JPH07297630A - 平面アンテナ - Google Patents

平面アンテナ

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JPH07297630A
JPH07297630A JP8896694A JP8896694A JPH07297630A JP H07297630 A JPH07297630 A JP H07297630A JP 8896694 A JP8896694 A JP 8896694A JP 8896694 A JP8896694 A JP 8896694A JP H07297630 A JPH07297630 A JP H07297630A
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JP
Japan
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antenna
antenna elements
electric field
plane
region
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Pending
Application number
JP8896694A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideo Yamami
英生 山見
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Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Original Assignee
Yokogawa Denshikiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Yokogawa Denshikiki Co Ltd filed Critical Yokogawa Denshikiki Co Ltd
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電界面におけるサイドローブの発生を減少さ
せ、指向特性の対称性を高めた平面アンテナを提供する
ことを目的とする。 【構成】 誘電体板上に所定間隔で配置され、電界方向
の境界部3に対して面対称になるように第1領域1と第
2領域2とに分割された複数のアンテナエレメント4、
4…から形成される平面アンテナにおいて、各アンテナ
エレメント4、4…に対し、第1領域1と第2領域2と
で面対称となるように対称形給電線8を設けるととも
に、第1領域1と第2領域2との中間点9から、λe/
4の距離だけ電界方向に偏った位置に給電点5を設け
る。これにより、各アンテナエレメント4、4…より発
生する電界は強め合い、アンテナエレメント4、4…と
対称形給電線8との間に発生する電気的結合は相殺す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、衛星通信や移動体通
信等に用いられ、同一平面上に複数のアンテナエレメン
トを配列した構造を有する平面アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】平面アンテナの一種にパッチアンテナと
いうものがある。このパッチアンテナは、図2に示すよ
うな構造を有している。図2は、1エレメントの方形パ
ッチアンテナの例である。一般にパッチアンテナは、誘
電体10の一方の面全面に銅箔等の導体からなるグラン
ド面11が形成されるとともに、誘電体10の他方の面
に銅箔等の導体からなるアンテナエレメント4と給電線
6とが形成されている。このパッチアンテナは、ある単
一の周波数f[Hz]を有する高周波電流の実効波長λ
eに対して、およそλe/2の長さLと、およそλeの幅
Wを有するマイクロストリップラインから構成されるア
ンテナエレメント4に、周波数f[Hz]を有する高周
波電流を供給する。これにより、図2中の座標軸が示す
X方向に磁界成分を、またY方向に電界成分をもつ電磁
波が、図2に示すZ方向に放射される。
【0003】このパッチアンテナのエレメントの形状と
しては、円形や図2に示す例のような長方形のものが使
用される。ただし、いずれの場合においても、複数のア
ンテナエレメントを同一平面上に整然と配列し、並列に
高周波電流を供給して使用するパッチアレイアンテナの
形を用いることが多い。これは、複数のエレメントを配
列し、並列に給電することで、より高い利得と指向性を
得るためである。前述のアンテナエレメント4より構成
される平面アンテナにあっては、図2に示すXY面上
に、複数のアンテナエレメント4、4…を均等な間隔か
つ互いが同一の方向を向くように配置し、各アンテナエ
レメント4、4…に同一の位相を有する高周波電流を並
列に給電する方法がある。以下は、その一例である。
【0004】図3に示す平面アンテナ15aは、XY面
上に電界方向、磁界方向ともに4段のアンテナエレメン
ト4、4…を、均等な間隔で配置した例である。同図の
例では、同数ずつのアンテナエレメント4、4…が、境
界部3を境界として第1領域1と第2領域2とに分割さ
れている。また、この平面アンテナ15aにあっては、
給電点5より高周波電流が給電される。一般に、平面ア
ンテナ15aのような並列給電式のパッチアレイアンテ
ナにあっては、給電点5から各アンテナエレメント4、
4…までの給電線の実効長は、そのすべてが等しくなる
ように給電線がレイアウトされる必要がある。図3に示
す例においても、前述の要件を満たすように給電線7a
および7bがレイアウトされている。このため、各アン
テナエレメント4、4…に供給される高周波電流は同相
となり、また、各アンテナエレメント4、4…において
発生する電界の方向は同一である。従って、アンテナエ
レメント4単体の場合に比して、大きな利得と強い指向
性が期待できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3に
示す例のように、複数のアンテナエレメント4、4…
を、XY面上に配置する際には、アンテナエレメント4
とアンテナエレメント4との間隙に給電線7aあるいは
7bを配置することになる。従って、アンテナエレメン
ト4の極めて近傍に給電線7aまたは7bが配置される
ために、アンテナエレメント4と給電線7aあるいは7
bとの間に電気的結合が発生する。この電気的結合が平
面アンテナの指向特性に悪影響を及ぼす。平面アンテナ
の指向特性にあっては、利得最大点を中心に対称的な形
状が望まれる。しかしながら、従来の平面アンテナにあ
っては、とりわけ電界面の指向特性が対称的な形状を示
さない。
【0006】前述の電気的結合は、以下のようにして平
面アンテナの電気的特性に作用すると考えられる。図4
(a)は平面アンテナ15aにおける電界と電気的結合
の方向を示す図である。平面アンテナ15aでは、前述
のようにアンテナエレメント4、4…への給電には給電
線7a、7bを用いている。このため、第1領域1にお
いて発生する電界(ア)の方向と第2領域2において発
生する電界(イ)の方向は同方向となっている。しかし
ながら、第1領域1において発生する電気的結合(ウ)
の方向と第2領域2において発生する電気的結合(エ)
の方向も同方向となる。このため、電気的結合(ウ)と
(エ)が強め合ってアンテナエレメント4、4…から発
生する放射電界に影響を与え、指向特性に乱れを生じさ
せる。
【0007】図5は、平面アンテナの指向特性を測定す
るための構成の一例である。同図においては、高周波発
振器14に図3に示す従来型の平面アンテナ15aを取
り付ける。そして、高周波発振器14をアンテナ回転台
13の回転軸に取り付ける。このとき、平面アンテナ1
5aの電界面指向特性を測定するか、磁界面指向特性を
測定するかによって、アンテナ15aの回転軸を図2に
示すそれぞれX軸に合わせるかY軸に合わせるかを選択
する。こうして、平面アンテナ15aから放射された電
磁波を受信アンテナ16によって受信する。そして、受
信アンテナ16で受けた信号を受信機17で増幅し、ス
ペクトラムアナライザ18で数値変換する。その後、ア
ンテナ回転台13の回転軸の動きと連動した極座標計1
9において記録する。また、前述のアンテナ回転台1
3、高周波発振器14、平面アンテナ15a、および受
信アンテナ16は電波暗室12内に配置して測定する。
【0008】図6は、図5に示す構成において測定し
た、平面アンテナ15aが有する指向特性を示す図であ
る。同図において、(a)は電界面の指向特性を、
(b)は磁界面の指向特性を示している。また、それぞ
れに記載されている座標X、Y、Zは、図2に記載の座
標X、Y、Zと対応している。図6(a)からわかるよ
うに、前述の通り電界面の指向特性は対称性が低い。ま
た、図6(b)に示す磁界面の指向特性と比較すると、
サイドローブの発生が多いとともに、強いサイドローブ
も発生している。このため、従来型の平面アンテナをレ
ーダなどに使用した際には、強いサイドローブにおいて
送受信される信号が誤差要因となっていた。
【0009】そこで、前述の電気的結合の影響を減少さ
せるために、図4(b)に示すように、第1領域1と第
2領域2とで面対称な形状を有するアンテナエレメント
4、4…への給電に、第1領域1、第2領域2ともに境
界部3に直交する面に対して面対称となる給電線8を用
いることが考えられる。ところが、図4(b)に示す平
面アンテナ15bにあっては、第1領域1において発生
する電気的結合(キ)の方向と第2領域2において発生
する電気的結合(ク)の方向が逆方向となり相殺され
る。しかしながら、同時に第1領域1において発生する
電界(オ)の方向と第2領域2において発生する電界
(カ)の方向も逆方向となり、電界成分を相殺してしま
う。従って、電磁波が放射されないという不都合が生じ
る。
【0010】この発明は、以上のような背景のもとにな
されたもので、電界面におけるサイドローブの発生を減
少させ、電界面指向特性の対称性を高めた平面アンテナ
を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明にあっては、誘電体表面に形成され、電界方
向および磁界方向の何れも均等間隔で配置された複数の
アンテナエレメントと、前記複数のアンテナエレメント
上に発生する電界方向に対して面対称となるように配置
され、前記複数のアンテナエレメントに高周波電流を供
給する給電手段と、前記面対称の対称面と前記給電線と
の交点から、受信または送信電波の実効波長の4分の1
の距離だけ電界方向に偏った位置に前記高周波電流を給
電する給電点とを具備することを特徴とする。
【0012】
【作用】上記構成によれば、複数のアンテナエレメント
と給電線とが、電界方向に対して面対称となるように配
置された第1領域と第2領域とで、互いに逆の位相を有
する高周波電流が供給される。これにより、発生する電
界は第1領域と第2領域との間で同相となり強め合い、
またアンテナエレメントと給電線の間に生じる電気的結
合は第1領域と第2領域との間で逆相となり相殺する。
従って、電界面の指向特性に乱れを生じることがなくな
る。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例による平面アンテナに
ついて説明する。図1は、本発明の一実施例による平面
アンテナ15cの構成と平面アンテナ15c上に発生す
る電界と電気的結合の方向を示す図である。本発明の実
施例では、平面アンテナ15cは、図2に示すような一
方の面全面に銅箔等の導体からなるグランド面11を有
する誘電体10上に形成される。この誘電体10の他方
の面に形成されるアンテナエレメント4、4は、電界方
向、磁界方向ともに4段の方形パッチ状によって構成さ
れる。
【0014】同図において平面アンテナ15cは境界部
3に直交する面に対して面対称となるように第1領域1
と第2領域2とが配置されている。そして、それぞれの
領域にはアンテナエレメント4、4…が均等間隔に同数
ずつ配置されている。また、第1領域1上に形成された
アンテナエレメント4、4…への給電と第2領域2上に
形成されたアンテナエレメント4、4…への給電とは、
どちらもアンテナエレメント4とアンテナエレメント4
との間隙に、境界部3と直交する面に対して面対称とな
るように配置された給電線8によってなされる。さら
に、同図の平面アンテナ15cにあっては、その給電点
5は第1領域1と第2領域2との中間点9より、受信ま
たは送信すべき周波数を有する高周波電流が、給電線8
を伝播する際の実効波長λeに対して、λe/4の距離だ
け第1領域1側に偏った位置に設けている。
【0015】給電点5には、平面アンテナ15cの指向
特性に影響を及ぼさないように、誘電体10の有するグ
ランド面11側から、誘電体10を貫通する形で、同軸
ケーブル、セミリジッドケーブル、あるいは導波管を用
いて高周波電流が供給される。給電点5に供給された高
周波電流は、給電線8を伝送路としてアンテナエレメン
ト4、4…へと給電される。これにより、図1に示す座
標軸のX方向に磁界成分を、Y方向に電界成分を有する
電磁波が、アンテナエレメント4、4…より、図1に示
す面方向に放射される。
【0016】図1において、境界部3とアンテナエレメ
ント4、4…との給電線8の距離をD0とする。また、
境界部3と平行であって給電点5を通る線と第1領域1
上に形成されたアンテナエレメント4、4…との給電線
8の距離をD1とする。さらに、境界部3と平行であっ
て給電点5を通る線と第2領域2内のアンテナエレメン
ト4、4…との給電線8の距離をD2とする。前述の通
り、給電点5は第1領域1と第2領域2との中間点9よ
りλe/4の距離だけ第1領域1側へ偏っている。従っ
て、距離をD1は、 D1=D0−λe/4 また、距離D2は、 D2=D0+λe/4 となる。これより、D1とD2の距離の差は D2−D1=(D0+λe/4)−(D0−λe/4)=λe
/2 ということになる。
【0017】すなわち上式より、距離D1と、距離D2の
差はλe/2となる。従って、第1領域1上に形成され
たアンテナエレメント4、4…に供給される高周波電流
と、第2領域2上に形成されたアンテナエレメント4、
4…に供給させる高周波電流の位相差はλe/2[ra
d]ということになる。以上より、第1領域1上に形成
されたアンテナエレメント4、4…と第2領域2上に形
成されたアンテナエレメント4、4…では、逆相の高周
波電流が給電されることになる。従って、第1領域1に
おいて発生する電界(ア)の方向と第2領域2において
発生する電界(イ)の方向は同方向となる。また、第1
領域1において発生する電気的結合(ウ)の方向と第2
領域2において発生する電気的結合(エ)の方向は逆方
向となり、相殺される。このため、アンテナエレメント
4、4…からの放射電界に影響を与えることがなく、電
界面の指向特性に乱れを生じることがなくなる。
【0018】なお、本発明は上記実施例に限定されたも
のではなく、例えば以下の変形例も本発明の範囲に属す
る。 (1)上記実施例においては、方形パッチを用いた平面
アンテナの例を示したが、円形パッチ等、他の形状のパ
ッチを用いた平面アンテナにも適用できることは勿論で
ある。 (2)上記実施例においては、図1に示す図中、給電点
5を中心点9から同図に示す第1領域1側へλe/4の
距離だけずらしたが、同図における第2領域2側へλe
/4の距離だけずらしても、得られる効果は同じであ
る。 (3)上記実施例においては、電界方向、磁界方向とも
に4段のアンテナエレメントからなる平面アンテナの例
を示したが、磁界方向および磁界方向のアンテナエレメ
ントの段数は、磁界方向のアンテナエレメントの段数を
H、電界方向のアンテナエレメントの段数をNEとした
とき、 NH=NE=2n(n=1、2、3・・・) である条件を満たすいかなる段数であってもよい。 (4)上記実施例においては、平面アンテナに高周波電
流を供給し、電磁波が放射される際の動作について説明
したが、平面アンテナによって外来電波を受信する際に
おいても本発明の効果は得られる。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
界面において発生するサイドローブが少なく、また利得
最大点を中心とした限界面指向特性の対称性の高い平面
アンテナが実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による平面アンテナの構成お
よび同平面アンテナ上の電界の方向と電気的結合の方向
を示す図である。
【図2】方形パッチアンテナのアンテナエレメントの構
成例を示す図である。
【図3】従来の平面アンテナの構成例を示す図である。
【図4】従来の平面アンテナ上の電界の方向と電気的結
合の方向を示す図である。
【図5】平面アンテナの指向特性を測定する装置の構成
の一例を示す図である。
【図6】従来の平面アンテナの指向特性の一例を示す図
である。
【符号の説明】
3 境界部 4 アンテナエレメント 5 給電点 8 給電線 9 中間点

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体表面に形成され、電界方向および磁
    界方向の何れも均等間隔で配置された複数のアンテナエ
    レメントと、 前記複数のアンテナエレメント上に発生する電界方向に
    対して面対称となるように配置され、前記複数のアンテ
    ナエレメントに高周波電流を供給する給電手段と、 前記面対称の対称面と前記給電線との交点から、受信ま
    たは送信電波の実効波長の4分の1の距離だけ電界方向
    に偏った位置に前記高周波電流を給電する給電点とを具
    備することを特徴とする平面アンテナ。
JP8896694A 1994-04-26 1994-04-26 平面アンテナ Pending JPH07297630A (ja)

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JP8896694A JPH07297630A (ja) 1994-04-26 1994-04-26 平面アンテナ

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6124830A (en) * 1998-07-23 2000-09-26 Alps Electric Co., Ltd. Planar antenna
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JP2008271074A (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Nippon Dengyo Kosaku Co Ltd 高周波結合器
US7612732B2 (en) 2007-01-31 2009-11-03 Oki Electric Industry Co., Ltd. Antenna with stripline splitter circuit
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CN113612027A (zh) * 2021-08-03 2021-11-05 隔空(上海)智能科技有限公司 微带天线组件、雷达收发组件及雷达系统

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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010529