JP2005328233A

JP2005328233A - Batch antenna

Info

Publication number: JP2005328233A
Application number: JP2004143334A
Authority: JP
Inventors: Koji Iwami; 光司石見
Original assignee: DX Antenna Co Ltd
Current assignee: DX Antenna Co Ltd
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2005-11-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a batch antenna of small-size and simple constitution that receives radio waves of a circular polarized wave and a linear polarized wave. <P>SOLUTION: A batch element 4 is formed on one main surface of a dielectric plate 2 to transmit or receive the circular polarized radio wave. This batch element is fed through one feed point 6. This feed point 6 is located at a position different from the center 8 of the batch element 4, but disposed at the center of the dielectric plate 2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、パッチアンテナに関し、特に、円偏波及び直線偏波の電波を送受信するパッチアンテナに関する。 The present invention relates to a patch antenna, and more particularly to a patch antenna that transmits and receives circularly polarized waves and linearly polarized waves.

近年、衛星を利用したデジタルラジオシステムが北米で実用化された。我が国においてもまもなくデジタルラジオシステムが実用化される見込みである。デジタルラジオシステムでは、主に衛星から主信号が円偏波で送信されるが、都市部、地下街、トンネル等では、衛星からの電波が遮蔽され、衛星からの電波を受信することができない。これに対処するために、主信号と同じプログラムを持つ例えば垂直偏波の補完用の電波が、ビルの屋上等に設けた再送信装置から再送信されている。このような円偏波の電波も垂直偏波の電波も受信できるようにした複合アンテナが例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１では、円偏波を受信可能なクロスダイポールアンテナを反射板のほぼ中央に設け、垂直偏波を受信可能なホイップアンテナを同じ反射板の端部に設けてある。 In recent years, digital radio systems using satellites have been put into practical use in North America. In Japan, digital radio systems are expected to be put to practical use soon. In digital radio systems, main signals are transmitted mainly from satellites in a circularly polarized wave, but radio waves from satellites are shielded in urban areas, underground malls, tunnels, etc., and radio waves from satellites cannot be received. In order to deal with this, for example, a vertically polarized radio wave having the same program as the main signal is retransmitted from a retransmission device provided on the rooftop of the building. For example, Patent Document 1 discloses a composite antenna that can receive both circularly polarized waves and vertically polarized waves. In Patent Document 1, a crossed dipole antenna capable of receiving circularly polarized waves is provided at the center of the reflector, and a whip antenna capable of receiving vertically polarized waves is provided at the end of the same reflector.

特開２００２−１００９２８号JP 2002-1000092

特許文献１の技術では、クロスダイポールアンテナとホイップアンテナとを設けなければならず、そのため構成が複雑になる。さらに、両アンテナの干渉によって両アンテナの特性が悪化することを防止するために、両アンテナを離して配置しなければならない。そのため、複合アンテナ全体が大型になる。 In the technique of Patent Document 1, it is necessary to provide a cross dipole antenna and a whip antenna, which complicates the configuration. Furthermore, in order to prevent the characteristics of both antennas from deteriorating due to interference between the two antennas, both antennas must be placed apart. Therefore, the entire composite antenna becomes large.

本発明は、円偏波及び直線偏波の電波を受信することができる小型で簡単な構成であり、水平方向の指向性が無指向性であるパッチアンテナを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a patch antenna having a small and simple configuration capable of receiving circularly polarized waves and linearly polarized radio waves, and having horizontal directivity that is omnidirectional.

本発明の一態様のパッチアンテナは、誘電体板を有している。誘電体板として、例えば対向する２つの主表面を所定間隔を隔てて有し、これら主表面が矩形または円形であるものを使用することができる。この誘電体板の一方の主表面に、パッチ素子が形成されている。パッチ素子の形状は、円偏波の電波を送信または受信することが可能に形成され、かつ、１つの給電点によって１点給電されるものである。例えばパッチ素子は、矩形に形成され、その対向する角が切り落とされたものとすることもできるし、楕円状に形成することもできる。給電点は、パッチ素子の中心とは異なる位置に位置するが、誘電体板の中心に位置している。 The patch antenna of one embodiment of the present invention includes a dielectric plate. As the dielectric plate, for example, a plate having two main surfaces facing each other at a predetermined interval and these main surfaces being rectangular or circular can be used. A patch element is formed on one main surface of the dielectric plate. The shape of the patch element is formed so that circularly polarized radio waves can be transmitted or received, and one point is fed by one feeding point. For example, the patch element may be formed in a rectangular shape, and the opposing corners may be cut off, or may be formed in an elliptical shape. The feeding point is located at a position different from the center of the patch element, but is located at the center of the dielectric plate.

上述した小型でかつ簡単な構成とする場合、誘電体板上に矩形のパッチ素子を形成し、そのパッチ素子の対向する２つの角に切欠を形成し、このパッチ素子をパッチ素子の中心からずれた位置で一点給電することが考えられる。これによって、円偏波の送受信が可能となり、また、円偏波の場合よりも若干利得が低下するが、直線偏波、例えば垂直偏波も送受信可能となり、円偏波及び直線偏波双方を１つのパッチアンテナで送受信可能となる。但し、上述したように、給電点はパッチ素子の中心からずれている。パッチ素子と誘電体とは通常相似形に形成することが多く、そのため、給電箇所は、誘電体の中心からもずれる。そのため、垂直偏波の電波を受信した場合、水平方向の指向性が無指向性にならない。そのため、例えば、このパッチアンテナを自動車等の移動体に搭載した場合、移動体の向いている方向によって感度にムラができる。 In the case of the above-described small and simple configuration, a rectangular patch element is formed on a dielectric plate, a notch is formed at two opposite corners of the patch element, and the patch element is displaced from the center of the patch element. It is conceivable to supply a single point at a certain position. This makes it possible to transmit and receive circularly polarized waves, and the gain is slightly lower than in the case of circularly polarized waves, but linearly polarized waves, for example, vertically polarized waves can also be transmitted and received, and both circularly polarized waves and linearly polarized waves can be transmitted and received. Transmission / reception is possible with one patch antenna. However, as described above, the feeding point is shifted from the center of the patch element. In many cases, the patch element and the dielectric are usually formed in a similar shape, so that the feeding point is deviated from the center of the dielectric. Therefore, when a vertically polarized radio wave is received, the directivity in the horizontal direction is not omnidirectional. Therefore, for example, when this patch antenna is mounted on a moving body such as an automobile, the sensitivity can be uneven depending on the direction in which the moving body is facing.

この点を改善するために、本発明では、給電点が、パッチ素子の中心からずれた位置であり、かつ誘電体の中心位置に設定されている。このように構成すると、垂直偏波の水平方向付近の指向性が歪むことなく、無指向性とすることができる。 In order to improve this point, in the present invention, the feeding point is set at a position shifted from the center of the patch element and at the center position of the dielectric. With this configuration, the directivity in the vicinity of the horizontal direction of the vertical polarization can be made omnidirectional without being distorted.

以上のように、本発明によれば、小型で簡単な構成でありながら、水平指向性を無指向性にすることができる。 As described above, according to the present invention, the horizontal directivity can be made non-directional while having a small and simple configuration.

本発明の１実施形態のパッチアンテナは、衛星を利用したデジタルラジオシステムの受信用アンテナであって、１台のパッチアンテナでありながら、衛星からの円偏波の電波と、ビルの屋上等に設けられた再送信局からの直線偏波、例えば垂直偏波の電波とを、受信するためのものである。この電波の周波数は、例えば２．３ＧＨｚである。 A patch antenna according to an embodiment of the present invention is a receiving antenna for a digital radio system using a satellite. Although it is a single patch antenna, a circularly polarized radio wave from a satellite and a rooftop of a building are used. This is for receiving linearly polarized waves, for example, vertically polarized radio waves, from a re-transmission station provided. The frequency of this radio wave is, for example, 2.3 GHz.

このパッチアンテナは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように誘電体板２を有している。この誘電体板２は、例えば対向する２つの主表面２ａ、２ｂを備えている。これら主表面２ａ、２ｂは、正方形状に形成され、例えばその一辺が２６．４ｍｍに形成されている。この誘電体板２の厚さは、例えば４．０ｍｍに形成されている。この誘電体の比誘電率は、例えば約１３である。 This patch antenna has a dielectric plate 2 as shown in FIGS. The dielectric plate 2 includes, for example, two main surfaces 2a and 2b facing each other. These main surfaces 2a and 2b are formed in a square shape, and for example, one side thereof is formed to 26.4 mm. The thickness of the dielectric plate 2 is, for example, 4.0 mm. The dielectric constant of this dielectric is, for example, about 13.

この誘電体板２の主表面２ａ上にパッチ素子４が形成されている。このパッチ素子４は、一辺の長さが１９．４ｍｍの正方形の対向する角を切り欠いた形状に導電性材料によって形成されたものである。一辺の長さは、使用周波数（２．３ＧＨｚ）の１／２波長（＝６５．２ｍｍ）を基にして決定されている。即ち、上記１／２波長（＝６５．２ｍｍ）に短縮率、例えば約０．３を乗算した値が一辺の長さである。誘電体板２の比誘電率、パッチアンテナ素子４の切欠寸法及びアンテナ構成によって短縮率は変化する。このパッチ素子４は、一点給電され、これによって円偏波を受信することができる。また、円偏波の場合よりも若干利得が低下する（約３ｄＢ低下する）が、直線偏波、例えば垂直偏波の電波も受信可能である。このパッチ素子４は、その両側縁が誘電体板２の両側縁に同じ距離、例えば３．５ｍｍ離れて位置し、その下端縁が誘電体板の下端縁から例えば６．２ｍｍ離れて位置し、上端縁は誘電体板２の上端縁から例えば０．８ｍｍ離れて位置している。即ち、誘電体板２の中心位置と、パッチ素子４の中心位置とは一致していない。 Patch element 4 is formed on main surface 2 a of dielectric plate 2. The patch element 4 is formed of a conductive material in a shape in which a square having a side length of 19.4 mm is cut out from opposite corners. The length of one side is determined based on a half wavelength (= 65.2 mm) of a use frequency (2.3 GHz). That is, a value obtained by multiplying the ½ wavelength (= 65.2 mm) by a shortening rate, for example, about 0.3 is the length of one side. The shortening rate varies depending on the relative dielectric constant of the dielectric plate 2, the notch size of the patch antenna element 4, and the antenna configuration. The patch element 4 is fed at a single point, and can receive circularly polarized waves. Further, although the gain is slightly lower than that in the case of circularly polarized waves (decreased by about 3 dB), linearly polarized waves, for example, vertically polarized radio waves can be received. The patch element 4 has both side edges positioned at the same distance from the both side edges of the dielectric plate 2, for example, 3.5 mm, and its lower end edge is positioned, for example, 6.2 mm away from the lower end edge of the dielectric plate, The upper edge is located, for example, 0.8 mm away from the upper edge of the dielectric plate 2. That is, the center position of the dielectric plate 2 and the center position of the patch element 4 do not match.

このパッチ素子４の給電点６の位置は、例えば図１（ａ）に示すように、誘電体板２の中心、即ち誘電体板２の左側縁から１３．２ｍｍで上側端から１３．２ｍｍの位置にある。この位置は、パッチ素子４の左右方向の中心にはあるが、上下方向ではパッチ素子４の下端縁から約７ｍｍの位置にあり、パッチ素子４の中心８から約２．７ｍｍずれている。このように給電点６をパッチ素子４の中心からずらせることによって、このパッチ素子４の給電点６と例えば５０オームの給電ラインとの接続におけるインピーダンスをマッチングさせることができる。 For example, as shown in FIG. 1A, the position of the feeding point 6 of the patch element 4 is 13.2 mm from the center of the dielectric plate 2, that is, the left edge of the dielectric plate 2 and 13.2 mm from the upper end. In position. This position is at the center in the left-right direction of the patch element 4, but is about 7 mm from the lower end edge of the patch element 4 in the up-down direction, and is shifted from the center 8 of the patch element 4 by about 2.7 mm. By shifting the feed point 6 from the center of the patch element 4 in this way, the impedance at the connection between the feed point 6 of the patch element 4 and a feed line of, for example, 50 ohms can be matched.

この給電点６には、同図（ｂ）に示すように、誘電体板２の主表面２ｂ側から給電ピン１０が挿入され、パッチ素子４に接続されている。この給電ピン１０は、例えば誘電体板２の主表面２ｂ側に設けたローノイズアンプ（図示せず）の入力側に接続されている。ローノイズアンプのインピーダンスも約５０オームである。 As shown in FIG. 2B, the feeding pin 10 is inserted into the feeding point 6 from the main surface 2 b side of the dielectric plate 2 and connected to the patch element 4. The power supply pin 10 is connected to the input side of a low noise amplifier (not shown) provided on the main surface 2b side of the dielectric plate 2, for example. The impedance of the low noise amplifier is about 50 ohms.

このように構成したパッチアンテナ素子では、図１（ａ）から明らかなように給電点６の位置は、パッチ素子４の中心８からずれているが、上述したように誘電体板２の中心に位置している。これによって、図２に実線で示すように垂直偏波の電波に対する水平指向性が歪むことなく無指向性とすることができる。図２に破線で示すのは、誘電体板２の中心とパッチ素子４の中心とを一致させ、パッチ素子４の中心からずらせた位置で一点給電したパッチアンテナにおける垂直偏波の電波に対する水平指向性を示したものである。この破線で示す特性から明らかなように、誘電体板２の中心とパッチ素子４の中心とを一致させた場合には、給電点６の位置が誘電体板２の中心とならないので、特定の方向に歪みが生じ、水平方向の指向性は無指向性とはなっていない。 In the patch antenna element configured as described above, the position of the feeding point 6 is deviated from the center 8 of the patch element 4 as apparent from FIG. positioned. Thereby, as indicated by a solid line in FIG. 2, the horizontal directivity with respect to the vertically polarized radio wave can be made non-directional without distortion. A broken line in FIG. 2 indicates that the center of the dielectric plate 2 and the center of the patch element 4 coincide with each other, and the horizontal directivity with respect to the vertically polarized radio wave in the patch antenna fed at one point at a position shifted from the center of the patch element 4. It shows sex. As is apparent from the characteristics indicated by the broken line, when the center of the dielectric plate 2 and the center of the patch element 4 are matched, the position of the feeding point 6 is not the center of the dielectric plate 2, The direction is distorted and the horizontal directivity is not omnidirectional.

上記の実施の形態では、誘電体板２を扁平な直方体状に、パッチ素子４を概略正方形上に形成したが、これに限ったものではなく、例えば図３に示すように円板状の誘電体板１２、楕円状のパッチ素子１４とすることもできる。但し、この場合でも、パッチ素子１４の給電点１６の位置は、パッチ素子１４の中心からずれた位置であるが、誘電体板１２の中心である位置とする。この他、パッチ素子１４は円形として、これに２箇所の切欠を設けたもの等のように円偏波の電波を送受信することが可能なものであれば、種々のものを使用することができる。 In the above embodiment, the dielectric plate 2 is formed in a flat rectangular parallelepiped shape, and the patch element 4 is formed on a substantially square shape. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. The body plate 12 and the elliptical patch element 14 can also be used. However, even in this case, the position of the feeding point 16 of the patch element 14 is a position shifted from the center of the patch element 14, but is a position that is the center of the dielectric plate 12. In addition, as long as the patch element 14 has a circular shape and is capable of transmitting and receiving circularly polarized radio waves, such as one provided with two cutouts, various elements can be used. .

本発明の１実施形態のパッチアンテナの平面図及び側面図である。It is the top view and side view of the patch antenna of one Embodiment of this invention. 図１のパッチアンテナと従来のパッチアンテナとの垂直偏波の電波に対する水平指向特性図である。FIG. 2 is a horizontal directivity characteristic diagram for vertically polarized radio waves between the patch antenna of FIG. 1 and a conventional patch antenna. 図１のパッチアンテナの変形例の平面図である。It is a top view of the modification of the patch antenna of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

２１２誘電体板
４１４パッチ素子
６１６給電点 2 12 Dielectric plate 4 14 Patch element 6 16 Feed point

Claims

誘電体板と、
この誘電体板の一方の主表面に、円偏波の電波の送信または受信可能に形成され、かつ、１つの給電点によって１点給電されるパッチ素子とを、
具備し、前記１つの給電点は、前記パッチ素子の中心とは異なる位置であるが、前記誘電体板の中心に位置しているパッチアンテナ。 A dielectric plate;
A patch element formed on one main surface of the dielectric plate so as to be capable of transmitting or receiving a circularly polarized radio wave and fed at one point by one feeding point,
The patch antenna is provided, wherein the one feeding point is located at a position different from a center of the patch element but at a center of the dielectric plate.

請求項１記載のパッチアンテナにおいて、前記誘電体板が扁平な直方体状に形成され、前記パッチ素子が矩形の対向する２つの角を切り欠いた形状であるパッチアンテナ。 2. The patch antenna according to claim 1, wherein the dielectric plate is formed in a flat rectangular parallelepiped shape, and the patch element is formed by cutting out two opposing corners of a rectangle.

請求項１記載のパッチアンテナにおいて、前記誘電体板が円板状に形成され、前記パッチ素子が楕円状に形成されているパッチアンテナ。 2. The patch antenna according to claim 1, wherein the dielectric plate is formed in a disc shape, and the patch element is formed in an elliptical shape.