JPH0682972B2 - 円偏波マイクロストリップアンテナ - Google Patents

円偏波マイクロストリップアンテナ

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JPH0682972B2
JPH0682972B2 JP63259946A JP25994688A JPH0682972B2 JP H0682972 B2 JPH0682972 B2 JP H0682972B2 JP 63259946 A JP63259946 A JP 63259946A JP 25994688 A JP25994688 A JP 25994688A JP H0682972 B2 JPH0682972 B2 JP H0682972B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [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] 自動車等の移動体による移動局と固定局との間を通信衛
星を介して交信する移動体衛星通信システムが災害発生
時等に重要な役割を果たしている。
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可能とするために、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発生でき
る高性能で高機能なアンテナが要求される。
第7図(A)は、この種の移動体衛星通信システムにお
いて用いられている第1の従来例である円偏波マイクロ
ストリップアンテナ20の平面図であり、第7図(B)
は、第7(A)におけるB−B′ラインいついての縦断
面図である。第7図(A)及び(B)において、方形状
の誘電体基板21の上面に導体板にてなる円板状のマイク
ロストリップパッチ22が形成され、又、この誘電体基板
21の裏面に接地導体板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、該マイ
クロストリップパッチ22と電気的に接続した導体ピン24
が、誘電体基板21を貫通して設けられ、該導体ピン24の
他端は、接地導体板23を非接触に貫通し、接地導体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は接地導体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て導体ピンであり、
この導体ピン29にも、前記コネクタ25と同様なコネクタ
30(不図示)が設けられる。
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、該コネクタ25,3
0を介し、それぞれ互いに位相差90度の関係にある信号
をマイクロストリップパッチ22に供給すれば、この円偏
波マイクロストリップアンテナ20より、電界が一方向に
回転する円偏波の電波が輻射される。
第8図(A)は、上述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8図(B)は、第8図
(A)におけるC−C′ラインについての縦断面図であ
る。
前述の従来例と同様に、誘電体基板41の両面にマイクロ
ストリップパッチ42と接地導体43が形成され、又、前述
の導体ピン24と同じ位置に導体ピン44及び、該導体ピン
44に対応して、中央電極45a及び外側電極45bよりなるコ
ネクタ45が設けられる。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の位置とを結ぶラインと45
゜の角度をなすライン上の、該マイクロストリップパッ
チ42の周縁に“コ”の字形状の切欠42a,42bが設けられ
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、マイクロ
ストリップパッチ42より第1の従来例と同様に、円偏波
の電波が輻射される。
上記第1あるいは第2の従来例のアンテナ20,40を複数
個アレー状に配置し、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。このように構成したシステムにおいて、各移相器に
おける移相量を制御することにより、ビーム走査が行な
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及び、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、又、第2の従来例
のアンテナ40においても導体ピン44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いた。
又、第1の従来例及び第2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伝搬損
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欠点があった。
この発明の目的は、以上の発明を解決し、従来例に比較
して小型・軽量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。
[課題を解決するための手段] この発明の円偏波マイクロストリップアンテナは、導体
板にてなるマイクロストリップパッチと、前記マイクロ
ストリップパッチと対向する位置に設けられたマイクロ
ストリップ線路との間に、それぞれ誘電体を介して接地
導体板が挟まれており、前記接地導体板には、前記マイ
クロストリップ線路とそれぞれ45゜の角度をなし、かつ
十字点が前記マイクロストリップ線路上に合致するよう
に第1の励振用スロットと第2の励振用スロットとから
十字スロットを設けて、前記第1の励振用スロットと前
記マイクロストリップパッチとにより第1の直線偏波マ
イクロストリップアンテナを構成する一方、前記第2の
励振用スロットと前記マイクロストリップパッチとによ
り第2の直線偏波マイクロストリップアンテナを構成
し、前記第1の励振用スロットの長さと前記第2の励振
用スロットの長さとを、互いに異なりかつ前記第1の直
線偏波マイクロストリップアンテナの共振周波数と前記
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
数との平均周波数において前記第1の直線偏波マイクロ
ストリップアンテナと前記第2の直線偏波マイクロスト
リップアンテナとを90゜の位相差で励振するように設定
したことを特徴とする。
[作用] 以上のように構成された円偏波マイクロストリップアン
テナにおいては、前記十字スロットをマイクロストリッ
プ線路とそれぞれ45゜の角度をなすように設けているの
で、前記マイクロストリップ線路から給電したときに、
当該マイクロストリップ線路の長手方向に平行な励振電
界は、各励振用スロットに平行な成分を有する2つの励
振電界に分解され、各励振電界がそれぞれ各励振用スロ
ットを介してマイクロストリップパッチを励振すること
になる。ここで、上記分解された2つの励振電界は同一
の振幅を有する。
また、前記第1の励振用スロットの長さと前記第2の励
振用スロットの長さとを、互いに異なりかつ前記第1の
直線偏波マイクロストリップアンテナの共振周波数と前
記第2の直線偏波マイクロストリップアンテナの共振周
波数との平均周波数において前記第1の直線偏波マイク
ロストリップアンテナと前記第2の直線偏波マイクロス
トリップアンテナとを90゜の位相差で励振するように設
定している。従って、前記第1の直線偏波マイクロスト
リップアンテナと前記第2の直線偏波マイクロストリッ
プアンテナとは互いに90゜の位相差で励振される。
すなわち、前記第1の直線偏波マイクロストリップアン
テナと前記第2の直線偏波マイクロストリップアンテナ
とは、互いに同一の振幅でかつ90゜の位相差で励振され
るので、円偏波を放射することができる。
[実施例] 以下、この発明を一実施例に基づき詳細に説明する。
第1図及び第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60の分解斜視図及び平面図
を示しており、又、第2図におけるA−A′ラインつい
ての縦断面図を第3図に示している。
第1図,第2図及び第3図において、1は、方形状で所
定厚の接地導体板であり、この接地導体板1のほぼ中央
には、該接地導体板1における2本の対角線の向きの十
字状のスロット2が設けられる。この十字スロット2に
おける2本のスロット2a,2bは、所定幅で長さがそれぞ
れl1と、l1より所定長短いl2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。
この接地導体板1の上下面には、同一の大きさの誘電体
基板3,4がそれぞれ接合される。そして、上部の誘電体
基板3の上面ほぼ中央には、線路板になる円板状のマイ
クロストリップパッチ5が当接して設けられる。又、下
部の誘電体基板4の下面には、十字スロット2の交点を
通り、かつ2本のスロット2a,2bがなす90゜の角度を等
分する向きに、幅Wのマイクロストリップ線路6が接し
て設けられる。このマイクロストリップ線路6の一端6a
は、誘電体基板4の端面と揃えられ、該マイクロストリ
ップ線路6の他端6bは、十字スロット2の交点より更に
Sだけ突き出るように延在している。
以上の構成とし、マイクロストリップ線路6より十字ス
ロット2を介してマイクロストリップパッチ5を励振す
るようにすれば、接地導体板1に形成された一つのスロ
ット2aとマイクロストリップパッチ5とにより第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2bとマイクロストリップパッチ5とにより第2の
直線偏波のマイクロストリップアンテナが形成される。
ここで、スロット2aの長さl1と、スロット2bの長さl2
を異ならせているため、第4図(A)の電圧定在波比
(VSWR)のグラフで示すように、第1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と、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f2とは異な
る。
第4図(B)は、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
との周波数に対する励振電流の位相変化を折れ線近似で
表した図であり、二つ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差が90゜になる周波数f0におい
て、第1及び第2のアンテナより輻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2aの長さl1
スロット2bの長さl2より長いと、左旋円偏波を発生させ
ることができ、逆にスロット2bをスロット2aより長くす
れば右旋円偏波を発生させることができる。ここで、周
波数f0は、第4図(B)に示すように、f0=(f1+f2
/2であり、第1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と、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f2との平均周波数である。
尚、マイクロストリップ線路6における長さSを変化す
ることにより、公知の通り、上記円偏波マイクロストリ
ップアンテナのアンテナインピーダンスのリアクタンス
成分が変化する。従って、この長さSは、マイクロスト
リップ線路6の特性インピーダンスが円偏波マイクロス
トリップアンテナのアンテナ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を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、しかも給電用線
路がマイクロストリップ線路6のみであるので、従来例
に比較して小型・軽量であって、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。
以下に上記の円偏波マイクロストリップアンテナ60につ
いて実験例を述べる。
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60において、誘電体基板3の厚さを3.
2mmとし、誘電体基板4の厚さを1.6mmとし、比誘電率は
2.55とした。又、マイクロストリップパッチ5の半径を
31.0mmとし、スロット2aの長さl1を23.7mm、スロット2b
の長さl2を18.3mmとし、左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
6の幅幅Wは、特性インピーダンスが50Ωとなるように
設定し、長さSは25mmとした。
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60の入力端である、マイクロストリ
ップ線路6の端部6aには、1GHzから2GHzまでの信号を入
力した場合における反射損失量の周波数特性を示すグラ
フである。この第5図に示すように、第1及び第2の直
線偏波マイクロストリップアンテナは、f1及びf2、即
ち、それぞれ約1.565GHz及び1.623GHzで共振状態を呈し
た。
第6図は、本実験例の円偏波マイクロストリップアンテ
ナ60を受信アンテナとして用い、直線偏波の送信アンテ
ナを伝搬方向に対して回転させながら測定した、1.6GHz
における放射指向特性であり、図中の実線は放射電力の
最大値、破線は放射電力の最小値を示しており、最大放
射方向である指向角0゜における放射電力の最大値を0d
Bに正規化して示している。この第6図でわかるよう
に、上記円偏波マイクロストリップアンテナ60は、正面
方向における放射電力の最大値と最小値との差(軸比)
が約0.4dBであった。
上記の実験結果により、インピーダンス整合が的確に行
なわれ、かつ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。
尚、以上の実施例では、マイクロストリップパッチ5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。又、十字スロット2
を、マイクロストリップパッチ5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
差し支えない。
更に、以上の実施例では、円偏波マイクロストリップア
ンテナ60の特性につい述べたが、従来例で述べたごと
く、ビーム走査を行わせるために、この発明の円偏波マ
イクロストリップアンテナ60を複数個アレー状に配置
し、各々のアンテナ60のマイクロストリップ線路6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に接続し、可変
移相器における各移相量を制御できるように構成するこ
ともできる。
その際、前記可変移相器並びに電力分配合成器等の機能
回路を、上記誘電体基板3裏面のマイクロストリップ線
路6と同一面に設け、かつ、各々のマイクロストリップ
線路6と直接接続して、機能回路と円偏波マイクロスト
リップアンテナ60とを一体化できるので、従来例に比較
して小型・軽量が実現でき、しかも低い伝送損失システ
ムを実現できる。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、接地導体板に
設けられた長さが異なる2つのスロットからなる十字ス
ロットを介してマイクロストリップパッチを励振するよ
うに構成したので、マイクロストリップパッチ、十字ス
ロットを有する接地導体板、及びマイクロストリップ線
路の各部材を一体的に形成することができ、小型・軽量
で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及び第
2の直線偏波マイクロストリップアンテナの電圧定在波
比を示す原理図、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
及び第2の直線偏波マイクロストリップアンテナの励振
電流の位相変化を示す原理図、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
を示すグラフ、第6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
の放射指向特性図、第7図(A)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7図
(B)は、第7図(A)の平面図におけるB−B′ライ
ンに対する縦断面図、第8図(A)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8
図(B)は、第8図(A)の平面図におけるC−C′ラ
インに対する縦断面図である。 1……接地導体板、2……十字スロット、3,4……誘電
体基板、5……マイクロストリップパッチ、6……マイ
クロストリップ線路、60……円偏波マイクロストリップ
アンテナ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安川 交二 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭55−128903(JP,A) 特開 昭60−217703(JP,A) 電子通信学会技術研究報告AP87−130 97−912 IEEE APS−22−1 1985 P. 701−704 IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PRO PAGATION Vol.AP−34,N o.8,AUGUST 1986 P.977− P.984

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導体板にてなるマイクロストリップパッチ
    と、前記マイクロストリップパッチと対向する位置に設
    けられたマイクロストリップ線路との間に、それぞれ誘
    電体を介して接地導体板が挟まれており、 前記接地導体板には、前記マイクロストリップ線路とそ
    れぞれ45゜の角度をなし、かつ十字点が前記マイクロス
    トリップ線路上に合致するように第1の励振用スロット
    と第2の励振用スロットとからなる十字スロットを設け
    て、 前記第1の励振用スロットと前記マイクロストリップパ
    ッチとにより第1の直線偏波マイクロストリップアンテ
    ナを構成する一方、前記第2の励振用スロットと前記マ
    イクロストリップパッチとにより第2の直線偏波マイク
    ロストリップアンテナを構成し、 前記第1の励振用スロットの長さと前記第2の励振用ス
    ロットの長さとを、互いに異なりかつ前記第1の直線偏
    波マイクロストリップアンテナの共振周波数と前記第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と
    の平均周波数において前記第1の直線偏波マイクロスト
    リップアンテナと前記第2の直線偏波マイクロストリッ
    プアンテナとを90゜の位相差で励振するように設定した
    ことを特徴とする円偏波マイクロストリップアンテナ。
  2. 【請求項2】上記マイクロストリップパッチが、円板形
    状もしくは矩形板形状であることを特徴とする請求項1
    記載の円偏波マイクロストリップアンテナ。
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