JPH0682977B2 - 広指向性マイクロストリップアンテナ - Google Patents

広指向性マイクロストリップアンテナ

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JPH0682977B2
JPH0682977B2 JP32345788A JP32345788A JPH0682977B2 JP H0682977 B2 JPH0682977 B2 JP H0682977B2 JP 32345788 A JP32345788 A JP 32345788A JP 32345788 A JP32345788 A JP 32345788A JP H0682977 B2 JPH0682977 B2 JP H0682977B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は衛星等からの電波を広角度より受信する、特に
周縁が開放となっているパッチ型のアンテナに関する。
〔従来の技術〕
衛星からの電波放送は、円偏波を利用するので、従来、
衛星からの電波受信用にはアンテナとしてヘリカルアン
テナ、スパイラル型のアンテナを利用し、広指向性をも
たせるようにしている。これらのアンテナは広角度の指
向性を有する半球状の無指向性アンテナを容易に実現で
きる利点があるが、形状が複雑であり、また製作時にお
いて手作業が多くバラツキが生じやすく、そのため高価
となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
最近マイクロストリップアンテナが薄型、軽量、しかも
製作の容易さ、低価格性を備えているため、高い周波数
帯に利用され始めている。
パッチ型のマイクロストリップアンテナは底面に導電性
の地板を有する誘電体基板に方形または円形の導体(パ
ッチ)を配置したもので、電気的には周縁が開放された
共振素子を形成する。方形パッチの場合、アンテナとし
て、周縁が開放となるλ/2の長の共振モードで共振し、
その開放端から電波が放射される。この放射電界は、パ
ッチ周辺にλ/2の長さの分だけ離れた対応位置に磁気ダ
イポールが2本置かれたものと等価といわれている。そ
のため、直線偏波において、電界(E)面、磁界(H)
面ともに指向性が狭くなり、半球状の無指向性のアンテ
ナをパッチ型のマイクロストリップアンテナで実現させ
るのは困難であった。
本発明の目的は、パッチ型マイクロストリップアンテナ
の指向性の狭いという欠点を除去し、直線偏波用とし
て、さらには円偏波用として動作させたときに広い指向
性を有するマイクロストリップアンテナを提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、直線偏波を発生せしめる方形または円形状の
パッチ型マイクロストリップアンテナにおいて、アンテ
ナの放射主軸に対して直角であって、相互に直交するP
軸・Q軸の軸線上の方向に1個または複数個の線状もし
くは帯状の非励振素子をパッチ周縁の外側に近接して設
け、パッチの共振モードの方向をP軸とし、前記P軸線
上の方向に設けた非励振素子は誘電体基板に垂直な素子
であり、前記Q軸線上の方向に設けた非励振素子は、誘
電体基板面に平行して誘電体基板面から離して、P軸方
向に延在して配置した水平な素子もしくは前記水平素子
の中心を誘電体基板面に接地したT型の素子としてい
る。
円偏波用マイクロストリップアンテナでは、円偏波の構
成すべく、互いに直交する共振モードをマイクロストリ
ップアンテナのパッチで形成し、各共振モードを前記P
軸として、各共振モードに対する非励振素子を設けるよ
うにする。この場合、パッチは複数個もしくは共通の1
個のパッチにより円偏波を形成できる。さらに、円偏波
用マイクロストリップアンテナの指向性をより一層向上
する手段として、非励振素子の相互の配置を90゜でな
く、円偏波の各直交共振モードの方向に、誘電体基板に
垂直な非励振素子を配置し、前記垂直素子間の中間方向
に誘電体基板に水平な非励振素子を設けることが有効で
ある。
なお、パッチの形状は、方形または円形状であるが、こ
こで円形とは真円に限定されず、長円形、楕円形を含
む。
〔作用〕
非励振素子は、その長さをλ/2以下(接地の場合はλ/
4)とすれば、電波導波器として動作する。E面に対し
ては垂直素子を、H面に対しては水平素子を配置すれ
ば、それぞれの方向の電波の指向性を向上させる。垂直
・水平素子を併用することでアンテナとして指向性のよ
い特性が得られる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明する。
(1) 第1実施例 第1実施例として、第1図〜第4図に直線偏波用アンテ
ナについて示す。第1図は斜視図、第2図・第3図が側
面図、第4図は平面図である。斜線をほどこしたパッチ
10は誘電体基板1上に銅箔で形成している。誘電体基板
1の裏面は銅箔が貼られた地板2となっている。パッチ
10への給電はコネクタにより裏面から行なっている。こ
の給電点11はパッチ10に対する関係としてこの例ではX
方向では中心よりずれ、Y方向では中心に位置している
ので、X方向に共振電流が流れることになる。すなわち
この場合、共振モードの方向を示すP軸方向はX方向で
ある。そしてパッチ10の端縁辺l,lに磁流があるものと
して、電磁界が求められる。電界(E)面に沿って、P
軸(X方向)線上に非励振素子20,21をパッチ10に近接
して誘電体基板1から垂直に立てておくことで、この方
向の指向性を良好にできる。非励振素子20,21の長さは
接地型とすればλ/4に近く、これより僅かに短くすれば
よい。さらに、電界(E)面と直交する磁界H面におい
ては、Q軸(Y方向)線上にX方向と平行に、水平の非
励振素子22,23を誘電体基板1から浮かして配置するこ
とで、この方向の指向性を向上できる。素子の長さはλ
/2に近くこれより僅かに小さくする。水平の非励振素子
22,23は誘電体基板1から浮かすために、何らかの方法
で絶縁物で支持する必要があるが、図で点線で示したよ
うに、水平素子の中心を接地するようにしてもよい。こ
の場合、電気的には浮かしたと同じである。
非励振素子20〜23はパッチ10の端縁との間隔は0.05〜0.
5λ、また22〜23は誘電体基板1上に、0.1〜0.2λの高
さにすれば、充分な効果が得られることが確かめられ
た。上記直線偏波用アンテナの指向性の1例は第9図の
ようになる。なおY方向の指向性も同様である。第8図
は、パッチアンテナだけの指向性で、これに対し、本発
明による放射主軸に対する角度θの指向性の改善が明ら
かに確証された。
(2) 第2実施例 次に第2実施例として円偏波の場合に対して、本発明を
実施した場合を第5図,第6図に示す。第5図は側面
図、第6図は平面図である。円偏波の場合、給電点を2
個用い、それぞれX方向,Y方向の共振電流を供給するこ
ともできるが、第6図に示すように対角方向に設けた一
点の給電点13により、図示のようにパッチ12に2個の直
交する共振モードM1,M2を発生しうることは周知であ
る。共振モードM1,M2は、スリットKを設けることによ
り電流経路長に差があり、各々の共振周波数が異なって
くる。そこで、中間の周波数で給電点13から励振する
と、2個の共振モードの位相が90゜異なることになり、
円偏波の電界が生ずる。
パッチに生ずる直交する各共振モードに対応して、電磁
波としての円偏波は各々直交する電界をもつ。円偏波の
各直交する電界に対して、それぞれ第1実施例に示し
た、非励振素子をパッチ外周に設ければ円偏波の場合に
対する広指向性が得られる。そのため第5図、第6図に
示すように非励振素子の組としてM1モードに対応して24
〜27および90゜ずらしたM2モードに対応する30〜33の2
組が示されている。
(3) 第3実施例 上述の実施例は、パッチとしては1個のパッチを共有
し、位相を90゜ずらすためにスリットを設けたものであ
るが、円偏波を発生させるパッチとしては,他の方法で
発生可能なことはいうまでもない。第3実施例として第
7図に示すように、4個のパッチ14A〜14Dを誘電体基板
1上に設け、パッチはすべてスリットなしの一点給電と
し、その給電点の位置をそれぞれX方向またはY方向に
共振電流が生ずるように異ならしめる。これによって、
実効的に直交するM1,M2共振モード発生するので、第7
図で実線・点線で区別してあるように各共振モードに対
応する2組の非励振素子の組を設ければよい。この場合
には給電電流はパッチ14A〜14Dに時分割的に供給するこ
とが必要となるが、指向性は1個のパッチを用いる第2
実施例と同様である。
(4) 第4実施例 以上のようにして、本発明の実施により、直線偏波、円
偏波の両者について広角の指向性が得られる。しかし、
非励振素子としてE面に配置した垂直素子,H面に配置し
た水平素子は、それぞれ共振モードのP軸方向と、それ
に直角なQ軸方向に直交して配置するので、P,Q軸の中
間で、φ方向指向性の低下が生ずる。この部分の低下を
防ぐ手段として、H面に配置する水平素子をE面に直角
でなく、ほぼ45゜方向になるように中間に配置すること
が考えられる。第4実施例として具体的には第10図,第
11図の側面図,平面図に示すように、パッチ12の各辺に
対応して垂直素子40〜43を配置するが、水平素子44〜47
は各辺に対して45゜の傾斜をなすように配置し、給電点
13より励振する。これによって図のX,Y軸の中間方向の
φ方向指向性の低下を減少させることができる。この場
合、各水平素子44〜47はパッチの直交する共振モードの
両方に関与してくる。第12図は指向性をX,Y平面でみた
φ方向指向性の実測である。円偏波の第2実施例の場合
には、X,Y軸中間方向では、点線のような傾向があった
が、本実施例では実線に示すように、この指向性低下を
改善できる。なお、方形パッチに生ずる共振モードは対
応する2辺間に生ずるが、これを駆動し、また2個の共
振モードの位相を90゜ずらせる一点給電による励振方法
としては第13図のようにパッチ15にスリットK′を対角
線に設け、給電点16を図示の位置に設けることもでき
る。このときの非励振素子のパッチ15に対応する配置は
全く同一である。
(5) 第5実施例 第5実施例として、4実施例と同様の手段であるが、パ
ッチが円形の場合に適用した場合を、第14図に示す。
パッチ17は円形であるから、方形の場合と多少異なる共
振モードが得られるが、この例ではスリットK″、およ
び給電点18により、互いに直交する2個の共振モードを
得るようにしている。そして給電点18から両方の共振周
波数の中間の周波数で励振することで円偏波をうること
ができる。第14図において、非励振素子の配置は第12
図,第13図と同様で40〜43が垂直素子、44〜47が水平素
子である。
また、装置の小型化、あるいは全体装置の設計上、誘電
体基板、パッチともに円形にする必要が生ずることがあ
る。このときには、第15図に示すように、水平素子を円
弧形状44′〜47′にしても、広指向性を維持できる。
(6) 以上の第5実施例まで、非励振素子である垂直
素子は、長さがλ/4より僅かに短い垂直な素子とした
が、第16図(第13図に対応)に示すように、前記長さの
素子の先端部を水平に折曲げた逆L型素子を用いても、
同様な効果が得られることがわかった。水平部の方向は
共振モードの方向であることを要するが、その先端の向
きはパッチの向きまたは逆の向きのいずれでもよい。逆
L型であるから薄型にアンテナを実現できる利点があ
る。
〔発明の効果〕
本発明は、パッチ型のマイクロストリップアンテナを用
い、広角度の半球状の無指向性アンテナを得ることを目
的とする。本発明では、そのためにパッチを励振した場
合に生ずるパッチ近傍のE面,H面に、非励振素子を配置
し、E面に対しては誘電体基板に垂直な素子、H面に対
しては水平素子を用い、導波器とし動作させることで直
線偏波用アンテナとして広角度指向性をうることができ
た。さらに円偏波用アンテナとしては、パッチに生ずる
直交する2個の共振モードに対応してそれぞれ上記の直
線偏波用の非励振素子の配置を組合わせるようにする。
これによって衛星等から放射される円偏波に対して有効
に対処できる。
さらに、円偏波用アンテナとして誘電体基板を含む面
(X,Y面)内のφ指向性を改善するものとして、非励振
素子の垂直素子群と水平素子群との位置関係をずらした
アンテナを提示した。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は直線偏波用アンテナに対する本発明の
第1実施例に係り、第1図は斜視図、第2図,第3図は
側面図,第4図は平面図、第5図,第6図は第2実施例
の円偏波用アンテナに対する実施例で、その側面図,平
面図、第7図は第3実施例の4個のパッチを用いた円偏
波用アンテナに対する実施例、第8図は従来例の放射主
軸に対するθ指向特性図で、第9図は第1実施例のθ指
向特性図である。第10図,第11図はφ指向特性を改良し
た第4実施例の側面図,平面図、第12図は第4実施例に
よるφ指向特性の改善を示す図、第13図は第4実施例で
パッチの駆動方法を変えた例、第14図,第15図は第5実
施例の円形状パッチの実施例、第16図は逆L型の垂直素
子を用いた実施例である。 1……誘電体基板、2……地板、 10,12,15,17,14A〜14D……パッチ、 11,13,16,18……給電点、 20,21,24,25,30,31,40〜43……垂直素子、 22,23,26,27,32,33,44〜47,44′〜47′……水平素子。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直線偏波を発生せしめる方形または円形状
    のパッチ型マイクロストリップアンテナにおいて、アン
    テナの放射主軸に対して直角であって、相互に直交する
    P軸・Q軸の軸線上の方向に1個または複数個の線状も
    しくは帯状の非励振素子をパッチ周縁の外側に近接して
    設け、パッチの共振モードの方向をP軸とし、前記P軸
    線上の方向に設けた非励振素子は誘電体基板に垂直な素
    子であり、前記Q軸線上の方向に設けた非励振素子は、
    誘電体基板面に平行して誘電体基板面から離して、P軸
    方向に延在して配置した水平な素子もしくは前記水平素
    子の中心を誘電体基板面に接地したT型の素子であるこ
    とを特徴とする広指向性マイクロストリップアンテナ。
  2. 【請求項2】円偏波の構成すべく、互いに直交する共振
    モードを4個のマイクロストリップアンテナのパッチで
    形成し、各共振モードを前記P軸として、各共振モード
    に対する非励振素子を設けてなる請求項1記載の広指向
    性マイクロストリップアンテナ。
  3. 【請求項3】円偏波を構成すべく、互いに直交する共振
    モードを共通の1個のマイクロストリップアンテナのパ
    ッチで形成し、各共振モードを前記P軸として、各共振
    モードに対する非励振素子を設けてなる請求項1記載の
    広指向性マイクロストリップアンテナ。
  4. 【請求項4】請求項3記載のマイクロストリップアンテ
    ナにおいて、円偏波の各直交共振モードの方向に、誘電
    体基板に垂直な非励振素子を配置し、前記垂直素子間の
    中間方向に誘電体基板面に水平な非励振素子を設けた広
    指向性マイクロストリップアンテナ。
  5. 【請求項5】請求項4記載のマイクロストリップアンテ
    ナにおいて、パッチおよび誘電体基板がともに、円形状
    であり、誘電体基板に水平な非励振素子は円弧として形
    成される広指向性マイクロストリップアンテナ。
  6. 【請求項6】誘電体基板に垂直な非励振素子は、先端部
    をパッチの共振方向に水平に折曲げた逆L型である請求
    項1乃至5記載の広指向性マイクロストリップアンテ
    ナ。
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