JP2006033652A - マルチバンドアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの給電点で、円偏波を含む３周波又はそれ以上の送受信ができるようにする。
【解決手段】 １枚の誘電体基板１００に対し、その表側の面に、内側楕円形パッチ２００と、その外側に地板３００とを配置形成して、これらの間にはその外縁、内縁間によるスロットリング４００を形成し、その裏面側にはマイクロストリップ線路５００を配置、形成する。このマイクロストリップ線路５００に電流を流すことによって、上記内側楕円形パッチ２００から第１の周波数の円偏波を発生させ、かつ、スロットリング４００部分に磁流を発生させて第２の周波数の直線偏波を発生させ、更にまた、上記内側楕円形パッチ２００に上記第１の周波数の高調波である第３の周波数の直線偏波を発生させる。
【選択図】 図１

Description

本発明はマルチバンドアンテナに関し、特に複数の周波数の電波を送受信するマルチバンドアンテナに関する。

１つのアンテナで複数の周波数の電波を送受信するマルチバンドアンテナの従来の例としては、図２に示すようなスロットリングを用いたものや（第１の例）、図３に示すように、内側パッチに対する誘電体の誘電率と、外側パッチに対する誘電体の誘電率との比で２つの周波数帯の特性を確保したもの（第２の例）などがある。

図２に示された例（第１の例）では、予め定められた大きさ、厚さ、及び誘電率を有する誘電体基板１００ａの表側の面に、導電体薄板で形成された半径ｒ１の内側円パッチ２５０を配置し、その周囲に、半径ｒ２で円形にくり抜かれた導電体薄板による地板３００ａを配置して、これらの間に、半径ｒ１，ｒ２の差の幅のスロットリング４００ａが形成されており、誘電体基板１００ａの裏側の面にはマイクロストリップ線路５００ａが形成されていて、このマイクロストリップ線路５００ａで供給する構造となっている。このマイクロストリップ線路５００ａから、周波数を変化させて給電したとき、複数箇所の周波数帯でそのリターンロスが低減し、これらの周波数帯を用いて電波を送受信することができる（例えば非特許文献１参照）。

この第１の例のマルチバンドアンテナは直線偏波専用であって、円偏波を送受信することはできない。ここで、円偏波を発生させるには、直交する２方向に、位相の異なる２つの直線偏波を発生させればよい。

図３に示された第２の例では、ＧＰＳのＬ１帯及びＬ２帯に対応できる２周波の円偏波用のアンテナを目的とし、両バンドに対応するそれぞれのアンテナ素子に、異なる誘電率の誘電体基板１００ｂ，１００ｃを用いたパッチアンテナとなっている。このアンテナは、Ｌ１帯として、誘電率ε_ｒ１の誘電体基板１００ｂの表側の面に導電体薄板の四辺形状の内側パッチ２７０を配置し、Ｌ２帯として、誘電体基板１００ｂの外側に、これと同じ厚さの誘電率ε_ｒ２の誘電体基板１００ｃの表側の面に、四辺形状の内側パッチ２７０と、その同一平面内でその外側に配置された外側パッチ３００ｂを備え、誘電体基板１００ｂ，１００ｃの裏面側には地板５５０が配置されている。また給電方法は、両パッチの給電点７１０，７２０に対し背面からの同軸型給電方式となっている（例えば、非特許文献２参照）。
Hooman Tehrani,Kai Chang, "MultifrequencyOperation of Microstrip-Fed Slot-Ring Antennas on Thin Low-Dielectric Permittivity Substrates",IEEE Transactino on Antennas and Propagation,vol.50,No.9,pp.1299-1308,September.2002 中西成一、斉藤裕、宇野博之、長野勇、八木谷聡、石垣敏弘、"２周波円偏波パッチアンテナの基礎的検討"，信学技報，AP2002-108,pp.41-44

上述した背景技術におけるマルチバンドアンテナは、第１の例では、誘電体基板１００ａの表側の面に、半径ｒ１の円形状の内側円パッチ２５０と、その周囲に、半径ｒ２で円形状にくり抜かれた地板３００ａとが配置され、これらの間には、半径ｒ１，ｒ２の差の幅を有するスロットリング４００ａが形成された構造となっていて、直線偏波専用であるため、円偏波の送受信はできない、という問題点があり、円偏波の送受信ができるようにした第２の例では、Ｌ１帯用として、誘電率ε_ｒ１の四辺形状の誘電体基板１００ｂの表側の面に、四辺形状の内側パッチ２７０を配置し、Ｌ２帯用として、誘電体基板１００ｂの外側に誘電率ε_ｒ２の誘電体基板１００ｃを配置して、その表側の面に、内側パッチ２７０と同一平面でかつその外側に、外側パッチ３００ｂを配置した構造となっていて、その給電方法は、各パッチそれぞれの給電点７１０，７２０に対し、背面から同軸型給電方式となっているので、各パッチに対しそれぞれ給電点が必要となり、給電方法が煩雑になる、という問題点があり、また、このマルチバンドアンテナでは、Ｌ１帯，Ｌ２帯の２周波の送受信は可能であるが、３周波及び３周波より多くの送受信ができない、という問題点もある。

本発明の目的は、上記背景技術の問題点に鑑みて、１つの給電点にのみ給電することで、円偏波の送受信が可能で、かつ、３周波又は３周波より多い周波数ので電波送受信ができるマルチバンドアンテナを提供することにある。

本発明のマルチバンドアンテナは、
複数の電波を送受信するマルチバンドアンテナであって、
予め定められた大きさ、厚さ、及び誘電率を有する誘電体基板と、
この誘電体基板の表側の面に、導電体薄板で楕円形状に配置、形成された内側楕円形パッチと、
前記誘電体基板の表側の面の、前記内側楕円形パッチの外側に配置、形成されて、
前記内側楕円形パッチの配置、形成中心を中心点とする円形状にくり抜かれ、この円形状にくり抜かれた部分の縁と前記内側楕円形パッチの外縁との間をスロットリングとする地板と、
前記誘電体基板の裏側の面の、前記内側楕円形パッチに対して予め定められた位置に配置、形成されたマイクロストリップ線路と、
を有して成り、
前記マイクロストリップ線路に電流を流すことによって、
前記内側楕円形パッチの長軸方向と短軸方向とに、位相の異なる電流が流れ第１の周波数で円偏波を発生させ、
前記マイクロストリップ線路に電流を流すことによって、
前記スロットリング部分に磁流を発生させてこの磁流により第２の周波数で直線偏波を発生させ、
前記マイクロストリップ線路に電流を流すことによって、
前記内側楕円形パッチに前記第１の周波数の高調波電流が流れ、この高調波電流により第３の周波数で直線偏波を発生させる、ことを特徴とする。

また、前記マイクロストリップ線路の先端が、前記内側楕円形パッチの裏面側にかかっていることを特徴とする。

本発明は、１枚の誘電体基板に対し、その表側の面に、内側楕円形パッチと、その外側に地板とを配置形成して、これらの間にはその外縁、内縁間によるスロットリングを形成し、その裏面側にはマイクロストリップ線路を配置形成してこのマイクロストリップ線路に電流を流すことによって、上記内側楕円形パッチから第１の周波数で円偏波を発生させ、かつ、スロットリング部分に磁流を発生させて第２の周波数で直線偏波を発生させ、更にまた、上記内側楕円形パッチに上記第１の周波数の高調波である第３の周波数で直線偏波を発生させる、構造、構成となっているので、１つの給電点からの給電で、円偏波の送受信が可能で、かつ、３周波、又は３周波より多い周波数の電波が送受信できるようになる、という効果がある。

本発明を実施するための最良の形態は、
複数の電波を送受信するマルチバンドアンテナであって、
予め定められた大きさ、厚さ、及び誘電率を有する誘電体基板と、
この誘電体基板の表側に面に、導電体薄板で楕円形状に配置、形成された内側楕円形パッチと、
上記誘電体基板の表側の面の、上記内側楕円形パッチの外側に配置、形成されて、
上記内側楕円形パッチの配置、形成中心を中心点とする円形状にくり抜かれ、この円形状にくり抜かれた部分の縁と上記内側楕円形パッチの外縁との間をスロットリングとする地板と、
上記誘電体基板の裏側の面の、上記内側楕円形パッチに対して予め定められた位置に配置、形成されたマイクロストリップ線路と、
を有して成り、
上記マイクロストリップ線路に電流を流すことによって、
上記内側楕円形パッチの長軸方向と短軸方向とに、位相の異なる電流が流れ第１の周波数で円偏波を発生させ、
上記マイクロストリップ線路に電流を流すことによって、
上記スロットリング部分に磁流を発生させてこの磁流により第２の周波数で直線偏波を発生させ、
上記マイクロストリップ線路に電流を流すことによって、
上記内側楕円形パッチに上記第１の周波数の整数倍の周波数に相当する高調波電流を流し、この高調波電流で第３の周波数で直線偏波を発生させる、ことを特徴とする。

また、上記マイクロストリップ線路の先端が、上記内側楕円形パッチの裏面側にかかっていることを特徴とする。

次に、本発明の実施例１について図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施例１の、マルチバンドアンテナの平面図、及び２方向から見た部分断面側面図である。
この実施例１におけるマルチバンドアンテナは、予め定められた大きさ、厚さ、及び誘電率を有する誘電体基板１００と、この誘電体基板１００の表側の面に、導電体薄板（導電箔であってもよい）で楕円形状に配置、形成された内側楕円形パッチ２００と、
誘電体基板１００の表側の面の、内側楕円形パッチ２００の外側に配置、形成されて、内側楕円形パッチ２００の配置、形成中心を中心点とする円形状にくり抜かれ（半径ｒ）、この円形状にくり抜かれた部分の縁と上記内側楕円形パッチ２００の外縁との間をスロットリング４００とする地板３００と、
誘電体基板１００の裏側の面の、上記内側楕円形パッチ２００に対して予め定められた位置に配置、形成されたマイクロストリップ線路５００と、
を有する構造を成して、
マイクロストリップ線路５００に電流を流すことによって、
内側楕円形パッチ２００の長軸ａ方向と短軸ｂ方向とに、位相の異なる電流が流れ第１の周波数で円偏波を発生させ、
また、マイクロストリップ線路５００に電流を流すことによって、
スロットリング４００に磁流を発生させてこの磁流により第２の周波数で直線偏波を発生させ、
更に、マイクロストリップ線路５００に電流を流すことによって、
内側楕円形パッチ２００に上記第１の周波数の高調波電流が流れこの高調波電流により第３の周波数で直線偏波を発生させる、
構造、構成となっている。

なお、マイクロストリップ線路５００の先端は内側楕円形パッチ２００の裏面側にかかっており、この内側楕円形パッチ２００に対するマイクロストリップ線路５００の配置、例えば図１に示されたｄ１やｄ２の寸法を予め設定することにより、内側楕円形パッチ２００の長軸方向、短軸方向に流れる電流を調整し、また送受信される電波の反射損失の低減、などを行う。

次に、この実施例１におけるマルチバンドアンテナの各周波数の発生動作等について説明する。
まず、総体的に説明すると、本マルチバンドアンテナは楕円形パッチ部（２００）とスロット部（４００）を有したアンテナである。パッチ部ではパッチに流れる電流とその電流によって生じる磁界によって放射が発生（アンペアの法則）するため、電流が放射電磁界に対して直接的に起因する。スロット部では、電界とその電界によって生じる磁流によって放射が発生（ファラデーの法則）している。そのため、磁流が直接的に起因する。そこで、第１周波、第３周波では主に電流について、第２周波では主に磁流について述べる。

次に、これら各周波について説明する。
まず、第１周波では、基板（１００）背面のマイクロストリップ線路（５００）上に電流が流れることで、マイクロストリップ線路と楕円形パッチの間に電磁界結合が生じ、楕円形パッチ上に電流が流れる。ここで楕円形パッチ上では長軸方向（ａ）と短軸方向（ｂ）の長さが異なるため、直交した２つの方向へ位相の異なる電流が流れている。これら長軸方向、短軸方向の２つの電流を調整（振幅など）することにより第１周波では円偏波が発生する。

次に、第２周波では、基板背面のマイクロストリップ線路（５００）上に電流が流れることで、楕円形パッチ上には電流が流れる。このとき楕円形パッチとGround面（基板表面における楕円形パッチから外側の導体部、すなわち、地板３００）との間には電界が生じ、スロット（４００）上にはリング状の磁流が発生する。この磁流がスロットに沿った方向で共振するため、直線偏波が発生する。

この第２周波における楕円形パッチ上の電流の状態について述べると、楕円形パッチ上では電磁界結合によって電流は流れている。しかし、第２周波における放射はスロットの形状に起因するものであり、楕円形パッチ上に流れる電流の状態には直接的に起因するものではない。従って、スロットアンテナでは直接的に起因する磁流の状態が分かっている段階で電流の状態を考慮する必要はない。また、考慮した場合、リング状スロットに沿った磁流を生じるような電流が流れていることになる。

ここで、スロット上に生じている磁流は、外側を円形、内側を楕円形としたリング導体上に流れる電流と補対関係にある。楕円形パッチ上の電流を考慮しないことは、スロットアンテナの補対関係であるリングアンテナ（ループアンテナ）において、リング内側の磁流には着目せず、導体上の電流のみに着目することと同じといえる。

続いて、第３周波では、第１周波の原理と同様に楕円形パッチ上に電流が流れる。この場合、楕円形パッチ上では第１周波の整数倍の周波数である高調波電流が流れている。第３周波の放射は、その高調波電流からの放射であり、２次の高調波電流によって生じる放射電磁界は、アンテナ天頂方向が弱くなり、円偏波ではなく直線偏波が発生する。

以上の原理により、１つの給電点で、第１周波では円偏波、第２周波では直線偏波、第３偏波では直線偏波という３周波の送受信ができるマルチバンドアンテナとなる。
なお、図１には反射板６００が示されているが、この反射板６００は、裏側への電波のもれを防ぐことを目的とし、上記３周波の特性に直接的な影響を及ぼすものではない。

本発明の実施例１におけるマルチバンドアンテナの平面図及び２方向から見た部分断面側面図である。 背景技術におけるマルチバンドアンテナの第１の例を示す平面図及び２方向から見た部分断面側面図である。 背景技術におけるマルチバンドアンテナの第２の例を示す平面図及び２方向から見た部分断面側面図である。

符号の説明

１００，１００ａ〜１００ｃ 誘電体基板
２００ 内側楕円形パッチ
２５０ 内側円パッチ
２７０ 内側パッチ
３００，３００ａ 地板
３００ｂ 外側パッチ
４００，４００ａ スロットリング
５００，５００ａ マイクロストリップ線路
５５０ 地板
６００ 反射板
７１０，７２０ 給電点

Claims (2)

1. 複数の電波を送受信するマルチバンドアンテナであって、
   予め定められた大きさ、厚さ、及び誘電率を有する誘電体基板と、
   この誘電体基板の表側の面に、導電体薄板で楕円形状に配置、形成された内側楕円形パッチと、
   前記誘電体基板の表側の面の、前記内側楕円形パッチの外側に配置、形成されて、
   前記内側楕円形パッチの配置、形成中心を中心点とする円形状にくり抜かれ、この円形状にくり抜かれた部分の縁と前記内側楕円形パッチの外縁との間をスロットリングとする地板と、
   前記誘電体基板の裏側の面の、前記内側楕円形パッチに対して予め定められた位置に配置、形成されたマイクロストリップ線路と、
   を有して成り、
   前記マイクロストリップ線路に電流を流すことによって、
   前記内側楕円形パッチの長軸方向と短軸方向とに、位相の異なる電流が流れ第１の周波数で円偏波を発生させ、
   前記マイクロストリップ線路に電流を流すことによって、
   前記スロットリング部分に磁流を発生させてこの磁流により第２の周波数で直線偏波を発生させ、
   前記マイクロストリップ線路に電流を流すことによって、
   前記内側楕円形パッチに前記第１の周波数の高調波電流が流れ、この高調波電流により第３の周波数で直線偏波を発生させる、
   ことを特徴とするマルチバンドアンテナ。
2. 前記マイクロストリップ線路の先端が、前記内側楕円形パッチの裏面側にかかっていることを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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