JPH0884018A - Electromagnetic coupling patch antenna - Google Patents
Electromagnetic coupling patch antennaInfo
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- JPH0884018A JPH0884018A JP22000094A JP22000094A JPH0884018A JP H0884018 A JPH0884018 A JP H0884018A JP 22000094 A JP22000094 A JP 22000094A JP 22000094 A JP22000094 A JP 22000094A JP H0884018 A JPH0884018 A JP H0884018A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小形化と広帯域特性が得られ、良好な電気的
特性を維持する電磁結合パッチアンテナを提供する。
【構成】 厚さh1 の誘電体基板に形成した外形の半径
ao 、内形の半径ai の円環アンテナと地導体板を有す
る厚さh2 の誘電体基板上に外側又は内側から挿入した
給電線路であるマイクロストリップ線路を形成し、互い
を重ね合わせたマイクロストリップアンテナにおいて、
前記円環アンテナの中心から半径am (ai <am )の
円環パッチを形成する誘電板基板の厚さをマイクロスト
リップ線路を形成した厚さh2 の誘電体基板の厚さとほ
ぼ等しく、その他の部分の誘電板基板の厚さをh1 >h
2 とした多段に電磁結合パッチアンテナを構成した。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide an electromagnetically coupled patch antenna that can achieve miniaturization and wideband characteristics, and that maintains good electrical characteristics. [Structure] From the outside or inside on a dielectric substrate of thickness h 2 having a circular antenna with an outer radius a o and an inner radius a i formed on a dielectric substrate of thickness h 1 and a ground conductor plate. In a microstrip antenna that forms a microstrip line that is an inserted feed line and overlaps each other,
The thickness of the dielectric plate substrate forming the circular patch having a radius a m (a i <a m ) from the center of the circular antenna is approximately equal to the thickness of the dielectric substrate of thickness h 2 forming the microstrip line. , The thickness of other parts of the dielectric plate substrate is h 1 > h
An electromagnetically coupled patch antenna was constructed in two stages.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、小形化と広帯域化を
図った電磁結合パッチアンテナに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromagnetically coupled patch antenna which is compact and has a wide band.
【0002】[0002]
【従来の技術】これからのアレーアンテナには、ビーム
走査、ビーム形成、低サイドローブ化などのさまざまな
性能が要求される。このためには、LNA(低雑音増幅
器)、HPA(高出力増幅器)や移相器を有するアクテ
ィブフェーズドアレーアンテナが必要である。また、航
空機や自動車などの移動体用への需要も期待される。こ
のために給電回路等を含めたアレーアンテナを小形・薄
形に構築することも要求される。2. Description of the Related Art Array antennas in the future are required to have various performances such as beam scanning, beam forming, and low side lobe. For this purpose, an active phased array antenna having an LNA (low noise amplifier), HPA (high power amplifier) and a phase shifter is required. In addition, demand for mobile objects such as aircraft and automobiles is also expected. For this reason, it is also required to construct an array antenna including a feeding circuit and the like in a small and thin form.
【0003】アンテナの小形化・薄形化に対しては、マ
イクロストリップアンテナを用いることで対処が可能で
あり、また、給電回路の構築に対してもマイクロストリ
ップ系の給電線路を利用することができる。更に、図1
1(a)の上面図、図11(b)の断面図に示した電磁
結合給電方式の一つである近接結合を用いたアンテナを
示す。50が矩形パッチアンテナ、51がマイクロスト
リップ線路、52,53が誘電体基板、54が地導体板
である。この電磁結合給電マイクロストリップアンテナ
は、半田づけ等の電気的接続が不要であるため、製造が
容易で低価格化が可能である。The miniaturization and thinning of the antenna can be dealt with by using a microstrip antenna, and a microstrip feed line can be used for constructing a feed circuit. it can. Furthermore, FIG.
1A is a top view and FIG. 11B is a cross-sectional view showing an antenna using proximity coupling, which is one of the electromagnetic coupling feed systems. Reference numeral 50 is a rectangular patch antenna, 51 is a microstrip line, 52 and 53 are dielectric substrates, and 54 is a ground conductor plate. Since this electromagnetically coupled feed microstrip antenna does not require electrical connection such as soldering, it can be easily manufactured and reduced in cost.
【0004】L帯の移動体衛星通信やBS受信用アンテ
ナ等に要求される帯域幅は3%から5%である。通常の
誘電率2.6で厚さ1.6mmの誘電体基板を用いたマ
イクロストリップアンテナでは帯域として1%程度しか
得られない。そこで、広帯域化を図るためには誘電体基
板の誘電率を低くするか、または、基板厚を厚くする必
要がある。The bandwidth required for L-band mobile satellite communications, BS receiving antennas, etc. is 3% to 5%. With a normal microstrip antenna using a dielectric substrate having a dielectric constant of 2.6 and a thickness of 1.6 mm, a band of only about 1% can be obtained. Therefore, in order to widen the band, it is necessary to lower the dielectric constant of the dielectric substrate or increase the substrate thickness.
【0005】例えば、図11に示したような近接結合給
電方式を用いて、5%の帯域幅を得ることができるアン
テナと給電線路を考える。共振周波数を1.63GHz
とすると、基板の厚さhは約8mm、矩形パッチの代わ
りに円形パッチとすると円形アンテナの半径ao は約3
6.5mmである。ここで、図11に示したマイクロス
トリップ線路を基板の厚さの半分であるh2 =4mmと
すると、特性インピーダンス50Ωとなるマイクロスト
リップ線路の幅Wは11mm必要となる。このような基
板厚さh2 =4mm上に作られた幅W=11mmのマイ
クロストリップ線路は、給電線路であると同時にこの線
路から不要な電波が放射するために、アンテナの特性を
劣化させるという問題が発生する。For example, let us consider an antenna and a feed line that can obtain a bandwidth of 5% by using the proximity coupling feed system as shown in FIG. Resonance frequency of 1.63 GHz
Then, the thickness h of the substrate is about 8 mm, and if a circular patch is used instead of the rectangular patch, the radius a o of the circular antenna is about 3 mm.
It is 6.5 mm. Here, assuming that the microstrip line shown in FIG. 11 is h 2 = 4 mm, which is half the thickness of the substrate, the width W of the microstrip line having a characteristic impedance of 50Ω is required to be 11 mm. Such a microstrip line having a width W = 11 mm formed on the substrate thickness h 2 = 4 mm is a feeding line, and at the same time, unnecessary radio waves are radiated from this line, which deteriorates the characteristics of the antenna. The problem occurs.
【0006】一方、基板の厚さh2 を0.8mmとする
とマイクロストリップ線路の幅は2.2mmとなり、給
電線路内に電磁界がとじこめられるので、上記の不要な
放射は発生しない。しかし、基板厚さh=6.4mm,
h2 =1.6mmとした半径ao =33mmの円形パッ
チアンテナにおいて、最も反射損失が良い場合のインピ
ーダンス特性を図12に示す。この状態ではマイクロス
トリップ線路として動作するが、円形パッチアンテナを
励振することができず、給電線路と円形パッチアンテナ
は整合できないという問題が生じる。また、λg /4の
トランスフォーマを挿入することでアンテナと給電線路
との整合は図れるが、アンテナの入力インピーダンスが
図6より20Ω程度であるため、λg /4のトランスフ
ォーマの特性インピーダンスは約32Ω程度となるため
に、線路幅が広くなり給電線路の空間的配置の問題と給
電線路からの不要放射が発生するという問題が発生す
る。On the other hand, if the thickness h 2 of the substrate is 0.8 mm, the width of the microstrip line becomes 2.2 mm, and the electromagnetic field is confined in the feed line, so that the above-mentioned unnecessary radiation does not occur. However, the substrate thickness h = 6.4 mm,
In the circular patch antenna with a radius a o = 33 mm, which was h 2 = 1.6 mm, FIG. 12 shows impedance characteristics when the most reflection loss is good. In this state, it operates as a microstrip line, but the circular patch antenna cannot be excited and there is a problem that the feed line and the circular patch antenna cannot be matched. Although attained the matching between the antenna and the feed line by inserting a transformer lambda g / 4, since the input impedance of the antenna is 20Ω about than 6, the characteristic impedance of the transformer lambda g / 4 is about 32Ω As a result, the line width becomes wider, which causes a problem of spatial arrangement of the feed line and a problem of generation of unnecessary radiation from the feed line.
【0007】また、アレーアンテナで広角にビーム走査
を行う場合、素子間隔を半波長程度にする必要がある。
このために、素子の小形化が重要となる。上記で述べた
基本モードで動作する円形パッチアンテナ素子に比べ、
同じ基本モードで動作する円環アンテナの面積(外形と
内径の比を2とした場合)は、約60%小さくできる。
しかし、広帯域化を図る場合には、上記で述べた問題は
同様に生じる。When beam scanning is performed at a wide angle by the array antenna, it is necessary to set the element spacing to about half a wavelength.
Therefore, miniaturization of the device is important. Compared to the circular patch antenna element operating in the basic mode described above,
The area of the ring antenna operating in the same basic mode (when the ratio of the outer shape to the inner diameter is 2) can be reduced by about 60%.
However, in the case of widening the band, the problems described above similarly occur.
【0008】また、広帯域化を図る場合には誘電体基板
の厚さを厚くする必要があるが、アンテナ全体の重量が
大幅に増加すると言う問題がある。Further, in order to widen the band, it is necessary to increase the thickness of the dielectric substrate, but there is a problem that the weight of the entire antenna is significantly increased.
【0009】更に、誘電体基板の厚さを厚くすると、基
板の横方向に伝搬する表面波が発生し、不要な素子間の
結合や電力の漏洩・放射が発生し、アンテナの入力イン
ピーダンス・放射・利得特性が劣化すると言う問題が生
じる。Further, if the thickness of the dielectric substrate is increased, surface waves propagating in the lateral direction of the substrate are generated, coupling between unnecessary elements and leakage / radiation of power are generated, and input impedance / radiation of the antenna is generated. -There is a problem that the gain characteristic deteriorates.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の電磁結合パッチアンテナにおいて広帯域化を図る場
合、誘電体基板の厚さが厚くなりその結果アンテナの重
量が増加する。また、マイクロストリップ線路からの不
要放射の発生によってアンテナの電気特性に悪影響を及
ぼすなどの問題点が発生し、また、パッチアンテナと給
電線路とが結合できず、アンテナとして動作しなくなる
という問題点があった。本発明の目的は、アンテナ素子
の小形化と広帯域性を維持しつつ、良好な電気的特性を
得る電磁結合パッチアンテナを提供することを目的とす
る。As described above, in the case of widening the band in the conventional electromagnetically coupled patch antenna, the thickness of the dielectric substrate becomes thicker, resulting in an increase in the weight of the antenna. In addition, the generation of unnecessary radiation from the microstrip line causes a problem such as adversely affecting the electric characteristics of the antenna, and the problem that the patch antenna and the power supply line cannot be coupled and the antenna does not operate. there were. It is an object of the present invention to provide an electromagnetically coupled patch antenna that obtains good electrical characteristics while maintaining the miniaturization of antenna elements and wide band characteristics.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の第1発明は、厚さh1 の誘電体基板に形成し
た外形の半径ao 、内形の半径ai の円環アンテナと地
導体板を有する厚さh2の誘電体基板上に外側又は内側
から挿入した給電線路であるマイクロストリップ線路を
形成し、互いを重ね合わせたマイクロストリップアンテ
ナにおいて、前記円環アンテナの中心から半径am (a
i <am ) の円環パッチを形成する誘電板基板の厚さを
マイクロストリップ線路を形成した厚さh2 の誘電体基
板の厚さとほぼ等しく、その他の部分の誘電板基板の厚
さをh1 >h2 とした電磁結合パッチアンテナである。In order to achieve the above object, a first invention of the present application is a ring antenna having an outer radius a o and an inner radius a i formed on a dielectric substrate having a thickness h 1. A microstrip line, which is a feed line inserted from the outside or the inside, is formed on a dielectric substrate having a thickness h 2 and a ground conductor plate. Radius a m (a
The thickness of the dielectric plate substrate forming the circular patch of i <a m ) is almost equal to the thickness of the dielectric substrate of thickness h 2 forming the microstrip line, and the thickness of the dielectric plate substrate in other parts is It is an electromagnetically coupled patch antenna in which h 1 > h 2 .
【0012】本願の第2の発明は、前記第1の発明の構
成において、円環アンテナの外形の半径ao と内形の半
径ai の任意の中間の位置に幅Wの段差を設け、その部
分の誘電板基板の厚さをマイクロストリップ線路を形成
した厚さh2 の誘電体基板の厚さとほぼ等しく、その他
の部分の厚さをh1 >h2 とした多段構成にした電磁結
合パッチアンテナである。According to a second invention of the present application, in the structure of the first invention, a step having a width W is provided at an arbitrary intermediate position between the outer radius a o of the annular antenna and the inner radius a i , The thickness of the dielectric plate substrate in that portion is almost equal to the thickness of the dielectric substrate of thickness h 2 on which the microstrip line is formed, and the thickness of the other portions is h 1 > h 2 in a multistage electromagnetic coupling It is a patch antenna.
【0013】また、本願の第3の発明は、本願の第1の
及び第2の発明における円環アンテナを、矩形パッチ、
正方形パッチ、楕円パッチ等のリング形状に置き換えた
電磁結合パッチアンテナである。Further, a third invention of the present application is such that the annular antenna in the first and second inventions of the present application is a rectangular patch,
This is an electromagnetically coupled patch antenna in which a square patch, an elliptic patch, or the like is replaced with a ring shape.
【0014】[0014]
【作用】本願の第1の発明であれば、円環アンテナの中
心から半径am (ai <am )の円環パッチを形成する
誘電板基板の厚さをマイクロストリップ線路を形成した
厚さh2 の誘電体基板の厚さとほぼ等しく、その他の部
分の誘電板基板の厚さをh1 >h2 とした多段構成にし
ているので、小形化と広帯域性を実現し、給電線路や誘
電体基板上を横方向に伝搬する表面波が生ずる不要放射
や結合の発生を抑え、給電線路との整合性が良く、アン
テナの電気特性に影響を及ぼさない。According to the first invention of the present application, the thickness of the dielectric plate substrate forming the annular patch having a radius a m (a i <a m ) from the center of the annular antenna is the thickness of the microstrip line formed. approximately equal to the thickness of the dielectric substrate h 2 is, since the dielectric thickness of the substrate of the other parts in the multi-stage configuration in which the h 1> h 2, to realize miniaturization and broadband performance, the feed line Ya It suppresses the generation of unwanted radiation and coupling that causes surface waves propagating laterally on the dielectric substrate, has good compatibility with the feed line, and does not affect the electrical characteristics of the antenna.
【0015】本願の第2の発明であれば、本願の第1の
発明の構成において、円環アンテナの外形の半径ao と
内形の半径ai の任意の中間の位置に幅Wの段差を設
け、その部分の誘電板基板の厚さをマイクロストリップ
線路を形成した厚さh2 の誘電体基板の厚さとほぼ等し
く、その他の部分の厚さをh1 >h2 とした多段構成に
しているので、本願の第1の発明と同様に作用させるこ
とができると共に、製作上の制約が更に緩和される。According to the second invention of the present application, in the configuration of the first invention of the present application, a step having a width W at an arbitrary intermediate position between the outer radius a o of the annular antenna and the inner radius a i. Is provided, and the thickness of the dielectric plate substrate at that portion is approximately equal to the thickness of the dielectric substrate having a thickness h 2 on which the microstrip line is formed, and the thickness of the other portions is set to h 1 > h 2 in a multistage configuration. Therefore, it is possible to operate in the same manner as the first invention of the present application, and the manufacturing restrictions are further alleviated.
【0016】また、本願の第3の発明のように円環アン
テナを、矩形パッチ、正方形パッチ、楕円パッチ等のリ
ング形状に置き換えても、本願の第1の発明と同様に作
用させることができる。Further, even if the annular antenna is replaced with a ring shape such as a rectangular patch, a square patch, an elliptic patch as in the third invention of the present application, the same operation as in the first invention of the present application can be achieved. .
【0017】[0017]
【実施例】以下、この発明を一実施例に基づき説明す
る。The present invention will be described below based on an embodiment.
【0018】図1に本発明の一実施例である電磁結合給
電方式構造の一つである近接結合円環パッチアンテナを
示す。なお、図1(a)は上面図、図1(b)は断面図
である。FIG. 1 shows a close-coupling ring patch antenna which is one of the structures of the electromagnetic coupling feeding system according to the embodiment of the present invention. Note that FIG. 1A is a top view and FIG. 1B is a cross-sectional view.
【0019】図1において1,5,6はそれぞれ所定厚
(h1 −h),(h−h2 ),h2の誘電体基板で、2
は導体板からなる外形の半径ao と内径の半径ai の多
段構成からなる円環パッチアンテナで、3はマイクロス
トリップ給電線路で、4は地導体である。このアンテナ
の動作について以下説明する。In FIG. 1, reference numerals 1, 5 and 6 denote dielectric substrates having predetermined thicknesses (h 1 -h), (h-h 2 ), h 2 respectively.
Is a circular patch antenna composed of a multi-stage structure having an outer radius a o made of a conductor plate and an inner radius a i , 3 is a microstrip feed line, and 4 is a ground conductor. The operation of this antenna will be described below.
【0020】図2に示した近接結合給電型の円環パッチ
アンテナの特性をまず明らかにする。マイクロストリッ
プ線路3が形成されている誘電率2.6の誘電板基板6
の厚さh2 =1.6mm、円環パッチアンテナ2が形成
されている誘電率2.6の誘電板基板1の厚さh1 =
1.6mmと4.8mmとした場合において、マイクロ
ストリップ線路の長さS(円環パッチの中心で零、中心
よりオーバーする場合が(+)である)を変化させた場
合の円環パッチアンテナの共振周波数と反射損失を図3
に示す。図3に示すように円環パッチアンテナを設けた
誘電体基板の厚さh1 を厚くするにつれ円環パッチアン
テナの共振周波数は高くなり、また、円環パッチと給電
線路であるマイクロストリップ線路とは整合しなくなる
ことが分かる。図4に、図3に示した(a),(b)点
のパラメータでの入力インピーダンスを示す。First, the characteristics of the close-coupling feed type annular patch antenna shown in FIG. 2 will be clarified. A dielectric plate substrate 6 having a dielectric constant of 2.6, on which the microstrip line 3 is formed.
Has a thickness h 2 = 1.6 mm, and the thickness h 1 = of the dielectric plate substrate 1 having a dielectric constant of 2.6 on which the circular patch antenna 2 is formed.
An annular patch antenna in which the length S of the microstrip line (zero at the center of the annular patch and (+) when it exceeds the center is (+)) is changed in the case of 1.6 mm and 4.8 mm. Figure 3 shows the resonance frequency and reflection loss of
Shown in As shown in FIG. 3, as the thickness h 1 of the dielectric substrate provided with the ring patch antenna is increased, the resonance frequency of the ring patch antenna becomes higher, and the ring patch and the microstrip line which is the feed line are Turns out to be inconsistent. FIG. 4 shows the input impedance with the parameters at points (a) and (b) shown in FIG.
【0021】次に、マイクロストリップ線路が形成され
ている誘電板基板の厚さh2 =1.6mm、円環パッチ
アンテナが形成されている誘電板基板の厚さh1 =4.
8mmとした厚さの関係において、厚さh1 の誘電体基
板1に形成した外形の半径ao 、内形の半径ai の円環
アンテナと地導体板4を有する厚さh2 の誘電体基板6
上に外側から挿入した給電線路であるマイクロストリッ
プ線路3を形成し、互いを重ね合わせた図1に示したア
ンテナ構成において、円環アンテナ2の中心から半径a
m (ai <am )の円環パッチを形成する誘電板基板の
厚さ(h1 −h)をマイクロストリップ線路を形成した
厚さh2 の誘電体基板の厚さと等しく、その他の部分の
誘電板基板の厚さをh1 とした多段に電磁結合パッチア
ンテナを構成した。Next, the thickness h 2 of the dielectric plate substrate on which the microstrip line is formed is 1.6 mm, and the thickness h 1 of the dielectric plate substrate on which the annular patch antenna is formed is h 1 .
In the thickness relationship of 8 mm, a dielectric of a thickness h 2 having a circular antenna having an outer radius a o and an inner radius a i formed on the dielectric substrate 1 having a thickness h 1 and a ground conductor plate 4 Body board 6
In the antenna configuration shown in FIG. 1 in which the microstrip line 3 which is the feed line inserted from the outside is formed and is superimposed on each other, in the antenna configuration shown in FIG.
The thickness (h 1 −h) of the dielectric plate substrate forming the circular patch of m (a i <a m ) is equal to the thickness of the dielectric substrate of thickness h 2 forming the microstrip line, and other portions The multi-stage electromagnetically coupled patch antenna was constructed with the thickness of the dielectric plate substrate of 1 as h 1 .
【0022】円環パッチアンテナの外形の半径ao を3
2.5mm、内径の半径ai を16.25mm、段差を
設けた半径am を21.5mm,27mmとした円環パ
ッチアンテナにおいて、給電線路であるマイクロストリ
ップ線路の長さSを変化させた場合の円環パッチアンテ
ナの共振周波数と反射損失を図5に示す。図5に示すよ
うに円環パッチ内に多段を設けることで、図3に示した
ような給電線路と円環パッチアンテナを整合させること
ができない状態から、(c),(d)点のように容易に
整合を得ることができることが分かる。更に、半径am
を21.5mmにした場合には、点(c)に示したよう
に共振周波数は1.4GHzとなり、段差を設けない場
合に比べ円環パッチアンテナの外形寸法がおなじでも共
振周波数は約1.05倍高くなった。このため、利得は
約0.4dB高くなると予想できる。The outer radius a o of the circular patch antenna is set to 3
In a circular patch antenna having a diameter of 2.5 mm, an inner radius of a i of 16.25 mm, and a stepped radius of a m of 21.5 mm and 27 mm, the length S of the microstrip line, which is a feeding line, was changed. FIG. 5 shows the resonance frequency and reflection loss of the circular patch antenna in this case. As shown in FIG. 5, by providing multiple stages in the annular patch, it is impossible to match the feed line and the annular patch antenna as shown in FIG. 3 to the points (c) and (d). It can be seen that the match can be easily obtained. Furthermore, the radius a m
21.5 mm, the resonance frequency is 1.4 GHz as shown in point (c), and the resonance frequency is about 1. It was 05 times higher. Therefore, it can be expected that the gain will be increased by about 0.4 dB.
【0023】また、多段の円形の半径am を変化させる
ことで共振周波数を制御できることが分かる。また、図
6に、図5の(c),(d)点におけるパラメータを有
する円環パッチアンテナの入力インピーダンスを示す。Further, it is understood that the resonance frequency can be controlled by changing the radius a m of the multi-step circular shape. Further, FIG. 6 shows the input impedance of the annular patch antenna having the parameters at points (c) and (d) in FIG.
【0024】以上より、図2に示したアンテナ構成での
共振特性とは異なり、本発明のアンテナは給電線路とλ
g /4のトランスフォーマを用いずに十分に整合できる
ことが明らかになった。From the above, unlike the resonance characteristics in the antenna configuration shown in FIG. 2, the antenna of the present invention is different from the feed line and λ.
It has been found that a good match can be made without using a g / 4 transformer.
【0025】図7に、図3の(a),(b)点と円環パ
ッチに半径am の段差を設けた図5の(c),(d)点
での共振周波数frと帯域幅BWとの関係を表で示す。
図7の表より、図3の(a)点での共振周波数と帯域幅
に比べ、段差を設けることで共振周波数は高くなり、か
つ、帯域幅BWも50%程度以上広帯域化されているこ
とが分かる。[0025] Figure 7, in FIG. 3 (a), (b) point and the circular patch radially a m stepped to provided was of FIG. 5 (c), the resonance frequency fr and bandwidth at point (d) The relationship with BW is shown in a table.
From the table of FIG. 7, the resonance frequency becomes higher by providing the step than the resonance frequency and the bandwidth at the point (a) of FIG. 3, and the bandwidth BW is widened by about 50% or more. I understand.
【0026】また、円環パッチの半径ao を一定として
いるが、多段の構造とすることで円環パッチアンテナの
共振周波数は高くなる。これは、図5及び図6に示すよ
うに、約0.4dB程度利得が高くなることが分かる。
よって、アレー化した場合は、所定の利得を得られるた
めに必要な素子数を減少させることができるため、アレ
ーアンテナ全体での小形化が可能となる。Further, although the radius a o of the circular patch is constant, the resonance frequency of the circular patch antenna is increased by adopting a multi-stage structure. It can be seen that, as shown in FIGS. 5 and 6, the gain is increased by about 0.4 dB.
Therefore, when arrayed, the number of elements required to obtain a predetermined gain can be reduced, and the array antenna as a whole can be downsized.
【0027】また、本発明のアンテナでは、円環パッチ
の誘電体基板の中央部を取り除いているので、アンテナ
全体の重量が低減するために軽量化できる。Further, in the antenna of the present invention, since the central portion of the dielectric substrate of the circular patch is removed, the weight of the entire antenna is reduced and the weight can be reduced.
【0028】図1に示すアンテナとして誘電率2.6の
場合で説明したが、誘電板基板の誘電率が低い場合で
は、前もってアンテナ部に相当する部分を発泡材等から
くりぬき、金属のプレス等で簡単に製造したアンテナ素
子を置くことでアンテナ素子及びアレーアンテナを形成
することができるため、製造が容易で、低価格化も実現
できる。Although the antenna shown in FIG. 1 has been described in the case where the dielectric constant is 2.6, when the dielectric constant of the dielectric plate substrate is low, the portion corresponding to the antenna portion is previously hollowed out from a foam material or the like, a metal press, or the like. Since the antenna element and the array antenna can be formed by placing the antenna element which is easily manufactured in 1., the manufacturing is easy and the cost can be reduced.
【0029】また、円環パッチアンテナ2の外側から内
側にマイクロストリップ線路3を挿入したが、円環パッ
チの中央から外側にマイクロストリップ線路を設けても
同様の効果を得ることができる。Although the microstrip line 3 is inserted from the outside to the inside of the circular patch antenna 2, the same effect can be obtained by providing the microstrip line from the center to the outside of the circular patch antenna.
【0030】更に、広帯域化を図るために誘電体基板の
厚さを厚くすると誘電体基板の横方向に伝搬する表面波
が発生し、不要な放射や結合を生じさせる。本発明のよ
うに誘電体基板に段差を設けたアンテナ素子をアレー化
すると上記の表面波が伝搬するモードの境界条件が変化
し、この段差部のために不要な表面波が伝搬しなくな
る。このために、アンテナの特性を劣化させることがな
くなる。Further, if the thickness of the dielectric substrate is increased in order to widen the band, surface waves propagating in the lateral direction of the dielectric substrate are generated, causing unnecessary radiation and coupling. When the antenna element having a step formed on the dielectric substrate is arrayed as in the present invention, the boundary condition of the mode in which the surface wave propagates changes, and the stepped portion prevents unnecessary surface waves from propagating. Therefore, the characteristics of the antenna are not deteriorated.
【0031】図8(a),(b),(c)に変形例を示
す。円環パッチアンテナ以外に、矩形、正方形、楕円等
任意形状で、かつ、内側と外側の形状の組み合わせは自
由でよい。また、図9(a)の上面図、図9(b)の断
面図に示すように、円環パッチアンテナの任意の中間の
位置に段差を設けても同様な効果を得ることができる。
更に、図10(a),(b),(c)に示すように、円
環アンテナの内側の半径ai のところで、地導体を短絡
した形状のアンテナにおいても同様な効果を得ることが
できる。また、この形状においても、任意の位置に段差
を設けても同様な効果が得られる。Modifications are shown in FIGS. 8 (a), 8 (b) and 8 (c). Other than the circular patch antenna, any shape such as a rectangle, a square, and an ellipse, and the combination of the inside and outside shapes may be freely selected. Further, as shown in the top view of FIG. 9A and the sectional view of FIG. 9B, the same effect can be obtained by providing a step at an arbitrary intermediate position of the ring patch antenna.
Further, as shown in FIGS. 10 (a), (b), and (c), the same effect can be obtained in an antenna having a shape in which a ground conductor is short-circuited at a radius a i inside the annular antenna. . Also in this shape, the same effect can be obtained even if a step is provided at an arbitrary position.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、小
形化と広帯域性を実現し、給電線路から発生する不要放
射の発生を抑え、給電線路との整合性が良く、アンテナ
の電気特性に影響を及ぼさない。As described above, according to the present invention, the miniaturization and the wide band property are realized, the unnecessary radiation generated from the feeding line is suppressed, the matching with the feeding line is good, and the electric characteristics of the antenna are improved. Does not affect
【0033】また、アンテナ素子に段差を設けること
で、円環パッチアンテナの共振モードが変化し、同じ半
径を有する円形パッチアンテナにおいても、共振周波数
が高くなり、アンテナの利得が約0.5dB以上向上す
る。したがって、この素子を用いて、アレーアンテナを
構成すると同じ利得を得るための素子数が減少するため
に、アレーアンテナ全体の大きさが小さくなるという効
果を生じる。Further, by providing a step on the antenna element, the resonance mode of the circular patch antenna changes, and even in a circular patch antenna having the same radius, the resonance frequency becomes high and the gain of the antenna is about 0.5 dB or more. improves. Therefore, when an array antenna is configured by using this element, the number of elements for obtaining the same gain is reduced, so that the size of the entire array antenna is reduced.
【0034】また、段差を設けた部分の誘電体基板の厚
さを薄くすることができるので、アンテナ全体の重量の
大幅の低減を図ることができる。Further, since the thickness of the dielectric substrate in the stepped portion can be reduced, the weight of the entire antenna can be significantly reduced.
【0035】更に、誘電体基板の厚さを厚くすると、基
板の横方向に伝搬する表面波が発生し、不要な素子間の
結合や電力の漏洩・放射は発生するが、誘電体基板に段
差を設けることで、この表面波が伝搬することを抑圧で
きる。このためアンテナの特性の向上が図れる。Further, when the thickness of the dielectric substrate is increased, surface waves propagating in the lateral direction of the substrate are generated, and unnecessary coupling between elements and leakage / radiation of power are generated, but a step is formed on the dielectric substrate. By providing, it is possible to suppress the propagation of this surface wave. Therefore, the characteristics of the antenna can be improved.
【図1】本発明の一実施例の電磁結合パッチアンテナの
構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a structure of an electromagnetically coupled patch antenna according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例と従来との特性の差異を説明
するために用いた従来のパッチアンテナの構造を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing a structure of a conventional patch antenna used for explaining a difference in characteristics between an embodiment of the present invention and a conventional one.
【図3】図2の構造での共振周波数及び反射損失の各特
性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing respective characteristics of a resonance frequency and a reflection loss in the structure of FIG.
【図4】図3に示した各点のパラメータでの入力インピ
ーダンスを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the input impedance with the parameters at each point shown in FIG.
【図5】本発明の一実施例の構造において、給電線路の
長さを変化させた場合の共振周波数及び反射損失の各特
性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing each characteristic of the resonance frequency and the reflection loss when the length of the feed line is changed in the structure of the embodiment of the present invention.
【図6】図5に示した各点のパラメータでの入力インピ
ーダンスを示す図である。6 is a diagram showing the input impedance with the parameters at each point shown in FIG.
【図7】本発明の一実施例と従来との特性の差異を表で
示した図である。FIG. 7 is a table showing a difference in characteristics between an embodiment of the present invention and a conventional one.
【図8】本発明の他実施例としてパッチ形状の各変形例
を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing each modification of the patch shape as another embodiment of the present invention.
【図9】本発明の別の他実施例として段差を設ける位置
を変えた変形例を示す図である。FIG. 9 is a view showing a modified example in which the position where the step is provided is changed as another embodiment of the present invention.
【図10】本発明の更に別の他実施例として地導体を短
絡した形状のアンテナの各変形例を示す図である。FIG. 10 is a view showing each modified example of an antenna having a shape in which a ground conductor is short-circuited as another embodiment of the present invention.
【図11】従来のパッチアンテナの一例を示す図であ
る。FIG. 11 is a diagram showing an example of a conventional patch antenna.
【図12】図11の構造での反射損失の特性を示す図で
ある。12 is a diagram showing a characteristic of reflection loss in the structure of FIG.
1,5,6 誘電体基板 2 円環パッチ 3 給電線路 4 地導体板 1, 5, 6 Dielectric substrate 2 Circular patch 3 Feed line 4 Ground conductor plate
Claims (2)
半径ao ,内形の半径ai の円環アンテナと地導体板を
有する厚さh2 の誘電体基板上に外側又は内側から挿入
した給電線路であるマイクロストリップ線路を形成し、
互いを重ね合わせたマイクロストリップアンテナにおい
て、前記円環アンテナの中心から半径am (ai <
am )の円環パッチを形成する誘電板基板の厚さをマイ
クロストリップ線路を形成した厚さh2 の誘電体基板の
厚さとほぼ等しく、その他の部分の誘電板基板の厚さを
h1 >h2 とした多段構成にしたことを特徴とする電磁
結合パッチアンテナ。1. A thickness h 1 of radius a o of the dielectric substrate to form the outer shape, the ring antenna and the thickness h 2 having a ground conductor plate dielectric substrate radius a i of the inner form outer or Form a microstrip line, which is a feed line inserted from the inside,
In the microstrip antennas that are overlapped with each other, a radius a m (a i <
a m ), the thickness of the dielectric plate substrate forming the circular patch is substantially equal to the thickness of the dielectric substrate of thickness h 2 forming the microstrip line, and the thickness of the other dielectric plate substrate is h 1 An electromagnetically coupled patch antenna having a multi-stage configuration with> h 2 .
テナにおいて、円環アンテナの外形の半径ao と内形の
半径ai の任意の中間の位置に幅Wの段差を設け、その
部分の誘電板基板の厚さをマイクロストリップ線路を形
成した厚さh2 の誘電体基板の厚さとほぼ等しく、その
他の部分の厚さをh1 >h2 とした多段構成にしたこと
を特徴とする電磁結合パッチアンテナ。2. The electromagnetic coupling patch antenna according to claim 1, wherein a step having a width W is provided at an arbitrary intermediate position between the outer radius a o of the annular antenna and the inner radius a i . It is characterized in that the thickness of the dielectric plate substrate is substantially equal to the thickness of the dielectric substrate of thickness h 2 on which the microstrip line is formed, and the thickness of the other portions is h 1 > h 2 Electromagnetic coupling patch antenna.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22000094A JPH0884018A (en) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | Electromagnetic coupling patch antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22000094A JPH0884018A (en) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | Electromagnetic coupling patch antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0884018A true JPH0884018A (en) | 1996-03-26 |
Family
ID=16744367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22000094A Pending JPH0884018A (en) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | Electromagnetic coupling patch antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0884018A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009540708A (en) * | 2006-06-14 | 2009-11-19 | カトライン−ベルケ・カーゲー | Planar multilayer antenna |
| JP2011171839A (en) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Toshiba Tec Corp | Antenna and portable apparatus |
| CN109818143A (en) * | 2019-02-28 | 2019-05-28 | 东华大学 | Broad frequency micro-band paster antenna |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP22000094A patent/JPH0884018A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009540708A (en) * | 2006-06-14 | 2009-11-19 | カトライン−ベルケ・カーゲー | Planar multilayer antenna |
| JP2011171839A (en) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Toshiba Tec Corp | Antenna and portable apparatus |
| CN109818143A (en) * | 2019-02-28 | 2019-05-28 | 东华大学 | Broad frequency micro-band paster antenna |
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