JP2007142570A - パッチアレイアンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】寄生素子と短絡ピンを用いて広帯域化および小型化を図ったパッチアンテナを複数アレイ配置する際、電界方向および磁界方向に対称な指向特性を実現する。
【解決手段】電界方向に対称に配置し、さらに磁界方向に対称に配置したパッチアンテナ10A〜10Dを設ける。パッチアンテナ10Aと10C、10Bと10Dはパッチ素子13を第1の給電線路16で互いに接続する。第1の給電線路16は第2の給電線路17で互いに接続する。第1の給電線路16はパッチアンテナの中心ラインL1よりも外側に配置する。第2の給電線路17は中心ラインL2よりも1/4波長ずれたラインL3上に配置し、その両端にインピーダンス整合用のインピーダンス整合線路18を配置し、中間に給電点19を配置する。
【選択図】図1
【解決手段】電界方向に対称に配置し、さらに磁界方向に対称に配置したパッチアンテナ10A〜10Dを設ける。パッチアンテナ10Aと10C、10Bと10Dはパッチ素子13を第1の給電線路16で互いに接続する。第1の給電線路16は第2の給電線路17で互いに接続する。第1の給電線路16はパッチアンテナの中心ラインL1よりも外側に配置する。第2の給電線路17は中心ラインL2よりも1/4波長ずれたラインL3上に配置し、その両端にインピーダンス整合用のインピーダンス整合線路18を配置し、中間に給電点19を配置する。
【選択図】図1
Description
本発明は、広帯域化、小型化、良好な指向特性を図ったパッチアレイアンテナに関するものである。
小型化と高帯域化を図ったパッチアンテナとして、図3に示す構成のパッチアンテナ20がある(例えば、非特許文献1参照)。これは、誘電体基板21の下面を接地導体22で覆い、上面にパッチ素子23を形成し、そのパッチ素子23の上方に別の誘電体24を介して寄生素子25を形成し、パッチ素子23および寄生素子25の電界方向の長さをそれぞれの設計周波数f1,f2における1/4波長(λg1/4、λg2/4)として給電ピン26と反対側の端部に短絡ピン27を配置して、この短絡ピン27により接地導体22とパッチ素子23と寄生素子25を接続するよう構成したものである。これは最小電界点に短絡ピン27を設けて電界方向のサイズを小さくして小型化を図ると共に、寄生素子25の電界方向の長さをパッチ素子23のそれよりも短くし寄生素子25の共振周波数をパッチ素子23の共振周波数からずらせて広帯域化をも図ったものである。なお、給電ピン26は寄生素子25には直接接続しない構成が採られることもある。
一方、パッチアンテナをアレイ化する手法として、図4に示すパッチアレイアンテナ30が知られている(例えば、特許文献1参照)。図4は、誘電体基板31の下面を接地導体32で覆い、上面にパッチ素子33を複数並べ、給電線路34で各パッチ素子33に給電を行うように構成したものである。このように、電界方向に並んだパッチ素子33を電界方向と直角方向を軸として線対称に配置することで良好な指向特性を持たせることができ、さらにその配置間隔を狭くすれば、広い指向特性を持たせることができる。
Girish Kumar,K.P.Ray,"Broadband Microstrip Antennas" Artech House,p239-242,2003 特開平11−266118号公報
Girish Kumar,K.P.Ray,"Broadband Microstrip Antennas" Artech House,p239-242,2003
ところが、図3に示すように短絡ピンと寄生素子を持たせて広帯域化および小型化を図ったパッチアンテナを図4に示すようなアレイ構造に展開する際、この図3に示すパッチアンテナは電界方向についての指向特性パターンが非対称であるため、単純にアレイ化すると、良好な指向特性を得ることができない問題がある。
本発明の目的は、短絡ピンと寄生素子を持たせて広帯域化および小型化を図ったパッチアンテナを良好な指向特性が得られるようにアレイ化したパッチアレイアンテナを提供することである。
上記課題を解決するために、請求項1にかかる発明は、誘電体基板の下面に接地導体を形成し、該誘電体基板の上面にパッチ素子を形成し、該パッチ素子の上方に寄生素子を形成し、前記パッチ素子および前記寄生素子の長さを電界方向にそれぞれの設計周波数における1/4波長に設定し、前記パッチ素子の給電点と反対側の端部を前記接地導体と前記寄生素子に短絡ピンで短絡して1個のパッチアンテナを構成し、該パッチアンテナをアレイ状に配置したパッチアレイアンテナであって、2個の前記パッチアンテナを前記短絡ピンが外側となるように電界方向に沿って対称に配置すると共に、前記2個のパッチアンテナの間に前記パッチ素子を互いに接続する直線状の第1の給電線路を配置し、前記2個のパッチアンテナの中間点からいずれか一方のパッチアンテナ側に1/4波長だけずれた位置を給電点として前記第1の給電線路に対して給電するようにしたことを特徴とする。
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のパッチアレイアンテナにおいて、前記第1の給電線路を前記2個のパッチアンテナに共通の中心ラインからずれた位置に配置し、前記給電点と前記第1の給電線路との間にインピーダンス整合用のインピーダンス整合線路を配置したことを特徴とする。
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載のパッチアレイアンテナにおいて、前記2個のパッチアンテナを電界方向の中心線を軸として線対称となるよう2組並べて配置し、両側の前記第1の給電線路を前記給電点のラインで互いに接続する直線状の第2の給電線路を配置したことを特徴とする。
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のパッチアレイアンテナにおいて、前記第1の給電線路を前記2個のパッチアンテナに共通の中心ラインからずれた位置に配置し、前記給電点と前記第1の給電線路との間にインピーダンス整合用のインピーダンス整合線路を配置したことを特徴とする。
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載のパッチアレイアンテナにおいて、前記2個のパッチアンテナを電界方向の中心線を軸として線対称となるよう2組並べて配置し、両側の前記第1の給電線路を前記給電点のラインで互いに接続する直線状の第2の給電線路を配置したことを特徴とする。
本発明によれば、短絡ピンと寄生素子を用いて広帯域化および小型化を図ったパッチアンテナであっても、これを複数アレイ配置して、広帯域化および小型化ができ、さらに良好な指向特性が得られるパッチアレイアンテナを実現することができる。
図1は本発明の1つの実施例のパッチアレイアンテナ10の斜視図、図2は平面図である。11は誘電体基板であり、その下面は接地導体12で覆われ、上面にパッチ素子13が形成され、そのパッチ素子13の上面に誘電体(図示省略)を介して電界方向の長さがパッチ素子13の長さよりも短い寄生素子14が形成され、これにより単体のパッチアンテナ10A〜10Dが構成されている。パッチ素子13および寄生素子14の電界方向の長さは、それぞれの設計周波数f1,f2における1/4波長(λg1/4、λg2/4)である。そして、このような4個のパッチアンテナ10A〜10Dをアレイ配置することにより、パッチアレイアンテナ10が構成されている。各パッチアンテナ10A〜10Dにおいて、接地導体12とパッチ素子13と寄生素子14は複数の短絡ピン15によって接続されている。また、短絡ピン15が外側となるように電界方向に対称的に並んだパッチアンテナ10Aと10C、10Bと10Dは、それぞれパッチ素子13が第1の給電線路16で接続され、その両側の給電線路16の間は第2の給電線路17で接続されているが、給電線路17の給電線路16との接続側(両側)にはインピーダンス整合線路18が配置されている。19は第2の給電線路18上において中心ラインL0と交差する位置に配置される給電点であり、ここに給電用の例えば同軸線路の中心導体が誘電体基板12の下面から接続される。その同軸線路の外部導体は接地導体12に接続される。なお、パッチアンテナ10Aと10B、10Cと10Dはそれぞれ中心ラインL0に対して対称的に配置されている。
前記した第1の給電線路16は、パッチアンテナ10Aと10Cの側では中心ラインL1から左側(外側)に変移し、パッチアンテナ10Bと10Dの側では中心ラインL1から右側(外側)に変移しているが、これはインピーダンス整合用のインピーダンス整合線路18を挿入するためである。図1、図2で表したインピーダンス整合線路18は小さいが、ここに大きなスペースができるので、比較的大きなインピーダンス整合線路をここに配置することができる。このように各パッチアンテナ10A〜10Dは中心ラインL1から外れた点から給電されるので、単体のパッチアンテナでは磁界方向の指向特性が非対称になる。しかし、パッチアンテナ10Aと10B、10Cと10Dはそれぞれ中心ラインL0に対して対称に配置されているので、パッチアレイアンテナとしては磁界方向に対称的な指向特性を実現することができる。
また、給電点19が配置される第2の給電線路17は、中心ラインL2に対しては対称的な配置ではなく、中心ラインL2に対して、1/4波長(パッチ素子13の共振周波数f1と寄生素子14の共振周波数f2の中間の周波数f3の波長の1/4波長(λg3/4))ずれたラインL3上に配置される。これによりおよびパッチアンテナ10Aと10C、10Bと10Dが対称であることにもより、給電点19からパッチアンテナ10Aと10Bへの給電とパッチアンテナ10Cと10Dに給電が同相で行われるので、それらが同相で励振され、電界方向の指向特性も対称的となる。
以上により、寄生素子14と短絡ピン15を設けて広帯域化および小型化を図ったパッチアンテナを複数個アレイ配置する際、電界方向および磁界方向に対称な指向特性を実現することができる。
なお、図1および図2において、パッチアンテナ10Aと10Cの2個でパッチアレイアンテナを構成する場合は、第1の給電線路16は中心ラインL1上に配置し、給電点19はその第1の給電線路16上においてラインL3と交わる点に配置すればよい。この構成でも指向特性は磁界方向および電界方向に対称となる。インピーダンス整合が必要な場合は、第2の給電線路17を設けてその上に給電点19を配置し、且つインピーダンス整合線路18を図1および図2に示すように配置すればよいが、このときは磁界方向の指向特性は対称とならない。
10:パッチアレイアンテナ、10A〜10D:パッチアンテナ、11:誘電体基板、12:接地導体、13:パッチ素子、14:寄生素子、15:短絡ピン、16:第1の給電線路、17:第2の給電線路、18:インピーダンス整合線路、19:給電点
20:パッチアンテナ、21:誘電体基板、22:接地導体、23:パッチ素子、24:誘電体、25:寄生素子、26:給電ピン、27:短絡ピン
30:パッチアレイアンテナ、31:誘電体基板、32:接地導体、33:パッチ素子、34:給電線路
20:パッチアンテナ、21:誘電体基板、22:接地導体、23:パッチ素子、24:誘電体、25:寄生素子、26:給電ピン、27:短絡ピン
30:パッチアレイアンテナ、31:誘電体基板、32:接地導体、33:パッチ素子、34:給電線路
Claims (3)
- 誘電体基板の下面に接地導体を形成し、該誘電体基板の上面にパッチ素子を形成し、該パッチ素子の上方に寄生素子を形成し、前記パッチ素子および前記寄生素子の長さを電界方向にそれぞれの設計周波数における1/4波長に設定し、前記パッチ素子の給電点と反対側の端部を前記接地導体と前記寄生素子に短絡ピンで短絡して1個のパッチアンテナを構成し、該パッチアンテナをアレイ状に配置したパッチアレイアンテナであって、
2個の前記パッチアンテナを前記短絡ピンが外側となるように電界方向に沿って対称に配置すると共に、前記2個のパッチアンテナの間に前記パッチ素子を互いに接続する直線状の第1の給電線路を配置し、前記2個のパッチアンテナの中間点からいずれか一方のパッチアンテナ側に1/4波長だけずれた位置を給電点として前記第1の給電線路に対して給電するようにしたことを特徴とするパッチアレイアンテナ。 - 請求項1に記載のパッチアレイアンテナにおいて、
前記第1の給電線路を前記2個のパッチアンテナに共通の中心ラインからずれた位置に配置し、前記給電点と前記第1の給電線路との間にインピーダンス整合用のインピーダンス整合線路を配置したことを特徴とするパッチアレイアンテナ。 - 請求項1又は2に記載のパッチアレイアンテナにおいて、
前記2個のパッチアンテナを電界方向の中心線を軸として線対称となるよう2組並べて配置し、両側の前記第1の給電線路を前記給電点のラインで互いに接続する直線状の第2の給電線路を配置したことを特徴とするパッチアレイアンテナ。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005330509A JP2007142570A (ja) | 2005-11-15 | 2005-11-15 | パッチアレイアンテナ |
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JP2005330509A JP2007142570A (ja) | 2005-11-15 | 2005-11-15 | パッチアレイアンテナ |
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2005
- 2005-11-15 JP JP2005330509A patent/JP2007142570A/ja not_active Withdrawn
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