JPH06112724A - 2周波共用電磁結合パッチアンテナ - Google Patents

2周波共用電磁結合パッチアンテナ

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JPH06112724A
JPH06112724A JP26129292A JP26129292A JPH06112724A JP H06112724 A JPH06112724 A JP H06112724A JP 26129292 A JP26129292 A JP 26129292A JP 26129292 A JP26129292 A JP 26129292A JP H06112724 A JPH06112724 A JP H06112724A
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JP
Japan
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transmission
reception
frequency
patch
antenna
Prior art date
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JP26129292A
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English (en)
Inventor
Hisao Iwasaki
久雄 岩崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な給電線路の構成で送信周波数および受
信周波数の両帯域における利得の向上を図ることができ
る2周波共用電磁結合パッチアンテナを提供することを
目的としている。 【構成】 誘電体基板10の上面には円形パッチ12が
形成され、誘電体基板1、2間には長さが異なる2本の
マイクロストリップ線路13、14が形成され、誘電体
基板11の下面には地導体15が形成されている。マイ
クロストリップ線路13、14は、互いに直交する方向
に形成されている。円形パッチ12には、マイクロスト
リップ線路13の線路方向の両端にそれぞれ深さdの切
り込み16、16が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、受信用と送信用の2つ
周波数で共用される2周波共用電磁結合パッチアンテナ
に関する。
【0002】
【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、移動体には小型・軽量でかつ異なる
周波数の電波を送受信できるアンテナが要求される。
【0003】ところで、一つのアンテナで異なる周波数
の電波を送受信するためには、送信信号が受信側に漏れ
込むことを防止する必要である。このため、送受信共用
のアンテナ素子を用いる場合にはダイプレクサ、送受信
分離のアンテナ素子を用いる場合にはフィルタ等の送受
信分離素子が用いられるのが一般的である。
【0004】しかし、アクティブアレーアンテナにおい
ては各アンテナ素子にこうした送受信分離素子を設ける
必要があり、しかもダイプレクサやフィルタ等の送受信
分離素子はアンテナ素子よりかさばりかつ重量が重くな
る。このため、アンテナ素子に送受信分離素子を設ける
ことは、小型・軽量化が要求される移動体のアンテナに
は適さない。
【0005】そこで、送信信号の受信側への漏れ込みの
防止(送受信間のアイソレーション)をアンテナ素子間
で行う技術が従来から提唱されている。
【0006】例えば、特開平2−116202号公報に
は、図17に示すように、垂直端辺と水平端辺にそれぞ
給電点1、2を設けて水平偏波f1 と垂直偏波f2 を発
生する矩形パッチアンテナ3を4素子配置するととも
に、4素子の給電点1、2を右回りに90度づつ回転
し、かつ送信用のマイクロストリップ線路4およびと受
信用のマイクロストリップ線路5をそれぞれ各パッチ間
で90度の位相差をもつ線路長とすることで、円偏波を
実現しつつ送受信間のアイソレーションをアンテナ素子
間で行う技術が開示されている。
【0007】しかしながら、この場合、矩形パッチアン
テナ3の垂直端辺および水平端辺への給電をマイクロス
トリップ線路4、5により直接行う必要があるが、アン
テナの入力インピーダンスが200〜300Ωであるの
に対して、給電線路の特性インピーダンスが50Ωであ
るため、λg /4の線路長を有するトランスフォーマを
設けてインピーダンス整合を図る必要がある。しかも、
このトランスフォーマは、送信用と受信用のそれぞれ
に、かつアンテナ素子ごとに必要とされる。特に、60
度以上の広角ビーム走査を行う場合には、アレーアンテ
ナ素子間の間隔を半波長程度にする必要があるため、ア
レーアンテナ素子間の間隔が狭くなり、上述のように給
電線路の構成が複雑になることは問題となる。例えば、
かかる技術に関する発明者等による報告(AP-S90 pp803
〜806,SELF DIPLEXING CIRCULARLYPOLARZED ANTENNA)
によると、送受信間のアイソレーションは−20dB程
度に過ぎなかった。
【0008】また、特開平3−249909号公報に
は、図18および図19に示すように、スロット6が設
けられた円形パッチアンテナ7と地導体板(図示省略)
との間にスロット方向とスロット方向と直交する方向に
それぞれマイクロストリップ線路8、9を挿入したアン
テナ素子を4素子配置することで、スロット方向と直交
する方向のマイクロストリップ線路8により共振周波数
を低下させて送受信間のアイソレーションをアンテナ素
子間で行う技術が開示されている。
【0009】しかしながら、この場合、送受信間のアイ
ソレーションが−25dB程度得られるものの、円形パ
ッチアンテナ7の半径が周波数の高い送信周波数で定ま
るため、周波数の低い受信周波数でのアンテナの利得が
低いという問題がある。例えば、移動体通信であるイン
マルサットでは、送信周波数が1.63GHz、受信周波
数が1.53GHzであり、その場合に、送信で約6dB
i、受信で約4.5dBiの利得となる。一般に、円形
パッチアンテナの利得は約7dBiであるから、受信周
波数帯域では約2.5dBも利得が低下することにな
る。従って、このような構成のアンテナ素子により所望
の利得を得るには、アレーアンテナの素子数を増加する
必要を生じ、アンテナが大型化するという問題を生じ
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように送受信間の
アイソレーションをアンテナ素子間で行う従来の技術で
は、給電線路の構成が複雑になるという問題や周波数の
低い受信周波数でのアンテナの利得が低いという問題が
あった。
【0011】本発明は、このような事情に基づきなされ
たもので、簡単な給電線路の構成で送信周波数および受
信周波数の両帯域における利得の向上を図ることができ
る2周波共用電磁結合パッチアンテナを提供することを
目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するため、対向して配置されたパッチと地導体との
間の平面上に長さが異なる2本のマイクロストリップ線
路を直交して配置し、前記パッチの前記一方のマイクロ
ストリップ線路の線路方向の少なくとも一端に切り込み
または突起を設けたことを特徴とする。
【0013】
【作用】本発明では、アンテナ素子と給電線路とが50
Ωで整合するため、λg /4の線路長を有するトランス
フォーマは不要となり、給電線路の構成が簡単になる。
また、切り込みまたは突起を設けたことでパッチの寸法
を受信周波数に近い値で設計できるため、送信周波数お
よび受信周波数の両帯域における利得の向上を図ること
ができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づき
説明する。
【0015】図1は第1の実施例に係る2周波共用電磁
結合パッチアンテナの平面図、図2は縦断正面図であ
る。
【0016】これらの図に示す2周波共用電磁結合パッ
チアンテナは、所定の厚さで矩形の2枚の誘電体基板1
0、11を積層してなる。
【0017】誘電体基板10の上面には導体板からなる
円形パッチ12が形成され、誘電体基板10、11間に
は互いに長さが異なる送信用と受信用の2本のマイクロ
ストリップ線路(給電線路)13、14が形成され、誘
電体基板11の下面には地導体15が形成されている。
【0018】送信用のマイクロストリップ線路13と受
信用のマイクロストリップ線路14とは、互いに直交す
る方向に形成されている。また、送信用のマイクロスト
リップ線路13および受信用のマイクロストリップ線路
14は、各周波数帯域に応じて、互いに重なることなく
かつ円形パッチ12と重なる範囲の長さにされている。
円形パッチ12には、送信用のマイクロストリップ線
路13の線路方向の両端にそれぞれ直線状で深さdの切
り込み16、16が設けられている。
【0019】図3は第2の実施例に係る2周波共用電磁
結合パッチアンテナの平面図、図4は縦断正面図であ
る。
【0020】これらの図に示す2周波共用電磁結合パッ
チアンテナは、円形パッチ16に設けられた切り込み1
7が幅Wで深さdのコの字状である点のみが第1の実施
例と異なる。
【0021】次に、これらの実施例の2周波共用電磁結
合パッチアンテナにおいて、共振周波数と切り込み深さ
dとの関係を測定した結果を図5に示す。
【0022】同図において、○は第1の実施例の切り込
みを設けた場合(A)、□は第2の実施例の切り込みを
設けた場合で切り込み幅Wが16mmの場合(B)、●は
第2の実施例の切り込みを設けた場合で切り込み幅Wが
8mmの場合(C)、をそれぞれ示している。
【0023】なお、いずれの場合も切り込み深さd=0
のときは共振周波数が同じになるように設定したが、共
振周波数に誤差が生じているのは、誘電体基板10、1
1を積層したときに生じた誤差と考えられる。
【0024】さて、図5に示すように、従来のセミリジ
ッド等のプローブ給電を用いた場合には、円形パッチア
ンテナの共振周波数は円形パッチの半径により一義的に
定まるのに対して、本発明に係る2周波共用電磁結合パ
ッチアンテナは、円形パッチ12の半径が一定であって
も切り込み深さdや切り込み幅Wを変えることで共振周
波数が低下および増加の2種類の方向に変化することが
わかる。
【0025】ここで、切り込み深さdや切り込み幅Wを
変えることよる共振周波数の低下量と増加量との比は、 (A)の場合、3.04 (B)の場合、1.78 (C)の場合、0.92 となる。
【0026】以上より、第1の実施例に係る2周波共用
電磁結合パッチアンテナでは、受信周波数に近い値で円
形パッチ12の半径を定めることができ、また第2の実
施例に係る2周波共用電磁結合パッチアンテナでは、切
り込み幅Wを広げる程円形パッチ12の半径を受信周波
数に近い値で定めることができることがわかる。
【0027】次に、第1の実施例に係る2周波共用電磁
結合パッチアンテナにおいて、受信用のマイクロストリ
ップ線路からみた反射損失、送信用のマイクロストリッ
プ線路からみた反射損失および送信用のマイクロストリ
ップ線路13と受信用のマイクロストリップ線路14と
のアイソレーションレベルを測定した結果を図6〜図8
に示す。ここでは、切り込み深さdを3.5mmとしてい
る。
【0028】図6は受信用のマイクロストリップ線路1
4からみた反射損失を示しており、共振周波数が1.5
2GHzであることがわかる。
【0029】図7は送信用のマイクロストリップ線路1
3からみた反射損失を示しており、共振周波数が1.6
36GHzであることがわかる。
【0030】図8は送信用のマイクロストリップ線路1
3と受信用のマイクロストリップ線路14とのアイソレ
ーションレベルを示しており、1.52GHzと1.63
6GHzとの間のアイソレーションレベルが約−35dB
であることがわかる。
【0031】以上より、本発明に係る2周波共用電磁結
合パッチアンテナでは、送受信間のアイソレーションを
十分に確保できることがわかる。
【0032】次に、第1の実施例に係る2周波共用電磁
結合パッチアンテナにおいて、受信用のマイクロストリ
ップ線路14からみた共振周波数1.52GHzにおける
利得および送信用のマイクロストリップ線路13からみ
た共振周波数1.636GHzにおける利得を測定した結
果を図9および図10に示す。なお、これらの図におい
て、実線は第1の実施例に係る2周波共用電磁結合パッ
チアンテナの利得、破線は標準ホーンアンテナの利得を
示している。
【0033】図9は受信用のマイクロストリップ線路1
4からみた共振周波数1.52GHzにおける利得を示し
ており、6.6dBiの利得が得られていることがわか
る。図10は送信用のマイクロストリップ線路13から
みた共振周波数1.636GHzにおける利得を示してお
り、6.7dBiの利得が得られていることがわかる。
【0034】以上より、本発明に係る2周波共用電磁結
合パッチアンテナでは、受信で4.5dBi、送信で6
dBiの利得であった図18および図19に示した従来
例に比し、受信で2.1dB、送信で0.7dB利得が
向上していることがわかる。次に、第1の実施例に係る
2周波共用電磁結合パッチアンテナによりアレーアンテ
ナを構成して2周波円偏波アンテナを実現した例を図1
1および図12に示す。
【0035】図11はその平面図、図12はマイクロス
トリップ線路が形成された面の平面図である。
【0036】これらの図に示すように、誘電体基板10
上には、直線状の切り込み16が設けられた4つの円形
パッチ12が90度づつ回転するように配置されてい
る。また、誘電体基板10、11間には、各円形パッチ
12への送信用の給電点18および受信用の給電点19
がそれぞれ右回りに90度づつ回転するように配置さ
れ、各円形パッチへの送信用のマイクロストリップ線路
13および受信用のマイクロストリップ線路14が各円
形パッチ12間でそれぞれ90度の位相差を有する線路
長となるように配置されている。
【0037】このように本発明を適用したアレーアンテ
ナは、アンテナ素子と給電線路とが50Ωで整合してい
るため、従来例で示したようなλg /4の線路長を有す
るトランスフォーマは不要となる。従って、給電線路間
や給電線路とパッチアンテナとの間の間隔を十分にとる
ことができるようになる。このため、送受信間のアイソ
レーションは、図8に示したものと同程度の特性が得ら
れる。
【0038】なお、本発明は、上述した実施形式に限定
されるものではない。
【0039】例えば、上述した実施例では、パッチ12
が円形であったが、図13に示すように楕円形状のパッ
チ20であってもよい。
【0040】また、上述した実施例では、円形パッチに
切り込みを設けるものであったが、これとは逆に図14
に示すように、円形パッチ12のマイクロストリップ線
路方向の両端に突起21、21を設けるものであっても
よく、また図15に示すように、円形パッチ12のマイ
クロストリップ線路方向の一端に突起21を設けるもの
であってもよく、さらに円形パッチのマイクロストリッ
プ線路方向の一端に切り込みを設けるものであってもよ
い。
【0041】さらに、円形パッチへの切り込みは、図1
6に示すように多段形状の切り込み22であってもよ
い。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
給電線路の構成が簡単になるので、送受信間のアイソレ
ーションを十分にとることができるようになる。この結
果、ダイプレクサやフィルタ等の送受信分離素子が不要
となり、アンテナや送受信機の小型軽量化および低価格
化を図ることができるようになる。送信周波数および受
信周波数の両帯域における利得の向上を図ることができ
るので、アンテナの大型化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る2周波共用電磁結
合パッチアンテナの平面図である。
【図2】図1の縦断正面図である。
【図3】本発明の第2の実施例に係る2周波共用電磁結
合パッチアンテナの平面図である。
【図4】図3の縦断正面図である。
【図5】本発明に係る2周波共用電磁結合パッチアンテ
ナの共振周波数と切り込み深さとの関係を測定した結果
を示す図である。
【図6】本発明に係る2周波共用電磁結合パッチアンテ
ナの受信用のマイクロストリップ線路からみた反射損失
を示す図である。
【図7】本発明に係る2周波共用電磁結合パッチアンテ
ナの送信用のマイクロストリップ線路からみた反射損失
を示す図である。
【図8】本発明に係る2周波共用電磁結合パッチアンテ
ナの送信用のマイクロストリップ線路と受信用のマイク
ロストリップ線路とのアイソレーションレベルを示す図
である。
【図9】本発明に係る2周波共用電磁結合パッチアンテ
ナの受信用のマイクロストリップ線路からみた共振周波
数1.52GHzにおける利得を示す図である。
【図10】本発明に係る2周波共用電磁結合パッチアン
テナの送信用のマイクロストリップ線路からみた共振周
波数1.636GHzにおける利得を示す図である。
【図11】本発明に係る2周波共用電磁結合パッチアン
テナによりアレーアンテナを構成した場合の平面図であ
る。
【図12】本発明に係る2周波共用電磁結合パッチアン
テナによりアレーアンテナを構成した場合のマイクロス
トリップ線路が形成された面の平面図である。
【図13】本発明の他の実施例を説明するための図であ
る。
【図14】本発明の他の実施例を説明するための図であ
る。
【図15】本発明の他の実施例を説明するための図であ
る。
【図16】本発明の他の実施例を説明するための図であ
る。
【図17】第1の従来例を説明するための図である。
【図18】第2の従来例を説明するための図である。
【図19】第2の従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
10、11…誘電体基板、12…円形パッチ、13、1
4…マイクロストリップ線路、15…地導体、16…切
り込み。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向して配置されたパッチと地導体との
    間の平面上に長さが異なる2本のマイクロストリップ線
    路を直交して配置し、前記パッチの前記一方のマイクロ
    ストリップ線路の線路方向の少なくとも一端に切り込み
    または突起を設けたことを特徴とする2周波共用電磁結
    合パッチアンテナ。
JP26129292A 1992-09-30 1992-09-30 2周波共用電磁結合パッチアンテナ Withdrawn JPH06112724A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0957534A1 (fr) * 1998-05-15 1999-11-17 Alcatel Dispositif d'émission et de réception d'ondes hyperfréquences polarisées circulairement

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