JPH04357702A - Plane antenna - Google Patents
Plane antennaInfo
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- JPH04357702A JPH04357702A JP13133691A JP13133691A JPH04357702A JP H04357702 A JPH04357702 A JP H04357702A JP 13133691 A JP13133691 A JP 13133691A JP 13133691 A JP13133691 A JP 13133691A JP H04357702 A JPH04357702 A JP H04357702A
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Abstract
Description
【0001】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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar antenna in which a ground conductor and a radiation conductor are arranged facing each other with a dielectric interposed therebetween.
【0002】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
。2. Description of the Related Art Microstrip antennas are known as planar antennas, and circular patch antennas and rectangular patch antennas are known as microstrip antennas.
【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。First, a circular patch antenna will be explained. FIG. 5A is a plan view of the circular patch antenna, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line II.
【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。In the figure, 1 is a circular radiation conductor, 2 is a circular dielectric, and 3 is a circular ground conductor. Radiation conductor 1
is formed facing the ground conductor 3 with the dielectric 2 in between. The dielectric 2 and the ground conductor 3 are of the same size, and the radiation conductor 1 is printed smaller than these. As the dielectric material 2, for example, Teflon fiberglass (relative permittivity is 2
.. 6) is used.
【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。[0005] Furthermore, a feeding point 4 is provided at a position offset from the center of the radiation conductor 1, and this feeding point 4 is connected to the internal conductor of a feeding port (connector) 5 arranged on the grounding conductor 3 side. . The outer conductor of this power supply port 5 is connected to the ground conductor 3.
【0006】[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
。[Problems to be Solved by the Invention] The patch antenna described above has many features such as being simple in structure, thin and durable, but generally has a high Q value and a narrow frequency band.
【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、r
f 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=
1.841である。For example, in the case of the circular patch antenna shown in FIG. 5, its resonant frequency f in the lowest order mode TM11 is determined by Equation 1. In this equation, C is the speed of light, r
f is the radius of the radiation conductor 1, t is the thickness of the dielectric 2, εr
is the relative permittivity of the dielectric 2, x is the eigenvalue of the eigenfunction specific to the shape of the radiation conductor 1, and for a circular patch antenna, x=
It is 1.841.
【0008】[0008]
【数1】[Math 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.
6mm、εr =2.6、接地導体3の直径D=90m
m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(1.8
2%)である。[0009] The band of the circular patch antenna is return loss≦-10 dB, and only a few percent of the band can be obtained around the resonant frequency f. FIG. 6 shows rf = 17.5 mm, t = 1.
6mm, εr = 2.6, diameter D of ground conductor 3 = 90m
This is a measurement result of the return loss of a circular patch antenna when m. In this example, fo =2976MHz
The frequency bandwidth BW is 54 MHz (1.8
2%).
【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。[0010] Conventionally, a wireless communication system is known that is constructed between a base station on the ground and a mobile station using a geostationary satellite as a relay.
【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。In such a communication system, downlinks are constructed from a base station to a large number of mobile stations via satellites, and uplinks are constructed from each mobile station to the base station. In this case, the frequencies of transmission and reception are made to be different.
【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。[0012] In such a communication system, when the transmitting and receiving frequencies differ by more than a few percent, the above-mentioned patch antenna cannot be applied to the transmitting and receiving antenna of this communication system.
【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.Tulin
tseff and R.M.Sorbello :
Broadband Two−Layer Micro
strip Antenna”,1984 IEEE
AP−S Int.Symp.Dig. pp.251
−254参照)。Various methods have been proposed to overcome the drawbacks of patch antennas, but when the condition of circularly polarized wave excitation is added, the methods are quite limited and have only been proposed as a practical method. There is a stacked patch antenna (C.H. Chen, A. Tulin).
tseff and R. M. Sorbello:
Broadband Two-Layer Micro
strip antenna”, 1984 IEEE
AP-S Int. Symp. Dig. pp. 251
-254).
【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。FIG. 7 shows the configuration of a stacked patch antenna, and parts corresponding to those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals. FIG. 7A is a plan view, and FIG. 7B is a sectional view taken along the line I-I.
【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。[0015] The stacked patch antenna has a radiation conductor 1
A dielectric 6, a radiation conductor 7, and a dielectric 8 are further laminated in this order on top of the structure.
【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
。This stacked patch antenna has a two-resonance type characteristic, and the frequency interval between two waves can be controlled by adjusting the stack interval S (thickness of the dielectric 6).
【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。However, as is clear from FIG. 7, the stacked patch antenna has a two-layer structure, which increases the overall thickness, which negates the original thinness of the planar antenna. there were.
【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。Accordingly, the present invention provides a planar antenna that can be constructed thinly even under the conditions of dual use for transmitting and receiving and circularly polarized wave excitation in which the transmitting and receiving frequencies are separated by several percent or more.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】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
アンテナにおいて、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同一モードで励振する大きさ
を有するものである。[Means for Solving the Problems] The present invention provides a planar antenna in which a ground conductor and a radiating conductor are arranged facing each other with a dielectric interposed therebetween, in which a flat radiating conductor and a ring-shaped radiating conductor are on the same plane as the radiating conductors. The ring-shaped radiating conductor is arranged concentrically with the ground conductor, and a part or all of it is connected to the ground conductor along the entire outer circumference of the ring-shaped radiating conductor, and the flat plate-shaped radiating conductor and the ring-shaped radiating conductor are excited in the same mode in any frequency band. The size is as follows.
【0020】[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。[Function] Since the flat radiation conductor and the ring radiation conductor are arranged, the antenna resonates at two frequencies, and can be applied to a transmitting and receiving antenna where the transmitting and receiving frequencies are separated by several percentage points or more. Furthermore, since independent orthogonal modes are maintained at each frequency, circularly polarized wave excitation can also be supported by performing two-point power feeding with a phase difference of 90°, for example. Furthermore, since the flat radiation conductor and the ring radiation conductor are arranged on the same plane, it is possible to take advantage of the inherent thinness of the flat antenna.
【0021】[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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Figure 1A is a plan view, Figure 1B is an I-
It is an I line sectional view. In FIG. 1, parts corresponding to those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.
【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。In this example, a circular radiation conductor 11 and an annular radiation conductor 12 are arranged opposite to the ground conductor 3. Radiation conductors 11 and 12 are arranged concentrically on the same plane. The outer peripheral portion of the radiation conductor 12 is connected to the ground conductor 3.
【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。The distance d between the radiation conductors 11 and 12 is set to be smaller than, for example, the thickness t of the dielectric 2 (substrate thickness) so that mutual coupling occurs between the radiation conductors.
【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。The radiation conductors 11 and 12 are made to have a size that allows them to be excited in the same mode, for example, the TM11 mode, in any frequency band.
【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。Further, a feeding point 4 is provided at a position offset from the center of the radiation conductor 11, and this feeding point 4 is connected to the internal conductor of a feeding port (connector) 5 arranged on the grounding conductor 3 side. . The outer conductor of the power supply port 5 is connected to the ground conductor 3.
【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。Since the radiation conductors 11 and 12 are coupled to each other as described above, simply by providing the feed port 5 to the radiation conductor 11, the frequencies that resonate with the radiation conductor 11 and the frequencies that resonate with the radiation conductor 12 can be changed. It can be used in 2 waves. Note that the power feeding port 5 may be provided to the radiation conductor 12.
【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。The present example is constructed as described above, and the circular radiation conductor 11 and the annular radiation conductor 12 are each excited in the same mode in an arbitrary frequency band, and resonate at two frequencies. The frequency interval between the two waves is controlled by adjusting the distance d between the radiation conductors and changing the amount of mutual coupling.
【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 =18.5m
m、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。FIG. 2 shows the radius ra = 17 of the radiation conductor 11.
.. 5mm, inner radius rb of radiation conductor 12 = 18.5m
m, its outer radius rc = 35.5 mm, the distance between the radiating conductors d = 1.0 mm, the thickness of the dielectric 2 t = 1.6 mm, and the relative permittivity εr of the dielectric 2 = 2.6. These are the measurement results. Note that the connection between the outer peripheral portion of the radiation conductor 12 and the ground conductor 3 is achieved by arranging 64 through holes of φ=0.4 mm at equal intervals over the entire circumference.
【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。This example is designed so that the radiation conductors 11 and 12 are excited in the TM11 mode in the 3 GHz band. As a result, f1=2964MHz and f2
= resonates at 3178MHz, f2-f1=214MHz
(approximately 6.97%) It can be shared by two frequencies separated by approximately 6.97%.
【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。[0030] Thus, according to this example, the antenna resonates at two frequencies, and can be applied to a dual-purpose antenna in which the transmitting and receiving frequencies are separated by several percentage points or more.
【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。Furthermore, as in the case of a stacked patch antenna, since independent orthogonal modes are maintained at each frequency, for example, as shown in FIG. By providing 4B and feeding power, circularly polarized wave excitation can also be supported.
【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。Furthermore, compared to a stacked patch antenna, since it has a single layer structure, it is possible to fully utilize the advantage of being thin, which is the original feature of a planar antenna.
【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。Note that in the above embodiment, the radiation conductor 1
When connecting the outer periphery of the radiation conductor 2 to the grounding conductor 3, the conductor part of the radiation conductor 12 is extended to connect the entire part, but as shown in Fig. The parts may be connected. In this case, as long as the spacing between the through holes 13, pins, etc. is equal to or less than the thickness t of the dielectric 2, an effect substantially equivalent to that of full grounding can be obtained.
【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。Further, in the above embodiment, the flat radiation conductor is circular and the annular radiation conductor is circular, but squares, combinations of rectangular rings, and other shapes may be constructed in the same manner. Can be done.
【0035】[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。According to the present invention, since a flat radiation conductor and an annular radiation conductor are arranged, the antenna resonates at two frequencies, and can be applied to a transmitting and receiving antenna in which the transmitting and receiving frequencies are separated by several percentage points or more. Further, since independent orthogonal modes are maintained at each frequency, it is possible to support circularly polarized wave excitation by performing two-point power feeding with a phase difference of 90°, for example. Furthermore, since the flat radiation conductor and the ring radiation conductor are arranged on the same plane, the inherent thinness of the flat antenna can be fully utilized.
【図1】実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment.
【図2】実施例のリターンロスを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing return loss in an example.
【図3】他の実施例(円偏波)の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of another embodiment (circularly polarized wave).
【図4】他の実施例の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of another embodiment.
【図5】円形パッチアンテナの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a circular patch antenna.
【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。FIG. 6 is a diagram showing return loss of a circular patch antenna.
【図7】スタック型パッチアンテナの構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a stacked patch antenna.
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 2 Dielectric material 3 Ground conductor 4, 4A, 4B power supply point 5 Power supply port (connector) 11 Circular radiation conductor 12 Annular radiation conductor 13 Through hole
Claims (2)
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
周波数帯において同一モードで励振する大きさを有する
平面アンテナ。1. A planar antenna in which a ground conductor and a radiating conductor are arranged facing each other with a dielectric interposed therebetween, wherein a flat radiating conductor and a ring-shaped radiating conductor are arranged concentrically on the same plane as the radiating conductors, Part or all of the outer circumference of the annular radiating conductor is connected to the grounding conductor, and the flat radiating conductor and the annular radiating conductor have a size that excites them in the same mode in any frequency band. A planar antenna with.
に、上記環形放射導体を円環形とする請求項1記載の平
面アンテナ。2. The planar antenna according to claim 1, wherein the flat radiation conductor is circular and the annular radiation conductor is circular.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131336A JP3003272B2 (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Planar antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131336A JP3003272B2 (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Planar antenna |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04357702A true JPH04357702A (en) | 1992-12-10 |
| JP3003272B2 JP3003272B2 (en) | 2000-01-24 |
Family
ID=15055563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3131336A Expired - Fee Related JP3003272B2 (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Planar antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3003272B2 (en) |
-
1991
- 1991-06-03 JP JP3131336A patent/JP3003272B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3003272B2 (en) | 2000-01-24 |
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