JP3003272B2 - 平面アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、誘電体を介して接地
導体と放射導体とが対向して配されてなる平面アンテナ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】平面アンテナとしてマイクロストリップ
アンテナがあり、マイクロストリップアンテナとして円
形パッチアンテナ、方形パッチアンテナが知られてい
る。

【０００３】まず、円形パッチアンテナについて説明す
る。図５Ａは円形パッチアンテナの平面図、図５Ｂはそ
のＩ−Ｉ線断面図である。

【０００４】同図において、１は円形の放射導体、２は
円形の誘電体、３は円形の接地導体である。放射導体１
は誘電体２を介して接地導体３と対向して形成される。
誘電体２と接地導体３は同一の大きさとされ、放射導体
１はこれらより小さく印刷で形成される。誘電体２とし
ては、例えばテフロンファイバーグラス（比誘電率は
２．６）が使用される。

【０００５】また、放射導体１には中心からオフセット
された位置に給電点４が設けられ、この給電点４は接地
導体３側に配される給電ポート（コネクタ）５の内部導
体に接続される。この給電ポート５の外部導体は接地導
体３に接続される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したパッチアンテ
ナは、構成がシンプルで、薄く丈夫である等、多くの特
長を持っているが、一般にＱが高く、周波数帯域が狭
い。

【０００７】例えば、図５に示す円形パッチアンテナの
場合、その共振周波数ｆは、最低次モードＴＭ₁₁におい
て、数１により決定される。この式で、Ｃは光速、ｒf
は放射導体１の半径、ｔは誘電体２の厚み、εr は誘電
体２の比誘電率、ｘは放射導体１の形状に固有な固有関
数の固有値であり、円形パッチアンテナではｘ＝１．８
４１である。

【０００８】

【数１】

【０００９】円形パッチアンテナの帯域は、リターンロ
ス≦−１０ｄＢで、共振周波数ｆを中心に数％程度しか
得られない。図６は、ｒf ＝１７．５ｍｍ、ｔ＝１．６
ｍｍ、εr ＝２．６、接地導体３の直径Ｄ＝９０ｍｍで
あるときの、円形パッチアンテナのリターンロスの測定
結果である。この例では、ｆo ＝２９７６ＭＨｚで共振
し、その周波数帯域幅ＢＷは５４ＭＨｚ（１．８２％）
である。

【００１０】ところで従来、静止衛星を中継として、地
上の基地局と移動局との間に構成された無線通信系が知
られている。

【００１１】このような通信系では、それぞれ衛星を介
して基地局から多数の移動局への下り回線が構成される
と共に、各移動局から基地局への上り回線が構成され
る。この場合、送受信の周波数が異なるようにされる。

【００１２】このような通信系において、送受信の周波
数が数％以上離れるときは、この通信系の送受信両用ア
ンテナに上述したパッチアンテナを適用できなくなる。

【００１３】このパッチアンテナの欠点を克服する方法
として種々の方法が提案されているが、円偏波励振とい
う条件を付加すると、その方法はかなり限られ、唯一実
用的な方法として提案されているものにスタック型パッ
チアンテナがある(C.H.Chen,A.Tulintseff and R.M.Sor
bello : Broadband Two-Layer Microstrip Antenna",19
84 IEEE AP-S Int.Symp.Dig. pp.251-254参照）。

【００１４】図７は、スタック型パッチアンテナの構成
を示しており、図５と対応する部分には同一符号を付し
て示している。図７Ａは平面図、図７ＢはＩ−Ｉ線断面
図である。

【００１５】スタック型パッチアンテナは、放射導体１
の上に、さらに誘電体６、放射導体７および誘電体８が
この順に積層されて構成される。

【００１６】このスタック型パッチアンテナは２共振型
の特性を持ち、スタック間隔Ｓ（誘電体６の厚み）を調
節することで２波の周波数間隔を制御することができ
る。

【００１７】しかし、スタック型パッチアンテナは、図
７からも明らかなように、構造が２層となるので、全体
的に厚みが増大し、平面アンテナ本来の薄型という特長
を無効にしてしまう欠点があった。

【００１８】そこで、この発明では、送受信周波数が数
％以上離れた送受信両用および円偏波励振という条件の
もとでも薄型に構成できる平面アンテナを提供するもの
である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る平面アン
テナは、誘電体を介して接地導体と放射導体とが対向し
て配されてなる平面アンテナであって、放射導体として
平板形放射導体と環形放射導体が同一平面に同心上に配
置され、環形放射導体の外周部の全周に亘って、その一
部あるいは全部が上記接地導体に接続され、平板形放射
導体および環形放射導体は任意の周波数帯において相互
結合によって同一モードで励振する大きさを有するもの
である。

【００２０】

【作用】平板形放射導体および環形放射導体を配置した
ため２周波数に共振するものとなり、送受信周波数が数
％以上離れた送受信両用アンテナに適用可能となる。ま
た、独立する直交モードが各々の周波数においても存在
が保たれるため、例えば９０°の位相差をもって２点給
電を行なうことにより円偏波励振にも対応可能となる。
さらに、平板形放射導体および環形放射導体は同一平面
に配置されるため、平面アンテナ本来の薄型という特長
を生かすことが可能となる。

【００２１】

【実施例】以下、図１を参照しながら、この発明の一実
施例について説明する。図１Ａは平面図、図１ＢはＩ−
Ｉ線断面図である。図１において、図５と対応する部分
には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

【００２２】本例では、接地導体３と対向して円形放射
導体１１および円環形放射導体１２が配される。放射導
体１１および１２は同一平面に同心上に配置される。放
射導体１２の外周部は接地導体３と接続される。

【００２３】放射導体１１，１２の間隔ｄは、放射導体
どうしで相互結合を生じるように、例えば誘電体２の厚
みｔ（基板厚み）より小さく設定される。

【００２４】放射導体１１および１２は、任意の周波数
帯において、それぞれ同一のモード、例えばＴＭ₁₁モー
ドで励振する大きさを有するようにされる。

【００２５】また、放射導体１１には中心からオフセッ
トされた位置に給電点４が設けられ、この給電点４は接
地導体３側に配される給電ポート（コネクタ）５の内部
導体に接続される。給電ポート５の外部導体は接地導体
３に接続される。

【００２６】上述したように放射導体１１および１２が
相互結合されているので、放射導体１１に対して給電ポ
ート５を設けるのみで、放射導体１１に共振する周波数
と放射導体１２に共振する周波数の２波で使用可能とな
る。なお、放射導体１２に対して給電ポート５を設ける
ようにしてもよい。

【００２７】本例は以上のように構成され、任意の周波
数帯で円形放射導体１１および円環形放射導体１２はそ
れぞれ同一モード励振し、２周波数に共振するものとな
る。この２波の周波数間隔の制御は、放射導体間隔ｄを
調節して相互結合の結合量を変えることで行なわれる。

【００２８】図２は、放射導体１１の半径ｒa ＝１７．
５ｍｍ、放射導体１２の内周半径ｒb ＝１８．５ｍｍ、
その外周半径ｒc ＝３５．５ｍｍ、放射導体間隔ｄ＝
１．０ｍｍ、誘電体２の厚みｔ＝１．６ｍｍ、誘電体２
の比誘電率εr ＝２．６であるときのリターンロスの測
定結果である。なお、放射導体１２の外周部の接地導体
３との接続は、φ＝０．４ｍｍのスルーホールを６４個
等間隔に全周に亘って配置することで代行している。

【００２９】この例は、３ＧＨｚ帯において、放射導体
１１，１２がＴＭ₁₁モードで励振するように設計された
ものである。その結果、ｆ１＝２９６４ＭＨｚとｆ２＝
３１７８ＭＨｚで共振し、ｆ２−ｆ１＝２１４ＭＨｚ
（約６．９７％）離れた２つの周波数で共用可能となっ
ている。

【００３０】このように本例によれば、２周波数に共振
するものとなり、送受信周波数が数％以上離れた送受信
両用アンテナに適用することができる。

【００３１】また、スタック型パッチアンテナと同様
に、独立する直交モードが各々の周波数においても存在
が保たれるので、例えば図３に示すように、９０°の位
相差をもって２つの給電点４Ａ，４Ｂを設けて給電を行
なうことで円偏波励振にも対応することができる。

【００３２】また、スタック型パッチアンテナと比べ
て、１層構造であるため、平面アンテナ本来の特長であ
る薄型のメリットを充分に生かすことができる。

【００３３】なお、上述実施例においては、放射導体１
２の外周部を接地導体３に接続する際、放射導体１２の
導体部を延長して全部を接続するようにしているが、図
４に示すようにスルーホール１３あるいはピン等を使用
して一部を接続するようにしてもよい。この場合、スル
ーホール１３あるいはピン等の配置間隔については、間
隔が誘電体２の厚みｔと同程度以下であれば、全接地と
略同等の効果を得ることができる。

【００３４】また、上述実施例においては、平板形放射
導体を円形とすると共に環形放射導体を円環形としたも
のであるが、方形、方環形の組み合せその他の形状のも
のも同様に構成することができる。

【００３５】

【発明の効果】この発明によれば、平板形放射導体およ
び環形放射導体を配置したため２周波数に共振するもの
となり、送受信周波数が数％以上離れた送受信両用アン
テナに適用することができる。また、独立する直交モー
ドが各々の周波数においても存在が保たれるため、例え
ば９０°の位相差をもって２点給電を行なうことにより
円偏波励振にも対応することができる。さらに、平板形
放射導体および環形放射導体は同一平面に配置されるた
め、平面アンテナ本来の薄型という特長を充分に生かす
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の構成図である。

【図２】実施例のリターンロスを示す図である。

【図３】他の実施例（円偏波）の構成図である。

【図４】他の実施例の構成図である。

【図５】円形パッチアンテナの構成図である。

【図６】円形パッチアンテナのリターンロスを示す図で
ある。

【図７】スタック型パッチアンテナの構成図である。

【符号の説明】

２ 誘電体 ３ 接地導体 ４，４Ａ，４Ｂ 給電点 ５ 給電ポート（コネクタ） １１ 円形放射導体 １２ 円環形放射導体 １３ スルーホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−107203（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−189208（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−166807（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 13/08 H01Q 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体を介して接地導体と放射導体とが
   対向して配されてなる平面アンテナにおいて、 上記放射導体として平板形放射導体と環形放射導体が同
   一平面に同心上に配置され、 上記環形放射導体の外周部の全周に亘って、その一部あ
   るいは全部が上記接地導体に接続され、 上記平板形放射導体および環形放射導体は任意の周波数
   帯において相互結合によって同一モードで励振する大き
   さを有することを特徴とする平面アンテナ。
2. 【請求項２】 上記平板形放射導体を円形とすると共
   に、上記環形放射導体を円環形とすることを特徴とする
   請求項１記載の平面アンテナ。