JPH098539A - 誘電体共振器アンテナ - Google Patents

誘電体共振器アンテナ

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JPH098539A
JPH098539A JP7152879A JP15287995A JPH098539A JP H098539 A JPH098539 A JP H098539A JP 7152879 A JP7152879 A JP 7152879A JP 15287995 A JP15287995 A JP 15287995A JP H098539 A JPH098539 A JP H098539A
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JP
Japan
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dielectric
resonator antenna
conductor plate
dielectric resonator
slot
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JP7152879A
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Takashi Fukagawa
隆 深川
Takasue Adachi
尚季 安達
Makoto Hasegawa
誠 長谷川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型に構成できる誘電体共振器アンテナに関
するもので、円偏波を送信受信することが可能な誘電体
共振器アンテナを提供する。 【構成】 互いに直交するAB方向とCD方向でそれぞ
れ誘電率の変化が最大、最小である半球の誘電体1の底
面に導電体板2を接着し、同じ長さの第1の同軸型給電
線路、第2の同軸型給電線路にて同相に給電を行う誘電
体共振器アンテナで、誘電体1内部でAB方向とCD方
向での電界の共振周波数が異なる為、アンテナから放射
されるAB方向とCD方向の電界は90度位相が異な
り、両電界の合成電界は円偏波となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は衛星放送、衛星通信ある
いは移動体通信等の送信受信を目的とした円偏波の誘電
体共振器アンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、衛星放送、衛星通信あるいは移動
体通信等の発達に伴い、これらの放送を受信する機器や
通信の送信受信機器が一般の家庭や自動車等に設置、搭
載される例が増大している。これらの機器の中で特にア
ンテナは、家屋や移動体の外部に設置されるため、設置
場所の制約条件、外観の問題等から特に小型化が必要に
なる。
【0003】従来、こうしたアンテナの小型化を行った
例として誘電体を用いた共振アンテナがある。誘電体を
用いた共振アンテナは、比誘電率が1より大きい誘電体
材料を用いて、アンテナの物理的共振長を小さくしアン
テナ全体の寸法を小さくしたアンテナであるが、こうし
た誘電を用いた共振アンテナの例として、マイクロスト
リップアンテナや半球型誘電体共振器アンテナが挙げら
れる。
【0004】マイクロストリップアンテナについては例
えば、羽石操監修「最新平面アンテナ技術」(株)総合
技術センター発行に記載されており、半球型誘電体共振
器アンテナについては例えば、アイ・イー・イー・トラ
ンザクション・アンテナ・アンド・プロパゲーション1
0(1993年)第1390頁から第1398頁(IEEE
Trans. Antennas Propagation 10(1993)P.1390-1398)
に発表されている。
【0005】特に、半球型誘電体共振器アンテナは金型
等による加工で作成され、エッチングの工程数が少なく
てよいため、民生用途におけるアンテナの量産をする際
に好適であり、従来用いられてきた半球型の誘電体共振
器アンテナは、直線偏波を用いるものであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】衛星放送、衛星通信の
場合、偏波によるエリア限定を行い周波数有効利用を図
る理由から円偏波が用いらる場合があり、また移動体通
信の場合に直線偏波を用いると、移動物体と基地局の位
置関係により互いのアンテナの角度が変化するため交差
偏波成分が増大し、受信感度が劣化するため円偏波を使
用する必要がある場合がある。これらの場合、従来の直
線偏波の半球型誘電体共振器アンテナを使用することが
できないという問題があった。
【0007】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
であり、円偏波を用いた衛星放送、衛星通信、移動体通
信等の送信受信用の誘電体共振器アンテナを提供するこ
とを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、中心を通り互いに直交する断面内で単位長
さあたりの誘電率の変化が最大および最小となる誘電体
の球、または、誘電率が一定の誘電体の回転楕円体、お
よび前記誘電体の球への給電手段を備えたものである。
【0009】本発明はまた、誘電体共振器アンテナの誘
電体の球に代えて、底面の中心を通り互いに直交する断
面内で単位長さあたりの誘電率の変化が最大および最小
となる半球の誘電体、または、底面の長径と短径が異な
る半回転楕円体の一定の誘電率の誘電体、および前記誘
電体の底面に接着した導電体板を備えたものである。
【0010】本発明はまた、給電手段として、1つまた
は複数の同軸型給電線路を有し、前記同軸型給電線路の
外導体を前記導電体板に接続し内導体を前記半球の誘電
体と接続したものである。
【0011】本発明はまた、給電手段として、前記導電
体板に、前記半球の誘電体の単位長さあたりの誘電率の
変化が最大となる方向と45度の角度を成す方向に長方
形の長手方向が一致するスロットを有し、前記スロット
と直交し前記導電体板と平行に配置された給電線路を備
えたものである。
【0012】本発明はまた、給電手段として、前記導電
体板に、前記半球の誘電体の単位長さあたりの誘電率の
変化が最大および最小となる方向とスロットの長手方向
が一致する十字型スロットを有し、前記十字型スロット
と直交し前記導電体板と平行に配置された2本の等しい
長さの給電線路を備えたものである。
【0013】本発明はまた、給電手段として、前記導電
体板に、前記半回転楕円体の長径方向と45度の角度を
成す方向に長方形の長手方向が一致するスロットを有
し、前記スロットと直交し前記導電体板と平行に配置さ
れた給電線路を備えたものである。
【0014】本発明はまた、給電手段として、前記導電
体板に、前記半回転楕円体の長径および短径方向とスロ
ットの長手方向が一致する十字型スロットを有し、前記
十字型スロットと直交し前記導電体板と平行に配置され
た2本の等しい長さの給電線路を備えたものである。
【0015】
【作用】従って、本発明によれば、球または半球の誘電
体で中心を通り互いに直交する断面内で単位長さあたり
の誘電率の変化が最大および最小となるため、共振波長
が互いに直交する方向で異なり、同軸型給電線やスロッ
トなどの給電手段でアンテナの中心周波数で給電を行っ
た場合、誘電体共振器アンテナが発生する互いに直交し
た電界は90度の位相差を持たせることができ、両者の
電界の和である円偏波を発生できるという作用を有す
る。
【0016】また、本発明によれば、底面の長径と短径
が異なる回転楕円体または半回転楕円体の一定の誘電率
の誘電体により、共振波長が互いに直交する方向で異な
り、給電手段でアンテナの中心周波数で給電を行った場
合、誘電体共振器アンテナが発生する互いに直交した電
界は90度の位相差を持たせることができ、両者の電界
の和である円偏波を発生できるという作用を有する。
【0017】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の第1の実施例について説明
する。図1は本発明の第1の実施例における誘電体共振
器アンテナの斜視図を示すものである。
【0018】図1において、1は誘電材料が半球に充填
されてなる誘電体、2は誘電体1に接着されている導電
体板、3は第1の同軸型給電線路、4は第2の同軸型給
電線路である。
【0019】以上のように構成された誘電体共振器アン
テナについて、以下その動作を説明する。
【0020】図1において、半球の誘電体1は、図中一
点鎖線で表すAB方向、CD方向それぞれで単位長さあ
たりの誘電率の変化が最大、最小となるように配置され
る。また、半球の平坦な底面には導電体板2が接着され
る。
【0021】第1の同軸型給電線路3および第2の同軸
型給電線路4の内導体は、半球の誘電体1に接続され、
外導体は導電体2に接続され、この2つの同軸型給電線
路は等しい長さで外部の機器へ接続され入出力用線路と
して使われる。
【0022】第1の同軸型給電線路3の内導体は、図1
中のAB方向の底面と垂直な面内で半球の誘電体1と接
続され、AB方向での位置は誘電率分布により決定され
るインピーダンスにより決まる。また、第2の同軸型給
電線路4の内導体は同様に、図1中のCD方向の底面と
垂直な面内で半球の誘電体1と接続される。両者の同軸
型給電線路は同じ長さであるため、半球へは同位相で給
電が行われる。
【0023】誘電体1内部に第1の同軸型給電線3によ
りAB方向、第2同軸型給電線4によりCD方向の電界
が発生するが、それぞれの方向で単位長さあたりの誘電
率の変化が異なるために、等価的に物理長が変わり共振
周波数はそれぞれの方向で異なった値f1およびf2と
なる。
【0024】この場合に第1の同軸型給電線路3および
第2の同軸型給電線路4にf1とf2の中間の周波数f
0の信号を入力した場合、この誘電体共振器アンテナか
ら放射される電界は、位相の異なるAB方向の電界とC
D方向の電界の和となり、両者の位相差が90度の場合
に円偏波となる。
【0025】図2(a)は、図1の半球の誘電体1のA
B方向の誘電率の変化、図2(b)はCD方向の誘電率
の変化の実施例を示したものである。
【0026】図2において、5はAB方向の誘電率の変
化、6はCD方向の誘電率の変化である。本実施例では
AB方向の単位長さあたりの誘電率の変化が最大であ
り、またCD方向の単位長さあたりの誘電率の変化が最
小であるため、それぞれAB方向の誘電率の変化5、C
D方向の誘電率の変化6に示す誘電率の分布とすること
ができる。また、図1の中心点Oを含む他の方向での誘
電率分布は、AB方向、CD方向の中間値を採り連続的
に変化する。
【0027】なお、図2に示すような誘電率の変化を半
球の誘電体1で実現するには、誘電率の異なる材料を適
宜変化させて混ぜ合わせたり、同一の誘電材料に他の誘
電材料量を混入変化させるなどして、比較的自由に作成
が可能である。
【0028】図3は、誘電体共振器アンテナから放射さ
れるAB方向の電界およびCD方向の電界の周波数と位
相の関係の実施例を示したものである。図3において、
7はAB方向の電界の周波数と位相の関係、8はCD方
向の電界の周波数と位相の関係である。AB方向は単位
長さあたりの誘電率の変化が最大であるため、等価的な
物理長は最小となり共振周波数は最大値f1となる。C
D方向は単位長さあたりの誘電率の変化が最小であるた
め、等価的な物理長は最大となり共振周波数は最小値f
2となる。
【0029】両周波数の中間値f0の信号を入力した場
合、アンテナから放射されるAB方向の電界の位相は、
AB方向の電界の周波数と位相の関係7より周波数f0
のとき−45度の値をもち、アンテナから放射されるC
D方向の電界の位相は、CD方向の電界の周波数と位相
の関係8より周波数f0のとき45度の値をもつ。従っ
て、両電界の位相差は90度となる。
【0030】このように本実施例によれば、半球の誘電
体の底面の中心を通り互いに直交する断面内で単位長さ
あたりの誘電率の変化が最大および最小にすることによ
り、90度の位相差のある互いに直交する電界を発生す
ることができ、半球の誘電体共振器アンテナにおいて円
偏波を発生することができる。
【0031】尚、上記実施例では、給電手段として2つ
の同軸型給電線路を用いているが、1つの同軸型給電線
路を用い、同軸型給電線路の内導体を図1の中心点Oで
AB方向と45度角度が異なる方向で半球の誘電体と接
続するようにしてもよい。
【0032】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例
について説明する。図4は本発明の第2の実施例におけ
る誘電体共振器アンテナの斜視図を示すものである。
【0033】図4において、2は導電体板、3は第1の
同軸型給電線路、4は第2の同軸型給電線路、9は半回
転楕円体の誘電体である。図4において、図1の構成と
異なる点は、図1の半球の誘電体の代わりに、誘電率が
一定の半回転楕円体の誘電体9を用いている点である。
【0034】以上のように構成された誘電体共振器アン
テナについて、以下その動作を説明する。
【0035】図4において、半回転楕円体9は導電体板
2上に、図中一点鎖線で表すAB方向、CD方向がそれ
ぞれ、底面の楕円の短径方向、長径方向となるように配
置される。第1の同軸型給電線路3および第2の同軸型
給電線路4は、図1と同様にAB方向、CD方向の底面
と垂直な面内で内導体と誘電体が接続され、外導体は導
電体板と接続される。両者の同軸型給電線路は同じ長さ
であるため、半球へは同位相で給電が行われる。誘電体
9内部に第1の同軸型給電線3によりAB方向、第2同
軸型給電線4によりCD方向の電界が発生するが、それ
ぞれの方向で誘電体9の長さが変わり、共振周波数はそ
れぞれの方向で異なった値f1およびf2となる。
【0036】この場合に第1の同軸型給電線路3および
第2の同軸型給電線路4にf1とf2の中間の周波数f
0の信号を入力した場合、この誘電体共振器アンテナか
ら放射される電界は、位相の異なるAB方向の電界とC
D方向の電界の和となり、両者の位相差が90度の場合
に円偏波となる。
【0037】誘電体共振器アンテナから放射されるAB
方向の電界およびCD方向の電界の周波数、位相の関係
は図3に示した実施例と同じものとなる。
【0038】このように本実施例によれば、回転楕円体
の誘電体9の長径、短径方向で、90度の位相差のある
互いに直交する電界を発生することができ、回転楕円体
の誘電体共振器アンテナにおいて円偏波を発生すること
ができる。
【0039】尚、上記実施例では、給電手段として2つ
の同軸型給電線路を用いているが、1つの同軸型給電線
路を用い、同軸型給電線路の内導体を図4の中心点Oで
AB方向と45度角度が異なる方向で回転楕円体の誘電
体と接続するようにしてもよい。
【0040】(実施例3)以下、本発明の第3の実施例
について説明する。図5は本発明の第3の実施例におけ
る誘電体共振器アンテナの斜視図を示すものである。
【0041】図5において、1は半球の誘電体、2は導
電体板で、以上は図1の構成と同様なものである。図5
において、図1の構成と異なる点は、図1の第1、第2
の同軸型給電線路3、4の代わりに、導電体板2に長方
形の穴であるスロット10を設けるとともに、導電体板
2とは間隔を開けて平行に、かつ半球の誘電体1とは導
電体板2を介して裏面側に、またスロット10の長手方
向と直角に交差するように給電線路11を配置した点で
ある。
【0042】以上のように構成された誘電体共振器アン
テナについて、以下その動作を説明する。
【0043】図5において、半球の誘電体1は導電体板
2上に、単位長さあたりの誘電率の変化がAB方向で最
大、CD方向で最小になるように配置される。
【0044】スロット10は導電体板2に開けられた長
方形の穴であり、スロット10の長手方向がAB方向と
中心Oで45度角度が異なる方向になる様に配置され
る。
【0045】また、給電線路11は導電体板2と間隔を
開けて平行に半球の誘電体1とは裏面側に、またスロッ
トの長手方向と直角に交差するように配置される。給電
線路11は導電体で構成され、導電体板2と給電線路1
1の間に誘電体が挿入された場合には、マイクロストリ
ップ線路となる。
【0046】スロット10により、半球の誘電体1の内
部にはスロット10と直角方向の電界が発生する。この
スロット10と直角の電界はAB方向、CD方向の電界
成分に分解することができるが、それぞれの方向での共
振周波数が異なるため、図1の実施例と同様に、この誘
電体共振器アンテナからの放射電界はAB方向とCD方
向で90度位相異なり、円偏波となる。
【0047】このように本実施例によれば、円偏波を発
生する半球の誘電体共振器アンテナにおいて給電手段を
平面回路、すなわち平面線路で構成することができる。
【0048】尚、上記実施例では、半球の誘電体1を用
いているが、半球の誘電体の代わりに実施例2の半回転
楕円体の誘電体9を用い、底面の楕円の短径方向をAB
方向、長径方向をCD方向に一致するように配置しても
よい。
【0049】(実施例4)以下、本発明の第4の実施例
について説明する。図6は本発明の第4の実施例におけ
る誘電体共振器アンテナの斜視図を示すものである。
【0050】図6において、1は半球の誘電体、2は導
電体板で、以上は図1の構成と同様なものである。図6
において、図1の構成と異なる点は、図1の第1、第2
の同軸型給電線路3、4の代わりに、導電体板2に十字
型の穴である十字型スロット12を設けるとともに、導
電体板2とは間隔を開けて平行に、かつ半球の誘電体1
とは導電体板2を介して裏面側に、また十字型スロット
12の2つの長手方向と直角に交差するように第1、第
2の給電線路13、14を配置した点である。
【0051】以上のように構成された誘電体共振器アン
テナについて、以下その動作を説明する。
【0052】図6において、半球の誘電体1は導電体板
2上に、単位長さあたりの誘電率の変化がAB方向で最
大、CD方向で最小になるように配置される。
【0053】十字型スロット12は、スロットの長手方
向がそれぞれ、AB方向、CD方向に一致する様に配置
される。また、第1の給電線路13および第2の給電線
路14は導電体板2と間隔を開けて平行に半球の誘電体
1と反対側に、またスロットの長手方向と直角に交差す
るように配置される。第1の給電線路13および第2の
給電線路14は導電体で構成され、導電体板2と第1の
給電線路13、第2の給電線路14の間に誘電体が挿入
された場合には、マイクロストリップ線路となる。十字
型スロット12により、半球の誘電体1の内部にはスロ
ットと直角方向の電界が発生する。すなわち、AB方
向、CD方向の電界が発生するが、それぞれの方向での
共振周波数が異なるため、図1の実施例と同様に、この
誘電体共振器アンテナからの放射電界はAB方向とCD
方向で90度位相が異なり、円偏波となる。
【0054】図7は、第1の給電線路13と第2の給電
線路14の平面図を示したものである。
【0055】図7において、2は導電体板、12は十字
型スロット、13は第1の給電線路、13は第2の給電
線路である。第1の給電線路13および第2の給電線路
14は十字スロットの存在する場所でスロットと直交す
る様に配置されるが、同じ長さの給電線路で外部の機器
と接続される。
【0056】このように本実施例によれば、円偏波を発
生する半球の誘電体共振器アンテナにおいて給電手段を
平面回路で構成することができる。
【0057】尚、上記実施例では、半球の誘電体1を用
いているが、半球の誘電体の代わりに実施例2の半回転
楕円体の誘電体9を用い、底面の楕円の短径方向をAB
方向、長径方向をCD方向に一致するように配置しても
よい。
【0058】(実施例5)以下、本発明の第5の実施例
について説明する。図8は本発明の第5の実施例におけ
る誘電体共振器アンテナの斜視図を示すものである。
【0059】図8において、15は誘電体が充填されて
いる誘電体の球、16は誘電体の球15の内部に設けら
れた第1の平衡給電線路、17は第1の平衡給電線路1
6と同様に誘電体の球15の内部に設けられた第2の平
衡給電線路である。
【0060】以上のように構成された誘電体共振器アン
テナについて、以下にその動作を説明する。
【0061】誘電体の球15は、図中一点鎖線で表すA
B方向、CD方向それぞれで単位長さあたりの誘電率の
変化が最大、最小となるように構成される。図2に示す
AB方向、CD方向の誘電率の変化がその実施例とな
る。第1の平衡給電線路16、第2の平衡給電線路17
は通常ダイポールアンテナが先端に接続された平行2線
線路である。第1の平衡給電線路16および第2の平衡
給電線路17はそれぞれAB方向、CD方向の面上に設
置される。
【0062】この給電線路16、17により誘電体の球
15の内部にはAB方向、CD方向の電界が発生する
が、それぞれの方向での共振周波数が異なるため、図1
の実施例と同様に、この誘電体共振器アンテナからの放
射電界はAB方向とCD方向で90度位相が異なり、円
偏波となる。
【0063】このように本実施例によれば、円偏波を発
生する誘電体共振器アンテナを、球形または回転楕円体
により構成することができる。
【0064】尚、上記実施例では、球の誘電体を用いて
いるが、球の誘電体の代わりに誘電率が一定の半回転楕
円体の誘電体を用い、短径方向をAB方向、長径方向を
CD方向に一致するように配置してもよい。
【0065】
【発明の効果】以上のように、本発明は、中心を通り互
いに直交する断面内で単位長さあたりの誘電率の変化が
最大および最小となる誘電体の球、または半球および導
電体板、または誘電率が一定の誘電体の回転楕円体、ま
たは半回転楕円体および導電体板に同軸型給電線、また
はスロットなどの給電手段を接続することにより、簡易
な構成の誘電体共振器アンテナで、円偏波を発生するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における誘電体共振器ア
ンテナの斜視図
【図2】本発明の第1の実施例における誘電体共振器ア
ンテナの誘電率の特性図
【図3】本発明の第1の実施例における誘電体共振器ア
ンテナの周波数と位相の関係図
【図4】本発明の第2の実施例における誘電体共振器ア
ンテナの斜視図
【図5】本発明の第3の実施例における誘電体共振器ア
ンテナの斜視図
【図6】本発明の第4の実施例における誘電体共振器ア
ンテナの斜視図
【図7】本発明の第4の実施例における誘電体共振器ア
ンテナの要部平面図
【図8】本発明の第5の実施例における誘電体共振器ア
ンテナの斜視図
【符号の説明】
1 誘電体 2 導電体板 3 第1の同軸型給電線路 4 第2の同軸型給電線路 5 AB方向の誘電率の変化 6 CD方向の誘電率の変化 7 AB方向の電界の周波数と位相の関係 8 CD方向の電界の周波数と位相の関係 9 半回転楕円体の誘電体 10 スロット 11 給電線路 12 十字型スロット 13 第1の給電線路 14 第2の給電線路 15 誘電体の球 16 第1の平衡給電線路 17 第2の平衡給電線路

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中心を通り互いに直交する断面内で単位
    長さあたりの誘電率の変化が最大および最小となる誘電
    体の球と、前記誘電体の球への給電手段を有することを
    特徴とする誘電体共振器アンテナ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の誘電体共振器アンテナの
    誘電体の球に代えて、誘電率が一定の誘電体の回転楕円
    体を有することを特徴とする誘電体共振器アンテナ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の誘電体共振器アンテナの
    誘電体の球に代えて、底面の中心を通り互いに直交する
    断面内で単位長さあたりの誘電率の変化が最大および最
    小となる半球の誘電体と、前記半球の誘電体の底面に接
    着した導電体板を有することを特徴とする誘電体共振器
    アンテナ。
  4. 【請求項4】 給電手段として、1つまたは複数の同軸
    型給電線路を有し、前記同軸型給電線路の外導体を前記
    導電体板に接続し内導体を前記半球の誘電体と接続する
    ことを特徴とする請求項3の誘電体共振器アンテナ。
  5. 【請求項5】 給電手段として、前記導電体板に、前記
    半球の誘電体の単位長さあたりの誘電率の変化が最大と
    なる方向と45度の角度を成す方向に長方形の長手方向
    が一致するスロットを有し、前記スロットと直交し前記
    導電体板と平行に配置された給電線路を有することを特
    徴とする請求項3の誘電体共振器アンテナ。
  6. 【請求項6】 給電手段として、前記導電体板に、前記
    半球の誘電体の単位長さあたりの誘電率の変化が最大お
    よび最小となる方向とスロットの長手方向が一致する十
    字型スロットを有し、前記十字型スロットと直交し前記
    導電体板と平行に配置された2本の等しい長さの給電線
    路を有することを特徴とする請求項3の誘電体共振器ア
    ンテナ。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の誘電体共振器アンテナの
    誘電体の球に代えて、底面の長径と短径が異なる半回転
    楕円体の一定の誘電率の誘電体と、前記半回転楕円体の
    底面に接着した導電体板を有することを特徴とする誘電
    体共振器アンテナ。
  8. 【請求項8】 給電手段として、前記導電体板に、前記
    半回転楕円体の長径方向と45度の角度を成す方向に長
    方形の長手方向が一致するスロットを有し、前記スロッ
    トと直交し前記導電体板と平行に配置された給電線路を
    有することを特徴とする請求項7の誘電体共振器アンテ
    ナ。
  9. 【請求項9】 給電手段として、前記導電体板に、前記
    半回転楕円体の長径および短径方向とスロットの長手方
    向が一致する十字型スロットを有し、前記十字型スロッ
    トと直交し前記導電体板と平行に配置された2本の等し
    い長さの給電線路を有することを特徴とする請求項7の
    誘電体共振器アンテナ。
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