JPH0884018A - 電磁結合パッチアンテナ - Google Patents
電磁結合パッチアンテナInfo
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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。
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。
Description
【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。
図った電磁結合パッチアンテナに関する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１７】
【実施例】以下、この発明を一実施例に基づき説明す
る。
る。
【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。
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。
【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。
（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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
構造を示す図である。
【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。
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。
【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。
性を示す図である。
【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。
ーダンスを示す図である。
【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。
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。
【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。
ーダンスを示す図である。
【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。
示した図である。
【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。
を示した図である。
【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。
を変えた変形例を示す図である。
【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。
絡した形状のアンテナの各変形例を示す図である。
【図１１】従来のパッチアンテナの一例を示す図であ
る。
る。
【図１２】図１１の構造での反射損失の特性を示す図で
ある。
ある。
１，５，６ 誘電体基板 ２ 円環パッチ ３ 給電線路 ４ 地導体板
Claims (2)
- 【請求項１】 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 ＞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。 - 【請求項２】 前記請求項１記載の電磁結合パッチアン
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22000094A JPH0884018A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 電磁結合パッチアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22000094A JPH0884018A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 電磁結合パッチアンテナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0884018A true JPH0884018A (ja) | 1996-03-26 |
Family
ID=16744367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22000094A Pending JPH0884018A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 電磁結合パッチアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0884018A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009540708A (ja) * | 2006-06-14 | 2009-11-19 | カトライン−ベルケ・カーゲー | 平面多層アンテナ |
| JP2011171839A (ja) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Toshiba Tec Corp | アンテナおよび携帯機器 |
| CN109818143A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-28 | 东华大学 | 宽频微带贴片天线 |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP22000094A patent/JPH0884018A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009540708A (ja) * | 2006-06-14 | 2009-11-19 | カトライン−ベルケ・カーゲー | 平面多層アンテナ |
| JP2011171839A (ja) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Toshiba Tec Corp | アンテナおよび携帯機器 |
| CN109818143A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-28 | 东华大学 | 宽频微带贴片天线 |
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