KR920002227B1

KR920002227B1 - Micro-strip array antenna

Info

Publication number: KR920002227B1
Application number: KR1019890004783A
Authority: KR
Inventors: 아쯔시 카이세; 나오야 히루하우; 히루시 카사하우; 이이찌 유꼬우; 요우이찌 카네꼬
Original assignee: 야기 안테나 가부시끼가이샤; 사또오 고이찌
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1992-03-20
Also published as: KR890017824A; CN1011168B; EP0345454A1; DE68910728D1; CN1037803A; DE68910728T2; EP0345454B1

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Microstrip array antenna

제1도는 빔경사를 부여하지 않은 평면 안테나를 건물에 설치한 상태를 표시한 개략도.1 is a schematic diagram showing a state in which a flat antenna without beam tilt is installed in a building.

제2도는 빔경사를 부여한 평면 안테나를 건물에 설치한 상태를 표시한 개략도.2 is a schematic diagram showing a state in which a planar antenna provided with a beam tilt is installed in a building.

제3도는 종래의 빔경사를 부여한 마이크로스트립 어레이 안테나의 일부 평면도.3 is a partial plan view of a microstrip array antenna with conventional beam tilt.

제4도는 제3도의 4-4선 단면도.4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG.

제5도는 본 발명의 실시예 1의 평면상 마이크로스트립 어레이 안테나의 외형의 사시도.5 is a perspective view of the external appearance of the planar microstrip array antenna of Embodiment 1 of the present invention.

제6도는 제5도의 안테나의 분해사시도.6 is an exploded perspective view of the antenna of FIG.

제7도는 급전 프린트판의 일부 평면도.7 is a partial plan view of the feeder printing plate.

제8도는 방사 프린트판의 일부 평면도.8 is a partial plan view of a radiating printed plate.

제9도는 포개진 방사요소와 급전 라인과의 관계를 표시한 평면도.9 is a plan view showing the relationship between the nested radiating element and the feed line.

제10도는 제9도의 10-10선 단면도.10 is a sectional view taken along line 10-10 of FIG.

제11도는 본 발명의 실시예 2의 안테나의 일부 평면도.11 is a partial plan view of an antenna of Embodiment 2 of the present invention.

제12도는 본 발명의 실시예 1의 안테나의 특성을 표시한 도면.12 is a view showing the characteristics of the antenna of Embodiment 1 of the present invention.

제13도는 본 발명의 실시예 2의 안테나의 특성을 표시한 도면.13 is a view showing the characteristics of the antenna of the second embodiment of the present invention.

제14도는 본 발명의 실시예 3의 방사요소와 급전라인과의 관계를 표시한 평면도.14 is a plan view showing the relationship between the radiating element and the feeding line of the third embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

33 : 급전 프린트판 35 : 방사 프린트판33: feeding plate 35: radiation printing plate

51 : 급전라인 52a, 52b - 55a, 55b : 말단급전부51: feed line 52a, 52b-55a, 55b: end feed

62a, 62b - 65a, 65b : 원편파 방사요소62a, 62b-65a, 65b: circularly polarized radiation element

본 발명은 평면형의 마이크로스트립 어레이 안테나에 관한 것으로 더욱 특정하게는 방송위성에서 송신되는 저자파를 수신하기 위한 일반가정용의 마이크로스트립 어레이 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar microstrip array antenna, and more particularly, to a microstrip array antenna for general home use for receiving a low frequency wave transmitted from a broadcast satellite.

종래에는 방송위성에서 송신되는 전자파를 수신하려면, 일반적으로 파라볼라 안테나를 사용하였다. 이 파라볼라 안테나는 건물의 옥상이나 베란다등에 방송위성을 지향하여 설치된다. 파라볼라 안테나는 반사체와 이 반사체의 초점위치에 배치된 방사요소 및 컨버터를 구비하고 있고, 구조가 복잡함과 아울러 대형이고, 또 중량도 크다. 때문에 태풍이 통과할 경우와 같은 강풍이 불때에는 이 풍압으로 인하여 파라볼라 안테나가 파손될 가능성이 있다. 또 적설 지대에서는 이 파라볼라 안테나 위에 눈이 쌓일 경우 전자파가 감쇠된다.Conventionally, parabolic antennas have been generally used to receive electromagnetic waves transmitted from broadcast satellites. This parabola antenna is installed on the roof of a building or on the veranda with the aim of a broadcasting satellite. The parabola antenna has a reflector and a radiating element and a converter arranged at a focal position of the reflector, and the structure is large, large, and heavy. Therefore, when there is a strong wind such as when a typhoon passes, the wind pressure may damage the parabolic antenna. In snowy areas, electromagnetic waves are attenuated when snow accumulates on the parabolic antenna.

또 이러한 파라볼라 안테나를 설치함으로써 건물의 외관이 손상된다.In addition, the appearance of the building is damaged by installing such a parabolic antenna.

또 방송위성에 사용되는 주파수대역, 예를 들어 약 12GHz대역의 전자파를 수신하기에 적합한 안테나로는 상기 파라볼라 안테나 이외에 평면상의 마이크로스트립 어레이 안테나가 있다. 이러한 평면형의 안테나는 건물의 벽등을 따라 설치할 수 있기 때문에 강풍의 영향을 적게 받고 또 이 건물의 외관이 손상되는 것을 적게 할 수가 있다.An antenna suitable for receiving electromagnetic waves in a frequency band used for broadcasting satellites, for example, about 12 GHz, includes a planar microstrip array antenna in addition to the parabolic antenna. Since the planar antenna can be installed along the wall of the building, it can be less affected by strong winds and less likely to damage the exterior of the building.

그러나 종래의 이와 같은 평면형의 마이크로스트립 어레이 안테나는 이 안테나에서의 방사빔의 방향 즉 지향성이 이 안테나의 면방향과 수직방향으로 된다. 그러므로 제1도에 표시한 바와 같이, 이 평면 안테나(1)의 면과 수직인 방향을 방송위성(3)의 방향으로 지향시켜서 설치하면, 이 평면 안테나(1)는 경사지게 된다.However, in the conventional planar microstrip array antenna, the direction of the radiation beam, or directivity, in the antenna is perpendicular to the plane direction of the antenna. Therefore, as shown in FIG. 1, when the direction perpendicular to the plane of the planar antenna 1 is oriented in the direction of the broadcast satellite 3, the planar antenna 1 is inclined.

그래서 이 평면 안테나(1)가 강풍의 영향을 받기 쉽게 되고, 또 이 평면 안테나(1)의 위에 눈이 쌓일 경우 방송위성에서의 전자파가 감쇠된다. 또 이와 같이 평면 안테나(1)가 경사지게 설치되면 건물(2)의 외관을 손상시키게 된다.Therefore, the planar antenna 1 is susceptible to strong winds, and when snow is accumulated on the planar antenna 1, electromagnetic waves in the broadcast satellite are attenuated. In addition, when the planar antenna 1 is inclined in this manner, the appearance of the building 2 is damaged.

이러한 불합리한 점을 해소하기 위하여 이 평면 안테나에, 이 안테나에서 방사되는 빔이 이 평면 안테나의 면과 수직한 방향에서 벗어나게 하는 특성 즉, 빔경사를 부여하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일본국내의 대표적인 위도의 지역에서는 예컨대 상방향으로 23°의 빔경사를 부여하면 제2도에 표시한 바와 같이 이 평면 안테나(1)를 건물(2)의 벽에 거의 따르도록 거의 수직으로 설치할 수가 있다. 이 제2도와 같이 평면 안테나(1)를 설치하면 강풍의 영향이 적어지고 또 그 위에 눈이 쌓이는 일이 방지되며 또한 건물(2)의 외관을 손상하는 일이 적어진다.In order to solve this unreasonable point, it is desirable to give the planar antenna a characteristic that causes the beam emitted from the antenna to deviate from the direction perpendicular to the plane of the plane antenna, that is, the beam tilt. For example, in a typical latitude region in Japan, for example, when a beam tilt of 23 ° in the upward direction is given, the planar antenna 1 is almost made to conform almost to the wall of the building 2, as shown in FIG. Can be installed vertically. When the planar antenna 1 is provided as shown in FIG. 2, the influence of the strong wind is reduced, snow is prevented from being accumulated thereon, and the appearance of the building 2 is less damaged.

이와 같이 빔경사는 어레이를 구성하는 복수의 방사요소에 위상차를 부여하여 급전함으로써 달성된다. 이와 같이 구성된 종래의 원편파용의 평면형 마이크로스트립 어레이 안테나의 일부를 제3도 및 제4도에 표시한다. 제3도는 이 안테나의 일부 평면도, 제4도는 제3도의 4-4선 단면도이다.In this way, the beam inclination is achieved by providing a phase difference to the plurality of radiating elements constituting the array and feeding it. A portion of the conventional planar microstrip array antenna for circular polarization configured as described above is shown in FIG. 3 and FIG. 3 is a partial plan view of the antenna, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG.

이 안테나는 접지판(5)위에 유전체층(6)을 개재시켜서 제1의 프린트판(7) 및 제2의 프린트판(8)을 포갬으로서 구성되어진다. 상기 제1의 프린트판(7)위에는 소정 패턴의 급전라인(9)이 형성되어 있다. 또 상기 제2의 프린트판(8)위에는 도전막이 피착되고, 이 도전막의 일부가 제거되어서 복수의 방사스롯(10)이 형성되며 이들 방사스롯(10)의 중앙부에는 도전막이 남겨져서 급전패치(11)를 구성하고 있고, 이들에 의하여 복수의 방사요소 13a-13d가 구성되어 있다. 그리고 급전라인(9)은 상기 방사요소의 급전패치(11)에 각각 전자결합되어 있다. 그리고 상기 급전라인의 도중에는 위상 시프트부(12)가 형성되고 인접되는 방사요소의 사이에 위상지연이 일어나도록 구성되어 있다. 이 위상지연은 예를 들어 반송되는 전자파의 파장 λg의 1/4로 설정되어 있다. 이러한 구성에 의하여 약 23°의 빔경사가 부여된다.The antenna is constituted by enclosing the first printed plate 7 and the second printed plate 8 with the dielectric layer 6 interposed on the ground plate 5. The feed line 9 of a predetermined pattern is formed on the first printed plate 7. In addition, a conductive film is deposited on the second printed plate 8, and a part of the conductive film is removed to form a plurality of spinning slots 10, and a conductive film is left at the center of the spinning slots 10 so as to feed the patch. (11), a plurality of radiating elements 13a-13d are formed by these. The power supply line 9 is electromagnetically coupled to the power supply patch 11 of the radiating element, respectively. In addition, a phase shift unit 12 is formed in the middle of the feed line, and is configured such that phase delay occurs between adjacent radiating elements. This phase delay is set to 1/4 of the wavelength [lambda] g of the electromagnetic wave conveyed, for example. This configuration gives a beam tilt of about 23 °.

그래서 이와 같은 평면형의 마이크로스트립어레이 안테나에서는 그 안테나 효율을 최대로 하려면 방사요소의 간격을 자유공간 내에서의 전자파의 파장 λ0의 0.8-0.9배로 설정할 필요가 있다. 또 이러한 빔경사를 부여한 어레이 안테나에서는 원하지 않는 방향으로 큰 전자방사 즉 그레이팅 로브(grating lobe)가 발생되는 불합리한 일이 있다. 이 그레이팅 로브를 방지하려면 위상차를 부여하는 쌍을 이루는 방사요소의 간격 d를, 예를 들어 0.64 λ0이하로 설정할 필요가 있다. 이들의 조건을 고려하여, 예컨대 위성방송의 주파수 대역인 12GHz대역에 가장 적합한 어레이 안테나를 설계하면 방사요소의 방사 슬롯(10)의 외경이 약 14mm, 위상차를 부여하는 쌍을 이루는 방사요소의 간격 d는 약 16mm로 된다. 이 결과 이들 위상차를 부여하는 쌍을 이루는 방사요소의 방사슬롯의 외연의 간격은 약 2mm로 되고 공간적인 여유가 적어진다.Therefore, in the planar microstrip array antenna, in order to maximize the antenna efficiency, it is necessary to set the spacing of the radiating elements to 0.8-0.9 times the wavelength λ0 of the electromagnetic wave in free space. In addition, in the array antenna to which such a beam inclination is applied, there is an unreasonable occurrence of large electromagnetic radiation, that is, a grating lobe, in an undesired direction. In order to prevent this grating lobe, it is necessary to set the space | interval d of the pair of radiating elements which give a phase difference to 0.64 (lambda) 0 or less, for example. In consideration of these conditions, for example, when designing an array antenna most suitable for the 12 GHz band, which is a frequency band of satellite broadcasting, the outer diameter of the radiating slot 10 of the radiating element is about 14 mm, and the spacing of paired radiating elements that gives a phase difference d Becomes about 16 mm. As a result, the interval between the outer edges of the radiating slots of the paired radiating elements that give these phase differences becomes about 2 mm and the spatial margin becomes small.

또 상기 급전라인(9)의 말단부의 도중에 위상시프트(12)를 형성하기 때문에 이 급전라인이(9)의 형상이 복잡해진다. 따라서 제3도의 A,B,C로 표시되는 부분에서 이 급전라인과 방사요소가 서로 근접되고 이들 사이에 불필요한 전자결합이 일어나고 이 결과 이 안테나의 이득이 저하된다. 또 이들의 간격을 크게하여 상기 불필요한 전자결합을 방지하기 위하여 급전라인의 폭을 좁게하면 이 급전라인내에서의 손실이 커지고, 이 안테나의 이득이 저하된다.Moreover, since the phase shift 12 is formed in the middle of the end part of the said power supply line 9, the shape of this power supply line 9 becomes complicated. Therefore, in the portions indicated by A, B, and C of FIG. 3, the feed line and the radiating element are close to each other, and unnecessary electromagnetic coupling occurs between them, and as a result, the gain of the antenna is lowered. In addition, if the width of the feed line is narrowed to increase the spacing to prevent the unnecessary electromagnetic coupling, the loss in the feed line is increased, and the gain of the antenna is lowered.

상술한 바와 같이 빔경사를 부여한 종래의 평면형의 어레이 안테나는 이득의 저하를 초래하고 있다. 또 이와 같이 급전라인의 형상이 복잡하게 되면 분기부나 굴곡부에서 위상의 비대칭성이 일어나고 임피던스 정합을 잡기가 어려워지고 이득의 저하를 초래한다.As described above, the conventional planar array antenna to which beam inclination has been applied causes a decrease in gain. In addition, when the shape of the power supply line is complicated, phase asymmetry occurs at the branch or the bent portion, making it difficult to match the impedance and causing a decrease in the gain.

본 발명의 목적은 평면형의 마이크로스트립 어레이 안테나에 경사에 부여함과 아울러 이 안테나의 이득이나 특성의 저하를 방지하는데 있다.An object of the present invention is to add a slope to a planar microstrip array antenna and to prevent degradation of gain and characteristics of the antenna.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 쌍을 이루는 원편파용의 방사요소를 이 평면 안테나의 면내에서 서로 소정의 각도만큼 회전시켜서 배치한다. 또 이들의 쌍을 이루는 방사요소에 각각 대응된 급전라인의 말단 급전부는 이들 말단 급전부의 분기부에서의 전기장(電氣長)이 동일하게 되도록 형성되어 있다.In order to achieve the above object, in the present invention, a pair of circularly polarized radiating elements are disposed in a plane of the planar antenna by being rotated by a predetermined angle from each other. In addition, the terminal feeding portion of the feeding line corresponding to each of the paired radiating elements is formed so that the electric field at the branch of these feeding portions is the same.

이와 같이 구성함으로서 이들 쌍을 이루는 방사요소의 사이에서 위상 시프트가 일어나고, 소망하는 빔경사가 이루어진다. 본 발명에 의하면, 이들 쌍을 이루는 방사요소에 대응된 급전라인의 말단 급전부의 도중에 위상 시프트부를 형성할 필요가 없기 때문에 급전라인 전체의 형상이 단순해진다. 따라서 이 급전라인과 방사요소의 간격을 크게 할 수가 있고, 이들간의 불필요한 전자결합이 방지되고 안테나의 이득이나 특성이 향상된다.With this configuration, phase shift occurs between these pairs of radiating elements, and a desired beam tilt is achieved. According to the present invention, since the phase shift portion does not need to be formed in the middle of the end feed portion of the feed line corresponding to the pair of radiating elements, the shape of the entire feed line is simplified. Therefore, the distance between the feed line and the radiating element can be increased, and unnecessary electromagnetic coupling between them is prevented, and the gain and characteristics of the antenna are improved.

또 본 발명의 바람직스러운 실시예에 의하면 급전라인에 근접하여 배치되는 방사요소의 외형 형상의 일부를 변형시키고 이 방사요소와 급전라인의 간격을 크게 한다. 이러한 구성에 의하면 이들 방사요소 자체의 특성은 저하되나 이 방사요소와 급전라인간의 불필요한 전자적 결합이 감소되므로 이 안테나 전체로서의 이득이나 특성은 향상된다.According to a preferred embodiment of the present invention, a part of the outer shape of the radiating element disposed in close proximity to the feed line is deformed and the distance between the radiating element and the feed line is increased. According to such a configuration, the characteristics of these radiating elements themselves are deteriorated, but unnecessary electromagnetic coupling between the radiating elements and the feed line is reduced, so that the gain or characteristics of the whole antenna is improved.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 제5도 내지 제10도에서는 본 발명 제1의 실시예를 표시하고 있다. 제1의 실시예 안테나(30)는 원편파용의 평면형 마이크로스트립 어레이 안테나이다. 제5도는 이 안테나(30)의 외형을 표시하고 제6도는 그의 분해사시도를 표시한다. 이 안테나(30)는 금속재료로 이루어진 얇은 트레이 형상의 본체(31)를 구비하고, 그 본체(31)는 접지판을 검용하고 있다. 그리고 이 본체(1)의 전면에는 제1의 유전체시트(32), 급전 프린트판(33), 제2의 유전테 시트(34), 방사 프린트판(35), 보호판(36) 및 커버(37)가 순서대로 포개져 있다. 그리고 이 커버(37)의 연부와 상기 본체(31)의 연부는 틀부재(38)(39)(40)에 의하여 결합되고 상기 각 부재가 일체적으로 조립되어 있다. 상기 제1 및 제2의 유전체 시트(32)(34)는 유전체 재료, 예를 들어 발포 폴리에틸렌수지 재료로 형성되어 있다. 또 상기 커버(37)는 합성수지 재료 또는 섬유강화 합성수지 재료로 형성되어 있다. 이 커버의 표면에는 불소수지, 또는 미국 듀퐁사 제품의 상표명[TEDLER]필름등의 내후성이 크고 또한 물기를 흡수하지 않고 빙설이나 오물의 부착이 적은 재료의 피막을 피복하는 것이 바람직하다. 또 상기 보호판(36)은 발포 스티롤 수지재료등의 단열성이 큰 재료로 형성되고 또한 비교적 두껍게 형성되어 있다. 이 보호판(36)은 태양광에 의한 온도상승으로부터 상기 방사 프린트판(35)등을 보호함과 아울러 상기 커버(37)에 견고한 물체가 충돌하였을 때 방사 프린트판(36)등이 기계적으로 손상되는 것을 방지하는 작용을 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 5 to 10 show a first embodiment of the present invention. The first embodiment antenna 30 is a planar microstrip array antenna for circular polarization. 5 shows the appearance of this antenna 30 and FIG. 6 shows an exploded perspective view thereof. The antenna 30 includes a thin tray-shaped main body 31 made of a metal material, and the main body 31 uses a ground plate. The front surface of the main body 1 has a first dielectric sheet 32, a power feeding printed plate 33, a second dielectric frame sheet 34, a radiation printed plate 35, a protective plate 36, and a cover 37. ) Are stacked in order. The edge of the cover 37 and the edge of the main body 31 are joined by frame members 38, 39 and 40, and the members are integrally assembled. The first and second dielectric sheets 32 and 34 are formed of a dielectric material, for example, a foamed polyethylene resin material. The cover 37 is made of a synthetic resin material or a fiber-reinforced synthetic resin material. It is preferable that the surface of this cover be covered with a film of a material having a high weather resistance such as fluororesin or a TEDLER film manufactured by DuPont, USA, and which does not absorb moisture and has little adhesion of ice and snow. The protective plate 36 is formed of a material having a large heat insulating property such as a foamed styrol resin material and is formed relatively thick. The protective plate 36 protects the radiating printed plate 35 and the like from temperature rise due to sunlight, and the radiated printed plate 36 and the like are mechanically damaged when a solid object collides with the cover 37. It acts to prevent it.

또 상기 본체(31)의 이면에는 컨버터(45)가 부착되어 있다. 이 컨버터(45)는 급전도파관(46)을 통하여 상기 급전 프린트판(33)에 전자적으로 결합되어 있다. 또 이 급전 도파관(46)은 90°로 굴곡되어 있고 컨버터(45)가 본체(31)의 이면에 평행되게 배치되어 있다. 이러한 구성에 의하여 이 안테나 전체의 내부길이를 작게 할 수가 있다.In addition, a converter 45 is attached to the rear surface of the main body 31. The converter 45 is electronically coupled to the power feeding plate 33 through a feed waveguide 46. The feed waveguide 46 is bent at 90 degrees, and the converter 45 is disposed in parallel with the rear surface of the main body 31. By such a configuration, the internal length of the whole antenna can be reduced.

또 상기 급전 프린트판(33) 및 방사 프린트판(35)의 구성이 제7도 및 제8도에 도시되어 있다. 상기 급전 프린트판(33)은 유전체의 필름 기판(50)에 제7도에 표시한 바와 같은 패턴으로 도전 피막으로 이루어진 급전라인(51)이 형성되어 있다. 또 상기 방사 프린트판(35)위에는 제8도에 표시한 바와 같이 쌍을 이루는 원편파 방사요소(62a)(62b)-(65a)(65b)가 복수쌍 배치되어 있다. 이들의 방사요소는 유전체 필름(60)위에 피착된 도전막의 일부를 환상으로 제거하여 형성된 환상의 방사슬롯(66)과 중앙부에 남겨진 원형에 가까운 도전피막으로 이루어진 급전패치(67)로 구성되어 있고 이 급전패치(67)의 주연부에는 각각 180°로 서로 대향된 1쌍의 노치(68)가 형성되어 있다. 또 상기 급전 프린트판(33)의 급전라인(51)에는 상기 방사소자에 각각 대응된 복수쌍의 말단 급전부(52a)(52b)-(55a)(55b)가 형성되어 있다. 그리고 이들 급전 프린트판(33)과 방사 프린트판(35)은 제9도 및 제10도에 표시한 바와 같이 제2의 유전체 시트(34)를 통하여 포개지고 상기 말단급전부는 각각 대응되는 방사요소의 급전패치의 하방에 대응되고 이 방사요소와 전자적으로 결합되도록 구성되어 있다.In addition, the configuration of the power feeding printed plate 33 and the radiation printed plate 35 is shown in FIG. 7 and FIG. The power feeding printed plate 33 is formed on the film substrate 50 of the dielectric with a power feeding line 51 made of a conductive film in a pattern as shown in FIG. As shown in FIG. 8, a plurality of pairs of circularly polarized radiation elements 62a, 62b, 65a, 65b are arranged on the radiation printed plate 35. As shown in FIG. These radiating elements are composed of an annular radiation slot 66 formed by removing a portion of the conductive film deposited on the dielectric film 60 in an annular shape, and a feed patch 67 formed of a conductive film close to a circle left in the center. At the periphery of the power supply patch 67, a pair of notches 68 are formed to face each other at 180 degrees. In addition, a plurality of pairs of end feeders 52a, 52b, 55a, 55b corresponding to the radiating element are formed in the feed line 51 of the feed printed plate 33, respectively. Then, the feed printed plate 33 and the radiated printed plate 35 are superimposed through the second dielectric sheet 34 as shown in FIGS. 9 and 10, and the end feed portion is formed of the corresponding radiating element, respectively. It is configured to correspond to the lower side of the feed patch and to be electronically coupled with the radiating element.

즉 제1의 쌍(pairs)(62)의 방사요소(62a)(62b)에는 각각 제1의 쌍(52)의 말단 급전부(52a)(52b)가 결합되고 또 제2의 쌍(63)의 방사요소(63a)(63b)에는 각각 제2의 쌍(53)의 말단급전부(53a)(53b)가 결합되고 또 제3의 쌍(64)의 방사요소(64a)(64b)에는 각각 제3의 상(54)의 말단급전부(54a)(54b)가 결합되고 또 제4의 쌍(65)의 방사요소(65a)(65b)에는 각각 제4의 쌍(55)의 말단급전부(55a)(55b)가 결합되어 있다. 또 상기 각 쌍의 말단급전부는 제1의 분기부(56)를 통하여 접속되고 또 인접되는 2개의 쌍은 제2의 분기부(57)를 통하여 접속되고, 다시 제1의 쌍(52)과 제2의 쌍(55) 및 제3의 쌍(54)과 제4의 쌍(55)은 각각 분기부(58)를 통하여 접속되어 있다. 또 상기 방사요소는 각 쌍의 방사요소가 각각 서로 90°만큼이 안테나면 내에서 회전되어서 배치되어 있다. 즉 제1의 쌍(62)의 방사요소(62b)는 방사요소(62a)에 대하여, 또 제2의 쌍(63)의 방사요소(63b)는 방사요소(63a)에 대하여, 제3의 쌍(64)의 방사요소(64b)는 방사요소(64a)에 대하여, 제4의 쌍(65)의 방사요소(65b)는 방사요소(65a)에 대하여 각각 90° 회전된 관계로 배치되어 있다. 또 상기 각 말단 급전부도 이들 방사요소의 배치관계에 대응되어서 그 방향이 설정되어 있다.That is, the end feeds 52a and 52b of the first pair 52 are respectively coupled to the radiating elements 62a and 62b of the first pairs 62 and the second pair 63 is connected. End feeders 53a and 53b of the second pair 53 are respectively coupled to the radiating elements 63a and 63b of the radiating elements 63a and 63b, respectively, and to the radiating elements 64a and 64b of the third pair 64, respectively. End feed portions 54a and 54b of the third phase 54 are coupled, and the end feed portions of the fourth pair 55 are respectively connected to the radiating elements 65a and 65b of the fourth pair 65. 55a and 55b are combined. The pair of end feeders of the pair is connected via the first branch 56, and two adjacent pairs are connected through the second branch 57, and the first pair 52 and the first pair 52 The two pairs 55, the third pair 54 and the fourth pair 55 are connected via the branch 58, respectively. The radiating elements are arranged such that each pair of radiating elements is rotated in the antenna plane by 90 ° to each other. In other words, the radiating element 62b of the first pair 62 is with respect to the radiating element 62a, and the radiating element 63b of the second pair 63 is with respect to the radiating element 63a. The radiating elements 64b of 64 are disposed in a rotational relationship with respect to the radiating elements 64a, and the radiating elements 65b of the fourth pair 65 are rotated by 90 ° with respect to the radiating elements 65a, respectively. The end feeders also correspond to the arrangement of these radiating elements, and their directions are set.

즉, 제1의 쌍(52)의 말단급전부(52b)는 말단급전부(52a)에 대하여, 제2의 쌍(53)의 말단급전부(53b)는 말단급전부(53a)에 대하여, 제3의 쌍(54)의 말단급전부(54b)는 말단급전부(54a)에 대하여, 제4의 쌍(55)의 말단급전부(55b)는 말단급전부(55a)에 대하여, 각각 90°의 각도를 이루고 있다.That is, the terminal feed portion 52b of the first pair 52 is the terminal feed portion 52a, and the terminal feed portion 53b of the second pair 53 is the terminal feed portion 53a. The terminal feed portion 54b of the third pair 54 is 90 degrees relative to the terminal feed portion 54a, and the terminal feed portion 55b of the fourth pair 55 is 90 respectively relative to the terminal feed portion 55a. The angle of ° is achieved.

또 각 방사요소의 노치(68)의 정렬 방향과 각 말단급전부는 45°의 각도를 이루고 있고, 이들 방사요소로 부터는 우선회 원편파의 전자파빔이 방사되도록 구성되어 있다. 그리고 상기한 각 쌍의 방사빔의 사이, 즉, 방사요소(62a)와 (62b),(63a)와 (63b),(64a)와 (64b),(65a)와 (65b)와의 사이에는 각각 90°의 위상시프트가 이루어진다. 또 상기 급전라인의 경우 각 말단급전부는 각각 서로 같은 전기장으로 설치되고 또 제1의 분기부(56)와 제2의 분기부(57)와의 사이의 전기장도 각각 서로 동일하게 형성되어 있다. 또 제2의 쌍(53)의 제2의 분기부(57)와 제3의 분기부(58)의 사이 및 제4의 쌍(55)의 제2의 분기부(57)와 제3의 분지부(58)의 사이에는 각각 위상 시프트부(59)가 형성되고, 이들 위상시프트부(59)에 의하여 180°의 위상지연이 일어나도록 구성되어 있다. 따라서 각 방사요소(62a)에 대하여 방사요소(62b)(63a)(63b)는 각각 90°, 180°, 270°의 위상지연이 일어난다. 같은방법으로 방사요소(64a)에 대하여 방사요소(64b)(65a)(65b)는 각각 90°, 180°, 270°의 위상지연이 일어난다. 또 방사요소(62a)(64a)는 동일한 위상이지만 이는 360°의 위상지연과 동등하다. 그리고 방사요소(63b)는 방사요소(62a)에 대하여 270°의 위상 지연이 있으므로 이 방사요소(63b)와 방사요소(64a)의 사이에는 90°의 위상지연이 일어난다. 따라서 이들 인접되는 각 방사요소의 사이에는 각각 90°씩의 위상지연이 일어난다. 이러한 인접되는 방사요소간의 위상 시프트에 의하여 빔경사가 일어난다. 또 전자파의 자유공간내에서의 파장을 λ0, 인접되는 방사요소 사이의 회전각도를 α°, 인접되는 방사요소의 간격을 d라고 하면, 빔경사각 θ°는 다음식으로 부여된다.Moreover, the alignment direction of each notch 68 of each radiating element and each terminal feed part make an angle of 45 degrees, and these radiating elements are comprised so that the electromagnetic wave beam of a circular circular polarization may be radiated | emitted. And between the pair of radiation beams described above, that is, between the radiating elements 62a and 62b, 63a and 63b, 64a and 64b, 65a and 65b, respectively. A phase shift of 90 ° is achieved. In the case of the feed line, the terminal feeder is provided with the same electric field, and the electric field between the first branch 56 and the second branch 57 is also identical to each other. In addition, between the second branch 57 and the third branch 58 of the second pair 53 and the second branch 57 and the third branch of the fourth pair 55. A phase shifter 59 is formed between the branches 58, and the phase shifter 59 is configured such that a phase delay of 180 degrees occurs. Therefore, for each of the radiating elements 62a, the radiating elements 62b, 63a and 63b have phase delays of 90 °, 180 ° and 270 °, respectively. In the same manner, the radiating elements 64b, 65a and 65b have a phase delay of 90 °, 180 ° and 270 ° with respect to the radiating element 64a, respectively. The radiating elements 62a and 64a are also in phase but this is equivalent to a 360 ° phase delay. Since the radiating element 63b has a phase delay of 270 ° with respect to the radiating element 62a, a phase delay of 90 ° occurs between the radiating element 63b and the radiating element 64a. Therefore, a phase delay of 90 degrees occurs between each adjacent radiating element. The beam tilt is caused by the phase shift between these adjacent radiating elements. If the wavelength in the free space of the electromagnetic wave is? 0, the rotation angle between adjacent radiating elements is α °, and the spacing between adjacent radiating elements is d, the beam tilt angle? Is given by the following equation.

θ≒sin^-1(αλ0/2πd)θ ≒ sin ^-1 (αλ0 / 2πd)

또 상기 실시예의 경우에는 α=90°, d= 0.64λ0이고, 이 경우의 빔경사각 θ는 약 23°이다.In the above embodiment, α = 90 ° and d = 0.64λ0, and the beam tilt angle θ in this case is about 23 °.

또 제7도 및 제8도에는 급전 프린트판(33) 및 방사프린트판(35)의 일부만 도시되어 있으나, 도시되지 않은 타부분에 대하여도 상기와 같은 패턴으로 급전라인 및 방사요소가 형성되어 있다.7 and 8, only a part of the feeder printing plate 33 and the radiation-printing plate 35 is shown, but the feeder line and the radiating element are formed in the same pattern for the other parts not shown. .

또 이 실시예에서는 위상시프트가 인접된 방사요소(예를 들어 62a와 62b, 62b와 63a)의 간격은 약 0.64λ0로 설정되고 또 동일한 위상의 인접되는 방사요소(예를 들어 62a와 62a, 65b와 65b)의 간격은 약 0.8λ0로 설정되어 있다. 이러한 간격으로 설정함으로써 이 안테나의 효율이 최대로 되고 또 불필요한 그레이팅 로브의 발생을 최소화 할 수가 있다. 또 이 실시예에서는 이 급전라인(51)의 임피던스는 100오옴이 되도록 설정되어 있다. 또 급전라인(51)은 각 부분에서 그의 폭이 변화하고 있고, 이로 인하여 각 방사요소의 임피던스와 라인 임피던스와의 정합이 이루어지도록 구성되어 있다.In this embodiment, the distance between adjacent radiating elements (e.g., 62a and 62b, 62b and 63a) of phase shift is set to about 0.64 lambda 0, and adjacent radiating elements (e.g. 62a, 62a, 65b of the same phase) And 65b) are set at about 0.8 lambda 0. By setting at such intervals, the efficiency of this antenna is maximized and the occurrence of unnecessary grating lobes can be minimized. In this embodiment, the impedance of the power supply line 51 is set to be 100 ohms. In addition, the width of each of the power feeding lines 51 is changed in each part, and thus, the impedance of each radiating element is configured to match the line impedance.

또 제12도에는 상기 실시예의 안테나와 종래의 안테나와의 특성을 비교해서 표시하고 있다. 이 제12도의 선 P는 제3도에 표시한 바와 같은 종래의 구조의 12MHz대역용 16소자의 평면상 마이크로스트립 어레이 안테나의 특성이고, 또 선 E는 제7도 내지 제10도에 표시한 바와 같은 본 발명의 실시예의 16소자의 마이크로스트립 어레이 안테나의 특성을 표시한 것이다. 이 제12도에서 확실히 알 수 있는 바와 같이 종래의 안테나는 효율 η가 46%인 것에 대하여, 본 발명의 안테나 효율 η가 70%으로서 본 발명의 안테나는 종래의 안테나보다 효율이 높다.Fig. 12 shows the characteristics of the antenna of the above embodiment compared with the conventional antenna. Line P of FIG. 12 is characteristic of the planar microstrip array antenna of the 16 element for the 12 MHz band of the conventional structure as shown in FIG. 3. Moreover, the line E is shown in FIG. The characteristics of the microstrip array antenna of the 16 elements of the same embodiment of the present invention are shown. As can be clearly seen in FIG. 12, the conventional antenna has an efficiency? Of 46%, whereas the antenna efficiency? Of the present invention is 70%, and the antenna of the present invention is more efficient than the conventional antenna.

또 제11도에는 본 발명의 실시예 2를 표시하고 있다. 이 실시예 2의 것은 상기 제5도 내지 제10도에 표시한 실시예 1의 것과 대략 같은 구성이다. 이 실시예 2가 실시예 1과 상이한 점은 복수의 방사요소(72)중에서 급전라인(71)에 근접되어서 배치되는 방사요소(72a)의 외형형상의 일부가 변형되어 있는 점이다. 즉 이들 방사요소(72a)는 그의 외주연부 중에서 급전하인(71)에 근접된 부분을 직선상으로 절제한 모양의 절제부(73)를 구비하고 있고, 이로 인하여 이들 방사요소(72a)와 급전라인(71)과의 간격을 크게하고 있다. 또 이 실시예에서는 이들 방사요소(72a)의 절제부(73)간격은 예를 들어 6mm로 설정하고 있다. 이러한 방사요소(72a)는 그 자체의 방사효율은 저하되지만, 이들 방사요소(72a)와 급전라인(71)과의 불필요한 전자적 결합이 적어지기 때문에 안테나 전체로서는 효율이 향상된다.11 shows a second embodiment of the present invention. The second embodiment has a configuration substantially the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 5 to 10. This embodiment 2 differs from the first embodiment in that a part of the outer shape of the radiating element 72a which is disposed close to the power supply line 71 among the plurality of radiating elements 72 is deformed. That is, these radiating elements 72a have a cutout 73 of a shape in which a portion of the outer periphery of the outer periphery adjacent to the feed lowering force 71 is cut out in a straight line, whereby these radiating elements 72a and a feeding line The distance from (71) is enlarged. In this embodiment, the interval between the cutouts 73 of these radiating elements 72a is set to, for example, 6 mm. Although the radiating element 72a itself has a low radiation efficiency, since the unnecessary electromagnetic coupling between the radiating element 72a and the feed line 71 is reduced, the efficiency of the whole antenna is improved.

제13도에는 상기한 실시예 1에 대한 실시예 2의 안테나 전체의 효율의 향상분의 특성을 표시하고 있다. 이 제13도에서 확실히 알 수 있는 바와 같이 이 안테나가 사용되는 주파수 대역 전체에 결쳐서 이득이 향상되고 있다.FIG. 13 shows the characteristic of the improvement of the efficiency of the whole antenna of Example 2 with respect to Example 1 mentioned above. As can be clearly seen in FIG. 13, the gain is improved in the entire frequency band in which the antenna is used.

또 제14도에는 본 발명의 실시예 3이 표시되어 있다. 이는 급전라인(151)과 방사패치로 이루어지는 원편파 방사요소(163a)(163b)를 통일 프린트 기판위에 형성한 것이다. 이들 방사 패치로 이루어지는 원편파요소(163a)(163b)에는 각각 1쌍의 노치(168)가 형성되어 있다. 그리고, 이 급전라인(151)의 말단급전부(153a)(153b)는 원편파 요소(163a)(163b)에 직접 결합되어 있다. 이들 인접되는 말단급전부(153a)(153b)는 서로 90°의 각도를 가지고 배치되어 있다. 또 상기 이외의 구성은 전술한 실시예 1과 동일하다.14, the third embodiment of the present invention is shown. This is formed on the uniform printed circuit board by the circular polarization radiating element (163a) (163b) consisting of the feed line 151 and the radiation patch. A pair of notches 168 are formed in the circularly polarized elements 163a and 163b formed of these radial patches, respectively. The end feeds 153a and 153b of the feed line 151 are directly coupled to the circularly polarized elements 163a and 163b. These adjacent end feed parts 153a and 153b are arranged at an angle of 90 degrees to each other. In addition, the structure of that excepting the above is the same as that of Example 1 mentioned above.

상기 실시예는 인접된 원편파 방사요소간에 90°씩의 위상 시프트를 부여한 것이다. 이러한 90°의 위상시프트는 위성 방송수신용의 안테나로서는 가장 바람직스러운 것이다. 즉 이와 같은 90°의 위상차가 있으면, 인접되는 2개의 쌍 사이에 180°의 위상차를 부여하도록 급전라인을 형성하면 이 인접되는 2개의 쌍에 포함되는 4개의 각 방사요소의 위상의 관계는 0°,90°,180°270°로 된다. 따라서 이 경우의 급전라인은 인접되는 2개의 쌍 사이에만 180°의 위상차가 부여되도록 구성하는 것만으로 가하며 결국 급전라인의 구성이 간단해진다. 또 이와 같이 90°의 위상 시프트를 부여함으로써, 약 23°의 빔 시프트가 부여된다. 중위도 지역에서는 이 평면상의 안테나에 23°의 빔경사를 부여하면, 이 안테나의 수직선에 대한 설치각도를 실용상 십분 적게 할 수가 있다. 예를 들어 삿뽀로(북위 약 44°)에서는 정지궤도상에 있는 방송위성에서의 전자파의 도달각도(양각)는 31.2°이고 따라서 삿뽀로에서는 이 평면 안테나를 수직선에 대하여 8.2°의 각도로 설치할 수가 있다. 또 동경(북위 36°)에서는 방송위성에서의 전자파의 도달 각도(양각)는 38.0°이고, 따라서 동경에서는 이 평면 안테나를 수직선에 대하여 15°의 각도로 설치할 수가 있다. 따라서 중위도 지역에서는 이 평면 안테나를 건물등의 벽에 근접시키고 또한 이벽에 거의 닿도록 설치할 수가 있다. 따라서, 이 안테나가 강풍의 영향을 받는 일이 적고, 또 이 안테나 위에 눈이 쌓이는 일이 없고, 또 설치된 안테나에 의하여 건물의 외관이 손상되는 일이 적어진다. 물론 고위도 지역용의 안테나에서는 이 빔 경사각을 적게, 또 저위도 지역용의 안테나에서는 이 빔 경사각을 크게 하는 것이 바람직하다. 이 빔 경사각은 임의로 설정하기 때문에 이 위상차의 각도는 30°-150°의 범위로 설정할 수가 있다.This embodiment imparts a phase shift of 90 degrees between adjacent circularly polarized radiating elements. This 90 ° phase shift is most desirable as an antenna for satellite broadcast reception. That is, when there is such a phase difference of 90 °, if the feed line is formed to give a phase difference of 180 ° between two adjacent pairs, the relationship between the phases of the four radiating elements included in the two adjacent pairs is 0 °. 90 °, 180 ° and 270 °. Therefore, the power supply line in this case is merely configured to be provided with a 180 ° phase difference only between two adjacent pairs, thereby simplifying the configuration of the power supply line. In addition, by providing a phase shift of 90 degrees in this manner, a beam shift of about 23 degrees is provided. In the mid-latitude area, if the beam inclination of 23 degrees is given to this planar antenna, the installation angle with respect to the vertical line of this antenna can be reduced ten minutes practically. For example, in Sapporo (about 44 ° north latitude), the angle of arrival (embossed) of the electromagnetic waves on a satellite in a stationary orbit is 31.2 °, so in Sapporo it is possible to install this plane antenna at an angle of 8.2 ° to the vertical line. Moreover, in Tokyo (36 degrees north latitude), the arrival angle (embossment) of the electromagnetic wave in a broadcasting satellite is 38.0 degrees, and therefore, in Tokyo, this flat antenna can be installed at an angle of 15 degrees with respect to the vertical line. Therefore, in the mid-latitude area, the plane antenna can be installed close to the wall of a building or the like and close to the back wall. Therefore, the antenna is less affected by strong winds, snow is not accumulated on the antenna, and the appearance of the building is less damaged by the installed antenna. Of course, it is desirable to reduce the beam tilt angle in the antenna for the high latitude region and increase the beam tilt angle in the antenna for the low latitude region. Since the beam tilt angle is set arbitrarily, the angle of this phase difference can be set in the range of 30 degrees-150 degrees.

또 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.

Claims

In an antenna having a planar microstrip array antenna with beam inclination and having an array consisting of a plurality of circularly polarized radiating elements 62a, 62b-65a and 65b, and a feed line electronically coupled to these circularly polarized radiating elements. The circularly polarized radiation elements 62a, 62b-65a and 65b are divided into a plurality of pairs, and one circular polarization element 62a-65a of each pair is connected to the other circularly polarized radiation element 62b-65b. The antenna is disposed at an angle α ° in the plane of the antenna on the plane, and the feed line 51 corresponds to the plurality of pairs of circularly polarized radiating elements, respectively, so that the plurality of pairs of terminal feeders 52a, 52b-55a, 55b) and these paired end feeds are branched at branch 56, and these paired end feeds are formed with the same electric field, and the desired beam inclination angle is θ ° and paired circular polarizations. Spacing of Radiating Elements d, the angle of the electromagnetic wave when a λ0 in the free space is the α

θ ≒ sin ^-1 (αλ0 / 2πd)

Microstrip array antenna, characterized in that set to satisfy the equation.

2. The difference α of the placement angle between the pair of circularly polarized radiating elements 62a, 62b-65a, 65b is 90 degrees, and between the adjacent pairs in the middle of the feed line 51. A microstrip array antenna, characterized in that a phase shift portion (59) is formed to cause a phase difference of 180 degrees.

2. The feeding line 51 is formed on the feeding plate 33, and the circularly polarized radiating elements 62a, 62b-65a, 65b are formed on the radiating print plate 35. And these feed lines (51) are electronically coupled to the radiating element.

The circularly polarized radiating element 72a of the plurality of circularly polarized radiating elements disposed in close proximity to the feed line 51 has a shape in which part of its outer shape is cut off and the cutout portion 73 is formed. Microstrip array antenna, characterized in that the distance between the circularly polarized radiating element and the power feeding line (51) by a).

4. The antenna according to claim 3, wherein the antenna has a thin tray-shaped main body 31 made of a conductive material, and a first dielectric sheet 32 made of a foamed synthetic resin material is stacked on the front surface of the main body. The feeding printed plate 33 is stacked on the entire surface of the dielectric sheet of the sheet, and the second dielectric sheet 34 made of a foamed synthetic resin material is stacked on the front of the feeding sheet, and the front surface of the second dielectric sheet is stacked. The radiation printed circuit board 35 is superimposed, and a protective plate 36 made of a synthetic resin material is superimposed on the radiation printed board, and a cover 37 is superimposed on the front surface of the protective plate, and the edge of the cover and the main body are overlapped. The edge of the microstrip array antenna, characterized in that the junction.

The microstrip array antenna according to claim 1, wherein the feed line 151 and the circularly polarized radiating elements 163a and 163b are formed on the same printed board, and the feed line and the circularly polarized element are directly coupled to each other. .