JPH01196902A - コプレーナパッチアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、連続的な誘電体材料層と、この誘電体材料層
の主表面上に支持された導電材料のパッチと、前記の誘
電体材料層の前記の主表面上に支持され前記のパッチを
殆ど囲むとともにこのパッチから離間された導電材料の
接地平面と、コプレーナバッチアンテナに電気信号を給
電する手段とを具えている当該コプレーナバッチアンテ
ナに関するものである。

上述した種類のコプレーナバッチアンテナ（ｃｏｐｌａ
ｎａｒ　ｐａｔｃｈ　ａｎｔｅｎｎａ）の一形態は雑誌
１１マイクロウエーブ・ジャーナル（Ｍｉｃｒｏｗａｖ
ｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ）”１９７６年１０月号の第４７〜
４９頁に記載されている論文゛′コプレーナ・ストリッ
プライン・アンテナ（Ｃｏｐｌａｎａｒ　５ｔｒｉｐｌ
ｉｎｅ　Ａｎｔｅｎｎａ）”および米国特許第４０６３
２４６号明細書に開示されている。これらの文献では、
導電性のパッチが誘電体材料層の前記の主表面上に支持
された接地平面に形成された同一面ストリップラインの
ストリップ導体に直接接続されており、他の接地平面が
誘電体材料層の他の主表面上に支持され、誘電体材料層
は比較的薄肉であり、前記の他の接地平面が前記のスト
リップ導体と最初に述べた接地平面との間の外縁（フリ
ンジ）領域にある。

この構成のアンテナは約４００オームの不都合に高い給
電点抵抗を有している。

本発明の目的は、５０オームの代表的なシステムインピ
ーダンスに著しく近接した給電点抵抗を有する改善した
コプレーナバッチアンテナを提供せんとするにある。

本発明は、連続的な誘電体材料層と、この誘電体材料層
の主表面上に支持された導電材料のパッチと、前記の誘
電体材料層の前記の主表面上に支持され前記のパッチを
殆ど囲むとともにこのパッチから離間された導電材料の
接地平面と、コプレーナバッチアンテナに電気信号を給
電する手段とを具えている当８亥コプレーナバッチアン
テナにおいて、コプレーナバッチアンテナに電気信号を
給電する前記の手段が前記の接地平面に形成されたスロ
ットラインを有し、このスロットラインが前記の接地表
面と前記パッチとの間のギャップに開放していることを
特徴とする。

前記の接地平面と導電材料の前記のパッチとの間のギャ
ップより成る周囲はほぼ動作周波数の波長の奇数倍の長
さとして共振回路を構成するようになっているようにす
ることができる。導電材料のパッチは円形成いは長方形
成いは正方形にすることができ、また前記のスロットラ
インに対する開放部からパッチの周囲に沿って例えば動
作周波数の波長の４分の１或いはその奇数倍だけ離間し
た位置で前記の接地平面および前記のパッチ間のギャッ
プに開放する他のスロットラインを前記の接地平面に形
成することができる。

共振ループに沿って４分の１波長の通路差を与えること
により２つのスロットライン（フィーダ）を互いに有効
に分離したアンテナは種々に適用でき、特に例えばレー
ダにおいて送信機能と受信機能とを分離するのに、或い
は２つのスロットラインは互いに直角の偏波を用いて送
受信しうる為に偏波ダイパーシティ通信を行うのに、或
いは一方のスロットラインに適切な位相遅延を用いて円
偏波を発生させるのに用いることができる。一般には正
方形のバッチアンテナを用いるも、円形のパンチも例え
ば円偏波にとって有利であることを確かめた。

本発明によるコプレーナバッチアンテナは、給電用の直
列スロットラインの給電点インピーダンスが５０オーム
の代表的なシステムインピーダンスに比較的近似すると
いう利点を有する。

図面につき本発明を説明する。

第１図は本発明によるコプレーナバッチアンテナを線図
的に示し、第２図は第１図の一部の断面を示す。このア
ンテナはプリント回路基板を有しうるＤＵＲＯＩＤ６０
１０　（商品名）のような誘電率が比較的高い適切な誘
電体材料の連続Ｎ（以後誘電体層と称する）１上に形成
されており、導電材料のバッチ２と、このパッチ２を殆
ど囲み且つ周辺ギャップ（空間）４によりこのパッチ２
から離間せしめられた接地平面３とを具えている。パッ
チ２および接地平面３は誘電体層重により支持されてお
り、そのアセンブリはプリント回路基板から通常のプリ
ント回路技術によって形成しうる。或いはまた誘電体支
持層をアルミナとし、その上に蒸着により金属層を被着
するようにすることができる。

このコプレーナパッチアンテナは米国特許第４０６３２
４６号明細書に開示されているアンテナに類似している
も、この米国特許明細書に開示されているパッチアンテ
ナはコプレーナストリップラインの外縁領域内にわずか
に離間された裏当て接地面が設けられている当該ストリ
ップラインを介して給電されるものであり、この構造の
給電点抵抗が約５００オームと高く、この抵抗は、５０
オ一ム程度のインピーダンスを有する代表的なシステム
構成素子に整合させるのに適していない。

本発明によるコプレーナバッチアンテナでは、接地平面
３にギャップとして形成され点Ａで接地平面３とパッチ
２との間の周辺ギャップ４中に開放しているスロットラ
イン５により電気信号をアンテナに給電することにより
上述した欠点を減少せしめる。

本例では、接地平面３とパッチ２との間のギャップ４よ
り成るパッチ２の周囲をアンテナの動作周波数でほぼ１
波長の長さとし、ギャップ４より成るスロットラインの
周辺部分が共振リングを構成するようにする。

パッチ２は、従ってギャップ４より成る対応する周辺ギ
ャップラインは円形成いは方形としうる。

本例ではパッチ２は正方形である。

ボート（端子）６でスロットライン５の端部に、好まし
くはスロットライン結合に対するマイクロストリップを
介して供給される動作周波数の無線周波信号は周辺ギャ
ップ４との接合点Ａで大きさが互いに等しく互いに逆相
である２つの成分に分割され、これらの成分が共振スロ
ットラインリングをそれぞれ右方向および左方向に回る
。スロットラインリング上で点Ａと直径的に対向して位
置する点Ｂでこれらの互いに逆相の成分の信号が出合い
、干渉してこの点Ｂにおける共振スロットラインにまた
がる実質上の短絡を生ぜしめる。この反射処理がパッチ
２の周辺を囲んで定在波を形成し、スロットラインリン
グの種々の領域からの電界が放射電磁界を発生し、これ
ら放射電磁界は、アンテナの平面に対し垂直でスロット
ライン５を２等分する平面内で構造的に加わり合う。第
１図に示す正方形パッチの場合には、スロットラインリ
ングの水平の上側および下側のリムからの電界、すなわ
ち点ＣおよびＤを通る電界はパッチの中心に対する法線
に沿って構造的に加わり合い、−力点ＡおよびＢを通る
垂直な２つのリムからの電界は互いに相殺される。ボー
ト６に給電することにより放射される電磁界は第１図に
示す平面に対し垂直な電気ベクトルを有する。第１図に
示すような本発明によるコプレーナバッチアンテナの給
電点抵抗は約５０オームである。

第１図のアンテナにり更に同じく接地平面３中にギャッ
プとして形成した他のスロットライン７が設けられてお
り、このスロットライン７は点Ｃで接地平面３とパッチ
２との間の周辺ギャップ４に開放している。この点Ｃは
ラインスロット５の開放連結部における点Ａからスロッ
トラインリングに沿ってその周辺の４分の１の距離の位
置にある。従って、給電用の２つのスロットライン５お
よび７は互いに直角を成しており、また一方のスロット
ライン（フィーダ）により他方のスロットライン（フィ
ーダ）の給電点にまたがって生ぜしめられる定在波パタ
ーンの電界および局部電流零の点が対線的に配置される
為にこれら２つのスロットラインは互いに電気的に高程
度に分離される。

前述したように、ボート６でスロットライン５に与える
励振により垂直偏波の電磁波を放射せしめ且つ可逆の原
理により、このアンテナが垂直偏波の電磁波を受けると
ボート６に信号を生じる。

しかし、ボート８からスロットライン７に励振を与える
と、水平偏波の電磁波が放出され、且つ水平偏波の電磁
波をアンテナが受けると信号がボート８に検出される。

ポート６および８を経る２つの給電間で達成しうる高程
度の分離は例えばレーダに対する送信および受信機能を
分離するのに用いたり、偏波ダイパーシティ通信に対し
用いたりすることができる。

このアンテナは、ポート６および８の一方に対する給電
に９０°の移相を導入することにより円偏波を送信或い
は受信するように構成することもできる。この場合パッ
チ２を円形にするのが有利である。

共振リング構造は周辺ギャップ４より成る周囲を動作周
波数の１波長の奇数倍とした場合にも得られ、スロット
ライン（フィーダ）分離は、２つのポート（給電点）５
および７を用いた構成で周辺ギャップ４に開放した対応
するスロットライン（フィーダ）５および７が４分の１
波長の奇数倍だけ離間されている場合にも維持すること
ができる。

第１図に示すアンテナは、給電用のスロットライン５お
よび７が存在する為にわずかに非対称である。従って、
最適なカップリングを得るためには、アンテナ寸法をわ
ずかに減少させ、周辺ギャップの周囲を１波長よりも短
くする必要がある。

このようにすることにより機械的な対称線と電気的な対
称線とを互いにずらしてしまい、このことは不便である
。

この欠点は第３図に線図的に示す例の構成により解決す
ることができ、本例では２つの他のスロットライン（フ
ィーダ）９および１０が接地平面３に他のギャップとし
て形成され、これらスロットラインは対応する他の点Ｂ
およびＤで、接地平面３およびパッチ２間の周辺ギャッ
プ４に開放している。点Ｂは点Ｃからスロットラインリ
ングに沿う周囲の４分の１の位置に位置し、点りもこれ
と同じ距離だけ点Ｂおよび点Ａから離れている。これら
スロットライン９および１０はそれぞれ他のポート１１
および１２を形成する。電気的な対称性を回復するため
には以下の２つの方法のいずれかを用いることができる
。第１の方法は第３図に示すように前記の他のポート１
１および１２の各々を、スロットライン９および１０の
インピーダンスを整合さ廿る負荷抵抗１３および１４に
よりそれぞれ終端せしめる方法である。

第２の方法は、対向するポートの対の各々、すなわち６
および１１或いは８および１２に１８０度ハイブリッド
を経て給電する方法である。これらの変形例には、プレ
ーナバッチアンテナおよびその構成部品の設計、製造お
よび使用で既に知られている他の特徴を前述した特徴の
代わりに或いはこれらに加えて含めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるコプレーナバッチアンテナの一
例を示す線図、 第２図は、第１図の■−■線上を断面とし矢の方向に見
た断面図、 第３図は、第１図に示すアンテナの変形例を示す線図で
ある。 １・・・誘電体層　　　　　　２・・・バッチ３・・・
接地平面 ４・・・周辺ギャップ（スロットラインリング）５．７
，９．１０・・・スロットライン（フィーダ）６．８，
１１．１２・・・ポート（給電点）１３、１４・・・負
荷抵抗 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファプリケン ＬＬ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　ＬＬｏｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、連続的な誘電体材料層と、この誘電体材料層の主表
   面上に支持された導電材料のパッチと、前記の誘電体材
   料層の前記の主表面上に支持され前記のパッチを殆ど囲
   むとともにこのパッチから離間された導電材料の接地平
   面と、コプレーナパッチアンテナに電気信号を給電する
   手段とを具えている当該コプレーナパッチアンテナにお
   いて、コプレーナパッチアンテナに電気信号を給電する
   前記の手段が前記の接地平面に形成されたスロットライ
   ンを有し、このスロットラインが前記の接地表面と前記
   パッチとの間のギャップに開放していることを特徴とす
   るコプレーナパッチアンテナ。 ２、請求項１に記載のコプレーナパッチアンテナにおい
   て、前記の接地平面と前記のパッチとの間のギャップよ
   り成る周囲が動作周波数のほぼ１波長の長さにあって共
   振回路を形成するようになっていることを特徴とするコ
   プレーナパッチアンテナ。 ３、請求項１に記載のコプレーナパッチアンテナにおい
   て、前記の接地平面と前記のパッチとの間のギャップよ
   り成る周囲が動作周波数のほぼ１波長の奇数倍の長さに
   あって共振回路を形成するようになっていることを特徴
   とするコプレーナパッチアンテナ。 ４、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコプレーナパ
   ッチアンテナにおいて、前記のパッチが方形となってい
   ることを特徴とするコプレーナパッチアンテナ。 ５、請求項４に記載のコプレーナパッチアンテナにおい
   て、前記のパッチが正方形であることを特徴とするコプ
   レーナパッチアンテナ。 ６、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコプレーナパ
   ッチアンテナにおいて、前記のスロットラインに対する
   開放部から前記のパッチの周辺に沿って４分の１波長の
   奇数倍の距離の位置で前記の接地平面と前記のパッチと
   の間のギャップに開放するように他のスロットラインを
   前記の接地平面に形成したことを特徴とするコプレーナ
   パッチアンテナ。