JP4366469B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
この発明は、衛星通信用の受信アンテナなどに利用されるアンテナ装置(パッチアンテナ)の給電方法に関するものである。 The present invention relates to a power feeding method for an antenna device (patch antenna) used for a receiving antenna for satellite communication or the like.
図5は、共平面給電方式の従来のパッチアンテナの構成を示す図である(例えば、非特許文献1参照)。図5において、(a)は平面図、(b)は中央部分の断面図であり、断面図中の矢印は電界の向きを示している。 FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a conventional patch antenna of a coplanar power feeding system (see, for example, Non-Patent Document 1). 5A is a plan view, FIG. 5B is a cross-sectional view of the central portion, and an arrow in the cross-sectional view indicates the direction of the electric field.
従来のパッチアンテナは、接地導体板1と、接地導体板1上に設けた誘電体基板2と、誘電体基板2を挟んで接地導体板1に対向した面に設けたパッチ3と、マイクロストリップ線路9とが設けられている。
A conventional patch antenna includes a
パッチ3とマイクロストリップ線路9などによる給電系を同一面上に構成することにより、構造が簡易で薄型のパッチアンテナを構成される。
A thin patch antenna having a simple structure is configured by configuring the feeding system including the
図6は、電磁結合型給電方式の別の従来のパッチアンテナの構成を示す図である(例えば、非特許文献1参照)。図6において、(a)は平面図、(b)は中央部分の断面図であり、断面図中の矢印は電界の向きを示している。 FIG. 6 is a diagram showing a configuration of another conventional patch antenna of an electromagnetic coupling type feeding system (for example, see Non-Patent Document 1). 6A is a plan view, FIG. 6B is a cross-sectional view of the central portion, and an arrow in the cross-sectional view indicates the direction of the electric field.
別の従来のパッチアンテナは、接地導体板1と、接地導体板1の表裏面に設けた誘電体基板2、10と、誘電体基板2を挟んで接地導体板1に対向した面に設けたパッチ3と、スロット4と、マイクロストリップ線路9と、反射板11とが設けられている。
Another conventional patch antenna is provided on the
接地導体板1に設けられたスロット4にマイクロストリップ線路9から電磁結合により給電し、スロット4から放射した電波を、マイクロストリップ線路9と対向した面に設けられたパッチ3に電磁結合し所望の周波数の電波を放射する。給電系が電気的に非接触であるため、組立てが容易である。また、電界=0のライン上にスロットを設置できるため、放射パターンの非対称性が発生しない。
Power is supplied from the
図5に示す従来のパッチアンテナでは、電界の向きと同じ方向にマイクロストリップ線路9が存在するため、パッチ3から放射された電波がマイクロストリップ線路9に結合し、放射パターンが非対称になるという問題点があった。
In the conventional patch antenna shown in FIG. 5, since the
また、衛星通信用受信アンテナのように、高い受信感度(G/T)を必要とする場合、給電系の損失を減らすためにできるだけパッチに近い位置に増幅回路などを設置する必要があるが、この場合も放射パターンに非対称性が発生するため、設置は困難である。 In addition, when a high reception sensitivity (G / T) is required, such as a receiving antenna for satellite communication, it is necessary to install an amplifier circuit or the like as close to the patch as possible in order to reduce the loss of the feeding system. In this case, asymmetry occurs in the radiation pattern, and installation is difficult.
図6に示す別の従来のパッチアンテナでは、スロット4からパッチ3側への放射と同程度の放射がアンテナ背面(マイクロストリップ線路9)側にも向かい、これが不要放射となるため、背面に反射板11やキャビティなどを設ける必要があり、かえって組立てが複雑になると共に、大型化するという問題点があった。
In the other conventional patch antenna shown in FIG. 6, the radiation equivalent to the radiation from the
また、従来の電磁結合型給電方式では、誘電体基板2の厚みを厚くした場合、スロット4からパッチ3への結合量が低下し、パッチ3を励振できなくなり、アンテナとして動作しなくなるという問題点もあった。
Further, in the conventional electromagnetic coupling type feeding method, when the thickness of the
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、放射パターンの非対称性を軽減し、不要放射を生じることなく、構造の簡略化、薄型化が可能なアンテナ装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the asymmetry of the radiation pattern and to simplify and reduce the thickness of the structure without causing unnecessary radiation. Get the device.
また、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、給電系の損失を大幅に改善し、アンテナの受信感度(G/T)向上を達成することができるアンテナ装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to greatly improve the loss of the feed system and to improve the reception sensitivity (G / T) of the antenna. An antenna device that can be obtained is obtained.
さらに、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、広帯域特性を実現することができるアンテナ装置を得るものである。 Furthermore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an antenna device capable of realizing broadband characteristics.
この発明に係るアンテナ装置は、接地導体板と、前記接地導体板上に設けられた誘電体基板と、前記誘電体基板上に設けられ、電界が零の線分に沿った中央部の位置にスロットを有する導体片と、電界が零の線分に沿って這わせられた同軸線路であって、端部から伸びた内導体が、電界が零の線分に直交する方向に前記スロットの中央をまたいで前記導体片に接続して給電する同軸線路とを設けたものである。
The antenna device according to the present invention includes a ground conductor plate, a dielectric substrate provided on the ground conductor plate, and a center portion provided on the dielectric substrate along a line segment having a zero electric field. A conductor piece having a slot and a coaxial line extending along a line segment with a zero electric field, and an inner conductor extending from an end of the slot extends in the direction perpendicular to the line segment with a zero electric field in the center of the slot And a coaxial line for supplying power by connecting to the conductor piece .
この発明に係るアンテナ装置は、放射パターンの非対称性を軽減し、不要放射を生じることなく、構造の簡略化、薄型化が可能で、また、給電系の損失を大幅に改善し、アンテナの受信感度(G/T)向上を達成することができ、さらに、広帯域特性を実現することができるという効果を奏する。 The antenna device according to the present invention can reduce the asymmetry of the radiation pattern, simplify the structure and reduce the thickness without causing unnecessary radiation, greatly improve the loss of the feeding system, and receive the antenna. An improvement in sensitivity (G / T) can be achieved, and further, wideband characteristics can be realized.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置について図1を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置(上面給電アンテナ)の構成を示す図である。図1において、(a)は上から見た平面図、(b)は(a)の中央部分(横軸方向)の断面図、(c)は側面図である。
An antenna apparatus according to
図1において、この実施の形態1に係るアンテナ装置は、接地導体板1と、接地導体板1上に設けた誘電体基板2と、誘電体基板2を挟んで接地導体板1に対向した面に設けたパッチ(導体片)3と、パッチ3に設けられたスロット4と、同軸線路5とが設けられている。
1, the antenna device according to
この実施の形態1では、パッチ3上面にスロット4を設け、そのスロット4に同軸線路5で直接給電している。より詳細には、同軸線路5の内導体がパッチ3上面のスロット4をまたいで、パッチ3上面に接続しているものである。図1では、同軸線路5を全て同じ太さで描いているが、(b)に示すスロット4をまたいでいる同軸線路5は内導体が描かれ、それ以外では同軸線路5の外導体が描かれている。パッチ3上面のスロット4に給電しているため、アンテナ背面に不要放射が生じることがなく、反射板などの対策は不要となり、構造の簡略化、薄型化が可能である。
In the first embodiment, a
また、スロット4をパッチ3中央部の電界=0となる位置に設けて、かつスロット4に給電するための同軸線路5を電界=0のラインに沿って這わせることにより、放射パターンの非対称性を軽減することが可能である。
Further, by providing the
すなわち、この実施の形態1に係るアンテナ装置は、接地導体板1上に誘電体基板2を接着し、その上に導体片3を設けてなるパッチアンテナにおいて、その導体片3の上面にスロット4を設け、そのスロット4から励振するものである。
That is, in the antenna device according to the first embodiment, in the patch antenna in which the
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置について図2を参照しながら説明する。図2は、この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置(パッチ上面に増幅回路を設けた上面給電アンテナ)の構成を示す図である。図2において、(a)は上から見た平面図、(b)は(a)の中央部分(横軸方向)の断面図、(c)は側面図である。
An antenna device according to
図2において、この実施の形態2に係るアンテナ装置は、接地導体板1と、接地導体板1上に設けた誘電体基板2と、誘電体基板2を挟んで接地導体板1に対向した面に設けたパッチ3と、パッチ3に設けられたスロット4と、同軸線路5と、パッチ3上面に設けた増幅回路6と、増幅回路6からスロット4へ給電する給電線7とが設けられている。
2, the antenna device according to the second embodiment includes a
この実施の形態2では、上記実施の形態1の上面給電パッチアンテナにおいて、スロット4に近傍に増幅回路6を設けることで、給電線7の長さがほぼ0となり線路の損失を大幅に低減でき、アンテナ受信感度(G/T)を向上することができる。また、電界が集中していないパッチ3中央部付近に増幅回路6を設けることで、放射パターンの非対称性を軽減することが可能である。
In the second embodiment, in the top-fed patch antenna of the first embodiment, by providing the
すなわち、この実施の形態2に係るアンテナ装置は、接地導体板1上に誘電体基板2を接着し、その上に導体片3を設けてなるパッチアンテナにおいて、その導体片3の上面にスロット4を設け、そのスロット4から励振し、さらに、スロット上面給電部近傍に増幅回路6、発信回路、受信回路などを設けたものである。
That is, in the antenna device according to the second embodiment, in the patch antenna in which the
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置について図3を参照しながら説明する。図3は、この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置(上部に非励振素子を設けた上面給電アンテナ)の構成を示す図である。図3において、(a)は上から見た平面図、(b)は(a)の中央部分(横軸方向)の断面図、(c)は側面図である。
An antenna apparatus according to
図3において、この実施の形態3に係るアンテナ装置は、接地導体板1と、接地導体板1上に設けた誘電体基板2と、誘電体基板2を挟んで接地導体板1に対向した面に設けたパッチ3と、パッチ3に設けられたスロット4と、同軸線路5と、パッチ3上面にスタックした非励振素子8とが設けられている。
In FIG. 3, the antenna device according to the third embodiment includes a grounding
この実施の形態3では、上記実施の形態1の上面給電パッチアンテナの上面に非励振素子8をスッタクすることにより広帯域化を実現できる。
In the third embodiment, widening can be realized by stacking the
すなわち、この実施の形態3に係るアンテナ装置は、接地導体板1上に誘電体基板2を接着し、その上に導体片3を設けてなるパッチアンテナにおいて、その導体片3の上面にスロット4を設け、そのスロット4から励振し、さらに、パッチアンテナの上面の空間あるいは低誘電率の層をおいてパッチアンテナとほぼ共振周波数の等しい非励振素子8を1層または複数層設けたものである。
That is, in the antenna device according to the third embodiment, in the patch antenna in which the
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置について図4を参照しながら説明する。図4は、この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置(電界=0の線分に垂直な方向の中心軸上に設けた貫通穴を通して裏側から給電する上面給電アンテナ)の構成を示す図である。図4において、(a)は上から見た平面図、(b)は(a)の中央部分(横軸方向)の断面図、(c)は(a)の中央部分(縦軸方向)の断面図である。
An antenna device according to
図4において、この実施の形態4に係るアンテナ装置は、接地導体板1と、接地導体板1上に設けた誘電体基板2と、誘電体基板2を挟んで接地導体板1に対向した面に設けたパッチ3と、パッチ3に設けられたスロット4と、同軸線路5とが設けられている。
In FIG. 4, the antenna device according to the fourth embodiment includes a
この実施の形態4では、上記実施の形態1の上面給電パッチアンテナにおいて、貫通穴を通してパッチアンテナ背面から給電できるため、給電線の取り回しが容易になり、本パッチアンテナをアレー化した場合などに効率的に配置することができる。 In the fourth embodiment, since the power can be fed from the back surface of the patch antenna through the through hole in the top-fed patch antenna of the first embodiment, the feeding line can be easily routed, and the efficiency is improved when the patch antenna is arrayed. Can be arranged.
すなわち、この実施の形態4に係るアンテナ装置は、接地導体板1上に誘電体基板2を接着し、その上に導体片3を設けてなるパッチアンテナにおいて、その導体片3の上面にスロット4を設け、そのスロット4から励振し、さらに、パッチアンテナの電源、種信号などをスロットの電界(=0)の線分に垂直な方向の導体片3の中心に設けた貫通穴を通してパッチアンテナの裏側から供給するものである。
That is, in the antenna device according to the fourth embodiment, in the patch antenna in which the
なお、上記実施の形態1〜4のいずれかのパッチアンテナを多数配列したアレーアンテナにおいて、素子アンテナ間をスロットの電界(=0)の線分に垂直な方向の軸上に設けた導体帯によって結合し、電源、種信号などを供給する線路をその導体帯上に設けてアレーアンテナを構成してもよい。 In the array antenna in which a large number of patch antennas according to any of the first to fourth embodiments are arranged, a conductor band provided between the element antennas on an axis perpendicular to the line segment of the electric field (= 0) of the slot. An array antenna may be formed by providing a line for coupling and supplying power, a seed signal, and the like on the conductor band.
1 接地導体板、2 誘電体基板、3 パッチ、4 スロット、5 同軸線路、6 増幅回路、7 給電線、8 非励振素子。 1 grounding conductor plate, 2 dielectric substrate, 3 patch, 4 slot, 5 coaxial line, 6 amplifying circuit, 7 feed line, 8 non-excited element.
Claims (5)
前記接地導体板上に設けられた誘電体基板と、
前記誘電体基板上に設けられ、電界が零の線分に沿った中央部の位置にスロットを有する導体片と、
前記導体片及び前記誘電体基板上に設けられ、電界が零の線分に沿って這わせられた同軸線路であって、端部から伸びた内導体が、電界が零の線分に直交する方向に前記スロットの中央をまたいで前記導体片に接続して給電する同軸線路と
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。 A grounding conductor plate;
A dielectric substrate provided on the ground conductor plate;
A conductor piece provided on the dielectric substrate and having a slot at a central position along a line segment where the electric field is zero ;
A coaxial line provided on the conductor piece and the dielectric substrate and extending along a line segment with a zero electric field, and an inner conductor extending from an end is orthogonal to the line segment with a zero electric field A coaxial line for feeding power by connecting to the conductor piece across the center of the slot in the direction .
ことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein a circuit for improving reception sensitivity is provided in the vicinity of the slot.
をさらに備えたことを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, further comprising a non-excitation element provided on an upper portion of the conductor piece.
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載のアンテナ装置。 The coaxial line is passed through the lower side of the ground conductor plate through a through hole provided at the center on the conductor piece in a direction perpendicular to a line segment in which the electric field of the slot is zero. 2. The antenna device according to 2 or 3.
ことを特徴とするアンテナ装置。 5. An array type antenna device in which a large number of antenna devices according to claim 1 are arranged, wherein the element antennas are provided on an axis in a direction perpendicular to a line segment in which the electric field of the slot is zero. An antenna device, wherein the antenna device is coupled by a conductor band, and a feed line is provided on the conductor band.
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