がまったく同様に使用できる。
Next, as in the previous embodiment, the input reactance of the radiating element needs to be zero in this case as well.
The radiation element 1 has a self-resonant element. As for the shape of the radiating element, the aforementioned small helical element, small meandering element, etc. can be used in exactly the same manner.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、共振形の
エレメントと1段または多段の4分の1波長整合回路ま
たはテーパ線路形整合回路を用いたので小形でありなが
ら整合が容易である、効率が高い、広帯域であるという
効果を有する。
[Effects of the Invention] As explained above, the present invention uses a resonant element and a one-stage or multi-stage quarter wavelength matching circuit or a tapered line type matching circuit, so matching is easy despite its small size. It has the advantages of high efficiency and wide band.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の1実施例(ヘリカル状エレメントを使
用したもの)を示す斜視図
[Fig. 1] A perspective view showing one embodiment of the present invention (using a helical element)

【図2】第1図の装置の特性を説明するグラフ[Figure 2] Graph explaining the characteristics of the device in Figure 1

【図3】
他の実施例(メアンダ状エレメントを使用したもの)を
示す斜視図
[Figure 3]
A perspective view showing another embodiment (using a meandering element)

【図4】他の実施例(整合回路の変形例)を示す斜視図
[Fig. 4] A perspective view showing another embodiment (modified example of matching circuit)

【図5】超伝導材を使用したアンテナの構成を示す図[Figure 5] Diagram showing the configuration of an antenna using superconducting material

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a  素子 2  整合回路 3,3a  伝送線路 6  アンテナ 7  給電線 8  デュワー瓶 9  液体窒素 21,31,31a  導体 22,32,32a  誘電体 1, 1a element 2 Matching circuit 3,3a Transmission line 6 Antenna 7 Power supply line 8 Dewar bottle 9. Liquid nitrogen 21, 31, 31a Conductor 22, 32, 32a Dielectric

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  電気ダイポールアンテナ素子と、素子
インピーダンスと給電系インピーダンスを整合する整合
回路とを組み合わせたアンテナ系において、平衡伝送姿
態の4分の1波長整合回路と、主偏波電界方向の電気的
な素子長が共振状態で使用する直線状半波長ダイポール
素子の電気的な長さより短くかつ使用する中心周波数に
おいて自己共振し前記整合回路の一端に接続された放射
素子と、前記整合回路の他方の端部に接続された不平衡
伝送姿態の伝送線路とを有することを特徴とする整合回
路付き小形アンテナ。
Claim 1. An antenna system that combines an electric dipole antenna element and a matching circuit that matches the element impedance and the feed system impedance. a radiating element whose element length is shorter than the electrical length of a linear half-wavelength dipole element used in a resonant state and which is self-resonant at the center frequency used and connected to one end of the matching circuit; and the other end of the matching circuit. A small antenna with a matching circuit, characterized in that it has a transmission line in an unbalanced transmission mode connected to an end of the antenna.
【請求項2】  請求項1において、アンテナ素子また
は整合回路または伝送線路のうち少なくとも1つに超伝
導材を使用したことを特徴とする整合回路付き小形アン
テナ。
2. The small antenna with a matching circuit according to claim 1, wherein a superconducting material is used for at least one of the antenna element, the matching circuit, and the transmission line.
【請求項3】  請求項1において、アンテナ素子はヘ
リカル状、小形メアンダ状のいずれかであることを特徴
とする整合回路付き小形アンテナ。
3. The small antenna with a matching circuit according to claim 1, wherein the antenna element has a helical shape or a small meander shape.
【請求項4】  電気ダイポールアンテナ素子と、素子
インピーダンスと給電系インピーダンスを整合する整合
回路とを組み合わせたアンテナ系において、平衡伝送姿
態の1段4分の1波長整合回路または多段4分の1波長
整合回路またはテーパ線路形整合回路のいずれかの整合
回路と、主偏波電界方向の電気的な素子長が共振状態で
使用する直線状半波長ダイポール素子の電気的な長さよ
り短くかつ使用する中心周波数において自己共振し前記
整合回路の一端に接続された放射素子とを有することを
特徴とする整合回路付き小形アンテナ。
4. In an antenna system that combines an electric dipole antenna element and a matching circuit that matches the element impedance and the feed system impedance, a one-stage quarter-wave matching circuit or a multi-stage quarter-wave matching circuit in a balanced transmission mode is used. A matching circuit, either a matching circuit or a tapered line type matching circuit, and a device whose electrical element length in the direction of the main polarized electric field is shorter than the electrical length of the linear half-wavelength dipole element used in the resonant state and whose center is used. A small antenna with a matching circuit, characterized in that it has a radiating element that self-resonates at a frequency and is connected to one end of the matching circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009071869A (en) * 2005-03-17 2009-04-02 Fujitsu Ltd Tag antenna
JP4700101B2 (en) * 2005-03-17 2011-06-15 富士通株式会社 Tag antenna

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