JPH088640A - Radial line patch antenna - Google Patents
Radial line patch antennaInfo
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- JPH088640A JPH088640A JP6136997A JP13699794A JPH088640A JP H088640 A JPH088640 A JP H088640A JP 6136997 A JP6136997 A JP 6136997A JP 13699794 A JP13699794 A JP 13699794A JP H088640 A JPH088640 A JP H088640A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ラジアルラインパッチ
アンテナに関し、特にラジアルラインとアンテナパッチ
との結合手段に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radial line patch antenna, and more particularly to a coupling means for a radial line and an antenna patch.
【０００２】[0002]
【従来の技術】移動体において衛星放送を受信するよう
な場合には、衛星の方向に常に指向性を向けるために衛
星を追尾する必要がある。たとえば、アンテナ自体を水
平面内で機械的に回転させる方法がある。日本国内で移
動体で受信を行う場合には、衛星方向の仰角が約４０度
程度となる。このため仰角方向については、この方向に
アンテナの指向性を向け、水平面内では無指向性、すな
わち図８に示す円錐形の指向性を持つアンテナを構成す
ることによって、水平面の機械的回転制御を不要にし、
常に衛星からの電波を受信することができる。2. Description of the Related Art When a mobile unit receives satellite broadcasting, it is necessary to track the satellite in order to always direct the direction of the satellite. For example, there is a method of mechanically rotating the antenna itself in a horizontal plane. When receiving by a mobile in Japan, the elevation angle in the satellite direction is about 40 degrees. Therefore, with respect to the elevation direction, the mechanical rotation control of the horizontal plane is performed by directing the directivity of the antenna in this direction and constructing an antenna having no directivity in the horizontal plane, that is, a conical directivity shown in FIG. Unnecessary,
Radio waves from satellites can always be received.
【０００３】一方、衛星放送受信用アンテナとして、図
９に示すラジアルラインを用いた小型薄型で高効率な円
偏波アンテナがある。ラジアルラインの上面にスロット
を設け、このスロットより直接空間に電磁波を放射する
アンテナである。円偏波の放射については、図９の２２
３ａおよび２２３ｂで示す９０度の位相差を持つように
構成された２つの直線偏波を放射するスロットペアによ
り、空間的に円偏波を合成する手法がとられている。こ
のため、所望の仰角θ０がアンテナの正面から離れた広
角方向にビームを持つアンテナを設計する場合には、２
つのスロットペアの素子間隔は、スロットの励振位相差
とθ0 方向からみた行路差とによる位相差が９０度とな
るように設定する必要がある。これを波長をλとして式
で示すと以下のように表される。On the other hand, as a satellite broadcast receiving antenna, there is a small and thin circularly polarized antenna using a radial line shown in FIG. 9 which is highly efficient. This is an antenna that radiates electromagnetic waves directly into the space from the slot provided on the upper surface of the radial line. For circularly polarized radiation, refer to FIG.
A method of spatially synthesizing circularly polarized waves is adopted by a slot pair radiating two linearly polarized waves configured to have a phase difference of 90 degrees shown by 3a and 223b. Therefore, when designing an antenna having a beam with a desired elevation angle θ0 in a wide-angle direction away from the front of the antenna,
It is necessary to set the element spacing of one slot pair so that the phase difference between the excitation phase difference of the slots and the path difference seen from the θ 0 direction is 90 degrees. This can be expressed as follows when the wavelength is represented by λ.
【０００４】２πｄρ（１−ｃｏｓθ0 ）／λ＝π／２ 上式よりスロットペアの間隔ｄρは、 ｄρ＝λ／４（１−ｃｏｓθ0 ） となり、θ0 が４０度の場合には ｄρ＝１．０７λ となる。この素子間隔では、アレーアンテナを構成する
際に外側のスロットペア同士が重なりあったり、グレー
ディングローブが発生するなどの問題点がある。更に、
このスロットペアに用いた素子自体で円錐形の指向性を
放射することは不可能である。2πdρ (1-cos θ 0 ) / λ = π / 2 From the above equation, the slot pair interval dρ becomes dρ = λ / 4 (1-cos θ 0 ), and when θ 0 is 40 degrees, dρ = It becomes 1.07λ. With this element spacing, there are problems such as the outer slot pairs overlapping each other and grading lobes occurring when the array antenna is constructed. Furthermore,
It is impossible for the element itself used for this slot pair to radiate a conical directivity.
【０００５】一方広角方向にビームを向けられるラジア
ルラインを用いたアンテナとして図１０に示すラジアル
ラインとパッチの結合に導体ピンを用いた方式がある。
このアンテナでは、パッチと導体ピンを立体的に構成す
る必要があり、構造的に複雑で、高周波化においては、
高い製作精度が必要であるため製造が困難となりコスト
高になり、製作誤差により入力インピーダンスや軸比等
の電気的特性が劣化するという問題点がある。On the other hand, as an antenna using a radial line capable of directing a beam in a wide-angle direction, there is a system shown in FIG. 10 in which a conductor pin is used for coupling the radial line and the patch.
In this antenna, it is necessary to construct the patch and the conductor pin in three dimensions, and it is structurally complicated.
Since high manufacturing accuracy is required, manufacturing becomes difficult and costly, and there are problems that electrical characteristics such as input impedance and axial ratio deteriorate due to manufacturing errors.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、ス
ロットを放射素子としたアンテナでは広角方向に円偏波
を放射しにくいという問題があり、また導体ピンを用い
たアンテナでは構造が複雑となり高周波化においては、
高い製作精度が要求されるため製造が困難となりコスト
高になり、製作誤差により入力インピーダンスや軸比等
の電気的特性が劣化する。As described above, there is a problem that an antenna using a slot as a radiating element is difficult to radiate a circularly polarized wave in a wide angle direction, and an antenna using a conductor pin has a complicated structure. In high frequency,
Since high manufacturing accuracy is required, manufacturing becomes difficult and the cost becomes high, and electrical characteristics such as input impedance and axial ratio are deteriorated due to manufacturing error.
【０００７】本発明の目的は、小形・薄形で構造の簡単
化と円偏波化を図ったラジアルラインパッチアンテナを
実現することにある。An object of the present invention is to realize a radial line patch antenna which is small and thin and has a simplified structure and circular polarization.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のラジアルラインパッチアンテナは、上部導
体板及び下部導体板を平行に配置してラジアルラインを
形成し、前記ラジアルラインの上に該ラジアルラインに
沿って複数個のアンテナパッチを設置した構造におい
て、前記複数個のアンテナパッチのそれぞれの下部位置
で、当該各アンテナパッチを前記ラジアルラインから給
電し得るように、前記上部導体板に適宜選定した形状の
開口を設けたことを特徴とする。To achieve the above object, a radial line patch antenna according to the present invention has an upper conductor plate and a lower conductor plate arranged in parallel to form a radial line, and the radial line is formed on the radial line. In a structure in which a plurality of antenna patches are installed along the radial line, the upper conductor plate is provided at a lower position of each of the plurality of antenna patches so that each antenna patch can be fed from the radial line. It is characterized in that an opening having an appropriately selected shape is provided.
【０００９】そして、前記複数個のアンテナパッチは、
円偏波を放射する素子であることを特徴とする。The plurality of antenna patches are
It is an element that radiates circularly polarized waves.
【００１０】また、本発明のラジアルラインパッチアン
テナには、コニカルビームを放射する手段を設けたこと
を特徴とする。Further, the radial line patch antenna of the present invention is characterized in that means for radiating a conical beam is provided.
【００１１】また、前記複数個のアンテナパッチは、高
次モードで励振すること特徴とする。Further, the plurality of antenna patches are excited in a higher order mode.
【００１２】[0012]
【作用】本発明のラジアルラインパッチアンテナでは、
ラジアルラインと複数個のアンテナパッチとの間をそれ
ぞれ結合する手段は、ラジアルラインにおける上部導体
板に設けた適宜選定した形状の開口である。In the radial line patch antenna of the present invention,
The means for coupling between the radial line and the plurality of antenna patches are openings of an appropriately selected shape provided in the upper conductor plate of the radial line.
【００１３】従って、本発明のラジアルラインパッチア
ンテナでは放射素子自体が円偏波を放射する構成が可能
でなり、放射素子自体でコニカルビームで励振させるよ
うな構成を実現できるため広角方向で良好な軸比が得ら
れる。特に、コニカルビームを放射するようなアンテナ
では効果がある方式である。Therefore, in the radial line patch antenna of the present invention, the radiating element itself can radiate a circularly polarized wave, and the radiating element itself can excite with a conical beam. The axial ratio is obtained. In particular, this method is effective for an antenna that radiates a conical beam.
【００１４】また、本アンテナにおいてはコニカルビー
ムの励振等を行うことができるため水平方向の機械的な
追尾を不要になる。Further, since the conical beam can be excited in this antenna, mechanical tracking in the horizontal direction becomes unnecessary.
【００１５】[0015]
【実施例】以下に本発明に係るラジアルラインパッチア
ンテナの実施例に基づき説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A radial line patch antenna according to an embodiment of the present invention will be described below.
【００１６】図１に本発明の一実施例であるラジアルラ
インパッチアンテナを示す。図１（ａ）は本アンテナの
平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’における断
面図を示す。１１１及び１１２はラジアルラインを構成
するための平行に設置された導体板で、前記ラジアルラ
インの中央または中央付近に同軸線路１３１が接続さ
れ、この同軸線路の中心導体１３２がラジアルライン内
に挿入され、ラジアルラインを給電する。前記ラジアル
ラインの上部導体板１１２の上部には誘電体基板１２２
を介してアンテナ素子として動作するパッチ１２１が構
成されている。パッチ１２１は円偏波を放射させるため
に円形パッチに切り欠きがあり、前記導体板１１２に、
前記パッチ１２１の直下またはその直下付近にクロスス
ロット１２３が設けられている。FIG. 1 shows a radial line patch antenna which is an embodiment of the present invention. 1A is a plan view of the present antenna, and FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. Reference numerals 111 and 112 denote conductor plates installed in parallel to form a radial line. A coaxial line 131 is connected to the center of the radial line or near the center, and a center conductor 132 of the coaxial line is inserted into the radial line. , Power the radial line. A dielectric substrate 122 is formed on the upper conductor plate 112 of the radial line.
A patch 121 that operates as an antenna element is configured via the. The patch 121 has a notch in a circular patch for radiating a circularly polarized wave, and the conductor plate 112 has
A cross slot 123 is provided immediately below or near the patch 121.
【００１７】前記中心導体１３２によりラジアルライン
内に給電された電力は、１３２よりラジアルラインの外
周方向へ伝搬し、ラジアルラインの上面に設けられたク
ロススロット１２３より、上部のパッチ１２１へと給電
され、空間に電力が放射され残りの電力は図２（ａ）に
示す金属壁１１３または図２（ｂ）に示す吸収体１１４
などで構成されるラジアルラインの終端部へ伝搬する。The electric power fed into the radial line by the central conductor 132 propagates from the radial direction 132 toward the outer periphery of the radial line, and is fed to the upper patch 121 from the cross slot 123 provided on the upper surface of the radial line. The electric power is radiated into the space, and the remaining electric power is the metal wall 113 shown in FIG. 2A or the absorber 114 shown in FIG. 2B.
Propagate to the end of the radial line composed of
【００１８】図１に示す円形パッチを６素子同心円上に
ラジアルラインの中心１４１を中心に対し１重配列した
構成では、対角方向に配列された円形パッチ１２１ａと
１２１ｂは等振幅同相給電されるが、各素子の初期偏波
方向が１８０度異なるために、アンテナの正面方向で
は、互いに打ち消し電界は零となる。一方、ある広角方
向で同相合成される。更に残りの円形パッチについても
同様となり、結果的に円錐ビームを放射するアンテナと
なる。円偏波については、各円形パッチアンテナで円偏
波を発生させているのでアレー化しても円偏波を実現さ
れる。図３に、周波数１０．３ＧＨｚにおける放射パタ
ーンを示す。円形パッチアンテナの直径は７ｍｍ、クロ
ススロットの各スロットの長さは６ｍｍ、１重の円形ア
レーの半径は１８ｍｍで、誘電率２，６に誘電体基板上
に形成されている。この場合主ビームは約３０度方向に
向いており軸比は１．７ｄＢである。１重の円形アレー
の半径は最適化することで、主ビームの方向は任意に設
定することができる。In the configuration in which the circular patches shown in FIG. 1 are arranged on a six-element concentric circle in a single arrangement with respect to the center 141 of the radial line, circular patches 121a and 121b arranged in a diagonal direction are fed with equal amplitude in-phase. However, since the initial polarization directions of the respective elements are different by 180 degrees, the canceling electric fields are zero in the front direction of the antenna. On the other hand, in-phase synthesis is performed in a wide-angle direction. The same applies to the remaining circular patches, resulting in an antenna that radiates a cone beam. Regarding circularly polarized waves, circularly polarized waves are generated by each circular patch antenna, so that circularly polarized waves can be realized even when arrayed. FIG. 3 shows a radiation pattern at a frequency of 10.3 GHz. The diameter of the circular patch antenna is 7 mm, the length of each cross slot is 6 mm, the radius of the single circular array is 18 mm, and the circular patch antenna is formed on the dielectric substrate with a dielectric constant of 2 and 6. In this case, the main beam is oriented in the direction of about 30 degrees and the axial ratio is 1.7 dB. By optimizing the radius of the single circular array, the direction of the main beam can be set arbitrarily.
【００１９】図１では６素子の円形パッチを同心円上に
１重に配列されているが、素子数と配列の数は任意であ
り、図１以外の構成でも同様な効果が得られ、素子数が
多くなるほど指向性の絞られた高利得なアンテナを構成
する事ができる。In FIG. 1, six-element circular patches are arranged concentrically in a single layer, but the number of elements and the number of arrangements are arbitrary, and similar effects can be obtained with a configuration other than that shown in FIG. As the number of antennas increases, it is possible to construct a high-gain antenna with narrowed directivity.
【００２０】図１の円形パッチ１２１は、基本モードで
円偏波を放射するアンテナ構造である切り欠きを入れた
形状であるが、所望の仰角と一致する円錐形状のビーム
を放射する図５に示す高次モードの素子を用いること
で、広角方向の軸比を改善することもできる。また用途
により図４に示した形状の素子などを用いる。The circular patch 121 of FIG. 1 has a notched shape which is an antenna structure that radiates circularly polarized waves in the fundamental mode, but FIG. 5 that radiates a cone-shaped beam matching a desired elevation angle. It is also possible to improve the axial ratio in the wide-angle direction by using the high-order mode element shown. Further, an element having the shape shown in FIG. 4 is used depending on the application.
【００２１】更に、図１に示した前記クロススロット
は、以外に用途や結合の強さを制御するなどの目的によ
り、図６に示す形状であっても同様の効果が得られる。
なお、スロットの位置は必ずしも素子の中心にあるもの
ではなく、図７に示すように素子内部であればその数お
よび位置は任意である。Further, the cross slot shown in FIG. 1 has the same effect even if it has a shape shown in FIG. 6 for the purpose of controlling the application and the strength of the connection, in addition to the above.
The positions of the slots are not necessarily at the center of the element, and the number and position thereof are arbitrary within the element as shown in FIG.
【００２２】また、コニカルビームを発生させる例を説
明したが、素子の配列法を変えることで、正面方向やあ
る角度方向ビームチルト方向に主ビームを有するアンテ
ナも実現することができる。Although an example in which a conical beam is generated has been described, an antenna having a main beam in the front direction or a certain angle direction beam tilt direction can be realized by changing the arrangement method of elements.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ラ
ジアルラインとパッチアンテナとの結合手段としてラジ
アルラインにおける上部導体板に適宜選定した形状の開
口を設けた構成であるので、小形・薄形で構造の簡単化
と高周波波化に適した構成を実現し、容易にかつ、高精
度、低コストで製作可能な円偏波アンテナを構成するこ
とが可能である。As described above, according to the present invention, the upper conductor plate of the radial line is provided with an opening of an appropriately selected shape as a coupling means of the radial line and the patch antenna. It is possible to realize a circularly polarized antenna which can be easily manufactured with high precision and low cost by realizing a simple structure and a structure suitable for high frequency wave.
【００２４】また、上記ラジアルラインパッチアンテナ
では結合部と放射部を別々であるため、放射素子自体で
円偏波を放射することが可能であるため、設計の自由度
が増えると共に広角方向で良好な軸比が得られる。Further, in the above radial line patch antenna, since the coupling part and the radiating part are separate, it is possible to radiate circularly polarized waves by the radiating element itself, which increases the degree of freedom in design and is good in the wide-angle direction. A good axial ratio can be obtained.
【００２５】更に、本アンテナにおいてはコニカルビー
ムの励振等を行うことができるため水平方向の機械的な
追尾を不要になる。Furthermore, since the conical beam can be excited in this antenna, mechanical tracking in the horizontal direction becomes unnecessary.
【００２６】上記コニカルビームを放射するようなアン
テナでは、放射素子自体をコニカルビームで励振させる
ような構成にできるため良好な軸比特性を実現できる。In the antenna which radiates the above-mentioned conical beam, the radiation element itself can be constructed so as to be excited by the conical beam, so that a good axial ratio characteristic can be realized.
【図１】本発明の一実施例のラジアルパッチアンテナを
示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a radial patch antenna according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施例で採用した導体板の終端の例
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a termination of a conductor plate used in an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施例による放射パターンの例を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a radiation pattern according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の一実施例で採用した素子形状の例を示
す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an element shape adopted in an embodiment of the present invention.
【図５】円形パッチの基本モードと高次モードを示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing a basic mode and a higher-order mode of a circular patch.
【図６】本発明の一実施例で採用した開口形状の例を示
す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of an opening shape adopted in an embodiment of the present invention.
【図７】本発明の一実施例で採用したスロットと素子の
位置関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a positional relationship between a slot and an element adopted in an embodiment of the present invention.
【図８】コニカルビーム放射アンテナの概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram of a conical beam radiation antenna.
【図９】スロットを放射素子とした従来のアンテナの一
例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of a conventional antenna using a slot as a radiating element.
【図１０】パッチを放射素子とした従来のアンテナの一
例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a conventional antenna using a patch as a radiating element.
１１１ 上部導体板 １１２ 下部導体板 １１３ 金属壁 １１４ 吸収体 １２１ パッチ １２２ 誘電体 １２３ 開口 １３１ 同軸線路 １３２ 同時線路の中心導体 ２１１ 上部導体板 ２１２ 下部導体板 ２１３ 金属壁 ２２３ａ，２２３ｂ スロット素子 ２３１ 同軸線路 ２３２ 同軸線路の中心導体 ３１１ 上部導体板 ３１２ 下部導体板 ３１３ 金属壁 ３２１ パッチ ３２２ 誘電体 ３２４ 導体ピン ３３１ 同軸線路 ３３２ 同軸線路の中心導体 111 Upper Conductor Plate 112 Lower Conductor Plate 113 Metal Wall 114 Absorber 121 Patch 122 Dielectric 123 Opening 131 Coaxial Line 132 Simultaneous Line Central Conductor 211 Upper Conductor Plate 212 Lower Conductor Plate 213 Metal Wall 223a, 223b Slot Element 231 Coaxial Line 232 Center conductor of coaxial line 311 Upper conductor plate 312 Lower conductor plate 313 Metal wall 321 Patch 322 Dielectric 324 Conductor pin 331 Coaxial line 332 Central conductor of coaxial line
Claims (4)
してラジアルラインを形成し、前記ラジアルラインの上
に該ラジアルラインに沿って複数個のアンテナパッチを
設置した構造において、 前記複数個のアンテナパッチのそれぞれの下部位置で、
当該各アンテナパッチを前記ラジアルラインから給電し
得るように前記上部導体板に適宜選定した形状の開口を
設けたことを特徴とするラジアルラインパッチアンテ
ナ。1. A structure in which an upper conductor plate and a lower conductor plate are arranged in parallel to form a radial line, and a plurality of antenna patches are installed on the radial line along the radial line, wherein the plurality of antenna patches are provided. At the bottom of each of the antenna patches in
A radial line patch antenna, characterized in that an opening of a shape appropriately selected is provided in the upper conductor plate so that each of the antenna patches can be fed from the radial line.
を放射する素子であることを特徴とする請求項１記載の
ラジアルラインパッチアンテナ。2. The radial line patch antenna according to claim 1, wherein the plurality of antenna patches are elements that radiate circularly polarized waves.
する請求項１および請求項２記載のラジアルラインパッ
チアンテナ。3. The radial line patch antenna according to claim 1, wherein the radial line patch antenna emits a conical beam.
ードで励振することを特徴とする請求項３記載のラジア
ルラインパッチアンテナ。4. The radial line patch antenna according to claim 3, wherein the plurality of antenna patches are excited in a higher order mode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6136997A JPH088640A (en) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | Radial line patch antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6136997A JPH088640A (en) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | Radial line patch antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH088640A true JPH088640A (en) | 1996-01-12 |
Family
ID=15188382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6136997A Pending JPH088640A (en) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | Radial line patch antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH088640A (en) |
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-
1994
- 1994-06-20 JP JP6136997A patent/JPH088640A/en active Pending
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